i

TESIS

RANCANG BANGUN SISTEM INFORMASI

PREDIKSI EROSI PANTAI DENGAN

ONE-LINE MODEL DAN

EMPIRICAL ORTHOGONAL FUNCTION

BERBASIS SISTEM INFORMASI GEOGRAFIS

IDA AYU PUTU FEBRI IMAWATI

NIM 1491761016

PROGRAM MAGISTER

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2016

ii

RANCANG BANGUN SISTEM INFORMASI

PREDIKSI EROSI PANTAI DENGAN

ONE-LINE MODEL DAN

EMPIRICAL ORTHOGONAL FUNCTION

BERBASIS SISTEM INFORMASI GEOGRAFIS

Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister

pada Program Magister, Program Studi Teknik Elektro,

Program Pascasarjana Universitas Udayana

IDA AYU PUTU FEBRI IMAWATI

NIM 1491761016

PROGRAM MAGISTER

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2016

iii

iv

TESIS INI TELAH DIUJI DAN DINILAI

OLEH PANITIA PENGUJI

PADA TANGGAL : 25 Agustus 2016

Panitia Penguji Hasil Penelitian Tesis

Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana

No : 4171/UN.14.4/HK/2016

Tanggal : 19 Agustus 2016

Ketua : Dr. Ir. Made Sudarma, M.A.Sc

Anggota :

1. I Nyoman Satya Kumara, ST., M.Sc., PhD

3. Prof. Ir. Rukmi Sari Hartati, MT,.PhD

3. Prof. Ir. Ida Ayu Dwi Giriantari, MEngSc., PhD

4. NMAE Dewi Wirastuti, ST., MSc., PhD

v

vi

UCAPAN TERIMAKASIH

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Ida Sang Hyang Widhi Waca

sehingga dengan rahmat dan izin-Nya lah tesis ini dapat terselesaikan. Pada

kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih yang sedalam dalamnya

kepada Bapak Rektor Universitas Udayana, Prof. Dr. dr. I Ketut Suastika, Sp.PD-

KEMD atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk dapat

mengikuti dan menyelesaikan pendidikan pada Program Magister Universitas

Udayana. Terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Ibu Prof. Dr. dr. A. A. Raka

Sudewi, Sp.S (K), sebagai Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana

atas kesempatan yang telah diberikan kepada penulis untuk menjadi mahasiswa

Magister Teknik Elektro Universitas Udayana.

Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Ibu Prof. Ir. I. A. Dwi

Giriantari, M.Eng,Sc., PhD, selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Elektro

Program Pasca Sarjana Universitas Udayana. Bapak Pembimbing I, Dr. Ir. Made

Sudarma, M.A.Sc penulis sampaikan penghormatan yang setinggi-tingginya atas

ide, konsep, pemikiran dan cara pandang Beliau yang mempengaruhi sikap

perilaku dan pemikiran penulis dan Bapak I Nyoman Satya Kumara, ST., M.Sc.,

PhD selaku pembimbing II yang dengan tulus dan detail mengarahkan sehingga

pengerjaan tesis ini dapat terselesaikan. Selaku dosen penguji tesis Ibu Prof. Ir.

Rukmi Sari Hartati, MT,.PhD, Ibu Prof. Ir. Ida Ayu Dwi Giriantari, MEngSc.,

PhD dan Ibu NMAE Dewi Wirastuti, ST., MSc., PhD terima kasih penulis

sampaikan karena telah memberikan masukan, saran, sanggahan dan koreksi demi

vii

penyempurnaan dan kelayakan tesis ini. Beserta segenap dosen dan staff

administrasi di Program Magister Teknik Elektro.

Penghormatan dan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak

Lanang Sunu Perbawa, ST dari Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan

Rakyat Direktorat Jenderal Sumber Daya Air Satker Balai Wilayah Sungai Bali

Penida, Ibu Budi Anggraeni dari Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika

Wilayah III Denpasar, Ibu Tatik Budi selaku perwakilan Badan Informasi

Geospasial wilayah Bali, Bapak Evendi Akhmad dari Badan Pusat Statistik

Provinsi Bali atas semua informasi dan data sehingga tesis ini dapat diselesaikan.

Ngakan Putu Purnaditya, ST terima kasih atas tutorial, contoh, pendapat dan

referensi mengenai teknik pantai. Mbak Andhita Triwahyuni, atas saran pendapat

dan tutorialnya mengenai oseanografi dan Putu Ranu Fajar beserta teman-teman

di Fakultas Perikanan dan Kelautan Universitas Udayana atas tutorial GIS dan

pemikirannya sehingga penulis memiliki arah yang jelas dalam penulisannya.

