Page 1
i
HALAMAN SAMPUL
LAPORAN AKHIR PENELITIAN BMIS
PROGRAM STUDI MATEMATIKA, JURUSAN
MATEMATIKA, FAKULTAS MIPA
TEMA: Energi dan Sumber Daya Alam (Energi terbarukan)
PENENTUAN ENERGI PASANG SURUT DI SEKITAR
PULAU BUTON, SULAWESI TENGGARA
TIM PENELITI:
Ketua Tim Peneliti : Agustinus Ribal, S.Si, M.Sc, Ph.D. (NIDN: 0016087501)
Anggota 1 : Prof. Dr. Amir Kamal Amir, M.Sc. (NIDN: 0003086802)
Anggota 2 : Prof. Dr. Syamsuddin Toaha, M.Sc. (NIDN: 0014016802)
Anggota 3 : Dr. Jeffry Kusuma. (NIDN: 0012116402)
Anggota 4 : Drs. Khaeruddin, M.Sc. (NIDN: 0014096502)
Universitas Hasanuddin
November 2016
Page 3
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ................................................................................................. i
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................................... ii
DAFTAR ISI ............................................................................................................... iii
RINGKASAN ...............................................................................................................4
BAB 1. PENDAHULUAN ............................................................................................5
1.1 Latar Belakang ................................................................................................5
1.2 Tujuan .............................................................................................................7
1.3 Urgensi Penelitian ...........................................................................................7
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................9
2.1 Advanced Circulation (ADCIRC) Model .........................................................9
2.2 Contoh Penerapan ......................................................................................... 10
2.3 Peta Jalan (roadmap) Universitas Hasanuddin ............................................... 11
2.4 Peta Jalan (roadmap) Fakultas MIPA ............................................................. 11
2.5 Peta Jalan (roadmap) Penelitian Program Studi Matematika .......................... 12
BAB 3. METODE PENELITIAN ................................................................................ 13
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................... 15
4.1 Model Setup .................................................................................................. 15
4.2 Validasi model .............................................................................................. 16
4.3 Green’s function approach ............................................................................. 17
4.4 Arus pasang Barotropic di sekitar pulau Buton .............................................. 19
4.5 Energi pasang surut di sekitar pulau Buton .................................................... 21
BAB 5. KESIMPULAN .............................................................................................. 23
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 24
Page 4
4
RINGKASAN
Tahap awal dalam pengkajian energi pasang surut di sekitar pulau Buton telah
dilaksanakan pada penelitian ini. Hal ini akan dilakukan dengan menggunakan model
matematika yang dikenal dengan Advanced Circulation (ADCIRC) model untuk
menentukan ketinggian pasang surut dan kecepatan arus pasang surut. Namun karena
keterbatasan peralatan, arus yang diperoleh diasumsikan seragam untuk setiap kedalam
laut (Barotropic current). Elevasi pasang yang diperoleh dari model telah di validasi
dengan data pengamatan pasang surut yang ada di Bau-Bau yang diperoleh dari Badan
Informasi Geospasial (BIG).
Untuk mendapatkan hasil model yang hampir sama dengan data pengamatan, fungsi-
fungsi Green telah diterapkan diterapkan dengan memperbaiki nilai input model pada
syarat batasnya dengan menggunakan data pengamatan pasang surut. Setelah
menerapkan fungsi – fungsi Green, root mean square error (RMSE) berkurang sebanyak
88.58% yaitu dari 12.49 cm sampai 1.43 cm.
Kecepatan arus pasang surut yang ada di sekitar pulau Buton mencapai dua meter per
second dimana lokasi yang sangat menjanjikan adalah sepanjang selat antara pulau
Buton dengan pulau Muna. Oleh sebab itu, energi listrik yang dapat diproleh dari arus
pasang surut telah dihitung dan diperoleh bahwa energy listrik mencapai 308,7 W/m2.
Hasil penelitian ini telah disubmit ke Journal of Renewable and Sustainable Energy
yang mempunyai H-indeks 17 dan impact factor dalam lima tahun terakhir adalah
1.141. Perlu ditekankan bahwa jurnal ini merupakan jurnal internasional bereputasi
yang ditunjukkan dengan terindeks SCOPUS.
Kata kunci: Energi terbaharukan, pasang surut, Advanced Circulation model, fungsi -
fungsi Green, RMSE.
Page 5
5
BAB 1. PENDAHULUAN
1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Tidak dapat dipungkiri lagi bahwa kebutuhan listrik di Indonesia semakin hari
semakin meningkat. Hal ini di perkuat dengan adanya laporan dari Kementerian Energi
dan Sumber Daya Mineral (KESDM) (KESDM, 2012) dan Badan Pengkajian dan
Penerapan Teknologi (BPPT) (BPPT, 2014). Di lain pihak, sumber daya listrik sangat
terbatas. Oleh sebab itu diperlukan usaha untuk mencari sumber energi baru atau energi
terbarukan. Salah satu kelebihan dari energi terbarukan adalah bahwa energi tersebut
tidak akan pernah habis dan hanya membutuhkan biaya pemeliharaan dan perawatan.
Berdasarkan peraturan Presiden No. 05/2006 tentang kebijakan energi nasional,
kontribusi dari energi terbaharukan adalah sekitar 17% energi mix pada tahun 2025.
Angka 17% terdiri dari bahan bakar nabati (biofuel) menjadi lebih dari 5%, panas bumi
menjadi lebih dari 5%, energi baru dan energi terbarukan lainnya, khususnya biomassa,
tenaga air, tenaga surya, dan tenaga angin menjadi lebih dari 5% dan batubara yang
dicairkan (liquefied coal) menjadi lebih dari 2%.
