bab 2-pengukuran elevasi muka air v28feb2011

Program Pasca Sarjana Teknik Sipil Hidraulika, Hidrologi, Sumberdaya Air dan Teknik Pantai dan Kelautan

2.2.PENGUKURAN ELEVASI MUKA AIRPENGUKURAN ELEVASI MUKA AIR

A. PASANG-SURUT DAN M.W.L.

Gerak muka air di daerah pantai dengan periode beberapa jam dikelompokkan dalam gerak-pasang surut muka air. Pengukuran gerak muka air pasang-surut diperlukan untuk mengetahui kemungkinan elevasi muka air rata-rata minimum atau maksimum untuk keperluan penentuan elevasi suatu bangunan di daerah pantai. Pengukuran gerak muka air yang relatif sangat lambat ini memerlukan metode atau alat yang dapat menyaring gerak muka air yang tidak tergolong sebagai gerak pasang-surut.

Metode pengukuran yang paling sederhana adalah melakukan pengamatan secara visual. Pencatatan dapat pula dilakukan dengan alat bantu pencatatan (Automatic Water Level Recorder, AWLR).

1. Pengukuran secara visual

Pengamatan secara visual dilakukan dengan memasang papan duga dan mencatat bacaan elevasi muka-air. Skala pada papan duga harus diketahui hubungannya dengan referensi koordinat vertikal setempat. Papan duga harus ditempatkan di tempat yang aman dan perubahan posisi (karena hempasan gelombang, tertabrak perahu atau gerusan tanah dasar). Pengamatan pada umumnya dilakukan tiap 15, 30 atau 60 menit. Untuk keperluan peramalan konstanta pasang-surut diperlukan minimal 30 hari pencatatan. Pengukuran pasang-surut dapat merupakan bagian dan survei batimetri daerah pantai, pengukuran arus pantai atau pengukuran debit di muara sungai.

Pengamatan visual tanpa bantuan bak penenang dapat memberikan akurasi yang sangat rendah. Bak penenang adalah alat penyaning gelombang pendek untuk papan duga atau AWLR. Bak penenang dihubungkan dengan perairan pantai dengan pipa atau saluran hingga fungsi sebagai penyaring gelombang pendek tercapai. Pada umumnya pada saluran atau pipa penghubung diberi sekat dengan beberapa lubang kecil berdiameter 1 s/d 2 mm. Perlu diperhatikan bahwa dalam menentukan letak lubang ini dihindarkan kemungkinan tertutupnya lubang oleh lumpur atau kotoran.

Pengukuran pada malam hari, menurut pengalaman, sebaiknya dilakukan lebih rapat. Hal ini menghindari kemungkinan hilangnya data karena pencatat tertidur.

2. Pengukuran dengan AWLR

Penempatan AWLR harus lebih memperhatikan keamanan dan kedudukan alat. Karena alat ini lebih mahal dan kerusakannya dapat menghentikan

Hidrometri dan Hidrografi 2 - 1


survei terutama jika ketersediaan suku cadang alat terbatas. Seperti pada papan duga, AWLR perlu ditempatkan pada bak penenang. AWLR tanpa bak penenang yang efektif dapat memberikan hasil pengukuran yang kualitasnya lebih rendah dan pencatatan secara manual dengan papan duga sehingga usaha dan biaya yang dikeluarkan terbuang percuma.

Walaupun AWLR mencatat secara otomatis, selama pengukuran alat perlu sering diperiksa keadaannya (ketersediaan tinta, keadaan jarum,, keadaan kertas, peredaman gelombang, halangan pada saluran atau pipa penghubung). Sebelum dipasang, selain diperiksa kalibrasi pencatatannya, AWLR perlu diatur sehingga selang pengukuran (batas maksimum dan minimum) masuk dalam kertas pencatat. Papan duga atau AWLR perlu dilindungi untuk tetap pada kedudukannya karena adanya hempasan gelombang, tertabrak perahu atau gerusan tanah dasar.

Pengamatan dan pencatatan pada umumnya dilakukan tiap 15, 30 atau 60 menit. Untuk keperluan peramalan konstanta pasang-surut diperlukan minimal 30 hari pencatatan. Pengukuran pasang-surut dapat merupakan bagian dan survei batimetri daerah pantai, pengukuran arus pantai atau pengukuran debit di muara sungai.

Gambar 2.1. Pengamatan visual pasang-surut dengan papan duga.



Gambar 2.2. Pencatat pasang-surut dengan AWLR

B. PENGUKURAN GELOMBANG

Pengukuran gelombang pendek dapat dilakukan dengan beberapa metode seperti yang tertera pada Bab 1. Metode pengukuran dapat dikelompokkan menjadi

1. pengukuran dengan alat-alat ukur berada di darat (land based),

2. alat ukur di perairan, dan

3. alat ukur di udara.

