Bambang Yulistiyanto1*, Bambang Agus Kironoto1, Oggi Heicqal Ardian2, dan Miskar Maini2
1Program Studi Teknik Sipil dan Lingkungan, FT, Universitas Gadjah Mada
2Program Studi S2 Teknik Sipil, FT, Universitas Gadjah Mada
*yulis@ugm.ac.id
Intisari
Karakteristik aliran sedimen suspensi pada suatu belokan berbeda dibandingkan dengan aliran pada saluran lurus. Pada belokan saluran dijumpai endapan sedimen pada sisi tebing dalam (inner bank), dan sebaliknya pada sisi luar belokan (outer bank). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan debit sedimen suspensi pada suatu belokan dengan tampang trapesium, terutama dikaitkan dengan lokasi pengambilan sampel.Penelitian didasarkan pada data pengukuran kecepatan dan konsentrasi sedimen suspense di tiga lokasi belokan tampang trapesium pada Saluran Irigasi Mataram Yogyakarta. Sudut dan jari-jari belokan bervariasi, yaitumasing-masing, α=36º dan R=176 m, α=54º dan R=113,5 m dan α=73º dan R=126 m. Kecepatan aliran diukur dengan menggunakan alat Propeller Currentmetersedangkan konsentrasi sedimen suspensi diukur dengan Foslim probe.Hasil analisis terhadap data pengukuran memperlihatkan bahwa kecepatan aliran mengalami percepatan dan perlambatan ketika melalui suatu belokan, dimana kecepatan aliran meningkat padasisi luar belokan dan menurun pada sisi dalam belokan. Nilai konsentrasi sedimen suspensi rata-rata tampang padasisi dalam lebih besar dari pada padasisi luar belokan. Debit sedimen suspensi pada belokan saluran tampang trapesium dapat ditentukan dari pengukuran kecepatan dan konsentrasi sedimen suspensi pada posisi z/B = 0,27 (sisi dalam) dan pada posisi z/B = 0,86 (sisi luar belokan) dimana B adalah lebar saluran trapesium.
Kata Kunci: belokan, kecepatan, konsentrasi sedimen suspensi, debit sedimen suspensi.
PENDAHULUAN
Karakteristik aliran sedimen suspensi pada suatu belokan saluran relatif berbeda dibandingkan dengan aliran pada saluran lurus. Pada belokan saluran sering dijumpai adanya endapan sedimen pada sisi tebing dalam (inner bank), dan sebaliknya pada sisi luar belokan (outer bank) sering dijumpai adanya gerusan tebing dan dasar sungai, yang sering disebabkan oleh adanya variasi kecepatan aliran pada sisi dalam dan sisi luar belokan.Untuk menentukan debit sedimen suspensi pada suatu saluran, metode yang paling banyak digunakan dan cukup dapatdiandalkan adalah dengan cara pengambilan sampelsedimen suspensi secara langsung di lapangan, bersama-sama dengan pengukurandebit aliran/kecepatan aliran. Debit sedimen suspensi dapat diperolehdengan cara mengalikan konsentrasi
sedimensuspensi ⎯ dari hasil pengambilan sampel sedimen⎯ dengan debit aliran.
Idealnya pengambilansampel sedimen suspensi dilakukan dari tepi saluranyang satu ke tepi saluran lainnya, dan dari dasarsaluran sampai dengan muka air. Namun banyaknyakendala yang dihadapi selama pengukuran dilapangan, mengakibatkan metode baku pengambilansampel sedimen suspensi seringkali tidak dapatdilakukan secara benar benar, yang berakibat pada ketidaktelitian hasilpengukuran debit sedimen suspensi. Karena kendala lapangan,pengambilan sampel sedimen suspensi seringkalihanya dilakukan pada titik-titik tertentu saja padaarah melintang / transversal, biasanya pada titiktitikyang mudah untuk dijangkau, bahkan tidak jarangpengambilan sampel hanya dilakukan di tepi saluransaja.
Kajian tentang lokasi pengambilan sampel sedimen suspensi arah melintang (transversal) sudah dilakukan oleh Kironoto, dkk (2004), untuk data pengukuran di laboratorium, dankajian oleh Kironoto dan Ikhsan (2005), untuk data lapangan (saluran irigasi Mataram) dan Kironoto (2007) serta Kironoto dan Yulistiyanto (2016a), baik untuk tampang segi empat maupun tampang trapesium; namun kajian-kajian tersebut masih terbatas hanya pada saluran lurus saja.
