Kajian arus pasut di perairan pantai Jepara

Prosiding Seminar Riptek Kelautan Nasional, 30-31 Juli 2003, ISBN: 979-95802-5-0 OSL 111

KAJIAN ARUS PASUT DI PERAIRAN PANTAI JEPARA

Widodo Setiyo Pranowo *), Nining Sari Ningsih **), Agus Supangat *) *) Pusat Riset Wilayah Laut & Sumberdaya Non-hayati, BRKP – DKP

**) Laboratorium Pemodelan Oseanografi, ITB email: [email protected]

Abstract Coastal territorial water of Jepara precisely in District of Kedung is fishpond areal for the width of 805.717 Ha or 65,43% from wide of fishpond areal in Jepara region. There are canal (gates tide) as water outlet and inlet of the fishpond areal in the coastal region of Kedung. Tidal current effect is very dominant in water circulation between fishpond areal and coastal waters around. This study use COHERENS 2 Dimension numerical model (Luyten, dkk., 1999) for the simulation of tidal current during 45 day by using Nested Model Technique. Hydrodynamic model simulation results show that the rhythm of dominant current flows to Northeast at ebb tide to lowest water condition, and then changes direction at flood tide to highest water condition. The maximum current speed on Kedung waters at Neap tide and Spring tide conditions are 0,079 m/detik and 0.235 m/s, respectively. this tidal current transporting water from coastal territorial water to the fishpond areal at the flood tide, and change direction to transporting waste water from the fispond areal to the coastal waters at the ebb tide. Keywords: tidal current, spring tide, neap tide, hydrodynamics numerical modeling

Abstrak

Perairan pantai Jepara tepatnya di Kecamatan Kedung adalah areal pertambakan seluas 805.717 Ha atau 65,43% dari total luas areal pertambakan di wilayah Kebupaten Jepara. Sepanjang wilayah pantai Kedung terdapat kanal-kanal (tide gates) sebagai inlet dan outlet air laut ke areal pertambakan. Arus akibat pasang surut dalam hal ini adalah sangat dominan dalam proses sirkulasi air laut ke areal pertambakan. Kajian ini menggunakan model numerik COHERENS 2 Dimensi (Luyten, dkk., 1999) untuk mensimulasikan arus pasut selama 45 hari dengan menggunakan Nested Model Technique. Hasil simulasi model menunjukkan bahwa pola arus secara dominan bergerak ke arah Timurlaut dari saat air menuju surut hingga saat air terendah dan sebaliknya bergerak ke arah Baratdaya dari saat air menuju pasang hingga saat air tertinggi. Kecepatan arus maksimum di perairan pantai Kedung pada kondisi pasut Perbani dan Purnama berturut-turut adalah 0,079 m/detik dan 0,235 m/detik. Arus pasut ini pada saat pasang akan mentransporkan air dari perairan pantai menuju ke inlet areal pertambakan, dan pada saat surut mentransporkan limbah dari kanal-kanal outlet menuju perairan pantai. Kata kunci: arus pasut, pasut purnama, pasut perbani, pemodelan numerik, hidrodinamika 1. Pendahuluan

Perairan pantai Jepara tepatnya di Kecamatan Kedung adalah areal pertambakan seluas 805.717 Ha atau 65,43% dari total luas areal pertambakan di wilayah Kebupaten Jepara. Sepanjang wilayah pantai Kedung terdapat kanal-kanal (tide gates) sebagai inlet dan outlet air laut ke areal pertambakan.

Arus akibat pasang surut dalam hal ini adalah sangat dominan dalam proses sirkulasi air laut ke areal pertambakan. Arus pasut ini pada saat pasang akan mentransporkan air dari


perairan pantai menuju ke inlet areal pertambakan, dan pada saat surut mentransporkan limbah dari kanal-kanal outlet menuju perairan pantai. Kajian ini diperlukan sebagai studi awal terhadap fenomena fisik perairan yang selanjutnya bisa digunakan untuk studi lebih lanjut tentang penyebaran limbah organik dari areal pertambakan terhadap perairan pantai sekitarnya. 2. Metode 2.1 Persamaan Model Hidrodinamika

Studi ini menggunakan model hidrodinamika 2 dimensi horisontal COHERENS (A Coupled Hydrodynamical-Ecological Model for Regional and Shelf Seas). Persamaan pembangun yang digunakan adalah sebagai berikut (Luyten, dkk., 1999):

