ANALISA GELOMBANG EKSTRIM DI PERAIRAN PELABUHAN BELAWAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil
MUHAMMAD RIZKI 090404007
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Pelabuhan Belawan merupakan pelabuhan terbesar ketiga di Indonesia yang mana menjadi salah satu pintu masuk bagi kota Medan khususnya dan Sumatera Utara umumnya melalui jalur laut. Seiring dengan perkembangan waktu, informasi dari berbagai media diketahui bahwa pada bulan-bulan tertentu terjadi gelombang tinggi yang sangat mempengaruhi beragam kegiatan di laut. Sering terjadinya gelombang tinggi di beberapa wilayah dapat mengganggu kelancaran transportasi laut antar pulau maupun antar Negara dan terganggu nya berbagai aktifitas karena terlambatnya suplai bahan konstruksi. Tujuan Penelitian ini adalah untuk mendapatkan arah dan kecepatan angin dominan yang membangkitkan gelombang, khususnya mengevaluasi secara spasial maupun temporal, frekuensi tinggi gelombang 2m atau lebih (gelombang berbahaya bagi pelayaran) pada masing-masing bulan pada tahun 2002 sampai tahun 2012. Tahapan-tahapan dalam penyelesaian tugas akhir ini yaitu terlebih dahulu mengumpulkan data yang dibutuhkan baik primer maupun sekunder. Setelah data-data didapat kemudian dilakukan analisa angin, fetch efektif, dan gelombang maksimum yang terjadi di perairan Pelabuhan Belawan. Berdasarkan hasil perhitungan didapat bahwa arah angin dominan berasal dari arah timur laut yaitu sebesar 22,73%. Panjang fetch efektif terpanjang yaitu dari arah utara sejauh
608,87 km. Berdasarkan hasil analisa hindcasting, gelombang tertinggi terjadi di ketinggian 3,8 m serta gelombang terendah terjadi di ketinggian 1,2 m. Berdasarkan hasil analisa data
angin maksimum (kecepatan dan arah), gelombang tertinggi terjadi pada saat bulan juni 2008, sedangkan gelombang terendah terjadi pada saat bulan Juni, September, dan Oktober 2012. Dari Penelitian ini disimpulkan bahwa Pelabuhan Belawan masih tergolong aman dari frekuensi gelombang tinggi yang berbahaya bagi alur pelayaran, sehingga Pelabuhan Belawan sampai saat ini masih belum memerlukan breakwater. Kemudian Untuk mendapatkan hasil
analisa yang lebih baik diperlukan suatu studi yang lebih lanjut terhadap gelombang yang didukung oleh data lapangan yang lebih lengkap dan dalam jangka waktu yang cukup lama, sehingga nantinya dapat berguna dalam merencanakan dan memilih laout bagi pengembangan Pelabuhan Belawan ke depannya, agar dapat memberikan kemudahan bagi alur pelayaran. Kata kunci : Belawan, gelombang, pelayaran
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji Syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya yang telah diberikan kepada saya sehingga laporan Tugas akhir ini yang berjudul “ANALISA
GELOMBANG EKSTRIM DI PERAIRAN PELABUHAN BELAWAN” dapat diselesaikan dengan baik. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Penulis hanya dapat mengucapkan terima kasih atas segala jerih payah, motivasi dan doa yang diberikan hingga penulis dapat menyelesaikan studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, terutama kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc selaku Dosen Pembimbing yang berperan penting sebagai orang tua bagi penulis yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga selesainya tugas akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Syahrizal ST,MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak
Ivan
Indrawan,
ST.MT
dan
Bapak
Ir.Alferido
Malik,
selaku
Dosen
Pembanding/Penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Universitas Sumatera Utara
5. Khususnya untuk kedua orang tua saya, Ayahanda M. Syafe’i Nasution dan Ibunda Almh. Nadra Datuk Puteh tercinta yang telah sabar mendidik, membimbing, membesarkan, dan selalu senantiasa memberikan dukungan dan doa kepada saya. 6. Buat abang-abang serta kakak ipar saya : Alm. Ari Rifki, Adi Ricky, ST.MT; Arina Dayani Azy, Amd; Ade Fitriadi, SP.MP; Amy Fikri, SE; dan Muhadi Saputra yang telah memberikan dukungan dan doa kepada saya. 7. Buat Pakde, Bukde, Bg Ipan, Kak Eli, Teguh, Puput, serta family yang ada di Medan. 8. Bapak/Ibu staf pengajar serta pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 9. Teman-teman sipil’09 yang baik: Sri Wahyuni Sebayang, Atina Rezki, Merni Damalia, Hannawiyah Harahap. 10. Teman-teman seperjuangan Sipil’09: Dicky, Deni, Feri, Juned, Septian, Bulloh, Aprik, Prima, Kiut, Andy, Kirun, Aul, Agus, Irwan, Lanacing, Rahman, Azam, Reza, Ryan, Topek, Gunawan, Alfian, Ozan dll yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Terima kasih kepada semuanya telah menjadi bagian hidup yang sangat berarti bagi penulis. 11. Adik-adik stambuk’12 . 12. Abang/ Kakak pegawai Jurusan kak Lince, bang Zul, bang Edi, bang Amin, kak Dina. Semoga Allah SWT membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan penulis ucapkan terima kasih. Akhirnya, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, Juni 2014 Hormat Saya
Muhammad Rizki
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI ABSTRAK .......................................................................................................
i
KATA PENGANTAR .....................................................................................
ii
DAFTAR ISI ....................................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
vii
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
ix
DAFTAR SIMBOL .........................................................................................
x
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................
