FLUKTUASI MUKA AIR LAUT 4.1 Pendahuluan Elevasi muka air merupakan parameter sangat penting didalam perencanaan bangunan pantai. Muka air laut berfluktuasi dengan perioe yang lebih besar dari periode gelombang angin. Gelombang terjadi pada permukaan laut referensi yaitu muka air diam ( still water level, SWL) . Beberapa proses alam yang terjadi dalam waktu yang bersamaan membentuk variasi muka air laut dengan periode panjang. Proses alam tersebut meliputi tsunami, gelombang badai (storm surge), kenaikan muka air karena gelombang (wave set-up), kenaikan muka air karena perubahan suhu global, dan pasang surut. Diantara beberapa proses tersebut fluktuasi muka air karena badai dan tsunami (gempa) tidak dapat ditentukan atau diprediksi kapan terjadinya. Sedangkan pasang surut mudah diprediksi dan diukur baik besar maupun waktu terjadinya. Fluktuasi muka air laut karena tsunami, pasang surut dan gelombang badai adalah periodik dengan periode berbeda, mulai dari beberapa menit (tsunami), setengah hari atau satu hari (pasang surut) dan beberapa hari (gelombang badai). Sedangkan kenaikan muka air laut karena perubahan suhu global selalu bertambah dengan pertambahan waktu. Apabila fluktuasi muka air tersebut terjadi secara bersamaan dengan gelombang angin y ang mempunyai periode lebih kecil (beberapa detik), maka muka air tersebut relatif konstan terhadap fluktuasi muka air laut karena gelombang angin.
(gambar 4.1)
4.2 Tsunami Tsunami adalah gelombang yang terjadi karena gempa bumi atau letusan gunung api di laut. Gelombang yang terjadi bervariasi dari 0.5 m sampai 30 m dan periode dari beberapa menit sampai sekitar satu jam. Berbeda dengan gelombang (angin) yang hanya akan menggerakkan air laur bagian atas, pada tsunami seluruh kolom air dari permukaan sampai dasar bergerak ke segala arah. Cepat rambat gelombang tsunami tergantung pada kedalaman laut. Semakin besar kedalaman maka semakin besar kecepatan rambatnya. Pada kedalaman 5000 m kecepatan rambat tsunami mencapai 230 m/d (sekitar 830 km/jam), pada kedalaman 4000 m sebesar 200 m/d dan pada kedalaman 40 m kecepatan rambatnya 20 m/d. Panjang gelombang tsunami yaitu jarak antara dua puncak gelombng yang berurutan bisa mencapai 200 km. Dilokasi pembentukan tsunami (daerah episentrum gempa) tinggi gelombang tsunami diperkirakan antara 1,0 m dan 2,0 m. Selama penjalaran dari tengah laut (pusat terbentuknya tsunami) menuju pantai, tinggi gelombang menjadi semakin besar karena pengaruh perubahan kedalaman laut. Setelah sampai di pantai gelombang naik (run-up) kedaratan dengan kecepatan tinggi yang bisa menghancurkan kehidupan didaerah pantai. Kembalinya air ke laut setelah mencapai puncak gelombang ( run-down) bisa menyeret segala sesuatu kembali ke laut. Gelombang tsunami dapat menimbulkan bencana didaerah yang sangat jauh dari pusat terbentuknya. Sebagai contoh, gelombang tsunami yang disebabkan oleh letusan gunung Krakatau di Selat Sunda pada tahun 1883, pengaruhnya menjalar sampai ke pantai timur Afrika. Bencana yang
ditimbulkan adalah 36.000 jiwa tewas, terutama di pantai sumatera dan jawa yang berbatasan dengan Selat Sunda. Tsunami yang terjadi karena gempa bumi di Flores pada tahun 1992 ditimbulkan oleh gempa dan mengakibatkan lebih dari 2000 orang meninggal. Pencatatan gelombang tsunami di Indonesia belum banyak dilakukan. Jepang sebagai negara yang sering mengalami serangan tsunami telah melakukan banyak penelitian dan pencatatan gelombang tsunami. Telah dikembangkan suatu hubungan antara tinggi gelombang tsunami did aerah pantai dan besaran tsunami m. Besaran tsunami bervariasi mulai dari m= -2,0 yang memberikan tinggi gelombang kurang dari 0,3 m sampai m= 5 untuk gelombang lebih besar dari 32 m. Kejadian tsunami yang disebabkan oleh gempa bumi di laut tergantung pada beberaa faktor berikut. 1. Kedalaman pusat gempa (episentrum) dibawah dasar laut h (km) 2. Kekuatan gempa M yang dinyatakan dalam skala richter 3. Kedalaman air diatas episentrum d (m)
