STUDI KARAKTERISTIK MUARA SUNGAI BELAWAN
SUMATERA UTARA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan melengkapi syarat untuk menempuh
Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
050404072 FAIZ ISMA
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2010
ABSTRAK
Muara sungai (estuari) merupakan proses tempat terjadinya percampuran dua masa air antara air laut dan air sungai. Masuknya air laut ke arah hulu sungai (intrusi air asin) dari hasil pengamatan lapangan pada muara Sungai Belawan diperoleh sekitar 18 km dari mulut estuari menuju arah hulu sungai hingga diperolehnya kandungan parameter badan air yang tidak terpengaruh salinitas akibat pasut, muara Sungai Belawan memiliki tipe sudut asin (well-mixed estuary).
Dalam pengamatan karakteristik fisik estuari dilakukan penentuan titik lokasi yang dimulai dari mulut estuari yang diberi simbol J hingga kearah hulu sungai dengan simbol A. jarak tiap titik lokasi dari J-A sejauh 18 km dibagi tiap 2 km, kemudian dilakukan pemodelan dengan bantuan program Microsoft Office Excel menggunakan rumus – rumus teoritis dari fisik estuari.
kedalaman maksimum berkisar 12 m akibat pasang tertinggi pada jam ke 3 dan diperoleh penyebaran parameter pada saat pasang tertinggi suhu pada badan air diperoleh 28.14 ºC dan penyebaran kadar garam diperoleh 26.7 ‰ dan penyebaran zat padat tersuspensi diperoleh 99.94 mg/l dari kondisi ini badan air pada saat pasang tertinggi TSS melebihi batas ambang yang diberikan oleh pemerintah menyatakan jika TSS > 80 mg/l tidak layak untuk kehidupan perikanan, mandi dan selam. Akibat debit banjir sebesar 697.81 m3/detik yang mempengaruhi penampang muara Sungai Belawan yang menghasilkan aliran sungai sebesar 0.19 m/det yang akan mendorong kecepatan arus pasut yang terjadi pada model fisik estuari , maka diperoleh intrusi air laut masuk kedalam sungai berkurang sejauh 6 km dari kondisi pada saat debit sebesar 15 m3/detik sehingga intrusi air asin yang masuk kedalam sungai sejauh 12 km
KATA PENGANTAR
Tiada yang pantas diucapkan selain rasa syukur penulis kehadirat Allah SWT, Tuhan Yang Maha Pengasih yang kasih-Nya tiada terpilih, Tuhan Yang Maha
Penyayang yang sayang-Nya tiada terbilang, yang telah memberikan kemampuan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah “Studi Karakteristik Fisik Muara
Sungai Belawan Sumatera Utara”. 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. Penulis hanya dapat mengucapkan terima kasih atas segala jerih payah, motivasi dan doa yang diberikan hingga penulis dapat menyelesaikan studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, terutama kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Ahmad Mulia Perwira Tarigan, M.Sc, selaku Dosen Pembimbing yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pemikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga selesainya tugas akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Teruna Jaya, M.Sc, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Boas Hutagalung, M.Sc, Bapak Faizal Ezeddin, MS, Bapak Ir. Sufrizal, M.Eng, selaku Dosen Pembanding/Penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 5. Bapak/Ibu Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara yang telah membekali penulis dengan berbagai ilmu pengetahuan hingga selesainya tugas akhir ini.
6. Ayahanda Drs. Ismail Manurung, M.Ag. dan Ibunda Dra. Deswita, yang telah mendukung baik moril dan materil, serta memotivasi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini
7. Teman-teman seperjuangan angkatan ’05 “CIV05” khususnya Muhammad Iqbal, Edo Febrian, Andri Rivaldi dan Hidrolika Community, terima kasih atas bantuan dan dukungan dalam bentuk apapun selama mengerjakan tugas akhir ini maupun selama masa perkuliahan. Terima kasih yang tak terhingga atas persaudaraan, persahabatan dan kebersamaannya. Masa-masa itu layak untuk dikenang dan dipertahankan akhir hayat nanti.