1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah .................................................................................................
2
1.3 Pembatasan Masalah ...............................................................................................
2
1.4 Tujuan Penilitian .....................................................................................................
3
1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................................
3
1.6 Metodologi Penelitian .............................................................................................
4
1.7 Sistematika Penulisan ..............................................................................................
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................
7
2.1 Pantai........................................................................................................................
7
2.2 Gelombang ..............................................................................................................
9
2.2.1 Teori Gelombang Amplitudo Kecil (Airy) ...............................................
10
2.2.2 Teori Gelombang Amplitudo Hingga........................................................
12
Universitas Sumatera Utara
2.2.3 Teori Gelombang Stokes............................................................................
13
2.2.4 Teori Gelombang Knoidal .........................................................................
13
2.2.5 Statistika Gelombang .................................................................................
15
2.2.6 Gelombang Representatif...........................................................................
15
2.2.7 Perkiraan gelombang dengan kala ulang (Analisis Frekuensi) ..................
17
2.3 Deformasi Gelombang ............................................................................................
20
2.3.1 Refraksi dan wave shoaling .......................................................................
20
2.3.2 Difraksi Gelombang ...................................................................................
22
2.3.3 Refleksi Gelombang...................................................................................
24
2.3.4 Gelombang Pecah ......................................................................................
25
2.4 Fluktuasi Muka Air Laut .........................................................................................
28
2.4.1 Wave Set Up (Kenaikan Muka Air Karena Gelombang) ..........................
28
2.4.2 Wind Set Up (Kenaikan Muka Air Karena Angin) ...................................
29
2.4.3 Pasang Surut...............................................................................................
30
2.4.4 Design Water Level ...................................................................................
31
2.5 Angin .......................................................................................................................
32
2.5.1 Data Angin .................................................................................................
33
2.5.2 Konversi Kecepatan Angin ........................................................................
34
2.5.3 Fetch...........................................................................................................
35
2.5.4 Peramalan Gelombang ...............................................................................
36
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...................................................................
40
3.1 Persiapan Penelitian ................................................................................................
40
3.2 Identifikasi Masalah ................................................................................................
40
3.3 Pengumpulan Data ..................................................................................................
41
3.4 Analisis Data ...........................................................................................................
41
3.5 Kondisi Klimatologi ................................................................................................
44
BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA ................................................
46
4.1 Analisa Hidro-oceanografi ......................................................................................
46
4.1.1 Angin..........................................................................................................
46
4.2 Panjang Fetch Efektif ..............................................................................................
48
4.3 Peramalan Gelombang akibat Angin .......................................................................
49
4.3.1 Tinggi dan Periode Gelombang di Laut Dalam .........................................
51
4.3.2 Periode Ulang Gelombang .........................................................................
61
4.3.2.1 Metode Gumbell ..............................................................................
61
4.3.2.2 Metode Weibull ...............................................................................
66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................
79
5.1 Kesimpulan ..............................................................................................................
79
5.2 Saran ........................................................................................................................
80
