Pemodelan Arus Pasang Surut dan Sedimen Melayang di Muara Sungai Belawan

(1)

DAFTAR PUSTAKA

Daftar Pasang Surut Tidal Tables Kepulauan Indonesia Jakarta, Dinas Hidrografi dan Oseanografi TNI Angkatan Laut 2016.

Fahrurrozie. 2015, Evaluasi Tinggi Tanggul Banjir ROB Muara Sungai Belawan. Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Hanafi, M. Iqbal, 2010, Studi Karakteristik Estuari Sungai Deli, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Hardisty, Jack. 2007, Estuaries Monitoring and Modeling the Physical System, Australia, Blackwell Publishing.

Isma, Faiz. 2010, Studi Karakteristik Muara Sungai Belawan Sumatera Utara, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Kurniawan, Andy. 2013, Kajian Kandungan Ex-Disposal di Muara Sungai Belawan, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Reonald, Syahrial. 2009, Analisis Peruntukan Lahan Daerah Aliran Sungai (DAS) Belawan Kaitannya dengan Perencanaan Tata Ruang, Sekolah Pascasarjana Perencanaan Pembangunan Wilayah dan Pedesaan (PWD), Universitas Sumatera Utara.

(2)

Berdasarkan gambar 2.4b, untuk mengisi volume V1 dan V2 dengan waktu tf melalui penampang A1 an A2. Kecepatan aliran dapat dihitung dengan

persamaan:

……….………(2.16)

….……….…………(2.17)

Persamaan 2.16 dan 2.17 dapat dikembangkan untuk menentukan kecepatan arus pada setiap penampang estuari. Kecepatan tersebut merupakan perpaduan antara kecepatan air yang berasal dari hulu dengan air yang diakibatkan oleh pasang surut. Kecepatan arus yang berasal dari hulu sungai dapat ditentukan dengan persamaan:

……….……..………….(2.18)

dimana

= arus sungai pada titik x (m/det) Q = debit sungai (m3/det)

= lebar estuari dititik x (m) = kedalaman estuari dititik x (m)

(3)

∫

…..…,,,,...…..…(2.19)

dimana

= arus estuari pada penampang x dan waktu t (m/det)

= perbedaaan kedalaman air (water depth) antar titik (m)

secara umum rumus ini dapat didefnisikan sebagai pengurangan antara arus yang diakibatkan oleh pasang surut dan debit sungai.

2.2.4 Temperatur dan Salinitas A. Temperatur

Suhu air di estuari bervariasi terutama pada perairan didekat pantai. Hal ini disebabkan karena estuari memiliki volume air yang kecil dengan luas permukaan yang lebar. Dengan demikian air yang ada pada estuari akan lebih cepat panas dan lebih cepat dingin. Alasan lain mengapa adanya variasi suhu pada estuari adalah karena masuknya air tawar yang berasal dari hulu sungai. Sungai didaerah beriklim sedang memiliki suhu yang lebih rendah dimusim dingin dan lebih tinggi di musim panas dibanding suhu laut didekatnya.

Ketika air tawar masuk kedalam estuari, suhu di estuari akan lebih rendah pada musim dingin dan lebih tinggi pada musim panas daripada perairan disekitarnya. Suhu juga bervariasi secara vertikal, perairan permukaan mempunyai suhu yang lebih besar dibanding perairan dalam. Kenyataan ini juga membuktikan bahwa perairan permukaan lebih didominasi oleh air tawar, sedangkan perairan yang dalam lebih didominasi oleh air laut.

(4)

(5)

1. Kasus musim dingin suhu memanjang (longitudinal temperature winter case)

Pada musim dingin, suhu air laut, Ts oC lebih hangat daripada suhu air

sungai, TR oC, sehingga suhu air berkurang dalam bagian hulu. Persamaan 2.21

dapat digunakan untuk menguraikan distribusi yang ada sebagai kurva Gaussian:

…..……….. (2.22)

dimana

T(x) = suhu estuari pada jarak x meter dari mulut muara (oC)

TS = suhu pada air laut (°C)

TR = suhu pada air sungai (°C)

x = jarak titik dari mulut muara (m)

2. Kasus musim panas suhu memanjang (longitudinal temperature summer case) Pada musim panas suhu air laut umumnya lebih dingin daripada air sungai, sehingga suhu air bertambah pada bagian hilir. Persamaan 2.21 dapat digunakan untuk menguraikan distribusi yang ada sebagai kurva Gaussian.

……..……....…(2.23)

B. Salinitas

Dalam oceanografi salinitas dinyatakan dalam bagian perseribu (parts per thousand, ppt) atau permil (o/oo), sama dengan jumlah gram garam dalam setiap

(6)

bebas (laut bebas) relatif lebih kecil dibanding dengan perairan pantai. Hal ini disebabkan karena perairan pantai lebih banyak memperoleh masukan air tawar dari muara-muara sungai terutama pada waktu musim hujan (Hela dan Laevastu dalam Izma, 2011). Berikut ini akan diberikan klasifikasi estuari berdasarkan struktur salinitasnya yang dibedakan menjadi empat tipe (Pritchard dalam Hardisty, 2007).

1. Estuari sudut asin

Apabila debit air tawar besar dibandingkan dengan debit yang ditimbulkan oleh pasang surut, air tawar dan air asin akan terpisah dengan air tawar yang mengalir menuju laut berada diatas lapisan air asin dan lapisan air asin mengalir dibawah air tawar dengan membentuk sudut. Salinitas dilapisan bawah sama dengan salinitas air laut sedang lapis atas merupakan air tawar. Posisi sudut asin dapat berubah, yang bisa bergerak ke hulu pada saat pasang dan ke hilir pada waktu surut.

2. Estuari tercampur sebagian

Apabila pasang surut lebih besar, pencampuran yang lebih baik terjadi antara air asin dan air tawar. Tingkat pencampuran tergantung pada energi yang ditimbulkan oleh pasang surut. Salinitas bervariasi dalam arah memanjang dan vertikal. Dalam arah memanjang salinitas berkurang dari mulut sungai ke arah hulu, sedang dalam arah vertikal berkurang dari dasar ke permukaan.

3. Estuari dengan stratifikasi lateral

(7)

Distribusi salinitas dalam arah vertikal dapat bervariasi atau tidak tergantung pada kedalaman estuari.

4. Estuari tercampur sempurna

Apabila pasang surut besar dan debit sungai kecil, akan terjadi campuran yang lebih baik lagi. Tidak lagi terjadi bidang batas antara air asin dan air tawar. Distribusi salinitas dalam arah vertikal adalah sama. Variasi salinitas hanya terjadi sepanjang estuari tanpa stratifikasi vertikal dan lateral.

Banyak para ahli (mis, Dyer,1986) menghadirkan analisa rincian mengenai distribusi memanjang keseimbangan kandungan kadar garam dari hilir hingga hulu sungai kedalam sebuah ekspresi sebagai berikut:

……….…………(2.24)

Hal ini menjelaskan bahwa pengaruh kecepatan arus pasut tehadap kadar garam dari hilir (sisi kiri pada persamaan 2.24) yang diseimbangkan dengan difusi hulu sungai (sisi kanan pada persamaan 2.24). Pendekatan ini sudah digunakan oleh West dan Williams (1975) dalam Tay Estuari di Skotlandia. Kadar garam air

laut biasanya berkisar 35 ‰ dengan asumsi air sungai dalam keadaan segar, dengan demikian kadar garam akan berkurang pada bagian hulu. Persamaan 2.25 dapat digunakan untuk menjelaskan variasi kadar garam yang terkandung pada hilir sungai hingga hulu sungai dengan distribusi Gaussian.

(8)

……….(2.25)

dimana

S (x) = salinitas pada jarak x meter dari mulut muara (‰) 2.2.5 Partikel Estuari (Sedimen)

Pada umumnya partikel pada estuari terbagi dalam 3 tipe : a. Partikel sedimen dasar (Bed load)

Bed load merupakan partikel dengan ukuran yang relatif besar dengan sifat

menggelinding didasar saluran. Partikel ini cenderung berada pada aliran yang mempunyai kecepatan yang lambat.

b. Partikel sedimen melayang (Suspended load)

Jika kecepatan aliran semakin cepat gerakan loncatan material akan semakin sering terjadi sehingga apabila material tergerus oleh aliran turbulen kearah permukaan, maka material tersebut akan tetap bergerak (melayang) didalam aliran dalam selang waktu tertentu. Pada kondisi ini umumnya terjadi pada sedimen yang memiliki ukuran butiran yang kecil yaitu lanau (silt) dan lempung (clay).

c. Saltation Load

Pengangkutan ini terjadi pada aliran yang mempunyai kecepatan yang relatif lebih cepat. Hal ini mengakibatkan material menerima gaya dorong dan mengalami loncatan-loncatan. Bahkan tidak bersentuhan dengan dasar saluran. Ukuran material cendrung sangat kecil berbentuk seperti coloid.

