PENENTUAN SIRKULASI ARUS PANTAI DENGAN MENGGUNAKAN METODE

NUMERIK HIDRODINAMIKA

Program Studi Fisika, FMIPA, Universitas Tanjungpura, Pontianak;

Abstrak

Model numerik hidrodinamika tiga-dimensi MOHID yang dikembangkan oleh Universitas

Teknik Lisbon, Portugal, diaplikasikan dalam kajian arus pasang surut arus di perairan Pantai

Singkawang. Data yang digunakan adalah data pasang surut yang diterapkan pada syarat

batas terbuka dengan menggunakan program model pasut global FES04 serta bathimetri hasil

pengukuran di lapangan. Simulasi numeris menggunakan pasang surut sebagai satu-satunya

gaya pembangkit arus laut. Pola arus pasang surut saat pasang menuju surut didominasi oleh

aliran yang menuju ke arah tenggara kemudian berbelok ke arah timur, sedangkan pola arus

pasang surut saat surut menuju pasang didominasi oleh aliran yang menuju ke arah barat

kemudian berbelok ke arah barat laut.

Kata kunci : Arus pasang surut, Model hidrodinamika MOHID, simulasi numeris, dan

perairan Singkawang

1. Pendahuluan

Pasang surut laut merupakan suatu fenomena pergerakan naik turunnya permukaan air

laut secara berkala yang diakibatkan oleh kombinasi gaya gravitasi dan gaya tarik menarik

dari benda-benda astronomi terutama oleh matahari, bumi dan bulan. Pasang surut dan arus

yang dibangkitkan pasang surut sangat dominan dalam proses sirkulasi massa air di perairan

pesisir (Duxbury et al., 2002). Pengetahuan mengenai pasang surut dan pola sirkulasi arus

pasang surut di perairan pesisir dapat memberikan indikasi tentang pergerakan massa air serta

kaitannya sebagai faktor yang dapat mempengaruhi distribusi suatu material di dalam kolom

air (Mann dan Lazier, 2006).

Arus pasang surut sangat dominan dalam proses sirkulasi air laut di perairan pantai.

Arus pasang surut pada saat pasang mentransporkan air dari laut menuju perairan pantai, dan

pada saat surut mentransporkan air dari perairan pantai ke laut lepas (Hatayama et al., 1996).

Pengetahuan tentang karakteristik pasang surut dan arus laut yang dibangkitkan oleh pasang

surut sangat perlu dilakukan untuk kepentingan navigasi pelabuhan, perencanaan dan

pembangunan wilayah pesisir serta pembangunan struktur bangunan pantai.

Tujuan yang ingin dicapai dari penulisan ini adalah tersedianya informasi pasang surut

dan arus pasang surut di perairan Pesisir pantai dengan menggunakan pemodelan numerik

hidrodinamika. Model hidrodinamika dipilih karena dapat memberikan data pasang surut dan

arus pasang surut secara komprehensif dan simultan dengan tingkat akurasi yang tinggi

(Ramming dan Kowalik, 1980). Dalam tulisan ini dibahas pola sirkulasi arus pasang surut di

perairan pesisir pantai, hasil dari simulasi numerik menggunakan model hidrodinamika

MOHID yang merupakan program terbuka (open source) dan dapat digunakan sebagai studi

pendahuluan dalam perencanaan reklamasi di perairan pesisir pantai.

2. Landasan Teori

2. 1 Arus dan Pasang Surut

Arus adalah gerakan massa air yang arah gerakannya horizontal maupun vertikal. Arus

sungai adalah gerakan massa air sungai yang arahnya searus dengan aliran sungai menuju

hilir atau muara. Faktor yang mempengaruhi arus, yaitu tahanan dasar, gaya Coriolis,

perbedaan densitas (Wibisono, 2005). Stress angin yang bekerja pada permukaan laut akan

mendorong lapisan permukaan dan gerakan lapisan permukaan ini akan mendorong lapisan

dibawahnya dan begitu seterusnya, sehingga terbentuk arus permukaan sampai kedalaman

100 – 300 m. Arus pasut adalah pergerakan massa air laut secara horisontal yang

dihubungkan dengan naik turunnya permukaan air laut akibat gaya tarik benda-benda

angkasa terutama bulan dan matahari. Pada waktu pasang di suatu perairan muara arus laut

akan bergerak memasuki muara. Sebaliknya arus bergerak dalam arah yang berlawanan

(keluar muara) pada saat surut.

Pada tipe pasut harian tunggal arus pasut yang terjadi adalah harian tunggal yang berarti

dalam satu hari terjadi perubahan arus satu kali, sedangkan untuk tipe pasut harian ganda

maka arus pasutnya akan mengalami dua kali perubahan arah arus dalam satu hari. Pasut

campuran arahnya akan mengalami perubahan dalam interval sekali sampai dua kali sehari.

Pada saat elevasi pasut mencapai titik tertinggi (maksimum) dan terendah (minimum) maka

laju arus akan sama dengan nol. Laju arus maksimum terjadi pada saat elevasinya sama

dengan nol. Arus pasut akan mengalami perubahan arah setelah elevasi pasut mencapai

minimum atau maksimum (Wyrtki, 1961).

