MODEL SIRKULASI ARUS LAUT DI PERAIRAN MAHAKAM SELATAN, SELAT MAKASSAR

MODEL SIRKULASI ARUS LAUT DI PERAIRAN MAHAKAM

SELATAN, SELAT MAKASSAR

TUGAS AKHIR

Disusun untuk Memenuhi Syarat Kurikuler Program Sarjana Strata 1 (S-1)

Program Studi Oseanografi

Oleh :

Jefry Anderson Torhis Simanjuntak

NIM : 12910033

PROGRAM STUDI OSEANOGRAFI

FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2015

LEMBAR PENGESAHAN

Model Sirkulasi Arus Laut di Perairan Mahakam Selatan, Selat Makassar

Oleh :

Jefry Anderson Torhis Simanjuntak

NIM : 12910033

Program Studi Oseanografi

Institut Teknologi Bandung

Bandung, 23 Februari 2015

Telah diperiksa dan disetujui,

Pembimbing,

Ivonne Radjawane,Ph.D.

NIP. 196608061992022001

iii

ABSTRAK

Di dalam studi ini, simulasi hidrodinamika menggunakan model numerik MIKE 21

Flow Model FM (DHI, 2012) dilakukan untuk mengkaji dinamika arus laut di

perairan Mahakam Selatan pada kondisi purnama dan perbani dengan variasi angin

musiman. Arus laut simulasi dibangkitkan oleh angin dan pasang surut. Hasil

verifikasi elevasi menunjukan kesesuaian data yang baik antara hasil simulasi

dengan data lapangan yang ditunjukan dengan persentasi nilai R-squared untuk

elevasi, arus total komponen arus timur dan utara masing-masing sebesar 90,13%,

37,51%, dan 11,98%. Vektor arus resultan simulasi dan lapangan mengikuti pola

sinusoidal elevasi pasut. Pada musim barat, peralihan pertama, timur, peralihan

kedua, angin bertiup dengan kecepatan rata-rata bulanan 1,88 m/detik dari utara

timur laut (140), 1,74 m/detik dari barat laut (3000), 2,81 m/detik dari barat daya

(2270), 2,22 m/detik dari utara barat laut (3360). Rata-rata kecepatan arus lapangan

di lapisan permukaan, menengah, dan dasar masing-masing adalah 0,31 m/detik,

0,21 m/detik, dan 0,13 m/detik. Pada saat musim barat, timur, peralihan pertama,

peralihan kedua, rata-rata besar kecepatan arus di perairan pantai secara berturut-

turut adalah 0,17 m/detik, 0,16 m/detik, 0,08 m/detik, dan 0,09 m/detik sedangkan

untuk di lepas pantai adalah 0,25 m/detik, 0,30 m/detik, 0,13 m/detik dan 0,14

m/detik. Pada kondisi ekstrim dimana arus mengalir dengan kecepatan di atas rata-

rata, saat surut terendah purnama musim muson barat, arus mengalir menuju arah

barat daya dengan nilai kecepatan di pantai 0,36 m/detik dan lepas pantai 0,71

m/detik. Sedangkan, pada saat pasang tertinggi purnama musim timur, arus

mengalir menuju arah timur laut dengan nilai kecepatan di pantai 0,38 m/detik dan

lepas pantai 0,80 m/detik. Perubahan arah dan kecepatan arus tidak ditemukan

ketika kondisi arus saat musim peralihan pertama dan kedua dimana arus bergerak

menuju arah tenggara.

kata kunci : hidrodinamika, pasang surut, angin, mahakam selatan

iv

ABSTRACT

In this study, a hydrodynamics simulation using MIKE 21 Flow Model FM

numerical model (DHI, 2012) has been applied to study ocean current dynamics at

the South Mahakam water on spring and neap tides condition along with its wind

variability. Ocean current is mainly generated by wind and tidal force. The

verification results show conformity of simulation and field measurement data

which are shown with R-squared percentage for elevation, total current speed of

east and north component, respectively, are 90.13%, 37.51% and 11.98%. Current

vector resultant of simulation and observed data follow the sinusoidal pattern of

tidal elevation. During west, transition 1, east, transition 2 seasons, the wind blows

with average speed 1.88 m/s from north north east (140), 1.74 m/s from north

west(3000), 2.81 m/s from south west (2270), 2.22 m/s from north north west (3360).

The average field current speed at the surface layer, middle and bottom

consecutively are 0.31 m/s, 0.21 m/s and 0.13 m/s. During the west, east, transition

one and two seasons, the average speed at the near shore South Mahakam water

are 0.17 m/s, 0.16 m/s, 0.08 m/s, and 0.09 m/, successively, whereas at the offshore

respectively are 0.25 m/s, 0.30 m/s, 0.13 m/s and 0.14 m/s. At extreme condition

where the current speed flows over than average speed, during lowest spring ebb

condition at west season, ocean current flows toward south west with speed of 0.36

m/s at nearshore and 0.71 m/s at offshore. Whereas, during the highest spring

floond condition at east monsoon season, ocean current flows toward north east

with speed of 0.38 m/s and 0.80 m/s consecutively at nearshore and offshore.

Magnitude and direction changes was not found at transition one and two seasons

where the ocean current flows to South East.

keywords : hydrodynamics, tide, wind, south mahakam

v

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN................................................................................ ii

ABSTRAK ........................................................................................................ iii

ABSTRACT ....................................................................................................... iv

DAFTAR ISI ...................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR....................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ I-1

1.1. Latar Belakang...................................................................................... I-1

1.2. Tujuan Penelitian .................................................................................. I-2

1.3. Perumusan Masalah .............................................................................. I-2

1.4. Pembatasan Masalah ............................................................................. I-2

1.5. Sistematika Pembahasan ....................................................................... I-3

BAB II TEORI DASAR ................................................................................. II-1

2.1. Gaya Pasang Surut di Perairan Pantai ................................................. II-1

2.2. Arus Pasang Surut .............................................................................. II-1

2.3. Arus yang Dibangkitkan oleh Angin .................................................. II-4

2.4. Studi Studi Dinamika Arus Laut Terdahulu di Sekitar Perairan

Mahakam Selatan ............................................................................. II-4

2.5. Perbandingan Tugas Akhir dengan Studi Terdahulu ........................... II-6

BAB III METODOLOGI ............................................................................ III-1

3.1. Skema Model .................................................................................... III-1

3.2. Modul Hidrodinamika ....................................................................... III-1

3.2.1. Persamaan Hidrodinamika ................................................... III-2

3.2.2. Desain Model........................................................................ III-3

vi

3.2.3. Data Masukan Model ............................................................ III-5

3.2.3.1.Data Batimetri ............................................................... III-5

3.2.3.2.Data Elevasi Pasang Surut ............................................. III-6

3.2.3.3.Data Angin .................................................................... III-6

3.2.4. Data Lapangan untuk Verifikasi Hasil Model ........................ III-7

3.2.4.1.Data Elevasi Pasang Surut ............................................. III-7

3.2.4.2.Data Arus ...................................................................... III-7

3.2.5. Nilai Awal dan Syarat Batas Model ...................................... III-8

3.3. Alur Pengerjaan Tugas Akhir ............................................................. III-9

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... IV-1

4.1. Pemisahan Komponen Arus Pasut dan Residu Data Lapangan .......... IV-1

4.2. Verifikasi Model Hidrodinamika ....................................................... IV-2

4.2.1. Verifikasi Elevasi Pasang Surut ............................................ IV-2

4.2.2. Verifikasi Arus ..................................................................... IV-4

4.3. Kondisi Meteorologi Perairan Mahakam Selatan............................... IV-7

4.3.1. Musim Muson Barat (Februari 2013) .................................... IV-8

4.3.2. Musim Peralihan Pertama (Mei 2013) ................................... IV-8

4.3.3. Musim Muson Timur (Juli 2013) .......................................... IV-9

4.3.4. Musim Peralihan Kedua (November 2013) ......................... IV-10

4.4. Kondisi Oseanografi Perairan Mahakam Selatan ............................. IV-11

4.4.1. Analisis Harmonik Pasut .................................................... IV-11

4.4.2. Variasi Arus terhadap Kedalaman ....................................... IV-13

4.5. Dinamika Arus Laut di Perairan Mahakam Selatan ......................... IV-15

4.5.1. Kondisi Perbani saat Musim Barat ...................................... IV-16

4.5.2. Kondisi Purnama saat Musim Barat .................................... IV-18

4.5.3. Kondisi Perbani saat Musim Timur ..................................... IV-20

4.5.4. Kondisi Purnama saat Musim Timur ................................... IV-22

vii

4.6. Kondisi Ekstrim Dinamika Arus Laut di Perairan Mahakam Selatan IV-24

4.6.1. Kondisi Esktrim saat Kondisi Surut Terendah Purnama Musim

Barat ................................................................................... IV-24

4.6.2. Kondisi Esktrim saat Kondisi Pasang Tertinggi Purnama Musim

Timur .................................................................................. IV-26

4.6.3. Kondisi Esktrim saat Musim Peralihan Pertama dan Kedua. IV-28

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... V-1

5.1. Kesimpulan........................................................................................ V-1

5.2. Saran ................................................................................................. V-2

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... DP-1

LAMPIRAN A .................................................................................................. A

LAMPIRAN B ................................................................................................... B

LAMPIRAN C .................................................................................................. C

LAMPIRAN D .................................................................................................. D

UCAPAN TERIMAKASIH ......................................................................... UT-1

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Peta lokasi platform sumur gas di Mahakam Selatan ................... I-1

Gambar 3.1. Skema Model Numerik Penelitian Menggunakan MIKE21 ...... III-1

Gambar 3.2. Area kajian simulasi hidrodinamika di Mahakam Selatan ........ III-3

Gambar 3.3. Peta lokasi pengamatan lapangan angin, arus laut,

dan elevasi pasut .................................................................... III-5

Gambar 3.4. Koordinat Batas Area Cuplikan Batimetri Perairan .................. III-6

Gambar 3.5. Grafik elevasi pasang surut lapangan pada tanggal 1/07/2013

pukul 00:00 hingga 14/07/2013 pukul 00:00 .......................... III-7

Gambar 3.6. Grafik elevasi pasang surut lapangan pada tanggal 15/07/2013

pukul 00:00 hingga 31/07/2013 pukul 00:00 .......................... III-7

Gambar 3.7. Diagram alir analisis variasi arus terhadap kedalaman (kiri),

angin muson (tengah), dan harmonik pasang surut (kanan) ...... III-9

Gambar 3.8 Diagram alir simulasi model hidrodinamika ........................... III-10

Gambar 4.1 Perbandingan data lapangan rata-rata kecepatan arus total, arus

pasut, dan arus residu pada komponen timur () ...................... IV-1

Gambar 4.2 Perbandingan data lapangan rata-rata kecepatan arus total, arus

pasut, dan arus residu pada komponen utara () ....................... IV-2

Gambar 4.3 Verifikasi elevasi pasut lapangan dan simulasi ......................... IV-3

Gambar 4.4 Perbandingan nilai elevasi lapangan dan model ....................... IV-3

Gambar 4.5 Verifikasi kecepatan arus lapangan dan arus simulasi komponen

timur ....................................................................................... IV-5

Gambar 4.6 Verifikasi kecepatan arus lapangan dan arus simulasi komponen

utara ....................................................................................... IV-5

