04 bab 4 - perpustakaan digital itb · dalam bab ini akan dibahas pemodelan yang dilakukan dan...

Simulasi Sedimentasi di Alur Masuk Pelabuhan Pulau Baai dengan Perangkat Lunak SMS 8.1 4-1

4 Pemodelan

Untuk mensimulasikan permasalahan yang terjadi di lokasi studi, digunakan perangkat

lunak GENESIS dan SMS 8.1. Perangkat lunak GENESIS digunakan untuk

memperlihatkan besar transport sedimen sejajar pantai di lokasi kajian, sedangkan SMS

8.1 digunakan untuk mensimulasikan pola sedimentasi yang terjadi. Dalam bab ini akan

dibahas pemodelan yang dilakukan dan analisis terhadap hasil pemodelan yang

diperoleh.

4.1 Model Transport Sedimen Sejajar Pantai - GENESIS

Sedimentasi yang terjadi di sekitar alur masuk Pelabuhan Pulau Baai disebabkan oleh

adanya transport sedimen sejajar pantai. Besar transport sedimen yang terjadi di lokasi

tinjauan diperkirakan dengan melakukan simulasi numerik menggunakan paket program

GENESIS (GENEralized Model for SImulating Shoreline Change). GENESIS merupakan

bagian dari sebuah system pemodelan terstruktur SMS (Shoreline Modelling System)

yang dikembangkan oleh Mark B. Gravens, Nicholas C. Kraus dari CERC (Coastal

Engineering Reserch Center), dan Hans Hanson dari University of Lund, Sweden

(Gravens et al., 1991, hal1).

GENESIS adalah perangkat lunak yang dikembangkan untuk memodelkan perubahan

garis pantai dan transpor sedimen sejajar garis pantai yang disebabkan oleh mekanisme

gelombang pecah. Dalam tugas akhir ini, pemodelan GENESIS digunakan untuk

memperlihatkan transport sedimen yang terjadi di lokasi tinjauan. Gambar 4.1

memperlihatkan ilustrasi mengenai transport sedimen sejajar pantai.

Bab

4


Q in > Q o u t P a n ta i te rd e p o s is i

Q in < Q o u t P a n ta i te re ro s i

Q in > Q o u t P a n ta i te rd e p o s is i

Q in < Q o u t P a n ta i te re ro s i

Q in Q o u t

Δx

G aris P an ta i

Gambar 4.1 Ilustrasi transpor sedimen sejajar pantai

Adapun beberapa asumsi dasar pada one line model GENESIS yaitu:

1. Transpor sedimen hanya terjadi di surf zone

2. Transpor sedimen sejajar pantai terjadi akibat aksi gelombang pecah

3. Detail struktur terinci di seputar pantai dapat diabaikan

4. Evolusi garis pantai menggunakan kecenderungan jangka panjang

4.1.1 Input Data GENESIS

Data masukan yang dibutuhkan untuk simulasi perubahan garis pantai adalah:

1. Peta acuan garis pantai lokasi studi, dalam bentuk diskritisasi bentangan garis

pantai untuk menentukan grid numerik. Posisi garis pantai dinyatakan sebagai

jarak dalam arah laut lepas pantai (offshore) pada setiap grid numerik yang diukur

dari base line. Base line ditentukan dalam arah yang paling mendekati memanjang

pantai dan sedapat mungkin tidak memeotong garis pantai. Lokasi kondisi batas

lepas pantai (offshore Boundary condition) sebagai titik awal transformasi

gelombnag dipilih di perairan dalam dimana dinamika gelombang tidak

menyebabkan transpor sedimen.

2. Seri-waktu data iklim gelombang hasil hindcasting atau peramalan gelombang.

3. Data posisi struktur yang ada atau akan direncanakan seperti seawall, groin,

breakwater dan bila ada beach fill ataupun pengerukan.

4. Data ukuran butiran sedimen (D50)


A. Diskritisasi Garis Pantai

Dalam menentukan diskritisasi garis pantai, diperlukan beberapa pertimbangan. Hal yang

paling penting salah satunya adalah arah datang gelombang dominan. Daerah sudut

datang gelombang yang akan diperhitungkan oleh GENESIS hanya dalam kisaran -900

hingga 900, dimana garis yang tegak lurus base line adalah sudut 00 yang dapat dilihat

pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Arah datang gelombang dalam GENESIS.

Hal ini menyebabkan perlunya kesesuaian antara arah garis pantai dengan sudut

gelombang datang sebenarnya. Data gelombang hasil hindcasting yang akan

diperhitungkan dalam pemodelan adalah data gelombang dengan arah sudut datang yang

sesuai dalam koordinat lokal GENESIS. Selain itu, hasil hindcasting yang berasal dari

data angin menyebabkan adanya gelombang yang seolah berasal dari daratan. Dalam

GENESIS, data gelombang dengan arah datang seperti ini diabaikan dalam perhitungan.

Pembuatan diskritisasi garis pantai dan kaitannya dengan arah datang gelombang pada

koordinat lokal GENESIS dalam pemodelan ini dilakukan dengan menggunakan ukuran

baseline yang relatif sangat panjang (24 km, jarak antar grid 120 m). Hal ini dikarenakan

orientasi garis pantai Pulau Baai yang tidak memungkinkan untuk pembuatan grid dalam

ukuran kecil yang lebih detail. Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 memperlihatkan diskritisasi

garis pantai dalam ukuran baseline yang kecil (panjang 3 km, jarak antar grid 10 m).


Gambar 4.3 Diskritisasi garis pantai Pulau Baai.

Gambar 4.4 Orientasi model garis pantai Pulau Baai.

dan Arah Gelombang di Lepas Pantai Pulau

Berdasarkan Data Angin Jam-jaman di Bengkulu

Total 1996-2005

Jenis tongkat menunjukkan tinggi gelombang dalam meter

anjang tongkat menunjukkan persentase kejadian.

U

S

B

T

TG

BD

TL

BL

0%

10%

20%

30%

40%

Calm = 60.81% Tidak Tercatat = 0.04%

dan Arah Gelombang di Lepas Pantai Pulau

Berdasarkan Data Angin Jam-jaman di Bengkulu

Total 1996-2005

Jenis tongkat menunjukkan tinggi gelombang dalam meter

anjang tongkat menunjukkan persentase kejadian.

U

S

B

T

TG

BD

TL

BL

0%

10%

20%

30%

40%

Calm = 60.81% Tidak Tercatat = 0.04%

y

X


Pada gambar diatas, diskritisasi garis pantai Pulau Baai dimodelkan dengan sudut

baseline terhadap arah utara sebesar 315o. Data gelombang hasil hindcasting pada bab 3

yang dijadikan sebagai input GENESIS selanjutnya disesuaikan arahnya dengan orientasi

lokal GENESIS. Hal ini menyebabkan data gelombang yang seolah datang dari arah darat

tidak dapa diperhitungkan dalam model. Dalam kasus ini, data-data tersebut adalah data

gelombang dengan arah 60o - 240o. Untuk lebih jelasnya, simak Gambar 4.5 dan Tabel 4.1.

(a). Gelombang dengan arah seolah dari darat.

