Konferensi Nasional Teknik Sipil 15 1 Semarang, 20 – 21 Oktober 2021
PEMODELAN FISIK PENGARUH TINGGI PASANG SURUT TERHADAP KECEPATAN ALIRAN DI MUARA SUNGAI
Imam Rohani1, Daeng Paroka2, Muhammad Arsyad Thaha3, Mukhsan Putra Hatta4
1 Mahasiswa S3, Ilmu Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Makassar Email: imamrhnmt@gmail.com
2 Departemen Teknik Perkapalan, Universitas Hasanuddin, Makassar Email: dparoka@eng.unhas.ac.id
3 Departemen Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Makassar Email: athaha_99@yahoo.com
4 Departemen Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Makassar Email: mukhsan.hatta@gmail.com
ABSTRAK
Kecepatan aliran di muara adalah Salah satu karakteristik utama dalam hal sedimentasi atau pemeliharaan alur.
Variasi tinggi elevasi muka air karena pengaruh kondisi pasang dan surut menyebabkan kecepatan di muara berubah. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan bubungan pengaruh tinggi pasang surut terahadp karakteristik kecepatan di muara dan mengembangkan persamaan kecepatan di muara. Diperoleh kablibrasi kecepatan antara nilai v-hitung dan v-ukur memiliki pola berimpit, berdekatan. Pengaruh variabel 𝐵
ℎ dan 𝑄
√𝑔.ℎ2.5
memiliki trend linier keatas, sehingga semakin tinggi nilai variabel akan diperoleh nilai kecepatan yang semakin tinggi, sedang variabel √𝑔. ℎ sebaliknya semakin tinggi akan diperoleh nilai kecepatan menjadi lebih kecil.
Dari hasil resgresi diperoleh persamaan pada penelitian 𝑣 𝑣 = 0,0016 𝐵
ℎ + 0,0460 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 + 0,2985 √𝑔. ℎ, dengan tingkat korelasi (R) = 95,42%, dimana v adalah kecepatan aliran (m/s), 𝐵
ℎ adalah rasio lebar sungai terhadap tinggi muka air non dimensional, 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 adalah debit pengaliran non dimensional, √𝑔. ℎ adalah tekanan air (m/s).
Kata kunci: pasang surut, kecepatan, persamaan, muara, sungai
1. PENDAHULUAN
Muara sungai memegang peran penting, selain sebagai pintu penyaluran banjir ke laut, juga sebagai alur transportasi air, pelayaran kapal-kapal yang keluar masuk pelabuhan yang terletak di sungai, maupun transportasi yang menghubungkan daerah pedalaman dengan kota yang terletak di muara atau pesisir. Agar alur sungai dapat memberikan pelayanan secara berkesinambungan, dimensi alur perlu tetap terpelihara secara rutin khususnya pada daerah-daerah dengan tingkat sedimentasi yang tinggi. Pendangkalan, penyempitan maupun berpindah dan tertutupnya alur akibat sedimentasi telah menjadi permasalahan serius yang umumnya terjadi di muara.
Kecepatan aliran di muara adalah Salah satu karakteristik utama dalam hal sedimentasi atau pemeliharaan alur.
Variasi tinggi elevasi muka air karena pengaruh kondisi pasang dan surut menyebabkan kecepatan di muara berubah. Beberapa penelitian sebelumnya, mengukur kecepatan muara dengan peralatan ADCP diperoleh struktur salinitas berpengaruh pada bidang kecepatan yang berdampak besar pada perkembangan morfologi estuari (Johan CW 2006). Pengukuran kecepatan permukaan dengan profil entropi, cukup akurat dalam menentukan kecepatan aliran di lingkungan muara yang kompleks untuk memberikan perkiraan debit yang dapat diandalkan (C. H. Wu.
2014). Simulasi fisik pencampuran air asin dan air tawar akibat pasang surut di muara (Weiyi X 2019) dan (Zulkiflee I 2008). Analisis distribusi kecepatan aliran sungai, untuk menentukan jenis aliran pada sungai menggunakan metode Bilangan Froude dan Bilangan Reynolds (Ady S.P 2014). Analisis perubahan kecepatan aliran pada muara sungai, saat kondisi pasang, kecepatan aliran sangat kecil bahkan mendekati nol karena permukaan laut lebih tinggi dari sungai sehingga terjadi aliran balik yaitu aliran yang menuju ke hulu sungai. Saat kondisi surut kecepatan alian bergerak lebih cepat karena permukaan air laut lebih rendah dari permukaan sungai sehingga terjadi aliran balik (Triyanti 2005). Karakteristik Aliran pada Flume karena penyempitan, menunjukkan bahwa dengan adanya pertambahan jarak ambang tajam dan penyempitan semakin besar akan diperoleh kecepatan dan bilangan Froude semakin besar pula (Wiwik Y 2017).
