Rekayasa Pantaiebook.itenas.ac.id/repository/221721c86830dddbba6c5cca30... · 2020. 9. 29. ·...
Transcript of Rekayasa Pantaiebook.itenas.ac.id/repository/221721c86830dddbba6c5cca30... · 2020. 9. 29. ·...
Rekayasa Pantai
Oleh:
Yati Muliati
2
Cetakan 1, 2020
Hak Cipta dilindungi undang-undang
©2020, Penerbit Itenas
Dilarang keras menerjemahkan, memfotokopi, atau memperbanyak
sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari penerbit.
Hak Cipta pada Penerbit Itenas, 2020
ISBN: 978-623-7525-29-5
Penerbit Itenas,
Jl. PKH. Mustopha No.23 Bandung
Telp.: +62 22 7272215, Fax: +62 22 7202892
Email: [email protected]
i
KATA PENGANTAR
Rekayasa Pantai adalah suatu ilmu yang mempelajari dan mencoba
menyelesaikan permasalahan di wilayah pantai seperti misalnya erosi pantai,
perencanaan bangunan pantai, perencanaan pelabuhan dan sebagainya.
Selain desain, pembangunan dan pemeliharaan struktur pantai, ahli pantai
sering terlibat dalam pengelolaan zona pantai terintegrasi (Integrated
Coastal Zone Management, ICZM). Kemampuan mereka tentang hidro dan
morfodinamika pantai dapat memberikan masukan dan teknologi untuk
misalnya penilaian dampak lingkungan, pengembangan pelabuhan, strategi
untuk perlindungan pantai, reklamasi lahan, dan lain-lain.
Untuk menunjang pemahaman tentang pantai bagi mahasiswa, dirasakan
perlu menyediakan suatu buku dalam Bahasa Indonesia yang dapat
memberikan gambaran umum yang cukup jelas tentang rekayasa pantai,
sehingga sumber daya alam di pantai dapat dikelola dan dimanfaatkan untuk
kepentingan manusia dengan dampak yang sekecil mungkin terhadap alam
dan lingkungan sekitarnya.
Buku ini berawal dari diktat kuliah yang kemudian dikembangkan dengan
mengacu pada berbagai sumber pustaka, makalah, laporan teknik, dan lain-
lain yang terkait dan mampu memberikan informasi awal tentang pantai.
Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Syamsudin,
Dipl. HE (alm) yang pada masa lalu telah menginisiasi penyusunan diktat
Teknik Pantai untuk mendukung kegiatan kuliah pada tingkat sarjana.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang
telah memberikan dukungan, kesempatan kepada penulis untuk
mempersiapkan buku ini. Semoga bermanfaat.
Bandung, September 2020
Yati Muliati
ii
DAFTAR ISI
Kata pengantar ...................................................................................... i
Daftar Isi ................................................................................................. ii
1. Pengantar Rekayasa Pantai .............................................................. 1
1.1. Definisi Pantai Secara Teknis ..................................................... 1
1.2. Fungsi Pantai ............................................................................... 2
1.3. Jenis Pantai ................................................................................... 2
1.3.1. Pantai Berpasir ................................................................. 2
1.3.2. Pantai Berlumpur .............................................................. 3
1.3.3. Pantai Berawa ................................................................... 3
1.3.4. Pantai Berbatu .................................................................. 4
1.4. Permasalahan di Wilayah Pantai ................................................. 4
1.5. Lokasi dan Jumlah Kasus Permasalahan di Indonesia ................. 5
1.6. Data yang Dibutuhkan untuk Penelitian Wilayah Pantai ............. 5
2. Survei Oseanografi ............................................................................ 11
2.1. Batimetri ..................................................................................... 11
2.1.1. Pengikatan Titik Referensi ke Benchmark ....................... 12
2.1.2. Pembuatan Titik Tetap (Beacon) ...................................... 13
2.1.3. Pengukuran Kedalaman Sepanjang Jalur Sounding
(Sounding Line) ............................................................... 13
2.1.4. Pengukuran Kedalaman di Sepanjang Jalur Silang ........... 14
2.1.5. Pengukuran Pasang Surut .................................................. 14
2.1.6. Penggambaran ................................................................... 14
2.2. Tinggi, Periode, dan Arah Gelombang ........................................ 14
2.3. Pasang Surut ................................................................................ 15
2.4. Kecepatan dan Arah Arus ............................................................ 18
2.5. Salinitas dan Suhu ....................................................................... 19
2.6. Komposisi Kimia Air Laut .......................................................... 19
2.7. Distribusi Butir Sedimen ............................................................. 19
3. Teori Gelombang ............................................................................... 21
3.1. Karakteristik Gelombang ............................................................. 21
3.2. Definisi Parameter Gelombang ................................................... 21
3.3. Kecepatan Rambat Gelombang ................................................... 23
3.4. Teori Gelombang Linier .............................................................. 23
3.5. Persamaan Gerak Gelombang ..................................................... 27
3.6. Energi Gelombang ....................................................................... 28
3.7. Analisis Statistik Gelombang dan Spektrum Gelombang ............ 32
3.7.1. Analisis Statistik Gelombang ............................................ 32
iii
3.7.2. Spektrum Gelombang ........................................................ 33
3.7.3. Tinggi Gelombang Signifikan ........................................... 35
4. Peramalan dan Transformasi Gelombang ....................................... 39
4.1. Peramalan Gelombang ................................................................. 39
4.2. Arah Datang Gelombang ............................................................. 50
4.3. Transformasi Gelombang ............................................................ 51
4.3.1. Hubungan Antara Besaran-besaran Gelombang ............... 52
4.3.2. Perubahan Tinggi Gelombang .......................................... 52
4.3.3. Gelombang Pecah ............................................................. 54
5. Angkutan Sedimen Menyusur Pantai .............................................. 79
5.1. Proses Terjadinya Angkutan ........................................................ 79
5.2. Permasalahan Pantai dan Muara yang Terkait dengan Kejadian
Littoral Process ........................................................................... 80
5.3. Rumus Perhitungan ..................................................................... 86
6. Pemecah Gelombang dan Kelengkapannya .................................... 89
6.1. Pemecah Gelombang (PG)/Breakwater ....................................... 89
6.2. Pelindung Kaki (Toe Protection) ................................................. 95
6.3. Puncak/Mercu Pemecah Gelombang dan Tebal Lapisan Pelindung 96
6.4. Rayapan Gelombang (Wave Run Up) .......................................... 101
6.5. Tinggi Muka Air Laut Rencana ................................................... 106
7. Perubahan Garis Pantai .................................................................... 109
7.1. Perhitungan Perkembangan Garis Pantai ..................................... 109
7.2. Bentuk Garis Pantai ..................................................................... 115
8. Transmisi dan Gaya Gelombang ...................................................... 125
8.1. Transmisi Gelombang Akibat Adanya Konstruksi ...................... 125
8.2. Gaya Gelombang Pada Dinding Tegak ....................................... 126
8.2.1. Kondisi Gelombang Tidak Pecah Dengan Metode
Miche-Rundgren .............................................................. 126
8.2.2. Kondisi Gelombang Pecah Dengan Metode Minikin ....... 128
8.3. Gaya Gelombang Pada Pipa Atau Tiang Bulat ............................ 129
9. Perlindungan Pantai .......................................................................... 135
9.1. Tanggul Laut ............................................................................... 135
9.2. Revetment .................................................................................... 136
9.3. Tembok Laut (Seawall) ............................................................... 137
9.4. Dinding Penahan Tanah (Bulkhead atau Turap) .......................... 137
9.5. Pemecah Gelombang ................................................................... 137
iv
9.6. Ambang Tenggelam .................................................................... 138
9.7. Groin ............................................................................................ 138
9.8. Jetty ............................................................................................. 139
9.9. Sand Bypassing ............................................................................ 139
Daftar Pustaka ....................................................................................... 141
1
1 PENGANTAR REKAYASA
PANTAI
Rekayasa pantai adalah suatu ilmu yang mempelajari dan mencoba
menyelesaikan permasalahan di wilayah pantai seperti misalnya erosi pantai,
perencanaan bangunan pantai, perencanaan pelabuhan dan sebagainya. Ilmu
rekayasa pantai ini merupakan bagian dari ilmu teknik sipil yang mempunyai
kaitan erat dengan ilmu-ilmu lainnya, antara lain oseanografi, meteorologi,
geofisika, hidrolika, geologi, statistik dan matematika. Mengingat bahwa
Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia yang memiliki garis
pantai sepanjang ± 81.000 km, dengan luas daratan ± 1.900.000 km2 dan laut ±
3.270.000 km2, maka rekayasa pantai sangat penting untuk dipelajari.
Sehubungan dengan wilayah pantai yang merupakan pertemuan antara darat dan
laut, maka kawasan ini mempunyai ciri yang khas, karena ke arah laut dibatasi
oleh pengaruh fisik laut dan sosial ekonomi bahari, sedangkan ke arah darat
dibatasi oleh pengaruh proses alami dan kegiatan manusia terhadap lingkungan
darat.
1.1. Definisi Pantai Secara Teknis
Secara teknis, pantai didefinisikan dengan sketsa seperti tergambar pada Gambar
1.1 di bawah ini.
Gambar 1.1 Sketsa definisi pantai secara teknis
2
1.2. Fungsi Pantai 1
Secara alami pantai berfungsi sebagai :
1) Pembatas antara darat dan laut;
2) Tempat hidup biota pantai;
3) Tempat sungai bermuara;
Dalam perkembangannya, fungsi pantai dapat berubah / bertambah sesuai dengan
kebutuhan manusia, antara lain :
4) Tempat saluran bermuara (misal : saluran untuk tambak);
5) Tempat peralihan kegiatan hidup di darat dan di laut (pelabuhan, pelayaran);
6) Tempat hunian nelayan;
7) Tempat wisata;
8) Tempat usaha;
9) Tempat budidaya pantai (antara lain : tambak dan pertanian);
10) Sumber bahan bangunan (antara lain pasir dan batukarang).
1.3. Jenis Pantai 2
Jenis pantai di Indonesia secara sederhana dapat dikelompokkan atas pantai
berpasir, pantai berlumpur, pantai berawa, dan pantai berbatu.
1.3.1. Pantai Berpasir 2
Pantai berpasir merupakan pantai yang didominasi oleh hamparan atau dataran
pasir, baik yang berupa pasir hitam, abu-abu atau putih. Selain itu terdapat
lembah-lembah di antara beting pasir. Tumbuh-tumbuhan yang dominan di hutan
pantai berpasir antara lain adalah kelapa dan cemara laut. Pantai berpasir
(Gambar 1.2) umumnya dijadikan kawasan pariwisata pantai, karena alamnya
yang indah dan menarik. Kawasan pantai berpasir yang sudah berkembang,
misalnya pantai Pangandaran, Carita, dan Pelabuhan Ratu (Jawa Barat). Parang
Tritis (Yogyakarta), pantai Sanur dan Kuta (Bali), pantai Ancol dan Kepulauan
Seribu (Jakarta).
Gambar 1.2 Pantai Berpasir2 Gambar 1.3 Pantai Berlumpur2
1 Syamsudin, Pengantar Teknik Pantai, Bandung, Itenas, 1995 2 Sugiarto dan Willy Ekariyono, Penghijauan Pantai, Jakarta, Swadaya, 1996.
3
1.3.2. Pantai Berlumpur 2
Pantai berlumpur (Gambar 1.3) merupakan hamparan lumpur sepanjang pantai
yang dihasilkan dari proses sedimentasi atau pengendapan, umumnya terletak di
dekat muara sungai. Tanah pantai ini berasal dari endapan lumpur yang dibawa
oleh aliran sungai.
Struktur dan komposisi tumbuhan di kawasan pantai berlumpur Indonesia
merupakan formasi hutan mangrove yang didominasi oleh bakau hitam, bakau
putih, dll. Selain menghasilkan kayu, hutan mangrove juga menghasilkan bahan
penyamak atau bahan pewarna. Tunas-tunas baru selalu tumbuh dalam hutan
mangrove, sehingga kawasan hutan menjadi luas. Akibatnya, lambat laun daratan
pun makin meluas ke arah laut.
Hutan mangrove memberikan perlindungan terhadap daratan dan ancaman erosi.
Hutan mangrove juga berfungsi sebagai tempat pelestarian populasi ikan,
kepiting, udang dan kerang-kerangan. Di dalam perairan hutan mangrove banyak
terdapat jenis alga dan plankton yang menjadi sumber makanan bagi biota-biota
tsb. Daun, dahan, dan pohon-pohon mangrove yang telah tua akan tumbang dan
didekomposisi oleh fungsi dan bakteri menjadi bahan organik. Selanjutnya bahan
organik ini akan menjadi penyubur tanah, dan menjadi bahan makanan bagi biota
lainnya.
1.3.3. Pantai Berawa 2
Pantai berawa (Gambar 1.4) merupakan daerah yang tergenang air, baik secara
permanen ataupun temporer. Tanah dan air pantai ini memiliki tingkat keasaman
yang tinggi. Hutan pantai berawa umumnya ditumbuhi oleh jenis tumbuhan
seperti nipah, sagu, meranti, terentang.
Gambar 1.4 Pantai Berawa2 Gambar 1.5 Pantai Berbatu2
4
1.3.4. Pantai Berbatu 2
Pantai berbatu (Gambar 1.5) umumnya terdiri dari bongkahan-bongkahan batuan
granit. Pantai seperti ini terdapat di kepulauan Natuna, Pulau Buton, dan Pantai
selatan Jawa (Pelabuhan Ratu dan Ujung Kulon).
1.4. Permasalahan di Wilayah Pantai 3
Permasalahan yang terjadi di wilayah pantai antara lain, erosi, abrasi, sedimentasi
dan pencemaran.
1) Erosi Pantai
Adalah proses mundurnya pantai dari kedudukan semula yang antara lain
disebabkan oleh tidak adanya keseimbangan antara pasok dan kapasitas
angkutan sedimen. Perubahan pantai jenis ini biasa terjadi pada pantai landai
(berpasir, atau berlumpur).
Beberapa faktor penyebab yang sering mengakibatkan tejadinya erosi pantai
antara lain :
- Pengaruh adanya bangunan pantai;
- Penambangan material pantai dan sungai;
- Pemindahan muara sungai;
- Pencemaran perairan pantai (dapat mematikan karang, hutan);
- Pengaruh pembuatan waduk di hulu (angkutan sedimen berkurang);
- Perusakan oleh bencana alam (misal : gelombang badai, tsunami).
2) Abrasi
Adalah proses erosi diikuti longsoran (runtuhan) pada material yang masif
(batu) seperti tebing pantai. Abrasi antara lain disebabkan oleh daya tahan
material menurun karena cuaca (pelapukan) dan selanjutnya daya tahan
tersebut dilampui oleh kekuatan hidraulik (arus dan gelombang).
3) Sedimentasi (Akresi)
Adalah proses pengendapan material yang terbawa oleh air, angin, maupun
gletser. Sedimentasi dapat terjadi di muara sungai dan di pelabuhan.
Sedimentasi di muara sungai terdiri atas proses penutupan dan proses
pendangkalan muara.
- Penutupan sungai tejadi tepat di mulut sungai pada pantai yang berpasir atau
berlumpur, yaitu dengan tejadinya formasi ambang di muara. Proses ini
biasanya disebabkan karena debit sungai kecil, terutama di musim kemarau,
sehingga aliran air tidak mampu membilas sedimen.
5
- Pendangkalan muara sungai dapat terjadi mulai dari muara ke udik sampai
pada suatu lokasi di sungai dimana pengaruh intrusi air laut (pengaruh
pasang surut dan pencapuran air garam) masih ada.
1.5. Lokasi dan Jumlah Kasus Permasalahan di Indonesia3
Kawasan pantai dan muara disebut rusak apabila perubahan morfologi pantai
yang terjadi telah menurunkan atau bahkan melenyapkan sama sekali fungsinya.
Berdasarkan hal tersebut, maka Puslitbang Sumber Daya Air telah mengadakan
inventarisasi tentang kerusakan pantai dan muara di Indonesia sejak ± 30 tahun
yang lalu. Dan dari hasil inventarisasi ini tercatat pada tahun 2000 ada 60 lokasi
pantai dan muara yang rusak tersebar di 17 Propinsi. Pada Gambar 1.6, 1.7, dan
1.8 disajikan peta lokasi pantai dan muara yang mengalami kerusakan,
dilengkapi dengan tingkat kerusakannya. Sampai saat ini sudah banyak dilakukan
pengamanan pantai di lokasi-lokasi tersebut.
1.6. Data yang Dibutuhkan untuk Penelitian Wilayah Pantai
Data yang diperlukan untuk menunjang program penelitian dan penyelidikan
wilayah pesisir antara lain : data medan, data hidrolis, data angkutan sedimen dan
data angin.
1) Data Medan
Data medan berupa data topografi dan hidrografi. Data topografi dengan skala
antara 25.000 – 100.000 tersedia di Direktorat Geologi atau Jawatan
Topografi A.D. Data tersebut merupakan data pengukuran sebelum perang
dunia ke II. Perubahan-perubahan garis pantai yang terjadi setelah perang
dunia ke II belum terdeksi. Instansi lain yang mengembangkan perolehan peta
saat ini adalah Badan Informasi Geospasial (BIG, dahulu Bakosurtanal) di
Cibinong.
Data Hidrografi (peta batimetri) bisa didapat di Dinas Hidro-oseanografi
(Dishidros) Angkatan Laut. Data ini pun umumnya merupakan data lama
yang perlu diperbaharui. Peta batimetri dapat pula diperoleh dengan cara
mengunduh file dari General Bathymetric Chart of The Oceans (GEBCO).
Data medan wilayah pesisir yang merupakan wilayah peralihan antara darat
dan laut sangat terbatas dan sifatnya setempat-tempat.
2) Data Hidrolis Kelautan3
Data hidrolis kelautan berupa data gelombang, arus dan pasang surut. Data
gelombang jangka panjang dapat diperoleh dari US Wether Chart yang
3 Syamsudin, Pengantar Teknik Pantai, Bandung, Puslitbang Sumber Daya Air, 2000
6
didapat berdasarkan data pengamatan secara visual. Data gelombang hasil
pengukuran dengan alat pengukur umumnya hanya didapatkan dalam jangka
pendek dan belum terorganisasi. Untuk itu nampaknya hal yang sangat
penting dan dirasa perlu adalah adanya stasiun pengukuran gelombang.
Namun mengingat biaya yang dibutuhkan untuk pengukuran sangat besar,
maka umumnya dilakukan peramalan gelombang. Data gelombang hasil
peramalan/hindcast ERA-Interim oleh European Centre for Medium-Range
Weather Forecasts (ECMWF) dapat diperoleh dengan cara diunduh melalui
situs http://ecmwf.int/. Data arus dan pasang surut berdasarkan hasil
peramalan dapat diperoleh di Dinas Hidrografi A.L. yang diterbitkan setiap
tahun.
3) Data Sedimen3
Data sedimen berupa gradasi sedimen dasar, konsentrasi dan gradasi sedimen
suspensi dan besar angkutannya. Data besarnya angkutan pasir sejajar pantai
dapat diukur berdasarkan pengendapan yang terjadi di udik (up drift)
bangunan-bangunan pantai yang menjorok ke laut. Data angkutan sedimen
sangat penting untuk keperluan perhitungan studi kelayakan dalam rangka
pemeliharaan bangunan pantai, seperti pelabuhan, struktur pengambilan air
tambak dan pengaruh arus muara sungai.
4) Data Angin3
Data angin dapat diperoleh di Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika
(BMKG). Data tersebut umumnya diperoleh dari stasiun pengamatan di darat
untuk keperluan penerbangan. Namun karena ketiadaan data angin yang lebih
tepat, dimana data tersebut banyak digunakan untuk meramalkan gelombang,
sehingga untuk menunjang ramalan gelombang perlu dibuat stasiun angin
pada lokasi yang tepat. Selain itu data angin dapat pula diperoleh dengan cara
mengunduh file dari ECMWF atau National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA).
7
Gambar 1.6 Lokasi Muara dan Pantai di Indonesia yang Mengalami Permasalahan (di luar Jawa, Bali, dan Lombok), (Syamsudin, 2000)
8
Gambar 1.7 Lokasi Muara dan Pantai di Jawa yang Mengalami Permasalahan (Syamsudin, 2000)
9
Gambar 1.8 Lokasi Muara dan Pantai di Bali dan Lombok yang Mengalami Permasalahan (Syamsudin, 2000)
10
11
2 SURVEI OSEANOGRAFI
Survei Oseanografi yang dimaksud termasuk survei penentuan kedalaman dasar
permukaan air (batimetri). Untuk kebutuhan perencanaan pelabuhan, survei
oseanografi yang diperlukan adalah pengukuran :
1. Batimetri
2. Tinggi, periode, dan arah gelombang
3. Fluktuasi pasang surut
4. Kecepatan dan arah arus
5. Salinitas dan suhu
6. Komposisi kimia air laut
7. Distribusi butir sedimen
Ketelitian dari data ini diperlukan untuk menentukan lay out pelabuhan,
perencanaan breakwater, penggunaan jenis material konstruksi, metode
pemeliharaan, dan menentukan kelayakan dari pelabuhan dilihat dari biaya
pembangunan dan biaya pemeliharaan.
