2. TINJAUAN PUSTAKA 2... · searah dengan jarum jam pada BBS. Amplitudo pasut semakin besar apabila...
Transcript of 2. TINJAUAN PUSTAKA 2... · searah dengan jarum jam pada BBS. Amplitudo pasut semakin besar apabila...
4
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kondisi Oseanografi Perairan Teluk Bone
Letak geografis Perairan Teluk Bone berbatasan dengan Provinsi Sulawesi
Selatan di sebelah Barat dan Utara, Provinsi Sulawesi Tenggara di sebelah
Timur, dan sebelah Selatan dengan Laut Banda. Kedalaman perarian di daerah
pesisir mulai dari lima hingga puluhan meter, agak ke tengah maka kedalaman
langsung bertambah dari ratusan meter hingga ribuan meter. Pada bagian
tengah perairan kedalaman mencapai 2420 meter.
Menurut Pariwono (1987), tipe pasang surut yang terbentuk pada Perairan
Timur Indonesia (Gambar 1), memiliki tipe pasang surut campuran dominan
ganda. Hal ini disebabkan oleh penjalaran gelombang pasang surut yang
mendominasi dari Samudera Pasifik yang masuk ke Perairan Indonesia dari
bagian Timur di sebelah Utara yakni melalui perairan Selat Makasar, Laut
Sulawesi, dan Laut Arafura. Gelombang pasang surut antara Samudera Hindia
dan Samudera Pasifik memilki selisih waktu 5 jam pada konstanta ganda (semi-
diurnal constituents) dan selisih 4 jam pada konstanta tunggal (diurnal
consitutents) (Hatamaya, 1996). Sistem pasut di kedua samudera ini
berinteraksi dengan perairan nusantara. Topografi dasar perairan juga
menyebabkan kondisi pasut di Indonesia semakin kompleks (Pariwono,1987).
Secara umum pergerakan arus di Teluk Bone pada kondisi pasang
purnama semakin ke arah tengah perairan arus begerak lebih cepat sedangkan
pada bagian pesisir arus yang terbentuk bergerak dengan kecepatan yang lebih
lambat.
5
Sumber : Pariwono (1985) Gambar 1. Peta tipe pasut di Perairan ASEAN
Hal ini diakibatkan arus yang terbentuk lebih banyak mengalami rintangan
pada daerah pesisir diakibatkan oleh berbagai faktor yang mempengaruhi antara
lain batimetri dan kegiatan manusia (pembangunan pelabuhan) di daerah pesisir.
Pembangunan pelabuhan mempengaruhi arus pasut yang terbentuk dari
pembangunan breakwater, sehingga hal ini akan menyebabkan penumpukan
sedimen dan perubahan kedalaman dalam jangka panjang (BRKP, 2004).
Kondisi pasang surut di daerah Teluk Bone dari Gambar 2 dan Gambar 3
menunjukkan bahwa komponen M2 memberikan pengaruh lebih dibandingkan
dengan komponen K1. Komponen M2 memiliki kisaran amplitudo 50-60 cm
4
Sumber: Egbert dan Erofeeva, 2002
Gambar 2. Amplitudo (kiri) dan Beda fase Greenwich (kanan) dari komponen M2 berdasarkan asimilasi data 10 tahun satelit altimetry dari Topex/Poseidon menjadi model hidrodinamika. Kontur beda fase sebesar 30o sebanding dengan 1 jam waktu bulan
6
5
Sumber: Egbert dan Erofeeva, 2002 Gambar 3. Amplitudo (kiri) dan Beda fase Greenwich (kanan) dari komponen K1 berdasarkan asimilasi data 10 tahun
satelit altimetry dari Topex/Poseidon menjadi model hidrodinamika. Kontur beda fase sebesar 30o sebanding dengan 2 jam waktu sidereals
7
8
dengan kisaran nilai fase sebesar 90o -120o. Sedangkan untuk komponen K1,
kisaran nilai amplitudonya sebesar 30-35 cm dengan kisaran nilai fase sebesar
180o.
