estuari jumarang

5
SIMETRI, Jurnal Ilmu Fisika Indonesia Volume 1 Nomor 1(D) Mei 2012 Perubahan Dasar Perairan Estuari Sungai Kapuas Kalimantan Barat (Studi Kasus: Bulan Januari s.d. April) Muh.Ishak Jumarang 1 , Muliadi 1 , Nining Sari Ningsih 2 , dan Safwan Hadi 2 1 Program Studi Fisika, FMIPA, Universitas Tanjungpura, Pontianak, Indonesia; e-mail: [email protected] 2 Program Studi Oseanografi FITB, ITB Bandung, Indonesia Intisari: Telah dilakukan penelitian untuk mengkaji perubahan dasar perairan estuari sungai Kapuas yang dibangk- itkan oleh pasang surut, gaya pembangkit angin dan discharge sungai. Pada studi ini digunakan model numerik hidro- dinamika menggunakan MIKE 21 yang dikembangkan oleh DHI Water & Environment untuk mensimulasikan pola sirkulasi arus. Simulasi dilakukan dengan skenario pasut, discharge sungai dan angin sebagai pembangkit. Hasil simulasi menunjukkan bahwa dalam rentang waktu simulasi, muara sungai Kapuas umumnya mengalami pendangkalan dengan ketebalan yang bervariasi. Perubahan ketebalan dasar perairan muara Sungai Kapuas pada bulan Januari s.d Februari umumnya mengalami sedimentasi (pendangkalan) dengan perubahan ketebalan sekitar 3 s.d 27 mm. Pada bulan Maret, secara umum hanya bagian hulu daerah model yang mengalami peningkatan pendangkalan hingga mencapai 45 mm. Pendangkalan yang signifikan pada bulan Maret berlanjut hingga bulan April. pendangkalan semakin bergeser ke arah muara hingga mencapai daerah sebelum delta besar pada daerah model. Kata kunci: hidrodinamika, dasar perairan, pendangkalan, sungai Kapuas Received : 10 April 2012; Accepted : 29 April 2012 1 PENDAHULUAN K alimantan Barat termasuk salah satu daerah yang memiliki kondisi geografis yang mempu- nyai ratusan sungai besar dan kecil sehingga diju- luki propinsi seribu sungai. Pada umumnya sungai tersebut masih digunakan sebagai jalur angkutan al- ternatif utama jalur angkutan, walaupun prasarana jalan darat telah dapat menjangkau sebagian be- sar kecamatan. Hal ini terjadi karena sungai masih merupakan sarana transportasi murah yang dapat menghubungkan suatu daerah dengan daerah lainnya di wilayah Kalimantan Barat. Selain itu, sungai meru- pakan sumber mata pecaharian keluarga dalam bidang perikanan. Salah satu sungai yang ada di Kalimantan Barat yaitu Sungai Kapuas. Sungai Kapuas merupakan sungai terpanjang di Indonesia dan berfungsi sebagai salah satu sarana transportasi (alur pelayaran). Pon- tianak (ibukota Provinsi Kalimantan Barat) memi- liki pelabuhan yang terletak di pinggir sungai terse- but. Alur pelayaran di sungai ini memiliki arti penting bagi kapal-kapal besar yang menuju dan meninggalkan pelabuhan kota Pontianak. Salah satu kegunaan sarana transportasi ini adalah untuk pe- ngangkutan minyak sawit dengan menggunakan kapal tongkang dengan frekuensi yang cukup sering, dise- babkan banyaknya perusahan kelapa Sawit di propinsi tersebut. Kapal barang bertonase besar dengan ang- kutan kontainer juga menggunakan Sungai Kapuas se- bagai alat transportasinya, disamping kapal PELNI dan perahu-perahu nelayan. Muara Sungai Kapuas dan perairan pantai sek- itar muara merupakan alur pelayaran yang sering mengalami pendangkalan yang membahayakan kapal- kapal yang melaluinya. Pendangkalan ini terjadi akibat adanya pengendapan dan pengangkutan ma- terial sedimen. Hal ini menyebabkan kedalaman alur pelayaran minimum yang aman bagi pelayaran sedalam + 6 meter sulit untuk dipertahankan, se- hingga upaya pengerukan secara rutin sering dilak- sanakan oleh pihak-pihak terkait yang tentunya mem- butuhkan biaya yang tidak sedikit. Hasil yang diper- oleh dari penelitian ini diharapkan dapat mengiden- tifikasi pola angkutan sedimen di muara sungai Ka- puas dengan menggunakan metode numerik. Metode numerik merupakan pendekatan yang dapat memberi gambaran yang hampir sama dengan hasil penguku- ran langsung dan sekaligus menghemat waktu dan bi- aya. Untuk mendapatkan model numerik yang baik, dilakukan diferifikasi dengan hasil pengukuran lang- sung atau penelitian yang pernah dilakukan sebelum- nya. Studi ini bertujuan untuk memodelkan dan mengkaji perubahan dasarperairan estuari Sungai Ka- puas yang dibangkitkan oleh pasang surut, angin dan discharge sungai. Manfaat dari hasil penelitian di- harapkan dapat digunakan sebagai input dalam peren- c 2012 SIMETRI 1110-42