Gambar 4.7 Perbandingan data arus total lapangan dengan arus simulasi

komponen timur (kiri) dan utara (kanan) .................................. IV-6

ix

Gambar 4.8 Profil vektor resultan elevasi pasut model, arus model, dan arus

lapangan .................................................................................. IV-7

Gambar 4.9 Mawar angin (kiri) dan grafik distribusi magnitudo kecepatan

angin (kanan) saat musim barat (Februari 2013)....................... IV-8


angin (kanan) saat musim peralihan pertama (Mei 2013) ......... IV-9


angin (kanan) saat musim timur (Juli 2013) ............................. IV-9


angin (kanan) saat musim peralihan kedua (November 2013). IV-10

Gambar 4.13 Perbandingan elevasi total, elevasi pasut, elevasi residu ........ IV-11

Gambar 4.14 Grafik nilai amplitudo komponen pasut di perairan Mahakam

Selatan ................................................................................... IV-12

Gambar 4.15 Grafik persentase amplitudo komponen pasut perairan Mahakam

Selatan ................................................................................... IV-13

Gambar 4.16 Profil vektor resultan arus lapangan di lapisan permukaan,

menengah, dan dasar perairan Mahakam Selatan ................... IV-14

Gambar 4.17 Karakter arus heterogen dan homogen perairan Mahakam

Selatan ................................................................................... IV-15

Gambar 4.18 Perbandingan dinamika arus serta elevasi muka laut pada kondisi

surut terendah purnama saat musim barat dan timur ............... IV-25

Gambar 4.19 Dinamika arus laut pada kondisi ekstrim surut terendah purnama

saat musim barat ................................................................... IV-26


pasang tertinggi purnama saat musim barat dan timur ............ IV-26

Gambar 4.21 Dinamika arus laut pada kondisi ekstrim pasang tertinggi musim

timur ...................................................................................... IV-27

x


surut terendah dan pasang tertinggi purnama saat musim peralihan

pertama dan kedua ................................................................. IV-28

Gambar 4.23 Dinamika arus laut pada kondisi ekstrim pasang tertinggi dan surut

terendah musim peralihan kedua ............................................ IV-29

Gambar A.1 Peta batimetri perairan Mahakam Selatan ................................ A-1

Gambar C.1 Skema pengukuran arus lapangan menggunakan ADCP ........... C-1

Gambar C.2 Profil arus laut lapangan terhadap kedalaman ........................... C-3

Gambar D.1 Pola arus saat pasang tertinggi perbani musim barat .................. D-1

Gambar D.2 Pola arus saat pasang menuju surut perbani musim barat........... D-1

Gambar D.3 Pola arus saat surut terendah perbani musim barat ................... D-2

Gambar D.4 Pola arus saat surut menuju pasang perbani musim barat.......... D-2

Gambar D.5 Pola arus saat pasang tertinggi purnama musim barat ............... D-3

Gambar D.6 Pola arus saat pasang menuju surut purnama musim barat ........ D-3

Gambar D.7 Pola arus saat surut terendah purnama musim barat.................. D-4

Gambar D.8 Pola arus saat surut menuju pasang purnama musim barat ........ D-4

Gambar D.9 Pola arus saat pasang tertinggi perbani musim timur ................ D-5

Gambar D.10 Pola arus saat pasang menuju surut perbani timur ..................... D-5

Gambar D.11 Pola arus saat surut terendah perbani musim timur .................... D-6

Gambar D.12 Pola arus saat surut menuju pasang perbani timur ..................... D-6

Gambar D.13 Pola arus saat pasang tertinggi purnama musim timur ............... D-7

Gambar D.14 Pola arus saat pasang menuju surut purnama musim timur ........ D-7

Gambar D.15 Pola arus saat surut terendah purnama musim timur .................. D-8

Gambar D.16 Pola arus saat surut menuju pasang purnama musim timur ........ D-8

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Skenario verifikasi dan simulasi hidrodinamika perairan

Mahakam Selatan ................................................................... III-4

Tabel 4.1 Konstanta harmonik pasut perairan Mahakam Selatan ........... IV-11

Tabel B.1 Data kecepatan dan arah angin di perairan Mahakam Selatan saat

musim angin barat (bulan Februari) .......................................... B-1


musim peralihan pertama (bulan Mei) ....................................... B-2


musim timur (bulan Juli) ........................................................... B-3


musim peralihan kedua (bulan November) ................................ B-4

Tabel C.1 Informasi koordinat pengukuran arus lapangan

di Mahakam Selatan ................................................................. C-2

Tabel C.2 Ringkasan umum data pengukuran arus laut ............................. C-2

I-1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Ladang gas Mahakam Selatan yang berlokasi di lepas pantai Selat

Makassar dan berjarak sekitar 25 kilometer dari pantai Kota Balikpapan

merupakan blok kerja sama antara perusahaan minyak asal Prancis, Total E&P

Indonesie (TEPI) dengan SKK Migas Indonesia . Blok ini secara resmi dikelola

pada tahun 2007 dan telah memasuki tahapan eksplorasi dan pengembangan

minyak dan gas (TEPI, 2008). Dalam tahap eksplorasi dan pengembangan, 3

buah platform sumur gas dibangun sebagai infrastruktur dasar dalam operasi

pengeboran dan produksi gas di wilayah tersebut yaitu East Mandu, West Stupa

dan Main Stupa (Gambar 1.1).

Gambar 1.1 Peta lokasi platform sumur gas di Mahakam Selatan

(sumber: Google Earth 7.1. 2013. Perairan Mahakam Selatan 134'25" LS,

11700'37.30" BT, elevasi -55 m diakses pada 30/1/2015)

Sebelum melakukan instalasi infrastruktur penunjang eksplorasi dan

pengembangan, maka dilakukanlah survei sebelum memulai proyek konstruksi

dan instalasi yang salah satunya adalah mempelajari dinamika arus laut yang

I-2

berada di perairan Mahakam Selatan. Studi ini dilakukan untuk memenuhi

kebutuhan aspek teknis di dalam pengembangan infrastruktur di sekitar ketiga

platform yang digunakan. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kajian

kondisi oseanografi dan meterologi di wilayah perairan serta simulasi

hidrodinamika arus laut di perairan Mahakam Selatan.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan analisis kondisi oseanografi

dan meteorologi (musim barat, timur, peralihan) serta simulasi hidrodinamika arus

laut di perairan Mahakam Selatan dengan menggunakan model numerik MIKE 21

Flow FM. Dalam simulasi, hidrodinamika arus laut dibangkitkan oleh angin dan

pasang surut.

1.3 Perumusan Masalah

Dalam penelitian ini, dilakukan studi kondisi oseanografi dan meteorologi

perairan Mahakam Selatan. Selanjutnya, dilakukan simulasi model hidrodinamika

2-D horisontal di wilayah kajian dengan hasil keluaran model berupa peta

dinamika arus laut di perairan Mahakam Selatan.

1.4 Pembatasan Masalah

Area kajian berada di perairan Mahakam Selatan, Selat Makassar yang

berada pada rentang koordinat 11600000-11705112 BT dan 004551-

203236 LS.

Adapun asumsi yang digunakan dalam simulasi yang dilakukan dalam

penelitian ini adalah arus di wilayah kajian tidak dipengaruhi oleh gaya Coriolis,

debit aliran sungai, serta tingkat evaporasi dan presipitasi.

Dalam simulasi hidrodinamika 2-D horisontal, gaya pasang surut

digunakan sebagai gaya penggerak utama sebagai masukan pada syarat batas yang

diikuti oleh gaya geser angin yang memengaruhi dinamika arus laut pada model.

Angin yang bergerak di wilayah perairan bertiup secara konstan secara spasial di

seluruh area kajian namun bervariasi temporal dengan interval waktu harian

I-3

sedangkan masukan elevasi pasang surut bervariasi secara spasial sepanjang garis

syarat batas dan temporal dengan interval waktu satu jam.

1.5 Sistematika Pembahasan

Penelitian yang akan dilakukan dalam tugas akhir ini disusun dalam 5 bab

dengan urutan sebagai berikut: BAB I adalah penjelasan yang menjelaskan

mengenai latar belakang penelitian, tujuan penelitian, ruang lingkup pembahasan,

serta sistematika pembahasan. BAB II menjelaskan tentang kajian model numerik

hidrodinamika perairan dan studi terdahulu dari para peneliti sebelumnya. BAB

III menelaah persamaan pembangun dari model numerik yang dipakai dalam

perangkat lunak, metodologi pengerjaan, serta desain model dari area kajian.

BAB IV berisi tentang hasil dan pembahasan dari hasil simulasi yang telah

dilakukan. BAB V berisi tentang kesimpulan dan saran yang dilakukan dalam

penelitian tugas akhir.

II-1

Bab II

STUDI PUSTAKA

2.1. Gaya Pasang Surut di Perairan Pantai

Pemahaman mendasar mengenai karakteristik pasang surut adalah gaya pembangkit

pasut bersifat global dimana hanya massa air pada samudera dan lautan luas yang mengalami

fenomena gaya pasang surut. Sedangkan, massa air pada wilayah kecil seperti pantai dan

estuari tidak mengahasilkan respon dari gaya pasut akibat gaya pembangkit astronomis. Jika

ada pergerakan pasut pada wilayah tersebut, hal ini disebabkan oleh arus pasut yang menjalar

dari lepas pantai dan memasuki daerah tersebut. Tunggang pasut yang besar umumnya

dikorelasikan dengan arus pasut yang kuat dan arus pasut di perairan pantai selalu lebih besar

dari arus pasut di lepas pantai. Di beberapa lokasi, arus pasut bahkan bisa menjadi kuat

ketika tunggang pasutnya kecil. Hal ini terjadi ketika penyempitan mencegah aliran bebas

dari gelombang pasut dan menekan massa air itu melewati celah yang sempit. Ketika pasut

menjalar menuju perairan dangkal, bentuk gelombang tersebut didistorsi dari bentuk

sinusoidalnya. Dalam pendangkalan di perairan pantai, bentuk amplitudo gelombang

menjadi proporsi signifikan terhadap kedalaman perairan, puncak amplitudo terbentuk dan

tunggang pasut semakin bertambah. Pada waktu yang sama, gaya gesek dasar

menghilangkan energi pasut, memperlambat lembah, serta mengurangi tunggang pasutnya.

Pasut di laut terbuka biasanya memiliki amplitudo yang lebih kecil dibandingkan

dengan yang ada di pesisir akibat fenomena refleksi dan resonansi. Akan tetapi, dapat

dinyatakan bahwa ketika gelombang menjalar menuju perairan dangkal dan mengalami

pendangkalan, hal itu akan menyebabkan kecepatan gelombang berkurang dan energi yang

ada di antar puncak gelombang terkompresi mengurangi panjang gelombang. Melalui

fenomena tersebut, tinggi gelombang dan kekuatan aliran akan terus bertambah seiring

penjalarannya menuju pantai.

