analisa pola arus pasang surut pada alur pelayaran

ANALISA POLA ARUS PASANG SURUT PADA ALUR PELAYARAN
TANJUNG PERAK DI SELAT MADURA
Mahmud Mustain
1)
1)
Fakultas Teknologi Kelautan ITS
Abstract
The research is to analysis local current circulation in the front of Tanjung Perak port as the part of Madura strait. The model
is conducted by SMS. The input include: the site bathymetry, tidal record of closed station, and the debit of rear canals. The
significant result indicates that the maximum velocity is 1.35 m/sec in the direction of onshore i.e. in spring tide period, while
the minimum velocity in same period is 8.18 x 10-5m/dt. On the other hand, in the direction of offshore i.e. in the neap tide
period that shows the maximum velocity of 0.56 m/sec and the minimum of 2,24 x 10 -5m/dt. The importance result from this
analysis is the information that around Kenjeran is not save enough for the navigation or sea transportation in the spring tide
period due to an high average current velocity 0.74 m/sec. The validation of the model is 1.7 % error that has the accuration
around 98.3 %.
Keyword : Current Sirculation; tide; Tanjung Perak
1. Pendahuluan
Arus merupakan gerakan air yang sangat luas yang terjadi pada seluruh permukaan lautan di
dunia. Arus-arus ini mempunyai arti yang sangat penting dalam menentukan arah pelayaran bagi
kapal-kapal. Selat Madura (gambar 1, peta studi) merupakan salah satu alur pelayaran yang ramai
dilalui oleh kapal laut, dan disini merupakan daerah yang strategis untuk wilayah industri oleh
sebab itu kegiatan reklamasi pantai banyak dilakukan. Dalam melakukan kegiatan pelayaran dan
reklamasi pantai tersebut banyak sekali faktor yang harus diperhatikan di antaranya mengenai pola
arus. Biasanya arus yang paling dominan di daerah pantai adalah arus yang disebabkan oleh
pasang surut dan arus yang di sebabkan oleh angin. Arus ini biasanya mengganggu alur pelayaran
dan erosi pada bangunan laut.
Permasalahan yang akan diangkat pada penulisan paper ini adalah, bagaimana pola sirkulasi arus
air laut pada alur Tanjung Perak pada saat bulan Januari 2003. Sedangkan tujuan yang ingin
dicapai adalah mendapatkan pola arus pada daerah alur pelayaran Tanjung Perak pada bulan
Januari 2003 pada saat menuju pasang tertinggi dan surut terendah. Kemudian dibandingkan
dengan arah arus dan kecepatannya pada bulan yang sama di lokasi alur pelayaran Tanjung
Perak pada bagian barat milik DISHIDROS. Hasil ini akan bermanfaat sebagai salah satu acuan
untuk navigasi alur pelayaran di selat Madura. Spesifikasi model adalah hanya menggunakan
masukan data pasang surut sebagai arus pasang surut, dan tidak melakukan analisa sedimentasi.
Gambar 1 Area studi
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 45
2. Studi Pustaka
Arus dapat didefinisikan sebagai pergerakan air yang mengakibatkan perpindahan horizontal
massa air. Arus merupakan gerakan air yang sangat luas yang terjadi pada seluruh lautan di dunia.
Selain disebabkan oleh angin, arus juga dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain
distribusi temperatur, adanya gaya Coriolis, perbedaan tekanan dan penyebaran kerapatan air laut
serta pengaruh peristiwa pasang surut. Arus pasang surut adalah arus yang timbul akibat peristiwa
pasang surut. Air yang bergerak dalam air pasang membentuk arus-arus pasang (Mustain dkk
2004a). Arah dan kecepatannya tidak hanya tergantung pada keadaan pasang itu tetapi juga pada
kedalaman air dan kedekatan garis pantai.
Kondisi pasang terutama disebabkan oleh adanya gaya tarik menarik antara dua tenaga yang
terjadi di lautan, dari gaya gravitasi bumi dan gravitasi bulan. Juga gaya lain yang cukup signifikan
yaitu gaya sentrifugal yang disebabkan oleh sistem revolusi antara bumi–bulan. Hal ini
menimbulkan gaya sentrifugal sistem tersebut dan gaya gravitasi yang berasal dari bulan serta
benda langit lainnya seperti matahari. Gaya sentrifugal adalah suatu tenaga yang didesak ke arah
luar dari pusat bumi yang besarnya lebih kurang sama dengan tenaga yang ditarik ke permukaan
bumi.
Simulasi pola arus pada software SMS (Surface Water Modelling System) versi 6.0, berupa modul
RMA-2 (Resources Management Associates –2) di angkat dari penelitian TA Setiawan (2004)
dengan judul Studi pola sirkulasi air laut akibat pasang surut pada alur pelayaran Tanjung Perak di
Selat Madura. Dalam simulasi hidrodinamika menggunakan persamaan dasar sebagai berikut :
Persamaan konservasi Massa :
 u v 
u
u h
 h    u