description

estuari

Transcript of estuari jumarang

SIMETRI, Jurnal Ilmu Fisika Indonesia Volume 1 Nomor 1(D) Mei 2012

Perubahan Dasar Perairan Estuari Sungai KapuasKalimantan Barat (Studi Kasus: Bulan Januari s.d. April)

Muh.Ishak Jumarang1, Muliadi1, Nining Sari Ningsih2, dan Safwan Hadi2

1Program Studi Fisika, FMIPA, Universitas Tanjungpura, Pontianak, Indonesia; e-mail: [email protected] Studi Oseanografi FITB, ITB Bandung, Indonesia

Intisari: Telah dilakukan penelitian untuk mengkaji perubahan dasar perairan estuari sungai Kapuas yang dibangk-

itkan oleh pasang surut, gaya pembangkit angin dan discharge sungai. Pada studi ini digunakan model numerik hidro-

dinamika menggunakan MIKE 21 yang dikembangkan oleh DHI Water & Environment untuk mensimulasikan pola

sirkulasi arus. Simulasi dilakukan dengan skenario pasut, discharge sungai dan angin sebagai pembangkit. Hasil simulasi

menunjukkan bahwa dalam rentang waktu simulasi, muara sungai Kapuas umumnya mengalami pendangkalan dengan

ketebalan yang bervariasi. Perubahan ketebalan dasar perairan muara Sungai Kapuas pada bulan Januari s.d Februari

umumnya mengalami sedimentasi (pendangkalan) dengan perubahan ketebalan sekitar 3 s.d 27 mm. Pada bulan Maret,

secara umum hanya bagian hulu daerah model yang mengalami peningkatan pendangkalan hingga mencapai 45 mm.

Pendangkalan yang signifikan pada bulan Maret berlanjut hingga bulan April. pendangkalan semakin bergeser ke arah

muara hingga mencapai daerah sebelum delta besar pada daerah model.

Kata kunci: hidrodinamika, dasar perairan, pendangkalan, sungai Kapuas

Received : 10 April 2012; Accepted : 29 April 2012

1 PENDAHULUAN

K alimantan Barat termasuk salah satu daerahyang memiliki kondisi geografis yang mempu-

nyai ratusan sungai besar dan kecil sehingga diju-luki propinsi seribu sungai. Pada umumnya sungaitersebut masih digunakan sebagai jalur angkutan al-ternatif utama jalur angkutan, walaupun prasaranajalan darat telah dapat menjangkau sebagian be-sar kecamatan. Hal ini terjadi karena sungai masihmerupakan sarana transportasi murah yang dapatmenghubungkan suatu daerah dengan daerah lainnyadi wilayah Kalimantan Barat. Selain itu, sungai meru-pakan sumber mata pecaharian keluarga dalam bidangperikanan.

