bab-02. teori dasar pemodelan

BAB 2PROSEDUR PEMODELAN

2.12.1 SMS (SURFACE WATER MODELLING SYSTEM)SMS (SURFACE WATER MODELLING SYSTEM)

Proses pemodelan numerik secara umum dengan menggunakan SMS dapat dibagi dua,

yaitu pre-processing dan post-processing dengan menggunakan interface SMS dan

pengetahuan tentang model numerik yang digunakan, yaitu modul STWAVE, CGWAVE,

ADCIRC dan RMA2. Sebagian besar informasi pada bab ini disadur dari manual modul-

modul tersebut, serta dari tutorial yang ada pada SMS. Dalam Laporan Preliminary ini

program SMS yang digunakan adalah SMS versi 8.1 dan 9.0.

2.1.12.1.1 IINTERFACENTERFACE SMS SMS

Surface Water Modeling System (SMS) adalah perangkat lunak yang memiliki kemampuan

sebagai pemroses awal dan akhir (pre- dan post- processor) untuk pemodelan air

permukaan. Yang dimaksud proses awal pemodelan adalah kegiatan melakukan diskritisasi

terhadap sebuah fungsi atau persamaan. Diskritisasi tersebut dilakukan dengan

membangun mesh atau grid pada daerah yang akan dimodelkan. Proses akhir pemodelan

adalah kegiatan menyajikan data hasil pemodelan, biasanya disajikan dalam bentuk grafik

dan gambar.

2.1.1.1 Perangkat Pre-Processor

Perangkat-perangkat pre-processor yang disediakan SMS berguna untuk mengatur,

mengedit, dan memvisualisasikan data geometri dan data hidrolis. Untuk diskritisasi, SMS

1

Laporan Pemodelan Pemodelan Kondisi Tumpahan Minyak di Pulau Nipah

juga menyediakan perangkat untuk membangun, mengedit dan memformat mesh dan grid

yang akan digunakan dalam pemodelan numerik.

Tahap-tahap yang dilakukan untuk membangun mesh dengan menggunakan SMS adalah :

1. Mengimport peta digital dengan ekstensi DXF atau TIF (*.dxf, *.tif). Peta ekstensi

DXF biasanya sudah berisi informasi geometri lokasi pemodelan, seperti data

batimetri dan skala peta yang sudah benar. SMS dapat menyesuaikan secara otomatis

skala pemodelan dengan skala peta DXF. Peta ekstensi DXF dapat diperoleh dengan

cara men- save as (Untuk Autocad 2000-2006) peta digital bereksteni DWG. Peta

ekstensi TIF biasanya hanya merupakan gambar latar belakang lokasi pemodelan

tanpa informasi geometris. SMS tidak dapat secara otomatis menyesuaikan skala peta

TIF untuk skala pemodelan. Penyesuaian skala model harus dilakukan secara manual

dengan cara meregister peta.

2. Membangun mesh domain model. Membangun mesh domain model dapat dilakukan

dengan cara membangun elemen-elemen pada daerah yang telah ditetapkan sebagai

domain model. Ada 2 macam cara yang dapat digunakan untuk membangun mesh.

Pertama, pada mesh modul, pembangunan dilakukan dengan cara mengklik tombol

Create Mesh Node untuk menyusun node-node sacara manual di seluruh lokasi

pemodelan, kemudian mengubungkan node-node tersebut menjadi elemen-elemen

diseluruh domain model. Cara kedua adalah pada map modul, dengan membangun

poligon yang mencakup domain model, kemudian pada pilihan Feature Object, klik

map 2D mesh, maka akan terbentuk mesh 2D secara otomatis. Poligon yang

dibangun merupakan arc group. Arc (Sederetan segmen-segmen garis yang saling

berhubungan, polyline) tersebut dibangun dengan meng-klik tombol Create Feature

Arc.

3. Memasukkan informasi batimetri. Nilai batimetri dimasukkan pada setiap node pada

elemen. Ada bermacam-macam cara memasukkan informasi batimetri, pertama

dengan menggunakan sebuah file dengan ekstensi XYZ (*.xyz) yang berisi tentang

informasi batimetri, file ini diambil sebagai data scatter sehingga pada saat generate

mesh, SMS secara otomatis akan membacanya sebagai data kedalaman. Atau dengan

cara manual, dengan memasukkan nilainya pada titik node mesh yang telah dibangun.

