1

PERUBAHAN BENTUK SALURAN AKIBAT VARIASI DEBIT(KAJIAN LABORATORIUM)

Tiurma Elita Saragi, ST. MTJurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas HKBP Nommensen - Medan

Jl. Sutomo no: 4A - Medan

ABSTRACTOver the time, the river will change against across-sectional shape.This change

caused by various factors such as the widening, narrowing and silting.Therefore this researchwas undertaken with a view to find out how much deformation occurs when the channel fedwith different discharge. The research was done by makes a hydraulic model that has twochannel curves at an angle of 60°. The bed and lining of the channel is making with sand.The channel is divided into five parts, first straight section, first curve section, secondstraight section, second curve section and third straight section. This research use threedifferent discharge, Q1 = 1.129 liters/s, Q2 = 1.219 liters/s and Q3 = 1.361 liters/s and threevarious duration 4.5 hours, 5.5 hours, and 7 hours. Result of the research showed that thegreater the discharge was used the widest and deepest the channel was. The largest channeloccured in the third straight section (downstream) from the initial width of 20 cm to 102.98cm. The highest siltation is in first straight section (upper part) from the initial depth of 10cm to 4,26 cm.

Keywords : Width, Depth, Discharge, Time

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangDiantara proses geologi, air yang mengalir merupakan proses yang sangat

penting bagi manusia. Manusia tergantung pada sungai sebagai sumber energi,transportasi, dan irigasi. Dan dataran sungai yang subur merupakan tempat yangpaling baik untuk tempat tinggal manusia. Sebagai agen yang dominan untukmerubah bentang alam, aliran air telah membentuk lingkungan fisik manusia.

Permasalahan yang terjadi pada sungai diantaranya adalah terjadinyapendangkalan dan penyempitan atau pelebaran sungai. Dari sekian banyak masalahyang terjadi pada sungai, salah satu yang menarik perhatian adalah terjadinyaperubahan morfologi sungai, terutama pada arah melintang pada kelokan. Faktoryang mempengaruhi perubahan ini antar lain adalah adanya pengikisan, sedimentasi,perubahan bentuk denah dan perubahan alur sungai.

Pada daerah aliran sungai dimana terdapat kelokan, dengan debit tertentuakan mengakibatkan perubahan bentuk saluran karena terjadi penggerusan padadasar sungai. Penggerusan terbesar terjadi pada bagian luar kelokan. Hal inidikarenakan kecepatan maksimum aliran terjadi pada bagian luar kelokan.Perubahan bentuk tersebut akan terus terjadi sampai terjadi keseimbangan padasungai tersebut. Dimana pada saat seimbang ini saluran terlihat sudah mulai stabil.Perubahan lebar hampir tidak ada dan sedimen yang keluar dan masuk bisadikatakan hampir sama.

2

Sungai merupakan saluran terbuka yang terbentuk secara alamiah diataspermukaan bumi. Setiap sungai memiliki karakteristik dan bentuk yang berbedaantara satu dengan yang lainnya, hal ini disebabkan oleh banyak faktor diantarannyatopografi, iklim, maupun segala gejala alam dalam proses pembentukkannya. Sungaiyang menjadi salah satu sumber air, tidak hanya menampung air tetapi jugamengalirkannya dari bagian hulu ke bagian hilir.

Sehubungan dengan masalah tersebut maka pada laporan penelitian ini akandiadakan suatu kajian laboratorium terhadap perubahan bentuk saluran akibat darivariasi debit. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi suatu masukan yang dapatdigunakan untuk membandingakn seberapa besar perubahan yang terjadi padasaluran serta pendangkalan yang akan terjadi dengan debit yang bervariasi.

1.2. Tujuan1. Menganalisis perubahan bentuk saluran akibat variasi debit.2. Menganalisis perubahan bentuk saluran terhadap lama waktu pengaliran.3. Membuat hubungan antara lebar dan kedalaman saluran terhadap debit dan

waktu.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. SaluranSaluran yang mengalirkan air dengan suatu permukaan bebas disebut

saluran terbuka. Saluran dapat dibedakan menjadi saluran alam (natural) dan saluranbuatan (artificial). Saluran alam meliputi semua alur yang terdapat di permukaanbumi, mulai dari anak selokan kecil pegunungan, selokan kecil, anak sungai, sungaibesar sampai ke muara sungai. Aliran air di bawah tanah dengan permukaan bebasjuga dianggap sebagai saluran terbuka alamiah.

