TINJAUAN PUSTAKA
Jaringan Irigasi
Menurut Kartasapoetra dan Sutedjo (1994) yang dimaksud dengan jaringan irigasi yaitu prasarana irigasi yang pada pokoknya terdiri dari bangunan dan saluran pemberi air pengairan beserta perlengkapannya. Berdasarkan pengelolaanya dapat dibedakan antara jaringan irigasi utama dan jaringan irigasi tersier
1. Jaringan Irigasi Utama:
Meliputi bangunan bendung, saluran-saluran primer dan sekunder termasuk bangunan-bangunan utama dan pelengkap saluran pembawa dan saluran pembuang. Bangunan utama merupakan bangunan yang mutlak diperlukan bagi eksploitasi meliputi bangunan pembendung, bangunan pembagi dan bangunan pengukur.
2. Jaringan Irigasi Tersier:
Merupakan jaringan air pengairan di petak tersier, mulai air keluar dari bangunan ukur tersier, terdiri dari saluran tersier dan kuarter termasuk bangunan pembagi tersier dan kuarter, beserta bangunan pelengkap lainnya yang terdapat di petak tersier (Kartasapoetra dan Sutedjo,1994).
1. Jaringan Irigasi Sederhana
Biasanya jaringan irigasi sederhana mempunyai luasan yang tidak lebih dari 500 ha. Pada jaringan irigasi sederhana tidak ada pengukuran maupun pengaturan dalam pembagian debit airnya, air lebih akan mengalir ke saluran pembuang alami. Persediaan air biasanya berlimpah dan kemiringan berkisar antara sedang sampai curam. Oleh karena itu hamper tidak diperlukan teknik yang sulit untuk pembagian air. Walaupun mudah diorganisasi, jaringan irigasi sederhana memiliki kelemahan-kelemahan yang serius seperti adanya pemborosan air yang terbuang tidak selalu dapat mencapai daerah rendah yang lebih subur. 2. Jaringan Irigasi Semi Teknis
Untuk jaringan irigasi Semi Teknis biasanya memiliki luasan wilayah mencapai 2000 ha. Jaringan irigasi ini hampir sama dengan jaringan irigasi sederhana akan tetapi sudah dipergunakan bendung lengkap dengan pengambilan dan bangunan pengukur di bagian hilirnya. Sistem pembagian air biasanya serupa dengan jaringan irigasi sederhana, hanya saja pengambilan dipakai untuk mengairi daerah yang lebih luas daripada daerah layanan jaringan sederhana. Memiliki organisasi yang lebih rumit dan apabila bangunan tetapnya berupa bangunan pengambilan dari sungai, maka diperlukan keterlibatan dari pemerintah.
3. Jaringan Irigasi Teknis
lebih dari sawah-sawah ke saluran pembuang alamiah yang kemudian akan membuangnya ke laut. Petak tersier menduduki fungsi sentral dari jaringan irigasi teknis. Jaringan irigasi teknis memungkinkan dilakukannya pengukuran aliran, pembagian air irigasi dan pembuangan air lebih efisien. Jaringan irigasi adalah berbagai unsur dari sebuah jaringan irigasi teknis, termasuk di dalamnya adalah bangunan air, petak primer, petak sekunder, dan petak tersier.
Kecepatan aliran air dalam saluran baik pada jaringan irigasi teknis, semi teknis dan terutama pada jaringan irigasi sederhana sangat ditentukan oleh kekasaran saluran. Beberapa cara untuk menentukan nilai kekasaran saluran telah diperkenalkan oleh Manning dan Chezy (Bazak, 1999).
