aplikasi model intrusi air laut akibat gelombang pasang
DESCRIPTION
Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008 Universitas Lampung, 17-18 November 2008TRANSCRIPT
Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
ISBN : 978-979-1165-74-7 XI - 80
APLIKASI MODEL INTRUSI AIR LAUT AKIBAT GELOMBANG PASANG
(Kasus Sungai Air Bengkulu)
Khairul Amri
Dosen Fakultas Teknik Universitas Bengkulu
ABSTRACK
This research study on intrusion with mathematic model result of waving variation level and tide charge freshwater, by making one dimension of numeric model. Calculation use finite difference and the used is explicit scheme. Result of application model in Bengkulu River, condition of maximum high water (full moon) with minimum freshwater debit from upstream equal to 4,6 m3/sec, salinity at 6500 meter equal to 0,282 ppm, salinity at 7000 meter equal to 0,00 ppm. At condition of minimum high water (waxing moon) with minimum freshwater debit of upstream equal to 4,6 m3/sec, salinity at 5000 meter equal to 0,075 ppm At condition with mean freshwater debit and upstream equal to 52,3 m3/sec, salinity at 4500 meter equal to 0,00 ppm, while condition with maximum freshwater debit of upstream equal to 100 m3/sec, salinity at 3000 meter equal to 0,00 ppm. Keywords: waving variation level and freshwater 1. PENDAHULUAN
Sungai merupakan sumber daya alam yang sangat penting dalam kehidupan manusia.
Salah satunya sungai merupakan sumber air untuk air baku yang digunakan untuk kebutuhan
hidup sehari-hari. Sungai Air Bengkulu memegang peranan penting dalam penyediaan air baku,
dan air irigasi bagi masyarakat kota Bengkulu. Permasalahan adanya intrusi air laut pada Sungai
Bengkulu ini disebabkan debit sungai tidak cukup besar untuk menahan arus pasang air laut di
muara, terutama pada musim kemarau. Salah satu faktor yang berpengaruh terhadap intrusi air
laut adalah debit sungai, makin kecil debit sungai makin jauh jarak pengaruh intrusi air laut ke
arah hulu, juga ada faktor lain yang berpengaruh pada intrusi air asin di sungai, yaitu pasang
surut dan penampang sungai. Dengan diketahuinya pergerakan air asin di sungai Bengkulu,
maka dapat diletakkan posisi pintu intake secara aman, atau dapat ditentukan saat-saat yang
aman untuk mengambil air baku.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah untuk menentukan pengaruh intrusi air asin di Sungai Bengkulu
dengan model matematik 1-D dalam rangka untuk mengevaluasi letak bangunan pengambilan
(intake) PDAM terhadap pengaruh air asin.
Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
ISBN : 978-979-1165-74-7 XI - 81
INTRUSI AIR ASIN LEWAT SUNGAI
Berdasarkan kekuatan relatif antara pasang surut dan debit sungai, sirkulasi estuari
dapat di kelompokkan ke dalam 3 golongan utama, Suripin (2000), yaitu :
1) Estuari sudut asin (salt wegde)
Estuari jenis ini berkembang pada sungai yang bermuara ke laut, yang pasang surutnya sangat
rendah dan debit sungai sangat kuat. Antara air asin dan air tawar terjadi gradien rapat massa
dan keasinan yang sangat tajam dan membentuk holoklin yang stabil dan kedua jenis massa air
akan terpisah, dengan air tawar yang mengalir menuju laut berada pada lapisan air asin, dan
lapisan air asin mengalir di bawah air tawar dengan membentuk sudut. Salinitas di lapisan
bawah sama dengan salinitas air laut, sedang lapisan atas merupakan air tawar. Arah kecepatan
aliran di atas dan di bawah bidang batas berlawanan.
2) Estuari tercampur sebagian
Estuari tercampur sebagian berkembang pada sungai yang bermuara pada laut dengan pasang
surut moderat. Arus pasang surut cukup berpengaruh, dan seluruh massa air bergerak naik dan
turun estuari mengikuti naik dan turunnya air, sehingga pada pertemuan air asin atau air tawar
menimbulkan geseran pada dasar estuari menimbulkan tegangan geser, dan menimbulkan
turbulensi. Terjadi pencampuran air asin ke arah atas dan air tawar ke arah bawah. Air tawar
mengalir ke arah laut bercampur dengan air asin dengan proporsi yang lebih tinggi.
