Manajemen dan Rekayasa Sumber Daya Air A - 1
GERUSAN DAN PENGENDAPAN PADA SUDUT RELATIF DAN
SUDUT LENGKUNG MEANDER SUNGAI
Kuntjoro, Choirul Anwar, Saptarita, Pudiastuti, dan Didik Harijanto Program Studi Diploma Teknik Sipil FTSP ITS, Surabaya
E-mail: [email protected]
Abstrak
Penggerusan dan pengendapan adalah suatu proses yang selalu terjadi hampir pada setiap aliran sungai, proses ini pula yang kemudian menyebabkan perubahan geometri sungai. Pada sungai yang lurus sempurna perubahan geometri yang relatif seimbang antara bagian kanan dan kiri sungai, sedangkan pada lengkung-lengkung sungai perubahan geometri ini tidak seimbang antara bagian lengkung luar dan lengkung luar sungai. Hal ini disebabkan oleh adanya perbedaan arah dan kecepatan aliran antara kedua sisi tersebutserta terjadinya arus helik (helical flow) yang mempercepat terjadinya belokan-belokan dan lengkungan-lengkungan sungai. Perbedaan arah dan kecepatan aliran di setiap titik di sudut relatif lengkung meander adalah parameter utama yang berpengaruh pada pengendapan dan
penggerusan, disamping parameter-parameter kompleks lainnya seperti: Q, h, n I, A,
O, S, D50, rc, , , , dan a; , . Parameter kompleks tersebut tercakup dalam metode
KUN-QARSHOV, adalah metode untuk memprediksi pergerakan alur sungai bermenader.
Hasil analisis pergerakan alur dengan menggunakan metode KUN-QARSHOV
untuk meander Sungai Brantar di Mojokerto didapat: pada sudut relatif 41o, pada
sudut lengkung 120o gerusan dasar sungai sisi kanan lebih besar dari sisi kiri,
meander diperkirakan akan bergeser ke arah tebing kiri. Pada sudut relatif 25o, pada
sudut lengkung 115o terlihat seimbang antara gerusan dan pengendapan. Demikian
juga pada sudut relatif 115o, pada sudut lengkung 115o terlihat seimbang antara
pengendapan dan gerusan. Pada sudut relatif 47o, pada sudut lengkung 61o terjadi
keseimbangan antara gerusan dan pengendapan.
Kata kunci: penggerusan, pengendapan, meander, sudut relatif, dan sudut lengkung.
1. Pendahuluan
Kerusakan tebing sungai dan bangu-nan-bangunan sungai lainnya adalah akibat ketidakstabilan geometri sungai yang pada umumnya terjadi akibat dari penggerusan dan pengendapan sedimen (scouring and sedimentation). Hal ini terjadi di Sungai Brantas antara lain miringnya jembatan Kertosono yang menghubungkan Kabupaten Jombang dengan Kabupaten Nganjuk seperti yang terlihat pada gambar 1.
Besaran debit, resistensi dan dengan karakteristik topografi yang datar di
lokasi-lokasi tertentu pada alur sungai Brantas menyebabkan terbentuknya meander-meander sungai. Jika diperha-tikan lebih detail pada alur sungai bermeander ancaman penggerusan dan pengendaan terhadap bangunan persu-ngaian terlihat lebih cepat dari pada yang terjadi pada alur yang relatif lurus.
Metode KUN-QARSHOV (Kuntjoro et. al. 2011) dikembangkan berdasarkan penelitian terdahulu yang dilakukan untuk memperkirakan pergerakan me-ander sungai seperti: Keady dan Priest (1977); Briaud (2001); Hooke (1980);
Manajemen dan Rekayasa Sumber Daya Air A - 2
Brice (1977); Nanson dan Hickin (1983); Odgaard (1987); Biedenharn et. al. (1989); Hudson dan Kesel (2000). Keady dan Priest (1977), dengan mempertimbangkan parameter-parame-ter tegangan geser, kemiringan permu-kaan air sungai, bentuk geometris sungai, dan percepatan gravitasi dengan metode matematis empiris didapatkan hasil persamaan laju pergerakan meander. Briaud et. al. (2001), merupa-kan penyempurnaan metode yang dikemukakan oleh Keady dan Priest dengan menambahkan data baru. Parameter-parameter yang dipertim-bangkan sama dengan Keady dan Priest (1977), tetapi metode yang digunakan adalah grafis empiris. Hasil yang didapatkan adalah laju pergerakan meander yang didapatkan dari grafik.
