PROSES PANTAI - 4-Setup-Setdown Nearshoer Current [PDF]

Citation preview

PROSES PANTAI KULIAH 4



WAVE SETUP/DOWN WAVE RUNUP NEARSHORE CURRENTS



WAVE SETUP-SETDOWN SETUP SETDOWN WAVE SETUP •



•



•



Superelevation of mean water level caused by wave acttion. Total water depth is a sum of still-water and setup: d = h + η ................................................................................ (4−1) (4 1) h : still water depth η : elevasi rata2 permukaan air Wave setup menyeimbangkan gradien komponen cros-shore dari stres radiasi. Gradien tekanan dari permukaan air miring melawan momen yg datang dari arah laut. Mean water level diperoleh dari keseimbangan momen tegak lurus pantai: ..................................................................... (4-2) (4 2)



Wave setdown • Di breaker point Longuet, Higgins & Stewart (1949) memperoleh harga setdown dg integrasi pers (4-2): ............................ (4-3)



• Diasumsikan pd teori glb linier di laut dalam = 0 • Penurunan maksimum dari permukaan air tjd di breaking point sebesar ηb • Di surf zone ηb naik di antara breaking point dan shoreline (lihat Gambar 4-1):



Gambar 4-1. Sketsa wave setup



• Dg g asumsi teori g glb linier ((Sxx = 3/16 ρg ρgH2)), maka g gradien permukaan air adalah: .............................(4-4) (4 4) • Harga tersebut diperoleh dg substitudi nilai Sxx = 3/16 ρgH2 (laut dangkal) ke dalam pers (4-2). • Dg asumsi dasar pantai miring rata dan penguruangan H linier, maka pers (4-4) (4 4) menjadi:



.................................(4-5) (4 5)



• Kombinasi pers (4-3) dan (4-5) maka diperoleh: ............................(4-6) (4 6) • Suku pertama pers (4-6) (4 6) adalah setdown pd breaker point, dan suku ke dua adalah setup pd surfzone. Setup meningkat scr linier pd dasar pantai miring rata. • Untuk breaker depth index = 0 0,8 8 setdown = 0 0,15 15 db. • !! Untuk glb pecah lebih tinggi, db mjd lebih besar dan setup mjd besar • Pers (4-6) memberi setup pd still water di gr pantai: untuk menghitung setup maksimum & posisi gr pantai rata2, titik interseksi ant. Setup p dg gg gr kemiringan g p pantai hrs ditemukan. Ini dpt dicari dg trial & error, atau diestimasi:



...............................(4-7)



ƒ Δx adalah displasemen ke darat dari gr pantai, dan adalah d l h setup pd d shoreline h li rata2. • Setup dan variasinya thd jarak pada profil pantai tak teratur dpt p dihitung g berdasar p pers ((4-3)) dan ((4-4)) • Setup utk glb iregular hrs dihitung dari penurunan Hrms, dan agak berbeda dari glb reguler. • Gambar 4 4-2 2 dan 4 4-3 3 menunjukkan setup glb ireguler untuk kemiringan rata 1/100 dan 1/30. Utk glb ireguler pengaruh kemiringan pantai thd setup relatif lebih kecil.



Gambar 4-2. Setup glb ireguler utk slope 1/100



Gambar 4-3. Setup glb ireguler utk slope 1/300



LATIHAN 3 • Diketahui bidang dasar pantai yg rata dg slope 1/100, dan glb datang normal dg H= 2m T=10 2m, T 10 dt • Cari Setup yg melintang di surfzoe



WAVE RUNUP • R Runup adalah d l h elevasi l i maksimum k i d darii uprush h glb lb di atas t swl. • Wave uprush terdiri dari 2 komponen: setup dan fluktuasi d i mwll ((swash). dari h) • Runup (R) sbg elevasi air maksimum (peak) sesaat , h, pd shoreline. • Batas B b i atas runup penting bagian i sbg b parameter yg menujukkan bagian yg aktif dari profil pantai.