Mempertimbangkan permasalahan dan kondisi sebagaimana disebutkan di atas,dalam tulisan ini akan dilakukan kajian untuk saluran menikung (belokan saluran), yaitu di lokasi saluran irigasi Mataram, Yogyakarta.
Tinjauan Pustaka
Coleman (1981) melaporkan bahwaadanya bed konsentrasi sedimen suspensi mempengaruhi bentuk distribusi kecepatan dandistribusi konsentrasi sedimen suspensi.Kironoto (2007) dan Kironoto dan Yulistiyanto (2016) melakukanpenelitianaliran sedimen suspensipada saluran lurusuntuk mempelajari korelasi antara lokasi pengambilan sampel sedimensuspensi (dan debit aliran) dengan debit sedimensuspensi rata-rata tampang. Dari hasil penelitianyang dilakukan diketahui bahwa debit sedimensuspensi yang ditentukan berdasarkan data sampelsedimen suspensi di tepi saluran akan memberikanprediksi debit sedimen suspensi yang terlalu kecil,sebaliknya bila didasarkan pada sampel sedimen ditengah saluran akan memberikan prediksi yang terlalu besar.
Sehubungan dengan itu, telahdiusulkan suatu faktor koreksi, bilamanapengambilan sampel sedimen suspensi tetapdilakukan pada titik-titik tertentu pada arahtransversal. Lokasi titik pengambilan sampelsedimen suspensi arah transversal yang memberikannilai faktor koreksi 1, terjadi pada posisi z = 0,195B ≈0,2 B, untuk tampang segi empat, danz = 0,3 Buntuk tampang trapesium, dengan B adalah lebar saluran.
Analisis aliran yang terjadi pada tikungan saluran terbuka lebih kompleks jika dibandingkan dengan aliran saluran terbuka pada saluran lurus, dikarenakan aliran pada saluran terbuka yang menikung akan mengalami perubahan struktur aliran seperti kecepatan sekunder, kecepatan aliran, distribusi kecepatan, dan tegangan geser yang disebabkan oleh adanya gaya sentrifugal. Selain itu, adanya kecepatan aliran sekunder menyebabkan terjadinya aliran spiral yang sangat mempengaruhi pada proses perubahan karakteristika aliran dan morfologinya, sebagaimana dilaporkan oleh Blanckaert dan Graf(2001) dan Kironoto, dkk (2012).
DEBIT SEDIMEN SUSPENSI PADA BELOKAN SALURAN TAMPANG TRAPESIUM
Bambang Yulistiyanto1*, Bambang Agus Kironoto1, Oggi Heicqal Ardian2, dan Miskar Maini2
1Program Studi Teknik Sipil dan Lingkungan, FT, Universitas Gadjah Mada
2Program Studi S2 Teknik Sipil, FT, Universitas Gadjah Mada
*yulis@ugm.ac.id
Intisari
Karakteristik aliran sedimen suspensi pada suatu belokan berbeda dibandingkan dengan aliran pada saluran lurus. Pada belokan saluran dijumpai endapan sedimen pada sisi tebing dalam (inner bank), dan sebaliknya pada sisi luar belokan (outer bank). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan debit sedimen suspensi pada suatu belokan dengan tampang trapesium, terutama dikaitkan dengan lokasi pengambilan sampel.Penelitian didasarkan pada data pengukuran kecepatan dan konsentrasi sedimen suspense di tiga lokasi belokan tampang trapesium pada Saluran Irigasi Mataram Yogyakarta. Sudut dan jari-jari belokan bervariasi, yaitumasing-masing, α=36º dan R=176 m, α=54º dan R=113,5 m dan α=73º dan R=126 m. Kecepatan aliran diukur dengan menggunakan alat Propeller Currentmetersedangkan konsentrasi sedimen suspensi diukur dengan Foslim probe.Hasil analisis terhadap data pengukuran memperlihatkan bahwa kecepatan aliran mengalami percepatan dan perlambatan ketika melalui suatu belokan, dimana kecepatan aliran meningkat padasisi luar belokan dan menurun pada sisi dalam belokan. Nilai konsentrasi sedimen suspensi rata-rata tampang padasisi dalam lebih besar dari pada padasisi luar belokan. Debit sedimen suspensi pada belokan saluran tampang trapesium dapat ditentukan dari pengukuran kecepatan dan konsentrasi sedimen suspensi pada posisi z/B = 0,27 (sisi dalam) dan pada posisi z/B = 0,86 (sisi luar belokan) dimana B adalah lebar saluran trapesium.
