Estuari Jumarang [PDF]

Citation preview

SIMETRI, Jurnal Ilmu Fisika Indonesia



Volume 1 Nomor 1(D) Mei 2012



Perubahan Dasar Perairan Estuari Sungai Kapuas Kalimantan Barat (Studi Kasus: Bulan Januari s.d. April) Muh.Ishak Jumarang1 , Muliadi1 , Nining Sari Ningsih2 , dan Safwan Hadi2 1 2



Program Studi Fisika, FMIPA, Universitas Tanjungpura, Pontianak, Indonesia; e-mail: [email protected] Program Studi Oseanografi FITB, ITB Bandung, Indonesia



Intisari: Telah dilakukan penelitian untuk mengkaji perubahan dasar perairan estuari sungai Kapuas yang dibangkitkan oleh pasang surut, gaya pembangkit angin dan discharge sungai. Pada studi ini digunakan model numerik hidrodinamika menggunakan MIKE 21 yang dikembangkan oleh DHI Water & Environment untuk mensimulasikan pola sirkulasi arus. Simulasi dilakukan dengan skenario pasut, discharge sungai dan angin sebagai pembangkit. Hasil simulasi menunjukkan bahwa dalam rentang waktu simulasi, muara sungai Kapuas umumnya mengalami pendangkalan dengan ketebalan yang bervariasi. Perubahan ketebalan dasar perairan muara Sungai Kapuas pada bulan Januari s.d Februari umumnya mengalami sedimentasi (pendangkalan) dengan perubahan ketebalan sekitar 3 s.d 27 mm. Pada bulan Maret, secara umum hanya bagian hulu daerah model yang mengalami peningkatan pendangkalan hingga mencapai 45 mm. Pendangkalan yang signifikan pada bulan Maret berlanjut hingga bulan April. pendangkalan semakin bergeser ke arah muara hingga mencapai daerah sebelum delta besar pada daerah model.



Kata kunci: hidrodinamika, dasar perairan, pendangkalan, sungai Kapuas Received : 10 April 2012; Accepted : 29 April 2012



1



PENDAHULUAN



alimantan Barat termasuk salah satu daerah yang memiliki kondisi geografis yang mempuK nyai ratusan sungai besar dan kecil sehingga dijuluki propinsi seribu sungai. Pada umumnya sungai tersebut masih digunakan sebagai jalur angkutan alternatif utama jalur angkutan, walaupun prasarana jalan darat telah dapat menjangkau sebagian besar kecamatan. Hal ini terjadi karena sungai masih merupakan sarana transportasi murah yang dapat menghubungkan suatu daerah dengan daerah lainnya di wilayah Kalimantan Barat. Selain itu, sungai merupakan sumber mata pecaharian keluarga dalam bidang perikanan. Salah satu sungai yang ada di Kalimantan Barat yaitu Sungai Kapuas. Sungai Kapuas merupakan sungai terpanjang di Indonesia dan berfungsi sebagai salah satu sarana transportasi (alur pelayaran). Pontianak (ibukota Provinsi Kalimantan Barat) memiliki pelabuhan yang terletak di pinggir sungai tersebut. Alur pelayaran di sungai ini memiliki arti penting bagi kapal-kapal besar yang menuju dan meninggalkan pelabuhan kota Pontianak. Salah satu kegunaan sarana transportasi ini adalah untuk pengangkutan minyak sawit dengan menggunakan kapal tongkang dengan frekuensi yang cukup sering, disebabkan banyaknya perusahan kelapa Sawit di propinsi tersebut. Kapal barang bertonase besar dengan angc 2012 SIMETRI



kutan kontainer juga menggunakan Sungai Kapuas sebagai alat transportasinya, disamping kapal PELNI dan perahu-perahu nelayan. Muara Sungai Kapuas dan perairan pantai sekitar muara merupakan alur pelayaran yang sering mengalami pendangkalan yang membahayakan kapalkapal yang melaluinya. Pendangkalan ini terjadi akibat adanya pengendapan dan pengangkutan material sedimen. Hal ini menyebabkan kedalaman alur pelayaran minimum yang aman bagi pelayaran sedalam + 6 meter sulit untuk dipertahankan, sehingga upaya pengerukan secara rutin sering dilaksanakan oleh pihak-pihak terkait yang tentunya membutuhkan biaya yang tidak sedikit. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat mengidentifikasi pola angkutan sedimen di muara sungai Kapuas dengan menggunakan metode numerik. Metode numerik merupakan pendekatan yang dapat memberi gambaran yang hampir sama dengan hasil pengukuran langsung dan sekaligus menghemat waktu dan biaya. Untuk mendapatkan model numerik yang baik, dilakukan diferifikasi dengan hasil pengukuran langsung atau penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya. Studi ini bertujuan untuk memodelkan dan mengkaji perubahan dasarperairan estuari Sungai Kapuas yang dibangkitkan oleh pasang surut, angin dan discharge sungai. Manfaat dari hasil penelitian diharapkan dapat digunakan sebagai input dalam peren1110-42