Gambar 4-4. Sketsa wave runup



Gambar 4-5. Runup sebagai elevasi maksimum lokal



• Utk kemiringan uniform uniform, smooth smooth, dan impermiabel impermiabel, ξo parameter similarity surf or Iribarren number = (lihat materi gelombang pecah). • Saat ini pendekatan teoritis utk perhitungan runup di pantai tidak viable (praktis/doable/feasible) utk desain coastal. coastal • Kesulitan dlm prediksi runup termasuk transformasi glb nonlinier, refleksi, efek 3 dimensi (batimetri, infragravity waves), porositas, permeabilitas, dan elevasi air tanah.



• Runup pada gelombang reguler – Utk glb lb pecah, h H Huntt (’59) menentukan t k runup sbg b ffungsii d darii slope l pantai, H, dan kecuraman glb.Formula dari Hunt: ..................................(4-8)



Utk batas b t atas t runup glb lb tak t k pecah h pd d slope l uniform if diberikan formula: ....................................(4 9) ....................................(4-9)



•



Gelombang g Ireguler g



•



Runup glb ireguler juga fungsi dari ξo (parameter surf similarity), ttp beda dg runup dari glb reguler krn i t k i antar interaksi t individu i di id glb lb membentuk b t k bore. b U Uprush h terhenti oleh backrush glb sebelumnya. Rasio jumlah crest runup thd jml glb datang naik dg naiknya ξo (rangenya 0,2-1,0 untuk ξo 0,15 – 3,0). Shg harga ξo rendah menunjukkan runup yg didominasi energi dg frekuensi rendah (infragravity waves) waves).



•



• Mase (1989) menunjukkan pers. pers prediksi runup utk glb ireguler, pd dasar pantai rata & impermiabel dg kemiringan 1/5 s/d 1/30 dari data lab.: • Runup maksimum ...(4-10) • Runup mencapai 2% dari runup crest



...(4-11) (4 11)



• Runup rata2 dari 10% runup tertinggi



...(4 (4-12) 12)



• Runup p rata2 dari 1/3 runup p tertinggi gg



...(4-13) ( )



• Runup rata2



...(4-14)



• Untuk 1/30 < tanβ < 1/5 dan Ho/Lo > 0,007, di mana Ho = Hs laut dalam dan ξo diperoleh dari Hso & Lo. • Pengaruh P h wind i d setup t dan d tide tid hrs h dihitung dihit terpisah. t i h • Walton (1992) mengembangkan analisa Mase (1989) dlm p prediksi runup p utk % pencapaian p p dg g asumsi runup mengikuti distribusi probabilitas Rayleigh • Pengukuran runup di lapangan menunjukkan scr k konsisten i t lbh rendah d h dari d i prediksi dik i dg d pers (4-10 (4 10 s/d /d 4-14). • Perbedaan hasil lab dg lapangan (porositas, permeabilitas, nonuniform slope, deformasi glb yg melalui batimetri, variasi arah glb) belum dikuantifikasi!!



LATIHAN 4 • Diketahui



:



– Dasar pantai rata dg kemiringan 1:80, gelombang datang normal dg Ho 4 4,0 0 m dan T 9 dt



• Ditanyakan : – Runup maksimum dan runup signifikan



NEARSHORE CURRENTS Arus Dekat Pantai • Arus di dekat pantai terdiri dari gerakan pada berbagai skala, terbentuk oleh berbagai proses. Secara S skematis total arus u dpt diekspresikan sebagai superposisi dari komponen2 yg saling berhubungan itu: • u = uw + ut + ua + uo + ui



…………………(4-15)



• uw arus steady oleh glb pecah, ut arus pasut, ua arus bentukan angin, serta uo dan ui aliran osilasi karena gelombang l b angin i d dan iinfragravity f it waves.



