Pengaruh Vegetasi Terhadap Tahanan Aliran Pada Saluran Terbuka.

(1)

ix Universitas Kristen Maranatha

PENGARUH VEGETASI TERHADAP TAHANAN

ALIRAN PADA SALURAN TERBUKA

Gregorius Levy NRP : 1221052

Pembimbing: Robby Yussac Tallar, Ph.D ABSTRAK

Pada suatu aliran saluran terbuka, karakteristik tahanan aliran sangat dipengaruhi oleh kekasaran dasar dan dinding saluran. Adanya suatu benda atau material lainnya termasuk vegetasi yang tumbuh di dasar atau di dinding saluran juga ikut mempengaruhi tahanan aliran, oleh karena itu perlu diteliti mengenai pengaruh vegetasi terhadap tahanan aliran pada saluran terbuka. Penelitian ini dilakukan di Labolatorium Hidraulika dengan tujuan untuk menganalisis pengaruh vegetasi terhadap tahanan aliran. Penelitian ini menggunakan saluran terbuka dengan potongan melintang berbentuk empat persegi panjang dengan ukuran panjang 8m, lebar 40cm dan tinggi 60cm. Debit aliran ditentukan sebanyak 8 debit, vegetasi yang digunakan adalah Bacopa Australis, pola penempatan vegetasi ditentukan sebanyak 2 tipe penempatan yaitu sejajar dan zigzag, dan jenis sedimen yang digunakan termasuk dalam kategori pasir bergradasi buruk. Penelitian ini menggunakan metode BACI (Before After Control Impact) yaitu menyelidiki sebab akibat tertentu dengan memberikan perlakuan tertentu atau kondisi yang berbeda lalu kemudian dianalisis.

Dari penelitian ini membuktikan bahwa karakteristik tahanan aliran sangat dipengaruhi oleh kekasaran dasar dan dinding saluran. Pola penempatan vegetasi 1 memiliki persentase selisih kecepatan lebih besar daripada pola penempatan vegetasi 2 pada 30% debit maksimum sampai dengan 80% debit maksimum, sedangkan pola penempatan vegetasi 2 memiliki persentase selisih kecepatan lebih besar pada debit 10% debit maksimum dan 20% debit maksimum. Berdasarkan rumus Darcy-Weisbach didapatkan suatu fakta bahwa pada kondisi 10% debit maksimum dan 20% debit maksimum nilai faktor gesekan untuk pola penempatan vegetasi 1 lebih besar daripada nilai faktor gesekan untuk pola penempatan vegetasi 2, namun pada debit 30% debit maksimum sampai dengan 80% debit maksimum nilai faktor gesekan untuk pola penempatan vegetasi 1 semakin mendekati nilai faktor gesekan pola penempatan vegetasi 2. Begitu pula hasil yang didapatkan berdasarkan rumus Manning.

(2)

x Universitas Kristen Maranatha

VEGETATION EFFECT ON FLOW RESISTANCE IN

OPEN CHANNEL

Gregorius Levy NRP : 1221052

Supervisor: Robby Yussac Tallar, Ph.D ABSTRACT

In an open channel flow, flow resistance characteristics highly influenced by the roughness of base and walls. The existence of an object or other material, including vegetation that grows at the base walls also affects flow resistance. Therefore it is necessary to study on the effect of vegetation on flow resistance in open channel flow. This research was conducted in Laboratories of Hydraulics with the aim to analyze the effect of vegetation on the flow resistance. This study used an rectangular flume with 8meters length, width 40centimeters and height 60centimeters. The discharge is set at 8 discharge, vegetation is used Bacopa Australis, pattern of vegetation placement is determined by 2 types of placements, and type of sediment that are used are poorly graded sand. This study used BACI (Before After Control Impact) method to investigate difference result comparing several conditions.

This research proved that the flow resistance characteristics was highly influenced by the roughness of the channel. Pattern placement of vegetation 1 has higher percentage of speed difference than the pattern placement of vegetation 2 in 30% of the maximum discharge up to 80% of maximum discharge, while the pattern placement of vegetation 2 has higher percentage of speed difference at discharge 10% of the maximum discharge and 20% of maximum discharge. Based on Darcy-Weisbach’s formula found a fact that the condition of 10% of the maximum discharge and 20% maximum discharge value of the friction factor for pattern placement vegetation 1 is greater than the value of the friction factor for pattern placement of vegetation 2, but in discharge 30% of the maximum discharge until with 80% of the maximum discharge value of the friction factor for the placement patterns of vegetation 1 friction factor value getting close with placement patterns of vegetation 2. Similarly, the results obtained by Manning’s formula.