0
t
x y
 x y 
Persamaan Konservasi Momentum :
Arah x :
h
u
u
u 1 
 2u
 2u 
gun 2
 a h 
 hu
 hv
  E xx 2  E xy 2   gh    
u2  v2
1
t
x
y  
x
y 
 x x  1,486 2

v0 2 cos   2hv sin 

1 2

= 0
Arah y :
h
 a h 
gun 2
u
u
u 1 
 2u
 2u 
 hu
 hv
  E yx 2  E xy 2   gh    
u2  v2
1
t
x
y  

y

y
2
x
y 

 1,486


1 2

v0 2 cos   2hv sin  = 0
3. Analisa dan Pembahasan
0
0
0
Daerah alur pelayaran pada Tanjung Perak yang terletak di antara 112 35 BT- 112 55 BT dan 7
0
25 – 7 50 LS, merupakan bagian penting dari Selat Madura sebagai prasarana transportasi laut.
Terutama pada area studi yang merupakan bagian barat dari kanal semi terbuka Selat Madura
dengan bentuk alur menyempit „bottle neck‟. Hal ini apabila kita memandang bahwa perairan
sepanjang pantai selatan pulau Madura adalah merupakan selat semi terbuka yakni terbuka di
ujung Timur dan semi terbuka di ujung Barat. Kemudian secara lebih detail lagi bahwa daerah studi
merupakan perairan alur perlayaran padat yang memiliki karakter chas profil pantai local dengan
bentuk alur dan media pola arus yang menyempit pada kedua ujung. Terlihat pada gambar 1
bahwa kota Gresik terletak pada relatif di tengan kedua alur menyempit tersebut.
Dengan demikian, spesifikasi area studi ini bisa memberikan gambaran bahwa isnpirasi untuk
membuat analisa pola arus sehubungan dengan alur pelayaran adalah memiliki tingkat signifikansi
yang tinggi. Pemodelan pola arus ini dibuat hanya berdasarkan adanya pasang surut tidak
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 46
memasukkan efek angin dan gelombang. Input yang diperlukan adalah: data batimetri, pasang
surut dan debit sungai.
3. 1 Analisa Bathymetri
Model pola arus ini memiliki jumlah titik bathymetri pada lokasi penelitian sebanyak 7927 titik. Ada
penyederhanaan bentuk pada leher kanal sebelah utara, yakni tidak meng-eksiskan beberapa
pulau kecil pada lokasi tersebut. Gambar 2 memperlihatkan kontur dasar laut yang merupakan
hasil meshing dan data entri bathimetri fungsi kedalaman.
Dari kontur bathimetri bisa diberikan analisa kualitatif dan kuantitatif bahwa kedalaman pada kedua
bottle neck utara dan selatan mempunyai nilai berkisar 10 meter. Secara umum angka ini cukup
aman untuk alur pelayaran. Meskipun di lokasi teluk Lamong (pada bagian selatan area studi ini)
memiliki banyak sumber sedimentasi lantaran terdapat enam muara sungai, tidak perlu terlalu risau
dengan pendangkalan sebab kedalaman perairan yang cukup besar bahkan mencapai angka 25
meter pada lepas pantai depan muara-muara tersebut (arah tenggara Gresik). Sehingga konsern
yang besar di sini adalah bagaimana informasi pola arus bisa bermanfaat pada dunia pelayaran
hususnya pada kedua bottle neck yang notabene-nya memiliki kecepatan yang tinggi.
Gambar 2 Kontur dasar laut hasil meshing
(Sumber, Setiawan 2004)
3.2 Pasang Surut
Data pasang surut diperoleh dari laporan pengukuran selama 30 hari secara simultan dengan
interval waktu 1 jam dari DISHIDROS (Dinas Hidro-Oseanografi TNI-AL) tahun 2003 di empat
lokasi: Kenjeran, Kesek Timur, Tg Widoro, dan Sembilangan. Pasang surut ini mempunyai tipe
pasang surut harian condong ke harian ganda. Hal ini berarti dalam satu hari cenderung terjadi dua
kali pasang dan dua kali air surut, tetapi tinggi dan periodenya berbeda. Gambar 5 memperlihatkan
bahwa pasang surut terjadi lebih dari satu setengah kali dalam sehari (24 jam). Data pasang surut
ini dianalisa sehubungan dengan terjadinya periode ulang gelombang pasang surut. Yakni arus
pasang surut yang datang dan pergi menuju dan meninggalkan pantai lebih dari satu setengah kali
dalam sehari. Dari aspek ini, detail dari pola arus yang terjadi sangat berguna untuk pelayaran
hususnya di daerah bottle neck pada area studi ini.
Data debit sungai diperlukan sebagai input boundary condition. Data in diperlukan juga untuk
mendapatkan detail pola arus dan pola sedimentasi terutama di perairan pantai. Data debit sungai