3) Estuari tercampur sempurna (well mixed)
Estuari tercampur sempurna biasanya terdapat pada estuari yang lebar dan dangkal, dimana
pasang surutnya tinggi, dan arus pasang surut lebih kuat dibandingkan dengan aliran sungai,
kolom air menjadi tercampur secara keseluruhan, tidak terjadi bidang batas antara air asin dan
air tawar. Distribusi salinitas dalam arah vertikal adalah sama atau pada estuari jenis ini hampir
tidak terjadi variasi salinitas ke arah vertikal. Variasi salinitas hanya terjadi sepanjang estuari,
tanpa stratifikasi vertikal dan lateral.
FORMULASI MODEL MATEMATIK 1 - D
Penjalaran gelombang pasang surut di estuari dan intrusi air asin di estuari dapat diprediksi
berdasarkan persamaan Barre de St. Venant, yang terdiri dari Cunge dkk. (1980) :
1. Persamaan kontinuitas.
....(3.13).................................................. 0 x
Q
b
1 =
∂∂+
∂∂
t
y
Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
ISBN : 978-979-1165-74-7 XI - 82
2. Persamaan momentum.
3. Persamaan transpor massa.
4. Persamaan Keadaan.
Koefisien difusi memanjang di hitung dengan rumus Okubo (De Borne de Granpre,
1978).
Gesekan dasar dan dinding yang menghambat aliran diberikan oleh rumus empiris berikut :
Atau dengan menggunakan rumus Strickler :
K = kst.AR2/3 ………………………………………(3.20)
Kondisi Awal dan Kondisi Batas
Dalam penelitian ini kondisi awal dan kondisi batas yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Kondisi awal
2. Kondisi batas hulu
Dalam penelitian ini debit masukan dari sebelah hulu konstan dan dilakukan perubahan pada
setiap running program untuk mengetahui pengaruhnya terhadap perubahan prilaku aliran dan
salinitas.
...(3.14)0......... dc
gA K
QQgA
x
ygA )
A
Q(
x
2
2
=∂∂++
∂∂+
∂∂+
∂∂
xt
Q ρρ
(3.15)........................................ x
A
1
x
CV
∂∂
∂∂=
∂∂+
∂∂
x
CAKx
t
C
.(3.16)..................................................1000...... C 0,00075 +=ρ
)18.3.....(..................................................SfKQ =
)19.3...(................................................... RACK =
..(3.17)........................................ 10 )(
,(65 +=
xb
txQKx
)21.3........(..................................................
13
2
gA
TQ
IfIo
x
y
−
−=∂∂
)22.3........(.................................................. 22
2
RAC
QIf
z
=
Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
ISBN : 978-979-1165-74-7 XI - 83
3. Kondisi batas hilir
PENYELESAIAN SECARA NUMERIS
Pada skema eksplisit bentuk fungsi f(x,t) dan diferensial parsiil terhadap ruang dan waktu dapat
didekati oleh bentuk berikut ini :
Adapun persamaan yang diselesaikan dalam bentuk skema eksplisit adalah :
1. Persamaan Kontinuitas dan momentum
Untuk memenuhi kondisi stabilitas, langkah waktu dibatasi oleh kondisi Courant-Friedrick-
Lewy (CFL) (Koutitas, 1988).
2. Persamaan Transpor
Koefisien difusi harus memenuhi persyaratan nilai Peclet Number (PC) (Koutitas, 1988), sesuai
dengan persamaan (3.26) di bawah ini.
)23.3.......(.............................. *2
sin2
)(
+= tT
HSWLtY
π
32).......(3............................... x
1
1)CA - ( -
1
))CA - ((
n1 i
ni
n1 -
1 1
∆
∆
∆
+=
+
++
xCAKdA
xCAKdA
A
dtCBCC
ni
ni
ni
ini
nin
i
ni
ni
)24.3.........(..................................................2
)(),(
)(),(
),(
11
1
t
ff
t
txf
t
ff
t
txf
ftxf
ni
ni
ni
ni
ni
∆−≈
∂∂
∆−≈
∂∂
≈
−+
+
( ) ( )
( ) ( ) ( )
( ) ....(3.26).................... 2
AC
2
*
2Q
...(3.25)........................................ - y
1 1 2i
2z
ii
1 1
1-
21
1
21
i1
111- 1
i1
−+
−+−
+
++
−++
+
−∆
∆−∆−
−∆
∆−
−
∆∆−=
−Λ−=
in
in
i
ii
i
nn
i
in
ini
i
in
i
in
nni
ni
ni
ii
nni
dc
x
tgA
RtgA
yyx
gAt
A
Q
A
Q
x
tQ
QQxxb
tY
ρρρ
Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
ISBN : 978-979-1165-74-7 XI - 84
METODOLOGI
Secara garis besar penelitian ini meliputi kegiatan-kegiatan sebagaimana tercantum dalam bagan