2.1. Batimetri
Tujuan dari pekerjaan batimetri adalah untuk memetakan dasar laut yang hasilnya
adalah berupa gambar kontur kedalaman dasar dari permukaan laut, kontur pantai,
rintangan-rintangan di laut (jika ada), dan situasi. Untuk itu harus dibuatkan suatu
titik referensi yang terdapat di darat.
Pekerjaan survei batimetri ini akan meliputi pekerjaan :
- Pengikatan titik referensi ke Bench Mark yang terdekat.
- Pembuatan titik-titik tetap (beacon) di darat ataupun di laut yang kemudian
digunakan sebagai pedoman untuk menentukan posisi kapal.
- Pengikatan titik tetap terhadap titik referensi.
- Pengukuran kedalaman sepanjang jalur sounding (sounding lines)
- Pengukuran kedalaman sepanjang jalur silang (cross check lines)
- Pengukuran pasang surut.
- Penggambaran.
Sebelum pekerjaan–pekerjaan tersebut dilaksanakan, terlebih dahulu harus
dilakukan persiapan-persiapan secara seksama.
Pekerjaan persiapan adalah berupa :
- Mengumpulkan peta hidrografi dan topografi yang ada.
- Mencari titik Bench Mark.
- Memperkirakan lokasi dair titik referensi dan titik-titik pedoman (beacon).
12
- Memperkirakan jalur sounding (pemeruman) dan jalur silang.
- Mempersiapkan peralatan yang dibutuhkan.
- Perijinan untuk melakukan survei dari pihak yang berwenang.
2.1.1. Pengikatan Titik Referensi ke Bench Mark
Pada saat pekerjaan persiapan, lokasi dari Bench Mark harus sudah diketahui.
Koordinat x,y, dan z harus sudah diperoleh dari instansi yang berwenang, seperti
Jawatan Topografi AD, BIG, Dinas Agraria, Balai Besar Wilayah Sungai, dan
instansi lainnya. Kemudian titik referensi yang telah diletakkan di lapangan,
diikatkan ke titik Bench Mark dengan menggunakan poligon tertutup (lihat
Gambar 2.1).
Titik referensi ini merupakan titik dasar dari titik-titik lainnya, dan jumlahnya
bergantung pada panjang pantai dan luas permukaan laut yang akan diukur. Jika
keadaan pantai penuh dengan hutan bakau, maka perlu dibuatkan titik-titik
referensi pembantu.
Gambar 2.1 Pengikatan titik referensi ke Bench Mark
Cara pengikatan ini juga bisa dilakukan tanpa poligon tertutup, tetapi pengukuran
dilakukan pulang pergi atau dapat dilakukan sekali jalan dengan pemeriksaan
azimuth.
Alat-alat yang dibutuhkan untuk survei ini adalah :
- EDM (Electronic Distance Meter) untuk mengukur jarak. Untuk pekerjaan
yang tidak memerlukan ketelitian yang tinggi bisa juga digunakan meet band
atau rantai.
- Teodolit T2 digunakan untuk mengukur sudut
- Eye Piece untuk menentukan azimuth
- Waterpas untuk mengukur ketinggian rambu.
13
2.1.2. Pembuatan Titik Tetap (Beacon)
Titik tetap (Beacon) digunakan sebagai pedoman dalam mengukur posisi alat pada
saat pengukuran kedalam dilakukan. Titik tetap dalam jumlah yang besar
dibutuhkan bila menggunakan alat optis (sextan), sedangkan bila menggunakan
peralatan akustik seperti trisponder, jumlah beacon ini relatif lebih sedikit.
Beacon ini ditempatkan di sepanjang pantai ataupun di tengah laut dengan
menggunakan bui/pelampung (buoy).
Kemudian ditentukan koordinat x dan y untuk titik tetap tersebut dengan cara
mengikatkannya ke titik referensi.
Alat yang perlukan untuk pekerjaan ini adalah :
1. Teodolit T2
2. Rambu atau Bui
3. Pengukuran jarak meet band atau rantai
2.1.3. Pengukuran Kedalaman Sepanjang Jalur Sounding (Sounding Lines)
Pengukuran kedalaman laut sering disebut dengan istilah pemeruman, mengingat pelaksanaannya menggunakan alat perum gema (echosounder).
Pada pekerjaan ini persiapan jalur-jalur yang akan diukur terlebih dahulu
ditentukan di peta hidrografi. Jalur Sounding adalah jalur yang tegak lurus pantai,
sedangkan jalur silang adalah jalur yang sejajar pantai (lihat Gambar 2.2).
Gambar 2.2 Jalur Pengukuran
Jarak antara jalur sounding ds adalah antara 10 – 20 mm di peta yang berskala,
sedangkan jarak antara jalur silang dc adalah antara 5 ds sampai 10 ds. Jadi kalau
ingin mendapatkan peta dengan skala 1 : 1000, maka ds = 10 – 20 m dan dc = 50
– 200 m.
Sewaktu pengukuran kedalaman, lintasan kapal (perahu) harus selalu dijaga sesuai
dengan jalur yang telah ditentukan. Untuk hal ini setiap saat posisi kapal selalu
dicek, misalnya dengan bantuan dua bendera pengarah.
14
Posisi kapal dapat ditentukan dengan menggunakan alat Global Position System
(GPS). Bersamaan dengan penentuan posisi dilakukan pengukuran kedalaman.
Alat-alat dan perlengkapan yang dibutuhkan dalam pekerjaan ini adalah :
- Kapal bermotor,
- GPS untuk menentukan posisi,
- Echosounder untuk mengukur kedalaman,
- Walkie Talkie untuk komunikasi ke darat
Setiap saat pengukuran kedalaman harus juga dicatat waktu pengukuran untuk
nantinya dilakukan koreksi terhadap fluktuasi pasang surut.
2.1.4. Pengukuran Kedalaman di Sepanjang Jalur Silang
Metode yang digunakan disini sama dengan pengukuran di sepanjang jalur
sounding (sounding line).
2.1.5. Pengukuran Pasang Surut
Pengamatan pasang surut dilakukan selama survei. Pengamatan dapat dilakukan
dengan menggunakan “automatic tide recording” ataupun dengan menggunakan
gage biasa (peilschal).
Fluktuasi dari muka air harus dicatat berdasarkan titik referensi, untuk itu di titik
nol pembacaan harus diikatkan ke titik referensi.
2.1.6. Penggambaran
Seluruh data posisi (koordinat x dan y) serta kedalamannya diplot pada suatu peta
yang kemudian dari titik-titik posisi yang ada dibuat interpolasinya untuk interval
kedalaman yang diinginkan.
Hasil dari penggambaran adalah berupa kontur kedalaman, garis pantai, rintangan,
bangunan laut, dan profil melintang sepanjang jalur sounding.
2.2. Tinggi, Periode, dan Arah Gelombang
Pengukuran tinggi gelombang dapat dilakukan secara visual ataupun secara
otomatis dengan menggunakan Automatic Wave Recording. Pengukuran secara
visual dilakukan dengan menempatkan sebuah peilschal di lokasi yang telah
ditentukan posisinya dari darat.
Puncak dan lembah dari gelombang ditentukan dengan membidikkan waterpas ke
titik sentuhan muka air dengan peilschal. Periode gelombang ditentukan dengan
mengukur waktu antara terjadinya puncak dan puncak.
Pengukuran gelombang otomatis menggunakan beberapa alat seperti Capasitor
Gage, atau Pressure Gage. Alat ini secara otomatis mencatat fluktuasi gelombang
pada kertas pencatat. Yang sulit dalam pengukuran gelombang ini adalah untuk
menentukan arah secara otomatis tanpa menggunakan alat yang mahal. Sebagai
perkiraan hal ini dapat dilakukan secara visual.
15
Alat pengukur gelombang otomatis secara umum terbagi atas dua type, yaitu
a. type alat yang ditenggelamkan ke dasar laut atau digantung di bawah
permukaan air, seperti Wave Rider, Wave Recording, dimana data
rekaman fluktuasi muka air disimpan dalam memory pada alat yang
ditenggelamkan.
b. type alat yang menggunakan system transmitter-receiver, seperti Marine
Weather Buoy dimana alat perekam data diapungkan dengan buoy yang
dilengkapi dengan fasilitas sebagai transmitter dan data rekaman fluktuasi
muka air disimpan dalam memory pada alat penerima (receiver) yang
diletakkan di darat.
2.3. Pasang Surut
Pasang surut adalah fluktuasi muka air laut sebagai fungsi waktu karena adanya
gaya tarik benda-benda di langit, terutama matahari dan bulan terhadap massa air
laut di bumi. Pasangnya air laut dipengaruhi oleh gaya gravitasi bulan dan matahari
terhadap bumi. Tetapi pasang terutama disebabkan oleh gaya gravitasi bulan
karena jarak antara bumi dengan bulan jauh lebih dekat daripada jarak antara bumi
dengan matahari.
Jika antara gravitasi bulan dan gravitasi matahari bekerja dalam arah yang sama
akan terjadi pasang yang sangat besar. Untuk setiap kali bulan melintasi meridian,
akan terjadi dua pasang yang utama karena pengaruh gravitasi bulan. dalam satu
bulan terdapat dua pasang purnama dan dua pasang perbani. Di mana pasang
purnama ditandai dengan pasang terbesar dan pasang perbani ditandai dengan
pasang terkecil (Gambar 2.3).
Gambar 2.3 Posisi matahari, bumi, dan bulan saat pasang purnama dan pasang perbani
(Sumber: www.bayoffundy.com)
16
Metode survai pasang surut seperti telah dijelaskan pada sub-bab 2.1.5, dapat
dilakukan dengan interval 30 menit atau 1 jam, tergantung kebutuhannya.
Setelah didapatkan data pasang surut dilakukan analisis pasang surut, yaitu
menentukan konstanta harmonik/komponen/konstituen pasang surut dengan Least
Square Method atau Metoda Admiralthy yang kemudian digunakan untuk
peramalan penentuan muka air terendah (LWL dan LLWL), muka air rata-rata
(MSL) dan muka air tertinggi (HWL dan HHWL).
Konstituen/komponen pasang surut yang dihasilkan adalah M2, S2, N2, K2, K1, O1,
P1, M4, MS4, di mana:
1. M2 : komponen utama bulan (semi diurnal)
2. S2 : komponen utama matahari (semi diurnal)
3. N2 : komponen eliptis bulan.
4. K2 : komponen bulan.
5. K1 : komponen bulan.
6. O1 : komponen utama bulan (diurnal).
7. P1 : komponen utama matahari.
8. M4 : komponen utama bulan (kuarter diurnal).
9. MS4 : komponen matahari bulan.
Tipe pasang surut ditentukan dengan formula Formzahl (F):
22
11
SM
OKF
+
+= (2.1)
Dari nilai Formzahl, dibagi dalam empat tipe pasang surut:
▪ 0 < F ≤ 0,25 : pasang surut harian ganda (Semi Diurnal)
▪ 0,25 < F < 1,50 : pasang surut campuran cenderung ganda (Mixed Semi
Diurnal)
▪ 1,50 < F< 3,00 : pasang surut campuran cenderung tunggal (Mixed Diurnal)
▪ F ≥ 3,00 : pasang surut harian tunggal (Diurnal)
Adapun pengertian dari beberapa elevasi pasang surut adalah sebagai berikut:
1. Muka air tinggi (high water level, HWL), muka air tertinggi yang dicapai
pada saat air pasang dalam satu siklus pasang surut.
2. Muka air rendah (low water level, LWL), kedudukan air terendah yang
dicapai pada saat air surut dalam satu siklus pasang surut.
17
3. Muka air tinggi rerata (mean high water level, MHWL), adalah rerata dari
muka air tinggi selama periode 18,6 tahun.
4. Muka air rendah rerata (mean low water level, MLWL), adalah rerata dari
muka air rendah selama periode 18,6 tahun.
5. Muka air tinggi purnama (mean high water spring, MHWS), adalah rerata
dari dua muka air tinggi berturut-turut selama periode pasang purnama,
yaitu jika tunggang (range) pasut itu tertinggi.
6. Muka air rendah purnama (mean low water spring, MLWS), adalah rerata
dari dua muka air rendah berturut-turut selama periode pasang purnama.
7. Muka air laut rerata (mean sea level, MSL), adalah muka air rerata antara
muka air tinggi rerata dan muka air rendah rerata. Elevasi ini digunakan
sebagai referensi untuk elevasi di daratan.
8. Muka air tinggi tertinggi (highest high water level, HHWL), adalah air
tertinggi pada saat pasang surut purnama atau bulan mati.
9. Muka air rendah terendah (lowest low water level, LLWL), adalah air
terendah pada saat pasang surut purnama atau bulan mati.
10. Higher high water level, adalah air tertinggi dari dua air tinggi dalam satu
hari, seperti dalam pasang surut tipe campuran.
11. Lower low water level, adalah air terendah dari dua air rendah dalam satu
hari.
Dalam perencanaan sering pula digunakan istilah elevasi:
- HWS (High Water Springs, diambil sama dengan elevasi MHWL) dan
- LWS (Low Water Springs diambil sama dengan elevasi MLWL).
Namun untuk perencanaan dengan resiko yang lebih tinggi maka HWS menjadi
Highest Water Spring (=HHWL) dan LWS menjadi Lowest Water Spring (=
LLWL).
Contoh nilai-nilai konstituen/komponen pasang surut dan elevasi pasang surut
disajikan pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2:
Tabel 2.1 Contoh Nilai-Nilai Konstituen Pasang Surut
Konstituen Z0 M2 S2 N2 K2 K1 O1 P1 M4 MS4
Amplitudo
(cm)
149,73 55,64 10,13 7,63 26,7 28,43 5,84 16,64 3,98 3,8
Phase (o) 66,46 28,32 74,62 114,91 43,44 241,41 39,74 56,36 58,63
18
Tabel 2.2 Contoh Nilai-Nilai Elevasi Pasang Surut
No Nama Elevasi Terhadap MSL
(cm)
Terhadap LWS
(cm)
1 HHWL Highest High Water Level 124,26 264,94
2 MHWS Mean High Water Spring 100,08 240,76
3 MHWL Mean High Water Level 63,11 203,79
4 MSL Mean Sea Level 0,00 140,68
5 MLWL Mean Low Water Level -60,26 80,42
6 MLWS Mean Low Water Spring -113,42 27,26
7 LLWL Lowest Low Water Level -140,68 0,00
Rentang jarak interval antara HWL dan LWL, atau HWS dan LWS disebut
tunggang pasang surut (pasut). Gambar 2.4 menampilkan beberapa elevasi pada
grafik pasut.
Gambar 2.4 Contoh grafik pasang surut beserta elevasinya.
2.4. Kecepatan dan Arah Arus
Pengukuran kecepatan permukaan dan arah arus dapat dilakukan dengan
menggunakan pelampung, dimana kecepatan adalah jarak lintasan dibagi dengan
waktu, sedangkan untuk mendapatkan data yang lebih teliti dan untuk mengetahui
distribusi kecepatan vertikal, maka dapat digunakan directional current meter
otomatis ataupun bukan otomatis.
Pengukuran arus biasanya dilakukan selama satu siklus pasang surut;
- 2 x 25 jam pada saat pasang purnama (pasang besar, spring tide, tgl 1 dan
15 ),
- 2 x 25 jam pada saat pasang perbani (pasang kecil, neap tide, tgl 7 dan 21).
19
Data kecepatan dan arah arus dibutuhkan untuk peramalan gerak sedimen dan juga
untuk merencanakan pintu masuk kolam pelabuhan, serta alur pelayaran, sehingga
tidak mengganggu gerak kapal.
2.5. Salinitas dan Suhu
Pengukuran kadar garam (salinitas) dilakukan dengan menggunakan alat
salinometer yang akan mencatat kadar garam yang biasanya dengan standar ukuran
ppm (part per million) yang ekivalen dengan 1 mg/liter.
Distribusi suhu menurut kedalaman diukur dengan termometer. Data salinitas dan
suhu diperlukan untuk menentukan tingkat korosi dari air laut.
2.6. Komposisi Kimia Air Laut
Contoh air yang diperoleh diperiksakan di laboratorium untuk mengetahui kadar
suspensi endapan, kadar zat-zat kimia yang dapat merusak bangunan-bangunan
laut dan sebagainya.
2.7. Distribusi Butir Sedimen
Distribusi butir sedimen diperoleh dari analisa ayak dan hidrometer di
laboratorium. Disamping itu juga perlu diketahui berat jenis dan porositas dan juga
kecepatan jatuh dari butir-butir sedimen. Data ini dibutuhkan untuk analisis
angkutan sedimen.
20
21
3 TEORI GELOMBANG
3.1. Karakteristik Gelombang4
Parameter terpenting yang digunakan untuk menjelaskan suatu gelombang adalah
tinggi dan panjang gelombang serta kedalaman perairan dimana gelombang
tersebut merambat. Kecepatan rambat gelombang secara teoritis dapat ditentukan
dari kualitas parameter tersebut.
Gelombang di alam jarang tampak persis sama dari satu gelombang ke gelombang
yang lainnya. Juga tidak selalu menyebar ke arah yang sama. Seandainya suatu
alat untuk mengukur elevasi muka air, η , sebagai fungsi dari waktu ditempatkan
pada suatu anjungan di tengah laut, akan diperoleh suatu rekaman data gelombang
yang berbentuk acak. Laut tersebut dapat dipandang sebagai superposisi dari
banyak sinusoid yang bergerak ke segala arah. Superposisi sinusoid tersebut
memberikan kemungkinan penggunaan analisa Fourier dan teknik spektrum untuk
digunakan dalam menjelaskan kondisi gelombang laut. Hanya saja banyak
keacakan yang terjadi di laut, sehingga dibutuhkan teknik statistik untuk dapat
menunjang penyelesaian masalah. Tetapi disamping itu terdapat keuntungan yang
dijumpai, yaitu gelombang di perairan dangkal mempunyai bentuk yang lebih
teratur dibandingkan dengan gelombang di laut dalam. Oleh karena itu dalam
kasus ini setiap gelombang lebih sederhana jika dijabarkan dengan satu sinusoid
yang berulang secara periodik.
Dalam hal ini gelombang yang nonlinier dilinierkan dengan menggunakan
berbagai asumsi. Teori ini dikenal dengan Teori Gelombang Linier atau Teori
Gelombang Amplitudo Kecil. Teori ini biasanya merupakan pendekatan pertama
dalam mempelajari masalah gelombang. Teori Gelombang Linier akan dijelaskan
lebih rinci pada salah satu sub bab dalam bab ini.
3.2. Definisi Parameter Gelombang 4
Tinggi gelombang H adalah jarak vertikal dari puncak gelombang ke lembah
gelombang. Periode gelombang T adalah lamanya waktu dua puncak gelombang
berturutan melewati suatu titik tertentu. Panjang gelombang L adalah jarak
4 Yati Muliati, Studi Awal Perumusan Karakteristik Gelombang Laut Jawa, Bandung, ITB,
1997.
22
horisontal antara dua puncak gelombang berturutan atau jarak horisontal antara
dua titik yang bersesuaian pada dua gelombang berturutan.
Pada Gambar 3.1 ditunjukkan skema dua dimensi penyebaran gelombang
sederhana dalam arah–x untuk menunjukkan definisi dari parameter gelombang.
Parameter η menyatakan pergerakan muka air relatif terhadap muka air tenang
(SWL) dan merupakan fungsi dari x dan waktu t. Pada puncak gelombang, ղ sama
dengan amplitudo gelombang, a atau setengah tinggi gelombang.
Panjang gelombang berkaitan dengan kedalaman perairan. Kedalaman perairan
dengan variabel d, diukur dari dasar perairan ke muka air tenang (SWL = Still
Water Level).
Gambar 3.1 Definisi parameter gelombang
Dalam hal ini hubungan antara keduanya adalah sebagai berikut:
L = gT2
2πtanh (
2πd
L) (3.1)
dengan : L = Panjang gelombang (meter)
T = Periode gelombang (detik)
d = Kedalaman perairan (meter)
g = Percepatan gravitasi (meter/detik2)
23
3.3. Kecepatan Rambat Gelombang 4
Cepat rambat gelombang disebut kecepatan fasa gelombang C (celerity). Jarak
yang ditempuh oleh sebuah gelombang selama satu periode gelombang sama
dengan satu panjang gelombang, oleh karena itu kecepatan gelombang dapat
dihubungkan dengan periode dan panjang gelombang oleh persamaan :
C = L
T (3.2)
3.4. Teori Gelombang Linier5
Teori gelombang dua dimensi dikembangkan dengan melakukan linierisasi
persamaan gelombang yang kompleks. Penyederhanaan ini diharapkan akan
memudahkan perhitungan-perhitungan yang berhubungan dengan gelombang
akan tetapi masih memenuhi persyaratan yang ada. Persamaan gelombang dua
dimensi diturunkan dengan mengambil kondisi batas (boundary condition);
permukaan air dan dasar laut.