Saluran buatan adalah saluran yang dibuat oleh manusia, seperti saluranpelayaran, saluran pembangkit listrik, saluran irigasi dan talang, parit pembuangan,pelimpah tekanan, saluran banjir, saluran pengangkutan kayu, selokan dansebagainya.

2.2. SungaiSungai didefenisikan sebagai aliran terbuka dengan ukuran geometrik

(tampak lintang, profil memenjang dan kemiringan lembah) berubah seiringwaktu, tergantung pada debit, material dasar dan tebing, serta jumlah dan jenissedimen yang terangkut oleh air (Legono, 1999).

Sungai akan selalu menyesuaikan dirinya dengan perubahan yang terjadi.Adapun proses yang dilakukan oleh sungai dalam upaya menyesuaikan diri adalahpengikisan (erotion), pengangkutan (transportation), dan pengendepan. pada suatukondisi tertentu sungai akan berada pada suatu keadaan dimana sungai tidakmelakukan proses erosi ataupun deposisi. Sungai pada kondisi demikian disebutpada kondisi keseimbangan (graded stream)

Bentuk sungai adalah tidak tetap, selalu berubah sesuai dengan pengaruh air,sedimen, topografi daerah aliran sungai, formasi batuan dan iklim. Perubahan bentuk

3

akan lebih mungkin terjadi karena adanya kegiatan pengaturan atau pemanfaatansungai, misalnya gerusan atau erosi.Selain perubahan bentuk tampang melintang juga terjadi perubahan bentuk padaarah memanjang, sehingga geometri sungai akan memberikan bentuk-bentukspesifik, misalnya meander, meander dengan pulau, barided dan lainnya.

Ada tiga jenis utama pola alur sungai menurut (Leopold dan Wolman, 1964)dan, yaitu:

a. Lurus (straight atau sinous)b. Berkelok (meandering)c. Beranyam (braided)

Gambar 2.1. Pola Alur Sungai

2.3. Perhitungan Debit atas Dasar PengukuranPerhitungan debit biasanya dia;kukan dengan menggunakan rumus: Q = V x A

Dimana,Q = debit (m3/det)A = luas penampang basah (m2)V = kecepatan rata-rata (m/det)

Perhitungan debit dapat juga dilakukan dengan menggunakan rumus Pintuambang ThompsonRumus Pintu Thompson:

Q = Cd. . tg . H5/2

Rumus Koefisien Debit dengan menggunakan rumus Bazin:

Cd=

Keterangan:

Q : Debit aliran (m3/dt)Cd : Koefisien debitg : Gravitasi ( 9,8 m/dt2)H : Tinggi muka air dari dasar V-Notch Weir (m)

4

Gambar 2.2. Pintu Ambang Thompson

2.4. Pengangkutan SedimenPerhitungan pengangkutan sedimen (sedimen transport) dimaksudkan untuk

mengetahui besarnya laju sedimen yang terbawa

Gambar 3.1. Lay Out Model Hidraulik

oleh aliran air.Pengangkutan sedimen dapat dihitung dengan menggunakan rumuspendekatan dibawah ini :

1. Rumus Meyer-Peter

).(

)'(.25,0047,0

).(

)'/.(. 3/2

3

2/3

s

B

s

b

D

q

D

kkR

qB = Bq' .)(

s

s

QB = B . qB

Dimana :kk / ’ : Koefisien Kekasaran saluran

Rb : Jari-jari hidrolis (m)D : Diameter Butir sedimen (mm) : Berat jenis air (kg/ m3)

s : Berat jenis sedimen (kg/ m3)

qB : Laju beban alas (kg/(detik)(m))qs : Laju perpindahan sedimen (kg/(detik)(m))QB :Berat sedimen persatuan waktu (kg/detik)