Salah satu sungai yang ada di Kalimantan Baratyaitu Sungai Kapuas. Sungai Kapuas merupakansungai terpanjang di Indonesia dan berfungsi sebagaisalah satu sarana transportasi (alur pelayaran). Pon-tianak (ibukota Provinsi Kalimantan Barat) memi-liki pelabuhan yang terletak di pinggir sungai terse-but. Alur pelayaran di sungai ini memiliki artipenting bagi kapal-kapal besar yang menuju danmeninggalkan pelabuhan kota Pontianak. Salah satukegunaan sarana transportasi ini adalah untuk pe-ngangkutan minyak sawit dengan menggunakan kapaltongkang dengan frekuensi yang cukup sering, dise-babkan banyaknya perusahan kelapa Sawit di propinsitersebut. Kapal barang bertonase besar dengan ang-

kutan kontainer juga menggunakan Sungai Kapuas se-bagai alat transportasinya, disamping kapal PELNIdan perahu-perahu nelayan.

Muara Sungai Kapuas dan perairan pantai sek-itar muara merupakan alur pelayaran yang seringmengalami pendangkalan yang membahayakan kapal-kapal yang melaluinya. Pendangkalan ini terjadiakibat adanya pengendapan dan pengangkutan ma-terial sedimen. Hal ini menyebabkan kedalamanalur pelayaran minimum yang aman bagi pelayaransedalam + 6 meter sulit untuk dipertahankan, se-hingga upaya pengerukan secara rutin sering dilak-sanakan oleh pihak-pihak terkait yang tentunya mem-butuhkan biaya yang tidak sedikit. Hasil yang diper-oleh dari penelitian ini diharapkan dapat mengiden-tifikasi pola angkutan sedimen di muara sungai Ka-puas dengan menggunakan metode numerik. Metodenumerik merupakan pendekatan yang dapat memberigambaran yang hampir sama dengan hasil penguku-ran langsung dan sekaligus menghemat waktu dan bi-aya. Untuk mendapatkan model numerik yang baik,dilakukan diferifikasi dengan hasil pengukuran lang-sung atau penelitian yang pernah dilakukan sebelum-nya.

Studi ini bertujuan untuk memodelkan danmengkaji perubahan dasarperairan estuari Sungai Ka-puas yang dibangkitkan oleh pasang surut, angin dandischarge sungai. Manfaat dari hasil penelitian di-harapkan dapat digunakan sebagai input dalam peren-

c© 2012 SIMETRI 1110-42

M. Ishak J., dkk./Perubahan Dasar Perairan . . . SIMETRI Vol.1 No.1(D) Mei’12

canaan dan pengendalian lingkungan di sekitar daerahhilir Sungai Kapuas, sehingga pembangunan yang di-lakukan merupakan pembangunan yang terencana danberwawasan lingkungan.

2 METODOLOGI

2.1 Model Hidrodinamika

Pergerakan massa air (hidrodinamika) di suatu per-airan dapat dipelajari dengan menggunakan hukumkekekalan massa (kontinuitas) dan kekekalan momen-

tum. Pada studi ini digunakan model numerik hidrodi-namika 2 dimensi menggunakan MIKE 21 yang dikem-bangkan oleh DHI Water & Environment untuk men-simulasikan pola sirkulasi arus. MIKE 21 menggu-nakan fleksibel mesh dan telah banyak diaplikasikandalam bidang oseanografi, daerah coastal dan estuari.