2


2.1.1.2 Perangkat Post-Processor SMS 8.1

Perangkat Post-Processor yang disediakan oleh SMS antara lain berupa penyajian hasil

model secara grafik dan visualisasi data hasil pemodelan pada setiap node didalam domain

model. Data-data yang dapat divisualisasikan secara garis besar dibagi dua : skalar dan

vektor. Data-data skalar biasanya disajikan dalam gambar peta kontur sedangkan data-data

vektor dalam bentuk panah-panah berarah. Penyajian secara visual lainnya adalah dengan

membuat suatu animasi untuk simulasi dinamik.

Proses penghitungan pemodelan, yaitu proses antara pre-process dan post-process, adalah

kegiatan untuk menyelesaikan persamaan matriks untuk mendapatkan solusi pada setiap

node. Proses perhitungan ini dilakukan oleh model-model numerik yang di support,

meliputi model dari United States Army Corps of Engineer-Waterways Experiment Station

(USACE-WES), antara lain TABS-MD (GFGEN, RMA2, RMA4, SED2D), ADCIRC,

CGWAVE, STWAVE, dan HIVEL2D, serta model dari U.S Federal Highway

Administration (FHWA), antara lain FESWMS dan WSPRO, dan beberapa model komersil

lainnya.

Secara umum tiap-tiap model numerik digunakan untuk menyelesaikan kasus yang

spesifik. Beberapa model dilakukan untuk menghitung elevasi muka air dan kecepatan

aliran, model lain digunakan untuk menghitung mekanika gelombang, dan yang lainnya

lagi digunakan untuk menghitung pergerakan kontaminan atau transpor sedimen. Beberapa

model numerik mendukung simulasi dinamik, sementara yang lain hanya bisa digunakan

untuk simulasi keadaan steady. SMS memiliki interface yang spesifik untuk setiap

pemakaian model numerik yang ada di dalamnya.

2.1.22.1.2 MMODULODUL D DALAMALAM SMS SMS

Untuk memodelkan arus dan perubahan tinggi muka air (pasang surut) digunakan program

SMS dengan modul RMA2 sebagai alat simulasi dinamika arus. Modul RMA2

dikembangkan oleh CIRP (Coastal Inlets Research Program) dibawah lembaga ERDC

(U.S. Army Engineer Research and Development Center). RMA2 adalah program yang

mengitung kecepatan berdasarkan kedalaman (depth average velocity) dengan metode

3


finite elemen 2D (dua dimensi). Sebagai gaya pembangkit (generating force) digunakan

data pasang surut yang diperoleh dari program NAOTIDE . Untuk memodelkan

pergerakan dan penyebaran sedimen digunakan modul SED2D sebagai alat simulasi.

Berikut adalah fungsi dan kegunaan dari modul-modul SMS tersebut :

Tabel 2.1 Kegunaan Modul-Modul SMS dan Inputnya

Modul Kegunaan Input

RMA2

Menghitung Besar dan Arah

Hidrodinamika Laut (Arus Laut) Akibat

Pasut

Batimetri dan Pasut

SED2D

Menghitung Besar dan Arah Penyebaran

Suatu Sedimen Akibat Arus Pasut yang

terjadi

Output RMA2 dan Parameter

Sedimen

Algoritma pengerjaan model sedimentasi pada daerah Tanjung Pasir Tangerang adalah

sebagai berikut

Batimetridan Pasut

Arus dan ElevasiMuka Air

TransporSedimen

Output RMA2 dan Parameter

Sedimen

RMA2

SED2D

Input Output

Gambar 2.1 Algoritma yang digunakan

4


2.1.2.1 Modul RMA2

Modul RMA2 memecahkan persamaan kontinuitas dan momentum yang menyebabkan

arus menggunakan metode elemen batas (finite element). Persamaan kontinuitas dan

momentum tersebut adalah :

Dengan :

h : Kedalaman perairan

: Elevasi muka air terhadap kedalaman perairan

t : Waktu

qx : Aliran per unit lebar yang parallel denga sumbu x

qy : Aliran per unit lebar yang parallel denga sumbu y

u & v : Kecepatan arus lateral rata-rata arah x dan y

g : Percepatan gravitasi bumi

f : Parameter Coriolis

τbx dan τby adalah gaya geser lateral pada dasar, yang dihitung menggunakan hukum

standar gesekan kuadratik

τsx dan τsy adalah tegangan pada muka air akibat gelombang

τwx dan τwy adalah tegangan pada muka air.

