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.

A.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.

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

A.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.

A.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

Gambar Gelombang Laut Akibat Tsunami di Laut dalam

Gambar Gelombang Laut Akibat Tsunami di Pantai

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).

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.
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.

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 lokal.

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.

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.

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.

Rekaman gelombang tipikal : Analisa Puncak dan Lembah

ζa* = amplitude negatif

a.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 ).

b.Tinggi gelombang, Ha (meter) : jarak vertical dari lembah ke puncak gelombang berikutnya.

c.Periode puncak gelombang, Tp (detik) : waktu antara dua puncak gelombang

d.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.