SEDIMENTASI
Oleh; Kartini & Stefanus Barlian. S Umum
Sedimen merupakan masalah yang selalu timbul di beberapa sungai di Indonesia demikian pula halnya sungai yang ada di Kalimantan Barat salah satunya adalah sungai Landak. Menurut Soewarno (2000; 644 ) sedimen adalah hasil proses baik proses erosi permukaan, erosi parit dan jenis erosi tanah lainnya. Sedimen biasanya mengendap dibawah kaki bukit, didaerah genangan banjir, disaluran air, sungai, waduk. Permasalahan di atas seringkali menimbulkan kesulitan dan kerugian bagi masyarakat dan pemerintah seperti: menimbulkan banjir, terganggunya lalu lintas kapal/motor air, pendangkalan sungai ini umumnya terjadi di saat musim kemarau dimana debit sungai kecil, pada saat tersebut daya dorong aliran dari sungai tidak mampu lagi untuk mengangkut sedimen di muara. Sedimentasi dapat berupa beban bilas (wash load), beban layang (suspended load) dan beban alas (bed load).
Sedimentasi
Dasar sungai biasanya tersusun oleh endapan material angkutan sedimen yang terbawa oleh aliran sungai dan material tersebut dapat terangkut kembali apabila kecepatan aliran cukup tinggi. Angkutan sedimen dapat bergerak, bergeser di sepanjang dasar sungai atau bergerak melayang pada aliran sungai, tergantung dari pada komposisi serta kondisi aliran.
Menurut sumber asalnya angkutan sedimen dibedakan menjadi : 1. muatan material dasar (Bed Material Load)
2. muatan bilas (Wash Load)
Menurut mekanisme pengangkutannya angkutan sedimen dibedakan menjadi :
1. muatan Sedimen Melayang (Suspended Load) 2. muatan Sedimen Dasar (Bed Load)
Secara skematis angkutan sedimen dapat digambarkan sebagai berikut:
[image:2.595.113.520.138.374.2]Sumber, Soewarno ( 2000 ; 646 )
Gambar 1. Skema Angkutan Sedimen
Menurut, Mardjikoen (1988;24) bahwa angkutan sedimen secara umum terbagi menjadi sedimen dasar (bed load), sedimen layang (suspended load) dan sedimen loncat (saltation load). Sedangkan proses sedimentasi meliputi proses erosi, transportasi, pengendapan (deposition) dan pemadatan (compaction) dari sedimen tersebut. Proses ini berlangsung cukup komplek, dimulai dari proses jatuhnya hujan yang kemudian menghasilkan energi kinetik. Energi ini mampu melakukan pengikisan butiran tanah. Hasilnya sebagian terbawa aliran air masuk ke sungai, sebagian hanya berpindah ke tempat lain. Partikel tanah yang terkikis dari permukaan bumi, ditambah dari tebing dan dasar sungai terangkut aliran air dan menjadi angkutan sedimen. Keadaan bergeraknya sedimen tersebut sangat tergantung kepada ukuran partikel, bentuk dan berat spesifiknya.
Angkutan sedimen (sediment transport) adalah mekanisme pemindahan partikel sedimen dari tempat lepasnya ke tempat barunya akibat aliran air. Laju pengangkutan sedimen tersebut disebut debit sedimen.
Muatan Material Dasar
Berdasarkan Sumber Asli
(Origin)
Bergerak sebagai Muatan sedimen
dasar
Muatan Bilas
Berdasarkan Mekanisme Angkutan (Transport)
Bergerak sebagai Muatan sedimen
Muatan Bilas (Wash Load)
Menurut, Soewarno (2000;646) bahwa muatan bilas (wash load) adalah angkutan partikel-partikel halus berupa lempung (silt) dan debu (dust), yang terbawa oleh aliran sungai. Partikel-partikel ini akan terbawa aliran sungai sampai ke laut, atau dapat juga terendap pada aliran tenang atau pada air yang tergenang.
