Gelombang

Afgun   11.00   Hidrosfer   Comment  

Gelombang merupakan faktor penting didalam perencanaan pelabuhan dan bangunan pantai lainnya. Gelombang di laut bisa dibangkitkan oleh angin (gelombang angin), gaya tarik matahari dan bulan (pasang surut), letusan gunung berapi atau gempa dilaut (tsunami), gerakan kapal dan sebagainya (Bascom, 1959 dalam Bird, 1984). Diantara beberapa bentuk gelombang tersebut yang paling dominan adalah gelombang angin (untuk selanjutnya disebut gelombang) .Tsunami adalah gelombang yang sangat besar yang apabila sampai di pantai akan bisa menghancurkan kehidupan di daerah tersebut. Tetapi karena tsunami itu jarang terjadi, maka bangunan-bangunan di pantai tidak didesain berdasarkan untuk dapat menerima gaya yang diakibatkan oleh tsunami. Perencanaan bangunan dengan memperhitungkan tsunami akan memberikan dimensi bangunan yang sangat besar, sehingga pekerjaan menjadi sangat mahal (Triatmodjo,1999).

Gelombang digunakan untuk merencanakan bangunan - bangunan pantai dan fasilitas-fasilitas pelabuhan lainnya. Gelombang tersebut akan menimbulkan gaya-gaya yang bekerja pada bangunan pantai. Selain itu gelombang juga bisa menimbulkan arus dan transpor sedimen di daerah pantai. Pada umumnya bentuk gelombang di alam adalah sangat kompleks dan sulit digambarkan secara matematis karena ketidak-linearannya, tiga dimensi dan mempunyai bentuk yang random, artinya suatu deret gelombang mempunyai tinggi dan periode yang berbeda. Beberapa teori yang ada hanya menggambarkan bentuk gelombang yang sederhana dan merupakan pendekatan gelombang alam.

Dalam teori paling sederhana dari gelombang adalah teori gelombang Airy, yang juga disebut teori gelombang linear atau teori gelombang amplitudo kecil (Triatmodjo,1999). Teori gelombang Airy diturunkan berdasar persamaan Laplace untuk aliran tak rotasi dengan kondisi batas di permukaan air dan dasar laut. Persamaaan tersebut memberikan potensial kecepatan periodik untuk aliran tak rotasional yang kemudian digunakan untuk menurunkan persamaan dari berbagai karakteristik gelombang seperti fluktuasi muka air, kecepatan dan percepatan partikel, tekanan, kecepatan rambat gelombang, dan sebagainya. Gambar 1. menunjukkan suatu gelombang yang berada pada sistem koordinat x, y. Gelombang menjalar pada arah sumbu x.

Gambar 1. Sket definisi gelombang (Triatmodjo,1999).

Beberapa notasi yang digunakan adalah :

d : jarak antara muka air rerata dan dasar laut

h(x,t) : fluktuasi muka air terhadap muka air rerata

a : amplitudo gelombang

H : tinggi gelombang = 2a

L : panjang gelombang

T : periode gelombang

C : kecepatan rambat gelombang = L/T

k : angka gelombang

s : frekuensi gelombang

§ Klasifikasi gelombang menurut kedalaman relatif

Berdasarkan ( Ippen, 1996 ) kedalaman relatif, yaitu perbandingan antara kedalaman air d dan panjang gelombang L, ( d/L ), gelombang dapat diklasifikasikan menjadi tiga macam, yaitu :

a. gelombang di laut dangkal, jika d/L £ 1/20

b. gelombang di laut transisi, jika 1/20 < d/L < ½

c. gelombang di laut dalam, jika d/L ³1/2

§ Cepat rambat dan panjang gelombang

Apabila kedalaman relatif d/L adalah adalah lebih besar dari 1/2 maka :

C = ( 1 )

L =² ( 2 )

Untuk kondisi gelombang di laut transisi, yaitu jika 1/20 < d/L < ½, cepat rambat dan panjang gelombang dihitung dengan menggunakan :

C = ( 3 )

L = ( 4 )

Apabila kedalaman relatif kurang dari 1/20, nilai tanh ( 2pd/L ) = 2pd/L, maka menggunakan rumus :

C = ( 5 )

L = T (6 )

§ Perpindahan partikel

Selama penjalaran gelombang dari laut dalam ke laut dangkal, orbit partikel mengalami perubahan bentuk seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.

