Sungai sebagai saluran alamiah memiliki kondisi kekasaran dinding yang tidak seragam, sedang variabel ini mempengaruhi kecepatan air di sungai. Nilai koefisien kekasaran di sepanjang sungai bervariasi. Hal ini tergantung pada beberapa faktor diantaranya ketidakteraturan sungai, perubahan tata guna lahan, urbanisasi, erosi dan sedimentasi.
Sungai alamiah umumnya memiliki angka kekasaran dinding yang tinggi. Jika dibandingkan dengan sungai yang telah diluruskan.Sungai alamiah memiliki kemampuan mengalirkan debit lebih kecil pada tinggi muka air yang sama.
Pada penelitian ini, angka kekasaran dinding ditentukan dengan menggunakan rumus Manning-Strickler (Maryono, 2005), yaitu sebagai berikut :
(5.4) (5.5)
Dimana, n adalah koefisien kekasaran, V adalah kecepatan aliran (m/det), R adalah jari-jari hidraulis (m) dan i adalah kemiringan saluran.
Berdasarkan persamaan 5.5, diperoleh koefisien kekasaran seperti pada Tabel 9 berikut.
Tabel 9. Nilai koefisien kekasaran pada kondisi tidak banjir No Lokasi Koefisien Kekasaran (n)
1. Segmen 1 0,437
2. Segmen 2 0,173
3. Segmen 3 1,992
4. Segmen 4 0,096
Tabel 9 di atas menunjukkan bahwa tingkat kekasaran pada Sungai Ciliwung yang melintas di Kelurahan Sempur berada diantara 0,096 hingga 1,992. Pada kondisi tidak banjir di lokasi Segmen 3 memiliki koefisien kekasaran paling tinggi yaitu 1,992. Hal ini memungkinkan bahwa di lokasi tersebut memiliki
hambatan yang lebih besar di bandingkan dengan lokasi lainnya. Sedangkan di lokasi Segmen 4 memiliki koefisien paling kecil. Koefisien kekasaran yang besar menunjukkan bahwa pada lokasi tersebut memiliki hambatan yang besar.
Selanjutnya pada kejadian banjir, berdasarkan pengamatan bekas genangan di lapangan dan hasil wawancara dengan masyarakat yang tinggal di sekitar bantaran Sungai Ciliwung di Kelurahan Sempur bahwa kejadian banjir, muka air banjir adalah 4,20 – 6,29 meter dan berdasarkan hasil data pengamatan di stasiun Katulampa, pada kejadian banjir debit sungai adalah sebesar 740 m3/det. Dengan data yang diperoleh maka dapat dibuat simulasi mengenai debit banjir yang terjadi di lokasi penelitian. Simulasi dilakukan berdasarkan rumus Manning dan Stickler (persamaan 5.5).
Nilai koefisien kekasaran yang digunakan dalam perhitungan ini adalah nilai koefisien kekasaran eksisting pada saat pengukuran di lapangan dan nilai koefisien kekasaran kumulatif berdasarkan referensi dari berbagai sumber. Penentuan koefisien kekasaran kumulatif ini pada dasarnya tidak ada cara yang tertentu. Pada tingkat pengetahuan saat ini, memilih suatu nilai koefisien kekasaran berarti meperkirakan hambatan aliran pada saluran tertentu yang benar- benar tidak dapat diperhitungkan sehingga memerlukan sedikit latihan penentuan teknis serta pengalaman dan setiap orang akan memiliki hasil yang berbeda. Adapun dalam penelitian ini nilai koefisien kekasaran kumulatif ditentukan berdasarkan jenis kekasaran permukaan dengan ketinggian muka air yang berbeda pada masing-masing segmen. Jika dalam satu segmen dengan ketinggian muka air yang berbeda memiliki nilai koefisien kekasaran yang sama maka nilai koefisien kekasaran kumulatif dapat lamgsung menggunakan nilai koefisien kekasaran yang telah diketahui tersebut. Namun jika dalam suatu segmen dengan ketinggian muka air yang berbeda memiliki nilai koefisien kekasaran yang berbeda-beda maka penentuan nilai koefisien kekasaran kumulatif adalah nilai koefisien kekasaran rata-rata yaitu dengan menjumlahkan seluruh nilai koefisien kekasaran pada masing-masing ketinggian dibagi dengan jumlah bagian ketinggian. Selanjutnya untuk mempermudah dalam penentuan nilai koefisien keksaran kumulatif yang akan digunakan, Tabel 10 berikut menyajikan nilai koefisien kekasaran berdasarkan jenis kekasaran permukaan.