Sahabat, rekan angkatan 2014 Magister Teknik Elektro terima kasih atas waktu

luar biasa satu tahun belajar bersama dan support semangatnya.

Keluarga besar tercinta di Belega, keluarga besar di Negara, Ajik, Ibu,

Gusde Odo, Ida Bagus Made Putra Suryadi Kesuma, ST terima kasih atas

dukungannya, Dayu Gek Kartika Laksmi atas pengertiannya mengurangi waktu

bersama ibunya, Mamak Adek, Yuni, Pak De Nesa terima kasih karena selalu

menjaga Gek Tika. Selain itu rekan-rekan dosen dan staf administrasi di STMIK

Denpasar terima kasih atas kesempatan untuk meninggalkan tugas serta tak lupa

pula pada Yayasan Pendidikan Kerthawisata terima kasih atas kesempatan dan ijin

viii

untuk studi. Kepada segenap pihak yang telah membantu penulis dalam

pengerjaan tesis ini, yang mungkin tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis

ucapkan terima kasih.

Akhir kata, semoga buku tesis ini dapat memberikan manfaat bagi

banyak kalangan.

Denpasar, Juni 2016,

Penulis

ix

ABSTRAK

Tujuan penelitian ini adalah membuat pemodelan perubahan garis pantai

di Pantai Lebih kemudian menganalisis dan memprediksi perubahan garis pantai

hingga kurun waktu 10 tahun hingga dapat memberikan informasi perubahan garis

pantai bagi pihak-pihak yang berkepentingan. Dengan menggunakan data rata-rata

angin kecepatan dan arah, kedalaman pantai serta data shp file Pulau Bali sebagai

data garis pantai awal.

Pemodelan dan prediksi dilakukan dengan menggunakan One-Line model

dan analisis menggunakan Empirical Orthogonal Function. Sebelum pemodelan

dengan One-Line, dilakukan tiga tahapan kajian pendahuluan yaitu pertama

meramalkan gelombang laut dalam (tinggi dan periode), kedua adalah menghitung

ketinggian dan kedalaman gelombang pecah dan ketiga adalah menentukan

koordinat sel-sel garis pantai dari file shp peta Pulau Bali. Berdasarkan ketiga

tahap ini dilakukan perhitungan laju transport sedimen dan perubahan akresi, erosi

atau stabilnya garis pantai. Hasilnya berupa koordinat hasil perubahan garis

pantai. Koordinat hasil perubahan garis pantai dengan ONE-LINE model

digunakan sebagai inputan awal perhitungan Empirical Orthogonal Function.

Perhitungan dengan EOF akan menghasilkan eigen vector dan eigen value mode

pertama hingga mode kelima (spasial) serta principal component-nya (temporal).

Selain itu juga menghasilkan ordinat spasiotemporal dari EOF mode pertama.

Selanjutnya proses prediksi dilakukan dengan ONE-LINE model, selama kurun

waktu 10 tahun dengan asumsi arah datang gelombang sama dengan awal.

Hasil perhitungan numerik untuk tahap ONE-LINE model dan prediksi

akan dapat ditampilkan menggunakan tool sistem informasi geografis. Selain itu

pengujian masing-masing perhitungan (pemodelan) dilakukan dengan

membandingkan hasil ONE-LINE model baik pemodelan maupun prediksi

dengan peta garis pantai awal (bukan hasil pengukuran langsung tapi berupa jarak

antara koordinat acuan dengan titik koordinat peta) menggunakan formula RMSE

dan MAPE sehingga dapat diketahui model dengan unjuk kerja terbaik.

Kata kunci : Oneline Model, EOF, erosi pantai, Pantai Lebih, perubahan garis

pantai

x

ABSTRACT

The purpose of this study is to make modeling of shoreline change in

Lebih Beach then analyze and predict changes in the coastline up to 10 years to be

able to provide information shoreline change for the parties concerned. By using

average data of wind speed and direction, the depth of the beach , data shp file of

Bali island as a primary data of the shoreline.

