-
MODEL SIRKULASI ARUS LAUT DI PERAIRAN MAHAKAM
SELATAN, SELAT MAKASSAR
TUGAS AKHIR
Disusun untuk Memenuhi Syarat Kurikuler Program Sarjana Strata 1 (S-1)
Program Studi Oseanografi
Oleh :
Jefry Anderson Torhis Simanjuntak
NIM : 12910033
PROGRAM STUDI OSEANOGRAFI
FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2015
-
LEMBAR PENGESAHAN
Model Sirkulasi Arus Laut di Perairan Mahakam Selatan, Selat Makassar
Oleh :
Jefry Anderson Torhis Simanjuntak
NIM : 12910033
Program Studi Oseanografi
Institut Teknologi Bandung
Bandung, 23 Februari 2015
Telah diperiksa dan disetujui,
Pembimbing,
Ivonne Radjawane,Ph.D.
NIP. 196608061992022001
-
iii
ABSTRAK
Di dalam studi ini, simulasi hidrodinamika menggunakan model numerik MIKE 21
Flow Model FM (DHI, 2012) dilakukan untuk mengkaji dinamika arus laut di
perairan Mahakam Selatan pada kondisi purnama dan perbani dengan variasi angin
musiman. Arus laut simulasi dibangkitkan oleh angin dan pasang surut. Hasil
verifikasi elevasi menunjukan kesesuaian data yang baik antara hasil simulasi
dengan data lapangan yang ditunjukan dengan persentasi nilai R-squared untuk
elevasi, arus total komponen arus timur dan utara masing-masing sebesar 90,13%,
37,51%, dan 11,98%. Vektor arus resultan simulasi dan lapangan mengikuti pola
sinusoidal elevasi pasut. Pada musim barat, peralihan pertama, timur, peralihan
kedua, angin bertiup dengan kecepatan rata-rata bulanan 1,88 m/detik dari utara
timur laut (140), 1,74 m/detik dari barat laut (3000), 2,81 m/detik dari barat daya
(2270), 2,22 m/detik dari utara barat laut (3360). Rata-rata kecepatan arus lapangan
di lapisan permukaan, menengah, dan dasar masing-masing adalah 0,31 m/detik,
0,21 m/detik, dan 0,13 m/detik. Pada saat musim barat, timur, peralihan pertama,
peralihan kedua, rata-rata besar kecepatan arus di perairan pantai secara berturut-
turut adalah 0,17 m/detik, 0,16 m/detik, 0,08 m/detik, dan 0,09 m/detik sedangkan
untuk di lepas pantai adalah 0,25 m/detik, 0,30 m/detik, 0,13 m/detik dan 0,14
m/detik. Pada kondisi ekstrim dimana arus mengalir dengan kecepatan di atas rata-
rata, saat surut terendah purnama musim muson barat, arus mengalir menuju arah
barat daya dengan nilai kecepatan di pantai 0,36 m/detik dan lepas pantai 0,71
m/detik. Sedangkan, pada saat pasang tertinggi purnama musim timur, arus
mengalir menuju arah timur laut dengan nilai kecepatan di pantai 0,38 m/detik dan
lepas pantai 0,80 m/detik. Perubahan arah dan kecepatan arus tidak ditemukan
ketika kondisi arus saat musim peralihan pertama dan kedua dimana arus bergerak
menuju arah tenggara.
kata kunci : hidrodinamika, pasang surut, angin, mahakam selatan
-
iv
ABSTRACT
In this study, a hydrodynamics simulation using MIKE 21 Flow Model FM
numerical model (DHI, 2012) has been applied to study ocean current dynamics at
the South Mahakam water on spring and neap tides condition along with its wind
variability. Ocean current is mainly generated by wind and tidal force. The
verification results show conformity of simulation and field measurement data
which are shown with R-squared percentage for elevation, total current speed of
east and north component, respectively, are 90.13%, 37.51% and 11.98%. Current
vector resultant of simulation and observed data follow the sinusoidal pattern of
tidal elevation. During west, transition 1, east, transition 2 seasons, the wind blows
with average speed 1.88 m/s from north north east (140), 1.74 m/s from north
west(3000), 2.81 m/s from south west (2270), 2.22 m/s from north north west (3360).
The average field current speed at the surface layer, middle and bottom
consecutively are 0.31 m/s, 0.21 m/s and 0.13 m/s. During the west, east, transition
one and two seasons, the average speed at the near shore South Mahakam water
are 0.17 m/s, 0.16 m/s, 0.08 m/s, and 0.09 m/, successively, whereas at the offshore
respectively are 0.25 m/s, 0.30 m/s, 0.13 m/s and 0.14 m/s. At extreme condition
where the current speed flows over than average speed, during lowest spring ebb
condition at west season, ocean current flows toward south west with speed of 0.36
m/s at nearshore and 0.71 m/s at offshore. Whereas, during the highest spring
floond condition at east monsoon season, ocean current flows toward north east
with speed of 0.38 m/s and 0.80 m/s consecutively at nearshore and offshore.
Magnitude and direction changes was not found at transition one and two seasons
where the ocean current flows to South East.
keywords : hydrodynamics, tide, wind, south mahakam
-
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN................................................................................ ii
ABSTRAK ........................................................................................................ iii
ABSTRACT ....................................................................................................... iv
DAFTAR ISI ...................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR....................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ I-1
1.1. Latar Belakang...................................................................................... I-1
1.2. Tujuan Penelitian .................................................................................. I-2
1.3. Perumusan Masalah .............................................................................. I-2
1.4. Pembatasan Masalah ............................................................................. I-2
1.5. Sistematika Pembahasan ....................................................................... I-3
BAB II TEORI DASAR ................................................................................. II-1
2.1. Gaya Pasang Surut di Perairan Pantai ................................................. II-1
2.2. Arus Pasang Surut .............................................................................. II-1
2.3. Arus yang Dibangkitkan oleh Angin .................................................. II-4
2.4. Studi Studi Dinamika Arus Laut Terdahulu di Sekitar Perairan
Mahakam Selatan ............................................................................. II-4
2.5. Perbandingan Tugas Akhir dengan Studi Terdahulu ........................... II-6
BAB III METODOLOGI ............................................................................ III-1
3.1. Skema Model .................................................................................... III-1
3.2. Modul Hidrodinamika ....................................................................... III-1
3.2.1. Persamaan Hidrodinamika ................................................... III-2
3.2.2. Desain Model........................................................................ III-3
-
vi
3.2.3. Data Masukan Model ............................................................ III-5
3.2.3.1.Data Batimetri ............................................................... III-5
3.2.3.2.Data Elevasi Pasang Surut ............................................. III-6
3.2.3.3.Data Angin .................................................................... III-6
3.2.4. Data Lapangan untuk Verifikasi Hasil Model ........................ III-7
3.2.4.1.Data Elevasi Pasang Surut ............................................. III-7
3.2.4.2.Data Arus ...................................................................... III-7
3.2.5. Nilai Awal dan Syarat Batas Model ...................................... III-8
3.3. Alur Pengerjaan Tugas Akhir ............................................................. III-9
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... IV-1
4.1. Pemisahan Komponen Arus Pasut dan Residu Data Lapangan .......... IV-1
4.2. Verifikasi Model Hidrodinamika ....................................................... IV-2
4.2.1. Verifikasi Elevasi Pasang Surut ............................................ IV-2
4.2.2. Verifikasi Arus ..................................................................... IV-4
4.3. Kondisi Meteorologi Perairan Mahakam Selatan............................... IV-7
4.3.1. Musim Muson Barat (Februari 2013) .................................... IV-8
4.3.2. Musim Peralihan Pertama (Mei 2013) ................................... IV-8
4.3.3. Musim Muson Timur (Juli 2013) .......................................... IV-9
4.3.4. Musim Peralihan Kedua (November 2013) ......................... IV-10
4.4. Kondisi Oseanografi Perairan Mahakam Selatan ............................. IV-11
4.4.1. Analisis Harmonik Pasut .................................................... IV-11
4.4.2. Variasi Arus terhadap Kedalaman ....................................... IV-13
4.5. Dinamika Arus Laut di Perairan Mahakam Selatan ......................... IV-15
4.5.1. Kondisi Perbani saat Musim Barat ...................................... IV-16
4.5.2. Kondisi Purnama saat Musim Barat .................................... IV-18
4.5.3. Kondisi Perbani saat Musim Timur ..................................... IV-20
4.5.4. Kondisi Purnama saat Musim Timur ................................... IV-22
-
vii
4.6. Kondisi Ekstrim Dinamika Arus Laut di Perairan Mahakam Selatan IV-24
4.6.1. Kondisi Esktrim saat Kondisi Surut Terendah Purnama Musim
Barat ................................................................................... IV-24
4.6.2. Kondisi Esktrim saat Kondisi Pasang Tertinggi Purnama Musim
Timur .................................................................................. IV-26
4.6.3. Kondisi Esktrim saat Musim Peralihan Pertama dan Kedua. IV-28
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... V-1
5.1. Kesimpulan........................................................................................ V-1
5.2. Saran ................................................................................................. V-2
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... DP-1
LAMPIRAN A .................................................................................................. A
LAMPIRAN B ................................................................................................... B
LAMPIRAN C .................................................................................................. C
LAMPIRAN D .................................................................................................. D
UCAPAN TERIMAKASIH ......................................................................... UT-1
-
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Peta lokasi platform sumur gas di Mahakam Selatan ................... I-1
Gambar 3.1. Skema Model Numerik Penelitian Menggunakan MIKE21 ...... III-1
Gambar 3.2. Area kajian simulasi hidrodinamika di Mahakam Selatan ........ III-3
Gambar 3.3. Peta lokasi pengamatan lapangan angin, arus laut,
dan elevasi pasut .................................................................... III-5
Gambar 3.4. Koordinat Batas Area Cuplikan Batimetri Perairan .................. III-6
Gambar 3.5. Grafik elevasi pasang surut lapangan pada tanggal 1/07/2013
pukul 00:00 hingga 14/07/2013 pukul 00:00 .......................... III-7
Gambar 3.6. Grafik elevasi pasang surut lapangan pada tanggal 15/07/2013
pukul 00:00 hingga 31/07/2013 pukul 00:00 .......................... III-7
Gambar 3.7. Diagram alir analisis variasi arus terhadap kedalaman (kiri),
angin muson (tengah), dan harmonik pasang surut (kanan) ...... III-9
Gambar 3.8 Diagram alir simulasi model hidrodinamika ........................... III-10
Gambar 4.1 Perbandingan data lapangan rata-rata kecepatan arus total, arus
pasut, dan arus residu pada komponen timur () ...................... IV-1
