ANALISA POLA ARUS PASANG SURUT PADA ALUR PELAYARAN
TANJUNG PERAK DI SELAT MADURA
Mahmud Mustain1) 1)
Fakultas Teknologi Kelautan ITS Abstract
The research is to analysis local current circulation in the front of Tanjung Perak port as the part of Madura strait. The model is conducted by SMS. The input include: the site bathymetry, tidal record of closed station, and the debit of rear canals. The significant result indicates that the maximum velocity is 1.35 m/sec in the direction of onshore i.e. in spring tide period, while the minimum velocity in same period is 8.18 x 10-5m/dt. On the other hand, in the direction of offshore i.e. in the neap tide period that shows the maximum velocity of 0.56 m/sec and the minimum of 2,24 x 10-5m/dt. The importance result from this analysis is the information that around Kenjeran is not save enough for the navigation or sea transportation in the spring tide period due to an high average current velocity 0.74 m/sec. The validation of the model is 1.7 % error that has the accuration around 98.3 %.
Keyword : Current Sirculation; tide; Tanjung Perak
1. Pendahuluan
Arus merupakan gerakan air yang sangat luas yang terjadi pada seluruh permukaan lautan di dunia. Arus-arus ini mempunyai arti yang sangat penting dalam menentukan arah pelayaran bagi kapal-kapal. Selat Madura (gambar 1, peta studi) merupakan salah satu alur pelayaran yang ramai dilalui oleh kapal laut, dan disini merupakan daerah yang strategis untuk wilayah industri oleh sebab itu kegiatan reklamasi pantai banyak dilakukan. Dalam melakukan kegiatan pelayaran dan reklamasi pantai tersebut banyak sekali faktor yang harus diperhatikan di antaranya mengenai pola arus. Biasanya arus yang paling dominan di daerah pantai adalah arus yang disebabkan oleh pasang surut dan arus yang di sebabkan oleh angin. Arus ini biasanya mengganggu alur pelayaran dan erosi pada bangunan laut.
Permasalahan yang akan diangkat pada penulisan paper ini adalah, bagaimana pola sirkulasi arus air laut pada alur Tanjung Perak pada saat bulan Januari 2003. Sedangkan tujuan yang ingin dicapai adalah mendapatkan pola arus pada daerah alur pelayaran Tanjung Perak pada bulan Januari 2003 pada saat menuju pasang tertinggi dan surut terendah. Kemudian dibandingkan dengan arah arus dan kecepatannya pada bulan yang sama di lokasi alur pelayaran Tanjung Perak pada bagian barat milik DISHIDROS. Hasil ini akan bermanfaat sebagai salah satu acuan untuk navigasi alur pelayaran di selat Madura. Spesifikasi model adalah hanya menggunakan masukan data pasang surut sebagai arus pasang surut, dan tidak melakukan analisa sedimentasi.
2. Studi Pustaka
Arus dapat didefinisikan sebagai pergerakan air yang mengakibatkan perpindahan horizontal massa air. Arus merupakan gerakan air yang sangat luas yang terjadi pada seluruh lautan di dunia. Selain disebabkan oleh angin, arus juga dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain distribusi temperatur, adanya gaya Coriolis, perbedaan tekanan dan penyebaran kerapatan air laut serta pengaruh peristiwa pasang surut. Arus pasang surut adalah arus yang timbul akibat peristiwa pasang surut. Air yang bergerak dalam air pasang membentuk arus-arus pasang (Mustain dkk 2004a). Arah dan kecepatannya tidak hanya tergantung pada keadaan pasang itu tetapi juga pada kedalaman air dan kedekatan garis pantai.
Kondisi pasang terutama disebabkan oleh adanya gaya tarik menarik antara dua tenaga yang terjadi di lautan, dari gaya gravitasi bumi dan gravitasi bulan. Juga gaya lain yang cukup signifikan yaitu gaya sentrifugal yang disebabkan oleh sistem revolusi antara bumi–bulan. Hal ini menimbulkan gaya sentrifugal sistem tersebut dan gaya gravitasi yang berasal dari bulan serta benda langit lainnya seperti matahari. Gaya sentrifugal adalah suatu tenaga yang didesak ke arah luar dari pusat bumi yang besarnya lebih kurang sama dengan tenaga yang ditarik ke permukaan bumi.
