ANALISIS STATISTIK GELOMBANG YANG DIBANGKITKAN OLEH ANGIN UNTUK PELABUHAN BELAWAN DIO MEGA PUTRI

(1)

ANALISIS STATISTIK GELOMBANG YANG

DIBANGKITKAN OLEH ANGIN UNTUK PELABUHAN

BELAWAN

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil

Disusun Oleh :

DIO MEGA PUTRI

12 0404 028

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

ABSTRAK

Pelabuhan Belawan merupakan pelabuhan terbesar ketiga di Indonesia dan menjadi salah satu pintu masuk bagi kota Medan khususnya Sumatera Utara melalui jalur laut. Seiring dengan perkembangan waktu diketahui bahwa pada bulan-bulan tertentu terjadi gelombang tinggi yang sangat mempengaruhi beragam kegiatan di laut. Analisa statistik gelombang diperlukan untuk mendapatkan beberapa karakteristik gelombang.

Metode penelitian yang digunakan yaitu metode kuantitatif dan data yang digunakan adalah data sekunder (data angin) kemudian dianalisis dengan menggunakan Metode Jonswap Parameters, Finith Water Depth dan Sverdrup, Munk, and Berstchneider.

Dari hasil perhitungan untuk data angin rata-rata diperoleh angin dominan dari arah Timur Laut yaitu sebesar 49,17% dan untuk data angin maksimum diperoleh angin dominan dari arah Utara sebesar 32,5%. Panjang fetch efektif terpanjang yaitu dari arah Utara sejauh 608,87 km. Untuk Metode Jonswap Parameters Cara Pertama diperoleh tinggi gelombang maksimum yaitu 0,75 m, sedangkan pada Metode Jonswap Parameters Cara Kedua diperoleh tinggi gelombang maksimum yaitu 0,87 m dan Metode Finite Water Depth diperoleh tinggi gelombang maksimum yaitu 0,62 m. Berdasarkan Metode Sverdrup, Munk, and Berstchneider untuk data angin maksimum, gelombang tertinggi yaitu 3,85 m terjadi pada bulan Juni 2008. Dari hasil perhitungan periode ulang dengan menggunakan Metode Gumbel diperoleh tinggi gelombang terbesar terjadi pada periode ulang 100 tahun yaitu 3,78 m, sedangkan dengan Metode Weibull diperoleh tinggi gelombang terbesar terjadi pada periode ulang 100 tahun yaitu 4,79 m. Dari hasil perhitungan periode ulang berdasarkan Thresold Wave Height dengan menggunakan Metode Distribusi Normal diperoleh tinggi gelombang terbesar terjadi pada periode ulang 200 tahun yaitu 3,84 m dan untuk Metode Log Normal diperoleh tinggi gelombang terbesar terjadi pada periode ulang 200 tahun yaitu 3,89 m. Sedangkan periode ulang dengan menggunakan Metode Gumbel diperoleh tinggi gelombang terbesar terjadi pada periode ulang 200 tahun yaitu 5,04 m dan untuk Metode Weibull diperoleh tinggi gelombang terbesar terjadi pada periode ulang 200 tahun yaitu 4,59 m.

Kata Kunci : Pelabuhan Belawan, gelombang, Jonswap Parameters, Sverdrup, Munk and Berstchneider

(3)

KATA PENGANTAR

Puji Syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya yang telah diberikan kepada saya sehingga laporan Tugas Akhir ini

yang berjudul “ANALISIS STATISTIK GELOMBANG YANG

DIBANGKITKAN OLEH ANGIN UNTUK PELABUHAN BELAWAN

”

dapat diselesaikan dengan baik.

Saya menyadari bahwa dalam penyelesaian Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu :

1. Terutama kepada kedua orang tua saya, Papa Alm. Samuddin Siregar dan Mama Anna Meutia SE., kepada Atok saya Syamsual Imdal serta adik-adik saya Dea Fatimah, Rafiqi Labbaika dan Idi Maulana yang telah memberikan dukungan penuh serta mendoakan saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Uda Sahrun Siregar, Uda Mansur Siregar, Uda Saiful Siregar, Uda Bahrum Siregar dan Uda Hasan Siregar yang telah membantu saya baik secara moril dan materil.