Koefisien Kekasaran menurut Manning dan Konstanta Chezy
Rumus Manning
Pada tahun 1889 seorang insinyur Irlandia, Robert Manning mengemukakan sebuah rumus yang akhirnya diperbaiki menjadi rumus yang sangat dikenal sebagai :
V = 1
NR
2/3
. S1/2………..………...….(1)
Sehingga, N = 1
VR
2/3
. S1/2………..……….(2)
1. Bahan Penyusun Permukaan
Bentuk dan besar/kecilnya partikel di permukaan saluran merupakan ukuran kekasaran. Akan tetapi, untuk saluran tanah ini hanya merupakan bagian kecil saja dari kekasaran total. Pada saluran irigasi, ketidakteraturan permukaan yang menyebabkan perubahan dalam keliling basah dan potongan melintang mempunyai pengaruh yang lebih penting pada koefisien kekasaran saluran. Perubahan-perubahan mendadak pada permukaan saluran akan memperbesar koefisien kekasaran. Perubahan-perubaban ini dapat disebabkan oleh penyelesaian konstruksi saluran yang jelek atau karena erosi pada talud saluran (Direktorat Jenderal SDA, 2010).
Hansen, dkk. (1992) menyatakan bahwa bentuk saluran pembawa irigasi yang sangat umum adalah bentuk saluran tanah. Keuntungan utamanya adalah memiliki biaya awal yang rendah, namun irigasi ini memiliki banyak kerugian yaitu kehilangan air akibat rembesan yang besar, debit air yang rendah, bahaya kerusakan yang diakibatkan gerusan dan injakan hewan serta keadaan yang sesuai untuk pertumbuhan tanah dan rumput air. Selain itu saluran tanah memiliki permukaan yang tidak teratur sehingga nilai koefisien kekasarannya pun semakin besar dibandingkan saluran yang dilapisi dengan material pelapis, seperti semen.
Kekasaran permukaan ditandai dengan ukuran dan bentuk butiran bahan yang membentuk luasan basah dan menimbulkan efek hambatan terhadap aliran. Secara umum dikatakan bahwa, butiran halus mengakibatkan nilai N yang relatif rendah dan butiran kasar memiliki nilai N yang tinggi.
seperti kerikil dan kerakal (kerikil yang ukurannya lebih besar berdiameter 10-15 mm). Bila bahannya halus, nilai N rendah dan relatif tidak terpengaruh oleh perubahan taraf/debit aliran. Bila bahan terdiri dari kerikil dan kerakal, nilai N biasanya tinggi terutama pada taraf air tinggi atau rendah.
2. Sifat Fisik Tanah
Sifat Fisik tanah terdiri dari : a) Tekstur Tanah
Tekstur tanah diartikan sebagai proporsi pasir, debu dan lempung. Berdasarkan persentase perbandingan fraksi-fraksi tanah, maka tekstur tanah dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu; halus, sedang dan kasar. Makin halus tekstur tanah mengakibatkan kualitasnya semakin menurun karena berkurangnya kemampuan mengisap air. Tanah berpasir yaitu tanah dengan kandungan pasir >70%, porositasnya rendah (<40%), aerasi baik, daya hantar air cepat, tetapi kemampuan menyimpan air dan zat hara rendah. Tanah dengan kadar pasir yang tinggi, apabila letaknya berada di dalam saluran irigasi akan meningkatkan nilai kekasaran (N) dari saluran (Harry dan Nyle, 1982).
b) Kerapatan Massa Tanah (Bulk density)
Bulk density merupakan berat suatu massa tanah persatuan volume
tertentu, dimana volume kerapatan tanah termasuk didalamnya adalah ruang pori, yang satuannya adalah g/cm3
Bulk density (BD) = Berat tanah kering oven (g)
volume tanah (cc )
…………..
(3). Secara Matematis dapat dituliskan sebagai :
Bulk density merupakan petunjuk kepadatan tanah. Makin padat suatu
meneruskan air atau makin sulit ditembus oleh akar tanaman, dan apabila tanah yang memiliki bulk density yang tinggi berada di dalam saluran irigasi maka akan sulit digerus oleh air. Dikarenakan tanah dengan bulk density yang tinggi akan kokoh dan tidak tergerus air, sehingga besarnya nilai kekasaran ditentukan pada keteraturan/kerataan dasar dan dinding saluran itu. Apabila dasar saluran dan dinding saluran tidak teratur ditambah lagi dengan kondisi tanah yang bulk
density
PD(g/cc) = Berat tanah keing oven (g)
volume tanah− volume ruang pori (cc )
……….
(4)Faktor- faktor yang mempengaruhi partikel density adalah BD (bulk
density) dan bahan organik, semakin tinggi BD (bulk density) tanah dan bahan
organik tanah maka partikel density dalam tanah tersebut akan semakin rendah. Begitu pula sebaliknya (Hardjowigeno, 1992).
nya tinggi maka akan mengakibatkan nilai kekasaran (N) rendah (Hardjowigeno, 1992).
c) Kerapatan Partikel Tanah (Partikel Density)
Partikel density (PD) adalah berat tanah kering persatuan volume
partikel-partikel tanah (tidak termasuk volume pori-pori tanah). Secara matematis dapat dirumuskan sebagai :
Pada umumnya kisaran partikel density tanah-tanah mineral adalah 2,6-2,93 g/cm3. Hal ini disebabkan mineral kwarsa, feldspart dan silikat koloida yang merupakan komponen tanah sekitar angka tersebut. Jika dalam tanah terdapat mineral-mineral berat sepereti magnetik, garmet, sirkom, tourmaline dan
lebih rendah dibandingkan dengan lapisan bawahnya. Karena banyak mengandung bahan organik (Hakim, 1986).
d) Porositas Tanah (Total Ruang Pori Tanah)
Pori tanah adalah ruang-ruang yang terletak antara padatan bahan tanah. Total ruang pori tanah diartikan sebagai persentase perbandingan antara volume total ruang pori tanah dengan volume tanah (volume padatan tanah), secara matematis dapat dituliskan sebagai :
Porositas (%) = Volume ruang pori
volume tanah
x
100 % …….….…(5)atau Porositas (%) = (1- ��
�� ) x 100%...(6)
akan lebih rendah sehingga secara tidak langsung mengakibatkan nilai n yang lebih besar dan efek hambatannya menjadi lebih besar juga.
Begitu pun dengan partikel density, semakin rendah partikel density suatu tanah di dalam saluran irigasi maka akan mengakibatkan penggerusan ataupun pengikisan dasar saluran sehingga mengakibatkan ketidakteraturan dasar saluran. Artinya semakin kasar dasar saluran tersebut (koefisien kekasaran besar) dan demikian juga sebaliknya.
e) Bahan Organik
3. Ketidakteraturan Saluran
Ketidakteraturan saluran mencakup ketidakteraturan keliling basah dan variasi penampang, ukuran dan bentuk di sepanjang saluran. Pada saluran alam, ketidakteraturan seperti ini biasanya diperlihatkan denganadanya alur-alur pasir, gelombang pasir, cekungan dan gundukan, lubang lubang dan tonjolan di dasar saluran. Secara umum, perubahan lambat laun dan teratur dari penampang aliran basah saluran baik dari bentuk dan ukurannya tidak terlalu mempengaruhi nilai N, tetapi perubahan tiba-tiba atau peralihan dari penampang kecil ke besar akibat dari banjir ataupun pekerjaan manusia akan mengakibatkan meningkatnya nilai N.
4.Trase Saluran (Kelengkungan Saluran)
Trase saluran menunjukkan belok belokan pada saluran. Kelengkungan yang landai dengan garis tengah yang besar akan mengakibatkan nilai N yang relatif rendah, sedangkan kelengkungan yang tajam dengan belok-belokan yangpatah akan memperbesar nilai N. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan oleh Scobey dengan memakai talang sebagi saluran, bahwa nilai N akan naik sebesar 0,001 untuk setiap kelengkungan 200
5. Vegetasi
dalam saluran sepanjang 100 kaki. Kelengkungan dapat mengakibatkan bertumpuknya endapan sehingga secara tidak langsung akan memperbesar nilai N.
tumbuhan di sekitar saluran dan mengakibatkan nilai N yang kecil. Pengaruh kerapatan rumput terhadap nilai kekasaran Manning, relatif terhadap nilai n pada kondisi dasar saluran tanpa rumput, dimana nilai N cenderung meningkat dengan susunan rumput yang semakin rapat. Kondisi ini menunjukkan adanya vegetasi di dasar saluran akan memperbesar hambatan aliran sehingga memperkecil kecepatan aliran yang terjadi (Chow, 1997).