A. Zat Padat Tersuspensi (Total Suspended Solid)

(9)

particulate matter (SPM). Lebih dari 90% dari 18 - 24 x 109 ton endapan laut setiap tahunnya, yang berasal dari sungai tertahan di muara (Uncles dkk dalam Hardisty, 2007). Konsentrasi SPM tidak hanya bergantung pada pasang surut dan pencampuran bentuk estuari, tetapi juga variasi antara siklus pasang surut dengan siklus masuknya air sungai ke muara.

Secara umum rata-rata perubahan massa SPM per unit luas pada dasar saluran tergabung melalui kolom air (massa dari sedimen melayang) tergantung pada adveksi, perpaduan, erosi, dan endapan. Proses tersebut dapat dijelaskan dengan persamaan rata-rata kedalaman adveksi–difusi untuk sedimen melayang (McMamus dkk. dan Bass dkk. dalam Hardisty 2007). Sedimen melayang adalah sebuah produk sederhana dari kedalaman dan konsentrasi, hC :

...……….. (2.26)

dimana

C = konsentrasi kedalaman rata-rata (mg/dm3) h = kedalaman (m)

Kx = koefisien difusi horizontal

u= komponen kecepatan

Bentuk pertama pada persamaan bagian kanan adalah adveksi material yang berubah ke dalam bagian tertentu dengan gradien konsentrasi horizontal yang dijelaskan dibawah. bentuk kedua pada sisi kanan menghadirkan difusi horizontal dan secara umum diabaikan karena gradien konsentrasi horizontal

P r

x E D

(10)

dalam hal ini kecil. Dua istilah yang terakhir pada sisi kanan adalah erosi dan endapan dari sedimen.

B. Erosi Partikulat (Erosion of Particulate)

Partikel padat naik dan berpindah ke hilir akibat adanya tekanan fluida yang membuat adanya keseimbangan berat butiran terhadap gaya gravitasi. Tekanan fluida berasal dari gesekan arus. Masalah ini dapat diatasi dengan menentukan nilai dari tegangan cairan yang mengawali gerakan dan kuantifikasi dari profil partikulat dalam kaitannya dengan variabel arus. Penentuan yang paling sederhana untuk tegangan aliran yang dimaksud pada sedimen dikenal dengan hukum tekanan quadratic (Lewis dalam Hardisty, 2007).

……..……….. (2.27) dimana

 _{= tegangan geser air (n/m}2

)

 = densitas air segar (berkisar 1000 kg/m3)

= koefisien hambatan 100 diatas dasar penampang

100

u = kecepatan arus pasang surut 100 cm diatas dasar penampang (m/det)

(11)

Tabel 2.2: Koefisien hambatan (drag coefficients) berdasarkan partikel dasar saluran (Dyer dalam Hardisty, 2007).

Batas pemindahan endapan merupakan nilai kritis pengurangan tekanan pemindahan, secara umum batas ambang tersebut meningkat dengan bertambahnya diameter butiran sedimen yang ada. Data koefisien hambatan seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.2 untuk kondisi kritis dinyatakan sebagai satu fungsi kecepatan arus. Data tersebut dihadirkan dengan:

……… (2.28)

dimana

D = diameter butiran sedimen (mm)

Jenis sedimen CD100

Lanau berpasir 0.0014

Pasir berlanau 0.0024

Lempung 0.0024

Lempung berpasir 0.0030

Pasir kasar 0.0061

Lempung 0.0022

Pasir berkerikil 0.0024

Pasir halus 0.0026

(12)

Gambar 2.6: Grafik kecepatan kritis terhadap diameter butir sedimen

Besarnya erosi partikulat, Ep dibuat proporsional dengan kelebihan

tegangan geser pada dasar saluran (Dyer dan Bass dkk dalam Hardisty 2002).

………. (2.29)

Rumus ini menurut Dyer (1986) sudah digunakan dalam bentuk matematis oleh Odd dan Owen (1972) dan Krone (1976) dengan nilai untuk koefisien erosi, M dalam batasan 0.0005 – 0.015 kg/m2det dengan suhu tinggi. Baru-baru ini, Brenon dan Le Hir (1998) menggunakan M = 0.001 kg/m2det, Uncles dkk (1992) menggunakan M = 0.00003 kg/m2det dan Tattersall dkk (2003) menggunakan M = 0.000035 kg/m2det.

………. (2.30)

        1 cr P M E         

 ₂ 1

(13)

dimana

Ep = erosi partikulat

M = koefisien erosi (berkisar 0.0003 kg/m2det)

um = kecepatan arus pasang surut, maximum flow (m/det)

ucr = arus batas ambang kritis sebesar 0.2 m/det (lanau), 0.4 m/det (pasir halus)

dan 0.6 m/det (pasir sedang).

Secara terpisah, untuk perkiraan pertama kecepatan arus pasut puncak tergantung pada volume hilir dan debit air tawar setiap pembagian luas penampang.

………….(2.31)

dimana

um = kecepatan arus pasang surut, maximum flow (m/det)

Vol. Upstream = jarak antar titik dikali Wx (m3.106) C. Endapan Partikulat (Deposition of Particulate)

Dyer (1986) memberikan suatu nilai kecepatan endapan partikel sedimen dari keseimbangan gaya-gaya partikel sedimen :



_s= 6000 D2 ………..……… (2.32) dimana

s



_{= kecepatan endap partikel (mm/det)}

D = diameter butir sedimen (mm)

(14)

(15)

dimana

cz = konsentrasi partikulat pada ketinggian z dari dasar saluran (gr/cm3)

a = ketinggian referensi (cm)

h = kedalaman air (cm)

B = bilangan Rouse

nilai B dapat dicari dengan rumus :

√ ………..…………(2.35)

dimana

β = konstanta numerik dalam satu kesatuan k = konstanta von Karman (0.41)

CD = koefisien kekasaran (24/Re)

Besarnya endapan pada dasar saluran secara sederhana telah ditulis oleh (Lumborg dalam Hardisty 2007) sebagai berikut :

……… (2.36)

dimana

Sp = parameter suspensi

nilai dari parameter suspensi tergantung dari bentuk profil estuari. Untuk profil estuari tercampur sempurna nilai Sp = 2, profil estuari tercampur sebagian Sp = 4,

dan estuari startifikasi Sp = 8.

(16)

D. Keseimbangan Konsentrasi (Equilibrium Concentrations)

Pada pasang surut rata-rata nilai dari erosi diperkirakan seimbang dengan banyaknya deposisi (pengendapan). Hal ini merupakan sebuah estimasi dari beberapa parameter yang telah dijelaskan sebelumnya. Sebagai contoh pada keseimbangan arus pasang surut, kecepatann direpresentatifkan dengan um m/det,

persamaan 2.30 dan 2.35 harus seimbang mengikuti persamaan berikut.

……….(2.37)

dimana

C max = konsentrasi sedimen maximum (mg/dm3) Cb = konsentarsi sedimen estuari (TSS) (mg/dm3)

Perubahan zat padat tersuspensi yang terjadi sepanjang siklus pasang surut terhadap waktu dapat dirumuskan dengan fungsi kosinus sebagai berikut:

( ) ………(2.38)

dimana

(17)

(18)

Daerah Aliran Sungai Belawan di wilayah Kota Medan seluas 2.807,45 Ha dengan rincian zona lindung 1.571,21 Ha, zona pemanfaatan terbatas seluas 1.392,54 Ha, dengan rincian Kecamatan Medan Helvetia seluas 22,04 Ha (0,01%), Medan Belawan seluas 742,85 Ha (1,855%), Medan Marelan seluas 745,75 Ha (1,86%), Medan Selayang seluas 64,41 ha (0,01%), Medan Sunggal seluas 308,88 Ha (0,76%) dan Medan Tuntungan seluas 923,88 Ha (2,30% )

Sedangkan ketersediaan Kabupaten Deli Serdang pada Daerah Aliran Sungai Belawan seluas 32.025,88 Ha dengan pertimbangan pemanfaatan berdasarkan zona lindung DAS seluas 3.716,46 Ha, zona pemanfaatan terbatas seluas 19.798,65 Ha, dengan rincian Kecamatan Hamparan Perak seluas 6.508,40 Ha (16,22%), Kecamatan Kutalimbaru seluas 9.852,12 Ha (24,55%), Kecamatan Namorambe seluas 5,40 Ha (0,01%), Kecamatan Pancur Batu seluas 6.678,86 Ha (16,64%), Kecamatan Sibolangit seluas 4.210,84 Ha (10,49%) dan Kecamatan Sunggal seluas 4.770,24 ha (11,88% dari total luas DAS) (Syahrial, 2009).

3.1.2 Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan pada hari senin tanggal 15 Agustus 2016 dimulai pada waktu 09.00 wib.

3.2 Pengumpulan Data

(19)

1. Koordinat

Berupa kordinat lokasi penelitian yaitu titik awal (mulut muara) dan titik setiap kelipatan 2 kilometer dari titik awal hingga kadar garam sama dengan 0 2. Bathimetri

Berupa lebar (W) dan kedalaman (D) estuari pada setiap titik penelitian beserta jarak antara muara dengan lokasi titik pengamatan (x).

3. Pasang Surut

Berupa komponen pasang surut seperti AS2 AM2 dan AM4. Untuk

memperoleh komponen tersebut diperlukan pengolahan dari hasil pengamatan pasang surut harian muara Sungai Belawan selama 15 hari tepat pada waktu pelaksanaan penelitian. Pengolahan hasil pengamatan tersebut menggunakan metode admiralty.