Gambar 4.2 Perbandingan data lapangan rata-rata kecepatan arus total, arus
pasut, dan arus residu pada komponen utara () ....................... IV-2
Gambar 4.3 Verifikasi elevasi pasut lapangan dan simulasi ......................... IV-3
Gambar 4.4 Perbandingan nilai elevasi lapangan dan model ....................... IV-3
Gambar 4.5 Verifikasi kecepatan arus lapangan dan arus simulasi komponen
timur ....................................................................................... IV-5
Gambar 4.6 Verifikasi kecepatan arus lapangan dan arus simulasi komponen
utara ....................................................................................... IV-5
Gambar 4.7 Perbandingan data arus total lapangan dengan arus simulasi
komponen timur (kiri) dan utara (kanan) .................................. IV-6
-
ix
Gambar 4.8 Profil vektor resultan elevasi pasut model, arus model, dan arus
lapangan .................................................................................. IV-7
Gambar 4.9 Mawar angin (kiri) dan grafik distribusi magnitudo kecepatan
angin (kanan) saat musim barat (Februari 2013)....................... IV-8
Gambar 4.10 Mawar angin (kiri) dan grafik distribusi magnitudo kecepatan
angin (kanan) saat musim peralihan pertama (Mei 2013) ......... IV-9
Gambar 4.11 Mawar angin (kiri) dan grafik distribusi magnitudo kecepatan
angin (kanan) saat musim timur (Juli 2013) ............................. IV-9
Gambar 4.12 Mawar angin (kiri) dan grafik distribusi magnitudo kecepatan
angin (kanan) saat musim peralihan kedua (November 2013). IV-10
Gambar 4.13 Perbandingan elevasi total, elevasi pasut, elevasi residu ........ IV-11
Gambar 4.14 Grafik nilai amplitudo komponen pasut di perairan Mahakam
Selatan ................................................................................... IV-12
Gambar 4.15 Grafik persentase amplitudo komponen pasut perairan Mahakam
Selatan ................................................................................... IV-13
Gambar 4.16 Profil vektor resultan arus lapangan di lapisan permukaan,
menengah, dan dasar perairan Mahakam Selatan ................... IV-14
Gambar 4.17 Karakter arus heterogen dan homogen perairan Mahakam
Selatan ................................................................................... IV-15
Gambar 4.18 Perbandingan dinamika arus serta elevasi muka laut pada kondisi
surut terendah purnama saat musim barat dan timur ............... IV-25
Gambar 4.19 Dinamika arus laut pada kondisi ekstrim surut terendah purnama
saat musim barat ................................................................... IV-26
Gambar 4.20 Perbandingan dinamika arus serta elevasi muka laut pada kondisi
pasang tertinggi purnama saat musim barat dan timur ............ IV-26
Gambar 4.21 Dinamika arus laut pada kondisi ekstrim pasang tertinggi musim
timur ...................................................................................... IV-27
-
x
Gambar 4.22 Perbandingan dinamika arus serta elevasi muka laut pada kondisi
surut terendah dan pasang tertinggi purnama saat musim peralihan
pertama dan kedua ................................................................. IV-28
Gambar 4.23 Dinamika arus laut pada kondisi ekstrim pasang tertinggi dan surut
terendah musim peralihan kedua ............................................ IV-29
Gambar A.1 Peta batimetri perairan Mahakam Selatan ................................ A-1
Gambar C.1 Skema pengukuran arus lapangan menggunakan ADCP ........... C-1
Gambar C.2 Profil arus laut lapangan terhadap kedalaman ........................... C-3
Gambar D.1 Pola arus saat pasang tertinggi perbani musim barat .................. D-1
Gambar D.2 Pola arus saat pasang menuju surut perbani musim barat........... D-1
Gambar D.3 Pola arus saat surut terendah perbani musim barat ................... D-2
Gambar D.4 Pola arus saat surut menuju pasang perbani musim barat.......... D-2
Gambar D.5 Pola arus saat pasang tertinggi purnama musim barat ............... D-3
Gambar D.6 Pola arus saat pasang menuju surut purnama musim barat ........ D-3
Gambar D.7 Pola arus saat surut terendah purnama musim barat.................. D-4
Gambar D.8 Pola arus saat surut menuju pasang purnama musim barat ........ D-4
Gambar D.9 Pola arus saat pasang tertinggi perbani musim timur ................ D-5
Gambar D.10 Pola arus saat pasang menuju surut perbani timur ..................... D-5
Gambar D.11 Pola arus saat surut terendah perbani musim timur .................... D-6
Gambar D.12 Pola arus saat surut menuju pasang perbani timur ..................... D-6
Gambar D.13 Pola arus saat pasang tertinggi purnama musim timur ............... D-7
Gambar D.14 Pola arus saat pasang menuju surut purnama musim timur ........ D-7
Gambar D.15 Pola arus saat surut terendah purnama musim timur .................. D-8
Gambar D.16 Pola arus saat surut menuju pasang purnama musim timur ........ D-8
-
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Skenario verifikasi dan simulasi hidrodinamika perairan
Mahakam Selatan ................................................................... III-4
Tabel 4.1 Konstanta harmonik pasut perairan Mahakam Selatan ........... IV-11
Tabel B.1 Data kecepatan dan arah angin di perairan Mahakam Selatan saat
musim angin barat (bulan Februari) .......................................... B-1
Tabel B.2 Data kecepatan dan arah angin di perairan Mahakam Selatan saat
musim peralihan pertama (bulan Mei) ....................................... B-2
Tabel B.3 Data kecepatan dan arah angin di perairan Mahakam Selatan saat
musim timur (bulan Juli) ........................................................... B-3
Tabel B.4 Data kecepatan dan arah angin di perairan Mahakam Selatan saat
musim peralihan kedua (bulan November) ................................ B-4
Tabel C.1 Informasi koordinat pengukuran arus lapangan
di Mahakam Selatan ................................................................. C-2
Tabel C.2 Ringkasan umum data pengukuran arus laut ............................. C-2
-
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ladang gas Mahakam Selatan yang berlokasi di lepas pantai Selat
Makassar dan berjarak sekitar 25 kilometer dari pantai Kota Balikpapan
merupakan blok kerja sama antara perusahaan minyak asal Prancis, Total E&P
Indonesie (TEPI) dengan SKK Migas Indonesia . Blok ini secara resmi dikelola
pada tahun 2007 dan telah memasuki tahapan eksplorasi dan pengembangan
minyak dan gas (TEPI, 2008). Dalam tahap eksplorasi dan pengembangan, 3
buah platform sumur gas dibangun sebagai infrastruktur dasar dalam operasi
pengeboran dan produksi gas di wilayah tersebut yaitu East Mandu, West Stupa
dan Main Stupa (Gambar 1.1).
Gambar 1.1 Peta lokasi platform sumur gas di Mahakam Selatan
(sumber: Google Earth 7.1. 2013. Perairan Mahakam Selatan 134'25" LS,
11700'37.30" BT, elevasi -55 m diakses pada 30/1/2015)
Sebelum melakukan instalasi infrastruktur penunjang eksplorasi dan
pengembangan, maka dilakukanlah survei sebelum memulai proyek konstruksi
dan instalasi yang salah satunya adalah mempelajari dinamika arus laut yang
-
I-2
berada di perairan Mahakam Selatan. Studi ini dilakukan untuk memenuhi
kebutuhan aspek teknis di dalam pengembangan infrastruktur di sekitar ketiga
platform yang digunakan. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kajian
kondisi oseanografi dan meterologi di wilayah perairan serta simulasi
hidrodinamika arus laut di perairan Mahakam Selatan.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan analisis kondisi oseanografi
dan meteorologi (musim barat, timur, peralihan) serta simulasi hidrodinamika arus
laut di perairan Mahakam Selatan dengan menggunakan model numerik MIKE 21
Flow FM. Dalam simulasi, hidrodinamika arus laut dibangkitkan oleh angin dan
pasang surut.
1.3 Perumusan Masalah
Dalam penelitian ini, dilakukan studi kondisi oseanografi dan meteorologi
perairan Mahakam Selatan. Selanjutnya, dilakukan simulasi model hidrodinamika
2-D horisontal di wilayah kajian dengan hasil keluaran model berupa peta
dinamika arus laut di perairan Mahakam Selatan.
1.4 Pembatasan Masalah
Area kajian berada di perairan Mahakam Selatan, Selat Makassar yang
berada pada rentang koordinat 11600000-11705112 BT dan 004551-
203236 LS.
Adapun asumsi yang digunakan dalam simulasi yang dilakukan dalam
penelitian ini adalah arus di wilayah kajian tidak dipengaruhi oleh gaya Coriolis,
debit aliran sungai, serta tingkat evaporasi dan presipitasi.
Dalam simulasi hidrodinamika 2-D horisontal, gaya pasang surut
digunakan sebagai gaya penggerak utama sebagai masukan pada syarat batas yang
diikuti oleh gaya geser angin yang memengaruhi dinamika arus laut pada model.
Angin yang bergerak di wilayah perairan bertiup secara konstan secara spasial di
seluruh area kajian namun bervariasi temporal dengan interval waktu harian
-
I-3
sedangkan masukan elevasi pasang surut bervariasi secara spasial sepanjang garis
syarat batas dan temporal dengan interval waktu satu jam.
1.5 Sistematika Pembahasan
Penelitian yang akan dilakukan dalam tugas akhir ini disusun dalam 5 bab
dengan urutan sebagai berikut: BAB I adalah penjelasan yang menjelaskan
mengenai latar belakang penelitian, tujuan penelitian, ruang lingkup pembahasan,
serta sistematika pembahasan. BAB II menjelaskan tentang kajian model numerik
hidrodinamika perairan dan studi terdahulu dari para peneliti sebelumnya. BAB
III menelaah persamaan pembangun dari model numerik yang dipakai dalam
perangkat lunak, metodologi pengerjaan, serta desain model dari area kajian.
BAB IV berisi tentang hasil dan pembahasan dari hasil simulasi yang telah
dilakukan. BAB V berisi tentang kesimpulan dan saran yang dilakukan dalam
penelitian tugas akhir.
-
II-1
Bab II
STUDI PUSTAKA
2.1. Gaya Pasang Surut di Perairan Pantai
Pemahaman mendasar mengenai karakteristik pasang surut adalah gaya pembangkit
pasut bersifat global dimana hanya massa air pada samudera dan lautan luas yang mengalami
fenomena gaya pasang surut. Sedangkan, massa air pada wilayah kecil seperti pantai dan
estuari tidak mengahasilkan respon dari gaya pasut akibat gaya pembangkit astronomis. Jika
ada pergerakan pasut pada wilayah tersebut, hal ini disebabkan oleh arus pasut yang menjalar
dari lepas pantai dan memasuki daerah tersebut. Tunggang pasut yang besar umumnya
dikorelasikan dengan arus pasut yang kuat dan arus pasut di perairan pantai selalu lebih besar
dari arus pasut di lepas pantai. Di beberapa lokasi, arus pasut bahkan bisa menjadi kuat
ketika tunggang pasutnya kecil. Hal ini terjadi ketika penyempitan mencegah aliran bebas
dari gelombang pasut dan menekan massa air itu melewati celah yang sempit. Ketika pasut
menjalar menuju perairan dangkal, bentuk gelombang tersebut didistorsi dari bentuk
sinusoidalnya. Dalam pendangkalan di perairan pantai, bentuk amplitudo gelombang
menjadi proporsi signifikan terhadap kedalaman perairan, puncak amplitudo terbentuk dan
tunggang pasut semakin bertambah. Pada waktu yang sama, gaya gesek dasar
menghilangkan energi pasut, memperlambat lembah, serta mengurangi tunggang pasutnya.
Pasut di laut terbuka biasanya memiliki amplitudo yang lebih kecil dibandingkan
dengan yang ada di pesisir akibat fenomena refleksi dan resonansi. Akan tetapi, dapat
dinyatakan bahwa ketika gelombang menjalar menuju perairan dangkal dan mengalami
pendangkalan, hal itu akan menyebabkan kecepatan gelombang berkurang dan energi yang
ada di antar puncak gelombang terkompresi mengurangi panjang gelombang. Melalui
fenomena tersebut, tinggi gelombang dan kekuatan aliran akan terus bertambah seiring
penjalarannya menuju pantai.