5

3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 .Alat dan BahanPemodelan sungai dibuat dari pasangan batu bata dengan panjang 1200 cm,

lebar 300 cm dan tinggi 50 cm. Sedangkan model saluran berbentuk trapesiumdengan lebar atas 20 cm, lebar bawah 10 cm dan tinggi 10 cm

Gambar 3.2. Pemodelan Saluran

3.2.1. AlatAlat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:

a. Pompa untuk menghisap air dari reservoir untuk dialirkan ke saluran

b. Sand feeder untuk mengalirkan pasir yang berfungsi untuk menjagakeseimbangan topografi dasar saluran akibat aliran

Gambar 3.3. Sand Feeder

6

c. Pintu Thomson untuk mengetahui debit yang melewati saluran

d. Flow Meter untuk mengetahui kecepatan aliran

Gambar 3.3. Flow Meter

e. Cetakan saluran berbentuk trapesium dengan lebar atas 20 cm, lebar bawah10 cm dan tinggi 10 cm.

Gambar 3.4. Cetakan Saluran

f. Timbangan untuk menimbang berat sedimen yang tergerusg. Mistar untuk mengukur ketingginan air dan ketinggian dasar saluranh. Stopwatch digunakan untuk mengukur lama waktu pengamatani. Keranjang untuk menampung sedimen yang keluar dari outletj. Oven digunakan untuk mengeringkan sedimen yang tergerusk. Grid meter digunakan untuk mengukur koordinatl. Benang digunakan untuk membuat sudut-sudut pada tikungan

7

3.2.2. Bahan

Bahan yang digunakan adalah pasir dengan saringan No. 10 sehinggadidapatkan ukuran pasir berdiameter 2,00 mm yang telah melalui tes analisasaringan.

3.2. Pengukuran Percobaan

Beberapa jenis pengukuran atau pengamatan yang dilakukan pada penelitianini adalah

a. Pengukuran Debit AirDebit yang digunakan adalah 1,129 Liter/s, 1,219 Liter/s dan 1,361 Liter/s.

b. Pengukuran Kalibrasi Sand FeederPasir yang keluar dari Sand Feeder setiap 5 menit adalah 1,28 kg.

c. Pengukuran Keseimbangan AliranKeseimbangan aliran untuk masing masing debit terjadi pada waktu 4,5 jam,5,5 jam dan 7 jam.

d. Pengukuran Perubahan Lebar Alur Pada SaluranPengukuran perubahan lebar saluran dilakukan pada setiap jam yang telahditentukan untuk masing – masingsing debit. pengukuran dilakukan denganmenggunakan grid meter untuk menentukan kooordinat dan perubahan lebardiukur dengan menggunakan mistar.

e. Pengukuran Perubahan Kedalaman SaluranPengukuran perubahan kedalaman saluran dilakukan pada setiap jam yangtelah ditentukan untuk masing – amasing debit. pengukuran dilakukandengan menggunakan grid meter untuk menentukan kooordinat dankedalaman diukur dengan menggunakan mistar

8

Persiapan Alat dan Bahan

Uji Coba Model Hidraulika Untuk MengetahuiWaktu Pada Saat Mencapai Keseimbangan

Penulisan Laporan

Pembuatan Model

Studi LiteraturLiteratur-literatur berupa :1. Jurnal2. Diktat3. Buku4. Informasi yang menunjang

Pengolahan dan Analisa Data

Pengamatan:Q, B, h untuk t=0 sampai t=tn (seimbang)

Mulai

Berikut adalah diagram alir dari urutan kerja penelitian:

Gambar 3.5. Diagram Alir Penelitian

Kalibrasi Sand Feeder1,28 kg/5 menit

Kalibrasi Debit AliranQ1 = 1,129 Liter/sQ2 = 1,219 Liter/sQ3 = 1,361 Liter/s

Selesai

9

4.HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Perubahan Lebar SaluranPada penelitian ini digunakan 3 debit yang berbeda dan diukur dengan

waktu yang berbeda pula. Saat Pengukuran perubahan lebar, saluran yang telahdibuat dibagi dalam 5 bagian yaitu bagian lurus 1( hulu), bagian belokan 1, bagianlurus 2, bagian belokan 2 dan bagian lurus 3 (hilir).