Permasalahan dan penelitian diatas menginspirasi penulis untuk mengkaji tentang karakteristik kecepatan di muara dan mengembangkan persamaan kecepatan di muara yang dipengaruhi oleh debit dan pasang surut dengan topik pemodelan fisik pengaruh tinggi pasang surut terhadap kecepatan aliran di muara sungai.
.
2. METODOLOGI PENELITIAN
Jenis penelitian yang digunakan adalah Eksperimental yang di laboratorium hidrolika di Universitas Hasanuddin, dimana kondisi tersebut dibuat dan diatur oleh peneliti dengan mengacu pada kondisi lapangan dan literatur yang berkaitan dengan penelitian, serta adanya kontrol, dengan tujuan untuk menyelidiki ada-tidaknya hubungan sebab akibat serta berapa besar hubungan sebab akibat tersebut dengan cara memberikan perlakuan-perlakuan pada beberapa kelompok eksperimental dan menyediakan kontrol untuk perbandingan.
Penelitian dilaksanakan pada flume saluran percobaan dengan panjang 11.5 m, lebar saluran 1 m dan tinggi 0.3 m. Pembangkitan debit bersumber dari pompa kapasitas 8,3 liter/ detik dan tinggi pasang surut di modelkan dengan pelimpah dengan variasi tinggi, seperti ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1. Flume saluran percobaan
Flume saluran dilengkapi dengan bak penampungan air dan bak sirkulasi, pipa PVC 1,5” sebagai jaringan sirkulasi air, stop kran untuk mengatur debit air, current meter digital untuk alat pengukur kecepatan air, Stopwatch, meteran untuk mengukur tinggi muka air dan mengukur perubahan penampang saluran, kamera digital untuk merekam (dalam bentuk foto & video) pada setiap tahapan yang penting dalam penelitian, tabel untuk mencatat data penelitian dan untuk penampang sungai dibuat dari bahan sterofoam seperti ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2. Penampang muara sungai pada flume 2.1. Skala Model
Penentuan skala geometri disesuaikan dengan kemampuan dan kapasitas flume tank di laboratorium yang dibandingkan dengan ukuran prototipe dilapangan. Pada penelitian ini digunakan model distorsi (distorted models), dimana skala panjang tidak sama dengan skala tinggi,
Reference sungai pada penelitian ini adalah sungai Saro di Kabupaten Takalar, dengan lebar sungai rata-rata 45 m, maka ditentukan perbandingan skala 1; 150 maka diperoleh lebar diflume 30 cm, Kedalaman air disesuaikan dengan kapasitas pompa dengan reference kondisi lapangan maksimum 3 m, dengan diambil skala 1: 50 maka kedalaman yang dioperasikan didalam flume yaitu 6 cm, skala percobaan yang digunakan pada flume ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1.Skala model penelitian
Variabel Notasi Skala
Skala tinggi/ Kedalaman Skala Panjang
Skala debit Skala kecepatan Skala waktu Skala percepatan
nH
nL
nQ
nv
nt
na
50 150 53.033,01
7,07 21,21 0,333
2.2. Tahapan Penelitian
Pembuatan model desain penampang dari bahan Styrofoam untuk dinding saluran muara, membuat/ menentukan pias untuk titik pengamatan kecepatan, ,debit aliran menyesuaikan kapasitas pompa yang ada, dibagian hilir, ujung flume dibuatkan pengatur elevasi genangan untuk memodelkan tinggi pasang surut. Tahapan selanjutnya melakukan variasi percobaan sesuai rencana penelitian, membuat analisis parameter tak berdimensi penelitian, perhitungan data dilakukan dengan melakukan faktor skala distorsi, faktor persamaan dan korelasi variabel diperoleh dengan analisis regresi
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Analisis Bilangan Tak Dimensi
Pada penelitian ini analisis bilangan tak berdimensi menggunakan metode Buckingham, kondisi eksisting penampang melintang saluran ditunjukkan pada gambar 3. Sehingga analisis lebih lanjut dilakukan sebagai berikut :
Gambar 3. Kondisi eksisting penampang melintang
1) Mengidentifikasi semua variabel yang terlibat pada sistem yang dikaji, kecepatan aliran (v) = (penampang, debit, fluida) v = (B, h, Q, g, w)
2) Menyatakan setiap variabel dalam dimensi dasar, yaitu L: panjang, T: waktu, M: massa. 3 dimensi utama dalam fluida, seperti ditunjukkan pada tabel 2.
