BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Definisi Pantai Ada dua istilah tentang kepantaian dalam bahasa indonesia yang sering
rancu pemakaiannya, yaitu pesisir (coast) dan pantai (shore). Penjelasan mengenai kepantaian dapat dilihat pada Gambar 2.1. Pesisir adalah daerah darat di tepi laut yang masih mendapat pengaruh laut seperti pasang surut, angin laut dan perembesan air laut. Sedang pantai adalah daerah di tepi perairan yang dipengaruhi oleh air pasang tertinggi di air surut terendah. Garis pantai adalah garis batas pertemuan antara daratan dan air laut, dimana posisinya tidak tetap dan dapat berpindah sesuai dengan pasang surut air laut dan erosi pantai yang terjadi.
Gambar 2.1 Defenisi dan batasan pantai
9
Sempadan pantai adalah kawasan tertentu sepanjang pantai yang mempunyai manfaat penting untuk mempertahankan kelestarian fungsi pantai. Kriteria sempadan pantai adalah daratan sepanjang tepian yang lebarnya sesuai dengan bentuk dan kondisi fisik pantai, minimal 100 m dari titik pasang tertinggi ke arah daratan. Perubahan garis pantai merupakan rangkaian proses pantai yang diakibatkan oleh faktor eksternal (arus, gelombang, angin dan pasang surut) dan internal (karakteristik dan tipe sedimen serta lapisan dasar dimana sedimen tersebut berada). Perubahan garis pantai akan merujuk kepada aktivitas dan pengendapan sedimen, yaitu peristiwa pengendapan material batuan yang telah diangkut oleh tenaga air atau angin yang terjadi di pantai.
2.2
Gelombang Gelombang di laut dapat dibedakan menjadi beberapa macam yang
tergantung pada gaya pembangkitnya. Gelombang tersebut adalah gelombang angin yang dibangkitkan oleh tiupan angin di permukaan laut, gelombang pasang surut dibangkitkan oleh gaya tarik benda-benda langit terutama matahari dan bulan terhadap bumi, gelombang tsunami terjadi karena letusan gunung berapi atau gempa di laut, gelombang yang dibangkitkan oleh kapal yang bergerak, dan sebagainya. Gelombang angin merupakan salah satu bentuk gelombang yang paling penting. Gelombang dapat menimbulkan energi untuk membentuk pantai, menimbulkan arus dan transpor sedimen dalam arah tegak lurus dan sepanjang pantai, serta menyebabkan gaya-gaya yang bekerja pada bangunan pantai. 10
Gelombang merupakan faktor utama di dalam penentuan tata letak (layout) pelabuhan,
alur
pelayaran,
perencanaan
bangunan
pantai,
dan
sebagainya (Triatmodjo, 1999).
2.3
Pembangkit Gelombang Oleh Angin (Triatmodjo, 1999) Angin yang berhembus di atas permukaan air akan memindahkan
energinya ke air. Kecepatan angin akan menimbulkan tegangan pada permukaan laut, sehingga permukaan air yang semula tenang akan terganggu dan timbul riak gelombang kecil di atas permukaan air. Apabila kecepatan angin bertambah, riak tersebut menjadi semakin besar, dan apabila angin berhembus terus akhirnya akan terbentuk gelombang. Semakin lama dan semakin kuat angin berhembus, semakin besar gelombang yang terbentuk. Sirkulasi udara yang kurang lebih sejajar dengan permukaan bumi disebut angin. Angin terjadi karena perbedaan tekanan udara, sehingga udara mengalir dari tempat yang bertekanan tinggi menuju daerah yang bertekanan rendah. Angin sangat berpengaruh dalam perencanaan karena angin: •
Mengendalikan kapal pada gerbang.
•
Memberikan gaya horisontal pada kapal dan bangunan pelabuhan.
•
Mengakibatkan terjadinya gelombang laut yang menimbulkan gaya yang bekerja pada bangunan pelabuhan.
•
Mempengaruhi kecepatan arus, dimana kecepatan arus yang rendah dapat menimbulkan sedimentasi.