Modeling and prediction is done by using the ONE-LINE models and

analysis using Empirical Orthogonal Function. Before modeling with ONE-LINE,

three stages of preliminary studies has been done. First, predict ocean wave in

(height and period), the second is to calculate the height and depth of a breaking

wave and the third is to determine the coordinates of the shoreline cells of shp file

Bali island map. Based on these three stages of the calculation of sediment

transport rate and changes accretion, erosion or instability of the shoreline. The

result is a result of changes in the coordinates of the coastline. Coordinates the

results of shoreline change with ONE-LINE models are used as initial input

calculation of Empirical Orthogonal Function. Calculations by the EOF will

produce eigen vectors and eigen value first mode until the fifth mode (spatial) as

well as its principal component (temporal). It also produces ordinate

spasiotemporal of the first EOF mode. Furthermore, the prediction process is done

by ONE-LINE models, during the past 10 years, assuming the same wave

direction to start.

The results of numerical calculations for stage ONE-LINE models and

predictions will be displayed using geographic information system tools. In

addition each test calculations (modeling) is done by comparing the results of the

ONE-LINE models of both modeling and prediction with a map of the

preliminary coastline (instead of direct measurements but of a distance between

the coordinate reference to the coordinates of the map) using the formula RMSE

and MAPE so that it can known models with the best performance.

Keywords : Oneline Model, EOF, coastal erosion, Lebih Beach, shoreline

changes

xi

DAFTAR ISI

SAMPUL DALAM............................................................................................... i

HALAMAN PRASYARAT ................................................................................. ii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii

PENETAPAN PANITIA PENGUJI .................................................................... iv

PERSYARATAN KEASLIAN PENELITIAN ..................................................... v

UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................... vi

ABSTRAK ......................................................................................................... ix

ABSTRACT ........................................................................................................ x

DAFTAR ISI ..................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiv

DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN ......................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 7

1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................................... 7

1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................................ 7

1.5 Ruang Lingkup Penelitian ............................................................................. 8

1.6 Keaslian Penelitian ........................................................................................ 8

BAB II KAJIAN PUSTAKA ............................................................................. 11

2.1 State of The Art Review ............................................................................... 11

2.2 Gambaran Umum Pantai ............................................................................. 20

2.3 Pembangkitan Gelombang .......................................................................... 22

2.3.1 Data Angin ........................................................................................ 23

2.3.2 Peramalan Gelombang ....................................................................... 25

2.3.3 Klasifikasi Gelombang Berdasarkan Kedalaman Relatif ..................... 28

2.3.4 Distribusi Gumbel .............................................................................. 29

2.3.5 Deformasi Gelombang ....................................................................... 31

2.3.6 Volume Transport Rate ...................................................................... 36

2.4 ONE-LINE Model ....................................................................................... 37

2.5 Sistem Informasi Geografis ......................................................................... 39

2.6 Empirical Orthogonal Function (EOF) ....................................................... 42

2.7 Prediksi Perubahan Garis Pantai dengan ONE-LINE Model ........................ 44

2.8 Pengujian Unjuk Kerja Model ..................................................................... 45

BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 47

3.1 Gambaran Umum Penelitian ....................................................................... 47

3.1.1 Gambaran Umum Pemodelan Garis Pantai dengan ONE-LINE Model 47

3.1.2 Gambaran Analisis Perubahan Garis Pantai dengan EOF ................... 49

3.1.3 Gambaran Prediksi Garis Pantai ......................................................... 49

3.1.4 Gambaran Validasi dan Pengujian Model ........................................... 49

3.2 Rancangan Alur Penelitian .......................................................................... 50

3.2.1 Studi Literatur dan Pengumpulan data ................................................ 51

xii

3.2.2 Perancangan Pemodelan dengan ONE-LINE Model ........................... 52

3.2.3 Perancangan Integrasi Dukungan SIG pada ONE-LINE model

dan EOF............................................................................................ 55