4. Arus

Data yang diperlukan berupa debit Sungai Belawan (Q). 5. Temperatur dan Salinitas

Pada temperatur, data yang diperlukan adalah suhu air laut (Ts oC) dan sungai (TR oC), sedangkan pada salinitas data yang diperlukan berupa kadar garam pada air laut dalam satuan ‰.

6. Sedimen

Data yang diperlukan dalam analisa sedimen berupa rata-rata diameter butiran sedimen (D50) dan nilai dari TSS (Total Suspended Load) yang dinyatakan

(20)

3.3 Pelaksanaan Penelitian 3.3.1 Tahap Persiapan

Hal yang perlu dipersiapkan sebelum melakukan penelitian adalah menyediakan alat yang akan digunakan, yaitu:

 Fishfinder 240 Blue

 Global Positioning System (GPS)

 Grab Sampler

 Digital Salt Mater

 Thermometer

 Motor Boat Nelayan

 Botol Pengambil Sampel Air

 Kantong Plastik Ukuran 5 kg 3.3.2 Tahap Eksekusi

Hal pertama yang harus dilakukan adalah menentukan kordinat titik awal pelaksanaan, yaitu mulut muara Sugai Belawan. Lokasi pengukuran dicapai dengan menggunakan motor boat nelayan. Berikut beberapa hal yang harus dilakukan dalam mengumpulkan data.

1. Koordinat

(21)

2. Bathimetri

Kedalaman muara diukur dengan menggunakan alat Fish Finder. Prinsip kerja Fish Finder mengukur kedalaman berdasarkan pulsa getaran suara. Gelombang suara dipancarkan dengan Transducer ke air, dipantulkan kembali oleh permukaan dasar muara dan diterima oleh Transducer. Transducer merupakan salah satu komponen dari Fish Finder yang berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi suara dan sebaliknya. Untuk lebar muara diukur melalui jarak hasil pencitraan Google earth, karena dinilai lebih akurat dan efisien.

3. Pasang Surut

Data pengamatan pasang surut muara Sungai Belawan diperoleh dari PT. Pelindo I. Data yang diambil merupakan hasil pengamatan 15 hari tepat pada waktu survei. Selanjutnya data ini akan dianalisa menggunakan metode admiralty untuk mendapatkan amplitudo komponen pasang surut karena pengaruh matahari (AS2) dan amplitudo komponen pasang surut karena pengaruh bulan (AM2).

4. Arus

Data debit Sungai Belawan diperoleh dari hasil tugas akhir mahasiswa Universitas Sumatera Utara.

5. Temperatur dan Salinitas

Data suhu dan salinitas sungai diukur dengan menggunakan alat Digital Salt Mater.

6. Sedimen

(22)

Untuk mendapatkan data butiran sedimen rata-rata (D70), sampel yang digunakan

adalah sedimen dasar (Bed Load) yang pengambilannya menggunakan alat grab sampler. Selanjutnya sedimen diuji di Laboratorium Mekanika Tanah Departemen

Teknik Sipil USU menggunakan analisa saringan (sieve analysis), bertujuan untuk menentukan distribusi ukuran butir sedimen dari ukuran saringan terbesar (saringan no.10) hingga ukuran sedimen terkecil (saringan no. 200), D50.

Untuk data TSS atau nilai Cb, sampel yang diambil berupa air laut pada

kedalaman 1/3 dari permukaan. Selanjutnya sampel diuji di Laboratorium Penelitian Limbah Departemen Teknik Kimia USU untuk diambil nilai TSS-nya.

Berikut 9 tahapan dalam pelaksanaan survei :

1. Menuju titik awal pengambilan sampel dengan motor boat nelayan.

2. Melakukan pengukuran kordinat titik tersebut dengan GPS dan catat waktu pengambilan.

3. Melakukan pengukuran kedalaman dengan Fish Finder.

4. Melakukan pengambilan sampel sedimen dasar dengan alat grab sampler dan sampel air laut dikedalaman 1/3 dari permukaan.

5. Melakukan pengukuran suhu dan salinitas.

6. Gunakan GPS (tracking mode), jalankan boat sejauh 2 kilometer menuju hulu sungai dan catat kordinat titik kedua.

7. Melakukan pengukuran salinitas.

8. Lakukan tahapan ke-6 dan ke-7 hingga menemukan titik dengan kadar salinitas sama dengan nol.

(23)

Gambar 3.2: Diagram alir metode penelitian Studi Literatur

Pengumpulan Data

Data Primer Data Sekunder

Selesai Mulai

Pengambilan sampel sedimen dan air

- Pengukuran lebar dan kedalaman mulut muara - Pengukuran temperatur dan salinitas Pengolahan Data [Uji Laboratorium] - Data TSS

- Data D50 -

Pengolahan Data [Analisa Admiralty] - Komponen pasang

surut S2dan M2 Data pengamatan

pasang surut

- Debit Sungai

Pengolahan Data

Analisis Data (Pemodelan)

Hasil

(24)

BAB IV

PENGOLAHAN DATA

Data yang diperoleh dari lapangan tidak sepenuhnya dapat digunakan langsung. Beberapa ada yang harus diolah terlebih dahulu baik dengan uji laboratorium ataupun metode pengolahan, untuk selanjutnya digunakan pada tahap analisis data.

4.1 Kordinat

Dari survei lapangan kita memperoleh 10 titik lokasi penelitian dengan jarak antar titik sejauh 2.000 m dan total panjang estuari 18.000 m. Berikut Kordinat dari 10 titik penelitian yang kita ukur menggunakan GPS.

Tabel 4.1: Kordinat titik penelitian

Titik

Kordinat Jarak dari Mulut Muara (m) X (UTM) Y (UTM)

A 453309 412468 18.000

B 455290 413398 16.000

C 457271 414268 14.000

D 459252 415178 12.000

E 461250 416088 10.000

F 463248 416998 8.000

G 465252 417908 6.000

H 467078 418656 4.000

I 468794 419690 2.000

(25)

Selanjutnya kordinat penelitian diubah kedalam kordinat geografi dan di-input kedalam google earth Hingga dihasilkan sebuah peta estuari Sungai

Belawan beserta lokasi penelitian, seperti pada gambar 4.1.

Gambar 4.1: Peta lokasi penelitian

4.2 Bathimetri

(26)

Wx = [27 100 150 195 220 250 300 350 437 500] Wo = 500

L = 18000

X = [18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0]

a = 1 da = 1000;

while (abs(da)>0.0001)

fx = (Wo * exp(-a*X/L))'

df_da = (-Wo * X/L.*exp(-a*X/L))' Y = Wx' - fx

da = df_da \ Y a = a + da

end

x = 0:10:18000; W = Wo * exp(-a*X/L)

plot(X, -Wx, 'o')

Tabel 4.2: Hasil pengukuran kedalaman dan lebar estuari

selanjutnya dari hasil pengukuran dicari nilai koefisien lebar dan kedalaman estuari. Pencarian menggunakan metode regresi non-linear Gauss Newton dengan bantuan software Matlab, berikut script-nya:

1. Koefisien lebar estuari (a)

Titik Lebar (m) Kedalaman (m)

A 27 1.9

B 100 2.7

C 150 3.5

D 195 4.0

E 220 5.6

F 250 6.5

G 300 8.0

H 350 9.6

I 437 10.7

(27)

Dx = [1.9 2.7 3.5 4.0 5.6 6.5 8.0 9.6 10.7 12.0] Do = 12

L = 18000

X = [18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0]

a = 1 da = 1000;

while (abs(da)>0.0001)

fx = (Do * exp(-a*X/L))'

df_da = (-Do * X/L.*exp(-a*X/L))' Y = Dx' - fx

da = df_da \ Y a = a + da

end

x = 0:10:18000; D = Do * exp(-a*X/L)

plot(X, -Dx, 'o')

hold on

plot (X,-D)

xlabel ('jarak dari mulut muara (m)')

ylabel ('lebar (m)')

Dari regresi tersebut diperoleh nilai koefisien lebar muara (a) sebesar 1,4835.

2. Koefisien kedalaman muara (b)

Dari regresi tersebut diperoleh nilai koefisien kedalaman muara (b) sebesar 1,6296

4.3 Pasang Surut

Pengolahan data pasang surut dimaksud untuk mendapatkan nilai komponen amplitudo utama matahari AS2 dan komponen amplitude utama bulan

AM2. Metode yang digunakan adalah metode Admiralty dengan data hasil 15 hari

(28)

Tabel 4.3: Data hasil pengamatan pasang surut 15-30 Agustus 2016 (sumber: dishidros-TNI AL)

Tanggal 16-30 Agustus 2016 dalam Satuan Meter

(29)

0 50 100 150 200 250 300 1 5 -A u g -1 6 1 6 -A u g -1 6 1 7 -A u g -1 6 1 8 -A u g -1 6 1 9 -A u g -1 6 2 0 -A u g -1 6 2 1 -A u g -1 6 2 2 -A u g -1 6 2 3 -A u g -1 6 2 4 -A u g -1 6 2 5 -A u g -1 6 2 6 -A u g -1 6 2 7 -A u g -1 6 2 8 -A u g -1 6 2 9 -A u g -1 6 3 0 -A u g -1 6 3 1 -A u g -1 6 1 -S e p -1 6 T in g g i A ir ( cm ) Waktu (hari)

(30)

[image:30.595.210.432.148.432.2]

Dari pengolahan metode admiralty diperoleh komponen pasang surut: Tabel 4.4: Komponen pasang surut muara Sungai Belawan

dari perhitungan diatas kita memperoleh nilai F < 0.25. oleh karena itu, pasang surut muara Sungai Belawan termasuk kedalam tipe pasut harian ganda (semidiurnal tide) dengan nilai AS2 =33.53 cm dan AM2 =59.79 cm.