2.2. Arus Pasang Surut

Menurut Hadi dan Radjawane (2009), dinamika arus pasut dapat dipelajari dari

persamaan hidrodinamika 2D. Persamaan Hidrodinamika 2D yang dirata-ratakan terhadap

II-2

kedalaman didasari dari persamaan gerak dan persamaan kontinuitas. Persamaan gerak 2D

dari hidrodinamika pasang surut dirumuskan sebagai berikut:

+

+

= g

+

( + )

(2.1)

+

+

= g

+

( + )

(2.2)

Dimana:

, : kecepatan rata-rata terhadap kedalaman pada arah x dan y

(m/detik)

g : percepatan gravitasi bumi (9,8 m/detik2)

: elevasi air laut (m)

d : kedalaman perairan tetap (m)

: densitas air laut (kg/m3)

, : stres gesekan permukaan arah x dan y (kg/m detik2)

, : stres gesekan dasar arah x dan y (kg/m detik2)

Dan persamaan kontinuitas 2D adalah:

[( + ) ] +

[( + ) ] +

= 0

(2.3)

Dimana:

= 1

+

(2.4)

= 1

+

(2.5)

dan adalah stress gesekan angin di permukaan dalam arah x dan y sedangkan

dan adalah stres gesekan dasar dalam arah x dan y. Persamaan ini hanya

mempertimbangkan arus pasut dalam perhitungan dan mengabaikan gaya gesek angin.

Selanjutnya, hanya gerak arus pasut yang dipengaruhi oleh gesekan dasar dan dinyatakan

dengan hubungan:

= k|| (2.6)

II-3

= k|| (2.7)

Dimana:

|| = + (2.8)

Dengan keterangan:

k : koefisien gesekan dasar

|| : magnitudo kecepatan arus di dasar (m/detik)

: kecepatan arus di dasar komponen timur (m/detik)

: kecepatan arus di dasar komponen utara (m/detik)

Persamaan (2.1) dan (2.2) adalah persamaan yang non-linier karena mengandung

suku-suku non-linier seperti suku konvektif dan suku gesekan dasar:

1. Suku konvektif :

,

,

,

2. Suku gesekan dasar : ,

Elevasi muka air () dalam persamaan (2.4) dan (2.5) diabaikan dikarenakan nilainya

jauh lebih kecil daripada kedalaman perairan tetap (d). Dengan mengabaikan elevasi muka

air, faktor Coriolis, suku-suku konvektif, dan melinierkan suku gesekan dasar pada

persamaaan gerak dan persamaan momentum dinamika arus pasut, maka persamaan

hidrodinamika 2D yang dirata-ratakan terhadap kedalaman dapat dinyatakan:

Persamaan gerak:

= g

(2.9)

= g

(2.10)

Persamaan kontinuitas:

( ) +

( ) +

= 0

(2.11)

II-4

2.3. Arus yang Dibangkitkan oleh Angin

Angin berperan dalam pembangkitan arus di suatu perairan akibat adanya transfer

momentum energi gesekan dari dua lapisan fluida yang berbeda nilai viskositas serta

densitas. Stress angin yang bekerja pada permukaan laut akan menggerakan massa air laut

yang berada di permukaan lalu dijalarkan ke lapisan di bawahnya. Dalam persamaan empiris

yang dinyatakan oleh Hadi dan Radjawane (2009), stres angin yang bekerja pada permukaan

laut akan berbanding lurus dengan kecepatan angin yang dinyatakan sebagai berikut:

= Cw (2.12)

= Cw (2.13)

Dengan keterangan:

, : stress angin arah x dan y (kg/m detik2)

: densitas udara (1,3 kg/m detik2)

CD : koefisien geser angin/drag coefficient (1,5 x 10-3)

w , w : kecepatan angin pada ketinggian 10 m arah x dan y (m/detik)

2.2. Studi Dinamika Arus Laut Terdahulu di Sekitar Perairan Mahakam Selatan

Untuk mendukung penelitian ini, maka dilakukan kajian pustaka terdahulu mengenai

dinamika arus laut di sekitar perairan Mahakam Selatan. Uraian di bawah ini merupakan

ringkasan mengenai studi di daerah penelitian yang telah dilakukan sebelumnya.

Mandang dan Yanagi (2007) melakukan studi mengenai dinamika pasut dan arus

pasang surut di estuari Delta Mahakam dilakukan menggunakan model hidrodinamika dua

dimensi ECOMSED. Model dijalankan selama 15 hari menggunakan data debit aliran

sungai dan pasang surut sebagai gaya pembangkit utamanya. Kesalahan akar rata-rata

kuadrat pada data hasil simulasi dengan data lapangan cukup kecil dimana untuk elevasi dan

arus pasang surut senilai 0.15 m dan 0.05 m/detik. Pada area lepas pantai, elevasi dari

konstituen semidiurnal seperti M2 dan S2 berada di titik tertinggi yang lalu diikuti oleh

komponen diurnalnya seperti K1 dan O1. Amplitudo M2 pada batas terbuka bisa mencapai

hingga 44 cm. Amplitudo pasang surut semidurnal berada pada di titik tertinggi pada batas

terbuka yang berada di lepas pantai dan berkurang sepanjang aliran sungai Mahakam secara

perlahan menuju hulu yang berada di Muara Pegah. Penurunan amplitudo komponen pasut

diurnal lebih kecil daripada semidiurnal diakibatkan oleh perbedaan periode osilasi alami.

II-5

Perioda osilasi natural dari Estuari Mahakam (19 jam) lebih dekat dengan periode komponen

pasut diurnal namun lebih jauh dibandingkan dari periode komponen pasut semidiurnal.

Variasi spasial ditunjukan pada model ini dimana ampitudo arus pasang surut dari komponen

diurnal dan semi diurnal mengalami peningkatan signfikan dari batas terbuka hingga Muara

Pegah. Amplitudo arus pasang surut pada penelitian ini diperkirakan karena pengaruh

dominan area pengkajian cross-section dan gaya geseknya. Distribusi elevasi dan arus

pasang surut dari komponen pasut M4 memuncak pada pertengahan estuari sekitar 120 km

dari Sebulu dan juga puncak lainnya pada hulu yang lebih jauh (80 km dari Sebulu). Distorsi

amplitudo pasang surut (M4/M2) bernilai kurang dari 0.3.

Hadi, Ningsih dan Tarya (2006) menggunakan model kopel tiga dimensi

hidrodinamika dan transpor sedimen ECOMSED (Estuarine Coastal and Ocean Modelling

System with Sediment) diterapkan untuk studi variasi musiman dari transpor sedimen kohesif

melayang di estuari dari Delta Mahakam. Simulasi dilakukan selama satu tahun pada tahun

2005 dengan memperhitungkan debit aliran sungai dan pasang surut sebagai gaya

pembangkit utamanya di sepanjang aliran sungai. Hasil model mampu membuktikan bahwa

gaya pembangkit dominan yang berlaku pada penyebaran sedimen di Delta Mahakam

disebabkan oleh arus pasang surut dan variabilitas musiman yang mempengaruhi besar debit

aliran sungai. Simulasi ini mampu menunjukan bahwa sedimen kohesif melayang

ditransportasikan menuju arah selatan dari Muara Jawa ke Muara pegah dan terlihat

penyebarannya semakin jauh dari hulu pada bulan Februari (musim penghujan) dan semakin

rendah pada bulan Oktober (musim kemarau). Investigasi ini menunjukan adanya korelasi

antara debit aliran sungai dengan seberapa jauh penyebaran konsentrai sedimen. Ketika

debit aliran semakin besar yang dipengaruhi kenaikan tingkat presipitasi saat musim

penghujan, maka front sedimen semakin jauh hingga mencapai nilai maksimum 30 km.

Sebaliknya, ketika debit aliran semakin rendah akibat penurunan tingkat presipitasi saat

musim kemarau, maka front sedimen semakin dekat ke hulu dengan nilai minimum 17 km.

Kenaikan jarak front sedimen terjadi pada saat kondisi aliran ebb dimana aliran debit sungai

searah dengan sirkulasi arus pasut ebb yang sama-sama keluar menuju lepas pantai.

Tarya, Hoitink, dan Vegt (2010) menggunakan model hidrodinamika barotropik

ECOMSED 3 dimensi untuk mempelajari dinamika arus laut serta karakteristik pasang surut

yang dipengaruhi oleh keberadaan terumbu karang di daerah Berau, Kalimantan Timur. Di

dalam studi tersebut, ditunjukan bahwa pasang surut menjalar dari perairan Berau dalam

dengan kenaikan nilai amplitudo akibat efek pendangkalan. Dalam eksperimen ini, hasil

II-6

simulasi menunjukan bahwa densitas terumbu karang di perairan Berau yang memiliki nilai

sebesar 0,83 memiliki pengaruh yang lemah terhadap propagasi pasut serta dinamika arus

pasang surut. Pengaruh terbesar diamati pada penjalaran komponen pasut M2 di area

pengamatan antara daerah terumbu karang dan pantai. Akibat morfologi pantai, komponen

pasang surut harus melewati daerah terumbu karang ketika menjalar ke lepas pantai. Namun

melalui simulasi tersebut, tidak ditemukan pengaruh yang signifikan terhadap perubahan

fase serta amplitudonya. Dalam semua eksperimen, ditemukan daerah perairan dimana

amplitudo arus pasang surut sangat kecil. Kecepatan arus pasang surut yang rendah

diindikasikan bukan disebabkan oleh keberadaan terumbu karang, namun melainkan oleh

konfigurasi dari perairan Berau dimana daerah antara terumbu karang dan daerah pantai

utama dihubungkan oleh celah yang sempit dan dalam. Terumbu karang lebih dominan

mempengaruhi perubahan fase pasang surut dibandingkan dengan amplitudo, khususnya di

daerah perairan yang dipenuhi oleh terumbu karang. Hal ini menjelaskan mengapa fase

pasang surut prediksi dari model hidrodinamika memiliki perbedaan substansial

dibandingkan dengan hasil pengamatan.

Dalam penelitian yang dilakukan oleh Ariadji (2014), studi hidrodinamika dan

sedimentasi dilakukan di daerah perairan Peciko, selatan dari Delta Mahakam. Model

hidrodinamika dan transpor sedimen dilakukan menggunakan model numerik MIKE 21

dengan memasukan gaya pasang surut dan angin sebagai gaya pembangkit. Tipe pasang

surut di perairan tersebut memiliki nilai Formzahl 0,42 dengan karaktersitik pasang surut

campuran condong semidiurnal. Pada saat pasang menuju surut purnama dan perbani, massa

air laut bergerak menjauhi pantai menuju lepas pantai. Namun sebaliknya, saat surut menuju

pasang pada kondisi purnama dan perbani arah arus bergerak menuju pantai dan Delta

Mahakam. Pada umumnya, nilai kecepatan arus pada saat pasang surut purnama lebih besar

dibandingkan saat terjadinya pasang surut perbani.

2.3. Perbandingan Tugas Akhir dengan Studi Terdahulu

Penelitian yang dilakukan pada Tugas Akhir ini dilakukan dalam area kajian di

perairan Mahakam Selatan yang berada sekitar 35 kilometer dari arah tenggara kota

Balikpapan dengan kedalaman rata-rata sekitar 45 70 m. Pada penelitian ini, kondisi

oseanografi serta meteorologi perairan dikaji sebelum melakukan simulasi hidrodinamika

perairan Mahakam Selatan menggunakan model numerik MIKE 21 Flow Model FM. Kajian

karakter dinamika arus laut sertan angin yang memiliki variabilitas musiman dilakukan

II-7

sebelum melakukan simulasi hidrodinamika pada setiap kondisi musim (musim barat, timur,

peralihan). Dalam simulasi yang dilakukan dalam penelitian ini, hidrodinamika laut

dibangkitkan oleh gaya pasang surut yang bervariasi secara temporal juga spasial dan angin

yang diasumsikan bertiup konstan secara spasial namun berubah secara temporal. Elevasi

air laut hasil keluaran model diverifikasi dengan data lapangan yang diakuisisi TEPI

menggunakan Tide Gauge yang dipasang di platform West Stupa (7/7/2013 hingga

22/7/2013). Sedangkan, data arus hasil pengamatan lapangan yang digunakan dalam

tahapan verifikasi dengan data model diakuisisi oleh perusahaan survei PAGEO selama 4

hari (23/7/2013 hingga 27/7/2013) menggunakan Acoustic Doppler Current Profiler

(ADCP) dengan interval kedalaman sebesar 3 m sepanjang profil vertikal batimetri di area

pengamatan hingga kedalaman 70 m. Hasil model kemudian akan dianalisa untuk

mempelajari pola dinamika arus laut di perairan Mahakam Selatan yang memiliki

variabilitas angin musiman (musim barat, timur dan peralihan) serta kondisi pasang surut

(purnama dan perbani).