alir pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema langkah penelitian
.(3.33)............................................................ 1 ≥=Kd
ULPC
Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
ISBN : 978-979-1165-74-7 XI - 85
Gambar 2. Bagan Alir Perambatan Gelombang dan Garam
Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
ISBN : 978-979-1165-74-7 XI - 86
Dari aplikasi model pada kondisi pasang maksimum (purnama) dengan debit air tawar
minimum dari hulu sebesar Q = 4,6 m3/dt, Lebar muka air = 45 meter, Panjang sungai = 6500
meter, Kemiringan dasar sungai = 0,000125, ∆t = 20 detik, ∆x = 500 meter, Tinggi air normal
= 1,8 meter, salinitas sampai dengan jarak 6500 meter, nilai salinitas sebesar 0,282 ppm. Pada
kondisi pasang minimum (perbani) dengan debit air tawar minimum dari hulu sebesar Q = 4,6
m3/dt, salinitas sampai pada jarak 5000 meter, nilai salinitas sebesar 0,075 ppm. Pada kondisi
pasang purnama dengan debit air tawar rata-rata dari hulu sebesar 52,3 m3/dt, jarak salinitas
sampai dengan 4500 meter, nilai salinitas 1.100 ppm, sedangkan pada kondisi pasang purnama
dengan debit air tawar maksimum dari hulu sebesar 100 m3/dt, jarak salinitas sampai dengan
3000 meter, nili salunitasya 0.645.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan dapat disimpulkan beberapa hal, sebagai berikut :
1. Berdasarkan hasil aplikasi model pada berbagai kondisi pasang surut dengan variasi
debit air tawar, maka penjalaran intrusi air asin maksimum sampai dengan 6500 meter dari
muara, yaitu pada saat pasang purnama dengan debit air tawar minimum dari hulu sebesar
4,6 m3/dt .
2. Dari hasil kalibrasi model dengan debit air tawar konstan sebesar 30 m3/dt, lebar muka
air = 45 meter, kemiringan dasar sungai = 0,000125, panjang sungai = 4000 meter, hasil
yang baik dicapai dengan harga ∆t = 20 dt, dan ∆x = 500 meter, serta nilai Chezy 30.
3. Dari salinitas hasil model, maka penjalran intrusi air asin minimum hanya terjadi
sampai dengan 3500 meter dari muara, yaitu pada saat pasang purnama, dengan debit air
tawar maksimum dari hulu sebesar 100 m3/dt.
DAFTAR PUSTAKA
Gerald F, Patrick O. Wheatley, 1989, Applied Numerical Analysis. Addison-Wesley Publishing
Company.
Ippen, A.T., 1966. Estuary And Coastline Hydrodynamics. McGraw-Hill Book Company. Inc. Junaidi, 2000. Model Numeris Intrusi Air Asin di Estuari Akibat Gelombang Pasang Surut.
Thesis, UGM. Yogyakarta. Koutitas CG, 1988, Mathematical Models in Coastal Engineering, Pantecs Press, London. Linsley, R.K. et al, 1989. Hidrologi Untuk Insinyur. Penerbit Erlangga, Jakarta.
Universitas Ilmu Teknik.
Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008
Universitas Lampung, 17-18 November 2008
ISBN : 978-979-1165-74-7 XI - 87
Peavy, H.S., 1985. Environmental Engineering. McGraw-Hill International Editions. Pitara, W., 1987. Model Perembesan Garam Di Sungai/Estuari. Tugas Akhir Jurusan Geofisika
dan Meteorologi ITB, Bandung. P. Van Groen, 1979, Salt Intrusion,Departemen Pekerjaan Umum Direktorat Jenderal Pengairan
Proyek Pembukaan Persawahan Pasang Surut, Jakarta. Richardh H. French., 1985. Open Channel Hydraulics. McGraw-Hill International Editions. Suripin, 2000. Pengembangan Sumber Daya Air, Diktat Kuliah S1 Teknik Sipil Universitas
Dipenogoro, Semarang. Suripin, 2001. Teknik Muara, Pantai dan Air Tanah, Diktat Kuliah D-3 Teknik Pusdik
Kimpraswil Universitas Diponegoro, Semarang. Szymkiewiez R, 1995, Methode to Solve 1D Unsteady Transport and Flow Equation, Journal of
Hydraulic Engineering, Vol : 124 No. 3, 280 – 286. Triatmodjo, B.,1999. Teknik Pantai. Beta Offset Yogyakarta. Triatmodjo, B.,1992. Metode Numerik. Beta Offset Yogyakarta. Yadi. N., 1997. Model Intrusi Garam Di Sungai Upang, Sumatera Selatan, Jurusan Meteorologi
dan Geofisika ITB, Bandung