8. Abang-abang & Kakak-kakak angkatan ’02 ’03 ’04 dan Adik-adik angkatan ’06 ’07 ’08 ’09, terima kasih atas bantuan dan dukungannya baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian tugas akhir ini, sehingga tugas akhir ini dapat selesai dengan baik dan tanpa menemui hambatan serta rintangan yang berarti.
Penulis menyadari Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu, segala saran, masukan dan kritikan yang sifatnya membangun akan penulis terima
dengan tangan terbuka demi perbaikan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Medan, September 2010 Hormat Saya,
Penulis
FAIZ ISMA NIM : 05 0404 072
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK ... i KATA PENGANTAR ... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR ... ixDAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR NOTASI ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Umum ... 1
1.2 Latar Belakang ... 3
1.3 Maksud dan Tujuan ... 5
1.4 Pembatasan Masalah ... 6
1.4.1 Batimetri (Modeling Bathymetri) ... 6
1.4.2 Pasang Surut (Tide) ... 6
1.4.3 Arus Pasang Surut (Tide Current) ... 7
1.4.4 Suhu dan kadar garam (Temperature and Salinity) ... 7
1.4.5 Zat Padat Tersuspensi (Total Suspended Solid) ... 8
1.5 Ruang Lingkup dan Metodologi ... 9
1.6 Sistematika Penulisan ... 10
BAB II TINJAUAN LITERATUR... 12
2.1 Batimetri ... 12
2.1.1 Pengukuran kedalaman muara sungai ... 12
2.1.1.a Cara mekanis ... 13
2.1.1.b Perum Gema ... 14
2.1.2 Penentuan Lebar dan Kedalaman Sebagai Fungsi Jarak ... 15
2.1.3 Lebar dan Kedalaman Sebagai Fungsi Eksponensial Jarak ... 16
2.2 Pasang Surut ... 17
2.2.1 Pembangkit pasang surut ... 18
2.2.3 Komponen Pasang Surut ... 27
2.2.4 Ramalan Kenaikan Muka Air Akibat Pasut (Spring Tide and Neap Tide) ... 29
2.2.5 Pasang Surut Muara Sungai ... 30
2.3 Arus Pasang Surut (Tidal Current) Muara Sungai ... 33
2.3.1 Hubungan Debit dan Pasang Surut ... 35
2.4 Suhu dan Salinitas Estuari ... 37
2.4.1 Suhu (Temperature) ... 37
2.4.2 Kadar Garam (Salinity) ... 38
2.4.2.1 Pencampuran antara air tawar (sungai) dan air asin (laut) ... 39
2.4.3 Distribusi Gaussian ... 42
2.4.3.1 Suhu Muara Sungai ... 43
2.4.3.2 Salinitas Muara sungai ... 45
2.5 Zat Padat Tersuspensi (TSS) ... 46
2.5.1 Deskripsi Umum Sedimen... 47
2.5.1.1 Partikel sedimen dasar (Bed load) ... 47
2.5.1.2 Partikel sedimen melayang (Suspended load)... 47
2.5.1.3 Saltation Load... 48
2.5.2 Karakteristik Sedimen ... 48
2.5.3 Zat Padat Tersuspensi (Total Suspended Solid) ... 51
2.5.3.1 Erosi partikulat (erosion of particulate) ... 53
2.5.3.2 Endapan Partikulat (Deposition of particulate) ... 56
2.5.3.3 Keseimbangan Konsentrasi (Equilibrium Concentrations) ... 57
BAB III KONDISI FISIK LOKASI KAJIAN... 60
3.1. Kondisi Umum Wilayah Muara Sungai Belawan ... 60
3.1.1 Lokasi Muara Sungai Belawan ... 60
3.1.2 Kondisi Fisik Kecamatan Medan Belawan di Kotamadya Medan 61 3.1.2.1 Batas Administratif ... 61
3.1.2.2 Luas Wilayah ... 62
3.1.2.3 Jumlah Penduduk ... 63
3.1.3 Fasilitas Muara Sungai Belawan ... 66
3.2. Kondisi Klimatologi... 69
3.3 Kondisi Bathimetri Muara Sungai Belawan ... 70
3.4 Kondisi Hidro – Oseanografi... 72
3.5 Kondisi Lapangan ... 78
