BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Secara umum drainase didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari usaha untuk mengalirkan air yang berlebih dalam suatu konteks pemanfaatan tertentu. Sedangkan drainase perkotaan menurut Wesli (2008) adalah ilmu drainase yang mengkhususkan pengkajian pada kawasan perkotaan yang erat kaitannya dengan kondisi lingkungan fisik dan lingkungan sosial budaya yang ada di kawasan kota tersebut. Dengan demikian kriteria perencanaan drainase perkotaan memiliki kekhususan, sebab untuk perkotaan ada tambahan variabel perencanaan seperti: keterkaitan dengan tata guna lahan, master plan drainase kota, sosial budaya (kurang kesadaran masyarakat dalam ikut memelihara fungsi drainase kota) dan lain-lain.
2.2 Jenis – Jenis Drainase
Jenis drainase dapat dikelompokkan berdasarkan (Wesli, 2008):
2.2.1 Drainase berdasarkan cara terbentuknya drainase
Jenis drainase ditinjau berdasarkan dari cara terbentuknya, dapat dikelompokkan menjadi:
a. Drainase alamiah (natural drainage)
Drainase alamiah adalah drainase yang terbentuk melalui proses alamiah yang berlangsung lama. Saluran drainase terbentuk akibat gerusan air sesuai dengan kontur tanah. Drainase alamiah ini terbentuk pada kondisi tanah yang cukup kemiringannya, sehingga air akan mengalir dengan sendirinya masuk ke sungai-sungai. Seperti yang terlihat pada Gambar 2.1 berikut ini:
Gambar 2.1 Drainase Alamiah (natural drainage) b. Drainase buatan (artifical drainage)
biaya-biaya baik pada perencanaannya maupun pada pembuatannya. Drainase buatan dapat dilihat pada Gambar 2.2 sebagai berikut.
Gambar 2.2 Drainase Buatan (artifical drainage)
2.2.2 Drainase berdasarkan sistem pengalirannya
Jenis drainase ditinjau berdasarkan sistem pengalirannya, dapat dikelompokkan menjadi:
a. Drainase dengan sistem jaringan
Drainase dengan sistem jaringan adalah suatu sistem pengeringan atau pengaliran air pada suatu kawasan yang dilakukan dengan mengalirkan air melalui sistem tata saluran dengan bangunan-bangunan pelengkapnya. b. Drainase dengan sistem resapan
2.2.3 Drainase berdasarkan tujuan/sasarannya
Jenis drainase ditinjau berdasarkan dari tujuan pembuatannya, dapat dikelompokkan menjadi:
a. Drainase perkotaaan b. Drainase daerah pertanian c. Drainase lapangan terbang d. Drainase jalan raya
e. Drainase jalan kereta api f. Drainase pada tanggul dan dam g. Drainase lapangan olah raga h. Drainase untuk keindahan kota i. Drainase untuk kesehatan lingkungan j. Drainase untuk penambahan areal
2.2.4 Drainase berdasarkan tata letaknya
Jenis drainase ditinjau berdasarkan tata letaknya, dapat dikelompokkan menjadi:
a. Drainase permukaan tanah (surface drainage)
Gambar 2.3 Drainase Permukaan Tanah (surface drainage)
b. Drainase bawah permukaan tanah (subsurface drainage)
Drainase bawah permukaan tanah adalah sistem drainase yang dialirkan di bawah tanah (ditanam) biasanya karena sisi artistik atau pada suatu areal yang tidak memungkinkan untuk mengalirkan air di atas permukaan tanah seperti pada lapangan olahraga, lapangan terbang, taman dan lainnya. Drainase bawah permukaan tanah dapat dilihat pada Gambar 2.4 sebagai berikut.
2.2.5 Drainase berdasarkan Fungsinya
Jenis drainase ditinjau berdasarkan fungsinya, dapat dikelompokkan menjadi: a. Drainase single purpose
Drainase single purpose adalah saluran drainase yang berfungsi
mengalirkan satu jenis air buangan misalnya air hujan atau limbah atau lainnya.
b. Drainase Multi purpose
Drainase Multi purpose adalah saluran drainase yang berfungsi
mengalirkan lebih dari satu air buangan baik secara bercampur maupun bergantian misalnya campuran air hujan dan limbah.