Asumsi yang umumnya digunakan dalam pembuatan teori gelombang ini adalah:
1. Amplitudo gelombang adalah kecil dibandingkan dengan panjang
gelombang dan kedalamannya dan bentuk gelombang tidak berubah
terhadap waktu dan ruang.
2. Fluida bersifat ideal atau inviscid (kekentalannya rendah)
3. Gerakan partikel fluida adalah tidak berrotasi (irrotational). Tidak ada
tegangan geser pada batas air dan udara atau pada dasar laut. Tegangan
permukaan (surface tension) dapat diabaikan.
4. Fluida bersifat seragam (homogen) dan tidak mampu mampat
(incompressible)
5. Dasar perairan merupakan suatu batas yang impermeabel, horisontal, dan
diam/tetap, yang menyebabkan kecepatan vertikal pada dasar adalah nol.
6. Tekanan pada permukaan bebas seragam dan konstan. Tekanan angin tidak
diperhitungkan dan perbedaan tekanan hidrostatis karena perbedaan elevasi
diabaikan.
7. Efek coriolis dapat diabaikan (Efek Coriolis adalah pembelokkan arah
benda yang bergerak ketika dilihat dari kerangka acuan yang berputar)
8. Gelombang yang sedang diselidiki tidak berinteraksi dengan gerakan air
lainnya.
5 Yati Muliati, Studi Awal Perumusan Karakteristik Gelombang Laut Jawa, Bandung, ITB,
1997.
24
Teori Gelombang Linier dapat diturunkan dengan menggunakan 5 buah asumsi
pertama di atas, dibantu dengan persamaan pengatur serta syarat-syarat batas.
Adapun persamaan pengatur yang digunakan adalah Persamaan Laplace, yaitu :
k wˆ iu Vdan kecepatan potensi dimana 0, 2 =++=== jv
Karena pembahasan dua dimensi dan diambil arah vertikalnya, maka sumbu yang
digunakan adalah sumbu arah-x dan arah–z, sehingga Persamaan Laplace yang
digunakan adalah menjadi sebagai berikut :
02
2
2
2
=
+
zx
(3.3)
Persamaan pengatur tersebut berlaku pada daerah dengan :
- Arah horisontal : - ∞ < x < ∞
- Arah vertikal : d < z < η (x,t)
Dengan pengertian : z = -d adalah di dasar dan
z = η adalah di permukaan.
Syarat batas yang berlaku adalah syarat batas gerak periodik dalam ruang dan
waktu, syarat batas kinematis dan syarat batas dinamis. Adapun pengertian dari
ketiga syarat batas tersebut diuraikan dibawah ini.
1. Syarat Gerak Periodik dalam ruang dan waktu
Dalam ruang, gelombang berulang dalam jarak L atau Ф(x,z,t) =Φ(x+L, z,t)
Dalam waktu, gelombang berulang dalam waktu T atau Φ(x,z,t) = Φ(x,z,
t+T).
Syarat batas ini biasa disebut PLBC (Periodic Lateral Boundary Conditions).
2. Syarat Batas Kinematis
Partikel fluida yang berada pada perbatasan antara fluida yang bersangkutan
dengan fluida/zat lain akan tetap berada pada perbatasan tersebut. Suatu
perbatasan dapat dinyatakan secara matematis, sebagai fungsi dari ruang dan
waktu dalam bentuk :
F (x,z,t) = 0. Sebagai contoh untuk bentuk lingkaran dengan jari-jari r, maka:
F (x,z,t) = x2 + z2 - r2 = 0. Bila suatu partikel fluida pada perbatasan mengikuti
gerak perbatasan yang bersangkutan, maka geraknya memenuhi persamaan:
00),,(
=
+
+
=
z
Fw
x
Fu
t
F
Dt
tzxDF (3.4)
dengan :
25
u =- =
x
= kecepatan partikel arah–x dan
w= -z
= kecepatan partikel arah–z
2.a. Syarat Batas Kinematis pada Dasar Perairan
Pada dasar perairan z = -d, d = konstan, sehingga F = z + d = (-d) + d = 0,
maka syarat batas kinematis pada F=0 :
000 ==
+
+
= w
z
Fw
x
Fu
t
F
Dt
DF
atau 0=
z
di z = -d (3.5)
Persamaan 3.5 adalah syarat batas dengan pengertian pada dasar perairan
tidak ada aliran arah–z, yang kemudian diterapkan pada persamaan
pengatur. Persamaan ini biasa disebut BBC (Bottom Boundary Condition).
2.b Syarat Batas Kinematis pada Permukaan Perairan
Pada permukaan perairan z = η (x,t), sehingga F = z - η (x,t) = η (x,t) - η
(x,t) = 0, maka syarat batas kinematis pada F=0 disubstitusi ke persamaan
(3.4) menjadi :
- 0=+
−
w
xu
t
di z = η
Persamaan di atas dilinierkan, hingga menjadi 0=+
− w
t
di z = 0 atau
menjadi
tz
−=
di z = 0 (3.6)
Persamaan 3.6 adalah syarat batas yang kemudian diterapkan pada
persamaan pengatur dengan pengertian bahwa kecepatan partikel arah–z di
permukaan sama dengan besarnya kecepatan naik turun permukaan.
Persamaan ini biasa disebut KFSBC (Kinematic Free Surface Boundary
Condition).
2. Syarat Batas Dinamis di Permukaan
Digunakan persamaan Bernoulli, yaitu persamaan yang berasal dari
persamaan gerak untuk fluida tak kental/inviscid fluid, sebagai berikut :
26
( )
)(p
2
1
)(p
2
1
2
22
tCgzt
tCgzwut
=+=+
−
=++++
−
Karena di permukaan air : p = 0 dan z = η , maka pers. Bernoulli menjadi :
)(2
1 2
tCgt
=++
−
di z = η
Dilinierkan menjadi : - ( )tCgt
=+
atau
g
tC
tg
)(1+
=
di z = 0 (3.7)
Persamaan 3.7 adalah syarat batas yang biasa disebut DFSBC (Dynamic
Free Surface Boundary Condition)
Gambar 3.2 Syarat batas gelombang air 6
Dengan penurunan secara matematis, seluruh persamaan pengatur dan syarat-
syarat batas seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2 di atas digunakan untuk
mendapatkan suatu persamaan, yaitu persamaan gelombang. Persamaan
gelombang ini diambil dengan meninjau gelombang yang hanya bergerak ke kanan
atau ke arah x positif saja dan dipilih dalam bentuk kosinus.
6 Robert G.Dean dan Robert Dalrymple, Water Wave Mechanics for Engineers and Scientists,
New Jersey USA, Prentice Hall, 1984.
27
3.5 Persamaan Gerak Gelombang
Persamaan gerak gelombang yang dihasilkan adalah
)cos( tkx −= a (3.8)
Dengan : = pergerakan muka air relatif terhadap muka air tenang (SWL)
a = amplitudo = H/2 ; H = tinggi gelombang
k = 2 /L ; L = panjang gelombang
= 2 /T ; T = periode gelombang
Sehingga persamaan gelombang (3.8) dapat juga dituliskan menjadi :
−=
T
t
L
x
22cos a (3.9)
Gelombang dapat diklasifikasikan menurut kedalaman relatif
L
d dan nilai batas
tanh
L
d2 sebagai berikut :
Tabel 3.1 Klasifikasi Kedalaman Perairan
Klasifikasi d/L 2 d/L tanh (2 d/L)
Perairan dalam
(deep water wave)
>1/2 > ≈ 1
Perairan peralihan
(transition)
1/25 – 1/2 1/4 - tanh (2 d/L)
Perairan dangkal
(shallow water wave)
< 1/25 < 1/4 ≈ 2 d/L
Selain parameter yang telah disebut di atas parameter gelombang lainnya yang
penting adalah sudut datang gelombang, , yaitu besarnya sudut antara arah
datang gelombang dan normal kontur. Normal kontur adalah garis yang tegak lurus
kontur.
Khusus untuk perairan dalam, parameter-parameter gelombang H, L, C dan ,
diberi notasi “o”, yaitu :
Ho ; Lo ; Co dan , o .
Parameter T tidak berubah/tetap, baik untuk perairan dalam maupun dangkal.
Dengan memasukan nilai dalam daftar klasifikasi ke persamaan (3.1) dan (3.2)
maka untuk perairan dalam didapatkan :
2
2
0
gTL = (3.10)
28
Dan dengan nilai percepatan gravitasi, g = 9,81 m/det2 dan = 3,14 maka
persamaan (3.10) menjadi
Lo = 1,56 T2 (3.11)
dan
Co =1,56 T. (3.12)
Gelombang laut berdasarkan informasi meteorologi kelautan dibedakan atas jenis
pembangkitnya meliputi tiga jenis gelombang, yaitu:
- gelombang akibat angin,
- gempa bumi (tsunami), dan
- akibat gaya tarik menarik bumi-bulan-matahari atau disebut dengan
gelombang tidal atau pasang surut (WMO-No. 741, 2001).
Pond dan Pickard (1983) mengklasifikasikan gelombang berdasarkan periodenya,
sebagai berikut:
Tabel 3.2 Klasifikasi Gelombang Berdasarkan Periode (Pond dan Pickard, 1983)
Periode Panjang Gelombang Jenis Gelombang
0 – 0,2 detik Beberapa centimeter Riak (Riplles)
0,2 – 0,9 detik Mencapai 130 meter Gelombang angin
0,9 -15 detik Beberapa ratus meter Gelombang besar (Swell)
15 – 30 detik Ribuan meter Long Swell
0,5 menit – 1
jam
Ribuan kilometer Gelombang dengan periode yang panjang
(termasuk Tsunami)
5, 12, 25 jam Beberapa kilometer Pasang surut
3.6. Energi Gelombang
Pada dasarnya pergerakan laut yang menghasilkan gelombang laut terjadi akibat
dorongan pergerakan angin. Angin timbul akibat perbedaan tekanan pada 2 titik
yang diakibatkan oleh respons pemanasan udara oleh matahari yang berbeda di
kedua titik tersebut. Mengingat sifat tersebut maka energi gelombang laut dapat
dikategorikan sebagai energi terbarukan.
Gelombang laut secara ideal dapat dipandang berbentuk gelombang yang memiliki
ketinggian puncak maksimum dan lembah minimum (lihat Gambar 3.1). Pada
selang waktu tertentu, ketinggian puncak yang dicapai serangkaian gelombang laut
berbeda-beda, bahkan ketinggian puncak ini berbeda-beda untuk lokasi yang sama
jika diukur pada hari yang berbeda. Meskipun demikian secara statistik dapat
ditentukan ketinggian signifikan gelombang laut pada satu titik lokasi tertentu.
29
Bila waktu yang diperlukan untuk terjadi sebuah gelombang laut dihitung dari data
jumlah gelombang laut yang teramati pada sebuah selang tertentu, maka dapat
diketahui potensi energi gelombang laut di titik lokasi tersebut. Potensi energi
gelombang laut pada satu titik pengamatan dalam satuan kw per meter berbanding
lurus dengan setengah dari kuadrat ketinggian signifikan dikali waktu yang
diperlukan untuk terjadi sebuah gelombang laut. Berdasarkan perhitungan ini
dapat diprediksikan berbagai potensi energi dari gelombang laut di berbagai
tempat di dunia. Dari data tersebut, diketahui bahwa pantai barat Pulau Sumatera
bagian selatan dan pantai selatan Pulau Jawa bagian barat berpotensi memiliki
energi gelombang laut sekitar 40 kw/m
Pada dasarnya prinsip kerja teknologi yang mengkonversi energi gelombang laut
menjadi energi listrik adalah mengakumulasi energi gelombang laut untuk
memutar turbin generator. Karena itu sangat penting memilih lokasi yang secara
topografi memungkinkan akumulasi energi. Saat ini banyak penelitian untuk
mendapatkan teknologi yang optimal dalam mengkonversi energi gelombang laut.
Energi gelombang terdiri dari energi kinetis akibat dari gerakan partikel air dan
energi potensial karena adanya perubahan elevasi muka air (Hang Tuah, 1987).
( ) 222
2
1
2
1++=
+=
wu
EEE pk
m (3.13)
Gambar 3.3 Badan air (body water)
Untuk satu siklus selama T maka energi yang terkandung pada badan air (Gambar
3.3) tersebut adalah :
30
( )
)sin(sinh
)(sinh
)cos(cosh
)(cosh
..2
1 22
tkxkh
zhk
w
agk
z
tkxkh
zhk
w
agk
x
dtdzdx
L
O
T
O
O
h
−+
=
−=
−+
=
=
+= −
w
- u
wu Ek
Dari persamaan dispersi gk
2wkh tanh = (3.17)
Jadi )cos(sinh
)(cosh u wtkx
kh
zhkaw −
+= (3.18)
)sin(sinh
)(sinhwtkx
kh
zhkaw −
+=w (3.19)
Maka
( ) ( ) dtdxdzwtkxzhkwtkxzhkkh
awO
h
T
O
L
O
..)(sin).(sinhcoscoshsinh
)(
2
1 2222
2
2
−
−++−+=
kE
( ) O
h
O
hh
zhkzdzzhk
−−
++=+ 4
2sinh
2)(cosh 2
k
khh
4
.2.sinh
2+=
+=
kh
khkhh
2
2.sinh2
2
+−=+
−kh
khkh
z
hdzzhk
O
h2
2.sinh2)(sinh2
( ) ( ) dtdxtkxdtdxtkx
L
O
T
O
.(2cos12
1.cos2
−+=−
dttkxx
L
O
T
O
−+= )(2sin2
1
(3.14)
(3.15)
(3.16)
31
dtk
t
k
tT
O
+−=
2
2sin
2
2.sin
2
1
2
LT= (3.20)
( ) ( ) dtdxtkxdtdxtkx .(2cos12
1.sin 2
−−=−
( )dt
k
tkxx
L
O
T
O
−−=
2
2sin
2
1
2
LT= (3.21)
=
hk
khLTh
kh
wa 2sinh
22sinh2
1E
2
22
k
k
khkh
khLTa
coshsinh2
sinh 2
22
8=
khgkLTa
fg
tanh
22
8=
LTH 2
16
= (3.22)
Kerapatan Energi :
1616
1 22 HLTH
=
=
LTEk (3.23)
Energi Potensial :
dtdx
L
O
T
O
.2
1 2= pE
32
dttkxH
)(cos22
1 22
−=
LTHLTH
162
22 =
=
8 (3.24)
Kerapatan Energi :
1616
1 22 HLT
H
LT
=
=pE (3.25)
Total kerapatan energi :
281616E
2222 aHHH =
=
+
= (3.26)
Dapat disimpulkan bahwa kerapatan energi per satuan luas permukaan tidak
tergantung pada besarnya kedalaman perairan dan periode gelombang, tetapi
hanya bergantung dari tinggi gelombang.
3.7. Analisis Statistik Gelombang dan Spektrum Gelombang
Analisis statistik gelombang dan spektrum gelombang adalah cara untuk
menggambarkan karakteristik gelombang, yang antara lain menyajikan nilai tinggi
gelombang signifikan pada suatu lokasi tinjau.
3.7.1 Analisis Statistik Gelombang6
Berdasarkan tujuannya analisis statistik gelombang dapat dibedakan menjadi
empat hal (Yuwono, 1992), yaitu :
1. Evaluasi distribusi probabilitas tinggi gelombang dari suatu hasil
pencatatan yang lamanya berkisar antara 10 s/d 20 menit. Analisis ini
ditujukan terutama untuk mendapat H100, H33, H10, atau H1/100, H1/10, H1/3,
(short term).
2. Menentukan masa ulang atau kejadian gelombang ekstrim. Data
gelombang yang diolah biasanya lebih dari 10 tahun. Analisis ini
ditujukan untuk mendapat periode ulang dari gelombang signifikan misal
(Hs)20th, (Hs)50th, (H0.01)25th, dan seterusnya. (long term).
3. Menentukan spektrum energi gelombang (short term). Analisis ini
ditujukan untuk mendapat informasi mengenai komposisi gelombang,
6 Nur Yuwono, Dasar-dasar Perencanaan Bangunan Pantai, Yogyakarta, KMTSFT-UGM,
1992.
33
yaitu dengan ditunjukkan dengan lebar dan sempit spektrum. Analisis ini
juga dapat dipergunakan untuk menentukan gelombang signifikan (Hs).
4. Menentukan distribusi arah gelombang (medium term)
Analisis ini ditujukan untuk mendapatkan informasi distribusi arah
gelombang pada suatu pantai atau laut. Biasanya hasil dari analisis ini
berupa mawar gelombang (wave rose) dan hasil ini sangat berguna untuk
perhitungan angkutan sedimen termasuk perhitungan perubahan garis
pantai. Biasanya diperlukan data selama 5 sampai 10 tahun.
Berdasarkan data tinggi gelombang laut dapat ditentukan fungsi distribusi
probabilitas gelombang laut, sedangkan berdasarkan waktu periode dapat
ditentukan bentuk spektrum gelombang laut.
3.7.2. Spektrum Gelombang6
Data pencatatan/rekaman gelombang selama 15-20 menit dibutuhkan untuk
keperluan analisis spektrum gelombang. Diskusi tentang prosedur untuk
mendapatkan spektrum energi ini diberikan oleh Blackman dan Tuckey (1958),
Kinsman (1965), dan Harris (1974). Pada tahun 1967, Cooley dan Tuckey
memperbaiki prosedur yang sebelumnya telah ia kembangkan dengan prosedure
“Fast Fourier Transform, FFT”.
Prinsip analisis spektrum gelombang adalah menguraikan suatu gelombang
irreguler (tidak teratur) menjadi suatu susunan dari gelombang teratur dari
berbagai frequensi dan tinggi gelombang (lihat Gambar 3.4).
Periode gelombang signifikan adalah periode gelombang yang mempunyai
kerapatan energi (energy density) maksimum dari suatu spektrum (lihat Gambar
3.5).
Bretschneider (1959) mengusulkan spektrum yang didasarkan pada periode dan
tinggi gelombang rata-rata sbb.:
SH2(T) = 3,44
(H)2T3𝑒−0,675(TF
)4
(T)4 (3.27)
Dengan: H = tinggi gelombang rerata = H100
T = periode gelombang rerata
6 Nur Yuwono, Dasar-dasar Perencanaan Bangunan Pantai, Yogyakarta, KMTSFT-UGM,
1992.
34
Gambar 3.4 Asumsi penyusunan gelombang irregular 6
Gambar 3.5 Contoh spektrum energi gelombang 6
Pierson dan Moskowitz (1964) mengadakan evaluasi hasil pencatatan gelombang
yang dilakukan oleh “British ships” di Atlantic Utara. Dari pencatatan tersebut
dipilih gelombang yang ditimbulkan oleh angin dengan kecepatan 20-40 knots (1
knot = 0,514 m/det) (1 knot = 1852/jam = 1 mil/jam). Hasil evaluasi tersebut
digunakan Pierson dan Moskowitz untuk membuat spektrum sintetik yang
dirumuskan sebagai berikut.: 6
SH2(T) =
8,1 10−3 g2 T3𝑒−0,74(
gT2πU
)4
(2𝜋)4 (3.29)
U adalah kecepatan angin pada elevasi 19,5 m di atas muka air laut. Spektrum
Pierson dan Moskowitz dipakai secara luas sebagai spektrum rencana. Spektrum
ini diturunkan berdasar kondisi Fully Developed Sea (FDS). 6
(3.28)
35
H33 = 0,0056 U2 (m) (3.30)
T33 = T 0,33 U (detik) (3.31)
Keterangan: U dalam knots
3.7.3. Tinggi Gelombang Signifikan
Tinggi Gelombang Signifikan (Significant Wave Height), Hs adalah parameter
yang paling sering digunakan untuk menggambarkan keadaan laut. Secara historis,
Hs didefinisikan sebagai berikut: dari seri waktu rekaman tinggi gelombang yang
diambil selama prevalensi satu keadaan laut tertentu, ketiga terbesar dipilih
(prevalensi adalah proporsi dari populasi yang memiliki karakteristik tertentu
dalam jangka waktu tertentu).
Dengan demikian tinggi gelombang yang signifikan biasanya agak mirip dengan
tinggi gelombang yang akan dilaporkan oleh pengamat yang berpengalaman
sebagai tinggi gelombang yang berlaku dengan pengamatan visual. 7
Istilah ini awalnya diciptakan oleh Walter Munk selama Perang Dunia II, ketika
upaya pertama untuk peramalan gelombang dikembangkan dalam persiapan
operasi pendaratan AS dan istilah "tinggi gelombang signifikan" berhubungan
dengan ketinggian gelombang yang dirasakan oleh pengemudi pendaratan kapal
(the drivers of the landing crafts).7
Jadi mengacu pada seri waktu rekaman tinggi gelombang, maka Hs sama dengan
rata-rata tinggi gelombang (dari puncak ke lembah) dari sepertiga gelombang laut
tertinggi. Rata-rata dari sepertiga gelombang terbesar (H1/3) ini kemudian disebut
sebagai tinggi gelombang (H) yang signifikan yang mencirikan keadaan laut
tertentu.
