BAB I PENDAHULUAN
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Dapat dijadikan sumber referensi untuk pola iklim yang ada di wilayah lokasi penelitian
2. Memberikan informasi mengenai parameter karakteristik gelombang di lokasi penelitian khususnya bagi masyarakat sekitar
3. Menambah pengetahuan ataupun referensi bagi mahasiswa mengenai topik gelombang yang dibangkitkan oleh angin
Universitas Sumatera Utara
4 Universitas Sumatera Utara
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Definisi Pantai
Definisi dari pantai adalah suatu daerah di tepi perairan yang dipengaruhi oleh air pasang tertinggi dan air surut terendah. Daerah yang berada di sekitar pantai dinamakan pesisir, yakni suatu daerah darat di tepi laut yang masih mendapat pengaruh laut, seperti pasang surut, angin laut dan rembesan air laut.
Dalam Triatmodjo (1999) ada dua istilah tentang kepantaian yaitu pesisir (coast) dan pantai (shore). Berdasarkan pada Gambar 2.1. dapat dijelaskan mengenai beberapa definisi tentang kepantaian adalah sebagai berikut :
Gambar 2.1. Definisi dan Batasan Pantai (Triadmodjo,1999)
1. Pesisir adalah daerah darat di tepi laut yang masih mendapat pengaruh laut, seperti pasang surut, angin laut dan perembesan air laut.
Universitas Sumatera Utara
5 Universitas Sumatera Utara
2. Pantai adalah daerah di tepi perairan yang dipengaruhi oleh air pasang tertinggi dan air surut terendah.
3. Daratan adalah daerah yang terletak di atas dan di bawah permukaan daratan dimulai dari batas garis pasang tertinggi.
4. Lautan adalah daerah yang terletak di atas dan di bawah permukaan laut dimulai dari sisi laut pada garis surut terendah, termasuk dasar laut dan bagian bumi dibawahnya.
5. Garis pantai adalah garis batas pertemuan antara daratan dan air laut, dimana posisinya tidak tetap dan dapat berpindah sesuai dengan pasang surut air laut dan erosi pantai yang terjadi.
6. Sempadan pantai adalah kawasan tertentu sepanjang pantai yang mempunyai manfaat penting untuk mempertahankan kelestarian fungsi pantai. Kriteria sempadan pantai adalah daratan sepanjang tepian yang lebarnya sesuai dengan bentuk dan kondisi fisik pantai, minimal 100 m dari titik pasang tertinggi ke arah daratan
Selain definisi di atas, beberapa definisi yang berkaitan dengan karakteristik gelombang di daerah sekitar pantai juga perlu diketahui. Gelombang yang merambat dari laut dalam menuju pantai mengalami perubahan bentuk karena pengaruh perubahan kedalaman laut. Berkurangnya kedalaman laut menyebabkan semakin berkurangnya panjang gelombang dan bertambahnya tinggi gelombang.
Pada saat gelombang (perbandingan antara tinggi dan panjang gelombang) mencapai batas maksimum, gelombang akan pecah. Untuk penjelasan lebih lanjut dapat dilihat pada Gambar 2.2 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
6 Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Bagian-bagian Pantai
a) Garis gelombang pecah merupakan batas perubahan perilaku gelombang dan juga transpor sedimen pantai.
b) Offshore adalah daerah dari garis gelombang pecah ke arah laut.
c) Breaker zone (daerah gelombang pecah) adalah daerah di mana gelombang yang datang dari laut (lepas pantai) mencapai ketidak-stabilan dan akhirnya pecah.
d) Surf zone adalah daerah yang terbentang antara bagian dalam dari gelombang pecah dan batas naik-turunnya gelombang di pantai.
e) Swash zone adalah daerah yang dibatasi oleh garis batas tertinggi naiknya gelombang dan batas terendah turunya gelombang di pantai.
f) Inshore adalah daerah yang membentang ke arah laut dari foreshore sampai tepat di luar breaker zone.
g) Longshore bar yaitu gumuk pasir yang memanjang dan kira-kira sejajar dengan garis pantai. Longshore bar terbentuk karena proses gelombang pecah di daerah inshore.
