Oseana, Volume XIX, Nomor 1:1-9 ISSN 0216

sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Oseana, Volume XIX, Nomor 1:1-9
ISSN 0216-1877
METODA PENGAMATAN DAN ANALISA
GELOMBANG LAUT
oleh
Dharma Arief 1), Edy Kusmanto 1) dan Sudarto 1)
ABSTRACT
Semi-manual and accurate technique in wave observation is described in
detail. Data analysis on wave observation using this technique in Sungai Duri,
West Kalimantan, is presented as an illustration in waves research.
I. PENDAHULUAN
Salah satu parameter yang penting
dalam suatu penelitian dinamika pantai adalah
gelombang laut. Pada umumnya gelombang
laut tersebut adalah gelombang laut yang
disebabkan oleh tiupan angin baik langsung
maupun tidak langsung. Pada daerah tiupan
angin (dikenal dengan istilah 'fetch'), terjadi
peristiwa transfer energi angin ke energi
gelombang dalam spektrum frekwensi yang
luas. Dengan kata lain, didaerah angin tersebut terbentuk campuran gelombang dengan
bermacam-macam frekwensi. Distribusi
frekwensi dan besarnya energi gelombang
ditentukan oleh tiga faktor, yaitu: luasnya
daerah tiupan angin, lamanya angin bertiup,
dan besarnya tiupan angin. Gelombang yang
terbentuk tersebut akan menjalar keluar dari
daerah tiupan angin hingga mencapai
daerah dangkal atau pantai, dan melepaskan
energinya.
Gelombang laut yang terbentuk akibat
tiupan angin setempat umumnya mempunyai
ketinggian yang kecil (kurang dari 0.5 meter)
dan mempunyai periode waktu kurang dari 4
detik. Hal ini disebabkan oleh terbatasnya
daerah tiupan angin. Sedangkan gelombang
yang terbentuk di daerah lepas pantai atau
di tengah laut seringkali mempunyai energi
yang besar akibat luasnya daerah tiupan
angin dan lebih besarnya tiupan angin di laut
dibandingkan dengan tiupan angin di pantai.
Selama penjalarannya tersebut, gelombang
tersebut mengalami proses dispersi akibat
perbedaan kecepatan rambat gelombang yang
berbeda periodenya. Makin jauh jarak
perambatan gelombang, makin homogen
periode gelombang tersebut. Gelombang yang
homogen umumnya dikenal dengan nama
alun ('swell'). Gelombang 'kiriman' ini
seringkali mempunyai tinggi diatas 0.5 meter
dengan periode di atas 4 detik.
1) Balai Penelitian dan Pengembangan Oseanografi, Pusat Penelitian dan Pengembangan Oseanologi-LIPI, Jakarta
Oseana, Volume XIX No. 1, 1994
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Di pantai dan daerah pecahnya
gelombang merupakan daerah transfer energi
gelombang ke benttuk energi lainnya seperti
arus, turbulensi, pemindahan sedimen,
gelombang sekunder dengan periode lebih
pendek maaupuan lebih panjang, bunyi, dan lain
sebaginya. Proses transfer energi inilah yang
berperanan penting dalam proses dinamika
pantai karena menyebabkan perpindahan
sedimen.
Arah datangnya energi gelombang
ditentukan oleh arah perambatannya.
Sedangkan besarnya energi yang dibawa oleh
gelombang ditentukan oleh tinggi, periode, dan
lipe gelombang. Secara umum dapat digunakan
bahwa energi gelombang sebanding dengan
kuadrat amplitudenya, walaupun hal ini benar
untuk kasus gelombang sinusoide sederhana.
Selanjutnya tinggi, periode, dan arah datangnya
gelombang, oleh karenanya, diidentikkan dengan
karaktenstik datangnya gelombang. Oleh karena
itu pengukuran karakteristik gelombang
merupakan faktor yang penting dalam studi
dinamika pantai dan usaha penanggulangan
proses erosi pantai.
