Gelombang Laut

Latar belakang

            Gelombang adalah peristiwa naik turunnya permukan air laut dari ukuran kecil (riak) sampai yang paling panjang (pasang surut). Gelombang yang terjadi di perairan Teluk Pelabuhan Ratu merupakan gelombang hasil rambatan yang terjadi di samudera Indonesia. Gelombang ini dipengaruhi oleh kondisi topografi dasar laut dan keadaan angin. Hasil pengamatan memperlihatkan bahwa keadaan gelombang tertinggi terjadi pada periode bulan desember sampai februari (musim barat), ketinggian gelombang mencapai 1,5 m – 2 m. Sedangkan pada bulan lainnya tinggi gelombang yang tercatat kurang dari 1,5 meter  (Jatilaksono, 2007).

Penyebab utama terjadinya gelombang adalah angin. Gelombang dipengaruhi oleh kecepatan angin, lamanya angin bertiup, dan jarak tanpa rintangan saat angin bertiup (fetch). Gelombang terdiri dari panjang gelombang, tinggi gelombang, periode gelombang, kemiringan gelombang dan frekuensi gelombang. Panjang gelombang adalah jarak berturut-turut antara dua puncak atau dua buah lembah. Tinggi gelombang adalah jarak vertikal antara puncak dan lembah gelombang. Periode gelombang adalah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk kembali pada titik semula. Kemiringan gelombang adalah perbandingan antra tinggi dan panjang gelombang. Frekuensi gelombang adalah jumlah gelombang yang terjadi dalam satu satuan waktu (Jatilaksono, 2007).

Pada hakikatnya, gelombang yang terbentuk oleh hembusan angin akan merambat lebih jauh dari daerah yang menimbulkan angin tersebut. Hal ini yang menyebabkan daerah di pantai selatan Pulau Jawa memiliki gelombang yang besar meskipun angin setempat tidak begitu besar. Gelombang besar yang datang itu bisa merupakan gelombang kiriman yang berasal dari badai yang terjadi jauh dibagian selatan Samudera Hindia (Jatilaksono, 2007).

Gelombang laut

Gelombang/ombak yang terjadi di lautan dapat diklasifikasikan menjadi beberapa macam tergantung kepada gaya pembangkitnya. Pembangkit gelombang laut dapat disebabkan oleh: angin (gelombang angin), gaya tarik menarik bumi-bulan-matahari (gelombang pasang-surut), gempa (vulkanik atau tektonik) di dasar laut (gelombang tsunami), ataupun gelombang yang disebabkan oleh gerakan kapal.

Gelombang yang sehari-hari terjadi dan diperhitungkan dalam bidang teknik pantai adalah gelombang angin dan pasang-surut (pasut). Gelombang dapat membentuk dan merusak pantai dan berpengaruh pada bangunan-bangunan pantai. Energi gelombang akan membangkitkan arus dan mempengaruhi pergerakan sedimen dalam arah tegak lurus pantai (cross-shore) dan sejajar pantai (longshore). Pada perencanaan teknis bidang teknik pantai, gelombang merupakan faktor utama yang diperhitungkan karena akan menyebabkan gaya-gaya yang bekerja pada bangunan pantai (Acehpedia, 2009).

 DEFINISI GELOMBANG

Gelombang adalah pergerakan naik dan turunnya air dengan arah tegak lurus permukaan air laut yang membentuk kurva/grafik sinusoidal. Gelombang laut disebabkan oleh angin. Angin di atas lautan mentransfer energinya ke perairan, menyebabkan riak-riak, alun/bukit, dan berubah menjadi apa yang kita sebut sebagai gelombang.

Amati gerak pelampung di dalam gambar animasi gelombang di atas.