11
Tinggi dan perioda gelombang yang dibangkitkan dipengaruhi oleh angin yang meliputi kecepatan angin U, lama hembus angin D, arah angin, dan fetch F. Fetch adalah daerah dimana kecepatan dan arah angin adalah konstan. Arah angin masih bisa dianggap konstan apabila perubahan-perubahannya tidak lebih dari 15o. Sedangkan kecepatan angin masih dianggap konstan jika perubahannya tidak lebih dari 5 knot (2,5 m/d) terhadap kecepatan rerata. Panjang fetch membatasi waktu yang diperlukan gelombang untuk terbentuk karena pengaruh angin, jadi mempengaruhi waktu untuk mentransfer energi angin ke gelombang. Fetch ini berpengaruh pada periode dan tinggi gelombang yang dibangkitkan. Gelombang dengan periode panjang akan terjadi jika fetch besar. Gelombang di lautan bias mempunyai periode 20 detik atau lebih, tetapi pada umumnya berkisar antara 10 dan 15 detik.
2.4
Pembangkit Gelombang Oleh Angin (Davidson_Arnott, 2010) Gelombang yang dibangkitkan oleh angin adalah energi yang paling
penting ke zona pesisir dan bersamaan dengan arus gelombang yang dihasilkan, gelombang yang diakibatkan oleh angin inilah yang bertanggung jawab untuk erosi pantai dan transportasi sedimen. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya modifikasi pantai dan menciptakan erosi dan pengendapan (Davidson-Arnott, 2010). Gelombang angin hanyalah perpindahan vertikal dari permukaan air yang dihasilkan dari transfer energi dari angin ke permukaan air. Dihasilkan angin gelombang periodik, ditandai dengan titik tinggi, atau puncak, diikuti dengan titik 12
rendah, atau palung. Mereka juga progresif dalam bentuk pergerakan gelombang sepanjang permukaan air searah dengan angin bertiup. Energi yang ditransfer dari angin dinyatakan dalam energi potensial yang dihasilkan dari perpindahan puncak dan palung gelombang di atas dan di bawah permukaan air awal, dan dalam energi kinetik dari gerak melingkar partikel air dalam gelombang. Selain gelombang yang dihasilkan oleh angin, berbagai gelombang lain yang ditemukan di lautan dan danau mulai dari gelombang waktu yang sangat panjang, seperti gelombang pasang yang dihasilkan oleh gaya gravitasi bulan dan matahari, gelombang dengan periode lebih pendek, seperti gelombang yang dihasilkan oleh refleksi gelombang angin dari dinding laut. Tinggi, panjang, dan periode gelombang meningkat dengan meningkatnya kecepatan angin dan dengan lamanya waktu dan jarak di atas air yang ditiup angin. Meskipun mekanisme yang tepat dari transfer energi masih belum sepenuhnya dipahami, sekarang ada model komputer yang memungkinkan peramalan kondisi gelombang berdasarkan pengetahuan tentang kondisi angin dan transformasi berikutnya dari gelombang saat mereka melakukan perjalanan melintasi danau atau laut. Model ini juga memungkinkan kita untuk mengetahui kondisi gelombang dari data cuaca masa lalu dan dengan demikian dapat memperhitungkan iklim gelombang untuk pantai tertentu. Ini menyediakan data penting untuk masukan ke dalam pengelolaan wilayah pesisir dan pembangunan pertahanan laut dan pelabuhan.