Persamaan momentum dalam arah x1 :

212

111

1101

2

2

1

)(1 ττττρ

ζxxx

gH

HVU

xHU

xtU

bs ∂∂

+∂∂

+−+∂∂

−

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂∂

+⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

∂∂

+∂∂

(1.a)

Persamaan momentum dalam arah x2 :

222

211

2202

2

21

)(1 ττττρ

ζxxx

gH

HV

xHVU

xtV

bs ∂∂

+∂∂

+−+∂∂

−

=⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂∂

+∂∂

(1.b)

Persamaan kontinuitas :

021=

∂∂

+∂∂

+∂∂

xV

xU

tζ

(2)

dimana:

111 2

xu

H ∂∂

= υτ (3)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

==12

1221 xv

xu

Hυττ (4)

222 2

xv

H ∂∂

= υτ (5)

Adapun simbol yang ada menerangkan sebagai berikut: ( )VU , = kecepatan arus yang dirata-ratakan terhadap kedalaman

masing-masing untuk arah x1 dan x2 (m/detik), H = kedalaman aktual perairan = h+ζ (meter), g = percepatan gravitasi (9,8 m/detik2), ζ = elevasi permukaan air laut (meter), νH = koefisien difusi horisontal, ρ0 = densitas air laut (1025 kg/m3), ( )21, ss ττ

= komponen tegangan gesekan permukaan masing-masing

untuk arah x1 dan x2, ( )21, bb ττ

= komponen tegangan gesekan dasar masing-masing untuk

arah x1 dan x2, ( )21, xx = koordinat masing-masing untuk arah sumbu-X dan

sumbu-Y,


τ11 = komponen tegangan gesek yang bekerja pada bidang yang tegak lurus x1 dan searah x1 (m2/detik),



Persamaan hidrodinamika diatas digunakan untuk mensimulasikan pola sirkulasi arus pada perairan yang dikaji. Persamaan (1.a) dan (1.b) mewakili hukum kekekalan momentum dan menggambarkan keseimbangan gaya pada fluida inkompresibel, dan secara khusus menggambarkan evolusi dari laju kecepatan arus pada lokasi tertentu. Sedangkan persamaan (2) mewakili kekekalan massa air dan menggambarkan evolusi dari permukaan laut. 2.2 Desain Simulasi Model Hidrodinamika Simulasi model hidrodinamika dijalankan selama 45 hari dari 1 Maret hingga 15 April 2001 berdasarkan lama waktu pengamatan fenomena sebaran Nitrogen di Kedung, Jepara. Simulasi model dilakukan dalam 3 tahap yaitu: model besar, model menengah, dan model kecil. Input yang digunakan sebagai nilai batas terbuka pada model besar adalah elevasi pasang surut yang diperoleh dari model pasut global (Global Tide Model) ORITIDE yang dibangun di Ocean Research Institute, University of Tokyo. Selanjutnya setiap tahapan model yang dilakukan akan menghasilkan data keluaran berupa elevasi muka laut yang digunakan sebagai nilai batas pada model yang lebih kecil, metode ini umumnya dikenal sebagai ’Nested Model Technique’. Penggunaan pasang surut sebagai pembangkit arus pada model ini didasarkan pada penelitian Kastoro (1987) di perairan Jepara, yang menyimpulkan bahwa pola arus yang bergerak di perairan pantai Jepara adalah didominasi oleh arus pasut. a. Model Besar

Batas area model besar meliputi Semarang (110,43 °BT dan 6,93 °LS), Kep. Karimunjawa (110,43 °BT dan 5,88 °LS), Rembang (111,34 °BT dan 6,70 °LS), dan satu stasiun laut sebagai batas area model di sisi timur bagian utara memiliki koordinat (111,34 °BT dan 5,88 °LS). Total luas area sekitar 120 km x 108 km atau 12.960 km2. Area model besar ini dibagi menjadi grid dengan lebar ∆x = ∆y = 4000 meter. Simulasi dijalankan dengan langkah waktu ∆t = 12 detik.

b. Model Menengah

Batas area model menengah dimulai dari koordinat 110,50 °BT hingga 110,72 °BT, dan 6,45 °LS hingga 6,92 °LS). Total luas area sekitar 24 km x 52 km atau 1248 km2. Area model menengah ini dibagi menjadi grid dengan lebar ∆x = ∆y = 400 meter. Simulasi dijalankan dengan langkah waktu ∆t = 8 detik.

