ANALISA PERUBAHAN PROFIL PANTAI DI PELABUHAN TANJUNG PERAK SURABAYA DENGAN MENGGUNAKAN EMPIRICAL ORTHOGONAL
FUNCTION (EOF)
Retno Anggraeni 1, Suntoyo2, Kriyo Sambodho3
1Mahasiswa Teknik Kelautan, 2,3Staf Pengajar Teknik Kelautan
ABSTRAK
Bentuk profil pantai sangat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan, sifat-sifat dari sedimen serta bathymetry pantai yang dalam kurun waktu tertentu dapat merubah profil pantai menjadi destructive ataupun constructive profil. Perubahan profil pantai ini juga terjadi di wilayah Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya. Pada penelitian ini, akan dilakukan analisa perubahan profil pantai di daerah tersebut. Analisa perubahan profil pantai didasarkan pada data bathimetry, data gelombang, data angin dan data sedimen. Aplikasi perhitungan perubahan profil pantai ini menggunakan metode Empirical
Orthogonal Function (EOF). Sebelumnya untuk mendapatkan input EOF yang berupa
bed level change digunakan software Mike 21 dengan hasil antara 0.0001-0.001 meter.
Dari hasil analisa profil pantai dengan metode Empirical Orthogonal Function (EOF) didapatkan hasil yang apabila divalidasikan terhadap peta bathimetry 2010 memiliki error yang masih diijinkan dari 10 % error. Dari Analisa EOF diperoleh lima eigenvalue dengan variabilitas mencapai 99.89 % - 99.98 % dari total variabilitas serta hanya beberapa daerah terdeteksi model memiliki tingkat perubahan yang signifikan, dengan prosentase error perubahan profil pantai dengan adalah 0.02% - 0.17%
Kata kunci: Perubahan profil pantai, Empirical Orthogonal Function, Bed level change
1. PENDAHULUAN
Perubahan Profil Pantai adalah fenomena berubahnya elevasi dasar perairan suatu
kawasan pantai jika dilihat menurut
potongan tegak lurus pantai. Perubahan profil pantai terjadi karena keluar dan masuk sedimen yang terbawa arus. Sehingga terjadi destructive ataupun constructive forces yang merubah profil pantai. Bentuk profil pantai sangat dipengaruhi oleh serangan gelombang, sifat-sifat sedimen seperti rapat massa dan tahanan terhadap erosi, ukuran dan bentuk partikel, kondisi gelombang dan arus serta
bathimetry pantai. Metode yang
digunakan dalam analisa ini adalah metode Empirical Orthogonal Function (EOF), Tujuan analisis EOF ini adalah untuk memisahkan keterkaitan data temporal dan spasial sehingga dapat
dihasilkan sebagai kombinasi fungsi linier yang sesuai dari ruang dan waktu. Fungsi tersebut secara objektif mewakili variasi konfigurasi pantai terkait perubahan terhadap jarak dan waktu pada garis pantai selama waktu studi (Ritphring dan Tanaka, 2007).
Tanjung Perak Surabaya sekarang terdiri dari dermaga dan bangunan penahan gelombang, setiap tahun dilakukan pengerukan untuk mencukupi draft kedalaman kapal yang akan berlabuh di pelabuhan tersebut. Hal ini menyimpulkan bahwa terjadi pergerakan sedimen yang menyebabkan constructive sedimen di wilayah pantai Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya. Dengan adanya berbagai aktivitas pelabuhan dan proses pergerakan sedimen ini tentu saja
merubah profil pantai dari waktu ke waktu.
Pada penelitian ini, analisis dilakukan untuk mengetahui kondisi perubahan profil pantai di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya secara spasial dan temporal, dengan menggunakan metode Empirical
Orthogonal Function (EOF). Hasil
penelitian ini diharapkan dapat menjadi
informasi terhadap pihak yang
berkepentingan dalam pengambilan
keputusan untuk pengelolaan Pantai pelabuhan Tanjung Perak Surabaya secara terpadu dan berkelanjutan.