Hs juga dapat ditentukan dari spektrum gelombang. Untuk hal ini, spektrum
biasanya dinyatakan dalam bentuk momen-momen spektrum (distribusi), dimana
momen-urutan ke-n mn dari spektrum didefinisikan oleh persamaan 3.32 berikut: 7
𝑚𝑛 = ∫ ∫ 𝜔𝑛∞
0𝐹2(𝜔, Φ)𝑑𝜔 𝑑Φ
∞
0 (3.32)
Dalam definisi ini momen urutan nol m0 mewakili varians dari bidang gelombang
(wave field). Oleh karena itu digunakan untuk definisi parameter tinggi gelombang
yang berasal dari spektrum. Dapat ditunjukkan bahwa parameter tinggi gelombang
7 Ralf Weisse dan Hans Von Storch, Marine Climate and Climate Change. Storms, Wind Waves,
and Storm Surges, UK, Springer-Praxis, 2010, 102-103
36
yang sesuai/sedekat mungkin dengan tinggi gelombang signifikan Hs yang berasal
dari rekaman gelombang dapat diperoleh dengan persamaan 3.33. 7
H𝑚0= 4 √∫ 𝐹2 (ω, Φ)dωdΦ
𝜔,Φ = 4 √𝑚0 (3.33)
Dalam teori korespondensi antara Hmo dan H1/3 hanya berlaku untuk spektrum yang
sangat sempit, tetapi dalam banyak kasus perbedaannya hanya 5% (WMO, 1998).
Karena kedua definisi tinggi gelombang signifikan menghasilkan hasil yang
sedikit berbeda, tinggi gelombang signifikan yang ditentukan dari spektrum
umumnya disebut sebagai Hmo untuk membedakannya dari H1/3 yang berasal dari
rekaman gelombang.
Parameter berikut ini juga sering digunakan: frekuensi gelombang puncak fp (the
peak wave frequency) adalah frekuensi yang sesuai dengan puncak spektrum;
yaitu, frekuensi dimana ∫ 𝐹2(𝜔, Φ)dΦ = max. Periode puncak Tp (the peak
period) adalah periode yang sesuai dengan fp.
Periode Tm01 didefinisikan oleh Tm01 = 𝑚0
𝑚1 dan mewakili periode gelombang yang
sesuai dengan frekuensi rata-rata dari spektrum.
Periode Tm02 didefinisikan oleh Tm02 = √𝑚0
𝑚2 . Secara teoritis, ini setara dengan
periode zero-downcrossing rata-rata yang diperoleh dari rekaman gelombang.
Periode Tm02 peka terhadap frekuensi tinggi terputus (cut-off) dalam integrasi
persamaan 3.32. Untuk data buoy, batas ini biasanya terjadi pada sekitar 0,5 Hz. 7
LATIHAN 1 PERSAMAAN GERAK GELOMBANG
Gambarkan gelombang (fluktuasi muka air laut, ɳ) dari persamaan gerak
gelombang sebagai berikut: ɳ =a cos (2𝜋𝑥
𝐿−
2𝜋𝑡
𝑇) ; dimana a=
𝐻
2 dan 𝜋 = 180 °
untuk t = 0, 1
4 T ,
2
4T , ¾ T dan T serta x = 0,
1
4L ,
2
4 L , ¾L , dan L.
Data tinggi gelombang, H tergantung angka akhir dari NRP/NIM anda
(NRP=Nomor Registrasi Pokok, NIM=Nomor Induk Mahasiswa), sbb.:
NRP ... 1 sampai ... 5 , H = 1,5 m
... 6 sampai ... 0 , H = 1,9 m
39
4 PERAMALAN DAN
TRANSFORMASI GELOMBANG
4.1. Peramalan Gelombang (Wave Hindcasting)
Karakteristik gelombang (H=tinggi gelombang dan T=periode gelombang) di laut
dapat diperoleh dari peramalan dan pengamatan. Peramalan gelombang dari data
angin (wind wave hindcasting) meliputi:
a. Peramalan gelombang pada satu titik koordinat lokasi, dengan metoda a.l.:
grafik Groen and Dorrestein, grafik atau persamaan dari Shore Protection
Manual (SPM) US Army.
Data yang dibutuhkan: kecepatan dan arah datang angin, durasi angin bertiup,
dan peta lokasi untuk menghitung fetch.
b. Peramalan gelombang pada suatu kawasan, dengan pemodelan numerik a.l.:
Simulating WAves Nearshore (SWAN), Wavewatch III, Windwave-5, WAve
Model (WAM).
Data yang dibutuhkan: kecepatan dan arah datang angin untuk rentang waktu
tertentu, peta lokasi, peta bathimetri yang telah didigitasi.
Contoh hasil peramalan gelombang dengan SWAN pada perairan antara
Pulau Sumatera, Jawa, dan Kalimantan seperti ditampilkan pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Contoh hasil peramalan gelombang dengan SWAN pada perairan antara Pulau
Sumatera, Jawa, dan Kalimantan (Muliati, 2018)
Samudera
Hindia
40
Data angin dapat diperoleh di Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika
(BMKG) di Jakarta, maupun di semua stasiun BMKG di bandara se-Indonesia.
Selain itu dapat pula dengan mengunduh (download) dari lembaga klimatologi di
Eropa atau negara lain, seperti European Centre for Medium-Range Weather
Forecasts (ECMWF), dan National Oceanic and Atmospheric Administration
(NOAA) dari Amerika Serikat.
Pembangkitan Gelombang oleh Angin
Gaya pembangkit yang paling umum untuk gelombang air adalah angin. Saat angin
bertiup melintasi permukaan air, gesekan atau tarikan antara udara dan air
cenderung membentur permukaan air, sehingga permukaan yang semula tenang,
akan tampak gangguan pada permukaan tersebut, dengan timbulnya riak
gelombang kecil (ripples). Apabila kecepatan angin bertambah, maka riak tersebut
menjadi semakin besar, dan jika angin bertiup/berhembus lebih lama di atas air,
maka akan terbentuk gelombang. Semakin lama durasi angin bertiup, semakin kuat
angin berhembus, dan semakin panjang daerah pembangkitan gelombang, maka
gelombang yang terbentuk menjadi semakin besar. Oleh karena itu pembangkitan
gelombang oleh angin sangat tergantung pada parameter berikut ini:
1. Kecepatan angin rata-rata di permukaan air (W atau U)
2. Arah datang angin
3. Panjang daerah pembangkitan gelombang, dengan kecepatan dan
arah angin yang konstan (fetch, F)
4. Lama hembus angin atau durasi angin bertiup pada fetch (t)
Kecepatan angin rata-rata di permukaan air diperoleh setelah terlebih dahulu
melakukan analisis distribusi arah datang angin, yaitu meninjau angin yang terjadi
pada suatu tempat dari berbagai arah. Arah yang ditinjau umumnya mengacu pada
8 arah mata angin, yaitu dengan interval 450 dengan batasan sebagai berikut:
1. Utara (337,5 ≤ x < 3600 atau 00 ≤ x < 22,5)
2. Timur Laut (22,50 ≤ x < 67,50)
3. Timur (67,50 ≤ x < 112,50)
4. Tenggara (112,50 ≤ x < 157,50)
5. Selatan (157,50 ≤ x < 202,5,50)
6. Barat Daya (202,50 ≤ x < 247,50)
7. Barat (247,50 ≤ x < 292,50) 8. Barat Laut (292,50 ≤ x < 337,50)
Satuan kecepatan angin dalam knot atau dalam m/s, dimana 1 knot = 1 nautical
mile/hour = 1 nm/hr = 0,5148 m/s.
Secara visual, hasil analisis distribusi angin umumnya ditampilkan dalam bentuk
mawar angin (windrose) seperti contoh pada Gambar 4.2.
41
Gambar 4.2 Contoh mawar angin/windrose (Sucilestari dkk., 2017)
Windrose pada Gambar 4.2 menunjukkan arah angin dominan datang dari Barat
(West). Arah dominan ini perlu dikaitkan dengan posisi perairan yang ditinjau.
Fetch adalah jarak sumber angin atau jarak seret angin, yang dapat diperkirakan
dari panjang/jarak laut bebas antara lokasi yang ditinjau terhadap pulau atas
daratan yang mengelilinginya. Persamaan untuk menghitung fetch efektif adalah:
𝐹𝑒𝑓𝑓 =∑𝑋𝑖𝑐𝑜𝑠𝛼
∑𝑐𝑜𝑠𝛼 (4.1)
dengan:
Feff = panjang fetch efektif (satuan panjang; km atau m)
Xi = panjang fetch yang diukur dalam arah tertentu dari titik lokasi tinjau
ke ujung akhir fetch yang mengenai daratan (km atau m)
sudut simpangan antara jalur fetch yang ditinjau terhadap arah angin
tertentu, tanda positif ke arah kanan jalur fetch yang ditinjau, tanda
negatif untuk arah sebaliknya.
Contoh penentuan fetch disajikan pada Gambar 4.3, dan contoh hasil untuk arah
Barat disajikan pada Tabel 4.1.
Gambar 4.3 Contoh penentuan fetch (Softwatilah dan Muliati, 2017)
42
Tabel 4.1 Contoh Hasil Perhitungan Fetch Efektif untuk Arah Barat
(Softwatilah dan Muliati, 2017)
Arah Mata
Angin
Sudut
Simpangan,
Panjang
Fetch, Fi
(km)
cos Fi cos i
Fetch
efektif
(km)
20 18,5 0,94 17,39
15 16 0,97 15,52
10 19,7 0,98 19,31
5 15,5 0,99 15,35
Barat 0 18,7 1,00 18,70 452,7695
-5 1000 0,99 990,00
-10 1000 0,98 980,00
-15 1000 0,97 970,00
-20 1000 0,94 940,00
Metoda Grafis Groen dan Dorrestein
Salah satu cara peramalan gelombang di perairan dalam secara grafis pada suatu
titik lokasi adalah dengan menggunakan grafik hasil empiris dari Groen and
Dorrestein (GD) pada Gambar 4.4a atau Gambar 4.4 b, dimana untuk peramalan
H dan T diperlukan data angin dengan parameter:
1. Kecepatan angin (W) dalam satuan m/s
2. Lama angin bertiup (t) dalam satuan jam
3. Fetch (F) jarak sumber angin yang sesuai dengan kecepatan dalam km
4. Arah datang angin (utara, timur laut, timur, tenggara, selatan, barat daya,
barat, dan barat laut).
Mengingat bahwa :
a. Besarnya W, t maupun F tidak tepat sekali (banyak diambil anggapan-
anggapan)
b. Adanya hubungan antara H, T, W, t dan F berdasarkan grafik GD (Gambar
4.4a atau Gambar 4.4b)
c. Berdasarkan grafik GD, H, T ditentukan dengan 2 parameter saja,
maka untuk menentukan besarnya H dan T diperlukan suatu kombinasi dari ketiga
parameter.
43
Contoh Peramalan Gelombang di Perairan Dalam Menggunakan Grafik Groen dan
Dorrestein:
Tentukan besarnya tinggi dan periode gelombang di perairan dalam (Ho dan T)
bila diketahui:
Data angin :
Arah Timur Laut (North East, NE)
Kecepatan angin (W) = 10 m/s
Lamanya angin bertiup (t) = 8 jam
Fetch (F) = 100 km
Jawab :
Dari grafik Groen & Dorrestein didapat 3 kombinasi sebagai berikut :
Kombinasi I : W = 10 m/d
t = 8 jam
Dari grafik (Gambar 4.4) didapat :
H = 1,70 m
T = 5,1 det
F = 90 km < F yang ada = 100 km (memenuhi)
Kombinasi II : W = 10 m/d
F = 100 km
Dari grafik (Gambar 4.4) didapat :
Ho = 1,75
T = 5,3 det
t = 9 jam > t yang ada (tidak memenuhi)
t yang ada = 8 jam
Kombinasi III : F = 100 km
t = 8 jam
Dari grafik (Gambar 4.4) didapat :
Ho = 2,25 m
T = 5,7 det
W = 11,8 m/det > W yang ada (tidak memenuhi)
W yang ada = 10 m/det
Jadi dari ketiga kombinasi di atas (I, II, dan III) maka kombinasi I adalah kombinsi
yang mungkin yaitu : W = 10 m/d
t = 8 jam
Ho = 1,70 m
T = 5,2 det
Dengan F sesuai data yang ada = 100 km
44
Gambar 4.4a Grafik Groen dan Dorrestein (Syamsudin, 2000)
45
Gambar 4.4b Grafik Groen dan Dorrestein
(Groen and Dorrestein, 1976 dalam buku WMO, 1998)
Metoda SPM-US Army
Cara peramalan gelombang di perairan dalam pada satu titik lokasi lainnya
adalah dengan Metoda dari Shore Protection Manual (SPM, 1984) yang
dikeluarkan oleh US Army Corps of Engineer. Metoda ini memberikan
perhitungan secara analitis dan grafik dengan kurva-kurva yang linier.
Dalam metoda SPM, kecepatan angin perlu dimodifikasi menjadi UA (Wind Stress
Factor), dengan cara melakukan koreksi-koreksi dan konversi. Koreksi antara lain
terhadap ketinggian, stabilitas dan efek lokasi dengan bantuan Gambar 4.5 dan
Gambar 4.6, serta konversi menjadi Wind Stress Factor (UA) diuraikan pada
halaman berikut.
Grafik peramalan gelombang dari SPM disajikan pada Gambar 4.7. Perhitungan
matematisnya disusun dalam sebuah model matematis yang mengikuti suatu bagan
alir perhitungan (lihat Gambar 4.8).
46
Perhitungan Wind Stress Factor
Wind stress factor merupakan parameter yang digunakan untuk menghitung tinggi
gelombang yang dibangkitkan dalam proses hindcasting. Parameter ini intinya
adalah kecepatan angin yang dimodifikasi. Sebelum mengubah kecepatan angin
menjadi wind stress factor, koreksi dan konversi terhadap data kecepatan angin
perlu dilakukan. Berikut ini adalah koreksi dan konversi yang perlu dilakukan pada
data angin untuk mendapatkan nilai wind stress factor.
1. Koreksi Ketinggian
Wind stress factor dihitung dari kecepatan angin yang diukur dari ketinggian 10 m
di atas permukaan. Bila data angin diukur tidak dalam ketinggian ini, koreksi perlu
dilakukan dengan pers. berikut ini (persamaan ini dapat dipakai jika z <20m):
(4.2)
Dengan : U(10) : Kecepatan angin pada elevasi 10 m (m/s)
U(z) : Kecepatan angin pada ketinggian pengukuran (m/s)
z : elevasi/ketinggian pengukuran (m).
2. Koreksi Stabilitas
Koreksi stabilitas ini berkaitan dengan perbedaan temperatur udara tempat
bertiupnya angin dan air tempat terbentuknya gelombang. Persamaan koreksi
stabilitas ini adalah sebagai berikut:
)10(URU T (4.3)
Dengan: U : Kecepatan angin setelah dikoreksi (m/s)
U(10) : Kecepatan angin sebelum dikoreksi (m/s)
RT : Koefisien stabilitas, nilainya didapat dari grafik pada SPM
(Vol. I, Figure 3-14), atau disajikan pada Gambar 4.5.
Jika data temperatur udara dan air (sebagai data untuk membaca grafik) tidak
dimiliki, maka dianjurkan memakai nilai RT =1,10.
3. Koreksi Efek Lokasi
Koreksi ini diperlukan bila data angin yang diperoleh berasal dari stasiun darat,
bukan diukur langsung di atas permukaan laut, ataupun di tepi pantai. Untuk
merubah kecepatan angin yang bertiup di atas daratan menjadi kecepatan angin
yang bertiup di atas air, digunakan grafik yang ada pada SPM Vol I, Figure 3-15
atau pada Gambar 4.6.
47
4. Konversi ke Wind Stress Factor
Setelah koreksi dan konversi kecepatan di atas dilakukan, tahap selanjutnya adalah
mengkonversi kecepatan angin tersebut menjadi wind stress factor, dengan
menggunakan persamaan berikut ini.
23.171,0 UU A (4.4)
dengan: UA : Wind stress factor (m/s)
U : Kecepatan angin (m/s)
Gambar 4.5 Grafik untuk melakukan koreksi stabilitas. (SPM Vol.I,1984)
Gambar 4.6 Grafik yang digunakan koreksi efek lokasi.(SPM Vol.I,1984)
48
Gambar 4.7 Grafik Peramalan Gelombang dari Shore Protection Manual (SPM Vol.I, 1984)
49
Gambar 4.8 Bagan alir Metoda SPM
Saat menghitung dengan tahapan seperti pada bagan alir (Gambar 4.8) di atas, yang
perlu diperhatikan adalah kesesuaian satuan, misal:
- satuan fetch (F), semula km diubah menjadi meter, atau
- durasi angin bertiup (t), semula jam diubah menjadi detik.
Hmo
= HS
= tinggi gelombang signifikan/significant wave height
TP = periode gelombang puncak/peak wave period
F = panjang fetch efektif/effective fetch length
UA = faktor tegangan angin/wind stress factor (modified wind speed)
t = durasi angin/wind duration
g = percepatan gravitasi
50
4.2. Arah Datang Gelombang
Arah datang gelombang (ADG) umumnya sangat dipengaruhi oleh arah datangnya
angin, mengingat angin sebagai pembangkit gelombang. Besaran arah datang
gelombang dalam satuan derajat, dan searah jarum jam dari Utara, dimana arah
Utara = 0o, Timur =900, Selatan=1800, dan seterusnya.
ADG secara alami dapat tergambar puncak dan lembah gelombang. Secara
teknis/rekayasa digambarkan arah gelombang tegak lurus puncak gelombang
(Gambar 4.9).
- d5 > d4 > d3 > d2 > d1
- Normal kontur = garis yang
tegak lurus kontur
Gambar disamping menunjukkan:
- Arah gelombang searah dengan
normal kontur
- Arah gelombang tegak lurus
kontur kedalaman
- Jadi gelombang tidak mengalami
perubahan arah atau tidak ada
pembelokan
- Tidak ada pembelokan gelombang
= tidak mengalami refraksi
koefisien refraksi, Kr = 1
Gambar 4.9 Sketsa arah datang gelombang
Dalam Gambar 4.9 arah pantai adalah 00 - 1800, artinya searah jarum jam mulai
dari 00 sampai dengan 1800 merupakan daratan.
Sudut datang gelombang = sudut antara arah datang gelombang dengan normal
kontur
Refraksi gelombang = pembelokan arah gelombang akibat adanya perubahan
kedalaman
Difraksi gelombang = pembelokan arah gelombang akibat adanya perubahan
kedalaman dan struktur bangunan.
51
Pola refraksi dan difraksi gelombang seperti pada Gambar 4.10 berikut.
Gambar 4.10 Refraksi Gelombang (SPM, 1984)
4.3. Transformasi Gelombang
Dalam perambatan gelombang dari perairan dalam ke perairan dangkal terjadi
proses perubahan besaran-besaran gelombang H, L, C, dan , yang merupakan
fungsi dari kedalaman (d). Perubahan tersebut dikenal dengan transformasi
gelombang.
52
Transformasi gelombang dari perairan dalam ke perairan transisi dan dangkal
(menuju ke pantai) dipengaruhi oleh faktor pendangkalan, refraksi dan pecah
gelombang.
Anggapan-anggapan dalam transformasi gelombang
1. Wave energy antara 2 raai konstan
2. Arah gelombang tegak lurus dengan puncak gelombang, sehingga arahnya
othogonal
3. Kecepatan rambat gelombang (C) hanya tergantung dari kedalaman (d)
4. Perubahan dasar (topografi) teratur
5. Gelombang dianggap mempunyai puncak yang panjang, periode konstan dan
amplitudo yang kecil
6. Pengaruh arus angin dan refleksi dari pantai diabaikan
4.3.1 Hubungan Antara Besaran-Besaran Gelombang
Dari rumus panjang gelombang (3.1) :
L
dgTL
2tanh
2
2
terdapat hubungan antara d dan L. Besaran L ada pada kedua suku. Dengan harga
T tertentu, untuk menentukan harga L yang merupakan fungsi dari d, dapat
dilakukan dengan :
a. Coba-coba (trial & error)...menggunakan program komputer
b. Menggunakan tabel WIEGEL (terlampir) yang menyajikan hubungan
antara:
/...,........., 'o
o
HHL
d
L
ddimana
2.56,1 TLo
4.3.2 Perubahan Tinggi Gelombang
Perubahan tinggi gelombang dirumuskan sebagai berikut :
H = Kr Ks H0 (4.5)
dengan :
H = Tinggi gelombang pada kedalaman (d) tertentu
Ks = Koefisien pedangkalan (shoaling coef.)
Kr = Koefisien refraksi (refraction coef.)
Harga Ks dirumuskan sebagai berikut :
LdLdLd
LdHHKs
/2tanh
1
/4/4sinh
/4sinh / '
0
(4.6)
53
H0’ = Tinggi gelombang perairan dalam tanpa memperhitungkan refraksi
gelombang yaitu apabila arah gelombang tegak lurus kontur
kedalaman.