Gelombang pasut yang menjalar masuk ke dalam Teluk Bone berasal dari
gelombang pasut yang menjalar melalui Laut Flores dan Laut Banda. Kedua laut
ini memiliki batimetri yang dalam sehingga pasut dengan amplitudo yang tinggi
secara simultan akan melewati kedua laut ini. Di Perairan Timur Indonesia
memiliki karakteristik bahwa pasut ganda berperan lebih besar karena adanya
pertemuan penjalaran gelombang dari Samudera Pasifik dan Samudera Hindia,
sedangkan komponen pasut diurnal lebih mendominasi di Perairan Indonesia
bagian Barat seperti di Laut Jawa dan Laut Cina Selatan (Ray, 2005).
2.2. Pasang Surut
2.2.1. Perambatan gelombang pasut
Gelombang pasut menjalar pada samudera di bumi sebagai gelombang
panjang yang bersifat progresif, yang dapat termodifikasi oleh refleksi (pantulan)
balik, gaya Coriolis dan friksi. Gaya-gaya dan gelombang ini yang paling
memberikan pengaruh terhadap kehidupan di daerah pesisir, dari semua
gelombang panjang yang ada di samudera. Gelombang pasang surut dibentuk
dari gaya gravitasi yang terbentuk dari posisi matahari dan bulan serta gaya-
gaya lainnya yang mempengaruhi gelombang ini. Periode dari semua gaya yang
bekerja pada gelombang ini harus diketahui untuk dapat memahami fenomena
pasang surut yang terjadi. Beberapa hal tersebut yang menyebabkan
gelombang pasang surut memerlukan perlakuan yang istimewa daripada
gelombang lainnya (Dietrich, 1963).
9
Sumber: Modifikasi dari Pond dan Pickard (1983) Gambar 4. Klasifikasi Gelombang pasut sederhana: (a) diurnal, (b) semi-diurnal
(equal), (c) semi-diurnal (unequal). HW = high water, LW = low water, HHW = higher high water, LLW = lower low water, LHW = lower high water, HLW = higher low water
Penjalaran gelombang pasut di bagian pesisir, secara sederhana
dibedakan atas konstanta pasut tunggal dan ganda yang disebabkan oleh gaya
pembangkit pasut yang bekerja. Pada Gambar 4, untuk pasut tunggal terdapat
satu puncak dan satu lembah di setiap satu hari periode bulan (24.8 jam),
sementara untuk pasut ganda terdapat dua pasang dan dua lembah dalam
selang waktu interval yang sama. Untuk pasut ganda, di beberapa daerah akan
memiliki nilai pasang tertinggi yang sama dan nilai surut terendah yang juga
sama, sehingga disebut juga pasang ganda equal. Di beberapa daerah lainnya
pasang tertinggi tidak selalu memiliki nilai yang sama begitu pula nilai surut
terendah, sehingga disebut juga pasut ganda unequal. Pada waktu neap tide, di
beberapa lokasi pasut campuran dominan ganda berubah menjadi pasut tunggal
dalam waktu yang singkat di setiap bulannya (Pond dan Pickard, 1983).
Gambar 5 menunjukkan pola pembentukan sirkulasi amphidromic yang
terjadi di lautan pada Belahan Bumi Utara (BBU). Titik amphidromic adalah
posisi atau daerah basin di lautan, yang memiliki pengaruh pasut paling kecil,
dimana puncak dari gelombang pasut berotasi melewati satu siklus pasut.
0
24 h
LW
HW
DIURNAL
(jarang) (a)
0
24 h
LW LW
HW HW
SEMI-DIURNAL (equal)
(cth: Atlantic) (b)
HLW
0 24 h
LLW
LHW HHW
SEMI-DIURNAL (unequal)
(cth: Pasific) (c)
8
Sumber: Modifikasi dari Garrison (2006) Gambar 5. Pembentukan Sirkulasi Amphidromic. (a) Satu puncak gelombang pasut masut ke dalam basin samudera pada BBU.