II. PENGUKURAN GELOMBANG
Pengukuran
gelombang
dapat
dilakukan dengan sejumlah cara, baik yang
manual dan sederhana, semi-manual, maupaun
secara otomatis. Pengukuran gelombang
sederhana umumnya dilakukan dengan
menaksir tinggi gelombang, menghitung rata-rata
periode gelombang dengan stopwatch, dan
menentukan arah datangnya dengan kompas
sederhana. Data yang dihasilkan menunjukkan
gambaran umum dan memberikan informasi
mengenai karakteristik gelombang yang sangat
terbatas. Teknik ini
Oseana, Volume XIX No. 1, 1994
praktis tidak memerlukan biaya pengamatan di
lapangan.
Pengukuran semi-otomatis dilakukan
dengan memonitor fluktuasi tinggi permuka-an
air dengan bantuan alat yang lebih presisi.
Diantaranya dengan penggunaan Video camera
recorder seperti yang dilakukan Puslitbang
Oseanologi di Kalimantan Barat. Teknik ini
memerlukan tersedianya alat-alat yang relatif
mahal, akan tetapi mempunyai ketelitian dan
akurasi yang tinggi baik pada saat gelombang
kecil maupun besar.
Untuk tersedianya data yang kontinu,
penggunaan alat dengan sistem perekaman
sendiri mutlak di perlukan. Alat ukur ini disebut
sebagai 'wave-meter' dan mempunyai akurasi
data yang sangat tergantung pada kualitas
alatnya. Pemilihan tipe alat perlu memperhatikan
kondisi umum gelombang di lokasi
pengamatan. Pendekatan ini memerlukan
alat yang mahal.
Dalam penelitian dinamika pantai di
Kalimantan barat oleh Puslitbang Oseanologi LIPI sengaja dipilih pendekatan semi-otomatis.
Adapun pertimbangannya adalah faktor biaya dan
kemungkinan tersedianya sarana pengukuran
di daerah serta pertimbangan teknis
pelaksanaannya. Diharapkan pendekatan ini
dapat me-ningkatkan jumlah pengamatan
gelombang khususnya di Kalimantan Barat dan
dapat dilakukan oleh tenaga setempat tanpa
pendidikan atau persyaratan khusus. Hal ini
dipandang penting karena data gelombang yang
diperlukan dalam studi dinamika pantai
adalah tersedianya data gelombang yang
kontinu dengan akurasi yang tinggi, dan
dapat diterapkan di banyak lokasi tanpa
diperlukannya SDM dengan kwalifikasi
khusus.
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
III. SARANA YANG DIPERLUKAN
1. Video Camera Recorder
Video camera yang diperlukan adalah
camera yang mempunyai rekaman data jam,
menit, detik, dan desimal detik. misalnya
10:15:32,10 ( jam sepuluh lima belas menit
tiga puluh dua dan sepersepuluh detik ).
Informasi waktu tersebut ada yang 'built-in’
dalam camera (misalnya camera Sony), dan
ada yang memerlukan tambahan alat
'Character Generator' (misalnya camera
Panasonic). Alat Character Generator tersebut
dipasang pada camera video melalui EVF
Terminal (Electronic View Finder). Dengan
adanya alat tambahan ini, informasi seperti
Judul, lokasi dan sebagainya dapat
ditambahkan pada data rekaman sehingga
rekaman lebih mudah diidentifikasi.
2. Video Cassette Recorder
Video Cassette Recorder digunakan
untuk 'replay' rekaman dalam tahap pembacaan
tinggi fluktuasi permukaan air laut. Alat yang
diperlukan adalah video cassette recorder yang
mempunyai feature 'frame-to-frame display'
secara manual sehingga dapat dipilih rekaman
tiap selang waktu setengah detik.
3. TV Monitor
Monitor TV yang diperlukan dapat
digunakan TV set biasa, sebaiknya yang
berwarna untuk memperjelas pembacaan skala
tinggi dari bak ukur.
4. Bak Ukur (Patok Meteran)
Bak ukur berfungsi sebagai alat ukur
tinggi permukaan air laut pada suatu saat
Oseana, Volume XIX No. 1, 1994
sewaktu pembacaan menggunakan TV. Bak ukur
tersebut mudah dibuat sendiri dengan
menggunakan bahan kayu, paralon atau fiber glass
yang dicat dasar putih dan diberi skala sentimeter
dengan warna gelap dan terang berselang-seling
untuk membuat rekaman oleh camera lebih jelas.