3.5.1 Penentuan Titik Lokasi di Muara Sungai ... 79
3.5.2 Pengukuran Kedalaman Estuari ... 81
3.5.3 Pengukuran Lebar Estuari ... 81
3.5.4 Pengukuran Salinitas Estuari ... 82
3.5.5 Pengukuran Suhu Estuari ... 83
3.5.6 Pengukuran Kandungan Total Suspended Solid (TSS) Estuari .... 83
3.5.7 Analisa Saringan (Sieve Analysis) ... 87
3.5.8 Peralatan ... 88
3.5.9 Metode Pelaksanaan ... 88
3.6 Hidrologi ... 89
3.7 DAS Belawan ... 90
3.8 Pengerukan ... 92
BAB IV ANALISA PEMODELAN FISIK MUARA SUNGAI BELAWAN .... 97
4.1 Gambaran Umum Pemodelan Fisik Muara Sungai ... 97
4.1.1 Gambaran Lokasi Pemodelan ... 98
4.2 Batimetri Estuari Belawan... 99
4.2.1 Kondisi Penampang Muara Sungai Belawan ... 100
4.2.2 Distribusi Gaussian dan Reverse Gaussian ... 101
4.3 Kedudukan Pasut Estuari Belawan (Spring – Neap Tide) ... 106
4.4 Model Utama Fisik Estuari Belawan ... 111
4.4.1 Seperempat pasut diurnal pengaruh Bulan (lunar quarter- Diurnal ... 111
4.4.2 Perubahan Kedalaman Estuari akibat Pasut (Water Depth Estuary) ………..113
4.4.3 Kecepatan Arus Pasut Estuari (tidal current estuary) ... 115
4.5 Pemodelan Zat Padat Tersuspensi (TSS) ... 121 4.5.1 Bilangan Estuari... 123 4.6 Gambaran Pemodelan dengan Program Microsoft Office Excel .. 128 4.7 Penentuan Kedalaman dan Lebar Menurut Wright dkk ... 149 4.8 Perhitungan Debit Banjir ... 160 4.8.1 Pengaruh Banjir Terhadap Model Fisik Muara Sungai Belawan . 163
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 165
5.1 Kesimpulan ... 165 5.2 Saran... 166
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Daerah Sungai Belawan Kecamatan Medan Belawan
Kotamadya Medan, Sumatera Utara ... 2
Gambar 2.1. Pengukuran Kedalaman Cara Mekanis ... 15
Gambar 2.2. Alat Perum Gema ... 16
Gambar 2.3. Gaya Tarik Bulan (Perencanaan Pelabuhan, 1985) ... 20
Gambar 2.4. Sistem Bumi – Bulan (Perencanaan Pelabuhan, 1985) ... 21
Gambar 2.5. Distribusi tractive Force (Thabet,1980) ... 23
Gambar 2.6a. Kedudukan Bumi-Bulan-Matahari Saat Pasang Perbani (Neap Tide) ... 24
Gambar 2.6b. Kedudukan Bumi-Bulan-Matahari Saat Pasang Purnama (Spring Tide) ... .. 25
Gambar 2.7. Persebaran Tipe Pasang Surut di Indonesia (Teknik Pantai, 1999) ... 26
Gambar 2.8. Tipe Pasang Surut (Teknik Pantai, 1999) ... 27
Gambar 2.9. Pola bolak balik arus pasang surut ... 38
Gambar 2.10. Penampang Pipa ... 44
Gambar 2.11. Proses Percampuran Air Tawar dan Air Asin ... 47
Gambar 2.12. Penyebaran Gaussian untuk Parameter Badan Air .……… 50
Gambar 2.13. Variasi Penyebaran Parameter Suhu Estuari ... 51
Gambar 2.14. Variasi PenyebaranSalinitas Estuari ... 53
Gambar 2.15. Grafik Kecepatan Kritis Terhadap Diameter Butir Sedimen ... 62
Gambar 2.16. Keseimbangan gaya-gaya yang bekerja pada partikel sedimen . 63 Gambar 3.1. Peta Kotamadya Medan ... 68
Gambar 3.2. Peta Kecamatan Medan Belawan ... 70
Gambar 3.3. Fasilitas Muara Sungai Belawan ... 76
Gambar 3.4. Bathimetri Muara Sungai Belawan ... 79
Gambar 3.5. Sket Lokasi Pengamatan Pasut (sumber: Pelindo I) ... 80
Gambar 3.6. Grafik pengamatan pasut selama 15 hari di Muara Sungai Belawan ... 82