2.2.6 Drainase berdasarkan konstruksinya
Jenis drainase ditinjau berdasarkan konstruksinya, dapat dikelompokkan menjadi:
a. Drainase saluran terbuka
Gambar 2.5 Saluran Terbuka
b. Drainase saluran tertutup
Drainase saluran tertutup adalah sistem saluran yang permukaan airnya tidak terpengaruh dengan udara luar (atmosfir). Drainase saluran tertutup sering digunakan untuk mengalirkan air limbah atau air kotor yang mengganggu kesehatan lingkungan dan mengganggu keindahan. Drainase saluran tertutup dapat dilihat pada Gambar 2.6 sebagai berikut.
2.3 Pola Jaringan Drainase
Pada sistem jaringan drainase terdiri dari beberapa saluran yang saling berhubungan sehingga membentuk suatu pola jaringan. Dari bentuk pola jaringan dapat dibedakan sebagai berikut:
2.3.1 Pola Siku
Pola siku adalah suatu pola di mana saluran cabang membentuk siku-siku pada saluran utama. Biasanya dibuat pada daerah yang mempunyai topografi sedikit lebih tinggi dari pada sungai dimana sungai merupakan saluran pembuang utama berada di tengah kota.
2.3.2 Pola Paralel
Pola paralel adalah suatu pola di mana saluran utama terletak sejajar dengan saluran cabang yang pada bagian akhir saluran cabang dibelokkan menuju saluran utama. Pada pola paralel saluran cabang cukup banyak dan pendek-pendek.
2.3.3 Pola Grid Iron
Pola grid iron adalah pola jaringan drainase di mana sungai terletak di pinggir kota, sehingga saluran-saluran cabang dikumpulkan dulu pada saluran pengumpul kemudian dialirkan pada sungai.
2.3.4 Pola Alamiah
2.3.5 Pola Radial
Pola radial adalah pola jaringan drainase yang mengalirkan air dari pusat sumber air memencar ke berbagai arah, pola ini sangat cocok digunakan pada daerah yang berbukit.
2.3.6 Pola Jaring-Jaring
Pola jaring-jaring adalah pola drainase yang mempunyai saluran-saluran pembuangan mengikuti arah jalan raya. Pola ini sangat cocok untuk daerah yang topografinya datar.
2.4 Fungsi Saluran Drainase
Dalam sebuah sistem drainase digunakan saluran sebagai sarana pengaliran air yang terdiri dari saluran interseptor, saluran kolektor, dan saluran konveyor. Masing-masing saluran mempunyai fungsi berbeda yaitu:
2.4.1 Saluran Interseptor
Saluran interseptor adalah saluran yang berfungsi sebagai pencegah terjadinya pembebanan aliran dari suatu daerah terhadap daerah lain di bawahnya. Saluran ini biasanya dibangun dan diletakkan pada bagian sejajar dengan kontur atau garis ketinggian topografi. Outlet dari saluran ini biasanya berada pada saluran kolektor atau konveyor atau langsung pada saluran alamiah/sungai.
2.4.2 Saluran Kolektor
bagian terendah lembah dari suatu daerah sehingga efektif dapat berfungsi sebagai pengumpul dari anak cabang saluran yang ada.
2.4.3 Saluran Konveyor
Saluran konveyor adalah saluran yang berfungsi sebagai saluran pembawa seluruh air bangunan dari suatu daerah ke lokasi pembuangan, misalnya ke sungai tanpa membahayakan daerah yang dilaluinya. Sebagai contoh saluran/kanal banjir atau saluran bypass yang bekerja khusus hanya mengalirkan air secara cepat sampai ke lokasi pembuangan. Letaknya boleh seperti saluran kolektor atau saluran interseptor.