Kata Kunci: belokan, kecepatan, konsentrasi sedimen suspensi, debit sedimen suspensi.
PENDAHULUAN
Karakteristik aliran sedimen suspensi pada suatu belokan saluran relatif berbeda dibandingkan dengan aliran pada saluran lurus. Pada belokan saluran sering dijumpai adanya endapan sedimen pada sisi tebing dalam (inner bank), dan sebaliknya pada sisi luar belokan (outer bank) sering dijumpai adanya gerusan tebing dan dasar sungai, yang sering disebabkan oleh adanya variasi kecepatan aliran pada sisi dalam dan sisi luar belokan.Untuk menentukan debit sedimen suspensi pada suatu saluran, metode yang paling banyak digunakan dan cukup dapatdiandalkan adalah dengan cara pengambilan sampelsedimen suspensi secara langsung di lapangan, bersama-sama dengan pengukurandebit aliran/kecepatan aliran. Debit sedimen suspensi dapat diperolehdengan cara mengalikan konsentrasi
sedimensuspensi ⎯ dari hasil pengambilan sampel sedimen⎯ dengan debit aliran.
Idealnya pengambilansampel sedimen suspensi dilakukan dari tepi saluranyang satu ke tepi saluran lainnya, dan dari dasarsaluran sampai dengan muka air. Namun banyaknyakendala yang dihadapi selama pengukuran dilapangan, mengakibatkan metode baku pengambilansampel sedimen suspensi seringkali tidak dapatdilakukan secara benar benar, yang berakibat pada ketidaktelitian hasilpengukuran debit sedimen suspensi. Karena kendala lapangan,pengambilan sampel sedimen suspensi seringkalihanya dilakukan pada titik-titik tertentu saja padaarah melintang / transversal, biasanya pada titiktitikyang mudah untuk dijangkau, bahkan tidak jarangpengambilan sampel hanya dilakukan di tepi saluransaja.
Kajian tentang lokasi pengambilan sampel sedimen suspensi arah melintang (transversal) sudah dilakukan oleh Kironoto, dkk (2004), untuk data pengukuran di laboratorium, dankajian oleh Kironoto dan Ikhsan (2005), untuk data lapangan (saluran irigasi Mataram) dan Kironoto (2007) serta Kironoto dan Yulistiyanto (2016a), baik untuk tampang segi empat maupun tampang trapesium; namun kajian-kajian tersebut masih terbatas hanya pada saluran lurus saja.
Mempertimbangkan permasalahan dan kondisi sebagaimana disebutkan di atas,dalam tulisan ini akan dilakukan kajian untuk saluran menikung (belokan saluran), yaitu di lokasi saluran irigasi Mataram, Yogyakarta.
Tinjauan Pustaka
Coleman (1981) melaporkan bahwaadanya bed konsentrasi sedimen suspensi mempengaruhi bentuk distribusi kecepatan dandistribusi konsentrasi sedimen suspensi.Kironoto (2007) dan Kironoto dan Yulistiyanto (2016) melakukanpenelitianaliran sedimen suspensipada saluran lurusuntuk mempelajari korelasi antara lokasi pengambilan sampel sedimensuspensi (dan debit aliran) dengan debit sedimensuspensi rata-rata tampang. Dari hasil penelitianyang dilakukan diketahui bahwa debit sedimensuspensi yang ditentukan berdasarkan data sampelsedimen suspensi di tepi saluran akan memberikanprediksi debit sedimen suspensi yang terlalu kecil,sebaliknya bila didasarkan pada sampel sedimen ditengah saluran akan memberikan prediksi yang terlalu besar.
Sehubungan dengan itu, telahdiusulkan suatu faktor koreksi, bilamanapengambilan sampel sedimen suspensi tetapdilakukan pada titik-titik tertentu pada arahtransversal. Lokasi titik pengambilan sampelsedimen suspensi arah transversal yang memberikannilai faktor koreksi 1, terjadi pada posisi z = 0,195B ≈0,2 B, untuk tampang segi empat, danz = 0,3 Buntuk tampang trapesium, dengan B adalah lebar saluran.
Analisis aliran yang terjadi pada tikungan saluran terbuka lebih kompleks jika dibandingkan dengan aliran saluran terbuka pada saluran lurus, dikarenakan aliran pada saluran terbuka yang menikung akan mengalami perubahan struktur aliran seperti kecepatan sekunder, kecepatan aliran, distribusi kecepatan, dan tegangan geser yang disebabkan oleh adanya gaya sentrifugal. Selain itu, adanya kecepatan aliran sekunder menyebabkan terjadinya aliran spiral yang sangat mempengaruhi pada proses perubahan karakteristika aliran dan morfologinya, sebagaimana dilaporkan oleh Blanckaert dan Graf(2001) dan Kironoto, dkk (2012).