Gambar 3.8. Pengayakan Saringan ... 96 Gambar 3.9. Sebaran Kelerengan Lahan DAS Belawan ... 99 Gambar 3.10. Profil Memanjang As Alur Pelayaran Pelabuhan Belawan berdasarkan
Pre Dredge Sounding Tahun 1993 -1996, dan final Sounding Tahun 1993 – 1996 (dalam meter, sumbu y adalah kedalaman dari LWS, sumbu x adalah alur dari station 0.. ... 103 Gambar 4.1. Sket Model Fisik Muara Sungai Belawan ... 105 Gambar 4.2. Persiapan Sampel Sedimen ... 122 Gambar 4.4 Kondisi batimetri estuari Belawan dengan MS. Office Excel…….. 131 Gambar 4.5 Hasil perhitungan pasut dengan MS. Office Excel ... 134 Gambar 4.6 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik
Lokasi I ………. 135 Gambar 4.7 Grafik Arus Pasut Lokasi Titik I ……….. 138 Gambar 4.8 Grafik Kedalaman Estuari Akibat Pasut Lokasi Titik I………139 Gambar 4.9 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik
Lokasi J………. 140 Gambar 4.10 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik
Lokasi H……….. 140 Gambar 4.11 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik
Lokasi G……….. 141 Gambar 4.12 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik
Lokasi F……….. 141 Gambar 4.13 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik
Lokasi E……….. 142 Gambar 4.14 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik
Lokasi D……….. 142 Gambar 4.15 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik
Lokasi C……….. 143 Gambar 4.16 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik
Lokasi B……….. 143 Gambar 4.17 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik
Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Kedalaman Lapangan dan Kedalaman
Pemodelan Muara Sungai Belawan………... 148 Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Lebar Lapangan dan Lebar Pemodelan Muara
Sungai Belawan………... 149 Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Lebar Lapangan dan Lebar Pemodelan Muara Sungai Belawan………... 150 Gambar 4.21 Kondisi batimetri estuari Belawan dengan MS. Office Excel
menggunakan persamaan Wright dkk……… 151
Gambar 4.22 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik Lokasi I ………152 Gambar 4.23 Grafik perbandingan arus dari data lapangan dengan data penampang
menurut Wright dkk ……… 152 Gambar 4.24 Grafik perbandingan arus dari data lapangan dengan data Penampang
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Koefisien estuari, prandle (1986) ... 18
Tabel 2.2. Pengelompokan Tipe Pasut ... 28
Tabel 2.3. Komponen Pasang Surut ... 29
Tabel 2.4. Skala Wenworth dari klasifikasi ukuran sedimen ... 57
Tabel 2.5. Koefisien hambatan (Drag coefficients) berdasarkan partikel dasar saluran saluran muara (Dyer, 1986) ... 61
Tabel 3.1. Daftar luas kecamatan Kotamadya Medan ... 71
Tabel 3.2. Jumlah penduduk Kotamadya Medan ... 72
Tabel 3.3. Banyak Hari Hujan dan Curah Hujan ... 78
Tabel 3.4. Hasil Pengamatan Pasang Surut selama 15 hari ... 81
Tabel 3.5. Komponen Pasang Surut Hasil Pengamatan ... 83
Tabel 3.6. Penentuan Titik Sampel Selama Dua Hari ... 86
Tabel 3.7. Pengukuran Kedalaman Estuari ... 87
Tabel 3.8. Hasil Pengukuran Lebar Muara ... 88
Tabel 3.9. Pengukuran Salinitas Estuari Belawan ... 88
Tabel 3.10. Pengukuran Suhu Estuari ... 89
Tabel 3.11. Titik Pengambilan Sampel Air ... 90