Propinsi Sulawesi Tenggara merupakan salah satu dari empat propinsi yang
paling rendah rasio elektrifikasinya yaitu 68,84% dengan propinsi yang paling rendah
adalah Propinsi Papua yang hanya mempunyai rasio elektrifikasi sebesar 45,93%
(Agustinus, 2016). Hal ini menunjukkan bahwa Sulawesi Tenggara masih
membutuhkan pasokan listrik yang besar. Menurut Kepala Dinas ESDM Sulawesi
Tenggara (Sultra), Sultra masih membutuhkan pasokan listrik sebesar 65,6 MW
(Suparman, 2016). Oleh karena itu dipandang perlu untuk mencari sumber energi listrik
lainnya. Lokasi penelitian ditunjukkan pada Gambar 1 berikut.
Meskipun beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengkaji sumber energi
laut Indonesia seperti Cresswell and Luick (2001), Robertson and Ffield (2005, 2008),
Gordon et al. (2008), Kartadikaria et al. (2011), Susanto et al. (2012), Ding et al. (2012)
dan lain-lain, penelitian tentang energi laut sangat perlu dilanjutkan untuk memenuhi
kebutuhan listrik Indonesia pada masa yang akan datang. Selain itu nampaknya
mayoritas peneliti-peneliti tersebut adalah orang asing. Bahkan penelitian yang ada di
sekitar pulau Muna dan Buton masih tahap awal seperti Baja (2012).
Page 6
6
Gambar 1. Peta lokasi penelitian (Source: http://eclipsefestival2016.com/sulawesi-culture/,
https://archipelagofastfact.files.wordpress.com/2012/08/sultra1.jpg).
Berdasarkan pedoman pengkajian energi gelombang and energi pasang surut
yang di buat di Eropa seperti EMEC (European Marine Energy Centre) (Legrand, 2009),
EquiMar (Equitable Testing and Evaluation of Marine Energy Extraction Devices in
terms of Performance, Cost and Environmental Impact) (Davey et al., 2010) dan IEA–
OES (International Energy Agency–Ocean Energy Systems), tahap-tahap pengkajian
dibagi atas tiga tahap yaitu tahap awal (early stage), tahap fisibel (feasible stage) dan
tahap perancangan dan operasi (design and operation stage). Sayangnya, pedoman-
pedoman tersebut tidak bisa gunakan secara langsung di daerah luar Eropa seperti
Jepang dan Indonesia. Di Jepang misalnya, kami telah membuat pedoman-pedoman,
masing-masing untuk pengkajian energi pasang surut (Ribal and Waseda, 2015a, Ribal
and Waseda, 2015c) dan energi gelombang (Ribal and Waseda, 2015b, Ribal and
Waseda, 2015d) yang lebih cocok untuk wilayah Jepang. Selain itu, hasil penelitian
kami juga dalam mengkaji energi telah di presentasikan dan publikasikan pada 1st
International Conference on Renewable Energies Offshore (RENEW2014), Lisbon,
Page 7
7
Portugal (Waseda et al., 2015). Berdasarkan pengalaman di atas, maka kami akan
menentukan besarnya energi pasang surut di sekitar pulau Muna dan Buton, Sulawesi
Tenggara.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan besarnya energi arus
pasang surut di sekitar pulau Muna dan Buton, Sulawesi Tenggara. Secara spesifik,
penelitian ini mempunyai tujuan untuk melakukan simulasi pasang surut di lokasi yang
telah ditentukan dengan menggunakan model matematika yang dikenal dengan nama
Advanced Circulation (ADCIRC) model. Membandingkan hasil model dengan hasil
pengamatan pasang surut. Karena umumnya hasil dari model dan pengamatan tidak
sama, maka selanjutnya nilai masukan pada model akan diperbaiki dengan
menggunakan fungsi-fungsi Green dan selanjutnya menentukan energi pasang surut di
lokasi yang telah ditentukan. Hasil penelitian pada tahap ini akan di usahakan untuk di
publikasi pada jurnal nasional terakreditasi atau proceeding internasional yang terindeks
scopus.
1.3 Urgensi Penelitian
Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, kebutuhan listrik di Indonesia
semakin hari semakin meningkat. Di lain pihak, masih banyak sumber daya listrik yang
belum termanfaatkan seperti sumber daya energi laut. Hal ini memang sangat ironis
mengingat Indonesia adalah negara kepulauan yang mempunyai laut yang sangat luas.
Selain itu, kuatnya arus laut di beberapa daerah akibat kecepatan aliran arus yang
dikenal dengan Indonesia through flow.
Lebih ironis lagi adalah sebagian besar penelitian tahap awal untuk sumber
energi laut di Indonesia, dilakukan oleh bangsa lain yang bisa dibuktikan dengan
banyaknya studi tentang kelautan di Indonesia yang dipublikasikan oleh negara lain.
Kenyataannya, jika kita mencari keyword “ocean wave Indonesia” di scopus, maka
akan muncul 248 dokumen yang mana hanya 46 diantaranya berasal dari instansi
pemerintah Indonesia seperti BPPT (11 dokumen), ITB (9 dokumen), LIPI (6
dokumen), BMG (3 dokumen), UGM, ITS, IPB masing-masing 2 dokumen dan yang
lainnya hanya 1 dokumen atau hasil kerjasama dengan instansi luar negeri. Kasus yang
Page 8
8
lain adalah ketika kita mencari keyword “Indonesian Throughflow” maka akan muncul
435 dokumen dengan 53 diantaranya berasal dari instansi Indonesia seperti BPPT (10
dokumen), LIPI (7 dokumen), ITB (6 dokumen) atau hasil kerjasama dengan institusi
luar negeri. Untuk masalah energi pasang surut, berdasarkan hasil dari scopus dengan
keyword “Indonesia tidal energy”, hanya terdapat 13 dokumen dengan hanya satu
dokumen yang murni hasil kerja orang Indonesia. Dari hasil pencarian di atas, belum
ditemukan hasil yang merupakan milik UNHAS dalam versi bahasa inggris.