13
2.4.1 Definisi dan Karakteristik Gelombang Bentuk dan gerakan air yang terkait dengan gelombang individu diilustrasikan pada Gambar 2.2 dan untuk bentuk gelombang, orbit partikel air dan arah gerakan gelombang diberikan dalam Tabel 2.1. Perhitungan dari bentuk permukaan gelombang angin semua memanfaatkan sinus atau fungsi cosinus. Ketinggian H gelombang sama dengan jarak dari palung ke puncak dan amplitudo sebuah perpindahan dari permukaan air di atas SWL (Still Water Level) adalah sama dengan yang untuk perpindahan bawahnya. Gelombang panjang L adalah jarak antara puncak gelombang berturut-turut, atau antara dua titik yang sama seperti palung gelombang, dan periode gelombang T adalah waktu yang dibutuhkan untuk perjalanan dua poin tersebut. Ketika kita menggambarkan sifat lebih dari satu gelombang lebih baik menggunakan frekuensi gelombang daripada periode: ini didefinisikan sebagai 1/T dan dinyatakan dalam Hz . Ini deskripsi dasar untuk dapat digunakan untuk menandai berbagai jenis gelombang di permukaan laut. SIMBOL
NAMA Puncak
Swl H
Palung Still water level Height (Tinggi)
ɑ
Amplitude (Amplitudo)
L T F Σ
Length (Panjang) Period Frequency (Frekuensi) Frekuensi radian
C
Celerity (Kecepatan)
CG
Kecepatan grup gelombang
KETERANGAN puncak tertinggi atau bagian dari gelombang bagian terendah dari gelombang permukaan air tanpa adanya gelombang jarak vertikal antara puncak dan palung jarak vertikal dari puncak atau palung untuk SWL jarak antara dua puncak waktu antara dua puncak 1/T 2π/T kecepatan pergerakan bentuk gelombang individual kecepatan gerakan dari sekelompok gelombang 14
K Ƞ H Z O S B
Jumlah sudut gelombang 2π/L Elevasi permukaan airwater yang Elevasi permukaan air ditentukan terhadap waktu (t) dan jarak (x) Kedalaman air Jarak vertical dari swl ke dasar Jarak bawah swl z = - h at the bed Kedalaman air h > 0.5 Lo Air dangkal H < 0.05 L o Titik gelombang pecah Kondisi pecah Tabel 2.1 Notasi untuk gelombang
Gambar 2.2 Karakteristik gelombang: (A) sketsa definisi dari karakteristik pergerakan sederhana gelombang angin di perairan dalam; (B) gerakan gelombang orbit, di perairan dalam, menengah dan dangkal. 15
Gelombang angin adalah pergerakan gelombang di mana bentuk pergerakan gelombang di permukaan air dan kecepatan di mana adalah kecepatan gelombang C. Bentuk kemajuan gelombang dari suatu panjang gelombang dalam periode T dan dengan demikian kecepatan dapat didefinisikan sebagai: C=L/T
(2.1)
Persamaan (2.1) sangat berguna karena salah satu dari sifat dapat diperoleh jika dua lainnya diketahui. Untuk tujuan praktis T tidak berubah terhadap gelombang yang mendekati pantai, perubahan C langsung mengontrol perubahan L. 2.4.2 Gelombang Prediksi Istilah prediksi Gelombang dapat digunakan untuk memasukkan berbagai teknik yang digunakan untuk meramalkan kondisi gelombang di lokasi tertentu selama beberapa periode waktu . Peramalan gelombang mengacu pada prediksi kondisi gelombang di daerah untuk jangka waktu jam atau satu atau dua hari ke depan, dan pada dasarnya mirip dengan peramalan data meteorologi seperti kecepatan dan arah angin, suhu, dan curah hujan. Memang, peramalan dari kondisi gelombang memanfaatkan kecepatan angin dan arah dan perkiraan menggunakan gradien yang berasal dari grafik meteorologi. Kemampuan untuk melakukannya sekarang telah sangat meningkat dengan ketersediaan data satelit yang tidak hanya meningkatkan cakupan ruang data meteorologi tetapi juga menyediakan data tentang kondisi gelombang yang diamati yang dapat membantu keakuratan prediksi pertumbuhan gelombang. Peramalan gelombang digunakan untuk berbagai tujuan, terutama yang berkaitan dengan pengiriman , memancing 16
dan berkapal; memang upaya besar pertama di peramalan gelombang muncul dari kebutuhan oleh pasukan Amerika dan Inggris (dan sekutu mereka) untuk perkiraan yang akurat dari kondisi gelombang di lokasi pendaratan di Pasifik dan di Normandia selama Perang Dunia Kedua.