Tabel 4.1. Rekapitulasi Nilai Perubahan Lebar Pada Bagian Lurus 3

Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Lebar Dengan Debit Pada Bagian Lurus 3

10

Tabel 4.2. Lebar rata-rata Bagian Lurus 3 Untuk Setiap Debit

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Lebar Dengan Debit Pada Bagian Lurus 3

Semakin besar debit yang digunakan pada penelitian maka semakin besarpula perubahan lebar saluran yang terjadi. Perubahan lebar yang terbesar terjadipada bagian lurus 3 dimana saluran yang lebar awalnya adalah 20 cm menjadi102,98 cm.

4.3. Perubahan Kedalaman SaluranSama halnya dengan pengukuran lebar saluran, saat pengukuran perubahan

kedalaman, saluran yang telah dibuat dibagi dalam 5 bagian yaitu bagian lurus 1(hulu), bagian belokan 1, bagian lurus 2, bagian belokan 2 dan bagian lurus 3 (hilir).

Pada tabel 4.3 dapat kita lihat nilai – nilai dari perubahan kedalaman yangterjadi pada bagian lurus 1. Pada bagian ini terjadi pendangkalan paling besardiantara dibandingkan dengan bagian lainnya. Pendangkalan terbesar terjadi ketikasaluran dialiri dengan debit Q3. Sedangkan Gambar 4.4 dibawah ini menunjukkanhubungan kedalaman rata – rata saluran pada setiap segmen terhadap debit, dimanaabsis x adalah debit (liter/s) dan absis y adalah lebar rata – rata saluran (cm) padasetiap segmen untuk setiap debit. Secara keseluruhan bagian saluran yang memilikikedalam paling besar adalah bagian lurus 3 dimana bagian ini sudah mendekati hilirsaluran.

11

Tabel 4.3. Rekapitulasi Nilai Perubahan Kedalaman Pada Bagian Lurus 1

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara Kedalaman Dengan Debit Pada BagianLurus1

12

Tabel 4.4. Kedalaman rata-rata Bagian Lurus 1 Untuk Setiap Debit

Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Kedalaman Dengan Debit Pada BagianLurus 1

Semakin besar debit yang digunakan pada penelitian maka semakin besarpula perubahan kedalam (pendangkalan) saluran yang terjadi. Pendangkalan yangterbesar terjadi pada bagian lurus 1 dimana saluran yang kedalaman awalnya adalah10 cm menjadi 4,26 cm.

Gambar 4.5. Perubahan Bentuk Saluran Pada Q1

13

4.2. Perubahan Bentuk SaluranBerikut adalah gambar perubahan bentuk saluran pada setiap akhir dari

penelitain dari setiap debit. Untuk debit Q1 = 4,5 jam, debit Q2 = 5,5 jam dan debitQ3 = 7 jam.

Gambar 4.6. Perubahan Bentuk Saluran Pada Q2

Gambar 4.7. Perubahan Bentuk Saluran Pada Q3

Dari ketiga gambar diatas terlihat bahwa semakin besar debit yangdigunakan maka perubahan bentuk yang terjadi akan semakin besar. Dimana darihasil penelitian terlihat bahwa lebar saluran pada Q3 lebih besar dari Q2 dan Q1.

Dari gambar – gambar tersebut dapat dilihat bahwa semakin lama salurandialiri maka perubahannya akan semakin besar. Lebar bagian atas saluran yangawalnya 20 cm berubah terus menerus selama pengaliran. Bagian yang palingbanyak mengalami perubahan adalah bagian dasar saluran, dimana lebarnya sebelumdialiri adalah 10 cm. Namun setelah dialiri lebar bagian dasar saluran hampir samabesar dengan lebar bagian atas. Hal ini mengakibatkan bentuk penampang saluranyang awalnya adalah trapesium sekarang tidak terlihat lagi. Setelah dialirikedalaman saluran juga berubah dari kedalaman awalnya adalah 10 cm menjadilebih dangka karena adanya gerusan dan sedimentasi.

