KAJIAN LAJU ANGKUTAN SEDIMEN
PADA SUNGAI WAMPU
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian
Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
ARTA O. BOANGMANALU
080404038
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Sungai merupakan sarana yang sangat penting dalam proses pengangkutan sedimen. Sungai berfungsi untuk mengalirkan sedimen-sedimen dari hasil erosi yang nantinya akan diteruskan ke laut. Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu. Proses sedimentasi meliputi proses erosi, transportasi (angkutan), pengendapan (deposition) dan pemadatan (compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel dan kecepatan pengendapan partikel.
Untuk menghitung laju angkutan sedimen banyak metode yang bisa digunakan. Diantaranya yaitu metode Yang’s, Engelund and Hansen, shen and Hung. Dalam penggunaan metode-metode tersebut diperlukan ukuran kedalaman penampang sungai. Dan untuk menghitung kedalaman sungai digunakan metode pendekatan Einstein.
Dari hasil perhitungan yang dilakukan, dengan metode Yang’s didapat hasil sedimen 2293477 ton, dengan metode Engelund and Hansen didapat hasil sedimen 14359167 ton, dengan metode Shen and Hung didapat hasil sedimen 311639.5 ton (untuk tahun 2008).
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus yang telah
melimpahkan berkat dan kasih karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
Adapun judul dari tugas akhir ini adalah “Kajian Laju Angkutan Sedimen
pada Sungai Wampu”. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk
menyelesaikan pendidikan Strata I (S1) di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini tidak terlepas dari
bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Ucapan terima kasih penulis
ucapkan kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik USU.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik USU.
3. Bapak Ivan Indrawan, ST selaku dosen pembimbing sekaligus orang tua bagi
penulis yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk
membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga selesainya tugas
akhir ini.
4. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc, Bapak Ir. Indra Jaya Pandia, MT,
Ibu Emma Patricia Bangun, ST, M.Eng selaku dosen pembanding/penguji
yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun dalam
5. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Jurusan teknik Sipil Universitas Sumatera
Utara.
6. Ayahanda A. Boangmanalu dan Ibunda R. Berutu yang selalu mendukung
saya dalam doa, membimbing, dan memotivasi saya dalam menyelesaikan
tugas akhir ini.
7. Kepada kakak, abang dan adik-adikku tersayang, yang mendukung
penyelesaian Tugas Akhir ini. Kakak Ria Hema, Asni Malini, Ramile, Reyes,
abang Amran dan adik-adikku Rohmasta dan Abraham.
8. Semua sahabat-sahabatku khususnya kepada Vivi, Gabe, Novalena dan
Winursa yang telah memberikan dukungan dalam pengerjaan tugas akhir ini.
9. Abang Rio Damuri dan kakak Trisna yang telah banyak membantu dalam
pengerjaan tugas akhir ini.
10.Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dan kemudahan
dalam penyelesaian administrasi, Kak Lince, Bang Zul, dan lain – lain.
Semoga Tuhan Yesus membalas dan melimpahkan berkat dan karunia-Nya
kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan penulis ucapkan terima
kasih. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Mei 2013
Hormat Saya
DAFTAR ISI
ABSTRAK
KATA PENGANTAR ……….. i
DAFTAR ISI ……… iii
DAFTAR GAMBAR ……… vii
DAFTAR TABEL ……… viii
DAFTAR NOTASI ……….. ix
DAFTAR LAMPIRAN ………. xi
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang ………... 1
I.2. Perumusan Masalah ……….... 2
I.3. Batasan Masalah ……… 3
I.4. Tujuan ……… 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1. Uraian ………... 4
II.2. Transportasi Sedimen ………... 6
II.2.1. Erosi dan Sedimentasi ………. 6
II.2.3. Sedimentasi ………. 8
II.2.4. Angkutan Sedimen ………. 10
II.2.5. Rumus- Rumus Angkutan Sedimen ……… 18
A. Persamaan Yang’s ………. 19
B. Engelund and Hansen ……….. 20
C. Shen and Hung ……….. 20
II.2.6. Metode Einstein ………. 21
II.3. Dampak Erosi dan Sedimentasi ……….. 21
II.3.1. Pengaruh Erosi ………. 21
II.3.2. Pengaruh Sedimentasi ………. 22
II.4. Morfologi Sungai ……… 23
II.5. Geometri dan Geoteknik Sungai ……… 23
BAB III METODOLOGI DAN DESKRIPSI LOKASI PENELITIAN III.1. Metodologi Penelitian ……….. 27
III.1.1. Metode Kerja ……… 29
III.1.2. Pengambilan Sampel Sedimen di Lapangan ………. 29
III.1.3. Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai ………. 30
III.1.4. Perhitungan Kedalaman Sungai ……… 31
A. Metode Yang’s ………. 33
B. Metode Engelund and Hansen ……….. 34
C. Metode Shen and Hunsen ………. 34
III.2. Lokasi Studi penelitian ……….. 35
III.2.1. Batas Wilayah Administrasi ………. 35
III.2.2. Kondisi DAS Wampu ………. 36
III.2.2.1. Kondisi Bio-fisik DAS Wampu ………. 37
BAB IV PERHITUNGAN MUATAN ANGKUTAN SEDIMEN IV.1. Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai ………... 39
IV.2. Perhitungan Kedalaman ………. 43
IV.3. Perhitungan Angkutan Sedimen Sungai Wampu dengan Metode Yang’s 50 IV.4. Perhitungan Angkutan Sedimen Sungai Wampu dengan Metode Engelund and Hansen ……….. 54
IV.5. Perhitungan Angkutan Sedimen Sungai Wampu dengan Metode Shen and Hung ………. 56
IV.6. Perbandingan jumlah muatan sedimen antara sungai Wampu dengan sungai Ular ……….. 66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan ……… 68
DAFTAR PUSTAKA ………. 70
DAFTAR GAMBAR
Gambar Uraian
2.1 Gaya yang bekerja pada butiran di dasar sungai 13
2.2 Diagram Shields 16
2.3 Sketsa pengendapan partikel sedimen laying 17
2.4 Grafik hubungan antara � dan d 18
3.1 Diagram Alir Penelitian 28
3.2 Faktor koreksi distribusi kecepatan 31
3.3 Hubungan antara �
�∗" dan � 32
4.1 Grafik hasil muatan sedimen metode Yang’s 63
4.2 Grafik hasil muatan sedimen metode Engelund and Hansen 64
DAFTAR TABEL
Tabel Uraian
2.1 Klasifikasi ukuran partikel sedimen 11
2.2 Metode perhitungan dan karakteristiknya 26
3.1 Luas sub DAS di DAS Wampu 36
3.2 Luas sub DAS berdasarkan morfologi hulu tengah dan hilir 37
3.3 Luas sub DAS di DAS berdasarkan kemiringan lereng 38
4.1 Data kemiringan rata-rata sungai Wampu 39
4.2 Kedalaman sungai 46
4.3 Muatan sedimen metode Yang’s 53
4.4 Muatan sedimen metode Engelund and Hansen 56
4.5 Muatan sedimen metode Shen and Hung 59
4.6 Jumlah muatan sedimen (ton) per tahun dihitung dengan
metode Yang’s 60
4.7 Jumlah muatan sedimen (ton) per tahun dihitung dengan
Metode Engelund and Hansen 61
4.8 Jumlah muatan sedimen (ton) per tahun dihitung dengan
DAFTAR NOTASI
� = kecepatan jatuh
�s = berat jenis sedimen
� = berat jenis ar
g = gravitasi
d = diameter sedimen
� = kinematic viscositas
� = psi
�0 = tegangan geser
d35 = diameter sedimen 35% dari material dasar
d50 = diameter sedimen 50% dari material dasar
d65 = diameter sedimen 60% dari material dasar
Vcr = kecepatan kritis
V = kecepatan aliran
S = kemiringan sungai
U* = kecepatan geser
Ct = konsentrasi sedimen total
�H = Beda tinggi
�X = jarak memanjang
A = Luas penampang sungai
P = Keliling basah
R = jari-jari hidrolis
Q = debit air
D = kedalaman sungai
DAFTAR LAMPIRAN
Uji laboratorium Mekanika Tanah (analisa ukuran butiran)
Analisa saringan
Data debit sungai Wampu 2001-2010
Peta Daerah Aliran Sungai Wampu
Peta lokasi penelitian
ABSTRAK
Sungai merupakan sarana yang sangat penting dalam proses pengangkutan sedimen. Sungai berfungsi untuk mengalirkan sedimen-sedimen dari hasil erosi yang nantinya akan diteruskan ke laut. Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu. Proses sedimentasi meliputi proses erosi, transportasi (angkutan), pengendapan (deposition) dan pemadatan (compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel dan kecepatan pengendapan partikel.