4.4Arus

Debit normal Sungai Belawan sebesar 15 m3/det (Isma, 2010).

4.5 Temperatur dan Salinitas

Temperatur pada air laut bekisar pada 28°C dan pada sungai berkisar 31°C dan salinitas air laut bekisar 28 ‰ (Isma, 2010).

Komponen Pasang Surut

Amplitudo Pasang Surut (cm) AM2

59.79 AS2

33.53

AN2 _15.43

AK1 20.06 AO1 3.04 AK2 13.00 AP1 15.00 Bilangan Formzall (F)

F = (AO1+AK1)/(AM2+ AS2)

(31)

4.6 Sedimen

1. Koefisien erosi (M)

Digunakan nilai M ≈ 0.00003 kg/m2det (Uncles dan Tattersall dalam Hardisty, 2007).

2. Parameter suspensi (Sp)

Digunakan nilai Sp = 2 dimana estuari Sungai Belawan termasuk kedalam

estuari dengan profil kedalaman tercampur sempurna (well-mixed profile).

3. Cb/ Total Suspenden Solid (TSS)

Digunakan nilai TSS = 100 mg/dm3 4. Arus batas ambang kritis (ucr)

Nilai ucr bekisar antara 0.1-1 m/det

digunakan nilai D = 0.0001 m (Kurniawan, 2015) = 10.5 x 0.00010.37

= 0.347 m/det 5. Kecepatan endap (s)

Nilai _s berada pada batasan 0.03–3 mm/det

s

 = 6000

= 6000 x (0.1/1000) 2

(32)

BAB V ANALISIS DATA

5.1 Gambaran Umum Analisis Data

Pemodelan yang dihasilkan dalam analisis data merupakan bentuk hubungan komponen estuari dalam sajian MS. Office Excel. Output yang dihasilkan adalah keadaan bathimetri, pasang surut, arus, temperatur, salinitas dan sedimen pada setiap titik penelitian dengan hubungannya terhadap waktu. Tinggi pasang surut yang berbeda setiap jamnya akan mempengaruhi keadaan masing-masing komponen tersebut. Untuk mempermudah proses pembuatannya, maka penyelesaian akan dibagi perkomponen.

5.2 Tahap Persiapan

Sebelum melakukan pehitungan pada pemodelan estuari diperlukan beberapa persiapan yaitu.

5.2.1 Penyajian data kembali

(33)

 L = 18000 m

 Jarak antar titik 2000 m

 Wo = 500 m dengan a = 1.4835

 Do = 12 m dengan b = 1.6296

 AS2 = 33.53 cm

 AM2 = 59.79 cm

 Q = 15 m3/det

 TS = 28oC

 TR = 31oC

 S laut = 28 ‰

 M = 0.00003 kg/m2det

 Sp = 2

 Cb= 100 mg/dm 3

 = 0.35 m/det  _s_{= 0.06 mm/det}

5.2.2 Pembuatan Halaman Kerja

Pada pemodelan ini digunakan Microsoft. Office Excel 2010 . Halaman kerja dibuat untuk mepermudah dalam merencanakan pemodelan, terutama untuk mengetahui data apa saja yang akan di-input dan dicari di pemodelan nanntinya. Berikut perintah pemograman Microsoft Excel dalam membuat halaman kerja.

- Buat 3 sheet pada Ms. Excel, klik insertworksheet (shift + F11).

- Klik kanan > rename, ketik “main model” untuk sheet pertama,

“bathymetry” untuk sheet kedua dan “spring-neaps” untuk sheet ketiga.

Titik A B C D E F G H I J

Jarak ke

(34)

A. Halaman Kerja Spring-neaps

Spring-neaps merupakan halaman kerja yang digunakan untuk mengolah data pasang surut akibat komponen utama matahari dan bulan. Berikut langkah pembuatannya.

- Klik sheet “spring-neaps”. - Ketik cell B2 dengan “Time”. - Ketik cell C2 dengan “S2 m”. - Ketik cell D2 dengan “M2 m”.

- Ketik cell E2 dengan “Total Tide m”.

(35)

B. Halaman Kerja Bathymetry

Bathymetry merupakan halaman kerja yang digunakan untuk mengolah

data yang sifatnya hanya tergantung pada titik tinjauan.. Berikut langkah pembuatannya.

- Klik sheet “bathymetry”

- Ketik “BATHYMETRY MUARA SUNGAI BELAWAN” seperti pada gambar 5.2.

- Ketik cell A2 dengan “River”, selanjutnya ketik cell A3 “='main model'!C14” enter.

- Ketik cell A4 dengan “Sea T”, selanjutnya ketik cell A5 “='main model'!E14” enter.

- Ketik cell A6 dengan “M”, selanjutnya ketik cell A7 “='main model'!C18” enter.

- Ketik cell A8 dengan “Sp”, selanjutnya ketik cell A9 “='main model'!C19” enter.

- Ketik cell A10 dengan “Cb”, selanjutnya ketik cell A11 “='main model'!C20” enter.

- Ketik cell A12 dengan “Ucr”, selanjutnya ketik cell A13 “='main model'!C22” enter.

- Ketik cell A14 dengan “Ws”, selanjutnya ketik cell A15 “='main model'!C24” enter.

- Ketik cell A16 dengan “Tide”, selanjutnya ketik cell A17 “=2*('main model'!D4+'main model'!D6)” enter.

- Ketik cell A21 dengan “a” dan cell A23 dengan “b”.

- Ketik cell C28 dengan “A”, cell E31 dengan “B” dan seterusnya. Sesuaikan dengan banyaknya titik penelitian.

- Ketik cell A29 dengan “Kms from mouth”. - Ketik cell A30 dengan “Width m” .

- Ketik cell A31 dengan “Depth m”.

- Ketik cell A32 dengan “Cross section m2”. - Ketik cell A33 dengan “Vol Upstream m3 x 106”. - Ketik cell A35 dengan “Gaussian”.

- Ketik cell A36 dengan “Reverse Gaussian”. - Ketik cell A37 dengan “Temperature oC”. - Ketik cell A38 dengan “Salinity o/oo” .

- Ketik cell A39 dengan “Maximum Flow m s-1”.

- Ketik cell B40 dengan “Time / Distance, selanjutnya B41 dengan “0”, B42

(36)

[image:36.842.155.706.74.448.2]

(37)

C. Halaman Kerja Main Model

Main model merupakan halaman kerja utama yang digunakan dalam memaparkan seluruh hasil pemodelan. Berbeda dengan bathymetry, pada main model seluruh data tidak hanya terintegrasi dengan titik namun juga terhadap waktu. Berikut langkah pembuatannya.

- Klik sheet “main model”

- Ketik “KARAKTERISTIK ESTUARI SUNGAI BELAWAN” dan input gambar sket penentuan titik kordinat, lakukan seperti pada gambar 5.3. - Ketik B3 dengan “CONTROL PANEL”, menandakan bahwa bagian ini

merupakan papan kontrol pemodelan.

- Ketik cell B4 dengan “S2m”, selanjutnya ketik cell D4 “=E4/1000” enter. Klik Developer > insert control, pilih spin buttom (form control) . Klik kanan spin buttom > format control, kemudian ketik curren value = 0, minimum value = 0, maximum value = 1000 dan dan cell link = E4. - Ketik cell B6 dengan “M2m”, selanjutnya ketik cell D6 “=E6/1000” enter.

Klik Developer > insert control, pilih spin buttom (form control) . Klik kanan spin buttom > format control, kemudian ketik curren value = 0, minimum value = 0, maximum value = 1000 dan dan cell link = E6. - Ketik cell B6 dengan “M4 m”, selanjutnya ketik cell D8 dengan “Depth

m” dan D9 dengan “Width m” .

- Ketik cell B10 dengan “START STATION”, selanjutnya ketik cell D10

“=E10/10” enter. Klik Developer > insert control, pilih spin buttom (form control) . . Klik kanan spin buttom > format control, kemudian ketik curren value = 0, minimum value = 0, maximum value = 180 dan cell link = E10.

- Ketik cell B12 dengan “fresh water input” dan cell F12 dengan “cumecs”

- Klik Developer > insert control, pilih spin buttom (form control) ..….. Klik kanan spin buttom > format control, kemudian ketik curren value =

0, minimum value = 0, maximum value = 100 dan cell link = D12. - Ketik cell B13 “flow at station” dan cell F13 dengan “m s-1”.