2.5 Permasalahan Drainase
Permasalahan drainase perkotaan bukanlah hal yang sederhana. Banyak faktor yang mempengaruhinya, antara lain:
a. Peningkatan debit
Manajemen sampah yang kurang baik memberi kontribusi percepatan pendangkalan/penyempitan saluran dan sungai. Kapasitas sungai dan saluran drainase menjadi berkurang, sehingga tidak mampu menampung debit yang terjadi, air meluap dan terjadilah genangan.
b. Peningkatan jumlah penduduk
Peningkatan jumlah penduduk selalu diikuti oleh penambahan infrastruktur perkotaan, disamping itu peningkatan penduduk juga selalu diikuti oleh peningkatan limbah, baik limbah cair maupun padat.
c. Amblesan tanah
Disebabkan oleh pengambilan air tanah yang berlebihan, mengakibatkan beberapa bagian kota berada dibawah muka air laut pasang.
d. Penyempitan dan pendangkalan saluran e. Reklamasi
f. Limbah sampah dan pasang surut
2.6 Hidrologi
Untuk menyelesaikan persoalan drainase sangat berhubungan dengan aspek hidrologi khususnya masalah hujan sebagai sumber air yang akan dialirkan pada sistem drainase dan limpasan sebagai akibat tidak mampunya sistem drainase mengalirkan ke tempat pembuangan akhir. Disain hidrologi diperlukan untuk mengetahui debit pengaliran (Wesli, 2008).
2.6.1 Data Hujan 2.6.1.1 Pengukuran
kepentingan perencanaan drainase tertentu data hujan yang diperlukan tidak hanya data harian, akan tetapi juga distribusi jam-jaman atau menitan. Hal ini akan membawa konsekuensi dalam pemilihan data, dan diajurkan untuk menggunakan data hujan hasil pengukuran dengan alat ukur otomatis.
2.6.1.2 Alat Ukur
Dalam praktek pengukuran hujan terdapat dua jenis alat ukur hujan (Wesli, 2008), antara lain:
a. Alat ukur hujan biasa (manual raingauge)
Data yang diperoleh dari pengukuran dengan menggunakan alat ukur ini berupa data hasil pencatatan oleh petugas pada setiap periode tertentu. Alat pengukur hujan ini berupa suatu corong dan sebuah gelas ukur, yang masing-masing berfungsi untuk menampung jumlah air hujan dalam satu hari. Alat ukur hujan biasa (manual raingauge) dapat dilihat pada Gambar 2.7 sebagai berikut.
b. Alat ukur hujan otomatis (automatic raingauge)
Data yang diperoleh dari hasil pengukuran dengan menggunakan alat ini berupa data pencatatan secara menerus pada kertas pencatat yang dipasang pada alat ukur. Berdasarkan data ini akan dapat dilakukan analisis untuk memperoleh besaran intensitas hujan. Alat ukur hujan otomatis (automatic raingauge) dapat dilihat pada Gambar 2.8 sebagai berikut.
Gambar 2.8 Alat Ukur Hujan Otomatis (Automatic Raingauge)
2.6.2 Analisis Hujan
Ada tiga macam cara yang umum dipakai dalam menghitung hujan rata-rata kawasan (Suripin, 2004) yaitu:
1) Rata-rata aljabar
Hujan kawasan diperoleh dari persamaan:
……….(2.1)
.
di mana P1, P2, ….. Pnadalah curah hujan yang tercatat di pos penakar hujan 1, 2, ….
n dan n adalah banyaknya pos penakar hujan.
2) Metode Poligon Thiessen
Metode ini dikenal juga sebagai metode rata-rata timbang (weighted mean). Cara ini memberikan proporsi luasan daerah pengaruh pos penakar hujan untuk mengakomodasi ketidakseragaman jarak. Daerah pengaruh dibentuk dengan menggambarkan garis-garis sumbu tegak lurus terhadap garis penghubung antara dua pos penakar terdekat. Diasumsikan bahwa variasi hujan antara pos yang satu dengan lainnya adalah linier dan bahwa sembarang pos dianggap dapat mewakili kawasan terdekat. Hujan rata-rata diperoleh dari persamaan 2.2 sebagai berikut:
………..(2.2)
di mana P1, P2, ….., Pn adalah curah hujan yang tercatat di pos penakar hujan 1, 2,
……, n. n adalah banyaknya pos penakar hujan.