Makalah ini ditulis untuk menganali-sis pengendapan dan penggerusan pada sudut relatif dan sudut lengkung mean-der dengan tinjauan khusus meanmean-der sungai Brantas di Mojokerto. Penera-pan metode KUN-QARSHOV dalam makalah ini adalah untuk mendapatkan laju penggerusan dan pengendapan alur sungai di titik-titik pada sudut relatif lengkaung meander sungai.
2. Metode Pencapaian Tujuan
Metode penelitian yang dilakukan sebagai langkah-langkah sesuai dengan yang diuraikan dalam metode KUN-QARSHOV sebagai berikut: Untuk i =
1 sampai n baca data penampang ke i dan Qi; untuk k = 1 sampai n hitung h sesuai dengan data Q; baca data Q, h, n
I, V, A, O, S, D50, rc, , , , dan ; , ; kemudian data Q berikutnya (perintah
NEXT Q); dan Qi = Qn ? jika tidak
kembali ke langkah awal, jika ya ke langkah verifikasi, running dengan data lain; Validasi dengan uji penyimpangan dan uji t; Kalibrasi, dengan koefesien
CE dan CG ; menulis hasil (perintah
drawhi, vi as cross section); dan
drawhi, vi as plan; cross section i+n
data pengukuran? Jika tidak dilakukan Penyesuaian CE dan CG, jika ya penghitungan selesai.
Gambar 1. Jembatan Lama Kertosono 3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Riwayat Debit Terukur
Data debit rata-rata harian terkumpul dari tahun 1992 sampai dengan 2011 dari pengukuran AWLR Sungai Brantas di Mojokerto pada posisi geografi 07o28’00”LS, 112o 26’00”BT di down
stream dam karet Menturus. Data ini
secara rinci disajikan secara kuantitatif perubahan fluktuasi debit seperti yang terlihat pada Tabel 1.
Manajemen dan Rekayasa Sumber Daya Air A - 3
Penelitian ini dilakukan di meander sungai Brantas di Mojokerto dengan geometri sungai yang dianalisis berdasarkan pada peta BAKOSUR-TANAL seperti yang terlihat pada tabel 2.
Karateristik parameter meander pada segmen ini bisa dibedakan menjadi tiga bagian yaitu bagian permulaan mean-der, bagian tengah dan bagian akhir dengan penjelasan sebagai berikut:
•
Bagian permulaan meander yaitu mulai dari keseluruhan R1, keselu-ruhan R2 sampai dengan R3 pada sudut relatif = 0o – 20o.•
Bagian tengah meander yaitu mulai dari R3 pada sudut relatif = 20o, keseluruhan R4 sampai dengan R5 pada sudut relatif = 0o – 8o.•
Bagian akhir menader yaitu mulai dari R5 pada sudut relatif = 8o – 87o sampai dengan R6 pada sudut relatif = 0o – 6o.3.3. Koefesien Endapan dan
Koefesien Gerusan
Dari analisis perimbangan nilai CE dan CG di meander sungai Brantas di Mojokero dengan mengekivalenkan nilai CG = 1 didapat hubungan antara CE
dengan /.
Untuk mendapatkan harga koefesien yang aplikatif kemudian dibedakan antara CEDalam untuk koefesien endapan pada tebing dalam dan untuk CELuar koefesien endapan pada tebing luar lengkung meander. Endapan dan geru-san yang didapat dari gambar 2, gambar 3, dan gambar 4. Menghasilkan koefe-sien gerusan dan koefekoefe-sien endapan seperti yang ditunjukkan pada tabel 3, tabel 4, dan tabel 5. Ketiga tabel terse-but merupakan perimbangan antara koefesien gerusan dan koefesien endapan pada masing-masing cross
section yang dianalisis.