Untuk menghitung laju angkutan sedimen banyak metode yang bisa digunakan. Diantaranya yaitu metode Yang’s, Engelund and Hansen, shen and Hung. Dalam penggunaan metode-metode tersebut diperlukan ukuran kedalaman penampang sungai. Dan untuk menghitung kedalaman sungai digunakan metode pendekatan Einstein.
Dari hasil perhitungan yang dilakukan, dengan metode Yang’s didapat hasil sedimen 2293477 ton, dengan metode Engelund and Hansen didapat hasil sedimen 14359167 ton, dengan metode Shen and Hung didapat hasil sedimen 311639.5 ton (untuk tahun 2008).
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sungai merupakan sumber air yang menampung dan mengalirkan air serta
material bahan yang dibawanya dari bagian hulu. Aliran sungai mengalir dari daerah
tinggi ke daerah yang lebih rendah dan pada akhirnya akan bermuara ke laut.
Daerah tangkapan sungai adalah dimana sungai mendapat air dan merupakan
daerah tangkapan hujan. Anak-anak sungai yang ada didalam DAS akan selalu
mengikuti aturan yaitu bahwa aliran tersebut akan selalu dihubungkan oleh suatu
jaringan. Arah dimana cabang dan arah sungai mengalir ke sungai yang lebih besar
akan membentuk suatu pola aturan tertentu.pola yang terbentuk tergantung dengan
kondisi topografi, geologi dan iklim yang terdapat di dalam DAS tersebut dan secara
keseluruhan akan membentuk karakteristik sungai.
Dengan adanya aliran air di dalam sungai akan mengakibatkan adanya
angkutan sedimen, yang berupa angkutan muatan dasar (bed load) dan angkutan
muatan layang (suspended load). Sedimentasi tersebut menimbulkan pendangkalan
badan perairan seperti sungai, waduk, bendungan atau pintu air dan daerah sepanjang
sungai, yang dapat menimbulkan banjir. Oleh karena itu perlunya suatu usaha
mengkaji sedimentasi yang dihasilkan oleh aliran sungai pada periode tertentu.
Metode untuk menentukan berapa besarnya angkutan sedimen telah banyak,
metode-metode ini berdasarkan uji laboratorium dan analisa data lapangan sehingga
sungai. Oleh karena itu perlu dilakukan kajian beberapa metode untuk mengetahui
metode mana saja yang paling sesuai untuk sungai Wampu.
I.2 Perumusan Masalah
Salah satu cara untuk mengetahui pola dan laju perubahan morfologi sungai
yang mencakup perubahan kemiringan dasar, elevasi dasar sungai, luas penampang
melintang, serta perubahan kapasitas tampung (volume) yang terjadi pada penggal
sungai terpilih akibat proses sedimentasi yaitu dengan menggunakan data lapangan di
beberapa titik kontrol sungai Wampu. Dari beberapa persamaan angkutan sedimen
yang ada, dicoba menjelaskan proses yang terjadi melalui analisis penerapan
persamaan transpor sedimen untuk memahami fenomena perubahan morfologi sungai
Wampu.
Untuk mencapai hasil optimal dalam analisis dengan penerapan beberapa
persamaan transpor sedimen pada sungai Wampu sehubungan dengan masalah
sedimentasi, perlu ditetapkan batasan dan asumsi. Batasan dan asumsi yang
digunakan dalam studi ini adalah:
1. Kajian berbasis data pengukuran yang ada, terbatas pada titik/ruas terpilih
ataupun lokasi yang ditinjau.
2. Perhitungan angkutan sedimen didasarkan pada data debit harian yang terjadi.
3. Kajian dilakukan dengan mencermati hal-hal dominan yang telah terjadi
dalam kurun waktu pelaksanaan pengukuran.
4. Dalam penelitian ini tidak membahas masalah erosi.
I.4 Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah yang ada, maka tujuan dari penelitian ini
adalah untuk menentukan atau mencari persamaan yang dapat dipakai untuk
menghitung angkutan sedimen pada sungai Wampu serta menganalisis beberapa
faktor/parameter yang tercakup ataupun di luar persamaan angkutan sedimen, yang
memberikan pengaruh terhadap besaran angkutan sedimen.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Sumber utama dari material yang menjadi endapan fluvial adalah pecahan dari
batuan kerak bumi. Batuan hasil pelapukan secara berangsur diangkut ke tempat lain
oleh tenaga air, angin dan gletser. Air mengalir dipermukaan tanah atau sungai
membawa batuan halus baik terapung, melayang atau digeser di dasar sungai menuju
tempat yang lebih rendah. Hembusan angin juga bisa mengangkat debu, pasir, bahkan
bahan material yang lebih besar. Makin kuat hembusan itu, makin besar pula daya
angkutnya. Peristiwa ini disebut dengan disintegrasi yang prosesnya dapat fisik atau
kimia. Sebagai akibat proses tersebut adalah terbentuknya butiran tanah dengan
berbagai macam sifat yang berbeda, tergantung dari keadaan iklim, topografi, jenis
batuan, waktu dan organisme. Apabila partikel tanah tersebut terkikis dari permukaan
bumi atau palung sungai maka material yang dihasilkan akan bergerak atau berpindah
menurut arah aliran yang membawanya menjadi angkutan sedimen.
Pengetahuan mengenai angkutan sedimen yang terbawa oleh aliran sungai
dalam kaitannya dengan besar aliran sungai akan mempunyai arti penting bagi
kegiatan pengembangan dan manajemen sumber daya air, konservasi tanah dan
perencanaan bangunan pengamanan sungai. Pengetahuan mengenai sedimen akan
memungkinkan untuk dilakukannya pengukuran sedimen yang melayang terbawa
aliran ataupun sedimen yang bergerak di dasar sungai. Sedimentasi adalah suatu
proses pengendapan material yang ditransport oleh media air, angin, es atau gletser di
suatu cekungan. Delta yang terdapat di mulut-mulut sungai adalah hasil dan proses
pengendapan material-material yang diangkut oleh air sungai. Proses sedimentasi
meliputi proses erosi, transportasi (angkutan), pengendapan (deposition) dan
pemadatan (compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Proses tersebut berjalan sangat
merupakan permulaan dari proses erosi. Begitu tanah menjadi partikel halus, lalu
menggelinding bersama aliran, sebagian akan tertinggal di atas tanah sedangkan
bagian lainnya masuk ke sungai terbawa aliran menjadi angkutan sedimen. Bentuk,
ukuran dan beratnya partikel tanah tersebut akan menentukan jumlah besarnya
angkutan sedimen.
Dasar sungai biasanya tersusun oleh endapan dari material angkutan sedimen
yang terbawa oleh aliran sungai, material tersebut dapat terangkut kembali apabila
terjadi kenaikan kecepatan aliran cukup tinggi. Besarnya volume angkutan sedimen
tergantung dari pada perubahan kecepatan aliran dan adanya kegiatan di palung
sungai. Sebagai akibat dari perubahan volume angkutan sedimen adalah terjadinya
penggerusan di beberapa tempat serta terjadinya pengendapan di tempat lain pada
dasar sungai sehingga dengan demikian bentuk dari dasar sungai akan selalu berubah.
II.2 Transportasi Sedimen
Hasil pelapukan batuan dibawa oleh suatu media ke tempat lain dimana
kemudian diendapkan. Pada umumnya pembawa hasil pelapukan ini dilakukan oleh
suatu media yang berupa cairan, angin dan es. Sifat-sifat transportasi sedimen
sedimen yang terbentuk. Hal ini penting untuk diketahui karena sebenarnya struktur
sedimen merupakan suatu catatan (record) tentang proses yang terjadi sewaktu
sedimen tersebut diendapkan. Umumnya proses itu merupakan hasil langsung dari
gerakan media pengangkut. Namun demikian sifat fisik (ragam ukuran, bentuk dan
berat jenis) butiran sedimen itu sendiri mempunyai pengaruh pada proses mulai dari
erosi, transportasi sampai ke pengendapan.
II.2.1 Erosi dan Sedimentasi
Secara umum dapat dikatakan bahwa erosi dan sedimentasi merupakan proses
terlepasnya butiran tanah dari induknya di suatu tempat dan terangkutnya material
tersebut oleh gerakan air atau angin kemudian diikuti dengan pengendapan material
yang terangkut di tempat lain (Suripin, 2002). Proses erosi dan sedimentasi ini baru
mendapat perhatian cukup serius oleh manusia pada sekitar tahun 1940-an, setelah
menimbulkan kerugian yang cukup besar, baik berupa merosotnya produktivitas tanah
serta yang tidak kalah pentingnya adalah rusaknya bangunan-bangunan keairan serta
sedimentasi waduk. Daerah pertanian merupakan lahan yang paling rentan terhadap
terjadinya proses erosi. Bahaya erosi banyak terjadi di daerah-daerah lahan kering
terutama yang memiliki kemiringan lereng sekitar 15% atau lebih.