III-1

Bab III

METODOLOGI

3.1. Skema Model

MIKE 21 Flow Model adalah salah satu perangkat lunak yang digunakan untuk

mensimulasikan distribusi permukaan laut, arus, temperatur, salinitas, jejak partikel,

sedimen, dan gelombang laut melalui pendekatan numerik yang dapat divisualisasikan

dalam bentuk nilai, grafik, ataupun model dinamika arus laut di suatu perairan. Untuk

mengeluarkan hasil simulasi di daerah kajian, beberapa parameter dalam perairan tersebut

digunakan sebagai nilai masukan dalam model seperti data batimetri, angin, pasang surut,

koordinat garis pantai dan lain-lain (Gambar 3.1)

q Domain mesh (batimetri)q Waktu simulasiq Syarat batas (pasang surut)q Kondisi awal perairanq Flood and dryq Debit aliran sungaiq Gaya coriolisq Gaya meteorologis (angin)q Viskositas eddyq Densitas massa airq Gesekan dasar

Modul Hidrodinamika FLOW MODEL FLEXIBLE MESH

q Besar dan arah kecepatan arus

q Komponen kecepatan arus timur dan utara (u & v)

q Dinamika arus laut di Perairan

Masukan

Modul

Keluaran

Gambar 3.1 Skema model numerik penelitian menggunakan MIKE 21

3.2. Modul Hidrodinamika

Modul hidrodinamika menghitung distribusi serta resultan aliran air melalui

pendekatan numerik yang diturunkan ke dalam element triangular. Hasil kalkulasi dari

dinamika air laut mengikuti variasi terhadap gaya pembangkit dan kondisi batas. Hal ini

ditetapkan dalam persamaan numerik hidrodinamika dengan metode beda hingga sel volume

pusat (cell-centered finite volume).

III-2

3.2.1. Persamaan Hidrodinamika

Persamaan pembangun pada modul hidrodinamika didasari pada solusi numerik dari

persamaan Navier-Stokes. Persamaan 2-dimensi yang merupakan integrasi antara

persamaan kontinuitas dan momentum horizontal terintegrasi terhadapkan kedalaman dalam

panduan MIKE 21 Flow Model FM Scientific Documentation (2012) yang telah

disederhanakan dan dinyatakan sebagai berikut:

Persamaan kontinuitas:

+

+

= 0 (3.1)

Dengan keterangan:

u, : kecepatan pada arah x dan y yang dirata-ratakan terhadap

kedalaman (m/detik)

h : kedalaman perairan total (m); h = +

: elevasi muka air laut (m)

d : kedalaman perairan tetap (m)

Pada persamaan pembangun kontinuitas lokal bagian kiri, suku pertama menunjukan

suku percepatan lokal, sedangkan suku kedua dan ketiga menunjukan percepatan konvektif.

Besar kedalaman total (h) merupakan penjumlahan antara elevasi muka air laut () dengan

kedalaman perairan tenang (d).

Persamaan momentum horisontal pada sumbu-x dan sumbu-y:

Sumbu-x:

+

+

= gh

+

+

(h) +

h

(3.2)

Sumbu-y:

+

+

= gh

+

+

h +

h

(3.3)

Dengan keterangan:

: densitas air laut (1025 kg/m3)

, : gesekan di lapisan permukaan laut arah x dan y(kg/m detik2)

, : gesekan di lapisan dasar laut (kg/m detik2)

, , , : stres viskos horisontal (kg/m detik2)

III-3

Pada persamaan momentum horisontal bagian kiri, suku pertama menunjukan suku

percepatan lokal, suku kedua dan ketiga menunjukan percepatan konvektif. Pada bagian

kanan, suku pertama menunjukan pengaruh gradien tekanan akibat perbedaan elevasi, suku

kedua menunjukan pengaruh gaya gesek di lapisan permukaan laut, suku ketiga menunjukan

gaya gesek di lapisan dasar, suku keempat dan kelima menunjukan komponen stres viscous

horizontal.

3.2.2. Desain Model

Pada penelitian ini, area kajian berada di daerah Mahakam Selatan yang terletak di

timur Kalimantan Timur, perairan Selat Makassar. Data area kajian yang terdiri dari data

koordinat garis pantai serta batimetri dikonversi menjadi sel yang elemennya dibentuk dalam

elemen triangular. Area kajian dibatasi oleh garis yang dihubungkan melalui 5 titik ujung

domain yang nilai koordinatnya dijelaskan pada Gambar (3.2).

Gambar 3.2 Area kajian simulasi hidrodinamika di Mahakam Selatan

Pada domain sel yang telah dibangun, garis 3-4 (syarat batas tenggara) merupakan

syarat batas terbuka sedangkan syarat batas tertutup diwakili oleh garis pantai dan garis 2-3

(syarat batas timur laut). Simulasi hidrodinamika dijalankan sebanyak 6 kali (Tabel 3.1)

dengan menggunakan gaya pasang surut dan angin sebagai gaya pembangkit mengabaikan

gaya coriolis dan debit aliran sungai.

Simulasi pertama dijalankan selama 19 hari dari 05/07/2013 pukul 00:00 hingga

23/07/2013 pukul 00:00 yang digunakan untuk verifikasi elevasi pasang surut. Simulasi

Titik Lintang Bujur

1 0 45' 50.4" LS 115 37' 5 BT

2 0 45' 50.4" LS 117 37' 8 BT

3 -1 1' 55 LS 117 51' 10 BT

4 -2 32' 34 LS 116 31' 26 BT

5 -2 32' 34 LS 115 37' 4 BT

III-4

kedua dijalankan selama 8 hari dari tanggal 21/07/2013 pukul 00:00 hingga 29/07/2013

pukul 00:00 untuk verifikasi hasil komponen arus timur (u) dan utara (v).

Simulasi ketiga dijalankan pada bulan Februari selama 29 hari dari 01/02/2013 pukul

00:00 s/d 1/08/2013 pukul 00:00 untuk menganalisa dinamika arus laut saat musim barat.

Simulasi keempat dijalankan pada bulan Mei selama 31 hari dari 01/05/2013 pukul 00:00

s/d 1/6/2013 pukul 00:00 untuk menganalisa dinamika arus laut saat musim peralihan

pertama. Simulasi kelima dijalankan pada bulan Juli selama 31 hari dari 01/07/2013 pukul

00:00 s/d 1/08/2013 pukul 00:00 untuk menganalisa dinamika arus laut saat musim timur.

Terakhir, simulasi keenam dijalankan pada bulan November selama 30 hari dari 01/11/2013

00:00 pukul s/d 01/12/2013 pukul 00:00 untuk menganlisa dinamika arus laut saat musim

peralihan kedua.

Lama waktu simulasi pertama dan kedua disesuaikan dengan ketersediaan data

lapangan yang ada. Hasil simulasi hidrodinamika menghasilkan besar dan arah kecepatan

arus yang dapat divisualisasikan dalam plot vektor arus horizontal. Vektor horizontal model

lalu dibandingkan dengan vektor horizontal arus lapangan yang telah dirata-ratakan terhadap

kedalaman serta dikorelasikan dengan elevasi pasang surutnya.

Tabel 3.1 Skenario verifikasi dan simulasi hidrodinamika perairan Mahakam Selatan Deskripsi Waktu Mulai

Simulasi Waktu Selesai

Simulasi Lama

Simulasi

1. Simulasi 1 verifikasi pasut 05/07/2013 00:00 23/07/2013 00:00 19 hari

2. Simulasi 2 verifikasi arus 21/07/2013 00:00 29/07/2013 00:00 8 hari

3. Simulasi 3 simulasi

hidrodinamika saat musim barat

01/02/2013 00:00 1/03/2013 00:00 29 hari


hidrodinamika saat musim

peralihan 1

01/05/2013 00:00 1/06/2013 00:00 31 hari


hidrodinamika saat musim timur

01/07/2013 00:00 1/08/2013 00:00 31 hari


hidrodinamika saat musim

peralihan 2

01/11/2013 00:00 01/12/2013 00:00 30 hari

III-5

3.2.3. Data Masukan Model

Dalam simulasi model numerik menggunakan MIKE21 Flow Model FM, ada

beberapa parameter oseanografi dan meteorologi yang dibutuhkan baik sebagai data

masukan maupun data yang akan digunakan dalam verifikasi. Data yang dibutuhkan adalah

data angin, pasut dan arus laut yang diamati melalui stasiun pengamatan lapangan yang

berlokasi di dalam domain kajian penelitian yang dijelaskan dalam gambar (Gambar 3.3).

Gambar 3.3 Peta lokasi pengamatan lapangan angin, arus laut, dan elevasi pasut

(sumber: Google Earth 7.1. 2013. Perairan Mahakam Selatan 125'58" LS, 11707'33.74"

BT, elevasi -59 m diakses pada 30/1/2015)

3.2.3.1. Data Batimetri

Masukan data batimetri (Gambar A.1) diperoleh dari General Bathymetric Chart of

the Oceans (GEBCO) yang merupakan sekumpulan set data batimetri yang dikeluarkan oleh

asosiasi internasional oseanografi Intergovernmental Oceanographic Comission yang

diakuisisi melalui interpolasi data survei pengukuran lapangan dan data satelit. Data

batimetri yang diperoleh memiliki ketelitian global sebesar 30 dan dibatasi oleh nilai nilai

batas koordinat sesuai yang dipaparkan di dalam gambar (Gambar 3.4).

III-6

Gambar 3.4 Koordinat Batas Area Cuplikan Batimetri Perairan

3.2.3.2. Data Elevasi Pasang Surut

Nilai masukan elevasi pasang surut yang digunakan dalam simulasi kali merupakan

data prediksi pasang surut keluaran dari global tide model pada aplikasi MIKE 21 Toolbox

Tide Prediction of Heights. Data yang dihasilkan oleh perangkat lunak ini merupakan

prediksi dengan basis data elevasi air laut dari satelit altimetri TOPEX/POSEIDON dengan

resolusi 0,250 x 0,250. Dalam prediksi pasang surut, program ini didasarkan pada analisa

pasut yang fase dan komponen dihitung menggunakan metode least square dengan

menggunakan 4 komponen pasut utama M2, S2, O1 K1 sebagai gaya pembangkit pasut (DHI

Water & Environment, 2012). Syarat batas tenggara (Gambar 3.2) dimasukan dengan

menggunakan data elevasi hasil prediksi pasang surut yang bervariasi secara spasial dan

temporal.