3.2.4 Pengujian Unjuk Kerja Model ........................................................... 59

3.2.5 Perancangan Layout Peramalan Gelombang ....................................... 60

3.2.6 Penyusunan Kesimpulan .................................................................... 60

3.3 Alat dan Bahan Penelitian ........................................................................... 60

3.3.1 Alat Penelitian .................................................................................. 61

3.3.2 Bahan Penelitian ............................................................................... 60

3.3.3 Lokasi dan Waktu Penelitian ............................................................. 61

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 62

4.1 Kajian Pendahuluan ................................................................................... 62

4.2 Pembuatan Model dan Aplikasi .................................................................. 63

4.3 Pengujian dan Analisis ............................................................................... 63

4.4 Windrose Berdasarkan Data Angin Tahun 2005-2014 ................................ 64

4.4.1 Fetch Efektif Pantai Lebih .............................................................. 65

4.4.2 Peramalan Gelombang Laut Dalam Pantai Lebih ............................ 66

4.4.3 Gelombang Rencana dengan Analisis Fisher Tippet Type I ............ 68

4.5 Pembuatan Tabel Koefisien Refraksi Gelombang ....................................... 70

4.6 Pembuatan Tabel Koefisien Efek Pendangkalan Gelombang ...................... 70

4.7 Pembuatan Tabel Rekapitulasi Gelombang Pecah ...................................... 71

4.8 Pembagian Pias Garis Pantai Lebih ............................................................ 72

4.9 Pembuatan Aplikasi dan Interface Peramalan Gelombang Laut Dalam ....... 74

4.10 Aplikasi Perubahan Garis Pantai denagn ONE-LINE Model ....................... 75

4.4.1 Pembuatan Aplikasi........................................................................ 75

4.4.2 Proses Menjalankan Aplikasi.......................................................... 77

4.4.3 Plot Perubahan Ordinat garis Pantai dan Analisis ........................... 78

4.11 Plotting Perubahan Garis Pantai dengan ONE-LINE Model pada Qgis ....... 88

4.12 Aplikasi Perhitungan EOF .......................................................................... 89

4.12.1 Pembuatan Aplikasi........................................................................ 89

4.12.2 Hasil Perhitungan EOF ................................................................... 89

4.12.3 Plot Spasial EOF ............................................................................ 90

4.12.4 Plot Temporal EOF ........................................................................ 91

4.13 Prediksi Perubahan Garis Pantai dengan ONE-LINE Model ....................... 91

4.14 Plotting Perubahan Garis Pantai Hasil Prediksi ONE-LINE Model pada

Qgis ............................................................................................................ 99

4.15 Pengujian Unjuk Kerja Model .................................................................. 100

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN............................................................ 106

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 106

5.2 Saran ......................................................................................................... 107

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 108

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR TABEL

2.1 Daftar Acuan Penelitian ............................................................................. 18

2.2 Skala Beaufort ............................................................................................ 24

2.3 Beberapa Konstanta Rumus Transpor Sedimen Sepanjang Pantai ............... 37

3.1 Data yang Diperlukan ................................................................................. 52

4.1 Arah Angin dan Persentase Kejadian .......................................................... 64

4.2 Hasil Perhitungan Fetch Efektif .................................................................. 65

4.3 Nilai Tinggi dan Periode Maksimal Tiap Tahun ......................................... 69

4.4 Data Laut Dalam ........................................................................................ 70

4.5 Rekapitulasi Parameter Gelombang Pecah .................................................. 72

4.6 Rekapitulasi Jumlah Iterasi dan Arah Eksekusi ONE-LINE Model ............. 77

4.7 Varian Data ................................................................................................ 90

4.8 Rekapitulasi perhitungan RMSE dan MAPE ............................................ 101

4.9 Perubahan Ordinat y Tahun 2005 ............................................................. 101

4.10 Perubahan Ordinat y Tahun 2012 ............................................................. 101

4.11 Perubahan Ordinat y Tahun 2014 ............................................................. 102

4.12 Rata-Rata Perubahan Maju-Mundur Garis Pantai ..................................... 103

4.13 Rata-Rata Prediksi Perubahan Maju-Mundur Garis Pantai ........................ 105

xiv

DAFTAR GAMBAR

1.1 Diagram Fishbone ..................................................................................... 10

2.1 Pantai dan Definisinya .............................................................................. 20

2.2 Gelombang Definisi dan Karakteristiknya ................................................. 22

2.3 Rasio kecepatan angin overwater UW hingga overland UL ......................... 26

2.4 Grafik Peramalan Gelombang ................................................................... 28

2.5 Ilustrasi Peristiwa Refraksi Gelombang ..................................................... 32

2.6 Refraksi Gelombang pada Kontur Sejajar.................................................. 33

2.7 Proses Terbentuknya Sudut Gelombang Pecah .......................................... 35

2.8 Garis Pantai Dibagi ke Dalam Sel yang Memiliki Lebar ∆x dan Panjang (yi),

i Mengacu pada Nomor dari Sel ................................................................ 38