Beberapa catatan yang perlu diperhatikan adalah:

1. Metode-metode dan alat-alat ukur yang berada di darat, seperti misalnya pengukuran visual, terbatas jangkauan ukurnya karena tidak mudah mendapatkan lokasi penempatan alat ukur yang sesuai serta kurang luwes untuk beberapa variasi pengukuran.

2. Pengukuran di near- atau surfzone pada umumnya menggunakan transmisi kabel baik untuk penyaluran data atau catu daya alat ukur.

3. Telemetri digunakan untuk pengukuran di lepas-pantai atau laut dalam.

Berikut ini adalah beberapa uraian singkat tentang karakteristika penting metode dan alat pengukuran gelombang.

1. Pengukuran visual

Pengukuran visual yang paling sederhana adalah pengukuran tinggi gelombang pecah secara visual (Hoyt,1971). Pengukuran dilakukan oleh 2 orang. Orang pertama memegang papan duga. Papan duga dipegang supaya dapat berdiri tegak pada garis pantai rata-rata. Dasar papan duga dianggap mendekati elevasi dasar atau lembah gelombang pecah. Orang kedua berdiri di sisi darat dan orang pertama. Orang pertama mencari tempat sehingga ia dapat melihat cakrawala di lepas-pantai satu garis dengan puncak gelombang pecah dan papan duga. Angka yang terbaca pada papan duga merupakan taksiran tmggi gelombang pecah. Lebih jelasnya lihat sketsa di halaman berikut ini.



Gambar 2.3. Pengamatan tinggi gelombang secara visual (Hoyt, 1971).

2. Pengukuran dengan stadia-type wave gauge

Alat ukur berupa pelampung berbendera (tanda) yang dipasang di tempat yang diinginkan serta teropong yang dapat digerakkan secara vertikal mengikuti gerak pelampung. Gerak teropong dicatat dengan jarum dan kertas pencatat. Lebih jelasnya lihat sketsa pada halaman berikut ini.

Gambar 2.4. Stadia-type wave gauge.

3. Pengukuran dengan kamera video atau film

Metode ini juga disebut Memo-motion camera system. Prinsip pengukuran adalah merekam pergerakan muka air pada tiang-tiang berskala atau papan duga yang dipasang di surfzone. Perekaman video pada umumnya dilakukan secara menerus untuk interval-interval waktu sampling tertentu. Setiap periode perekaman sebaiknya lebih panjang dan beberapa kali periode gelombang terpanjang yang signifikan di daerah observasi. Perekaman dengan kamera dilakukan dengan pengambilan gambar dengan frekuensi tertentu misalnya dalam durasi 10 menit diambil gambar dengan interval antara gambar 0.2 detik atau dalam durasi 25 menit dengan interval pengambilan gambar 0.5 detik.



4. Pengukuran dengan stereo-photography

Gambar diambil dengan dua buah kamera yang dapat diletakkan di darat, digantungkan pada balon atau dengan helikopter. Dan segi akurasi posisi kamera, perletakkan di darat adalah yang paling baik. Tetapi situasi lapangan bisa jadi tidak memungkinkan untuk pengambilan gambar gelombang, terutama jika pantai relatif landai dan tidak mempunyal gundukan pasir (dune) yang cukup tinggi. Kamera dapat pula dipasang di atas bangunan di tepi pantai yang cukup tinggi seperti menara.

Gambar 2.5. Pemotretan gelombang dengan stereo-photographs yang digantungkan di

udara dengan helikopter dan dengan balon.

Jarak antar dua kamera harus cukup untuk mendapatkan efek stereo pada gambar gelombang. Semakin tinggi posisi kamera semakin besar daerah yang dapat dicakup tetapi semakin tinggi lokasi kamera akurasi semakin rendah. Pada keadaan udara berangin pengukuran dengan balon atau helikopter sulit dilakukan. Dilaporkan bahwa penggunaan balon terbatas pada kecepatan angin di bawah 5 m/d.

Akurasi pengukuran dapat diperkirakan berdasarkan tinggi lokasi kamera dibagi dengan faktor tertentu, C, yang besarnya tergantung alat stereoplotter yang digunakan. Misalnya letak kamera pada ketinggian +200 m dan C = 1500 maka batas akurasi pengukuran adalah 30 cm.



5. Pengukuran dengan listrik

Alat ukur tinggi gelombang dengan arus listrik termasuk alat ukur yang diletakkan pada permukaan air. Penggunaan alat jenis ini pada umumnya ditujukan untuk mengukur tinggi gelombang di daerah surfzone. Ada tiga macam yaitu capacitance type, resistance type dan step-type.

Jenis pertama terdiri dari seutas kawat logam berisolasi yang dipasang tegak. Sebagian panjang kawat terendam air. Bahan isolasi dan air yang berada di sekeliling kawat pada bagian yang terendam berfungsi sebagai dielektrik yang diukur hambatannya terhadap arus bolak-balik (capacitance) dengan frekuensi yang cukup tinggi. Beberapa catatan yang perlu diperhatikan adalah:

1. jika beberapa alat yang sama diletakkan berdekatan pengukuran dapat menjadi kacau karena interferensi,

2. panjang kabel transmisi mempunyai batas tertentu,

3. dapat terjadi kesalahan jika kabel kotor,

4. perlu dilindungi dan gangguan perahu atau benda apung lainnya,

5. untuk pengukuran jangka panjang biaya pengoperasian dan perawatan dapat menjadi mahal.

Jenis kedua berupa dua buah batang logam terbuka tahan karat sejajar yang dipasang tegak atau dua kabel terbuka dililitkan secara sejajar pada tabung dan bahan isolator. Air laut yang berada di antara dua logam sejajar tersebut berfungsi sebagai penghantar arus listrik. Perubahan arus listrik karena perubahan panjang celah yang terendam dikorelasikan dengan elevasi muka air dan direkam. Alat ini jarang dipakai di surfzone. Baik jenis pertama (capacitance) maupun jenis yang kedua ini (resistance) memberikan response sinyal yang sangat linier. Jenis yang kedua lebih sensitif terhadap kotoran tetapi tidak menghadapi masalah interferensi.

Jenis yang ketiga, step-type wave gage, adalah berupa barisan elektrode dengan interval tetap yang dipasang pada sebuah batang vertikal. Jika air berada di antara sepasang kutub elektrode maka terjadi hubungan arus listrik. Dengan demikian setiap elektrode berfungsi sebagai sakelar yang dihidup-matikan oleh keberadaan air di antara dua kutubnya. elektrode-elektrode yang terendam berstatus hidup dan elektrode-elektrode yang berada di atas permukaan air berstatus mati. Dengan diketahuinya nomor elektrode mana yang berada pada batas antara status hidup dan mati, elevasi muka air dapat diperkirakan.



Problem yang dihadapi oleh alat ini adalah hidupnya elektrode oleh tetesan air. Untuk menyelesaikan masalah ini beda daya hantar listrik yang diakibatkan oleh tetesan air dan oleh rendaman air perlu dicari.

Gambar 2.6. Alat ukur gelombang dengan listrik (a) capacitance, (b) resistance, (c) step-type

6. Pengukuran gelombang melalui tekanan

Alat pengukur tinggi gelombang dengan prinsip pengukuran tekanan pada umumnya dipasang di dasar pantai. Elevasi muka air atau tinggi gelombang diukur berdasarkan perubahan tekanan hidrostatis yang terasa di dasar pantai.

Sensor penangkap tekanan dapat berupa gelembung udara dalam tabung karet (rubber tube), tahanan litrik geser, diferensial transformator, membran logam tahan karat, atau piezoelectric.

Cara penyaluran data dan perekaman dapat bervariasi. Data dapat disalurkan ke darat lewat kabel atau gelombang radio, alat perekam di darat. Data dapat direkam di tempat dan pada waktu-waktu tertentu rekaman diambil untuk dianalisis di darat.

Dikenal dua sistem pengukuran yaitu absolut pressure dan differential pressure. Pada sistem absolut pressure, angka pencatatan menunjukkana tekanan absolut pada saat tertentu. Sistem mi memungkinkan dilakukannya analisis perubahan tinggi muka air rata-rata yang berperiode lambat berdasarkan data yang tercatat. Pada sistem differential pressure pengukuran hanya mencatat perubahan tekanan dengan periode yang relatif cepat. Perubahan lambat tidak terekam oleh pencatat sistem mi. Pada sistem



absolut pressure peneinpatan kedalaman alat dapat terbatas. Pada sistem differential pressure, alat dapat menyesuaikan diri pada kedalaman berapapun, hanya saja penurunan alat harus pelan-pelan (ada kecepatan maksimumnya).

Gambar 2.7. Pengukur gelombang dengan tekanan.

7. Pengukuran dengan Buoy

Alat ukur dengan buoy menangkap akselerasi gerak yang dialami buoy akibat naik turunnya muka air. Akselerasi vertikal yang tercatat kemudian diintegralkan sehingga diperoleh catatan tinggi gelombang. Alat ini pada umumnya dipakai untuk pengukuran di lepas-pantai. Data dapat direkam di tempat, dikirim melalui gelombang radio ke stasiun pencatat di darat, atau dikirim melalui kabel ke stasiun pencatat di perahu yang ditambatkan di dekatnya.