Tabel 1. Kisaran Debit Sungai Brantas Di Down Stream Menturus, Mojokerto Tahun 1992 sampai dengan 2010 Tahun 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Debit Maks (m3/dt) 1172 822 938 584 809 1000 940 1120 1019 1019 1170 1304 955 1600 949 1219 1707 1329 1224 Debit Min (m3/dt) 39 31 22 36 10 34 30 33 9 9 41 14 34 30 28 31 9 6 31 Stdev 186 186 179 181 181 140 274 430 244 244 275 249 227 240 208 260 218 233 216 Mode 106 46 46 324 141 42 194 54 30 100 48 42 40 36 66 50 64 72 409 Kisaran 1133 791 916 548 799 966 910 1087 1010 1010 1129 1290 921 1570 921 1188 1698 1323 1193 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 H ( m ) B (m)
MAB59 '08-'11 Crossection '08 Data Crossection '11 Prediksi Crossection '11 Data MAMin59 '08-'11 MA Rerata59 '08-'11
Gambar 2. Hasil Simulasi Model Setelah Dikalibrasi pada Km 59 Tahun 2008 ke Tahun 2011
Manajemen dan Rekayasa Sumber Daya Air A - 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 H (m ) B (m)
MAB60 '08-'11 Crossection '08 Data Crossection '11 Prediksi Crossection '11 Data MAMin60 '08-'11 MA Rerata60 '08-'11
Gambar 3. Hasil Simulasi Model Setelah Dikalibrasi pada Km 60 Tahun 2008 ke Tahun 2011 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 H ( m ) B (m)
MAB63 '08-'11 Crossection '08 Data Crossection '11 Prediksi Crossection '11 Data MAMin63 '08-'11 MA Rerata 63 '08-'11
Gambar 4. Hasil Simulasi Model Setelah Dikalibrasi pada Km 63 Tahun 2008 ke Tahun 2011
Tabel 2. Parameter Meander
Titik Parameter Meander
Pengukuran rc (m) m a (m) W (m) R1 KB 65 722 1828 409 60 - - 109 173 R2 KB 64 357 1382 505 60 - - 165 295 R3 KB 63 490 1900 395 41 - - 120 292 R4 KB 62 & 61 634 1919 434 25 115 - 115 197 R5 - 531 1832 316 - - - 87 355 R6 KB61 & 59 1462 1809 261 8 47 - 61 179 Tabel 3. Koefesien Gerusan dan Endapan Setiap Titik Pada Km 59 Tahun 2008 ke Tahun 2011
No. Titik 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 CG11 1 1 1 0,8 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 1 1 1 1
Manajemen dan Rekayasa Sumber Daya Air A - 5 Tabel 4. Koefesien Gerusan Dan Endapan Setiap Titik Pada Km 60 Tahun 2008 ke Tahun 2011
No. Titik 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
CG11 2 1,2 1 1 1 1,2 1,7 4 4 1 1 1
CE11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Tabel 5. Koefesien Gerusan Dan Endapan Setiap Titik Pada Km 63 Tahun 2008 ke Tahun 2011
No. Titik 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 CG11 1 1 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 1 1
CE11 1 1 0.8 0.8 0.8 0,9 0,97 0,94 0,9 0,9 0,9 1 1
Untuk alur sungai yang dipisahkan oleh gosong (sediment bar), bagian dalam dari gosong dianggap sebagai tebing dalam sungai sedangkan bagian luar dianggap sebagai tebing luar sungai.
4. Kesimpulan
Pergeseran meander ditilik dari kondisi sudut relatif pada cross section sungai:
1. Gerusan yang terjadi pada sudut relatiff 60o dan sudut lengkung 165o Km 64 lebih dominan ke arah dasar sungai, gerusan ke arah lengkung dalam lengkung luar terlihat seimbang.
Pada sudut relatif 41o, pada sudut lengkung 120o, pada Km 63 terlihat gerusan dasar sungai sisi lengkung luar lebih besar dari sisi lengkung dalam, meander diperkirakan akan bergeser ke arah tebing kiri.
2. Pada sudut relatif 25o, pada sudut lengkung 115o, pada. Km 62 terlihat seimbang antara gerusan dan pengendapan, pergeseran tebing ke arah kiri lebih disebabkan oleh longsoran-longsoran. Demikian juga pada sudut relatif 115o, pada sudut lengkung 115o, pada Km 61 terlihat
seimbang antara pengendapan dan gerusan.
3. Pada sudut relatif 8o, pada sudut lengkung 61o, pada patok Km 60 terjadi pengendapan yang dominan sehingga terjadi gosong (pulau) yang membagi aliran, namun juga terjadi gerusan yang memindahkan posisi aliran dan posisi gosong.
4. Pada sudut relatif 47o, pada sudut lengkung 61o, pada Km 59 terjadi keseimbangan antara gerusan dan pengendapan pada tahun 1992 sampai dengan 2001.
Daftar Pustaka
Abad, J., and Garcia, M. H. (2006). “RVR Meander: A Toolbox for Re-meandering of Channelized Streams.” Computers & Geosciences, 32, 92-101.