Metode Poligon Thiessen dapat dilihat pada Gambar 2.9 sebagai berikut.
Gambar 2.9 Metode Poligon Thiessen 3) Metode Ishoyet
Metode ini merupakan metode yang paling akurat untuk menentukan hujan rata-rata, namun diperlukan keahlian dan pengalaman. Cara ini memperhitungkan secara aktual pengaruh tiap-tiap pos penakar hujan. Dengan kata lain, asumsi metode Thiessen yang secara membabi buta menganggap bahwa tiap-tiap pos penakar mencatat kedalaman yang sama untuk daerah sekitarnya dapat dikoreksi. Hujan rata-rata diperoleh dari persamaan 2.3 sebagai berikut:
….(2.3)
di mana P1, P2, ….., Pn adalah curah hujan yang tercatat di pos penakar hujan 1, 2,
……, n. n adalah banyaknya pos penakar hujan.
Metode Ishoyet dapat dilihat pada Gambar 2.10 sebagai berikut.
Gambar 2.10 Metode Ishoyet
Berdasarkan prinsip dalam penyelesaian masalah drainase perkotaan dari aspek hidrologi, sebelum dilakukan analisa frekuensi untuk mendapatkan besaran hujan dengan periode ulang tertentu, harus dipersiapkan rangkaian data hujan berdasarkan pada durasi hari, jam atau menit. Analisis frekuensi terhadap data hujan yang tersedia dapat dilakukan dengan beberapa metode, antara lain ; E.J. Gumbel, Log Pearson III, Log Normal dan sebagainya.
Dalam perencanaan saluran drainase periode ulang yang digunakan tergantung dari fungsi saluran serta daerah tangkap hujan yang akan dikeringkan.
Menurut pengalaman, penggunaan periode ulang untuk perencanaan: Saluran kwarter : periode ulang 1 tahun
Saluran sekunder : periode ulang 5 tahun Saluran primer : periode ulang 10 tahun
2.6.3 Analisa distribusi frekuensi
Untuk perencanaan pengendalian banjir diperlukan besarnya debit banjir rencana pada lokasi yang akan direncanakan. Debit banjir rencana adalah suatu debit banjir terbesar dengan periode ulang tertentu. Debit banjir rencana dihitung berdasarkan data curah hujan yang diambil dari beberapa lokasi stasiun pencatat hujan yang terdapat di sekitar lokasi penelitian.
Metode perhitungan curah hujan rancangan yang dipakai dalam penelitian ini yaitu Metode Log Pearson Type III.
2.6.3.1 Distribusi Log Person III
Perhitungan curah hujan rencana menurut metode Log Person III, mempunyai langkah-langkah perumusan sebagai berikut:
- Ubah data dalam bentuk logaritmis, X = Log X - Hitung harga rata-rata:
……….(2.4)
- Hitung Harga Simpangan Baku
- Hitung Koefisien Kemencengan:
...(2.6)
- Hitung logaritma hujan atau banjir dengan periode ulang T dengan rumus:
………..(2.7)
di mana:
n = Jumlah data
Tabel 2.1 Nilai K untuk distribusi Log-Person III
Sumber: Suripin 2004
2.6.2. Uji Kecocokan
parameter yang sering dipakai adalah Chi-Kuadrat dan Smirnov-Kolmogorov. Soewarno (1995), berpendapat bahwa Uji kecocokan Smirnov-Kolmogorof, sering juga disebut uji kecocokan non parametrik (non parametric test), karena pengujiannya tidak menggunakan fungsi distribusi tertentu.
2.6.4 Karakteristik Hujan 2.6.4.1 Durasi hujan
Durasi hujan adalah lama kejadian hujan (menitan, jam-jaman dan harian) diperoleh terutama dari hasil pencatatan alat pengukur hujan otomatis. Dalam perencanaan drainase durasi hujan ini sering dikaitkan dengan waktu konsentrasi, khususnya pada drainase perkotaan diperlukan durasi yang relatif pendek, mengingat akan toleransi terhadap lamanya genangan.
