ANALISA NILAI SEBARAN OKSIGEN TERLARUT PADA BANGUNAN PINTU AIR DI SALURAN IRIGASI KEPANJEN DAN TUMPANG KABUPATEN
MALANG
Luftan Alses Ulil Azmi1, Very Dermawan2, Suhardjono2
1
Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya
2
Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya 1
luftan.azmi.wre10@gmail.com
ABSTRAK
Adanya proses olakan air akan meningkatkan kandungan oksigen dalam air (Dissolved Oxygen) hal ini dikarenakan adanya peningkatan kontak air dengan udara yang berakibat baik sehingga mendukung proses mandiri aliran air memperbaiki kualitasnya. Lokasi penelitian ini terdapat di Kecamatan Kepanjen dan Kecamatan Tumpang, Kabupaten Malangd. Dan dilakukan terhadap 5 bangunan pintu air yaitu: Pintu Saluran Sekuder DI Molek, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek, Pintu Saluran Tersier DI Tumpang, dan Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang.
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui perubahan nilai oksigen terlarut dalam aliran akibat adanya pintu air, dan dapat memberikan gambaran tentang peningkatan kandungan oksigen terlarut
(Dissolved Oxygen) pada pintu air. Metode dalam penelitian ini menggunakan data primer berupa
pengukuran dilapangan yang nanti akan dikembangkan dengan program Hec-Ras 4.1 dan juga perhitungan analitis Metode Streeter-Phelps.
Berdasarkan hasil perhitungan kesalahan relatif (KR) dari pemodelan menggunakan Hec-Ras 4.1 dengan data lapangan keseluruhan didapatkan nilai rerata KR Pintu Saluran Sekuder DI Molek sebesar 1,22%, nilai rerata KR Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek sebesar 1,22%, nilai rerata KR Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek sebesar 1,77%, nilai rerata KR Pintu Saluran Tersier DI Tumpang sebesar 1,13% dan nilai rerata KR Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang sebesar 1,93%. Sedangkan hasil perhitungan kesalahan relatif (KR) menggunakan Metode Streeter-Phelps dengan data lapangan pada bagian hulu secara keseluruhan didapatkan nilai rerata KR Pintu Saluran Sekuder DI Molek sebesar 0,02%, nilai rerata KR Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek sebesar 0,02%, nilai rerata KR Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek sebesar 0,02%, nilai rerata KR Pintu Saluran Tersier DI Tumpang sebesar 0,036%, dan nilai rerata KR Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang sebesar 0,195%.
Kata Kunci: Bangunan hidrolik, pintu air, DO (Dissolved Oxygen), Hec-Ras 4.1, Metode Streeter-Phelps.
ABSTRACT
The presence of water turbulence process will increase the oxygen content in the water (Dissolved Oxygen) this is because of the water contact with air which results and support the process independent the water improve quality. The location of this research are in Subdistrict Kepanjen and Tumpang, District Malang. And done on 5 sluicegates are: Secondary Channel Sluicegate IA Molek, Right Secondary Channel Sluicegate IA Molek, Left Secondary Channel Sluicegate IA Molek, Tertiary Channel Sluicegate AI Tumpang, and Tapping Secondary Channel Sluicegate IA Tumpang.
This done with purpose to know the value of the change oxygen dissolved in the flow of a consequence of the sluicegate, and can give an idea of the increase in dissolved oxygen content (Dissolved Oxygen) on the sluicegate. Methods in this research using primary data in the from of field measurement that will be developed with program hec-ras 4.1 and calculation analytical streeter-phelps method.
Based on the results of the calculation of the relative error of the results of modeling using Hec-Ras 4.1 with the overall field data obtained average value KR Secondary Channel Sluicegate IA Molek at 1,22%, the average value KR of Right Secondary Channel Sluicegate IA Molek is 1,22%, the average value KR of Left Secondary Channel Sluicegate IA Molek is 1,22%, Tertiary Channel Sluicegate AI Tumpang KR average value is 1,13%, and the average value KR Tapping Secondary Channel Sluicegate IA Tumpang is 1,93%. While the results of the calculation of the relative error modeling results using Streeter-Phelps Methods with field data on the upstream side as a whole obtained a mean value of KR Secondary Channel Sluicegate IA Molek is 0.02%, the average value of KR Right Secondary Channel Sluicegate IA Molek is 0,02%, the average value of KR Left Secondary Channel Sluicegate IA Molek is 0,02%, the average value of KR Tertiary Channel Sluicegate AI Tumpang is 0,036%, and the average value KR Tapping Secondary Channel Sluicegate IA Tumpang is 0,195%.
1. PENDAHULUAN A.Latar Belakang
Prasarana bangunan hidrolik telah banyak dibuat dan dikembangkan untuk membantu mengatasi masalah yang diha-dapi oleh manusia. Bangunan-bangunan hidrolik tersebut antara lain bendungan, waduk, bendung, terjunan, pintu air, ba-ngunan bagi, baba-ngunan sadap, dan bangunan pelengkap lainnya yang di-gunakan sebagai sarana irigasi.
Bangunan-bangunan hidrolik juga mempunyai dampak pada jumlah oksigen telarut dalam aliran pada suatu sistem irigasi, walaupun kontak antara air dan struktur bangunan terjadi dalam waktu singkat. Seperti halnya pada saluran saluran luncur (chuteway), pada daerah chuteway ini aliran mempunyai kece-patan yang tinggi dan aliran bersentuhan langsung dengan atmosfir. Pada proses ini, udara dapat masuk dari atmosfir ke dalam aliran dan bercampur dengan aliran tersebut. Selain itu, pengudaraan alamiah pada struktur hidraulik penting untuk perbaikan kandungan oksigen pada sungai, waduk, dan aliran lain yang menggunakan struktur hidraulik.
B.Identifikasi Masalah
Pada suatu bangunan hidrolik di dalam Daerah Irigasi sering kali tidak mempertimbangkan tentang oksigen terlarut (Dissolved Oxygen) yang sangat mempengaruhi kualitas air dan ekosistem di dalam air. Bangunan hidrolik berupa pintu air yang ada di daerah irigasi di-harapkan dapat mengurangi kadar pen-cemaran air yang terjadi. Dengan adanya proses limpasan dan loncatan hidrolik pada bangunan pintu air dapat mening-katkan kandungan oksigen dalam air (oksigen terlarut) dikarenakan mening-katnya kontak air dengan udara.
Berdasarkan permasalahan di atas, maka perlu adanya penelitian tentang kandungan oksigen (oksigen terlarut) di lapangan. Hasil analisis diharapkan dapat memberikan gambaran tentang pening-katan kandungan oksigen dalam air guna
mengatahui seberapa besar bangunan hidrolik mampu mempengaruhi kualitas air di daerah irigasi.
C.Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari studi ini adalah Mengetahui nilai kadar oksigen terlarut dalam aliran berdasarkan pengukuran langsung di lapangan, program Hec-Ras 4.1, dan pehitungan analitis dengan menggunakan Metode Streeter-Phelps.
Manfaat dari studi ini diarahkan untuk mengetahui sebaran DO (Dissolved Oxygen) dalam aliran akibat adanya bangunan-bangunan hidrolik, sehingga dapat memberikan gambaran tentang peningkatan kandungan oksigen terlarut (Dissolved Oxygen).
2. STUDI PUSTAKA
A.Aerasi Alami Dalam Aliran
Aerasi adalah pengaliran udara ke dalam air untuk meningkatkan kandungan oksigen dengan memancarkan air atau melewatkan gelembung udara ke dalam air sehingga oksigen terlarut di dalam air semakin tinggi. Prinsip aerasi pada dasar-nya mencampurkan air dengan udara atau bahan lain sehingga air yang beroksigen rendah kontak dengan oksigen atau udara. Manfaat yang didapat dari proses ini yaitu menghilangkan rasa serta bau tidak enak, menghilangkan gas-gas yang tidak dibutuhkan (CO2, methane, hydrogen
sulfide), meningkatkan derajat keasaman air, serta menambah gas-gas yang di-perlukan ataupun untuk mendinginkan air.
B.Oksigen Terlarut
Oksigen terlarut dapat berasal dari proses fotosintesis tanaman air, yang jumlahnya tidak tetap tergantung dari jumlah tanamannya dan dari atmosfer (udara) yang masuk kedalam air dengan kecepatan terbatas.
Konsentrasi oksigen terlarut dalam keadaan jenuh bervariasi tergantung dari suhu dan tekanan atmosfer. Pada suhu 20oC dengan tekanan 1 atmosfer, kon-sentrasi oksigen terlarut dalam keadaan jenuh adalah 9,2 ppm, sedangkan pada
suhu 50oC dengan tekanan atmosfer yang sama tingkat kejenuhannya hanya 5,6 ppm.
Tabel 2.1. Hubungan Konsentrasi
Oksigen Terlarut Dengan Suhu Pada Tekanan 1 Atmosfir Suhu (0C) Konsentrasi O2 terlarut Maksimum (ppm) Suhu (0C) Konsentrasi O2 terlarut Maksimum (ppm) 0 14,6 30 7,6 10 11,3 32 7,4 12 10,8 34 7,2 14 10,4 36 7,0 16 10,0 38 6,8 18 9,5 40 6,6 20 9,2 42 6,4 22 8,8 44 6,2 24 8,5 46 6,0 26 8,2 48 5,8 28 7,9 50 5,6 Sumber: Fardiaz (1992:33)
C.Pemasukan Udara dan Konsentrasi Udara Dalam Aliran
Besarnya konsentrasi udara dalam aliran atau areasi alamiah alirah telah diteliti oleh beberapa ahli dengan mema-sukkan variabel yang mempengaruhinya, antara lain faktor kemiringan, faktor debit, faktor kekasaran, dan bilangan Froude. Penyelidikan lapangan dan labo-ratorium menetapkan pemasukan udara pada kemiringan curam, pertama terjadi pada titik tempat tebal lapisan batas sama dengan kedalaman aliran di titik tersebut (Raju, 1986:250).
Gambar 2.1. Daerah Aliran Yang Berbeda Pada Pelimpah Sumber: Raju (1986: 249)
Masuknya udara ke dalam aliran yang diawali dari titik C, menyebabkan kedalaman air di hilir titik tersebut akan bertambah. Gangadharaiah, dkk. (1970) merumuskan besarnya konsentrasi udara dalam aliran dipengaruhi oleh variabel kekasaran dasar dan bilangan Froude (Raju, 1986:250): 3/2 c 3/2 c a 1,35nF 1 1,35nF C Dengan:
Ca = konsentrasi udara teoritis
rata-rata
n = koefisien kekasaran pelimpah Fc = bilangan Froude di
penampang C
Gambar 2.2. Contoh Kejadian Aerasi Alamiah Pada Bangunan Hidrolik
Sumber: Gulliver dan Rindels (1993:328) D.Hec-Ras 4.1
Hec-Ras 4.1 merupakan program aplikasi untuk memodelkan aliran di sungai, River Analysis System (RAS) yang dikeluarkan oleh U.S. Army Corps of Engineers (USACE). Program Hec-Ras 4.1 sendiri dikembangkan oleh The Hydrologic Engineer Centre (HEC), yang
H Aliran sepenuhnya h U1 Aliran sebagian Letak titik X C Tepi lapisan
merupakan bagian dari oleh U.S. Army Corps of Engineers. Software ini memiliki keampuan penggunaan: per-hitungan jenis aliran steady flow dan unsteady flow satu dimensi, sediment transport, dan analisa kualitas air (water quality).
E.Analisa Kualitas Air Hec-Ras 4.1 Ada tiga menu utama untuk men-jalankan proses analisis kualitas air yaitu: data masukan kualitas air (Water Quality data Window), analisa kualitas air (Running Water Quality), dan hasil kualitas air. Untuk menjalankan analisa kualitas air pada Hec-Ras 4.1 dilakukan dengan tahapan sebagai berikut:
Memasukan Data Kualitas Air (Water Quality Data Entry)
Unsur Pokok Kualitas Air (Water Quality Constituents)
Memasukan Data Kondisi Batas Memasukan Kondisi Awal (Entering
Initial Conditions)
Memasukan Dispersi Koefisien (Entering Dispersion Coefficients) Memasukan Data Meteorologi
(Entering Meteorological Data) Parameter Nutrien (Nutrient
Parameters)
Data Yang Diamati (Entering Observed Data)
Analisis Kualitas Air (Water Quality Analysis)
F. Metode Streeter-phelps
Penerapan model matematika Steeter-Phelps. Mengacu Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No-mor 110 tahun 2003, salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengetahui nilai defisit oksigen serta menggambar-kan pola sebaran konsentrasi oksigen te-rlarut di perairan adalah model Streeter-Phelps.
Bentuk persamaan model Streeter-Phelps dapat dilihat sebagai berikut: (Davis dan Cornwell, 1991).
Dengan:
D = defisit oksigen pada badan air setelah digunakan untuk peng-uraian bahan organik (mg/l) La = konsentrasi BOD pada badan
air (mg/l)
kd = konstanta laju penguraian
ba-han organik oleh mikroorga-nisme (l/hari)
Da = defisit oksigen pada badan air
(mg/l)
kr = konstanta laju reaerasi pada
badan air (l/hari)
x = jarak titik pengamatan terha-dap titik sebelumnya (km) v = kecepatan pengaliran air
(m/hari)
Nilai Kr dapat diperkirakan dengan
metode yang dianjurkan oleh O’Connor dan Dobbins (1958) dalam Davis dan Cornwell (1991).
Dengan V adalah kecepatan rata-rata aliran air di saluran (m/dt) dan R adalah kedalama rata-rata saluran (m). Untuk suhu air yang berbeda digunakan hubungan yang ditemukan oleh Chuchill:
Sedangkan nilai Kd perkiraan dengan metode sebagai berikut:
Dengan H merupakan kedalaman air di dalam saluran (m). Kemudian untuk suhu air yang berbeda digunakan rumus yang ditemukan oleh Churcill dalam Davis dan Cornwell (1991) sebagai berikut:
G.Kesalahan Relatif
Kesalahn relatif adalah suatu tingkat kesalahan pada suatu pengujian yang berulang, dimana hasil pengujian pada tiap nomor pengujian tidak mungkin selalu berada pada garis lurus atau nilai tetap. Pasti ada suatu penyimpangan hasil pengujian atau standar deviasi.
Kesalah-an relatif didapat dari pembagiKesalah-an Kesalah-antara standar deviasi dengan nilai rata-rata. Karena kesalah biasanya dinyatakan dalam persen (%), maka hasil pembagian tersebut dikalikan dengan 100%.
Kesalahan Relatif (KR)
Dengan:
KR = kesalahan relatif
S = simpangan baku (Standard Deviation) untuk sampel
x = nilai rata-rata hitung dalam sampel
H.Uji Nash-Sutcliffe
Nash-Sutcliffe (1970) dalam Yopi Ilhamsyah (2012) menyatakan, kalibrasi dan pengujian model bertujuan agar out-put model hasilnya mendekati dengan ou-tput dari daerah aliran sungai (DAS) yang diuji. Hal ini dilakukan dengan cara membandingkan antara hasil prediksi dengan hasil observasi dengan menggu-nakan kriteria statistik. Metode statistik yang digunakan adalah dengan menghi-tung efisiensi Nash-Sutcliffe (ENS). Per-samaan untuk ENS terdapat pada persamaan berikut:
Dengan:
= koefisien Nash-sutcliffe = nilai simulasi model
(nilai pemodelan) = nilai observasi (nilai
hasil pengukuran)
̅̅̅̅ = rata-rata nilai observasi (nilai hasil pengukuran) n = jumlah data
Hasil simulasi dikatakan baik jika , memuaskan jika , kurang baik jika nilai .. 3. METODOLOGI PENELITIAN A.Deskripsi Daerah Studi
Lokasi penelitian dilaksanakan pada dua kecamatan berbeda di daerah Kabu-paten Malang, yaitu Kecamatan Kepanjen dan Kecamatan Tumpang. Penelitian ini
dilakukan terhadap 5 bangunan pintu air yaitu: Pintu Saluran Sekuder DI Molek, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek, Pintu Saluran Tersier DI Tumpang, dan Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang.
Tabel 3.1. Koordinat Lokasi Penelitian
www.earth.google.com diakses pada tanggal 9 September 2015
B.Lingkup Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk me-ngetahui pengaruh penempatan kadar DO (Dissolved Oxygen) dan parameter kuali-tas air yang lainnya. Sehingga dapat memberikan informasi dan masukan lam perencanaan bangunan hidrolik da-lam hubungan perbaikan kualitas air. C.Data-Data Yang Digunakan Data Kualitas Air
Data kualitas air ini mengenai kan-dungan yang terdapat dalam air dan di-peroleh dari pengambilan sampel serta pengukuran langsung di lapangan. Dan digunakan untuk analisa kualitas air. Data Pengukuran Penampang
Meman-jang dan Melintang
Data penampang memanjang dan melintang digunakan untuk analisa pe-ngaliran dan kualitas air dengan meng-gunakan paket program Hec-Ras 4.1. D.Langkah – Langkah Penyelesaian
Penelitan
Mengelompokkan data primer kualitas air pada bangunan pintu air yang telah ditentukan, parameter kualitas air yang digunakan adalah DO, BOD, NO2,
NO3, dan Suhu.
Melakukan pengukuran penampang saluran dan kedalaman aliran pada bangunan hidrolik yang telah diten-tukan dilapangan.
No Nama Pintu Koordinat Lokasi
8°8'11,10" LS 112°34'33,77" BT 8°8'11,10" LS 112°34'33,77" BT 8°8'11,10" LS 112°34'33,77" BT 8°0'11,99" LS 112°45'23,60" BT 7°59'47,26" LS 112°45'19,65" BT Pintu Saluran Tersier DI Tumpang
4
Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang 5
Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek 1
Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek 2
Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek 3
Mengumpulkan data sekunder kualitas air (Algae, Organic Nitrogen, Organic Phosphorus, Orhophosphate, dan Ammonium Nitrogen) yang digunakan dalan input pemodelan Hec-Ras 4.1. Mencari data klimatologi di dinas
BMKG untuk wilayah Kabupaten Malang.
Data yang telah terkumpul akan di-analisis sesuai dengan input progam Hec-Ras 4.1, yaitu:
a) Data debit dan kualitas air setiap bangunan pintu air untuk acuan da-lam menentukan ketepatan model. b) Data Klimatologi digunakan untuk
mengetahui kondisi iklim di setiap bangunan pintu air yang telah di-tentukan, yang mungkin akan ber-pengaruh pada koefisien reaksi dalam air.
c) Data profil memanjang dan me-lintang banguan pintu air digunakan untuk menentukan segmen yang dikelompokan dalam beberapa reach.
Pengoperasian model kualitas air dengan Hec-Ras 4.1.
a) Entry data: data yang telah ter-kumpul sesuai input data pada Hec-Ras 4.1 (data debit, data cross section, data long section, dan data kualitas air).
b) Running profil aliran dan kualias air dengan progam Hec-Ras 4.1. c) Menganalisis hasil running kualitas
air untuk kadar oksigen terlarut (DO) pada setiap bangunan yang diteliti.
d) Mengitung nilai penyimpangan hasil pemodelan Hec-Ras 4.1 deng-an data pengukurdeng-an di lapdeng-angdeng-an. Melakukan perhitungan analitis kadar
oksigen terlarut (DO) dengan menggu-nakan Metode Streeter-Phelps untuk mendapatkan kadar oksigen terlarut (DO) model berdasarkan perhitungan analitis.
Menghitung besar nilai penyimpangan atau kesalahan relatif (KR) pemodelan Hec-Ras 4.1 dengan data pengukuran
dilapangan dan menghitung kesalahan relatif (KR) kadar oksigen terlarut (DO) model perhitungan analitis Me-tode Streeter-Phelps dengan data pe-ngukuran di lapangan.
Memberikan pembahasan dari hasil perhitungan dan analisa.
Selesai.
Gambar 3.3. Diagram Alir Pengerjaan Penelitian
4. ANALISA DAN PEMBAHASAN A.Hasil Pengukuran Lapangan
Hasil pengukuran kedalaman air, kecepatan aliran, suhu, dan DO dicatat dan kemudian dirata-rata untuk setiap section yang diukur. Pengambilan sampel air untuk menguji BOD, NO2, NO3
dianalisa di laboratorium Air dan Tanah Jurusan Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. Berikut adalah hasil rata-rata DO untuk hulu dan hilir:
Mulai Studi Literatur Bangunan Hidrolik Terpilih Berupa Pintu Air Pengukuran Profil Bangunan dan Hidrolika
Aliran
Pengukuran DO atau Kadar Oksigen Terlarut Dalam Aliran (Dissolved Oxygen) Pengambilan Sampel Air
(BOD, COD, NO2, dan NO3) Data Sekunder input Hec-Ras 4.1.0 untuk kualitas air Data Klimatologi
Input Data ke dalam Hec-Ras 4.1.0
Running Kualitas Air dengan Hec-Ras 4.1.0
Analisis hasil running Kualitas Air dengan Hec-Ras 4.1.0 pada setiap bangunan yang
diteliti
Verifikasi dan perhitungan penyimpangan (KR) hasil running Hec-Ras 4.1.0 dengan data di lapangan
Apakah mendekati hasil pengukuran data
primer di lapangan?
Hasil analisa dan pembahasan YA
Kesimpulan dan saran
Selesai
….. Rumusan masalah 2
….. Rumusan masalah 3
….. Rumusan masalah 4 dan 5 ….. Rumusan masalah 1
TIDAK Survey Saluran Irigasi
Teknis Dan Non Teknis
Perhitungan Analitis DO (Dissolved Oxygen) Metode
Tabel 4.1. Hasil DO pengukuran lapangan
No Nama DO (mg/l)
Hulu Hilir 1 Pintu Bagi Saluran
Sekunder DI Molek 6,272 6,936 2 Pintu Bagi Saluran
Sekunder Kanan DI Molek 6,272 6,727 3 Pintu Bagi Saluran
Sekunder Kiri DI Molek 6,272 7,401 4 Pintu Saluran Tersier DI
Tumpang 8,080 7,370
5 Pintu Sadap Saluran
Sekunder DI Tumpang 9,108 8,483 Sumber: Hasil Perhitungan dan pengukuran
Hasil pengukuran dan pengamatan per section untuk parameter DO (Dis-solved Oxygen) terjadi fluktuasi, ada yang mengalami kenaikan dan penurunan Ber-dasarkan hasil rekapitulasi pengukuran lapangan terjadi kenaikan DO pada Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek, dan Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek. Sedangkan pada lokasi Pintu Saluran Tersier DI Tumpang dan Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang terjadi penurunan DO.
B.Hasil Pemodelan Hec-Ras 4.1.
Pada penelitian ini semua pintu air yang diteliti akan dilakukan running water quality dengan progam Hec-Ras 4.1. untuk mengetahui dan membanding-kan hasil DO (Dissolved Oxygen) antara pengukuran lapangan dengan modeling Hec-Ras 4.1. Selanjutnya dihitung juga kesalahan relatif (KR) dari data hasil pengukuran di lapangan dengan hasil pe-modelan program Hec-Ras 4.1. guna mengetahui berapa besar penyimpangan-nya. Contoh perhitungan kesalahan relatif (KR) pada section 1 Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek DO lapangan 6,559 mg/l dan DO pemodelan Hec-Ras 4.1. sebesar 6,417 mg/l: KR = |( ) | = |( ) | = 2,16%
Secara keseluruhan rata-rata KR pada Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek sebesar 1,215%, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek sebe-sar 2,315%, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek sebesar 1,77%, Pintu Saluran Tersier DI Tumpang sebesar 1,129%, dan Pintu Sadap Saluran Sekun-der DI Tumpang 1,926%.
Tabel 4.2. Hasil DO pemodelan Hec-Ras 4.1.
No Nama DO (mg/l)
Hulu Hilir 1 Pintu Bagi Saluran
Sekunder DI Molek 6.221 6.853 2 Pintu Bagi Saluran
Sekunder Kanan DI Molek 6.221 6.728 3 Pintu Bagi Saluran
Sekunder Kiri DI Molek 6.221 7.354 4 Pintu Saluran Tersier DI
Tumpang 8.043 7.412
5 Pintu Sadap Saluran
Sekunder DI Tumpang 9.226 8.515 Sumber: Hasil Perhitungan dan pengukuran
Seperti halnya dengan pengukuran lapangan hasil pemodelan menggunakan program Hec-Ras 4.1. terjadi fluktuasi DO (Dissolved Oxygen). Hasil rekapitula-si modeling progam Hec-Ras 4.1. terjadi kenaikan DO pada Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek, dan Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek. Sedangkan pada lokasi Pintu Saluran Tersier DI Tumpang dan Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang terjadi pe-nurunan DO.
C.Pemasukan Udara dan Konsentrasi Udara Dalam Aliran
Berdasarkan Gangadharaiah, dkk (1970) dalam Raju (1968) merumuskan besarnya konsentrasi udara dalam aliran akibat adanya faktor kedalaman, kecepat-an, bilangan Froude serta kekasaran saluran mempengaruhi nilai konsentrasi udara pada bangunan pintu air yang diteliti. Nilai konsentrasi udara dalam aliran rata-rata pada Pintu Bagi Saluran
Sekunder DI Molek sebesar 0,00281, Pintu Bagi Salu-ran Sekunder Kanan DI Molek sebesar 0,002214, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek sebesar 0,002489, Pintu Saluran Tersier DI Tumpang sebesar 0,001694, dan pada Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang 0,001617.
D.Perhitungan Analitis Metode Streeter-phelps
Perhitungan analitis menggunakan Metode Streeter-Phelps faktor hidrolika yang mempengaruhi terhadap kadar oksigen terlarut adalah jarak, kedalaman, dan kecepatan pada setiap section. Perhitungan Metode Streeter-Phelps ini digunakan hanya pada hulu pintu air saja. Hasil perhitungan Metode Streeter-Phelps kadar DO menunjukkan adanya fluktuasi dengan penurunan dan pening-katan kadar DO pada setiap section. Contoh perhitungan Metode Streeter-phelps pada Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek section 1:
1. Didapat rata kecepatan dan rata-rata kedalaman di hulu pintu adalah v = 0,62 m/s dan R = 0,618 m. Dihitung nilai ( ) dengan persamaan:
( ) =
= 6,375
Suhu air section 1 sebesar 26,47 °C:
( ) ( ) ( ) = ( )
= 7,432
2. Menghitung nilai ( ) dengan kedalaman pada section 1 adalah 0,62 m:
( ) ( ) = 0,91
( ) ( ) ( ) = ( )
=1,233
3. DO saturasi pada suhu 26,47 °C untuk section 1 pada Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek adalah 8,044 °C.
4. Menghitung Da nilai defisit badan air
dengan cara nilai hasil pengurangan DO saturasi dikurangi DO lapangan:
Da = 8,044 – 6,559
= 1,485 mg/l
5. Menghitung nilai (D) defisit oksigen pada saluran terhadap waktu setelah digunakan untuk penguraian bahan organik atau pencampuran:
( ) ( ) = ( ) ( ) = 1,489
6. Menghitung DO Model dengan cara DO Saturasi dikurangi dengan D: DO Model = 8,044 – 1,489
= 6,556 mg/l
Berikut adalah hasil keseluruhan rata-rata DO di hulu berdasarkan Metode Streeter-phelps:
Tabel 4.3. Keseluruhan rata-rata DO di Hulu Metode Streeter-phelps
No Nama
DO Streeter Phelps (mg/l)
Hulu 1 Pintu Bagi Saluran
Sekunder DI Molek 6.271 2 Pintu Bagi Saluran
Sekunder Kanan DI Molek 6.271 3 Pintu Bagi Saluran
Sekunder Kiri DI Molek 6.271 4 Pintu Saluran Tersier DI
Tumpang 8.077
5 Pintu Sadap Saluran
Sekunder DI Tumpang 9.091 Sumber: Hasil Perhitungan dan pengukuran
Untuk setiap section pintu air dihi-tung kesalahan relatif antara perhitu-ngan pemodelan Metode Streeter-phelps deng-an data pengukurdeng-an lapdeng-angdeng-an pada bagideng-an hulu pintu. Setiap lokasi studi kemudian dihitung rata-rata kesalahan relatif secara keseluruhan, sehingga didapat nilai KR pada Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek sebesar 0,02%, pada Pintu Bagi
Saluran Sekunder Kanan DI Molek sebe-sar 0,02%, pada Pintu Bagi Saluran Se-kunder Kiri DI Molek sebesar 0,02%, pada Pintu Saluran Tersier DI Tumpang
sebesar 0,036%, dan pada Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang 0,195%. Berikut adalah rekapitulasi keseluruhan lokasi penelitian:
Tabel 4.4. Rekapitulasi Keseluruhan Lokasi Penelitian Hasil Lapangan dan Pemodelan
No Lokasi DO Lapangan (mg/l) DO Hec-Ras (mg/l) DO Streeter-Phels (mg/l) Hulu Hilir Hulu Hilir Hulu 1 Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek 6.272 6.936 6.221 6.853 6.271 2 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek 6.272 6.727 6.221 6.728 6.271 3 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek 6.272 7.401 6.221 7.354 6.271 4 Pintu Saluran Tersier DI Tumpang 8.080 7.370 8.043 7.412 8.077 5 Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang 9.108 8.483 9.226 8.515 9.091
Sumber: Hasil Perhitungan
Tabel 4.5. Nilai Kesalahan Relatif (KR) Keseluruhan pada Setiap Lokasi Studi
No Lokasi
Nilai Rerata KR (%) Hulu dan Hilir
Lapangan dengan Hec-Ras
Hulu Lapangan dengan Streeter-Phelps 1 Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek 1.215 0.02 2 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek 2.315 0.02 3 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek 1.77 0.02
4 Pintu Saluran Tersier DI Tumpang 1.129 0.036
5 Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang 1.926 0.195
Nilai KR (%) Keseluruhan Lokasi 1.671 0.0582
Sumber: Hasil Perhitungan E.Uji Nash-Sutcliffe
Pada hasil pemodelan ini dilakukan verifikasi dengan membandingkan antara hasil pemodelan menggunakan Hec-Ras 4.1. dengan nilai hasil pengukuran di lapangan. Maka dari itu akan digunakan Metode Nash-Sutcliffe. Hasil simulasi dikatakan baik jika , memuas-kan jika , kurang baik jika nilai (Nash-Sutcliffe, 1970 dalam Yopi Ilhamsyah, 2012). Berikut adalah contoh perhitungan koefisien Nash-Sutcliffe untuk lokasi penelitian pada Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek: ∑ ( ) ∑ ( ̅̅̅̅)
Jadi nilai koefisien Nash-sutcliffe adalah 99,893 dan hasil persamaan model dikatakan baik.
Tabel 4.6. Uji Nash-sutcliffe pada Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek dan rekapitulasi setiap lokasi studi DO Lapangan DO Pemodelan (mg/l) (mg/l) 1 6.559 6.417 0.02013 0.07710 2 6.274 6.189 0.00730 0.25571 3 6.103 6.127 0.00056 0.32226 4 6.151 6.151 0.00000 0.29558 5 6.761 6.456 0.09329 0.05697 6 6.840 6.801 0.00152 0.01130 7 6.891 6.866 0.00063 0.02935 8 6.937 6.914 0.00051 0.04810 9 6.864 6.901 0.00134 0.04257 10 6.940 6.902 0.00144 0.04298 11 7.320 7.130 0.03610 0.18951 ENS 6.695 99.881 Section 0.162826 1.371437 ( ) ( )
Sumber: Hasil Perhitungan
Berdasarkan hasil rekapitulasi nilai koefisien Nash-Sutcliffe pada setiap lokasi penelitian menunjukkan bahwa hasil Uji Metode Nash-Sutcliffe untuk hasil pemodelan menggunakan Hec-Ras 4.1. dapat dikatakan baik dikarenakan
.
5. KESIMPULAN DAN SARAN A.Kesimpulan
Berdasarkan hasil pembahasan dan analisa yang telah dijelaskan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Dari hasil pengukuran langsung kadar
oksigen terlarut atau DO (Dissolved Oxygen) di lapangan didapat hasil yang fluktuasi dengan kenaikan dan penurunan kadar DO. Secara keseluru-han rata-rata kadar DO pengukuran di lapangan Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek mengala-mi peneningkatan sebesar 10,59%, kadar DO rata-rata Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek mengalami peningkatan sebesar 7,25%, kadar DO rata-rata Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek mengalami peningkatan sebesar 18%, kadar DO Pintu Saluran Tersier DI Tumpang mengalami penurunan sebesar 8,78%, dan kadar DO Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang mengalami penurunan sebesar 6,87%. 2. Dapat dikatakan bahwa progam
Hec-Ras 4.1 juga dapat digunakan untuk menganalisis kualitas air khususnya nilai kadar DO (Dissolved Oxygen) karena hasil running progam Hec-Ras 4.1 cukup mendekati hasil pengukuran lapangan dan juga dapat digunakan untuk memprediksi sebaran DO (Dissolved Oxygen). Secara keseluru-han rata-rata kadar DO pengukuran di lapangan Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek mengalami peneningkatan sebesar 10,16%, kadar DO rata-rata Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan
DI Molek mengalami peningkatan sebesar 8,14%, kadar DO rata-rata Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek mengalami peningkatan sebesar 18,22%, kadar DO Pintu Saluran Tersier DI Tumpang mengalami penurunan sebesar 7,85%, dan kadar DO Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang mengalami penurunan sebesar 7,7%.
3. Nilai perbedaan atau kesalahan relatif (KR) untuk hasil pengukuran lapangan secara langsung dengan hasil analisa Hec-Ras 4.1 tidak terlalu besar. Pada hasil pemodelan ini juga dilakukan verifikasi dengan membandingkan antara hasil pemodelan menggunakan Hec-Ras 4.1. dengan nilai hasil pengu-kuran di lapangan. Maka dari itu digunakan Metode Nash-Sutcliffe, berdasarkan hasil rekapitulasi nilai koefisien Nash-Sutcliffe menunjukan bahwa rata–rata ENS keseluruhan
lokasi penelitian sebesar 99,721% sehingga Uji Nash-Sutcliffe untuk hasil pemodelan Hec-Ras 4.1 dapat dikatakan baik dikarenakan . 4. Untuk kesesuaian pengukuran
lapang-an denglapang-an modeling Hec-Ras 4.1 dlapang-an juga perhitungan analitis Streeter-Phelps dapat dikatakan baik, karena nilai kesalahan relatif (KR) pada setiap metode yang digunakan cukup kecil. Hal ini dapat disimpulkan bahwa pemodelan kadar DO (Dissolved Oxy-gen) menggunakan Hec-Ras 4.1 dan Metode Streeter-Phelps, dapat diguna-kan untuk menganalisa nilai kadar DO (Dissolved Oxygen) pada kelima loka-si penelitian tersebut.
5. Adanya perbedaan perubahan kadar DO (Dissolved Oxygen) yang terjadi pada setiap bangunan pintu air yang diteliti karena setiap pintu air memiliki pola/tren perubahan kualitas air dan profil penampang yang berbeda pula pada hulu pintu maupun hilir pintu. Dan beberapa faktor lain seperti lebar penampang, panjang penampang, ke-dalam muka air, klimatologi, dan
da-1 Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek 99.881 2 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek 99.608 3 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek 99.794 4 Pada Pintu Saluran Tersier DI Tumpang 99.813 5 Pada Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang 99.511
pat mempengaruhi hasil analisa kadar DO (Dissolved Oxygen) baik itu pe-ngukuran lapangan secara langsung maupun mengunakan pemodelan Hec-Ras 4.1 dan analisa dengan mengunak-an Metode Streeter-Phelps.
B.Saran
1. Perlu dilakukan penelitian selanjutnya mengenai perubahan kadar DO (Dissolved Oxygen) akibat adanya ba-ngunan hidrolik selain baba-ngunan pintu air.
2. Untuk mendapatkan hasil pemodelan yang baik dan akurat, hendaknya data-data yang diperlukan dalam pemode-lan harus lengkap dan akurat. Pada program Hec-Ras 4.1 ini data yang dibutuhkan antara lain data hidrolika penampang aliran, data kualitas air, data klimatologi.
3. Untuk penelitian selanjutnya diharap-kan pengukuran sampel seharusnya dilakukan tidak hanya sekali penguku-ran, sebaiknya dilakukan dengan cara time series pada setiap lokasi peneliti-an dpeneliti-an juga ketersedipeneliti-an alat waktu pengukuran pada pengambilan data di lapangan, sehingga hasil pengukuran dan analisa memberikan hasil fluktuasi kadar DO yang lebih akurat.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2010. User’s Manual HEC-RAS 4.1. California: U.S. Army Corps of Engineers.
Chanson, H. (1993-a). Self-aerated Flows on Chutes and Spillways. Journal of Hydraulic Engineering 119, 220-243. Chanson, H. (1993-b). Stepped Spillway Flows and Air Entrainment. Canadian Journal of Civil Engineering Vol. 20, No.3, 422-435. Davis, Mackenzie L and David A.
Cornwell. 1991. Introduction to environmental engineering. USA: Station, Auburn Univercity, Alabama. Fardiaz. 1992. Polusi Air dan Udara.
Yogyakarta: Kanisius.
Gulliver, J. S. & Rindels, A. J. 1993. Measurement of Air-Water Oxygen Transfer at Hydraulic Structures,
Journal of Hydraulic Engineering 119, 327-349.
Ilmansyah, Yopi. 2012. Analisa dampak ENSO terhadap debit aliran DAS Cisangkuy Jawa Barat menggunakan model Rainfall-Runoff. Jurnal Depik, 1(3): 165-174 ISSN 2089-7790. Raju, K.G.R. 1986. Aliran Melalui
Saluran Terbuka, terjemahan Yan Piter Pangaribuan. Jakarta: Erlangga. Salmin, 2005. Oksigen Terlarut (DO) dan
Kebutuhan Oksigen Biologi (BOD) sebagai Salah Satu Indikator untuk Menentukan Kualitas Perairan. Oseana. Vol. XXX, Nomor 3. Hal 21-26.