Universitas Sumatera Utara
7 Universitas Sumatera Utara
h) Foreshore adalah daerah yang terbentang dari garis pantai pada saat muka air rendah sampai batas atas dari uprush pada saat air pasang tinggi.
i) Backshore adalah daerah yang dibatasi oleh foreshore dan garis pantai yang terbentuk pada saat terjadi gelombang badai bersamaan dengan muka air tinggi.
2.2. Angin
Angin yang berhembus di atas permukaan air laut akan memindahkan energinya ke air. Kecepatan angin menimbulkan tegangan pada permukaan air laut, sehingga permukaan air yang awalnya tenang akan terganggu dan timbul riak gelombang kecil di atas permukaan air. Apabila kecepatan angin bertambah, riak tersebut menjadi semakin besar dan apabila angin berhembus terus akhirnya akan tebentuk gelombang (Triatmodjo, 1999). Tinggi dan periode gelombang yang dibangkitkan dipengaruhi oleh kecepatan angin (U), lama hembus angin (D), arah angin Fetch (F). Fetch adalah daerah dimana kecepatan angin adalah konstan.
Arah angin masih bisa dianggap konstan apabila perubahan perubahannya tidak lebih dari 15°. Sedangkan kecepatan angin masih dianggap konstan jika perubahannya tidak lebih dari 15 knot (2,5 m/det) terhadap kecepatan rerata.
2.2.1. Data Angin
Data angin yang digunakan untuk peramalan gelombang adalah data di permukaan laut pada lokasi pembangkitan. Data tersebut dapat diperoleh dari pengukuran langsung di atas permukaan laut atau pengukuran di darat di dekat lokasi peramalan yang kemudian dikonversi menjadi data angin laut. Kecepatan angin diukur dengan anemometer dan biasanya dinyatakan dalam knot. Satu knot adalah panjang satu menit garis bujur melalui khatulistiwa yang ditempuh dalam satu jam atau 1 knot = 1,852 km/jam = 0,514 m/detik.
Data angin dicatat tiap jam dan biasanya disajikan dalam bentuk tabel. Dengan pencatatan
Universitas Sumatera Utara
8 Universitas Sumatera Utara
angin jam-jaman tersebut dapat diketahui angin-angin dengan kecepatan tertentu dan durasinya, kecepatan angin maksimum, arah angin dan dapat pula dihitung kecepatan angin rerata harian.
Data angin yang digunakan untuk analisis angin merupakan data yang diperoleh dari Stasiun Pengamatan Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika (BMKG) terdekat yang tersedia. Data yang diperoleh dari stasiun tersebut berupa data kecepatan angin rata-rata dan maksimum selama 10 tahun. Data yang diperoleh tersebut selanjutnya dilakukan pengelompokan berdasarkan arah dan kecepatan. Hasil pengelompokan (pengolahan) dibuat dalam bentuk tabel atau diagram yang disebut dengan mawar angin/wind rose yang dapat dilihat dalam Tabel 2.1 dan Gambar 2.3.
Tabel 2.1 Contoh Data Persentase Kejadian Angin (Triatmodjo, 1999)
Universitas Sumatera Utara
9 Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Mawar Angin (Triatmodjo, 1999)
2.2.2. Konversi Kecepatan Angin
Biasanya pengukuran angin dilakukan di daratan, padahal rumus-rumus pembangkitan gelombang data angin yang digunakan adalah yang ada di atas permukaan laut. Oleh karena itu diperlukan transformasi dari data angin di lokasi stasiun angin ke data angin di atas permukaan laut. Hubungan antara angin di atas laut dan angin di atas daratan terdekat diberikan oleh Persamaan 2.1 dan Gambar 2.4.