II.2.2. Erosi
Erosi tanah adalah suatu proses atau peristiwa hilangnya lapisan permukaan
tanah atas, baik disebabkan oleh pergerakan air maupun angin. Proses erosi tanah
yang disebabkan oleh air meliputi tiga tahap yang terjadi dalam keadaan normal di
lapangan, yaitu tahap pertama pemecahan bongkah-bongkah atau agregat tanah ke
dalam bentuk butir-butir kecil atau partikel tanah, tahap kedua pemindahan atau
pengendapan partikel-partikel tersebut di tempat yang lebih rendah atau di dasar
sungai (Priyantoro, 1987).
Hujan merupakan salah satu faktor utama penyebab terjadinya erosi tanah.
Tetesan air hujan merupakan media utama pelepasan partikel tanah. Pada saat butiran
air hujan mengenai permukaan tanah yang gundul, partikel tanah dapat terlepas dan
terlempar sampai beberapa centimeter ke udara. Pada lahan datar partikel-partikel
tanah tersebar lebih kurang merata ke segala arah, tapi untuk lahan miring terjadi
dominasi kearah bawah searah lereng. Partikel-partikel tanah yang terlepas ini akan
menyumbat pori-pori tanah sehingga akan menurunkan kapasitas dan laju infiltrasi.
Pada kondisi dimana intensitas hujan melebihi laju infiltrasi, maka akan terjadi
genangan air di permukaan tanah, yang kemudian akan menjadi aliran permukaan.
Aliran permukaan ini menyediakan energi untuk mengangkut partikel-partikel yang
terlepas baik oleh tetesan air hujan maupun oleh adanya aliran permukaan itu sendiri.
Pada saat aliran permukaan menurun dan tidak mampu lagi mengangkut partikel
tanah yag terlepas, maka partikel tanah tersebut akan diendapkan.
Proses pengangkutan partikel-partikel tanah ini akan terhenti baik untuk
sementara atau tetap, sebagai pengendapan atau sedimentasi. Proses pengendapan
sementara terjadi pada lereng yang bergelombang, yaitu bagian lereng yang cekung
akan menampung endapan partikel yang hanyut untuk sementara dan pada hujan
berikutnya endapan ini akan terangkat kembali menuju dataran rendah atau sungai.
Sedangkan pengendapan akhir atau sedimentasi terjadi pada sungai. Pada daerah
aliran sungai partikel dan unsur hara yang larut dalam aliran permukaan akan
mengalir ke sungai sehingga terjadi pendangkalan pada tempat tersebut. Keadaan ini
akan mengakibatkan daya tampung sungai menjadi turun sehingga timbul bahaya
II.2.3. Sedimentasi
Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran
dari bagian hulu akibat dari erosi. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap
alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada
keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel (gaya tarik dan gaya angkat) dan
kecepatan pengendapan partikel.
Berdasarkan tempat dan tenaga yang mengendapkannya, proses sedimentasi
dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu :
Sedimentasi fluvial
Sedimentasi fluvial adalah proses pengendapan materi yang diangkut oleh air
sungai dan diendapkan disepanjang sungai atau muara sungai. Bentang alam
hasil sedimentasi fluvial antara lain pulau sungai dan delta. Pulau sungai
merupakan dataran yang terdapat di tengah-tengah badan sungai. Sedangkan
delta adalah bentuk hasil endapan lumpur, tanah, pasir, dan batuan yang
terdapat di muara sungai. Pengendapan yang terjadi di sungai disebut sedimen
fluvial. Hasil pengendapan ini biasanya berupa batu giling, batu geser, pasir,
kerikil dan lumpur yang menutupi dasar sungai. Bahkan endapan sungai ini
sangat baik dimanfaatkan untuk bahan bangunan atau pengaspalan jalan.
Sedimentasi Aeolis atau Aeris, yaitu sedimen yang diendapkan oleh tenaga
angin. Contohnya: tanah loss, sand dunes.
Sedimentasi pantai
Sedimen pantai adalah material sedimen yang diendapkan di pantai.
Berdasarkan ukuran butirannya, sedimen panai dapat berkisar dari sedimen
berukuran butir lempung sampai gravel. Suplai muatan sedimen yang sangat
tinggi yang menyebabkan sedimentasi itu hanya dapat berasal dari daratan
yang dibawa ke laut melalui aliran sungai. Pembukaan lahan di daerah aliran
sungai yang meningkatkan erosi permukaan merupakan faktor utama yang
meningkatkan suplai muatan sedimen ke laut.
Ada 3 (tiga) macam pergerakan angkutan sedimen yaitu:
1. Bed load transport
Partikel kasar yang bergerak di sepanjang dasar sungai secara keseluruhan
disebut dengan bed load. Adanya bed load ditunjukkan oleh gerakan partikel
di dasar sungai yang ukurannya besar, gerakan itu dapat bergeser,
menggelinding atau meloncat-loncat, akan tetapi tidak pernah lepas dari dasar
sungai.
2. Was load transport
Wash load adalah angkutan partikel halus yang dapat berupa lempung (silk)
dan debu (dust), yang terbawa oleh aliran sungai. Partikel ini akan terbawa
aliran sampai ke laut, atau dapat juga mengendap pada aliran yang tenang atau
pada air yang tergenang.
Suspended load adalah material dasar sungai (bed material) yang melayang di
dalam aliran dan terutama terdiri dari butir pasir halus yang senantiasa
mengambang di atas dasar sungai, karena selalu didorong oleh turbulensi
aliran. Suspended load itu sendiri umumnya bergantung pada kecepatan jatuh
atau lebih dikenal dengan fall velocity.
Pada kenyataan pada tiap satu satuan waktu pergerakan angkutan sedimen
yang dapat diamati hanyalah Bed Load Transport dan Suspended Load Transport.
II.2.4. Angkutan Sedimen
Angkutan sedimen di sungai atau saluran terbuka merupakan suatu proses
alami yang terjadi secara berkelanjutan. Sungai disamping berfungsi sebagai media
untuk mengalirkan air, juga berfungsi untuk mengangkut material sebagai angkutan
sedimen.
Pengertian umum angkutan sedimen adalah sebagai pergerakan
butiran-butiran material dasar saluran yang merupakan hasil erosi yang disebabkan oleh gaya
dan kecepatan aliran sungai.
Di dalam perhitungan sifat-sifat sedimen yang dipakai adalah: ukuran,
kerapatan atau kepadatan, kecepatan jatuh dan porositas. Laju angkutan sedimen,
perubahan dasar dan tebing saluran, perubahan morfologi sungai dapat diterangkan
jika sifat sedimennya diketahui.
Beberapa faktor yang mempengaruhi angkutan sedimen adalah :
1. Ukuran partikel sedimen
Klasifikasi Ukuran butiran
Bongkahan
Berangkal (couble)
Kerikil (gravel)
Pasir (sand)
Lanau (silt)
Lempung (clay)
> 256 mm
64 – 256 mm
2- 64 mm
62 – 2000 µm
4 -62 µm
< 4 µm
Pengukuran ukuran butiran tergantung pada jenis bongkahan, untuk berangkal
pengukuran dilakukan secara langsung, untuk kerikil dan pasir dilakukan dengan
analisa saringan sedangkan untuk lanau dan lempung dilakukan dengan analisa
sedimen.
2. Berat spesifik partikel sedimen
Berat spesifik adalah berat sedimen per satuan volume dari bahan angkutan
sedimen. Dirumuskan sebagai berikut :
�
=
������������������������� ... (2.1)
Dari hasil penelitian, berat spesifik rata-rata sedimen yang ditentukan hampir
sama atau mendekati berat spesifik pasir kwarsa yaitu 2,56 gram/cm3.
3. Tegangan geser kritis
Tegangan geser kritis merupakan parameter penting dalam angkutan sedimen.
angkat. Partikel sedimen akan terangkat apabila tegangan geser dasar lebih besar
dari tegangan geser kritis erosi dan tegangan geser kritis erosi melebihi tegangan
geser kritis deposisi.
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa tegangan geser kritis sangat bergantung
pada riwayat proses pengendapan dan konsolidasi. Untuk itu beberapa penelitian
tegangan geser kritis sedimen kohesif biasanya dilakukan dengan menghubungkan
antara tegangan geser dan massa jenis sedimen pada berbagai variasi ketinggian
sampel.
Sedimen bergerak tergantung dari besarnya gaya seret dan gaya angkat dan dapat
digambarkan sebagai berikut.
Gambar 2.1. Gaya yang bekerja pada butiran di dasar sungai
Dimana:
f = koefisien gesekan
W’ = (�s - �)*g ��
3
FD = 12� ∗ �� ��
2
4 �∗2 ………. (2.3)
FL = 1
2� ∗ �� ��2
4 �∗2 ………. (2.4)
Partikel sedimen akan mulai bergerak pada kondisi kecepatan geser kritis
terlampaui, karena gaya dorong lebih besar dari gaya gesek.
�
=
�∗2( �−1)�∗� ………(2.5)
Persamaan tegangan geser Shield adalah:
�
∗=
��( ��−�)� ………. (2.6)
Dimana :
�� = � ∗ � ∗ � , sehingga :
�
∗=
(�����−�)� ……… (2.7)
D = kedalaman saluran (m)
S = kemiringan saluran
D = diameter butiran sedimen (mm)
��= tegangan geser kritis
Apabila bilangan Reynold diketahui maka tegangan geser kritis dapat diketahui
�
�=
��∗�……… (2.8)
Dimana :
U* = kecepatan geser
d = diameter sedimen
v = viskositas kinematik
�
=
� �Viskositas kinematik dari air (v) dihubungkan kepada viskositas dinamik (�) oleh berat jenis sebagai berikut = �
� . Sebagian besar buku Mekanika Fluida
mempunyai tabel dan diagram dari viskositas air sebagai fungsi dari temperatur.
Misalnya harga yang mewakili v = 1.10-6 m2/s untuk air bersih pada suhu 20oC.
Dengan melihat grafik di bawah ini maka akan didapatkan nilai critical stress.
Diagram Shields secara empiris menunjukkan bagaimana pendimensian tegangan
geser kritis yang diperlukan untuk inisiasi pergerakan yang merupakan fungsi dari
bentuk khusus partikel bilangan Reynolds, Rep atau bilangan Reynold yang terkait dengan partikel tersebut. (Chi Ted Yang, 2003).
4. Kecepatan Jatuh (Fall Velocity)
Karakteristik dari sedimen adalah kecepatan jatuhnya atau fall velocity (�), yang mana adalah kecepatan maksimum yang dicapai oleh suatu partikel akibat gaya
gravitasi. Ukuran pasir yang tersuspensi dalam suatu sungai akan tergantung kepada
nilai fall velocity-nya. Untuk suatu ukuran butiran sedimen yang besar, akan jatuh
dengan cepat dan akan lebih sedikit mendapat tahanan dari air dibandingkan dengan
butiran sedimen yang lebih halus.
Persamaan umum untuk mencari nilai fall velocity :
�
=
1 18��−� �
�
�2
� ……….……. (2.9)
Dimana :
� = kecepatan jatuh (m/det)
�� = berat jenis sedimen
g = gravitasi (m/det2)
d = diameter sedimen (mm)
[image:30.595.106.496.537.747.2]v = kinematic viscositas (m/det2)
Gambar 2.3. Sketsa pengendapan partikel sedimen layang
Nilai fall velocity (�) dapat diketahui apabila diketahui diameter sedimen (d), temperature air (oC) dan shape factor dari sedimen.
Untuk menentukan fall velocity dapat diperoleh dengan melihat grafik 1.3 buku
Gambar 2.4. Grafik hubungan antara � dan d
II.2.5. Rumus-rumus Angkutan Sedimen
Rumus-rumus yang dipakai dalam perhitungan angkutan sedimen adalah
persamaan-persamaan Yang’s, Engelund and Hansen, dan Shen and Hung.
A. Persamaan Yang’s (1973)
Yang’s (1973) mengusulkan formula transportasi sedimen berdasarkan konsep unit
aliran listrik, yang dapat dimanfaatkan untuk prediksi materi keseluruhan tempat tidur
konsentrasi diangkut dalam flumes tempat tidur pasir dan sungai. Yang mendasarkan
rumusnya pada konsep bahwa jumlah angkutan sedimen berbanding langsung dengan
jumlah energi aliran. Energy per satuan berat air dapat dinyatakan dengan hasil kali
kemiringan dasar dan kecepatan aliran. Energy per satuan besar air tersebut oleh Yang
disebut sebagai unit stream power dan dianggap sebagai parameter penting dalam
menentukan jumlah angkutan sedimen.
Data-data yang dipergunakan dalam pembuatan persamaan Yang’s adalah :
Data sedimen
Geometri saluran
Kecepatan aliran
Analisa perhitungan
Log C1 = 5.435 – 0.286 log
��50
� - 0.457 log �∗
�
+�1.799 – 0.409 log ���50
−
0.314 log ��∗�log���Gw = � ∗ � ∗ � ∗ � ……….……….(2.11)
Qs = Ct*Gw ………..………(2.12)
Dimana :
Ct = konsentrasi sedimen total
d50 = diameter sedimen 50% dari material dasar (mm) � = kecepatan jatuh (m/s)
V = kecepatan aliran (m/s)
Vcr = kecepatan kritis (m/s)
S = kemiringan sungai
U* = kecepatan geser (m/s)
W = lebar sungai (m)
D = kedalaman sungai (m)
Qs = muatan sedimen (kg/s)
B. Engelund and Hansen
Engelund and Hansen (1967) persamaan Engelund-Hansen didasarkan pada
pendekatan tegangan geser. Persamaan Engelund and Hansen dapat ditulis sebagai
berikut :
q
s= 0.05
�
��
2�
�50�(��
�−1)
�
1/2�
�0(��−�)�50
�
3/2
Qs = W * qs ………(2.14)
Dimana : �0 = � ∗ � ∗ � ……….(2.15)
�0 = tegangan geser (kg/m2)
Qs = muatan sedimen (kg/s)
C. Shen and Hungs
Shen and Hung (1971) diasumsikan bahwa transportasi sedimen adalah begitu
kompleks sehingga tidak menggunakan bilangan Reynolds, bilangan Froude,
kombinasi ini dapat ditemukan untuk menjelaskan transportasi sedimen dengan semua
kondisi. Shen and Hung mencoba untuk menemukan variabel yang dominan yang
mendominasi laju transportasi sedimen, mereka merekomendasikan kemunduran
persamaan berdasarkan 587 set data laboratorium. Persamaan Shen and Hung dapat
ditulis sebagai berikut :
Log Ct = - 107404.459 + 324214.747* Y – 326309.589*Y2 + 109503.872*Y3
Gw = � ∗ � ∗ � ∗ �
Qs = Ct*Gw
Dimana : Y =
�
��0.57
�0.32
�
0.0075
Ct = konsentrasi sedimen total
V = kecepatan aliran (m/s)
� = kecepatan jatuh (m/s)
W = lebar sungai (m)
D = kedalaman sungai (m)
Qs = muatan sedimen (kg/s)
II.2.6. Metode Einstein
Einstein (1950) mengawali pendekatan langsung dalam penentuan beban
material dasar dengan menjumlahkan beban dasar dan beban melayang. Ia juga
termasuk salah satu orang pertama yang memperkenalkan ide dari tegangan geser
efektip. Tegangan geser total dipertimbangkan terdiri dari dua bagian: tegangan geser
yang berkaitan kekasaran butiran �’ dan tegangan geser yang berhubungan dengan tegangan geser akibat pembentukan dasar saluran (form shear stress) �”.
� = �’+�”
Tegangan geser butiran adalah efektip untuk membawa sedimen merupakan
tegangan geser yang menghasilkan kecepatan rata-rata bila semua perlawanan
(resistances) disebabkan kekasaran geseran. Dengan harga-harga yang diketahui dari
kecepatan dan radius hidraulik (atau kedalaman pada kasus ratio lebar-kedalaman
yang besar), tegangan geser efektip dapat dihitung langsung dari persamaan kecepatan
(yang dipilih) dan parameter geseran butiran. Ide ini telah dipakai dari awalnya pada
hampir semua hubungan transport sedimen, kecuali untuk metode yang langsung
didasarkan pada kecepatan atau kedalaman dan kecepatan. Metode Einstein masih
dipandang sebagai petunjuk dari segi pandangan teoritis. Metode ini memperkenalkan
beberapa konsep dasar dalam transportasi sedimen yang keudian dimodifikasi atau
prosedur dasar difusinya kompleks serta beberapa ketidakpastian dalam penentuan
koefisien (Julien, 1995; Yang, 1996).
II.3. Dampak Erosi dan Sedimentasi
II.3.1. Pengaruh Erosi
Seperti yang telah diuraikan, erosi dan sedimentasi yang diakibatkan oleh
pergerakan air (daerah dengan curah hujan tinggi) meliputi beberapa proses. Terutama
meliputi proses pelepasan, penghanyutan/pengangkutan dan pengendapan daripada
partikel-partikel tanah yang terjadi akibat tumbukan percikan air hujan dan aliran
permukaan.
Air hanya akan mengalir dipermukaan tanah apabila jumlah air hujan lebih
besar daripada kemampuan tanah untuk menginfiltrasi air ke lapisan yang lebih
dalam. Dengan menurunnya porositas tanah, karena sebagian pori-pori tertutup oleh
partikel tanah yang halus, maka laju infiltrasi akan semakin berkurang, akibatnya
aliran air dipermukaan akan semakin bertambah banyak. Aliran air di permukaan
mempunyai peranan yang penting. Lebih banyak air yang mengalir di permukaan
tanah maka lebih banyak tanah yang terkikis dan terangkut banjir yang dilanjutkan
terus ke sungai untuk akhirnya diendapkan. Lebih lanjut tetesan air hujan ini dapat
menimbulkan pembentukan lapisan tanah keras pada lapisan permukaan. Akibatnya
dapat menyetop sama sekali laju infiltrasi sehingga aliran permukaan semakin
berlimpah.
Dari uraian ini jelas bahwa pengaruh erosi ini dapat menimbulkan
kemerosotan kesuburan fisik dari tanah.
Erosi tidak hanya berpengaruh negative pada lahan dimana terjadi erosi, tetapi
juga di daerah hilirnya dimana material sedimen diendapkan. Banyak
bangunan-bangunan sipil di daerah hilir akan terganggu, saluran-saluran, jalur navigasi air akan
mengalami pengendapan sedimen. Disamping itu kandungan sedimen yang tinggi
pada air sungai juga akan merugikan pada penyediaan air bersih. Salah satu
keuntungan yang dapat diperoleh dari pengendapan sedimen barangkali adalah
penyuburan tanah jika sumber sedimen berasal dari tanah yang subur.
II.4. Morfologi Sungai
Morfologi sungai adalah ilmu yang mempelajari sifat, jenis dan perilaku
sungai dengan semua aspek perubahannya dalam dimensi ruang dan waktu. Gejala
morfologi yang mempengaruhi sungai adalah :
1. Keadaan daerah aliran sungai, yang meliputi unsure topografi, vegetasi,
geologi tanah dan penggunaan tanah yang berpengaruh terhadap koefisien
rembesan pengaliran, sifat curah hujan serta keadaan hidrologi.
2. Hidrologi di palung sungai.
3. Material dasar saluran, tebing serta berubahnya alur aliran.
4. Aktivitas manusia diantaranya:
Dibangunnya prasarana air
Pengambilan material dasar sungai, tebing sungai dan bantaran sungai.
Pembuangan material dan sampah ke sungai.
II.5. Geometri dan Geoteknik Sungai
1. Topografi sungai meliputi bagian hulu dan hilir sungai dan sungai transisi.
Parameter yang menentukan adalah kemiringan dasar saluran, yang
dipengaruhi oleh jenis butiran material dasar dan kekasaran dasar sungai.
2. Lapisan dasar sungai yang meliputi :
a. Sungai dengan dasar yang mudah tergerus.
b. Sungai dengan dasar yang tidak mudah tergerus.
c. Sungai dengan dasar yang mudah tergerus tetapi terlindung oleh material
sungai lain yang mudah bergerak.
d. Sungai dengan lapisan dasar mudah tergerus dan di atasnya terdiri dari
perpaduan antara material itu sendiri dengan muatan dasar lepas.
e. Sungai dengan dasar saliran terdiri dari lapisan alluvial tergerus dengan
kedalaman cukup besar.
3. Jenis sungai dengan dasar batuan gelinding, berpasir, berlempung dan
lain-lainnya.
4. Kemiringan dasar saluran yang meliputi sungai dengan kemiringan curam,
landai dan bertangga.
5. Bentuk melintang sungai.
6. Pembentukan dasar sungai.
7. Jenis angkutan sedimen dan angkutan materialnya.
8. Pola aliran sungai yang meliputi :
a. Dendritik
Pola ini terjadi pada daerah berbatuan sejenis dengan penyebaran yang
luas. Misalnya suatu daerah yang ditutupi oleh endapan sedimen yang
meliputi daerah yang luas dan umumnya endapan itu terletak pada suatu
b. Radial
Biasanya pola radial dijumpai pada lereng gunung api daerah topografi
berbentuk kubah.
c. Rectangular
Terdapat di daerah yang batuannya mengalami retakan-retakan. Misalnya
batuan jenis limestone.
9. Tinjauan daerah aliran sungai yang meliputi :
a. Sungai lurus
Terjadi bukan karena alam tetapi dikarenakan ole perbaikan aliran sungai
oleh manusia dan disengaja dibuat lurus.
b. Sungai berliku
Terjadi secara alamiah, sangat sering ditemui dan mempunyai cirri dengan
arus yang berupa kurva yang dihubungkan dengan bagian alur sungai yang
lurus.
c. Sungai berjalin
Terjadi karena fenomena sungai, sungai ini terdiri dari alur yang
dipisahkan oleh pulau ataupun tebing kemudian bersatu kembali di bagian
hilirnya.
Topografi sungai termasuk diantaranya adalah kemiringan dasar sungai, alur
sungai, geometri permukaan, daya erosi sungai, dan kesemuanya berpengaruh
terhadap laju debit sungai dan angkutan sedimen. Hal ini dapat merubah bentuk alur
sungai dan kemiringan dasar sungai. Geometri permukaan mempengaruhi alur sungai,
kedalaman sungai dan angkutan sedimen sungai.
METODE PARAMETER PERHITUNGAN
Yang’s - Temperatur air
- Kecepatan jatuh sedimen
- � adalah fall velocity - Konsentrasi sedimen
METODE PARAMETER PERHITUNGAN
Engelund and Hansen - Koefisien 0.05
- Parameter qs
- Tegangan geser (�0) - Lebar sungai
METODE PARAMETER PERHITUNGAN
She and Hung’s - Parameter Y
BAB III
METODOLOGI DAN DESKRIPSI LOKASI PENELITIAN
III.1. Metodologi Penelitian
Ruang lingkup pekerjaan yang dilakukan, meliputi:
Inventarisasi data penampang memanjang sungai pada daerah yang disurvey.
Inventarisasi data penampang melintang sungai pada daerah yang disurvey.
Melakukan survey ke lapangan untuk mengambil sampel sedimen yang dibutuhkan.
Perhitungan kemiringan dasar sungai.
Perhitungan kedalaman sungai.
Perhitungan transportasi sedimen.
Perhitungan muatan sedimen yang dihasilkan.
Mulai
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
III.1.1. Metode Kerja
a. Inventarisasi data penampang memanjang dan melintang sungai.
• Data penampang yang diperoleh terdiri dari beberapa section.
Perhitungan Muatan Sedimen
• Mendapatkan karakteristik butiran sedimen
• Kecepatan jatuh (�) Perhitungan Kedalaman rerata ruas sungai
Uji Laboratorium
Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai
• Sampel Sedimen
• Survey Lokasi
• Peta topografi
• Data penampang memanjang & melintang sungai
Tujuan
Mengetahui jumlah muatan sedimen yang terjadi dengan persamaan angkutan sedimen
Pengambilan data
Kesimpulan & Saran
• Data penampang yang diperoleh memiliki panjang 1 km.
b. Mengadakan survey/penelitian langsung di lapangan untuk mengambil sampel
sedimen dengan menggunakan alat pengambil sampel sedimen (Van Veen Grab)
yang berasal dari Laboratorium Bapedaldasu.
c. Menghitung kemiringan dasar sungai berdasarkan data penampang memanjang dan
melintang yang didapat.
III.1.2. Pengambilan Sampel Sedimen di Lapangan
Pengambilan sampel sedimen berlokasi di bagian hulu dari jembatan sungai
Wampu. Pengambilan sampel dilakukan di lima titik pada satu bentang sungai.
Adapun alasan mengapa dilakukan hanya pada satu bentang yaitu karena kondisi
medan yang sulit ditambah dengan kondisi cuaca yang tidak mendukung pada saat itu.
Pengambilan sampel dilakukan denganmenggunakan alat Bottom Grab, biasa disebut
dengan Van Veen Grab milik Laboratorium Bapedaldasu.
Prinsip kerjanya adalah apabila alat ini diturunkan sampai dasar sungai maka
alat keruk sampel (grab) kedua-duanya terbuka kemudian kabel penggantung
dikendurkan dan sambil alat ini diangkat alat keruk sampel tertutup. Dapat
dioperasikan secara manual dengan menggunakan berbagai alat penggantung, akan
tetapi alat ini mempunyai kelemahan apabila material dasarnya terdiri dari kerikil
sehingga pada saat alat diangkat, grab akan terbuka dan sampel material dasarnya
akan lepas.