Data gelombang dengan arah yang tidak dapat diperhitungkan dalam model

Baseline


(b). Gelombang dengan arah yang dapat diperhitungkan.

Gambar 4.5 Data gelombang hasil hincasting dan kaitannya dengan posisi baseline.

Tabel 4.1 Hasil Penyesuaian Arah Datang Gelombang

-30,000,000,000,002320051231

-30,000,000,000,002220051231

-30,000,000,000,002120051231

::::::

999,00220,002,980,44919960101

999,00220,002,980,44819960101

90,00240,002,980,44719960101

20,00310,001,400,12619960101

70,00260,001,220,08519960101

-10,00340,002,430,33419960101

-10,00340,002,430,33319960101

-30,000,000,000,00219960101

-30,000,000,000,00119960101

-30,000,000,000,00019960101

LokalGlobal

ArahPerioda (s)H (m)JamTanggal

-30,000,000,000,002320051231

-30,000,000,000,002220051231

-30,000,000,000,002120051231

::::::

999,00220,002,980,44919960101

999,00220,002,980,44819960101

90,00240,002,980,44719960101

20,00310,001,400,12619960101

70,00260,001,220,08519960101

-10,00340,002,430,33419960101

-10,00340,002,430,33319960101

-30,000,000,000,00219960101

-30,000,000,000,00119960101

-30,000,000,000,00019960101

LokalGlobal

ArahPerioda (s)H (m)JamTanggal

Keterangan: Nilai 999 pada arah lokal menunjukan data gelombang yang tidak

dapat diperhitungkan. Sumber: Hasil perhitungan.

Data gelombang dengan arah yang dapat diperhitungkan dalam model

Baseline

-90o90o

0o

-90o90o

0o


Dari hasil hindcasting diketahui bahwa arah datang gelombang dominan dari arah selatan

atau arah 180o (pada koordinat global), dengan deminkian dapat diperkirakan bahwa

pemodelan dengan menggunakan konfigurasi baseline pada gambar Gambar 4.3 tidak

akan dapat menggambarkan kondisi yang sebenarnya, karena tidak memperhitungkan

data gelombang yang paling dominan, sehingga dillakukan perubahan pada diskritisasi

garis pantai.

Diskritisasi garis pantai selatan Bengkulu, meliputi garis pantai Pulau Baai pada laporan

ini selanjutnya dibuat dengan kriteria sebagai berikut:

• Jarak antar grid (Δx) sepanjang 120 meter.

• Jumlah grid sebanyak 200 buah, panjang baseline keseluruhan mencapai 24 km.

• Baseline membentuk sudut 45o terhadap arah utara (135o terhadap sumbu x positif).

Lokasi studi dan diskritisasi garis pantai untuk pemodelan dapat dilihat pada Gambar 4.6

dan Gambar 4.7.

Gambar 4.6 Grid Pemodelan GENESIS Pulau Baai, Selatan Bengkulu.


Gambar 4.7 Grid Pemodelan Pantai Selatan Bengkulu.

Grid simulasi melingkupi garis pantai serta perairan dimana gelombang akan merambat.

Transpor sedimen, posisi struktur, dan batasan garis pantai terletak pada dinding sel,

sedangkan titik posisi garis pantai berada di tengah-tengah sel. Grid disepanjang model

garis pantai adalah sama, yaitu Δx = 120m. Semua garis pantai dipindahkan ke dalam

sistem koordinat grid ini dengan tidak memperbolehkan dua garis pantai pada satu grid.

Struktur eksisting sepanjang garis pantai dalam kasus ini tidak turut diperhitungkan

karena faktor dimensi yang tidak terlalu signifikan dibandingkan dengan ukuran garis

pantai yang dimodelkan.

B. Syarat Batas (Boundary condition) Garis Pantai

Data posisi awal garis pantai berupa koordinat (x,y). Fixed boundaries dari garis pantai

yang akan ditinjau adalah posisi dimana perubahan garis pantai tersebut dapat dianggap

tidak signifikan terhadap hasil simulasi. Batasan ini disebut sebagai pinned-beach

boundary yang umumnya diletakkan pada titik yang jauh dari lokasi simulasi, dalam hal ini

Grid no.1 Grid no.200

Arah penomoran grid


diletakan pada kedua ujung baseline. Jenis syarat batas ini digunakan dalam pemodelan

pada laporan tugas akhir ini.

C. Input Time-Series Gelombang

Seri waktu data gelombang yang digunakan adalah data hasil hindcasting, yaitu

gelombang laut dalam yang mencakup perioda, tinggi, dan arah rambat gelombang

terhadap garis normal pantai untuk selang waktu 10 tahun (1996-2005). Pantai

diasumsikan memiliki kontur batimetri yang sejajar pantai, transformasi gelombang

(refraksi dan difraksi) dihitung secara internal di dalam Program GENESIS.

Tampilan data yang telah disesuaikan arahnya dengan orientasi lokal GENESIS disajikan

dalam Gambar 4.8 berikut ini.

Gambar 4.8 Input gelombang GENESIS.

D. Ukuran Butiran

Berdasarkan hasil penelitian laboratorium, ukuran butiran yang dinyatakan dalam D50

mempunyai range nilai tertentu. Pantai dengan kemiringan yang lebih landai umumnya

memiliki ukuran pasir yang lebih kecil. Kondisi ini mengakibatkan gelombang pecah lebih

cepat pada lokasi yang lebih jauh dari garis pantai.

Simulasi dengan program GENESIS, memerlukan ukuran butiran tunggal dalam satuan


milimeter. Ukuran butiran tersebut dianggap cukup mewakili kondisi butiran di lapangan

yang bervariasi. Berdasarkan referensi dari buku (State of the Art Practice in Coastal

Engineering, Wiliam G. Mc Dougal), nilai dari D50 dapat didekati dengan persamaan:

41

502

112.0 ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

bb HD

HgTm

Dimana :

m = kemiringan pantai

D50 = Diameter butiran

Hb = Tinggi gelombang pecah

g = Pecepatan gravitasi

Dalam pemodelan ini, kawasan yang dimodelkan sangat luas sehingga nilai D50 tidak

dimungkinkan untuk dihitung dengan persamaan diatas. Maka dalam studi ini digunakan

nilai D50 global sebesar 0,4 mm.

E. Depth of closure

Parameter depth of closure ini menyatakan suatu kedalaman dimana pada sudah tidak

terjadi perubahan batimetri. Berdasarkan referensi dari buku (State of the Art Practice in

Coastal Engineering, W.G.. Mc Dougal), nilai dari deptclosure dapat didekati dengan

rumus :

ec Hd 57.1=

Dc = depth of closure

He = tinggi gelombang

Dalam pemodelan ini digunakan He adalah gelombang signifikan untuk periode 100

tahun, yaitu sebesar 5.75 m

Dari perhitungan didapatkan nilai dari depth of closure untuk pantai Pulau Baai adalah

9,03 m.

F. Nilai K1 dan K2

Nilai K1 dan K2 adalah parameter yang dapat diubah-ubah nilainya. Menurut program

GENESIS nilai K1 dan K2 menjadi parameter kalibrasi karena nilai tersebut berbeda-beda

pada setiap studi kasus dan memerlukan penelitian tambahan untuk mendapatkannya,


dalam model ini ini digunakan nilai K1 dan K2 = 0.3 dan 0.15.