Sebagai contoh, dengan harga T = 8 det dan H0’ = 2 m, dapat dihitung untuk
beberapa nilai kedalaman (d), harga d/Lo, kemudian d/L dan Ks didapat dari Tabel
WIEGEL, selanjutnya dihitung tinggi gelombang, H. Contoh perhitungan dapat
dilihat pada Tabel 4.2.
Dari contoh perhitungan pada Tabel 4.2 terlihat bahwa kedalaman (d) makin kecil,
maka panjang gelombang (L) makin pendek, dan kecepatan rambat gelombang (C)
makin kecil. Gelombang pada perairan yang lebih dalam bergerak lebih cepat
dibandingkan dengan pada perairan yang lebih dangkal.
Apabila gelombang yang datang dari perairan dalam ke perairan dangkal
membentuk sudut dengan garis kontur kedalaman, maka perubahan kecepatan
rambat gelombang akan menyebabkan pembelokan arah gelombang menyesuaikan
dengan kedalamannya. Efek pembelokan ini disebut REFRAKSI. Proses terjadinya
refraksi gelombang dapat dilihat pada Gambar 4.11. Untuk menentukan gambar
refraksi gelombang dapat dilakukan dengan grafik/nomogram dan dapat dilakukan
pula dengan bantuan komputer.
Tabel 4.2 Contoh Perhitungan L, C, dan H dengan Tabel Wiegel (Kr =1)
T
(det)
Lo =
1,56T2
d
(m) d/L0 d/L
L
(m)
C = L/T
(m/s) Ks
H
(m)
8 100
50
30
10
3
1
0,1
0,5000
0,3000
0,1000
0,0300
0,0100
0,0010
0,5018
0,3121
0,1410
0,07135
0,04032
0,01263
=100
96,12
70,92
42,05
24,81
7,92
12,50
12,02
8,87
5,26
3,10
0,99
0,9905
0.9490
0,9327
1,125
1,435
2,515
1,98
1,90
1,86
2,25
2,87
5,03
Fenomena refraksi gelombang seperti tersebut pada Gambar 4.11 dapat diuraikan
sebagai berikut :
d1 : kontur kedalaman 1
d2 : kontur kedalaman 2
d3 : kontur kedalaman 3
d1 > d2 > d3
C1 : kecepatan rambat gelombang pada d1
54
C2 : kecepatan rambat gelombang pada d2
C3 : kecepatan rambat gelombang pada d3
C1 > C2 > C3
Pada selang waktu t, gelombang akan merambat sejauh C1.t > C2.t > C3.t. Dengan
perbedaan jarak tempuh tersebut, maka akan terjadi proses pembelokan
gelombang.
Dalam refaksi gelombang berlaku rumus Snellius :
n
nCCC
sinsinsin 2
1
1
1 (4.7)
Sehingga berlaku pula : 𝐶0
𝑠𝑖𝑛 𝛼0=
𝐶
𝑠𝑖𝑛 𝛼 (4.8)
dengan
C0 = kecepatan rambat gelombang perairan dalam
0 = sudut datang gelombang perairan dalam
Dengan mengganggap energi antara dua jalur/raai gelombang selalu tetap,
koefisien refraksi gelombang dirumuskan dengan :
1
0
b
bK r (4.9)
Pada kontur yang sejajar maka harga koefisien refraksi dirumuskan sebagai
berikut :
cos
cos 0rK (4.10)
4.3.3 Gelombang Pecah
Perubahan tinggi gelombang (H) pada kedalaman yang ditinjau seperti pada Tabel
4.2, dimana untuk kedalaman 0,1 diperoleh H = 5,03 m dan pada kedalaman 0 akan
diperoleh harga H = ~, hal ini tidak mungkin terjadi karena pada kenyataannya di
tepi pantai dengan gelombang d ≈ 0, maka H ≈ 0. Fenomena ini disebabkan karena
gelombang yang bergerak ke pantai pada kedalaman tertentu akan mengalami
proses pecah gelombang.
Gelombang yang bergerak menuju daratan dengan membawa energi kinetik
berubah bentuk menjadi energi panas dan suara.
55
Gambar 4.11 Diagram refraksi gelombang (Syamsudin, 1995)
56
Kedalaman dimana pecah gelombang terjadi ditulis dengan notasi db dan tinggi
gelombangnya dengan notasi Hb. Dari lokasi pecah gelombang yang pertama kali
sampai ke pantai (kedalaman d ≈ 0) proses pecah gelombang akan berlangsung
terus, sehingga di tepi pantai tinggi gelombang menjadi berharga nol (0).
Banyak ahli yang telah menjabarkan hubungan antara db dan Hb tersebut, salah satu
hubungan yang paling sederhana dirumuskan oleh Munk (1949) dalam SPM
(1984):
bb
b
b dHataud
H 78,078,0 (4.11)
Dengan mengambil berbagai harga db maka dari harga perbandingan di atas dapat
ditentukan harga Hb yang bersangkutan (Tabel 4.3)
Tabel 4.3 Perhitungan Hb
db (m) Hb (m)
1
2
3
5
10
30
0,78
1,56
2,34
3,9
7,80
23,40
Harga db dan Hb digambarkan dalam grafik Hb = 0,78 db. Perpotongan antara grafik
H = Kr . Ks . Ho dan grafik Hb = 0,78 db merupakan lokasi pecah gelombang
pertama.
Dari perairan dalam sampai pada kedalaman d = db masih berlaku hubungan rumus
transisi H = Kr. Ks. Ho, yaitu rumus pada teori linier untuk gelombang tidak pecah.
Dari kedalaman d = db sampai ke pantai d ≈ 0 berlaku rumus/hubungan Hb = 0,78
db yaitu rumus/hubungan pada kondisi gelombang pecah. Untuk jelasnya fenomena
transformasi gelombang dapat dilihat pada Gambar 4.12, 4.13 dan 4.14.
57
a) Potongan melintang perairan dan besaran-besaran gelombang
b) Refraksi gelombang
c) Grafik hubungan antara d,H dan
Gambar 4.12. Skematika Transformasi Gelombang (Syamsudin, 1995)
58
Gambar 4.13. Penjalaran gelombang dari perairan dalam ke perairan dangkal (Syamsudin, 2010)
Gambar 4.14. Grafik hubungan antara Tinggi Gelombang (H), Kedalaman (d), dan Sudut
datang gelombang () (Syamsudin, 2010)
Dari contoh peramalan gelombang pada kondisi perairan dalam (deep water)
dengan grafik Groen dan Dorrestein, maka H harus diberi notasi “0” menjadi:
H0 = 1,70 m
T = 5,2 det
Lo = 1,56 T2 = 42,18 m
Co = 1,56 T = 8,11 m/s
Arah angin dari Timur Laut, sehingga yaitu arah datang gelombang terhadap
normal kontur di perairan dalam (=sudut datang gelombang) adalah 450.
59
Sin = Sin 450 = 0,707
Cos = Cos 450 = 0,707
Transformasi gelombang dari perairan dalam ke perairan transisi dan dangkal
(menuju ke pantai) dipengaruhi oleh faktor pendangkalan, refraksi dan pecah
gelombang.
a. Pengaruh pendangkalan dan refraksi dirumuskan : H=Kr . Ks . Ho
Dimana :
H = Tinggi gelombang pada kedalaman yang ditinjau
Kr = Koefisien Refraksi gelombang
=
cos
cos oo
b
b (untuk kontur yang paralel)
Ks = Koef. pendangkalan yang didapat dari tabel WIEGEL dan tergantung
dari d/Lo.
Perubahan sudut datangnya gelombang akibat pengaruh refraksi dihitung
dengan rumus Snellius sebagai berikut :
o
o
Sin
C
Sin
C
o
o
SinC
CSin dapat dihitung
Dimana :
Co = Kecepatan rambat gelombang di perairan dalam = 1,56 T
C = Kecepatan rambat gelombang pada kedalaman yang ditinjau = L/T
L = Gelombang pada kedalaman yang ditinjau
Harga C dan L dihitung berdasarkan hubungan antara d, d/Lo dan d/L dari tabel
WIEGEL.
Tabel 4.4 menyajikan contoh perhitungan transformasi gelombang akibat
pengaruh pendangkalan dan refraksi, dimana dalam contoh ini ditiinjau untuk
kedalaman 0,25; 0,50; 1,00; 2,00; 4,00; 6.00; 8,00; dan 10,00 meter.
b. Pengaruh pecah gelombang
Salah satu kriteria pecah gelombang adalah hubungan antara tinggi gelombang
“Hb” dan “db” dimana menurut Munk (1949) dalam SPM (1984):
Hb/db ≈ 0,78 atau
db = 1,28 Hb atau
db /Hb = 1,28.
SPM memberikan nilai db/Hb berdasarkan hubungan antara Hb/(gT2) dengan
kemiringan pantai, seperti ditampilkan pada Gambar 4.15 serta definisi geometri
pecah gelombang pada Gambar 4.16.
60
Tabel 4.4 Contoh Perhitungan Transformasi Gelombang untuk Kontur yang Paralel
d atau db
(m) d/Lo d/L L (m)
C=L/T
(m/s) C/Co Sin
( o ) Cos
α Cos
α Cos 0 Kr Ks
H = Kr.Ks.Ho
(m)
H=0,78 db
(m)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14)
0,25
0,50
1,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
0,006
0,012
0,024
0,047
0,095
0,142
0,190
0,237
0,0308
0,0441
0,0634
0,0909
0,1366
0,1766
0,2170
0,2570
8,130
11,35
15,79
21,99
29,28
33,98
36,92
38,47
1,56
2,18
3,04
4,23
5,63
6,53
7,10
7,49
0,193
0,269
0,374
0,521
0,694
0,806
0,875
0,924
0,136
0,190
0,265
0,369
0,491
0,570
0,619
0,653
7,830
10,96
15,35
21,63
29,39
34,74
38,24
40,79
0,991
0,982
0,964
0,930
0,871
0,822
0,785
0,757
0,714
0,720
0,733
0,761
0,811
0,860
0,900
0,934
0,845
0,849
0,856
0,872
0,901
0,928
0,949
0,966
1,641
1,384
1,800
1,034
0,937
0,915
0,916
0,928
2,36
2,00
1,72
1,53
1,44
1,44
1,48
1,52
0,20
0,39
0,78
1,56
3,12
4,68
6,24
7,80
Lihat dari Tabel Wiegel Lihat dari Tabel Wiegel
Keterangan :
- Dipilih beberapa nilai kedalaman, d
- Dihitung Lo = 1,56T2
- Dihitung d/Lo, kemudian lihat tabel Wiegel untuk d/L dan Ks (= kolom H/Ho’)
- Dihitung L=d
d/L ; C=
L
T ; C0 = 1,56 T ;
C
C0 ; oSin
oC
Csin ; ; cos ;
cos
cos oKr
61
Gambar 4.15 Nilai db/Hb berdasarkan hubungan antara Hb/(gT2) dengan kemiringan pantai (SPM,1984),
62
Gambar 4.16 Definisi geometri pecah gelombang (SPM,1984)
Penentuan lokasi gelombang pecah atau tidak pecah bermanfaat untuk antara lain :
1. Menentukan angkutan sedimen (So).
2. Menentukan koefisien KD yang digunakan untuk menentukan berat unit armor,
untuk desain pemecah gelombang. (KD = koefisien kestabilan).
LATIHAN 2 PERAMALAN GELOMBANG (WAVE HINDCASTING)
Ramalkan karakteristik gelombang di perairan dalam (𝑯°, 𝑻) dengan :
a. Nomogram/grafik Groen & Dorrestein
b. Nomogram SPM
c. Rumus SPM
Dari hasil ramalan cara a dan b yang memenuhi, serta hasil ramalan cara c, pilih nilai
𝑯° yang maksimum.
Data sebagai berikut :
Note: = (4,0 – 9,25 m) is the dimensionless plunge distance
63
NRP W ( 𝒎 𝒔⁄ ) NRP F (km) t (jam)
22 xxxx x0x 10 22 xxxx xx0 150 10
22 xxxx x1x 11 22 xxxx xx1 140 7
22 xxxx x2x 12 22 xxxx xx2 130 8
22 xxxx x3x 8 22 xxxx xx3 120 9
22 xxxx x4x 9 22 xxxx xx4 110 10
22 xxxx x5x 10 22 xxxx xx5 100 6
22 xxxx x6x 11 22 xxxx xx6 90 7
22 xxxx x7x 12 22 xxxx xx7 100 8
22 xxxx x8x 8 22 xxxx xx8 110 9
22 xxxx x9x 9 22 xxxx xx9 120 10
LATIHAN 3 ARAH DATANG GELOMBANG DAN SUDUT DATANG
GELOMBANG
Tentukan sudut datang gelombang di perairan dalam (∝°) berdasarkan data arah datang
gelombang (ADG) dan arah pantai seperti pada tabel berikut.
Gambarkan sudut datang gelombang (∝°) tersebut.
Asumsi : kontur kedalaman sejajar garis pantai.
NRP ADG ( °) Arah Pantai / Bagian Darat ( °)
…... 0 25° 135° - 315°
…... 1 33° 75° - 255°
…... 2 30° 95° - 275°
...... 3 50° 155° - 335°
...... 4 20° 55° - 235°
…... 5 200° 320° - 140°
…... 6 170° 250° - 70°
…... 7 225° 350° - 170°
…... 8 325° 20° - 200°
…... 9 80° 195° - 15°
64
LATIHAN 4 TRANSFORMASI GELOMBANG
a. Tentukan tinggi gelombang (H) dan sudut datang gelombang (∝ ) pada
kedalaman 0,1 m ; 0,5 m ; 1 m ; 2 m ; 5 m ; dan 10 m dari data Ho dan T hasil
latihan 2 serta ∝o dari latihan 3.
b. Tentukan : (i) lokasi gelombang pecah pertama(𝑑𝑏),
(ii) tinggi gelombang pecah (𝐻𝑏), dan
(iii) sudut datang gelombang pecah (∝b)
65
Tabel 4.5 Tabel WIEGEL (SPM Vol.II,1984)
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
5 ANGKUTAN SEDIMEN
MENYUSUR PANTAI
5.1. Proses Terjadinya Angkutan
Angkutan sedimen menyusur pantai (Longshore Sediment Transport) atau angkutan
sedimen sejajar pantai ini termasuk bagian dari Littoral Process (proses di daerah
pesisir) yang merupakan hasil interaksi antara angin, gelombang, arus, pasang surut,
sedimen (pasir), dan kejadian-kejadian lainnya di daerah pesisir.
Proses transpor sedimen menyusur pantai dapat mengakibatkan erosi, yang berdampak
pada mundurnya garis pantai (abrasi pantai), atau menyebabkan pandangkalan yang
berakibat pada majunya garis pantai (akresi pantai), yang akhirnya mengurangi fungsi
pantai atau bangunan pantai. Terjadinya erosi (erosion) atau akresi (accretion) pada
suatu pantai tergantung pada keadaan angkutan sedimen di daerah tersebut. Pada suatu
pantai yang stabil dapat terjadi proses erosi atau akresi, apabila antara lain di daerah
tersebut didirikan suatu bangunan pantai (misal: pemecah gelombang groin, jetty).
Arus yang terjadi di zona littoral (pesisir) disebabkan oleh kombinasi dari arus pasang
surut, arus akibat angin, arus akibat perbedaan temperatur, kerapatan masa, dan arus
akibat gelombang. Arus akibat gelombang terjadi akibat terjadinya perbedaan elevasi
muka air (akibat perbedaan set up karena perbedaan tinggi gelombang di sepanjang
pantai). Arus ini terjadi paling besar di tengah area surfzone, dan dikenal sebagai arus
littoral (Hang Tuah, 1992).
Gelombang pecah menyebabkan turbulensi yang mengangkat sedimen dasar ke atas
bercampur dengan air. Karena adanya arus littoral sedimen ini juga ikut terbawa
dengan arus yang bergerak sepanjang pantai. Pergerakan sedimen ini disebut angkutan
sedimen littoral.
Sirkulasi arus yang disebabkan oleh gelombang dapat tergantung pada geometri pantai
dan juga arah datang gelombang. Arus yang bergerak sejajar pantai disebut longshore
current, dan konsentrasi arus yang bergerak dari pantai dan berhenti di tengah laut
disebut rip current.
Gelombang adalah penyebab utama transportasi sedimen di littoral zone.
Gelombang yang besar akan pecah lebih jauh dari pantai, sehingga
Surf zone bertambah lebar
Bertambahnya transportasi sedimen di pantai tersebut
Littoral transport dapat terjadi dengan cara:
80
- Bed load transport, dan atau
- Suspended load transport
Biasanya kedua cara tersebut terjadi bersama-sama.
Littoral transport dapat diklasifikasikan, menjadi :
a. On-shore (Son) dan off-shore (Soff) sand transport = angkutan pasir tegak lurus
pantai yang terjadi dari pantai ke laut atau sebaliknya.
b. Long-shore sand transport (So) = angkutan pasir di sepanjang pantai
Proses transpor terpenting adalah
- di zone lepas pantai (offshore) : onshore – offshore transport
- di surf zone : onshore – offshore dan long shore transport
5.2 Permasalahan Pantai dan Muara yang Terkait dengan kejadian Littoral
Process
Erosi, abrasi, dan sedimentasi adalah tiga dari beberapa permasalahan yang paling
banyak terjadi di kawasan pantai dan berkaitan erat dengan littoral process.
Contoh permasalahan yang terkait dengan kejadian Littoral Process
a. Akresi/sedimentasi, karena adanya pemecah gelombang lepas pantai
(offshore breakwater), (Gambar 5.1).
Gambar 5.1 Tombolo yang terbentuk setelah pemasangan pemecah gelombang sejajar pantai.
b. Akresi dan erosi pada pelabuhan (Gambar 5.2).
Gambar 5.2 Akresi dan erosi yang terbentuk setelah dibangun pemecah gelombang di pelabuhan.
81
c. Erosi dan akresi karena adanya groin (Gambar 5.3 dan 5.4)
Gambar 5.3 Akresi dan erosi yang terbentuk setelah dibangun pemecah gelombang tegak lurus
pantai.
Gambar 5.4 Proses erosi-sedimentasi akibat bangunan pantai menjorok ke laut (Syamsudin, 2010).
Permasalahan pantai dan muara sungai di bawah ini mengganggu keseimbangan
pesisir pantai, yang tentu saja sebagai akibat dari adanya littoral process, yaitu
masalah:
d. Erosi akibat adanya pengambilan material pantai
e. Erosi akibat adanya sudetan (untuk mengendalikan banjir)
f. Erosi akibat adanya penebangan bakau pada pantai yang semula stabil
g. Erosi akibat penggalian karang
h. Erosi akibat dibuatnya waduk di hulu sungai
i. Sedimentasi di muara sungai; penutupan mulut muara dan pendangkalan
8 Syamsudin, Pengantar Rekayasa Pantai, Bandung, Puslitbang SDA, 2010
82
d. Erosi akibat adanya pengambilan material pantai8
Profil melintang pantai merupakan suatu lengkungan membentuk profil
keseimbangan. Profil keseimbangan setiap pantai dipengaruhi oleh kondisi
gelombang dan sedimen pantainya.
Apabila pada pantai tersebut dilakukan pengambilan material pantai, maka
akan terbentuk lubang-lubang bekas galian. Akibat pengaruh gelombang
akan terjadi perpindahan pasir dari bagian lain mengisi lubang bekas galian.
Perpindahan pasir dari pantai muka ke lubang bekas galian menyebabkan
terjadinya erosi (lihat Gambar 5.5).
Gambar 5.5 Perubahan profil pantai akibat penggalian (Syamsudin, 2010).
e. Erosi akibat adanya sudetan (untuk mengendalikan banjir)8
Untuk menanggulangi bahaya banjir yang menggenangi areal di wilayah
pesisir, kadang-kadang dilakukan dengan pembuatan sudetan yang
mengalirkan sebagian debit sungai langsung ke laut. Dengan adanya sudetan
tersebut telah terjadi perubahan jumlah angkutan sedimen yang menuju mulut
muara lama; menjadi lebih kecil dari sedimen semula. Sementara angkutan
sedimen akibat gelombang jumlahnya tetap, maka pengurangan suplay
sedimen dari sungai ke pantai akan menyebabkan terjadinya perubahan
keseimbangan (Gambar 5.6). Perubahan keseimbangan sedimen ini telah
menyebabkan terjadinya erosi.
f. Erosi akibat adanya penebangan bakau pada pantai yang semula stabil8
Pantai yang ditumbuhi bakau umumnya pantai berlumpur. Pada kondisi
pantai stabil dengan tumbuhan bakau, adanya bakau berfungsi meredam
gelombang. Dengan adanya bakau, gelombang yang mencapai pantai akan
lebih rendah dibandingkan dengan tinggi gelombang di luar area bakau. Pada
kondisi gelombang yang rendah, sedimen suspensi akan mengendap di dasar
pantai.
83
Apabila bakau ditebang untuk kepentingan usaha budidaya tambak, maka
fungsi peredaman gelombang akan hilang. Gelombang langsung
menghempas ke pantai yang lemah (karena pantai merupakan pantai
berlumpur) dan akan menyebabkan erosi (Gambar 5.7).