3.2.3.3. Data Angin

Nilai masukan kecepatan dan arah angin lapangan didapatkan dari data yang

dikeluarkan oleh National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) melalui set

data yang dipublikasikan dalam OGIMET (Valor, 2015). Data dicuplik melalui pengamatan

lapangan stasiun meteorologi Sepinggan, Balikpapan dengan nomor stasiun 966330 dengan

koordinat 116.90 BT dan 1.2670 LS. Pencuplikan kecepatan dan arah angin dilakukan empat

kali di stasiun pengamatan dengan interval 1 hari. Pertama, dilakukan pada rentang periode

musim barat pada bulan Februari (Tabel B.1.) yaitu dari 31/1/13 pukul 00:00 hingga 13/3/13

pukul 00:00, kedua dilakukan pada rentang periode musim peralihan pertama pada bulan

Mei (Tabel B.2.) yaitu dari 31/4/13 pukul 00:00 hingga 1/6/13 pukul 00:00, ketiga dilakukan

pada rentang periode musim timur pada bulan Juli (Tabel B.3.) yaitu dari 30/6/13 pukul

Titik Lintang Bujur

1 1 26' 40" LS 117 23' 32 BT

2 1 26' 40" LS 117 24' 12 BT

3 1 26' 50 LS 117 24' 12 BT

4 1 26' 50 LS 117 23' 32 BT

III-7

00:00 hingga 31/7/13 pukul 00:00, sedangkan terakhir dilakukan pada rentang periode

musim peralihan kedua pada bulan November (Tabel B.4.) yaitu dari 31/11/13 pukul 00:00

hingga 1/12/13 pukul 00:00.

3.2.4. Data Lapangan untuk Verifikasi Hasil Model

3.2.4.1. Data Elevasi Pasang Surut

Data verifikasi elevasi pasang surut merupakan data hasil pengukuran lapangan

menggunakan alat ukur Pressure Gauge yang dilakukan oleh Total E&P Indonesia di

platform West Stupa, Mahakam Selatan, Selat Makassar pada koordinat 134'3,66" LS,

11702'27,84" BT. Data elevasi memiliki interval waktu 10 menit yang diukur dari 1 Juli

2013 pukul 00:00 hingga 31 Juli 2013 pukul 23:50 yang divisualisasikan dalam gambar (3.5)

dan (3.6).

Gambar 3.5 Grafik elevasi pasang surut lapangan pada tanggal 1/07/2013 pukul 00:00

hingga 14/07/2013 pukul 00:00 (Sumber: TEPI)

Gambar 3.6 Grafik elevasi pasang surut lapangan pada tanggal 15/07/2013 pukul 00:00

hingga 31/07/2013 pukul 00:00 (Sumber: TEPI)

3.2.4.2. Data Arus

Data verifikasi arus diambil melalui pengukuran lapangan berupa besar dan arah

kecepatan arus yang dilakukan oleh perusahaan PAGEO yang merupakan kontraktor survei

dari Total E&P Indonesie. Pengukuran lapangan dilakukan pada titik koordinat

III-8

126'38,7594"S dan 1723'39,48"E dari tanggal 23/7/2013 pukul 00:00 hingga 27/7/2013

pukul 00.00 (Tabel C.1 dan C.2, Gambar C.2) menggunakan Acoustic Doppler Current

Profiler (ADCP) dalam skema pengukuran lapangan seperti yang tertera dalam gambar

(Gambar C.1). Pengukuran arus lapangan dilakukan dengan interval waktu pengamatan

sebesar 10 menit sepanjang kolom vertikal dan interval jarak 3 m. ADCP diatur dengan

skema yang telah ditentukan dengan pengaturan blanking distance sebesar 0,8 m dari muka

instrumen.

3.2.5. Nilai Awal dan Syarat Batas Model

Nilai awal yang digunakan adalah nol untul elevasi dan juga kecepatan arus pada

arah utara-selatan dan barat-timur ((0) = (0) = (0) = 0 di setiap titik. Hal ini

memberikan anggapan bahwa kondisi awal perairan Mahakam Selatan dianggap tenang

tanpa ada elevasi dan arus yang bergerak pada waktu t = 0.

Dalam penelitian ini, daerah kajian dibatasi dengan satu syarat batas terbuka di

daerah syarat batas tenggara (Gambar 3.2). Nilai elevasi air laut (pasang surut) yang berubah

secara spasial dan temporal dimasukan dalam syarat batas terbuka. Angin yang berhembus

di daerah perairan diasumsikan tidak mengalami perubahan secara spasial namun berubah

secara temporal. Gaya angin dan pasang surut yang merupakan penggerak utama

pembangkitan arus di wilayah perairan.

III-9

3.3. Alur Pengerjaan Tugas Akhir

Pengerjaan tugas akhir dilakukan dengan skema yang dijabarkan dalam gambar alur

pengerjaan tugas akhir untuk analisis variasi arus terhadap kedalaman, musim, serta

harmonik pasang surut (Gambar 3.7) dan simulasi hidrodinamka (Gambar 3.8).

Mulai

Pengumpulan Data Lapangan Pasang SurutNilai Elevasi Pasang Surut

Masukan Data Analisa Pasang Surut

Data Lapangan Elevasi Pasang Surut

Analisa Harmonik Pasang Surut

T-Tide, Matlab

Keluaran Hasil Analisa Data Pasang Surut

Elevasi Astronomis & Residu Pasut

Amplitudo dan Fase Komponen Pasut

Grafik Amplitudo Komponenen Pasut dalam Domain Frekuensi

Grafik Fase Komponenen Pasut dalam Domain Frekuensi

Selesai

Mulai

Pengumpulan Data Angin Data Lapangan Angin

Masukan Data Analisa Angin

Kecepatan Angin Lapangan Arah Angin Lapangan

Analisa Data Angin WRPlot

Keluaran Hasil Analisa Data Angin

Grafik Wind Rose Grafik Batang Distribusi

Kecepatan Angin

Selesai

ANALISIS HARMONIK PASANG SURUT

ANALISIS ANGIN MUSON

Mulai

Pengumpulan Data Arus Data Lapangan Arus di Setiap Lapisan

Kedalaman dengan Interval 3 Meter

Masukan Data Analisa Arus Kecepatan Arus Lapangan Arah Arus Lapangan Kedalaman Lapisan Arus

Analisa Data Angin Surfer 11

Keluaran Hasil Analisa Data Arus

Profil Vertikal Resultan Kecepatan Arus di Setiap Lapisan Kedalaman

Selesai

ANALISIS VARIASI ARUS TERHADAP KEDALAMAN

Gambar 3.7 Diagram alir analisis variasi arus terhadap kedalaman (kiri), angin muson

(tengah), dan harmonik pasang surut (kanan)

III-10

Mulai

Pengumpulan Data Data Lapangan & Referensi

Masukan Data Model Hidrodinamika

Batimetri Koordinat Garis Pantai Kecepatan & Arah Angin Elevasi Pasut Prediksi

Simulasi Model Hidrodinamika

(MIKE 21 Flow FM)

Verifikasi Model Hidrodinamika Elevasi pasang surut Kecepatan Arus Komponen Timur

(u) dan Utara (v)

Sesuai?

Ya

Tidak

Selesai

Keluaran Hasil Model Hidrodinamika

Elevasi Pasut Model Kecepatan Arus Komponen

Timur (u) dan Utara (v) Model Peta Dinamika Arus Laut

SIMULASI MODEL HIDRODINAMIKA

Gambar 3.8 Diagram alir simulasi model hidrodinamika

IV-1

Bab IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pemisahan Komponen Arus Pasut dan Residu Data Lapangan

Arus yang terukur melalui pengamatan lapangan merupakan hasil penjumlahan gaya-

gaya pembangkit yang berlaku di perairan tersebut seperti gaya pasang surut, gaya

meteorologis, serta gaya-gaya lainnya. Arus yang terekam dalam pengamatan arus

menggunakan ADCP dinyatakan dalam definisi arus total. Sedangkan, komponen arus

pasang surut digunakan untuk menyatakan arus yang dibangkitkan oleh gaya-gaya

astronomis yang berlaku di wilayah perairan. Komponen arus residu merupakan komponen

arus yang dibangkitkan oleh parameter lain seperti faktor meteorologis (angin), gradien

elevasi akibat batimetri, ataupun parameter lain yang bersifat lokal.

Data arus lapangan yang dipakai dalam analisis merupakan hasil perata-rataan

komponen timur () dan utara () di sepanjang kolom vertikal kedalaman -65 m dari

permukaan dan memiliki interval jarak 3 m untuk setiap lapisan kedalaman.

Untuk melakukan analisis pengaruh pasang surut terhadap pembangkitan arus laut di

wilayah perairan, dilakukanlah pemisahan arus pasut dengan arus residunya terhadap arus

total pada komponen timur (Gambar 4.1) dan komponen utara (Gambar 4.2).

Gambar 4.1 Perbandingan data lapangan rata-rata kecepatan arus total, arus pasut, dan

arus residu pada komponen timur ()

IV-2

Gambar 4.2 Perbandingan data lapangan rata-rata kecepatan arus total, arus pasut, dan

arus residu pada komponen utara ()

Melalui pemisahan data arus lapangan komponen kecepatan arus total, arus pasut,

dan arus residu pada komponen-u dan komponen-v, ditemukan bahwa pembangkitan arus

total di wilayah perairan Mahakam Selatan didominasi oleh pasang surut melalui besarnya

nilai amplitudo komponen arus pasut dibandingkan dengan komponen residu. Sedangkan,

arus residu tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap dinamika arus laut. Pola

dinamika arus laut rata-rata di perairan Mahakam Selatan memiliki pola sinusoidal

mengikuti pola pasang surutnya.

4.2. Verifikasi Hasil Model Hidrodinamika

Untuk memberikan kepercayaan pada simulasi hidrodinamika yang telah dilakukan,

maka dilakukanlah verifikasi model hidrodinamika terhadap komponen-komponen keluaran

dari hasil simulasi. Nilai elevasi pasut serta komponen arus timur dan utara yang dihasilkan

oleh model dibandingkan dengan data arus lapangan yang telah dirata-ratakan terhadap

kedalaman pada setiap komponen untuk memberikan nilai kepercayaan dari hasil simulasi.

4.2.1. Verifikasi Elevasi Pasang Surut

Verifikasi elevasi pasang surut dilakukan dengan cara membandingkan data elevasi

muka air laut yang dihasilkan oleh model hidrodinamika dengan data lapangan yang diukur

menggunakan tide gauge pada periode waktu yang sama. Kedua data yang tersedia

dibandingkan dalam rentang waktu dari 7/7/2013 pukul 00:00 s/d 22/7/2013 pukul 00:00

dengan interval waktu 10 menit (Gambar 4.3).

IV-3

Gambar 4.3 Verifikasi elevasi pasut lapangan dan simulasi

Tingkat kesesuaian data elevasi pasang surut antara data hasil simulasi dan

pengukuran lapangan ditinjau secara matematis menggunakan dua metode perhitungan.

Pertama, menggunakan besar nilai R squared dan yang kedua menggunakan metode

perhitungan Root Mean Squared Error (RMSE).