2. TINJAUAN PUSTAKA
Telah banyak studi yang membahas tentang analisa perubahan garis pantai berbagai wilayah pantai di Indonesia. Seperti pada penelitian Darius Arkwright (2010) tentang Analisa Perubahan Garis Pantai Bangkalan, Madura, Menggunakan Metode Empirical Orthogonal Function (EOF). Pada penelitian tersebut, peneliti membandingkan hasil analisa perubahan garis pantai temporal One Line Modelling dengan perubahan garis pantai dengan metode Empirical Orthogonal Function (EOF). Analisa EOF pada penelitian ini, mengidentifikasi adanya mode dominan variasi perubahan garis pantai Bangkalan disekitar kaki jembatan Suramadu sampai
pelabuhan Kamal. Lima mode
eigenfunction diidentifikasi memberikan kontribusi 84.4% terhadap variasi perubahan garis pantai di lokasi tersebut. Eigenfunction mode pertama dengan prosentase 41.531%, kedua 20.341%,
sementara tiga mode berikutnya
berkontribusi sebesar 22.91% terhadap variasi perubahan garis pantai di lokasi penelitian. Eigenfunction spasial, ek(x),
menggambarkan proses tegak lurus pantai
(crossshore) yang mendominasi
variabilitas di daerah ini berdasarkan nilai kontribusi pada setiap mode. Sedangkan eigenfunction temporal menunjukkan
proses yang mendominasi perubahan tersebut selama periode waktu yang ditinjau. Sedangkan pada penelitian tentang Analisa Perubahan Profil Pantai di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya dengan Menggunakan Metode Empirical
Orthogonal Function (EOF) ini, faktor
yang ditinjau bukan hanya pada garis pantai tapi kontur kedalaman wilayah pantai tersebut. Untuk mendapatkan data input EOF peneliti menggunakan software Mike 21 dengan output berupa bed level
change. Analisa pembanding dari
penelitian ini adalah hasil dari model numerik EOF dengan peta bathimetry Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya tahun 2010.
3. METODOLOGI PENELITIAN
Gambar 3.1 Diagram Alur penelitian Penelitian dimulai dengan langkah pertama, pengamatan dan pengumpulan data yang meliputi identifikasi dan perumusan masalah kemudian dilakukan pengumpulan data yang akan diolah yaitu data bathimetry, pasut dan data angin. Langkah kedua, Dilakukan pengolahan data awal untuk mendapatkan profil pantai per 2 bulanan (berupa bed level change) dengan memodelkan bed level change
Mulai
Identifikasi dan Perumusan Masalah
Study Literatur
Data Profil Pantai per Tahun
Model Numerik EOF
Hasil Analisa
Eigen Value Temporal dan Spatial
Eigenfunction
Perubahan Profil Pantai (EOF)
Analisa
Perbandingan Profil Pantai dari Peta Bathimetry 2010
Selesai Pengumpulan
Data Data :
-Data Peta Bathimetry -Data Pasang Surut -Data Angin
Y(x,t)=? (¡t).e¡x¡ Tidak
Ya Memodelkan Profil Pantai 2
bulanan (2009)
Profil Pantai 2 bulanan
Pengamatan dan Pengumpulan data
Pengolahan Data Awal untuk Mendapatkan Profil Pantai 2 Bulanan
Pemodelan Profil Pantai dengan metode EOF Analisa Perbandingan Hasil Pemodelan EOF
pada Mike 21. Setelah didapatkan data profil pantai per 2 bulanan dilakukan langkah ketiga, Pemodelan profil pantai dengan EOF. Hasil dari model Mike 21 dimasukkan sebagai input pada model numeric empirical orthogonal function (EOF). Hasil output dari model numeric
ini kemudian dianalisa untuk
mendapatkan nilai eigen value, temporal dan spatial eigen function. Apabila hasil telah sesuai maka dilanjutkan dengan langkah terakhir, Analisa perbandingan hasil pemodelan EOF namum apabila hasil belum memenuhi syarat, maka harus diulang dari langkah ketiga lagi. Analisa
perbandingan dilakukan dengan
membandingkan hasil dari pemodelan EOF dengan bathimetry profil pantai tahun 2010 yang telah di modelkan
dengan Mike 21 yaitu berupa bed level
change. Setelah didapatkan hasil dari
perbandingan tersebut, dilakukan
pembuatan laporan dan penelitian selesai.