M. Ishak J., dkk./Perubahan Dasar Perairan . . .



SIMETRI Vol.1 No.1(D) Mei’12



canaan dan pengendalian lingkungan di sekitar daerah hilir Sungai Kapuas, sehingga pembangunan yang dilakukan merupakan pembangunan yang terencana dan berwawasan lingkungan. 2 2.1



METODOLOGI



tum. Pada studi ini digunakan model numerik hidrodinamika 2 dimensi menggunakan MIKE 21 yang dikembangkan oleh DHI Water & Environment untuk mensimulasikan pola sirkulasi arus. MIKE 21 menggunakan fleksibel mesh dan telah banyak diaplikasikan dalam bidang oseanografi, daerah coastal dan estuari. Persamaan kontinuitas:



Model Hidrodinamika



Pergerakan massa air (hidrodinamika) di suatu perairan dapat dipelajari dengan menggunakan hukum kekekalan massa (kontinuitas) dan kekekalan momen-



u ∂h¯ v ∂h ∂h¯ + + = hs ∂t ∂x ∂y



(1)



Persamaan momentum dalam arah x dan y:



∂h¯ u ∂h¯ u2 ∂h¯ vu ¯ ∂η gh2 ∂ρ τsx τbx ∂(hTxx ) ∂(hTxy ) + + = f v¯h − gh − + − + + + hus S ∂t ∂x ∂y ∂x 2ρ0 ∂x ρ0 ρ0 ∂x ∂y ∂h¯ v ∂h¯ uv¯ ∂h¯ v2 ∂η gh2 ∂ρ τsy τby ∂(hTxy ) ∂(hTyy ) + + = fu ¯h − gh − + − + + + hvs S, ∂t ∂x ∂y ∂y 2ρ0 ∂y ρ0 ρ0 ∂x ∂y



(2) (3)



dengan t menyatakan waktu; u ¯ dan v¯ masing-masing menyatakan kecepatan arus dalam arah xRdan y yang η dirata-ratakan terhadap kedalaman h¯ u = −d udz dan Rη h¯ v = −d vdz; η adalah elevasi muka air laut; h = η +d adalah kedalaman total perairan; f = 2Ω sin φ parameter coriolis; g percepatan gravitasi bumi; ρ densitas air; pa tekanan atmosfer; S adalah magnitudo discharge sungai. Tij menyatakan gesekan viskos masing∂v ¯ ) dan Tyy = masing Txx = 2A ∂∂xu¯ , Txy = A( ∂∂yu¯ + ∂x ∂v ¯ 2A ∂y ; τsx , τsy adalah stress permukaan dalam arah x, y dan τbx , τby adalah stress dasar dalam arah x dan y.



32 m1/3 /s dan untuk suku turbulensi horizontal digunakan koefisien Smagorinsky dengan nilai konstanta 0,28. Simulasi dilakukan dengan skenario pasut, discharge sungai dan angin sebagai pembangkit arus). Verifikasi elevasi hasil model dilakukan dengan menggunakan ORI.96 dan untuk kecepatan arus hasil model diverifikasi dengan hasil prediksi Tidal Model Driver (TMD). Titik - titik verifikasi tersebut diperlihatkan Gambar 1. Pemilihan waktu cuplik pasang surut mengacu pada titik A pada Gambar 1.



2.2



3



Desain Simulasi



Daerah penelitian difokuskan di daerah hilir Sungai Kapuas, Propinsi Kalimantan Barat, dimana daerah model meliputi 1◦ 9’ LU - 0◦ 49’ LS dan 108◦ 109◦ 40’35” BT, seperti yang terlihat pada Gambar 1. Data batimetri diperoleh dari peta batimetri Kalimantan - Pantai Barat, Dinas Hidro-Oseanografi tahun 2005. Daerah model didiskritisasi dengan jumlah elemen 10645 dengan ukuran grid bervariasi mulai 200 m di bagian sungai dan muara - muara Sungai Kapuas hingga 25 km di perairan dalam (Gambar 1). Domain model terdiri dari tiga batas terbuka, yaitu batas terbuka utara, barat dan selatan dan pada tiap titik di batas terbuka ini digunakan elevasi pasang surut yang diramalkan dengan Tidal Model Driver (TMD). Discharge sungai (hulu) diberikan data sintetik yaitu 1568,7 m3 /s, sedangkan data angin diperoleh dari NCEP (National Centers for Environmental Prediction) dan diberikan seragam untuk seluruh domain model tetapi bervariasi terhadap waktu. Koefisien gesekan dasar menggunakan koefisien Manning