Energi pasang dari laut akan berkurang sebanding dengan berkurangnya kedalaman.

Ketika memasuki estuari air sungai didesak ke atas sehingga alirannya menjadi relatif terhenti

saat puncak pasang tertinggi selama beberapa saat. Ini berarti permukaan air sungai sama

tinggi dengan permukaan air laut dimana kecepatan aliran dari kedua belah pihak menjadi

nol. Sebaliknya kecepatan air sama dengan nol juga terjadi pada saat air rendah. Suatu titik

yang berada di tengah antara air tinggi dan air rendah mempunyai kecepatan alir terbesar

(Danial, 2008).

3. Metodologi

Metode yang dapat digunakan dalam pengukuran simulasi arus yakni:

3.1. Metode Pemodelan Numerik Volume Dengan Program MIKE 21

Domain model didiskritisasi untuk membuat perhitungan mesh, data yang didapat

dikonversikan dari Universal Time ke Longitude/ latitude. Data yang telah dikonversikan

diinput sebagai coastline(garis pantai) dan diolah dengan program MIKE untuk mendapatkan

mesh. Hasil batas (boundary) di tiap titik pada mesh digunakan untuk mengetahui pasang

surut air yang kemudian menjadi data masukan untuk mensimulasikan pola aliran arus

dengan menentukan titik koordinat terlebih dahulu.

3.2. Simulasi Menggunakan Program Terbuka (Open Source) Dengan Nama MOHID

(Modelo Hidrodinàmico)

Pengambilan data dilakukan secara kontinyu pengamatan dengan menggunakan alat

automatic tide gauge. Simulasi arus pasang surut dalam studi ini dapat juga dengan

menggunakan program terbuka (open source) dengan nama MOHID (Modelo

Hidrodinàmico). Model MOHID merupakan sebuah program numerik terintegrasi

berorientasi objek (Integrated Object Oriented Model) yang dikembangkan oleh Miranda et

al. (2000). MOHID menggunakan metode pendekatan Boussinesq (Boussinesq approaches)

dan formula dari GOTM (General Ocean Turbulence Model) (Alexandre et al., 2009).

MOHID memiliki kemampuan proses awal dan akhir (pre-processor and post-processor)

untuk pemodelan hidrodinamika. Proses awal pemodelan numerik adalah pembangunan grid

pada daerah yang akan dimodelkan serta penentuan parameter masukan. Proses akhir

pemodelan adalah kegiatan menyajikan data hasil pemodelan yang dilakukan. MOHID

menyediakan perangkat GIS dan GUI sebagai perangkat proses awal untuk mengatur,

mengedit, dan memvisualisasikan data geometri dalam sebuah grid yang akan digunakan

dalam pemodelan numerik. Perangkat proses akhir dari MOHID adalah perangkat post-

processor yang dapat menyajikan hasil model secara grafik dan visualisasi data hasil

pemodelan pada setiap grid dalam domain model (Vaz et al., 2011).

3.3 Model hidrodinamika

Penulisan ini menggunakan modifikasi model hidrodinamika tiga dimensi yang

dikembangkan oleh MARETEC (Marine and Environmental Technology Research Center),

Technical University of Lisbon yang lebih dikenal dengan nama MOHID (Modelo

Hidrodinàmico). Model ini telah diterapkan pada berbagai penelitian oseanografi di

Technical University of Lisbon, Portugal. MOHID menggunakan persamaan kontinuitas dan

persamaan gerak atau kekekalan momentum yang diintegrasikan terhadap kedalaman

(Miranda et al. 2000). Percepatan arah vertikal diabaikan sehingga vektor kecepatan memiliki

besar dan arah yang sama sepanjang kolom air.

3.3.1 Persamaan Kontinuitas

Prinsip kontinuitas menyatakan kekekalan massa dalam suatu ruang yang ditempati

oleh suatu elemen fluida. Asumsi umum yang digunakan yaitu fluida tak termampatkan

(incompresible fluid) sehingga tidak ada perubahan densitas terhadap ruang dan aliran fluida

dianggap tunak. Persamaan kontinuitasnya adalah :

3.3.2 Persamaan Gerak

Persamaan gerak dikenal sebagai persamaan kekekalan momentum. Persamaan ini

menjelaskan aliran fluida yang mengikuti hukum kedua Newton. Bentuk persamaan gerak

dalam MOHID dirumuskan sebagai berikut :

Persamaan gerak untuk arah x adalah

Persamaan gerak untuk arah y adalah

Keterangan :

ρ = kerapatan fluida (kg/m³)

E = koefisien kekentalan Eddy

(m²/det)

untuk xx = arah normal terhadap x

untuk yy = arah normal terhadap y

untuk xy dan yx = arah geser pada setiap

permukaan

g = percepatan gravitasi (m²/det)

n = koefisien kekasaran Manning

φ = posisi lintang geografis (°)

ω = sudut rotasi bumi (°)