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................................
81
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Diagram Alir Metode Penelitian…………………………………………………….5 Gambar 2.1 Definisi dan batasan pantai (Triatmodjo, 1999)…………………………………….7 Gambar 2.2 Definisi dan karakteristik gelombang di daerah pantai (Triatmodjo, 1999)………...8 Gambar 2.3 Gelombang Knoidal (Triatmodjo, 1999)…………………………………………...14 Gambar 2.4 Pencatatan gelombang di suatu tempat (Triatmodjo,1999)………………………..15 Gambar 2.5 Difraksi gelombang dibelakang rintangan (Triatmodjo,1999)…………………….23 Gambar 2.6 Penentuan tinggi gelombang pecah (Goda,1970 dalam CERC,1984)…………….27 Gambar 2.7 Penentuan kedalaman gelombang pecah (CERC,1984)…………………………..27 Gambar 2.8 wave set up dan wave set down (Triatmodjo,1999)……………………………....28 Gambar 2.9 Muka air Laut karena badai (Triatmodjo,1999)…………………………………...29 Gambar 2.10 Elevasi muka air laut rencana tanpa tsunami (Triatmodjo, 1999)……………….32 Gambar 2.11 Contoh mawar angin (windrose)………………………………………………...33 Gambar 2.12 Grafik hubungan antara kecepatan angin di laut dan di darat. (CERC 1984)……………………………………………………………………………………………34 Gambar 2.13 Fetch (Triatmodjo, 1999)…………………………………………………………36 Gambar 2.14 Grafik peramalan gelombang (CERC,1984)……………………………………..37 Gambar 2.15 Flow chart dan rumus peramalan gelombang……………………………………38 Gambar 3.1. Diagram Lengkap Metodologi Penelitian………………………………………..43 Gambar 4.1 Windrose Tahun 2002-2012………………………………………………………47 Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara Kecepatan Angin di darat dan di Laut ………………..50 Gambar 4.3 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2002…………………………55
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2003…………………………55 Gambar 4.5 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2004…………………………56 Gambar 4.6 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2005………………………...56 Gambar 4.7 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2006………………………...57 Gambar 4.8 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2007………………………...57 Gambar 4.9 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2008………………………...58 Gambar 4.10 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2009……………………….58 Gambar 4.11 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2010………………………..59 Gambar 4.12 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2011………………………..59 Gambar 4.13 Grafik bulanan gelombang maksimum pada tahun 2012………………………..60 Gambar 4.14 Frekuensi Gelombang maksimum di Belawan dalam 11 tahun ……………......60 Gambar 4.15 Distribusi Normal………………………………………………………………..74 Gambar 4.16 Distribusi Log Normal…………………………………………………………...75 Gambar 4.17 Distribusi Gumbel……………………………………………………….…….…76 Gambar 4.18 Distribusi Weibull………………………………………………………………..77
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 2 Koefisien difraksi gelombang (Triatmodjo, 1999)…………………………………...24 Tabel 2.3 Koefisien refleksi (Triatmodjo,1999)…………………………………………………25 Tabel 3.1. Data angin maksimum tahunan di perairan Belawan………………………………..45 Tabel 4.1 Persentase Kejadian Angin Maksimum Tahun 2002-2012……………………….….46 Tabel 4.2 Perhitungan Panjang Fetch Efektif…………………………………………………..48 Tabel 4.3 Gelombang maksimum tahunan di perairan Belawan (2002 – 2007)………………..53 Tabel 4.4 Gelombang maksimum tahunan di perairan Belawan (2008 – 2012)………………..54 Tabel 4.5 Hitungan Gelombang Dengan Periode Ulang (Metode Gumbel)……………………….62 Tabel 4.6 Gelombang Dengan Periode Ulang Tertentu (Gumbel)……………………………...64 Tabel 4.7 Koefisien Untuk Menghitung Standar Deviasi (Triatmodjo, 1999)…………………66 Tabel 4.8 Hitungan Gelombang Dengan Periode Ulang (Metode Weibull)……………………68 Tabel 4.9 Gelombang Dengan Periode Ulang Tertentu (Metode Weibull)…………………….70 Tabel 4.10 Batas ambang Ketinggian Gelombang di Belawan…………………………….…..72 Tabel 4.11 Analisis Data dengan Ketinggian Ht = 1.5 m………………………………………73 Tabel 4.12 Prediksi Gelombang dengan Periode Ulang……………………………………….77
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
a
=
ampitudo gelombang
C
=
kecepatan rambat gelombang (cm/detik)
d
=
kedalaman laut (m)
F
=
fetch efektif
H
=
tinggi gelombang (m)
H0 =
tinggi gelombang laut dalam
K
=
angka gelombang
L
=
panjang gelombang (m)
T
=
periode gelombang (detik)
T0
=
periode gelombang laut dalam
U
=
kecepatan angin
UA =
faktor tegangan angin
Us
=
kecepatan angin diukur dengan kapal
σ
=
frekuensi gelombang
Hmo =
Wave Height ( tinggi gelombang signifikan ) adalah tinggi rerata dari 33% nilai tertinggi gelombang yang terjadi (meter)
Tmo =
Wave Period ( Periode Gelombang ) dalam detik
Feff =
Efective fetch length ( panjang fetch efektif ) dalam Km
Ua
=
Wind Stres Factor ( Modified Wind Speed ) faktor tegangan angin (m/s)
t
=
Waktu (detik)
Universitas Sumatera Utara
g
=
percepatan gravitasi (m/det2)
η
=
elevasi muka air laut, dari SWL (m)
ρ
=
rapat massa air (t/m3)
θ
=
potensial kecepatan
Ĥ =
tinggi gelombang dengan nilai tertentu (m)
A =
parameter skala
B =
parameter lokasi
Ĥsm =
tinggi gelombang urutan ke m (m)
Hsr
=
tinggi gelombang signifikan dengan kala ulang Tr
Tr
=
kala ulang (tahun)
K
=
panjang data (tahun)
L =
rerata jumlah kejadian per tahun
Kr =
koefisien refraksi
α
sudut antara garis puncak gelombang dan garis kontur dasar laut di titik
=
yang
ditinjau.(o) α0 =
sudut antara puncak gelombang di laut dalam dan garis pantai
C =
kecepatan rambat gelombang (m/d)
C0 =
kecepatan rambat gelombang di laut dalam (m/d)
Δh =
kenaikan elevasi muka air karena badai (m)
i
=
kemiringan muka air
c
=
konstanta (3,5x10-6)
v
=
kecepatan angin (m/d)
Universitas Sumatera Utara