3.1



HASIL DAN PEMBAHASAN Verifikasi Elevasi Muka Air dan Arus



Verifikasi elevasi muka air laut dan pola arus dilakukan pada tiga titik verifikasi berbeda yaitu titik 1, 2 dan 3. Sedangkan verifikasi acuan waktu cuplik pasang surut dilakukan pada satu titik verifikasi yaitu titik A. (Lihat Gambar 1). Elevasi muka air dan pola arus hasil model diverifikasi dengan hasil prediksi Tidal Model Driver (TMD). Elevasi muka air laut hasil model pada ketiga titik pengamatan secara umum menunjukkan kesesuaian yang cukup baik dengan hasil prediksi model pasut global ORI.96 baik phasa maupun amplitudonya (Gambar 2, 3 dan 4). Pola sirkulasi arus hasil model di titik 1 cenderung lebih kecil dibandingkan dengan hasil model prediksi TMD. Pola sirkulasi arus hasil model di titik 2 menunjukkan kesesuaian dengan hasil model prediksi TMD (Gambar 5). Sebaliknya, pada titik 3 pola arus lebih besar dibandingkan dengan hasil model prediksi TMD



1110-43



M. Ishak J., dkk./Perubahan Dasar Perairan . . .



SIMETRI Vol.1 No.1(D) Mei’12



(Gambar 6). 3.2



UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini perkenankan kami menyampaikan terima kasih kepada:



Perubahan Batimetri Muara Sungai Kapuas



Pola perubahan batimetri Muara Sungai Kapuas yang diperoleh dari hasil simulasi model menggunakan gaya pembangkit pasang surut, debit sungai dan angin disajikan per bulan. Perubahan batimetri muara sungai diketahui berdasarkan perubahan ketebalan dasar muara sungai. Dari hasil simulasi akan terlihat daerah yang mengalami abrasi/terkikis dan daerah akrasi/pengendapan. Daerah abrasi ditunjukkan oleh nilai perubahan yang bertanda minus, demikian pula sebaliknya. Perubahan ketebalan dasar perairan muara Sungai Kapuas pada bulan Januari s.d Februari umumnya mengalami sedimentasi (pendangkalan) dengan perubahan ketebalan sekitar 3 s.d 27 mm (Gambar 7 dan 8). Daerah muara sungai yang mengalami pengikisan yaitu pada daerah percabangan anak sungai Kapuas yang terletak pada bagian hulu daerah model yang dianalisis. Pada bulan Maret, secara umum hanya bagian hulu daerah model yang mengalami peningkatan pendangkalan hingga mencapai 45 mm. Pada daerah percabangan anak sungai tetap mengalami pengikisan. Pengikisan pada daerah percabangan anak sungai Kapuas mencapai ketebalan 51 mm dan terjadi sebelum percabangan. Aktifitas sedimentasi di daerah dekat percabangan anak sungai tersebut menunjukkan bahwa suplai air dari anak sungai berperan sebagai penyebab terjadinya pengikisan. Sedangkan pada daerah muara sungai yang dekat dengan mulut muara cenderung mengalami perubahan ketebalan yang hampir sama dengan perubahan pada bulan Januari dan Februari (ketebalan sedimentasi sekitar 15 mm) (Gambar 9). Pendangkalan yang signifikan tersebut pada bulan April semakin bergerak ke arah muara hingga mencapai daerah sebelum delta besar pada daerah model. Hal ini menunjukkan bahwa material sedimen semakin jauh diendapkan ke daerah muara seiring dengan peningkatan sedimentasi di daerah hulu daerah model. Proses sedimentasi tersebut ditunjukkan pada Gambar 10. 4