Oleh sebab itu, menurut pendapat kami, inilah saatnya untuk memulai atau
melanjutkan yang sudah ada untuk melakukan penelitian sendiri. Sebagai perbandingan,
di Jepang misalnya, masalah kelautan ditangai sendiri oleh orang Jepang baik di
berbagai universitas maupun di instansi-instansi pemerintah yang salah satu diantaranya
di kenal dengan nama JAMSTEC (Japan Agency for Marine-Earth Science and
Technology).
Yang lebih penting lagi, berdasarkan data dari kementerian ESDM, Sulawesi
Tenggara merupakan salah satu dari empat propinsi yang paling rendah rasio
elektrifikasinya yaitu 68,84%. Oleh sebab itu, untuk program jangka panjang, hasil
penelitian ini dapat termanfaatkan.
Page 9
9
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2. Tinjauan Pustaka
2.1 Advanced Circulation (ADCIRC) Model
ADvanced CIRCulation (ADCIRC) Model merupakan model hidrodinamika
yang menggunakan metode elemen hingga. Model ini digunakan untuk mempelajari
hal-hal yang meliputi lautan sekitar pesisir, inlet, sungai-sungai dan dataran banjir.
Metode ini dikembangkan pertama kali oleh Rick Luettich dari University of North
Carolina di Chapel Hill dan Joannes Westerink dari University of Notre Dame dan
beberapa orang lainnya termasuk Randall Kolar dari University of Oklahoma di
Norman dan Clint Dawson dari University of Texas di Austin.
Model ADCIRC bisa digunakan untuk masalah tiga dimensi atau juga untuk
masalah dua dimensi yang diintegrasikan dengan kedalaman. Model dua dimensi ini
biasanya disebut ADCIRC-2DDI (ADCIRC two-dimensional depth-integrated).
Meskipun model ini dapat diterapkan untuk beberapa domain yang melibatkan laut
dalam, landas kontinen, pesisir pantai dan sistem muara untuk skala kecil, aplikasi khas
model ini adalah pemodelan pasang surut dan dorongan sirkulasi angin, prediksi
gelombang badai topan dan banjir dan kelayakan pengerukan.
Dalam penelitian ini, ADCIRC-2DDI yang akan digunakan dimana model ini
menggunakan persamaan konservasi massa dan momentum dengan syarat tidak
compressibel, Boussinesq dan pendekatan tekanan hidrostatis. Selanjutnya suku
bariclinicnya akan di abaikan (Luettich and Westerink, 2004, Westerink et al., 1994)
sehingga menghasilkan sekelompok persamaan dalan koordinate bola yang dapat di
lihat dalam Flather (1988) dan Kolar et al. (1994a). Harus dicatat bahwa ADCIRC-
2DDI tidak menyelesaikan persamaan primitive dari persamaan air dangkal, namun di
dasarkan pada bentuk generalized wave continuity equation (GWCE) dari persamaan air
dangkal. Selanjutnya persamaan ini diselesaikan bersama dengan bentuk primitive dari
persamaan momentum (Westerink et al., 1994). Persamaan GWCE dalam koordinat
bola dapat ditemukan dalam Bacopoulos (2005), Kolar et al. (1994a, 1994b). Sementara
semua bentuk perumusan dan penurunan persamaan-persamaan dapat ditemukan dalam
Luettich et al. (1992), Westerink et al. (1994) dan Luettich dan Westerink (2004).
Namun sekali lagi, kami akan menggunakan ADCIRC-2DDI yang telah di
implementasikan dalam SMS-ADCIRC.
Page 10
10
Model ADCIRC-2DDI telah di uji (Westerink et al., 1994) dan digunakan secara
intensif untuk simulasi pasang surut sekitar 20 tahun terakhir. Sebagai contoh, Luettich
et al. (1991), Westerink and R.A. Luettich (1991), Westerink (1993), Blain et al.
(2002), Fortunato et al. (2002), Bacopoulos (2005) dan beberapa referensi di
dalammnya dan Blain et al. (2010). Selain itu, ADCIRC-2DDI dalam SMS telah di
validasi oleh beberapa peneliti seperti Militello dan Zundel (1999) dan Lesue (2003).
Selain itu, hal yang juga sama pentingnya dengan simulasi pasang surut adalah
memperbaiki masukan model pada syarat batasnya pada daerah laut. Untuk masalah ini
kami akan mengikuti metode yang sama yang telah diterapkan oleh Menemenlis et al.
(2005), Ribal et al. (2014) dan Ribal et al. (2016).
2.2 Contoh Penerapan
Salah satu contoh hasil model yang diperoleh di daerah sekitar Jepang
ditunjukkan sebagai berikut (Ribal and Waseda, 2015a): Sebagaimana terlihat pada
Gambar 1, kecepatan arus pasang pada daerah sekitar pulau Okinawa hampir
mencapai 2 meter per detik.
Gambar 1. Kecepatan arus pasang surut sekitar pulau Okinawa, Jepang.
Pada bagian selanjutnya akan ditunjukkan bahwa penelitian ini sangat sejalan dengan
roadmap penelitian Universitas Hasanuddin dan roadmap penelitian Fakultas MIPA.
Yang tidak kalah pentingnya adalah penelitian ini sesuai dengan roadmap penelitian
program studi Matematika pada Jurusan Matematika. Ketiga roadmap penelitian
tersebut akan dijelaskan secara rinci pada bagian-bagian berikut ini:
Page 11
11
2.3 Peta Jalan (roadmap) Universitas Hasanuddin
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, RIP dan roadmap penelitian
Universitas Hasanuddin yang sedang dikembangkan, terbagi atas rumpun Tekno-Sain,
Kesehatan, Agrokompleks dan Ekososbudkum. Program studi matematika termasuk
dalam rumpun Tekno Sain. Oleh sebab itu, penelitian-penelitiannya ditujukan untuk
mendukung pengembangan teknologi pemanfaatan sumber daya alam, penyediaan infra
struktur dan penataan ruang melalui pengembangan penelitian-penelitian sains ilmu
teknik rekayasa. Sebagaimana terlihat pada Gambar 2, Energi dan sumberdaya alam
merupakan salah satu riset unggulan untuk rumpun bidang ilmu Tekno-sain.