4. ANALISA DATA 4.1 DAERAH STUDI
Di daerah study tersebut tiap tahun diadakan pengerukan untuk lokasi yang
berbeda-beda untuk mendapatkan
kedalaman perairan yang sesuai dengan draft kapal yang akan menggunakan fasilitas pelabuhan. Maka itu perlu di lakukan analisa perubahan profil pantai
untuk dapat dimanfaatkan untuk
memprediksi waktu pengerukan di
beberapa wilayah perairan
Gambar 4.1. Lokasi Studi Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya (www.googleearth.com)
4.2 ANALISA BED LEVEL
CHANGE
Didalam pemodelan Mike 21 ini output yang dibutuhkan adalah output berupa data bed level change. Salah satu line
series. Data ini nantinya akan digunakan sebagai input pada metode Empirical Orthogonal Function (EOF).
Gambar 4.2 Lokasi Bed level change pada Line Series 1
Dari pemodelan sand transport pada
Mike 21 didapatkan nilai bed level
change yang ada pada table 4.2 sebagai
berikut :
Tabel 4.2 Nilai Bed Level Change Hasil Pemodelan Line
4.3 ANALISA EMPIRICAL
ORTHOGONAL FUNCTION (EOF)
Prinsip dasar dari penggunaan metode EOF adalah untuk memisahkan parameter spatial dan temporal dari perubahan garis pantai. Data time-series bed level change periode dua bulanan hasil peramalan menggunakan Mike 21 dengan waktu konstan (per 2 bulanan) yang disusun dalam suatu matriks, dengan susunan baris menyatakan data secara temporal, dan kolom menyatakan data secara spatial. Model numerik pertama yang digunakan adalah program MakeData, yang digunakan untuk menyusun data mentah di atas akan menjadi data posisi perubahan profil pantai dua bulanan pada setiap
jarak spasial. Hasil program ini menjadi input data program MeanShore. Pada Model numerik MeanShore, posisi profil pantai dikurangi dengan nilai posisi rata-rata. Hasil disusun untuk setiap jarak spasial, yang menjadi input untuk model numerik EOF. Output dari model numerik EOF terdiri dari empat komponen yaitu nilai meanshore, eigenvalue, eigen-vector dan C-value.
5. PEMBAHASAN
Dari hasil metode empirical
orthogonal function (EOF) didapatkan
nilai eigen value dominan dengan variability 4.46 atau 94.46 % dari total variability seperti pada table 4.3 .Nilai variability ini adalah nilai pembentuk karakteristik profil pantai.
Nilai eigen value yang didapatkan masih memenuhi ijin dari metode
empirical orthogonal function (EOF)
yaitu diatas 90% sehingga model bisa dikatakan valid.