Ben H. Thacker, Scott W. Doebling, Francois M. Hemez, Mark C. Anderson, Jason E. Pepin, Edward A. Rodriguez. LA-14167-MS, Issued: (October 2004), “Concepts of Model Verification and Validation”, Edited by Charmian Schaller, Approved for public release;
IM-Manajemen dan Rekayasa Sumber Daya Air A - 6
1. Los Alamos National Laboratory, is operated by the University of California for the United States Department of Energy under contract W-7405-ENG-36.
Biedenharn, D. S., Combs, P. G., Hill, G. J., Pinkard Jr., C. F., and Pinkston, C. B. (1989). “Relationship between Channel Migration and Radius of Curvature on the Red River.” Proc., Int. Symp. on Sediment Transport Modeling, New Orleans, LO, 536-541.
Briaud J.-L., Ting, F., Chen, H. C., Cao, Y., Han, S. W., and Kwak, K. W. (2001c). “Erosion Function Apparatus for Scour Rate Predictions.” Journal of Geotechnicaland
Geoenvironmental Engineering, 127(2), 105-113.
Brice, J.C. (1977). “Lateral Migration of the Middle Sacramento River, California.” U.S. Geological Survey, Water-Resources Investigations, 77-43.
Ikeda, S., Parker, G., and Sawi, K. (1981). “Bend Theory of River Meanders. I: Linear Development.” Journal of Fluid Mechanics, 112, 363-377.
Jennifer G. Duan. 2001. “Simulation of Streambank Erosion Processes With a Two-Dimensional Numerical Model. In Landscape Erosion and Evolution Modelling”, Harmon RS, Doe WW III (eds). Kluwer Academic/Plenum Publishers: New York; 389–427.
Jennifer G. Duan and Pierre Y. Julien (2005). “Numerical Simulation of The Inception of Channel Meandering”, Earth Surf. Process. Landforms 30, 1093–1110 (2005), Published online in Wiley Inter Science (www. interscience. wiley.com).
DOI:10.1002/esp.1264
Julien, P. Y. (2002). “River Mechanics”. 1st Edition, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom. Keady, D. M., and Priest, M. S. (1977).
“The Downstream Migration Rate of River Meandering Patterns.” Proceedings, Mississippi Water Resources Conference, Meeting 12th Mississippi Water Resources Conference, Jackson, MS, 29-34. Kuntjoro, M. Bisri, Agus S. and Aniek
M. “Empirical Model Of River Meandering Geometry Changes Due To Discharge Fluctuation”, Journal of Basic and Applied Scientific Research ISSN 2090-4304 J. Basic. Appl. Sci. Res., 2(2)1027-1033, 2012
www.textroad.com
Kuntjoro, M. Bisri, Agus S. and Aniek M. “Modeling Of Discharge Fluctuation Influence On Rier Meandering Geometry Change”, International Journal of Academic Research Part A; 2012; 4(6), 189-196. Vol. 4. No. 6. November, 2012. DOI: 10.7813/2075-4124.2012/4-6/A.26
Kuntjoro, M. Bisri, Agus S. and Aniek M. ”River Bed Erosion and Sedimentation Behavior in Discharge Fluctuation Condition”
Manajemen dan Rekayasa Sumber Daya Air A - 7
Middle-East Journal of Scientific Research 18 (12): 1851-1858, 2013 ISSN 1990-9233. IDOSI Publications, 2013. DOI: 10.5829/idosi.mejsr.2013.18.12.2 1518.
Leopold, L. B., and Langbein, W.B. (1966). “River Meanders.” Scientific American, June, 60-70. Morisawa, M. (1985). Rivers. 1st
Edition, Longman, New York. Nanson, G. C., and Hickin, E. J. (1983).
“Channel Migration and Incision on the Beatton River.” Journal Hydraulic Engineering, 109(3), 327-337.
Odgaard, A. J. (1987). “Streambank Erosion along Two Rivers in Lowa.” Water Resources Research, 23(7), 125-1236.
Park Namgyu, (2007). “A Prediktion Of Meander Migration Based On Large Scale flume Tests In Clay”, Ph.D. Dissertation, Texas A&M University.
Pizzuto JE. 1990. “Numerical Simulation Of Gravel River Widening”. Water Resources Research 26: 1971–1980.
Scarborough, Jance B, “Numerical Mathematical Analysis”, First edition, Oxfort & IBH Publishing Co, New Delhi, 1973.