Gambar 2. Roadmap Penelitian Universitas Hasanuddin.
2.4 Peta Jalan (roadmap) Fakultas MIPA
Selanjutnya, riset unggulan bidang energi dan sumberdaya alam rumpun
teknosains tahun 2014 – 2018 ditunjukkan pada Gambar 3 berikut. Sebagaimana bisa
dilihat dari gambar, Saintek Energi dan Sumber daya alam terbagi atas delapan bagian
riset unggulan dimana salah satu diantaranya adalah Energy Listrik, Energi baru dan
terbaharukan.
Page 12
12
Gambar 3. Roadmap Penelitian rumpun Teknosains.
2.5 Peta Jalan (roadmap) Penelitian Program Studi Matematika
Peta jalan penelitian rumpun Teknosains dijabarkan lagi ke dalam bentuk yang
lebih kongkrit dan dapat dilaksanakan pada program studi Matematika, jurusan
Matematika, Fakultas MIPA, Universitas Hasanuddin. Penelitian ini akan masuk dalam
kategori Matematika Terapan yang meliputi pemodelan Matematika Fisika dan
Komputasi.
Gambar 4. Roadmap Penelitian Program Studi Matematika.
Pengembangan
Matematika
Murni
M
A
T
E
M
A
T
I
K
A
T
E
R
A
P
A
N
Aljabar
Analisis
Statistik
trori
Kombinatorika
P E N G U A T A N
S A I N S
D A S A R
Tema Agenda Riset
Mitigasi
infrastruktur transportasi
dan industri pertahanan
Ketahanan pangan
Teknologi Informasi
dan komunikasi
Teknologi Kesehatann
dan obat-obatan
P
E
M
B
A
N
G
U
N
A
N
I
P
T
E
K
Penelitian Unggulan
Prodi Matematika dan
Statistika
Pemodelan
Matematika dan
statistika
Pengembangan
Matematika
Diskrit untuk
TIK
Perubahan iklim dan
keragaman hayati
Material Maju
Page 13
13
BAB 3. METODE PENELITIAN
3. Metode Penelitian
Metode penelitian yang diterapkan dalam penelitian ini adalah melakukan
simulasi arus pasang surut dengan model yang telah pilih. Pada tahap awal, hal-hal yang
akan dilakukan adalah mengumpulkan materi-materi yang dibutuhkan seperti data
kedalaman laut yang akan di peroleh dari General Bathymetric Chart of the Oceans
(GEBCO) yang dimiliki oleh British Oceanographic Data Centre (BODC. Data
konstituen pasang surut akan diperoleh dari finite element solutions (FES2012) yang
dikembangkan oleh French tidal group (FTC). Selanjutnya, data pengamatan akan
diperoleh dari Badan Informasi Geospasial (BIG).
Selanjutnya, simulasi pasang pasang surut akan dilakukan. Secara detail, model
yang akan digunakan adalah model yang telah terintegrasi dalam SMS-ADCIRC yang
merupakan user interface dari ADCIRC. Pertama-tama, garis pantai beserta pulau –
pulaunya akan digambar berdasarkan peta yang diperoleh dari map google. Selanjutnya,
finite element meshnya akan dibuat. Kemudian data kedalaman laut akan diinterpolasi
terhadap finite element mesh. Kualitas dari meshnya juga akan dicek sebelum simulasi
dimulai. Hal yang sangat penting untuk ditetapkan adalah menjaga bilangan Courant
lebih kecil dari satu. Sebagai akibatnya, time stepnya akan bergantung ke bilangan
Courant. Langkah terakhir adalah mempersiapkan data konstituen pasang surut sebagai
masukan pada batas laut yang terbuka. Simulasi yang akan dilakukan adalah sekitar 210
hari waktu simulasi.
Setelah itu, hasil simulasi akan dibandingkan dengan data pengamatan dengan
menentukan root mean square error (RMSE). Karena umumnya RMSE masih besar,
maka data masukan pada model harus diperbaiki dengan menggunakan fungsi-fungsi
Green. Proses memperbaiki data masukan model ini yang akan menghabiskan banyak
waktu, karena akan melibatkan gangguan pada model yang akan dilakukan sebanyak 16
kali. Di samping itu, pengaruh dari ketidakpastian dari masukan model akan diteliti.
Setelah itu, simulasi akan diulangi dan perhitungan RMSE juga harus diulangi.
Keberhasilan metode ini akan ditunjukkan dengan mengecilnya RMSE.
Bagian terakhir yang akan dilakukan adalah menentukan energi pasang surut di
daerah tersebut. Secara ringkas, prosedur penelitian ini ditunjukkan pada algoritma
berikut:
Page 14
14
Menentukan
Lokasi
Penelitian
Siapkan data
kedalaman dan
konstituen.
No
Yes
Apakah ada data
pengamatan?
Pilih Model,
Contoh: ADCIRC
Persiapkan
modelnya
Lakukan simulasi
Bandingkan dengan
pengamatan
RMSEnya
kecil?
End
Perbaiki
syarat
batasnya
Yes
No
Gambar 5. Algoritma untuk mengakses energi pasang surut.
Page 15
15
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Model Setup
Untuk menggunakan model ADCIRC-2DDI, data – data yang dibutuhkan adalah
data garis pantai dan data kedalaman laut. Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya,
data kedalaman laut yang digunakan adalah data kedalaman yang diperoleh dari General
Bathymetric Chart of the Oceans (GEBCO). Resolusi dari data kedalaman ini adalah 30
arc-seconds (satu kilometer) dan dapat diperoleh secara gratis serta mencakup seluruh
dunia. Versi terakhir dari GEBCO disebut GEBCO_2014 Grid (dulunya disebut
GEBCO_08 grid). Setelah data garis pantai dan data kedalaman laut telah dipersiapkan
maka finite element mesh siap untuk dibuat. Mesh dan data kedalaman untuk dapat
dilihat masing – masing pada Gambar 6a and Gambar 6b. Mesh memuat 88.584 elemen
dan 46.352 node. Lebar grid yang paling kecil adalah 160 m yaitu disekitar pantai dan
lebar grid yang terpanjang adalah 4.670 m yang terletak di sekitar lautan terbuka. Luas
daerah yang diambil adalah sekitar 20,650 km2.