Tabel 5.1 Nilai Eigen Value Line 1
Mode Eigen Value R(%)
1 4.4673 94.45 2 0.1878 3.97 3 0.0528 1.12 4 0.0149 0.32 5 0.0042 0.09 Total 99.95 Error 0.05
Dari eigen value diketahui nilai error dari model pada line 1 adalah sebesar
0.05 % yang diperoleh dari
pengurangan nilai model validasi dengan model yang variabilitynya diketahui.Nilai eigen value pada model selanjutnya dpat dilihat pada table pada table 4.4 dibawah ini. Berikut adalah nilai eigen value dari 6 model yang telah didapatkan sebagai berikut :
Model Ke-N 1 2 Pias 3 4 5
1 0.00000 0.00008 0.00036 0.00082 0.00123 2 0.00000 0.00527 0.00525 0.00652 0.00843 3 0.00000 0.00587 0.00587 0.00713 0.00864 4 0.00000 0.00572 0.00569 0.00691 0.00870 5 0.00000 0.00512 0.00507 0.00650 0.00848 6 0.00000 0.00454 0.00473 0.00642 0.00814
Tabel 5.2 Nilai Eigen Value dari Tiap Model
Nilai Eigen Value Mod
el Variability Total Total R Dominan Eigen Value R
1 4.7296 99.95% 4.4673 94.45% 2 4.7296 99.95% 4.4673 94.45% 3 4.6927 99.96% 4.4396 94.61% 4 47010 99.98% 4.3378 92.27% 5 3.5726 99.86% 3.358 93.99% 6 3.4163 99.83% 3.1906 93.39%
Dari table 5.2 nilai eigen value diketahui bahwa keenam model numeric dengan metode empirical orthogonal
function (EOF) memiliki tingkat
keakuratan yang diijinkan yaitu di atas 95%. Nilai dominan dari hasil analisa juga telah menunjukan karakteristik dominan yang diinginkan yaitu diatas 90%
2. Eigen Vector (𝒄𝒌 𝒙 )
Dari hasil model numeric dengan metode empirical orthogonal function (EOF) didapatkan nilai eigen vector yang digunakan sebagai perubahan profil pantai terhadap spasial (spatial
eigenfunction) dalam persamaan
perubahan profil pantai yang digunakan sebagai berikut :
Gambar 5.1 Nilai Eigen Vector dari Model EOF
Pada gambar 5.1, grafik nilai vertical yang digunakan adalah nilai perubahan eigen vector, c(t), dengan satuan meter (m) sedangkan nilai horizontal adalah posisi pias dari tiap line yang dimodelkan.
3. C-Value (𝒆𝒌 𝒕 )
Dari hasil metode empirical orthogonal
function didapatkan nilai C-Value yang
digunakan sebagai data perubahan profil pantai terhadap waktu (temporal
eigenfunction) dalam persamaan
perubahan profil pantai.
Gambar 5.2 Nilai C-Value dari Model EOF
Pada gambar 5.2, grafik nilai vertical yang digunakan adalah nilai perubahan c-value [e(t)] dengan satuan meter sedangkan nilai horizontal adalah waktu dari tiap line yang dimodelkan.
4.4.2 Perubahan Profil Pantai
Dari hasil metode empirical orthogonal function didapatkan data berupa data
spatial eigenfunction dan data temporal
eigenfunction yang akan digunakan
untuk menghitung perubahan profil pantai dengan meninjau dari bed level
dapat dilihat pada gambar sebagai berikut :
Gambar 5.3 Bed Level Change Line 1
Gambar 5.4 Bed Level Change Line 2
Gambar 5.5 Bed Level Change Line 3 Pada gambar 4.10, gambar 4.11, gambar 4.12, gambar 4.13, gambar 4.14, dan gambar 4.15nilai vertikal menunjukan nilai perubahan profil pantai,y(t) dalam satuan meter sedangkan nilai horizontal
adalah posisi pias dari tiap line yang dimodelkan. Kemudian nilai dari perubahan profil pantai yang berupa bed level change dari hasil pemodelan dengan menggunakan metode empirical orthogonal function ini di validasikan dengan model bed level change dari Mike 21.
4.4.3 Validasi Model EOF dan Model Mike 21
Setelah didapatkan nilai bed level
change dari metode empirical
orthogonal function (EOF). Dari hasil analisa dan penjelasan yang telah dijelaskan sebelumnya, maka dapat dibuktikan bahwa perubahan profil pantai dengan menggunakan model numeric empirical orthogonal function (EOF) dari keenam line (letak line terlihat pada gambar 4.6) sesuai dengan kondisi aslinya.