2.2. Arus Pasang Surut
Menurut Hadi dan Radjawane (2009), dinamika arus pasut dapat dipelajari dari
persamaan hidrodinamika 2D. Persamaan Hidrodinamika 2D yang dirata-ratakan terhadap
-
II-2
kedalaman didasari dari persamaan gerak dan persamaan kontinuitas. Persamaan gerak 2D
dari hidrodinamika pasang surut dirumuskan sebagai berikut:
+
+
= g
+
( + )
(2.1)
+
+
= g
+
( + )
(2.2)
Dimana:
, : kecepatan rata-rata terhadap kedalaman pada arah x dan y
(m/detik)
g : percepatan gravitasi bumi (9,8 m/detik2)
: elevasi air laut (m)
d : kedalaman perairan tetap (m)
: densitas air laut (kg/m3)
, : stres gesekan permukaan arah x dan y (kg/m detik2)
, : stres gesekan dasar arah x dan y (kg/m detik2)
Dan persamaan kontinuitas 2D adalah:
[( + ) ] +
[( + ) ] +
= 0
(2.3)
Dimana:
= 1
+
(2.4)
= 1
+
(2.5)
dan adalah stress gesekan angin di permukaan dalam arah x dan y sedangkan
dan adalah stres gesekan dasar dalam arah x dan y. Persamaan ini hanya
mempertimbangkan arus pasut dalam perhitungan dan mengabaikan gaya gesek angin.
Selanjutnya, hanya gerak arus pasut yang dipengaruhi oleh gesekan dasar dan dinyatakan
dengan hubungan:
= k|| (2.6)
-
II-3
= k|| (2.7)
Dimana:
|| = + (2.8)
Dengan keterangan:
k : koefisien gesekan dasar
|| : magnitudo kecepatan arus di dasar (m/detik)
: kecepatan arus di dasar komponen timur (m/detik)
: kecepatan arus di dasar komponen utara (m/detik)
Persamaan (2.1) dan (2.2) adalah persamaan yang non-linier karena mengandung
suku-suku non-linier seperti suku konvektif dan suku gesekan dasar:
1. Suku konvektif :
,
,
,
2. Suku gesekan dasar : ,
Elevasi muka air () dalam persamaan (2.4) dan (2.5) diabaikan dikarenakan nilainya
jauh lebih kecil daripada kedalaman perairan tetap (d). Dengan mengabaikan elevasi muka
air, faktor Coriolis, suku-suku konvektif, dan melinierkan suku gesekan dasar pada
persamaaan gerak dan persamaan momentum dinamika arus pasut, maka persamaan
hidrodinamika 2D yang dirata-ratakan terhadap kedalaman dapat dinyatakan:
Persamaan gerak:
= g
(2.9)
= g
(2.10)
Persamaan kontinuitas:
( ) +
( ) +
= 0
(2.11)
-
II-4
2.3. Arus yang Dibangkitkan oleh Angin
Angin berperan dalam pembangkitan arus di suatu perairan akibat adanya transfer
momentum energi gesekan dari dua lapisan fluida yang berbeda nilai viskositas serta
densitas. Stress angin yang bekerja pada permukaan laut akan menggerakan massa air laut
yang berada di permukaan lalu dijalarkan ke lapisan di bawahnya. Dalam persamaan empiris
yang dinyatakan oleh Hadi dan Radjawane (2009), stres angin yang bekerja pada permukaan
laut akan berbanding lurus dengan kecepatan angin yang dinyatakan sebagai berikut:
= Cw (2.12)
= Cw (2.13)
Dengan keterangan:
, : stress angin arah x dan y (kg/m detik2)
: densitas udara (1,3 kg/m detik2)
CD : koefisien geser angin/drag coefficient (1,5 x 10-3)
w , w : kecepatan angin pada ketinggian 10 m arah x dan y (m/detik)
2.2. Studi Dinamika Arus Laut Terdahulu di Sekitar Perairan Mahakam Selatan
Untuk mendukung penelitian ini, maka dilakukan kajian pustaka terdahulu mengenai
dinamika arus laut di sekitar perairan Mahakam Selatan. Uraian di bawah ini merupakan
ringkasan mengenai studi di daerah penelitian yang telah dilakukan sebelumnya.
Mandang dan Yanagi (2007) melakukan studi mengenai dinamika pasut dan arus
pasang surut di estuari Delta Mahakam dilakukan menggunakan model hidrodinamika dua
dimensi ECOMSED. Model dijalankan selama 15 hari menggunakan data debit aliran
sungai dan pasang surut sebagai gaya pembangkit utamanya. Kesalahan akar rata-rata
kuadrat pada data hasil simulasi dengan data lapangan cukup kecil dimana untuk elevasi dan
arus pasang surut senilai 0.15 m dan 0.05 m/detik. Pada area lepas pantai, elevasi dari
konstituen semidiurnal seperti M2 dan S2 berada di titik tertinggi yang lalu diikuti oleh
komponen diurnalnya seperti K1 dan O1. Amplitudo M2 pada batas terbuka bisa mencapai
hingga 44 cm. Amplitudo pasang surut semidurnal berada pada di titik tertinggi pada batas
terbuka yang berada di lepas pantai dan berkurang sepanjang aliran sungai Mahakam secara
perlahan menuju hulu yang berada di Muara Pegah. Penurunan amplitudo komponen pasut
diurnal lebih kecil daripada semidiurnal diakibatkan oleh perbedaan periode osilasi alami.
-
II-5
Perioda osilasi natural dari Estuari Mahakam (19 jam) lebih dekat dengan periode komponen
pasut diurnal namun lebih jauh dibandingkan dari periode komponen pasut semidiurnal.
Variasi spasial ditunjukan pada model ini dimana ampitudo arus pasang surut dari komponen
diurnal dan semi diurnal mengalami peningkatan signfikan dari batas terbuka hingga Muara
Pegah. Amplitudo arus pasang surut pada penelitian ini diperkirakan karena pengaruh
dominan area pengkajian cross-section dan gaya geseknya. Distribusi elevasi dan arus
pasang surut dari komponen pasut M4 memuncak pada pertengahan estuari sekitar 120 km
dari Sebulu dan juga puncak lainnya pada hulu yang lebih jauh (80 km dari Sebulu). Distorsi
amplitudo pasang surut (M4/M2) bernilai kurang dari 0.3.
Hadi, Ningsih dan Tarya (2006) menggunakan model kopel tiga dimensi
hidrodinamika dan transpor sedimen ECOMSED (Estuarine Coastal and Ocean Modelling
System with Sediment) diterapkan untuk studi variasi musiman dari transpor sedimen kohesif
melayang di estuari dari Delta Mahakam. Simulasi dilakukan selama satu tahun pada tahun
2005 dengan memperhitungkan debit aliran sungai dan pasang surut sebagai gaya
pembangkit utamanya di sepanjang aliran sungai. Hasil model mampu membuktikan bahwa
gaya pembangkit dominan yang berlaku pada penyebaran sedimen di Delta Mahakam
disebabkan oleh arus pasang surut dan variabilitas musiman yang mempengaruhi besar debit
aliran sungai. Simulasi ini mampu menunjukan bahwa sedimen kohesif melayang
ditransportasikan menuju arah selatan dari Muara Jawa ke Muara pegah dan terlihat
penyebarannya semakin jauh dari hulu pada bulan Februari (musim penghujan) dan semakin
rendah pada bulan Oktober (musim kemarau). Investigasi ini menunjukan adanya korelasi
antara debit aliran sungai dengan seberapa jauh penyebaran konsentrai sedimen. Ketika
debit aliran semakin besar yang dipengaruhi kenaikan tingkat presipitasi saat musim
penghujan, maka front sedimen semakin jauh hingga mencapai nilai maksimum 30 km.
Sebaliknya, ketika debit aliran semakin rendah akibat penurunan tingkat presipitasi saat
musim kemarau, maka front sedimen semakin dekat ke hulu dengan nilai minimum 17 km.
Kenaikan jarak front sedimen terjadi pada saat kondisi aliran ebb dimana aliran debit sungai
searah dengan sirkulasi arus pasut ebb yang sama-sama keluar menuju lepas pantai.
Tarya, Hoitink, dan Vegt (2010) menggunakan model hidrodinamika barotropik
ECOMSED 3 dimensi untuk mempelajari dinamika arus laut serta karakteristik pasang surut
yang dipengaruhi oleh keberadaan terumbu karang di daerah Berau, Kalimantan Timur. Di
dalam studi tersebut, ditunjukan bahwa pasang surut menjalar dari perairan Berau dalam
dengan kenaikan nilai amplitudo akibat efek pendangkalan. Dalam eksperimen ini, hasil
-
II-6
simulasi menunjukan bahwa densitas terumbu karang di perairan Berau yang memiliki nilai
sebesar 0,83 memiliki pengaruh yang lemah terhadap propagasi pasut serta dinamika arus
pasang surut. Pengaruh terbesar diamati pada penjalaran komponen pasut M2 di area
pengamatan antara daerah terumbu karang dan pantai. Akibat morfologi pantai, komponen
pasang surut harus melewati daerah terumbu karang ketika menjalar ke lepas pantai. Namun
melalui simulasi tersebut, tidak ditemukan pengaruh yang signifikan terhadap perubahan
fase serta amplitudonya. Dalam semua eksperimen, ditemukan daerah perairan dimana
amplitudo arus pasang surut sangat kecil. Kecepatan arus pasang surut yang rendah
diindikasikan bukan disebabkan oleh keberadaan terumbu karang, namun melainkan oleh
konfigurasi dari perairan Berau dimana daerah antara terumbu karang dan daerah pantai
utama dihubungkan oleh celah yang sempit dan dalam. Terumbu karang lebih dominan
mempengaruhi perubahan fase pasang surut dibandingkan dengan amplitudo, khususnya di
daerah perairan yang dipenuhi oleh terumbu karang. Hal ini menjelaskan mengapa fase
pasang surut prediksi dari model hidrodinamika memiliki perbedaan substansial
dibandingkan dengan hasil pengamatan.
Dalam penelitian yang dilakukan oleh Ariadji (2014), studi hidrodinamika dan
sedimentasi dilakukan di daerah perairan Peciko, selatan dari Delta Mahakam. Model
hidrodinamika dan transpor sedimen dilakukan menggunakan model numerik MIKE 21
dengan memasukan gaya pasang surut dan angin sebagai gaya pembangkit. Tipe pasang
surut di perairan tersebut memiliki nilai Formzahl 0,42 dengan karaktersitik pasang surut
campuran condong semidiurnal. Pada saat pasang menuju surut purnama dan perbani, massa
air laut bergerak menjauhi pantai menuju lepas pantai. Namun sebaliknya, saat surut menuju
pasang pada kondisi purnama dan perbani arah arus bergerak menuju pantai dan Delta
Mahakam. Pada umumnya, nilai kecepatan arus pada saat pasang surut purnama lebih besar
dibandingkan saat terjadinya pasang surut perbani.