didapatkan dari PT.PELINDO III SURABAYA tahun 2003. Data debit sungai ini ada sembilan
meliputi: S. Mertani, S. Gladak Landung, S. Mireng, S. Lamong, S. Semimi, S. Branjanagn, S.
3
Manukan, S. Krambangan dan S.Anak. Satuan debit yang dipakai ini menggunakan satuan m /dt.
Analisa keberadaan debit dari sungai-sungai tersebut secara makro (pola arus dalam kanal
sebagai alur pelayaran pada studi ini) tidak signifikan, bukan mikro (pola arur di masing-masing
muara sungai). Hal ini terlihat jelas pada gambar 3 dan 4, bahwa arus dominan pada alur
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 47
pelayaran tidak terganggu oleh adanya debit sungai kecuali sedikit pada mulut atau muara masingmasing sungai. Sehingga keterkaitan data debit air sungai dalam studi ini tidak cukur relevan
untuk analisa pola arus pada alur pelayaran di kanal semi terbuka ini. Tetapi hal ini tetap perlu
penulis informasikan untuk mengetahui tingkat signifikansinya yang rendah.
3.3 Analisa Pola Arus Pada Saat Menuju Pasang Tertinggi dan Surut Terendah
Analisa hasil pemodelan pola arus dalam studi ini berupa bentuk pola kecepatan dan arah arus
pada area studi selama 360 jam yakni sama dengan lama pengukuran pasang surut sebagai data
input. Pola arus digambarkan dalam bentuk vektor arah arus yang berupa anak panah beserta
besar kecilnya anak panah yang memberikan nilai besar kecilnya speed atau velocity magnetude.
Hal ini ditunjukkan dalam gambar 3 dan 4. Gambar 3 berupa Pola arus pada saat menuju pasang
tertinggi (spring) time step 18, dan gambar 4 berupa pola arus pada saat menuju surut terendah
(neap) time step 360. Sedangkan gradasi warna merupakan perbedaan flux dari velocity
magnetude dengan gelap menuju terang (warna hitam putih) memberikan nilai besar menuju kecil.
Hasil running pada time step 18, pada saat menuju pasang tertinggi, kecepatan arus yang terjadi
pada alur pelabuhan atau kanal rata-rata sebesar 0.74 m/dt. Sedangkan kecepatan terbesar ya‟ni
1.35 m/dt (diambil hanya pada time step 18) adalah di sekitar Kenjeran. Tempat ini merupakan
superposisi dari dua kecepatan yakni arus dari dalam kanal yang menyisir pantai dari ujung
Tanjung Perak menuju tenggara, dengan kecepatan arus di tengah Selat Madura dari arah timur
(akibat arus pasang dari lepas pantai timur Madura) yang membelok ke Selatan akibat benturan
dengan arus dari kanal. Lokasi seperti ini yang harus dihindari dalam keperluan alur pelayaran. Hal
ini cukup beralasan lantaran bukan hanya karena tingginya kecepatan bahkan juga merupakan
tempat pembelokan arus. Adapun arus terendah pada time step 18 ini adalah sebesar 0.0000818
m/dt. dan berada pada perairan dekat pantai sebelah utara muara S. Mertani. Hal ini akibat dari
adanya pemisahan arus pasang di mulut kanal sebelah utara dari lepas pantai dengan arah
datangnya arus Timur Laut. Pemisahan di mulut kanal tersebut sebagaian besar berupa arus
masuk kanal dan sebagian kecil belok ke kanan ke arah Utara menyisir pantai sampai dengan
Ujung Pangkah. Informasi ini juga berguna untuk pelayaran dan nelayan, bahwa apabila berlayar
menyusuri pantai dari muara sungai Mertani menuju Tg Widoro akan mengalami perubahan arah
arus yang berlawanan yakni pada awalnya pergerakan melawan arus kemudian searah dengan
arus setelah melewati mulut kanal. Sedangkan untuk nelayan adalah merupakan informasi lokasi
kemungkinan terakumulasinya ikan lantaran terjadinya pemisahan dan perubahan arah arus,
apabila diasumsikan bahwa keberadaa ikan adalah fungsi kecepatan arus.
Gambar 3 Pola arus pada saat menuju pasang tertinggi (spring) time step 18
(Sumber, Modifikasi Setiawan 2004)
Untuk time step 360 (menuju surut terendah) besarnya arus maksimum sebesar 0.56 m/dt, dan
kecepatan terendahnya adalah 0.0000224 m/dt. Rata-rata kecepatan arus pada time step ini
sebesar 0.52 m/dt. Ada perbedaan besar terhadap time step 18, yakni arah arus di Tg Widoro ini
menuju ke Selatan yang kemudian membelok ke timur dan kembali ke lepas pantai. Pada kondisi