2.9 Sedimen Transpor ke Dalam dan ke Luar Sel ............................................ 38

2.10 Subsistem SIG .......................................................................................... 35

3.1 Diagram Alur Penelitian ........................................................................... 51

3.2 Blok Diagram Peramalan Gelombang ....................................................... 53

3.3 Blok Diagram Pembagian Pias Garis Pantai .............................................. 53

3.4 Blok Diagram Analisis Pendangkalan, Analisis Refraksi Gelombang dan

Analisis Gelombang Pecah ....................................................................... 54

3.5 Diagram Alir Pemodelan Garis Pantai dengan ONE-LINE Model ............. 55

3.6 Blok Diagram Dukungan Sistem Informasi Geografis pada ONE-LINE

model dan EOF ......................................................................................... 56

3.7 Analisis Perubahan Garis Pantai dengan EOF ........................................... 57

3.8 Prediksi dengan ONE-LINE model ........................................................... 58

3.9 Pengujian Unjuk Kerja Model ................................................................... 59

3.10 Modul Peramalan Gelombang ................................................................... 60

4.1 Windrose Data Angin tahun 2005-2014 .................................................... 64

4.2 Penentuan Fetch Efektif ............................................................................ 65

4.3 Plotting H dan T pada Grafik Peramalan Gelombang nilai UA ≤ 5 m/d ...... 68

4.4 Ordinat Garis Pantai Awal Pantai Lebih .................................................... 72

4.5 Garis Pantai Setelah Diubah Orientasinya ................................................. 73

4.6 Desain interface Peramalan Gelombang .................................................... 74

4.7 Proses Running Aplikasi Peramalan Gelombang ....................................... 75

4.8 Plot Perubahan Garis Pantai Tahun 2005 .................................................. 81

4.9 Plot Perubahan Garis Pantai Tahun 2006 .................................................. 81

4.10 Plot Perubahan Garis Pantai Tahun 2007 .................................................. 82

4.11 Plot Perubahan Garis Pantai Tahun 2008 .................................................. 82

4.12 Plot Perubahan Garis Pantai Tahun 2009 .................................................. 83

4.13 Plot Perubahan Garis Pantai Tahun 2010 .................................................. 83

4.14 Plot Perubahan Garis Pantai Tahun 2011 .................................................. 84

4.15 Plot Perubahan Garis Pantai Tahun 2012 .................................................. 86

4.16 Plot Perubahan Garis Pantai Tahun 2013 .................................................. 87

4.17 Plot Perubahan Garis Pantai Tahun 2014 .................................................. 87

4.18 Plotting Ordinat Perubahan Garis Pantai Hasil ONE-LINE Model ............ 88

4.19 Plotting Spasial EOF Mode 1 .................................................................... 91

xv

4.20 Plotting Temporal EOF Mode 1 ................................................................ 91

4.21 Plot Prediksi Garis Pantai Tahun 2015 ...................................................... 93

4.22 Plot Prediksi Garis Pantai Tahun 2016 ...................................................... 93

4.23 Plot Prediksi Garis Pantai Tahun 2017 ...................................................... 94

4.24 Plot Prediksi Garis Pantai Tahun 2018 ...................................................... 94

4.25 Plot Prediksi Garis Pantai Tahun 2019 ...................................................... 95

4.26 Plot Prediksi Garis Pantai Tahun 2020 ...................................................... 95

4.27 Plot Prediksi Garis Pantai Tahun 2021 ...................................................... 96

4.28 Plot Prediksi Garis Pantai Tahun 2022 ...................................................... 98

4.29 Plot Prediksi Garis Pantai Tahun 2023 ...................................................... 98

4.30 Plot Prediksi Garis Pantai Tahun 2024 ...................................................... 99

4.31 Plotting Perubahan Garis Pantai Prediksi ONE-LINE Model .................. 100

xvi

DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN

BIG : Badan Informasi Geospasial

BMKG : Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika BPS : Badan Pusat Statistik

BWS : Balai Wilayah Sungai Bali-Penida

CERC : Coastal Engineering Research Center

Departemen PU : Departemen Pekerjaan Umum

DSAS : Digital Shoreline Analysis System

EOF : Empirical Orthogonal Function

GUI : Graphical User Interface

GIS : Geographical Information System

MAPE : Mean Absolute Percentage Error

Matlab : Matrix Laboratory

NDWI : Normalized Difference Water Index

PC : Principal Component

PCA : Principal Component Analysis

RMSE : Root Mean Square Error

SIG : Sistem Informasi Geografis

SPM : Shore Protection Manual

TM : Thematic Mapper

UK : United Kingdom

USACE : U.S. Army Corps of Engineers