4.4. Data Muatan SedimenDari pengamatan muatan sedimen yang merupakan hasil pengaliran pada

model dengan debit yang berbeda pada saluran diperoleh hasil sebagai berikut.Selain melalui pengukuran saat penelitian untuk membandingkan hasil

pengukuran sedimen dengan perhitungan menggunakan rumus, maka digunakanlahrumus Meyer peter untuk menghitung sedimen yang terangkut.Perhitunganpengangkutan sedimen ini dimaksudkan untuk mengetahui besarnya laju sedimenyang terbawa oleh air, untuk mendapatkan besarnya pengangkutan sedimen yangterbawa dengan menggunakan rumus yang telah dibahas pada tinjauan pustaka padabab sebelumnya. Persamaan yang digunakan adalah persamaan yang mendekatihasil pengamatan yang.Perhitungan ini dilakukan pada pengukuran pada kantong

14

lumpur pada model hidraulik sungai rumus sedimen yang ada dengan memasukkandata dari pengamatan alur sungai pada tiap fungsi waktunya.Sehingga dapatdisimpulkan sebuah rumus yang digunakan apakah bisa digunakan untukperhitungan angkutan sedimen pada model hidraulik.

Tabel 4.5. Gerusan Q1 (1.129 Liter/s)

Tabel 4.7. Gerusan Q2 (1.219 Liter/s)

Tabel 4.8. Gerusan Q3 (1.361 Liter/s)

Gambar 4.8. Grafik Hubungan Sedimen Tergerus Dengan Waktu

15

Dari tabel dan gambar diatas terlihat bahwa, semakin besar debit yangdigunakan maka jumlah sedimen yang tergerus akan semakin besar. Sedangkansemakin lama waktu pengaliran maka jumlah sedimen yang tergerus juga akansemakin sedikit karena saluran sudah mendekati keadaaan seimbang dimana pasiryang keluar dari outlet hampir sama beratnya dengan pasir yang keluar dariSand Feeder. Jumlah sedimen yang terbesar terjadi pada saat saluran dialiri dengandebit Q3 (1,361 liter/s) dengan lama waktu pengaliran adalah 7 jam. Besarnyajumlah sedimen yang terangkut adalah sebanyak 593, 824 kg. Sedangkan saat dialiridengan Q1 dan Q2 jumlah sedimen yang terangkut adalah sebesar 308 kg dan409,024 kg.

Tabel 4.9. Hasil Perhitungan Muatan Sedimen

Dari rekapitulasi perhitungan diatas didapatkan bahwa hasil dari persamaan rumuspendekatan Meyer-Peter yang dipakai jauh dari hasil pengamatan pada modelhidraulik. Dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa persamaan Meyer-Peter tidakdapat digunakan pada penghitungan sedimen untuk penelitian ini. Hal ini disebabkankarena bahan dasar yang digunakan pada saluran ini secara keseluruhan terbuat daripasir sehingga tidak memenuhi syarat dalam penggunaan persamaan tersebut.

5.KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KesimpulanDari hasil pengujian yang didapatkan dari penelitian mengenai Perubahan

Bentuk Saluran Akibat Variasi Debit, yang dilakukan di Laboratorium MekanikaFluida dan Hidro dengan membuat model hidraulik saluran, dari hasil pengujianyang didapat maka di ambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Perubahan bentuk saluran sangat berhubungan erat dengan debit dan waktu.Semakin besar debit yang dialirkan kedalam saluran maka semakin besarperubahan bentuk yan terjadi pada saluran, begitupun jikasemakin kecil debit yang dialirkan kedalam saluran maka perubahan bentukyang terjadi juga akan semakin sedikit.

2. Perubahan lebar saluran mengalami peningkatan jika debit yang digunakanjuga semakin besar dan waktu pengaliran juga semakin lama. Bagian yangmemiliki perubahan lebar terbesar adalah bagian luar belokan dan bagianlurus yang sudah mendekati hilir sungai.