R U /U (2.1)
di mana:
U = kecepatan angin yang diukur di darat (m/dt) U = kecepatan angin di laut (m/dt)
R = nilai yang diperoleh dari hubungan kecepatan angin di laut dan di darat
9 Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Mawar Angin (Triatmodjo, 1999)
2.2.2. Konversi Kecepatan Angin
Biasanya pengukuran angin dilakukan di daratan, padahal rumus-rumus pembangkitan gelombang data angin yang digunakan adalah yang ada di atas permukaan laut. Oleh karena itu diperlukan transformasi dari data angin di lokasi stasiun angin ke data angin di atas permukaan laut. Hubungan antara angin di atas laut dan angin di atas daratan terdekat diberikan oleh Persamaan 2.1 dan Gambar 2.4.
R U /U (2.1)
di mana:
U = kecepatan angin yang diukur di darat (m/dt) U = kecepatan angin di laut (m/dt)
R = nilai yang diperoleh dari hubungan kecepatan angin di laut dan di darat
9 Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Mawar Angin (Triatmodjo, 1999)
2.2.2. Konversi Kecepatan Angin
Biasanya pengukuran angin dilakukan di daratan, padahal rumus-rumus pembangkitan gelombang data angin yang digunakan adalah yang ada di atas permukaan laut. Oleh karena itu diperlukan transformasi dari data angin di lokasi stasiun angin ke data angin di atas permukaan laut. Hubungan antara angin di atas laut dan angin di atas daratan terdekat diberikan oleh Persamaan 2.1 dan Gambar 2.4.
R U /U (2.1)
di mana:
U = kecepatan angin yang diukur di darat (m/dt) U = kecepatan angin di laut (m/dt)
R = nilai yang diperoleh dari hubungan kecepatan angin di laut dan di darat
Universitas Sumatera Utara
10 Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Hubungan Antara Kecepatan Angin di Laut dan Darat (Triatmodjo, 1999)
Rumus-rumus dan grafik-grafik pembangkitan gelombang mengandung variable UA, yaitu faktor tegangan angin (wind-stress factor) yang dapat dihitung dari kecepatan angin.
Setelah dilakukan berbagai konversi kecepatan angin, kecepatan angin dikonversikan pada faktor tegangan angin dengan menggunakan Persamaan 2.2.
U 0,71 U , (2.2)
dengan :
U = kecepatan angin dalam m/dt.
U = faktor tegangan angin.
2.2.3. Fetch
Di dalam tinjauan pembangkitan gelombang di laut, fetch (Gambar 2.5) dibatasi oleh bentuk daratan yang mengelilingi laut. Di daerah pembentukan gelombang, gelombang tidak 10 Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Hubungan Antara Kecepatan Angin di Laut dan Darat (Triatmodjo, 1999)
Rumus-rumus dan grafik-grafik pembangkitan gelombang mengandung variable UA, yaitu faktor tegangan angin (wind-stress factor) yang dapat dihitung dari kecepatan angin.
Setelah dilakukan berbagai konversi kecepatan angin, kecepatan angin dikonversikan pada faktor tegangan angin dengan menggunakan Persamaan 2.2.
U 0,71 U , (2.2)
dengan :
U = kecepatan angin dalam m/dt.
U = faktor tegangan angin.
2.2.3. Fetch
Di dalam tinjauan pembangkitan gelombang di laut, fetch (Gambar 2.5) dibatasi oleh bentuk daratan yang mengelilingi laut. Di daerah pembentukan gelombang, gelombang tidak 10 Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Hubungan Antara Kecepatan Angin di Laut dan Darat (Triatmodjo, 1999)
Rumus-rumus dan grafik-grafik pembangkitan gelombang mengandung variable UA, yaitu faktor tegangan angin (wind-stress factor) yang dapat dihitung dari kecepatan angin.
Setelah dilakukan berbagai konversi kecepatan angin, kecepatan angin dikonversikan pada faktor tegangan angin dengan menggunakan Persamaan 2.2.
U 0,71 U , (2.2)
dengan :
U = kecepatan angin dalam m/dt.
U = faktor tegangan angin.
2.2.3. Fetch
Di dalam tinjauan pembangkitan gelombang di laut, fetch (Gambar 2.5) dibatasi oleh bentuk daratan yang mengelilingi laut. Di daerah pembentukan gelombang, gelombang tidak
Universitas Sumatera Utara
11 Universitas Sumatera Utara
hanya dibangkitkan dalam arah yang sama dengan arah angin, tetapi juga dalam berbagai sudut terhadap arah angin. Fetch rerata efektif diberikan oleh persamaan berikut:
F =
∑∑ αα (2.3)dengan :
Feff = fetch rerata efektif
Xi = panjang segmen fetch yang di ukur dari titik observasi gelombang ke ujung akhir fetch
α
= deviasi pada kedua sisi dari arah angin, dengan menggunakan pertambahan 60sampai sudut sebesar 420pada kedua sisi dari arah anginGambar 2.5. Fetch (Triatmodjo,1999)
Universitas Sumatera Utara
12 Universitas Sumatera Utara
2.3. Gelombang
Gelombang di laut dapat dibedakan menjadi beberapa macam yang tergantung pada gaya pembangkitnya. Gelombang tersebut adalah gelombang angin yang dibangkitkan oleh tiupan angin di permukaan laut, gelombang pasang surut dibangkitkan oleh gaya tarik benda-benda langit terutama matahari dan bulan terhadap bumi, gelombang tsunami terjadi karena letusan gunung berapi atau gempa di laut, gelombang yang dibangkitkan oleh kapal yang bergerak, dan sebagainya (Triatmodjo, 1999).
Berdasarkan kedalaman relatifnya, yaitu perbandingan antara kedalaman laut (d) dan panjang gelombang (L), maka gelombang diklasifikasikan menjadi tiga (Triatmodjo, 1999) yaitu:
a. Gelombang di laut dangkal (shallow water) jika d/L ≤ 1/20
C= gd (2.4)
L = gdT = CT (2.5)
b. Gelombang di laut transisi (transitional water) jika 1/20 < d/L < ½
= = tanh (2.6)
Apabila kedua ruas pada persamaan 2.6 dikalikan dengan d/l maka akan didapat :
= ℎ (2.7)
c. Gelombang di Laut Dalam (Deep Water) jika d/L ≥ ½
= = 1,56 (2.8)
Universitas Sumatera Utara
13 Universitas Sumatera Utara
= = 1,56 (2.9)
dengan :
C = cepat rambat gelombang (m/dt)
L = panjang gelombang (m)
g = gravitasi =9,81 (m/dt)
T = periode gelombang (detik)
Dalam suatu perencanaan, pengukuran gelombang secara langsung umumnya jarang dilakukan mengingat kesulitan dan biaya yang sangat besar, selain itu pengukuran yang dilakukan hanya dalam waktu pendek kurang bisa mewakili gelombang yang ada di lapangan. Oleh karena itu biasanya digunakan data sekunder, yaitu data angin yang kemudian diolah untuk mendapatkan peramalan data gelombang. Data sekunder tersebut merupakan hasil pengukuran yang dilakukan oleh Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG)
2.3.1 Menentukan Tinggi Gelombang Berdasarkan Peramalan Gelombang di Laut Dalam
Data gelombang didapatkan dari perhitungan fetch berdasarkan arah angin dominan dan peta topografi yang telah diperoleh. Dari data gelombang diketahui arah dan tinggi gelombang, kemudian data tersebut diolah untuk mendapatkan presentase kejadian gelombang. Setelah itu dibuat wave rose(mawar gelombang) yang menggambarkan antara
Universitas Sumatera Utara
14 Universitas Sumatera Utara
arah dan tinggi gelombang dan presentase kejadian serta mengetahui arah gelombang dominan.Berikut ini beberapa cara dalam memperhitungkan tinggi gelombang.
2.3.1.1 Jonswap Parameters (William, 2000)
Metode Jonswap untuk mencari perhitungan gelombang dengan dimensi sebagai berikut :
a. Tinggi Gelombang
Hmo* = 0,0016 F* 12 ...Cara Pertama (2.10) Hmo* = 0,243 ...Cara Kedua (2.11) b. Periode Gelombang
T∗ = 0,286 F∗ ...Cara Pertama (2.12) T∗ = 8,13 ...Cara Kedua (2.13) dengan :
Hmo : tinggi gelombang hasil peramalan (m) T : periode gelombang (dtk)
Feff : panjang fetch efektif (km)
UA : kecepatan angin terkoreksi (m/dt) g : percepatan gravitasi (9,81 m/dt) t : waktu (jam)
Universitas Sumatera Utara
15 Universitas Sumatera Utara
2.3.1.2 Finite Water Depth (William, 2000)
Jika kedalaman di daerah pembangkit terbatas, gesekan dengan bagian bawah akan menghasilkan gelombang yang lebih kecil. CERC (1984) membahas generasi gelombang secara mendalam yang dikembangkan oleh Bretschneider (1958) dari Bretschneider dan Reid (1953). Rumus yang dikembangkan lebih lanjut oleh Young dan Verhagen (1996), yaitu:
2.3.1.3 Sverdrup, Munk, and Berstcheineder (SMB) a. Tinggi Gelombang
H = 1,6x10 (2.16)
b. Periode Gelombang
T = 2,875x10 (2.17)
dengan :
Hmo : tinggi gelombang hasil peramalan (m) T : periode gelombang (dtk)
Feff : panjang fetch efektif (km)
UA : kecepatan angin terkoreksi (m/dtk) g : percepatan gravitasi (9,81 m/dtk)
(2.14)
(2.15)
Universitas Sumatera Utara
16 Universitas Sumatera Utara
t : waktu (jam)
2.4. Analisis Statistik Gelombang
Analisis statistik gelombang diperlukan untuk mendapatkan beberapa karakteristik gelombang seperti gelombang repsentatif ( 1, 10, ) dan sebagainya, probabilitas kejadian gelombang dan gelombang ekstrem (gelombang dengan periode ulang tertentu).
Gambar 2.6 Pencatatan Gelombang di Suatu Tempat (Triatmodjo,1999)
Gambar 2.6 adalah gambar pencatatan gelombang sebagai fungsi waktu di suatu tempat. Gambar tersebut menunjukkan bahwa gelombang mempunyai bentuk yang tidak teratur, dengan tinggi dan periode yang tidak konstan. Maka dari itu dalam peramalan tinggi gelombang untuk keperluan perencanaan digunakan beberapa metode, yaitu gelombang representatif dan gelombang dengan kala ulang (analisa frekuensi).
2.4.1. Gelombang Representatif
Untuk keperluan perencanaan bangunan-bangunan pantai perlu dipilih tinggi dan periode gelombang individu (individual wave) yang dapat mewakili suatu spektrum gelombang. Apabila tinggi gelombang dari suatu pencatatan diurutkan dari nilai tertinggi ke
Universitas Sumatera Utara
17 Universitas Sumatera Utara
terendah atau sebaliknya, maka akan dapat ditentukan nilai yang merupakan rerata dari n persen gelombang tertinggi. Dengan bentuk seperti itu akan dapat dinyatakan karakteristik gelombang alam dalam bentuk gelombang tunggal. Misal 10 adalah tinggi rerata dari 10%
gelombang tertinggi dari pencatatan gelombang. Bentuk yang paling banyak digunakan adalah 33 atau tinggi rerata dari 33% nilai tertinggi dari pencatatan gelombang yang juga disebut sebagai tinggi gelombang signifikan . Cara yang sama dapat digunakan untuk periode gelombang tetapi biasanya periode signifikan didefinisikan sebagai periode rerata untuk sepertiga gelombang tertinggi.