(a) (b)
Gambar 6. Gambaran dari lokasi penelitian (a): Mesh dan (b): Kedalaman.
Page 16
16
Pada syarat batas dari domain penelitian, delapan konstituen pasang akan
digunakan. Kedelapan konstituen pasang tersebut cukup untuk melakukan simulasi
ketinggian pasang dan arus pasang surut yang merupakan tujuan utama penelitian ini
sebagaimana disampaikan oleh Militello and Zundel (1999). Kedelapan tidal konstituen
tersebut adalah 1 1 1 1, , ,K O P Q yang terjadi sekali sehari dan 2 2 2 2, , ,K M N S yang terjadi
dua kali sehari. Untuk mendapatkan informasi lengkap tentang teori dan prediksi
pasang surut dapat ditemukan pada Doodson (1921), Schureman (1924)
, dan Defant
(1961). Amplitudo – amplitude serta fase – fase dari konstituen pasang diperoleh dari
database FES2004 yang resolusinya 1/80 dan dikembangkan oleh French tidal group
(FTG) yang merupakan finite element solutions (FES) (Lyard et al., 2006). Simulasi
telah dilakukan selama 210 hari dengan ramp time selama 10 hari dengan time step
empat detik. Waktu mulainya simulasi 01 Pebruari 2014 pada jam 00:00:00 waktu GMT
(Greenwich Mean Time). Pemilihan waktu ini disesuaikan dengan ketersediaan data
pengamatan yang ada di Bau – Bau, Sulawesi Tenggara.
4.2 Validasi model
Setelah melakukan simulasi selama 210 hari, data ketinggian pasang dan kecepatan
arus di sekitar pulau Buton telah diperoleh. Untuk menvalidasi ketinggian pasang yang
diperoleh dari model, hasil model ini di bandingkan dengan data pengamatan yang
dilakukan oleh Badan Informasi Geospatial (BIG). Lokasi pengamatan yang dilakukan
BIG berada di Bau-Bau dan koordinat pengamatan ini terletak pada 122.61500 bujur
timur dan 5.45240 S lintang selatan. Komponen pasang di ekstrat dari data pasangnya
degan menggunakan toolbox analysis harmonic T_TIDE dan diperoleh bahwa ada
delapan komponen pasang yang signifikan yaitu komponen-komponen 1 1 1 1, , ,K O P Q
yang terjadi sekali sehari dan komponen-komponen 2 2 2 2, , ,K M N S yang terjadi dua kali
sehari. Karena ramp-time adalah 10 hari, maka data ketinggian pasang dan kecepatan
arus yang diperoleh hanya 200 hari. Data ketinggian pasang selama 200 hari dapat
dilihat pada Gambar 7. Sebagai mana terlihat pada Gambar 7, agak sulit untuk melihat
perbandingan antara hasil dari model dengan hasil pengamatan. Oleh sebab itu, untuk
presentase sederhana, perbandingan akan ditunjukkan selama 800 jam sebagaimana
terlihat pada Gambar 8.
Page 17
17
Gambar 7. Perbandingan elevasi pasang antara model dengan pengamatan selama 200
hari.
Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 7 dan Gambar 8, kedua elevasi pasang surut
yang diperoleh dari model dan pengamatan pasang surut dan sebagaimana terlihat,
kedua elevasi hampir berimpit. Namun, root mean square error (RMSE) masih besar
yaitu 0.124919 m. Perbandingan ini dilakukan dengan menggunakan delapan komponen
pasang sebagaimana yang telah dipilih sebelumnya.
Gambar 8. Perbandingan elevasi pasang antara model dengan pengamatan selama 800
jam.
4.3 Green’s function approach
Sebagaimana terlihat pada bagian sebelumnya, room mean square error (RMSE) masih
besar. Oleh sebab itu, amplitude dan fase yang dimasukkan pada batasan domain harus
diperbaiki. Oleh sebab itu, metode yang telah digunakan oleh beberapa orang seperti in
Menemenlis and Wunsch (1997), Menemenlis et al. (2005)
, Moon et al. (2012)
, dan
Ribal et al. (2016) akan digunakan. Metode ini disebut Green’s function approach. Ide
utamanya adalah untuk memperbaiki amplitudo - amplitudo dan fase – fase berdasarkan
data pengamatan. Ini berarti bahwa untuk menerapkan metode ini, data pengamatan
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500−1.5
−1.2
−0.9
−0.6
−0.3
0
0.3
0.6
0.9
1.2
Time (hour)
Tid
al e
levat
ion (
m)
Observation (2014)
ADCIRC (FES2004)
0 100 200 300 400 500 600 700 800−1.5
−1.2
−0.9
−0.6
−0.3
0
0.3
0.6
0.9
1.2
Time (hour)
Tid
al e
levat
ion (
m)
Observation (2014)
ADCIRC (FES2004)
Page 18
18
harus tersedia. Detail penerapn dari metode ini dapat ditemukan pada referensi-referensi
yang terdahulu.
Gambar 9. Perbandingan elevasi pasang antara model dengan pengamatan selama 200
hari setelah penerapan fungsi Green.
Setelah menerapkan fungsi-fungsi Green, maka RMSE dapat diturunkan dari 0.124919
m ke 0.014262 m. Ini menunjukkan bahwa RMSE berkurang sekitar 88.58%.
Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 9 dan Gambar 10, kedua elevasi yang diperoleh
dari model dan pengamatan berimpit sehingga sulit untuk membedakannya.
Gambar 10. Perbandingan elevasi pasang antara model dengan pengamatan selama 800
jam setelah penerapan fungsi Green.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500−1.5
−1.2
−0.9
−0.6
−0.3
0
0.3
0.6
0.9
1.2
Time (hour)
Tid
al e
levat
ion (
m)
Observation 2014
ADCIRC After Green
0 100 200 300 400 500 600 700 800−1.5
−1.2
−0.9
−0.6
−0.3
0
0.3
0.6
0.9
1.2
Time (hour)
Tid
al e
levat
ion (
m)
Observation 2014
ADCIRC After Green
Page 19
19
4.4 Arus pasang Barotropic di sekitar pulau Buton
Gambar 11. Distribusi arus pasang di sekitar pulau Buton (angka pada gambar
menyatakan nomor lokasi pengamatan).
Pada bagian sebelumnya telah ditunjukkan bahwa setelah penerapan fungsi-fungsi
Green, ketinggian pasang hampir sama dengan hasil pengamatan yang ditunjukkan
dengan nilai RMSE yang sangat kecil yaitu sekitar 1.43 cm. Hal ini memungkinkan kita
untuk menyimpulkan bahwa kecepatan arus yang diperoleh dari model merupakan
kecepatan arus yang mendekati nilai yang sebenarnya. Namun, perlu dicatat bahwa,
karena model yang kami gunakan bukan yang tiga dimensi penuh tapi yang digunakan
adalah model ADCIRC-2DDI. Hal ini mengakibatkan bahwa kami hanya mengamati
arus yang barotropic yang berarti bahwa kecepatan arus diasumsikan seragam terhadap
kedalaman laut. Distribusi kecepatan arus yang diperoleh dapat dilihat pada Gambar 11.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Page 20
20
Gambar 12. Kecepatan arus Meridional pada station pengamatan nomor 6 from ADCIRC
model.
Berdasarkan Gambar 11, kecepatan arus mencapai 2 m/s. Sebagaimana terlihat pada
gambar kecil yang ada pada Gambar 11, kecepatan arus pada lokasi pengamatan
mencapai 1.9 m/s. Oleh sebab itu, lokasi-lokasi ini merupakan lokasi yang baik untuk
menempatkan alat konversi energy pasang. Namun untuk memastikan lokasi yang
paling tepat untuk menempatkan alat konversi energy, perlu dilakukan penelitian yang
intensif termasuk menerapkan model tiga dimensi. Perlu dicatat bahwa lokasi
pengamatan nomor 2 merupakan lokasi pengamatan untuk ketinggian pasang. Jadi, pada
lokasi ini, kecepatan arus akan sangat lemah dan hal ini terkonfirmasi dengan hasil dari
model. Kesepuluh lokasi yang lain ditujukan untuk mengamati kecepatan arus. Untuk
menyederhanakan presentase, kecepatan arus yang diamati pada lokasi pengamatan
nomor 6 yang akan ditampilkan. Di lokasi ini, kecepatan arus pasang didominasi dari
kecepatan arus meridional sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 12. Sementara
kecepatan arus zonal sangat lemah seperti terlihat pada Gambar 13.
Selain itu, besarnya kecepatan arus absolut (magnitude velocity) di lokasi pengamatan
nomor 6 ditunjukkna pada gambar Gambar 14. Sebagaimana terlihat pada gambar,
absolut dari kecepatan arus hamper 2 m/s yang merupakan hasil yang sangat
menjanjikan.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500−2
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
2
Time (hour)
Mer
idio
nal
vel
oci
ty (
m/s
)
Page 21
21
Gambar 13. Kecepatan arus Zonal pada station pengamatan nomor 6 from ADCIRC
model.
Gambar 14. Kecepatan absolute pada station pengamatan nomor 6 from ADCIRC model.
4.5 Energi pasang surut di sekitar pulau Buton
Energy pasang surut di sekitar Pulau Buton dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
31
2P AUηρ=
dimana η dan A efisiensi turbin dan luasan permukaan turbin. ρ merupakan massa jenis
air yang mempunyai nilai antara 1020 kg/m3 dan 1029 kg/m
3. U adalah kecepatan
absolut aliran. Pada umumnya efisiensi turbin dan luasan permukaan aliran turbin
adalah konstan, daya hanya bergantung pada kecepatan arus. Misalkan ρ = 1025 kg/m3
dan η = 0.39 (O’Rourke et al., 2010), maka daya listrik dapat di tentukan sebagaimana
dalam Tabel 1.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500−2
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
2
Time (hour)
Zonal
vel
oci
ty (
m/s
)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000
0.5
1
1.5
2
Time (hour)
Abso
lute
vel
oci
ty (
m/s
)
Page 22
22
Tabel 1. Rata-rata daya yang dapat diperoleh dari arus pasang di sekitar pulau Buton.
Stations Longitude
[deg]
Latitude
[deg]
Mean speed
[m/s]
Mean power
[kW/m2]
Max speed
[m/s]
1 122.0508 -4.9151 0.8780 0.2079 1.6755
2 122.6150 -5.4524 0.0702 0.0001 0.1794
3 122.0947 -4.8534 0.7390 0.1204 1.3636
4 122.1917 -5.0334 0.7077 0.1184 1.4492
5 122.6419 -5.3575 0.9127 0.2293 1.6710
6 122.6436 -5.3509 1.0143 0.3087 1.7956
7 122.6429 -5.3447 0.9500 0.2670 1.8708
8 122.6451 -5.3409 0.7919 0.1520 1.4626
9 122.6466 -5.3303 0.7012 0.1065 1.3586
10 122.8812 -4.4561 0.6606 0.1017 1.3876
11 122.9324 -4.4181 0.6327 0.0895 1.3698
Seperti yang dapat dilihat pada Tabel 1, semua lokasi yang terpilih untuk pengukuran
arus sangat menjanjikan untuk mendapatkan energy arus pasang. Namun yang paling
baik adalah lokasi yang terletak pada 122.64360 bujur timur dan 5.3509
0 lintang
selatan dengan kecepatan rata-rata selama 200 hari simulasi adalah 1.014 m/s yang
dapat menghasilkan daya listrik sebesar 0.3087 kW/m2 or 308.7 W/m
2. Lokasi ini
mempunyai kedalaman sekitar 12 meters. Jadi misalkan luas permukaan aliran pada
turbin adalah 100 m2, maka daya yang diperoleh adalah 308,700 W/m
2 atau 308.7 kW/m
2
yang merupakan daya yang cukup besar.