2.4.3 Model Prediksi Gelombang Telah dilihat sebelumnya bahwa gelombang yang dihasilkan oleh transfer energi dari angin ke permukaan air karena tiupan angin, dan bahwa karakteristik gelombang sederhana seperti tinggi gelombang dan periode dikendalikan oleh kecepatan angin, durasi, dan pengambilan panjang. Karena teori pembangkitan gelombang masih belum sepenuhnya dikembangkan, model untuk memprediksi karakteristik gelombang sangat bergantung pada beberapa bentuk korelasi data empiris, pencocokan karakteristik gelombang diukur dengan pengukuran kecepatan angin, arah dan durasi, seperti yang terlihat pada Gambar 2.3.
17
Gambar 2.3 Nomogram untuk peramalan (A) periode puncak gelombang Tp dan (B) awal pengotakan tinggi gelombang H rms di daerah yang dibatasi fetch (Donelan 1980). Grafik dimasukkan sejajar horizontal dari kiri pada tingkat kecepatan angin yang tepat. Titik persimpangan dari tingkat horizontal dan garis tepat fetch (vertikal) atau durasi (garis putus-putus), mana yang lebih dahulu, mendefinisikan Tp (A) atau H rms (B) - ini ditunjukkan oleh garis padat. Daerah di sebelah kanan yang diagonal adalah zona penuh pengembangan gelombang, untuk itu kombinasi dari mengambil panjang dan kecepatan angin yang tinggi dan jangka waktu tidak lagi dapat meningkat. Perhatikan bahwa H1 / 3 ≈ 4 Hrms .
2.5 Data Angin Data angin yang digunakan untuk peramalan gelombang adalah data di permukaan laut pada lokasi pembangkitan. Data tersebut dapat diperoleh dari pengukuran langsung di atas permukaan laut atau pengukuran di darat di dekat lokasi peramalan yang kemudian dikonversi menjadi data angin di laut. Kecepatan 18
angin diukur dengan anemometer, dan biasanya dinyatakan dalam knot. Satu knot adalah panjang satu menit garis bujur melalui katulistiwa yang ditempuh dalam satu jam, atau 1 knot = 1,852 km/jam = 0,5 m/d. Data angin dicatat dan biasanya disajikan dalam tabel. Dengan pencatatan angin tersebut akan dapat diketahui angin dengan kecepatan tertentu, kecepatan angin maksimum, dan arah angin. Data pengamatan tersebut diolah dan disajikan dalam bentuk tabel (ringkasan) atau diagram yang disebut dengan mawar angin. Penyajian tersebut dapat diberikan dalam bentuk bulanan, tahunan atau untuk beberapa tahun pencatatan. Dengan tabel atau mawar angin tersebut maka karakteristik angin dapat dibaca dengan cepat. Tabel 2.2 adalah contoh penyajian data angin dalam bentuk tabel. Sedangkan Gambar 2.4 adalah contoh mawar angin yang dibuat berdasarkan data dalam Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Contoh data persentase kejadian angin
19
Gambar 2.4 Mawar Angin
Tabel 2.2 dan Gambar 2.4 tersebut menunjukkan persentase kejadian angin dengan kecepatan tertentu dari berbagai arah dalam perioe waktu pencatatan. Sebagai contoh, persentasi kejadian angin dengan kecepatan 10-13 knot dari arah utara adalah 1,23% dari 11 tahun pencatatan. Dalam Gambar 2.4 garis-garis radial adalah arah angin dan tiap lingkaran menunjukkan perentasi kejadian angin dalam periode waktu pengukuran.
2.6 Konversi Kecepatan Angin Biasanya pengukuran angin dilakukan di daratan, padahal di dalam rumusrumus pembangkitan gelombang data angin yang digunakan adalah yang ada di atas permukaan laut. Oleh karena itu diperlukan konversi data angin di atas daratan yang terdekat dengan lokasi studi ke data angin di atas permukaan laut.
20
Hubungan antara angin di atas laut dan angin di atas daratan terdekat diberikan oleh persamaan berikut (Triatmodjo, 1996): RL = Uw / U L
(2.2)
dimana : U L = Kecepatan angin yang diukur di darat (m/dt) U w = Kecepatan angin di laut (m/dt) R L = Tabel koreksi hubungan kecepatan angin di darat dan di laut (Gambar 2.5)
Gambar 2.5 Hubungan antara kecepatan angin di laut dan darat
Rumus-rumus dan grafik-grafik pembangkitan gelombang mengandung variable U A , yaitu faktor tegangan angin (wind-stress factor) yang dapat dihitung dari kecepatan angin. Setelah dilakukan berbagai konversi kecepatan angin, kecepatan angin dikonversikan pada faktor tegangan angin dengan menggunakan rumus berikut:
21
U A = 0,71 U1,23
(2.3)
dimana U adalah kecepatan angin dalam m/dt.
