ANALISIS LAJU ANGKUTAN SEDIMEN
UNTUK PERENCANAAN KANTONG LUMPUR
PADA D.I. PERKOTAAN KABUPATEN BATUBARA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
ARIS MUNANDAR 08 04040 012
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Sungai adalah jalan air alami yang mengalir ke laut atau danau atau ke sungai yang lain. Selain mengalirkan air, sungai juga mengalirkan sedimen dan polutan. Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu. Proses sedimentasi meliputi proses erosi, angkutan (transport), pengendapan (deposition), dan pemadatan (compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Sedimentasi sungai juga berpengaruh terhadap daerah irigasi. Lokasi penelitian adalah Daerah Irigasi Perkotaan yang teletak pada Kabupaten Batubara Provinsi Sumatera Utara, dan letak koordinat bendung (weir)
3°15’34,9” LU dan 99°20’56.8” BT. Bendung Gerak Perkotaan dibangun tahun 1985 memiliki 5 pintu. Dari hasil survei awal, tinggi sedimen pada saluran primer mencapai 0,8 m. Pada saluran primer Sta ± 10 km sudah tidak mampu lagi mensuplai air. Maka dengan areal irigasi ± 3.350 Ha diperkirakan akan berkurang suplai air, terutama di hilir areal.
Penelitian ini dilakukan dengan menganalisa prediksi erosi yang terjadi pada DAS Bah Bolon dengan menggunakan metode USLE dan menghitung
sedimentasi pada DAS Bah Bolon. Lalu menganalisa laju angkutan sedimen dan menghitung volume sedimen yang masuk ke dalam saluran irigasi Perkotaan dengan menggunakan estimasi sedimen metode Yang’s, metode Engelund and Hansen, metode Shen and Hung, dan dengan metode Meyer Petter Muller (MPM). Kemudian dihitung berapa besar panjang dan lebar kantong lumpur sehingga dapat menampung besarnya sedimen yang masuk ke dalam jaringan irigasi Perkotaan
Hasil perhitungan yang dilakukan didapat bahwa besarnya erosi yang terjadi pada DAS Bah Bolon mencapai 31,331 ton/ha/tahun atau sebesar
3.574.604,08 ton/tahun dengan sedimentasi yang dihasilkan adalah sebesar 300.606,98 ton/tahun. Estimasi sedimen metode Yang’s didapat hasil sedimen 18,888 ton/hari, dengan metode Engelund and Hansen didapat hasil sedimen 15,341 ton/hari, dengan metode Shen and Hung didapat hasil sedimen 0,448 ton/hari, dengan metode SamplingMeyer, Petter, and Muller (MPM) didapat hasil sedimen 33,385 ton/hari.
Maka dapat disimpulkan bahwa angkutan sedimen yang masuk ke saluran irigasi Perkotaan adalah 4,054 % dari yang dihasilkan DAS Bah Bolon. Metode estimasi angkutan sedimen yang dipakai dalam perhitungan muatan sedimen saluran irigasi Perkotaan adalah metode Sampling Meyer, Petter, and Muller
karena hasilnya lebih memungkinkan dan jumlah muatan sedimen yang dihasilkan lebih besar daripada metode lainnya. Dari jumlah muatan sedimen maka didapat volume kantong lumpur Daerah Irigasi Perkotaan adalah 200 m3, dengan dimensi kantong lumpur adalah panjang 54 m dan lebar 6,6 m, dan kedalaman kantong lumpur pada saat kosong adalah 0,4525 m.
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, karena berkat Rahmat dan
Kuasa-Nya, serta dukungan dari berbagai pihak, sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah “Analisis Laju Angkutan
Sedimen untuk Perencanaan Kantong Lumpur pada D.I. Perkotaan
Kabupaten Batubara”. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk
menyelesaikan pendidikan Strata I (S1) di Bidang Studi Teknik Sumber Daya Air
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini jauh dari
kesempurnaan, baik dari segi isi maupun segi bahasa dan cara penyusunannya
serta dari segi teori dan perhitungannya, oleh karena itu bersedia menerima
kritikan dan saran yang membangun demi hasil yang lebih baik.
Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya atas
bimbingan dan bantuan yang diberikan sehingga Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan. Ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada :
1. Ayahanda Burhanuddin dan Ibunda Murliana yang telah membesarkan,
mendidik, selalu mendukung saya dalam do’a, memberikan dorongan
material, sepiritual serta memotivasi saya dengan sabar dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc selaku dosen pembimbing sekaligus orang tua
bagi penulis yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pikiran
untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga
3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc selaku dosen
pembanding/penguji yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang
membangun dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ivan Indrawan, ST, MT, selaku dosen pembanding/penguji yang
telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini dan telah banyak membantu dan
membimbing saya dalam kuliah.
5. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik USU.
6. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik USU.
7. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Jurusan teknik Sipil Universitas Sumatera
Utara.
8. Kepada kakak, abang dan adik-adikku tersayang, yang mendukung
penyelesaian Tugas Akhir ini. Bang Putra, Kak Nona, Kak Putri, dan
kepada adik-adikku Andi, Aulia, Dinda, Kiki, Denni, dan lain-lain.
9. Adik Lia Arrumaisha yang telah memberikan motivasi, inspirasi, semangat,
dan selalu mendukung serta medo’akan penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
10.Semua sahabat-sahabatku khususnya kepada Fadil, Muazzi, Dedi, Khatab,
Imam, Amec, Riza, Al, Andy, Denny, Hafizh obama, Fadhlan, Nelwan,
Berry, dan Hafiz yang telah memberikan dukungan dalam pengerjaan
Tugas Akhir ini.
11.Abang Habibi el hadidhy dan Bang Kiki 99 yang telah banyak membantu
iii 12.Teman-teman sejawat 08 Teknik Sipil USU yang telah memberikan
semangat dan bantuan Danny, Siddik, Fuad, Khaidir, Galih, Topan, Robi,
Mustapa, Doni, dan banyak lagi yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
13.Adik-adik Teknik Sipil USU yang telah membantu dan memberi semangat
kepada penulis; Rico 11, Reno 11, Subar 11, Dian 11, Arif gumit 11, Dhika
11, Sormin 11, Yazid 09, Azam 09, Khairun 09, Ian 09, Ari 10, Rahmat 10,
Fauzi 10, Dikki 10, dan masih banyak lagi yang tidak bisa disebutkan satu
persatu.
14.Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dan
kemudahan dalam penyelesaian administrasi.
Semoga Allah SWT membalas dan melimpahkan rahmat 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, Juni 2014
Hormat Saya
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAK ...
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR NOTASI ... xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 3
1.3. Pembatasan Masalah ... 3
1.4. Tujuan ... 4
1.5. Manfaat Penulisan ... 4
1.6. Metodologi Penelitian ... 5
1.7. Sistematika Penulisan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Umum ... 7
2.2Erosi ... 9
2.2.1 Mekanisme Erosi ... 10
2.2.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Erosi ... 14
2.2.2.1Iklim ... 15
v
2.2.2.3Vegetasi ... 16
2.2.2.4Tanah ... 17
2.2.2.5Manusia ... 18
2.2.3 USLE Sebagai Model Perkiraan Besarnya Erosi ... 19
2.2.3.1Faktor Erosivitas Hujan (R) ... 20
2.2.3.2Faktor Erodibilitas Tanah (K) ... 20