4. Hasil dan Pembahasan

Hasil simulasi model hidrodinamika yang berupa elevasi (tinggi) air laut yang

dilakukan oleh M. Furqon Azis Ismail dan Ankiq Taofiqurohman S yang berjudul

“SIMULASI NUMERIS ARUS PASANG SURUT DI PERAIRAN CIREBON”, komponen

kecepatan arus arah U dan V dapat dilihat pada Gambar 1 Berdasarkan hasil visualisasi

gambar tersebut, tipe pasang surut Perairan Cirebon adalah tipe campuran yang cenderung

semidiurnal (harian ganda) dengan amplitudo sebesar 1,8 – 2,4 meter. Ini berarti bahwa

dalam satu hari di Perairan Cirebon terjadi dua kali pasang dan dua kali surut. Tidak terjadi

amplitudo pasang surut yang mencolok dan fluktuasi muka air laut tersebut diikuti oleh

gerakan massa air yang periodik. Tipe pasang surut campuran yang cenderung semidiurnal

hasil visualisasi tersebut didukung oleh hasil perhitungan bilangan Formzahl (F) di stasiun

penelitian yang bernilai sebesar 1,21. Nilai F yang berkisar 0,25 – 1,5 menandakan bahwa

tipe pasut daerah tersebut adalah tipe campuran yang cenderung semidiurnal

(Hardisty,2009).

Gambar 1. Verifikasi komponen arus pasang surut V hasil simulasi model hidrodinamika

dengan hasil pengamatan

Kemudian Pola arus pasang surut hasil simulasi numerik terintegrasi berorientasi objek

dengan menggunakan alat automatic tide gauge, pada penelitian Taslim Arifin,Yulius dan M.

Furqon Azis Ismail yang berjudul “Kondisi arus pasang surut di perairan pesisir kota

Makassar, Sulawesi Selatan”, ditunjukan pada Gambar 2 Simulasi arus pasang surut dalam

studi ini menggunakan program terbuka (open source) dengan nama MOHID (Modelo

Hidrodinàmico Aliran residual dari pasang surut (tide-induced residual flow) yang

didefinisikan sebagai aliran rata-rata massa air dalam satu siklus pasang surut, memiliki

peranan yang sangat penting dalam proses dinamika estuari dan pesisir (Van Manh dan

Yanagi, 2000; Widodo et al., 2003). Salah satu contohnya adalah besar dan arah dari aliran

residual akan menentukan proses penyebaran dan pengendapan dari berbagai komposisi

sedimen dan polutan contohnya di Pesisir Pantai Makasar. Dari hasil simulasi didapatkan

bahwa aliran residual di titik verifikasi didominasi oleh aliran surut (ebb-dominant) dengan

laju sebesar 0,005 m/det menuju ke arah barat atau menuju ke Laut Makassar.

\

Gambar 2. Perbandingan tinggi muka air hasil simulasi numerik terintegrasi

berorientasi objek dengan menggunakan alat automatic tide gauge dengaan

program MOHID.

5.

Hasil simulasi model secara keseluruhan meliputi pola elevasi muka air dan pola arus

(kecepatan dan arah) pada penelitian Tri Agustini yang berjudul,” Simulasi Pola Sirkulasi

Arus Di Muara Kapuas Kalimantan Barat”, dengan metode pemodelan yang digunakan yaitu

metode numerik volume hingga dengan program MIKE 21 Verifikasi elevasi muka air hasil

simulasi dengan pembanding TMD menunjukkan kecocokan pola Gambar 3 merupakan

grafik pola elevasi muka air. pembanding.Verifikasi kecepatan dan arus untuk tiap bulannya

cenderung sama di keseluruhan rentang waktu simulasi seperti titik sebelumnya yaitu ke arah

barat dan barat laut. Kecocokan pola arus hasil model dengan pola arus pembanding.

Hasil simulasi model hidrodinamika diatas berupa elevasi (tinggi muka) air laut .

Adanya fluktuasi muka air laut hasil simulasi tersebut akan diikuti oleh gerakan massa air

yang periodik (Hatayama et al., 1996). Verifikasi tinggi muka air (elevasi) hasil simulasi

dilakukan dengan membandingkannya dengan hasil pengukuran dari data lapangan.

Secara umum pola arus pasang surut rata-rata hasil simulasi model hidrodinamika di

titik verifikasi sekitar Pesisir Pantai pada kondisi pasang surut menuju surut perbani

menunjukkan bahwa arus pasang surut bergerak ke arah barat menjauhi perairan Pesisir

Pantai yang kemudian berbelok secara dominan ke arah utara dengan kecepatan maksimum

5. Kesimpulan

Pengukuran arus air dapat menggunakan metode Pemodelan Numerik Volume Dengan

Program MIKE 21, Simulasi Menggunakan Program Terbuka (Open Source) Dengan Nama

MOHID (Modelo Hidrodinàmico), model hidrodinamika tiga dimensi yang dikembangkan

oleh MARETEC (Marine and Environmental Technology Research Center).

Hasil verifikasi simulasi model hidrodinamika terhadap data lapangan sudah memiliki

kesesuaian yang cukup baik (p > 0,05) sehingga hasil simulasi dapat mendekati kondisi di

lapangan.

DAFTAR PUSTAKA