NSC •



Ada dua sistem arus yg disebabkan oleh gelombang di dekat pantai: 1. Cell circulation system dari rip current dan longshore current yg berasosiasi dg.nya. 2. LC yg dihasilkan oleh gelombang yg mendekati pantai dg menyudut. menyudut



NSC •



Dalam mekanika dasar ada dua hal penting: – Kelembaman energi – Kelembaman momentum



• •



• • •



Lembam = “tidak hilang” hanya tertransformasi Selama proses pecahnya gelombang, energi glb tertransformasi antara lain menjadi: panas dan noise… , dua properti yang sulit untuk di”discribe: Untuk memahami apa yg terjadi setelah pecahnya gelombang jauh lebih mudah untuk dilihat dari “momentum” Pada saat gelombang memasuki daerah pantai kecepatan berubah Momen adalah vektor,, sehingga gg arah adalah p penting. g Dari observasi perubahan kecepatan (mv) Æ timbul gaya



d(mv)/dx Æ m.a ma =F



NSC • • •



Dalam D l proses pantai t i karena k gelombang l b h harus b h ti di berhenti pantai Æ momen ditransformasi menjadi gaya Gaya tsb di”split-up” dalam komponen sejajar dan tegak lurus pantai Komponen sejajar pantai = FL; tegak lurus pantai = FC – FL = F sin α – FC = F cos α



mv



NSC



• Besarnya momen merupakan fungsi dari H Æ shg gaya merupakan fungsi dari H • Komponen longshore merupakan fungsi dari keduanya tinggi glb (H) dan arah glb dtg (α) FL = f(Hb,αb) • Gaya FC (cross-shore) menekan air ke arah shoreline shg water level naik (setup) Æ gaya hidrostatis akan menyeimbangkan FC • FL menekan air sepanjang shoreline, ttp tdk ada gaya g y hidrostatis yg menyeimbangkan, y g shg g FL terakselerasi spj pantai. Æ air mulai mengalir sepanjang pantai sbg: “longshore current”



NSC



• S Saatt air i mengalir li di sepanjang j pantai, t i Ff (friksi (f ik i di dasar laut) mulai bekerja, Ff >> Æ dg besarnya kecepatan p aliran,, sampai p FL = Ff Æ saat tidak ada akselerasi, tetapi aliran tetap mengalir sebagai permanent flowdengan kecepatan konstan (=Vl) • Karena FL = f (Hb,αb) dan Ff = f (Vl), maka Vl dapat diekspresikan p sebagai g fungsi g Hb dan αb.



Gambar 4-6. Rekaman kecepatan aliran arus cross-shore dan longshore (CEM, 2002; p.II-4-20).



• Nilai utama arus dlm Gbr 4-6 adalah arus stedy yg disebabkan oleh g glb p pecah dan angin. g Glb p periode panjang krn infragravity wave, dan osilasi periode pendek adalah gerakan orbital glb angin. • Arus yg ditimbulkan oleh glb pecah dari glb angin yg datang g menyudut y umumnya y mendominasi surf zone di laut terbuka. Arus ini penting dalam transpor dan penyebaran sedimen dan polutan di dekat pantai. Arus ini juga mentranspor sedimen yg terbawa glb. glb



Sdt dtg glb αb besar



Sdt dtg glb normal (αb = 0)



Sdt dtg glb kecil



Persamaan Penyelesaian Persoalan A Arus D Dekat k tP Pantai t i • Arus dkt p pantai dihitung g dari p pers momentum dan kontinuitas: …………..(4-16) …………….(4-17) ……………..(4-18)



U = waktu-kedalaman rata2 arus cross-shore V = waktu-kedalaman rata2 arus longshore Fbx, Fby = gesekan komponen cross-shore dan longshore Lx, Ly = mixing lateral komponen cross-shore dan longshore Rbx, Rby = gaya glb komponen cross-shore dan longshore Rsx, Rsy = gaya angin komponen cross-shore dan longshore



•



Pers tsb termasuk gaya glb & angin, gradien tekanan krn fluktuasi mwl, gesekan dasar krn arus & glb, campuran lateral arus.



•



Gaya penggerak utama adalah fluks momen glb pecah (stres radiasi), yg menyebabkab arus baik baerarah LS & CS.