Perhatikan bahwa sebenarnya pelampung bergerak dalam suatu lingkaran (orbital) ketika gelombang bergerak naik dan turun. Partikel air berada dalam satu tempat, bergerak di suatu lingkaran, naik dan turun dengan suatu gerakan kecil dari sisi satu kembali ke sisi semula. Gerakan ini memberi gambaran suatu bentuk gelombang. Pelampung yang mengapung di air pindah ke pola yang sama, naik turun di suatu lingkaran yang lambat, yang dibawa oleh pergerakan air.

Di bawah permukaan, gerakan berputar gelombang itu semakin mengecil. Ada gerak orbital yang mengecil seiring dengan kedalaman air, sehingga kemudian di dasar hanya akan meninggalkan suatu gerakan kecil mendatar dari sisi ke sisi yang disebut “surge” (Acehpedia, 2009)..

Pengaruh Gelombang

Pada kondisi sesungguhnya di alam, pergerakan orbital di perairan dangkal (shallow water) dekat dengan kawasan pantai dapat dilihat pada gambar animasi dibawah ini. Pada gambar animasi ini, dapatlah kita bayangkan bagaimana energi gelombang mampu mempengaruhi kondisi pantai (Acehpedia, 2009)..

Simulasi pergerakan partikel air saat penjalaran gelombang menuju pantai

Ketinggian dan periode gelombang tergantung kepada panjang fetch pembangkitannya. Fetch adalah jarak perjalanan tempuh gelombang dari awal pembangkitannya. Fetch ini dibatasi oleh bentuk daratan yang mengelilingi laut. Semakin panjang jarak fetchnya, ketinggian gelombangnya akan semakin besar. Angin juga mempunyai pengaruh yang penting pada ketinggian gelombang. Angin yang lebih kuat akan menghasilkan gelombang yang lebih besar.

Gelombang yang menjalar dari laut dalam (deep water) menuju ke pantai akan mengalami perubahan bentuk karena adanya perubahan kedalaman laut. Apabila gelombang bergerak mendekati pantai, pergerakan gelombang di bagian bawah yang berbatasan dengan dasar laut akan melambat. Ini adalah akibat dari friksi/gesekan antara air dan dasar pantai. Sementara itu, bagian atas gelombang di permukaan air akan terus melaju. Semakin menuju ke pantai, puncak gelombang akan semakin tajam dan lembahnya akan semakin datar. Fenomena ini yang menyebabkan gelombang tersebut kemudian pecah (Acehpedia, 2009)..

Perubahan bentuk gelombang yang menjalar mendekati pantai

Ada dua tipe gelombang, bila dipandang dari sisi sifat-sifatnya. Yaitu:

• Gelombang pembangun/pembentuk pantai (Constructive wave).
• Gelombang perusak pantai (Destructive wave).

Yang termasuk gelombang pembentuk pantai, bercirikan mempunyai ketinggian kecil dan kecepatan rambatnya rendah. Sehingga saat gelombang tersebut pecah di pantai akan mengangkut sedimen (material pantai). Material pantai akan tertinggal di pantai (deposit) ketika aliran balik dari gelombang pecah meresap ke dalam pasir atau pelan-pelan mengalir kembali ke laut.

Gelombang pembentuk pantai

1. A.    Jenis – Jenis Gelombang Air

Gelombang di laut dapat dibedakan menjadi beberapa macam yang tergantung dari gaya pembangkitnya. Gelombang tersebut adalah gelombang angin yang dibangkitkan oleh tiupan angina di permukaan laut, gelombang pasang surut dibangkitkan oleh gaya tarik benda-benda langit terutama matahari dan bulan terhadap bumi, gelombang tsunami terjadi karena letusan gunung berapi atau gempa di laut, gelombang yang dibangkitkan oleh kapal yang bergerak dan sebagainya (ilemoned, 2008).

1. Gelombang Laut Akibat Angin

Gelombang yang disebabkan oleh angin dapat menimbulkan energi untuk membentuk pantai, menimbulkan arus dan transpor sedimen dalam arah tegak lurus dan sepanjang pantai, serta menyebabkan gaya-gaya yang bekerja pada bangunan pantai. Gelombang merupakan factor utama di dalam penentuan tata letak (layout) pelabuhan, alur pelayaran, perencanaan bangunan pantai, dan sebagainya. Pada gambar A.1 ditunjukan suatu bentuk contoh gelombang laut akibat angina dengan periodenya (ilemoned, 2008)..

Gambar gelombang laut akibat angin dengan Periode Pendek: 2 – 25 detik

2.  Gelombang Laut Akibat Pasang Surut 
            Pasang surut juga merupakan faktor yang penting karena bisa menimbulkan arus yang cukup kuat terutama di daerah yang sempit, misalkan di teluk, estuary, dan muara sungai. Selain itu elevasi muka air pasang dan air surut juga sangat penting untuk merencanakan bangunan – bangunan pantai. Sebagai contoh elevasi puncak bangunan pantai ditentukan oleh elevasi muka air pasang untuk mengurangi limpasan air, sementara kedalaman alur pelayaran dan perairan pelabuhan ditentukan oleh muka air surut. Gelombang besar yang datang ke pantai pada saat air pasang bias menyebabkan kerusakan pantai sampai jauh ke daratan (Ilemoned, 2008)..

3. Gelombang Laut Akibat Tsunami

Tsunami adalah gelombang yang terjadi karena letusan gunung berapi atau gempa bumi di laut. Gelombang yang terjadi bervariasi dari 0,5 m sampai 30 m dan periode dari beberapa menit sampai sekitar satu jam. Tinggi gelombang tsunami dipengaruhi oleh konfigurasi dasar laut. Selama penjalaran dari tengah laut (pusat terbentuknya tsunami) menuju pantai, sedangkan tinggi gelombang semakin besar oleh karena pengaruh perubahan kedalaman laut. Di daerah pantai tinggi gelombang tsunami dapat mencapai puluhan meter. Pada gambar A.2.a ditunjukan contoh gelombang laut akibat tsunami yang berada di laut dalam dengan ketinggian puncak gelombang < 1 m dan pada gambar A.2.b ditunjukan contoh gelombang laut akibat tsunami yang berada di pantai dengan ketinggian puncak gelombang ≤ 30 m (ilemoned, 2008).

Gambar Gelombang Laut Akibat Tsunami di Laut dalam

Gambar Gelombang Laut Akibat Tsunami di Pantai

Gelombang tsunami

Gelombang tsunami digambarkan sebagai gelombang yang menjalar sedangkan gelombang laut biasa adalah gelombang naik-turun biasa, lihat gambar diatas. Gelombang laut tidak akan bergerak kesamping seperti gelombang tsunami. Sehingga daya rusak gelombang tsunami akan maksimum pada pinggir pantai. Di laut gelombang tsunami tidak akan dirasakan oleh kapal laut. Karena kemarin kita menyaksikan bagaimana gelombang tsunami yang diakibatkan oleh gempa besar (skala diatas 6.8 MI) yang sangat merusak, tentunya secara intuisi kita melihat bahwa akan ada gelombang besar ketika ada gempa besar (Rovicky, 2007).

Ketika gelombang mencapai pantai, seringkali diikuti dengan peningkatan ketinggian gelombang karena laut semakin dangkal sedangkan volume air yang mengalir dalam jumlah yang sama. Ketinggian “tembok gelombang tsunami” (tsunamic wave wall) ini yang terlihat atau yang diamati di pantai, namun bukan berarti bahwa tinggi gelombang di tengah laut juga setinggi itu. Hal inilah yang sering mengecoh perkiraan tinggi gelombang tsunami di tengah laut (Rovicky, 2007).

Gelombang dipengaruhi oleh banyak faktor :

• Angin :
• Kecepatan angin
• Panjang/jarak hembusan angin
• Waktu (lamanya) hembusan angin
• Geometri laut (topografi atau profil laut dan bentuk pantai)
• Gempa (apabila terjadi tsunami) – sangat kecil/minor

Terlihat diatas bahwa pada kenyataan gelombang laut lebih banyak dipengaruhi oleh faktor kondisi atmosfer. Kondisi angin in tentusaja salah satu-nya cuaca yaitu kondisi sesaat dari atmosfer meliputi : suhu, tekanan (angin), uap air (awan) dan hujan.

1 = Arah angin
2 = Puncak gelombang (peak)
3  = Lembah gelombang (trough)

Bentuk gelombang akan berubah sesuai dengan kedalaman dasar laut.

Pada lokasi B bentuk perputaran gelombang berupa elips, semakin dangkal maka semakin elips. Apabila tinggi gelombang masih cukup tinggi maka gelombang akan pecah di pantai.

Pada gelobang laut ini air hanya naik turun, namun tidak ada pergerakan atau aliran. Sedangkan pada gelombang tsunami, karena gelombangnya cukup panjang (jarak titik titik puncak (“2 ke 2 berikutnya”) cukup panjang maka ketika sampai di pinggir pantai akan semakin tinggi yang menyebabkan gelombang tsunami ini akan terkesan menyapu pantai (Rovicky, 2007).

Pada gelombang tsunami akan terlihat tinggi gelombang semakin besar di pantai. Nah karena yang dirasakan merusak serta yang teramati pada gelombang tsunami ini sepertinya memiliki tinggi gelombang yang besar juga di tengah samodra. Padahal kalau ada kapal ditengah laut, maka kapal itu hanya merasakan sedikit sekali gejala gelombang tsunami yang berupa gelombang yang miliki jarak antar puncaknya cukup panjang (Rovicky, 2007).

Jadi gempa tidak banyak mempengaruhi besarnya gelombang laut pada umumnya.
Karena :
- Hanya gempa besar yang menyebabkan tsunami.
- Akan lebih dirasakan akibatnya di pinggir pantai.

1. B.     Proses Pembangkitan Gelombang di Laut

Proses terbentuknya pembangkitan gelombang di laut oleh gerakan angin belum sepenuhnya dapat dimengerti, atau dapat dijelaskan secara terperinci. Tetapi meurut perkiraan, gelombang terjadi karena hembusan angin secara teratur, terus-menerus, di atas permukaan air laut. Hembusan angin yang demikian akan membentuk riak permukaan, yang bergerak kira-kira searah dengan hembusan angin (lihat Gambar 2.3.a,b,c) (Ilemoned, 2008).

.

Gambar Mekanisme Terbentuknya Gelombang di Laut Pada Umumnya

Bila angin masih terus berhembus dalam waktu yang cukup panjang dan meliputi jarak permukaan laut (fetch) yang cukup besar, maka riak air akan tumbuh menjadi gelombang. Pada saat yang bersamaan riak permukaan baru akan terbentuk di atas gelombang yang terbentuk, dan selanjutnya akan berkembang menjadi gelombang – gelombang baru tersendiri. Proses yang demikian tentunya akan berjalan terus menerus (kontinyu), dan bila gelombang diamati pada waktu dan tempat tertentu, akan terlihat sebagai kombinasi perubahan-perubahan panjang gelombang dan tinggi gelombang yang saling bertautan (Ilemoned, 2008)

Komponen gelombang secara individu masih akan mempunyai sifat-sifat seperti gelombang pada kondisi ideal, yang tidak terpengaruh oleh gelombang-gelombang lain. Sedang dalam kenyataannya, sebagai contoh, gelombang-gelombang yang bergerak secara cepat akan melewati gelombang-gelombang lain yang lebih pendek (lamban), yang selanjutnya mengakibatkan terjadinya perubahan yang terus-menerus bersamaan dengan gerakan gelombang-gelombang yang saling melampaui (Ilemoned, 2008).

            Jelasnya gelombang-gelombang akan mengambil energi dan angin. Penyerapan energi ini akan dilawan dengan mekanisme peredam, yaitu pecahnya gelombang dan kekentalan air. Bila angin secara kontinyu berhembus dengan kecepatan yang tetap untuk waktu dan ‘fetch’ yang cukup panjang, maka jumlah energi yang terserap oleh gelombang akan diimbangi dengan energi yang dikeluarkan sehingga suatu sistem ‘gelombang sempurna’ (fully developed waves) akan tercapai. Sistem gelombang demikian sebenarnya jarang dijumpai karena kondisi ‘steady’ tidak sering terjadi, dan juga’fetch’ kadang-kadang dibatasi oleh kondisi geografi lingkungan.

Bilamana angin berhenti berhembus, sistem gelombang yang telah terbentuk akan segera melemah. Karena gelombang pecah adalah merupakan mekanisme yang paling dominan, maka gelombang pendek dan lancip, akan menghilang terlebih dulu, sehingga tinggal gelombang-gelombang panjang yang kemudian menghilang oleh gaya-gaya kekentalan, yang pada dasarnya lebih kecil dari gelombang pecah.

Proses pelemahan (menghilangnya) gelombang mungkin mencapai beberapa hari, yang bersamaan dengan itu gelombang-gelombang panjang sudah bergerak dan menempuh jarak ribuan kilometer, yang pada jarak yang cukup jauh dan tempat mulainya gelombang akan dapat diamati sebagai alun (swell). Alun biasanya mempunyai periode yang sangat panjang, dan bentuknya cukup beraturan (reguler). Sistem gelombang yang terbentuk secara lokal mungkin akan dipengaruhi oleh alun yang terbentuk dan tempat yang jauh; yang tentu saja tidak ada kaitannya dengan angin local (Ilemoned, 2008)

.

C. Teori Gelombang

Pada umumnya bentuk gelombang di alam adalah sangat kompleks dan sulit digambarkan secara sistematis karena ketidak-linieran, tiga dimensi dan mempunyai bentuk yang random ( Suatu deret gelombang mempunyai periode dan tinggi tertentu ). Beberapa teori yang ada hanya menggambarkan bentuk gelombang yang sederhana dan merupakan bentuk pendekatan gelombang alam. Ada beberapa teori dengan berbagai derajat kekomplekan dan ketelitian untuk menggambarkan gelombang di alam diantaranya adalah teori airy, Stokes, Gertsner, Mich, Knoidal, dan tunggal. Masing – masing teori tersebut mempunyai batasan keberlakuan yang berbeda – beda. Teori yang paling sederhana adalah teori gelombang linier yang pertama kali ditemukan oleh Airy pada tahun 1845 (Ilemoned, 2008).

C.1 Teori Gelombang Linier

Teori gelombang linier diturunkan berdasarkan persamaan laplace untuk aliran tidak rotasi (irotational flow) dengan kondisi batas dipermukaan air dan dasar laut. Kondisi batas di permukaan air didapat dengan melinearkan persamaan bernoli untuk aliran tak mantap (Ilemoned, 2008).

Anggapan-anggapan yang digunakan untuk menurunkan persamaan gelombang adalah sebagai berikut :

1. Zat cair adalah homogen dan tidak termampatkan, sehingga rapat massa adalah konstan.

2. Tegangan permukaan diabaikan.

3. Gaya coreolis (akibat perputaran bumi ) diabaikan.

4. Tekanan pada permukaan air adalah seragam dan konstan.

5. Zat cair adalah ideal, sehingga berlaku aliran tak berotasi.

6. Dasar laut adalah horizontal, tetap dan impermeable sehingga kecepatan vertical di dasar adalah nol.

7. Amplitudo gelombang kecil terhadap panjang gelombang dan kedalaman air.

8. Gerak gelombang berbentuk silinder yang tegak lurus arah penjalaran gelombang sehingga gelombang adalah dua dimensi.

Teori gelombang Airy mempunyai persamaan sebagai berikut :

Gambar di bawah ini menunjukkan contoh khas rekaman elevasi gelombang lautan yang diambil dan pengamatan gelombang lautan. Seperti yang diharapkan, rekaman menunjukkan patron gelombang tak beraturan (irreguler) yang tentunya tidak dapat dikenal patronnya yang spesifik. Dengan demikian gelombang acak didefinisikan oleh empat besaran gelombang, untuk menunjukkan karakteristik gelombang yang demikian: ri permukaan air tenang rata-rata ke puncak (peak) atau lembah (through) gelombang (Ilemoned, 2008).