Buoy sering dikombinasi dengan alat ukur sistem tekanan atau ultrasonik yang dipasang di dasar pantai. Buoy ada yang dapat sekaligus mencatat arah gelombang datang.



Gambar 2.8. Pengukur gelombang dengan Buoy.

C. ALAT UKUR LAIN

1. Pengukuran dengan gelombang ultrasonik

Prinsip kerja alat adalah mengukur waktu tempuh pulsa gelombang ultrasonic yang terpantul oleh bidang muka air. Alat pemancar dan penerima pulsa gelombang ultrasonik dapat diletakkan di dalam air atau dipasang di udara. Pada pemasangan alat di dalam air, gelombang merambat dalam air.

Kecepatan rambat gelombang ultrasonik dalam air relatif stabil. Penempatan alat di udara dapat dipengaruhi oleh perubahan suhu udara karena kecepatan rambat gelombang ultrasonik cukup sensitif terhadap suhu udara.

2. Pengukuran dengan radio

Prinsip pengukuran serupa dengan metode pengukuran dengan gelombang ultrasonik. Metode ini tidak menggunakan pancaran pulsa-pulsa gelombang tetapi menggunakan modulasi frekuensi gelombang gergaji sehingga pancaran gelombang menerus tetapi frekuensi gelombang radio bergeser naik-turun. Pengukuran perubahan jarak/elevasi muka air diperoleh melalui



analisis pergeseran fase antara gelombang modulasi yang dipancarkan dan gelombang yang diterima (gelombang pantulan).

3. Pengukuran arah gelombang

Perkiraan kasar arah gelombang dapat dilakukan dengan pengamatan visual berpedoman pada kompas magnetis. Pangamatan akan lebih mudah dilakukan jika berada pada tempat yang cukup tinggi. Beberapa metode pengukuran dengan alat ukur adalah sebagai berikut ini.

4. Wave gage array

Pengukuran arah gelombang dilakukan dengan dua atau lebih alat ukur dengan listrik (capacitance, resistance atau step-type) yang dipasang berderet. Jarak antar alat ukur kurang dan setengan panjang gelombang, (L/2), gelombang yang terpanjang yang diamati. Deretan alat ukur membentuk garis yang diperkirakan tegak lurus dengan arah utama gelombang. Distribusi arah gelombang diperoleh dengan menganalisis statistik rekaman pengukuran.

5. Buoy

Pengukuran arah gelombang dapat dilakukan dengan suatu buoy khusus (Longuet-Higgins, Cartwright, dan Smith, 1963) yang mencatat akselerasi vertikal, dan kemiringan horisontal dalam dua arah (sumbu x dan y). Telah dikembangkan suatu jenis buoy lain yang mengukur pula kelengkungan kurva muka air dalam dua arah horisontal (Mitsuyasu, 1975).

6. Current meter

Pengukuran arah gelombang dapat pula dilakukan dengan alat ukur kecepatan aliran yang mengukur dua arah kecepatan secara simultan. Nigata, 1964, mengembangkan alat ukur arus magnetis dua dimensi untuk mengamati arah prinsipal gelombang.

7. Alat lain

Metode pengkuruan arah gelombang lainnya adalah dengan menggunakan strain gage-type direction meter (Takashi, et al., 1970) atau penginderaan jauh (radar, photogrammetry).



2. PENGUKURAN ELEVASI MUKA AIR..........................................................................................................2 - 1A. Pasang-surut dan M.W.L...............................................................................................................................2 - 1

1) Pengukuran secara visual..........................................................................................................................2 - 12) Pengukuran dengan AWLR......................................................................................................................2 - 2

B. Pengukuran Gelombang.................................................................................................................................2 - 31) Pengukuran visual.....................................................................................................................................2 - 42) Pengukuran dengan stadia-type wave gauge............................................................................................2 - 53) Pengukuran dengan kamera video atau film.............................................................................................2 - 54) Pengukuran dengan stereo-photography...................................................................................................2 - 65) Pengukuran dengan listrik.........................................................................................................................2 - 76) Pengukuran gelombang melalui tekanan..................................................................................................2 - 97) Pengukuran dengan Buoy.......................................................................................................................2 - 10

C. Alat ukur lain...............................................................................................................................................2 - 111) Pengukuran dengan gelombang ultrasonik.............................................................................................2 - 112) Pengukuran dengan radio........................................................................................................................2 - 123) Pengukuran arah gelombang...................................................................................................................2 - 124) Wave gage array.....................................................................................................................................2 - 125) Buoy........................................................................................................................................................2 - 126) Current meter..........................................................................................................................................2 - 137) Alat lain...................................................................................................................................................2 - 13


bab 2-pengukuran elevasi muka air v28feb2011

Documents