Peramalan Gelombang [PDF]

Citation preview

peramalan gelombang



Angin Data angin yang digunakan untuk peramalan gelombang adalah data angin yang diperoleh dari pengukuran di darat dekat lokasi peramalan kemudian dikonversi menjadi data angin di laut. Pada perencanaan bangunan pengaman pantai ini. Data angin di peroleh dari data sekunder berupa kecepatan maksimum, kecepatan rerata, serta arah yang di peroleh dari Bandara Mutiara Palu dari tahun 1991 – 2005. Dari data yang diperoleh tersebut dengan beberapa tahun pengamatan disajikan kedalam bentuk tabel ringkasan atau diagram yang disebut mawar angin. Penyajian tersebut dapat diberikan dalam bentuk bulanan, tahunan atau untuk beberapa tahun pencatatan. Dengan tabel dan mawar angin tersebut maka karakteristik angin dapat dibaca dengan cepat. Berdasarkan tabel terlihat bahwa kecepatan angin maksimum dari tahun 1991 – 2005 terjadi pada tahun 2003 dengan kecepatan 33 knot dengan arah hembusan dari arah utara. Pada tabel V.1 diperlihatkan persentase kejadian angin di Bandara Mutiara Palu dari tahun 1996 – 2005 dan disajikan kedalam gambar. V.1 dalam bentuk mawar angin. Tabel V.1. Data Frekuensi Arah dan Kecepatan Angin periode Tahun 1991-2005 (Sumber: BMG Mutiara Palu 2006) ARAH N NE E SE SE SW W NW CALM JUMLA H



1,0 - 5,0 5,45% 2,16% 4,89% 5,13% 7,14% 2,76% 2,81% 3,88%



Distribusi Tahunan Kecepatan (Knots) 6,0 -10,0 11,0 - 15,0 9,45% 4,78% 0,43% 0,11% 0,17% 0,03% 0,12% 0,02% 0,28% 0,04% 0,23% 0,03% 1,41% 0,47% 6,14% 2,70%



Jumlah 16,0 - 20,0 1,25% 0,02% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,08% 0,45%



>20,0 0,10% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,01% 0,05%



21,03% 2,71% 5,09% 5,28% 7,46% 3,02% 4,78% 13,21% 37,42% 100,00%



Gambar V.1 Mawar angin



Dari data angin yang diperoleh dari Bandara Mutiara Palu ditransformasikan kedata angin di atas permukaan air laut. Kecepatan angin yang telah ditransformasi tersebut kemudian dikonversi pada faktor tegangan angin dengan menggunakan rumus: UA = 0.71 Uw 1,23 Contoh perhitungan : UL = 20 Knot = 20 x 0,5 = 10 m/s Dari gambar.III.9 hubungan antara kecepatan angin di laut dan di darat diperoleh: RL =



= 1,150



 Kecepatan angin di Laut (UW) U W = RL . U L = 1,150 . 10 = 11,500 m/s  Faktor tegangan angin (UA) UA = 0,71 x UW1,23 = 0,71 x 11,500 1,23 = 14,3191 m/s



Tabel V.2. Hasil transformasi data angin di Darat dan faktor tegangan angin N



UL (m/s)



RL = UW / UL



UW = RL . UL



UA = 0,71 . UW 1,23



o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15



10 11 11 11 11 12,5 12,5 12,5 12,5 15 10 10,5 16,5 12,5 12,5



1,1500 1,1167 1,1167 1,1167 1,1167 1,0571 1,0571 1,0571 1,0571 1 1,1500 1,1333 0,9833 1,0571 1,0571



11,5000 12,2837 12,2837 12,2837 12,2837 13,2140 13,2140 13,2140 13,2140 15 11,5000 11,8997 16,2245 13,2140 13,2140



14,3191 15,5286 15,5286 15,5286 15,5286 16,9880 16,9880 16,9880 16,9880 19,8541 14,3191 14,9337 21,8660 16,9880 16,9880



(Simber : Hasil analisis)



C. Gelombang Pemilihan tinggi gelombang dan periode gelombang dalam perencanaan bangunan pengaman pantai Desa Rerang dan Pangalaseang adalah dengan menggunakan tinggi dan periode gelombang signifikan. 1. Gelombang Signifikan di Laut Dalam Berdasarkan pada kecepatan angin, lama hembusan angin dan fetch. Maka dilakukan peramalan gelombang dengan menggunakan grafik pada gambar III.10. Dari grafik tersebut setelah panjang fetch (Feff) dan faktor tegangan angin (UA) telah didapat dari hasil perhitungan, maka tinggi dan periode gelombang signifikan dapat dihitung a.