Gambar 4.4 Perbandingan nilai elevasi lapangan dan model

Perhitungan menggunakan besar nilai R squared, dibandingkan nilai data elevasi

pasut lapangan dengan model ke dalam suatu grafik dengan sumbu berbeda. Sumbu-y

memberikan nilai keluaran elevasi dari hasil simulasi sedangkan pada sumbu-x memberikan

nilai keluaran elevasi dari pengukuran lapangan. Dengan penggambaran tersebut, kita dapat

melihat bentuk persebaran dari kedua data yang berhimpit terhadap garis linearnya dengan

persamaan y = 1,0575x +0,08. Didapati juga hasil perhitungan R-squared sebesar 0.9013

IV-4

yang menunjukan bahwa tingkat kesesuaian data model dan pengukuran lapangan elevasi

muka air laut mencapai tingkat kepercayaan hingga mencapai 90,13%.

Kedua, dilakukan pengukuran dengan menghitung RMSE atau yang biasa disebut

kesalahan akar kuadrat rata-rata yang digunakan untuk menghitung perbedaan nilai prediksi

perubahan elevasi pasut oleh model dengan pengukuran lapangan dengan nilai satuan yang

memberikan validitas dari perbandingan kedua data tersebut. Ditemukan bahwa nilai RMSE

antara data elevasi hasil model dan lapangan memiliki nilai sebesar 0,206 m.

4.2.2. Verifikasi Arus

Data yang didapatkan pada pengukuran lapangan menggunakan ADCP adalah besar

(magnitude) dan arah (direction) kecepatan arus di setiap lapisan kedalaman dengan interval

3 m dari permukaan hingga dasar dengan kedalaman -65 m. Besar dan arah kecepatan arus

lapangan lalu diturunkan ke dalam komponen arus timur (Gambar 4.5) dan utara (Gambar

4.6). Kecepatan arus untuk setiap komponen di setiap lapisan kedalaman lalu dijumlahkan

untuk dirata-ratakan terhadap kedalaman. Kecepatan arus rata-rata terhadap kedalaman

setiap komponen dinyatakan dengan komponen arus rata-rata timur () dan komponen arus

rata-rata utara () yang lalu dibandingkan dengan arus hasil simulasi. Pada kajian kali ini,

data tersebut juga dibandingkan dengan data arus pasut lapangan yang telah diturunkan

melalui analisa harmonik arus pasut.

Gambar 4.5 Verifikasi kecepatan arus lapangan dan arus simulasi komponen timur (u)

IV-5

Gambar 4.6 Verifikasi kecepatan arus lapangan dan arus simulasi komponen utara (v)

Melalui verifikasi arus yang telah dilakukan, maka dapat dilihat bahwa komponen

arus pasut dan arus total komponen timur memiliki kesesuaian fase terhadap arus simulasi

namun memiliki nilai amplitudo yang cukup berbeda. Sedangkan pada komponen arus utara,

nilai amplitudo lebih besar dibandingkan dengan komponen timur mendekati dengan nilai

arus hasil simulasi namun memiliki perbedaan fasa. Pada kedua komponen yaitu komponen

utara dan komponen timur, arus pasut lapangan memiliki pola sinusoidal mengikuti

kesesuaian dengan data arus hasil simulasi yang lebih baik jika dibandingkan dengan arus

total.

Perbedaan amplitudo ataupun fase yang terjadi pada komponen utara dan timur

antara arus hasil simulasi dan lapangan diakibatkan keterbatasan model dalam

mnesimulasikan hidrodinamika arus laut yang diakibatkan oleh faktor lokal seperti

morfologi dasar laut, topografi pantai, angin, ataupun faktor-faktor lainnya seperti viskositas

eddy, arus densitas, debit aliran sungai, evaporasi, dan presipitasi.

Tingkat kesesuaian data kecepatan arus antara data hasil simulasi dan pengukuran

lapangan ditinjau secara matematis menggunakan metode perhitungan R-squared dimana

data kecepatan arus hasil simulasi model pada komponen timur dan utara dibandingkan

dengan data arus total (Gambar 4.7).

Melalui perhitungan R-squared, korelasi kecepatan arus total lapangan dan hasil

simulasi pada komponen timur dan utara memberikan nilai berturut-turut sebesar 0,3751 dan

0,1198. Hal ini menunjukan tingkat kepercayaan sebesar 37,51 % dengan nilai RSME 0,28

m/detik pada komponen timur dan senilai 11,98 % dengan nilai RSME 0,43 m/detik pada

komponen utara. Nilai korelasi yang ditunjukan pada data arus simulasi dan lapangan pada

IV-6

kedua komponen menunjukan adanya kesesuaian terhadap kedua data. Pada komponen

timur, kesesuaian berbanding linear sedangkan pada komponen utara kesesuaian berbanding

terbalik. Perbandingan terbalik pada komponen utara diakibatkan oleh adanya perbedaan

fasa antara data arus hasil simulasi dengan data arus hasil pengukuran lapangan komponen

utara.

Gambar 4.7 Perbandingan data arus total lapangan dengan arus simulasi komponen timur

(kiri) dan utara (kanan)

Perhitungan R-squared pada arus lapangan dibandingkan dengan data arus keluaran

hasil simulasi relatif belum bisa menunjukan kesesuaian yang memuaskan. Hal ini

diperkirakan, pertama, dipengaruhi akibat banyak parameter pengukuran lapangan yang

sifatnya lokal seperti geometri laut, perbedaan bentuk morfologi, tingkat presipitasi dan

evaporasi, debit aliran sungai ataupun parameter pengukuran lapangan yang bersifat regional

seperti faktor coriolis, perbedaan perubahan kecepatan angin serta pasang surut yang spasial

dan temporal, dan ARLINDO yang tidak dimasukan dalam masukan simulasi. Kedua,

adanya perbedaan fasa antara data arus lapangan dan data arus simulasi dimana gaya pasang

surut yang merupakan gaya pembangkit utama arus secara alami mengalami pergeseran fasa

ketika menjalar ke daerah perairan pantai, khususnya pada arus komponen utara.

Namun, jika data elevasi pasut simulasi, arus simulasi, dan arus lapangan permukaan

diplot dalam bentuk resultan vektor maka dapat kita lihat bahwa ada kesesuaian pola

dinamika arus laut terhadap ketiga parameter tersebut (Gambar 4.8). Vektor arus laut yang

merupakan resultan arus pada komponen utara dan timur dalam simulasi serta kondisi

lapangan mengikuti pola elevasi pasang surut yang berbentuk sinusoidal. Hal Ini

menunjukan bahwa dinamika arus yang ditunjukan dalam simulasi serta lapangan sangat

dominan dipengaruh oleh gaya pasang surut yang berlaku di perairan tersebut.

IV-7

Gambar 4.8 Profil vektor resultan elevasi pasut model, arus model, dan arus lapangan

4.3. Kondisi Meteorologi Perairan Mahakam Selatan

Muson adalah fenomena siklus perubahan arah angin yang bervariasi terhadap

perubahan musim secara regional terhadap suatu rentang wilayah yang luas, yaitu dari

lintang 250 LS hingga 350 LU dan bujur 300 BT hingga 170 BT (Ramage, 1971 dalam Gadgil,

2003). Siklus angin musiman yang disebabkan interaksi antar benua Australia dan Asia

dengan atmosfer memberikan perubahan arah serta presipitasi angin yang berubah seiring

perubahan musim (Wheeler dan McBride, 2004 dalam Byrne, 2011). Perairan Mahakam

Selatan yang merupakan daerah kajian dalam penelitian ini merupakan salah satu wilayah

yang mengalami dampak dari siklus angin muson ini.

Menurut penelitian yang dilakukan oleh Byrne (2011), saat musim timur yaitu pada

bulan September dan November di Perairan Mahakam Selatan, angin yang didominasi oleh

angin pasat timur bergerak ke arah selatan dengan nilai kecepatan rata-rata kecepatan

regional 5-10 m/detik. Sedangkan pada saat musim barat yaitu pada bulan Januari dan

Maret, angin bergerak ke arah utara di Perairan Mahakam Selatan yang didominasi oleh

angin pasat barat dengan kecepatan maksium regional mencapai 8 m/detik.

Pengukuran angin lapangan dilakukan sebagai salah satu parameter masukan dalam

simulasi model hidrodinamika yang merupakan salah satu gaya pembangkit arus laut di

perairan Mahakam Selatan.

IV-8

4.3.1. Musim Barat (Februari 2013)

Mawar angin dan grafik distribusi magnitudo kecepatan angin pada bulan Februari

2013 (Gambar 4.9) menunjukan bahwa saat musim barat angin rata-rata bergerak dari utara

timur laut membentuk sudut 140 relatif dari sumbu utara asli menuju arah selatan barat daya

dengan rata-rata besar kecepatan 1,88 m/detik. Selama 32 hari pengamatan lapangan, besar

kecepatan rata-rata angin harian terdistribusi dengan persentase paling besar di antara 1-2

m/detik sebesar 55,3 %, diikuti oleh kecepatan angin di rentang 2-3 m/detik sebesar 36,7 %,

dan sisa persentasi 8% ke arah lainnya.

Gambar 4.9 Mawar angin (kiri) dan grafik distribusi magnitudo kecepatan angin (kanan)

saat musim barat (Februari 2013)

4.3.2. Musim Peralihan Pertama (Mei 2013)

Visualisasi mawar angin serta distribusi kecepatan angin musim peralihan pertama

(Gambar 4.10) menunjukan bahwa angin rata-rata bergerak dengan kecepatan 1,74 m/detik

dari arah barat barat laut dengan membentuk sudut sebesar 3000 dari arah sumbu utara asli.

Selama 32 hari pengamatan, distribusi angin kecepatan rata-rata didominasi pada rentang 1-

2 m/detik dengan persentase hingga mencapai 73,3% yang diikuti oleh kecepatan rata-rata

di antara 2-3 m/detik dengan persentase sebesar 20%, dan sisanya sebesar 6,6% terbagi pada

rentang minimum 0-1 m/detik dan maksimum 4-5 m/detik.