Ukuran butir muatan bilas adalah paling kecil dari ukuran butir seluruh angkutan sedimen. Sumber utama dari muatan bilas adalah hasil pelapukan lapisan atas batuan atau tanah daerah pengaliran sungai
Muatan Sedimen Melayang (Suspended Load)
Menurut, Soewarno (2000;648) bahwa muatan sedimen melayang merupakan material dasar sungai yang melayang di dalam aliran sungai dan terdiri dari butiran-butiran pasir halus yang senantiasa mengambang di atas sungai, karena selalu didorong ke atas oleh turbulensi aliran.
Pada aliran turbulen, partikel sedimen tetap melayang di dalam aliran sungai, tetapi jika aliran sungai itu laminar maka konsentrasi sedimen akan berkurang dan akhirnya mengendap.
Muatan Sedimen Dasar (Bed Load)
Gambar 2. Klasifikasi Angkutan Sedimen
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Angkutan Sedimen Sedimen yang terangkut oleh air dipengaruhi oleh :
Ukuran Partikel Sedimen
Menurut besarnya ukuran sedimen dapat digolongkan seperti tabel berikut ini:
Tabel 1. Klasifikasi Ukuran Butir
Sumber : Pengkajian Sedimentasi Waduk, Ir. Kartini, MT Ackers-White dan Yalin mendefinisikan parameter butir adalah :
a. Diameter partikel :
132 50
1
*
v g S D
D ... (1) Dimana
D50 = Diameter median dari material dasar Muatan Bilas
h
Muatan Sedimen Layang h
[image:4.595.220.455.428.619.2]S = kerapatan jenis
v = Koefisien kekentalan kinematik
b. Transport Stage Parameter
2
2
2!
.*
.*
*
r
r
U
U
Uu
U
T
... (2.) DimanaU*’ = (g0,5 / C’). U C’ = Koefisien Chezy u’ = Kecepatan rata-rata
Bentuk Partikel
Bentuk partikel juga berpengaruh pada perhitungan angkutan sedimen, yaitu pada kecepatan angkutan butir. NC Nown da Malaika dan Alberton mempelajari bentuk partikel dan memberikan suatu definisi yang dapat digunakan secara praktis dan menghasilkan hasil yang cukup baik. Faktor bentuk tersebut dinyatakan dalam :
SF = c / ( a . b )0,5 ... (3.) Dimana
SF = faktor bentuk dari Corey (tak berdimensi) a = penampang terpanjang dari partikel (mm) b = penampang dari partikel (mm)
c = penampang terpendek dari partikel (mm)
Berat Spesifik Partikel Sedimen
Definisi Berat Spesifik (Spesific Weight) ialah berat persatuan volume dari bahan angkutan sedimen.
Berat sedimen
... (4.)
Volume sedimen
b. Gaya percepatan fluida orde dua. Distribusi kecepatan vertikal digunakan rumus :
o
z
z
k
u
z
u
(
)
*
ln
... (5)dimana : u* = kecepatan geser dasar z = 0,05 h
k = konstanta Von Karman = (0,4) zo = 0,11 (v/u* + 0,03 ks)
ks = kekasaran nikuradse
Rumus-rumus perhitungan angkutan sedimen baik mengenai Bed Load, maupun suspended Load yang diperoleh dari beberapa bentuk model fisik untuk meramalkan hubungan antara parameter-parameter yang mempengaruhi angkutan sedimen.
Analisa Angkutan Sedimen Suspensi dengan Metode Sesaat
Berdasarkan angkutan sedimen yang terjadi, maka debit angkutan sedimen layang dihitung dengan rumus :
Qs=0,0864.C.Qw ... (6.)