2.3. Perbandingan Tugas Akhir dengan Studi Terdahulu
Penelitian yang dilakukan pada Tugas Akhir ini dilakukan dalam area kajian di
perairan Mahakam Selatan yang berada sekitar 35 kilometer dari arah tenggara kota
Balikpapan dengan kedalaman rata-rata sekitar 45 70 m. Pada penelitian ini, kondisi
oseanografi serta meteorologi perairan dikaji sebelum melakukan simulasi hidrodinamika
perairan Mahakam Selatan menggunakan model numerik MIKE 21 Flow Model FM. Kajian
karakter dinamika arus laut sertan angin yang memiliki variabilitas musiman dilakukan
-
II-7
sebelum melakukan simulasi hidrodinamika pada setiap kondisi musim (musim barat, timur,
peralihan). Dalam simulasi yang dilakukan dalam penelitian ini, hidrodinamika laut
dibangkitkan oleh gaya pasang surut yang bervariasi secara temporal juga spasial dan angin
yang diasumsikan bertiup konstan secara spasial namun berubah secara temporal. Elevasi
air laut hasil keluaran model diverifikasi dengan data lapangan yang diakuisisi TEPI
menggunakan Tide Gauge yang dipasang di platform West Stupa (7/7/2013 hingga
22/7/2013). Sedangkan, data arus hasil pengamatan lapangan yang digunakan dalam
tahapan verifikasi dengan data model diakuisisi oleh perusahaan survei PAGEO selama 4
hari (23/7/2013 hingga 27/7/2013) menggunakan Acoustic Doppler Current Profiler
(ADCP) dengan interval kedalaman sebesar 3 m sepanjang profil vertikal batimetri di area
pengamatan hingga kedalaman 70 m. Hasil model kemudian akan dianalisa untuk
mempelajari pola dinamika arus laut di perairan Mahakam Selatan yang memiliki
variabilitas angin musiman (musim barat, timur dan peralihan) serta kondisi pasang surut
(purnama dan perbani).
-
III-1
Bab III
METODOLOGI
3.1. Skema Model
MIKE 21 Flow Model adalah salah satu perangkat lunak yang digunakan untuk
mensimulasikan distribusi permukaan laut, arus, temperatur, salinitas, jejak partikel,
sedimen, dan gelombang laut melalui pendekatan numerik yang dapat divisualisasikan
dalam bentuk nilai, grafik, ataupun model dinamika arus laut di suatu perairan. Untuk
mengeluarkan hasil simulasi di daerah kajian, beberapa parameter dalam perairan tersebut
digunakan sebagai nilai masukan dalam model seperti data batimetri, angin, pasang surut,
koordinat garis pantai dan lain-lain (Gambar 3.1)
q Domain mesh (batimetri)q Waktu simulasiq Syarat batas (pasang surut)q Kondisi awal perairanq Flood and dryq Debit aliran sungaiq Gaya coriolisq Gaya meteorologis (angin)q Viskositas eddyq Densitas massa airq Gesekan dasar
Modul Hidrodinamika FLOW MODEL FLEXIBLE MESH
q Besar dan arah kecepatan arus
q Komponen kecepatan arus timur dan utara (u & v)
q Dinamika arus laut di Perairan
Masukan
Modul
Keluaran
Gambar 3.1 Skema model numerik penelitian menggunakan MIKE 21
3.2. Modul Hidrodinamika
Modul hidrodinamika menghitung distribusi serta resultan aliran air melalui
pendekatan numerik yang diturunkan ke dalam element triangular. Hasil kalkulasi dari
dinamika air laut mengikuti variasi terhadap gaya pembangkit dan kondisi batas. Hal ini
ditetapkan dalam persamaan numerik hidrodinamika dengan metode beda hingga sel volume
pusat (cell-centered finite volume).
-
III-2
3.2.1. Persamaan Hidrodinamika
Persamaan pembangun pada modul hidrodinamika didasari pada solusi numerik dari
persamaan Navier-Stokes. Persamaan 2-dimensi yang merupakan integrasi antara
persamaan kontinuitas dan momentum horizontal terintegrasi terhadapkan kedalaman dalam
panduan MIKE 21 Flow Model FM Scientific Documentation (2012) yang telah
disederhanakan dan dinyatakan sebagai berikut:
Persamaan kontinuitas:
+
+
= 0 (3.1)
Dengan keterangan:
u, : kecepatan pada arah x dan y yang dirata-ratakan terhadap
kedalaman (m/detik)
h : kedalaman perairan total (m); h = +
: elevasi muka air laut (m)
d : kedalaman perairan tetap (m)
Pada persamaan pembangun kontinuitas lokal bagian kiri, suku pertama menunjukan
suku percepatan lokal, sedangkan suku kedua dan ketiga menunjukan percepatan konvektif.
Besar kedalaman total (h) merupakan penjumlahan antara elevasi muka air laut () dengan
kedalaman perairan tenang (d).
Persamaan momentum horisontal pada sumbu-x dan sumbu-y:
Sumbu-x:
+
+
= gh
+
+
(h) +
h
(3.2)
Sumbu-y:
+
+
= gh
+
+
h +
h
(3.3)
Dengan keterangan:
: densitas air laut (1025 kg/m3)
, : gesekan di lapisan permukaan laut arah x dan y(kg/m detik2)
, : gesekan di lapisan dasar laut (kg/m detik2)
, , , : stres viskos horisontal (kg/m detik2)
-
III-3
Pada persamaan momentum horisontal bagian kiri, suku pertama menunjukan suku
percepatan lokal, suku kedua dan ketiga menunjukan percepatan konvektif. Pada bagian
kanan, suku pertama menunjukan pengaruh gradien tekanan akibat perbedaan elevasi, suku
kedua menunjukan pengaruh gaya gesek di lapisan permukaan laut, suku ketiga menunjukan
gaya gesek di lapisan dasar, suku keempat dan kelima menunjukan komponen stres viscous
horizontal.
3.2.2. Desain Model
Pada penelitian ini, area kajian berada di daerah Mahakam Selatan yang terletak di
timur Kalimantan Timur, perairan Selat Makassar. Data area kajian yang terdiri dari data
koordinat garis pantai serta batimetri dikonversi menjadi sel yang elemennya dibentuk dalam
elemen triangular. Area kajian dibatasi oleh garis yang dihubungkan melalui 5 titik ujung
domain yang nilai koordinatnya dijelaskan pada Gambar (3.2).
Gambar 3.2 Area kajian simulasi hidrodinamika di Mahakam Selatan
Pada domain sel yang telah dibangun, garis 3-4 (syarat batas tenggara) merupakan
syarat batas terbuka sedangkan syarat batas tertutup diwakili oleh garis pantai dan garis 2-3
(syarat batas timur laut). Simulasi hidrodinamika dijalankan sebanyak 6 kali (Tabel 3.1)
dengan menggunakan gaya pasang surut dan angin sebagai gaya pembangkit mengabaikan
gaya coriolis dan debit aliran sungai.
Simulasi pertama dijalankan selama 19 hari dari 05/07/2013 pukul 00:00 hingga
23/07/2013 pukul 00:00 yang digunakan untuk verifikasi elevasi pasang surut. Simulasi
Titik Lintang Bujur
1 0 45' 50.4" LS 115 37' 5 BT
2 0 45' 50.4" LS 117 37' 8 BT
3 -1 1' 55 LS 117 51' 10 BT
4 -2 32' 34 LS 116 31' 26 BT
5 -2 32' 34 LS 115 37' 4 BT
-
III-4
kedua dijalankan selama 8 hari dari tanggal 21/07/2013 pukul 00:00 hingga 29/07/2013
pukul 00:00 untuk verifikasi hasil komponen arus timur (u) dan utara (v).
Simulasi ketiga dijalankan pada bulan Februari selama 29 hari dari 01/02/2013 pukul
00:00 s/d 1/08/2013 pukul 00:00 untuk menganalisa dinamika arus laut saat musim barat.
Simulasi keempat dijalankan pada bulan Mei selama 31 hari dari 01/05/2013 pukul 00:00
s/d 1/6/2013 pukul 00:00 untuk menganalisa dinamika arus laut saat musim peralihan
pertama. Simulasi kelima dijalankan pada bulan Juli selama 31 hari dari 01/07/2013 pukul
00:00 s/d 1/08/2013 pukul 00:00 untuk menganalisa dinamika arus laut saat musim timur.
Terakhir, simulasi keenam dijalankan pada bulan November selama 30 hari dari 01/11/2013
00:00 pukul s/d 01/12/2013 pukul 00:00 untuk menganlisa dinamika arus laut saat musim
peralihan kedua.
Lama waktu simulasi pertama dan kedua disesuaikan dengan ketersediaan data
lapangan yang ada. Hasil simulasi hidrodinamika menghasilkan besar dan arah kecepatan
arus yang dapat divisualisasikan dalam plot vektor arus horizontal. Vektor horizontal model
lalu dibandingkan dengan vektor horizontal arus lapangan yang telah dirata-ratakan terhadap
kedalaman serta dikorelasikan dengan elevasi pasang surutnya.
Tabel 3.1 Skenario verifikasi dan simulasi hidrodinamika perairan Mahakam Selatan Deskripsi Waktu Mulai
Simulasi Waktu Selesai
Simulasi Lama
Simulasi
1. Simulasi 1 verifikasi pasut 05/07/2013 00:00 23/07/2013 00:00 19 hari
2. Simulasi 2 verifikasi arus 21/07/2013 00:00 29/07/2013 00:00 8 hari
3. Simulasi 3 simulasi
hidrodinamika saat musim barat
01/02/2013 00:00 1/03/2013 00:00 29 hari
4. Simulasi 4 simulasi
hidrodinamika saat musim
peralihan 1
01/05/2013 00:00 1/06/2013 00:00 31 hari
5. Simulasi 5 simulasi
hidrodinamika saat musim timur
01/07/2013 00:00 1/08/2013 00:00 31 hari
6. Simulasi 6 simulasi
hidrodinamika saat musim
peralihan 2
01/11/2013 00:00 01/12/2013 00:00 30 hari
-
III-5
3.2.3. Data Masukan Model
Dalam simulasi model numerik menggunakan MIKE21 Flow Model FM, ada
beberapa parameter oseanografi dan meteorologi yang dibutuhkan baik sebagai data
masukan maupun data yang akan digunakan dalam verifikasi. Data yang dibutuhkan adalah
data angin, pasut dan arus laut yang diamati melalui stasiun pengamatan lapangan yang
berlokasi di dalam domain kajian penelitian yang dijelaskan dalam gambar (Gambar 3.3).
Gambar 3.3 Peta lokasi pengamatan lapangan angin, arus laut, dan elevasi pasut
(sumber: Google Earth 7.1. 2013. Perairan Mahakam Selatan 125'58" LS, 11707'33.74"
BT, elevasi -59 m diakses pada 30/1/2015)
3.2.3.1. Data Batimetri
Masukan data batimetri (Gambar A.1) diperoleh dari General Bathymetric Chart of
the Oceans (GEBCO) yang merupakan sekumpulan set data batimetri yang dikeluarkan oleh
asosiasi internasional oseanografi Intergovernmental Oceanographic Comission yang
diakuisisi melalui interpolasi data survei pengukuran lapangan dan data satelit. Data
batimetri yang diperoleh memiliki ketelitian global sebesar 30 dan dibatasi oleh nilai nilai
batas koordinat sesuai yang dipaparkan di dalam gambar (Gambar 3.4).
-
III-6
Gambar 3.4 Koordinat Batas Area Cuplikan Batimetri Perairan
3.2.3.2. Data Elevasi Pasang Surut
Nilai masukan elevasi pasang surut yang digunakan dalam simulasi kali merupakan
data prediksi pasang surut keluaran dari global tide model pada aplikasi MIKE 21 Toolbox
Tide Prediction of Heights. Data yang dihasilkan oleh perangkat lunak ini merupakan
prediksi dengan basis data elevasi air laut dari satelit altimetri TOPEX/POSEIDON dengan
resolusi 0,250 x 0,250. Dalam prediksi pasang surut, program ini didasarkan pada analisa
pasut yang fase dan komponen dihitung menggunakan metode least square dengan
menggunakan 4 komponen pasut utama M2, S2, O1 K1 sebagai gaya pembangkit pasut (DHI
Water & Environment, 2012). Syarat batas tenggara (Gambar 3.2) dimasukan dengan
menggunakan data elevasi hasil prediksi pasang surut yang bervariasi secara spasial dan
temporal.
