Kajian Laju Angkutan Sedimen pada Sungai Wampu

(1)

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

(2)

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).

(3)

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

(4)

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

(5)

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

(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

(7)

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

(8)

DAFTAR PUSTAKA ………. 70

(9)

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

(10)

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

Metode Engelund and Hansen 61

(11)

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

(12)

�H = Beda tinggi

�X = jarak memanjang

A = Luas penampang sungai

P = Keliling basah

R = jari-jari hidrolis

Q = debit air

D = kedalaman sungai

(13)

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

(14)

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).

(15)

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

(16)

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.

(17)

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

(18)

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

(19)

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

(20)

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

(21)

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

(22)

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.

(23)

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.

(24)

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

(25)

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.

(26)

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

(27)

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

(28)

�

=

�_�∗�

……… (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.

(29)

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

(30)

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

(31)

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��

(32)

Gw = � ∗ � ∗ � ∗ � ……….……….(2.11)

Qs = Ct*Gw ………..………(2.12)

Dimana :

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

(33)

Qs = W * qs ………(2.14)

Dimana : �₀ = � ∗ � ∗ � ……….(2.15)

�0 = tegangan geser (kg/m2)

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

V = kecepatan aliran (m/s)

� = kecepatan jatuh (m/s)

(34)

W = lebar sungai (m)

D = kedalaman sungai (m)

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

(35)

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.

(36)

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

(37)

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

(38)

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.

(39)

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

(40)

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

(41)

[image:41.595.89.549.69.595.2]

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

(42)

• 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

(43)

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

(44)

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

(45)

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:

(46)

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)

(47)

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:

• Kemiringan dasar saluran (S)

• Lebar dasar saluran (B)

• Debit sungai (Q)

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 :

• Kemiringan dasar sungai (S)

• Lebar dasar sungai (S)

(48)

• Gravitasi (g)

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

(49)

• 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

(50)

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

(51)

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

(52)

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

(53)

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

(54)

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

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

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

(55)

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

5 = 0.0822 m/s

Maka,

Kecepatan jatuh (�) = �.��+�.��+�.��+�.��+�.��

� = 0.136 m/s

(56)

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

(57)

Maka :

�� =

�65

�

= 0.00055 4.57�10−4

=

1.203001 5. Menentukan nilai x

Dari 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

(58)

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

=

� �

=

219.796

132.6504

(59)

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

(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

(60)

Juli 165 1.345

Agustus 329 2.5025

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

(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

(61)

Oktober 144 1.2011

November 177 1.4454

Desember 418 3.0495

(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

(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

Oktober 155 1.2671

November 204 1.5386

(62)

(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

(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

(m3/s)

Kedalaman (m)

2009 Januari 360.27 2.7048

(63)

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

(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.

(64)

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

(65)

= (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 �0.136_0.0000016∗0.00038�– 0.314 log 0.077131_0.136 �

Log �0.98273∗0.000366

0.136

−

2.738321∗0.000366

0.136 �

= 1.861226

Ct = 72.64834 ppm

7. Hitung

Gw = � ∗ � ∗ � ∗ �

(66)

= 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 :

(67)

IV.4. Perhitungan Angkutan Sedimen Sungai Wampu Dengan Metode Engelund

and Hansen

- Ukuran diameter sedimen (d50) = 0.38 mm

- Kecepatan jatuh (�) = 0.136 m/s

Perhitungan untuk 1 hari dalam bulan Januari pada tahun 2001 dengan debit Q = 216 m3/s

A = B*D + 2 D2

= 125*1.7115 + 2 (1.7115)2

= 219.796 m2

V =� �

= 216 219.796

= 0.98273 m/s

3. Hitung

(68)

= 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 :

(69)

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

- Ukuran diameter sedimen (d50) = 0.38 mm

(70)

Perhitungan untuk 1 hari dalam bulan Januari pada tahun 2001 dengan debit Q

= 216 m3/s

A = B*D + 2 D2

= 125*1.7115 + 2 (1.7115)2

= 219.796 m2

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 0.57

0.1360.32

�

0.0075

(71)

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

(72)

[image:72.595.102.354.102.410.2]

Tabel 4.5. muatan Sedimen Metode Shen and Hung

Bulan Qs (ton)

Januari 2870.105

Februari 3876.657

Maret 3231