5. Platform Pengamatan
Platform
pengamatan
diperlukan
terletak dalam jangkauan camera pada bak ukur
sehingga angka dan skala pada bak ukur tersebut
dapat terekam dengan jelas. Untuk pengamatan
kurang dari 25 meter dari pantai, platform ini
mungkin tidak diperlukan. Untuk lokasi yang
lebih jauh ke laut, perahu atau bagan diperlukan.
Kesulitan teknis yang umumnya timbul jikalau
menggunakan perahu adalah goyangan perahu.,
Oleh karena itu diperlukan ketrampilan agar bak
ukur selalu dalam ruang lihat dari video camera.
Dalam penggunaan perahu, sangat dibatasi oleh
kondisi gelombang. Sebaliknya, perahu
memberikan dinamika lebih tinggi, sehingga bisa
mendapatkan data gelombang pada saat yang
hampir bersamaan pada sejumlah lokasi dengan
biaya hanya penyewaan perahu. Penggunaan
bagan akan memberikan data yang baik karena
tidak ada masalah dengan stabilitas platform.
Namun dalam situasi gelombang besar, masalah
perpindahan dari dan ke bagan menjadi sulit.
Disamping itu, biaya pembuatan bagan di laut
mahal
6. Komputer dan Perangkat Lunak
Sarana komputer yang digunakan oleh
Puslitbang Oseanografi - LIPI adalah komputer tipe
AT-386 atau di atasnya dengan memory lebih
dari 4 megabyte, hafidisk lebih dari 80
megabyte, math-coprocessor, dan printer/
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
plotter. Perlengkapan tersebut untuk menunjang perangkat lunak yang diperlukan.
Perangkat lunak yang digunakan adalah
Quattro Pro untuk memasukkan data ke
komputer, Grapher untuk penggambaran
data, DA-EDIT dan DAMENU untuk analisa
data, dan word processor dengan
kemampuan grafik seperti Amipro, Microsoft
Word, ataupun Wosdstar 7.0. DA-EDIT dan
DAMENU adalah perangkat lunak yang
dikembangkan oleh Puslitbang Oseanologi LIPI.
IV. PELAKSANAAN PENGAMATAN
1. Pemasangan bak ukur
Bak ukur dipasang pada posisi tertentu
sesuai dengan perencanaan pengukuran
gelombang. Bak ukur harus ditancapkan cukup
dalam sehingga tidak doyong atau hanyut
akibat hempasan gelombang dan angin. Oleh
karena itu, pemasangan bak ukur tersebut
perlu direncanakan dan dilakukan sebelum
pelaksanaan pengukuran dan dapat bertahan
selama selang waktu penelitian. Pemasangan
bak ukur memerlukan kondisi laut yang
tenang.
2. Perekaman
Perekaman data gelombang dilakukan
dengan menggunakan 'camera video minimal
selama lima menit. Waktu pengamatan harus
disesuaikan dengan kondisi lautnya sehingga
didapatkan data yang bermanfaat dan efektif.
Sebelum melakukan perekaman, tanggal dan
jam pada alat character generator yang terdapat
pada video kamera harus diset sesuai dengan
tanggal dan waktu yang tepat. Informasi
Oseana, Volume XIX No. 1, 1994
tambahan yang diperlukan seperti sudut datang
gelombang terhadap arah utara, orientasi
pantai, kedalaman air, kondisi laut, angin,
dan pasang-surut, lokasi/posisi pengamatan
dan sebagainya yang dipandang perlu
sebaiknya didatakan dengan baik.
3. Pembacaan data
Data gelombang yang telah direkam
dalam cassette di-'replay' dengan
menggunakan video cassette recorder dalam
slow motion atau frame-to-frame mode.
Pembacaan tinggi permukaan air relatif yang
ditunjukkan oleh bak ukur dibaca dan dicaiat
tiap 0.5 detik selama minimal lima menit.
Data yang berupa angka tersebut kemudian
dimasukkan menjadi file ASCII. Proses ini
dapat menggunakan Quattro Pro atau
perangkat lunak lainnya yang sesuai.
V. ANALISA DATA
1. Penggambaran Data
Penggambaran data mentah perlu
dilakukan
untuk
memeriksa
dan
mengidentifikasi kesalahan dalam mendigit
dan mengetik data. Di Puslitbang Oseanologi
- LIPI, penggambaran dilakukan dengan
menggunakan perangkat lunak Grapher.
Gambar 1 ini adalah contoh data
pengamatan gelombang di perairan Sungai
Duri pada bulan Januari 1993 (PUSLITBANG
OSEANOLOGI, 1993).
Gelombang datang dari arah barat laut
antara 300°. Arah datangnya gelombang ini
hampir tegak lurus pantai dan berkaiian erat
dengan refraksi gelombang oleh perubahan
kontur kedalaman perairan yang secara umum
hampir sejajar dengan garis pantai.
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Gambar 1. Fluktuasi tinggi permukaan air Iaut akibat gelombang di perairan Sungai Duri,
Januari 1993. Data berdasarkan rekaman video selama 5 menit yang didigit
tiap 0,5 detik.
Oseana, Volume XIX No. 1, 1994
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Dari data yang didapat dan hasil analisa
dapat kita lihat beberapa hal yaitu:
l.Tinggi maksimum gelombang yang
teramati dalam periode waktu
tersebut kurang dari 75 cm.
2. Ada dua tipe gelombang di perairan
Sungai Duri yaitu gelombang angin
(’wind wave’) dan alun (’swell’) dan
membentuk ’wave-train’ (tebih jelas
pada Gambar 1A) dengan interval
antara wave-train sekitar 30-50 detik.
Untuk data yang disajikan Gambar 1A
bentuk gelombang hampir simetris antara puncak
dan lembah, suatu karakteristik gelombang yang
belum mengalami deformasi yang berarti akibat
dasar perairan. Data ini diambil di kedalaman air 4
meter. Sedangkan data yang disajikan pada
Gambar IB menunjukkan ketidak-simetrisan
yang besar. Puncak gelombang lebih tinggi
daripada lembahnya, menunjukkan besarnya
pengaruh dasar perairan. Pengamatan tersebut
dilakukan pada kedalaman air 1.5 meter. Dari
observasi lapangan selama bulan Januari 1993,
bentuk gelombang seperti itu menunjukkan
terjadinya deformasi 'wind-wave' menjadi 'solitarywave' yang sangat effektif dalam mengerosi
garis pantai.
2. Perhitungan H1/3
Nilai H1/3 umumnya dikenal dengan
nama 'significant wave height'. Perlu diingat
bahwa nilai H1/3 merupakan pendekatan sangat
sederhana dari keadaan gelombang yang
sesungguhnya. Dalam pendekatan tersebut
dianggap bahwa gelombang di laut dapat
diwakili oleh satu gelombang sinusoida
sederhana yang mempunyai tinggi H1/3
dengan periode T1/3, suatu hal yang belum tentu
mendekati kondisi gelombang di suatu perairan
(KINSMAN, 1965).
Untuk kasus tertentu yang tidak
memerlukan informasi mendetail mengenai
kondisi gelombang, pendekatan ini dapat
mencukupi. Akan tetapi untuk mengetahui
karakteristik gelombang di suatu perairan
dengan lebih jelas, diperlukan metoda
pendekatan yang lebih baik. Analisa
'time-series' untuk menghasilkan 'powerspectrum' berdasarkan Fast Fourier Transform
merupakan metoda yang umum digunakan.
Untuk kondisi gelombang di atas,
perhitungan Hl/3 dengan menggunakan
DAMENU menghasilkan nilai dalam Tabel
di bawah ini.
Tinggi gelombang sering dicerminkan
oleh nilai H1/3 dan T1/3 yang dikenal sebagai
tinggi dan periode gelombang signifikan.
Nilai - nilai tersebut ditentukan engan metode
Zero-upcrossing dan perata-rataan 1/3 jumlah
tinggi gelombang tertinggi.
Dari hasil perhitungan H1/3 di atas
tampak jelas bahwa data gelombang 1A dan IB
menunjukkan nilai yang hampir sama.
Posisi dan Informasi Pengukuran Gelombang di Perairan Sungai Duri, Kalimantan
Barat, Januari 1993
Gambar
Longitude BT
1A
1B
108°54.921
108°55.191
Latitude LU
Tanggal
00°34.041 17-01-1993
00°33.571 20-01-1993
Oseana, Volume XIX No. 1, 1994
Jam
14:55
10:54
Dalam Air
meter
4,00
1.5
H1/3
cm
30
32
T detik
5,5
5.9
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Dari bentuk gelombang yang diamati jelas
bahwa
kedua
gelombang
tersebut
mempunyai karakteristik yang sangat
berbeda yang akan mempunyai dampak
yang berbeda terhadap dinamika pantai.