2.6.4.2. Intensitas hujan
Di Indonesia, alat ini sangat sedikit dan jarang, yang banyak digunakan adalah alat pencatat hujan biasa yang mengukur hujan 24 jam atau disebut hujan harian. Apabila data yang tersedia hanya data hujan harian maka intensitas hujan dapat diestimasi dengan menggunakan rumus Mononobe pada persamaan 2.8 sebagai berikut:
………...………...…….……..……...(2.8)
di mana:
I = Intensitas curah hujan (mm/jam) tc = Lamanya hujan (jam)
R24 = Curah hujan maksimum dalam 24 jam (mm)
Karena intensitas hujan tidak dapat kita tentukan atau kita atur karena hujan terjadi secara alamiah, namun kita dapat melakukan perkiraan berdasarkan pencatatan data-data hujan sebelumnya maka dalam mendesain bangunan- bangunan air kita dapat memperkirakan hujan rencana berdasarkan periode ulangnya.
2.6.4.3 Waktu Konsentrasi
Menurut Suripin (2004), waktu konsentrasi adalah waktu yang diperlukan oleh air hujan yang jatuh untuk mengalir dari titik terjauh sampai ke tempat keluaran (titik kontrol) setelah tanah menjadi jenuh dan depresi-depresi kecil terpenuhi. Dalam hal ini diasumsikan bahwa jika durasi hujan sama dengan waktu konsentrasi, maka setiap bagian saluran secara serentak telah menyumbangkan aliran terhadap titik
kontrol. Salah satu metode untuk memperkirakan waktu konsentrasi adalah rumus
tc = Waktu konsentrasi (Jam)
L = Panjang saluran utama (Km)
S = Kemiringan rata-rata saluran utama (m/m)
Waktu konsentrasi dapat juga dihitung dengan membedakannya menjadi dua komponen (Wesli, 2008), yaitu:
a) Inlet time (to), yaitu waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di atas
permukaan tanah menuju saluran drainase.
b) Conduit time (td), yaitu waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di
sepanjang saluran sampai titik kontrol yang ditentukan di bagian hilir.
……….….…...(2.10)
di mana:
tc = Waktu konsentrasi (jam)
to = Inlet time, waktu yang diperlukan air hujan mengalir di permukaan tanah dari titik terjauh ke saluran terdekat (jam)
td = Conduit time, waktu yang diperlukan air hujan untuk mengalir di dalam saluran sampai ke tempat pengukuran (jam)
Waktu konsentrasi besarnya sangat bervariasi dan dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut ini:
a. Luas daerah pengaliran b. Panjang saluran drainase c. Kemiringan dasar saluran d. Debit dan kecepatan aliran
Harga to, td, dan tc dapat diperoleh dari rumus-rumus empiris, salah satunya adalah rumus Kirpich, seperti persamaan 2.11 dan 2.12 berikut:
to = Inlet time ke saluran terdekat (menit)
Lo = Jarak aliran terjauh di atas tanah hingga saluran terdekat (m) So = Kemiringan permukaan tanah yang dilalui aliran di atasnya
n = Koefisien kekasaran, untuk aspal dan beton adalah 0,013; untuk tanah bervegetasi adalah 0,020 dan tanah perkerasan adalah 0,100
Harga td ditentukan oleh panjang saluran yang dilalui aliran dan kecepatan aliran di dalam saluran seperti ditunjukkan oleh persamaan 2.13 berikut ini:
………...…..(2.13)
di mana:
td = Conduit time sampai ke tempat pengukuran (jam)
L1 = Jarak yang ditempuh aliran di dalam saluran ke tempat pengukuran (m)
V = Kecepatan aliran di dalam saluran (m/dtk)
Pada saluran buatan nilai kecepatan aliran dapat dimodifikasi berdasarkan nilai kekasaran dinding saluran menurut Manning, Chezy atau lainnya. Perkiraan kecepatan aliran dapat dilihat pada Tabel 2.2 sebagai berikut.
V
L
td
1Tabel 2.2 Perkiraan Kecepatan Aliran
Kemiringan rata-rata dasar saluran (%) Kecepatan rata-rata (m/dtk)
Kurang dari 1 0,40
1 – 2 0,60
2 – 4 0,90
4 – 6 1,20
6 – 10 1,50
10 – 15 2,40
Sumber : Wesli, 2008.