- Ketik cell B14 dengan “TempoC”. Klik Developer > insert control, pilih spin buttom (form control) . . . Klik kanan spin buttom > format control, kemudian ketik curren value = 0, minimum value = 0, maximum value = 100 dan cell link = C14.

(38)

- Ketik cell B17 dengan “PARTICULATES” menandakan bahwa bagian ini merupakan papan kontrol pemodelan sedimen.

- Ketik cell B18 dengan “M” dan cell D18 “kg m-2 s-1”. - Ketik cell B19 dengan “Sp” dan cell D19 “mm s-1”.

- Ketik cell B20 dengan “Cb” dan cell C21 “mg dm3”. Klik Developer > insert control, pilih spin buttom (form control) . . . Klik kanan spin buttom > format control, kemudian ketik curren value = 0, minimum value = 0, maximum value = 100 dan cell link = C20.

- Ketik cell B22 dengan “Ucr” dan cell C23 dengan “m s-1“. Klik Developer > insert control, pilih spin buttom (form control) . . . Klik kanan spin buttom > format control, kemudian ketik curren value = 0, minimum value = 0, maximum value = 100 dan cell link = C22.

- Ketik cell B24 dengan “Ws” dan cell C25 dengan “mm s-1“. Klik

Developer > insert control, pilih spin buttom (form control) . . . Klik kanan spin buttom > format control, kemudian ketik curren value = 0, minimum value = 0, maximum value = 100 dan cell link = C24.

- Ketik cell A31 dengan “Time after mid-tide hrs”

- Ketik cell D31 dengan “0”, cell E31 dengan “1” dan seterusnya hingga cell R31. Baris ini merupakan rentang waktu (jam) yang digunakan dalam pemodelan. Catt: rentang waktu bisa sampai 24 jam, disesuaikan dengan kebutuhan penelitian.

- Ketik cell A32 dengan “Lunar quarter diurnal m”. - Ketik cell A33 dengan “Water Depth m” .

- Ketik cell A34 dengan “Tidal current m s-1” . - Ketik cell A35 dengan “Total current m s-1”. - Ketik cell A36 dengan “Displacement km”. - Ketik cell A37 dengan “Temperature oC”. - Ketik cell A38 dengan “Salinity o/oo” .

- Ketik cell A39 dengan “SPM Conc mg dm-3”. - Ketik cell S33 dengan “At this section”.

- Ketik cell R34 dengan “Cross section”dan cell U34 dengan “m2”.

- Ketik cell R35 dengan “Upstr vol /m tide” dan cell U35 dengan “m3 x 106”.

Cara memunculkan Main tabs Developer pada Ms. Excel 2010. - Klik File tab > Options

- Klik Customize Ribbon pada sisi sebalah kiri

- Pada Choose Command from:, pilih Popular commands

(39)

[image:39.842.107.757.72.424.2]

(40)

5.3 Pemodelan

Seperti pembahasan sebelumnya, Pemodelan akan dilakukan pada komponen-komponen penyusun estuari, yaitu bathimetri, pasang surut, arus, temperature, salinitas dan sedimen.

5.3.1 Bathimetri.

Pemodelan bathimetri mencakup 3 perhitungan. Pertama, perhitungan lebar (width) kedua, kedalaman (depth) dan ketiga, luas penampang (cross section). Sebelum melakukan perhitungan dilakukan input data. Berikut langkah-langkahnya.

Input data

- Masukkan nilai a (koefisien lebar), ketik cell A22 dengan “1.6296”. - Masukkan nilai b (koefisien kedalaman), ketik cell A23 dengan ”1.4835”. - Masukkan nilai “Km from mouth” (jarak titik dari mulut muara), ketik cell

C29 dengan “18”, cell D30 dengan “16” dan seterusnya.

Halaman kerja Bathymetry 1. Width

Untuk menghitung lebar estuari setiap titik tinjauan (Wx) digunakan persamaan eksponensial sebagai berikut.

dimana Wo = 500 m dan a = 1.62296 1. Titik A dimana x = 18 km

- Ketik cell C30 ”=500*2.7^-$A$22*(C29*1000/18000)” enter. Wx 500 x 2.7-1.6296 (18 x 1000/18000)

(41)

2. Titik B dimana x = 16 km

- Ketik cell D30 ”=500*2.7^-$A$22*(D29*1000/18000)” enter. Wx 500 x 2.7-1.6296 (18 x 1000/18000)

= 118.6 m

dan seterusnya hingga titik J.

- Drag cell C30 dan D30 hingga cell L30 dan akan terlihat hasil seperti pada gambar 5.4.

2. Depth

Untuk menghitung kedalaman estuari setiap titik tinjauan (Dx) digunakan persamaan eksponensial sebagai berikut.

dimana Do = 12 m dan b = 1.4835 1. Titik A dimana x = 18 km

- Ketik cell C31 ”=12*2.7^-$A$24*(C29*1000/18000)” enter. Dx x 2.7-1.4835 (18 x 1000/18000)

= 2.7 m

2. Titik B dimana x = 16 km

- Ketik cell D31 ”=12*2.7^-$A$24*(D29*1000/18000)” enter. Dx x 2.7-1.4835 (16 x 1000/18000)

= 3.2 m dst.

(42)

3. Cross Section

Cross section merupakan perkalian antara nilai lebar (Wx) dan kedalaman

(Dx). Dengan persamaan sebagai berkut.

Ax = Wx . Dx

1. Titik A dimana x = 18 km , Wx = 99.1 m dan Dx = 2.7 m

- Ketik cell C32 ”=C30*C31” enter. Ax = 99.1 x 27

= 272 m

2. Titk B dimana x = 16 km Wx = 118.6 m dan Dx = 3.2 m

- Ketik cell D32 ”=D30*D31” enter. Ax = 118.6 x 3.2

= 384 m

[image:42.595.114.518.130.475.2]

(43)

[image:43.842.105.736.85.454.2]

(44)

“

5.3.2 Pasang Surut

Pemodelan pasang surut mencakup 6 tahapan, yakni S2 m, M2 m, Total tide,

M4 m, Lunar Quarter-diurnal dan Water Depth. Dimana pada masing masing

tahapan terdapat perhitungan ketinggian air akibat komponen utama matahari perjamnya (hS2(t)), ketinggian air akibat komponen utama bulan (hM2(t)),

ketinggian air total akibat komponen utama matahari dan bulan (h(t)), amplitudo komponen pempangkit pasut (AM4), ketinggian air akibat komponen utama utama

pembangkit pasut (hM4(t)) dan kedalaman air total (h(t)). Sebelum melakukan

perhitungan dilakukan input data sebagai berikut. Input data :

- Klik sheet “spring-neaps”.

- Ketik cell B3 dengan “0” dan B4 dengan “1”, kemudian drag cell B3 dan B4 hingga cell B339. Catt: kolom ini merupakan representatif dari banyaknya waktu (jam) dalam 15 hari pengamatan pasang surut.

- Klik sheet “bathymetry”.

- Ketik cell C27 dengan “0” dan D27 dengan “2”, kemudian drag cell C27 dan D27 hingga cell L27. Catt: baris ini merupakan jarak masing-masing titik yang diukur dari hulu sungai.

- Masukkan nilai S2 (Amplitudo komponen utama matahari), klik form

control hingga nilai 0.335.

- Masukkan nilai M2 (Amplitudo komponen utama bulan), klik form

control hingga nilai 0.597. - Ketik cell E8

“=LOOKUP(D10,bathymetry!C27:L27,bathymetry!C31:L31)” enter. - Ketik cell E9

“=LOOKUP(D10,bathymetry!C27:L27,bathymetry!C30:L30)” enter. - Ketik cell B11

(45)

Halaman kerja Spring-neaps 1. S2 m

Untuk menghitung ketinggian air akibat ketinggian air total akibat komponen utama matahari dan bulan (h(t)), maka terlebih dahulu dihitung nilai ketinggian air akibat komponen utama matahari perjamnya (hS2(t)) sebagai

berikut.

hS2(t) = AS2 sin

dimana AS2 = 0.335 m, dan TS2 = 12 jam

1. t = 0 jam

- Ketik cell C3 “='main model'!$D$4*SIN(2*PI()*B3/12)” enter. hS2(0) = 0.335 sin (2 x 22/7 x 0/12)

= 0.0 m 2. t = 1 jam

- Ketik cell C4 “='main model'!$D$4*SIN(2*PI()*B4/12)” enter. hS2(1) = 0.335 sin (2 x 22/7 x 1/12)

= 0.1675 ~ 0.2 m dan seterusnya hingga t = 336 jam.

- Drag cell C3 dan C4 hingga cell C339 dan akan terlihat hasil seperti pada gambar 5.5

2. M2 m

(46)

dimana AM2 = 0.597 m, dan TM2 = 12.42 jam

1. t = 0 jam

- Ketik cell D3 “='main model'!$D$6*SIN(2*PI()*B3/12.42) enter. hM2(0) = 0.597 sin(2 x 22/7 x 0/12.42)

= 0.0 m 2. t = 1 jam

- Ketik cell D4 “='main model'!$D$4*SIN(2*PI()*B4/12)” enter. hM2 (1) = 0.597 sin(2 x 22/7 x 1/12.42)

= 0.2893 ~ 0.3 m dan seterusnya hingga t = 336 jam.

- Drag cell D3 dan D4 hingga cell D339 dan akan terlihat hasil seperti pada gambar 5.5.

3. Total Tide

ketinggian air total akibat komponen utama matahari dan bulan (h(t)) merupakan penjumlahan antara ketinggian air akibat komponen utama matahari perjamnya (hS2(t)), ketingian air akibat komponen utama bulan perjamnya (hM2(t))

dan datum acuan (DT). Seperti pada persamaan berikut. h(t) = hS2(t) + hM2(t) + DT

dimana DT = 1.5 m

1. t = 0 jam dimana hS2(t) = 0.0 m dan hM2(t) = 0.0 m

- Ketik cell E3 “=C3+D3+1.5” enter. h(0) = 0.0 + 0.0 +1.5

= 1.5 m

(47)

- Ketik cell E4 “=C4+D4+1.5” enter. h(1) = 0.1675 + 0.2893 +1.5

= 1.9568 ~1.96 m

dan seterusnya hingga t = 336 jam.

- Drag cell E3 dan E4 hingga cell E339 dan akan terlihat hasil seperti pada gambar 5.5.

Halaman kerja Main Model 4. M4 m

Untuk menghitung nilai ketinggian air akibat komponen utama pembangkit pasut (hM4(t)), maka terlebih dahulu dihitung nilai amplitudo

komponen pempangkit pasut (AM4) sebagai berikut.

_√

dimana A

M2

= 0.597 m, T

M4 = 6.21 jam dan g = 9.81 m/det2

1. Titik A dimana x = 18 – 0 = 18 km dan h = 2.7 m - Ketik cell C8

“=(3*1000*(18-D10)*D6*D6)/(4*E8*6.21*3600*((9.81*E8)^0.5)” enter. 3 x 1000 x 18 x 0.5972 / 4 x 2.7 x 6.21x 3600 x (9.81 x 2.7)0.5

0.0151 m dan seterusnya hingga titik J.

- Klik form control pada “start station”, maka nilai dari AM4 akan muncul

(48)

5. Lunar Quarter-diurnal

Untuk menghitung nilai kedalaman air total (h(t)), maka terlebih dahulu dihitung nilai ketinggian air akibat komponen utama pembangkit pasut (hM4(t))

sebagai berikut.

hM4(t) = AM4sin(2πt/TM4)

dimana dan TM4 = 6.21 jam

1. Titik A dimana AM4 = 0.0151 m dan t = 0 jam

- Ketik cell D32 “=$C$8*SIN(2*PI()*D31/6.21)”enter. hM4(t) = 0.0151 x sin(2 x 22/7 x 0 / 6.21)

= 0.000 m

dan seterusnya hingga titik J, t = 14 jam.

- Drag cell D32 hingga cell R32, maka akan muncul nilai hM4 pada titik A

untuk setiap jamnya. Seperti pada gambar 5.6.

- Klik form control pada “start station”, untuk melihat nilai dari hM4 sesuai dengan titik yang dinginkan

6. Water Depth

Ketinggian air total (h(t) merupakan penjumlahan antara ketinggian air akibat komponen utama matahari perjamnya (hS2(t)), ketingian air akibat

komponen utama bulan perjamnya (hM2(t)), ketinggian air akibat komponen utama

utama pembangkit pasut (hM4(t) dan Dx (DT) sebagai berikut.

h(t) = hS2(t) + hM2(t) +hM4(t) + DT DT = Dx

1. Titik A dimana t = 0 jam, hS2 = 0.0, hM2 = 0.0, hM4 = 0.0000 DT = 2.7 m

(49)

h(0) = 0.0 + 0.0 + 0.0000 + 2.7 = 2.7 m

- Drag cell D33 hingga cell R33, maka akan muncul nilai h pada titik untuk setiap jamnya. Seperti pada gambar 5.6.

(50)

[image:50.842.81.762.77.445.2]

(51)

“ 5.3.3 Arus

Arus estuari merupakan pengurangan antara arus pasang surut dan sungai

persatuan jarak dan waktu [

∫

].

Pemodelan

arus mencakup 4 tahapan, yaitu perhitungan Vol. upstream, Flow at station (U(x)),

Tidal Current (u(x,t)) dan Total Current (U(x,t)). Sebelum melakukan perhitungan

dilakukan input data sebagai berikut. Input data :

- Klik sheet “main model”.

- Masukkan nilai “fresh water input” (debit sungai) pada cell D10, klik form control hingga nilai 15 cumecs.

- Ketik cell T34

“=LOOKUP(D10,bathymetry!C27:L27,bathymetry!C32:L32)” enter. - Ketik cell T35

“=LOOKUP($D$10,bathymetry!C27:L27,bathymetry!C33:L33)” enter.

Halaman kerja Bathymetry 1. Vol. Upstream

Untuk menghitung nilai tidal current (u(x,t)), maka terlebih dahulu dihitung

nilai Vol. upstream sebagai berikut. Vol. Upstream = Wx . xantar titik

1. Titik A dimana Wx = 99.1 m dan xantar titik = 2000 m

- Ketik cell C33 “=2000*C30/1000000” enter. Vol. Upstream = 99.1 x 2000 / 1000000

(52)

Main model (sheet 1)

2. Flow at station

Untuk menghitung nilai total current (U(x,t)), maka terlebih dahulu

dihitung nilai flow at station (U(x)) sebagai berikut.

U(x)

=

dimana Q = 15 m

3

/det

1. Titik A (start station = 0.0) dimana Wx = 99.1 m dan Dx = 2.7 m - Ketik cell D13 “=D12/T34” enter.

U(0) = 15 / (99.1 x 2.7) = 0.055 m/det dan seterusnya hingga titik J, t = 13 jam.

- Klik form control pada start station, untuk melihat nilai “flow at station” pada titik yang dinginkan

3. Tidal Current

Untuk menghitung nilai total current (U(x,t)), maka terlebih dahulu

dihitung nilai tidal current (u(x,t)) sebagai berikut.

∫

-

1. Titik A (start station = 0.0)

dimana Wx = 99.1 m, Dx = 2.7 m dan = h(1) - h(0) = 3.2 – 2.7 = 0.5 m

- Ketik cell D34 “=$T$35*1000000*(E33-D33)/($T$34*3600)” enter. t = 0 jam, U (18,0) = 0.2 x 1000000 x (3.2-2.7) / 272 x 3600

= 0.095 m/det

(53)

- Drag cell D34 hingga cell Q34, maka akan muncul nilai “tidal current” pada titik A untuk setiap jamnya. Seperti pada gambar 5.8

- Klik form control pada “start station”, untuk melihat nilai “tidal current” sesuai dengan titik yang dinginkan per jamnya.

4. Total Current

Total current (U(x,t)) merupakan pengurangan antara tidal current (u(x,t))

dan flow at station (U(x)) sebagai berikut.

1. Titik A ( start station = 0.0) dimana x = 18 km dan t = 0 jam - Ketik cell D35 “=D34-$D$13” enter.

U (18,0) = 0.095-0.055 = 0.04 m/det

- Drag cell D35 hingga cell Q35, maka akan muncul nilai “total current” pada titik A untuk setiap jamnya. Seperti pada gambar 5.8

(54)

(55)

[image:55.842.81.760.69.433.2]

(56)

“ 5.3.4 Temperatur dan Salinitas

Pemodelan temperatur dan salinitas terbagi dalam 7 tahapan, yaitu Gaussian (C(x)), Reverse Gaussian (C(x)), Temperature (T(x)), Salinity (S(x)), Displacement, Temperature main model dan Salinity main model. Pada halaman

kerja bathymetry perhitungan temperatur dan salinitas hanya sebatas perhitungan perjarak dari muara (berdasarkan titik), sedangkan pada halaman kerja main model temperatur dan salinitas akan dihitung berdasarkan titik acuan dan waktu

yang diinginkan. Perhitungan ini dilihat dari seberapa jauh perpindahan (displacement) molekul air pada titik tersebut. Sebelum melakukan perhitungan dilakukan input data sebagai berikut.

Input data

- Masukkan nilai temperatur sungai dan laut pada cell C14 dan E14. Pada cell C14, klik form control hingga nilai 31oC dan pada cell E14, klik form control hingga nilai 28oC.

Halaman kerja Bathymetry 1. Gaussian

Untuk menghitung nilai Temperature (T(x)) dan Salinity (S(x)), maka terlebih dahulu dihitung nilai Gaussian (C(x)), sebagai berikut.

dimana 1. Titik A, x = 18 km

(57)

- Drag cell C35 hingga cell L35, maka akan muncul nilai distribusi

“Gaussian” pada setiap titik seperti pada gambar 5.9.