Simulasi pola arus pada software SMS (Surface Water Modelling System) versi 6.0, berupa modul RMA-2 (Resources Management Associates –2) di angkat dari penelitian TA Setiawan (2004) dengan judul Studi pola sirkulasi air laut akibat pasang surut pada alur pelayaran Tanjung Perak di
Selat Madura. Dalam simulasi hidrodinamika menggunakan persamaan dasar sebagai berikut :
Persamaan konservasi Massa
:
0
y
h
x
u
u
y
v
x
u
h
t
u
Persamaan Konservasi Momentum : Arah x :
2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2486
,
1
1
v
u
gun
x
h
x
a
gh
y
u
E
x
u
E
y
u
hv
x
u
hu
t
u
h
xx xy
v
02cos
2
hv
sin
= 0 Arah y :
2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2486
,
1
1
v
u
gun
y
h
y
a
gh
y
u
E
x
u
E
y
u
hv
x
u
hu
t
u
h
yx xy
v
02cos
2
hv
sin
= 0
3. Analisa dan Pembahasan
Daerah alur pelayaran pada Tanjung Perak yang terletak di antara 1120 35 BT- 112055 BT dan 70 25 – 70
50 LS, merupakan bagian penting dari Selat Madura sebagai prasarana transportasi laut. Terutama pada area studi yang merupakan bagian barat dari kanal semi terbuka Selat Madura dengan bentuk alur menyempit „bottle neck‟. Hal ini apabila kita memandang bahwa perairan sepanjang pantai selatan pulau Madura adalah merupakan selat semi terbuka yakni terbuka di ujung Timur dan semi terbuka di ujung Barat. Kemudian secara lebih detail lagi bahwa daerah studi merupakan perairan alur perlayaran padat yang memiliki karakter chas profil pantai local dengan bentuk alur dan media pola arus yang menyempit pada kedua ujung. Terlihat pada gambar 1 bahwa kota Gresik terletak pada relatif di tengan kedua alur menyempit tersebut.
Dengan demikian, spesifikasi area studi ini bisa memberikan gambaran bahwa isnpirasi untuk membuat analisa pola arus sehubungan dengan alur pelayaran adalah memiliki tingkat signifikansi yang tinggi. Pemodelan pola arus ini dibuat hanya berdasarkan adanya pasang surut tidak
memasukkan efek angin dan gelombang. Input yang diperlukan adalah: data batimetri, pasang surut dan debit sungai.
3. 1 Analisa Bathymetri
Model pola arus ini memiliki jumlah titik bathymetri pada lokasi penelitian sebanyak 7927 titik. Ada penyederhanaan bentuk pada leher kanal sebelah utara, yakni tidak meng-eksiskan beberapa pulau kecil pada lokasi tersebut. Gambar 2 memperlihatkan kontur dasar laut yang merupakan hasil meshing dan data entri bathimetri fungsi kedalaman.
Dari kontur bathimetri bisa diberikan analisa kualitatif dan kuantitatif bahwa kedalaman pada kedua bottle neck utara dan selatan mempunyai nilai berkisar 10 meter. Secara umum angka ini cukup aman untuk alur pelayaran. Meskipun di lokasi teluk Lamong (pada bagian selatan area studi ini) memiliki banyak sumber sedimentasi lantaran terdapat enam muara sungai, tidak perlu terlalu risau dengan pendangkalan sebab kedalaman perairan yang cukup besar bahkan mencapai angka 25 meter pada lepas pantai depan muara-muara tersebut (arah tenggara Gresik). Sehingga konsern yang besar di sini adalah bagaimana informasi pola arus bisa bermanfaat pada dunia pelayaran hususnya pada kedua bottle neck yang notabene-nya memiliki kecepatan yang tinggi.