3.2.3.3. Data Angin
Nilai masukan kecepatan dan arah angin lapangan didapatkan dari data yang
dikeluarkan oleh National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) melalui set
data yang dipublikasikan dalam OGIMET (Valor, 2015). Data dicuplik melalui pengamatan
lapangan stasiun meteorologi Sepinggan, Balikpapan dengan nomor stasiun 966330 dengan
koordinat 116.90 BT dan 1.2670 LS. Pencuplikan kecepatan dan arah angin dilakukan empat
kali di stasiun pengamatan dengan interval 1 hari. Pertama, dilakukan pada rentang periode
musim barat pada bulan Februari (Tabel B.1.) yaitu dari 31/1/13 pukul 00:00 hingga 13/3/13
pukul 00:00, kedua dilakukan pada rentang periode musim peralihan pertama pada bulan
Mei (Tabel B.2.) yaitu dari 31/4/13 pukul 00:00 hingga 1/6/13 pukul 00:00, ketiga dilakukan
pada rentang periode musim timur pada bulan Juli (Tabel B.3.) yaitu dari 30/6/13 pukul
Titik Lintang Bujur
1 1 26' 40" LS 117 23' 32 BT
2 1 26' 40" LS 117 24' 12 BT
3 1 26' 50 LS 117 24' 12 BT
4 1 26' 50 LS 117 23' 32 BT
-
III-7
00:00 hingga 31/7/13 pukul 00:00, sedangkan terakhir dilakukan pada rentang periode
musim peralihan kedua pada bulan November (Tabel B.4.) yaitu dari 31/11/13 pukul 00:00
hingga 1/12/13 pukul 00:00.
3.2.4. Data Lapangan untuk Verifikasi Hasil Model
3.2.4.1. Data Elevasi Pasang Surut
Data verifikasi elevasi pasang surut merupakan data hasil pengukuran lapangan
menggunakan alat ukur Pressure Gauge yang dilakukan oleh Total E&P Indonesia di
platform West Stupa, Mahakam Selatan, Selat Makassar pada koordinat 134'3,66" LS,
11702'27,84" BT. Data elevasi memiliki interval waktu 10 menit yang diukur dari 1 Juli
2013 pukul 00:00 hingga 31 Juli 2013 pukul 23:50 yang divisualisasikan dalam gambar (3.5)
dan (3.6).
Gambar 3.5 Grafik elevasi pasang surut lapangan pada tanggal 1/07/2013 pukul 00:00
hingga 14/07/2013 pukul 00:00 (Sumber: TEPI)
Gambar 3.6 Grafik elevasi pasang surut lapangan pada tanggal 15/07/2013 pukul 00:00
hingga 31/07/2013 pukul 00:00 (Sumber: TEPI)
3.2.4.2. Data Arus
Data verifikasi arus diambil melalui pengukuran lapangan berupa besar dan arah
kecepatan arus yang dilakukan oleh perusahaan PAGEO yang merupakan kontraktor survei
dari Total E&P Indonesie. Pengukuran lapangan dilakukan pada titik koordinat
-
III-8
126'38,7594"S dan 1723'39,48"E dari tanggal 23/7/2013 pukul 00:00 hingga 27/7/2013
pukul 00.00 (Tabel C.1 dan C.2, Gambar C.2) menggunakan Acoustic Doppler Current
Profiler (ADCP) dalam skema pengukuran lapangan seperti yang tertera dalam gambar
(Gambar C.1). Pengukuran arus lapangan dilakukan dengan interval waktu pengamatan
sebesar 10 menit sepanjang kolom vertikal dan interval jarak 3 m. ADCP diatur dengan
skema yang telah ditentukan dengan pengaturan blanking distance sebesar 0,8 m dari muka
instrumen.
3.2.5. Nilai Awal dan Syarat Batas Model
Nilai awal yang digunakan adalah nol untul elevasi dan juga kecepatan arus pada
arah utara-selatan dan barat-timur ((0) = (0) = (0) = 0 di setiap titik. Hal ini
memberikan anggapan bahwa kondisi awal perairan Mahakam Selatan dianggap tenang
tanpa ada elevasi dan arus yang bergerak pada waktu t = 0.
Dalam penelitian ini, daerah kajian dibatasi dengan satu syarat batas terbuka di
daerah syarat batas tenggara (Gambar 3.2). Nilai elevasi air laut (pasang surut) yang berubah
secara spasial dan temporal dimasukan dalam syarat batas terbuka. Angin yang berhembus
di daerah perairan diasumsikan tidak mengalami perubahan secara spasial namun berubah
secara temporal. Gaya angin dan pasang surut yang merupakan penggerak utama
pembangkitan arus di wilayah perairan.
-
III-9
3.3. Alur Pengerjaan Tugas Akhir
Pengerjaan tugas akhir dilakukan dengan skema yang dijabarkan dalam gambar alur
pengerjaan tugas akhir untuk analisis variasi arus terhadap kedalaman, musim, serta
harmonik pasang surut (Gambar 3.7) dan simulasi hidrodinamka (Gambar 3.8).
Mulai
Pengumpulan Data Lapangan Pasang SurutNilai Elevasi Pasang Surut
Masukan Data Analisa Pasang Surut
Data Lapangan Elevasi Pasang Surut
Analisa Harmonik Pasang Surut
T-Tide, Matlab
Keluaran Hasil Analisa Data Pasang Surut
Elevasi Astronomis & Residu Pasut
Amplitudo dan Fase Komponen Pasut
Grafik Amplitudo Komponenen Pasut dalam Domain Frekuensi
Grafik Fase Komponenen Pasut dalam Domain Frekuensi
Selesai
Mulai
Pengumpulan Data Angin Data Lapangan Angin
Masukan Data Analisa Angin
Kecepatan Angin Lapangan Arah Angin Lapangan
Analisa Data Angin WRPlot
Keluaran Hasil Analisa Data Angin
Grafik Wind Rose Grafik Batang Distribusi
Kecepatan Angin
Selesai
ANALISIS HARMONIK PASANG SURUT
ANALISIS ANGIN MUSON
Mulai
Pengumpulan Data Arus Data Lapangan Arus di Setiap Lapisan
Kedalaman dengan Interval 3 Meter
Masukan Data Analisa Arus Kecepatan Arus Lapangan Arah Arus Lapangan Kedalaman Lapisan Arus
Analisa Data Angin Surfer 11
Keluaran Hasil Analisa Data Arus
Profil Vertikal Resultan Kecepatan Arus di Setiap Lapisan Kedalaman
Selesai
ANALISIS VARIASI ARUS TERHADAP KEDALAMAN
Gambar 3.7 Diagram alir analisis variasi arus terhadap kedalaman (kiri), angin muson
(tengah), dan harmonik pasang surut (kanan)
-
III-10
Mulai
Pengumpulan Data Data Lapangan & Referensi
Masukan Data Model Hidrodinamika
Batimetri Koordinat Garis Pantai Kecepatan & Arah Angin Elevasi Pasut Prediksi
Simulasi Model Hidrodinamika
(MIKE 21 Flow FM)
Verifikasi Model Hidrodinamika Elevasi pasang surut Kecepatan Arus Komponen Timur
(u) dan Utara (v)
Sesuai?
Ya
Tidak
Selesai
Keluaran Hasil Model Hidrodinamika
Elevasi Pasut Model Kecepatan Arus Komponen
Timur (u) dan Utara (v) Model Peta Dinamika Arus Laut
SIMULASI MODEL HIDRODINAMIKA
Gambar 3.8 Diagram alir simulasi model hidrodinamika
-
IV-1
Bab IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pemisahan Komponen Arus Pasut dan Residu Data Lapangan
Arus yang terukur melalui pengamatan lapangan merupakan hasil penjumlahan gaya-
gaya pembangkit yang berlaku di perairan tersebut seperti gaya pasang surut, gaya
meteorologis, serta gaya-gaya lainnya. Arus yang terekam dalam pengamatan arus
menggunakan ADCP dinyatakan dalam definisi arus total. Sedangkan, komponen arus
pasang surut digunakan untuk menyatakan arus yang dibangkitkan oleh gaya-gaya
astronomis yang berlaku di wilayah perairan. Komponen arus residu merupakan komponen
arus yang dibangkitkan oleh parameter lain seperti faktor meteorologis (angin), gradien
elevasi akibat batimetri, ataupun parameter lain yang bersifat lokal.
Data arus lapangan yang dipakai dalam analisis merupakan hasil perata-rataan
komponen timur () dan utara () di sepanjang kolom vertikal kedalaman -65 m dari
permukaan dan memiliki interval jarak 3 m untuk setiap lapisan kedalaman.
Untuk melakukan analisis pengaruh pasang surut terhadap pembangkitan arus laut di
wilayah perairan, dilakukanlah pemisahan arus pasut dengan arus residunya terhadap arus
total pada komponen timur (Gambar 4.1) dan komponen utara (Gambar 4.2).
Gambar 4.1 Perbandingan data lapangan rata-rata kecepatan arus total, arus pasut, dan
arus residu pada komponen timur ()
-
IV-2
Gambar 4.2 Perbandingan data lapangan rata-rata kecepatan arus total, arus pasut, dan
arus residu pada komponen utara ()
Melalui pemisahan data arus lapangan komponen kecepatan arus total, arus pasut,
dan arus residu pada komponen-u dan komponen-v, ditemukan bahwa pembangkitan arus
total di wilayah perairan Mahakam Selatan didominasi oleh pasang surut melalui besarnya
nilai amplitudo komponen arus pasut dibandingkan dengan komponen residu. Sedangkan,
arus residu tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap dinamika arus laut. Pola
dinamika arus laut rata-rata di perairan Mahakam Selatan memiliki pola sinusoidal
mengikuti pola pasang surutnya.
4.2. Verifikasi Hasil Model Hidrodinamika
Untuk memberikan kepercayaan pada simulasi hidrodinamika yang telah dilakukan,
maka dilakukanlah verifikasi model hidrodinamika terhadap komponen-komponen keluaran
dari hasil simulasi. Nilai elevasi pasut serta komponen arus timur dan utara yang dihasilkan
oleh model dibandingkan dengan data arus lapangan yang telah dirata-ratakan terhadap
kedalaman pada setiap komponen untuk memberikan nilai kepercayaan dari hasil simulasi.
4.2.1. Verifikasi Elevasi Pasang Surut
Verifikasi elevasi pasang surut dilakukan dengan cara membandingkan data elevasi
muka air laut yang dihasilkan oleh model hidrodinamika dengan data lapangan yang diukur
menggunakan tide gauge pada periode waktu yang sama. Kedua data yang tersedia
dibandingkan dalam rentang waktu dari 7/7/2013 pukul 00:00 s/d 22/7/2013 pukul 00:00
dengan interval waktu 10 menit (Gambar 4.3).
-
IV-3
Gambar 4.3 Verifikasi elevasi pasut lapangan dan simulasi
Tingkat kesesuaian data elevasi pasang surut antara data hasil simulasi dan
pengukuran lapangan ditinjau secara matematis menggunakan dua metode perhitungan.
Pertama, menggunakan besar nilai R squared dan yang kedua menggunakan metode
perhitungan Root Mean Squared Error (RMSE).