Gambar 5.6 Pembagian Line Series untuk dimodelkan dalam Mike 21 Didapatkan hasil dari validasi kedua model adalah sebagai berikut :
Validasi Bed Level Change Model EOF dengan Model Mike 21 Pias Ke-N 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Be d L ev el C ha ng e ( m ) -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 Model Mike 21 Model EOF
Gambar 5. 7 Validasi Model Bed Level
Change pada Line 1
Gambar 5.7 diatas menunjukan bahwa nilai perubahan profil pantai (ditinjau dari bed level change) hampir sesuai
dengan kondisi aslinya yang
dimodelkan juga dengan menggunakan model sand transport mike 21. Nilai eigen value model diatas adalah 99.95 % dengan nilai error sebesar 0.05 % dari nilai total variability.
Validasi Bed Level Change Model EOF dengan Model Mike 21
Pias Ke-N 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Be d L ev el C ha ng e ( m ) -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Model Mike 21 Model EOF
Gambar 5.8 Validasi Model Bed Level
Change pada Line 2
Gambar 5.8 diatas menunjukan bahwa nilai perubahan profil pantai (ditinjau dari bed level change) hampir sesuai
dengan kondisi aslinya yang
dimodelkan juga dengan menggunakan model sand transport mike 21. Nilai eigen value model diatas adalah 99.95 % dengan nilai error sebesar 0.05 % dari nilai total variability.
Tabel 5.5 Nilai Error dari tiap model
empirical orthogonal function (EOF)
Model Variability Total Error Nilai
1 4.7296 0.05% 2 4.7296 0.05% 3 4.6927 0.04% 4 47010 0.02% 5 3.5726 0.14% 6 3.4163 0.17%
Dari gambar-gambar diatas dapat dilihat bahwa model dari metode EOF hasilnya hampir mendekati nilai dari model Mike 21 bed level change seperti pada table 5.5 dengan nilai error sebesar 0.04 % - 0.17%.
6. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan pada tugas akhir ini dapat diketahui bahwa metode empirical
orthogonal function (EOF) dapat
dipergunakan untuk mendapatkan nilai perubahan profil pantai. Dari penelitian ini didapatkan kesimpulan sebagai berikut :
1. Perubahan profil Pantai Pelabuhan Tanjung Perak selama 1 (satu) tahun dengan memodelkannya per 2 bulan, bila ditinjau melalui bed
yang kecil yaitu antara 0.0001-0.001 meter.
2. Dengan Analisa EOF diperoleh lima eigenvalue dengan variabilitas mencapai 99.83 % - 99.98 % dari total variabilitas. Mode pertama
dari eigenfunction e1(x)
mendominasi variabilitas profil pantai yaitu : 94.45 %. Prosentase setiap eigenvalue pada tabel tersebut menunjukkan besarnya dominasi perubahan yang terjadi pada setiap mode terhadap perubahan profil pantai secara keseluruhan secara spatial maupun temporal. Kombinasi variabilitas secara temporal dan spatial pada setiap mode dapat menggambarkan perubahan profil pantai, dimana
dari hasil eksekusi model
diindikasikan sebagian besar yang ditinjau cenderung stabil, hanya beberapa daerah terdeteksi model memiliki tingkat perubahan yang signifikan.
3. Validasi model EOF terhadap data peta batimetri tahun 2010 dan hasil
model EOF tahun 2009
menunjukkan bahwa hasil analisa model EOF mendekati nilai ordinat hasil bed level change tahun 2010. Nilai error validasi adalah 0.02% - 0.17% model EOF masih diijinkan untuk menunjukan kevalidan hasil yang telah dikerjakan yaitu kurang dari 10 % .
