Pemodelan Gelombang Laut

April 28, 2016Ocean & MaritimeComments: 0

Model gelombang menggunakan data angin dengan mekanisme Philips dan Milles untuk pembangkitan gelombang. Untuk memodelkan perubahan gelombang diperlukan langkah waktu dan grid ruang yang cukup kecil untuk mendapatkan hasil yang cukup baik. Medan gelombang didefinisikan dalam bentuk spektrum energi yang merupakan fungsi dari frekunesi dan arah E(f, ). Setiap komponen pada spektrum dapat diperlakukan sebagai gelombang sinusoidal.
Konsep dari model gelombang meliputi proses fisis yang mempengarui gelombang tersebut dalam pertumbuhan sampai penjalarannya. Komponen gelombang menjalar dari daerah pembentukan sampai ke titik yang diamati. Selama penjalarannya komponen gelombang dipengaruhi oleh berbagai proses fisis seperti energi oleh angin, disipasi dan interaksi nonlinear gelombang.
Persamaan pembangun model spektrum pada umumnya menggunakan hubungan antara perubahan energi gelombang pada suatu komponen sepanjang lintasan penjalaran yang bergerak bersama kecepatan grup yang disebabkan oleh adanya fenomena fisis seperti input angin, disipasi, dan interaksi nonlinear.
Model gelombang dapat diklasifikasikan menjadi :
– Model generasi pertama, merupakan model yang tidak melibatkan suku Snl (interaksi nonlinear gelombang) secara eksplisit. Energi transfer nonlinier diberikan secara implisit melalui suku Sin (pembangkitan angin) dan Sds (disipasi energi).
– Model generasi kedua, menghitung suku Snl (interaksi nonlinear gelombang) dengan metode parametrik.
– Model generasi ketiga menghitung transfer energi nonlinear secara eksplisit.

Gelombang Laut Sebagai Gelombang Superposisi
Gelombang superposisi merupakan penjumlahan dua gelombang atau lebih pada ruang yang sama tanpa adanya ketergantungan terhadap gelombang yang lain. Bentuk dari gelombang superposisi dipengaruhi oleh elastisitas medium. Pada dasarnya gelombang selalu terlihat tidak teratur hal ini dikarenakan gelombang laut terbentuk dari beberapa gelombang sinusoidal (Triadmodjo, 1999).

Gelombang Acak (Holthuijsen, 2007)

Gelombang pada gambar diatas adalah gabungan gelombang yang merupakan penjumlahan amplitudo dan periode. Apabila tinggi gelombang dari suatu pencatatan diurutkan dari nilai tertinggi ke terendah atau sebaliknya, maka akan dapat ditentukan tinggi Hn yang merupakan rata-rata dari n persen gelombang tertinggi. Dengan bentuk seperti itu dapat dinyatakan karakteristik gelombang alam dalam bentuk gelombang tunggal. Misalnya, H10 adalah tinggi rerata dari 10 persen gelombang tertinggi dari pencatatan gelombang. Bentuk yang paling banyak digunakan adalah H33 atau tinggi rata-rata dari 33% nilai tertinggi dari pencatatan gelombang yang juga disebut sebagai tinggi gelombang signifikan Hs (Triadmodjo, 1999).

Pertumbuhan Gelombang
Pertumbuhan spektrum atau pola gelombang yang merupakan fungsi kecepatan angin dapat dilihat pada gambar 2.2. Semakin besar kecepatan angin maka semakin lebar kisaran (band) frekuensi, dan energi gelombang yang terbentuk juga semakin besar, dimana luas masing-masing kurva spektrum sebanding dengan tinggi gelombang.

Spektrum gelombang untuk kecepatan angin yang berbeda-beda (Holthuijsen, 2007)

Berdasarkan data gelombang yang diperoleh dari laut Atlantik Utara dengan asumsi bahwa apabila arah dan kecepatan angin dapat bertiup secara konstan di lautan yang luas selama berhari-hari, energi gelombang dapat berimbang dengan energi angin atau dapat dikatakan bahwa gelombang dapat tumbuh maksimum. Berdasarkan observasi yang telah dilakukan dalam Joint North Sea Wave Observation Project (JONSWAP) dijelaskan bahwa spektrum gelombang tidak bisa tumbuh penuh namun terus berubah terhadap fungsi waktu serta panjang lintasan (fetch) yang dilalui. (Hasselman, dkk., 1973 dalam Holthuijsen, 2007).
Variasi spektrum gelombang sebagai fungsi fetch dapat dilihat pada gambar dibawah ini dengan adanya perubahan bentuk puncak spektrum tumpul ke puncak spektrum yang lebih lancip sesuai dengan jarak fetch yang merupakan fungsi waktu. Perubahan yang demikian akibat adanya transfer energi gelombang dengan frekuensi lebih tinggi ke frekuensi yang lebih rendah sesuai dengan teori interaksi non-linear antar gelombang dari Hasselmann, (1966) dalam Holthuijsen, (2007).

Spektrum gelombang untuk fetch yang berbeda-beda (Holthuijsen, 2007)