Tabel 2. Dimensi dasar variabel
Dinamik
B h v Q g w
cm cm cm/s cm3/s cm/s2 gr/cm3
L L LT-1 L3T-3 LT-2 ML-3
0 0 0 0 0 1
1 1 1 3 1 -3
0 0 -1 -1 -2 0
Variabel Geometrik
L T
Kinematik
Satuan Dimensi
M
3) Menentukan variabel berulang, dimana jumlah yang diperlukan sama dengan jumlah dimensi referensi, seperti ditunjukkan pada tabel 3..
Tabel 3. Pengelompokan variabel
Kelompok Variabel Notasi
Variabel Bebas Lebar sungai B
Debit air (cm3/s) Q
Variabel terikat Kecepatan aliran (m/s) v
Variabel berulang tinggi muka air (cm) h
Grafitasi (cm/s2) g
Rapat massa air (gr/cm3) w Parameter yang berulang : h, g, w
4) Persamaan variabel i, adalah perkalian dari tiga variabel yang berulang dan salah satu variabel sisa, demikian hingga habis
1 = hx. gy. wz . B
M = 0+0+z+0 = 0, z=0 T = 0-2Y+0+0 = 0, Y=0 L = X+Y-3z+1 = 0, X=-1
𝜋1 = 𝐵 ℎ
(1)
2 = hx. gy. wz . Q
M = 0+0+z+0 = 0, z=0 T = 0-2Y+0-1 = 0, Y=-1/2 L = X+Y-3z-3 = 0, X=-2.5
𝜋2 = 𝑄
√𝑔. ℎ2.5 (2)
3 = hx. gy. wz . v
M = 0+0+z+0 = 0, z=0 T = 0-2Y+0-1 = 0, Y=-1/2 L = X+Y-3z+1 = 0, X=-1/2 X+1/2-1
𝜋3 = 𝑣
√𝑔. ℎ
(3)
5) Menulis hasil akhir persamaan umum fenomena dalam bentuk , 𝜋1 = 𝐵
ℎ , 𝜋2 = 𝑄
√𝑔.ℎ2.5, 𝜋3 = 𝑣
√𝑔.ℎ (4)
( 𝐵
ℎ, 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 , 𝑣
√𝑔.ℎ ) (5)
Sehingga persamaan kecepatan di muara pada penelitian ini sebagai berikut : 𝑣 = 𝐵
ℎ, 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 , √𝑔. ℎ (6)
3.2. Data Penelitian
Data penelitian hasil dari pengambilan data laboratorium terhadap debit Q (l/det), tinggi muka air akibat tinggi pasang surut h(cm) dan kecepatan di muara v (cm/s) ditunjukkan pada tabel 4.
Tabel 4. Data penelitian
NO TITIK Q (l/det) h (cm) v (cm/s)
1 P6 4,27 2,82 75,00
2 P6 4,27 2,91 34,11
3 P6 4,27 4,37 57,97
4 P6 4,27 6,14 24,43
5 P6 3,56 2,79 37,89
6 P6 3,56 2,64 65,00
7 P6 3,56 4,33 43,28
8 P6 3,56 5,93 24,00
9 P6 2,67 2,02 57,00
10 P6 2,67 2,57 51,33
11 P6 2,67 3,83 37,54
NO TITIK Q (l/det) h (cm) v (cm/s)
12 P6 2,67 5,61 24,12
13 P7 4,27 3,05 77,46
14 P7 4,27 2,95 23,21
15 P7 4,27 4,37 65,00
16 P7 4,27 6,35 40,00
17 P7 3,56 3,11 40,30
18 P7 3,56 2,55 60,00
19 P7 3,56 4,43 65,90
20 P7 3,56 5,91 40,00
21 P7 2,67 2,47 39,33
22 P7 2,67 2,32 61,80
23 P7 2,67 3,91 33,51
24 P7 2,67 5,65 24,53
25 P8 4,27 2,80 69,15
26 P8 4,27 2,90 65,00
27 P8 4,27 4,37 39,59
28 P8 4,27 6,23 65,00
29 P8 3,56 2,77 38,21
30 P8 3,56 2,53 34,00
31 P8 3,56 4,17 36,00
32 P8 3,56 6,03 19,62
33 P8 2,67 2,28 45,18
34 P8 2,67 2,24 64,00
35 P8 2,67 3,84 37,69
36 P8 2,67 5,67 32,36
Dari data penelitian ditunjukkan debit aliran terdiri 3 variasi masing-masing, 2,67 liter/det, 3,56 liter/det, 4,27liter/det, pada 4 variasi kondisi pasang surut dan diperoleh data tinggi muka air dan kecepatan yang beragam karena faktor penampang, kondisi lurus, belokan dan pertemuan dengan muara
3.3. Kalibrasi Data