6.2 SARAN
Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik, perlu data time series dengan temporal yang lebh panjang pada
penelitian selanjutnya, untuk
pengukuran profil pantai pada diambil pada interval waktu tertentu secara konstan, sehingga hasil analisa EOF benar-benar menggambarkan variasi
perubahan yang nyata secara spasial dan temporal.
7. DAFTAR PUSTAKA
Arkwright, Darius. 2010. Analisa
Perubahan Garis Pantai
Bangkalan, Madura,
Menggunakan Metode
Empirical Orthogonal Function
(EOF). Program Pasca Sarjana
Fakultas Teknologi Kelautan.
Institut Teknologi sepuluh
Nopember. Surabaya
Carter, R.W. C. 1993. Coastal Environment, an Introduction to the Physical, Ecological and Cultural System of Coasts Lines. London: Academic Press 610 pp [CERC] Coastal Enginering Research Center 1984. Shore Protection
Manual Volume I, Fourth
Edition. Washington: U.S. Army Coastal Engineering Research Center
[CHL] Coastal Hydralic Laboratory
2008. Coastal Enginering
Manual, Part I-VI (change 2). Washington DC: Department of Army. U.S. Army Corp of Engineers
Dean, R. G. dan Dalrymple, R. A., 2002. Coastal Processes with
Engineering Applications.
Cambridge: Cambridge
University Press
Dick, J. E. dan Dalrymple, R. A., 1984. Coastal changes at Bethany Beach, Delaware. Prosiding 19th
International Confrence on Coastal Engineering. ASCE Publishing, New York. 1650-1667p
Dyer KR. 1986. Coastal and Estuarine
Sediment Dynamic. New York:
John Wiley dan Sons Ltd Fairley, I., Davidson, M., Kingston, K., Dolphin, T., dan Phillips, R., 2009. Empirical orthogonal function analysis of shoreline changes behind two different design of detached
breakwaters. Journal Coastal
Engineering. Vol 56. Elsivier (Sciencedirect). 1097-1108p Komar, P. D. 1984. CRC Handbook of
coastal processes and erosion. CRC Press, inc. Florida.
Miller, J. K. dan Dean, R. G., 2007.
Shoreline variability via
empirical orthogonal function analysis: Part I temporal and spatial characteristics. Jurnal Coastal Engineering. Vol. 54. 111-131
Miller, J. K. dan Dean, R. G., 2007.
Shoreline variability via
empirical orthogonal function analysis: Part II relationship to
nearshore conditions. Jurnal
Coastal Engineering. Vol. 54. 133-150
Pradjoko, Eko dan Tanaka H, 2010. Identification of river mouth influence on longshore sediment transport in the adjacent beach
.
Japan –Indonesia Workshop on Estuary and Climate Change2010 August 8th -10th
Surabaya, Indonesia
Ritphring, S. dan Tanaka, H., 2007. Analysis of topographic change
in in the vicinity of coastal
structure using empirical
orthogonal function. Asian
Pacific Coasts, Nanjing, China. 1112-1126p
Ritphring, S. dan Tanaka, H., 2007.
Topographic Variability via
Empirical Orthogonal Function Analysis in The Vicinity of
Coastal Structure. Prosiding
International Conference of
Violent Flow, Kyushu
University, Fukuoka
Sorensen, R. M., 2006. Basic Coastal Enginering, John Wiley & Son, Inc., New York, 226 hal
Triatmodjo, B. 1999. Teknik Pantai. Beta Offset. Yogyakarta. 397 Winant, C. D., Inman, D. L.,
Nordstrom, C. E., 1975. Description of seasonal beach
change using empirical
eigenfunction. Jurnal
Geophysical Research. Vol. 80 (15). 1979-1986p
Yang, C. T. 1996. Sediment Transpor, Theory and Practice. Mcgraw Hill Book Co., 396 pp
Yuwono N. 1982. Teknik Pantai, volume 1. Yogyakarta: Biro Penerbit, Keluarga Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada
