A-345
PERMODELAN ALIRAN SEDIMENT DI MUARA KALI PORONG
Agung Slamet Riyadi1, Bambang Sarwono2, Sudiwaluyo2 1
Mahasiswa Pascasarjana Teknik Sipil Jurusan Hidroinformatik FTSP-ITS Jln. Kejawan Gebang Gg. 4 No. 8 Surabaya
agungslametriyadi@gmail.com 2
Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS
ABSTRAK
Kali Porong yang berfungsi sebagai saluran pengelak banjir, mengalirkan sebagian debit dari Sungai Brantas membawa angkutan sediment yang akan berpengaruh terhadap proses sedimentasi terutama di Muara Kali Porong. Selain karena terhambatnya aliran sungai yang mengalir ke Muara Kali Porong, penyebab lain terjadinya proses sedimentasi di Muara Kali Porong adalah proses pasang surut air laut. Dinamika arus dan gelombang serta geometri daerah muara sungai ini yang sering kali menimbulkan proses sedimentasi yang lebih cepat dan besar.Pada akhir bulan Mei 2006 terjadi semburan lumpur panas di lokasi pengeboran PT Lapindo Brantas di Desa Renokenongo, Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo. Semburan lumpur panas ini dibuang ke Kali Porong, yang secara langsung menambah jumlah sediment yang mengalir di Kali Porong yang dapat mempengaruhi morfologi Muara Kali Porong. Untuk itu diperlukan suatu penelitian tentang permodelan aliran sediment di Muara Kali Porong yang dapat digunakan untuk mengetahui pola aliran sediment di Muara Kali Porong. Permodelan aliran sediment di Muara Kali Porong pada penelitian ini menggunakan program bantu SMS (Surface water Modeling System). Dari hasil kalibrasi di tiga titik pengukuran pada cross KP 250, didapatkan lima model aliran ditribusi kecepatan dan tinggi muka air dengan nilai Koefisien Manning antara 0.03 sampai 0.06 dan nilai Viskositas Eddy antara 3000 sampai 4000 Pa detik. Sedangkan untuk jumlah konsentrasi sedimen yang terjadi, pada titik pengukuran (KP 250) terjadi proses sedimentasi antara 1.2702 sampai 1.2767.
Kata kunci : permodelan sediment, Muara Kali Porong, SMS.
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sungai Brantas merupakan salah satu sungai di Pulau Jawa dengan panjang 320 km dan luas catchment 12000 km2. Di bagian hilir Sungai Brantas tepatnya di Dam Mlirip Kabupaten Mojokerto, Sungai Brantas terpecah menjadi dua cabang, yaitu : Kali Surabaya dan Kali Porong. Kali Surabaya mempunyai panjang 55 km mengalir melalui Kota Surabaya dan bermuara ke Selat Madura. Kali Surabaya berfungsi sebagai sumber penyedia air industri dan air minum kota Surabaya. Kali Porong mempunyai panjang 51 km, berhulu di Kota Mojokerto, bagian hilirnya merupakan perbatasan Kota Sidoarjo dan Kabupaten Pasuruan, mengalir ke arah timur dan bermuara di Selat Madura. Kali Porong berfungsi sebagai saluran pengelak banjir. Debit yang mengalir ke Kali Surabaya dan Kali Porong diatur oleh Dam Lengkong Baru.
Kali Porong yang mengalirkan sebagian debit dari Sungai Brantas membawa angkutan sediment yang akan berpengaruh terhadap proses sedimentasi terutama di Muara Kali Porong dan mengakibatkan terhambatnya aliran sungai serta majunya posisi muara sungai.
Selain karena terhambatnya aliran sungai yang mengalir ke Muara Kali Porong, penyebab lain terjadinya proses sedimentasi di Muara Kali Porong adalah proses pasang surut air laut serta perbedaan densitas air laut dan air sungai. Dinamika arus dan gelombang serta geometri daerah muara sungai ini yang sering kali menimbulkan proses sedimentasi yang lebih cepat dan besar.
Pada akhir bulan Mei 2006 terjadi semburan lumpur panas di lokasi pengeboran PT Lapindo Brantas di Desa Renokenongo, Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo. Semburan lumpur panas ini menyebabkan tergenangnya beberapa kawasan di sekitar Kecamatan Porong.
Solusi dari masalah semburan lumpur panas ini adalah dibuangnya lumpur panas tersebut ke Kali Porong, yang secara langsung menambah jumlah sediment yang mengalir
di Kali Porong yang dapat mempengaruhi morfologi Muara Kali Porong.
Untuk itu diperlukan suatu penelitian mengenai permodelan aliran sedimen di Muara Kali Porong. Permodelan aliran sedimen yang akan dibuat menggunakan program bantu SMS (Surface water Modeling System).
1.2. Permasalahan
Permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui parameter-parameter permodelan yang dominan terhadap pola aliran sediment di Muara Kali Porong. Secara detail permasalahan yang akan dibahas meliputi :
1. Bagaimana karakteristik fisik sediment yang mengalir ke Muara Kali Porong.
2. Bagaimana bentuk permodelan aliran sedimen di Muara Kali Porong.
3. Parameter-parameter model apa saja yang berpengaruh terhadap pola aliran sedimen di Muara Kali Porong, sehingga mempengaruhi kondisi morfologi Muara Kali Porong.
1.3. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah mendapatkan suatu permodelan aliran sediment di Muara Kali Porong dengan parameter-parameter permodelan yang cukup signifikan. Secara detail tujuan yang akan dicapai dijabarkan sebagai berikut :
1. Mengetahui karakteristik fisik sediment yang mengalir ke Muara Kali Porong.
2. Mengetahui bentuk permodelan aliran sediment di Muara Kali Porong.
3. Mengetahui parameter-parameter dalam program Surface Water Modeling System yang mempunyai pengaruh
A-346
secara signifikan terhadap pola aliran sedimen di Muara Kali Porong.