Gelombang tsunami mempunyai hubungan erat dengan kedudukan gempa dan kedalaman pusat gempa. Gambar 4.2 menunjukkan hubungan antara kekuatan gempa M dan kedalaman gempa terhadap kemungkinan terjadinya tsunami. Pada daerah disebelah kiri garis A gempa yang terjadi tidak menimbulkan tsunami. Sedang didaerah sebelah knan garis A dan B gempa yang terjadi dapat menimbulkan tsunami. Besaran tsunami (m) mempunyai hubungan erat dengan kekuatan gempa seperti yang diberikan dalam gambar 4.3. garis sebelah kanan adalah garis yang dikembangkan dijepang berdasarkan pencatatan tsunami yang cukup banyak. Sedangkan garis sebelah kiri adalah perkiraan dari hubungan antara kedua parameter untuk tsunami di indonesia, berdasarkan data yang terbatas. Kedua garis tersebt dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut. m
H (meter)
5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0
>32 24,0 – 32,0 16,0 – 24,0 12,0 – 16,0 8,0 – 12,0 6,0 – 8,0 4,0 – 0,6 3,0 – 4,0 2,0 – 3,0 1,5 – 2,0 1,0 – 1,5 0,75 – 1,0 0,5 – 0,75 0,3 – 0,5 <0,3
Tabel 4.1 Hubungan antara besaran gempa dan tinggi tsunami di pantai. (Gambar 4.2) (Gambar 4.3)
Jepang : M = 2,8 M – 19,4
(4.1)
Indonesia : M = 2,26 M – 14.18
(4.2)
Nilai m yang diperoleh dari grafik atau persamaan tersebut dapat digunakan untuk memperkirakan tinggi gelombang tsunami berdasarkan tabel 4.1. terlihat bahwa pada kekuatan gempa yang sama untuk nilai m berdasar kedua persamaan memberikan perbedaan tinggi gelombang yang besar. Sebagai contoh untuk M = 7, persamaan (4.1) memberikan tinggi gelombang tsunami H = 1,0 m sampai H = 1,5 m; sedang persamaan (4.2) menghasilkan H = 3,0 m sampai H = 4,0 m. Pemakaian persamaan (4.2) memberikan tinggi gelombang tsunami yang bisa lebih dari dua kali daripada penggunaan persamaan (4.1) mengingat persamaan (4.2) yang berlaku diindonesia didasarkan pada jumlah data yang sedikit, maka penggunaan persamaan tersebut perlu dipertimbangkan kembali. Akan tetapi lebih bijaksana apabila sementara ini, sambil menunggu penelitian dan pencatatan data yang lebih banyak dan akurat, digunakan persamaan (4.1). Besaran tsunami m juga tergantung pada kedalaman laut ( d ) di lokasi terbentuknya gempa. Terdapat hubungan empiris antara kedua parameter yang diberikan oleh persamaan berikut: m = 1,7 log ( d ) – 1,7
(4.3)
Periode gelombang tsunami tergantung pada kekuatan gempa seperti y ang diberikan dalam gambar 4.4
(gambar 4.4) Najoan, T.F. (1995) membagi kepulauan indonesia dalam empat daerah (zona) rawan tsunami seperti ditunjukkan dalam gambar 4.5 terlihat bahwa daerah pantai yang rawan terhadap tsunami (zona 1,2 dan 3) dengan daya hancur dari kecil sampai sangat besar cukup luas. Dari pengalaman bencana tsunami di indonesia, upaya penanggulangan terutama diarahkan untuk menekan jumlah korban jiwa. Beberapa langkah penanggulangan dapat dilakukan sebagai berikut ini. 1. Daerah sempadan pantai harus cukup lebar dan ditanami dengan tanaman keras. 2. Daerah permukiman ditempatkan dilokasi yang aman, yang ditetapkan berdasarkan tinggi gelombang tsunami dan topografi daerah.