Kalibrasi data dilakukan dengan membandingkan antara kecepatan v-ukur yaitu kecepatan hasil pengukuran mengunakan alat current meter digital dengan v-hitung adalah kecepatan yang diperoleh dari perhitungan, dimana telah diketahui debit (Q) dari pelimpah V-note dan luas penampang basah (A) selengkapnya ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4. Kalibrasi data kecepatan
Data perbandingan kecepatan ukur dan kecapatan hitung, karena kondisi pemodelan distorsi maka perhitungan dan pengukuran diperoleh setelah dikonversi ke faktor skala kecepatan. Hasilnya menunjukkan nilai berkisar antara 0.92 - 3.65 m/s, pola kecepatan berimpit, berdekatan antara nilai v-hitung dan v-ukur, sehingga cukup baik untuk dilakukan perhitungan lebih lanjut.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
KECEPATAN (M/S)
TITIK PENAMPANG
V-hitung V-ukur
3.4. Pengaruh Pasang Surut Terhadap Kecepatan Di Muara
Sesuai analisis bilangan tak berdimensi pada penelitian ini pada persamaan 6, kecepatan aliran (v) dimuara dipengaruhi oleh adalah rasio lebar penampang sungai terhadap tinggi muka air (𝐵
ℎ), debit pengaliran ( 𝑄
√𝑔.ℎ2.5), dan tinggi tekanan air (√𝑔. ℎ)
3.4.1. Pengaruh rasio lebar penampang 𝐵ℎ terhadap kecepatan aliran (v) Hubungan pengaruh rasio lebar penampang 𝐵
ℎ terhadap kecepatan aliran (v) untuk penampang P6 sampai dengan P8 seperti ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 5. Hubungan rasio lebar penampang (B/h) terhadap kecepatan aliran (v)
Dari gambar diatas ditunjukkan bahwa trend data hubungan rasio lebar penampang 𝐵ℎ terhadap kecepatan aliran (v) berbentuk linier, untuk tiga titik penampang tinjau. nilai rasio lebar penampang 𝐵ℎ yang semakin tinggi akan diperoleh nilai kecepatan yang semakin tinggi, dimana h yang semakin besar untuk B tetap, akan menyebabkan kecepatan (v) menurun.
3.4.2. Pengaruh debit pengaliran 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 terhadap kecepatan aliran (v) Pengaruh debit pengaliran 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 terhadap kecepatan aliran (v) untuk penampang P6 sampai dengan P8 ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 6. Hubungan debit pengaliran 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 terhadap kecepatan aliran (v) 0,00
0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
- 1 0 , 0 0 2 0 , 0 0 3 0 , 0 0 4 0 , 0 0 5 0 , 0 0
V (M/S)
P8 P7 P6 Linear (P8) Linear (P7) Linear (P6)
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
- 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00
V (M/S)
P8 P7 P6 Linear (P8) Linear (P7) Linear (P6)
Gambar 6. diatas menunjukkan trend data hubungan debit pengaliran 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 terhadap kecepatan aliran (v) berbentuk linier, nilai debit pengaliran 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 yang tinggi akan diperoleh nilai kecepatan (v) semakin tinggi dan kondisi sebaliknya, jika (Q) kecil maka kecepatan (v) akan menurun.
3.4.3. Pengaruh tekanan air (√𝑔. ℎ ) terhadap kecepatan aliran (v)
Hubungan pengaruh tekanan air (√𝑔. ℎ ) terhadap kecepatan aliran (v) untuk penampang P6 sampai dengan P8 ditunjukkan pada gambar 7.
