BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Model ADCIRC Model ADCIRC ialah model elemen hingga dua dan tiga dimensi yang digunakan pada permasalahan sirkulasi hidrodinamika. ADCIRC didasarkan pada kode elemen hingga menggunakan grid segitiga linier yang tidak terstruktur. Keunggulan model ADCIRC ialah kemampuannya dalam mengikuti morfologi pantai dengan sangat baik dan fleksibilitas dalam resolusi domain model (gambar 2.1). Model ini telah berhasil di implementasikan pada hampir semua masalah sirkulasi hidrodinamika di estuari, pelabuhan, alur pelabuhan dan lainnya. Saat ini model ADCIRC digunakan untuk simulasi badai (gambar 2.2) dan maupun model limpasan aliran (overland flow).
Gambar 2.1. Fleksibilitas grid pada ADCIRC. Contoh simulasi badai Betsy pada teluk meksiko, USA. (sumber www.ADCIRC.org)
8
Gambar 2.2. Model badai Betsy (1965), pada wilayah sekitar teluk meksiko. (sumber www.ADCIRC.org)
Penambahan algoritma transpor sedimen pada ADCIRC pertama kali dilakukan oleh Pandoe,2003 pada kode elemen hingga tiga dimensi baroklinik. Model yang dibuat telah diuji pada beberapa kasus ideal dan menghasilkan kesesuaian yang baik antara hasil perhitungan model numerik dan model analitis (gambar 2.3). Model ADCIRC-2DTR juga telah diujikan pada ideal tiga dimensi sebaran konsentrasi sedimen pada kasus inlet dan kasus erosi dan deposisi di alur pelayaran akibat pengaruh arus pasang surut (Pandoe dan Edge, 2004).
9
Gambar 2.3. Hasil uji model ADCIRC-3DTR pada studi kasus cekungan (trench) dibandingkan dengan hasil analitis. Gambar atas adalah konsentrasi erosi dan deposisi, dan gambar bawah ialah perubahan kedalaman perairan. (Sumber : Pandoe,2003)
II.2 Model Interaksi Arus, gelombang dan transpor sedimen Model hidrodinamika pantai yang menggabungkan persamaan gelombang panjang, gelombang pendek dan angkutan sedimen telah dilakukan dengan metode interaksi dua arah (coupled) maupun interaksi satu arah (semi coupled). Beberapa penelitian dengan mengusung topik yang sama diantaranya : a. Model interaksi dua arah hidrodinamika, transpor sedimen dan gelombang pernah diujicobakan oleh ( Warner., dkk, 2006 ) pada model 3 dimensi ROMS (Regional Ocean Modelling System) volume hingga dari Rutgers University dengan model SWAN dari Delft University. Penelitian ini menggunakan program MCT (Model Coupling Toolkit) yaitu sebuah program
bebas dalam bahasa fortran 90 untuk menggabungkan model
numerik yang memiliki grid berbeda. Hasil yang didapatkan untuk model ini ialah bisa mendapatkan pergerakan sedimen dasar dan layang pada kondisi
10
hidrodinamika arus dalam tiga dimensi. Penelitian ini diujicobakan pada perubahan dasar perairan akibat terjadinya badai di teluk Massachussets, USA. Hasil pemodelan didapatkan terjadinya tegangan dasar yang cukup signifikan untuk menggerakkan sedimen sehingga dapat memungkinkan terjadinya perubahan kedalaman perairan. Simulasi model dilakukan dengan sebaran ukuran butiran dasar yang tidak seragam. Hasil model seperti terlihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4. Hasil model interaksi gelombang ,hidrodinamika dan sedimen dasar. (Sumber : Warner dkk, 2006)
b. Pemodelam numerik hidrodinamika 2 dimensi horizontal berbasis kuasi tiga dimensi wilayah gelombang pecah dengan menggabungkan efek dari arus pasang surut, gelombang pendek, dan transpor sedimen dilakukan oleh Tajima, 2004 sebagai bagian dari dissertasi doktoral di Massachussets Institute Of Technology (MIT). Penelitian ini memberikan hasil simulasi 11
berupa arus sejajar pantai, arus tegak lurus pantai, angkutan sedimen sejajar dan tegak lurus pantai dengan mengikutkan efek dari Undertow dan Surface Roller. Simulasi dari model ini telah divalidasi dengan uji model fisik dan memberikan tingkat validitas yang sangat tinggi. c. Pemodelan numerik interaksi gelombang-arus dan perubahan Batimetri di muara dengan menggunakan metode quickest beda hingga (Nazili,2003) sebagai disertasi doktoral teknik kelautan , Institut Teknologi Bandung. Hasil dari penelitian ini telah mampu mendapatkan solusi dari gabungan persamaan gelombang panjang, gelombang pendek dan angkutan sedimen yang telah di validasi dengan beberapa perhitungan analitis untuk garis pantai lurus, data sekunder hasil uji model fisik, dan kasus lapangan. Penelitian ini masih mengunakan grid segiempat, sehingga pada kasus garis pantai yang kompleks, model yang dihasilkan belum dapat memenuhi kondisi batas darat. Model yang dihasilkan juga belum menggunakan algoritma grid basah kering (wet and dry) sehingga evolusi garis pantai tidak bisa didapatkan d. Model gandeng ADCIRC-2DDI dan model gelombang Refdif (Blain dan Cobb, 2003) untuk memodelkan arus sejajar pantai pernah dilakukan pada tahun 2002 (US Army Waterways Experimental Station) tetapi belum digabungkan dengan pengaruh pergerakan sedimen dasar, perubahan batimetri dan perubahan garis pantai. Hasil model diverifikasi dengan kasus pengukuran percobaan Delilah(Slinn dkk,1998), di North Carolina, USA
12
Gambar 2.5. Hasil validasi model ADCIRC dan Refdif pada percobaan Delilah. Gambar atas adalah potongan kedalaman (Sumber: Naval Research Laboratory, USA)
e. Model hidrodinamika pantai SHORECIRC (Svendsen, dkk) berbasis kuasi tiga dimensi. Pada model ini bisa dihasilkan luaran hidrodinamika gelombang pecah berupa arus sejajar pantai pada lapisan atas dan arus tegak lurus pantai pada lapisan bawah. Model menggunakan grid beda hingga berbentuk segi empat dan terdapat pengembangan menggunakan grid kurvilinier. Pada model ini tidak dimasukan perhitungan transpor sedimen maupun perubahan dasar perairan. f. Model numerik lainnya menggabungkan gelombang panjang, gelombang pendek dan angkutan sedimen menggunakan metode beda hingga pada kasus batimetri tidak kompleks dan garis pantai lurus oleh Koutitas, 1988, Horikawa, 1988. Model numerik NMLONG (Larson and Krauss, 1991) telah menghasilkan luaran arus sejajar pantai dari hasil stress radiasi teori gelombang linier.
13