6. Pengendapan dan Penggerusan
Secara umum pengendapan dapat mengubah saluran yang sangat tidak beraturan menjadi cukup beraturan dan memperkecil nilai N, sedangkan penggerusan dapat berakibat sebaliknya dan memperbesar nilai N. Namun efek utama dari pengendapan akan bergantung pada sifat alamiah bahan yang diendapkan. Endapan yang tidak teratur seperti gelombang pasir dan alur-alur pasir menjadikan saluran tidak beraturan dan kekasaran meningkat. Sebab itu, dasar yang berpasir atau kerikil akan tererosi secara lebih seragam dibandingkan dasar yang berlempung. Pengendapan hasil erosi di hulu akan cenderung memperbaiki ketidakteraturan saluran dibandingkan dengan tanah liat. Energi yang dipakai untuk menggerus dan mengangkut bahan dalam suspensi atau menggulingkannya sepanjang dasar saluran juga akan memperbesar nilai N. Kecepatan aliran kritis adalah kecepatan aliran yang tidak menimbulkan pengendapan atau penggerusan di saluran. Kennedy mengeluarkan persamaan kecepatan aliran sebagai berikut:
Dimana D adalah kedalaman air di saluran, dalam satuan meter dan V0
Rkk = V
V0atau m = V
V0………...……….(8)
Jika m = 1, tidak terjadi pengendapan atau penggrusan m > 1, terjadi penggerusan
m < 1, terjadi pengendapan(Basak, 1999).
adalah kecepatan aliran Kritis (m/s).Rasio kecepatan aliran kritis adalah perbandingan antara kecepatan rata-rata aliran terhadap kecepatan kritis.
Rumus Chezy
Pada awal tahun 1769 seorang insinyur Perancis, Antoine Chezy membuat rumus yang mungkin merupakan pertama kali untuk aliran seragam, yaitu rumus
Chezy yang terkenal, yang biasanya dinyatakan sebagai berikut :
V = C x √RS ……….(9)
dimana, K = Konstansa Bazin
R = kedalaman rata-rata hidrolik (m)
Sehingga jika disubstitusi Persamaan Bazin untuk menentukan nilai C ke persamaan Chezy maka akan didapatkan persamaan :
V = 87√R
1+�
√
RS =87R√S
Dengan V kecepatan rata-rata (m/s), R jari jari Hidrolik (m), S kemiringan (%)(Chow, 1997). Pada prinsipnya faktor-faktor yang mempengaruhi koefisien
Manning berlaku pula terhadap konstanta Chezy. Beberapa pakar yang
mengeluarkan persamaan untuk menentukan koefisien kkasaran chezy yaitu : 1) Rumus Ganguillet - Kutter.
Pada tahun 1869, dua insinyur swiss, Ganguillet dan Kutter mengumumkan rumus yang menyatakan besarnya nilai C sehubungan dengan kemiringan S, jari jari hidrolik R dan koefisien kekasaran n. Rumus ini dalam satuan Inggris adalah :
C =
41,65+Rumus Ganguillet-Kutter diturunkan secara panjang lebar dari data pengukuran aliran dalam saluran dari berbagai bentuk, termasuk pengukuran oleh bazin dan pengukuran berbagai sungai di eropa dan di mississipi. Rumus ini banyak dipakai di mana mana sehingga telah dibuat berbagai tabel dan grafik untuk mempermudah pemakaiannya, sehingga pemakaian rumus ini sendiri jarang diperlukan dalam biro biro teknik.
2) Rumus Bazin
Pada tahun 1897 seorang ahli hidrolika Prancis, H. Bazin mengusulkan suatu rumus yang bagi koefisien C dari chezy dianggap sebagai fungsi R, bukan S. Rumus ini dalam satuan Inggris dinyatakan sebagai:
C = 157,6 1+�
Rumus Bazin semula dibuat berdasarkan data yang dikumpulkan dari saluran percobaan berukuran kecil, oleh karena itu pemakaiannya secara umum terbukti kurang memuaskan dibandingkan dengan rumus Ganguillet-Kutter.
Rancangan Saluran Irigasi
1. Debit Air
Debit air adalah suatu nilai yang menyatakan banyaknya air yang mengalir dari suatu sumber persatuan waktu, biasanya diukur dalam satuan liter per detik. Pengukuran debit dapat dilakukan dengan berbagai cara antara lain:
1. Pengukuran debit dengan bendung/ sekat ukur 2. Pengukuran debit berdasarkan kerapatan larutan obat
3. Pengukuran kecepatan aliran dan luas penampang melintang, dalam hal ini untuk mengukur kecepatan arus digunakan pelampung atau pengukur arus dengan kincir
4. Pengukuran dengan menggunakan alat-alat tertentu seperti pengukuran arus magnetis dan pengukuran arus gelombang supersonis (Dumiary, 1992).
Menurut Kartasapoetra dan Sutedjo (1992) pengukuran debit air dapat dilakukan secara langsung maupun tidak langsung, dapat dilakukan dengan beberapa metode dan alat-alat pengukur, sehingga dalam pelaksanaanya tidak mengalami kesulitan. Dalam pengukuran tidak langsung yang sangat diperhatikan yaitu tentang kecepatan aliran (v) dan luas penampang aliran (A), sehingga terdapat rumus pengukuran debit air sebagai berikut:
Q = V x A ...(13)
Sehingga, V = Q
dimana: Q = debit air (m3/detik)
V = kecepatan aliran (m/detik) A = luas penampang aliran (m2
Debit air juga dapat diukur secara langsung dengan menggunakan sekat ukur tipe Cipoletti atau Thompson (Segitiga 90
).
o
). Persamaan Cipoletti yang menunjukkan pengaliran adalah:
Q = 0.0186 LH3/2
Gambar 1. Sekat ukur tipe Cipoletti
Untuk sekat ukur segitiga 90
...(15) Dimana Q dalam liter tiap detik, L dan H adalah dalam sentimeter, seperti dilihatpada Gambar 1.
o
(tipe Thompson) persamaannya adalah: Q = 0.0138H5/2...(16) Di mana Q dalam liter per detik dan H dalam sentimeter. Sekat ukur segitiga 90o (tipe Thompson) baik digunakan untuk pengukuran aliran yang tidak lebih dari 112 l/det ataualiran dengan debit relatif kecil, selain itu sekat ukur segitiga 90o (tipe Thompson) juga sangat mudah konstruksi dan pengaplikasiannya. Untuk lebih jelasnya sekat ukur tipe Thompson dapat ditunjukkan pada Gambar 2.
H
Gambar 2. Sekat ukur tipe Thompson (Lenka, 1991).
Pada alat pengukur Thompson seperti halnya alat pengukur Cipoletti harus dipasang tegak lurus pada sumbu saluran pengukur. Pemasangan alat pengukur ini harus betul-betul mendatar, dengan sudut siku-siku disebelah bawah. Penentuan nilai H dari persamaan 3 diukur dari permukaan air yang meluap setelah disekat sampai ke sudut 900
2.Kecepatan Aliran
dari sekat yang telah dimodifikasi sebagai tempat pengeluaran air (Soekarto dan Hartoyo, 1981).
Kecepatan aliran diukur melalui aliran permukaan yang dikenal sebagai kecepatan aliran permukaan. Kecepatan aliran tidak sama pada setiap kedalaman saluran atau sungai. Oleh sebab itu untuk menghitung kecepatan rata-rata digunakan kedalaman 0.6D, dimana D adalah kedalaman air di saluran atau sungai. Kecepatan aliran rata-rata dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
Chezy (Persamaan 9) atau Manning (Persamaan 1). Koefisien kekasaran Manning
ditentukan berdasarkan kondisi material di lapangan, beberapa nilai koefisien kekasaran dari beberapa material disajikan pada Tabel 1, namun sebaiknya untuk dapat menentukan kecepatan aliran yang mendekati keadaan sebenarnya ditentukan berdasarkan kondisi material di lapangan.