Persamaan kontinuitas:

∂h

∂t+

∂hu

∂x+

∂hv

∂y= hs (1)

Persamaan momentum dalam arah x dan y:

∂hu

∂t+

∂hu2

∂x+

∂hvu

∂y= fvh− gh

∂η

∂x− gh2

2ρ0

∂ρ

∂x+

τsx

ρ0− τbx

ρ0+

∂(hTxx)∂x

+∂(hTxy)

∂y+ husS (2)

∂hv

∂t+

∂huv

∂x+

∂hv2

∂y= fuh− gh

∂η

∂y− gh2

2ρ0

∂ρ

∂y+

τsy

ρ0− τby

ρ0+

∂(hTxy)∂x

+∂(hTyy)

∂y+ hvsS, (3)

dengan t menyatakan waktu; u dan v masing-masingmenyatakan kecepatan arus dalam arah x dan y yangdirata-ratakan terhadap kedalaman hu =

∫ η

−dudz dan

hv =∫ η

−dvdz; η adalah elevasi muka air laut; h = η+d

adalah kedalaman total perairan; f = 2Ω sinφ para-meter coriolis; g percepatan gravitasi bumi; ρ densi-tas air; pa tekanan atmosfer; S adalah magnitudo dis-charge sungai. Tij menyatakan gesekan viskos masing-masing Txx = 2A∂u

∂x , Txy = A(∂u∂y + ∂v

∂x ) dan Tyy =2A∂v

∂y ; τsx, τsy adalah stress permukaan dalam arah x,y dan τbx, τby adalah stress dasar dalam arah x dan y.

2.2 Desain Simulasi

Daerah penelitian difokuskan di daerah hilir Sun-gai Kapuas, Propinsi Kalimantan Barat, dimanadaerah model meliputi 19’ LU - 049’ LS dan 108-10940’35” BT, seperti yang terlihat pada Gambar 1.Data batimetri diperoleh dari peta batimetri Kaliman-tan - Pantai Barat, Dinas Hidro-Oseanografi tahun2005. Daerah model didiskritisasi dengan jumlah ele-men 10645 dengan ukuran grid bervariasi mulai 200 mdi bagian sungai dan muara - muara Sungai Kapuashingga 25 km di perairan dalam (Gambar 1).

Domain model terdiri dari tiga batas terbuka, yaitubatas terbuka utara, barat dan selatan dan pada tiaptitik di batas terbuka ini digunakan elevasi pasangsurut yang diramalkan dengan Tidal Model Driver(TMD). Discharge sungai (hulu) diberikan data sin-tetik yaitu 1568,7 m3/s, sedangkan data angin diper-oleh dari NCEP (National Centers for EnvironmentalPrediction) dan diberikan seragam untuk seluruh do-main model tetapi bervariasi terhadap waktu. Koe-fisien gesekan dasar menggunakan koefisien Manning

32 m1/3/s dan untuk suku turbulensi horizontal digu-nakan koefisien Smagorinsky dengan nilai konstanta0,28.

Simulasi dilakukan dengan skenario pasut, dischargesungai dan angin sebagai pembangkit arus). Veri-fikasi elevasi hasil model dilakukan dengan menggu-nakan ORI.96 dan untuk kecepatan arus hasil modeldiverifikasi dengan hasil prediksi Tidal Model Driver(TMD). Titik - titik verifikasi tersebut diperlihatkanGambar 1. Pemilihan waktu cuplik pasang surut men-gacu pada titik A pada Gambar 1.

3 HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Verifikasi Elevasi Muka Air dan Arus

Verifikasi elevasi muka air laut dan pola arus dilakukanpada tiga titik verifikasi berbeda yaitu titik 1, 2 dan 3.Sedangkan verifikasi acuan waktu cuplik pasang surutdilakukan pada satu titik verifikasi yaitu titik A. (Li-hat Gambar 1). Elevasi muka air dan pola arus hasilmodel diverifikasi dengan hasil prediksi Tidal ModelDriver (TMD).

Elevasi muka air laut hasil model pada ketiga titikpengamatan secara umum menunjukkan kesesuaianyang cukup baik dengan hasil prediksi model pa-sut global ORI.96 baik phasa maupun amplitudonya(Gambar 2, 3 dan 4).