Gambar 2 Kontur dasar laut hasil meshing
(Sumber, Setiawan 2004)
3.2 Pasang Surut
Data pasang surut diperoleh dari laporan pengukuran selama 30 hari secara simultan dengan interval waktu 1 jam dari DISHIDROS (Dinas Hidro-Oseanografi TNI-AL) tahun 2003 di empat lokasi: Kenjeran, Kesek Timur, Tg Widoro, dan Sembilangan. Pasang surut ini mempunyai tipe pasang surut harian condong ke harian ganda. Hal ini berarti dalam satu hari cenderung terjadi dua kali pasang dan dua kali air surut, tetapi tinggi dan periodenya berbeda. Gambar 5 memperlihatkan bahwa pasang surut terjadi lebih dari satu setengah kali dalam sehari (24 jam). Data pasang surut ini dianalisa sehubungan dengan terjadinya periode ulang gelombang pasang surut. Yakni arus pasang surut yang datang dan pergi menuju dan meninggalkan pantai lebih dari satu setengah kali dalam sehari. Dari aspek ini, detail dari pola arus yang terjadi sangat berguna untuk pelayaran hususnya di daerah bottle neck pada area studi ini.
Data debit sungai diperlukan sebagai input boundary condition. Data in diperlukan juga untuk mendapatkan detail pola arus dan pola sedimentasi terutama di perairan pantai. Data debit sungai didapatkan dari PT.PELINDO III SURABAYA tahun 2003. Data debit sungai ini ada sembilan meliputi: S. Mertani, S. Gladak Landung, S. Mireng, S. Lamong, S. Semimi, S. Branjanagn, S. Manukan, S. Krambangan dan S.Anak. Satuan debit yang dipakai ini menggunakan satuan m3/dt. Analisa keberadaan debit dari sungai-sungai tersebut secara makro (pola arus dalam kanal sebagai alur pelayaran pada studi ini) tidak signifikan, bukan mikro (pola arur di masing-masing muara sungai). Hal ini terlihat jelas pada gambar 3 dan 4, bahwa arus dominan pada alur
pelayaran tidak terganggu oleh adanya debit sungai kecuali sedikit pada mulut atau muara masing-masing sungai. Sehingga keterkaitan data debit air sungai dalam studi ini tidak cukur relevan untuk analisa pola arus pada alur pelayaran di kanal semi terbuka ini. Tetapi hal ini tetap perlu penulis informasikan untuk mengetahui tingkat signifikansinya yang rendah.
3.3 Analisa Pola Arus Pada Saat Menuju Pasang Tertinggi dan Surut Terendah
Analisa hasil pemodelan pola arus dalam studi ini berupa bentuk pola kecepatan dan arah arus pada area studi selama 360 jam yakni sama dengan lama pengukuran pasang surut sebagai data input. Pola arus digambarkan dalam bentuk vektor arah arus yang berupa anak panah beserta besar kecilnya anak panah yang memberikan nilai besar kecilnya speed atau velocity magnetude. Hal ini ditunjukkan dalam gambar 3 dan 4. Gambar 3 berupa Pola arus pada saat menuju pasang
tertinggi (spring) time step 18, dan gambar 4 berupa pola arus pada saat menuju surut terendah
(neap) time step 360. Sedangkan gradasi warna merupakan perbedaan flux dari velocity
magnetude dengan gelap menuju terang (warna hitam putih) memberikan nilai besar menuju kecil. Hasil running pada time step 18, pada saat menuju pasang tertinggi, kecepatan arus yang terjadi pada alur pelabuhan atau kanal rata-rata sebesar 0.74 m/dt. Sedangkan kecepatan terbesar ya‟ni 1.35 m/dt (diambil hanya pada time step 18) adalah di sekitar Kenjeran. Tempat ini merupakan superposisi dari dua kecepatan yakni arus dari dalam kanal yang menyisir pantai dari ujung Tanjung Perak menuju tenggara, dengan kecepatan arus di tengah Selat Madura dari arah timur (akibat arus pasang dari lepas pantai timur Madura) yang membelok ke Selatan akibat benturan dengan arus dari kanal. Lokasi seperti ini yang harus dihindari dalam keperluan alur pelayaran. Hal ini cukup beralasan lantaran bukan hanya karena tingginya kecepatan bahkan juga merupakan tempat pembelokan arus. Adapun arus terendah pada time step 18 ini adalah sebesar 0.0000818 m/dt. dan berada pada perairan dekat pantai sebelah utara muara S. Mertani. Hal ini akibat dari adanya pemisahan arus pasang di mulut kanal sebelah utara dari lepas pantai dengan arah datangnya arus Timur Laut. Pemisahan di mulut kanal tersebut sebagaian besar berupa arus masuk kanal dan sebagian kecil belok ke kanan ke arah Utara menyisir pantai sampai dengan Ujung Pangkah. Informasi ini juga berguna untuk pelayaran dan nelayan, bahwa apabila berlayar menyusuri pantai dari muara sungai Mertani menuju Tg Widoro akan mengalami perubahan arah arus yang berlawanan yakni pada awalnya pergerakan melawan arus kemudian searah dengan arus setelah melewati mulut kanal. Sedangkan untuk nelayan adalah merupakan informasi lokasi kemungkinan terakumulasinya ikan lantaran terjadinya pemisahan dan perubahan arah arus, apabila diasumsikan bahwa keberadaa ikan adalah fungsi kecepatan arus.