(b) Gelombang yang terbentuk bergerak ke arah kanan dikarenakan efek gaya Coriolis, menyebabkan pasang tinggi pada daerah basin di pesisir bagian Timur. (c) Gelombang tidak dapat bergerak terus ke arah kanan yang disebabkan adanya daratan, sehingga puncak gelombang bergerak ke arah Utara, mengikuti garis pantai dan menyebabkan pasang tinggi pada daerah basin di pesisir bagian Utara. (d) Gelombang bergerak secara terus menerus dalam sebuah basin berlawanan arah jarum jam, membentuk pasang tinggi pada pesisir bagian barat dan melengkapi siklus tertutupnya.
Puncak dari gelombang pasut masuk
ke dalam basin dan dibelokkan ke
kanan (BBU) akibat gaya coriolis AP = Titik Amphidromic
Pasang
tinggi
Pasang
tinggi
Pasang
tinggi Surut rendah
Surut
rendah
Pasut Naik
Pasut Naik
Pasut turun
Pasut
turun
10
11
Akibat dari bentuk dan posisi dari daratan di sekitar basin samudera, puncak dan
lembah pasut saling menghilangkan pada titik ini. Gelombang pasut yang
dipengaruhi oleh gaya Coriolis dikarenakan volume yang cukup besar dari
pergerakan air laut dengan gelombang pasut. Gelombang pasut bergerak
berlawanan arah dengan jarum jam di sekitar titik amphidromic pada BBU dan
searah dengan jarum jam pada BBS. Amplitudo pasut semakin besar apabila
semakin jauh dengan titik amphidromic (Garrison, 2006).
2.2.2. Arus pasut dan arus residu
Arus pasut adalah pergerakan air secara horizontal yang disebabkan oleh
pasang surut akan tetapi, antara arus pasut dengan pasut tidak selalu memiliki
hubungan yang dapat dikaitkan satu dengan yang lainnya. Terkadang di
beberapa pesisir perairan tidak memiliki arus pasut, dan yang lainnya memiliki
arus pasut tetapi tidak ada pasut (Gross, 1990). Arus pasut terjadi pada daerah
perairan yang umumnya semi tertutup (Ali, 1994).
Arus pasut memiliki fenomena yang lebih rumit dibandingkan dengan
gelombang pasang surut karena arus pasut secara umum mewakili proses yang
dua dimensi, sedangkan gelombang pasut hanya mewakili proses yang satu
dimensi. Proses dua dimensi dari arus pasut yang merambat di suatu wilayah,
mewakili pergerakan arus terhadap luasan perairan dan waktu. Hanya dalam
kasus-kasus tertentu arus pasut dapat bersifat satu dimensi, contohnya pada
sungai (Dietrich,1963).
Daerah lautan terbuka arus pasut bersifat lebih rumit. Posisi relatif
terhadap titik amphidromic , bentuk dari basin, dan magnitude dari gaya gravitasi
dan inertia, semua hal tersebut harus diperhitungkan dalam perhitungan
kecepatan dan arah dari arus pasut dibandingkan faktor kedalaman dasar laut.
12
Kecepatan arus pasut pada lautan terbuka diukur dalam sentimeter per detik dan
umumnya kecepatannya berkurang seiring dengan semakin dalamnya perairan
(Garrison, 2006).
Salah satu arus pasut yang terkenal adalah arus pasut yang bolak-balik.
Hal ini umumnya terjadi di daerah pelabuhan. Bila gelombang pasut datang dan
masuk ke dalam pelabuhan maka akan terjadi kenaikan muka air laut di
pelabuhan, hal ini disebut flood current. Sewaktu gelombang air bergerak
kembali pergi keluar dari pelabuhan maka akan terjadi penyusutan tinggi muka
air laut yang disebut ebb current. Ketika arus berganti arah maka akan
menimbulkan waktu dimana ketika tidak terjadi arus sama sekali di perairan,
dinamakan slack water (Gross, 1990).
Arus pasut dapat dipengaruhi oleh runoff dari sungai dan angin. Masukan
dari sungai dapat juga memperbesar arus pasut yang terjadi. Misal ketika terjadi
ebb current, maka masukan dari sungai ini dapat memperbesar dan
mempercepat pergerakan massa air meninggalkan pesisir (Gross, 1990).