Landasan Teori
Dengan berdasarkan data pengukuran distribusi kecepatan, selanjutnya dapat dihitung kecepatan rata-rata kedalaman, Uy, dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Graf, 1998):
D y
y u dy
U D
0
1 (1)
Kecepatan rata-rata tampang,U,dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
Ai
A
U Uyi yi (2)
Sehingga, debit aliran, Q, dapat ditentukan dengan persamaan:
UA
Q (3)
Dengan prinsip sama, dengan berdasarkan data hasil pengukuran distribusi konsentrasi sedimen suspensi dapat dihitung nilai konsentrasi sedimen suspensi rata-rata kedalaman sebagai berikut:
D
y cdy
a C D
0
1 (4)
Sedangkan konsentrasi sedimen suspensi rata-rata pada tampang saluran dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Ai
A
C Cyi yi (5)
Sehingga debit sedimen suspensi pada setiap tampang dapat ditentukan dengan mengalikan kecepatan rata-rata tampang aliran dengan konsentrasi sedimen suspensi rata-rata tampang, sebagai berikut:
C U
Qs . (6)
METODE PENELITIAN
Data yang digunakan untuk analisis dalam tulisan inimerupakan data dari hasil pengukuran langsung lapanganpada Saluran Irigasi Mataram, Yogyakarta.
Pengukuran dilakukan pada tiga lokasi belokan dengan sudut dan radius kelengkungan yang berbeda. Lokasi belokan pertama mempunyai sudut 360 dengan radius kelengkungan 176 m, Lokasi belokan kedua dengan sudut 54º dengan radius kelengkungan 113,5 m dan lokasi belokan ketiga dengan sudut 73º dengan radius kelengkungan 126 m; lokasi penelitian ditunjukkan pada Gambar 1.Peralatan utama yang digunakan pada penelitian iniadalah propeller current meter untuk mengukur kecepatan aliran dan opcon probe untuk mengukur konsentrasi sedimen suspensi.
Pengukuran lapangan dilakukan di Saluran Irigasi Mataram pada saluran berbelok dengan tampang saluran berbentuk trapesium.
Sebanyak 165 set data pengukuran distribusi kecepatan dan distribusi konsentrasi sedimen suspensi digunakan dalam penelitian ini. Pengukuran utama yang dilakukan meliputi pengukuran kecepatan dengan menggunakan propeller currentmeterdan pengukuran konsentrasi sedimen suspensi dengan menggunakan Opcon probe. Pada setiap lokasi belokan dilakukan pengukuran pada 5 lokasi cross section, seperti ditunjukkan pada Gambar 2, dan pada setiap lokasi cross section dilakukan pengukuran distribusi kecepatan (dan distribusi konsentrasi sedimen suspensi) di 11 lokasi vertikal pada arah transversal saluran. Pada Gambar 2 diperlihatkan lokasi cross section pada setiap belokan saluran, sedangkan pada Gambar 3, diperlihatkan lokasi pengukuran distribusi kecepatan dan distribusi konsentrasi sedimen suspensi pada posisi-posisi vertikal (arah tranversal), dari sisi dalam ke sisi luar belokan. Parameter utama hasil pengukuran diberikan pada Tabel 1.
Gambar 1. Lokasi penelitian di Saluran Irigasi Mataram Yogyakarta, Indonesia.
Gambar 2. Lokasi pengukuran pada 5 tampang pada belokan saluran.
S1 S2 S3
S4 S5 O
Landasan Teori
Dengan berdasarkan data pengukuran distribusi kecepatan, selanjutnya dapat dihitung kecepatan rata-rata kedalaman, Uy, dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Graf, 1998):
D y
y u dy
U D
0
1 (1)
Kecepatan rata-rata tampang,U,dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
Ai
A
U Uyi yi (2)
Sehingga, debit aliran, Q, dapat ditentukan dengan persamaan:
UA
Q (3)
Dengan prinsip sama, dengan berdasarkan data hasil pengukuran distribusi konsentrasi sedimen suspensi dapat dihitung nilai konsentrasi sedimen suspensi rata-rata kedalaman sebagai berikut:
D
y cdy
a C D
0
1 (4)
Sedangkan konsentrasi sedimen suspensi rata-rata pada tampang saluran dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Ai
A
C Cyi yi (5)
Sehingga debit sedimen suspensi pada setiap tampang dapat ditentukan dengan mengalikan kecepatan rata-rata tampang aliran dengan konsentrasi sedimen suspensi rata-rata tampang, sebagai berikut:
C U
Qs . (6)
METODE PENELITIAN
Data yang digunakan untuk analisis dalam tulisan inimerupakan data dari hasil pengukuran langsung lapanganpada Saluran Irigasi Mataram, Yogyakarta.
Pengukuran dilakukan pada tiga lokasi belokan dengan sudut dan radius kelengkungan yang berbeda. Lokasi belokan pertama mempunyai sudut 360 dengan radius kelengkungan 176 m, Lokasi belokan kedua dengan sudut 54º dengan radius kelengkungan 113,5 m dan lokasi belokan ketiga dengan sudut 73º dengan radius kelengkungan 126 m; lokasi penelitian ditunjukkan pada Gambar 1.Peralatan utama yang digunakan pada penelitian iniadalah propeller current meter untuk mengukur kecepatan aliran dan opcon probe untuk mengukur konsentrasi sedimen suspensi.
Pengukuran lapangan dilakukan di Saluran Irigasi Mataram pada saluran berbelok dengan tampang saluran berbentuk trapesium.
Sebanyak 165 set data pengukuran distribusi kecepatan dan distribusi konsentrasi sedimen suspensi digunakan dalam penelitian ini. Pengukuran utama yang dilakukan meliputi pengukuran kecepatan dengan menggunakan propeller currentmeterdan pengukuran konsentrasi sedimen suspensi dengan menggunakan Opcon probe. Pada setiap lokasi belokan dilakukan pengukuran pada 5 lokasi cross section, seperti ditunjukkan pada Gambar 2, dan pada setiap lokasi cross section dilakukan pengukuran distribusi kecepatan (dan distribusi konsentrasi sedimen suspensi) di 11 lokasi vertikal pada arah transversal saluran. Pada Gambar 2 diperlihatkan lokasi cross section pada setiap belokan saluran, sedangkan pada Gambar 3, diperlihatkan lokasi pengukuran distribusi kecepatan dan distribusi konsentrasi sedimen suspensi pada posisi-posisi vertikal (arah tranversal), dari sisi dalam ke sisi luar belokan. Parameter utama hasil pengukuran diberikan pada Tabel 1.
Gambar 1. Lokasi penelitian di Saluran Irigasi Mataram Yogyakarta, Indonesia.
Gambar 2. Lokasi pengukuran pada 5 tampang pada belokan saluran.
S1 S2 S3
S4 S5 O
Gambar 3. Lokasi pengukuran vertikal pada setiap tampang melintang Tabel 1. Parameter utama alirandi lokasi pengukuran
Run r R α ds Ws B Sw U C Q Qs
(m) (m) ( o ) (mm) (m/s) (m) ( - ) (m/s) (gr/ltr ) (m3/s) (gr/s) FT1S1 176 0,779 0 0,0143 0,000214 10,80 0,00007 0,311 1,101 2,745 3029,414 FT1S2 176 0,773 9 0,0143 0,000224 10,50 0,00007 0,324 0,684 2,740 1876,902 FT1S3 176 0,709 18 0,0143 0,000214 10,40 0,00007 0,277 0,541 2,124 1150,930 FT1S4 176 0,667 26 0,0143 0,000224 9,90 0,00007 0,321 0,742 2,222 1652,140 FT1S5 176 0,725 36 0,0143 0,000224 10,00 0,00007 0,291 0,694 2,220 1531,844 FT2S1 126 0,685 0 0,0160 0,000263 10,00 0,00010 0,300 0,542 2,147 1164,023 FT2S2 126 0,659 18 0,0160 0,000263 9,20 0,00010 0,330 0,631 2,113 1336,692 FT2S3 126 0,742 36 0,0160 0,000275 10,40 0,00015 0,397 1,584 3,201 5050,432 FT2S4 126 0,590 54 0,0160 0,000281 9,50 0,00015 0,364 0,360 2,113 765,588 FT2S5 126 0,615 73 0,0160 0,000269 9,65 0,00015 0,385 0,722 2,368 1818,921 FT3S1 113,5 0,590 0 0,0132 0,000180 9,20 0,00020 0,430 1,258 2,421 3037,775 FT3S2 113,5 0,559 14 0,0132 0,000180 8,90 0,00020 0,376 1,072 1,937 2074,406 FT3S3 113,5 0,555 27 0,0132 0,000188 8,80 0,00020 0,360 0,632 1,841 1141,626 FT3S4 113,5 0,521 41 0,0132 0,000192 8,85 0,00020 0,389 0,607 1,852 1126,182 FT3S5 113,5 0,615 54 0,0132 0,000184 9,50 0,00020 0,376 0,801 2,289 1798,436 Keterangan : r = jari-jari belokan; R = radius hidraulik; α = sudut belokan; ds = diameter partikel sedimen suspensi; Ws = kecepatan endap partikel sedimen suspensi; B = lebarmuka air saluran;
Sw = kemiringan garis muka air; U = kecepatan rata-rata tampang; C = konsentrasi sedimen suspensi rata-rata tampang; Q = debit aliran terukur; Qs = debit sedimen suspensi.