16

Perubahan kedalaman saluran paling besar terjadi pada bagian hulu sungaikarena pengaruh pasir yang keluar dari Sand Feeder.

3. Bentuk saluran yang awalnya berbentuk trapesium dengan lebar atas 20 cm,lebar bawah 10 cm dan tinggi 10 cm setelah dilakukan penelitian sudahtidak terlihat seperti bentuk awalnya lagi. Hal ini dikarenakan pada bagiandasar saluran yang awalnya memiliki lebar 10 cm terjadi perubahan yangcukup besar sehingga ukurannya sudah mendekati lebar bagian atas saluran.

4. Banyaknya sedimen yang keluar pada outlet berbeda dengan hasilperhitungan menggunakan rumus karena diameter butiran pasir yang keluardari sedimen berbeda dengan butiran pasir yang ada pada saluran.

5.2. Saran

Untuk memeperoleh hasil yang lebih akurat mengenai Perubahan KecepatanAliran Air dan Dasar Saluran Akibat Pelurusan Sungai di Laboratorium MekanikaFluida dan Hidro ini, maka perlu adanya penyempurnaan seperti:

1) Kinerja dari sand feeder harus diperbaiki karena sand feeder harusmengeluarkan pasir yang konstan dan terus menerus selama pengujian.

2) Menggunakan alat ukur seperti mistar ukur dan grid meter yang lebihlengkap agar penelitian lebih akurat.

3) Sebelum memulai penelitian, hendaknya pasir pada model hidraulik dalamkeadaan jenuh.

4) Pastikan air yang mengalir di penampungan cukup untuk melakukanpenelitian sesuai dengan waktu yang telah direncanakan agar penelitiandapat berjalan lancar.

5) Pastikan saluran terbuka tempat mengalirnya air yang keluar menujupenampungan tidak bocor, karena hal ini akan menyebakan air yang menujureservoir akan berkurang, jika ditemui kebocoran maka sebaiknya ditambalsebelum melakukan penelitian.

6) Untuk menampung gerusan yang keluar dari outlet seharusnyamenggunakan alat yang lebih bagus sehingga semua pasir akan tertampungsemua dan pengukurannya menjadi lebih akurat.

7) Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya digunakan bahan dasar ssluran yanglebih heterogen sehingga akan menyerupai keadaan sungai yang aslinya.

17

DAFTAR PUSTAKA

Chow, Ven Te dan E.V. Nensi Rosalina, 1992. Hidrolika Saluran Terbuka (openchannel hydraulics). Erlangga, Jakarta,

Legono, Djoko, 1999. Pendidikan Dan Implementasi Penanganan SungaiBerwawasan Terpadu dan Berkelanjutan, Gadjah Mada University Press,Yogyakarta, .

Leopold, L.B., Wolman,M.G.,Miller, J.P, 1964. Fluvial Processes inGeomorphology,W.H. Freeman & Co., San Fransisco.

Maryono,Agus, 2008. Eko – Hidraulika Pengelolaan Sungai RamahLingkungan.Gadjah Mada University Press,Yogyakarta.

Saggaff,Anis, Sarino, Rozaidin Noor, 2008. Pengaruh Lama Aliran TerhadapPerubahan Bentuk Saluran,

Soekarno, Indratmo, 1997. Diktat Morfologi Dan Hidraulika Sungai,InstitutTeknologi Bandung,Bandung.

Soetrisno, Fadli, Konfigurasi Sungai, 2010, http://fadlysutrisno.wordpress.com ,diakses pada tanggal 8 Mei 2013.

Sosrodarsono,Suyono, 1984. Hidrologi Untuk Pengairan, Pradnya Paramita,Yogyakarta.

Sudarly, Rihartadi, 2011. Sungai Dan Bentang Sungai,Triadmodjo , Bambang,2008. Hidraulika II, Beta Offset, Yogyakarta.Ukiman, RY. Kodoatie dan Sriyana, 2006. Study Konfigurasi Dasar

Saluran di Tikungan 90° , Pilar Volume 15 No.1, Semarang.