Menghitung panjang fetch efektif (Feff) Dari peta situasi (Gambar V.2) dengan pertambahan sudut setiap 6o diperoleh: Gambar V.2 Panjang petch



Tabel V.3. Perhitungan panjang fetch efektif α (o) 42 36 30 24 18 12 6 0 6 12 18 24 30 36 42 Total (Sumber : Hasil Analisis)



Cos α 0,7431 0,8090 0,8660 0,9135 0,9511 0,9781 0,9945 1 0,9945 0,9781 0,9511 0,9135 0,8660 0,8090 0,7431 13,5106



Xi (Km) 307,153 259,724 473,114 510,345 502,054 514,105 13,781 13,828 15,434 5,712 4,179 3,087 2,679 2,162 1,812



Xi Cos α 228,245 210,117 409,716 466,200 477,503 502,846 13,705 13,828 15,349 5,587 3,975 2,820 2,32 1,749 1,346 2355,307



Feff =



Feff =



= 174,330 Km b. Menghitung tinggi dan periode gelombang signifikan Contoh perhitungan : Diketahui: UA = 14,3191 m/s (Tabel V.2) Dari gambar III.10 Grafik peramalan gelombang untuk UA = 14,3191 m/s dan panjang fetch = 174,330 Km, maka diperoleh: Hsm = 3,000 m Tsm = 8,4706 detik Hasil analisa data disajikan pada tabel V.4.



Tabel V.4 Korelasi antara kecepatan angin maksimum, panjang fetch efektif,



tinggi gelombang



signifikan dan periode gelombang oleh Bretsceider N



Tahun



UA



Panjang fetch



Hi



Ti



o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15



1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005



14,3191 15,5286 15,5286 15,5286 15,5286 16,9880 16,9880 16,9880 16,9880 19,8541 14,3191 14,9337 21,8660 16,9880 16,9880



174,330 174,330 174,330 174,330 174,330 174,330 174,330 174,330 174,330 174,330 174,330 174,330 174,330 174,330 174,330



3,000 3,200 3,200 3,200 3,200 3,500 3,500 3,500 3,500 4,200 3,000 3,100 4,500 3,500 3,500



8,4706 8,7941 8,7941 8,7941 8,7941 8,8235 8,8235 8,8235 8,8235 9,6316 8,4706 8,6471 9,8420 8,8235 8,8235



(Sumber : Hasil Analisis



2. Gelombang Rancangan Dalam menentukan gelombang rencana pada daerah studi didasarkan pada kala ulang tertentu yang disesuaikan dengan kegunaan suatu bangunan dan akibat yang akan ditimbulkan jika bangunan tersebut rusak atau gagal. Untuk pengamanan pantai, kegagalan bangunan akan berakibat kerusakan pada daerah yang semula dilindungi. Sifat kegagalan bangunan pengaman pantai, relatif tidak secara tiba-tiba. Pada perencanaan bangunan pengaman pantai Desa Rerang dan Desa Pangalaseang penulis menggunakan periode dengan kala ulang 10 Tahun sebagai gelombang rencanan yang akan digunakan didalam perencanaan bangunan yang merupakan hasil perhitungan dengan menggunakan metode Weibull (Triatmodjo,B.1999) Contoh Perhitungan Tinggi Gelombang Rencana Hsm = 4,500 meter Hsmr = 3,440 meter (nilai Hsm Rata-rata)



P



= P(Hs ≤ Hsm) = 1 -



= 1 -



= 0,9684 Ym = [-ln { 1- F (Hs ≤ Hsm)}]1/k = [-ln (1- (0,9684)}]1/0,75 = 5,222 Hsm.ym = 4,500 . 5,222 = 23,499 Ym 2 = (5,222)2 = 27,269 = (4,500 – 3,440)2



(Hsm – Hr)



= 1,124 =



. Ym +



Dimana : =



=



= 0,280 =



-



.



= 3,440 – 0,280 . 1,181



= 3,109 Hsm = 0,280 (5,222) + 3,109 = 4,571 meter Hsm -



= 4,500 – 4,571 = - 0,071 meter



Perhitungan Tinggi Gelombang Dengan Periode Tertentu. Dengan kala ulang 2 Tahun Yr = - ln { ln (1- (L.Tr)}1/k = - ln { ln ( 1- (1.2)}1/0,75 = 0,6134 Hsr =



+



= 0,280 (0,6134) + 3,109 = 3,280 meter nr =



Nilai Koefisien untuk distribusi weibull adalah



Dimana:



=



= 2,3119



= 0,3531



Dimana :