Gambar 3 Pola arus pada saat menuju pasang tertinggi (spring) time step 18 (Sumber, Modifikasi Setiawan 2004)
Untuk time step 360 (menuju surut terendah) besarnya arus maksimum sebesar 0.56 m/dt, dan kecepatan terendahnya adalah 0.0000224 m/dt. Rata-rata kecepatan arus pada time step ini sebesar 0.52 m/dt. Ada perbedaan besar terhadap time step 18, yakni arah arus di Tg Widoro ini menuju ke Selatan yang kemudian membelok ke timur dan kembali ke lepas pantai. Pada kondisi ini tidak ada kecepatan arus yang ekstrim besar. Hal ini karena pergerakan arus kearah lepas
pantai melalui kedua mulut kanal utara dan selatan, sehingga masa air dalam kanal bergerak memisah menjadi dua ke utara dan selatan. Konsekwensinya tidak ada kecepatan arus yang ektrim besar. Dari aspek kepentingan pelayaran baik kepentingan transportasi maupun nelayan, kondisi arus ini memberikan tingkat keamanan yang lebih tinggi dari factor arus permukaan.
Gambar 4 Pola arus pada saat menuju surut terendah (neap) time step 360
(Sumber, Modifikasi Setiawan 2004)
4. KALIBRASI DENGAN DATA DISHIDROS
Validasi dilakukan dengan cara membandingkan antara data DISHIDROS dengan hasil simulasi. Kedua data ini berupa laju (speed) arus dan arahnya. Lokasi komparasi ini dipilih di Tanjung Widoro (node 417) yang memiliki letak geografi di sekitar posisi LS 070.1 dan BT 1120.6. Validasi untuk mendapatkan gambaran error adalah menggunakan komparasi antara hasil simulasi di Tanjung Widoro dengan data DISHIDROS dalam waktu 360 jam. Hal ini memberikan nilai rata kecepatan 0.3661 m/dt untuk simulasi dan 0.3725 m/dt untuk data DISHIDROS, dengan error sebesar 1.7 %. Nilai ini memberikan interpretasi hasil simulasi yang sangat baik karena simulasi hanya memberikan masukan parameter dominan penyebeb terjadinya arus yakni berupa pasang surut. Sedangkan kondisi real adalah berparameter komplek yang diantaranya: angin, gelombang, gerak kapal, dsb. Aspek kesalahan data bathimetri dan pengukuran, baik dari manusia maupun alat, juga memungkinkan ikut memberikan konstribusi. Dengan demikian dari validasi ini memberikan kesimpulan bahwa simulasi arus memberikan hasil dengan tingkat akurasi tinggi yakni 98.3 %.
Gambar 5 Grafik perbandingan kecepatan & arah arus
Gambar 5 memberikan hasil komparasi kedua data Dishidros dan hasil simulasi yang dibuat grafik dalam waktu 24 jam hari ke lima, yakni pada jam ke 96 sampai dengan jam ke 120. Kedua kurva Dishdros dan simulasi tersebut memberikan tingkat kemiripan yang sangat tinggi. Dalam satu hari keduanya terjadi sedikit lebih besar dari satu setengah kali periode. Hal ini menggambarkan bahwa tipe pasang surut adalah campuran cenderung semi diurnal. Kecepatan maksimum ke arah utara mempunyai nilai besaran yang hampir sama yakni pada kisaran 0.9 m/dt pada jam yang sedikit berbeda sekitar 2 jam. Hal ini memberikan pengertian hanya beda fasa yang tidak terlalu
signifikan. Sehingga secara detail perbandingan dua kurva tersebut mempunyai tingkat kesepupaan yang tinggi.
