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
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.
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.
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK ... iii ABSTRACT ... iv DAFTAR ISI ... vDAFTAR 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
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
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 1°34'25" LS, 117°00'37.30" 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 116000’00”-117051’12” BT dan 0045’51”- 2032’36” 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:
II-3
= kρ| | (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:
= ρ C w (2.12)
= ρ C w (2.13)
Dengan keterangan:
, : stress angin arah x dan y (kg/m detik2) ρ : 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 M2pada 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 simulasi
q Syarat batas (pasang surut) q Kondisi awal perairan q Flood and dry q Debit aliran sungai q Gaya coriolis
q Gaya meteorologis (angin) q Viskositas eddy q Densitas massa air q 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)
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
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 1°25'58" LS, 117°07'33.74" 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
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 1°34'3,66" LS, 117°02'27,84" 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
1°26'38,7594"S dan 17°23'39,48"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 Surut
Nilai 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
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
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-gaya pasang surut, gaya-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
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.
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)
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) Utama 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 Sig nifikan 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 -Sig nifikan 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 + AO AM + 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.