=



= 0,419



= 0,148 Hs – 1,28



= 3,280 – (1,28 . 0,148) = 3,09 meter



Hs + 1,28



= 3,280 + (1,28 . 0,148) = 3,47 meter



Hasil analisis data disajikan dalam tabel (V.5 dan V.6) Contoh Perhitungan Periode Gelombang Rencana Tsm = 9,842 detik Tsmr = 8,878 detik (nilai Tsm Rata-rata) P



= P(Ts ≤ Tsm) = 1 -



= 1 -



= 0,9684 Ym = [-ln { 1- F (Hs ≤ Hsm) }]1/k = [-ln (1-(0,9684)}]1/0,75



= 5,222 Tsm.ym = 9,842 . 5,222 = 51,395 Ym 2 = (5,222)2 = 27,269 = (9,842 – 8,878)2



(Tsm – Tr)



= 0,928 =



. Ym +



Dimana : =



=



= 0,238 =



-



.



= 8,823 – 0,238 . 1,181 = 8,597 Tsm = 0,238 (5,222) + 8,597 = 9,840 detik Tsm -



= 9,842 – 9,840 = - 0,002 detik



Perhitungan Tinggi Gelombang Dengan Periode Tertentu. Dengan kala ulang 2 Tahun Yr = - ln { ln (L.Tr)}1/k = - ln { ln (1.2)}1/k = 0.6134



Tsr =



+



= 0,238 (0,6134) + 8,597 = 8,742 detik nr =



Nilai Koefisien untuk distribusi weibull adalah



Dimana:



=



= 2,3119



= 0,3531



Dimana :



=



= 0,371



= 0,131



Ts – 1,28



= 8,742 – (1,28 . 0,131) = 8,574 detik



Ts + 1,28



= 8,742 + (1,28 . 0,131) = 8,910 detik



Hasil analisis data disajikan dalam tabel (V.7 dan V.8)



Hsm



P



ym



Hsm . ym



ym2



(Hsm - Hr)2



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15



4,500 4,200 3,500 3,500 3,500 3,500 3,500 3,500 3,200 3,200 3,200 3,200 3,100 3,000 3,000



0,9684 0,9038 0,8391 0,7745 0,7098 0,6451 0,5805 0,5158 0,4512 0,3865 0,3218 0,2572 0,1925 0,1279 0,0632



5,222 3,109 2,233 1,701 1,328 1,048 0,829 0,652 0,506 0,385 0,283 0,198 0,128 0,070 0,026



23,499 13,058 7,816 5,954 4,648 3,668 2,902 2,282 1,619 1,232 0,906 0,634 0,397 0,210 0,078



27,269 9,666 4,986 2,893 1,764 1,098 0,687 0,425 0,256 0,148 0,080 0,039 0,016 0,005 0,001



1,124 0,578 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0,058 0,058 0,058 0,058 0,116 0,194 0,194



Jumlah Rata-rata



51,600 3,440



7,737



17,718 1,181



68,901



49,335



2,456



No. Urut m



4,571 3,980 3,743 3,585 3,481 3,403 3,341 3,292 3,251 3,217 3,189 3,165 3,145 3,129 3,117



(Simber : Hasil Analisis) Tabel V.5.Hitungan gelombang dengan periode ulang No.



Tsm



P



ym



Tsm .ym



ym2



(Tsm - Tr)2



0,9684 0,9038 0,8391 0,7745 0,7098 0,6451 0,5805 0,5158 0,4512 0,3865 0,3218 0,2572 0,1925 0,1279 0,0632



5,222 3,109 2,233 1,701 1,328 1,048 0,829 0,652 0,506 0,385 0,283 0,198 0,128 0,070 0,026



51,395 29,945 19,702 15,008 11,717 9,247 7,314 5,753 4,450 3,386 2,489 1,741 1,107 0,593 0,220



27,269 9,666 4,986 2,893 1,764 1,098 0,687 0,425 0,256 0,148 0,080 0,039 0,016 0,005 0,001



0,928 0,567 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003 0,007 0,007 0,007 0,007 0,054 0,166 0,166



7,7372



17,718 1,181



164,065



49,335



1,929



Urut m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15



9,842 9,632 8,823 8,823 8,823 8,823 8,823 8,823 8,794 8,794 8,794 8,794 8,647 8,471 8,471



Jumlah 133,176 Rata-rata 8,878 (Sumber : Hasil Analisis)



Tabel V.6 Hitungan periode gelombangdengan periode ulang



9,840 9,337 9,129 9.002 8,913 8,847 8,795 8,753 8,718 8,689 8,665 8,645 8,628 8,614 8,604



Tabel V.7 Tinggigelombang dengan periode ulang tertentu



Periode Ulang (tahun) 2



Yr (tahun) (pers 15.)