Tabel 3.12. Hasil Pengukuran Total suspended Solid (TSS) ... 93
Tabel 3.13. Anak-Anak Sungai DAS Belawan ... 97
Tabel 3.14. Volume Pengerukan Alur Pelayaran dan Kolam Pelabuhan Priode Tahun 1979 – 1990 ... 100
Tabel 3.15. Volume pengerukan alur dan kolam pelabuhan periode tahun 1997-2002 ... 101
Tabel 4.1. Koordinat Titik Sampel ... 106
Tabel 4.2. Kedalaman, Lebar dan Luas Penampang Muara Sungai ... 107
Tabel 4.3. Perhitungan pasang surut selama 24 jam ... 113
Tabel 4.4. Analisa Saringan pada Mulut Estuari ... 123
Tabel 4.5. Analisa Hidrometer sedimen ... 123
Tabel 4.6. Kecepatan Kritis (u100cr) dan Kecepatan Jatuh Sedimen (ws) ... .. 127
bantuan MS Office Excel ……… 135 Tabel 4.8 Kode pemerograman pemodelan fisik estuari dengan bantuan MS Office
Excel untuk model utama………. 136
Tabel 4.9 Perubahan kedalaman estuari tiap jam akibat pasut selama 12 jam…... 137 Tabel 4.10 Perubahan kedalaman estuari dan arus pasut selama 24 jam ……… 138 Tabel 4.11 Penyebaran Parameter Badan Air Estuari……… 139 Tabel 4.12 Kode pemerograman Matlab untuk koefisien lebar estuari (a)…….. 146 Tabel 4.13 Kode pemerograman Matlab untuk koefisien kedalaman estuari (b).. 146 Tabel 4.14 Pebandingan antara kedalaman pemodelan dan kedalaman lapangan
estuari Belawan ……….. 147 Tabel 4.15 Pebandingan antara lebar pemodelan dan lebar lapangan estuari
Belawan………. 148 Tabel 4.16 Pebandingan antara luas penampang pemodelan dan luas penampang lapangan estuari Belawan………. 150 Tabel 4.17 Perbandingan arus pasut dari data lapangan dengan data Wright dkk.. 152 Tabel 4.18 Perbandingan TSS dari data lapangan dengan data Wright dkk ……... 153
DAFTAR NOTASI
- me : massa bumi
- mi : massa bulan (Mm) atau massa matahari (Ms)
- r : jarak pusat Bumi – pusat Bulan (km)
- ω : kecepatan sudut bumi bulan mengelilingi sumbu bersama (rad/detik)
- Φ : sudut yang terbentuk oleh bumi terhadap bulan
- F : bilangan Formzal
- AK1 : amplitudo komponen pasang surut tunggal utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan dan matahari
- AO1 : amplitudo komponen pasang surut tunggal utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan
- AM2 : amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh
gaya tarik bulan
- hS2(t) : Kenaikan muka air akibat gaya tarik matahari terhadap bumi (m)
- hM2(t) : Kenaikan muka air akibat gaya tarik bulan terhadap bumi (m)
- h(t) : Kenaikan muka air total akibat pasut terhadap waktu (m)
- DT : Tinggi muka air rata – rata pasut
- h : Kedalaman aliran air (m)
- g : Percepatan gravitasi (m/s2)
- T : Priode pasut lunar quarter-diurnal (6.21 jam).
- hM4(t) : Kedalaman air pada waktu t (m)
- AM4 : Amplitudo seperampat pasut diurnal pengaruh Bulan (lunar quarter- diurnal)
- uf : kecepatan air sungai (m/s)
- Ne : Bilangan estuari
- U(x,t) : Total kecepatan arus pasut terhadap waktu dan jarak (m/det)
- Δht : rentang kedalaman yang terjadi tiap jam akibat pasut (m)
- σx : standard deviasi dari suatu variasi parameter
- ωs
- M : koefisien erosi (kg/m2s)
- Sp : parameter suspensi tergantung pada bentuk tipe estuari
- um : kecepatan arus pasut rata-rata maximum (m/s)
- ucr : kecepatan kritis batas ambang (m/s)
