Mike 21 (Pak Indra) [PDF]

Citation preview

1. Apa itu MIKE 21 MIKE 21 adalah program komputer yang mensimulasikan arus, gelombang, sedimen dan ekologi di sungai, danau, muara, teluk, pesisir dan laut dalam dua dimensi. Perangkat lunak ini dikembangkan oleh DHI (Danish Hydrodynamic Institute). Dalam pengaplikasiannya, MIKE 21 dapat digunakan untuk penilaian data desain untuk struktur pesisir dan lepas pantai, optimalisasi tata letak pelabuhan dan tindakan perlindungan pesisir, analisis air pendingin, desalinasi dan resirkulasi, penilaian dampak lingkungan terhadap infrastruktur laut, perkiraan air untuk operasi dan navigasi laut yang aman, banjir pesisir dan peringatan gelombang badai, banjir pedalaman dan pemodelan aliran darat. MIKE 21 terdiri dari tiga mesin simulasi:  Single Grid: persamaan non-linear tergantung waktu kontinuitas dan konservasi momentum dipecahkan dengan teknik beda hingga implisit dengan variabel-variabel yang didefinisikan pada kotak persegi panjang  Multiple Grids: menggunakan mesin simulasi dan pendekatan numerik yang sama seperti versi single grid. Namun, hal itu memberikan kemungkinan penyulingan bidang minat khusus di dalam area model (nesting). Semua domain di dalam area model terhubung secara dinamis.  Fleksibel Mesh: adalah mesh tidak terstruktur dan menggunakan teknik solusi volume terbatas yang berpusat pada sel. Jala ini didasarkan pada elemen segitiga linier. 2. Modul dalam MIKE 21 A. Modul Hidrodinamika (HD) MIKE 21 MIKE 21 Flow Model FM Hydrodynamic Module digunakan untuk mensimulasikan pola pasang surut dan aliran. Modul ini didasarkan pada solusi numerik persamaan perairan dangkal dua dimensi, kedalaman terintegrasi persamaan Navier-Stokes. Model ini terdiri atas persamaan kontinuitas dan momentum. Diskritisasi spasial domain model dilakukan dengan menggunakan metode finite volume, dimana domain komputasi horisontal terbagi atas elemenelemen yang non-overlapping. Modul hidrodinamik dalam MIKE 21 HD meruapakan sistem model numerik secara umum untuk memodelkan simulasi muka air dan aliran di estuari, teluk dan pantai. Model ini dapat mensimulasikan aliran dua dimensi tidak langgeng di dalam fluida satu lapisan (secara vertikal homogen) maupun dalam aliran tiga dimensi. Modul hidrodinamika MIKE 21 (MIKE 21 HD) merupakan modul dasar dalam program MIKE 21 model aliran (flow model).



B. Modul Spectial Wave (SW) MIKE 21 MIKE 21 SW merupakan model generasi baru dari wind-wave model berdasarkan unstructured mesh. MIKE 21 SW mensimulasikan pertumbuhan, peluruhan dan transformasi gelombang yang dibangkitkan oleh angin dan swell di offshore dan area pesisir. MIKE 21 SW memiliki dua formulasi berbeda, yaitu:  Directional decoupled parametric formulation  Fully spectral formulation Directional decoupled parametric formulation Berdasarkan parameterisasi dari persamaan konservasi wave action. Parameterisasi dilakukan pada frekuensi dominan dengan menjadikan momen ke-nol dan momen ke-satu sebagai variabel yang bergantung pada variabel lain (Holthuijsen,1989). Fully spectral formulation berdasarkan persamaan konservasi wave action seperti dijelaskan pada Komen et al (1994) dan Young (1999), dimana frekuensi tiap arah dari spektrum wave action adalah variabel yang bergantung pada variabel lain. Fenomena fisis yang dapat disimulasikan oleh MIKE 21 SW diantaranya: o Pertumbuhan gelombang yang dibangkitkan angin o Interaksi gelombang non-linear o Disipasi akibat white-capping o Disipasi akibat gesekan dasar o Disipasi akibat gelombang pecah o Refraksi dan pendangkalan akibat perubahan kedalaman o Interaksi gelombang dan arus o Efek tinggi air yang berubah terhadap waktu Diskritsasi