Gambar 4.4 Perbandingan nilai elevasi lapangan dan model
Perhitungan menggunakan besar nilai R squared, dibandingkan nilai data elevasi
pasut lapangan dengan model ke dalam suatu grafik dengan sumbu berbeda. Sumbu-y
memberikan nilai keluaran elevasi dari hasil simulasi sedangkan pada sumbu-x memberikan
nilai keluaran elevasi dari pengukuran lapangan. Dengan penggambaran tersebut, kita dapat
melihat bentuk persebaran dari kedua data yang berhimpit terhadap garis linearnya dengan
persamaan y = 1,0575x +0,08. Didapati juga hasil perhitungan R-squared sebesar 0.9013
-
IV-4
yang menunjukan bahwa tingkat kesesuaian data model dan pengukuran lapangan elevasi
muka air laut mencapai tingkat kepercayaan hingga mencapai 90,13%.
Kedua, dilakukan pengukuran dengan menghitung RMSE atau yang biasa disebut
kesalahan akar kuadrat rata-rata yang digunakan untuk menghitung perbedaan nilai prediksi
perubahan elevasi pasut oleh model dengan pengukuran lapangan dengan nilai satuan yang
memberikan validitas dari perbandingan kedua data tersebut. Ditemukan bahwa nilai RMSE
antara data elevasi hasil model dan lapangan memiliki nilai sebesar 0,206 m.
4.2.2. Verifikasi Arus
Data yang didapatkan pada pengukuran lapangan menggunakan ADCP adalah besar
(magnitude) dan arah (direction) kecepatan arus di setiap lapisan kedalaman dengan interval
3 m dari permukaan hingga dasar dengan kedalaman -65 m. Besar dan arah kecepatan arus
lapangan lalu diturunkan ke dalam komponen arus timur (Gambar 4.5) dan utara (Gambar
4.6). Kecepatan arus untuk setiap komponen di setiap lapisan kedalaman lalu dijumlahkan
untuk dirata-ratakan terhadap kedalaman. Kecepatan arus rata-rata terhadap kedalaman
setiap komponen dinyatakan dengan komponen arus rata-rata timur () dan komponen arus
rata-rata utara () yang lalu dibandingkan dengan arus hasil simulasi. Pada kajian kali ini,
data tersebut juga dibandingkan dengan data arus pasut lapangan yang telah diturunkan
melalui analisa harmonik arus pasut.
Gambar 4.5 Verifikasi kecepatan arus lapangan dan arus simulasi komponen timur (u)
-
IV-5
Gambar 4.6 Verifikasi kecepatan arus lapangan dan arus simulasi komponen utara (v)
Melalui verifikasi arus yang telah dilakukan, maka dapat dilihat bahwa komponen
arus pasut dan arus total komponen timur memiliki kesesuaian fase terhadap arus simulasi
namun memiliki nilai amplitudo yang cukup berbeda. Sedangkan pada komponen arus utara,
nilai amplitudo lebih besar dibandingkan dengan komponen timur mendekati dengan nilai
arus hasil simulasi namun memiliki perbedaan fasa. Pada kedua komponen yaitu komponen
utara dan komponen timur, arus pasut lapangan memiliki pola sinusoidal mengikuti
kesesuaian dengan data arus hasil simulasi yang lebih baik jika dibandingkan dengan arus
total.
Perbedaan amplitudo ataupun fase yang terjadi pada komponen utara dan timur
antara arus hasil simulasi dan lapangan diakibatkan keterbatasan model dalam
mnesimulasikan hidrodinamika arus laut yang diakibatkan oleh faktor lokal seperti
morfologi dasar laut, topografi pantai, angin, ataupun faktor-faktor lainnya seperti viskositas
eddy, arus densitas, debit aliran sungai, evaporasi, dan presipitasi.
Tingkat kesesuaian data kecepatan arus antara data hasil simulasi dan pengukuran
lapangan ditinjau secara matematis menggunakan metode perhitungan R-squared dimana
data kecepatan arus hasil simulasi model pada komponen timur dan utara dibandingkan
dengan data arus total (Gambar 4.7).
Melalui perhitungan R-squared, korelasi kecepatan arus total lapangan dan hasil
simulasi pada komponen timur dan utara memberikan nilai berturut-turut sebesar 0,3751 dan
0,1198. Hal ini menunjukan tingkat kepercayaan sebesar 37,51 % dengan nilai RSME 0,28
m/detik pada komponen timur dan senilai 11,98 % dengan nilai RSME 0,43 m/detik pada
komponen utara. Nilai korelasi yang ditunjukan pada data arus simulasi dan lapangan pada
-
IV-6
kedua komponen menunjukan adanya kesesuaian terhadap kedua data. Pada komponen
timur, kesesuaian berbanding linear sedangkan pada komponen utara kesesuaian berbanding
terbalik. Perbandingan terbalik pada komponen utara diakibatkan oleh adanya perbedaan
fasa antara data arus hasil simulasi dengan data arus hasil pengukuran lapangan komponen
utara.
Gambar 4.7 Perbandingan data arus total lapangan dengan arus simulasi komponen timur
(kiri) dan utara (kanan)
Perhitungan R-squared pada arus lapangan dibandingkan dengan data arus keluaran
hasil simulasi relatif belum bisa menunjukan kesesuaian yang memuaskan. Hal ini
diperkirakan, pertama, dipengaruhi akibat banyak parameter pengukuran lapangan yang
sifatnya lokal seperti geometri laut, perbedaan bentuk morfologi, tingkat presipitasi dan
evaporasi, debit aliran sungai ataupun parameter pengukuran lapangan yang bersifat regional
seperti faktor coriolis, perbedaan perubahan kecepatan angin serta pasang surut yang spasial
dan temporal, dan ARLINDO yang tidak dimasukan dalam masukan simulasi. Kedua,
adanya perbedaan fasa antara data arus lapangan dan data arus simulasi dimana gaya pasang
surut yang merupakan gaya pembangkit utama arus secara alami mengalami pergeseran fasa
ketika menjalar ke daerah perairan pantai, khususnya pada arus komponen utara.
Namun, jika data elevasi pasut simulasi, arus simulasi, dan arus lapangan permukaan
diplot dalam bentuk resultan vektor maka dapat kita lihat bahwa ada kesesuaian pola
dinamika arus laut terhadap ketiga parameter tersebut (Gambar 4.8). Vektor arus laut yang
merupakan resultan arus pada komponen utara dan timur dalam simulasi serta kondisi
lapangan mengikuti pola elevasi pasang surut yang berbentuk sinusoidal. Hal Ini
menunjukan bahwa dinamika arus yang ditunjukan dalam simulasi serta lapangan sangat
dominan dipengaruh oleh gaya pasang surut yang berlaku di perairan tersebut.
-
IV-7
Gambar 4.8 Profil vektor resultan elevasi pasut model, arus model, dan arus lapangan
4.3. Kondisi Meteorologi Perairan Mahakam Selatan
Muson adalah fenomena siklus perubahan arah angin yang bervariasi terhadap
perubahan musim secara regional terhadap suatu rentang wilayah yang luas, yaitu dari
lintang 250 LS hingga 350 LU dan bujur 300 BT hingga 170 BT (Ramage, 1971 dalam Gadgil,
2003). Siklus angin musiman yang disebabkan interaksi antar benua Australia dan Asia
dengan atmosfer memberikan perubahan arah serta presipitasi angin yang berubah seiring
perubahan musim (Wheeler dan McBride, 2004 dalam Byrne, 2011). Perairan Mahakam
Selatan yang merupakan daerah kajian dalam penelitian ini merupakan salah satu wilayah
yang mengalami dampak dari siklus angin muson ini.
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Byrne (2011), saat musim timur yaitu pada
bulan September dan November di Perairan Mahakam Selatan, angin yang didominasi oleh
angin pasat timur bergerak ke arah selatan dengan nilai kecepatan rata-rata kecepatan
regional 5-10 m/detik. Sedangkan pada saat musim barat yaitu pada bulan Januari dan
Maret, angin bergerak ke arah utara di Perairan Mahakam Selatan yang didominasi oleh
angin pasat barat dengan kecepatan maksium regional mencapai 8 m/detik.
Pengukuran angin lapangan dilakukan sebagai salah satu parameter masukan dalam
simulasi model hidrodinamika yang merupakan salah satu gaya pembangkit arus laut di
perairan Mahakam Selatan.
-
IV-8
4.3.1. Musim Barat (Februari 2013)
Mawar angin dan grafik distribusi magnitudo kecepatan angin pada bulan Februari
2013 (Gambar 4.9) menunjukan bahwa saat musim barat angin rata-rata bergerak dari utara
timur laut membentuk sudut 140 relatif dari sumbu utara asli menuju arah selatan barat daya
dengan rata-rata besar kecepatan 1,88 m/detik. Selama 32 hari pengamatan lapangan, besar
kecepatan rata-rata angin harian terdistribusi dengan persentase paling besar di antara 1-2
m/detik sebesar 55,3 %, diikuti oleh kecepatan angin di rentang 2-3 m/detik sebesar 36,7 %,
dan sisa persentasi 8% ke arah lainnya.
Gambar 4.9 Mawar angin (kiri) dan grafik distribusi magnitudo kecepatan angin (kanan)
saat musim barat (Februari 2013)
4.3.2. Musim Peralihan Pertama (Mei 2013)
Visualisasi mawar angin serta distribusi kecepatan angin musim peralihan pertama
(Gambar 4.10) menunjukan bahwa angin rata-rata bergerak dengan kecepatan 1,74 m/detik
dari arah barat barat laut dengan membentuk sudut sebesar 3000 dari arah sumbu utara asli.
Selama 32 hari pengamatan, distribusi angin kecepatan rata-rata didominasi pada rentang 1-
2 m/detik dengan persentase hingga mencapai 73,3% yang diikuti oleh kecepatan rata-rata
di antara 2-3 m/detik dengan persentase sebesar 20%, dan sisanya sebesar 6,6% terbagi pada
rentang minimum 0-1 m/detik dan maksimum 4-5 m/detik.
-
IV-9
Gambar 4.10 Mawar angin (kiri) dan grafik distribusi magnitudo kecepatan angin (kanan)
saat musim peralihan pertama (Mei 2013)
4.3.3. Musim Timur (Juli 2013)
Mawar angin dan grafik batang distribusi magnitudo kecepatan angin dilakukan pada
data pengamatan bulan Juli 2013 (Gambar 4.11), dapat dilihat bahwa pada saat musim timur,
angin rata-rata bergerak dari arah barat daya membentuk sudut 2270 relatif dari sumbu utara
asli menuju arah timur laut dengan rata-rata kecepatan yang lebih besar dibandingkan saat
musim barat yaitu 2,81 m/detik. Selama 32 hari pengamatan, besar kecepatan angin rata-
rata harian terdistribusi dengan persentase paling besar di antara 3-4 m/detik sebesar 31.3 %,
diikuti oleh kecepatan angin sebesar 2-3 m/detik dengan nilai persentasi 28,1 %, dan sisa
persentasi 40,6 % terbagi pada rentang kecepatan minimum 1-2 m/detik dan maksimum 4-5
m/detik.