1.4. Manfaat
Manfaat yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah : 1. Permodelan hasil penelitian akan menghasilkan
informasi atau gambaran mengenai pola penyebaran sedimen yang dapat digunakan untuk memprediksi pola aliran sedimen di Muara Kali Porong.
2. Diharapkan dari permodelan pola penyebaran sedimen di Muara Kali Porong didapatkan informasi yang bisa digunakan untuk referensi pembangunan fasilitas di Muara Kali Porong
3. Sebagai acuan untuk permodelan di daerah lain yang mempunyai karakteristik sama.
1.5. Batasan Masalah
Dalam pengerjaan penelitian ini terdapat beberapa batasan masalah, antara lain :
1. Daerah studi dibatasi pada Muara Kali Porong pada cross section KP 247 sampai KP 255.
2. Data-data yang digunakan sebagai input permodelan merupakan data primer hasil pengukuran lapangan. 3. Sedimen yang diperhitungkan berasal dari angkutan
aliran sungai. Sedimen yang berasal dari sumber lain dianggap kecil (diabaikan).
4. Program bantu yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah Surface Water Modeling System (SMS).
1.6. Lokasi Studi
Lokasi penelitian adalah Muara Kali Porong. Karena keterbatasan data dan software yang akan digunakan, maka lokasi penelitian dibatasi antara cross section KP 247 (batas hulu) sampai cross section KP 255 (batas hilir). Untuk lebih jelasnya peta lokasi dapat dilihat dalam gambar 1.1 berikut :
Gambar 1.1 : Lokasi penelitian permodelan sedimen di Muara Kali Porong
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kajian Pustaka
Berbagai penelitian tentang sedimen telah menunjukkan akibat dari proses sedimentasi yang berkelanjutan. Proses sedimentasi bisa menyebabkan pendangkalan sungai yang dapat mengakibatkan kapasitas saluran bisa berkurang, dapat juga menyebabkan timbulnya endapan di daerah muara sehingga bertambah panjangnya daratan ke laut. Oleh karena itu berbagai cara sudah ditempuh untuk menanggulangi proses sedimentasi di sungai dan daerah
muara antara lain dengan pengerukan saluran dan dibangunnya fasilitas-fasilitas pengendali sedimen. Di Kali Porong, yang berfungsi sebagai saluran pengelak banjir, alirannya membawa sedimen yang akan berpengaruh terhadap perubahan morfologi Kali Porong tersebut.
Pribowo (2001), dalam tesisnya telah melakukan penelitian tentang proses sedimentasi di Muara Kali Porong dengan menggunakan model matematis Duflow. Duflow merupakan model matematis satu dimensi yang berarti bahwa model matematis tersebut hanya mampu memodelkan perubahan objek, baik tinggi muka air maupun sedimen, satu arah secara vertikal.
Dalam penelitian ini akan dilakukan penelitian mengenai model sedimentasi di Muara Kali Porong dengan menggunakan program bantu SMS (Surface water Modeling System). Model matematis ini merupakan model matematis dua dimensi yang dapat memperlihatkan proses perubahan objek pada dua arah, yaitu perubahan arah x (melintang) dan arah y (memanjang) dalam koordinat kartesius secara horizontal.
2.2. Debit
Debit aliran sungai, diberi notasi Q, adalah jumlah air yang mengalir melalui penampang melintang sungai tiap satu satuan waktu, yang biasanya dinyatakan dalam meter kubik per detik (Triatmodjo, 2008). Debit di suatu lokasi di sungai dapat diperkirakan dengan cara berikut :
1. Pengukuran di lapangan (di lokasi yang ditetapkan) 2. Berdasarkan data debit dari stasiun di dekatnya 3. Berdasarkan data hujan
4. Berdasarkan pembangkitan data debit 2.3. Teori Pengukuran Debit
Debit aliran diperoleh dengan mengalikan luas penampang aliran dan kecepatan aliran. Kedua parameter tersebut dapat diukur pada suatu penampang melintang di sungai. Luas penampang aliran diperoleh dengan mengukur elevasi permukaan air dan dasar sungai. Kecepatan aliran diukur dengan menggunakan alat ukur kecepatan seperti current meter, pelampung, atau peralatan lain.
Gambar 2.1 : Distribusi kecepatan di penampang melintang sungai
Mengingat bahwa sungai mempunyai bentuk penampang melintang yang tidak teratur dan kecepatan aliran juga tidak seragam pada seluruh penampang, maka pengukuran debit sungai dilakukan dengan membagi penampang sungai menjadi sejumlah pias. Di setiap pias diukur luas
A-347 penampang dan kecepatan reratanya. Debit aliran diberikan
oleh bentuk berikut :
………...………….. (2.1) dimana :
a = luasan dari setiap pias v = kecepatan rerata di setiap pias 2.4. Pengukuran elevasi muka air
Elevasi muka air di stasiun pengukuran merupakan parameter penting dalam hidrometri. Elevasi tersebut diukur terhadap datum (elevasi referensi) yang bisa berupa elevasi muka air laut rerata atau datum local (bench mark). Alat pencatat elevasi muka air dapat berupa papan duga dengan meteran (staff gauge) atau alat pengukur elevasi muka air secara otomatis (AWLR, Automatic Water Level Recorder).