Alat Van Veen Grab ada dua jenis. Pertama adalah yang ukuran kecil, dengan
berat 2,4 kg yang dapat memuat sampel sebanyak 0,5 dm3. Yang kedua adalah ukuran
dapat memuat sampel sebanyak 2 dm3. Untuk tugas akhir ini digunakan Van Veen
Grab yang berukuran kecil untuk mengambil sampel sedimen. Sampel yang telah
diambil langsung dilakukan uji laboratorium untuk mendapatkan data-data
karakteristik butiran sedimen.
III.1.3. Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai
Rumus yang dipakai untuk menghitung kemiringan dasar sungai adalah :
S =
∆�∆�
………..………..……(3.1)
Dimana : S = Kemiringan dasar sungai
∆� = Beda tinggi
∆� = Jarak memanjang
III.1.4. Perhitungan Kedalaman Sungai
Untuk menghitung kedalaman rerata ruas sungai digunakan pendekatan
Einstein.
Pendekatan Einstein
1. Asumsikan harga R’
2. Untuk menentukan harga V digunakan gambar 3.9 buku Sediment Transport,
Chih Ted Yang, halaman 71.
V = 5.75*U*log
(
12.27�′
��∗ �
)
...(3.2)Hubungan antara x dan ks/δ’ (Einstein 1950)
3. Hitung � dan hubungan antara V / U* dengan menggunakan gambar.
�
=
��−��
∗
�35
4. Hitung
�
∗"= (
��∗"
)
*
V
...(3.4)
R
”=
(�∗ ")2��
...(3.5)
5. Hitung R = R’ + R”
6. Hitung Q = V*A, jika Q hasil hitungan sama dengan harga Q awal maka
perhitungan sudah benar, jika belum sama maka asumsikan kembali harga R’
sampai harga Q hasil hitungan dan harga Q awal sama.
III.1.5. Perhitungan Transportasi Sedimen
Untuk menghitung transportasi sedimen maka jenis angkutan sedimen yang
digunakan adalah bed load transport .
Perhitungan transportasi sedimen dengan menggunakan persamaan:
b. Metode Engelund and Hansen
c. Metode Shen and Hungs
Pemilihan ketiga metode tersebut berdasarkan lokasi penelitian, karena lokasi yang
ditinjau adalah Sungai. Pada umumnya ketiga metode tersebut yang cocok digunakan
di sungai.
A. Metode Yang’s
Dalam metode Yang’s diperlukan data-data sebagai berikut :
• Ukuran diameter sedimen (d50)
• Kemiringan dasar sungai (S)
• Kedalaman sungai (D)
• Lebar dasar sungai (B)
• Debit sungai (Q)
• Berat jenis sedimen (��)
• Berat jenis air (�)
• Gravitasi (g)
• Kecepatan jatuh (�)
Langkah-langkah perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Menghitung luas penampang (A)
2. Menghitung kecepatan rata-rata (V)
3. Menghitung kecepatan geser (U*)
4. Menghitung nilai Bilangan Reynold (Re)
5. Menghitung harga parameter kecepatan kritis (Vcr)
7. Menghitung volume air berat (Gw)
8. Menghitung muatan sedimen ((Qs)
B. Metode Engelund and Hansen
Dalam metode Engelund and Hansen diperlukan data-data sebagai berikut:
• Ukuran diameter sedimen (d50)
• Kemiringan dasar saluran (S)
• Lebar dasar saluran (B)
• Debit sungai (Q)
• Berat jenis sedimen (��)
• Berat jenis air (�)
Langkah-langkah perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Menghitung luas penampang (A)
2. Menghitung kecepatan rata-rata (V)
3. Menghitung harga qs dengan terlebih dahulu mencari nilai tegangan geser
�0 = �*D*S ………...(3.6)
4. Menghitung muatan sedimen (Qs)
C. Metode Shen and Hungs
Dalam metode Einstein diperlukan data-data sebagai berikut :
• Ukuran diameter sedimen (d50)
• Kemiringan dasar sungai (S)
• Lebar dasar sungai (S)
• Berat jenis sedimen (��)
• Berat jenis air (�)
• Gravitasi (g)
Langkah-langkah perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Menghitung luas penampang (A)
2. Menghitung kecepatan rata-rata (V)
3. Menghitung konsentrasi sedimen
4. Menghitung konsentrasi sedimen total (Ct)
5. Menghitung volume air berat (Gw)
6. Menghitung muatan sedimen (Qs)
III.2. Lokasi Studi Penelitian
Daerah Aliran Sungai Wampu merupakan daerah aliran sungai di provinsi
Sumatera Utara dengan luas 416.175,19 Ha. Secara geografis DAS Wampu terletak
antara 02o 58’51” – 04o 36’00” LU dan 97o 48’03” – 98o 38’50” BT, dengan sungai
utama yang melaluinya adalah sungai Wampu. Sungai Wampu ini mengalir dari
daerah hulu yang terletak di sebagian kecil Kabupaten Karo dan Kabupaten Deli
Serdang, hingga bermuara pada daerah hilir di sebagian besar Kabupaten Langkat dan
kemudian terus mengalir sampai ke selat Malaka (Pantai Timur Sumatera Utara).
III.2.1. Batas Wilayah Administrasi
Secara administratif wilayah DAS Ular berbatasan dengan :
• Sebelah Utara : Daerah Aliran Sungai Batang Serangan
• Sebelah Selatan : Daerah Aliran Sungai Singkil
• Sebelah Timur : Daerah Aliran sungai Batang Serangan dan Singkil
III.2.2. Kondisi DAS Wampu
Berdasarkan hasil analisa Sistem Informasi Geografis dan Check Lapangan
[image:49.595.108.451.235.475.2]maka DAS wampum terbagi atas 13 (tiga belas) Sub DAS yaitu sebagai berikut:
Tabel 3.1 Luas Sub DAS di DAS Wampu
No Sub DAS Luas (Ha)
1 Lau Bekulap 12.833,94
2 Lau Berkali 29.223,29
3 Lau Biang 22.102,19
4 Lau Biang Hulu 97.945,46
5 Lau Meriah 10.508.25
6 Salapian 14.986,50
7 Lau Tebah 25.994,63
8 Sei Bingei 33.800,84
9 Sei Mencirim 11.064,08
10 Ketekukan 33.415,73
11 Tembo 32.923,40
12 Wampu Hilir 39.723,07
13 Wampu Hulu 51.653,41
Sumber : BWS Sumatera II
III.2.2.1. Kondisi Bio-fisik DAS Wampu
a. Morfologi
Keberadaan Sub-Sub DAS di DAS Wampu berdasarkan morfologi yang
terbagi atas Hulu, Tengah dan Hilir beserta luasannya disajikan pada tabel
Tabel 3.2 Luas Sub DAS di DAS Wampu Berdasarkan Morfologi Hulu, Tengah
dan Hilir
Sub DAS Morfologi Luas (Ha)
Hulu (Ha) Tengah (Ha) Hilir (Ha)
Bekulap 5,114.26 7,718.01 1.67 12,833.94
Berkali 27,748.60 1,475.06 29,223.29
Lau Biang 19,698.84 1,872.19 531.17 22,102.19
Lau Biang Hulu 24,726.85 72,285.56 933.05 97,945.46
Lau Meriah 7,330.51 3,177.75 10,508.25
Salapan 3,438.41 11,548.08 14,986.50
Lau Tebah 25,441.41 553.22 25,994.63
Sei Bingei 20,072.80 10,920.13 2,807.92 33,800.84
Sei Mencirim 79.17 10,820.40 164.51 11,064.08
Ketekunan 25,241.72 8,174.01 33,415.73
Tembo 9,914.35 20,958.57 2,050.48 32,923.40
Wampu Hilir 1,584.06 38,139.01 39,723.07
Wampu Hulu 21,986.33 26,624.33 3,042.76 51,563.41
Total DAS Wampu 190,793.25 177,711.37 47,670.57 416,175.19
Sumber: BWS Sumatera II
b. Kemiringan Lereng
Kemiringan lereng Sub-Sub DAS di DAS Wampu diklasifikasikan menjadi 5
kelas yaitu kelas I (datar), kelas II (landai), kelas III (agak curam), kelas IV
[image:50.595.98.554.635.757.2](curam), dan V (sangat curam), disajikan pada tabel dibawah ini:
Tabel 3.3 Luas Sub DAS di DAS Wampu Berdasarkan Kemiringan Lereng
Sub DAS Kelas Kemiringan Lereng Luas (Ha)
I II III IV V
Lau Tebah 11.60 208.48 2,676.35 23,098.20 25,994.63 Sei Bingei 12,871.86 4,772.85 2,595.86 3,614.19 9,946.08 33,800.84
Sei Mencirim 10,670.95 393.13 11,064.08
Ketekukan 3,403.83 3,509.72 3,557.46 3,887.53 19,057.19 33,415.73 Tembo 22,925.18 6,011.20 3,440.20 501.20 45.62 32,923.40
Wampum Hilir 39,723.07 39,723.07
Wampu Hulu 28,656.29 1,742.73 205.32 166.68 20,882.40 51,653.42 Total DAS
Wampu
182,905.23 42,712.69 23,711.87 31,895.74 134,949.66 416,175.19
BAB IV
PERHITUNGAN MUATAN ANGKUTAN SEDIMEN
IV.1 Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai
[image:52.595.104.508.287.510.2]Berdasarkan data yang diperoleh dari standard cross section, diketahui :
Tabel 4.1. Data Kemiringan Rata-rata sungai Wampu
Lokal Beda tinggi
(�H)
Jarak memanjang
(�x)
Kemiringan
1 0.018 100 m 0.00018
2 0.014 100 m 0.00014
3 0.100 100 m 0.0010
4 0.024 100 m 0.00024
5 0.027 100 m 0.00027
Kemiringan rata-rata 0.000366
Jadi, diperoleh hasil kemiringan dasar sungai wampum (S) pada lokasi yang ditinjau
senilai 0.000366
Dari hasil uji laboratorium diperoleh nilai :
D35 = 0.27 mm
D50 = 0.38 mm
D65 = 0.55 mm
Uji Laboratorium
(Kecepatan Jatuh)
Prosedur Percobaan :