3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc selaku Dosen Pembimbing yang berperan penting sebagai orang tua bagi penulis yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga selesainya tugas akhir ini.

(4)

4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Ivan Indrawan, ST.MT. dan Kak Riza Inanda Siregar, ST.MT., selaku Dosen Pembanding/Penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

6. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

7. Sahabat - sahabat terbaik saya yang baik hati: Melvhiana Bismiaty S.Ked., Sri Setiawati Harahap S.T., Dini Rizky Utari Matondang, Mentari Rahma Sari, Rahma Yanti Batubara, Lintri Julainy S.T., Siti Maisarah Lubis, Windy Oky Dianti, Juraida Siregar, Titi Hayati, Rizky Ade Putra Hasibuan, Wahyudi Ali Napitupulu , Anrico Boy Riansyam dan Zulfikar Nasution S.T.

8. Novia Arisandi S.T., Hafni Jayanti S.T., Rudini Sirait serta teman-teman angkatan 2012 lainnya.

Semoga Allah SWT membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan penulis ucapkan terima kasih. Akhirnya, semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, April 2017

Penulis

( Dio Mega Putri ) 12 0404 028

(5)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL... x

DAFTAR SIMBOL ... xii

BAB I PENDAHULUAN ...

1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 2 1.3 Pembatasan Masalah ... 3 1.4 Tujuan Penelitian ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...

5

2.1 Pantai ... 5

2.2 Angin ... 7

2.2.1 Data Angin ... 7

2.2.2 Konversi Kecepatan Angin ... 9

2.2.3 Fetch ... 11

2.3 Gelombang... 12

2.3.1 Teori Gelombang Amplitudo Kecil (Airy) ... 14

2.3.2 Teori Gelombang Amplitudo Hingga ... 16

(6)

2.3.4 Teori Gelombang Knoidal... 17

2.3.5 Menentukan Tinggi Gelombang Berdasarkan Peramalan Gelombang di Laut Dalam ... 18

2.3.5.1 Jonswap Parameters ... 19

2.3.5.2 Finith Water Depth ... 20

2.3.5.3 Sverdrup, Munk, and Berstchneider ... 21

2.4 Statistika Gelombang ... 21

2.4.1 Gelombang Representatif ... 22

2.4.2 Perkiraan Gelombang dengan Kala Ulang ... 23

2.5 Deformasi Gelombang ... 26

2.5.1 Refraksi dan Wave Shoaling ... 26

2.5.2 Difraksi Gelombang ... 28

2.5.3 Refleksi Gelombang ... 30

2.5.4 Gelombang Pecah... 31

2.6 Fluktuasi Muka Air Laut ... 33

2.6.1 Wave Set Up ... 33

2.6.2 Wind Set Up ... 34

2.6.3 Pasang Surut ... 36

2.6.4 Design Water Level... 37

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

... 38

3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian ... 38

3.2 Rancangan Penelitian ... 39

3.2.1 Tahapan Penelitian ... 40

3.2.2 Sistematika Penulisan... 42

(7)

3.5 Variabel yang Diamati ... 43

BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA

... 44

4.1 Analisa Hidro-Oceanografi... 44

4.1.1 Angin ... 44

4.2 Panjang Fetch Efektif ... 48

4.3 Peramalan Gelombang di Laut Dalam... 51

4.3.1 Jonswap Parameters ... 51

4.3.2 Finith Water Depth ... 51

4.4 Analisa Statistika Gelombang ... 74

4.4.1 Data Angin ... 74

4.5 Peramalan Gelombang Akibat Angin ... 78

4.5.1 Tinggi Gelombang di Laut Dalam ... 80

4.5.2 Periode Ulang Gelombang ... 98

4.5.2.1 Metode Gumbel ... 98

4.5.2.2 Metode Weibull ... 103

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

... 117

5.1 Kesimpulan ... 117

5.2 Saran ... 118

DAFTAR PUSTAKA

... 119

LAMPIRAN

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Definisi dan Batasan Pantai (Triatmodjo, 1999) ... 5