Dimana :Qs= debit angkutan sedimen (ton/hari) C= konsentrasi sedimen (mg/ltr)
Qw= debit sungai (m3/det)
Apabila dalam periode 1 hari dilaksanakan pengukuran aliran maka besar aliran rata-rata pada hari itu dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
n i
w Q t
Q
1 1 24
1
... (7.) dimana : Qw = besar aliran harian rata-rata (m3/det)
Q1 = besar aliran yang terukur pada saat sub I (m3/det) ti = interval waktu pengukuran aliran (jam)
Sedang rata-rata konsentrasi sedimen harian dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
n i i t c C
1 24
1
... (8.) dimana :C = konsentrasi rata-rata sedimen harian (mg/l)
ci = konsentrasi sedimen pada saat ti (mg/l) ti = interval waktu pengukuran (jam) n = jumlah pengukuran
Oleh karena Qi dan Ci, kedua-duanya tidak tetap selama periode waktu 24 jam, maka besarnya rata-rata debit sedimen hariannya dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
n
i wi i
s t
Q C Q
1 24
0864 , 0
... (9.) dimana : Qs = rata-rata debit sedimen harian (ton/hari)
ci = konsentrasi sedimen pada saat ti (mg/l) Qwi = besar aliran pada saat ti (m3/det) ti = interval waktu pengukuran (jam) n = jumlah pengukuran
Hasil akhir dari persamaan di atas akan berbeda dengan nilai debit sedimen yang dihitung dengan persamaan : Qs = 0,0864. C . Qw
Analisa Angkutan Sedimen dengan Metode L.C. Van Rijn
Muatan sedimen layang bergerak bersama dengan aliran air sungai, terdiri dari pasir halus yang senantiasa didukung oleh air, dan hanya sedikit sekali berinteraksi dengan dasar sungai karena sudah didorong ke atas oleh turbulensi aliran. Disamping itu dalam sedimen layang juga terdapat sedimen bilas (wash load) yang berukuran sangat kecil (<50 mikro meter). Bagian ini akan diuraikan metode perhitungan sedimen layang berdasarkan kajian yang sebelumnya dilakukan oleh Van Rijn.
132 50
1
v g S D Do
... (10.) dimana :
D50= diameter median dari material dasar S = kerapatan jenis
= koefisien kekentalan kinematik
Stage parameter (T)
22 0 2 ! 0
ocr cr
U
U
U
T
... (11.)dimana : ! !
C g
Uo U = kecepatan geser dihubungkan dengan ukuran butiran
90 !
3 12 log 18
D R
C b ... (12.) Rb = jari-jari hidraulis.
U0cr = kecepatan geser pada dasar sungai menurut Shields.
U = kecepatan aliran rata-rata
Dalam Perhitungan skripsi nilai Rb = y karena menurut Robert J Kodoatie apabila sungai lebar maka nilai Rb = y
Parameter suspensi yang menyatakan pengaruh gaya air turbulen arah ke atas dan ke bawah :
o s U w z
...(13.)
Selain itu diperkenalkan tinggi acuan (a) dimana konsentrasi sedimen dasar digunakan sebagai acuan. Tinggi acuan (a) dinyatakan sebagai :
a = 0,5 atau a = ks (amin = 0,01 d)
Selanjutnya dihitung konsentrasi acuan (Ca), didekati dengan :
3 , 0
5 , 1 50
015 , 0
s a
aD T D
Tahap selanjutnya adalah menghitung ukuran partikel sedimen layang (Ds), yang dinyatakan sebagai :
) 25 )( 1 ( 011 , 0 1 50 T D D s s ...(15.)
dimana :
50 16 50 84 2 D D D D s ...(16.) Tahap selanjutnya adalah menghitung kecepatan jatuh (WS) sedimen layang. Untuk kondisi yang relatif tenang dan relatif jernih serta ukuran partikel 100 m maka :
v gD s w s s 2 1 18 1 (menurut Stokes) ...(17a.) untuk partikel berukuran 100 – 1000 m
1
)1
(01
,0
1
10
1 2 3v
gD
s
D
v
W
s s s ...(17b.)untuk partikel lebih besar lagi
0,51 1 ,
1 s
s S gD
W ... (17c.) Tahap selanjutnya adalah menghitung -faktor (menurut Kikkowa)
2 2 1 o s U W
untuk 0,1< o s U W
<1 ...(18.) Kecepatan geser dihitung Uo= gds
Selanjutnya menghitung - faktor, yaitu faktor koreksi yang menampung semua pengaruh tambahan pada bilangan suspensi akibat adanya tempat-tempat yang diisi partikel, reduksi kecepatan jatuh dan lain-lain.
4 , 0 8 , 0 5 , 2 o a o s C C U W
untuk 0,01 1
o s U W
o s U W z
...(20.)
z!= z +
Tahap berikutnya menghitung F – faktor
!
2 , 1
2 , 1 1
! !
z d
a d a d
a
F z
z
... (21.)