Tabel 1. Nilai Koefisien Kekasaran
Kemiringanmemanjang saluran ditentukan berdasarkan kemiringan taraf muka air yang diperlukan. Kemiringan talut saluran: bergantung kepada jenis tanah, kedalaman saluran dan terjadinya rembesan aliran. Kemiringan minimum talut saluran pembawa untuk jenis tanah lempung berpasir, tanah berpasir kohesif yaitu 1,5 %-2,5 %. Untuk jenis tanah pasir liatan 2 % -3% dan untuk jenis batu< 0,25 % (Mawardi, 2007).
Pengukuran Kemiringan saluran dapat dilakukan dilakukan dengan 3 cara yaitu Profile Levelling, Differential Levelling dan Breaking Taping. Profile
Levelling merupakan salah satu metode mengukur beda ketinggian pada dua titik
yang mempunyai kemiringan yang relatif kecil, dan alat utama yang digunakan yaitu abney level. Differential Levelling merupakan salah satu metode mengukur beda ketinggian pada dua titik yang mempunyai kemiringan relatif besar, dan alat utama yang digunakan adalah abney level. Breaking Taping merupakan salah satu metode pengukuran yang menggunakan pembagian pengukuran tinggi menjadi beberapa tahap. Pada pekerjaan breaking taping dilakukan pengukuran jarak vertikal antara garis bidik (stasiun) dengan permukaan titik bidik selanjutnya, alat yang digunakan adalah waterpass, tape (pita ukur) dan jalon. Data yang didapat di lapangan dengan menggunakan salah satu metode tersebut dapat dimasukkan ke dalam rumus :
Kemiringan = Beda Elevasi
dimana Beda Elevasi = Elevasi Akhir – Elevasi Awal (m) (Sumono dan Susanto, 2006).
Bahan tanah, kedalaman saluran dan terjadinya rembesan akan menentukan kemiringan maksimum untuk talut yang stabil. Kemiringan galian minimum untuk berbagai bahan tanah disajikan pada Tabel 2. Harga-harga kemiringan minimum untuk saluran tanah yang dibuat dengan bahan-bahan kohesif yang dipadatkan dengan baik diberikan pada Tabel 3.
Tabel 2. Kemiringan minimum talut untuk berbagai bahan tanah No.Bahan Tanah Simbol Kisaran
Kemiringan(%)
Kedalaman air + tinggi jagaan D (m)
Geluh : (loam) adalah campuran pasir, lempung dan Lumpur yang kira-kira samabanyaknya (Triadmojo, 1993)
Tabel 3. Kemiringan talut mnimum untuk saluran timbunan yang dipadatkan dengan baik
Sumber : Direktorat Jenderal SDA, 2010
4). Kedalaman Hidrolik
Kedalaman hidrolik adalah perbandingan antara penampang aliran dengan perimeter basah saluran. Persamaan kedalaman hidrolik adalah sebagai berikut:
R = A
Pw...(18)
dimana; A= Penampang melintang saluran (m2 Pw= Perimeter basah (m)
(Bazak,1999).
Penampang melintang saluran dan parimeter basah tergantung pada bentuk saluran.
- Saluran berbentuk persegi panjang :
A = b x y ………...…(19) Pw = b + 2y ………...(20) dimana b = lebar saluran (m)
y = kedalaman aliran (m)
untuk lebih jelasnya dapat diperlihatkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Penampang melintang saluran berbentuk persegi panjang - Saluran berbentuk trapesium
A = (b + zy)y
Pw = b + 2y (�(1 + z)2 dimana b = lebar dasar (m)
y = kedalaman aliran (m) z = kemiringan dinding
Untuk lebih jelasnya dapat diperlihatkan pada Gambar 4. y
Gambar 4. Penampang melintang Saluran berbentuk Trapesium - Saluran berbentuk segitiga
A = zy
Pw = 2y√1 +�2
dimana y = kedalaman air di saluran (m)
untuk lebih jelasnya dapat diperlihatkan pada Gambar 5.
2
Gambar 5. Penampang melintang Saluran berbentuk Segitiga (Chow, 1997).
y
kemiringan dinding (z)
y
b