Harga tc ditentukan oleh panjang saluran yang dilalui aliran dan kemiringan saluran, seperti yang ditunjukkan oleh persamaan 2.14 sebagai berikut.
………...………..………....(2.14)
di mana:
tc = Waktu konsentrasi (jam)
L = Panjang jarak dari tempat terjauh di daerah aliran sampai tempat pengamatan, diukur menurut jalannya sungai (km).
S = Perbandingan dari selisih tinggi antara tempat terjauh dan tempat pengamatan, diperkirakan sama dengan kemiringan rata-rata dari daerah aliran
385 , 0
7 , 0
00013
,
0
2.6.4.4 Koefisien Pengaliran
Koefisien pengaliran adalah perbandingan antara jumlah air hujan yang mengalir atau melimpas di atas permukaan tanah dengan jumlah air hujan yang jatuh dari atmosfer. Nilai koefisien pengaliran berkisar antara 0 sampai dengan 1 dan bergantung dari jenis tanah, jenis vegetasi, karakteristik tata guna lahan dan konstruksi yang ada di permukaan tanah seperti jalan aspal, atap bangunan dan lain-lain yang menyebabkan air hujan tidak dapat sampai secara langsung ke permukaan tanah sehingga tidak dapat berinfiltrasi maka akan menghasilkan limpasan permukaan hampir 100%.
Tabel 2.3 Koefisien Limpasan Rata-rata Untuk Daerah Perkotaan
Deskripsi lahan/karakter permukaan Koefisien aliran (C)
Business:
Aspal dan beton Batu bata, paving
0,70 – 0,95 0,50 – 0,70
Atap 0,75 – 0,95
Halaman, tanah berpasir Datar 2% Halaman, tanah berat
2.6.5 Debit banjir rencana
Debit banjir rencana dihitung dengan menggunakan metode rasional dengan faktor parameternya antara lain koefisien limpasan, intensitas hujan daerah dan luas daerah aliran.
Persamaan yang digunakan:
Q = 0.002778 C.I.A ...(2.15)
di mana:
C = Koefisien limpasan berdasarkan tata guna lahan (dari tabel) I = Intensitas maksimum selama waktu konsentrasi (mm/jam) A = Luas daerah aliran (ha)
Q = Debit maksimum (m3/detik)
Intensitas hujan menggunakan rumus Mononobe seperti pada persamaan 2.16 sebagai berikut:
...(2.16)
di mana:
I = Intensitas maksimum selama waktu konsentrasi (mm/jam) R24 = Curah Hujan maksimum dalam 24 jam (mm)
tc = Waktu konsentrasi curah hujan (jam)
3 2
24
24
24
c
Waktu konsentrasi hujan (tc) dihitung dengan menggunakan rumus Kirpich seperti pada persamaan 2.17 sebagai berikut:
...(2.17)
di mana:
tc = Waktu konsentrasi curah hujan (jam) L = Panjang saluran (m)
S = Kemiringan saluran
2.7 Hidrolika Saluran Drainase
Wesli (2008) berpendapat bahwa tersedianya lahan merupakan hal yang perlu dipertimbangkan, maka penampang saluran drainase perkotaan dan jalan raya dianjurkan mengikuti penampang hidrolis terbaik, yaitu suatu penampang yang memiliki luas terkecil untuk suatu debit tertentu atau memiliki basah terkecil dengan hantaran maksimum. Unsur-unsur geometris penampang hidrolis terbaik diperlihatkan pada Tabel 2.4 berikut ini:
Tabel 2.4 Unsur Geometrik Penampang Hidrolis Terbaik
1. Trapesium (setengah segi enam)
3/3.Y2 6/3.Y ½.Y 4/3.Y
2 Persegi Panjang (setengah bujur sangkar)
2.Y2 4Y ½.Y 2Y
3 Segitiga (setengah bujur sangkar)
Y2 4/2.Y ¼.2.Y 2Y
4 Setengah lingkaran /2.Y2 Y ½.Y 2Y
5 Parabola 4/3.2.Y2 8/3.2.Y ½.Y 2.2.Y
6 Lengkung Hidrolis 1,3959.Y2 2,9836.Y 0,46786.Y 1,917532.Y Sumber: Wesli, 2004
Gambar penampang hidrolis terbaik penampang melintang persegi panjang dan penampang melintang trapesium dapat dilihat pada Gambar 2.11 sebagai berikut.