1. Isilah tabung dengan zat cair yang bersih.
2. Sediakan butiran-butiran pasir dari 5 sampel yang ada.
3. Jatuhkan sampel I dari atas tabung sampai mencapai dasar tabung.
4. Dengan stopwatch, hitung dan catatlah waktu yang ditempuh sampel tersebut
mulai dari tanda start sampai ke tanda lintasan 30 cm.
5. Kosongkan kembali isi tabung
6. Ulangi percobaan di atas untuk sampel II-V
Data Hasil Percobaan :
Sampel I
Percobaan 1 2 3 4 5
Tinggi (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Waktu (s) 1.89 2.20 2.34 1.80 1.71
Kecepatan (m/s) 0.159 0.136 0.128 0.167 0.175
Kecepatan rata-rata = 0.159+0.136+0.128+0.167+0.175
Sampel II
Percobaan 1 2 3 4 5
Tinggi (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Waktu (s) 1.53 1.39 1.48 1.57 1.57
Kecepatan (/s) 0.196 0.216 0.203 0.191 0.191
Kecepatan rata-rata = 0.196+0.216+0.203+0.191+0.191
5 = 0.199
Sampel III
Percobaan 1 2 3 4 5
Tinggi (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Waktu (s) 1.84 1.44 2.11 2.34 2.65
Kecepatan (m/s) 0.163 0.208 0.142 0.128 0.113
Kecepatan rata-rata = 0.163+0.208+0.142+0.128+0.113
5 = 0.1508 m/s
Sampel IV
Percobaan 1 2 3 4 5
Tinggi (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Waktu (s) 2.74 2.74 3.6 3.33 3.42
Kecepatan (m/s) 0.109 0.109 0.083 0.09 0.088
Kecepatan rata-rata = 0.109+0.109+0.083+0.09+0.088
Sampel V
Percobaan 1 2 3 4 5
Tinggi (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Waktu (s) 3.82 3.46 4.18 3.46 3.46
Kecepatan (m/s) 0.078 0.087 0.072 0.087 0.087
Kecepatan rata-rata = 0.078+0.087+0.072+0.087+0.087
5 = 0.0822 m/s
Maka,
Kecepatan jatuh (�) = �.���+�.���+�.����+�.����+�.����
� = 0.136 m/s
IV.2. Perhitungan Kedalaman
Digunakan pendekatan Einstein untuk menghitung kedalaman rerata ruas
sungai, seperti yang telah disebutkan pada bab sebelumnya.
Pendekatan Einstein
Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Dari hasil uji laboratorium diketahui data-data sebagai berikut :
• Viskositas kinematik = 0.0000016
• Berat jenis sedimen (�s) = 2642.8 kg/m3 • D65 = 0.55 mm
• D35 = 0.27 mm
2. Diketahui debit per hari pada bulan januari tahun 2001 (Q) = 216 m3/detik dan
dasumsikan R’ = 0.459 m
3. Menghitung (�∗′)
�∗′ = (gR’S)1/2
= (9.81*0.459*0.000366)1/2
= 0.040596 m/s
4. Menghitung (δ)
δ =
11.6� �∗′= 11.6∗0.0000016 0.040596
Maka :
�� � =
�65
�
= 0.00055 4.57�10−4
=
1.203001 5. Menentukan nilai xDari grafik III.1 didapat nilai x = 1.6
6. Menghitung (V)
V = 5.75�∗′log(12.27 ���′�)
= 5.75 (0.040596) log (12.27 0.459 0.00055 1.6)
= 0.983754 m/s
7. Menghitung (�′) �′ = ��−�
� �35 ��′
=2642.8−999.14 999.14
0.00027
0.000366∗0.459
= 2.643965
8. Menentukan nilai �
�∗"
Dari grafik III.2 didapat nilai �
�∗" = 15
9. Menghitung �∗"
�∗" = (�� ∗")
−1�
= (15)-1 * 0.983754
10. Menghitung R”
R” = (�∗
")2
��
= (0.065584)2 9.81∗0.000366
= 1.197955 m
11. Menghitung nilai R
R = R’ + R”
= 0.459 + 1.197955
= 1.656955 m
12. Dicoba nilai kedalaman D = 1.7115 m, maka:
Luas penampang (A) = 125 D + 2 D2
= 125 (1.7115) + 2 (1.7115)2
= 219.796 m2
Keliling basah (P) = 125 + 4.47 D
= 125 + 4.47 (1.7115)
= 132.6504 m
Check nilai R :
R
=
� �=
219.796132.6504
Maka nilai Q = A*V
= 219.796 * 0.983754
= 216.22 = 216 m3/detik ……….(OK)
Jadi nilai D yang didapat adalah 1.7115 m.
Untuk hasil perhitungan kedalaman untuk tahun-tahun berikutnya dapat dilihat dalam
tabel berikut :
Tabel 4.2. Kedalaman sungai
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2001 Januari 216 1.7115
Februari 288 2.2181
Maret 221 1.7125
April 278 2.1447
Mei 285 2.1963
Juni 227 1.7405
Juli 111 1.1421
Agustus 97.4 1.0025
September 214 1.6281
Oktober 233 1.7909
November 350 2.6398
Desember 235 1.8076
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2002 Januari 233 1.7958
Februari 175 1.445
Maret 165 1.345
April 219 1.7118
Mei 221 1.7125
Juli 165 1.345
Agustus 329 2.5025
September 461 3.2865
Oktober 320 2.442
November 368 2.753
Desember 190 1.5114
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2003 Januari 0 -
Februari 0 -
Maret 0 -
April 0 -
Mei 0 -
Juni 25.53 0.6427
Juli 123.61 1.1953
Agustus 0 -
September 138.91 1.1995
Oktober 157.29 1.2689
November 318.06 2.4293
Desember 164.21 1.3441
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2004 Januari 177 1.4454
Februari 287 2.2108
Maret 134 1.1972
April 164 1.3441
Mei 190 1.5114
Juni 163 1.3431
Juli 111 1.1421
Agustus 98.8 1.005
Oktober 144 1.2011
November 177 1.4454
Desember 418 3.0495
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2005 Januari 298.85 2.2959
Februari 165.26 1.3452
Maret 170.95 1.4211
April 192.38 1.5124
Mei 246.79 1.9037
Juni 188.39 1.3929
Juli 202.3 1.5231
Agustus 224.69 1.7208
September 246.25 1.8994
Oktober 0 -
November 0 -
Desember 419.33 3.0571
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2006 Januari 147 1.2024
Februari 90.9 1.0021
Maret 85 1.1498
April 52.8 0.918
Mei 51.6 0.9007
Juni 64.1 0.9415
Juli 99.7 1.008
Agustus 139 1.1985
September 101 1.1155
Oktober 155 1.2671
November 204 1.5386
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2007 Januari 340.56 2.5789
Februari 0 -
Maret 151.86 1.2611
April 171.86 1.4215
Mei 341.15 2.5828
Juni 183.81 1.3487
Juli 218.72 1.6694
Agustus 306.58 2.3502
September 393.72 2.9086
Oktober 321.71 2.454
November 389.19 2.8817
Desember 419.22 3.0564
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2008 Januari 93.67 1.0035
Februari 71.8541 0.9812
Maret 352.59 2.6563
April 544.25 3.7071
Mei 552.14 3.7447
Juni 507.1 3.525
Juli 508.37 3.5313
Agustus 420.48 3.0636
September 555.46 3.7605
Oktober 842.91 4.9388
November 1280.5 6.3045
Desember 1476.9 6.8178
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2009 Januari 360.27 2.7048
Maret 289.57 2.229
April 242.11 1.8659
Mei 171.28 1.224
Juni 124.16 1.1953
Juli 106.88 1.1163
Agustus 147.58 1.2028
September 269.91 2.084
Oktober 620.53 4.057
November 287.49 2.2144
Desember 171.05 1.2216
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2010 Januari 139.52 1.1987
Februari 148.7 1.2043
Maret 292.63 2.2515
April 103.1 1.1215
Mei 142.27 1.1995
Juni 143.42 1.1996
Juli 236.74 1.8219
Agustus 212.82 1.7025
September 264.04 2.0392
Oktober 164.23 1.3441
November 298.82 2.2957
Desember 376.53 2.8054
Keterangan :
Dari data sekunder pada tahun 2003 (Januari - Mei) debit harian nol (0), sehingga
kedalaman tidak dapat diketahui.