Gambar 7. Hubungan tekanan air (√𝑔. ℎ ) terhadap kecepatan aliran (v)
Dari gambar 7. diatas ditunjukkan bahwa trend data hubungan tekanan air (√𝑔. ℎ ) terhadap kecepatan aliran (v) linier menurun, nilai tekanan air (√𝑔. ℎ ) yang semakin tinggi akan diperoleh nilai kecepatan menurun, dan sebaliknya semakin kecil nilai (√𝑔. ℎ ) akan diperoleh nilai kecepatan (v) yang semakin besar. Hal ini memperlihatkan bahwa tinggi mukai air pasang surut berbanding terbalik terhadap kecepatan di muara.
3.4.4. Persamaan kecepatan aliran di muara
Persamaan kecepatan diperoleh dari analisis regresi dari variabel yang telah diperolah dari analisis parameter tak berdimensi dan data-data penelitian yang ada sehingga persamaan kecepatan dimuara pada penelitian ini di tunjukkan pada persamaan 7.
𝑣 = 0,0016 𝐵
ℎ + 0,0460 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 + 0,2985 √𝑔. ℎ (7)
Dengan tingkat korelasi (R) = 95,42%, dimana v adalah kecepatan aliran (m/s), 𝐵
ℎ adalah rasio lebar sungai terhadap tinggi muka air non dimensional, 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 adalah debit pengaliran non dimensional, √𝑔. ℎ adalah tekanan air (m/s).
4. KESIMPULAN
Dari hasil dan pembahasan diatas, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa kablibrasi kecepatan antara nilai v-hitung dan v-ukur memiliki pola berimpit, berdekatan. Pengaruh variabel 𝐵ℎ dan 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 memiliki trend linier keatas, sehingga semakin tinggi nilai variabel akan diperoleh nilai kecepatan yang semakin tinggi, sedang variabel
√𝑔. ℎ sebaliknya semakin tinggi akan diperoleh nilai kecepatan menjadi lebih kecil. Dari hasil resgresi diperoleh persamaan pada penelitian 𝑣 𝑣 = 0,0016 𝐵
ℎ + 0,0460 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 + 0,2985 √𝑔. ℎ, dengan tingkat korelasi (R) = 95,42%, dimana v adalah kecepatan aliran (m/s), 𝐵ℎ adalah rasio lebar sungai terhadap tinggi muka air non dimensional, 𝑄
√𝑔.ℎ2.5 adalah debit pengaliran non dimensional, √𝑔. ℎ adalah tekanan air (m/s).
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
V (M/S)
P8 P7 P6 Linear (P8) Linear (P7) Linear (P6)
DAFTAR PUSTAKA
Johan Christian Winterwerp . Zheng Bing Wang .Theo van der Kaaij . Kristof Verelst . Arnout Bijlsma . Youri Meersschaut . Marc Sas. (2006). “Flow velocity profiles in the Lower Scheldt estuary”. Ocean Dynamics 56:
284–294
C. H. Wu. (2014). An entropy-based surface velocity method for estuarine discharge measurement. AGU Water Resources Research. 10.1002/2014WR015353
Weiyi Xia *, Xiaodong Zhao, Riming Zhao and Xinzhou Zhang. (2019). “Flume Test Simulation and Study of Salt and Fresh Water Mixing Influenced by Tidal Reciprocating Flow”. Water 2019, 11, 584. MDPI
Zulkiflee Ibrahim, Ab Aziz Abdul Latiff, Azrul Hanif Ab Halim, Norlela Abu Bakar and Sivadas Subramaniam.
(2008). Experimental Studies On Mixing In A Salt Wedge Estuary. Malaysian Journal of Civil Engineering 20 (2) : 188 - 199 (2008)
Ady Syaf Putra. (2014). “Analisis Distribusi Kecepatan Aliran Sungai Musi (Ruas Sungai : Pulau Kemaro Sampai Dengan Muara Sungai Komering), Jurnal Teknik Sipil dan Lingkungan Vol. 2, No. 3, September 2014 Triyanti Anasiru. (2005). Analisis Perubahan Kecepatan Aliran Pada Muara Sungai Palu. Jurnal SMARTek, Vol. 3,
No. 2, Mei 2005 : 101 - 112.
Wiwik Yunarni, Ririn Endah Badriani, Meilita Ika Sari. (2017). Karakteristik Aliran pada Flume akibat adanya Penyempitan dan Perbedaan Jarak Ambang Tajam. Konferensi Nasional Teknik Sipil dan Infrastruktur – I, Jurusan Teknik Sipil Universitas Jember, 30 Oktober 2017