a. Persegi Panjang b. Trapesium di mana: B = Lebar bawah saluran
Y = Kedalaman saluran
F = Freeboard (daerah jagaan)
2.7.1 Kecepatan Aliran
Karena betapa sulitnya menentukan tegangan geser dan distribusi kecepatan dalam aliran turbulen, maka digunakan pendekatan empiris untuk menghitung kecepatan rata-rata. Beberapa rumus empiris kecepatan rata-rata akan kita bahas pada bagian berikut ini (Suripin 2004).
Chezy (1769)
Seorang insinyur Prancis yang bernama Antoine Chezy pada tahun 1769 merumuskan kecepatan untuk aliran seragam yang sangat terkenal yang masih banyak dipakai sampai sekarang (Wesli, 2008).
V = C √RI………...………(2.18)
di mana:
V = Kecepatan rata-rata (m/dtk) C = Koefisien Chezy
R = Jari-jari hidrolis
I = Kemiringan dari permukaan air atau dari gradient energi atau dari dasar saluran, garis-garisnya sejajar untuk aliran yang mantap.
Manning (1889)
di mana:
V = Kecepatan rata-rata (m/dtk) n = Koefisien Manning
R = Jari-jari hidrolis
S = Kemiringan dari permukaan air
Nilai koefisien n Manning untuk berbagai macam saluran secara lengkap dapat dilihat di berbagai referensi, disini hanya ditampilkan beberapa yang dianggap paling sering dipakai dalam perencanaan praktis seperti pada Tabel 2.5.
Tabel 2.5 Tipikal harga koefisien kekasaran Manning, n, yang sering digunakan
No Tipe saluran dan jenis bahan Harga n
Minimum Normal Maksimum
1 Beton
Gorong-gorong lurus dan bebas dari kotoran Gorong-gorong dengan
lengkungan dan sedikit kotoran /gangguan Beton dipoles
Saluran pembuang dengan bak kontrol 2 Tanah, lurus dan seragam
Bersih baru
Bersih telah melapuk Berkerikil
Berumput pendek, sedikit tanaman pengganggu
Bersih, berkelok-kelok Banyak tanaman pengganggu Dataran banjir berumput
pendek dan tinggi Saluran di belukar
3.7.2 Kemiringan saluran
Yang dimaksud kemiringan saluran adalah kemiringan dasar saluran dan kemiringan dinding saluran. Kemiringan dasar saluran adalah kemiringan dasar saluran arah memanjang dimana umumnya dipengaruhi kondisi topografi, serta tinggi tekanan yang diperlukan untuk adanya pengaliran sesuai dengan kecepatan yang diinginkan.
Kemiringan dasar saluran maksimum yang diperbolehkan adalah 0,005 – 0,008 tergantung pada bahan saluran yang digunakan. Kemiringan yang lebih curam dari 0,002 bagi tanah lepas sampai dengan 0,005 untuk tanah padat akan menyebabkan erosi (penggerusan).
2.7.3 Kecepatan minimum yang diijinkan
Kecepatan minimum yang diijinkan adalah kecepatan terkecil yang tidak menimbulkan pengendapan dan tidak merangsang tumbuhnya tanaman aquatic serta lumut. Pada umumnya dalam praktek, kecepatan sebesar 0,6 – 0,9 m/dtk dapat digunakan dengan aman apabila persentase lumpur yang ada di air cukup kecil. Kecepatan 0,75 m/dtk bisa mencegah tumbuhnya tumbuh-tumbuhan yang dapat memperkecil daya angkut saluran.
3.7.4 Jagaan (Freeboard)
Jagaan direncanakan untuk dapat mencegah peluapan air akibat gelombang serta fluktuasi permukaan air, misalnya berupa gerakan-gerakan angin serta pasang surut. Jagaan tersebut direncanakan sebesar 5% - 30% dari dalamnya aliran.