3. Dibuat bagunan pelindung tsunami yang berupa tanggul disepanjang pantai. 4. Fasilitas pelabuhan sebaiknya dipisahkan dari pemukiman, untuk mencegah benda benda terapung seperti perahu, drum, dan benda l ainnya dapat menajdi tenaga penghantam yang merusak bila terjadi tsunami. (gambar 4.5)
Contoh 1 Dilaut dengan kedalaman 50 m terjadi gempa dengan kekuatan 7 skala richter. Pusat gempa berada pada 40km dibawah dasar laut. Perkirakan besarnya tsunami yang terjadi. Penyelesaian: Dengan menggunakan gambar 4.2 untuk M=7 dan h=40 km, didapat titik data berada diantara garis A dan B; yang berarti gempa tersebut menimbulkan tsunami. Selanjutnya dihitung besaran tsunami
(m) dengan menggunakan persamaan (4.2) dan (4.3): m= 1,7 log (50) – 1,7 = 1,19
dan m= 2,26 (7) – 14,18 = 1,64
dari kedua nilai tersebut diambil yang terkecil yaitu m = 1,19. Dengan menggunakan tabel 4.1 untuk nilai m=1,19 didapat tinggi tsunami berkisar antara 2,4 dan 3,4 m. Apabila digunakan persamaan (4.2) untuk tsunami yang berlaku dijepang diperoleh nilai m=0,2; sehingga tinggi tsunami adalah antara 1,4 m dan 1,9 m.
4.3 Kenaikan Muka Air Karena Gelombang Gelombang yang datang dari laut menuju pantai menyebabkan fluktuasi muka air didaerah pantai terhadap muka air diam. Pada waktu gelombang pecah akan terjadi penurunan elevasi muka air rerata terhadap elevasi muka air diam disekitar lokasi gelombang pecah. Kemudian dari titik dimana gelombang pecah permukaan air rerata miring keatas arah pantai. Turunnya muka air tersebut dikenal dengan wave set-down, sedang naiknya muka air disebut wave set-up seperti yang ditunjukkan dalam gambar 4.6 Kedalaman air minimum dilokasi gelombang pecah pada saat wave set-down adalah d b. Perbedaan elevasu muka air rerata dan muka air diam dititik tersebut adalah Sb. Setelah itu muka air naik dan memotong garis pantai. Perbedaan elevasi muka air antara kedua titik adalah wave set-up antara daerah gelombang pecah dan pantai yang diberi oleh notasi ∆S. Wave set-up terhadap muka
air diam Sw adalah perbedaan antara ∆S dan Sb. (gambar 4.6)
Wave set-up di pantai dapat dihitung menggunakan teori Longuet-Higgins dan Stewart (1963, dalam
CERC, 1984). Besar wave set-down di daerah gelombang pecah diberikan oleh:
0,536 2/ Sb = - 1/2
(4.4)
Dengan: Sb
: set-down di daerah gelombang pecah
T
: periode gelombang
H’ 0
: tinggi gelombang laut dalam ekivalen
d b
: kedalaman gelombang pecah
g
: percepatan gravitasi
wave set-up dipantai diberikan oleh bentuk berikut: Sw = ∆S - Sb
(4.5)
Longuet-Higgins dan Stewart melakukan analisa data hasil percobaan yang dilakukan oleh Saville (1961, dalam SPM, 1984) dan hasilnya adalah ∆S = 0,15 d b dengan menganggap bahwa d b =
1,28 Hb maka: ∆S = 0,15 d b
(4.6)
Substitusi persamaan (4.4) dan (4.6) ke dalam persamaan (4.5) didapat: Sw = 0,19 [1 – 2,82
√ ]H 2 b
(4.7)
HALAMAN TERAKHIR,
(Gambar 4.13) (Gambar 4.14)
3. pasang surut campuran condong ke harian ganda ( mixed tide prevailing semidiumal ) dalam satu hari terjadi dua kali air pasang dan dua kali air surut, tetapi tinggi dan periodenya berbeda (Gambar 4.13.b) pasang surut ini banyak terdapat di perairan Indonesia Timur. 4. Pasang surut campuran condong ke harian tunggal ( mixed tide prevailing diurnal )
Pada tipe ini dalam satu hari terjadi satu kali air pasang dan satu kali air surut, tetapi kadang kadang untuk sementara waktu terjadi dua kali pasang dan dua kali surut dengan tinggi dan periode yang sangat berbeda (Gambar 4.13.c) pasang surut jenis ini terdapat di selat Kalimantan dan pantai utara Jawa Barat.