(3)

xi Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

LEMBAR PENGESAHAN ii

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN iii PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN iv SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR v SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR vi

KATA PENGANTAR vii 1.3 Ruang Lingkup Penelitian 2 1.4 Sistematika Penulisan 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 4 2.1 Saluran Terbuka 4 2.2 Morfologi Sungai 6

2.3 Fungsi Sungai 8

2.3.1 Fungsi sebagai Saluran Eko-Drainase (Drainase

Ramah Lingkungan) 8 2.3.2 Fungsi Ekologi 9 2.4 Klasifikasi Sungai 10

(4)

xii Universitas Kristen Maranatha

3.5.2 Analisis Ayak 31 3.5.3 Kecepatan Aliran Saluran Kosong 33 3.6 Hasil Skenario Penelitian 34 BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 38 4.1 Pengaruh Pola Penempatan Vegetasi Pada Kecepatan Aliran 38 4.2 Perbandingan Faktor Gesekan 40 4.2.1 Rumus Faktor Gesekan Dengan Darcy-Weisbach 40 4.2.2 Rumus Faktor Gesekan Dengan Koefisien Manning 42 BAB V SIMPULAN DAN SARAN 45

5.1 Simpulan 45

5.2 Saran 45

DAFTAR PUSTAKA 47

(5)

xiii Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem Proses Pembentukan Morfologi Sungai 7 Gambar 2.2 Klasifikasi Struktur Dasar Sungai 8 Gambar 2.3 Metode Satu Titik 13 Gambar 2.4 Metode Dua Titik 14 Gambar 2.5 Metode Tiga Titik 14 Gambar 2.6 Alat Ukur Thompson 16 Gambar 2.7 Alat Ukur Cipoletti 17 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 21 Gambar 3.2 Rencana Model Fisik 22 Gambar 3.3 Peralatan untuk Mencari Lengkung debit 24 Gambar 3.4 Peralatan untuk Analisa Ayak 25 Gambar 3.5 Peralatan untuk Mencari Kecepatan 27 Gambar 3.6 Lengkung Debit 30 Gambar 3.7 Hubungan Antara Ukuran Butir dan Persen Lolos 32 Gambar 3.8 Posisi Pengambilan Kecepatan Aliran 34 Gambar 3.9 Peralatan Melaksanakan Skenario Penelitian 34 Gambar 4.1 Hubungan Antara Debit dan Kecepatan Aliran untuk

Pola Penempatan Vegetasi yang Berbeda 39 Gambar 4.2 Hubungan Antara Debit dan Faktor Gesekan dengan

Rumus Darcy-Weisbach 42 Gambar 4.3 Hubungan Antara Debit dan Faktor Gesekan dengan

(6)

xiv Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefien Manning 6 Tabel 2.2 Klasifikasi Sungai Menurut Lebar Saluran 10 Tabel 2.3 Klasifikasi Menurut Luas DAS san Lebar Sungai 10 Tabel 3.1 Debit Aliran 29 Tabel 3.2 Analisis Ayak 32 Tabel 3.3 Data Kecepatan Saluran Kosong 34 Tabel 3.4 Hasil Pengukuran Kecepatan Menurut Skenario 36 Tabel 4.1 Hasil Perbandingan Kecepatan Rata-rata Aliran Pada Pola

Penempatan Vegetasi 38 Tabel 4.2 Persentase Selisih Kecepatan 39 Tabel 4.3 Faktor Gesekan Pola Penempatan Vegetasi 1 dengan

RumusDarcy-Weisbach 40 Tabel 4.4 Faktor Gesekan Pola Penempatan Vegetasi 2 dengan

Rumus Darcy-Weisbach 41 Tabel 4.5 Faktor Gesekan Pola Penempatan Vegetasi 1 dengan

Rumus Manning 43

Tabel 4.6 Faktor Gesekan Pola Penempatan Vegetasi 1 dengan

(7)

xv Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR NOTASI

α sudut ambang tajam (°)

A Luas penampang melintang saluran (m2) C Koefisien Chezy

Cd Koefisien Kontraksi

D Jarak antar 2 titik (m)

D10 Diameter sehubungan dengan 10% lebih halus (mm) D30 Diameter sehubungan dengan 30% lebih halus (mm) D60 Diameter sehubungan dengan 60% lebih halus (mm)

f Faktor gesekan

g Percepatan gravitasi (m/detik2) h Kedalaman air (m)