2.2.3.3Faktor Panjang dan Kemiringan Lereng (LS) ... 24
2.2.3.4Faktor Pengolahan Lahan (C) ... 25
2.2.3.5Faktor Konservasi Tanah (P) ... 25
2.3Sedimentasi ... 27
2.3.1 Pembagian Sedimen ... 32
2.3.2 Angkutan Sedimen ... 35
2.3.2.1Ukuran Partikel Sedimen ... 36
2.3.2.2Berat Spesifik Partikel Sedimen... 36
2.3.2.3Kecepatan Jatuh (Fall Velocity) ... 37
2.3.2.4Tegangan geser kritis ... 38
2.3.3 Persamaan Angkutan Sedimen ... 41
2.3.3.1 Yang’s ... 41
2.3.3.2Engelund and Hansen ... 43
2.3.3.3Shen and Hungs ... 43
2.3.3.4Metode Sampling Meyer Petter Muller... 44
2.4Hubungan Erosi dengan Besarnya Sedimentasi ... 45
2.5Debit Air... 46
vi
2.5.2 Pengukuran Debit Air Secara Tidak Langsung ... 50
2.6Perencanaan Kantong Lumpur ... 56
2.6.1 Dimensi Kantong Lumpur... 57
2.6.2 Kecepatan Endap ... 59
2.6.3 Volume Tampungan ... 60
2.6.4 Pemeriksaan Terhadap Berfungsinya Kantong Lumpur ... 62
2.6.4.1Efisiensi pengendapan ... 62
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1Lokasi Penelitian ... 66
3.2Metode Kerja ... 68
3.3Pelaksanaan Penelitian ... 70
3.3.1 Studi Pustaka ... 70
3.3.2 Survei Pengambilan Data ... 70
3.3.3 Pengujian Sampel ... 73
3.3.3.1Konsentrasi Sedimen ... 74
3.3.3.2Diameter Butiran Sedimen ... 76
3.3.3.3Berat Jenis Partikel (Specific Gravity) ... 77
3.3.4 Perhitungan Prediksi Volume Erosi dengan Metode USLE ... 78
3.3.5 Perhitungan Laju Angkutan Sedimen ... 83
3.3.6 Perencanaan Kantong Lumpur ... 86
3.3.7 Kesimpulan dan Saran... 88
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1Analisa Erosi ... 89
vii
4.1.2 Faktor Erodibilitas Tanah (K) ... 94
4.1.3 Faktor Panjang dan Kemiringan Lereng (LS) ... 96
4.1.4 Faktor Penggunaan dan Pengelolaan Lahan (CP) ... 99
4.2Analisa Sedimentasi DAS ... 101
4.3Analisa Angkutan Sedimen Pada Saluran Irigasi Perkotaan ... 102
4.3.1 Perhitungan Angkutan Sedimen Dengan Formula Yang’s ... 106
4.3.2 Perhitungan Angkutan Sedimen Dengan Formula Engelund and Hansen ... 108
4.3.3 Perhitungan Transportasi Sedimen Dengan Formula Shen and Hung ... 110
4.3.4 Perhitungan Transportasi Sedimen Dengan Formula Meyer Petter Muller (MPM) ... 112
4.4Perencanaan Kantong Lumpur ... 115
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1Kesimpulan ... 127
5.2Saran ... 128
DAFTAR PUSTAKA ... 129
DAFTAR TABEL
Tabel Uraian
2.1 Kode Struktur Tanah ...22
2.2 Kode Permeabilitas Profil Tanah ...22
2.3 Nilai M untuk Beberapa Tekstur Tanah ...23
2.4 Nilai K untuk Berbagai Jenis Tanah ...24
2.5 Nilai CP untuk Berbagai Macam Penggunaan Lahan ...26
2.6 Nilai Faktor P untuk berbagai Tindakan Konservasi Tanah ...27
2.7 Pengaruh Luas DAS terhadap NLS ...30
2.8 Klasifikasi Kondisi Dasar Sungai ...35
2.9 Klasifikasi Ukuran Partakel Sedimen ...36
3.1 Data perhitungan kecepatan ...72
3.2 Pengujian Konsentrasi Sedimen ...76
3.3 Berat Jenis Partikel Sedimen ...77
4.1 Data Curah Hujan Rata-rata Bulanan (2001-2010) Sub DAS Bah Bolon ...91
4.2 Perhitungan Erosivitas Hujan (R) Sub DAS Bah Bolon ...92
4.3 Lokasi Pengamatan Hujan Sub DAS Bah Bolon ...92
4.4 Kemiringan lereng dan nilai faktor S pada Sub DAS Bah Bolon ....96
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Uraian
2.1 Nomograf untuk menghitung nilai erodibilitas tanah (K) dalam
satuan metrik (Wischmeier, et.al., 1971) ... 21
2.2 Sketsa Profil Memanjang Alur Sungai (Fadlun, 2009) ... 29
2.3 Diagram Klasifikasi Angkutan Sedimen ... 32