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Distribusi Kecepatan
Trendhasil pengukuran distribusi kecepatan secara umum masih sama dengantrend distribusi kecepatan logaritmik yang biasa dijumpai pada saluran lurus, kecuali di dekat muka air, dimana bentuk distribusi kecepatan memperlihatkan trend yang agak berbedauntuk lokasi vertikal yang berbeda pada sisi dalam dan sisi luar belokan, seperti diperlihatkanpada Gambar 4.
Gambar 4. Contoh tipikal distribusi kecepatan pada belokan lokasi 3, tampang 3.
Kecepatan aliran mengalami percepatan dan perlambatan saat melewati belokan.
Kecepatan aliran meningkat pada sisi luar belokan (outer bank) dan sebaliknya kecepatan aliran menurun disisi dalam belokan (inner bank). Kecepatan di tepi pada sisi miring dinding saluran trapesium pada outer bank lebih besar dari pada kecepatan di sisi miring dinding saluran pada inner bank.
Distribusi Konsentrasi Sedimen Suspensi
Pengukuran konsentrasi sedimen suspensi dilakukan di lokasi yang sama dengan pengukuran kecepatan. Pada Gambar 5diberikancontoh tipikal data pengukuran distribusi konsentrasi sedimen suspensi padalokasi belokan 3 dan penampang 5.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar,pada saat aliran bergerakpadaawal belokan pada sudat 0°, ketampang2 sudut 9°, nilai konsentrasi sedimen suspensicenderung meningkat di sisi dalam belokan (inner bank), sebaliknya nilainya menurun disisi luar belokan (outer bank), sedangkan pada saat aliran memasuki tengah belokan (tampang3), yaitu padasudut belokan18°, nilai konsentrasi sedimen suspensi mengalami penurunan di inner bankdan sebaliknya meningkat di outer bank.
Selanjutnya saat aliran melewati tampang4 dan 5, di akhir belokan dengan sudut belokan26° sampai 36° nilai konsentrasi sedimen suspensikembali mengalami peningkatan di inner bank dan menurun kearah outer bank.
Pada Gambar 6 ditunjukkan plot data pengukuran konsentrasi sedimen suspensi bersama-sama dengan data pengukuran kecepatan pada arah lebar saluran (transversal). Tidak seperti pada saluran lurus, dimana semakin besar kecepatan aliranakan diikuti dengan semakin besarnyakonsentrasi sedimen suspensi, pada
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
0,00 0,50 1,00 1,50
y/D
uy/Uy
Distribusi Kecepatan
Belokan lokasi 3, tampang 3 (27o) L3S3V1
L3S3V2 L3S3V3 L3S3V4 L3S3V5 L3S3V6 L3S3V7 L3S3V8 L3S3V9 L3S3V10 L3S3V11
Gambar 3. Lokasi pengukuran vertikal pada setiap tampang melintang Tabel 1. Parameter utama alirandi lokasi pengukuran
Run r R α ds Ws B Sw U C Q Qs
(m) (m) ( o ) (mm) (m/s) (m) ( - ) (m/s) (gr/ltr ) (m3/s) (gr/s) FT1S1 176 0,779 0 0,0143 0,000214 10,80 0,00007 0,311 1,101 2,745 3029,414 FT1S2 176 0,773 9 0,0143 0,000224 10,50 0,00007 0,324 0,684 2,740 1876,902 FT1S3 176 0,709 18 0,0143 0,000214 10,40 0,00007 0,277 0,541 2,124 1150,930 FT1S4 176 0,667 26 0,0143 0,000224 9,90 0,00007 0,321 0,742 2,222 1652,140 FT1S5 176 0,725 36 0,0143 0,000224 10,00 0,00007 0,291 0,694 2,220 1531,844 FT2S1 126 0,685 0 0,0160 0,000263 10,00 0,00010 0,300 0,542 2,147 1164,023 FT2S2 126 0,659 18 0,0160 0,000263 9,20 0,00010 0,330 0,631 2,113 1336,692 FT2S3 126 0,742 36 0,0160 0,000275 10,40 0,00015 0,397 1,584 3,201 5050,432 FT2S4 126 0,590 54 0,0160 0,000281 9,50 0,00015 0,364 0,360 2,113 765,588 FT2S5 126 0,615 73 0,0160 0,000269 9,65 0,00015 0,385 0,722 2,368 1818,921 