Rekaman gelombang tipikal : Analisa Puncak dan Lembah

ζa* = amplitude negatif

1. Amplitudo gelombang,ζa (meter) : jarak vertikal pada (Puncak gelombang yang berada di bawah garis air tenang dan lembah yang berada di atas permukaan diberi tanda negatif sedang yang lain bertanda positif ).
2. Tinggi gelombang, Ha (meter) : jarak vertical dari lembah ke puncak gelombang berikutnya.
3. Periode puncak gelombang, Tp (detik) : waktu antara dua puncak gelombang
4. Periode silangan gelombang, Tz (detik): waktu antara dua titik berurutan di mana permukaan gelombang menyilang permukaan air tenang, baik pada saat permukaan gelombang naik maupun turun.

Ukuran – ukuran di a untuk mengkarakterisasikan keseluruhan waktu catatan gelombang (time history). Dengan demikian tas cukup khas untuk sebagian tertentu dan suatu rekaman yang akan dianalisa, tetapi mungkin tidak akan tepat untuk menjelaskan karakteristik umum dan ‘time history’ gelombang biasa dipakai bentuk harga rata-rata (mean) besaran-besaran gelombang sebagai berikut:

¯ζa harga rata-rata dan berbagai pengukuran ¯ζa (meter).

¯Ha harga rata-rata dan berbagai pengukuran ¯Ha(meter).

¯Tp harga rata-rata dan berbagai pengukuran ¯Tp(meter).

¯Tz harga rata-rata dan berbagai pengukuran ¯Tz (meter).

Dua tambahan besaran parameter gelombang:

¯ζ1/3   amplitudo signifikan : harga rata-rata dari 1/3 jumlah keseluruhan pengukuran (meter).

H1/3 tinggi gelombang signifikan : harga rata-rata dari 1/3 jumlah keseluruhan pengukuran Ha (meter).

Huhungan antara ζ1/3 dengan H1/3 adalah sebagai berikut :

H1/3 =  20 ζa1/3                                 (m).

Di samping parameter-parameter statistik sehubungan dengan puncak, lembah dan titik potong nol (zero crossing), didapati pula parameter lain untuk mengukur karakteristik gelombang irreguler. Di sini ‘time history’ gelombang yang dicatat dibuat sampel dengan memotong pada jarak waktu yang cukup kecil untuk memperoleh pengukuran yang berurutan pada kenaikan dan penurunan (depresi atau elevasi) permukaan gelombang (meter) relatif terhadap garis datum, seperti ditunjukkan dalam gambar 3. Pada umumnya rekaman gelombang dipotong-potong denganjarak yang cukup pendek, berkisar antara 0.5 atau 1.0 detik.

Dengan pengukuran yang dernikian akan didapatkan tiga macam besaran, yaitu:

ζ  =  depresi permukaan rata-rata (mean)

Agar kedua macam analisa statistik di atas dapat memberikan hasil yang cukup memadai, maka rekaman gelombang setidak-tidaknya harus memuat sekitar 100 pasang puncak dan lembah gelombang. Rekaman demikian umumnya diperoleh dengan pengamatan yang dilakukan berkisar antara 20 s/d 30 menit. Rekaman yang lebih pendek dapat memberikan hasil yang tidak akurat karena mungkin saja hasilnya akan terlalu ekstrim (terlalu besar atau terlalu kecil) dan karakteristik yang sebenarnya (Ilemoned, 2008).