Pola sirkulasi arus hasil model di titik 1 cenderunglebih kecil dibandingkan dengan hasil model prediksiTMD. Pola sirkulasi arus hasil model di titik 2 menun-jukkan kesesuaian dengan hasil model prediksi TMD(Gambar 5). Sebaliknya, pada titik 3 pola arus lebihbesar dibandingkan dengan hasil model prediksi TMD

1110-43

M. Ishak J., dkk./Perubahan Dasar Perairan . . . SIMETRI Vol.1 No.1(D) Mei’12

(Gambar 6).

3.2 Perubahan Batimetri Muara SungaiKapuas

Pola perubahan batimetri Muara Sungai Kapuas yangdiperoleh dari hasil simulasi model menggunakan gayapembangkit pasang surut, debit sungai dan angindisajikan per bulan. Perubahan batimetri muarasungai diketahui berdasarkan perubahan ketebalandasar muara sungai. Dari hasil simulasi akan terli-hat daerah yang mengalami abrasi/terkikis dan daerahakrasi/pengendapan. Daerah abrasi ditunjukkan olehnilai perubahan yang bertanda minus, demikian pulasebaliknya.

Perubahan ketebalan dasar perairan muara Sun-gai Kapuas pada bulan Januari s.d Februari umum-nya mengalami sedimentasi (pendangkalan) denganperubahan ketebalan sekitar 3 s.d 27 mm (Gambar 7dan 8). Daerah muara sungai yang mengalami pengik-isan yaitu pada daerah percabangan anak sungai Ka-puas yang terletak pada bagian hulu daerah modelyang dianalisis.

Pada bulan Maret, secara umum hanya bagian huludaerah model yang mengalami peningkatan pendang-kalan hingga mencapai 45 mm. Pada daerah per-cabangan anak sungai tetap mengalami pengikisan.Pengikisan pada daerah percabangan anak sungaiKapuas mencapai ketebalan 51 mm dan terjadi se-belum percabangan. Aktifitas sedimentasi di daerahdekat percabangan anak sungai tersebut menunjukkanbahwa suplai air dari anak sungai berperan seba-gai penyebab terjadinya pengikisan. Sedangkan padadaerah muara sungai yang dekat dengan mulut muaracenderung mengalami perubahan ketebalan yang ham-pir sama dengan perubahan pada bulan Januari danFebruari (ketebalan sedimentasi sekitar 15 mm) (Gam-bar 9).

Pendangkalan yang signifikan tersebut pada bulanApril semakin bergerak ke arah muara hingga men-capai daerah sebelum delta besar pada daerah model.Hal ini menunjukkan bahwa material sedimen semakinjauh diendapkan ke daerah muara seiring dengan pe-ningkatan sedimentasi di daerah hulu daerah model.Proses sedimentasi tersebut ditunjukkan pada Gam-bar 10.

4 KESIMPULAN

Dalam rentang waktu simulasi, muara sungai Kapuasumumnya mengalami pendangkalan dengan ketebalanyang bervariasi. Pengendapan material sedimen ter-jadi hanya sampai pada daerah sebelum delta sungaiKapuas, bahkan pada mulut muara bagian utara ter-jadi proses abrasi (pengikisan material dasar sungai)

UCAPAN TERIMA KASIH

Pada kesempatan ini perkenankan kami menyampaikanterima kasih kepada:

1. Ibu Dr. Eng. Nining Sari Ningsih, Prof. Dr. SafwanHadi, Ph.D, Saudari Dian Martha yang telah bersediamembimbing kami ditengah kesibukan mereka berdua

2. Direktur Eksekutif I-MHERE Universitas Tan-jungpura atas perjuangan dan pengorbanan be-liau bersama anggota timnya sehingga Program I-MHERE dapat terlaksana dengan baik pada tigatahun terakhir.