Gambar 5.6 Perubahan keseimbangan angkutan sedimen di muara akibat adanya sudetan
(Syamsudin, 2010).
Gambar 5.7 Perubahan keseimbangan pantai akibat penebangan hutan bakau (Syamsudin, 2010).
84
g. Erosi akibat penggalian karang8
Pantai berkarang umumnya terdiri dari material pasir yang berasal dari
pecahan karang. Di depan pantai muka terdapat dataran karang (Gambar
5.8a).
Material pantai di pantai muka berasal dari pecahan karang di dataran karang.
Penggalian karang dilakukan pada lokasi dataran karang, membentuk lubang-
lubang (Gambar 5.8b). Akibatnya selain mematikan karang juga menjadi
tempat jebakan angkutan pasir yang menuju pantai. Jumlah suplai pasir dari
dataran karang menjadi berkurang. Kurangnya suplai sedimen tersebut telah
menyebabkan terjadinya erosi.
Gambar 5.8 Perubahan keseimbangan pantai akibat penggalian karang (Syamsudin, 2010).
85
h. Erosi akibat dibuatnya waduk di hulu sungai8
Dengan dibuatnya waduk di hulu sungai (Gambar 5.9), maka sebagian
sedimen sungai akan tertahan di waduk, sehingga suplai sedimen ke muara
sungai akan berkurang. Suplai sedimen berkurang, sementara kapasitas
angkutan sedimen akibat gelombang masih tetap, maka akan terjadi
perubahan keseimbangan pantai yang menimbulkan proses erosi pantai.
Gambar 5.9 Perubahan keseimbangan pantai akibat pembuatan waduk (Syamsudin, 2010).
i. Sedimentasi di muara sungai; Penutupan Mulut Muara dan
Pendangkalan8
Penutupan mulut muara terutama terjadi di musim kemarau akibat
angkutan sedimen/pasir menyusur pantai yang tidak dapat terbilas oleh aliran
debit sungai yang kecil. Pada saat debit sungai besar, yaitu pada musim
penghujan, maka mulut sungai terbuka. Pada muara sungai yang
dipergunakan untuk lalu lintas nelayan keluar masuknya perahu ke lokasi
pendaratan ikan tidak mengalami kesulitan. Pada saat debit kecil, di mulut
muara terbentuk formasi ambang. Perahu mengalami kesulitan untuk keluar
masuk. Pada sungai-sungai yang dipergunakan untuk lalu lintas nelayan,
penutupan mulut muara mengganggu lalu lintas nelayan, sementara pada
muara sungai yang berfungsi sebagai alur pembuang dapat menyebabkan
banjir.
Pendangkalan muara sungai terjadi dari mulut sampai pengaruh pasang
surut/intrusi air asin masih ada, terutama diakibatkan oleh adanya
flokulasi/penggumpalan sedimen pada pertemuan air asin dan air tawar. Pada
Gambar 5.10 disajikan proses penutupan mulut muara yang menyulitkan lalu
lintas perahu nelayan.
86
Gambar 5.10 Proses terjadinya penutupan mulut dan pendangkalan muara (Syamsudin, 2010).
5.3. Rumus Perhitungan
Rumus-rumus untuk menghitung ‘Long shore transport’ :
a. Rumus CERC (dari US Army Coastal Engineering Research Center)
b. Rumus Frijlink – Bijker
c. Rumus Engelund – Hansen
d. Rumus White – Ackers
87
CERC adalah rumus yang paling sederhana, karena dapat dihitung langsung (hand
calculation). Rumus lainnya cukup teliti, yaitu dengan memasukkan parameter selain
gelombang (arus air dan ukuran butir pasir), sehingga perlu bantuan komputer.
Penjabaran rumus CERC (Yuwono, 1986) :
S = A. P’ ............... (5.1), dengan S = jumlah angkutan pasir per detik
A = koefisien
P’ = Komponen energi flux yang masuk
breaker zone per satuan panjang
P = E.n.c ............. (5.2), dengan E = energi flux
C = kecepatan rambat gelombang
n = ½ untuk deep water, 1 untuk shallow
water
E = 16
1ρ g H2 ……….... (5.3), dengan ρ = rapat massa air laut
g = percepatan gravitasi
H = tinggi gelombang signifikan
Gambar 5.11 Sket wave ray (Yuwono, 1986)
Dari persamaan (5.1) dan (5.2) :
.cos.sin.Co.Kr.g.Ho.32
1. bb
2
b
2 AS
bbA cos.sin.Co.Kr.Ho .' 2
b
2 …………………..(5.7)
88
Dari pengamatan lapangan dan penelitian laboratorium, didapatkan harga A’ = 0,014
(koefisien CERC).
(m3/detik) (5.8)
Dengan :
So = jumlah angkutan pasir per detik
Ho = tinggi gelombang di perairan dalam (m), Hs
Co = kecepatan rambat gelombang di perairan dalam (m/det)
Krb = koefisien refraksi di sisi luar breaker zone
b = sudut antara puncak gelombang dengan garis pantai di sisi luar breaker
zone
= sudut antara arah datang gelombang dengan normal kontur di sisi luar
breaker zone
So = 0,44 . 106 . Ho2 . Co . Krb2 . sin b .cos b (m
3/tahun) (5.9)
Tabel 5.1 Koefisien CERC (Yuwono, 1986)
No Penemu Jenis Gel. Koefisien CERC
A’ (m3/det) A” (m3/tahun)
1
2
3
4
5
Original CERC
SPM (1975)
Komar (1976)
Svasek
Delf University
Hs
Hrms
Hs
Hrms
Hrms
Hrms
0,014
0,028
0,025
0,049
0,039
0,039
0,44 . 106
0,88 . 106
0,79 . 106
1,55 . 106
1,23 . 106
1,23 . 106
Syarat-syarat pemakaian rumus CERC :
a. Diameter pasir 175 µm – 1000 µm
b. Hanya untuk menentukan angkutan total, jadi tidak memberikan informasi
tentang distribusi angkutan pada surf zone.
c. Gaya-gaya yang bekerja pada air hanya didapatkan dari gelombang
d. Rumus CERC tidak berlaku pada ‘shoal’ , tanah tuangan, dsb.
bbbKrCoHoSo cos.sin....014,0 22
89
6 PEMECAH GELOMBANG DAN
KELENGKAPANNYA
6.1. Pemecah Gelombang (PG) /Breakwater
Pemecah Gelombang yang sering juga disebut krib dibedakan atas tipenya sbb. :
Sisi tegak : turap, caison
Sisi miring : rubble mound (tumpukan armor batu/beton)
Selain itu berdasarkan bentuk, dibedakan atas bentuk:
a. Tegak lurus pantai (untuk mengubah arah datang arus dan gelombang)
Gambar 6.1 Pemecah gelombang tegak lurus pantai (groin)
b. Sejajar pantai (untuk memajukan garis pantai, sehingga terbentuk tombolo
Gambar 6.2 Pemecah gelombang sejajar pantai
c. Kombinasi a dan b
Potongan melintang I dan II pada Gambar 6.3 dapat dilihat pada Gambar 6.5.
Gambar 6.3 Pemecah gelombang kombinasi bentuk (a) dan (b)
90
Perhitungan dibedakan atas pembagian gelombang bagian kepala (ujung krib) dan
bagian badan. Bagian kepala (ujung) menerima gaya gelombang yang lebih
banyak arahnya dari pada bagian badan, seperti pada Gambar 6.4.
Gambar 6.4 Arah gaya gelombang yang bekerja pada pemecah gelombang
Perhitungan unit armor setiap lapisan pada Gambar 6.5 berdasarkan rumus di
bawah ini yang selengkapnya dari SPM dapat dilihat pada Gambar 6.6a dan 6.6b.
Gambar 6.5. Potongan melintang pemecah gelombang
1. Lapisan armor primer: W, dengan
cotg SK
HW
rD
3
r
31.
.
dalam kg (6.1)
2. Lapisan sekunder: kondisi gelombang tidak pecah 10
W sampai dengan 5
W
kondisi gelombang pecah 10
W
3. Lapisan inti: kondisi gelombang tidak pecah 200
Ws.d.
6000
W
kondisi gelombang pecah 200
W s.d. 4000
W
4. Lapisan dasar: kondisi gelombang tidak pecah 200
W s.d. 6000
W
kondisi gelombang pecah 200
W s.d. 4000
W
91
5. Pelindung kaki (rumus W khusus, WPK)
1S.N
H.W
3
r
3
S
3
rP K
(6.2)
dengan :
W = Berat unit armor (kg)
WPK = Berat unit armor untuk pelindung kaki (kg)
H = Tinggi gelombang, tergantung kedalaman, d (meter)
Sr = Kerapatan relatif atau Bj spesifik = 𝜌𝑟
𝜌𝑤
ρr = Kerapatan unit armor (kg/m3), batu 2700 kg/m3, beton 2400 kg/m3
ρw = Kerapatan air laut, 1025 kg/m3
KD = Koefisien kestabilan armor (lihat Tabel 6.1) 3
SN = Koefisien kestabilan pelindung kaki (lihat grafik)
θ = Kemiringan lereng
Catatan :
cotg θ = 1
tg𝜃=
1
𝑦/𝑥=
𝑥
𝑦
Bila lapisan primer berupa armor batu berdimensi besar sulit didapat, maka diganti
dengan beton. Namun agar lebih ekonomis, lapisan sekunder, inti, dan dasar tetap
dari batu :
Jadi lapis sekunder : 10
Wbatu , lapis inti misal200
Wbatu dan lapisan dasar
misal : 200
Wbatu -
4000
Wbatu
Jika lapis 1 beton, lapis 2 (sekunder) batu, maka cotg θ tiap lapis dalam suatu
struktur harus sama
cotg θ di kepala = cotg θ di badan untuk memudahkan pelaksanaan.
Bila lapisan sekunder juga masih batu berukuran besar yang sulit didapat, maka
lapis primer dan sekunder diganti dengan beton, lapis lainnya tetap batu.
Berbagai jenis batu pelindung (Armour Unit) menurut HRS, Wallingford notes,
(1987) dalam Yuwono (1992) disajikan pada Gambar 6.7.
92
(a)
(b)
Gambar 6.6 Penampang Rubble mound dengan beberapa model lapisan (Sumber: SPM,1984)
93
Tabel 6.1 Harga KD1) yang Disarankan untuk Menentukan Berat Unit Armor 8)
(SPM Vol. II,1984)
Tidak ada kriteria kerusakan dan limpasan kecil
Unit Armor n 3) Penempatan
Struktur Badan
KD2)
Struktur Kepala
KD Kemiringan
Gelombang
Pecah
Gelombang
tdk Pecah
Gelombang
Pecah
Gelombang
tdk Pecah cot θ
Batu Belah
- Bulat halus
- Bulat halus
- Bulat kasar
2
>3
1
Acak
Acak
Acak 4)
1,2
1,6 4)
2,4
3,2
2,9
1,1
1,4 4)
1,9
2,3
2,3
1,5 to 3,0 5)
5)
- Bulat kasar 2 Acak 2,0 4,0
1,9
1,6
1,3
3,2
2,8
2,3
5
2,0
3,0
- Bulat kasar
- Bulat kasar
- Parallelepiped
3
2
2
Acak
Khusus 6)
Khusus 1)
2,2
5,8
7,0 – 20,0
4,5
7,0
8,5 – 24,0
2,1
5,3
--
4,2
6,4
--
5)
5)
--
Tetrapod
dan
Quadripod
2
Acak
7,0
8,0
5,0
4,5
3,5
6,0
5,5
4,0
1,5
2,0
3,0
Tribar 2 Acak 9,0 10,0
8,3
7,8
6,0
9,0
8,5
6,5
1,5
2,0
3,0
Dolos 2 Acak 15,8 31,8 8,0
7,0
16,0
14,0
2,0
3,0
Kubus Beton
Hexapod
Toskane
Tribar
Batu belah
Campuran
(KRR)
2
2
2
1
-
-
Acak
Acak
Acak
Seragam
Acak
6,5
8,0
11,0
12,0
2,2
7,8
9,5
22,0
15,0
2,5
--
5,0
--
7,5
--
5,0
7,0
9,5
--
5)
5)
5)
5)
Keterangan :
1) Harga KD dengan tulisan miring tidak ditunjang oleh hasil test di Laboratorium; hanya
untuk keperluan prarencana.
2) Memenuhi untuk kemiringan 1 : 1,5 sampai 1 : 5
3) n adalah jumlah lapisan armor
4) Penggunaan 1 lapisan armor tidak disarankan khususnya pada kondisi gelombang pecah.
Apabila akan dipergunakan, maka cara pemasangannya harus hati-hati/cermat
5) Penggunaan harga KD terbatas pada kemiringan talud 1 : 1,5 sampai 1 : 3
6) Penempatan khusus dengan bagian yang panjang dari batu tegak lurus dengan muka
struktur (bagian miring talud)
7) Parallelepiped : adalah suatu armor dari batu (atau beton) dengan ukuran bagian yang
panjang kira-kira 3 kali dari bagian yang pendek
8) Diterjemahkan dari Tabel 7-8 Shore Protection Manual 1984 Volume II
94
Gambar 6.7 Berbagai jenis batu pelindung (Armour Unit) (HRS, Wallingford notes,
1987 dalam Yuwono, 1992)
95
6.2 Pelindung Kaki (Toe Protection)
Pelindung kaki dibutuhkan untuk menahan gerusan yang terjadi di depan
konstruksi pemecah gelombang. Gerusan tersebut disebabkan oleh arus dan
gelombang.Jika konstruksi tidak dilindungi, maka gerusan yang terjadi terus
menerus dapat mengakibatkan struktur/konstruksi utama menjadi runtuh dalam
waktu yang relatif pendek.
Pelindung kaki ini dapat pula berfungsi sebagai fondasi atau berm pada pemecah
gelombang monolit (Gambar 6.8)
Ukuran pelindung kaki ditentukan sebagai berikut :
a) Lebar pelindung kaki dipilih yang besar diantara nilai :
B1 = 2 H atau B2 = 0,4 ds dengan ds = kedalaman rencana
Apabila tanah di depan dinding pemecah gelombang sangat lunak,
pelindungan harus : B ≥ 3/8 panjang gelombang.
b) Tebal pelindung kaki tidak ada batasan, sehingga dapat menyesuaikan
kebutuhan.
c) Berat batu (WPK) dihitung dengan rumus HUDSON yang dimodifikasi :
3r
3
S
3
rP K
1S.N
H . W
(6.2)
dengan :
WPK = Berat unit batu pelindung untuk pelindung kaki (kg)
H = Tinggi gelombang rencana (m)
Sr = Kerapatan unit armor/batu =𝜌𝑟
𝜌𝑤
ρr = Kerapatan unit armor/batu (kg/m3)
ρw = Kerapatan air laut, sekitar 1025 kg/m3 (Bj air laut) 3
SN = Koefesien kestabilan pelindung kaki (lihat grafik pada
Gambar 6.9).
a. Rubble as Toe Protection b. Rubble as Foundation
Gambar 6.8 Pelindung kaki (a) sebagai berm atau (b) sebagai fondasi
96
Gambar 6.9 Koefisien kestabilan pelindung kaki (SPM Vol.II, Fig.7-120, 1984)
6.3 Puncak/Mercu Pemecah Gelombang dan Tebal Lapisan Pelindung
Pada puncak pemecah gelombang tumpukan batu, kadang-kadang dibuat dinding
dan lapis beton yang dicor setempat, yang berfungsi memperkuat puncak
bangunan, menambah tinggi puncak bangunan, dan sebagai jalan untuk perawatan.
Elevasi puncak/mercu pemecah gelombang
Elevasi puncak pemecah gelombang tumpukan batu tergantung pada
limpasan (overtopping) yang diijinkan. Elevasi puncak bangunan dihitung
berdasarkan rayapan gelombang (wave run up), sehingga persamaannya
menjadi:
Elevasi puncak pemecah gelombang = muka air rencana +tinggi rayapan+
tinggi jagaan
Elevasi puncak = HHWS + R + freeboard (6.3)
97
Lebar puncak/mercu pemecah gelombang
3
1
r
W.k n B
(6.4)
Dengan :
B = lebar puncak (m)
n = Jumlah butir batu (n,min = 3)
k = Koefisien lapis (lihat Tabel 6.2)
W = Berat butir batu pelindung (lapis primer)
ρr = Rapat masa / kerapatan batu pelindung
Tebal lapisan pelindung & jumlah butir batu tiap satu luasan
3
1
r
W k .n t
(6.5)
3
2
r
W100
P-1k .n .A N
(6.6)
Dengan :
t = Tebal lapisan pelindung
n = Jumlah lapis batu dalam lapis pelindung (tabel KD, sesuai
hitungan W)
k = Koefisien lapis (lihat Tabel 6.2)
A = Luas permukaan
P = Porositas rata-rata dari lapis pelindung (lihat Tabel 6.2)
N = Jumlah butir batu untuk satu satuan luas permukaan A
ρr = Rapat massa / kerapatan batu pelindung
Tabel 6.2 Koefisien Lapis (Triatmojo, 1996)
Batu Pelindung n Penempatan Koef. Lapis
k
Porositas P
(%)
Batu alam (halus)
Batu alam (kasar)
Batu alam (kasar)
2
2
>3
Random/acak
Random/acak
Random/acak
1,02
1,15
1,10
38
37
40
Kubus
Tetrapod
Quadripod
Hexapod
2
2
2
2
Random/acak
Random/acak
Random/acak
Random/acak
1,10
1,04
0,95
1,15
47
50
49
47
Tribard
Dolos
Tribar
Batu alam
2
2
1
Random/acak
Random/acak
Seragam
Random/acak
1,02
1,00
1,13
54
63
47
37
98
Dalam merencanakan tinggi breakwater, dapat dipilih overtopping atau
non overtopping breakwater, seperti pada Gambar 6.10 dan 6.11. Hal ini
dipengaruhi oleh besarnya tinggi rayapan (wave run up). Oleh karena itu
dalam menetapkan elevasi puncak pemecah gelombang, tinggi rayapan
perlu dihitung terlebih dahulu.
Gambar 6.10 Overtopping breakwater (Yuwono, 1992)
Gambar 6.11 Non-overtopping breakwater (Yuwono, 1992)
Contoh penampang melintang pemecah gelombang secara lengkap dapat
dilihat pada Gambar 6.12, dan tahapan/cara pembangunan pemecah
gelombang dapat dilihat pada Gambar 6.13.
99
Gambar 6.12. Contoh Penampang Melintang Pemecah Gelombang (Yuwono, 1992)
100
Gambar 6.13 Contoh Pembangunan Suatu Pemecah Gelombang (Yuwono, 1992)
101
6.4 Rayapan Gelombang (Wave Run Up)
Gelombang yang bergerak menuju bangunan miring (dinding tembok laut atau
pemecah gelombang) akan dipantulkan atau pecah di daerah tersebut. Sebagian
dari momentum gelombang tersebut akan diubah menjadi gerakan air yang
meluncur ke atas lereng, yang disebut rayapan gelombang. Rayapan gelombang
berguna untuk menentukan elevasi puncak struktur pengaman pantai.
Tinggi rayapan dapat didefinisikan sebagai elevasi vertikal maksimum yang dapat
dicapai oleh gerakan air yang meluncur ke atas lereng, diukur dari muka air tenang
(SWL = Sea Water Level), seperti terlihat pada Gambar 6.14.
Gambar 6.14 Sketsa rayapan gelombang (Yuwono, 1992)
Keterangan gambar :
R = Tinggi rayapan / run-up (m)
H = Tinggi gelombang datang (m)
T = Periode gelombang (detik)
d = Kedalaman (m)
n = Porositas bahan pelindung
r = Kekasaran dinding bangunan
= Landai dinding bangunan
β = Landai pantai
Jadi tinggi rayapan gelombang (R), diperlukan untuk menentukan tinggi struktur
yang tidak memperkenankan adanya limpasan (overtopping).
102
Limpasan setelah melewati puncak pemecah gelombang perlu dibuat tampungan
yang selanjutnya air limpasan tersebut dialirkan menuju laut seperti sketsa pada
Gambar 6.15.