2.4 Grafik Hubungan Diameter Butiran Dengan Kecepatan Jatuh Sedimen... 38
2.5 Gaya Yang Bekerja Pada Butiran di Dasar Sungai ... 39
2.6 Diagram Shields ... 41
2.7 Sketsa Isometris Alat Ukur Romijn ... 47
2.8 Gambar Skat Ukur Cipoletti ... 48
2.9 Gambar Skat Ukur Thompson ... 49
2.10 Gambar Alat Ukur Parshall Flume ... 50
2.11 Jenis-jenis Pelampung ... 52
2.12 Sketsa alur sungai untuk pengukuran kecepatan metode pelampung ... 53
2.13 Sketsa Pelampung Tungkai ... 54
2.14 Skema Kantong Lumpur ... 57
2.15 Hubungan Antara Diameter Saringan dan Kecepatan Endap untuk Air Tenang ... 60
2.16 Potongan Melintang dan Potongan Memanjang Kantong Lumpur yang Menunjukkan Metode Pembuatan Tampungan... 61
2.17 Grafik Pembuangan Sedimen Camp untuk Aliran Turbelensi (Camp, 1945 dalam KP-02) ... 64
3.1 Lokasi Penelitian Tugas Akhir... 67
3.2 Diagram Alir Penelitian ... 69
3.3 Sketsa Pengambilan Data di Lapangan ... 70
3.4 Penampang Saluran Primer Daerah Irigasi Perkotaan Debit Banjir... 71
3.5 Model Pelampung yang Digunakan ... 72
4.1 Peta Polygon Thiessen DAS Bah Bolon ... 93
4.2 Peta Jenis Tanah DAS Bah Bolon ... 95
4.3 Peta Kemiringan Lereng DAS Bah Bolon ... 98
4.4 Peta Penutup Lahan DAS Bah Bolon ... 100
4.5 Penampang Saluran Primer Daerah Irigasi Perkotaan ... 104
4.6 Peta DAS Bah Bolon ... 105
4.7 Grafik Perbandingan Hasil Perhitungan Angkutan Sedimen ... 114
4.8 Potongan Melintang Kantong Lumpur dalam Keadaan Konsong (Qs) ... 119
4.9 Potongan Memanjang Kantong Lumpur ... 120
4.10 Kondisi Existing Daerah Irigasi Perkotaan ... 121
4.11 Penampang Saluran Existing ... 122
4.12 Kantong Lumpur Rencana ... 123
4.13 Detail Kantong Lumpur Rencana ... 124
4.14 Detail Pintu Saluran Primer ... 125
xi
c = Kode Kelas permeabilitas tanah
LS = Indeks panjang dan kemiringan lereng
L = Panjang lereng --- m
S = Kemiringan lereng --- %
z = Konstanta yang besarnya bervariasi tergantung besarnya
kemiringan lereng
C = Indeks pengelolahan lahan
P = Indeks upaya konservasi tanah atau lahan
Y = hasil sedimen persatuan luas --- ton/tahun
d = Diameter sedimen --- mm
𝜈 = Kinematik viscositas --- m2/s
T = Suhu air --- C
𝜏 = Tegangan geser --- kg/m2
𝜏 = Tegangan geser kritis --- kg/m2
d50 = Diameter sedimen 50% dari material/diameter rata-rata ---- mm
d90 = Diameter sedimen 90% dari material --- mm
Vcr = Kecepatan kritis --- m/s
V = Kecepatan aliran --- m/s
Ss = Kemiringan sungai
U* = Kecepatan geser --- m/s
Ct = Konsentrasi sedimen total--- ppm
Re = Bilangan Reynold
As = Luas penampang sungai --- m2
P = Keliling basah --- m
Rh = Jari-jari hidrolis --- m
Q = Debit air --- m/detik3
ba = Lebar ambang --- m
h = Tinggi permukaan air --- m
D = Kedalaman saluran --- m
B = Lebar saluran --- m
Qs = Muatan sedimen --- m/detik3
Qsus = Beban layang --- m/detik3
qb = Tingkat bedload dalam saluran, berat per waktu dan
xiii (Ks/Kr)S = Konstanta untuk mencari nilai Sr
Ps = Persentase Sedimentasi --- %
k = Koefisien pelampung
u = Kecepatan pelampung --- m/det
λ = Kedalaman tungkai (h) per kedalaman air (d)
n = Koeffisien kekasaran dinding dan dasar saluran Manning
K = Koeffisien kekasaran dinding dan dasar saluran Strickler
w = Kecepatan endap partikel-partikel yang ukurannya di
luar ukuran partikel yang direncana --- m/det
w0 = Kecepatan endap rencana --- m/det
DAFTAR LAMPIRAN
Foto Dokumentasi
Data Primer dan Uji Laboratorium
Data Curah Hujan Bulanan 2001-2010
Peta Daerah Aliran Sungai Bah Bolon
Data Tata Guna Lahan
Peta DEM