Page 23
23
BAB 5. KESIMPULAN
5. Kesimpulan
Advanced Circulation two-dimensional depth integrated (ADCIRC-2DDI) telah
digunakan untuk melakukan tahap awal pengkajian pasang dan arus pasang surut di
sekitar pulau Buton, Sulawesi Tenggara, Indonesia. Untuk mendapatkan hasil yang
baik, fungsi-fungsi Green telah digunakan untuk memperbaiki masukan pada syarat
batas dari model. Fungsi-fungsi Green membutuhkan data pengamatan dalam
penerapannya. Sebagai hasilnya, root mean square error (RMSE) dari elevasi pasang
surut telah berhasil diturunkan sebanyak 88.58% yaitu dari 12.49 cm sampai 1.43 cm.
Telah ditemukan beberapa lokasi yang mempunyai kecepatan aru pasang surut yang
hampir mencapai 2 m/s. Sebelas tempat pengamatan yang berbeda yang telah di
observasi dan ditemukan bahwa arus terkuat pada lokasi pengamatan adalah 1.871 m/s
dengan rata-rata daya yang dihasilkan adalah 267 W/m2. Jadi, daya tertinggi yang
diperoleh pada lokasi pengamatan adalah 308.7 W/m2.
Untuk memperoleh gambaran yang lengkap dari arus pasang surut di sekitar pulau
Buton, maka untuk penelitian selanjutnya akan lebih baik untuk menerapkan ADCIRC
model yang full tiga dimensi. Selain itu, akan sangat bermanfaat jika kita bisa
melakukan pengukuran langsung arus pasang dengan menggunakan alat yang khusus
untuk mengukur arus laut atau pasang seperti ADCP (Acoustic Doppler Current
Profiler). Namun untuk melakukan penelitian semacam itu, akan membutuhkan dana
yang besar dan kerjasama antara lembaga.
Page 24
24
DAFTAR PUSTAKA
Agustinus, M. 2016. Ini 4 Provinsi yang Paling Kekurangan Listrik di RI [Online].
detikFinance. Available: http://finance.detik.com/energi/3134391/ini-4-provinsi-
yangpaling-kekurangan-listrik-di-ri [Accessed 27 October 2016].
Bacopoulos, P. 2005. Analysis, Modeling, and Simulation of The Tides in the
Loxahatchee River Estuary (Southeastern Florida). Master of Science,
University of Central Florida.
Baja, S. 2012. Perencanaan Tata Guna Lahan dalam Pengembangan Wilayah,
Yogyakarta, Penerbit Andi.
Blain, C., Preller, R. & Rivera, A. 2002. Tidal prediction using the advanced circulation
model (ADCIRC) and a relocatable PC-based system. Oceanography, 15, 77-87.
Blain, C. A., Linzell, R. S., Chu, P. & Massey, C. 2010. Validation test report for the
ADvanced CIRCulation Model (ADCIRC) v45. 11. NRL Memorandum Report,
NRL/MR /7320--10-9205, Naval Research Laboratory.
Bppt 2014. Outlook Energi Indonesia 2014, Jakarta, Badan Pengkajian dan Penerapan
Teknologi (BPPT).
Cresswell, G. R. & Luick, J. L. 2001. Current measurements in the Halmahera Sea.
Journal of Geophysical Research: Oceans (1978–2012), 106, 13945-13951.
Davey, T., Venugopal, V., Smith, H., Smith, G., Lawrence, J., Cavaleri, L., Bertotti, L.,
Prevosto, M., Girard, F. & Holmes, B. 2010. Equimar deliverable D2.7:
Protocols for Wave and Tidal Resource Assessment.
Defant, A. 1961. Physical Oceanography, Pergamon Press.
Ding, Y., Bao, X., Yu, H. & Kuang, L. 2012. A numerical study of the barotropic tides
and tidal energy distribution in the Indonesian seas with the assimilated finite
volume coastal ocean model. Ocean Dynamics, 62, 515-532.
Doodson, A. T. 1921. The Harmonic Development of the Tide-Generating Potential.
Proceedings of the Royal Society of London. Series A, 100, 305-329.
Flather, R. A. 1988. A Numerical Model Investigation of Tides and Diurnal-Period
Continental Shelf Waves along Vancouver Island. Journal of Physical
Oceanography, 18, 115-139.
Fortunato, A. B., Pinto, L., Oliveira, A. & Ferreira, J. S. 2002. Tidally generated shelf
waves off the western Iberian coast. Continental Shelf Research, 22, 1935-1950.
Gordon, A., Susanto, R., Ffield, A., Huber, B., Pranowo, W. & Wirasantosa, S. 2008.
Makassar Strait throughflow, 2004 to 2006. Geophysical Research Letters, 35.
Kartadikaria, A., Miyazawa, Y., Varlamov, S. & Nadaoka, K. 2011. Ocean circulation
for the Indonesian seas driven by tides and atmospheric forcings: Comparison to
observational data. Journal of Geophysical Research: Oceans (1978–2012), 116.
Kesdm 2012. Kajian Indonesia Energy Outlook, Jakarta, Kementerian Energi dan
Sumber Daya Mineral.