Kekuatan dari arus pasut ini bergantung dari volume air yang dibawanya
dan bukaan mulut dari suatu perairan yang semi tertutup. Ada beberapa hal
yang tidak mungkin dilakukan antara lain ialah memperkirakan besarnya
kekuatan dari arus pasut ini, namun dapat dilihat dari besarnya tidal range yang
ada. Semakin besar tunggang pasut yang terjadi maka arus pasut yang
terbentuk akan semakin lemah dan begitu pula sebaliknya. Pada saat pasang
purnama memiliki arus pasut yang lebih kuat dibanding pada saat pasang
perbani. Secara umum, arus pasut merupakan arus berkekuatan besar di
daerah pesisir (Gross, 1990).
13
Arus residu memiliki pengertian sebagai besar nilai arus yang diamati
dikurang dengan besar nilai arus pasut astronomi (Spring, 2000). Arus residu
memiliki peranan penting dalam pemindahan material di estuari dan penting
dalam proses biologi-kimia dalam perairan (Manda, 2010). Pemodelan arus
residu yang dihasilkan tidak memiliki validasi data terhadap kondisi yang terjadi
di lapangan, sehingga pola arus yang terbentuk masih harus dikaji ulang
terhadap pengukuran arus dari data lapang. Pengukuran arus residu secara
observasi di lapangan cukup sulit dilakukan di perairan yang memiliki arus pasut.
Arus residu umumnya ditemukan pada daerah perairan pesisir (Guo, 2004).
Pemodelan arus residu disimulasikan selama 30 hari dan yang ditampilkan
menjadi pola arusnya hanya satu siklus M2 saja, diintegrasikan selama 12,4 jam
terakhir. Dan untuk Pemodelan arus residu K1 yang ditampilkan menjadi pola
arusnya hanya satu siklus K1 saja, diintegrasikan selama 24 jam terakhir.
Pengintegrasian nilai kecepatan arus residu (u dan v) untuk komponen pasut M2
dan K1 mengikuti persamaan (Hearn, 2008):
dimana:
adalah nilai pengintegrasian komponen u selama satu siklus komponen pasut
M2 dan K1.
adalah nilai pengintegrasian komponen v selama satu siklus komponen pasut
M2 dan K1.
T adalah waktu (dalam jam) yang diperlukan komponen pasut M2 dan K1 untuk
berosilasi selama 1 siklus.
u dan v adalah komponen arus residu yang dihitung.
14
2.3. Persamaan Hidrodinamika ELCOM
Persamaan transpor elcom berdasarkan persamaan Reynolds - rerata
Navier-Stokes (RANS) dan transpor scalar yang tidak stabil menggunakan
Boussinesq dan menolak kondisi tekanan non-hidrostatik. Persamaan RANS
yang tak stabil dibentuk dari menapis persamaan Navier-Stokes yang tak stabil
dalam sebuah periode waktu yang relative cukup panjang dalam skala proses
sub-grid, tetapi relative lebih kecil dibanding proses skala grid dalam area
penelitian. Dalam metode numerik RANS yang tidak stabil, skala waktu yang
digunakan untuk merata-ratakan adalah langkah waktu yang digunakan dalam
kemajuan di persamaan-persamaan evolusi. Sehingga, langkah waktu
maksimum yang diberikan dari setiap resolusi grid secara mendasar dibatasi
oleh ukuran fisik dari grid , tanpa memperhatikan metode numerik (Hodges dan
Dallimore, 2009).
Berikut ini adalah Ringkasan dari Persamaan Hidrodinamika yang
digunakan dalam ELCOM
Transport momentum
.................................................................. (1)
Kontinuitas
......................................................................................................... (2)
Kondisi batas momentum – kondisi free surface
......................................................................................................... (3)
15
Kondisi batas momentum – bagian dasar dan samping
.......................................................................................................... (4)
Transport skalar
.......... (5)
Kondisi batas skalar
......................................................................................................... (6)
Evolusi free-surface
.................................................................................... (7)
Free-Surface wind shear
.................................................................. (8)
Masukan momentum dari angin
................................................................................................... (9)