c. Model Kecil

Total luas area model kecil sekitar 8 km x 11 km atau 88 km2, yaitu meliputi perairan pantai Kedung, Jepara. Data kecepatan arus hasil observasi pada bulan Maret 2001 di Sungai Serang, Kanal Kenceng, K. Gawe, dan K. Langgar digunakan sebagai nilai batas terbuka sungai (lihat Tabel 2). Sedangkan pada batas terbuka laut digunakan elevasi muka laut yang dihasilkan dari simulasi model menengah Area model ini dibagi menjadi grid dengan lebar ∆x = ∆y = 100 meter. Simulasi dijalankan dengan langkah waktu ∆t = 4 detik.

Daerah model besar, menengah, dan kecil dapat dilihat pada Gambar 1, sedangkan

desain model hidrodinamika dapat dilihat pada Tabel 1.


Tabel 1. Desain Model Hidrodinamika GRID

(∆x = ∆y ) LANGKAH WAKU (∆t)

DIMENSI

MODEL BESAR (12.960 km2) 4000 meter 12 detik 27 x 31 grid MODEL MENENGAH (1248 km2) 400 meter 8 detik 60 x 130 grid MODEL KECIL (88 km2) 100 meter 4 detik 11 x 8 grid

Tabel 2. Data Kecepatan Arus sebagai Nilai Batas Terbuka Sungai NO. SUNGAI / KANAL KECEPATAN ARUS (m/detik) 1. S. Serang 0,083 2. K. Kenceng 0,047 3. K. Gawe 0,066 4. K. Langgar 0,060

Gambar 1. Sketsa Desain Area Model (A=Model Besar, B=Menengah, C=Kecil)

3. Hasil dan Diskusi Hasil pemodelan hidrodinamika yang telah dilakukan menunjukkan bahwa arah arus pada model besar, menengah maupun model kecil sudah konsisten. Dimana pola arus yang terjadi hanya disebabkan oleh perbedaan tinggi elevasi muka laut akibat pasang surut. 3.1 Arus Hasil Simulasi Model Besar

Secara umum pola arus pasut hasil simulasi model besar pada kondisi pasut Perbani (Neap tide condition) menunjukkan bahwa arus bergerak ke arah Timur (East) dari saat air menuju surut (ebb tide) hingga saat air tersurut (lowest water condition) dengan kecepatan maksimum 0,110 m/detik. Dan sebaliknya bergerak ke arah Barat (West) dari saat air menuju pasang (flood tide) hingga saat air tertinggi (highest water condition) dengan kecepatan maksimum 0,160 m/detik.

Pola arus pasut pada kondisi pasut Purnama (Spring tide condition) menunjukkan bahwa arus bergerak ke arah Timur dari saat air menuju surut hingga saat air tersurut dengan kecepatan


maksimum 0,630 m/detik. Dan sebaliknya bergerak ke arah Barat dari saat air menuju pasang hingga saat air tertinggi dengan kecepatan maksimum 0,400 m/detik.

Apabila pengamatan difokuskan kepada area dimana posisi model menengah dan kecil akan berada didalam area model besar (lihat kembali Gambar 1), maka pola arus bergerak ke arah Timurlaut dari saat air menuju surut hingga saat air tersurut, dan sebaliknya bergerak ke arah Baratdaya dari saat menuju pasang hingga saat air tertinggi. Pola arus tersebut terjadi baik pada kondisi pasut Perbani maupun Purnama. 3.2 Arus Hasil Simulasi Model Menengah

Secara umum pola arus pasut hasil simulasi model menengah pada kondisi pasut Perbani menunjukkan bahwa arus bergerak ke arah Timurlaut (Northeast) dari saat air menuju surut hingga saat air tersurut dengan kecepatan maksimum 0,090 m/detik. Dan sebaliknya bergerak ke arah Baratdaya (Southwest) dari saat air menuju pasang hingga saat air tertinggi dengan kecepatan maksimum 0,070 m/detik.