IV-9


saat musim peralihan pertama (Mei 2013)

4.3.3. Musim Timur (Juli 2013)

Mawar angin dan grafik batang distribusi magnitudo kecepatan angin dilakukan pada

data pengamatan bulan Juli 2013 (Gambar 4.11), dapat dilihat bahwa pada saat musim timur,

angin rata-rata bergerak dari arah barat daya membentuk sudut 2270 relatif dari sumbu utara

asli menuju arah timur laut dengan rata-rata kecepatan yang lebih besar dibandingkan saat

musim barat yaitu 2,81 m/detik. Selama 32 hari pengamatan, besar kecepatan angin rata-

rata harian terdistribusi dengan persentase paling besar di antara 3-4 m/detik sebesar 31.3 %,

diikuti oleh kecepatan angin sebesar 2-3 m/detik dengan nilai persentasi 28,1 %, dan sisa

persentasi 40,6 % terbagi pada rentang kecepatan minimum 1-2 m/detik dan maksimum 4-5

m/detik.


saat musim timur (Juli 2013)

IV-10

4.3.4. Musim Peralihan Kedua (November 2013)

Pencuplikan data angin saat musim peralihan kedua yang divisualisasikan dalam

bentuk mawar angin serta distribusi kecepatan arus (Gambar 4.12), perata-rataan data

kecepatan angin selama 30 hari pada bulan November menunjukan bahwa angin didominasi

bergerak dari arah utara barat daya dengan membentuk sudut sebesar 3360 dari sumbu utara

asli. Selain itu, kecepatan rata-rata yang selama interval pengamatan mengalami penurunan

kecepatan jika dibandingkan saat musim timur dengan nilai besar kecepatan rata-rata adalah

2,22 m/detik. Distribusi kecepatan angin rata-rata didominasi pada interval 1-2 m/detik

dengan persentase sebesar 44,8%, diikuti pada interval kecepatan rata-rata 2-3 m/detik

dengan persentase 37,9%, terakhir kecepatan rata-rata tersebar pada interval minimum 0-1

m/detik dan 3-4 m/detik dengan persentase sebesar 3,4% dan 10,3%.


saat musim peralihan kedua (November 2013)

4.4. Kondisi Oseanografi Perairan Mahakam Selatan

4.4.1. Analisis Harmonik Pasut

Menurut Hicks (2006), ketika data elevasi muka air laut didapatkan melalui

pengukuran lapangan dan diplot terhadap waktu, maka sebuah pola sinusoidal akan

terbentuk yang merepresentasikan banyak parameter seperti efek dari arus, perubahan

densitas air, beberapa faktor meteorologis serta aspek-aspek hidrologis seperti debit aliran

sungai. Untuk mempelajari dinamika arus laut di suatu perairan, maka komponen

astronomis (pasang surut) dan non-pasut yang merupakan residu harus dipisahkan. Melalui

analisis harmonik, data pengukuran lapangan yang didapatkan pada perairan Mahakam

Selatan dipisahkan dalam komponen pasut dan residunya (Gambar 4.13)

IV-11

Gambar 4.13 Perbandingan elevasi total, elevasi pasut, elevasi residu

Setelah didapatkan komponen pasut pada elevasi muka air laut yang merupakan

komponen pembangkit elevasi maupun arus dominan di Perairan Mahakam Selatan, maka

konstanta harmonik dari setiap komponen pasut melalui persamaan matematis analisis

harmonik pasang surut. Konstanta harmonik pasut dapat menjelaskan karakteristik serta tipe

pasang surut yang berlaku di wilayah perairan. Melalui analisis harmonik terhadap data

elevasi muka air laut di perairan Mahakam Selatan menggunakan T-Tide, didapatkanlah nilai

amplitudo dan fase dari setiap komponen pasut (Tabel 4.1.) yang merupakan konstanta

harmonik dari konstituten pasut yang bekerja di perairan tersebut.

Tabel 4.1 Konstanta harmonik pasut perairan Mahakam Selatan

Komponen Pasut

Periode (jam)

Frekuensi (siklus per jam) Amplitudo (m)

Fase (derajat)

Utam

a O1 25.82 0.039 0.179 258.53 K1 23.93 0.042 0.236 288.52 M2 12.42 0.081 0.543 172.73 S2 12.00 0.083 0.472 244.17

Sign

ifika

n

P1 24.07 0.042 0.078 295.59 K2 11.97 0.084 0.128 266.57 M3 8.28 0.121 0.005 37.58 M4 6.21 0.161 0.005 122.43 SK3 7.99 0.125 0.008 140.73 2MK5 4.93 0.203 0.003 247.41 2SM6 4.05 0.247 0.003 349.27 2SK5 4.80 0.208 0.004 180.38 2MS6 4.09 0.244 0.002 315.34

Non-

Sign

ifika

n

MSF 354.37 0.003 0.020 195.26 MS4 6.10 0.164 0.003 263.83 S4 6.00 0.167 0.003 8.40 M6 4.14 0.242 0.001 112.59 3MK7 3.53 0.283 0.001 273.85 M8 3.11 0.322 0.001 127.38 M10 2.48 0.403 0.001 129.36

IV-12

Data konstanta harmonik pasut berupa frekuensi, amplitudo dan fase di perairan

Mahakam Selatan menentukan karakteristik perairan dan komponen pasang surut yang

bekerja secara dominan pada perairan tersebut. Melalui pemisahan komponen-komponen

pasut berdasarkan frekuensinya (Gambar 4.14), dapat kita lihat bahwa ada beberapa

komponen pasut signifikan yang bekerja pada perilaku perubahan elevasi ataupun arus yang

berada di perairan Mahakam Selatan. Komponen pasut signifikan memiliki nilai amplitudo

lebih besar dari nilai kepercayaan sebesar 95% seperti yang ditunjukan komponen pasut

dominan M2, K2, S1, O1.

Gambar 4.14 Grafik nilai amplitudo komponen pasut di perairan Mahakam Selatan

Perhitungan matematis yang dinyatakan dalam bilangan Formzahl dengan

menggunakan amplitudo konstanta harmonik komponen pasut utama S2, M2, K1, dan O1,

maka kita mempelajari karakteristik pasut perairan di Mahakam Selatan yang tertulis dalam

rumus:

=AK + AOAM + S

(4.1)

sehingga didapatkan nilai formzahl di perairan Mahakam Selatan bernilai 0,40 yang

menunjukan karakteristik pasang surut di perairan tersebut adalah pasang surut campuran

condong ke harian ganda.

Penurunan persentasi amplitudo pada setiap komponen pasang surut (Gambar 4.15),

menunjukan didapatkan bahwa empat komponen pasut utama yaitu M2, S2, K1, dan O1

IV-13

mendominasi dan memberikan pengaruh terbesar terhadap perilaku pasang surut di perairan

Mahakam Selatan. Komponen pasut semidiurnal utama M2 dan S2 memiliki persentase

amplitudo pasang surut terbesar dengan nilai 32,03% dan 27,82% secara berurutan. Diikuti

dengan komponen pasut diurnal utama K1 dan O1 yang memiliki nilai persentase amplitudo

pasang surut sebesar 13,89% dan 10,56% secara berurutan.

Gambar 4.15 Grafik persentase amplitudo komponen pasut perairan Mahakam Selatan

4.4.2. Variasi Arus terhadap Kedalaman

Dalam penelitian ini, ditemukan juga bahwa hidrodinamika air laut memiliki variasi

terhadap kedalaman berdasarkan data pengukuran lapangan yang nilainya didistribusikan di

dalam tabel (Tabel C.2.). Melalui data tersebut, profil arus lapangan yang terbagi dalam 3

lapisan kedalaman yaitu lapisan permukaan (kedalaman -5 m), lapisan menengah

(kedalaman -35 m), dan lapisan dalam yang berada di dasar laut (Gambar 4.16).

Arus di lapisan permukaan memiliki rata-rata kecepatan sebesar 0,31 m/detik dengan

kecepatan terendah sebesar 0,01 m/detik dan tertinggi hingga mencapai 0,79 m/detik. Pada

lapisan menengah, rata-rata kecepatan arus adalah 0,21 m/detik dengan kecepatan terendah

sebesar 0,01 m/detik dan tertinggi sebesar 0,56 m/detik. Kecepatan arus pada lapisan

menengah memiliki kecepatan yang relatif lebih rendah dibandingkan lapisan permukaan

yang disebabkan oleh gaya gesek antar lapisan. Selain itu, pengaruh angin pada

pembangkitan arus semakin berkurang akibat berkurangnya penjalaran momentum angin ke

partikel air. Namun, pada lapisan ini pola pergerakan arus laut masih mengikuti pola pasang

surut yang menunjukan bahwa gaya pasang surut masih dominan di lapisan ini. Pada lapisan

dasar, rata-rata kecepatan arus adalah 0,13 m/detik dengan kecepatan terendah 0,00 m/detik

dan tertinggi 0,35 m/detik. Pada lapisan ini, besar kecepatan arus memiliki kecepatan yang

IV-14

terendah dibandingkan kecepatan pada lapisan lainnya. Hal ini disebabkan gaya gesekan

dasar yang mengurangi kecepatan arus dan juga berkurangnya penjalaran momentum

gesekan angin di lapisan ini.

Gambar 4.16 Profil vektor resultan arus lapangan di lapisan permukaan, menengah, dan

dasar perairan Mahakam Selatan

Pada analisis lanjut variasi arus terhadap kedalaman yang dijelaskan dalam profil

arus laut lapangan terhadap kedalaman (Gambar C.2) dan ringkasan umum data pengukuran

arus laut sepanjang kedalaman (Tabel C.2.), ditemukan juga bahwa karakter arus laut

sepanjang kolom vertikal perairan Mahakam Selatan terbagi dalam dua tipe karakteristik

(Gambar 4.17). Karakteristik pertama berada pada kedalaman 0 m hingga -35 m dimana

arus mengalami variasi magnitudo serta arah terhadap variasi kedalaman yang

direpresentasikan dalam lapisan arus heterogen. Sedangkan karakteristik kedua berada pada

kedalaman -35 m hingga dasar dimana arus tidak mengalami variasi magnitudo serta arah

terhadap variasi kedalaman secara signifikan jika dibandingkan dengan lapisan arus

heterogen. Karakteristik kedua direpresentasikan dengan istilah lapisan arus homogen.

IV-15

Gambar 4.17 Karakter arus heterogen dan homogen perairan Mahakam Selatan

4.5 Dinamika Arus Laut di Perairan Mahakam Selatan

Makassar Selatan adalah perairan yang berbatasan secara langsung dengan perairan

Selat Makassar yang massa airnya berasal dari Samudra Pasifik sehingga memiliki khas

karakteristik perairan yang sama. Massa air Samudra Pasifik bergerak menuju Samudra

Hindia melewati celah kecil Selat Makassar yang diakibatkan oleh fenomena Arus Lintas

Indonesia (ARLINDO) yang disebabkan oleh perbedaan tinggi muka laut antara kedua

samudra. Namun walaupun massa air perairan Mahakam Selatan berasal dari Selat

Makassar, karakteristik perairan di kawasan tersebut memiliki karakteristik tersendiri

dikarenakan adanya bentuk morfologi serta topografi bawah laut yang membentuk kawasan

tersebut. Pasang surut sendiri yang merupakan gaya penggerak utama menyebabkan

dinamika arus laut berubah secara periodik mengikuti pola pergerakan pasang surut yang

berupa sinusoidal. Pasang surut juga dipengaruhi oleh bentuk morfologi pantai dan

perubahan batimetri khususnya pada komponen arus pasut perairan dangkal. Tunggang

pasut yang besar saat kondisi purnama memberikan rentang yang lebih besar pada nilai

elevasi muka air laut dan besar kecepatan arus jika dibandingkan saat kondisi perbani.

Perambatan kenaikan atau penurunan elevasi serta kecepatan arus laut lebih tinggi terjadi

saat kondisi purnama jika dibandingkan saat kondisi perbani.

IV-16

Saat musim barat, rata-rata besar kecepatan arus pada perairan lepas pantai

Mahakam Selatan dalam simulasi hidrodinamika ini adalah 0,25 m/detik dengan rentang

antara 0,00 m/detik hingga 0,70 m/detik. Sedangkan untuk di kawasan pantai, rata-rata besar

kecepatan arus adalah 0,17 m/detik dengan rentang antara 0 m/detik hingga 0,45 m/detik.

Rata-rata besar kecepatan arus pada perairan lepas pantai adalah 0,30 m/detik pada saat

musim timur dengan rentang antara 0 m/detik hingga 0,86 m/detik. Sedangkan di daerah

pantai, kecepatan arus rata-rata adalah 0.16 m/detik dengan besar kecepatan minimum 0

m/detik dan maksimum adalah 0,43 m/detik. Rata-rata besar kecepatan arus di perairan

pantai adalah 0,08 m/det sedangkan untuk di kawasan lepas pantai adalah 0,13 m/det pada

saat musim peralihan pertama. Pada musim peralihan kedua, rata-rata besar kecepatan arus

mengalami peningkatan yaitu menjadi sebesar 0,09 m/det di daerah pantai dan 0,14 m/det di

kawasan lepas pantai.