1. Ibu Dr. Eng. Nining Sari Ningsih, Prof. Dr. Safwan Hadi, Ph.D, Saudari Dian Martha yang telah bersedia membimbing kami ditengah kesibukan mereka berdua 2. Direktur Eksekutif I-MHERE Universitas Tanjungpura atas perjuangan dan pengorbanan beliau bersama anggota timnya sehingga Program IMHERE dapat terlaksana dengan baik pada tiga tahun terakhir. 3. Dekan Fakultas MIPA Universitas Tanjungpura yang telah memfasilitasi dengan baik terselenggaranya kegiatan I-MHERE selama tiga tahun. 4. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi yang telah membiayai penelitian ini. 5. Semua pihak yang telah membantu terlaksananya penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA [1]



Dahuri, R., J. Rais, S.P. Ginting, dan M.J. Sitepu, 1996, Pengelolaan Sumber Daya Wilayah Pesisir dan lautan Secara Terpadu, PT. Pradnya Paramita



[2]



Ditjen Pembangunan Daerah, Depdagri, 1998, Pedoman Perencanaan dan Pengelolaan Pesisir Terpadu



[3]



Hadi, S., N.S. Ningsih, dan A. Tarya, 2006, Study in sesional Variation of Cohecive Suspended Sediment Transport in Estuari of Mahakam Delta by Using a Numerical Model, Jurnal Teknik Sipil, Vol. 13, No. 1



[4]



Hutabarat dan Evans, 1984, Pengantar Oseanografi, UI Press, Jakarta



[5]



Jumarang, M. I., Muliadi, dan A. Ihwan, 2008, Pola sirkulasi Arus Tiga Dimensi Perairan Pantai Kalimantan Barat, Journal Aplikasi Fisika FMIPA Haluoleo University, Vol. 4 No.1, hal. 1-9



[6]



Ningsih, N.S., B. Priyono, S. Hadi, dan A. Tarya, 2007, Studi Awal Pemodelan Numerik Transpor Sedimen 2D Horisontal di Estuari Mahakam, Jurnal Teknologi Mineral, Vol. XIV, No.2



[7]



Nontji, 1987, Laut Nusantara, Penerbit Djambatan, Jakarta



[8]



Pathirana, K.P.P., C.S. Yu, and J. Berlamont, 1994, Modelling Cohesive Sediment Transport in Tidal Waters, Hydro-Port 94, International Conference on Hydro-Technical Engineering for Port and Harbor Construction, Yokosuka, Japan, October 19-21 1994



[9]



Simpson, J.H., 1997, Physical Processes in the ROFI Regime, Journal of Marine Systems, 12



KESIMPULAN



Dalam rentang waktu simulasi, muara sungai Kapuas umumnya mengalami pendangkalan dengan ketebalan yang bervariasi. Pengendapan material sedimen terjadi hanya sampai pada daerah sebelum delta sungai Kapuas, bahkan pada mulut muara bagian utara terjadi proses abrasi (pengikisan material dasar sungai)



[10]



Supriharyono, 2000, Pelestarian dan Pengelolaan Sumber Daya Alam di Wilayah Pesisir Tropis, PT. Gramedia Pustaka Utama



[11]



Uncles, R.J. and J.A. Stephens, 1998, Sediment Transport in the Humber-Ouse Estuary, UK, during May 1994, Physics of Estuary and Coastal Seas, Dronkers & Scheffers (eds) Balkema, Rotterdam



1110-44



M. Ishak J., dkk./Perubahan Dasar Perairan . . .



SIMETRI Vol.1 No.1(D) Mei’12



Gambar 4: Verifikasi elevasi hasil model (merah) terhadap TMD (biru) di Titik 3



Gambar 1: Titik verifikasi ditandai dengan nomor 1, 2, dan 3, acuan waktu cuplik pasang surut ditandai dengan titik A



Gambar 5: Verifikasi arus hasil model (merah) terhadap TMD (biru) di titik 2 Gambar 2: Verifikasi elevasi hasil model (merah) terhadap TMD (biru) di Titik 1



Gambar 3: Verifikasi elevasi hasil model (merah) terhadap TMD (biru) di Titik 2



Gambar 6: Verifikasi arus hasil model (merah) terhadap TMD (biru) di titik 3



1110-45



M. Ishak J., dkk./Perubahan Dasar Perairan . . .



SIMETRI Vol.1 No.1(D) Mei’12



Gambar 7: Pola perubahan batimetri pada bulan Januari di muara. Studi kasus flokulasi



Gambar 10: Pola perubahan batimetri pada bulan April di muara. Studi kasus flokulasi



Gambar 8: Pola perubahan batimetri pada bulan Februari di muara. Studi kasus flokulasi



Gambar 9: Pola perubahan batimetri pada bulan Maret di muara. Studi kasus flokulasi



1110-46