Gambar 2.2 Definisi dan Karakteristik Gelombang di Daerah Pantai (Triatmodjo, 1999) ... 6

Gambar 2.3 Mawar Angin... 9

Gambar 2.4 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Angin di Laut dan di Darat ... 10

Gambar 2.5 Fetch (Triadmodjo, 1999) ... 12

Gambar 2.6 Grafik Peramalan Gelombang (CERC, 1984) ... 19

Gambar 2.7 Pencatatan Gelombang di Suatu Tempat (Triadmodjo, 1999) ... 21

Gambar 2.8 Difraksi Gelombang di Belakang Rintangan (Triatmodjo, 1999) ... 28

Gambar 2.9 Penentuan Tinggi Gelombang Pecah (CERC, 1984) ... 32

Gambar 2.10 Penentuan Kedalaman Gelombang Pecah (CERC, 1984) ... 33

Gambar 2.11 Wave Set Up dan Wave Set Down (Triatmodjo, 1999) ... 34

Gambar 2.12 Muka Air Laut Karena Badai (Triatmodjo, 1999) ... 35

Gambar 2.13 Elevasi Muka Air Laut Rencana Tanpa Tsunami ... 37

Gambar 3.1. Peta Lokasi Pelabuhan Belawan ... 38

Gambar 3.2. Diagram Lengkap Metodologi Penelitian ... 41

Gambar 4.1 Diagram Windrose di Peabuhan Belawan Tahun 2006-2015 ... 47

Gambar 4.2 Panjang Fetch Arah Utara ... 48

Gambar 4.3 Panjang Fetch Arah Timur Laut ... 49

Gambar 4.4 Panjang Fetch Arah Timur ... 49

Gambar 4.5 Wave Rose Tahun 2006-2015 (Jonswap Parameters Cara Pertama) ... 55

(9)

Gambar 4.9 Wave Rose Tahun 2006-2015 (Finith Water Depth Cara Ketiga) ... 69

Gambar 4.11 Diagram Windrose Tahun 2006-2015 ... 78

Gambar 4.12 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Angin di Laut dan di Darat dengan Nilai Kecepatan Angin Maksimum di Darat 20 Knot ... 80

Gambar 4.13 Grafik Bulanan Gelombang Maksimum pada Tahun 2006 ... 84

Gambar 4.18 Grafik Bulanan Gelombang Maksimum pada Tahun 2011 . ... 86

Gambar 4.23 Frekuensi Gelombang Ekstrim di Belawan ... 89

Gambar 4.24 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Angin di Laut dan di Darat dengan Nilai Kecepatan Angin Rata-rata Maksimum 7,3 Knot ... 90

Gambar 4.25 Grafik Bulanan Gelombang Rata-rata pada Tahun 2006 ... 91

(10)

Gambar 4.35 Frekuensi Gelombang Rata-rata di Belawan ... 97

Gambar 4.36 Distribusi Normal ... 110

Gambar 4.37 Distribusi Log Normal ... 111

Gambar 4.38 Distribusi Gumbel ... 112

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Data Persentase Kejadian Angin ... 8

Tabel 2.2 Koefisien Difraksi Gelombang (Triatmodjo,1999) ... 29

Tabel 2.3 Koefisien Reflaksi (Triadmodjo, 1999) ... 30

Tabel 4.1 Kecepatan dan Arah Angin Rata-rata Bulanan Tahun 2006 - 2015 ... 44

Tabel 4.2 Penggolongan Data Kecepatan dan Arah Angin Tahun 2006 - 2015 ... 46

Tabel 4.3 Persentase Data Kecepatan dan Arah Angin Tahun 2006 – 2015 ... 46

Tabel 4.4 Perhitungan Panjang Fetch Efektif ... 50

Tabel 4.5 Perhitungan Tinggi dan Periode Gelombang Tahun 2006 Berdasarkan Fetch ... 53