Komponen kecepatan u dan v diperoleh menggunakan persamaan

5


Input data yang dimasukkan dan pengolahan data awal (post processing) dalam modul

RMA2 akan dijelaskan dalam subbab-subbab berikutnya.

2.1.2.2 Modul RMA4

Arus yang bergerak sepanjang garis pantai akan memberikan sedimentasi lateral pada

pantai yang ditinjau. Pergerakan sedimen ini dapat mempengaruhi struktur yang berada di

sekitar pantai. Pergerakan sedimen ini dapat dimodelkan dengan menggunakan modul

SED2D pada program SMS ini. Persamaan pengatur yang digunakan dalam modul SED2D

adalah sebagai berikut.

Dimana

C = Konsentrasi (kg/m3)

t = Waktu (detik)

u = Kecepatan arus arah x (m/s)

x = Submu utama arah aliran (m)

v = Kecepatan arus arah y (m/s)

y = Sumbu tegak lurus sumbu x (m)

Dx = Koefisien difusi arah x (m2/detik)

Dy = Koefisien difusi arah y (m2/detik)

Adapun langkah-langkah pengerjaan pemodelan dengan menggunakan SED 2D adalah

sebagai berikut:

1. Membuat data inputan dan syarat batas.

6


Data utama yang dimasukkan adalah kecepatan arus dari hasil pemodelan dengan

RMA-2. Hasil ini digunakan sebagai inputan untuk melakukan analisis pada arah dan

besar konsentrasi sedimen yang akan dialirkan/dipindahkan.

Input lain adalah berupa jenis sedimen dan dimensi dari butiran sedimen. Besar dari

konsentrasi awal dasar perairan juga harus dimasukkan untuk mengetahui perubahan

yang akan terjadi pada perairan tersebut.

2. Membuat syarat batas pada nodestring.

Syarat batas ini merupakan nilai konsentrasi pada lokasi tertentu dari perairan yang

diketahui konsentrasi sedimen layangnya.

3. Mengatur pemodelan.

Pengaturan pemodelan dilakukan agar kita dapat menentukan analisis yang akan

digunakan dari peramalan sedimen ini. Pengaturan ini juga mengatur jumlah dari lama

pemodelan yang diinginkan.

4. Run/menjalankan program SED 2D

Setelah data input dimasukkan, maka SED 2D sudah dapat dijalankan dengan memilih

menu Run SED 2D.

2.22.2 PASANG SURUT PASANG SURUT

Pasang surut adalah perubahan gerak relatif dari materi suatu planet, bintang dan benda

angkasa lainnya yang diakibatkan aksi gravitasi benda-benda angkasa dan luar materi itu

berada. Sehingga pasang surut yang terjadi di bumi terdapat dalam 3 (tiga) bentuk, yaitu:

1. Pasang surut atmosfir (atmospheric tides)

2. Pasang surut laut (ocean tides)

3. Pasang surut bumi padat (bodily tides)

Pasang surut atmosfir adalah gerakan atmosfir bumi yang diakibatkan oleh adanya aksi

gravitasi dari matahari dan bulan atau benda langit lainnya. Gerakan atmosfir akibat hal ini

bisa dideteksi dengan barometer, yang mencatat perubahan tekanan udara di muka laut.

7


Pasang surut laut adalah naik turunnya permukaan air laut atau gelombang yang

dibangkitkan oelh adanya iteraksi antara matahari dan bulan.

Pasang surut bumi padat adalah gangguan akibat gaya gravitasi benda langit terhadap

bagian bumi padat. Gangguan ini sangat kecil hingga hampir tidak bisa dilihat, tapi untuk

pengukuran dari ketinggian suatu tempat dan penelitian geofisika lainnya, gangguan ini

harus diperhatikan benar kelakuannya.