3. Dekan Fakultas MIPA Universitas Tanjungpura yangtelah memfasilitasi dengan baik terselenggaranyakegiatan I-MHERE selama tiga tahun.

4. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi yang telahmembiayai penelitian ini.

5. Semua pihak yang telah membantu terlaksananyapenelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Dahuri, R., J. Rais, S.P. Ginting, dan M.J. Sitepu, 1996,Pengelolaan Sumber Daya Wilayah Pesisir dan lautanSecara Terpadu, PT. Pradnya Paramita

[2] Ditjen Pembangunan Daerah, Depdagri, 1998, PedomanPerencanaan dan Pengelolaan Pesisir Terpadu

[3] Hadi, S., N.S. Ningsih, dan A. Tarya, 2006, Study insesional Variation of Cohecive Suspended SedimentTransport in Estuari of Mahakam Delta by Using aNumerical Model, Jurnal Teknik Sipil, Vol. 13, No. 1

[4] Hutabarat dan Evans, 1984, Pengantar Oseanografi, UIPress, Jakarta

[5] Jumarang, M. I., Muliadi, dan A. Ihwan, 2008, Polasirkulasi Arus Tiga Dimensi Perairan Pantai KalimantanBarat, Journal Aplikasi Fisika FMIPA HaluoleoUniversity, Vol. 4 No.1, hal. 1-9

[6] Ningsih, N.S., B. Priyono, S. Hadi, dan A. Tarya, 2007,Studi Awal Pemodelan Numerik Transpor Sedimen 2DHorisontal di Estuari Mahakam, Jurnal Teknologi Mineral,Vol. XIV, No.2

[7] Nontji, 1987, Laut Nusantara, Penerbit Djambatan,Jakarta

[8] Pathirana, K.P.P., C.S. Yu, and J. Berlamont, 1994,Modelling Cohesive Sediment Transport in Tidal Waters,Hydro-Port 94, International Conference onHydro-Technical Engineering for Port and HarborConstruction, Yokosuka, Japan, October 19-21 1994

[9] Simpson, J.H., 1997, Physical Processes in the ROFIRegime, Journal of Marine Systems, 12

[10] Supriharyono, 2000, Pelestarian dan Pengelolaan SumberDaya Alam di Wilayah Pesisir Tropis, PT. GramediaPustaka Utama

[11] Uncles, R.J. and J.A. Stephens, 1998, Sediment Transportin the Humber-Ouse Estuary, UK, during May 1994,Physics of Estuary and Coastal Seas, Dronkers & Scheffers(eds) Balkema, Rotterdam

1110-44

M. Ishak J., dkk./Perubahan Dasar Perairan . . . SIMETRI Vol.1 No.1(D) Mei’12

Gambar 1: Titik verifikasi ditandai dengan nomor 1, 2,dan 3, acuan waktu cuplik pasang surut ditandai dengantitik A

Gambar 2: Verifikasi elevasi hasil model (merah) terhadapTMD (biru) di Titik 1

Gambar 3: Verifikasi elevasi hasil model (merah) terhadapTMD (biru) di Titik 2

Gambar 4: Verifikasi elevasi hasil model (merah) terhadapTMD (biru) di Titik 3

Gambar 5: Verifikasi arus hasil model (merah) terhadapTMD (biru) di titik 2

Gambar 6: Verifikasi arus hasil model (merah) terhadapTMD (biru) di titik 3

1110-45

M. Ishak J., dkk./Perubahan Dasar Perairan . . . SIMETRI Vol.1 No.1(D) Mei’12

Gambar 7: Pola perubahan batimetri pada bulan Januaridi muara. Studi kasus flokulasi

Gambar 8: Pola perubahan batimetri pada bulan Februaridi muara. Studi kasus flokulasi

Gambar 9: Pola perubahan batimetri pada bulan Maretdi muara. Studi kasus flokulasi

Gambar 10: Pola perubahan batimetri pada bulan Aprildi muara. Studi kasus flokulasi

1110-46