Gambar Gerak orbit partikel air di laut (Triatmodjo,1999).

Analisis angin dan gelombang

Data angin yang digunakan adalah data angin selama 10 tahun (1996 2005) yang diperoleh dari Stasiun Meteorologi dan Maritim Semarang. Peramalan gelombang dari data angin ini dimaksudkan untuk mengetahui kondisi gelombang yang dominan terjadi di daerah penelitian. Diagram alir tahapan peramalan gelombang diperlihatkan pada Gambar

Berikut ini penjelasan dari diagram alir tahapan peramalan gelombang dari data angin:

Data angin yang merupakan hasil pengukuran kecepatan angin di darat (U_L) diplot ke grafik hubungan antara kecepatan angin di laut dan di darat (Gambar 3.8) hingga didapatkan nilai rasio (R_L).

Gambar Diagram alir tahapan peramalan gelombang dari data angin

Gambar Grafik hubungan antara kecepatan angin di laut dan di darat (U_L)

(Triatmodjo, 1990)

1. Kecepatan angin yang bertiup di atas laut (U_W) dikonversikan menjadi faktor tegangan angin dengan menggunakan rumus:

……………………..……………(3-1)

dimana :

U_A = faktor tegangan angin (m/det)

U_W = kecepatan angin di permukaan laut (m/det)

2. Fetch dapat didefinisikan sebagai panjang daerah pembangkitan gelombang pada arah datangnya angin. Apabila bentuk daerah pembangkitan tidak teratur maka untuk keperluan peramalan gelombang perlu ditentukan fetch rerata efektif (F_eff) (Gambar 3.9).

.................................................(3-2)

dimana :

F_eff = fetch rerata efektif (km)

X_i = panjang segmen fetch yang diukur dari titik observasi gelombang ke ujung akhir fetch (km)

α = deviasi pada kedua sisi arah angin dengan pertambahan 5° sampai sudut sebesar 45° pada kedua sisi dari arah angin (°)

Gambar 3.9. Penentuan fetch rerata effektif (F_eff)

3. Berdasarkan hasil pengukuran kecepatan angin dan lama hembusan angin, didapatkan fetch seperti yang telah di bicarakan di depan, maka dilakukan peramalan gelombang dengan mengkonversi data tersebut dengan rumus, untuk :

H (tinggi gelombang) = 1,616 x 10^-2x U_A x F_eff^0.5.................................(3-3)

T (periode gelombang) = 6,238 x10^-1 x (U_A x F_eff)^0.33............................ (3-4)

Seluruh data hasil peramalan dan pengukuran gelombang dianalisis menggunakan metode penentuan gelombang representatif (H_s) sebagai berikut (Triatmodjo,1999):

n = 33,3 % x jumlah data

Nilai H_s dihitung dari 33,3 % kejadian tinggi gelombang dari yang tertinggi ke terendah.

Gambar.Mawarangin (windrose).

Penentuan arah datangnya gelombang dilakukan dengan cara membuat fetch. Fetch adalah jangkuan maksimal arah pembangkitan gelombang di laut, dibuat berdasarkan arah angin yang paling dominan yang berasal dari arah laut.

Besarnya fetch dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Keterangan :

Feff : Fetch rerata efektif

Xi : Panjang segmen fetch yang diukur dari titik observasi gelombang ke ujung akhir fetch

α : deviasi pada kedua sisi dari arah angin, dengan menggunakan pertambahan 5º sampai sudut sebesar 20º pada kedua sisi dari arah angin.