•



Stres radiasi proporsional dg kwadrat H, shg gaya yg menimbulkan arus terbesar di daerah dg g gradien g peluruhan p glb g curam.



•



Gesekan dasar adalah gaya penahan terhadap arus. Kekasaran dasar & kecepatan glb & arus menentukan gesekan dasar.



•



Campuran (mixing) lateral adalah pertukaran momen yg disebabkan oleh turbulensi eddy yg cenderung menyebarkan efek gaya glb di atas daerah gradien curam dlm peluruhan glb.



Longshore Currents (LC) •



• •



Glb & angin menyebabkan LC mengalir pralel dg shoreline dan paling kuat di surfzone, meluruh scr cepat kearah laut di breaker. Arus ini ditimbulkan oleh gradien fluks momentum krn peluruhan glb yg dtg d menyudut. d Kecepatan rata2 LC 0,3 m/dt atau lkurang, tp dpt > 1m/dt pd saat badai. Kecepatan relatif konstan thd kedalaman. K Konsep stres t radiasi di i diaplikasikan di lik ik pd d LC pertama t k li oleh kali l h Bowen B (’69);Longuet-Higgins (’70) 7 Thornton (’70). Gaya penggerak glb utk LC adalah gradien cross-shore dlm stres radiasi komponen Sxy. ………………..(4-19) dg teori glb linier linier, ………………..(4-20)



n = perbandingan kecep klmpok glb dan kecep fase



• Variable yg menentukan LC dlm pers di atas adalah sdt ant crest dg kontur dsr laut & tinggi glb. H tdk hanya mempengaruhi kecepatan LC tp jg total kecepatan volume l aliran. li • Pemecahan analitis sederhana utk LC krn glb diberikan Longuet-Higgins o guet gg s ((’70), 0), dg asu asumsi s H da dan bat batimetri et spj pantai homogen, teori glb linier, sdt datang glb pecah kecil, kemiringan pantai uniform, mixing lateral tdk ada: ……………..(4-21) V tanβ* Cf



α



= kecepatan LC = slope pantai tlh dirubah utk setup (= tanβ / (1+(3γb2 /8)) = koefisien gesekan dasar = sdt dtg glb ant crest dan kontur dasar laut



• • •



•



Perubahan kemiringan pantai tanβ* utk menghitung perubahan kedlaman air krn setup Cf mempunyai range nilai 0,005-0,01, tp tergantung kekasaran d dasar llaut. t Distribusi CS dari LC yg diperoleh dari pers (4-21) berbentuk segitiga dg maksimum trdpt pd breaker dan zero di shoreline dan kearah laut dari breaker breaker. Komar dan Inman (’70) memperoleh ekspresi LC pd bag tengah surfzone Vmid: ……………….(4-22)



•



Pers (4-22) memperlihatkan hub yg baik dg data LC yg ada (lihat Gambar 4-8).



Gambar 4-8. Korelasi hasil pers. 4-22 dg data laboratorium (Komar, 1979)



Cross shore Currents •



Tdk spt LC, CC tdk konstastsn thd kedalaman. Masa ditranspor ke pantai krn glb dikonsentrasikan antara lembah dan puncah. Krn tdk ada fluks masa net melalui pantai, transpor masa krn glb ini sbgian besar diseimbangkan kembali oleh arus balik



Rip Currents •



• •



•



Rip current, arus dangkal yang kuat mengalir ke arah laut dari surfzone. RC adalah fed oleh arus berarah spj pantai di surfzone, yg meningkat dari zero di antara dua rip sampai maksimum pd saat sblm berbelok ke laut membentuk rip. Rip dpt menyebabkan scouring dan bahaya bagi perenang. RC dan sirkulasi cell dpt terbentuk oleh variasi setup di spj pantai. Setup dan Hb berhub. scr langsung, shg variasi H di spj pantai menyebabkan variasi setup. Gradien setup spj pantai menyebabkan aliran dari posisi glb & setup tertinggi ke arah posisi glb & setup terendah. Variasi setup spj pantai dpt disebabkan oleh transformasi glb yg datang apakah divergen atau konvergen.