2.7 Fetch (Panjang Penjalaran Gelombang) Di dalam tinjauan pembangkitan gelombang di laut, fetch dibatasi oleh bentuk daratan yang mengelilingi laut. Di daerah pembentukan gelombang, gelombang tidak hanya dibangkitkan dalam arah yang sama dengan arah angin, tetapi juga dalam berbagai sudut terhadap arah angin. Fetch rerata efektif diberikan oleh persamaan berikut: (2.4) Dimana: F eff
= fetch rerata efektif
Xi
= panjang segmen fetch yang di ukur dari titik observasi gelombang ke ujung akhir fetch
α
= deviasi pada kedua sisi dari arah angin, dengan menggunakan pertambahan 60 sampai sudut sebesar 420 pada kedua sisi dari arah angin
2.8 Menentukan Tinggi Gelombang berdasarkan Peramalan Gelombang di Laut Dalam Data gelombang didapatkan dari perhitungan fetch berdasarkan arah angin dominan dan peta topografi yang telah diperoleh. Dari data gelombang diketahui arah dan tinggi gelombang, kemudian data tersebut diolah untuk mendapatkan presentase kejadian gelombang. Setelah itu dibuat wave rose 22
(mawar gelombang) yang menggambarkan antara arah dan tinggi gelombang dan presentase kejadian serta mengetahui arah gelombang dominan. Berikut ini beberapa cara dalam memperhitungkan tinggi gelombang.
2.8.1 Jonswap Parameters (William, 2000)
Metode
Jonswap
untuk
mencari
perhitungan
gelombang
menggunakan dimensi sebagai berikut:
(2.5)
a. Tinggi gelombang H* mo = 0,0016 (F*)1/2
…………. Cara Pertama
(2.6)
H* mo = 0,243`
…………. Cara Kedua
(2.7)
T* p = 0,286 (F*)1/3
…………. Cara Pertama
(2.8)
T* p = 8,13
…………. Cara Kedua
(2.9)
b. Periode gelombang
dimana : Hmo
: tinggi gelombang hasil peramalan (m)
T
: periode gelombang (dtk)
F eff
: panjang fetch efektif (km)
UA
: kecepatan angin terkoreksi (m/dtk) 23
g
: percepatan gravitasi (9,81 m/dtk)
t
: waktu (jam)
2.8.2 Finite Water Depth (William, 2000)
Jika kedalaman di daerah pembangkit terbatas, gesekan dengan bagian bawah akan menghasilkan gelombang yang lebih kecil. CERC (1984) membahas generasi gelombang secara mendalam yang dikembangkan oleh Bretschneider (1958) dari Bretschneider dan Reid (1953). Rumus yang dikembangkan lebih lanjut oleh Young dan Verhagen (1996), yaitu:
(2.10)
(2.11)
2.9 Skala Beaufort
Skala
Beaufort adalah
ukuran
empiris
yang
berkaitan
dengan
kecepatan angin untuk pengamatan kondisi di darat atau di laut. Skala ini ditemukan oleh Francis Beaufort pada tahun 1805. Beaufort mengukur kecepatan angin dengan menggambarkan pengaruhnya pada kecepatan kapal dan gelombang air laut. Skala Beaufort menggunakan angka dan simbol.
24
Semakin besar angka skala Beaufort, maka semakin kencang angin berhembus dan bahkan bisa semakin merusak. Skala Beaufort dimulai dari angka 1 untuk embusan angin yang paling tenang sampai angka 12 untuk embusan angin yang dapat menyebabkan kehancuran. Skala Beaufort tetap berguna dan dipakai sampai sekarang. Skala Beaufort dalam dilihat pada table 2.3.
Tabel. 2.3 Skala Beaufort 25