Diketahui data sebagai berikut :
- Ukuran diameter sedimen (d50) = 0.00038
- Kemiringan sungai (S) = 0.000366
- Lebar dasar sungai (W) = 125 m
- Berat jenis sedimen (��) = 2642.8 kg/m3 - Berat jenis air (�) = 999.14 kg/m3 - Gravitasi (g) = 9.81 m2/s
- Kecepatan jatuh (�) = 0.136 m/s
Diasumsikan nilai debit harian dalam 1 bulan sama setiap harinya, dengan mengambil
nilai rata-rata debit per bulan sebagai debit dalam 1 hari.
Perhitungan untuk 1 hari dalam bulan Januari pada tahun 2001 dengan debit Q = 216
m3/s
Langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut :
1. Hitung luas penampang (A)
A = B*D + 2 D2
= 125*1.7115 + 2 (1.7115)2
= 219.796 m2
2. Hitung kecepatan rata-rata (V)
V =� �
= 216 219.796
= 0.98273 m/s
3. Hitung kecepatan geser
= (9.81*1.656957*0.000366)0.5
= 0.077131 m/s
4. Hitung nilai bilangan Reynold
Re = �∗�50 �
=
0.077131∗0.00038 0.0000016= 18.31868
5. Hitung harga parameter kecepatan kritis
Vcr =
2.5
log��∗�50� �−0.06 + 0.66
= 2.5
log(18.31868)−0.06 + 0.66
= 2.738321 m/s
6. Konsentrasi sedimen total
Log Ct = 5.435 – 0.286 log ��50
� - 0.457 log �∗
�
+
�
1.799 − 0.409 log��50� – 0.314log �∗
�
�
log� ���
−
������= 5.435 – 0.286 log (0.136∗0.00038
0.0000016 ) – 0.457 log
0.077131
0.136
+ �1.799 – 0.409 log �0.1360.0000016∗0.00038�– 0.314 log 0.0771310.136 �
Log �0.98273∗0.000366
0.136
−
2.738321∗0.000366
0.136 �
= 1.861226
Ct = 72.64834 ppm
7. Hitung
Gw = � ∗ � ∗ � ∗ �
= 210061.9 kg/s
8. Muatan sedimen
Qs = Ct*Gw
= (72.64834/1000000)*210061.9
= 15.26065 kg/s
= 1318.52 ton/hari
Maka, muatan sedimen untuk bulan Januari adalah = 1318.52 x 31 hari
= 40874.12 ton
Dengan cara yang sama, jumlah muatan sedimen untuk bulan Februari – Desember
[image:66.595.104.321.394.688.2]pada tahun 2001 dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4.3 Muatan Sedimen Metode Yang
Bulan Qs (ton)
Januari 40874.12
Februari 54282.86
Maret 43057.03
April 54024.62
Mei 57497.92
Juni 43538.26
Juli 14325.04
Agustus 12324.5
September 41261.06
Oktober 46365.95
November 71669.03
Desember 46861.23
Total 526081.6
Jadi, jumlah muatan sedimen pada tahun 2001 adalah :
IV.4. Perhitungan Angkutan Sedimen Sungai Wampu Dengan Metode Engelund
and Hansen
Diketahui data sebagai berikut :
- Ukuran diameter sedimen (d50) = 0.38 mm
- Kemiringan sungai (S) = 0.000366
- Lebar dasar sungai (W) = 125 m
- Berat jenis sedimen (��) = 2642.8 kg/m3 - Berat jenis air (�) = 999.14 kg/m3 - Gravitasi (g) = 9.81 m2/s
- Kecepatan jatuh (�) = 0.136 m/s
Perhitungan untuk 1 hari dalam bulan Januari pada tahun 2001 dengan debit Q = 216 m3/s
Langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut :
1. Hitung luas penampang (A)
A = B*D + 2 D2
= 125*1.7115 + 2 (1.7115)2
= 219.796 m2
2. Hitung kecepatan rata-rata (V)
V =� �
= 216 219.796
= 0.98273 m/s
3. Hitung
= 999.14*1.7115*0.000366
= 0.62587 kg/m2
qs = 0.05
�
��
2�
�50 �����−1�
�
1/2
�
�0(��−�)�50
�
3/2
=
0.05*2642.8*(0.98273)2�
0.00038 9.81�2642999.14.8−1��
1/2
�
(2642.8−9990.62587.14)0.00038�
3/2= 0.621155 (kg/s)/m
4. Hitung muatan sedimen
Qs = W*qs
= 125*0.621155
= 77.64437 kg/s
= 6708.474 ton/hari
Maka, muatan sedimen untuk bulan Januari : Qs = 6708.474 x 31 hari
= 207962.7 ton
Dengan cara yang sama, jumlah muatan sedimen untuk bulan Februari - Desember
[image:68.595.114.510.68.485.2]pada tahun 2001 dapat dilihat pada tabel berikut :
Bulan Qs (ton)
Januari 207962.7
Februari 288756.1
Maret 217631.7
April 293827.2
Mei 314830.7
Juni 220215.8
Juli 68437.93
Agustus 56491.89
September 203068.2
Oktober 235976.7
November 413437
Desember 238809.7
Total 2759446
Jadi, jumlah muatan sedimen pada tahun 2001 adalah : Qs = 207962.7 ton
IV.5. Perhitungan Angkutan Sedimen Sungai Wampu Dengan Metode Shen and
Hung
Diketahui data sebagai berikut :
- Ukuran diameter sedimen (d50) = 0.38 mm
- Kemiringan sungai (S) = 0.000366
- Lebar dasar sungai (W) = 125 m
- Berat jenis sedimen (��) = 2642.8 kg/m3 - Berat jenis air (�) = 999.14 kg/m3 - Gravitasi (g) = 9.81 m2/s
Perhitungan untuk 1 hari dalam bulan Januari pada tahun 2001 dengan debit Q
= 216 m3/s
Langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut :
1. Hitung luas penampang (A)
A = B*D + 2 D2
= 125*1.7115 + 2 (1.7115)2
= 219.796 m2
2. Hitung kecepatan rata-rata (V)
V =� �
= 216 219.796
= 0.98273 m/s
3. Hitung konsentrasi sedimen total
Log Ct = -107404.459 + 324214.747*Y – 326309.589*Y2 + 109503.872*Y3
Dimana:
Y =
�
�� 0.57�0.32
�
0.0075
=
�
0.98273∗0.000366 0.570.1360.32
�
0.0075
Maka :
Log Ct = -107404.459 + 324214.747*Y – 326309.589*Y2 + 109503.872*Y3
= -107404.459 + 324214.747*0.971251 – 326309.589*0.9712512
+ 109503.872*0.9712513
= 0.707675
Ct = 5.101231 ppm
4. Hitung volume air berat
Gw = � ∗ � ∗ � ∗ �
= 999.14*125*1.7115*0.98273
= 210061.9 kg/s
5. Muatan sedimen
Qs = Ct*Gw
= (5.101231/1000000)* 210061.9
= 1.071574 kg/s
= 92.58402 ton/hari
Maka, muatan sedimen untuk bulan Januari : Qs = 92.58402 x 31 hari
= 2870.105 ton
Dengan cara yang sama, jumlah muatan sedimen untuk bulan Februari – Desember
Tabel 4.5. muatan Sedimen Metode Shen and Hung
Bulan Qs (ton)
Januari 2870.105
Februari 3876.657
Maret 3231