I Kemiringan energi L Panjang saluran (m)

n Koefisien Manning Q Debit (m3/detik) R Jari-jari hidraulik (m) S Kemiringan dasar saluran

T Waktu yang dibutuhkan untuk melewati jarak D (detik) v Kecepatan rata-rata aliran (m/detik)

(8)

xvi Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR LAMPIRAN

(9)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Paradigma pembangunan dewasa ini dititikberatkan kepada pembangunan berkelanjutan (Deakin dan Reid, 2014). Paradigma semacam ini termasuk di dalamnya konsep infrastruktur hijau (green infrastructure by design), pembangunan ramah lingkungan, struktur ekologis atau istilah lainnya (Diwekar dan Shastri 2010). Fokus umum dari konsep ini adalah untuk meningkatkan kualitas lingkungan melalui fasilitas/teknologi sarana dan prasarana di bidang Teknik Sipil yang sesuai (Sianipar et al., 2013; Lee and Shih, 2011). Dalam konteks ilmu Teknik Sipil, paradigma inipun sangat penting diterapkan mengingat permasalahan yang terkait sangatlah kompleks dan terkait antar berbagai disiplin ilmu Teknik Sipil sendiri.

Sehubungan dengan pembangunan yang dilakukan di Indonesia, permasalahan banjir merupakan salah satu kendala terkait dengan konsep infrastruktur hijau itu sendiri. Banjir adalah kelebihan air yang tidak tertampung oleh alur sungai atau saluran. Aliran air yang relatif tinggi terjadi akibat debit air yang besar, dan cara untuk memperkecil debit adalah dengan memperbesar penampang saluran ataupun dengan memperkecil kecepatan dari aliran tersebut.

Banyak penelitian sebelumnya yang meneliti tentang debit dan kecepatan pada saluran terbuka, akan tetapi masih sedikit yang membahas lebih dalam lagi mengenai karakteristik tahanan aliran (flow resistance). Pada suatu aliran saluran terbuka, karakteristik tahanan aliran sangat dipengaruhi oleh kekasaran dasar dan dinding saluran. Adanya suatu benda atau material lainnya termasuk vegetasi yang tumbuh di dasar atau di dinding saluran juga ikut mempengaruhi tahanan aliran, oleh karena itu perlu diteliti mengenai pengaruh vegetasi terhadap tahanan aliran pada saluran terbuka.

1.2Tujuan Penelitian

(10)

1. Membandingkan nilai faktor gesekan (f) dari tahanan aliran dengan menggunakan rumus tahanan aliran Darcy-Weisbach dan Manning dalam beberapa skenario;

2. Mengevaluasi pengaruh dari pola penempatan vegetasi dengan beberapa skenario yang disiapkan terhadap perubahan kecepatan dengan debit aliran yang berubah-ubah;

3. Menghasilkan beberapa grafik hubungan antara variabel-variabel yang terkait yaitu debit aliran, kecepatan, dan faktor gesekan.

1.3Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Penelitian ini menggunakan saluran terbuka dengan potongan melintang berbentuk empat persegi panjang dengan ukuran panjang 8 meter, lebar 40 cm dan tinggi 60cm;

2. Eksperimen menggunakan metode BACI (Before After Control Impact); 3. Penelitian ini menggunakan 8 variasi debit yaitu 10% debit maksimum, 20%

debit maksimum, 30% debit maksimum, 40% debit maksimum, 50% debit maksimum, 60% debit maksimum, 70% debit maksimum dan 80% debit maksimum;

4. Jenis aliran dalam saluran terbuka adalah aliran seragam dan tetap;

5. Jenis vegetasi yang digunakan adalah Bacopa Australis dengan kondisi terendam air (submerged aquatic vegetation);

6. Pola penempatan vegetasi akan ditentukan sebanyak 2 tipe pola penempatan, yaitu sejajar dan zigzag;

7. Jenis sedimen/tanah yang digunakan sebagai dasar saluran termasuk kedalam klasifikasi pasir bergradasi buruk (poorly graded sand);

8. Tinggi kekasaran saluran terbuka akibat dinding tidak diperhitungkan.

9. Temperatur saat penelitian adalah temperatur ruangan (25°C ) dengan kekentalan viskositas air sebesar 0,0;

(11)

11.Alat Current Meter yang digunakan memiliki spesifikasi Propeller: 1-147068 dengan diameter 50mm dan pitch 0,05;

12.Permeabilitas diabaikan karena kondisi sedimen/tanah telah dalam kondisi jenuh.