4.1.2 Hasil Pemodelan Transport Sedimen dengan GENESIS

Secara keseluruhan, hasil dari simulasi program GENESIS adalah sebagai berikut:

1. Posisi garis pantai awal dan posisi garis pantai setelah beberapa waktu tertentu

(tergantung waktu simulasi yang diinginkan).

2. Besarnya perubahan garis pantai yang terjadi setelah beberapa waktu tertentu

(tergantung waktu simulasi yang diinginkan)

3. Debit sedimen transpor (m3/tahun) yang terjadi setelah beberapa waktu tertentu

(tergantung waktu simulasi yang diinginkan), termasuk didalamnya debit transpor

sedimen ke arah kanan, debit transpor sedimen ke arah kiri, debit transpor sedimen

bersih (net), maupun debit transpor sedimen kotor (gross)

4. Posisi garis pantai pada akhir simulasi

Dalam pemodelan ini, hasil yang akan dianalisis hanya transport sejajar pantai yang

digunakan untuk memperlihatkan besarnya volume transport sedimen dan arahnya dalam

daerah yang dimodelkan. Hasil yang bernilai positif (+) menandakan arah pergerekan

sedimen kearah sumbu x (baseline) positif sedangkan nilai negatif (-) menunjukkan arah

transpor sedimen sebaliknya, yaitu kearah sumbu x negatif.

Gambar 4.9 – Gambar 4.18 memperlihatkan besar volume sedimen transpor setiap

tahun selama 10 tahun pemodelan.


0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

0 5000 10000 15000 20000 25000

Transport Sedimen (m3/ tahun)

Baseline (m)

Net

Gambar 4.9 Transport Sedimen 1996-1997.

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

0 5000 10000 15000 20000 25000


Baseline (m)

Net



0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

0 5000 10000 15000 20000 25000


Baseline (m)

Net


0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

0 5000 10000 15000 20000 25000


Baseline (m)

Net



0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

0 5000 10000 15000 20000 25000


Baseline (m)

Net


0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

0 5000 10000 15000 20000 25000


Baseline (m)

Net

Gambar 4.18 Transport Sedimen 2005 (Januari-Desember).


Dari hasil pemodelan yang ditampilkan dalam grafik diatas dapat dilihat adanya

pergerakan sedimen dalam volume yang relatif sangat besar tiap tahunnya sepanjang

pesisir selatan Sumatera, melintasi kawasan Pelabuhan Pulau Baai. Besar volume

transport sedimen tahunan selama sepuluh tahun pemodelan berkisar antara 600.000 m3

hingga 750.000 m3. Transport sedimen yang dibangkitkan oleh arus sejajar pantai akibat

gelombang ini diperkirakan menjadi penyebab utama permasalahan sedimentasi di

sekitar alur masuk Pelabuhan Pulau Baai yang selanjutnya akan dimodelkan dengan

menggunakan perangkat lunak SMS 8.1.

4.2 Pemodelan Sedimentasi dengan SMS 8.1

Perangkat lunak SMS 8.1 digunakan untuk mensimulasikan pola sedimentasi yang terjadi

di lokasi studi. Modul SMS yang akan digunakan dalam hal ini adalah Modul RMA2 dan

Modul SED2D. Modul RMA2 digunakan untuk mensimulasikan hidrodinamika di lokasi

studi, sedangkan SED2D digunakan untuk mensimulasikan pola sedimentasi dengan

menggunakan kondisi hidrodinamika hasil simulasi RMA2 sebagai dasar dari

pembangkitan transpor sedimen dan pola sedimentasi yang terjadi.

Dengan demikian, simulasi yang dilakukan adalah simulasi bertahap dimulai dari simulasi

hidrodinamika lokasi studi dengan RMA2 dan kemudian simulasi sedimentasi dengan

SED2D.

Pemodelan akan dilakukan untuk tiga skenario.

1. Skenario I, kondisi eksisting kedalaman alur awal -10 m LLWS,

2. Skenario II, penambahan struktur, yaitu breakwater/jetty sepanjang 415 m di sebelah

selatan dan 280 m di sebelah utara, dengan kedalaman alur -10 m LLWS.

3. Skenario III, kondisi geometri dan batimetri sama dengan Skenario I, ada

penambahan komponen outflow untuk memodelkan sand bypassing dengan debit 5

m3/s dan komponen kecepatan arus 0,22 m/s ke arah luar domain pemodelan.

4.2.1 Pengenalan SMS 8.1

Surface-Water Modeling System (SMS) adalah perangkat lunak yang memiliki

kemampuan sebagai pemroses awal dan akhir (pre-processor and post-processor) untuk

pemodelan muka air. Yang dimaksud proses awal (pre-process) pemodelan adalah

kegiatan melakukan diskritisasi terhadap sebuah fungsi atau persamaan. Diskritisasi

tersebut dilakukan dengan membangun mesh pada daerah yang akan dimodelkan.

Proses akhir (post-process) pemodelan adalah kegiatan menyajikan data hasil pemodelan


yang dilakukan.

Tahapan pemodelan dengan menggunakan SMS 8.1 dimulai dengan menyiapkan data

input, membangun model, menjalankan simulasi, kalibrasi dan pengolahan hasil simulasi.

Diagram alir pemodelan dengan menggunakan SMS 8.1 secara sederhana adalah

sebagai berikut.

Mulai

Data Input

MembangunModel

MenjalankanModel

Kalibrasi HasilModel

Diterima

Selesai

Ya

Tidak

Mulai

Data Input

MembangunModel

MenjalankanModel

Kalibrasi HasilModel

Diterima

Selesai

Ya

Tidak

Gambar 4.19 Diagram Alir Pemodelan SMS.

A. Perangkat Pre-processor SMS 8.1

Perangkat-perangkat pre-processor yang disediakan oleh SMS berguna untuk mengatur,

mengedit, dan memvisualisasikan data geometri dan data hidrolis dalam sebuah mesh.

Untuk diskritisasi, SMS juga menyediakan perangkat untuk membangun, mengedit, dan

memformat mesh yang akan digunakan dalam pemodelan numerik.


Tahap-tahap yang dilakukan untuk membangun mesh dengan menggunakan SMS

adalah :

1. Mengimport peta digital dengan ekstensi DXF. Peta ekstensi DXF biasanya sudah

berisi informasi geometri lokasi pemodelan, seperti data batimetri dan skala peta yang

benar. SMS dapat menyesuaikan secara otomatis skala pemodelan dengan skala

peta DXF. Peta extensi DXF dapat diperoleh dengan men-save as (untuk Autocad

2000) atau mengekspor (untuk Autocad R12 sampai R14) peta digital berekstensi

DWG.

2. Membangun mesh domain model. Membangun mesh model dapat dilakukan dengan

membangun elemen-elemen pada daerah yang telah ditetapkan sebagai domain

model. Ada dua macam cara yang dapat digunakan untuk membangun mesh.