2. Reverse Gaussian

Untuk menghitung nilai Temperature (T(x)), maka terlebih dahulu dihitung nilai Reverse Gaussian (C(x)), sebagai berikut.

dimana

1. Titik A dimana x = 0 km

- Ketik cell C36”=2.7^((-C27*C27)/(2*4*4))” enter. C(18) = 2.7 x (-(02/ 2 x 42))

= 1.00

- Drag cell C36 hingga cell L36, maka akan muncul nilai “Reverse

Gaussian” pada setiap titik seperti pada gambar 5.9.

3. Temperature

Untuk menghitung nilai Temperature main model, maka terlebih dahulu dihitung nilai Temperature (T(x)) sebagai berikut.

[

]

untuk nilai TS > TR

[ ]

untuk nilai TR > TS

(58)

1. Titik A

- Ketik cell C37 “ =IF($A$5<$A$3,$A$3+($A$5-$A$3)*C35,$A$5+($A$3-$A$5)*C36)” enter.

T(0) = (31- 28) x 1.00 + 28 = 31 oC

- Drag cell C37 hingga cell L37, maka akan muncul nilai “temperature” pada setiap titik seperti pada gambar 5.9.

4. Salinity

Untuk menghitung nilai Salinity main model, maka terlebih dahulu dihitung nilai Salinity (S(x)) sebagai berikut.

dimana kadar garam air laut = 28 ‰ 1. Titik A

- Ketik cell C38 “=28*C35” enter. T(18) = 28 x 0.0000428

= 0.0012 ~ 0.00 oC dan seterusnya hingga titik J.

- Drag cell C38 hingga cell L38, maka akan muncul nilai “salinity” pada setiap titik seperti pada gambar 5.9.

Halaman kerja Main model 5. Displacement

Displacement merupakan perpindahan molekul air yang disebabkan oleh

(59)

Displacement (titik,t) = Displacement (titik,(t-1)) + (U(x,t) . 3600/ 1000)

1. Titik A pada t = 0 jam dimana U(x,t) = 0.04 m/det

- Ketik cell D36 “=C36+(3600*D35)/1000” enter. Displacement (A,0) = 0 + (0.04 x 3600/ 1000)

= 0.144 km

dan seterusnya hingga titik J dan t =14 jam

- Drag cell D36 hingga cell Q36, maka akan muncul nilai “displacement” pada setiap titik per jamnya seperti pada gambar 5.10.

6. Temperature main model

Temperature main model merupakan nilai dari temperature yang disesuaikan dengan Displacement. Berikut fungsinya didalam Ms. Excel.

- Ketik cell D37

“=LOOKUP($D$10+D36,bathymetry!$C$27:$L$27,bathymetry!$C$37:$ L$37)” enter.

- Drag cell D37 hingga cell Q37, maka akan muncul nilai “temperature” pada setiap titik per jamnya seperti pada gambar 5.10.

7. Salinity main model

Salinity main model merupakan nilai dari salinity yang disesuaikan dengan

Displacement. Berikut fungsinya didalam Ms. Excel.

- Ketik cell D38

“=LOOKUP($D$10+D36,bathymetry!$C$27:$L$27,bathymetry!$C$38: $L$38) “enter.

(60)

(61)

[image:61.842.81.758.87.453.2]

(62)

“ 5.3.5 Sedimen

Pemodelan sedimen terbagi dalam 3 tahapan, yaitu arus maksimum (Maximum flow (um)), Kadar sedimen maksimum (C max), Kadar sedimen

maksimum pertitik setiap jamnya (C(t)) dan SPM Conc. Seperti pemodelan sebelumnya, Pada halaman kerja bathymetry perhitungan kadar sedimen hanya sebatas perhitungan perjarak dari muara (berdasarkan titik), sedangkan pada halaman main model kadar sedimen akan dihitung berdasarkan titik acuan dan waktu yang diinginkan. Perhitungan ini dilihat dari seberapa jauh perpindahan (displacement) molekul air pada titik tersebut. Sebelum melakukan perhitungan dilakukan input data sebagai berikut.

Input data

- Masukkan nilai Tide, ketik cell A17 “=2*('main model'!D4+'main model'!D6)” enter.

- Ketik cell C40 dengan “0” dan D40 dengan “2” dan drag cell C40 dan D40 hingga cell L40.

- Masukkan nilai M (koefisien erosi), ketik cell C18 dengan “0.00003”. - Masukkan nilai Sp (koefisien estuari), ketik cell C19 dengan “2”.

- Masukkan nilai Cb (TSS) pada cell C20, ketik form control hingga nilai 100 mg dm-3.

- Masukkan nilai Ucr pada cell C22, klik form control hingga nilai 0.35 ms-1 .

- Masukkan nilai _s (kecepatan endap) pada cell C24, klik form control hingga nilai 0.06 mm s-1.

Halaman kerja Bathymetry 1. Maximum flow

(63)

C

dimana AM2 = 0.597 m dan AS2 = 0.336

1. Titik A dimana Wx = 99.1 m dan Dx = 2.7 m

-

Ketik cell C39 “=0.15*$A$17*1000000*C33/(3600*C$30*C$31)”

= (0.15 x 2(0.597+0.336) x 0.2) / (3600 x 99.1 x 2.7)

= 0.056 m/det

- Drag cell C39 hingga cell L39, maka akan muncul nilai “maximum flow” pada setiap titik seperti pada gambar 5.11

2. C maximum

Untuk menghitung nilai kadar sedimen setiap titik perjamnya (C (t)), maka terlebih dahulu dihitung nilai kadar sedimen maksimum pertitik (um) sebagai

berikut.

dimana M = 0.00003 kgm-2s-1, Sp = 2, Cb = 100 mg'/dm3, Ucr = 0.08 m/det dan

s

 = 0.815 mm/det

1. Titik A dimana um = 0.056

- Ketik cell C41 “=1000*$A$7*(((C$39^2)/($A$13^2))1)/($A$9*0.001*

$A$15)+$A$11” enter.

Cmax = (1000 x 0.00003 / (2 x 0.001 x 0.815) ) x( ( 0.0562/ 0.082) – 1) + 100

= 90.77 mg/dm3 dan seterusnya hingga titik J.

(64)

C

3. C (t)

Nilai kadar sedimen setiap titik perjamnya (C(t)) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut.

( )

1. Titik A dimana t = 1 jam (0 jam digunakan pada C max)

- Ketik cell C42 “=(0.5*(C$41-$A$11))*(1+COS(2*PI()*$B42/6.21)) +$A$11” enter.

C(0) = ((90.77-100)/2) (1+ cos (2 x 22 /7 x 1 /6.21)) + 100 = 92.94 mg/dm3

- Drag cell C42 hingga cell L53, maka akan muncul nilai “C (t)” setiap titik perjamnya seperti pada gambar 5.11.

Halaman kerja Main model 4. SPM Conc.

SPM Conc. merupakan nilai kadar sedimen setiap titik perjamnya (C(t)) yang disesuaikan dengan halaman kerja main model. Berikut fungsinya didalam Ms. Excel.

- Ketik cell D39

“=HLOOKUP($D$10+D36+2,bathymetry!$C$40:$L$53,D31+2)” enter. - Drag cell D39 hingga cell Q39, maka akan muncul nilai “SPM Conc”

(65)

[image:65.842.66.777.73.461.2]

(66)

[image:66.842.65.782.73.456.2]

(67)

C

5.4 Grafik

Pada pemodelan ini, grafik ditunjukkan didalam halaman kerja bathymetry dan main model.

5.4.1 Halaman Kerja Bathymetry

A. Grafik Width, Depth, Cross section, Temperature, Salinity dan SPM (C Max.)

Grafik pada halaman kerja bathymetry merupakan grafik perbedaan kedalaman, cross section, temperatur, salinitas dan C max pada masing-masing titik. Seperti yang ditunjukan pada gambar 5.13. berikut merupakan langkah-langkah dalam pembuatannya.

- Klik cell C28:L28. Tekan dan tahan Ctrl, klik cell C30:L32. Tekan dan tahan Ctrl, klik cell C41:L41.

- Klik Insert -> Chart -> Line -> pilih grafik tipe line - Format axis (sumbu y)

- Klik fixed, ketik minimum = 0.1, maximum = 10000, major unit = 10, minor unit = 10.

- Klik logarithmic scale

- Klik number, ketik decimal place = 0 - Klik close

- Klik kanan grafik, pilih select data

- Klik series 1 edit “Width”, klik series 2 edit “Depth”, klik series 3 edit

“Cross Section”, klik series 4 edit “Temperature”, klik series 5 edit “Salinity”

[image:67.595.131.516.354.600.2]

(68)

(69)

C

5.4.2 Halaman kerja Main Model

Pada halaman kerja main model semua grafik akan terhubungkan dengan setiap data pemodelan. Form control pada Start station dijadikan sebagai pengatur untuk melihat grafik untuk setiap titik peninjauan.

[image:69.595.114.518.329.618.2]

A. Grafik Spring-neaps

Grafik spring-neaps merupakan kurva yang menunjukkan perbedaan ketinggian air pasang surut akibat komponen utama matahari dan bulan dalam setiap jam. Seperti yang ditunjukan pada gambar 5.14. Berikut merupakan langkah-langkah dalam pembuatannya.

- Klik sheet “spring neaps”. - Klik cell E3:E339.