Pola arus pasut pada kondisi pasut Purnama menunjukkan bahwa arus bergerak ke arah Timurlaut dari saat air menuju surut hingga saat air tersurut dengan kecepatan maksimum 0,500 m/detik. Dan sebaliknya bergerak kearah Baratdaya dari saat air menuju pasang hingga saat air tertinggi dengan kecepatan maksimum 0,310 m/detik. 3.3 Arus Hasil Simulasi Model Kecil

Secara umum pola arus pasut hasil simulasi model kecil pada kondisi pasut Perbani menunjukkan bahwa arus bergerak ke arah Timurlaut dari saat air menuju surut hingga saat air tersurut dengan kecepatan maksimum 0,079 m/detik. Dan sebaliknya bergerak ke arah Baratdaya dari saat air menuju pasang hingga saat air tertinggi dengan kecepatan maksimum 0,068 m/detik.

Pola arus pasut pada kondisi pasut Purnama menunjukkan bahwa arus bergerak ke arah Timurlaut dari saat air menuju surut hingga saat air tersurut dengan kecepatan maksimum 0,235 m/detik. Dan sebaliknya bergerak kearah Baratdaya dari saat air menuju pasang hingga saat air tertinggi dengan kecepatan maksimum 0,179 m/detik. Fenomena pola arus pasut tersebut bisa dijelaskan jika meninjau 2 buah titik stasiun pasut yaitu Semarang dan Karang Bokor (lihat Gambar 1), misalnya pada kondisi pasut Purnama. Dimana pada saat air menuju surut tunggang pasutnya lebih besar daripada tunggang pada saat air menuju pasang. Sehingga kecepatan arus maksimum terlihat lebih tinggi pada saat air menuju surut daripada saat air menuju pasang (lihat Tabel 3). Tinggi elevasi muka laut di Semarang pada saat air menuju surut terlihat lebih tinggi dibandingkan di Karang Bokor, maka arus bergerak menuju Timurlaut. Sebaliknya ketika air menuju pasang, elevasi muka laut di Karang Bokor lebih tinggi daripada di Semarang, maka arus bergerak menuju Baratdaya. 3.4 Verifikasi Hasil Simulasi Model Hidrodinamika Verifikasi elevasi muka laut hasil model besar, menengah maupun model kecil terhadap elevasi muka laut hasil peramalan pasut dengan ORITIDE (Global Tidal Model yang dikembangkan oleh Ocean Research Insitute, University of Tokyo) menunjukkan hasil yang baik. Verifikasi tersebut dilakukan di lokasi Karang Bokor (Bokor patch reef) pada koordinat 06°40’48“ LS dan 110°37’12“ BT (lihat Gambar 1 dan Gambar 2). Verifikasi kecepatan arus yang hanya dilakukan pada model besar terhadap data hasil observasi pada tanggal 4 – 18 Oktober 1993, yaitu di lokasi Lemah Abang pada koordinat 110°48’00” BT dan 6°25’12” LS, secara umum memperlihatkan bahwa magnitude kecepatan arus hasil model lebih besar dibandingkan hasil observasi. Hal ini terutama terlihat pada komponen kecepatan U, sedangkan pada komponen kecepatan V terlihat magnitude-nya sangat mendekati (lihat Gambar 3). Kemudian jika dilihat sebaran arus hasil resultan dari komponen U dan V diatas maka terlihat adanya perbedaan arah antara hasil simulasi model dengan hasil observasi, yaitu terdapat deviasi sekitar 27°.


Tabel 3. Tinggi Elevasi antara Semarang dan Karang Bokor pada Kondisi Purnama (Spring Tide)

SEMARANG -0,0049 -0,1039 0,0743 0,2642 K. BOKOR -0,0564 -0,1111 0,1243 0,2993 TUNGGANG 0,0515 0,0072 0,0503 0,0351

- 0 .4

0

0 .4

0 12 0 2 4 0 3 6 0 4 8 0 6 0 0 72 0 8 4 0 9 6 0 10 8 0

W akt u ( jam)

COHERENS ORITIDE

Gambar 2. Verifikasi Elevasi Muka Laut Hasil Simulasi Model Kecil Lokasi Karang Bokor (1 Maret – 15 April 2001)

Gambar 3. Verifikasi Komponen Arus Pasut U dan V Hasil Simulasi Model Besar di Lokasi Lemah Abang (4 – 18 Oktober 1993)


Gambar C-8. Pola Arus Hasil Simulasi Model Kecil pada Kondisi Pasut Purnama Saat Air Pasang dengan skala kecepatan arus sbb: = 0,075-0,0235 m/detik, = < 0,075 m/detik.

Documents

Kajian arus pasut di perairan pantai Jepara