Gambar 4.11 Mawar angin (kiri) dan grafik distribusi magnitudo kecepatan angin (kanan)
saat musim timur (Juli 2013)
-
IV-10
4.3.4. Musim Peralihan Kedua (November 2013)
Pencuplikan data angin saat musim peralihan kedua yang divisualisasikan dalam
bentuk mawar angin serta distribusi kecepatan arus (Gambar 4.12), perata-rataan data
kecepatan angin selama 30 hari pada bulan November menunjukan bahwa angin didominasi
bergerak dari arah utara barat daya dengan membentuk sudut sebesar 3360 dari sumbu utara
asli. Selain itu, kecepatan rata-rata yang selama interval pengamatan mengalami penurunan
kecepatan jika dibandingkan saat musim timur dengan nilai besar kecepatan rata-rata adalah
2,22 m/detik. Distribusi kecepatan angin rata-rata didominasi pada interval 1-2 m/detik
dengan persentase sebesar 44,8%, diikuti pada interval kecepatan rata-rata 2-3 m/detik
dengan persentase 37,9%, terakhir kecepatan rata-rata tersebar pada interval minimum 0-1
m/detik dan 3-4 m/detik dengan persentase sebesar 3,4% dan 10,3%.
Gambar 4.12 Mawar angin (kiri) dan grafik distribusi magnitudo kecepatan angin (kanan)
saat musim peralihan kedua (November 2013)
4.4. Kondisi Oseanografi Perairan Mahakam Selatan
4.4.1. Analisis Harmonik Pasut
Menurut Hicks (2006), ketika data elevasi muka air laut didapatkan melalui
pengukuran lapangan dan diplot terhadap waktu, maka sebuah pola sinusoidal akan
terbentuk yang merepresentasikan banyak parameter seperti efek dari arus, perubahan
densitas air, beberapa faktor meteorologis serta aspek-aspek hidrologis seperti debit aliran
sungai. Untuk mempelajari dinamika arus laut di suatu perairan, maka komponen
astronomis (pasang surut) dan non-pasut yang merupakan residu harus dipisahkan. Melalui
analisis harmonik, data pengukuran lapangan yang didapatkan pada perairan Mahakam
Selatan dipisahkan dalam komponen pasut dan residunya (Gambar 4.13)
-
IV-11
Gambar 4.13 Perbandingan elevasi total, elevasi pasut, elevasi residu
Setelah didapatkan komponen pasut pada elevasi muka air laut yang merupakan
komponen pembangkit elevasi maupun arus dominan di Perairan Mahakam Selatan, maka
konstanta harmonik dari setiap komponen pasut melalui persamaan matematis analisis
harmonik pasang surut. Konstanta harmonik pasut dapat menjelaskan karakteristik serta tipe
pasang surut yang berlaku di wilayah perairan. Melalui analisis harmonik terhadap data
elevasi muka air laut di perairan Mahakam Selatan menggunakan T-Tide, didapatkanlah nilai
amplitudo dan fase dari setiap komponen pasut (Tabel 4.1.) yang merupakan konstanta
harmonik dari konstituten pasut yang bekerja di perairan tersebut.
Tabel 4.1 Konstanta harmonik pasut perairan Mahakam Selatan
Komponen Pasut
Periode (jam)
Frekuensi (siklus per jam) Amplitudo (m)
Fase (derajat)
Utam
a O1 25.82 0.039 0.179 258.53 K1 23.93 0.042 0.236 288.52 M2 12.42 0.081 0.543 172.73 S2 12.00 0.083 0.472 244.17
Sign
ifika
n
P1 24.07 0.042 0.078 295.59 K2 11.97 0.084 0.128 266.57 M3 8.28 0.121 0.005 37.58 M4 6.21 0.161 0.005 122.43 SK3 7.99 0.125 0.008 140.73 2MK5 4.93 0.203 0.003 247.41 2SM6 4.05 0.247 0.003 349.27 2SK5 4.80 0.208 0.004 180.38 2MS6 4.09 0.244 0.002 315.34
Non-
Sign
ifika
n
MSF 354.37 0.003 0.020 195.26 MS4 6.10 0.164 0.003 263.83 S4 6.00 0.167 0.003 8.40 M6 4.14 0.242 0.001 112.59 3MK7 3.53 0.283 0.001 273.85 M8 3.11 0.322 0.001 127.38 M10 2.48 0.403 0.001 129.36
-
IV-12
Data konstanta harmonik pasut berupa frekuensi, amplitudo dan fase di perairan
Mahakam Selatan menentukan karakteristik perairan dan komponen pasang surut yang
bekerja secara dominan pada perairan tersebut. Melalui pemisahan komponen-komponen
pasut berdasarkan frekuensinya (Gambar 4.14), dapat kita lihat bahwa ada beberapa
komponen pasut signifikan yang bekerja pada perilaku perubahan elevasi ataupun arus yang
berada di perairan Mahakam Selatan. Komponen pasut signifikan memiliki nilai amplitudo
lebih besar dari nilai kepercayaan sebesar 95% seperti yang ditunjukan komponen pasut
dominan M2, K2, S1, O1.
Gambar 4.14 Grafik nilai amplitudo komponen pasut di perairan Mahakam Selatan
Perhitungan matematis yang dinyatakan dalam bilangan Formzahl dengan
menggunakan amplitudo konstanta harmonik komponen pasut utama S2, M2, K1, dan O1,
maka kita mempelajari karakteristik pasut perairan di Mahakam Selatan yang tertulis dalam
rumus:
=AK + AOAM + S
(4.1)
sehingga didapatkan nilai formzahl di perairan Mahakam Selatan bernilai 0,40 yang
menunjukan karakteristik pasang surut di perairan tersebut adalah pasang surut campuran
condong ke harian ganda.
Penurunan persentasi amplitudo pada setiap komponen pasang surut (Gambar 4.15),
menunjukan didapatkan bahwa empat komponen pasut utama yaitu M2, S2, K1, dan O1
-
IV-13
mendominasi dan memberikan pengaruh terbesar terhadap perilaku pasang surut di perairan
Mahakam Selatan. Komponen pasut semidiurnal utama M2 dan S2 memiliki persentase
amplitudo pasang surut terbesar dengan nilai 32,03% dan 27,82% secara berurutan. Diikuti
dengan komponen pasut diurnal utama K1 dan O1 yang memiliki nilai persentase amplitudo
pasang surut sebesar 13,89% dan 10,56% secara berurutan.
Gambar 4.15 Grafik persentase amplitudo komponen pasut perairan Mahakam Selatan
4.4.2. Variasi Arus terhadap Kedalaman
Dalam penelitian ini, ditemukan juga bahwa hidrodinamika air laut memiliki variasi
terhadap kedalaman berdasarkan data pengukuran lapangan yang nilainya didistribusikan di
dalam tabel (Tabel C.2.). Melalui data tersebut, profil arus lapangan yang terbagi dalam 3
lapisan kedalaman yaitu lapisan permukaan (kedalaman -5 m), lapisan menengah
(kedalaman -35 m), dan lapisan dalam yang berada di dasar laut (Gambar 4.16).
Arus di lapisan permukaan memiliki rata-rata kecepatan sebesar 0,31 m/detik dengan
kecepatan terendah sebesar 0,01 m/detik dan tertinggi hingga mencapai 0,79 m/detik. Pada
lapisan menengah, rata-rata kecepatan arus adalah 0,21 m/detik dengan kecepatan terendah
sebesar 0,01 m/detik dan tertinggi sebesar 0,56 m/detik. Kecepatan arus pada lapisan
menengah memiliki kecepatan yang relatif lebih rendah dibandingkan lapisan permukaan
yang disebabkan oleh gaya gesek antar lapisan. Selain itu, pengaruh angin pada
pembangkitan arus semakin berkurang akibat berkurangnya penjalaran momentum angin ke
partikel air. Namun, pada lapisan ini pola pergerakan arus laut masih mengikuti pola pasang
surut yang menunjukan bahwa gaya pasang surut masih dominan di lapisan ini. Pada lapisan
dasar, rata-rata kecepatan arus adalah 0,13 m/detik dengan kecepatan terendah 0,00 m/detik
dan tertinggi 0,35 m/detik. Pada lapisan ini, besar kecepatan arus memiliki kecepatan yang
-
IV-14
terendah dibandingkan kecepatan pada lapisan lainnya. Hal ini disebabkan gaya gesekan
dasar yang mengurangi kecepatan arus dan juga berkurangnya penjalaran momentum
gesekan angin di lapisan ini.
Gambar 4.16 Profil vektor resultan arus lapangan di lapisan permukaan, menengah, dan
dasar perairan Mahakam Selatan
Pada analisis lanjut variasi arus terhadap kedalaman yang dijelaskan dalam profil
arus laut lapangan terhadap kedalaman (Gambar C.2) dan ringkasan umum data pengukuran
arus laut sepanjang kedalaman (Tabel C.2.), ditemukan juga bahwa karakter arus laut
sepanjang kolom vertikal perairan Mahakam Selatan terbagi dalam dua tipe karakteristik
(Gambar 4.17). Karakteristik pertama berada pada kedalaman 0 m hingga -35 m dimana
arus mengalami variasi magnitudo serta arah terhadap variasi kedalaman yang
direpresentasikan dalam lapisan arus heterogen. Sedangkan karakteristik kedua berada pada
kedalaman -35 m hingga dasar dimana arus tidak mengalami variasi magnitudo serta arah
terhadap variasi kedalaman secara signifikan jika dibandingkan dengan lapisan arus
heterogen. Karakteristik kedua direpresentasikan dengan istilah lapisan arus homogen.
-
IV-15
Gambar 4.17 Karakter arus heterogen dan homogen perairan Mahakam Selatan
4.5 Dinamika Arus Laut di Perairan Mahakam Selatan
Makassar Selatan adalah perairan yang berbatasan secara langsung dengan perairan
Selat Makassar yang massa airnya berasal dari Samudra Pasifik sehingga memiliki khas
karakteristik perairan yang sama. Massa air Samudra Pasifik bergerak menuju Samudra
Hindia melewati celah kecil Selat Makassar yang diakibatkan oleh fenomena Arus Lintas
Indonesia (ARLINDO) yang disebabkan oleh perbedaan tinggi muka laut antara kedua
samudra. Namun walaupun massa air perairan Mahakam Selatan berasal dari Selat
Makassar, karakteristik perairan di kawasan tersebut memiliki karakteristik tersendiri
dikarenakan adanya bentuk morfologi serta topografi bawah laut yang membentuk kawasan
tersebut. Pasang surut sendiri yang merupakan gaya penggerak utama menyebabkan
dinamika arus laut berubah secara periodik mengikuti pola pergerakan pasang surut yang
berupa sinusoidal. Pasang surut juga dipengaruhi oleh bentuk morfologi pantai dan
perubahan batimetri khususnya pada komponen arus pasut perairan dangkal. Tunggang
pasut yang besar saat kondisi purnama memberikan rentang yang lebih besar pada nilai
elevasi muka air laut dan besar kecepatan arus jika dibandingkan saat kondisi perbani.
Perambatan kenaikan atau penurunan elevasi serta kecepatan arus laut lebih tinggi terjadi
saat kondisi purnama jika dibandingkan saat kondisi perbani.
-
IV-16
Saat musim barat, rata-rata besar kecepatan arus pada perairan lepas pantai
Mahakam Selatan dalam simulasi hidrodinamika ini adalah 0,25 m/detik dengan rentang
antara 0,00 m/detik hingga 0,70 m/detik. Sedangkan untuk di kawasan pantai, rata-rata besar
kecepatan arus adalah 0,17 m/detik dengan rentang antara 0 m/detik hingga 0,45 m/detik.