ini tidak ada kecepatan arus yang ekstrim besar. Hal ini karena pergerakan arus kearah lepas
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 48
pantai melalui kedua mulut kanal utara dan selatan, sehingga masa air dalam kanal bergerak
memisah menjadi dua ke utara dan selatan. Konsekwensinya tidak ada kecepatan arus yang
ektrim besar. Dari aspek kepentingan pelayaran baik kepentingan transportasi maupun nelayan,
kondisi arus ini memberikan tingkat keamanan yang lebih tinggi dari factor arus permukaan.
Gambar 4 Pola arus pada saat menuju surut terendah (neap) time step 360
(Sumber, Modifikasi Setiawan 2004)
4. KALIBRASI DENGAN DATA DISHIDROS
Validasi dilakukan dengan cara membandingkan antara data DISHIDROS dengan hasil simulasi.
Kedua data ini berupa laju (speed) arus dan arahnya. Lokasi komparasi ini dipilih di Tanjung
0
0
Widoro (node 417) yang memiliki letak geografi di sekitar posisi LS 07 .1 dan BT 112 .6. Validasi
untuk mendapatkan gambaran error adalah menggunakan komparasi antara hasil simulasi di
Tanjung Widoro dengan data DISHIDROS dalam waktu 360 jam. Hal ini memberikan nilai rata
kecepatan 0.3661 m/dt untuk simulasi dan 0.3725 m/dt untuk data DISHIDROS, dengan error
sebesar 1.7 %. Nilai ini memberikan interpretasi hasil simulasi yang sangat baik karena simulasi
hanya memberikan masukan parameter dominan penyebeb terjadinya arus yakni berupa pasang
surut. Sedangkan kondisi real adalah berparameter komplek yang diantaranya: angin, gelombang,
gerak kapal, dsb. Aspek kesalahan data bathimetri dan pengukuran, baik dari manusia maupun
alat, juga memungkinkan ikut memberikan konstribusi. Dengan demikian dari validasi ini
memberikan kesimpulan bahwa simulasi arus memberikan hasil dengan tingkat akurasi tinggi yakni
98.3 %.
Gambar 5 Grafik perbandingan kecepatan & arah arus
Gambar 5 memberikan hasil komparasi kedua data Dishidros dan hasil simulasi yang dibuat grafik
dalam waktu 24 jam hari ke lima, yakni pada jam ke 96 sampai dengan jam ke 120. Kedua kurva
Dishdros dan simulasi tersebut memberikan tingkat kemiripan yang sangat tinggi. Dalam satu hari
keduanya terjadi sedikit lebih besar dari satu setengah kali periode. Hal ini menggambarkan bahwa
tipe pasang surut adalah campuran cenderung semi diurnal. Kecepatan maksimum ke arah utara
mempunyai nilai besaran yang hampir sama yakni pada kisaran 0.9 m/dt pada jam yang sedikit
berbeda sekitar 2 jam. Hal ini memberikan pengertian hanya beda fasa yang tidak terlalu
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 49
signifikan. Sehingga secara detail perbandingan dua kurva tersebut mempunyai tingkat
kesepupaan yang tinggi.
4. Kesimpulan
1. Pergerakan arus dalam kanal pada saat menuju pasang, bergerak ke arah selatan. Hal ini
karena lebih luasnya laut di depan mulut kanal sebelah utara dibanding selatan. Sehingga
masa air akan lebih kuat mengalir dari permukaan yang lebih luas. Sedangkan pada
kondisi menuju surut arus dalam kanal sebenarnya bergerak menuju kedua arah selatan
dan utara. Karena luas permukaan lebih besar utara maka sedotannya (arus menuju lepas
pantai lantaran surut) juga lebih besar ke utara sehingga dalam kanal arus bergerak
perlahan ke utara.
2. Pada kondisi menuju pasang tertinggi (spring tide) pada time step 18, terjadi kecepatan
arus maksimum sebesar 1.35 m/dt di sekitar Kenjeran menuju ke arah Selatan. Lokasi dan
pada waktu ini memberikan tingkat keamanan yang sangat rendah untuk pelayaran.
Mempunyai kecepatan rata-rata (pada area studi) yang cukup besar yakni 0.74 m/dt.
3. Pada kondisi menuju surut terendah (neap tide) pada time step 360, terjadi kecepatan arus
maksimum sebesar 0.56 m/dt ke arah selatan di Tg Widoro. Mempunyai kecepatan ratarata sebesar 0.52 m/dt, dan kecepatan arus minimumnya sebesar 0,0000224 m/dt.
4. Validasi dari simulasi memberikan hasil dengan error 1.7 % yakni menunjukkan tingkat
akurasi tinggi yaitu sebesar 98.3 %.
Daftar Simbol
H
U,v
X,y
T