4. Kesimpulan
1. Pergerakan arus dalam kanal pada saat menuju pasang, bergerak ke arah selatan. Hal ini karena lebih luasnya laut di depan mulut kanal sebelah utara dibanding selatan. Sehingga masa air akan lebih kuat mengalir dari permukaan yang lebih luas. Sedangkan pada kondisi menuju surut arus dalam kanal sebenarnya bergerak menuju kedua arah selatan dan utara. Karena luas permukaan lebih besar utara maka sedotannya (arus menuju lepas pantai lantaran surut) juga lebih besar ke utara sehingga dalam kanal arus bergerak perlahan ke utara.
2. Pada kondisi menuju pasang tertinggi (spring tide) pada time step 18, terjadi kecepatan arus maksimum sebesar 1.35 m/dt di sekitar Kenjeran menuju ke arah Selatan. Lokasi dan pada waktu ini memberikan tingkat keamanan yang sangat rendah untuk pelayaran. Mempunyai kecepatan rata-rata (pada area studi) yang cukup besar yakni 0.74 m/dt. 3. Pada kondisi menuju surut terendah (neap tide) pada time step 360, terjadi kecepatan arus
maksimum sebesar 0.56 m/dt ke arah selatan di Tg Widoro. Mempunyai kecepatan rata-rata sebesar 0.52 m/dt, dan kecepatan arus minimumnya sebesar 0,0000224 m/dt.
4. Validasi dari simulasi memberikan hasil dengan error 1.7 % yakni menunjukkan tingkat akurasi tinggi yaitu sebesar 98.3 %.
Daftar Simbol
H = kedalaman perairan (m)
U,v = kecepatan pada kordinat kartesius (m/s) X,y = kordinat kartesius
T = waktu(detik)
= densitas perairan(kg/m3) E = koefisien viskositas EddyExx = koefisien viskositas Eddy untuk arah aliran searah sumbu x
Exx = koefisien viskositas Eddy untuk arah aliran searah sumbu y
Exx dan Exy = koefisien viskositas Eddy untuk semua arah aliran
g = percepatan gravitasi (m/s2) a = ketinggian dasar laut (m)
n = Manning’s roughness n-value
= koefisien gaya geser angin Va = kecepatan angin (m/s)
= arah angin
= angka rotasi bumi
= ketinggian local Daftar Pustaka1. Groenveld, R., “Inland Waterways”, TU Delft, The Netherlands, 1997
2. Hari, S. 2003, “Analisa Pola Arus Dan Gelombang di PPI dan Pelawangan Jember”, Teknik Kelautan ITS.
3. Hutabarat, S. 1985, “Pengantar Oceanografi”, UI-PRESS.
4. Murjdito,Laporan Penelitian “Model Perencanaan Alur Pelabuhan Berdasar Pertimbangan Keselamatan dan Resiko”, ITS, Surabaya, 2001
5. Mustain, M., 2003, Fundamental Conception of Mitigation due to Sea Level Rise in the Coastal Area and Small Islands, ISSN 1412-2332, Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, Oktober 2003, P III-2 : 1-5.
6. Mustain, M., Joseph Crhistina, Wahyudi, 2004a, Analisa karakteristik Pola Arus di Perairan Teluk Ambon, ISSN 1412-2332, Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, Oktober 2004, P III-65-72
7. Mustain, M., P.Th. Berhitu, Wahyudi, 2004b, Model Erosi dan Sedimentasi Pantai Teluk Ambon, Majalah IPTEK ITS, ISSN 0853-4098, V 15 N3, Agustus 2004, 107-116. 8. Pratikto, W.A, 1996, “Perencanaan Fasilitas Pantai”, BPFE, Yogyakarta.
9. Setiawan, B, 2004, Studi pola sirkulasi air laut akibat pasang surut pada alur pelayaran Tanjung Perak di Selat Madura, TA Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS.
10. Suhartono, M. 2002 “Perencanaan Alur Pelayaran Selat Madura Menggunakan Metode SCHIJF”, Teknik Kelautan ITS.