Gambar 2.2 : Pengukur elevasi muka air secara otomatis 2.5. Pengukuran kecepatan aliran
Pengukuran kecepatan air dapat dilakukan secara langsung dengan menggunakan current meter. Pengukuran kecepatan arus dengan current meter adalah yang paling banyak dilakukan. Ada dua tipe alat ukur yaitu tipe mangkok (Price-cup Current Meter) dan baling-baling (Propeller Current Meter).
Gambar 2.3 : Bentuk current meter tipe mangkok dan baling-baling
Pengukuran dilakukan di beberapa titik pada vertikal, yang selanjutnya dievaluasi untuk mendapatkan kecepatan rerata. Untuk menyingkat waktu dan menghemat biaya, pengukuran dapat dilakukan hanya di beberapa titik pada vertikal, yaitu pada 0,6 d; 0,2 d; dan 0,8 d; dengan d adalah kedalaman aliran.
Gambar 2.4. Pengukuran kecepatan pada vertical
2.6. Surface water Modelling System (SMS)
Surface water Modeling System (SMS) merupakan program yang dirancang untuk dapat menyelesaikan secara terpadu terhadap persamaan-persamaan aliran dinamik dan transportasi sedimen dua dimensi horizontal. Untuk penyelesaian masalah transportasi sedimen maka analisisnya melibatkan dua buah sub program yaitu RMA 2 dan SED2D-WES. RMA 2 merupakan sub program untuk penyelesaian persamaan dinamik aliran dua dimensi dan SED2D-WES untuk penyelesaian persamaan transportasi sedimen.
2.7. Persamaan Dasar
RMA2 melakukan analisa pola arus dan kecepatannya secara dua dimensi, yang menggunakan persamaan-persamaan berikut:
…..……... (2.2) dimana:
h = Kedalaman air
u,v = Kecepatan pada koordinat kartesius x,y,t = Koordinat kartesius dan waktu 2.8. Gaya Gesek Dan Kekuatan Aliran Dasar
Kekasaran dasar adalah salah satu masalah utama yang diperiksa oleh RMA2. Tegangan dasar geser dirumuskan :
……….…...… (2.3) dimana : = Tegangan geser = Densitas fluida g = Kecepatan gravitasi R = Radius hidrolik S = Kemiringan (slope)
Tegangan geser dihitung oleh Persamaan Manning jika masukan nilai kekasaran < 3.0, jika berlebih maka dipakai Persamaan Chezy. Umumnya, dipilih Koefisien Manning (n) dan nilai kekasaran ini dapat ditambahkan dalam global mesh sebagai tipe material, atau tingkat element. Dari referensi US Army Corps of Engineers publication EM 1110-2-1601 “Hydraulic Design of Flood Control Channels”, Appendix J: “Methods for Predicting n-values for the Manning Equation”, harga Koefisien Manning dikelompokkan seperti pada Tabel 2.1 berikut :
Tabel 2.1 Nilai Koefisien Manning menurut US Army 0.015 – 0.020 Permukaan halus tanpa vegetasi 0.020 – 0.025 Saluran dengan dasar pasir
0.034 (d50)
1/6
Saluran rip-rap (d50 = 50 % ukuran
partikel campuran lebih halus dari ukuran partikel)
0.075 – 0.150 Vegetasi permukaan yang rapat (US Army Corps of Engineers publication)
A-348
Persamaan Manning untuk aliran uniform adalah :
………...………… (2.4)
dimana: v = Kecepatan n = Nilai Manning 2.9. Turbulensi
Persamaan yang digunakan untuk menghitung bersarnya turbulensi adalah sebagai berikut :
………..…..…… (2.5) dimana:
= Molecular Viscosity
u’,v’ = Turbulensi yang terjadi seketika dalam kecepatan seketika
2.10.Analisa Sedimen
Analisa sedimentasi diperlukan untuk mengetahui tingkat sedimentasi pada suatu pantai, sehingga bisa diketahui tingkat keamanan sebuah struktur yang dibangun dari adanya sedimentasi. Analisa sedimentasi dilakukan dengan SED2D-WES. Adapun output yang dihasilkan adalah konsentrasi sedimen, perubahan dasar, tegangan geser dasar laut, dan kedalaman yang disajikan secara numerik dan animasi.
Persamaan-persamaan dasar yang dipakai adalah sebagai berikut : 1. Persamaan Convection-Diffusion ……….…... (2.6) dimana: C = Konsentrasi, kg/m3 t = Waktu
u = Kecepatan aliran pada arah x, m/det x = Arah aliran utama, m
v = Kecepatan aliran pada arah y, m/detik y = Arah tegak lurus terhadap x, m Dx = Koefisien difusi efektif pada arah x, m
2 /detik Dy = Koefisien difusi efektif pada arah y, m2/detik
1
= Koefisien untuk bentuk dasar, 1/detik 2
= Konsentrasi equilibrium dari bagian bentuk dasar kg/m3/detik2. Tegangan Geser Dasar
Beberapa persamaan bisa dipilih untuk menghitung tegangan dasar geser yaitu :
………...………..…… (2.7) dimana :
= Water density u* = Shear velocity2.11. Uji Kesesuaian Program SMS
Pengukuran tingkat kesesuaian model dilakukan dengan menggunakan indikator Root Mean Square Error (RMSE). RMSE direpresentasikan sebagai rata-rata kuadrat simpangan (selisih) antara nilai prediksi dengan nilai target. Nilai RMSE semakin kecil menunjukkan bahwa rata-rata nilai peramalan yang dihasilkan sangat dekat dengan nilai yang sebenarnya. …….………..………. (2.8) dimana : i = nomor node N = jumlah node xi = data target = data prediksi 3. METODOLOGI 3.1. Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian ini dilakukan di Muara Kali Porong. Penelitian ini meneliti tentang pergerakan sediment. Sediment yang akan dibuat pemodelan berasal dari angkutan aliran sungai, sedimen yang berasal dari sumber lain dianggap kecil (diabaikan). Permodelan sediment di muara Kali Porong menggunakan program bantu model aliran tidak tetap (unsteady flow) dua dimensi dari SMS (Surface water Modeling System).
3.2. Pengumpulan Data
Data-data yang diperlukan sebagai inputan untuk memodelkan aliran lumpur di Muara Kali Porong pada software SMS adalah data-data primer dan sekunder. Data-data primer berupa Data-data sedimen yang terdapat pada aliran sungai, data debit, data tinggi muka air dan data kecepatan aliran sungai. Data kecepatan aliran sungai diukur dengan menggunakan Current Meter, sedangkan untuk data tinggi muka air diukur dengan menggunakan bak ukur. Pengukuran dilakukan di batas hulu dan batas hilir penggal yang akan diteliti.
Sedangkan untuk data sekunder berupa data cross dan peta situasi Muara Kali Porong. Data cross section Muara kali Porong merupakan data cross section hasil pengukuran tahun 2007, didapat dari PT Virama Karya Cabang Surabaya.
3.3. Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang akan dilakukan dalam pemodelan aliran sedimen di Muara Kali Porong ini adalah :
1. Identifikasi Masalah
Mengetahui dan mengidentifikasi permasalahan yang ada dalam penelitian ini, kemudian menuangkan secara tertulis di dalam pendahuluan yang mencakup latar belakang, permasalahan, tujuan, batasan masalah, metodologi dan lokasi studi.
2. Studi Literatur
Studi literatur dimaksudkan untuk mendapatkan referensi dan memperoleh informasi yang lebih detail tentang teori-teori yang diperlukan dan terkait dalam menganalisa permasalahan yang menjadi pokok bahasan dalam penelitian ini. Literatur dapat juga berasal dari buku-buku, laporan studi, laporan perencanaan, makalah penelitian, dan lain-lain.
3. Pengumpulan Data dan Survey Lapangan
Pengumpulan data dan survey lapangan dilakukan untuk mengetahui kondisi fisik Muara Kali Porong secara langsung dan untuk mendapatkan data primer yang diperlukan apabila data sekunder kurang memenuhi syarat. 4. Analisa Data
Analisa data diperlukan untuk mengetahui apakah data tersebut dapat digunakan sebagai data penelitian atau tidak. Apabila data tidak dapat digunakan maka diperlukan survey lapangan untuk mendapatkan data primer yang dibutuhkan.
A-349 5. Running Program
Setelah data-data yang diperlukan memenuhi syarat, kemudian variable-variabel data tersebut dimasukkan kedalam program SMS untuk simulasi model. Langkah selanjutnya model dikaji dalam berbagai kondisi hidrolis seperti yang diinginkan seperti kondisi pasang-surut, berbagai debit periode ulang, dsb.
6. Analisa Model
Kalibrasi model bertujuan untuk mendapatkan faktor tahanan aliran dengan cara trial dan error sedemikian hingga didapat suatu model yang mendekati hasil dari pengukuran di lapangan atau sesuai dengan kondisi di alam, sehingga model dapat dipakai untuk menganalisa berbagai fenomena perubahan variable dan dapat digunakan untuk peramalan.
7. Kesimpulan
Merupakan kesimpulan dan saran mengenai output pemodelan sedimen yang telah dibuat.
3.4. Flow Chart Penelitian
Bagan alir dari penelitian tentang pemodelan aliran sedimen di Muara Kali Porong dapat dilihat pada gambar 3.1 berikut : START Data Tinggi Muka Air Data Kecepatan Data Sedimen Data Debit
Analisa RMA2 dengan Program SMS Kalibrasi Kecepatan Parameter Analisa RMA2 NO YES
Analisa SED2WES dengan Program SMS
Output : Model Sedimen
FINISH
Gambar 3.1 : Bagan alir pemodelan aliran sedimen di Muara Kali Porong
3.5. Skematisasi Model
Skematisasi tentang pemodelan aliran sedimen di Muara Kali Porong dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut :
Gambar 3.2 : Skematisasi pemodelan aliran sedimen di Muara Kali Porong
4. DATA DAN HASIL ANALISA 4.1. Analisa Data Tinggi Muka Air
Untuk penentuan kondisi batas pada model dilakukan pengukuran di lapangan. Pengukuran dilakukan di daerah hulu muara (KP 250) sedangkan di daerah hilir (KP 255). Pengukuran yang dilakukan meliputi pengukuran kecepatan dan pengukuran tinggi muka air.
Tabel 4.1 Tabel hasil pengukuran tinggi muka air di KP 250
Jam Sec 1 Sec 2 Sec 3
8:00 5.70 4.31 3.40 8:30 5.80 4.41 3.50 9:00 5.80 4.41 3.50 9:30 5.90 4.51 3.60 10:00 6.00 4.61 3.70 10:30 6.00 4.61 3.70 11:00 6.20 4.81 3.90 11:30 6.10 4.71 3.80 12:00 6.00 4.61 3.70 12:30 6.00 4.61 3.70 13:00 5.80 4.41 3.50 13:30 5.70 4.31 3.40 14:00 5.70 4.31 3.40 14:30 5.60 4.21 3.30 15:00 5.40 4.01 3.10 15:30 5.30 3.91 3.00 16:00 5.30 3.91 3.00 16:30 5.00 3.61 2.70 17:00 4.90 3.51 2.60 17:30 4.90 3.51 2.60 18:00 4.80 3.41 2.50
A-350
Gambar 4.1 : Grafik hasil pengukuran tinggi muka air di KP 250
Sedangkan hasil pengukuran tinggi muka air pada KP 255 digunakan sebagai inputan (batas hilir) pada permodelan. Pengukuran dilakukan di tengah cross section. Tabel 4.2 berikut adalah tabel hasil pengukuran tinggi muka air di KP 255 dalam meter :
Tabel 4.2 Tabel hasil pengukuran tinggi muka air di KP 255
Jam Tinggi Muka Air Jam Tinggi Muka Air
8:00 2.58 13:30 2.64 8:30 2.71 14:00 2.55 9:00 2.88 14:30 2.41 9:30 2.90 15:00 2.30 10:00 3.00 15:30 2.22 10:30 3.04 16:00 2.04 11:00 3.10 16:30 1.75 11:30 3.00 17:00 1.64 12:00 3.00 17:30 1.58 12:30 2.96 18:00 1.44 13:00 2.82
Gambar 4.2 : Grafik hasil pengukuran tinggi muka air di KP 255
4.2. Analisa Data Kecepatan
Pengukuran kecepatan dilakukan pada cross section KP 250 di tiga section pada tiga kedalaman, yaitu kedalaman 0.2 h, 0.6 h dan 0.8 h. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan Current Meter. Hasil pengukuran digunakan untuk menghitung besarnya debit yang mengalir. Tabel 4.3
berikut adalah tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP 250 dalam satuan centimeter per detik :
Tabel 4.3 Tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP 250
Jam
Kecepatan (m/dtk)
Section 1 Section 2 Section 3
0.2h 0.6h 0.8h 0.2h 0.6h 0.8h 0.2h 0.6h 0.8h 8:00 60 60 40 60 50 40 60 50 40 8:30 60 60 50 70 60 60 60 60 60 9:00 60 40 30 60 50 50 70 70 60 9:30 60 50 40 70 60 60 60 50 50 10:00 50 50 30 70 50 50 70 60 60 10:30 60 50 50 60 50 60 70 50 40 11:00 40 40 40 70 60 60 60 50 50 11:30 60 50 40 60 60 60 70 70 40 12:00 50 50 40 70 50 50 70 60 50 12:30 60 60 60 70 60 60 70 70 60 13:00 50 50 30 70 60 50 70 70 60 13:30 50 40 30 60 50 40 60 60 80 14:00 50 50 40 50 50 50 50 60 50 14:30 50 50 60 70 50 50 50 50 40 15:00 50 50 50 50 60 60 50 50 50 15:30 70 50 50 70 60 60 60 50 50 16:00 70 50 50 60 60 50 60 60 60 16:30 70 50 40 60 60 50 70 70 60 17:00 60 50 50 70 60 60 50 50 50 17:30 60 50 40 70 70 60 70 50 50 18:00 50 40 40 60 60 60 50 50 40
Hasil pengukuran kecepatan menggunakan Current Meter perlu dilakukan kalibrasi alat sebesar 0.8. Setelah itu dilakukan perhitungan kecepatan rerata masing-masing section dengan menggunakan Metode Tiga Titik.
Tabel 4.4 Tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP 250 Jam
Kecepatan (m/dtk)
Jam
Kecepatan (m/dtk) Sec 1 Sec 2 Sec 3 Sec 1 Sec 2 Sec 3 8:00 0.43 0.40 0.40 13:30 0.32 0.40 0.53 8:30 0.45 0.51 0.48 14:00 0.37 0.40 0.43 9:00 0.35 0.43 0.53 14:30 0.43 0.45 0.37 9:30 0.40 0.51 0.43 15:00 0.40 0.45 0.40 10:00 0.35 0.45 0.51 15:30 0.45 0.51 0.43 10:30 0.43 0.45 0.43 16:00 0.45 0.45 0.48 11:00 0.32 0.51 0.43 16:30 0.43 0.45 0.53 11:30 0.40 0.48 0.48 17:00 0.43 0.51 0.40 12:00 0.37 0.45 0.48 17:30 0.40 0.53 0.45 12:30 0.48 0.51 0.53 18:00 0.35 0.48 0.37 13:00 0.35 0.48 0.53 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 7:12 12:00 16:48 21:36 Ti ng gi M uka A ir (m ) Jam
Tinggi Muka Air KP 250
Tinggi Muka Air Section 1 Tinggi Muka Air Section 2 Tinggi Muka Air Section 3 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 7:12 12:00 16:48 21:36 Ti ng gi M uka A ir (m ) Jam
Tinggi Muka Air KP 255
Tinggi Muka Air Section 2
A-351 Gambar 4.3 : Grafik hasil pengukuran kecepatan di KP 250
4.3. Analisa Data Debit
Perhitungan debit diperoleh dari hasil perhitungan antara tinggi muka air dan kecepatan di KP 250. Debit hasil perhitungan pada KP 250 digunakan sebagai inputan batas hulu permodelan yaitu di KP 247. Hal ini dilakukan dengan anggapan bahwa aliran debit antara KP 247 sampai KP 250 tidak dipenggaruhi oleh debit masukan atau debit keluaran sepanjang aliran antara KP 247 sampai KP 250. Tabel berikut adalah hasil perhitungan debit pada KP 250 dalam meter kubik per detik :
Tabel 4.5 Tabel hasil perhitungan debit pada KP 250
Jam Debit (m
3 /dtk)
Total Debit Section 1 Section 2 Section 3
8:00 148.327 99.736 87.3801 335.443 8:30 161.142 129.143 107.789 398.074 9:00 123.226 108.752 119.765 351.744 9:30 145.312 131.954 98.419 375.685 10:00 128.648 120.579 119.968 369.195 10:30 158.336 120.579 101.026 379.941 11:00 123.757 140.386 106.239 370.382 11:30 151.568 130.334 116.587 398.489 12:00 138.544 120.579 113.654 372.777 12:30 178.128 134.764 126.282 439.175 13:00 123.226 122.346 119.765 365.338 13:30 111.245 99.736 116.507 327.488 14:00 129.786 99.736 93.2055 322.727 14:30 144.99 110.519 79.2739 334.783 15:00 129.672 105.49 80.0486 315.21 15:30 143.417 115.089 82.7784 341.285 16:00 143.417 102.975 93.1257 339.517 16:30 124.971 95.4301 93.6976 314.099 17:00 121.635 103.846 67.8294 293.31 17:30 114.032 109.312 76.8733 300.218 18:00 96.1171 95.718 61.0265 252.862
Grafik berikut adalah grafik hasil perhitungan debit pada KP 250 dalam meter kubik per detik :
Gambar 4.4 : Grafik hasil perhitungan debit KP 250
4.4. Analisa Data Sedimen
Sampel sedimen diambil di dua lokasi, yaitu KP 250 dan KP 255 pada pukul 08:00. Sampel sedimen yang diambil adalah sampel suspended dan sampel bedload. Masing-masing sampel diambil di tengah penampang melintang Muara Kali Porong. Untuk sampel suspended diambil di tiga kedalaman, yaitu : 0.2 h, 0.6 h dan 0.8 h.
Tabel 4.6 Tabel hasil analisa bedload sedimen KP 250
Diameter Tertahan Berat Prosen Total Contoh ∑ (mm) (gram) (gram) (%) (%) 7.9 41 0 0.00 0.00 4.76 41 0 0.00 0.00 3.36 41 0 0.00 0.00 2 42 1 0.32 0.32 1 43 2 0.64 0.96 0.5 48 7 2.24 3.21 0.25 48 7 2.24 5.45 0.125 75 34 10.90 16.35 0.075 82 41 13.14 29.49
Tabel 4.7 Tabel hasil analisa bedload sedimen KP 255
Diameter Tertahan Berat Prosen Total Contoh ∑ (mm) (gram) (gram) (%) (%) 7.9 41 0 0.00 0.00 4.76 41 0 0.00 0.00 3.36 41 0 0.00 0.00 2 42 1 0.25 0.25 1 48 7 1.77 2.02 0.5 59 18 4.55 6.57 0.25 105 64 16.16 22.73 0.125 208 167 42.17 64.90 0.075 112 71 17.93 82.83 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 7:12 12:00 16:48 21:36 K e ce pat an (m /d tk) Jam Kecepatan KP 250 Section 1 Section 2 Section 3 0,000 100,000 200,000 300,000 400,000 500,000 7:12 12:0016:4821:36 D e bi t (m 3/d tk) Jam Debit KP 250 Debit Sec 1 Debit Sec 2 Debit Sec 3 Total Debit
A-352
Tabel 4.8 Tabel hasil analisa suspended sedimen di KP 250
Lokasi Hulu Titik 250
Date 12 Mei 12 Mei 12 Mei
Time 08:00 08:00 08:00
Gauge Height
Sampling STA 0.2 0.6 0.8
Temp. and Spec. Cond
Remarks 1 2 3 Weight of Gross (gr) 584 576 602 Sediment Tare (gr) 38 38 38 Net (gr) 546 538 564 Container No. Weight of Gross (gr) 1.5794 1.6336 1.6483 Sediment Tare (gr) 1.4864 1.5417 1.5632 Net (gr) 0.093 0.0919 0.0851 D.S. Corr. Net (gr) 0.093 0.0919 0.0851 Conc. (ppm) 159 160 141
Tabel 4.9 Tabel hasil analisa suspended sedimen di KP 255
Lokasi Hilir Titik 255
Date 12 Mei 12 Mei 12 Mei
Time 08:00 08:00 08:00
Gauge Height
Sampling STA 0.2 0.6 0.8
Temp. and Spec. Cond
Remarks 4 5 6 Weight of Gross (gr) 551 373 608 Sediment Tare (gr) 39 39 39 Net (gr) 512 334 569 Container No. Weight of Gross (gr) 1.5664 1.5588 1.6274 Sediment Tare (gr) 1.4943 1.5086 1.5506 Net (gr) 0.0721 0.0502 0.0768 D.S. Corr. Net (gr) 0.0721 0.0502 0.0768 Conc. (ppm) 131 135 126
4.5. Permodelan Dengan Surface water Modeling System (SMS)
4.5.1. Penyusunan Jaringan Elemen Hingga
Penyusunan jaringan elemen hingga pada model Surface water Modeling System (SMS) dilakukan dengan mengikuti langkah-langkah sebagai berrikut :
1. Import file dxf dari AutoCad
Titik-titik yang akan dibuat menjadi jaringan elemen hingga (mesh) dibuat dengan memanfaatkan peta bathymetri yang sebelumnya sudah disimpan dalam bentuk format file *.dfx pada program AutoCad. Ukuran jarak yang digunakan pada waktu digitasi adalah meter.
2. Pendistribusian point arc
Pendistribusian point arc pada feature arc bertujuan untuk menentukan besarnya jarak antar node. Sebagai contoh, apabila pada kolom spacing diisi angka 10, berarti elemen yang akan dibuat nanti mempunyai jarak antar node sebesar 10 meter. Semakin kecil angka spacing maka semakin halus elemen yang akan dibuat.
3. Membuat scater set
Tujuannya adalah membuat semua elevasi arc node menjadi elevasi scatter set.
4. Membuat polygon
Membuat polygn pada model bertujuan untuk mengidentifikasi daerah-daerah yang akan di buat jaringan-jaringan elemen hingganya (mesh).
5. Meshing
Proses meshing adalah proses penbentukan jaringan-jaringan elemen hingga pada model. Agar proses analisis lebih cepat, maka dilakukan proses pengurutan kembali nomor-nomor elemen. Proses pengurutan elemen bisa diurutkan dari hulu maupun dari hilir model .Gambar berikut merupakan hasil penyusunan jaringan elemen hingga pada model.
Gambar 4.7 Gambar hasil meshing pada model Muara Kali Porong
4.5.2. Pengaturan Kontrol Model
Pengaturan kontrol model dimaksudkan untuk memperoleh suatu hasil perhitungan yang sesuai dengan kondisi pengukuran. Kontrol model yang digunakan dalam analisis ini adalah :
1. Satuan yang digunakan adalah meter
2. Tipe simulasi yang digunakan adalah dynamic state untuk solusi aliran transient (time series).
3. Jumlah iterasi hitungan yang digunakan adalah 4 untuk initial solution.
4. Untuk waktu komputasi digunakan time step size sebesar 0.5, number of time steps sebesar 20, maximum time 10, first time step adalah 0.
4.6. Running Sub Program RMA2
Analisa ini dimaksudkan untuk mengetahui besarnya pengaruh perubahan nilai parameter hidraulik berupa Koefisien Eddy dan Koefisien Manning terhadap perubahan pola distribusi kecepatan dan tinggi muka air pada model. Sistematika analisa tersebut dijelaskan dalam diagram berikut :
A-353 Hasil
pengukuran
Trial nilai Koefisien Eddy : E = 2000 Pascal-sec E = 3000 Pascal-sec E = 4000 Pascal-sec E = 5000 Pascal-sec Input model Output model : 1. Pola distribusi kecepatan 2. Pola distribusi ketinggian muka air Trial nilai Koefisien Manning :
n = 0.03 n = 0.04 n = 0.05 n = 0.06
Gambar 4.8 Sistematika analisa perubahan parameter pada model
Sebagai indikator tingkat kesesuaian model dihitung dengan menggunakan nilai RMSE (Root Mean Square Error). Perhitungan nilai RMSE pada model dilakukan di tiga titik node, yaitu : pada node 1042, node 1049, dan node 1063. Node-node tersebut mewakili lokasi-lokasi pengukuran di KP 250 Muara Kali Porong. Berikut adalah grafik hasil simulasi model :
Gambar 4.9 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model di node 1042
Gambar 4.10 : Grafik hasil simulasi tinggi muka air pada model di node 1042
Gambar 4.11 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model di node 1049
Gambar 4.12 : Grafik hasil simulasi tinggi muka air pada model di node 1049
Gambar 4.13 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model di node 1063
Gambar 4.14 : Grafik hasil simulasi tinggi muka air pada model di node 1063
Setelah mendapatkan output hasil analisa RMA2 pada Program SMS berupa tinggi muka air dan kecepatan. Maka dilakukan hasil kalibrasi dengan hasil pengukuran tinggi muka air dan kecepatan di KP 250. Tabel berikut menunjukkan besarnya RMSE (Root Mean Square Error) pada lokasi kalibrasi model (KP 250) pada masing-masing section : 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,00 5,00 10,00 v (m /d tk) jam ke-i Kecepatan (Node 1042) Pengukuran Plan 33 Plan 43 Plan 35 Plan 45 Plan 46 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 0,00 5,00 10,00 Ti ng gi M uka A ir (m ) jam ke-i
Tinggi Muka Air (Node 1042)
Pengukuran Plan 33 Plan 43 Plan 35 Plan 45 Plan 46 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,00 5,00 10,00 v (m /d tk) jam ke-i Kecepatan (Node 1049) Pengukuran Plan 33 Plan 43 Plan 35 Plan 45 Plan 46 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 0,00 5,00 10,00 Ti ng gi M uka A ir (m ) jam ke-i
Tinggi Muka Air (Node 1049)
Pengukuran Plan 33 Plan 43 Plan 35 Plan 45 Plan 46 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,00 5,00 10,00 v (m /d tk) jam ke-i Kecepatan (Node 1063) Pengukuran Plan 33 Plan 43 Plan 35 Plan 45 Plan 46 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 0,00 5,00 10,00 Ti ng gi M uka A ir (m ) jam ke-i
Tinggi Muka Air (Node 1063)
Pengukuran Plan 33 Plan 43 Plan 35 Plan 45 Plan 46
A-354
Tabel 4.10 Tabel hasil perhitungan nilai RMSE pada sec 1 Plan Viskositas Koefisien RMSE
Eddy Manning Kecepatan Tinggi MA
33 3000 0.03 0.033 0.139 43 4000 0.03 0.034 0.136 34 3000 0.04 0.033 0.127 44 4000 0.04 0.033 0.126 35 3000 0.05 0.037 0.114 45 4000 0.05 0.033 0.111 36 3000 0.06 0.035 0.104 46 4000 0.06 0.034 0.101
Tabel 4.11 Tabel hasil perhitungan nilai RMSE pada sec 2 Plan Viskositas Koefisien RMSE
Eddy Manning Kecepatan Tinggi MA
33 3000 0.03 0.041 0.558 43 4000 0.03 0.043 0.560 34 3000 0.04 0.039 0.574 44 4000 0.04 0.041 0.575 35 3000 0.05 0.037 0.590 45 4000 0.05 0.040 0.595 36 3000 0.06 0.042 0.615 46 4000 0.06 0.041 0.617
Tabel 4.12 Tabel hasil perhitungan nilai RMSE pada sec 3 Plan
Viskositas Koefisien RMSE
Eddy Manning Kecepatan Tinggi MA
33 3000 0.03 0.068 0.312 43 4000 0.03 0.065 0.310 34 3000 0.04 0.079 0.297 44 4000 0.04 0.077 0.296 35 3000 0.05 0.091 0.278 45 4000 0.05 0.087 0.275 36 3000 0.06 0.101 0.249 46 4000 0.06 0.097 0.244
Dari hasil perhitungan nilai RMSE pada masing-masing section, dipilih plan dari berbagai macam nilai parameter RMA2 yang mempunyai nilai RMSE paling kecil. Dari tabel 4.10, tabel 4.11 dan tabel 4.12 didapat lima plan yang mempunyai nilai RMSE paling kecil, sebagaoi berikut :
Tabel 4.13 Plan dengan perhitungan nilai RMSE paling kecil
Plan
Viskositas Koefisien RMSE
Eddy Manning Kecepatan Tinggi MA
33 3000 0.030 0.033 0.139 3000 0.030 0.041 0.558 3000 0.030 0.068 0.312 43 4000 0.030 0.034 0.136 4000 0.030 0.043 0.560 4000 0.030 0.065 0.310 35 3000 0.050 0.037 0.114 3000 0.050 0.037 0.590 3000 0.050 0.091 0.278 45 4000 0.050 0.033 0.111 4000 0.050 0.040 0.595 4000 0.050 0.087 0.275 46 4000 0.060 0.034 0.101 4000 0.060 0.041 0.617 4000 0.060 0.097 0.244
Setelah didapatkan model RMA2 yang mempunyai nilai RMSE paling kecil, model tersebut akan digunakan untuk perhitungan permodelan sedimen dengan menggunakan Sub Program SMS, yaitu SED2WES.
4.7. Running Sub Program SED2WES
Sebagai input SED2WES digunakan hasil konsentrasi sedimen dari hasil pengukuran di daerah hulu (KP 250) dan daerah hilir (KP 255). Untuk kondisi batas daerah hulu dimasukkan nilai konsentrasi sedimen sebesar 153.33 ppm dan kondisi batas daerah hilir dimasukkan nilai 131 ppm. Untuk setting kontrol model dimasukkan nilai yang sama dengan model kontrol RMA2.
Untuk analisa konsentrasi sedimen hasil running model, ditinjau di beberapa titik pengamatan. Berikut adalah gambar titik-titik pengamatan konsentrasi sedimen yang akan ditinjau :
A-355 Dari hasil running lima model didapatkan hasil sebagai
berikut :
Gambar 4.16 : Grafik hasil perhitungan konsentrasi sedimen pada titik A
Gambar 4.17 : Grafik hasil perhitungan konsentrasi sedimen pada titik D
Gambar 4.18 : Grafik hasil perhitungan konsentrasi sedimen pada titik G
Dari kelima model diatas dapat dilihat bahwa pada masing-masing titik pengamatan konsentrasi sedimen yang ditinjau memiliki tren yang sama dengan selisih nilai yang kecil. Tabel 4.14 Tabel perbandingan nilai konsentrasi sedimen di masing-masing titik pengamatan pada tiap-tiap model.
Plan Titik A D G 33 1.2763 0.7816 0.7764 35 1.2719 0.7751 0.7749 43 1.2767 0.7828 0.7764 45 1.2722 0.7762 0.7749 46 1.2702 0.7732 0.7741 5. KESIMPULAN
Dari hasil analisa RMA2 didapatkan lima model pola distribusi kecepatan aliran dan tinggi muka air dengan nilai koefisien Manning sebesar 0.03, 0.05 dan 0.06. Sedangkan untuk nilai koefisien viskositas Eddy didapatkan nilai sebesar 3000 Pa detik dan 4000 Pa detik. Sedangkan untuk penyebaran nilai konsentrasi sedimen dapat disimpulkan bahwa semakin mendekati hilir, konsentrasi sedimen akan semakin berkurang.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anggrahini, 1997, Hidrolika Saluran Terbuka, CV Citra Media, Surabaya.
[2] Triatmodjo, Bambang, 2008, Hidrologi Terapan, Beta Offset, Yogyakarta.
[3] Triatmodjo, Bambang, 1999, Teknik Pantai, Beta Offset, Yogyakarta.
[4] French, Richard H., 1985, Open Channel Hydraulics, McGraw-Hill Book Co, Singapore.
[5] Poerbandono, ST., MM., Dr., dan Djunarsjah, Eka, Ir., MT.,2005, Survey Hidrografi, PT Refika Aditama, Bandung.
[6] Wahjoe, Pribowo, 2001, Studi Mengenai Sedimentasi Kali Porong, ITS, Surabaya.
0,1200 0,1300 0,1400 0,1500 0,1600 0,0 5,0 10,0 K ons e nt rasi S e di m e n (kg/ m 3) Jam ke-i
Konsentrasi Sedimen Titik A
Plan 33 Plan 35 Plan 43 Plan 45 Plan 46 0,0600 0,0800 0,1000 0,1200 0,1400 0,1600 0,0 5,0 10,0 K ons e nt rasi S e di m e n (kg/ m 3) Jam ke-i
Konsentrasi Sedimen Titik D
Plan 33 Plan 35 Plan 43 Plan 45 Plan 46 0,0600 0,0800 0,1000 0,1200 0,1400 0,1600 0,0 5,0 10,0 K ons e nt rasi S e di m e n (kg/ m 3) Jam ke-i
Konsentrasi Sedimen Titik G
Plan 33 Plan 35 Plan 43 Plan 45 Plan 46
A-356