E
Exx
Exx
Exx dan Exy
g
a
n

Va



= kedalaman perairan (m)
= kecepatan pada kordinat kartesius (m/s)
= kordinat kartesius
= waktu(detik)
3
= densitas perairan(kg/m )
= koefisien viskositas Eddy
= koefisien viskositas Eddy untuk arah aliran searah sumbu x
= koefisien viskositas Eddy untuk arah aliran searah sumbu y
= koefisien viskositas Eddy untuk semua arah aliran
= percepatan gravitasi (m/s2)
= ketinggian dasar laut (m)
= Manning’s roughness n-value
= koefisien gaya geser angin
= kecepatan angin (m/s)
= arah angin
= angka rotasi bumi
= ketinggian local
Daftar Pustaka
1. Groenveld, R., “Inland Waterways”, TU Delft, The Netherlands, 1997
2. Hari, S. 2003, “Analisa Pola Arus Dan Gelombang di PPI dan Pelawangan Jember”, Teknik
Kelautan ITS.
3. Hutabarat, S. 1985, “Pengantar Oceanografi”, UI-PRESS.
4. Murjdito,Laporan Penelitian “Model Perencanaan Alur Pelabuhan Berdasar Pertimbangan
Keselamatan dan Resiko”, ITS, Surabaya, 2001
5. Mustain, M., 2003, Fundamental Conception of Mitigation due to Sea Level Rise in the
Coastal Area and Small Islands, ISSN 1412-2332, Seminar Nasional Teori dan Aplikasi
Teknologi Kelautan, Oktober 2003, P III-2 : 1-5.
6. Mustain, M., Joseph Crhistina, Wahyudi, 2004a, Analisa karakteristik Pola Arus di Perairan
Teluk Ambon, ISSN 1412-2332, Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan,
Oktober 2004, P III-65-72
7. Mustain, M., P.Th. Berhitu, Wahyudi, 2004b, Model Erosi dan Sedimentasi Pantai Teluk
Ambon, Majalah IPTEK ITS, ISSN 0853-4098, V 15 N3, Agustus 2004, 107-116.
8. Pratikto, W.A, 1996, “Perencanaan Fasilitas Pantai”, BPFE, Yogyakarta.
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 50
9. Setiawan, B, 2004, Studi pola sirkulasi air laut akibat pasang surut pada alur pelayaran
Tanjung Perak di Selat Madura, TA Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS.
10. Suhartono, M. 2002 “Perencanaan Alur Pelayaran Selat Madura Menggunakan Metode
SCHIJF”, Teknik Kelautan ITS.
11. Triatmodjo, Bambang. 1999. “Teknik Pantai”, Beta Offset, Yogyakarta
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 51
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 52