Gelombang 10% (H10) adalah :
n = 10% x jumlah data dalam pencatatan
= ∑ (2.18)
= ∑ (2.19)
Gelombang 33% (gelombang signifikan, Hs) adalah : n = 33% x jumlah data dalam pencatatan
= ∑ (2.20)
= ∑ (2.21)
Gelombang 33% (gelombang signifikan, Hs) adalah : n = 33% x jumlah data dalam pencatatan
= ∑ (2.22)
= ∑ (2.23)
Universitas Sumatera Utara
18 Universitas Sumatera Utara
2.4.2. Perkiraan Gelombang dengan Kala Ulang (Analisis Frekuensi)
Dari setiap tahun pencatatan dapat ditentukan gelombang representatif seperti ,
10, 33, dan sebagainya. Berdasarkan dari representatif untuk beberapa tahun pengamatan dapat diperkirakan gelombang yang diharapkan disamai atau dilampaui satu kali dalam T tahun, dan gelombang tersebut dikenal dengan gelombang periode ulang T tahun atau gelombang T tahunan. Apabila data yang tersedia adalah data angin maka analisis frekuensi dilakukan terhadap data angin tersebut yang selanjutnya digunakan untuk memprediksi gelombang.
Pada buku karangannya, J.W. Kamphuis menggunakan analisis statistik distribusi probabilitas yang dikombinasikan dengan metode batas ambang atau dikenal dengan threshold . Metode yang digunakannya banyak dipakai untuk menghitung jumlah data yang banyak. Berikut adalah persamaan probabilitas yang digunakan :
1. Distribusi Normal
2. Distribusi Log Normal
Y = Z = Φ P = lnH − lnH
19 Universitas Sumatera Utara
Y = ln ln1
P = G ; X = H ; A = 1
β ; B = − γ β
4. Distribusi Weibull
( 1
) = −
= ( 1
) = ; = ; = 1
; = −
Dimana :
H = Tinggi gelombang (m)
P = Probabilitas
S = Standar deviasi
Z = Reduksi variat
Universitas Sumatera Utara
20 Universitas Sumatera Utara
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian dimulai pada semester A 2017/2018 dan penelitian dilaksanakan di Pantai Cermin
Sumber : Google
Gambar 3.1 Peta Lokasi
3.2. Tahapan Penelitian
Metodologi yang digunakan pada tugas akhir ini mempunyai tahapan sebagai berikut : 1. Studi Pustaka dan Literatur
Studi literature tugas akhir ini meliputi pengambilan teori serta rumus dari beberapa sumber bacaan buku, jurnal ilmiah, makalah, hasil seminar, serta masukan-masukan dari dosen pembimbing yang berkaitan dengan tugas akhir ini.
Universitas Sumatera Utara
21 Universitas Sumatera Utara
2. Pengumpulan Data
Data yang diperoleh adalah data sekunder yang diperoleh melalui survey ke badan atau lembaga terkait, yaitu BMKG
3. Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari literatur dan lapangan yang berhubungan dengan pokok bahasan, disusun secara sistematis dan logis sehingga diperoleh suatu gambaran umum yang akan dibahas dalam tugas akhir ini.
4. Analisis Data
Pada tahap ini dilakukan pengolahan data-data yang telah diperoleh dari data sekunder. Tahap analisis data ini meliputi: Data Angin, Konversi Kecepatan Angin, Fetch (Panjang Penjalaran Gelombang) dan Data Gelombang dengan metode parameter dan analisis statistik gelombang probabilitas kejadian gelombang, gelombang ekstrim (gelombang dengan periode ulang tertentu).
5. Kesimpulan dan Saran
Dari hasil pengolahan data maka akan dibuat suatu kesimpulan yang berhubungan serta saran untuk menjadi masukan bagi pembaca atau peneliti selanjutnya
Secara garis besar tahapan penelitian ini dapat digambarkan melalui diagram berikut :
Universitas Sumatera Utara
22 Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2. Diagram Lengkap Metodologi Penelitian Pengumpulan
Data
Pengolahan Data
Perhitungan Fetch Analisis Wind Rose
Perhitungan Wind stress factor
Analisa Statistik dan Periode Ulang
Gelombang
Kesimpulan dan Saran
Selesai Mulai
Studi Literatur
-Universitas Sumatera Utara
23 Universitas Sumatera Utara
3.3. Sistematika Penulisan 1. BAB I (Pendahuluan)
Meliputi latar belakang, perumusan masalah, maksud dan tujuan, pembatasan masalah, metodologi penelitian, sistematika penelitian.