Hsr (m) (pers 14)



σ nr (pers 17)



σr (pers 20)



Hs - 1,28 σr (m)



0,6134



3,28



0,3531



0,148



3,09



5



1,8861



3,64



0,7842



0,329



3,22



10



3,0406



3,96



1,2213



0,512



3,30



25



4,7527



4,44



1,8836



1,789



3,43



50



6,1641



4,83



2,4337



1,020



3,52



100



7,6617



5,25



3,0190



1,265



3,63



H



(Sumber: Hasil Anlisis)



Periode Ulang (tahun) 2



Yr (tahun) (pers 15)



Tsr (m) (pers 14)



σ nr (pers 17)



σr (pers 20)



Ts - 1,28 σr (m)



0,6134



8,742



0,3531



0,131



8,574



5



1,8861



9,096



0,7842



0,291



8,674



10



3,0406



9,321



1,2213



0,453



8,741



Ts



25



4,7527



9,685



1,8836



0,699



8,790



50



6,1641



10,064



2,4337



0,903



8,908



100



7,6617



10,420



3,0190



1,120



8,986



(Sumber: Hasil Analisis)



Tabel V.8Periode gelombang dengan periode ulang tertentu



3. Koefisien Refraksi dan Koefisien Shoaling Untuk memprediksi gelombang di lokasi bangunan perlu dihitung deformasi gelombang berupa Refraksi dan Shoaling. Adapun perhitungannya adalah sebagai berikut : Diketahui : Tinggi gelombang signifikan kala ulang 10 tahun HS (10 Tahun) = 3,96 meter ( Tabel V.6 ) Periode gelombang signifikan kala ulang 10 tahun TS (10 Tahun) = 9,321 detik (Tabel V.8) Kedalaman lokasi bangunan, d = 2,5 meter Sudut datang gelombang,



θo = 45 o



Perhitungan : a.



Menentukan panjang gelombang di laut dalam, Lo Lo = 1,56 (TS 10)2 Lo = 1,56 (9,321)2 Lo = 135,534 meter



b. Menentukan panjang gelombang di perairan dangkal =



= 0,018



Untuk nilai d/Lo di atas, dengan menggunakan tabel L.1 pada lampiran diperoleh d/Lo = 0,05456 L1 = 45,821 meter c.



Kecepatan gelombang di perairan dalam, Co Co =



=



= 14,541 m/detik



d. Kecepatan gelombang di perairan dangkal, C1 C1 =



=



 Koefisien Shoaling, Ks



= 4,916 m/detik



Untuk menentukan koefisien Shoaling (pendangkalan), dicari nilai n dengan menggunakan tabel L.1 berdasarkan pada nilai d/Lo di atas, berdasarkan nilai d/Lo = 0,018 diperoleh nilai n = 0,9629 , sedang untuk perairan dalam , nilai n o =



0,5 sehingga besarnya nilai koefisien



pendangkalan adalah : Ks =



=



= 1,239



Sedangkan berdasarkan tabel L.1 dengan nilai d/Lo = 0,018 besarnya nilai Ks adalah = 1,255  Koefisien Refraksi, Kr Kr =



Dimana : Sin



= (C1/Co) Sin



Sin



= (



Sin



= 0,239 ini berarti



) Sin 45o = 17o2o15”53’



Sehingga koefisien Refraksi sebesar : Ks =



Ks = 0,853  Perhitungan Run-up dan Run-Down Perhitungan Run-up



dan Run-down sangat penting untuk menentukan elevasi bangunan



pengaman pantai yang direncanakan. Prosedur perhitungan adalah sebagai berikut: a.



Perhitungan Run-up Diketahui :



-



Tinggi gelombang signifikan, HS 10th = 3,96 m



-



Periode gelombang signifikan, TS 10 th = 9,321 detik



-



Panjang gelombang dilaut dalam, Lo = 135,534 m



-



Kemiringan bangunan rencana, 1 : 2



-



Dengan demikian, Tan θ = 0,5 Menghitung besarnya bilangan Irribaren sebagai berikut: Ir =



=



= 2,9



Nilai Bilangan Irribaren di koreksi sebesar 0,5 akibat pemakaian konstruksi dengan permukaan miring dan kasar sehingga : Ir(reduksi)



= 0,5 . 2,9 = 1,45



Dari Gambar III.12 untuk Ir = 1,45 didapat Ru/Hs = 0,75 Maka Ru = Hs . 0,75 = 3,96 . 0,75 = 2,97 meter b. Perhitungan Run-down Dari Gambar III.12 untuk Ir = 1,45 didapat Rd/Hs = - 0,35 Maka Rd = Hs . – 0,35 = 4,012 . – 0,35 = -1,40 meter