TEKNIK SUNGAI
OLEH:
RISWANDY LOLY PASERU
NUR RIZKY
Chapter Three
GEOMORPHOLOGY FLUVIAL
Studi geomorfologi berfokus pada hubungan antara sungai, dataran banjir, jaringan, dan resapan, dan melakukan berbagai pendekatan seperti analisis grafis, penelitian eksperimental transportasi sedimen di saluran air, permodelan proses fisik, perbandingan bentang alam, dan pendekatan statistik untuk memperoleh pemahaman yang lebih besar dari dinamika fisik sistem sungai ( Kondolf dan Pie'gay 2003).
Sebuah hal yang mendasar dalam geomorfologi fluvial adalah bahwa sungai menentukan lokasi dan bentuk saluran mereka melalui interaksi yang kompleks antara hidrologi, geologi, topografi, dan vegetasi (Leopold et al. 1964, Richards 1982).
GEOMORPHOLOGY FLUVIAL
Kegunaan dari konsep ini terletak pada kenyataan bahwa aliran cenderung untuk menanggapi gangguan dengan bergerak ke arah beberapa keadaan setimbang, serta penting untuk mengungkapkan bagaimana saluran sungai dibentuk dan menyarankan cara-cara yang berguna untuk mengklasifikasikan jenis aliran.
Aliran pada saluran cenderung mengikuti pola stabil, dan profilnya cenderung menyesuaikan dengan arus tinggi, transportasi sedimen, dan gerakan saluran, sehingga hubungannya dapat diprediksi meskipun fitur saluran dapat berubah.
3.1 Jaringan Drainase
Air di permukaan tanah bergerak menuju daerah yang rendah, kemudian
menciptakan saluran kecil atau anak sungai yang dari waktu ke waktu menjadi saluran yang abadi secara terus menerus.
Drainase adalah istilah yang umum digunakan ketika membahas jaringan sungai, dan mengacu pada banyaknya aliran dari total area menuju outlet.
Jaringan sungai umumnya meningkat panjang dan lebar, dan mengembangkan bentuk tergantung pada topografi dan permukaan tanah. Rasio lega adalah
perbedaan elevasi dibagi dengan panjang sungai sepanjang sumbu utama, dan dengan demikian berhubungan dengan gradien dan jalur sungai mengambil.
3.2 Aliran pada Saluran
Bentuk saluran dan luas penampang akan berbeda-beda bahkan dalam saluran yang sama. Hal ini karena beberapa lokasi yang lebar dan dangkal, yang lain sempit dan dalam sedangkan debit air yang mengalir harus sama. Sehingga alirannya berbeda.
Pengendapan sedimen sering terjadi di sepanjang tepi bagian dalam akibat berkurangnya kecepatan dan aliran helicoidal dalam tikungan, di mana arus mengalir dari luar menuju bagian dalam tikungan yang menyebabkan
GAMBAR 3.1. Pada Saluran berkelok-kelok, menunjukkan garis kecepatan dan pola aliran yang menghasilkan sedimentasi dan erosi. (Morisawa 1968.).
3.2.1 Geometry Hydraulic
Sungai umumnya bertambah besar pada posisi hilir, karena sungai dan air tanah menambah aliran.
Geometri hidrolik, seperti yang didefinisikan oleh Leopold dan Maddock (1953), menggambarkan hubungan antara karakteristik hidrolik, kedalaman, kecepatan, dan debit. Persamaan daya memberikan cocok baik untuk data empiris.
Di stasiun, peningkatan Q adalah hasil dari acara hujan dan ditampung sebagian besar oleh kenaikan d dan v sampai sungai meluap. Peningkatan Q adalah hasil dari input dari sungai dan air tanah. Lebar, kedalaman, dan kecepatan semua peningkatannya linear dengan debit rata-rata tahunan.
Gambar 3.3 Lebar, kedalaman, dan kecepatan peningkatannya linear dengan debit rata-rata sesuai studi di Sungai Powder dan anak sungai, Wyoming dan Montana. (Leopold 1994.)
3.2.4 Dataran Banjir
Sebuah dataran banjir adalah daerah dekat saluran sungai yang
tergenang pada saat aliran penuh dan dibangun di tepi sungai.
Dataran banjir merupakan sebagai teras banjir, apabila debit air besar
sehingga tidak dapat ditampung oleh sungai maka debit yang lebih besar
tersebut akan tumpah keluar dari saluran ke dataran banjir.
3.3 Angkutan Sedimen
Angkutan sedimen penting untuk diketahui karena dapat mempengaruhi
dinamika saluran, mempengaruhi kualitas habitat yang dialami oleh biota, dan dapat menyebabkan kerusakan.
Terlalu banyak sedimen atau terlalu sedikit, bisa berbahaya bagi biota dan memiliki konsekuensi bagi manusia dan infra struktur.
Sedimen dari sungai dapat juga menyebabkan kerusakan serius pada muara dan karang, sedimen berlebih dalam air minum membutuhkan perawatan filtrasi
mahal, sedangkan suplai sedimen yang tidak cukup dapat menyebabkan delta sungai dan garis pantai pesisir untuk mundur, yang mengakibatkan hilangnya habitat dan perlindungan memadai dari badai.
3.3.1 Materil Dasar
Komposisi material dasar dapat mempengaruhi transportasi. Selain itu
juga dapat mempengaruhi kesesuaian habitat bagi biota.
Hitungan butiran adalah sebuah metode untuk mengukur ukuran butir
dari lapisan permukaan dan memprediksi batas mobilisasi dasar.
Kerikil dalam rentang ukuran tertentu disukai oleh ikan untuk pemijahan
sehingga merupakan ukuran yang paling berguna.
Gambar 3.7 Distribusi ukuran butir yang diperoleh untuk dua lokasi pada Rush Creek, California. (Kondolf et al, 2003)
Gambar 3.8 Hubungan kecepatan arus rata-rata dalam air dengan ukuran butir yang dapat terkikis. (Morisawa,1968)
3.3.3 Beban Sedimen
Beban sedimen adalah jumlah sedimen melewati titik selama beberapa interval waktu. Diperkirakan dengan mengalikan konsentrasi sedimen dengan debit air. Beban terlarut terdiri dari zat terlarut yang berasal dari pelapukan batuan dasar
dan kimia tanah.
Beban wash terdiri dari partikel yang sangat halus termasuk tanah liat dan hingga pasir sangat halus. Ini hanya membutuhkan kecepatan rendah dan turbulensi kecil untuk tetap dalam suspensi.
Aliran air di sungai umumnya adalah turbulen, dan memberikan gaya geser yang menyebabkan partikel bergerak dengan mendorong sedimen.
Sedimen tersuspensi menyebabkan kekeruhan dengan membatasi transmisi
cahaya melalui air akibat hamburan dan penyerapan. Dengan mengukur transmisi cahaya melalui sampel air, kekeruhan meter memberikan pendekatan sederhana dari beban sedimen tersuspensi.
3.3.4 Faktor-faktor yang mempengaruhi konsentrasi beban sedimen
Kapasitas Aliran adalah beban total bahan dasar yang dapat dibawa. Semakin besar kecepatan dan debit, semakin besar jumlah sedimen yang diangkut (Richards
1982).
Konsentrasi sedimen sangat bervariasi tergantung pada faktor-faktor pengaruh kegiatan manusia, pasokan sedimen, debit, kecepatan yang menentukan berapa banyak sedimen dalam transportasi setiap saat.
Konsentrasi sedimen sangat bervariasi sesuai daerah, hasil sedimen dari sungai dihitung sebagai beban berdasarkan daerah tangkapan air.
The Hwang Ho (Sungai Kuning) dari China utara diyakini membawa beban tertinggi dibandingkankan dari sungai manapun, sebanyak 40% pasir, lumpur, dan tanah liat berat, selama debit tinggi (Cressey 1963).
Asia menghasilkan jumlah terbesar dari sedimen fluvial, dimana Indonesia memiliki hasil sedimen tertinggi serta limpasan tertinggi.
Gambar 3.10 Hubungan antara frekuensi jarak dengan besarnya peristiwa debit terhadap transportasi sedimen.
Kurva 1 menggambarkan peningkatan laju transportasi sedimen dengan meningkatnya besarnya debit, dan kurva 2 menggambarkan frekuensi kejadian debit dari besaran tertentu. (Richards, 1982)
3.4 Proses Fluvial Sepanjang Sungai
Sungai mencari keadaan keseimbangan dinamis antara kondisi yang dikenakan lembah lereng, debit, dan suplai sedimen, dan penyesuaian saluran yang dapat mencakup lebar, kedalaman, kecepatan, mencapai kemiringan,
kekasaran, dan ukuran sedimen.
Seiring waktu sejarah, saluran menyesuaikan terhadap perubahan debit dan suplai sedimen akibat aktivitas manusia, perubahan iklim, dan kejadian-kejadian ekstrim.
Semakin hari, kegiatan manusia semakin mengacaukan keseimbangan sungai, sehingga sering memicu serangkaian perubahan yang menimbulkan masalah bagi lingkungan.
3.4.1 Proses fluvial dan morfologi saluran
Transportasi sedimen pada saluran secara langsung berkaitan dengan ukuran butir D50 (juga disebut sebagai kaliber sedimen), tekstur sedimen, vegetasi, dan kendala saluran lain yang memberikan pengaruh tambahan. (Church 2002)
Serangkaian perubahan yang saling terkait dalam debit sungai dan karakter sedimen terjadi secara sistematis sepanjang panjang sungai .
Ukuran butir sedimen yang terbesar berada di hulu, sedangkan material yang lebih kecil diangkut ke hilir.
Dalam siklus erosi dan deposisi bahwa seolah-olah partikel disortir dan diurutkan dengan membawa ukuran terkecil ke posisi yang terjauh, sehingga karakteristik sedimen yang halus berada di hilir.
3.4.2 Dinamika Sungai dalam Jangka Waktu Yang Lama
Perubahan dalam proses geomorfik sungai membantu kita dalam memahami perkembangan konfigurasi saluran, perubahan diakibatkan oleh penyesuaian yang terus terjadi untuk mempertahankan keseimbangan. Sehingga perlu untuk memperhatikan perubahan yang terjadi berdasarkan perspektif sejarah seperti perubahan iklim dan peristiwa tektonik.
Misalnya, Grand Canyon dari Sungai Colorado yang diperkirakan berusia sekitar 5 juta tahun dengan adanya gerakan tektonik membentuk Teluk California.
Banjir akibat es juga memiliki efek besar, fluktuasi iklim sejak 10.000 tahun yang lalu telah mempengaruhi keseimbangan air, pola vegetasi, dan material sedimen. Pengaruh iklim berlanjut ke masa kini sehingga sangat penting untuk
3.4.4 Ringkasan
Geomorfologi fluvial menekankan interaksi antara sungai dan lanskap sekitarnya dalam membentuk saluran sungai dan jaringan drainase. Hal ini mencakup studi tentang hubungan antara saluran, dataran banjir, jaringan, dan tangkapan
menggunakan keragaman pendekatan termasuk penelitian eksperimental transportasi sedimen di saluran air, pemodelan proses fisik, perbandingan
bentang alam, dan pendekatan statistik untuk mendapatkan pemahaman yang lebih besar mengenai dinamika fisik sistem sungai untuk membantu memahami sistem fluvial, kondisi habitat, dan lingkungan yang dialami oleh biota.
Sungai berada dalam kesetimbangan dinamis antara erosi dan pengendapan, dan diatur oleh proses-proses hidrolik seperti lebar saluran, kedalaman,
kecepatan, ukuran butir sedimen, kekasaran dasar saluran, dan tingkat kelikuan dan variabel lain termasuk debit, beban sedimen, dan tingkat elevasi saluran.
Chapter Four
KIMIA AIR
Air sungai bervariasi dalam komposisi kimianya. Banyak faktor yang
mempengaruhi komposisi air sungai, yang menyebabkan variasi kualitas air dari tempat ke tempat . Hujan merupakan salah satu sumber input kimia untuk sungai, dan sungai yang mengalir melalui wilayah batuan yang relatif larut dengan kimia air hujan.
Pelarutan batuan umumnya adalah penentu utama kimia air sungai secara lokal juga dengan geologi dan dengan besarnya input melalui curah hujan, aktivitas gunung berapi, dan polusi .
Bahan-bahan diangkut dalam air sungai dapat dibagi menjadi terlarut dan tidak terlarut, organik dan anorganik, dan mengandung kimia.
4.1 Gas Terlarut
Oksigen, karbon dioksida (CO2), dan nitrogen (N) terjadi sebagai gas-gas terlarut dalam air sungai dalam jumlah yang banyak.
Respirasi dan fotosintesis adalah dua proses biologis penting yang mengubah konsentrasi oksigen dan CO2. Kebutuhan oksigen bisa tinggi di daerah dan musim tertentu.
Perubahan konsentrasi oksigen menyediakan cara untuk memperkirakan fotosintesis dan respirasi ekosistem.
Dampak dari kebutuhan oksigen yang tinggi akibat polusi dapat diperburuk oleh tingginya musim panas, yang mengurangi kelarutan oksigen dalam air.
4.2 Konstituen terlarut utama dari Air Sungai
Total padatan terlarut (TDS) air tawar adalah jumlah konsentrasi ion utama terlarut. Sulfat memiliki banyak sumber, termasuk pelapukan batuan sedimen dan polusi dari
pupuk, limbah, kegiatan pertambangan, terutama pembakaran bahan bakar fosil, dan aktivitas gunung berapi adalah input tambahan.
Kalsium adalah kation paling melimpah di sungai di dunia. Ini berasal hampir
seluruhnya dari pelapukan batuan karbonat sedimen, meskipun polusi dan masukan atmosfer merupakan sumber kecil.
Magnesium juga berasal hampir seluruhnya dari pelapukan batuan, terutama mineral Mg silikat dan dolomit.
Sodium umumnya ditemukan dalam hubungan dengan klorida, yang menunjukkan asal usul yang sama mereka. Pelapukan NaCl menyumbang sebagian besar Na ditemukan dalam air sungai. Namun, masukan air hujan dari garam laut dapat memberikan kontribusi yang signifikan, terutama di dekat pantai.
4.2 Konstituen terlarut utama dari Air Sungai
Bikarbonat (HCO) berasal dari pelapukan mineral karbonat. Namun, sumber
langsung dari mayoritas bikarbonat CO2 terlarut dalam tanah dan air tanah, yang diproduksi oleh bakteri pengurai bahan organik. Bikarbonat adalah anion penting secara biologis. Konsentrasi tinggi tercermin dalam ukuran alkalinitas dan adalah indikasi dari perairan yang subur.
Terlarut P anorganik dan N adalah nutrisi utama tanaman, produksi mikroba, dan siklus cepat antara bentuk anorganik.
Konsentrasi ion hidrogen sangat penting baik secara kimia dan biologis, karena mereka menentukan keasaman air. Hal ini dinyatakan sebagai pH, dan
merupakan skala logaritmik di mana perubahan sepuluh kali lipat dalam aktivitas ion hidrogen sesuai dengan perubahan 1 unit pH. Sebuah pH 7 adalah netral, nilai yang lebih tinggi adalah basa, dan nilai-nilai yang lebih rendah bersifat asam.
Tabel 4.3 Konsentrasi ion utama dalam curah hujan pada daratan dan laut ( mg L-1). ( Berner, 1987 )
4.2.1 Variabilitas dalam Konsentrasi Ion
Sifat kimia air tawar cukup bervariasi, variasi alami ditentukan terutama oleh jenis batu yang tersedia untuk pelapukan, iklim, komposisi air hujan, dan dipengaruhi oleh kedekatan dengan laut. Semua faktor ini memberikan kesempatan bagi variasi lokal substansial dalam kimia sungai.
Konsentrasi ion terlarut bervariasi dipengaruhi oleh cabang-cabang sungai dari hulu dan konsentrasi cenderung meningkat pada di hilir (Livingstone, 1963). Iklim memiliki pengaruh besar atas variasi regional dalam komposisi kimia dari
sungai. Hubungan umum terlihat antara curah hujan dan jumlah konsentrasi zat terlarut. Jumlah ion terlarut konsentrasi tinggi ditemukan di sungai daerah
pengeringan karena volume kecil curah hujan dan limpasan, akumulasi garam dalam tanah, dan pengaruh penguapan (Walling, 1984). Kimia sungai juga
bervariasi dari waktu ke waktu, karena pengaruh dari perubahan musiman, curah hujan, dan aktivitas biologis.
4.2.2 Beban terlarut Sungai
Beban terlarut dari sungai adalah produk dari konsentrasi dan debit, dan biasanya dinyatakan sebagai kilogram per hari atau ton per tahun.
Debit dan konsentrasi ion sering berbanding terbalik, kisaran beban terlarut ion diangkut oleh sungai-sungai utama, dengan nilai tertinggi yang diamati di sungai alpine kecil ( Meybeck 1977 ).
Beban terlarut bervariasi dari waktu ke waktu. Debit lebih besar pada sungai-sungai mempunyai konsentrasi ion yang lebih rendah, dan memiliki konsentrasi ion yang lebih besar pada daerah-daerah limpasan yang lebih tinggi.
4.3 Sistem Buffer Bikarbonat
Air hujan biasanya adalah asam karena kandungan CO2-nya dan juga karena kandungan sulfat. Biasanya, asam ini dinetralkan dengan air hujan melewati tanah.
Asam organik juga berkontribusi terhadap nilai pH rendah. Dimana sisa material tanaman membusuk berlimpah, terutama di rawa-rawa, dan daerah bergambut. Asam ditandai dengan warna ''coklat'' atau'' hitam'' pada perairan, dan pH dalam kisaran 4-5.
Selama beberapa dekade terakhir, kegiatan industri telah memberikan kontribusi terhadap curah hujan asam di banyak daerah.
Gambar 4.4 Sebuah klasifikasi perairan permukaan dunia berdasarkan rasio natrium kalsium dan klorida menjadi bikarbonat, dalam kaitannya dengan total garam terlarut. (Gibbs 1970 dan Payne 1986.)
4.4 Pengaruh Faktor Kimia pada Biodata
`
Konsekuensi biologis akibat variasi ionik dalam air tidak menjadi
sangat signifikan ketika kondisi cukup berkisar dengan rata-rata. Namun,
ketika terjadi pertemuan ekstrem akibat pengaruh perilaku manusia, dan
variasi kimia dari satu tempat ke tempat lain dapat secara signifikan
mempengaruhi distribusi organisme dan produktivitas biologis.
4.4.1
Variasi Konsentrasi Ion
Organisme sungai membutuhkan air dari beberapa konsentrasi ion minimal. Berdasarkan hasil studi yang mengaitkan kandungan ion air untuk biota sungai,
seringkali studi tersebut menetapkan bahwa aliran air dari konsentrasi ion yang sangat rendah memiliki flora dan fauna yang terbatas, baik dalam kelimpahan dan kekayaan spesies. Studi dilaporkan dalam bentuk kesadahan air, alkalinitas, konduktivitas, atau pengukuran ion tertentu. (Hynes, 1970)
Menurut Russell - Hunter et al ( 1967 ), sekitar 5 % dari spesies molluscan suatu daerah berada di perairan dengan konsentrasi yang sangat rendah ( < 3 mg L 1 kalsium ). Pada perairan dengan konsentrasi rendah ( < 10 mg L 1 ) akan
mendukung mungkin 40 % dari spesies suatu daerah , pada perairan dengan konsentrasi menengah ( 10 - 25 mg L 1 ) akan mendukung hingga 55 % , dan air dengan konsentrasi keras ( > 25 mg L 1 ) adalah akan menimbulkan semua
4.4.2 Salinisasi
Salinisasi menggambarkan situasi di mana jumlah ion terlarut, kondisi garam tinggi, hal ini sering kali karena aktivitas manusia. Kita sering prihatin dengan perubahan konsentrasi dari latar belakang yang relatif rendah.
Menggunakan rata-rata standar dunia 120 mg/L untuk referensi, apabila lebih tinggi dari standar berarti terindikasi tercemar akibat polusi. TDS> 250 mg/L menunjukkan salinitas tinggi, dan salinitas> 250-500 mg/L menunjukkan bahwa air tidak bisa digunakan untuk air minum, dan memiliki efek merugikan pada tanaman, dan tidak boleh digunakan pada industri (Jackson dan Jobb'agy 2005, Williams 2001).
Salinisasi juga menjadi masalah irigasi di daerah kering dan semi kering karena konsentrasi garam dapat meningkat melalui penguapan.
4.4.3 Pengaruh keasaman pada ekosistem sungai
Air segar dapat menjadi asam karena pembusukan bahan organik.
Asam anorganik terbentuk dari oksida sulfat dan nitrat dirilis pada pembakaran bahan bakar fosil, atau dari asam akibat pertambangan dan industrialisasi.
Efek buruk dari pengaruh keasaman, terutama dalam hal jumlah penurunan spesies dan ekosistem yang berubah.
Selain masalah keasaman, kandungan logam berat juga dapat merugikan biota sungai yaitu seperti peningkatan mortalitas atau kegagalan telur (Willoughby dan Mappin 1988).
Gambar 4.7 Konsentrasi rata-rata tahunan dari klorida yang meningkat (Garis putus -putus mewakili ambang untuk kerusakan pada beberapa tanaman darat dan toksisitas kronis pada organisme akuatik sensitif. (Direproduksi dari Kaushal et al. 2005)
Gambar 4.8 Pengaruh pH pada jumlah spesies yang terjadi di sungai Ashdown Forest, Inggris selatan. (a) Microarthropods: terutama tungau (Hydrachnellae), copepoda
(Harpacticoida dan Cyclopoida), dan Cladocera. (b) Macroarthropods: serangga terutama air. ( Rundle dan Ormerod 1991 dan Townsend et al. 1983.)
4.5 Ringkasan
Banyak faktor yang mempengaruhi komposisi air sungai, dan sebagai akibatnya itu sangat bervariasi dalam komposisi kimianya.
Variasi dari komposisi air sungai dari satu tempat ke tempat yang lain ditentukan oleh jenis batuan yang tersedia untuk pelapukan, jumlah dan komposisi curah hujan, dan pengaruh kedekatan dengan laut.
Area curah hujan tinggi yang tinggi dan limpasan air permukaan biasanya
memiliki keasaman dan konsentrasi yang rendah, dibandingkan dengan daerah kering dimana penguapan besar dan pengenceran kurang dan input curah hujan yang kurang.