Gelombang IB lebih effektif menyebabkan
erosi pantai karena mampu menjalarkan
energi gelombang ke perairan dangkal.
3. Analisa Spektrum
Analisa spektrum yang dilakukan di
Puslitbang Oseanologi - LIPI menggunakan
pendekatan Fast Fourier Analisis. Perangkat
lunak DA-EDIT dan DAMENU dikembangkan oleh Puslitbang Oseanologi - LEPI
untuk menganalisa 'time series data' seperti
gelombang, arus, pasang-surut, angin, dan.
sebagainya.
Analisa
ini
berdasarkan
anggapan bahwa gelombang yang diamati
merupakan superposisi linier dari sejumlah
gelombang sinusoida sederhana. Analisa
data gelombang di alas dengan DA-EDIT
dan DAMENU digambarkan seperti yang
ditunjukkan olch Gambar 2.
Hasil analisa spektrum dari kedua
data gelombang 1A dan IB tersebut
menunjukkan dengan jelas perbedaan
karakteristik
keduanya.
Energi
gelombang 1A ter-konsentrasi pada
periode 5 detik, sedangkan gelombang IB
mempunyai komponen gelombang 11
detik. Gelombang dengan periode 5 detik
mungkin terbentuk di selat Karimata, akan
tetapi gelombang dengan periode 10 detik
hanya mungkin terbentuk di laut Cina
Selatan yang mempunyai daerah pengaruh
angin yang panjang. Sebaliknya, korelasi
antara gelombang dan angin setempat tidak
signifikan. Dari hubungan tersebut dapat
Oseana, Volume XIX No. 1, 1994
disimpulkan bahwa kondisi gelombang di
perairan Sungai Duri dikontrol oleh kondisi
angin baik di Selat Karimata maupun di
laut Cina Selatan.
VI. KUALITAS DATA PENGAMATAN
Dalam melakukan suatu pengukuran,
faktor ketelitian dan akurasi data sangatlah
penting. Walaupun metoda pengukuran
yang dilakukan ini semi-manual, kesalahan
dalam menentukan tinggi gelombang kurang
dari 2 cm asalkan kualitas rekaman dapat
menunjukkan dengan jelas skala dari bak
ukur. Ketrampilan penggunaan videocamera dari perahu dalam kondisi laut
berombak sangat menentukan kualitas
data.
Dibandingkan dengan alat ukur
gelombang standard yang menggunakan
'pressure-sensor’, ketelitian teknik ini tidak
lebih jelek. Ketelitian pressure-sensor
ditentukan oleh kualitas sensor dan
densitas air laut karena alat tersebut pada
prinsipnya mengukur tekanan air. Selain itu,
ditinjau dari harga alat, teknik ini termasuk
teknik
yang
murah
sehingga
memungkinkan untuk diterapkan di
banyak tempat.
Masalah yang dihadapi oleh teknik ini
adalah memerlukan kehadiran manusia di
lokasi pengukuran, persoalan yang seringkali
menyebabkan sulitnya pengamatan secara
kontinu untuk waktu yang lama, misalnya
satu tahun. Dari segi pelaksanaan di
lapangan, penggunaan perahu sebagai
platform pengamatan membatasi kemampuan pengambilan data pada saat gelombang laut terlalu besar bagi keselamatan
pengamatan. Hal ini tidak terjadi pada
pemakaian alat ukuryang self-recorder.
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Oseana, Volume XIX No. 1, 1994
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
VII. DAFTAR PUSTAKA
BENDAT, J.S & A.G. PIERSOL, 1986.
Random Data, Analysis and
Measurement Procedure. John Wiley
& Sons : 566 p.p.
Oseana, Volume XIX No. 1, 1994
KINSNAN, B., 1965. Wind Waves.
Their Generation and Propagation on the
Ocean Surface. Prentice-Hall,
Inc- : 676 p.p.
PUSLITBANG OSEANOLOGI, 1993.
Penelitian Dinamika dan Pemanfaatan
Mintakat Pantai Kalimantan Barat :
186 p.p.