- Klik Insert -> Chart -> Line -> pilih grafik tipe line - Format axis (sumbu x)

- Ketik interval between tick marks = 24 - Klik specify interval unit, ketik 24. - Klik close.

- Pindahkan garfik ke sheet “main model”.

Gambar 5.14: Kurva pasang surut akibat komponen utama matahari dan bulan

B. Grafik Lunar Quarter Diurnal, Total Current dan Water Depth

(70)

C

grafik ditunjukkan pada gambar 5.15 dengan titik A sebagai contoh. Berikut langkah pembuatannya.

- Klik cell D32:Q33. Tekan dan tahan Ctrl, klik cell D35:Q35. - Klik Insert -> Chart -> Line -> pilih grafik tipe line

- Format axis (sumbu x)

- Pada position axis, klik between tick mark - Klik close

- Format axis (sumbu y)

- Klik fixed , ketik major unit = 0.5 - Klik number, ketik decimal place = 1 - Klik close

- Klik kanan grafik, pilih select data

- Klik series 1 edit “Water Depth”, klik series 2 edit “Tidal Current”, klik

series 3 edit “Lunar Q. Diurnal”, klik series 4 edit “Temperature”.

- Klik ok.

[image:70.595.117.517.325.611.2]

(71)

(72)

5.5 Hasil Pemodelan

Pada halaman kerja bathymetry, dilampirkan perbedaan komponen estuari pada masing-masing titik, disertai dengan grafik dari setiap komponen tersebut. Namun inti dan hasil dari semua perhitungan terdapat didalam halaman kerja main model. Didalamnya semua komponen estuari pada setiap titik dan jam akan

dilampirkan baik dalam bentuk hasil perhitungan maupun grafik data.

(73)

[image:73.842.77.774.72.447.2]

(74)

(75)

Lokasi titik B:

[image:75.842.100.734.107.448.2]

(76)

[image:76.842.92.748.102.452.2]

Lokasi titik C:

(77)

[image:77.842.101.748.102.450.2]

Lokasi titik D:

(78)

Lokasi titik E:

(79)

[image:79.842.100.741.109.453.2]

Lokasi titik F:

(80)

[image:80.842.94.753.98.458.2]

Lokasi titik G:

(81)

[image:81.842.95.750.97.450.2]

Lokasi titik H:

(82)

[image:82.842.94.750.97.453.2]

Lokasi titik I:

(83)

(84)

(85)

[image:85.595.114.538.111.275.2] [image:85.595.113.538.314.478.2]

Tabel 5.4: Nilai komponen estuari titik D

Tabel 5.5: Nilai komponen estuari titik E

Tabel 5.6: Nilai komponen estuari titik F Lebar (m) Kedalaman (m)

Waktu (Jam) Bathimetri Kedalaman Air Total (m) Arus (m/det) Temperatur (°C) Salinitas (‰) Sedimen (mg/dm³)

170 4.5

0 4.5 0.158 28.98 0.3 190.29

1 5 0.111 28.98 0.3 169.09

2 5.3 0.031 28.98 0.3 125.4

3 5.4 -0.061 28.98 0.3 100.25

4 5.3 -0.142 28.98 0.3 117.28

5 5 -0.191 29.83 0.1 163.84

6 4.6 -0.196 29.83 0.1 194.24

7 4.1 -0.158 29.83 0.1 180.88

8 3.7 -0.084 29.83 0.1 136.31

9 3.6 0.007 29.83 0.1 102.4

10 3.6 0.092 29.83 0.1 110.99

11 3.9 0.149 29.83 0.1 154.02

12 4.4 0.162 29.83 0.1 191.07

170 4.5

Lebar (m) Kedalaman (m)

203.4 5.3

0 5.3 0.16 28.41 1.3 176.01

1 5.8 0.115 28.41 1.3 158.16

2 6.1 0.036 28.41 1.3 121.38

3 6.2 -0.054 28.41 1.3 100.21

4 6.1 -0.134 28.41 1.3 114.55

5 5.8 -0.182 28.98 0.3 160.48

6 5.4 -0.188 28.98 0.3 189.28

7 4.9 -0.15 28.98 0.3 176.62

8 4.5 -0.077 28.98 0.3 134.4

9 4.4 0.012 28.98 0.3 102.27

10 4.4 0.096 28.98 0.3 110.42

11 4.7 0.151 28.98 0.3 151.18

12 5.2 0.163 28.98 0.3 186.28

203.4 5.3

243.5 6.2

0 6.2 0.154 28.13 3.8 157.96

1 6.7 0.111 28.13 3.8 144.35

2 7 0.038 28.13 3.8 116.3

3 7.2 -0.048 28.13 3.8 100.16

4 7.1 -0.123 28.13 3.8 111.09

5 6.7 -0.169 28.41 1.3 150.91

6 6.3 -0.175 28.41 1.3 175.15

7 5.8 -0.138 28.41 1.3 164.5

8 5.5 -0.069 28.41 1.3 128.96

9 5.3 0.015 28.41 1.3 101.91

10 5.4 0.094 28.41 1.3 108.77

11 5.7 0.146 28.41 1.3 143.08

12 6.1 0.157 28.41 1.3 172.63

[image:85.595.117.532.517.679.2]

(86)

[image:86.595.115.531.140.299.2] [image:86.595.116.533.340.502.2]

Tabel 5.7: Nilai komponen estuari titik G

Tabel 5.8: Nilai komponen estuari titik H

Tabel 5.10: Nilai komponen estuari titik I Lebar (m) Kedalaman (m)

291.5 7.3

0 7.3 0.144 28.03 9.2 139.6

1 7.8 0.105 28.03 9.2 130.3

2 8.1 0.037 28.03 9.2 111.14

3 8.3 -0.042 28.03 9.2 100.11

4 8.2 -0.111 28.03 9.2 107.58

5 7.9 -0.154 28.13 3.8 138.82

6 7.4 -0.159 28.13 3.8 157.3

7 6.9 -0.125 28.13 3.8 149.18

8 6.6 -0.061 28.13 3.8 122. 08

9 6.4 0.017 28.13 3.8 101.46

10 6.5 0.089 28.13 3.8 106.69

11 6.8 0.136 28.13 3.8 132.85

12 7.2 0.147 28.03 9.2 137.84

291.5 7.3

348.9 8.6

0 8.6 0.131 28.01 17 122.82

1 9.1 0.096 28.01 17 117.46

2 9.4 0.035 28.01 17 106.42

3 9.6 -0.036 28.01 17 100.06

4 9.5 -0.099 28.01 17 104.37

5 9.2 -0.138 28.03 9.2 126.53

6 8.7 -0.143 28.03 9.2 139.16

7 8.2 -0.112 28.03 9.2 133.61

8 7.9 -0.054 28.03 9.2 115.09

9 7.7 0.017 28.03 9.2 101

10 7.8 0.082 28.03 9.2 104.57

11 8.1 0.124 28.03 9.2 122.45

12 8.5 0.134 28.01 17 121.8

348.9 8.6

417.7 10.2

0 10.2 0.118 28 24.7 108.41

1 10.6 0.087 28 24.7 106.43

2 11 0.032 28 24.7 102.36

3 11.1 -0.031 28 24.7 100.02

4 11 -0.088 28 24.7 101.61

5 10.7 -0.122 28.01 17 115.28

6 10.3 -0.126 28.01 17 122.56

7 9.8 -0.099 28.01 17 119.36

8 9.4 -0.047 28.01 17 108.69

9 9.3 0.016 28.01 17 100.57

10 9.3 0.074 28.01 17 102.63

11 9.6 0.112 28.01 17 112.93

12 10.1 0.12 28 24.7 108.03

[image:86.595.119.532.541.705.2]

(87)

[image:87.595.115.537.140.303.2]

Tabel 5.10: Nilai komponen estuari titik J

500 12

0 12 0.105 28 28 108.41

1 12.5 0.077 28 28 106.43

2 12.8 0.029 28 28 102.36

3 12.9 -0.027 28 28 100.02

4 12.8 -0.077 28 28 101.61

5 12.5 -0.107 28 24.7 105.63

6 12.1 -0.111 28 24.7 108.31

7 11.6 -0.087 28 24.7 107.14

8 11.2 -0.041 28 24.7 103.20

9 11.1 0.015 28 24.7 100.21

10 11.1 0.066 28 24.7 100.97

11 11.4 0.099 28 24.7 104.77

12 11.9 0.107 28 28 108.03

(88)

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil pada Tugas Akhir yang berjudul

“Pemodelan Arus Pasang Surut dan Sedimen Melayang di Muara Sungai

Belawan” adalah

1. Dari hasil pemodelan dapat disimpulkan bahwa masuknya air laut kedalam estuari yang dipengaruhi oleh adanya pasang surut sangat mempengaruhi keadaan komponen bathimetri, arus, temperatur, salinitas dan kadar sedimen melayang estuari Sungai Belawan sejauh 18 km dari mulut muara.

2. Berdasarkan kedalaman air (water depth) pada setiap jamnya diperoleh perbedaan ketinggian pasang dan surut maksimum pada setiap titik sebesar: A = 1.9 m, B = 1.9 m, C = 1.8 m, D = 1.8 m, E