3.7.5 Perencanaan saluran drainase
Sebelum merencanakan dimensi saluran, langkah pertama yang harus diketahui adalah berapa debit rencananya. Untuk menghitung debit rencana, perlu diketahui berapa luas daerah yang harus dikeringkan oleh saluran tersebut.
Berapa besar air yang dibuang berdasarkan tata guna lahan. Jadi langkah pertama adalah merencanakan tata letak. Tata letak direncanakan berdasarkan peta kota dan peta topografi. Tentukan letak saluran-saluran, kemudian hitung beban saluran-saluran tersebut, dari yang terkecil sampai ke saluran induk.
Setelah besarnya debit untuk masing-masing saluran diketahui, barulah dilakukan perhitungan dimensi saluran.
Bentuk penampang saluran drainase dapat merupakan saluran terbuka maupun saluran tertutup tergantung dari kondisi daerahnya. Rumus kecepatan rata-rata pada perhitungan dimensi penampang saluran menggunakan rumus Manning, karena rumus ini mempunyai bentuk yang sangat sederhana tetapi memberikan hasil yang memuaskan, oleh karena itu rumus ini dapat luas penggunaannya sebagai rumus aliran seragam dalam perhitungan saluran.
di mana:
V = Kecepatan aliran (m/dtk) n = Angka kekasaran saluran R = Jari-jari hidrolis saluran S = Kemiringan dasar saluran Q = Debit saluaran (m3/dtk)
A = Luas penampang basah saluran (m2)
2.7.6 Bentuk Saluran yang Paling Ekonomis
2) Penampang Berbentuk Persegi yang Ekonomis
Untuk penampang melintang saluran berbentuk persegi dengan lebar dasar, B, dan kedalaman air, h, luas penampang basah, A, keliling basah, P, dapat dituliskan
Debit Q = A.V, dimana Q = Qrencana telah didapat dalam perhitungan hidrologi.
Gambar penampang persegi panjang dapat dilihat pada gambar 2.12 sebagai berikut.
Gambar 2.12 Penampang Persegi Panjang
2). Penampang Berbentuk Trapesium yang Ekonomis
Luas penampang melintang, A, dan keliling basah, P, saluran dengan penampang melintang yang berbentuk trapesium dengan lebar dasar, B, kedalaman aliran, h, dan kemiringan dinding, 1 : m , dapat dituliskan sebagai berikut:
2 1 3 2
. .
1 R S
n
V ………..………..…....(2.27)
V A
Q . , dimana Q = Qrencana ...(2.28)
Angka kekasaran (n) dapat ditentukan berdasarkan jenis bahan yang dipergunakan.
Kemiringan dasar saluran (S) ditentukan berdasarkan data topografi.
Luas penampang A =Bmhh ……….……..…….(2.29) Keliling basah (P) = ...(2.30)
Jari-jari hidrolis (R) = A/P ...(2.31)
Kecepatan aliran V = V = 1/n . R2/3. S1/2 dapat ditentukan.
1
2
2
Debit Q = A.V, dimana Q = Qrencana telah didapat dalam perhitungan hidrologi.
Tinggi jagaan = 25% . h
Jadi tinggi saluran (H) = h + tinggi jagaan
Gambar penampang melintang saluran berbentuk trapesium dapat dilihat pada gambar 2.13 sebagai berikut.
di mana:
B = Lebar bawah saluran h = Kedalaman saluran Mh = Lebar sisi miring
Ɵ = Sudut Kemiringan
2.7.7. Dimensi Saluran
Dimensi saluran harus mampu mengalirkan debit rencana atau dengan kata lain debit yang dialirkan oleh saluran (Qs) sama atau lebih besar dari debit rencana
(Qr) (Wesli, 2008). Hubungan ini ditunjukkan pada persamaan 2.32:
Qs ≥ Qr ………..……..………(2.32)
Debit suatu penampang saluran (Qs) dapat diperoleh dengan menggunakan rumus seperti persamaan 2.33:
Qs = A.V ………...…………...………..…………(2.33)
di mana:
