pengukuran elevasi muka air

Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
2. PENGUKURAN ELEVASI MUKA AIR
A. PASANG-SURUT DAN M.W.L.
Gerak muka air di daerah pantai dengan periode beberapa jam dikelompokkan dalam
gerak-pasang surut muka air. Pengukuran gerak muka air pasang-surut diperlukan
untuk mengetahui kemungkinan elevasi muka air rata-rata minimum atau maksimum
untuk keperluan penentuan elevasi suatu bangunan di daerah pantai. Pengukuran gerak
muka air yang relatif sangat lambat ini memerlukan metode atau alat yang dapat
menyaring gerak muka air yang tidak tergolong sebagai gerak pasang-surut.
Metode pengukuran yang paling sederhana adalah melakukan pengamatan secara
visual. Pencatatan dapat pula dilakukan dengan alat bantu pencatatan (Automatic Water
Level Recorder, AWLR).
1. Pengukuran secara visual
Pengamatan secara visual dilakukan dengan memasang papan duga dan mencatat
bacaan elevasi muka-air. Skala pada papan duga harus diketahui hubungannya dengan
referensi koordinat vertikal setempat. Papan duga harus ditempatkan di tempat yang
aman dan perubahan posisi (karena hempasan gelombang, tertabrak perahu atau
gerusan tanah dasar). Pengamatan pada umumnya dilakukan tiap 15, 30 atau 60 menit.
Untuk keperluan peramalan konstanta pasang-surut diperlukan minimal 30 hari
pencatatan. Pengukuran pasang-surut dapat merupakan bagian dan survei batimetri
daerah pantai, pengukuran arus pantai atau pengukuran debit di muara sungai.
Pengamatan visual tanpa bantuan bak penenang dapat memberikan akurasi yang sangat
rendah. Bak penenang adalah alat penyaning gelombang pendek untuk papan duga atau
AWLR. Bak penenang dihubungkan dengan perairan pantai dengan pipa atau saluran
hingga fungsi sebagai penyaring gelombang pendek tercapai. Pada umumnya pada
saluran atau pipa penghubung diberi sekat dengan beberapa lubang kecil berdiameter 1
s/d 2 mm. Perlu diperhatikan bahwa dalam menentukan letak lubang ini dihindarkan
kemungkinan tertutupnya lubang oleh lumpur atau kotoran.
Pengukuran pada malam hari, menurut pengalaman, sebaiknya dilakukan lebih rapat.
Hal ini menghindari kemungkinan hilangnya data karena pencatat tertidur.
2. Pengukuran dengan AWLR
Penempatan AWLR harus lebih memperhatikan keamanan dan kedudukan alat. Karena
alat ini lebih mahal dan kerusakannya dapat menghentikan survei terutama jika
ketersediaan suku cadang alat terbatas. Seperti pada papan duga, AWLR perlu
ditempatkan pada bak penenang. AWLR tanpa bak penenang yang efektif dapat
Hidrometri dan Hidrografi
2-1
Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
memberikan hasil pengukuran yang kualitasnya lebih rendah dan pencatatan secara
manual dengan papan duga sehingga usaha dan biaya yang dikeluarkan terbuang
percuma.
Walaupun AWLR mencatat secara otomatis, selama pengukuran alat perlu sering
diperiksa keadaannya (ketersediaan tinta, keadaan jarum,, keadaan kertas, peredaman
gelombang, halangan pada saluran atau pipa penghubung). Sebelum dipasang, selain
diperiksa kalibrasi pencatatannya, AWLR perlu diatur sehingga selang pengukuran
(batas maksimum dan minimum) masuk dalam kertas pencatat. Papan duga atau AWLR
perlu dilindungi untuk tetap pada kedudukannya karena adanya hempasan gelombang,
tertabrak perahu atau gerusan tanah dasar.
Pengamatan dan pencatatan pada umumnya dilakukan tiap 15, 30 atau 60 menit. Untuk
keperluan peramalan konstanta pasang-surut diperlukan minimal 30 hari pencatatan.
Pengukuran pasang-surut dapat merupakan bagian dan survei batimetri daerah pantai,
pengukuran arus pantai atau pengukuran debit di muara sungai.
Gambar 2.1. Pengamatan visual pasang-surut dengan papan duga.
Gambar 2.2. Pencatat pasang-surut dengan AWLR
Hidrometri dan Hidrografi
2-2
Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
B. PENGUKURAN GELOMBANG
Pengukuran gelombang pendek dapat dilakukan dengan beberapa metode seperti yang
tertera pada Bab 1. Metode pengukuran dapat dikelompokkan menjadi
1. pengukuran dengan alat-alat ukur berada di darat (land based),
2. alat ukur di perairan, dan
3. alat ukur di udara.
Beberapa catatan yang perlu diperhatikan adalah:
1. Metode-metode dan alat-alat ukur yang berada di darat, seperti misalnya pengukuran
visual, terbatas jangkauan ukurnya karena tidak mudah mendapatkan lokasi
penempatan alat ukur yang sesuai serta kurang luwes untuk beberapa variasi
pengukuran.
2. Pengukuran di near- atau surfzone pada umumnya menggunakan transmisi kabel baik
untuk penyaluran data atau catu daya alat ukur.
3. Telemetri digunakan untuk pengukuran di lepas-pantai atau laut dalam.
Berikut ini adalah beberapa uraian singkat tentang karakteristika penting metode dan
alat pengukuran gelombang.
1. Pengukuran visual
Pengukuran visual yang paling sederhana adalah pengukuran tinggi gelombang pecah
secara visual (Hoyt,1971). Pengukuran dilakukan oleh 2 orang. Orang pertama
memegang papan duga. Papan duga dipegang supaya dapat berdiri tegak pada garis
pantai rata-rata. Dasar papan duga dianggap mendekati elevasi dasar atau lembah
gelombang pecah. Orang kedua berdiri di sisi darat dan orang pertama. Orang pertama
mencari tempat sehingga ia dapat melihat cakrawala di lepas-pantai satu garis dengan
puncak gelombang pecah dan papan duga. Angka yang terbaca pada papan duga
merupakan taksiran tmggi gelombang pecah. Lebih jelasnya lihat sketsa di halaman
berikut ini.
Hidrometri dan Hidrografi
2-3
Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
Gambar 2.3. Pengamatan tinggi gelombang secara visual (Hoyt, 1971).
2. Pengukuran dengan stadia-type wave gauge
Alat ukur berupa pelampung berbendera (tanda) yang dipasang di tempat yang
diinginkan serta teropong yang dapat digerakkan secara vertikal mengikuti gerak
pelampung. Gerak teropong dicatat dengan jarum dan kertas pencatat. Lebih jelasnya
lihat sketsa pada halaman berikut ini.
Gambar 2.4. Stadia-type wave gauge.
3. Pengukuran dengan kamera video atau film
Metode ini juga disebut Memo-motion camera system. Prinsip pengukuran adalah
merekam pergerakan muka air pada tiang-tiang berskala atau papan duga yang
dipasang di surfzone. Perekaman video pada umumnya dilakukan secara menerus untuk
interval-interval waktu sampling tertentu. Setiap periode perekaman sebaiknya lebih
panjang dan beberapa kali periode gelombang terpanjang yang signifikan di daerah
observasi. Perekaman dengan kamera dilakukan dengan pengambilan gambar dengan
frekuensi tertentu misalnya dalam durasi 10 menit diambil gambar dengan interval
antara gambar 0.2 detik atau dalam durasi 25 menit dengan interval pengambilan
gambar 0.5 detik.
Hidrometri dan Hidrografi
2-4
Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
4. Pengukuran dengan stereo-photography
Gambar diambil dengan dua buah kamera yang dapat diletakkan di darat, digantungkan
pada balon atau dengan helikopter. Dan segi akurasi posisi kamera, perletakkan di darat
adalah yang paling baik. Tetapi situasi lapangan bisa jadi tidak memungkinkan untuk
pengambilan gambar gelombang, terutama jika pantai relatif landai dan tidak
mempunyal gundukan pasir (dune) yang cukup tinggi. Kamera dapat pula dipasang di
atas bangunan di tepi pantai yang cukup tinggi seperti menara.
Gambar 2.5. Pemotretan gelombang dengan stereo-photographs yang digantungkan di
udara dengan helikopter dan dengan balon.
Jarak antar dua kamera harus cukup untuk mendapatkan efek stereo pada gambar
gelombang. Semakin tinggi posisi kamera semakin besar daerah yang dapat dicakup
tetapi semakin tinggi lokasi kamera akurasi semakin rendah. Pada keadaan udara
berangin pengukuran dengan balon atau helikopter sulit dilakukan. Dilaporkan bahwa
penggunaan balon terbatas pada kecepatan angin di bawah 5 m/d.
Akurasi pengukuran dapat diperkirakan berdasarkan tinggi lokasi kamera dibagi
dengan faktor tertentu, C, yang besarnya tergantung alat stereoplotter yang digunakan.
Misalnya letak kamera pada ketinggian +200 m dan C = 1500 maka batas akurasi
pengukuran adalah 30 cm.
Hidrometri dan Hidrografi
2-5
Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
5. Pengukuran dengan listrik
Alat ukur tinggi gelombang dengan arus listrik termasuk alat ukur yang diletakkan pada
permukaan air. Penggunaan alat jenis ini pada umumnya ditujukan untuk mengukur
tinggi gelombang di daerah surfzone. Ada tiga macam yaitu capacitance type, resistance type
dan step-type.
Jenis pertama terdiri dari seutas kawat logam berisolasi yang dipasang tegak. Sebagian
panjang kawat terendam air. Bahan isolasi dan air yang berada di sekeliling kawat pada
bagian yang terendam berfungsi sebagai dielektrik yang diukur hambatannya terhadap
arus bolak-balik (capacitance) dengan frekuensi yang cukup tinggi. Beberapa catatan yang
perlu diperhatikan adalah:
1. jika beberapa alat yang sama diletakkan berdekatan pengukuran dapat menjadi kacau
karena interferensi,
2. panjang kabel transmisi mempunyai batas tertentu,
3. dapat terjadi kesalahan jika kabel kotor,
4. perlu dilindungi dan gangguan perahu atau benda apung lainnya,
5. untuk pengukuran jangka panjang biaya pengoperasian dan perawatan dapat menjadi
mahal.
Jenis kedua berupa dua buah batang logam terbuka tahan karat sejajar yang dipasang
tegak atau dua kabel terbuka dililitkan secara sejajar pada tabung dan bahan isolator. Air
laut yang berada di antara dua logam sejajar tersebut berfungsi sebagai penghantar arus
listrik. Perubahan arus listrik karena perubahan panjang celah yang terendam
dikorelasikan dengan elevasi muka air dan direkam. Alat ini jarang dipakai di surfzone.
Baik jenis pertama (capacitance) maupun jenis yang kedua ini (resistance) memberikan
response sinyal yang sangat linier. Jenis yang kedua lebih sensitif terhadap kotoran
tetapi tidak menghadapi masalah interferensi.
Jenis yang ketiga, step-type wave gage, adalah berupa barisan elektrode dengan interval
tetap yang dipasang pada sebuah batang vertikal. Jika air berada di antara sepasang
kutub elektrode maka terjadi hubungan arus listrik. Dengan demikian setiap elektrode
berfungsi sebagai sakelar yang dihidup-matikan oleh keberadaan air di antara dua
kutubnya. elektrode-elektrode yang terendam berstatus hidup dan elektrode-elektrode
yang berada di atas permukaan air berstatus mati. Dengan diketahuinya nomor
elektrode mana yang berada pada batas antara status hidup dan mati, elevasi muka air
dapat diperkirakan.
Problem yang dihadapi oleh alat ini adalah hidupnya elektrode oleh tetesan air. Untuk
menyelesaikan masalah ini beda daya hantar listrik yang diakibatkan oleh tetesan air
dan oleh rendaman air perlu dicari.
Hidrometri dan Hidrografi
2-6
Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
Gambar 2.6. Alat ukur gelombang dengan listrik (a) capacitance, (b) resistance, (c) step-type
6. Pengukuran gelombang melalui tekanan
Alat pengukur tinggi gelombang dengan prinsip pengukuran tekanan pada umumnya
dipasang di dasar pantai. Elevasi muka air atau tinggi gelombang diukur berdasarkan
perubahan tekanan hidrostatis yang terasa di dasar pantai.
Sensor penangkap tekanan dapat berupa gelembung udara dalam tabung karet (rubber
tube), tahanan litrik geser, diferensial transformator, membran logam tahan karat, atau
piezoelectric.
Cara penyaluran data dan perekaman dapat bervariasi. Data dapat disalurkan ke darat
lewat kabel atau gelombang radio, alat perekam di darat. Data dapat direkam di tempat
dan pada waktu-waktu tertentu rekaman diambil untuk dianalisis di darat.
Dikenal dua sistem pengukuran yaitu absolut pressure dan differential pressure. Pada
sistem absolut pressure, angka pencatatan menunjukkana tekanan absolut pada saat
tertentu. Sistem mi memungkinkan dilakukannya analisis perubahan tinggi muka air
rata-rata yang berperiode lambat berdasarkan data yang tercatat. Pada sistem differential
pressure pengukuran hanya mencatat perubahan tekanan dengan periode yang relatif
cepat. Perubahan lambat tidak terekam oleh pencatat sistem mi. Pada sistem absolut
pressure peneinpatan kedalaman alat dapat terbatas. Pada sistem differential pressure, alat
dapat menyesuaikan diri pada kedalaman berapapun, hanya saja penurunan alat harus
pelan-pelan (ada kecepatan maksimumnya).
Hidrometri dan Hidrografi
2-7
Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
Gambar 2.7. Pengukur gelombang dengan tekanan.
7. Pengukuran dengan Buoy
Alat ukur dengan buoy menangkap akselerasi gerak yang dialami buoy akibat naik
turunnya muka air. Akselerasi vertikal yang tercatat kemudian diintegralkan sehingga
diperoleh catatan tinggi gelombang. Alat ini pada umumnya dipakai untuk pengukuran
di lepas-pantai. Data dapat direkam di tempat, dikirim melalui gelombang radio ke
stasiun pencatat di darat, atau dikirim melalui kabel ke stasiun pencatat di perahu yang
ditambatkan di dekatnya.
Buoy sering dikombinasi dengan alat ukur sistem tekanan atau ultrasonik yang dipasang
di dasar pantai. Buoy ada yang dapat sekaligus mencatat arah gelombang datang.
Hidrometri dan Hidrografi
2-8
Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
Gambar 2.8. Pengukur gelombang dengan Buoy.
C. ALAT UKUR LAIN
1. Pengukuran dengan gelombang ultrasonik
Prinsip kerja alat adalah mengukur waktu tempuh pulsa gelombang ultrasonic yang
terpantul oleh bidang muka air. Alat pemancar dan penerima pulsa gelombang
ultrasonik dapat diletakkan di dalam air atau dipasang di udara. Pada pemasangan alat
di dalam air, gelombang merambat dalam air.
Kecepatan rambat gelombang ultrasonik dalam air relatif stabil. Penempatan alat di
udara dapat dipengaruhi oleh perubahan suhu udara karena kecepatan rambat
gelombang ultrasonik cukup sensitif terhadap suhu udara.
2. Pengukuran dengan radio
Prinsip pengukuran serupa dengan metode pengukuran dengan gelombang ultrasonik.
Metode ini tidak menggunakan pancaran pulsa-pulsa gelombang tetapi menggunakan
modulasi frekuensi gelombang gergaji sehingga pancaran gelombang menerus tetapi
frekuensi gelombang radio bergeser naik-turun. Pengukuran perubahan jarak/elevasi
Hidrometri dan Hidrografi
2-9
Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
muka air diperoleh melalui analisis pergeseran fase antara gelombang modulasi yang
dipancarkan dan gelombang yang diterima (gelombang pantulan).
3. Pengukuran arah gelombang
Perkiraan kasar arah gelombang dapat dilakukan dengan pengamatan visual
berpedoman pada kompas magnetis. Pangamatan akan lebih mudah dilakukan jika
berada pada tempat yang cukup tinggi. Beberapa metode pengukuran dengan alat ukur
adalah sebagai berikut ini.
4. Wave gage array
Pengukuran arah gelombang dilakukan dengan dua atau lebih alat ukur dengan listrik
(capacitance, resistance atau step-type) yang dipasang berderet. Jarak antar alat ukur
kurang dan setengan panjang gelombang, (L/2), gelombang yang terpanjang yang
diamati. Deretan alat ukur membentuk garis yang diperkirakan tegak lurus dengan arah
utama gelombang. Distribusi arah gelombang diperoleh dengan menganalisis statistik
rekaman pengukuran.
5. Buoy
Pengukuran arah gelombang dapat dilakukan dengan suatu buoy khusus (LonguetHiggins, Cartwright, dan Smith, 1963) yang mencatat akselerasi vertikal, dan kemiringan
horisontal dalam dua arah (sumbu x dan y). Telah dikembangkan suatu jenis buoy lain
yang mengukur pula kelengkungan kurva muka air dalam dua arah horisontal
(Mitsuyasu, 1975).
6. Current meter
Pengukuran arah gelombang dapat pula dilakukan dengan alat ukur kecepatan aliran
yang mengukur dua arah kecepatan secara simultan. Nigata, 1964, mengembangkan alat
ukur arus magnetis dua dimensi untuk mengamati arah prinsipal gelombang.
7. Alat lain
Metode pengkuruan arah gelombang lainnya adalah dengan menggunakan strain gagetype direction meter (Takashi, et al., 1970) atau penginderaan jauh (radar, photogrammetry).
Hidrometri dan Hidrografi
2 - 10
Program Pasca Sarjana Teknik Sipil
2.
Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan
PENGUKURAN ELEVASI MUKA AIR ........................................................................................................ 2 - 1
Pasang-surut dan M.W.L. ............................................................................................................................ 2 - 1
1)
Pengukuran secara visual ........................................................................................................................ 2 - 1
2)
Pengukuran dengan AWLR .................................................................................................................... 2 - 1
B.
Pengukuran Gelombang ............................................................................................................................... 2 - 3
1)
Pengukuran visual ................................................................................................................................... 2 - 3
2)
Pengukuran dengan stadia-type wave gauge .......................................................................................... 2 - 4
3)
Pengukuran dengan kamera video atau film ........................................................................................... 2 - 4
4)
Pengukuran dengan stereo-photography ................................................................................................. 2 - 5
5)
Pengukuran dengan listrik ....................................................................................................................... 2 - 6
6)
Pengukuran gelombang melalui tekanan................................................................................................. 2 - 7
7)
Pengukuran dengan Buoy ....................................................................................................................... 2 - 8
C.
Alat ukur lain ............................................................................................................................................... 2 - 9
1)
Pengukuran dengan gelombang ultrasonik ............................................................................................. 2 - 9
2)
Pengukuran dengan radio ........................................................................................................................ 2 - 9
3)
Pengukuran arah gelombang ..................................................................................................................2 - 10
4)
Wave gage array ....................................................................................................................................2 - 10
5)
Buoy .......................................................................................................................................................2 - 10
6)
Current meter .........................................................................................................................................2 - 10
7)
Alat lain..................................................................................................................................................2 - 10
A.
Hidrometri dan Hidrografi
2 - 11