Pengurangan nilai besar kecepatan arus di pantai jika dibandingkan dengan lepas

pantai dikarenakan adanya disipasi energi pada kawasan pantai jika dibandingkan dengan

arus yang ada di lepas pantai dikarenakan oleh gaya gesekan dasar yang semakin besar.

Melalui perhitungan, dapat dilihat juga bahwa kecepatan arus rata-rata pada musim angin

timur lebih besar dibandingkan saat musim angin barat dikarenakan angin yang berhembus

pada bulan Juli 2013 lebih besar dibandingkan dengan saat Februari 2013. Hal ini

membuktikan bahwa angin menjalarkan energinya ke permukaan laut untuk membangkitkan

pergerakan air laut sehingga mempengaruhi besar kecepatan maupun arah dari dinamika arus

laut di perairan Mahakam Selatan.

4.5.1 Kondisi Perbani saat Musim Barat

Rata-rata elevasi muka air laut di daerah lepas pantai saat kondisi perbani (Gambar

D.1) berada di nilai antara 0,36 hingga 0,53 m dengan perata-rataan sebesar 0,47 m. Di

pantai, rata-rata elevasi muka air laut berubah menjadi 0,45 m dengan nilai minimum 0,30

m hingga nilai maksimumnya 0,56 m. Besar kecepatan arus di lepas pantai bervariasi dengan

nilai rata-rata sebesar 0,35 m/detik dengan rentang 0,29 m/detik hingga 0,37 m/detik

sedangkan di daerah pantai menurun dengan rata-rata kecepatan bernilai 0,12 m/detik

dengan rentang di antara 0,10 m/detik hingga 0,14 m/detik. Elevasi muka air laut di daerah

pantai dan lepas pantai relatif homogen di sepanjang profil horizontal. Arah arus di lepas

pantai bergerak ke timur laut seragam dengan nilai kecepatan yang berbeda-beda. Namun

di di daerah pesisir khususnya celah-celah kecil, massa air laut bergerak menjorok ke dalam

menuju pantai. Pada kondisi pasang tertinggi, arah angin muson barat yang bergerak ke arah

IV-17

selatan barat daya bergerak berlawanan dengan arah arus yang dibangkitkan pasang surut

yang menyebabkan adanya pengurangan kecepatan arus yang diakibatkan oleh gaya gesek

angin. Hal ini menyebabkan kecepatan arus di perairan Mahakam Selatan relatif lebih

rendah jika dibandingkan dengan kondisi pasang tertinggi perbani saat musim timur.

Nilai elevasi muka air laut saat pasang menuju surut (Gambar D.2) di lepas pantai

berkisar antara -0,13 m hingga 0,23 m dengan rata-rata sebesar 0,05 m. Sedangkan untuk di

kawasan pantai, elevasi muka air laut berubah relatif lebih rendah dengan rata-rata sebesar -

0,07 m yang memiliki nilai minimum sebesar -0,25 m dan nilai maksimumnya 0,13 m.

Kecepatan arus di pantai berada di rentang 0,11 m/detik hingga 0,23 m/detik dengan nilai

rata-rata 0,16 m/detik. Sedangkan untuk di kawasan lepas pantai rata-rata kecepatan arus

berubah menjadi 0,12 m/detik dengan nilai kecepatan minimum 0,07 m/detik dan

maksimumnya 0,19 m/detik. Elevasi muka air laut mengalami penurunan jika dibandingkan

saat pasang tertinggi. Ketinggian muka air laut juga terbagi akibat beda tinggi yang

dikarenakan adanya penjalar komponen pasut dengan amplitudo rendah menuju perairan

Mahakam Selatan menggeser massa air laut saat pasang tertinggi. Kecepatan arus berkurang

dibandingkan saat pasang tertinggi. Di lepas pantai, massa air laut di daerah komponen pasut

amplitudo rendah bergerak ke arah ke barat laut sedangkan pada daerah komponen pasut

yang memiliki amplitudo tinggi massa air laut masih mengikuti pola pergerakan massa air

laut saat pasang tertinggi yaitu menuju arah timur laut. Di pantai, massa air laut mulai

bergerak menjorok keluar menuju ke arah lepas pantai.

Nilai elevasi muka air laut di kawasan lepas pantai saat pasang menuju surut (Gambar

D.3) memiliki rata-rata sebesar -0,38 m dengan elevasi muka air laut terendahnya -0,40 m

dan tertingginya adalah -0,32 m. Sedangkan untuk di kawasan pantai, nilai elevasi muka air

laut memiliki nilai terendah di -0,40 m hingga tertingginya -0,36 m dengan nilai rata-rata

sebesar -0,38 m. Kecepatan arus laut di pantai memiliki rentang di antara 0,27 m/detik

hingga 0,31 m/detik dengan nilai rata-rata 0,30 m/detik. Sedangkan untuk di kawasan lepas

pantai kecepatan arus relatif meningkat rata-rata 0,37 m/detik dengan nilai kecepatan

terendah 0,34 m/detik dan maksimumnya 0,39 m/detik. Elevasi muka air laut di kondisi

surut terendah perbani merupakan tinggi muka air laut terendah sepanjang simulasi di

kondisi perbani. Di lepas pantai, seluruh massa air memiliki keseragaman untuk bergerak

menuju arah barat laut sedangkan di daerah pantai bergerak menjorok keluar menuju lepas

pantai khususnya pada daerah celah-celah kecil. Pada kondisi surut terendah perbani, angin

muson barat yang bergerak searah bergerak menuju timur laut dengan arah pergerakan arus

laut yang dibangkitkan oleh pasang surut sehingga menyebabkan adanya pertambahan

IV-18

kecepatan yang diakibatkan stress gesek angin. Hal ini menyebabkan kecepatan arus di

perairan Mahakam Selatan relatif lebih tinggi jika dibandingkan dengan kondisi yang sama

pada pasang tertinggi perbani saat musim timur.

Berbeda dengan sebelumnya, saat kondisi surut menuju pasang (Gambar D.4), rata-

rata elevasi muka air laut di lepas pantai berada di nilai -0,24 meter dengan nilai terendah -

0,24 m hingga tertingginya mencapai -0,16 m. Sedangkan untuk di kawasan pantai, nilai

elevasi rata-rata meningkat menjadi -0,14 m dengan interval di antara -0,23 m hingga -0,07

m. Kecepatan arus laut di daerah pantai berkisar di antara 0,06 m/detik hingga 0,21 m/detik

dengan rata-rata sebesar 0,13 m/detik. Sedangkan untuk di kawasan lepas pantai, nilai

kecepatan terendah berada di nilai 0,16 m/detik dan tertingginya 0,09 m/detik dengan

peningkatan nilai rata-ratanya menjadi 0,27 m/detik. Elevasi muka air laut pada saat kondisi

surut menuju pasang relatif lebih tinggi jika dibandingkan dengan saat kondisi surut

terendah. Arah pergerakan massa air laut di lepas pantai bervariasi secara spasial dimana

massa air di daerah komponen pasut rendah masih bergerak sama dengan saat surut terendah,

namun kondisi ini mulai tergantikan dengan massa air yang memiliki komponen pasut

dengan amplitudo yang lebih tinggi dan menjalar ke dalam perairan Mahakam Selatan yang

bergerak menuju ke arah timur laut. Di daerah pantai, massa air laut bergerak menjorok

keluar menuju lepas pantai dengan kecepatan yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan

saat kondisi terendahnya.

4.5.2 Kondisi Purnama saat Musim Barat

Berbeda dengan kondisi perbani, saat pasang tertinggi kondisi purnama (Gambar

D.5), rata-rata elevasi muka air laut di perairan Mahakam Selatan memiliki nilai elevasi

pasaang surut paling tinggi selama periode simulasi dengan rata-rata elevasi sebesar 1,09 m

di kawasan lepas pantai dengan nilai minimum 0,80 m hingga 1,23 m. Sedangkan di

kawasan pantai, nilai elevasi muka air laut memiliki nilai yang relatif sama yaitu sebesar

1,10 dengan nilai terendahnya 0,96 m hingga mencapai tinggi tertingginya 1,16 m.

Kecepatan arus laut di lepas pantai juga memiliki nilai rata-rata tertinggi yaitu sebesar 0,69

m/detik dengan nilai kecepatan terendahnya mencapai 0,62 m/detik dan tertingginya hingga

0,73 m/detik. Sedangkan untuk di kawasan pantai, kecepatan arus berkurang cukup drastis

dimana rata-rata kecepatan menjadi 0,22 m/detik untuk terendahnya dan 0,39 m/detik untuk

tertingginya dengan nilai rata-rata 0,34 m/detik. Pada kondisi pasang tertinggi purnama,

massa air laut di lepas pantai dan dekat pantai bergerak secara homogen menuju ke arah

IV-19

timur laut sedangkan pada daerah pantai massa air laut bergerak menjorok ke dalam menuju

ke dalam pantai memasuki celah-celah kecil pantai. Pada kondisi pasang tertinggi, arah

angin muson barat yang bergerak ke arah selatan barat daya bergerak berlawanan dengan

arah arus yang dibangkitkan pasang surut yang menyebabkan adanya pengurangan

kecepatan arus yang diakibatkan oleh gaya gesek angin. Hal ini menyebabkan kecepatan

arus di perairan Mahakam Selatan relatif lebih rendah jika dibandingkan dengan kondisi

pasang tertinggi purnama saat musim timur.

Saat pasang menuju surut (Gambar D.6), rata-rata elevasi muka air laut di kawasan

lepas pantai berada di nilai 0,86 m dengan rentang di antara 0,40 m hingga 1,17 meter.

Sedangkan untuk di kawasan pantai, elevasi muka air laut mengalami peningkatan menjadi

rata-rata elevasi 1,10 m dengan nilai minimum di 0,96 m dan maksimum 1,16 m. Kecepatan

arus di lepas pantai relatif berkurang dibandingkan dengan saat kondisi pasang tertinggi yang

memiliki rata-rata sebesar 0,30 m/detik dengan nilai terendahnya 0,05 m/detik dan

tertingginya 0,58 m/detik. Sedangkan kecepatan arus di kawasan pantai mengalami

penurunan dimana nilai kecepatan rata-rata berada di nilai 0,15 m/detik dengan rentang di

antara 0,05 m/detik hingga 0,31 m/detik. Elevasi muka air laut berubah secara spasial di

setiap daerah komponen pasut dengan variasi amplitudonya. Pada saat kondisi pasang

menuju surut, massa air laut yang memiliki amplitudo tinggi di daerah timur laut secara

konsisten bergerak menuju arah timur laut yang mulai digantikan dengan massa air laut

dengan komponen pasut beramplitudo rendah yang arah pergerakannya bergerak menuju ke

barat laut.

Nilai rata-rata elevasi muka air laut saat surut terendah (Gambar D.7) merupakan

kondisi muka air laut paling rendah sepanjang periode simulasi dimana rata-rata elevasi

berkisar di dengan rentang -1,11 m hingga -0,85 m dan memiliki rata-ra

Documents

MODEL SIRKULASI ARUS LAUT DI PERAIRAN MAHAKAM SELATAN, SELAT MAKASSAR