Pertama, pada Mesh Module, pembangunan dibangun dengan meng-klik tombol

Create Mesh Node untuk menyusun node-node secara manual diseluruh lokasi

pemodelan, kemudian menghubungkan node-node tersebut menjadi elemen-elemen

diseluruh domain model. Cara kedua adalah pada Map Module, dengan membangun

poligon yang mengelilingi domain model, kemudian pada menu Feature Object,

menggunakan pilihan 2D Mesh untuk membangun mesh 2D secara otomatis. Poligon

yang dibangun merupakan arc group. Arc (sederetan segmen-segmen garis yang

saling berhubungan, polyline) tersebut dibangun dengan memilih tool Create Feature

Arc.

3. Memasukkan data batimetri. Nilai batimetri dimasukkan pada setiap node pada

elemen. Setidaknya ada dua cara untuk memasukan data batimetri kedalam mesh

yang dibangun. Cara yang pertama dengan memasukan nilai batimetri pada tiap node

secara manual. Cara kedua dilakukan dengan membuka file data batimetri yang

berupa seri data koordinat XYZ dari lokasi yang dimodelkan dan melakukan

interpolasi data batimetri untuk keseluruhan node dalam domain. Untuk elemen

kuadratik harga node tengah sisi elemen secara otomatis diinterpolasi dari harga dua

node diujung-ujung elemen.

B. Perangkat Post-Processor SMS 8.1

Perangkat post-processor yang disediakan oleh SMS antara lain berupa penyajian hasil

model secara grafik dan visualisasi data hasil pemodelan pada setiap node di dalam

domain model. Penyajian secara visual lainnya adalah dengan membuat animasi (film-

loop) untuk simulasi dinamik.

Proses penghitungan pemodelan, yaitu proses diantara pre-process dan post-process,


adalah kegiatan untuk menyelesaikan persamaan matriks untuk mendapatkan solusi pada

setiap node. Proses penghitungan ini dilakukan oleh model-model numerik yang

merupakan modul-modul dari SMS. Model-model numerik yang di-support meliputi model

dari United States Army Corps of Engineer-Waterways Experiment Station (USACE-

WES), antara lain TABS-MD (GFGEN, RMA2, RMA4, SED2D), ADCIRC, CGWAVE,

STWAVE, dan HIVEL2D, model dari U.S. Federal Higway Administration (FHWA), antara

lain FESWMS dan WSPRO, dan beberapa model komersil lainnya. Dalam hal ini, modul

yang akan digunakan adalah TABS-MD, yaitu GFGEN, RMA2, dan SED2D.

Secara umum tiap-tiap model numerik digunakan untuk menyelesaikan kasus yang

spesifik. Beberapa model digunakan untuk menghitung elevasi muka air dan kecepatan

aliran, model lain digunakan untuk menghitung pergerakan kontaminan atau transpor

sedimen. Beberapa model numerik mendukung untuk simulasi dinamik, sementara yang

lain hanya bisa digunakan untuk simulasi keadaan langgeng (steady). SMS memiliki

interface yang spesifik untuk setiap pemakaian model numerik yang di-support.

C. Geometry File Generation (GFGEN)

Geometry File Generation (GFGEN) adalah program yang digunakan untuk konversi file

geometri dari format ASCII ke dalam format biner yang digunakan sebagai input program

RMA2.

a. Kemampuan GFGEN

Kemampuan GFGEN adalah sebagai berikut:

• Membaca data node dan elemen hingga yang berisi informasi mesh dalam bentuk

geometri, kemudian merubahnya kedalam bentuk biner agar dapat digunakan sebagai

input RMA2.

• Mengindentifikasi kesalahan dalam pembangunan mesh.

• Penomoran kembali (renumbering) mesh dan mengabaikan node dan elemen yang

tidak terpakai.

• Mengijinkan pemakaian elemen sisi lengkung pada batas badan air untuk

menyesuaikan mesh dengan kondisi riil lapangan.

• Memungkinkan penggunaan berbagai jenis elemen dalam satu pemodelan.

• Menyediakan informasi statistik node.


b. Karakteristik Mesh

GFGEN mempunyai kemampuan untuk menangani berbagai jenis elemen yang berbeda

dalam satu pekerjaan pemodelan. Jenis-jenis elemen tersebut antara lain:

• Elemen satu dimensi (1D) yaitu elemen yang terdiri dari dua node sudut dan satu

node tengah. Kedalaman pada suatu lokasi dan elemen satu dimensional diperoleh

dengan interpolasi antara dua node sudut. Contoh elemen satu dimensi terdapat pada

Gambar 4.20.

1

2

33

2

11

2

3

1

2

3

1

2

33

2

1

3

2

1

3

22

1

Gambar 4.20 Elemen 1D

• Elemen dua dimensi (2D) yaitu jenis elemen yang dapat terdiri dari tiga sisi dengan

enam node atau empat sisi dengan delapan node, seperti pada Gambar 4.21 berikut.

Gambar 4.21 Elemen 2D sisi lurus.

Jenis elemen diatas disebut elemen kuadratik, sedangkan elemen tiga sisi dengan

tiga node atau elemen empat sisi dengan empat node disebut sebagai elemen 2D

linier. Pemakaian tipe elemen bergantung kepada spesifikasi yang diperlukan oleh tiap

model numerik. RMA2 menggunakan jenis elemen kuadratik, sedangkan ADCIRC

menggunakan elemen linier.


• Elemen Spesial (Transisi, penghubung, dan elemen struktur kontrol)

Elemen dapat memiliki sisi yang melengkung atau lurus. Sisi lengkung elemen biasanya

digunakan berdasarkan pertimbangan estetik, misalnya untuk menyesuaikan model

dengan batas badan air. Elemen lengkung sangat berguna untuk jenis elemen satu

dimensi yang biasanya digunakan untuk menimbulkan efek berkelok pada sungai.

c. Masalah Bentuk Elemen

Beberapa hal yang dapat mengakibatkan error dalam proses pemodelan berkaitan

dengan bentuk elemen antara lain :

Aspek rasio antara panjang dan lebar yang buruk.

Koneksi elemen yang mengandung error

Node sisi tengah sisi yang melanggar middle third rule

Error pada aturan slope

Sudut yang seperti jarum

Elemen dengan sisi yang overlaping

Middle third rule adalah aturan dalam penggunaan elemen sisi lengkung, titik dengan

radius terkecil pada sisi lengkung harus terletak diantara dua per tiga jarak antara dua

node ujung pada sisi elemen. Gambar 4.22 menunjukan bentuk-bentuk elemen yang

dapat menimbulkan masalah saat menjalankan model.

(a). Aspek rasio yang buruk.

(b). Segitiga yang dibentuk dari empat sisi.


(c). Elemen overlapping.

Gambar 4.22 Elemen-elemen yang berpotensi menimbulkan error.

D. RMA2

RMA2 adalah model numerik elemen hingga dua dimensi yang digunakan untuk

menyelesaikan masalah hidrodinamika pada suatu lokasi perairan dengan asumsi rata-

rata kedalaman. RMA2 bekerja dalam range aliran sub-kritis. RMA2 digunakan untuk

menghitung elevasi muka air dan kecepatan aliran arah horizontal pada setiap node

didalam domain model.

RMA menghitung solusi elemen hingga bentuk Reynolds dalam persamaan Navier-

Stokes untuk aliran turbulen. Gesekan dihitung dengan menggunakan persamaan

Manning dan koefesien kekentalan eddy digunakan untuk mendefinisikan karakteristik

turbulen. RMA2 menyelesaikan baik permasalahan langgeng maupun dinamik.

Secara umum RMA2 dapat memodelkan muka air dan distribusi kecepatan pada daerah

sekeliling sebuah pulau, pola aliran badan sungai, aliran dibawah jembatan, pertemuan

dua sungai atau lebih, dan berbagai pemodelan umum elevasi muka air dan pola aliran

pada sungai, reservoir, dan muara.

a. Kemampuan RMA2

RMA2 memiliki kemampuan sebagai berikut:

1. Mengindentifikasi error dalam model.

2. Dapat diterapkan dalam satuan SI maupun Inggris.

3. Dapat melakukan hotstart, yaitu melanjutkan simulasi dengan kondisi awal dari

hasil run program sebelumnya.

4. Mensimulasikan kondisi basah-kering (weeting and drying) dari suatu perairan.

5. Memperhitungkan efek rotasi bumi.

6. Mengaplikasikan tegangan besar akibat angin yang melibatkan jalur badai


7. Penentuan besaran-besaran, seperti koefesien perubahan turbulen, koefesien

Manning, temperatur air, dan sebagainya, secara bebas oleh pengguna (user-

defined)

8. Memodelkan hingga 5 tipe struktur kontrol aliran yang berbeda

9. Menghitung aliran yang melintasi garis pemeriksaan kontinu (continuity check

lines).

10. Memberikan keleluasaan bagi pengguna dalam menentukan parameter basah-

kering. Iterasi, maupun revisi pada langkah perhitungan (time step).

11. Mampu menerima berbagai jenis kondisi batas, antara lain: sudut/besar

kecepatan, elevasi muka air, radiasi pasang surut, debit aliran, dan arah dan

kecepatan angin.

b. Keterbatasan RMA2

Beberapa kelemahan dari modul RMA2 adalah sebagai berikut:

1. RMA2 bekerja dengan asumsi hidrostatis, yang berarti percepatan dalam arah

vertikal diabaikan.

2. RMA2 tidak dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan seperti vortices,

getaran, atau percepatan arah vertikal.

3. RMA2 tidak dapat digunakan untuk memodelkan aliran super-kritis.

4. Untuk permasalahan aliran yang lebih kompleks, seperti parameter-parameter

yang bervariasi pada sumbu vertikal, harus menggunakan model tiga dimensi

seperti RMA10.

c. Persamaan Pengatur RMA2

Model numerik RMA2 menyelesaikan persamaan kekekalan massa dan momentum air

yang diintegrasikan terhadap kedalaman (depth-averaged) pada dua dimensi horizontal.

Percepatan arah vertikal, diabaikan, sehingga vektor kecepatan memiliki besar dan arah

yang sama sepanjang kolom air. Kecepatan aliran kedalaman rata-rata u yang digunakan

oleh RMA2 dinyatakan dalam persamaan berikut:

U = ∫h

o

dzzuh

)(1

Keterangan :


U = Kecepatan arus kedalaman rata-rata (dalam arah x)

h = kedalaman perairan elemental

u(z) = kecepatan aliran sebagai fungsi arah vertikal

z = koordinat vertikal

Bentuk persamaan pengatur RMA2 yang telah diselesaikan adalah

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

−∂∂

+∂∂

+∂∂

2

2

2

2

yUE

xUEh

yUhV

xUhU

tUh xyxxρ

+ gh ( ) 2/12226/1

2

)486.1(.. VUhnUg

axah

xa

+++⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +∂∂

- 0 sin V2h - cos 2 =φϖψς aV

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

−∂∂

+∂∂

+∂∂

2

2

2

2

yUE

xVEh

yVhV

xVhU

tVh yyyxρ

+ gh ( ) 2/12226/1

2

)486.1(.. VUhnVg

ayah

ya

+++⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

∂∂

- 0 sin U2h - cos 2 =φϖψς aV

0=∂∂

+∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

+∂∂

yhV

xhU

yV

xUh

th

Keterangan :

h = kedalaman elemental

u, v = kecepatan aliran dalam arah x, y

U, V = kecepatan aliran depth averaged

x, y, t = koordinat kartesius dan waktu

ρ = koefisien kekentalan eddy

Indeks xx menyatakan arah normal terhadap x

Indeks yy menyatakan arah normal terhadap y

untuk xy dan yx = arah geser pada setiap permukaan

g = percepatan gravitasi


a = elevasi dasar perairan

n = koefesien kekasaran Manning

1.486 = konversi dari satuan SI ke satuan Inggris

ξ = koefesien geser angin empiris

aV = kecepatan angin

ψ = arah angin

ω = kecepatan rotasi bumi

φ = posisi lintang geografis

Persamaan momentum air yang digunakan disini hanya menghitung elevasi muka air

akibat pasang surut. Elevasi muka air akibat pengaruh gelombang (termasuk setup*)

sama sekali tidak tercakup disini.

Persamaan-persamaan diatas diselesaikan dengan metoda elemen hingga menggunakan

metoda Galerkin (weighted residual). Elemen yang digunakan adalah elemen satu

dimensi maupun dua dimensi segi tiga (triangles) dan segi empat (quadrilateral). Fungsi

bentuk (shape function) adalah kuadratik untuk kecepatan dan linier untuk kedalaman.

Teknik integrasi menggunakan integrasi Gaussian.

d. Konvergensi dan Divergensi

RMA2 melakukan iterasi untuk memperoleh solusi pada setiap node. Secara umum

proses iterasi dilakukan dengan membuat dugaan awal (initial guess) untuk sebuah nilai

dari satu variabel dalam persamaan yang hendak diselesaikan, menhitung solusi,

mengembalikan solusi yang diperoleh ke dalam persamaan, dan mengulang perhitungan

serupa. Apabila selisih antara dua hasil perhitungan yang dilakukan berturut-turut lebih

kecil dari suatu nilai tertentu, disebut kriteria konvergensi, maka solusi dikatakan

konvergen dan masalah telah diselesaikan.

Dalam melakukan iterasi, RMA2 menggunakan skema konvergensi Newton-Raphson,

seperti yang terlihat pada Gambar 4.23. Pada sumbu x, x1 adalah dugaan awal. Solusi

dari x1 ditandai sebagai solusi awal (initial solution). Dugaan kedua diperoleh dengan

menarik garis tangen pada solusi x1 hingga memotong sumbu x. Nilai x di tempat

perpotongan dengan garis tangen tersebut adalah x2, yang menjadi dugaan kedua

(second guess). Solusi baru diperoleh dari x2, sehingga garis tangen berikutnya

diperoleh. Nilai tempat perpotongan garis tangen2 dengan sumbu x menjadi nilai duga


berikutnya, x3. Demikian seterusnya, sampai beda antara nilai sepanjang sumbu x, antara

dua solusi berturut-turut kurang dari harga kriteria konvergensi.

Gambar 4.23 Skema Newton-Rhapson.

Dalam menjalankan RMA2, baik jumlah iterasi maupun kriteria konvergensi, ditentukan

sendiri oleh pemodel. Kriteria konvergensi untuk simulasi langgeng berkisar antara 0.005

– 0.0001, sedangkan untuk simulasi dinamik antara 0.05 – 0.001.

Apabila estimasi awal sangat jauh dari nilai solusi yang diharapkan, maka proses iterasi

dikatakan divergen, sehingga solusi tidak dapat diperoleh.

Mengenali jenis divergensi yang terjadi saat menjalankan model berguna untuk

melakukan trouble-shooting. Ada dua jenis permasalahan konvergensi yang sering

ditemukan dalam menjalankan RMA2, yaitu divergensi secara perlahan-lahan (slow

divergence) dan divergensi secara tiba-tiba (sudden divergence). Slow divergence

biasanya mengindikasikan permasalahan pada parameter pemodelannya, sedangkan

sudden divergence mengindikasikan adanya error pada kondisi batas, permasalahan

kondisi basah-kering, atau aliran super kritis.

E. SED2D

SED2D merupakan penyempurnaan dari program STUDH versi 3.3 yang dikembangkan

WES (Waterways Experiment Solution) dan Dr. Ariathurai. SED2D dapat diaplikasikan

untuk sedimen dasar perairan yang terdiri dari pasir maupun lempung dimana kecepatan

aliran bisa dipertimbangkan sebagai dua dimensi dalam bidang horizontal. Ini berguna

untuk pembelajaran, baik itu mengenai pengendapan sedimen maupun erosi sedimen.


Program ini mengklasifikasikan dalam dua kategori sedimen yaitu kohesif (lempung) dan

non-kohesif (pasir).

Pengertian dasar:

1. Air yang bergerak berpotensi menggerakkan sedimen .

2. Sedimen yang berada di dasar perairan akan tetap tak berubah sepanjang energi

dalam medan aliran lebih kecil daripada batas critical shear stress untuk erosi.

3. Perubahan dasar perairan disebabkan adanya laju sedimentasi dan atau erosi.

Net change hanya akan ada jika laju erosi dan sedimentasi yang terjadi berbeda.

Kemampuan SED2D diantaranya adalah sebagai berikut:

1. Dapat menganalisis sedimentasi berdasarkan aliran langgeng dan dinamik

2. Pertukaran material dari dasar perairan dapat diperhitungkan

3. Shear stress dari kombinasi arus dan gelombang akibat angin dapat

diperhitungkan

Di sisi lain, kelemahan dari program SED2D adalah:

1. Ukuran partikel sedimen diasumsikan seragam

2. Tidak mampu memodelkan perubahan pola dan kecepatan arus akibat perubahan

elevasi dasar perairan yang terjadi, sehingga untuk kondisi erosi dan sedimentasi

yang besar harus dilakukan pemodelan berulang dengan pola RMA2-SED2D-

RMA2-SED2D dan seterusnya, sehingga memakan waktu yang panjang untuk

pemodelan. Perubahan elevasi dasar perairan lebih kecil dari 25% dianggap tidak

mempengaruhi pola dan kecepatan aliran, sedangkan perubahan elevasi dasar

perairan lebih dari 25% menyebabkan error karena medan aliran awal dianggap

sudah dianggap mengalami perubahan.

F. Tahapan Pemodelan

Tahapan pemodelan dilakukan berdasarkan diagram alir pada Gambar 4.24. Tahapan

utama dari pemodelan ini terdiri dari tiga bagian yang dilakukan berulang, yaitu:

1. Menjalankan program GFGEN untuk mendapatkan input yang kompatibel bagi

RMA2

2. Menjalankan program RMA2 untuk medapatkan medan alir atau kondisi

hidrodinamika yang akan digunakan dalam pemodelan sedimentasi dengan

SED2D


3. Menjalankan program SED2D berdasarkan hasil RMA2 untuk kemudian

menghasilkan keluaran berupa data batimetri yang baru. Data batimetri yang baru

ini selanjutnya dijadikan input bagi program GFGEN

Tiga tahap diatas dilakukan berulang hingga waktu pemodelan yang diinginkan. Dalam

hal ini, waktu pemodelan total adalah 1 tahun dengan interval pemodelan tiap 1 bulan.

Gambar 4.24 Diagram alir proses pemodelan.

Selama menjalankan simulasi, GFGEN, RMA2 dan SED2D membaca dan menulis

serangkaian file. Jumlah dan tipe file-nya tergantung kepada jenis simulasi yang dan

tampilan hasil yang diinginkan oleh pengguna. Beberapa jenis file yang digunakan dan

dihasilkan dalam pemodelan ini adalah:


• File geometri

RMA2 membaca file geometri dalam bentuk biner. File ini merupakan keluaran

program GFGEN dari file geometri mesh dalam bentuk ASCII yang dibuat melalui

interface SMS pada proses awal pemodelan.

• File daftar hasil simulasi

File ini berisi daftar dari hasil simulasi yang dijalankan oleh RMA2. Apabila RMA2

menjalankan simulasi dinamik, daftar yang dihasilkan berupa hasil simulasi pada

setiap time-step. RMA2 menyediakan dua jenis file daftar hasil, yaitu full result listing

dan summary result listing. Full result listing adalah daftar yang berisi solusi, yang

berupa komponen arah dan besar kecepatan, kedalaman, elevasi muka air, pada

node tertentu yang didefinisikan oleh pengguna. Kedua daftar hasil tersebut berlaku

untuk simulasi langgeng maupun dinamik.

• File solusi dalam bentuk biner

File ini menyediakan informasi hasil perhitungan, baik simulasi langgeng maupun

dinamik, berupa elevasi muka air, arah dan besar kecepatan, dan kedalaman di setiap

node pada model yang dibangun. Informasi yang terdapat dalam file ini dapat dilihat

melalui interface SMS yang merupakan kegiatan post-processing pemodelan.

• File hotstart

Hotstart adalah suatu proses menyediakan kondisi awal yang diperoleh dari hasil

simulasi sebelumnya pada sebuah pemodelan numerik. Hotstart dibutuhkan apabila

pengguna memiliki keterbatasan waktu dalam menjalankan simulasi atau hanya

menginginkan solusi dalam interval tertentu. File hotstart digunakan untuk menyimpan

informasi pada akhir sebuah simulasi yang akan dilanjutkan pada simulasi

selanjutnya. File hotstart dapat berupa file input maupun output. Hotstart output dari

simulasi pertama digunakan sebagai hotstart input pada simulasi kedua.

G. Kontrol Model

Dalam menjalankan kegiatan simulasi banyak hal yang harus dipertimbangkan untuk

mendapatkan hasil yang dapat mewakili fenomena yang terjadi di lapangan. Hal-hal yang

menjadi kontrol model tersebut antara lain adalah geometri, kondisi batas, kekasaran,

viskositas eddy, dan nomor peclet.

a. Geometri

Permasalahan geometri adalah bukan sekedar membangun node dan elemen. Pemodel


harus memperhatikan pembangunan mesh dengan domain model, apakah model yang

dibangun benar-benar mewakili kondisi riil lapangan atau tidak. Berikut ini beberapa

permasalahan yang berpengaruh pada hasil pemodelan.

• Bentuk Elemen

Cek bentuk elemen, apakah sesuai dengan kriteria yang telah dijelaskan pada subbab

GFGEN.

• Lokasi kondisi batas

Kondisi batas harus diletakkan jauh dari lokasi studi. Pada model jarak kondisi batas

minimal 20 elemen dari lokasi yang ditinjau.

• Kondisi basah-kering

Simulasi basah-kering yang tidak tepat akan menyebabkan model menjadi tidak stabil.

• Penyimpanan air (water storage)

Pemberian kondisi batas yang tidak tepat dapat menimbulkan penyimpanan air pada

suatu daerah tertentu dan kekurangan air pada daerah yang lain. Keadaan ini selain

membuat model menjadi tidak stabil juga menghasilkan solusi yang error.

• Batimetri

Pastikan nilai batimetri pada mesh sesuai dengan daerah yang dimodelkan. RMA2

bekerja berdasarkan asumsi kemiringan landai.

• Resolusi

Resolusi atau kepadatan mesh harus dipertimbangkan dengan lokasi pemodelan.

Misal untuk lokasi selat yang sempit, pengguna bisa menambah resolusi sedangkan

untuk daerah laut lepas, elemen yang dibangun dapat lebih lebar.

b. Kondisi Batas

Pilih jenis kondisi batas yang tepat untuk ditempatkan pada lokasi yang sesuai. Jenis

kondisi batas untuk RMA2 antara lain elevasi muka air, debit, kecepatan angin berikut

arahnya, arus berikut arahnya, dan absorbsi/refleksi pasang surut, sedangkan jenis

kondisi batas untuk SED2D adalah nilai konsentrasi sedimen. Lakukan pemeriksaan

kondisi batas, apakah mengandung error, seperti sudut aliran yang tak sesuai atau nilai

yang sporadis pada sinyal input, dan lain-lain. Jenis kondisi batas yang digunakan dalam

pemodelan RMA2 dalam studi ini adalah elevasi muka air, debit, arus, sedangkan untuk

SED2D digunakan kondisi batas konsentrasi sedimen.


c. Kekasaran

Kekasaran berpengaruh kepada profil muka air dan kecepatan aliran (untuk simulasi

langgeng pada sungai). Untuk elemen-elemen yang kedalamannya relatif dangkal nilai

kekasaran yang digunakan semakin besar.

d. Viskositas Eddy

Variabel viskositas yang dimasukkan dalam persamaan pengatur akan menimbulkan

dampak pada distribusi kecepatan. Hal ini sangat berpengaruh baik kepada amplitudo

maupun fase muka air dan pola aliran yang terjadi di dalam model. Viskositas eddy

merupakan salah satu variabel yang dapat diatur untuk mendapatkan hasil pemodelan

yang sesuai dengan kondisi lapangan dalam proses kalibrasi.

Apabila harga viskositas eddy terlalu besar maka kecepatan aliran akan terlihat seragam

melintang saluran. Putaran-putaran fluida atau vorteks tidak akan terjadi di sini.

Sedangkan apabila harga viskositas eddy terlalu kecil, kontur kecepatan akan terlihat tak

beraturan (erratic). Kemungkinan besar dapat terjadi pola kontur muka air yang tinggi-

rendah-tinggi-rendah.

e. Nomor Peclet

Salah satu metode dalam menentukan koefesien viskositas eddy adalah dengan

membiarkan model secara otomatis menentukan nilai E pada setiap iterasi berdasarkan

nomor Peclet yang diberikan. Nomor Peclet sendiri mendefinisikan hubungan antara

kecepatan, dimensi tiap elemen, densitas fluida, dan viskositas eddy. Hubungan tersebut

dapat dilihat pada persamaan.

P = Eudxρ

Keterangan:

P : Nomor peclet

ρ : densitas fluida (kg/m3)

u : kecepatan elemen rata-rata (m/sec)

dx : panjang elemen dalam aliran (m)

E : viskositas eddy (Pa-sec)

Dalam menjalankan RMA2, menggunakan nomor Peclet dapat menghasilkan model yang

lebih stabil.


4.2.2 Pemodelan Skenario I

A. Asumsi Umum

Kondisi hidrodinamika di lokasi studi untuk Skenario I dimodelkan dengan beberapa

asumsi sebagai berikut:

1. Arus sejajar pantai akibat proses gelombang pecah dimodelkan sebagai

komponen kecepatan arus konstan sebesar 0,5 m/s pada kondisi batas yang

diletakan agak jauh dari perairan pelabuhan. Hal ini dilakukan untuk menjaga

rusaknya pola arus pasang surut asli yang ada.

2. Debit sungai Jenggalu diambil sebesar konstan sebesar 22 m3/s yang merupakan

angka rata-rata debit pada bulan Januari. Fluktuasi debit Sungai Jenggalu yang

tidak terlalu besar tidak memberikan pengaruh yang terlalu besar terhadap

bentukan pola arus di lokasi studi.

B. Pemodelan RMA2

Proses simulasi RMA2 dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Membuat mesh dan domain pemodelan

Pada prinsipnya pembangunan mesh adalah mendiskrit lokasi pemodelan.

Pembangunan mesh dapat dilakukan dengan membagi domain model kedalam

elemen-elemen baik secara acak (arbitrary) maupun beraturan. Karena SMS

mensuport jenis elemen yang acak maka letak dan keseragaman dimensi elemen

tidak terlalu menjadi masalah. Jenis elemen yang dapat digunakan dalam pemodelan

RMA2 antara lain elemen triangular (segitiga) dan quadriteral (segi empat). Kedua

jenis elemen tersebut digunakan dalam pemodelan ini.

Mesh yang dibangun pada domain model untuk skenario I dapat dilihat pada Gambar 4.25.


SUMATERA

Bengkulu

SAMUDERA HINDIA

SUMATERA

Bengkulu

SAMUDERA HINDIA

(a). Diskritisasi domain pemodelan.

(b). Detail elemen di perairan sekitar Pulau Baai.


(c). Detail elemen di alur masuk pelabuhan.

Gambar 4.25 Mesh dan domain pemodelan Skenario I.

Informasi mengenai mesh yang dibangun disajikan dalam Tabel 4.2 berikut ini.

Tabel 4.2 Spesifikasi Mesh pada Domain Pemodelan Skenario I

No. Informasi Mesh

1 Tipe elemen kuadratik 2 Jumlah elemen segitiga 2971 3 Jumlah elemen segiempat 1083 4 Jumlah elemen total 4054 5 Jumlah node 9552 6 Elevasi Z minimum -0.73 7 Elevasi Z maksimum -1527

Sumber: Pemodelan

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa elemen yang dibangun menjadi semakin detail

pada lokasi tinjauan utama yaitu alur masuk Pelabuhan Pulau baai.

2. Memasukan data batimetri

Data batimetri yang digunakan diperoleh dari Dinas Hidro-Oseanografi TNI AL tahun

2004 yaitu peta batimetri Sumatera-Pantai Barat, Ketahun hingga Teluk Sambat dan


Pulau Mega (Peta No.243). Data batimetri detail untuk perairan untuk lokasi tinjauan

diperoleh dari hasil survei batimetri di alur masuk, kolam pelabuhan dan perairan

sekitar alur masuk Pelabuhan Pulau Baai.

Dalam pemodelan ini, data batimetri untuk alur masuk pelabuhan dimodifikasi hingga

kedalaman -10 m LLWS yang merupakan kedalaman rencana alur masuk pelabuhan.

Data batimetri yang tersedia merupakan data yang diukur terhadap muka air terendah

(LLWS), sementara data elevasi muka air pasang surut yang ada diukur terhadap

MSL. Oleh karena itu dilakukan penyamaan elevasi acuan pada data batimetri dengan

menambahkan kedalaman sebesar selisih antara MSL dengan LLWS, yaitu sebesar

0,73 m. Elevasi-elevasi acuan ini telah dibahas sebelumnya pada Bab 3.

Mesh yang telah memiliki data kedalaman diperlihatkan pada Gambar 4.26.

SUMATERA

Bengkulu

SAMUDERA HINDIA

SUMATERA

Bengkulu

SAMUDERA HINDIA

(a). Batimetri domain pemodelan.


(b). Batimetri perairan Pelabuhan Pulau Baai.

Gambar 4.26 Batimetri lokasi kajian.

3. Menentukan Kontrol Model

Kontrol model RMA2 diantaranya meliputi hal-hal berikut ini:

• Judul simulasi yang dilakukan

• Mengatur file input yang akan digunakan dalam pemodelan, misalnya file hotstart

• Mengatur jumlah iterasi yang akan dilakukan dalam pemodelan

• Mengatur waktu simulasi/pemodelan

• Mengatur tipe simulasi, langgeng atau dinamik

• Mengatur penulisan file keluaran yang diinginkan

• Mengatur opsi lain, seperti mendefinisikan temperatur air, masa jenis air,

identifikasi jenis mesin yang digunakan dalam menjalankan model, menentukan

batas elemen basah-kering, mendefinisikan default kekasaran, dan mengaktifkan

kontrol peclet.

Dalam pemodelan ini, kontrol model yang digunakan adalah sebagai berikut:


• Temperatur air 20o C

• Massa jenis air 1024 kg/m3

• Kriteria konvergensi untuk simulasi langgeng sebesar 0,0001 dan untuk simulasi

dinamik sebesar 0,001. Tipe simulasi yang dipilih adalah simulasi dinamik.

• Elevasi muka air mula-mula pada 0,0 m

• Mesin yang digunakan untuk menjalankan pemodelan adalah microprocessor (PC)

• Jumlah iterasi yang dilakukan adalah 6 kali untuk solusi awal dan 4 kali untuk tiap

time-step.

• Panjang time-step yang digunakan adalah 1 jam, dengan jumlah time-step rata-

rata 720 hari untuk masing-masing bulan pemodelan (12 bulan).

• Default kekasaran diambil sebesar 0,025

• Nomor peclet 20

• Solusi RMA2 dituli dalam file output tiap 1 time-step.

4. Pembagian Jenis Material

Untuk mendapatkan model yang representatif diperlukan juga sifat material di domain

model. Untuk lokasi pemodelan yang luas, material dapat dibagi menjadi beberapa

jenis berdasarkan pertimbangan-pertimbangan tertentu. Salah satu pertimbangan

dalam pembagian material adalah kedalaman perairan. Dalam pemodelan ini, domain

dibagi menjadi empat jenis material.

Material 1 meliputi elemen-elemen dalam kolan dan alur pelayaran Pelabuhan Pulau

Baai, material 2 meliputi daerah perairan di sekitar muka alur Pelabuhan Pulau Baai

pada kedalaman yang tidak terlalu dalam, material 3 meliputi elemen-elemen yang

berada di perairan lepas/laut lepas, material 4 meliputi elemen elemen yang berada di

sekitar pesisir pantai lokasi pemodelan, yaitu pada perairan yang dangkal.

Perbedaan konfigurasi dan jumlah pembagian material akan mempengaruhi fase dan

amplitudo elevasi muka air yang dihasilkan, sehingga menimbulkan efek yang

berbeda pada keluaran model. Yang harus dilakukan adalah mengatur konfigurasi

material dan properti-properti didalamnya agar menghasilkan model yang

representatif.

Pembagian material dalam domain pemodelan dapat dilihat pada Gambar 4.27,

sedangkan nilai parameter-parameter tiap jenis material disajikan dalam Tabel 4.3.


Gambar 4.27 Pembagian jenis material dalam domain.

Tabel 4.3 Jenis Material pada Mesh Skenario I

No. Jenis Material Exx Ratio* Kekasaran

1 Material 1 300 0,03 2 Material 2 100 0,025 3 Material 3 50 0,015 4 Material 4 150 0,035

Keterangan: *) Exx = Exy = Eyx = Eyy (Isotropik)

5. Memasukan Kondisi Batas

Kondisi batas yang digunakan dalam pemodelan adalah sebagai berikut:

• Elevasi muka air

• Debit Sungai Jenggalu

• Komponen arus sejajar pantai

Kondisi batas harus berada di lokasi yang berjauhan dari lokasi yang ditinjau atau

dikalibrasi. Secara fisik, lokasi tersebut dapat berjarak puluhan kilometer, namun pada

domain pemodelan berjarak minimal dua puluh elemen. Penempatan lokasi batas

pada domain pemodelan dapat dilihat Gambar 4.28.


SUMATERA

Bengkulu

SAMUDERA HINDIA

Arus fiktif 0.5m/s

EMAEMA

EMA

EMA

EMA = Elevasi Muka Air

Debit S. Jenggalu

SUMATERA

Bengkulu

SAMUDERA HINDIA

SUMATERA

Bengkulu

SAMUDERA HINDIA

Arus fiktif 0.5m/s

EMAEMA

EMA

EMA

EMA = Elevasi Muka Air

Debit S. Jenggalu

Gambar 4.28 Kondisi batas pemodelan.

Data elevasi muka air dan kontur batimetri diikat terhadap muka air rata-rata (MSL).

Pada saat menjalankan RMA2, muka air awal (initial water surface elevation), pada

time-step ke-0, diatur menjadi nol. Barulah pada time step berikutnya muka air akan

berosilasi sesuai dengan data kondisi batas.

Grafik elevasi muka air pada tiap-tiap lokasi kondisi batas dapat dilihat pada

Lampiran. Grafik yang ditampilkan adalah data elevasi muka air selama 31 hari pada

Bulan Januari tahun 2007.

Arus fiktif sejajar pantai pada kondisi batas digunakan untuk memodelkan arus sejajar

pantai akibat fenomena gelombang pecah yang terjadi di lokasi studi. Besar

kecepatan arus yang digunakan adalah 0,5 m/s untuk arah x dan -0,2 m/s untuk arah

y, sehingga resultan arus yang dihasilkan pada node kondisi batas tersebut adalah

sebesar 0,54 m/s.

Data debit sungai jenggalu yang digunakan dalam pemodelan diambil sebesar 22

m3/s, yaitu rata-rata debit Sungai Jenggalu pada bulan Januari (1995 – 2002) seperti

tampak pada Tabel 4.4 berikut ini.

04 bab 4 - perpustakaan digital itb · dalam bab ini akan dibahas pemodelan yang dilakukan dan...

Documents