Gambar 6.15 Sketsa limpasan
Debit Limpasan :
2
5
2
3
2
3
2
1
1.12,0R
h
H
RHgq
(6.7)
dengan : g = percepatan gravitasi
H = tinggi gelombang di depan struktur
h = tinggi mercu terhadap muka air
Tinggi rayapan dapat ditentukan secara :
1. Grafis
2. Rumus Empiris, misal : oHo
Lo
Ho
R
180
.2
1
; R = tinggi rayapan (tanpa
limpasan)
Nilai rayapan tergantung pada bentuk dan kekasaran struktur, kedalaman air pada
struktur pelindung kaki, kelandaian dasar pantai di muka struktur dan karakteristik
gelombang pecah. Karena banyaknya macam faktor yang mempengaruhi tersebut,
maka suatu kejadian secara lengkap tidak dapat disajikan pada fenomena rayapan
103
gelombang yang dipengaruhi oleh seluruh faktor-faktor geometris pantai dan
kondisi gelombang terjadi. Beberapa teori yang dapat dipergunakan untuk
menghitung nilai rayapan gelombang hasil penelitian laboratorium oleh para ahli
yaitu :
a. Teori Nur Yuwono (1990)
Rumus yang dipergunakan untuk menentukan rayapan gelombang pada
permukaan halus yang kedap air adalah sebagai berikut :
)(f,f
o
oL
H
H
R (6.8)
dengan
)(f = fungsi dari tinggi gelombang, panjang gelombang dan sudut
kemiringan struktur
2
1
tan
OL
H
(6.9)
= Angka Iribarren
R = Tinggi rayapan gelombang (m)
H = Tinggi gelombang di lokasi bangunan (m)
LO = Panjang gelombang pada perairan dalam (m)
= Sudut kemiringan struktur
Rumus di atas dapat dijabarkan sebagai berikut :
H
R untuk : < 2,5 (6.10)
275,33,0 H
R untuk : 4,25 > > 2,5 (6.11)
2H
R untuk : > 4,25 (6.12)
Untuk konstruksi dengan permukaan kasar dan lolos air nilai tersebut masih
harus dikoreksi dengan faktor 0,5 – 0,8.
b. Teori Battjes (1970)
Battjes menyajikan suatu hasil penelitian tentang pengaruh kondisi
permukaan air laut (surface condition) tehadapat rayapan gelombang (wave
run-up). Dari penelitian tersebut didapatkan koefisien rayapan (r) yaitu rasio
antara rayapan gelombang (wave run-up) yang terjadi pada suatu bangunan
104
dengan permukaan licin dan kedap air (impermeable) dan rayapan
gelombangnya terjadi pada suatu bangunan dengan kondisi permukaan
tertentu.
Adapun rumus rayapan gelombang pada struktur :
rH
L
H
Ro
O
O
O
180
2
1
(6.13)
dengan :
R = Tinggi rayapan gelombang
HO = Tinggi gelombang di perairan dalam
LO = Panjang gelombang di perairan dalam
θ = Kemiringan talud
= 3,14
r = Koefisien rayapan yang tergantung pada karakteristik
permukaan, nilai dari koefisien rayapan Battjes dapat dilihat
pada Tabel 6.3.
Tabel 6.3 Pengaruh Permukaan Bangunan Terhadap Rayapan Gelombang
(Battjes, 1970 dalam Yuwono, 1986)
Karakteristik Permukaan Miring r
Pelat beton 0,90
Susunan balok basalt 0,85 – 0,90
Rumput 0,85 – 0,90
Satu lapis rip-rap yang kedap air 0,80
Susunan batu = Quarrystone 0,75 – 0,80
Batu bulat 0,60 – 0,65
Batu yang dipadatkan 0,50 – 0,60
Dua atau lebih susunan rip-rap 0,50
Tetrapod dan lain-lain 0,50
Selain dengan rumus empiris di atas, tinggi rayapan dapat ditentukan pula
dengan cara grafis, yaitu menggunakan grafik hubungan bilangan Irribaren
dan tinggi relatif wave run-up (Ru) atau wave run down (Rd) untuk berbagai
jenis lapis lindung (lihat Gambar 6.16).
Jadi dari perpotongan antara bilangan Irribaren tertentu, dengan garis
lengkung dari jenis lapis lindung yang dipilih, kemudian dihubungkan secara
horizontal dengan sumbu ordinat, maka diketahui nilai Ru/H atau Rd/H.
Dengan H merupakan tinggi gelombang di lokasi rencana, maka Ru atau Rd
dapat dihitung.
105
Gambar 6.16 Tinggi relatif run-up untuk berbagai jenis lapis lindung (Yuwono, 1992)
106
6.5 Tinggi Muka Air Laut Rencana
Tinggi muka air laut rencana (Design Water Level, ds) adalah tinggi muka air
maksimum yang digunakan untuk perencanaan bangunan pantai/laut (pemecah
gelombang, revetmen, dll.). Seluruh perencanaan bangunan pantai/laut harus
memperhitungkan berbagai kondisi elevasi muka air laut, yang utamanya
disebabkan oleh adanya pengaruh pasang surut.
Namun demikian pengaruh wind set-up, dan storm surge juga perlu diperhitungkan
dalam perancangan. Selain itu bila bangunan penting seperti dermaga dan
pelindung lahan reklamasi atau polder, maka muka air laut rencana harus
diperhitungkan terhadap kenaikan muka air laut global akibat efek rumah kaca
(green house effect). Bangunan penting tersebut tentu akan digunakan dalam
waktu yang cukup lama (lebih dari 100 tahun), sedangkan prediksi kenaikan muka
air laut selama masa tersebut sudah cukup signifikan, yaitu sekitar 60 cm (IPCC,
1990 dalam Triatmodjo, 1996).
Tinggi muka air laut rencana, ds ditentukan dengan persamaan (Yuwono, 1992):
ds = (HHWL-BL) + stormsurge atau wind set-up + SLR (6.14)
dengan:
ds = kedalaman kaki bangunan pantai
HHWL = Highest High Water Level atau muka air pasang tertinggi
BL = Bottom Level atau elevasi dasar pantai di depan bangunan
SLR = Sea Level Rise atau kenaikan muka air laut
Untuk perencanaan yang lebih ekonomis, HHWL terkadang diubah menjadi
MHWS.
107
LATIHAN 5 ANGKUTAN SEDIMEN SEJAJAR PANTAI DAN PEMECAH
GELOMBANG
1. Tentukan angkutan sedimen sejajar pantai (So) dalam 𝑚3/detik dan
𝑚3/tahun dimana pengaruh pasang surut diurnal, maka diambil = 1
2 x So
(𝑚3/th)
2. Tentukan arah angkutan (lihat posisi ADG pada Latihan 3)
3. a. Desain pemecah gelombang (breakwater) bagian badan type rubble
mound, dengan menentukan unit armor dari data sbb.:
NRP/NIM Jenis Armor dan Lokasi Pemecah Gelombang
NRP …0 s.d … 2 Batu belah bulat halus
NRP …3 s.d … 5 Batu belah bulat kasar
NRP …6 s.d … 9 Kubus Beton
NRP Ganjil Lokasi = 500 meter dari patok tetap (lihat gambar)
NRP Genap Lokasi = 150 meter dari patok tetap (lihat gambar)
b. Tentukan berat, W dan dimensi tiap lapis pelindung (khusus untuk material
beton,lapisan sekunder,inti dan dasar diganti dengan batu)
c. Tentukan berat, WPK dan dimensi pelindung kaki
d. Tentukan lebar mercu kaki, B
e. Tentukan tebal setiap lapisan, t (kecuali lapisan inti)
f. Tentukan tinggi rayapan dengan grafik (dari Yuwono, 1992)
g. Gambar desain pemecah gelombang (potongan)
Catatan: Dimensi batu belah dianggap sama dengan bentuk kubus.
Sisi kubus, s =
108
109
7 PERUBAHAN GARIS PANTAI
7.1. Perhitungan Perkembangan Garis Pantai
Perhitungan ini bertujuan untuk menentukan majunya pantai di updrift dari krib
yang merupakan fungsi dari waktu (t), besarnya sudut datang gelombang pecah
(b) dan besarnya angkutan pasir sejajar pantai per tahun (So/th). Perhitungan ini
dikenalkan oleh PELNARD CONSIDERE.
Perubahan garis pantai akibat adanya krib secara skematis disajikan pada Gambar
7.1. Majunya garis pantai dirumuskan s.b.b :
t
Atxy b
.4.),(
a (7.1)
Dimana :
y(x,t) : Majunya garis pantai pada lokasi x dari krib pada tahun ke t (saat
pembangunan krib t = 0
b : Sudut datang gelombang pecah dalam rad
t : Waktu peninjauan
a : So/(b. h)
h : Tebal lapisan pasir yang bergerak
A : koefisien yang berupa funsi dari , diberikan pada Tabel 7.1 berdasarkan
rumus A = μerfc πμμ-exp 2
(7.2)
Po : Pantai/berm saat t = 0
Pt : Garis pantai saat t tahun
K0 : Kaki pantai saat t = 0
Kt : Kaki pantai saat t tahun
m : Kemiringan pantai muka
Harga A tergantung dari harga , dimana :
4a.t
X μ (7.3)
Pada x =0 (pada lokasi krib), u=0; A=1
a.t4),( btoy (7.4)
110
h.
S a
b
o
(7.5)
Persamaan (7.5) disubstitusi ke persamaan (7.1) menjadi
h
tStoy
b
ob
..
..4.,
2
(7.6)
h
tStoy bo
.
...4,
(7.7)
Saat krib dengan panjang tertentu penuh dengan endapan disebut tL. Mulai saat itu
sedimen/pasir melimpas melalui ujung krib.
Volume angkutan sedimen/pasir yang melimpas ujung krib setiap tahun disebut
Sm.
Hubungan antara t/tL dan Sm/So disajikan pada Tabel 7.2.
Untuk t/tL > 1,5 harga Sm/So dapat dihitung dengan rumus:
38,0/
21
L
omtt
SS
(7.8)
Tabel 7.1 Parameter Perubahan Garis Pantai
(Syamsudin, 2000)
Erfc (u) A
0
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,50
3,00
3,50
1,000
0,8875
0,7773
0,6714
0,5716
0,4795
0,3962
0,3222
0,2579
0,2031
0,1573
0,0771
3,389x10-2
1,333x10-2
4,680x10-3
4,084x10-4
2,216x10-5
7,430x10-7
1,000
0,8327
0,6852
0,5569
0,4469
0,3538
0,2764
0,2128
0,1616
0,1209
0,0890
0,0388
1,529x10-2
5,418x10-3
1,726x10-4
1,208x10-4
5,581x10-6
1,759x10-7
Tabel 7.2 Hubungan antara t/tL dan Sm/So
(Syamsudin, 2000)
t/tL Sm/So
1,0
1,25
1,50
2,00
3,00
4,00
5,00
0
0,298
0,394
0,499
0,606
0,665
0,704
111
a) Pengendapan dan erosi di up drift dan down drift krib
b) Majunya garis pantai pada lokasi X saat t
c) Majunya garis pantai pada lokasi krib ( x = 0)
Gambar 7.1. Skematisasi Perubahan Garis Pantai Dengan Adanya Krib (Syamsudin, 2000)
Perhitungan Panjang Krib (pada x=0)
Pada saat tertentu dengan panjang krib terbatas, maka sedimen/pasir akan
melimpas krib. Waktu dimana sedimen sudah mulai melimpas, disebut tL.
Sedimen akan melimpas saat kaki pantai mencapai ujung krib.
Perkembangan garis pantai di bagian updrift krib untuk tahun ke-1 (t1), tahun ke-
2 (t2) dan seterusnya umumnya akan membentuk lengkung seperti disajikan dalam
sketsa pada Gambar 7.2.
112
Gambar 7.2 Sketsa majunya garis pantai
Perhitungan panjang krib (Lk) berdasarkan majunya garis pantai (y(0,t)) untuk:
a. Apabila kemiringan damping pantai tidak diperhitungkan atau
diasumsikan damping pantai datar adalah dengan persamaan sbb.:
Lk = y(0,t) + m . h (7.9)
Jika tersedia data Lk, maka majunya garis pantai adalah:
y(0,t) = Lk – m . h (7.10)
b. Apabila kemiringan damping pantai diperhitungkan (Gambar 7.3),
maka:
Lk = y(0,t) + m . h + m . n (7.11)
Dengan perbandingan segitiga pada Gambar 7.3, didapat:
n=Lk-m.h
s (7.12)
dengan s = kemiringan dasar damping pantai
sehingga diperoleh persamaan untuk menghitung panjang krib, sbb.:
Lk = y(0,t) + m . h + m .
s
h x m - Lk (7.13)
atau jika tersedia data Lk, maka majunya garis pantai adalah:
y(0,t) = Lk – m . h – m .
s
h x m - Lk (7.14)
113
Asumsi damping pantai datar (Gambar 7.5)
Gambar 7.3 Sketsa profil melintang, jika kemiringan damping pantai diperhitungkan
Contoh Kasus :
Data : S0 = 4500 m3/th
b = 100 ; m=15 ; s=100
Gambar 7.4 Sketsa profil melintang pantai untuk contoh kasus
Ditanyakan : a. Kapan sedimen mulai melimpas (tL)?
b. Berapa angkutan sedimen yang melimpas pada tahun ke-180?
(t = 180, Sm = ?).
Jawab :
a. h
S a
4.a.t . t)y(0,
b
0b
.
b dalam radian
tahun 146 t t
tahun 146 0,174 x 4500 x 4
2 x 3,14 x 270 t
2 x 3,14
t x 0,174 x 4500 x 4 270
0,174 3,14 x 10
: radian dalam
m 270 ) 15 x (2 - 300 t)y(0,
.h
t4.S t) y(0,: maka
L
2
0
b
bo
0180
..
Jika kemiringan damping pantai (s=100)
diperhitungkan, maka
n=(Lk-m.h)/s = (300-15.2)/100=2,7
y(0,t) = Lk – m . h – m .n
= 300 – 15 . 2 – 15 . 2,7 =229,5 m
Sehingga t=tL = 106 tahun
114
b. t = 180 tahun
1,23 146
180
Lt
t≈1,25 Dari tabel diperoleh 298,0
O
m
S
S
298,0O
m
S
S
Sm = 0,298 x S0
= 0,298 x 4500
= 1341 m3
Gambar 7.5 Sketsa profil melintang untuk contoh kasus, dengan asumsi damping pantai datar
115
7.2. Bentuk Garis Pantai
Bentuk garis pantai sangat dipengaruhi oleh angkutan sedimen menyusur/sejajar
pantai (SO). Bila SO masuk = SO keluar artinya pantai stabil. Sketsa perubahan
bentuk garis pantai akibat adanya groin dapat dilihat pada Gambar 7.6.
Gambar 7.6 Sketsa perubahan bentuk garis pantai akibat adanya groin
116
Difraksi adalah pembelokan arah gelombang akibat adanya struktur.
Gambar 7.7 menyajikan sketsa perubahan bentuk garis pantai akibat adanya groin
paralel dan kondisi pantai stabil.
Gambar 7.7 Sketsa perubahan bentuk garis pantai akibat adanya groin paralel dan kondisi
pantai stabil
Bentuk garis pantai dapat diperoleh dengan perhitungan secara grafis maupun
numerik.
117
Cara Grafis untuk Menggambar Bentuk Garis Pantai Berpasir Stabil
Antara Dua Struktur Pembatas (Head Land)
Garis pantai stabil merupakan kondisi yang diharapkan dalam rangka usaha
konservasi pantai. Garis pantai berpasir stabil antara dua struktur pembatas dapat
terbentuk secara alamiah dan buatan. Struktur alamiah yang ada umumnya
berbentuk tanjung, sementara struktur pembatas buatan dapat berupa krib/groin.
Beberapa ahli telah mengenalkan bentuk garis pantai stabil tersebut, antara lain:
Prof. Silvester dengan Terminologi Logaritmic Spiral
)cot(
1
2 geR
R
Kemudian dimodifikasi oleh Prof. Hsu (Hsu dan Evans, 1989 dalam Herbich,
2000) dengan Terminologi Parabolic Form
θ
β C
θ
β C C
R
R210
0
Teori ini dikenal dengan Teori Keseimbangan Statistik Teluk (Statistic
Equilibrium Bays) dari John R.C.Hsu, seperti sketsa pada Gambar 7.8 dan 7.9,
dengan parameter-parameter yang diperlukan untuk menentukan lengkungan
parabolic meliputi :
- Arah datang gelombang
- Ujung titik tetap udik yang merupakan titik tetap difraksi
- Ujung tetap hilir
- Garis kontrol (Ro) yang merupakan jarak antara ujung tetap udik dan
ujung tetap hilir
- Garis R yang merupakan jarak antara titik tetap udik dan posisi titik-titik
garis pantai
- Sudut ᵦ adalah sudut normal gelombang dengan Ro
- Sudut θ adalah sudut antara normal gelombang dengan R
Hubungan antara harga R/Ro, θ dan ᵦ, disajikan dalam grafik/nomogram pada
Gambar 7.10 atau dengan persamaan :
θ
0,81β
R
R0,77
0,83
O
ᶿ bervariasi 200, 300 dan seterusnya.
Contoh bentuk garis pantai di antara beberapa groin disajikan pada Gambar 7.11.
118
Catatan : ujung tetap hilir mula-mula ditetapkan sembarang
Gambar 7.8. Lengkung Parabolic Garis Pantai Stabil Antara Dua Pembatas (Syamsudin, 2000)
119
Gambar 7.9. Bentuk Garis Pantai Parabolic Stabil Antara Dua Titik tetap (Head land)
(Syamsudin, 2000)
120
Gambar 7.10. Hubungan Antara Ro
Rdan β untuk beberapa Harga Ө (Syamsudin, 2000)
121
Gambar 7.11. Contoh Bentuk Garis Pantai Parabolic Stabil Antara Beberapa Groin
122
LATIHAN 6 PERKEMBANGAN GARIS PANTAI
Data :
∝b → Dari latihan 4 (∝b pertama)
So → diasumsikan 0,004 * So Dari latihan 5 (yang sudah dipengaruhi
pasang surut diurnal, dalam 𝑚3/th) ,
h = 1,1 meter = tebal lapisan pasir yang bergerak.
Hitung & Gambarkan Perkembangan Garis Pantai
untuk 𝑡= 1, 2, 3 dan 10 tahun,
pada lokasi 𝑥=0 ; 50 ; 100 ; 200 ;500 ; dan 1000 meter dari lokasi krib.
Krib dibuat dengan panjang semaksimal mungkin (maksudnya adalah dalam
perhitungan latihan ini tidak dibatasi).
Perhitungan disusun dalam tabel, namun harus dibuat 1 (satu) contoh perhitungan.
Contoh Perhitungan dalam Tabel:
LATIHAN 7 KASUS PERUBAHAN GARIS PANTAI
Data : m = 20 → kemiringan pantai muka 1 : 20
s = 100 → kemiringan damping pantai 1 : 100
h = tebal lapisan pasir yang bergerak (= Latihan 6)
DARI LATIHAN 6:
1. Berapakah majunya garis pantai di pemukiman nelayan yang berlokasi 500
m ke arah updrift Lk pada 𝑡= 2 thn setelah krib dibangun ?
123
2. Berapakah majunya garis pantai di pemukiman nelayan yang berlokasi 600
m ke arah updrift Lk pada 𝑡= 10 thn setelah krib dibangun
3. Jika efek difraksi diabaikan apakah Tempat Pelelangan Ikan (TPI) yang
berlokasi di down drift / hilir krib dengan jarak 200 m dari krib dan 50 m
dari garis pantai semula akan tererosi pada tahun ke-10. Bila tererosi
berapakah mundurnya garis pantai ?
4. Pada tahun berapakah persisnya TPI (pada soal no.3) akan mulai tererosi ?
Atau bila pada soal no 3 tidak tererosi, maka pada tahun berapa akan
tererosi?
5. Berapakah panjang krib yang dibutuhkan dengan perkiraan krib akan penuh
pada tahun ke-15 ?
6. Jika anggaran yang tersedia hanya untuk membangun krib sepanjang 750
m, berapakah umur krib (kapan krib tersebut akan penuh) ?
7. Berapakah majunya garis pantai di area wisata sejauh 2 km ke arah updrift
krib, pada saat krib penuh (soal no.6) ?
LATIHAN 8 BENTUK PARABOLIC GARIS PANTAI ANTARA 2 KRIB
Diketahui : ∝b = …….. ° ( dari Latihan 4)
Jarak antara krib = 200 m (Jk)
Panjang krib 1 dan 2 = 200 m (Lk1 dan Lk2)
Tebal lapisan pasir yang bergerak, h = 1,x (x=angka akhir nrp)
1. Gambarkan kondisi garis pantai sesuai dengan kriteria:
a. Maju minimal 10 meter;
b. Tidak maju / mundur (So = 0).
2. Hitung panjang krib 3 (Lk3), sehingga memenuhi kriteria no 1b.
3. Gambarkan kondisi garis pantai sesuai dengan kriteria “Tidak ada pasir yang
hilang (erosi = sedimentasi) dengan panjang krib 3 hasil hitungan di atas.
2. Hitung panjang krib 4 (Lk4), sehingga memenuhi kriteria soal no 3.
Tahapan Masing-Masing Kriteria
1. Gambarkan Lk, Jk, dan plot ∝b
2. Buat garis tegak lurus dengan ADG,sehingga diperoleh arah normal
3. Tentukan titik tetap hilir secara sembarang, atau plot sudut
pembentuknya (𝛽), kemudian ukur panjang Ro
4. Coba-coba beberapa nilai θ dimulai dari θ yang lebih besar dari 𝛽.
Hitung R dari rumus R/Ro.
5. Tentukan nilai 𝑅 sampai bagian updrift krib
6. Gambarkan seluruh θ dan 𝑅, sehingga didapat lengkung garis pantai
7. Periksalah apakah sudah memenuhi kriteria yang diminta, bila tidak
sesuai tentukan kembali titik tetap yang lain.