Total sedimen layang ( suspended load ) permeter lebar :
qs = F.U.d.Ca ( m3 /det per m lebar ) ...(22.) Dimana :
F = faktor koreksi
U= kecepatan aliran rata-rata (m2/det) d = kedalaman aliran (m)
Ca = konsentrasi (mg/ltr)
Sedimen Dasar (Bed Load) merupakan angkutan partikel sedimen yang disebabkan oleh kecepatan aliran yang relatif rendah, sehingga butiran yang semula diam akan menggelinding dan meluncur di sepanjang saluran dasar. Bed Load transport (qb) adalah merupakan perkalian antara kecepatan partikel (ub ), dengan tinggi loncatan ( b) dan konsentrasi dari bed load (cb), jadi :
qb = cb.ub . b (23.)
cb = co. 0,18
*
D
T
...(24.) co = 0,65
uo =1,5 (g d50)0,5 T0,6 ...(25.)
b = 0,117 D*-1T ...(26.) dimana :
D* =d50. 3
1
2
U
T =
2
2
*
**'
2
cr
cr
u
uu
= transport stage parameter (-)
u*’ = (g0,5 / C’)u = kecepatan geser dasar efektif dihubungkan dengan butir (m/s)
= (s - )/ = berat relatif (-) C’ = 18 log
90
3 12
d h
= koefisien Chezy berhubungan dengan butir (m0,5/s)
u = kecepatan aliran pada kedalaman rata-rata (m/s) d50, d90 =diameter partikel dari material dasar (m)
v = koefisien viscositas kenematik (m2/s) g =percepatan gravitasi (m/s2)
qb = 0,053 (g)0,5 d501,5 D*-0,3 T2,1... (27.) = Bed load transport pada satu satuan lebar (m3/s)...
Analisa Angkutan Sedimen Dengan Metode Peter-Meyer-Muller (1934) Dalam hal menghitung banyaknya sedimen yang turut diangkat pada suatu aliran sungai, digunakan rumus yang lazim digunakan dalam teknik hidraulik di Indonesia yaitu rumus Meyer-Peter-Mauller (MPM).
Rumus ini didukung oleh data laboratorium mekanika tanah dari grafik analisa butiran dari contoh endapan, yaitu diameter partikel yang melalui saringan D50 (mm), D90 (mm), rapat massa sedimen (kg/m3) dan angka pori. Selanjutnya langkah perhitungan adalah sebagai berikut :
hI U
C ... (28.)
90 D h 12 log 18 '
C ... (29.)
= ripple factor
5 , 1 ' C c
... (30.)
5 , 1 90 D h 12 log 18 hI U
... (31.)
50 D hI '
... (32.)
50 5 , 1 90 D D h 12 log 18 hI U ' ... (33.)
= s - air
2 / 3 2 / 3
50 ( ' 0,047)
1 D g 8
Sb
... (34.)
= void ratio = 0,4
) hari / m 3600 x 24 ( x h SbA
T 3 ... (35.)
dimana : T = tansport sedimen (m3/hari)
s = rapat massa sedimen (kg/m3)
air = rapat air (kg/m3)
g = percepatan gravitasi bumi (=9,81 m/det2)
D50 = diameter partikel sedimen yang tertahan pada saringan (mm)
A = luas penampang basah (m2) h = kedalaman air (m)
24 x 3600 = waktu dalam detik untuk 1 hari pengaliran.
Penentuan Lengkung Debit-Sedimen (Hubungan Antara Debit Dengan Suspended dan Bed Load)
Lengkung debit sedimen adalah grafik yang menggambarkan hubungan antara konsentrasi sedimen dengan besar aliran atau hubungan antara debit sedimen dengan besar aliran. Biasanya digambarkan pada kertas logaritmik, besaran konsentrasi sedimen atau debit sedimen digambarkan pada skala mendatar sedangkan besar aliran digambarkan dengan skala tegak.
Lengkung debit sedimen didapat dari berbagai variasi aliran (Qw) dan debit sedimen Qs dan Qb dibuat persamaan sebagai berikut :
Qs = m Qwn ...(36.) Qb = m Qwn ...(37.) Dimana :Qs = Suspended load transport (ton/hari)
Qb = Bed load transport (ton/hari) Qw = Debit (m3/det)
m = Konstanta n = Konstanta