Tabel 4.6 Jumlah Kejadian Gelombang Tahun 2006 - 2015 ... 54

Tabel 4.7 Persentase Kejadian Gelombang Tahun 2006 - 2015 ... 55

Tabel4.8 Perhitungan Tinggi dan Periode Gelombang Tahun 2006 Berdasarkan Fetch ... 60

Tabel 4.11 Perhitungan Tinggi dan Periode Gelombang Tahun 2006 Berdasarkan Fetch ... 67

Tabel 4.14 Kecepatan dan Arah Angin MaksimumTahun 2006 - 2015 ... 74

Tabel 4.15 Penggolongan Data Kecepatan dan Arah Angin Tahun 2006 - 2015 ... 76

Tabel 4.16 Persentase Kejadian Angin Maksimum Tahun 2006 - 2015... 77

(12)

Tabel 4.18 Perhitungan Gelombang dengan Periode Ulang (Metode Gumbel) ... 99

Tabel 4.19 Gelombang dengan Periode Ulang Tertentu (Metode Gumbel) ... 101

Tabel 4.20 Koefisien untuk Menghitung Standar Deviasi (Triadmodjo, 1999) ... 102

Tabel 4.21 Perhitungan Gelombang dengan Periode Ulang (Metode Weibull) ... 104

Tabel 4.22 Gelombang dengan Periode Ulang Tertentu (Metode Weibull) ... 106

Tabel 4.23 Koefisien untuk Menghitung Standar Deviasi (Triadmodjo, 1999) ... 107

Tabel 4.24 Batas Ambang Ketinggian Gelombang di Belawan ... 108

Tabel 4.25 Analisis Data dengan Ketinggian Ht = 1,5 m ... 109

Tabel 4.26 Prediksi Gelombang dengan Periode Ulang (Distribusi Normal) ... 115

Tabel 4.27 Prediksi Gelombang dengan Periode Ulang (Log Normal) ... 115

Tabel 4.28 Prediksi Gelombang dengan Periode Ulang (Metode Gumbel)... 116

(13)

DAFTAR SIMBOL

a = ampitudo gelombang

d = kedalaman laut (m)

H = tinggi gelombang (m)

H0 = tinggi gelombang laut dalam

K = angka gelombang L = panjang gelombang (m) T = periode gelombang (detik) T0 = periode gelombang laut dalam

U = kecepatan angin

UA = faktor tegangan angin (m/s)

Us = kecepatan angin diukur dengan kapal σ = frekuensi gelombang

Hmo = wave height ( tinggi gelombang signifikan ) adalah tinggi

rerata dari 33% nilai tertinggi gelombang yang terjadi (m)

Tmo = wave period ( periode gelombang ) dalam detik

Feff = efective fetch length ( panjang fetch efektif ) dalam Km

t = waktu (detik)

g = percepatan gravitasi (m/det2)

η = elevasi muka air laut, dari SWL (m) ρ = rapat massa air (t/m3)

θ = potensial kecepatan

Ĥ = tinggi gelombang dengan nilai tertentu (m) A = parameter skala

(14)

B = parameter lokasi

Ĥsm = tinggi gelombang urutan ke m (m)

Hsr = tinggi gelombang signifikan dengan kala ulang Tr

Tr = kala ulang (tahun)

K = panjang data (tahun)

L = rerata jumlah kejadian per tahun

Kr = koefisien refraksi

α = sudut antara garis puncak gelombang dan garis kontur dasar laut di titik yang ditinjau.(o)

α0 = sudut antara puncak gelombang di laut dalam dan garis

pantai

C = kecepatan rambat gelombang (m/d)

C0 = kecepatan rambat gelombang di laut dalam (m/d)

Δh = kenaikan elevasi muka air karena badai (m)

i = kemiringan muka air

c = konstanta (3,5x10-6)

v = kecepatan angin (m/d)

d = kedalaman laut (m) X

i = 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 60 sampai sudut sebesar 420 pada kedua sisi dari