124
125
8 TRANSMISI GELOMBANG
DAN DAYA GELOMBANG
8.1. Transmisi Gelombang Akibat Adanya Konstruksi
Transmisi gelombang akibat adanya konstruksi memperhitungkan besaran:
- Tinggi gelombang datang, Hi = Incident Wave Height
- Tinggi gelombang setelah melewati konstruksi, Ht = Transmitted Wave Height
Beberapa contoh kasus :
1.
2.
3.
4. Gambar tampak atas:
(8.1)
(8.2)
(8.3)
(8.4)
126
8.2. Gaya Gelombang Pada Dinding Tegak
Perhitungan gaya gelombang pada dinding tegak dibedakan atas kondisi gelombang
tidak pecah dan kondisi gelombang pecah.
8.2.1. Kondisi Gelombang Tidak Pecah Dengan Metode Miche–Rundgren
Perubahan gelombang di depan dinding tegak kondisi gelombang tidak pecah untuk
kondisi sebelum dan sesudah ada dinding disajikan pada Gambar 8.1
Keterangan :
SWL = Still Water Level
= muka air laut rata-rata sesaat, yang ditinjau terhadap turun-naiknya gelombang
d = kedalaman perairan, (m)
H = tinggi gelombang yang datang semula sebelum ada dinding pada kedalaman d (m)
Gambar 8.1. Perubahan gelombang di depan dinding tegak kondisi gelombang tidak pecah
Akibat adanya dinding akan terjadi refleksi gelombang dan kenaikan muka air di
depan tembok/dinding (hO).
Gelombang di muka dinding merupakan superposisi antara gelombang yang datang
(H) dan gelombang refleksi (Hr), disebut gelombang Clapotis (HW).
Tinggi gelombang refleksi : Hr = x . H (8.5)
dimana x = koefisien refleksi
Hw = H + Hr = H (1 + x) (8.6)
Untuk dinding licin x = 1, sedangkan untuk perencanaan diambil x = 0,9.
Kenaikan muka air :
L
d2 cotgh
L
H2 Oh (8.7)
dengan L = panjang gelombang pada kedalaman d
127
Distribusi tekanan akibat adanya gelombang pada dinding tegak kondisi gelombang
tidak pecah disajikan pada Gambar 8.2.
Gambar 8.2. Distribusi tekanan gelombang pada dinding tegak kondisi gelombang tidak pecah
Sehingga:
H . 2
x 1 d YC
Oh (8.8)
H . 2
x 1 d Yt
Oh (8.9)
L
w .
1 P
d
Hxi 2
cosh2
(8.10)
dengan:
Yc = kedalaman air pada dinding, saat puncak gelombang mengenai
dinding, (m)
Yt = kedalaman air pada dinding, saat puncak gelombang mengenai
dinding, (m)
H = tinggi gelombang awal, (m)
L = panjang gelombang, (m)
w = satuan berat (untuk air laut 1025 kg/m3 ) = rapat massa air laut
Dengan anggapan distribusi tekanan merupakan fungsi linier, maka
Fc = ½ Yc ( w.d + Pi ) … satuan kg/m (8.11)
Ft = ½ Yt ( w.d - Pi ) … satuan kg/m (8.12)
128
8.2.2. Kondisi Gelombang Pecah Dengan Metode Minikin
Minikin (1955-1963) mengembangkan suatu prosedur berdasarkan pengamatan
pada breakwater skala penuh. Distribusi tekanan gelombang pada dinding tegak
kondisi gelombang pecah disajikan pada Gambar 8.3.
Gambar 8.3. Distribusi tekanan gelombang pada dinding tegak kondisi gelombang pecah
Tekanan dinamis (dynamic pressure) maksimum akibat gelombang :
SS
D
bm d D
D
d
L
H . w . 101 P . … satuan kg/m2 (8.13)
dengan :
w = satuan berat = 1025 kg/m3
Hb = tinggi gelombang pecah (m)
dS = kedalaman perairan dimana konstruksi dibuat (pada kaki dinding)
D = dS + Ld.m = kedalaman satu panjang gelombang di depan dinding
m = kemiringan dasar perairan
Ld = panjang gelombang pada kedalaman dS
LD = panjang gelombang pada kedalaman D
Gaya gelombang yang ditunjukkan oleh luas daerah di area distribusi tekanan
dinamis adalah:
3
H PR bm
m
* … satuan kg/m (8.14)
Tekanan hidrostatis sama dengan nol pada puncak gelombang yang mengenai
dinding yaitu diambil pada Hb/2 di atas SWL, dan bertambah secara linier sampai
w(ds + Hb/2) pada kaki dinding, sehingga gaya gelombang yang dihasilkan dari
distribusi tekanan hidrostatis menjadi:
Komponen Hidrostatis : 2
2
1
2
H d . w F b
Sh … satuan kg/m (8.15)
129
Gaya momen yang dihasilkan dari tekanan hidrostatis harus ditambahkan dengan
gaya gelombang dari tekanan dinamis.
Jadi gaya gelombang pecah pada dinding tiap satuan panjang dinding adalah:
Rt = Rm + Fh … satuan kg/m (8.16)
8.3. Gaya Gelombang Pada Pipa Atau Tiang Bulat
Gaya gelombang pada pipa atau tiang dengan penampang bulat dilakukan dengan
meninjau segmen-segmen dalam arah vertikal, seperti pada Gambar 8.4.
Gambar 8.4 Sketsa pembagian segmen pada perhitungan gaya gelombang pada pipa
dengan :
F = Gaya gelombang pada tiang
Newtonm
kg.
det 2
Fi = Gaya inersia ; FD = Gaya angkat (Drag Force)
fi = Gaya inersia per satuan panjang pipa
22 det
kg
1.
det
kgm
m
fD = Gaya angkat (Drag Force) per satuan panjang pipa (kg/det2)
P = Rapat massa fluida (kg/m3)
D = Diameter pipa (m)
d = Kedalaman perairan (m)
Cm = Koefisien Inersia
CD = Koefisien Drag, rata-rata =1,52
Nilai Cm berdasarkan bilangan Reynold,
D . u Re max , sebagai berikut : (8.21)
Re ≤ 2,5 . 105 Cm = 2
2,5 . 105 < Re ≤ 5.105 Cm = 2,5 - 55.10
Re
Re > 5.105 Cm =1,5
(8.17)
(8.18)
(8.19)
(8.20)
130
dengan:
u = kecepatan partikel fluida arah horizontal (m/det)
dt
du = percepatan partikel fluida arah horizontal (m/det2)
(vektor arah kecepatan : u, v, w dalam arah x, y, z)
ν = kekentalan kinematis, misal diambil ν = 9,29 x 10-7 m2/det
Persamaan gerak partikel fluida:
Persamaan gerak gelombang
T
t
L
xH
22cos
2 (8.24)
Gambar 8.5 Sketsa gerak gelombang pada 3 kondisi
Tinjauan saat gelombang mengenai pipa/tiang (Gambar 8.5), maka saat x = 0,
sehingga persamaan gelombang menjadi :
T
tH
2cos
2
Fi dan FD merupakan ∑ fi dan ∑ fD sepanjang jumlah segmen (dz). Oleh karena itu
perlu menghitung fi dan fD untuk masing-masing segmen yang diambil.
Fungsi sinusoidal, = 1800
(8.22)
(8.23)
131
Contoh Soal:
Gambar 8.6 Sketsa Pipa Dengan Pembagian Segmen untuk Perhitungan Gaya Gelombang
Data : d=5 m , H=1,22 m, T=5 s, L=30 m, =1025 kg/m3 (untuk air laut)
Ditanyakan : Gaya gelombang pada pipa ?
Misal pipa dibagi dalam 6 segmen (Gambar 8.6), dimana segmen di bawah SWL
diambil per 1 meter dengan jarak titik berat segmen ke muka air (z) bertanda ‘-’,
maka :
z1 = -4,5 m ; z2 = -3,5 ; z3 = -2,5
z4 = -1,5 ; z5 = -0,5 : z6 = 31,02
0,61
5
0.180.20cos.
30/5.14,3.2cosh
30/514,3.2cosh
30
5.81,9.
2
22,1 zu
1.
6,1
30/528,6cosh.99735,0
zu
5209,0cosh623,0 zu
Selanjutnya perhitungan untuk setiap segmen dz dalam tabel berikut:
i dz z u u|u| fD = CD . ½ ρ . D . u|u| FD = fd . dz
1
2
3
4
5
6
1
1
1
1
1
0,61
-4,5
-3,5
-2,5
-1,5
-0,5
+0,305
0,6266
0,6542
0,7106
0,7983
0,9211
1,0492
0,3927
0,4280
0,5049
0,6373
0,8485
1,1007
305,908
333,436
393,395
496,457
660,973
857,472
305,908
333,436
393,395
496,457
660,973
523,058
∑ FD =2713,227 kg.m/det2
Saat puncak
t=0
132
Untuk kondisi gelombang mengenai puncak (t=0), maka
dt
du=0, karena sin
5
0..2 =0,
sehingga 0dt
dui .
4
ρπDCf
2
m dan ∑ Fi =0
Jadi F = ∑ Fi + ∑ FD = 0 + 2713,227 = 2713,227 Newton
LATIHAN 9 GAYA GELOMBANG PADA DINDING TEGAK
Tentukan gaya gelombang pada dinding tegak yang dipasang pada kedalaman :
a. Lebih dalam 2 meter dari db pada latihan 4
(db (latihan 4) + 2 meter) → lokasi gelombang tidak pecah (H=Kr.Ks.Ho)
b. Lebih dangkal 0,5 meter dari db pada latihan 4
(db(latihan 4)- 0,5 meter) → lokasi gelombang pecah (Hb=0,78 db)
Diketahui : kemiringan dasar perairan 1 : 100 → m =1
100
x untuk perencanaan = 0,9.
--------------
Catatan:
db pada soal di atas adalah lokasi gelombang pecah pertama.
Cek pada calculator anda :
tangen hyperbolis = tanh = hyp tan 0,902205 = 0,7173698
Ingat : cotanh = 1
𝑡𝑎𝑛ℎ
133
LATIHAN 10 GAYA GELOMBANG PADA TIANG BULAT/PIPA
Tentukan gaya pada pipa saat puncak, rata-rata, dan lembah !
Data :
d= 3m, D= 1m, Cm= 1,6, CD= 1,52
Data H, T, dan L berdasarkan NRP/NIM anda, lihat tabel sbb.:
NRP/NIM H (m) NRP T (detik) L (m)
22 xxxx xx0 1,1 22 xxxx x0x 4 16
22 xxxx xx1 1,2 22 xxxx x1x 5 18
22 xxxx xx2 1,3 22 xxxx x2x 6 20
22 xxxx xx3 1,4 22 xxxx x3x 4 22
22 xxxx xx4 1,5 22 xxxx x4x 5 24
22 xxxx xx5 1,15 22 xxxx x5x 6 26
22 xxxx xx6 1,25 22 xxxx x6x 4 27
22 xxxx xx7 1,35 22 xxxx x7x 5 28
22 xxxx xx8 1,45 22 xxxx x8x 6 29
22 xxxx xx9 1,55 22 xxxx x9x 4 30
134
135
9 PERLINDUNGAN PANTAI
Prinsip perlindungan/pengamanan pantai terdiri atas:
Melumpuhkan daya rusak sebelum daya rusak tersebut menyentuh subjek
yang dilindungi yaitu dengan pemasangan pemecah gelombang di laut
lepas (P.G. Offshore/Detached BW).
Memasang “tameng” tepat di sisi laut subjek yang dilindungi agar daya
rusak tidak menyentuh langsung subjek yang dilindungi yaitu dengan
pemasangan revetment/seawall/tanggul laut.
Memodifikasi pola daya rusak agar lebih bersahabat terhadap subjek yang
dilindungi seperti pemasangan groin/breakwater tegak lurus pantai.
Tipe pengamanan pantai menurut Pedoman Perencanaan Pengamanan Pantai dari
Kementerian Pekerjaan Umum dibedakan atas pengamanan pantai dengan struktur
keras dan struktur lunak, sbb.:
a. Pengamanan pantai dengan struktur keras, berupa:
- Pengamanan garis pantai yang menyusur (sejajar) pantai; tanggul laut,
revetment, tembok laut, turap, pemecah gelombang, ambang, ambang
tenggelam,
- Pengamanan tegak lurus pantai; groin, jeti (jeti = groin di mulut muara)
b. Pengamanan pantai dengan struktur lunak, berupa:
- Pengisian ulang pasir
- Pendaurulangan pantai atau Sand bypassing
- Drainase pantai
- Penanaman pohon bakau
Gambar 9.1 sampai dengan Gambar 9.10 menyajikan contoh pengamanan pantai
dengan struktur keras dan struktur lunak. Selanjutnya Gambar 9.11 menyajikan
proses kerusakan tembok laut akibat arus balik, Gambar 9.12 menyajikan proses
kerusakan tembok laut akibat aliran di belakang tembok, dan Gambar 9.13
menyajikan perbaikan tembok laut.
9.1. Tanggul Laut
Tanggul laut bertujuan melindungi pantai dengan mencegah atau mengurangi
genangan air laut pada pantai rendah. Fungsinya memisahkan pantai dari daerah
belakang pantai dengan membuat struktur rapat air yang tinggi. Tanggul laut
ditempatkan sejajar garis pantai, tidak menempel pada tebing pantai, sehingga
antara tebing pantai dan tanggul laut dapat dilakukan pengurugan (reklamasi).
136
Tanggul laut umumnya merupakan tipe rubble mound dengan armor dari susunan
batu kosong atau tumpukan blok-blok beton. Pada Gambar 9.1 disajikan potongan
melintang tanggul laut.
Keterangan: 1. Perkerasan; 2. Lapis Armor Utama;
3. Lapis Armor Sekunder; 4. Lapisan Geotextile;
5. Material inti; 6. Drainase
Gambar 9.1. Contoh potongan melintang tanggul laut
9.2. Revetment
Revetment (Gambar 9.2) merupakan konstruksi pelindung pantai yang tidak masif.
Fungsi revetment yaitu melindungi daerah pantai bagian darat langsung di
belakang konstruksi terhadap pengaruh gelombang dan arus. Revetment umumnya
berupa type rubble mound. Rip rap (Gambar 9.3) atau pasangan batu kosong dapat
pula berfungsi sebagai revetment.
Gambar 9.2. Contoh potongan melintang revetmen dengan rubble-mound
Gambar 9.3. Contoh potongan melintang rip-rap
137
9.3. Tembok Laut (Seawall)
Tembok laut (Gambar 9.4) berfungsi melindungi pantai dari serangan gelombang
dan menahan terjadinya limpasan gelombang ke daratan di belakang tembok.
Tembok laut dapat terbuat dari pasangan batu, dinding beton, atau buis beton.
Gambar 9.4. Contoh potongan melintang tembok laut
9.4 Dinding Penahan Tanah (Bulkhead atau Turap)
Bulkhead (Gambar 9.5) adalah bangunan pengaman pantai yang dipasang vertikal,
sejajar atau kira-kira sejajar dengan garis pantai, terdiri atas turap yang dilengkapi
dengan angker. Turap dapat dibuat dari beton atau kayu.
Gambar 9.5. Contoh potongan melintang turap
9.5. Pemecah Gelombang
Pemecah gelombang berfungsi untuk mengurangi tinggi gelombang di belakang
struktur dan mengurangi angkutan sedimen menyusur pantai. Pemecah gelombang
dapat ditempatkan di lepas pantai di daerah dekat pantai setelah maupun sebelum
gelombang pecah. Pemecah gelombang dapat terbuat dari tumpukan batu atau
beton (tipe rubble mound), sekumpulan tiang pancang, atau tumpukan boks beton
(caisson). Gambar 9.6 adalah pemecah gelombang tipe rubble mound.
138
Gambar 9.6. Contoh potongan melintang pemecah gelombang (krib) tipe rubble-mound
9.6 Ambang Tenggelam
Ambang tenggelam (Gambar 9.7) berfungsi menahan sedimen agar tidak terbawa
arus ke tengah laut.
Gambar 9.7. Contoh potongan melintang ambang tenggelam
(Pedoman Perencanaan Pengamanan Pantai, Kemen.PU)
9.7 Groin
Groin (Gambar 9.8) berfungsi mengurangi angkutan sedimen menyusur pantai.
Gambar 9.8. Contoh groin di Pantai Sanur, Bali
139
9.8. Jetty
Jetty (Gambar 9.9) berfungsi memberi perlindungan muara dari gelombang dan
sedimentasi, sehingga dapat memberikan kestabilan alur pelayaran pada muara
sungai yang umumnya digunakan untuk lalu lintas nelayan.
Gambar 9.9. Contoh tampak atas jetty di Muara Sungai Dadap, Jawa Barat
(Pedoman Perencanaan Pengamanan Pantai, Kemen.PU)
9.9 Sand Bypassing
Sand bypassing (Gambar 9.10) berfungsi mengembalikan sedimen pantai yang
telah kehilangan materialnya.
Gambar 9.10. Contoh Sand bypassing
(Pedoman Perencanaan Pengamanan Pantai, Kemen.PU)
140
Gambar 9.11. Proses Kerusakan Tembok Laut akibat arus balik (Syamsudin, 2000)
Gambar 9.12. Proses Kerusakan Tembok Laut akibat aliran di belakang tembok
(Syamsudin, 2000)
Gambar 9.13. Perbaikan Tembok Laut (Syamsudin, 2000)
141
DAFTAR PUSTAKA
CERC. (1984): Shore Protection Manual Volume I and II, US Army Coastal
Engineering Research Center Department of the Army, Washington DC-
US. (SPM, 1984).
Dean, R.G. dan Dalrymple, R. (1984): Water Wave Mechanics for Engineer and
Scientists, Prentice Hall, New Jersey USA.
Herbich, J.B. (2000): Handbook of Coastal Engineering, McGraw-Hill, New York
USA
Kementerian Pekerjaan Umum. (2012): RPT3-Pedoman Perencanaan
Pengamanan Pantai, Kementerian PU, Jakarta.
Muliati, Y. (1997): Studi Awal Perumusan Karakteristik Gelombang Laut Jawa:
Studi Kasus di Perairan Lemahabang Jepara, Tesis Program Magister,
Institut Teknologi Bandung, 60-64.
Muliati, Y., Tawekal, R.L., Wurjanto, A., Kelvin, J., dan Pranowo, W.S. (2018):
Application of SWAN model for hindcasting wave height in Jepara
Coastal Waters, North Java, Indonesia, International Journal of
GEOMATE, Volume 15 Issue 48.
Pond, S. dan Pickard, G.L. (1983): Introductory Dynamical Oceanography, 2nd
Edition, Butterworth-Heinemann, English.
Softwatillah dan Muliati, Y. (2016): Perbandingan Peramalan Gelombang
dengan Metode Groen Dorrestein dan Shore Protection Manual di
Merak-Banten yang Divalidasi dengan Data Altimetri, Jurnal Online
Institut Teknologi Nasional Bandung RekaRacana: Jurnal Teknik Sipil,
Volume 2 No 2.
Sucilestari, R., Muliati, Y., dan Madrapriya, F. (2017): Desain Pelabuhan
Penyeberangan di Tambelan Provinsi Kepulauan Riau, Jurnal Online
Institut Teknologi Nasional Bandung RekaRacana: Jurnal Teknik Sipil,
Volume 3 No 2.
Sugiarto dan Ekariyono, W. (1996): Penghijauan Pantai, Swadaya, Jakarta.
Sverdrup, K.A., dan Kudela, R.M. (2014): Investigating Oceanography, McGraw-
Hill, New York,USA
Syamsudin. (1995): Pengantar Teknik Pantai, Institut Teknologi Nasional,
Bandung.
Syamsudin. (2000): Pengantar Teknik Pantai, Pusat Penelitian dan Pengembangan
Sumber Daya Air, Bandung.
Syamsudin. (2010): Pengantar Rekayasa Pantai, Pusat Penelitian dan
Pengembangan Sumber Daya Air, Bandung.
Triatmodjo, B. (1996): Pelabuhan, Beta Offset, Yogyakarta.
142
Tuah, H. (1987): Dinamika Gelombang, Lab. Mekanika Fluida & Hidrodinamika
PAU-Ilmu Rekayasa ITB, Bandung.
Tuah, H. (1992): Sedimen Sejajar Pantai, ITB, Bandung.
Weisse, R. dan Storch, H.V. (2010): Marine Climate and Climate Change. Storms,
Wind Waves, and Storm Surges, Springer-Praxis, UK.
World Meteorological Organization (WMO). (2001): Guide the marine
meteorological services, Third edition, WMO-No. 741, Secretariat of
WMO, Geneva-Switzerland.
World Meteorological Organization (WMO). (1998): Guide to wave forecasting
and analysis, WMO- No. 702, Second ed, Secretariat of the World
Meteorological Organization (WMO), Geneva-Switzerland.
Yuwono, N. (1986): Teknik Pantai Volume I, KMTSFT-UGM, Yogyakarta.
Yuwono, N. (1992): Dasar-dasar Perencanaan Bangunan Pantai – Teknik Pantai
Volume II, KMTSFT-UGM, Yogyakarta.