FT3S1 113,5 0,590 0 0,0132 0,000180 9,20 0,00020 0,430 1,258 2,421 3037,775 FT3S2 113,5 0,559 14 0,0132 0,000180 8,90 0,00020 0,376 1,072 1,937 2074,406 FT3S3 113,5 0,555 27 0,0132 0,000188 8,80 0,00020 0,360 0,632 1,841 1141,626 FT3S4 113,5 0,521 41 0,0132 0,000192 8,85 0,00020 0,389 0,607 1,852 1126,182 FT3S5 113,5 0,615 54 0,0132 0,000184 9,50 0,00020 0,376 0,801 2,289 1798,436 Keterangan : r = jari-jari belokan; R = radius hidraulik; α = sudut belokan; ds = diameter partikel sedimen suspensi; Ws = kecepatan endap partikel sedimen suspensi; B = lebarmuka air saluran;
Sw = kemiringan garis muka air; U = kecepatan rata-rata tampang; C = konsentrasi sedimen suspensi rata-rata tampang; Q = debit aliran terukur; Qs = debit sedimen suspensi.
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Distribusi Kecepatan
Trendhasil pengukuran distribusi kecepatan secara umum masih sama dengantrend distribusi kecepatan logaritmik yang biasa dijumpai pada saluran lurus, kecuali di dekat muka air, dimana bentuk distribusi kecepatan memperlihatkan trend yang agak berbedauntuk lokasi vertikal yang berbeda pada sisi dalam dan sisi luar belokan, seperti diperlihatkanpada Gambar 4.
Gambar 4. Contoh tipikal distribusi kecepatan pada belokan lokasi 3, tampang 3.
Kecepatan aliran mengalami percepatan dan perlambatan saat melewati belokan.
Kecepatan aliran meningkat pada sisi luar belokan (outer bank) dan sebaliknya kecepatan aliran menurun disisi dalam belokan (inner bank). Kecepatan di tepi pada sisi miring dinding saluran trapesium pada outer bank lebih besar dari pada kecepatan di sisi miring dinding saluran pada inner bank.
Distribusi Konsentrasi Sedimen Suspensi
Pengukuran konsentrasi sedimen suspensi dilakukan di lokasi yang sama dengan pengukuran kecepatan. Pada Gambar 5diberikancontoh tipikal data pengukuran distribusi konsentrasi sedimen suspensi padalokasi belokan 3 dan penampang 5.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar,pada saat aliran bergerakpadaawal belokan pada sudat 0°, ketampang2 sudut 9°, nilai konsentrasi sedimen suspensicenderung meningkat di sisi dalam belokan (inner bank), sebaliknya nilainya menurun disisi luar belokan (outer bank), sedangkan pada saat aliran memasuki tengah belokan (tampang3), yaitu padasudut belokan18°, nilai konsentrasi sedimen suspensi mengalami penurunan di inner bankdan sebaliknya meningkat di outer bank.
Selanjutnya saat aliran melewati tampang4 dan 5, di akhir belokan dengan sudut belokan26° sampai 36° nilai konsentrasi sedimen suspensikembali mengalami peningkatan di inner bank dan menurun kearah outer bank.
Pada Gambar 6 ditunjukkan plot data pengukuran konsentrasi sedimen suspensi bersama-sama dengan data pengukuran kecepatan pada arah lebar saluran (transversal). Tidak seperti pada saluran lurus, dimana semakin besar kecepatan aliranakan diikuti dengan semakin besarnyakonsentrasi sedimen suspensi, pada
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
0,00 0,50 1,00 1,50
y/D
uy/Uy
Distribusi Kecepatan
Belokan lokasi 3, tampang 3 (27o) L3S3V1
L3S3V2 L3S3V3 L3S3V4 L3S3V5 L3S3V6 L3S3V7 L3S3V8 L3S3V9 L3S3V10 L3S3V11
belokan saluran, djumpai kondisi berbeda, yang kemungkinan disebabkan karena adanya perubahan karaktersitik aliran pada belokan, dimana terjadi aliran sekunder, seperti ditunjukkan pada lokasi belokan 1, penampang 5.