Kolar, R. L., Gray, W. G., Westerink, J. J. & Luettich, R. A. 1994a. Shallow water
modeling in spherical coordinates: equation formulation, numerical
implementation, and application. Journal of Hydraulic Research, 32, 3-24.
Kolar, R. L., Westerink, J. J., Cantekin, M. E. & Blain, C. A. 1994b. Aspects of
nonlinear simulations using shallow-water models based on the wave continuity
equation. Computers & Fluids, 23, 523-538.
Legrand, C. 2009. Assessment of Tidal Energy Resource. London, UK: European
Marine Energy Centre (EMEC).
Page 25
25
Lesue, J. S. 2003. Calibrating ADCIRC with tidal constituents using SMS as a
preprocessor. Dept. of Civil and Environmental engineering, Utah.
Luettich, R. & Westerink, J. 2004. Formulation and Numerical Implementation of the
2D/3D ADCIRC Finite Element Model Version 44.XX
http://www.unc.edu/ims/adcirc/adcirc_theory_2004_12_08.pdf.
Luettich, R. A., Birkhahn, R. H. & Westerink, J. J. 1991. Application of ADCIRC-
2DDI to Masonboro Inlet, North Carolina: A brief numerical modeling study.
Contractors Report to the US Army Engineer Waterways Experiment Station,
Vicksburg.
Luettich, R. A., Westerink, J. J. & Scheffner, N. W. 1992. ADCIRC: an Advanced
Three-dimensional Circulation Model for Shelves, Coasts, and Estuaries.
Report 1: Theory and Methodology of ADCIRC-2DD1 and ADCIRC-3DL.:
U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station.
Lyard, F., Lefevre, F., Letellier, T. & Francis, O. 2006. Modelling the global ocean
tides: modern insights from FES2004. Ocean Dynamics, 56, 394-415.
Menemenlis, D., Fukumori, I. & Lee, T. 2005. Using Green's functions to calibrate an
ocean general circulation model. Monthly weather review, 133.
Menemenlis, D. & Wunsch, C. 1997. Linearization of an Oceanic General Circulation
Model for Data Assimilation and Climate Studies. Journal of Atmospheric and
Oceanic Technology, 14, 1420-1443.
Militello, A. & Zundel, A. K. 1999. Surface-Water Modeling System Tidal Constituents
Toolbox for ADCIRC.
Moon, J.-H., Hirose, N. & Morimoto, A. 2012. Green’s function approach for
calibrating tides in a circulation model for the East Asian marginal seas. Journal
of Oceanography, 68, 345-354.
O’rourke, F., Boyle, F. & Reynolds, A. 2010. Tidal current energy resource assessment
in Ireland: Current status and future update. Renewable and Sustainable Energy
Reviews, 14, 3206-3212.
Ribal, A. & Waseda, T. 2015a. The guideline for tidal energy assessment. Tokyo: The
University of Tokyo.
Ribal, A. & Waseda, T. 2015b. The guideline for wave energy assessment. Tokyo: The
University of Tokyo.
Ribal, A. & Waseda, T. 2015c. Tidal energy assessment in Kamaishi bay and Miyake
island. Tokyo: The University of Tokyo.
Ribal, A. & Waseda, T. 2015d. Wave power energy assessment in Hitachinaka,
Kamaishi and Kozu island, Japan. Tokyo: The University of Tokyo.
Ribal, A., Waseda, T., Wada, R. & Kiyomatsu, K. Green’s function approach for
optimal estimation of a regional tidal model. ICSEEA 2014, 14 – 16 October
2014 Bandung, Indonesia.
Ribal, A., Waseda, T., Wada, R. & Kiyomatsu, K. 2016. Optimal control of open
boundary conditions for a regional tidal model. in preperation.
Robertson, R. & Ffield, A. 2005. M~ 2 Baroclinic Tides in the Indonesian Seas.
OCEANOGRAPHY-WASHINGTON DC-OCEANOGRAPHY SOCIETY-, 18, 62.
Robertson, R. & Ffield, A. 2008. Baroclinic tides in the Indonesian seas: Tidal fields
and comparisons to observations. Journal of Geophysical Research: Oceans
(1978–2012), 113.
Schureman, P. 1924. Tides: A Manual of the Harmonic Analysis and Prediction of
Tides, U.S. Government Printing Office.
Page 26
26
Suparman. 2016. Sultra Butuh Pasokan Daya Listrik 65,6 MW [Online]. Antara News.
Available: http://sultra.antaranews.com/berita/283029/sultra-butuh-pasokan-
daya-listrik-656-mw [Accessed 27 October 2016].
Susanto, R. D., Ffield, A., Gordon, A. L. & Adi, T. R. 2012. Variability of Indonesian
throughflow within Makassar Strait, 2004–2009. Journal of Geophysical
Research: Oceans (1978–2012), 117.
Waseda, T., Kiyomatsu, K., Ribal, A., Kidoura, Y. & Wada, R. 2015. Combining
statistical and dynamical approaches in resource assessments of ocean wave,
ocean current and tidal current power. In: SOARES, C. G. (ed.) Renewable
Energies Offshore. London, UK: CRC Press/Taylor & Francis Group.
Westerink, J. J. 1993. Tidal prediction in the Gulf of Mexico/Galveston Bay using
model ADCIRC-2DDI. Vicksburg, MS: Contractors Report to the US Army
Engineer Waterways Experiment Station.
Westerink, J. J., Blain, C. A., Luettich, R. A. & Scheffner, N. W. 1994. ADCIRC: an
Advanced Three-dimensional Circulation Model for Shelves, Coasts, and
Estuaries: Report 2: users manual for ADCIRC-2DDI. U.S. Army Engineer
Waterways Experiment Station.
Westerink, J. J. & R.A. Luettich 1991. Tide and storm surge predictions in the Gulf of
Mexico using model ADCIRC-2D. Vicksburg, MS: Contract Report, prepared
for the US Army Engineer Waterways Experiment Station.