Tetapi yang akan dibahas selanjutnya adalah pasang surut laut, di mana akan dikenal

dengan singkatan ”pasut” atau juga gelombang panjang, dikarenakan periodenya adalah

jam.

Gambar 2.2 Fenomena pasut pada spring dan neap tide

Faktor-faktor non-astronomis yang mempengaruhi tinggi pasut adalah kedalaman perairan

dan keadaan meteorology serta faktor hidrografis lainnya.

Adapun tujuan dan kegunaan studi tentang pasut adalah:

1. scientific interest, tujuan pertama kali para ilmuwan.

2. navigation, untuk memperkirakan atau meramalkan tinggi muka air dan

kekuatan serta arah arusnya.

8


3. hydarulic engineering, mempelajari kondisi pasang surut bagi keperluan

bangunan dan operasi-operasi di pantai atau di lepas pantainya.

Pengetahuan tentang waktu, ketinggian dan arus pasut sangat penting dalam aplikasi

praktis yang begitu luas seperti navigasi, pekerjaan ocean engineering (pelabuhan,

breakwater, dok, dll), penentuan chart datum bagi hidrografi dan batas wilayah laut suatu

negara, keperluan militer, penangkapan ikan, olahraga bahari sampai pada peluncuran

satelit.

Dalam makalah ini harga pasut digunakan sebagai generating force atau gaya pembangkit

dalam pemodelan arus di daerah studi.

2.32.3 NAOTIDE (NAOTIDE (TIDAL PREDICTION SOFTWARETIDAL PREDICTION SOFTWARE))

NAOTIDE adalah program yang dikembangkan oleh National Astronomical Observatory,

Jepang pada tahun 1999 yang berfungsi untuk memprediksi pasang surut dengan cakupan

global. Program ini menyajikan 16 konstituen pasang surut yaitu

M1 ,S2 ,K1 ,O1 ,N2 ,P1 ,K2,Q1 ,M2 ,J1 ,OO1 ,2N2 ,Mu2 ,Nu2 ,L2 , dan T2.

Pasang surut di suatu perairan yang kta amati adalah merupakan penjumlahan dari

komponen-komponen pasang akibat gaya gravitasi bulan, matahari dan benda langit

lainnya serta komponen yang timbul penjalaran pasang itu sendiri di laut. Karena revolusi

bulan, bymi dan benda langit lainnya mempunyai periodanya sendiri, sehingga komponen

yang dibentuknya dapat diuraikan dari hasil pencatatan. Secara garis besarnya komponen-

komponen pasut utama dapat dibagi dalam 3 kelompok:

1. Komponen-komponen dengan perioda panjang (long period series)

2. Komponen-komponen diurnal (satu kali pasang dan satu kali surut dalam

sehari)

3. Komponen-komponen semi-diurnal (dua kali pasang dan dua kali surut dalam

sehari)

Berikut tabel komponen-komponen utama pasut:

Tabel 2.2 Komponen-komponen utama pasut

9


Komponen Simbol Perioda (jam) Kecepatan sudut (o/jam)

Keterangan

Utama Bulan M2 12.4206 28.9841

Semi

Diurnal

Utama Matahari

S2 12.00 30.00

Bulan, varian jarak bumi-

bulan

N2 12.6582 28.4397

Bulan-Matahari peubah-deklinasi

K2 11.96973 30.0821

Matahari-bulan K1 23.9346 15.0411

DiurnalUtama-bulan O1 25.8194 13.9430

Utama-matahari

P1 24.0658 14.9589

Bulan akibat peredarannya

Mf 327.8689 1.9080 Periode Panjang

Utama Bulan M4 6.2103 57.9682 Perairan

DangkalMatahari-bulan MS4 6.1033 59.9841

Komponen pasut sampai sekarang telah diketahui ada lebih dari 100 buah.

Input program ini adalah koordinat pasut dititik tertentu yang digunakan sebagai harga

batas dalam model.

10


BAB 2 2-1

2.1 Pemodelan Kondisi Gelombang Di Lokasi Studi 2-1

2.1.1 Pemodelan Transformasi Gelombang Dengan Ref/DIff 2-1

2.1.1.1 Prosedur Pemodelan 2-2

11


Error! No table of figures entries found.

Error! No table of figures entries found.

12

bab-02. teori dasar pemodelan

Documents