1.4Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan hasil studi yang digunakan sebagai berikut: Bab 1. Pendahuluan

Bab ini membahas tentang latar belakang pengambilan topik Tugas Akhir, tujuan penelitian, ruang lingkup penelitian, dan sistematika penulisan.

Bab 2. Tinjauan Pustaka

Pada bab ini membahas teori-teori yang berhubungan dengan penelitian, seperti: teori saluran terbuka terutama yang terkait dengan kekasaran saluran, tahanan aliran, dan lainnya.

Bab 3. Metode Penelitian

Pada bab ini berisi data dari pengujian, metode-metode, dan skenario-skenario yang digunakan.

Bab 4. Analisis Data dan Pembahasan

Pada bab ini membahas analisis data dari hasil pengujian terutama besarnya pengaruh vegetasi terhadap tahanan aliran pada saluran terbuka dan pembahasannya

Bab 5. Simpulan dan Saran

(12)

BAB V

SIMPULAN SARAN

5.1 Simpulan

Dari penelitian ini membuktikan bahwa karakteristik tahanan aliran sangat dipengaruhi oleh kekasaran dasar dan dinding saluran. Keberadaan dari vegetasi yang tumbuh di dasar ikut memengaruhi tahanan aliran dan dapat mengurangi kecepatan aliran pada saluran terbuka. Pola penempatan vegetasi 1 memiliki persentase selisih kecepatan lebih besar daripada pola penempatan vegetasi 2 pada 30% debit maksimum sampai dengan 80% debit maksimum, sedangkan pola penempatan vegetasi 2 memiliki persentase selisih kecepatan lebih besar pada debit 10% debit maksimum dan 20% debit maksimum. Berdasarkan rumus Darcy-Weisbach didapatkan suatu fakta bahwa pada kondisi 10% debit maksimum dan 20% debit maksimum nilai faktor gesekan untuk pola penempatan vegetasi 1 lebih besar daripada nilai faktor gesekan untuk pola penempatan vegetasi 2, namun pada debit 30% debit maksimum sampai dengan 80% debit maksimum nilai faktor gesekan untuk pola penempatan vegetasi 1 semakin mendekati nilai faktor gesekan pola penempatan vegetasi 2. Berdasarkan hasil dari rumus Manning, didapatkan suatu fakta bahwa pada kondisi 10% debit maksimum dan 20% debit maksimum nilai faktor gesekan untuk pola penempatan vegetasi 1 lebih besar daripada nilai faktor gesekan untuk pola penempatan vegetasi 2, namun pada debit 30% debit maksimum sampai dengan 80% debit maksimum nilai faktor gesekan untuk pola penempatan vegetasi 1 semakin mendekati nilai faktor gesekan pola penempatan vegetasi 2.

5.2 Saran

Dari hasil penelitian ini dapat dikumpulkan beberapa saran untuk penelitian ke depannya, antara lain:

(13)

3. Kepadatan vegetasi dapat diperhitungkan sebagai salah satu faktor yang mempengaruhi tahanan aliran.

4. Jenis sedimen terkait dengan faktor gesekan dapat diteliti lebih lanjut.

5. Jenis dan posisi vegetasi air (terapung, melayang, tenggelam) dapat diperhitungkan.

(14)

DAFTAR PUSTAKA

1. Chow, V.T., 1989, Open-Channel Hydraulic, Erlangga, Bandung.

2. Deakin, M.,Reid, A., 2014, Sustainable urban development: Use of the environmental

assessment methods, Sustainable Cities and Society 10 (0):39-48.

3. Diwekar, U.M., Shastri Y.N., 2010, Green process design, green energy, and

sustainability: A systems analysis perspective, Computers & Chemical Engineering 34

(9):1348-1355.

4. Lee, S.C., Shih, L.H., 2011, Enhancing renewable and sustainable energy development

based on an options-based policy evaluation framework: Case study of wind energy

technology in Taiwan, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (5):2185-2198.

5. Maryono, A., 2008, Eko-Hidraulik Pengelolaan Sungai Ramah Lingkungan, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.

6. Sianipar, C.P.M., Yudoko, G., Adhiutama, A., Dowaki, K., 2013, Community

Empowerment through Appropriate Technology: Sustaining the Sustainable

Development, Procedia Environmental Sciences 17 (0):1007-1016.

7. Terhi, H., Jarvela, J., 2004, Hydraulic Aspect of Environmental Flood Management In

Boreal Condition, Boreal Environment Research 9.

8. Triatmodjo, B., 2003, Hidraulika II, Beta Offset, Yogyakarta