persamaan



pembangun dalam



geographical



dan ruang spectral



menggunakan metode cellcentered finite volume. Pada domain geographical digunakan unstructrured mesh. Integrasi waktu dengan pendekatan langkah fractional dengan metode multi-sequence untuk perhitungan penjalaran wave action. MIKE 21 SW dapat diaplikasikan untuk desain di offshore, pesisir dan dermaga dengan perkiraan beban gelombang yang akurat sebagai faktor penting terhadap keamanan dan desain yang ekonomis dari struktur. Model ini juga dapat digunakan untuk perhitungan transpor sedimen, yang sebagian besar ditentukan oleh kondisi gelombang dan gelombang yang dipengaruhi arus. Gelombang yang dipengaruhi arus dibangkitkan oleh perbedaan radiation stress yang muncul di surf zone. Modul 21 SW memiliki kemampuan untuk melakukan simulasi pembangkitan gelombang, penjalaran gelombang dan kehilangan energi gelombang akibat perubahan kedalaman. MIKE 21 SW menggunakan dua persamaan yang berbeda, yaitu formulasi



directional decoupled parametric dan formulasi fully spectral. Kedua persamaan gelombang tersebut sama-sama menggunakan persamaan kekekalan gelombang sebagai persamaan pembangun. Perbedaan dari kedua persamaan tersebut terletak pada solusi yang digunakan formulasi directional decoupled parametric menggunakan peneyelesian sesuai Holthuijsen (1989) sedangkan formulasi fully spectral menggunakan penyelesian sesuai dengan yang dilakukan Komen et al. (1994) dan Young (1999). C. Modul Sand Transport (ST) MIKE 21 Modul Sand Transport (ST) merupakan aplikasi model dari angkutan sedimen non kehesif. MIKE 21 Flow Model FM adalah satu sistem modeling berbasis pada satu pendekatan mesh fleksibel. Dikembangkan untuk aplikasi di dalam oceanographic, rekayasa pantai dan alam lingkungan muara sungai. Sand Transport Module menghitung hasil dari pergerakan material non kohesif berdasarkan kondisi aliran di dalam modul hidrodinamik serta kondisi gelombang dari perhitungan gelombang (modul spectral wave). Pendekatan formula yang digunakan dalam sediment transport di modul ini adalah Engelund-Hansen model, Van-Rijn model, Engelund-Fredsøe model, serta Meyer-Peter-Müller model. D. Courant Number Kondisi Courant-Friderich-Lewy (kondisi CFL) adalah kondisi yang diperlukan untuk konvergen ketika menyelesaikan persamaan difrensial tentu. Hal ini muncul ketika skema waktu-gerak digunakan dalam perhitungan numerik. Akibatnya, tahapan waktu harus kurang dari waktu yang digunakan di simulasi komputer dengan skema waktu-gerak, jika tidak simulasi akan menghasilkan hasil yang tidak stabil dan salah. Ukuran grid mesh, dikombinasikan dengan kedalaman air dan tahapan waktu digunakan untuk mengatur nilai courant number dalam pengaturan model. Nilai Courant maksimum harus kurang dari 1. Jadi waktu simulasi tergantung kepada triangulasi mesh, tidak hanya tergantung dari jumlah node dalam mesh, tetapi tergantung juga pada nilai courant yang dihasilkan. Sebagai hasil dari hal tersebut, efeknya pada waktu simulasi pada resolusi grid sedang di air yang dalam dapat relatif tinggi jika dibandingkan dengan resolusi grid tinggi di air yang dangkal. 3. Aplikasi MIKE 21 Terhadap Lingkungan A. Simulasi Arus Parameter-parameter yang digunakan dalam pemodelan Arus menggunakan bantuan perangkat lunak MIKE 21 Modul Hydrodynamic yaitu dengan memasukkan data time seris



pasang surut dan data mash bathimetri akan menghasilkan output berupa current speed dan current direction dalam bentuk area series.



B. Simulasi Gelombang Parameter-parameter yang digunakan dalam pemodelan gelombang menggunakan bantuan perangkat lunak MIKE 21 Modul Spatial Wave yaitu dengan memasukkan data time seris kecepatan angin, data time seris tinggi dan periode gelombang, data area seris dari hasil permodelan arus dan data mash bathimetri akan menghasilkan output berupa wave hight ,wave period, wave direction dalam bentuk area series.



C. Simulasi Transport Sediment Parameter-parameter



yang



digunakan



dalam



pemodelan



sedimen



transport



menggunakan bantuan perangkat lunak MIKE 21 Non Cohesive Sediment Transport yaitu dengan memasukkan data area seris dari hasil permodelan gelombang, data area seris dari hasil permodelan arus dan data mash bathimetri akan menghasilkan output berupa bad elevation change, deapth flow dan total load dalam bentuk area series.



(a) (a) Perubahan elevasi dasar (b) Total load transport sediment



(b)