Tabel 10. Nilai koefisien kekasaran berdasarkan jenis kekasaran permukaan No Jenis kekasaran permukaan Nilai koefisien
kekasaran (n) 1 Bersih lurus, terisi penuh, tanpa rekahan atau
ceruk dalam 0,030
2 Seperti di atas, banyak batu-batu, tanaman
pengganggu 0,035
3 Bersih, berkelok-kelok, berceruk, bertebing 0,040 4 Seperti di atas, dengan tanaman pengganggu,
batu-batu 0,045
5 Seperti di atas, tidak terisi penuh, banyak
kemiringan dan penampang yang kurang efektif 0,048 6 Seperti nomor 4, berbatu lebih banyak 0,050 7 Tenang pada bagian lurus, tanaman pengganggu,
ceruk dalam 0,070
8 Banyak tanaman pengganggu, ceruk dalam atau
jalan air penuh kayu dan ranting 0,100 Sumber : Ven Te Chow (1985)
Berdasarkan nilai koefisien kekasaran pada tabel di atas, maka dibuat perhitungan nilai koefisien kekasaran kumulatif yang didasarkan pada perbedaan ketinggian muka air.
Tabel 11. Nilai koefisien kekasaran kumulatif No Tinggi Muka
Air (cm)
Nilai koefisien kekasaran kumulatif
Segmen 1 Segmen 2 Segmen 3 Segmen 4 1 0 – 100 0,269 0,173 1,992 0,066 2 100 – 200 0,100 0,173 1,992 0,035 3 200 – 300 0,079 0,109 1,800 0,035 4 300 – 400 0,035 0,050 0,070 0,035 5 400 – 500 0,032 0,041 0,049 0,035 6 500 – 600 0,030 0,030 0,030 0,030
Adapun hasil simulasi debit banjir pada masing-masing segmen dapat dilihat pada tabel berikut dan selengkapnya dapat dilihat di Lampiran 2.
Tabel 12. Simulasi debit banjir di Segmen 1 h (cm) A (m2) i R Q (m3/det) n kumulatif V (m/det) 100 28,684 0,029 0,898 0,417 0,269 0,015 200 43,884 0,029 1,334 8,462 0,100 0,144 300 58,584 0,029 1,729 32,353 0,079 0,368 400 73,284 0,029 2,100 155,589 0,035 1,325 500 87,984 0,029 2,452 300,211 0,032 2,045 600 102,684 0,029 2,784 502,140 0,030 2,850
Tabel 13. Simulasi debit banjir di Segmen 2 h (cm) A (m2) i R Q (m3/det) n kumulatif V (m/det) 100 9,170 0,012 0,63 0,042 0,173 0,005 200 18,352 0,012 1,26 0,337 0,173 0,018 300 30,032 0,012 1,68 1,555 0,109 0,052 400 41,712 0,012 1,93 6,215 0,050 0,149 500 172,710 0,012 6,31 605,555 0,041 1,942 600 344,500 0,012 10,43 2498,427 0,030 7,252
Tabel 14. Simulasi debit banjir di Segmen 3 h (cm) A (m2) i R Q (m3/det) n kumulatif V (m/det) 100 14,464 0,009 0,63 0,004 1,992 < 0,001 200 28,928 0,009 1,26 0,034 1,992 0,001 300 47,368 0,009 1,51 2,314 1,800 0,049 400 68,096 0,009 2,04 6,073 0,070 0,089 500 105,803 0,009 2,99 47,294 0,049 0,536 600 164,295 0,009 4,40 159,038 0,030 0,968
Tabel 15. Simulasi debit banjir di Segmen 4 h (cm) A
(m2) i R
Q
(m3/det) n eksisting V (m/det) 100 31,356 0,016 0,77 0,751 0,066 0,024 200 70,856 0,016 1,66 14,876 0,035 0,210 300 110,356 0,016 2,47 51,297 0,035 0,465 400 149,856 0,016 3,21 117,648 0,035 0,785 500 189,356 0,016 3,89 218,313 0,035 1,153 600 228,856 0,016 4,51 413,774 0,030 1,808
Dari Tabel 13 menunjukkan bahwa di lokasi Segmen 2 debit banjir terjadi pada ketinggian di atas 500 cm dengan debit sebesar 781,156 m3/det dan kecepatan 2,271 m/det (Lampiran 2). Pada Tabel 12, Tabel 14 dan Tabel 15 sampai pada 600 cm belum mencapai debit banjir. Hal ini dikarenakan pada Segmen 1, Segmen 3 dan Segmen 4 terjadi pelebaran sungai dan kedalaman yang lebih tinggi sehingga debit banjir banjir masih dapat tertampung.
Keempat tabel diatas juga menggambarkan bahwa semakin tinggi muka air sungai maka nilai koefisien kekasaran nya semakin kecil. Hal ini menunjukkan bahwa semakin ke atas, permukaan sungai semakin halus atau tanpa hambatan. Selain itu juga bahwa semakin tinggi muka air maka semakin besar kecepatan dan debit air (Gambar 28). Sehingga bisa dikatakan bahwa pada saat sungai dalam keadaan banjir, maka kecepatan air yang terjadi sangat besar.
(a)
(b)
Gambar 28. Hubungan antara tinggi muka air dengan debit sungai untuk lokasi (a) Segmen 1, Segmen 3 dan Segmen 4; (b) Segmen 2
Selanjutnya dapat dibuat gambaran mengenai hubungan antara nilai koefisien kekasaran dan debit sungai seperti terlihat pada Gambar 29 berikut.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 29. Hubungan antara koefisien kekasaran eksisting dan debit sungai untuk lokasi (a) Segmen 1; (b) Segmen 2; (c) Segmen 3 dan (d) Segmen 4
Untuk megurangi besaran kecepatan aliran dan debit pada saat sungai dalam keadaan banjir maka pada lokasi Segmen 2 maka dapat dilakukan dengan memperbesar nilai koefisien kekasaran. Dengan memperbesar nilai koefisien kekasaran tersebut, maka kecepatan air pada saat banjir akan berkurang sehingga air bisa lebih lama tertahan dan memungkinkan untuk berinfiltrasi ke dalam tanah, sehingga bisa mengurangi debit banjir dan dapat mengurangi atau mencegah kerusakan yang lebih besar (Tabel 16).
Tabel 16. Perubahan nilai koefisien kekasaran pada kondisi banjir di Segmen 2 h (cm) A (m2) i R Q (m3/det) n kumulatif V (m/det) n design V design (m/det) Q design (m3/det) 100 9,170 0,012 0,63 0,042 0,173 0,005 - - - 200 18,352 0,012 1,26 0,337 0,173 0,018 - - - 300 30,032 0,012 1,68 1,555 0,109 0,052 - - - 400 41,712 0,012 1,93 6,215 0,050 0,149 - - - 500 172,710 0,012 6,31 605,555 0,041 1,942 - - - 600 344,500 0,012 10,43 2498,427 0,030 7,252 0,120 1,813 624,607
Pada Tabel 16, banjir terjadi pada ketinggian diatas 500 cm. Pada ketinggian muka air 600 cm, debit air banjir mencapai 2498,427 m3/det dengan kecepatan 7,252 m/det dan nilai koefisien kekasaran 0,030. Untuk dapat mengurangi kecepatan air dan debit air maka nilai koefisien kekasaran harus diperbesar. Nilai koefisien kekasaran yang baru diperbesar menjadi 0,120 sehingga kecepatan aliran berkurang menjadi 1,831 m/det dan debit banjir berkurang menjadi 624,607 m3/det. Nilai koefisien kekasaran tersebut dapat diperbesar dengan memperbesar hambatan yang ada di sungai yaitu dengan menambahkan tanaman