Rata-rata besar kecepatan arus pada perairan lepas pantai adalah 0,30 m/detik pada saat
musim timur dengan rentang antara 0 m/detik hingga 0,86 m/detik. Sedangkan di daerah
pantai, kecepatan arus rata-rata adalah 0.16 m/detik dengan besar kecepatan minimum 0
m/detik dan maksimum adalah 0,43 m/detik. Rata-rata besar kecepatan arus di perairan
pantai adalah 0,08 m/det sedangkan untuk di kawasan lepas pantai adalah 0,13 m/det pada
saat musim peralihan pertama. Pada musim peralihan kedua, rata-rata besar kecepatan arus
mengalami peningkatan yaitu menjadi sebesar 0,09 m/det di daerah pantai dan 0,14 m/det di
kawasan lepas pantai.
Pengurangan nilai besar kecepatan arus di pantai jika dibandingkan dengan lepas
pantai dikarenakan adanya disipasi energi pada kawasan pantai jika dibandingkan dengan
arus yang ada di lepas pantai dikarenakan oleh gaya gesekan dasar yang semakin besar.
Melalui perhitungan, dapat dilihat juga bahwa kecepatan arus rata-rata pada musim angin
timur lebih besar dibandingkan saat musim angin barat dikarenakan angin yang berhembus
pada bulan Juli 2013 lebih besar dibandingkan dengan saat Februari 2013. Hal ini
membuktikan bahwa angin menjalarkan energinya ke permukaan laut untuk membangkitkan
pergerakan air laut sehingga mempengaruhi besar kecepatan maupun arah dari dinamika arus
laut di perairan Mahakam Selatan.
4.5.1 Kondisi Perbani saat Musim Barat
Rata-rata elevasi muka air laut di daerah lepas pantai saat kondisi perbani (Gambar
D.1) berada di nilai antara 0,36 hingga 0,53 m dengan perata-rataan sebesar 0,47 m. Di
pantai, rata-rata elevasi muka air laut berubah menjadi 0,45 m dengan nilai minimum 0,30
m hingga nilai maksimumnya 0,56 m. Besar kecepatan arus di lepas pantai bervariasi dengan
nilai rata-rata sebesar 0,35 m/detik dengan rentang 0,29 m/detik hingga 0,37 m/detik
sedangkan di daerah pantai menurun dengan rata-rata kecepatan bernilai 0,12 m/detik
dengan rentang di antara 0,10 m/detik hingga 0,14 m/detik. Elevasi muka air laut di daerah
pantai dan lepas pantai relatif homogen di sepanjang profil horizontal. Arah arus di lepas
pantai bergerak ke timur laut seragam dengan nilai kecepatan yang berbeda-beda. Namun
di di daerah pesisir khususnya celah-celah kecil, massa air laut bergerak menjorok ke dalam
menuju pantai. Pada kondisi pasang tertinggi, arah angin muson barat yang bergerak ke arah
-
IV-17
selatan barat daya bergerak berlawanan dengan arah arus yang dibangkitkan pasang surut
yang menyebabkan adanya pengurangan kecepatan arus yang diakibatkan oleh gaya gesek
angin. Hal ini menyebabkan kecepatan arus di perairan Mahakam Selatan relatif lebih
rendah jika dibandingkan dengan kondisi pasang tertinggi perbani saat musim timur.
Nilai elevasi muka air laut saat pasang menuju surut (Gambar D.2) di lepas pantai
berkisar antara -0,13 m hingga 0,23 m dengan rata-rata sebesar 0,05 m. Sedangkan untuk di
kawasan pantai, elevasi muka air laut berubah relatif lebih rendah dengan rata-rata sebesar -
0,07 m yang memiliki nilai minimum sebesar -0,25 m dan nilai maksimumnya 0,13 m.
Kecepatan arus di pantai berada di rentang 0,11 m/detik hingga 0,23 m/detik dengan nilai
rata-rata 0,16 m/detik. Sedangkan untuk di kawasan lepas pantai rata-rata kecepatan arus
berubah menjadi 0,12 m/detik dengan nilai kecepatan minimum 0,07 m/detik dan
maksimumnya 0,19 m/detik. Elevasi muka air laut mengalami penurunan jika dibandingkan
saat pasang tertinggi. Ketinggian muka air laut juga terbagi akibat beda tinggi yang
dikarenakan adanya penjalar komponen pasut dengan amplitudo rendah menuju perairan
Mahakam Selatan menggeser massa air laut saat pasang tertinggi. Kecepatan arus berkurang
dibandingkan saat pasang tertinggi. Di lepas pantai, massa air laut di daerah komponen pasut
amplitudo rendah bergerak ke arah ke barat laut sedangkan pada daerah komponen pasut
yang memiliki amplitudo tinggi massa air laut masih mengikuti pola pergerakan massa air
laut saat pasang tertinggi yaitu menuju arah timur laut. Di pantai, massa air laut mulai
bergerak menjorok keluar menuju ke arah lepas pantai.
Nilai elevasi muka air laut di kawasan lepas pantai saat pasang menuju surut (Gambar
D.3) memiliki rata-rata sebesar -0,38 m dengan elevasi muka air laut terendahnya -0,40 m
dan tertingginya adalah -0,32 m. Sedangkan untuk di kawasan pantai, nilai elevasi muka air
laut memiliki nilai terendah di -0,40 m hingga tertingginya -0,36 m dengan nilai rata-rata
sebesar -0,38 m. Kecepatan arus laut di pantai memiliki rentang di antara 0,27 m/detik
hingga 0,31 m/detik dengan nilai rata-rata 0,30 m/detik. Sedangkan untuk di kawasan lepas
pantai kecepatan arus relatif meningkat rata-rata 0,37 m/detik dengan nilai kecepatan
terendah 0,34 m/detik dan maksimumnya 0,39 m/detik. Elevasi muka air laut di kondisi
surut terendah perbani merupakan tinggi muka air laut terendah sepanjang simulasi di
kondisi perbani. Di lepas pantai, seluruh massa air memiliki keseragaman untuk bergerak
menuju arah barat laut sedangkan di daerah pantai bergerak menjorok keluar menuju lepas
pantai khususnya pada daerah celah-celah kecil. Pada kondisi surut terendah perbani, angin
muson barat yang bergerak searah bergerak menuju timur laut dengan arah pergerakan arus
laut yang dibangkitkan oleh pasang surut sehingga menyebabkan adanya pertambahan
-
IV-18
kecepatan yang diakibatkan stress gesek angin. Hal ini menyebabkan kecepatan arus di
perairan Mahakam Selatan relatif lebih tinggi jika dibandingkan dengan kondisi yang sama
pada pasang tertinggi perbani saat musim timur.
Berbeda dengan sebelumnya, saat kondisi surut menuju pasang (Gambar D.4), rata-
rata elevasi muka air laut di lepas pantai berada di nilai -0,24 meter dengan nilai terendah -
0,24 m hingga tertingginya mencapai -0,16 m. Sedangkan untuk di kawasan pantai, nilai
elevasi rata-rata meningkat menjadi -0,14 m dengan interval di antara -0,23 m hingga -0,07
m. Kecepatan arus laut di daerah pantai berkisar di antara 0,06 m/detik hingga 0,21 m/detik
dengan rata-rata sebesar 0,13 m/detik. Sedangkan untuk di kawasan lepas pantai, nilai
kecepatan terendah berada di nilai 0,16 m/detik dan tertingginya 0,09 m/detik dengan
peningkatan nilai rata-ratanya menjadi 0,27 m/detik. Elevasi muka air laut pada saat kondisi
surut menuju pasang relatif lebih tinggi jika dibandingkan dengan saat kondisi surut
terendah. Arah pergerakan massa air laut di lepas pantai bervariasi secara spasial dimana
massa air di daerah komponen pasut rendah masih bergerak sama dengan saat surut terendah,
namun kondisi ini mulai tergantikan dengan massa air yang memiliki komponen pasut
dengan amplitudo yang lebih tinggi dan menjalar ke dalam perairan Mahakam Selatan yang
bergerak menuju ke arah timur laut. Di daerah pantai, massa air laut bergerak menjorok
keluar menuju lepas pantai dengan kecepatan yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan
saat kondisi terendahnya.
4.5.2 Kondisi Purnama saat Musim Barat
Berbeda dengan kondisi perbani, saat pasang tertinggi kondisi purnama (Gambar
D.5), rata-rata elevasi muka air laut di perairan Mahakam Selatan memiliki nilai elevasi
pasaang surut paling tinggi selama periode simulasi dengan rata-rata elevasi sebesar 1,09 m
di kawasan lepas pantai dengan nilai minimum 0,80 m hingga 1,23 m. Sedangkan di
kawasan pantai, nilai elevasi muka air laut memiliki nilai yang relatif sama yaitu sebesar
1,10 dengan nilai terendahnya 0,96 m hingga mencapai tinggi tertingginya 1,16 m.
Kecepatan arus laut di lepas pantai juga memiliki nilai rata-rata tertinggi yaitu sebesar 0,69
m/detik dengan nilai kecepatan terendahnya mencapai 0,62 m/detik dan tertingginya hingga
0,73 m/detik. Sedangkan untuk di kawasan pantai, kecepatan arus berkurang cukup drastis
dimana rata-rata kecepatan menjadi 0,22 m/detik untuk terendahnya dan 0,39 m/detik untuk
tertingginya dengan nilai rata-rata 0,34 m/detik. Pada kondisi pasang tertinggi purnama,
massa air laut di lepas pantai dan dekat pantai bergerak secara homogen menuju ke arah
-
IV-19
timur laut sedangkan pada daerah pantai massa air laut bergerak menjorok ke dalam menuju
ke dalam pantai memasuki celah-celah kecil pantai. Pada kondisi pasang tertinggi, arah
angin muson barat yang bergerak ke arah selatan barat daya bergerak berlawanan dengan
arah arus yang dibangkitkan pasang surut yang menyebabkan adanya pengurangan
kecepatan arus yang diakibatkan oleh gaya gesek angin. Hal ini menyebabkan kecepatan
arus di perairan Mahakam Selatan relatif lebih rendah jika dibandingkan dengan kondisi
pasang tertinggi purnama saat musim timur.
Saat pasang menuju surut (Gambar D.6), rata-rata elevasi muka air laut di kawasan
lepas pantai berada di nilai 0,86 m dengan rentang di antara 0,40 m hingga 1,17 meter.
Sedangkan untuk di kawasan pantai, elevasi muka air laut mengalami peningkatan menjadi
rata-rata elevasi 1,10 m dengan nilai minimum di 0,96 m dan maksimum 1,16 m. Kecepatan
arus di lepas pantai relatif berkurang dibandingkan dengan saat kondisi pasang tertinggi yang
memiliki rata-rata sebesar 0,30 m/detik dengan nilai terendahnya 0,05 m/detik dan
tertingginya 0,58 m/detik. Sedangkan kecepatan arus di kawasan pantai mengalami
penurunan dimana nilai kecepatan rata-rata berada di nilai 0,15 m/detik dengan rentang di
antara 0,05 m/detik hingga 0,31 m/detik. Elevasi muka air laut berubah secara spasial di
setiap daerah komponen pasut dengan variasi amplitudonya. Pada saat kondisi pasang
menuju surut, massa air laut yang memiliki amplitudo tinggi di daerah timur laut secara
konsisten bergerak menuju arah timur laut yang mulai digantikan dengan massa air laut
dengan komponen pasut beramplitudo rendah yang arah pergerakannya bergerak menuju ke
barat laut.
Nilai rata-rata elevasi muka air laut saat surut terendah (Gambar D.7) merupakan
kondisi muka air laut paling rendah sepanjang periode simulasi dimana rata-rata elevasi
berkisar di dengan rentang -1,11 m hingga -0,85 m dan memiliki rata-ra