Gambar 5. Contoh tipikal profil konsentrasi sedimen sedimen suspensi di lokasi belokan 3, penampang5 dengan sudut α = 54o
Gambar 6. Plot kecepatan rata-rata dengan konsentrasi sedimen suspensi di lokasi belokan 1, penampang 5, sudut α = 36o
Debit Sedimen Suspensi
Pada Gambar 7 diperlihatkan nilai (UyCy) / (U.C) yang diplotkan untuk seluruh lebar saluran (arah transversal), dimana Uy dan Cy masing-masing adalah kecepatan dan konsentrasi sedimen suspensirata-rata kedalaman yang dihitung dengan Persamaan 1 dan Persamaan 4, dan Uy dan C adalah kecepatan dan konsentrasi sedimen suspensirata-rata penampang yangdihitung dengan Persamaan 2 dan 5; nilai-nilai ini diberikanpada Gambar 7. Nilai (Uy Cy) / (UC) sama dengan 1, yang berarti bahwa debit sedimen suspensi dari masing-masing penampang saluran trapesium dapat ditentukan dari pengukuran kecepatan dan sedimen
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
y/D
c/Ca
Vertikal 1 Vertikal 2 Vertikal 3 Vertikal 4 Vertikal 5 Vertikal 6 Vertikal 7 Vertikal 8 Vertikal 9 Vertikal 10 Vertikal 11
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
0 0,1 0,2 0,3 0,4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Konsentrasi Sedimen Suspensi Rata-rata Vertikal, Cy (gr/ltr)
Kecepatan Rata-rata Vertikal , Uy (m/s)
Lebar Penampang Saluran, B(m) Grafik Kecepatan dan Konsentrasi Sedimen Suspensi
(FT1S5-CS36o)
Kecepatan Rata-rata Vertikal Konsentrasi Sedimen Rata-rata Vertikal
Outer Bank
suspensi rata-rata kedalamanpada posisi z/Binner bank = 0,27 dan pada posisi z/Bouter bank = 0,86. Berdasarkan kurva yang diperoleh pada Gambar 7, dengan mendefenisikan Ctez/B = (UyCy) / (U.C), jika kecepatan dan sedimen suspensi rata- rata kedalamandiukurdi suatulokasi tertentu pada arah transversal dari suatu belokan saluran, debit sedimen suspensi, Qs, dapat ditentukan menggunakan persamaan berikut:
y y
z B z Bs U C U C Cte
Q . . / / / (7)
dimana 𝐶𝐶𝑡𝑡𝑒𝑒𝑧𝑧/𝐵𝐵 adalah faktor koreksi untuk nilai tertentu z/B, yang dapat ditentukan dari Gambar7; untuk z/Binner bank = 0,27 dan pada posisi z/Bouter bank = 0,86, nilai 𝐶𝐶𝑡𝑡𝑒𝑒𝑧𝑧/B= 1.
Gambar 7. Plot debit sedimen suspensi terhadap z/B, di 3 lokasi belokan Saluran
KESIMPULAN DAN SARAN
Dari hasil analisis dan pembahasan terhadap data pengukuran sebagaimana disampaikan di atas,diketahui bahwa kecepatan aliran mengalami percepatan dan perlambatan ketika melalui suatu belokan, dimana kecepatan aliran meningkat pada sisi luar belokan dan menurun pada sisi dalam belokan.
Tidak seperti pada saluran lurus, dimana semakin besar kecepatan aliran akan diikuti dengan semakin besarnya konsentrasi sedimen suspensi, pada belokan saluran dijumpai kondisi yang berbeda, hal ini disebabkan karena adanya perubahan karaktersitik aliran pada suatu belokan.
Debit sedimen suspensi pada belokan saluran tampang trapesium dapat ditentukan dari pengukuran kecepatan dan konsentrasi sedimen suspensi pada posisi z/B = 0,27 (sisi dalam) dan pada posisi z/B = 0,86 (sisi luar belokan) dimana B adalah lebar saluran trapesium.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
(Uy.Cy)/(U.C)
z/B
Rata-rata Lokasi 1 Rata-rata Lokasi 2 Rata-rata Lokasi 3
Fitting Curve Rata-rata Lokasi 1 Fitting Curve Rata-rata Lokasi 2 Fitting Curve Rata-rata Lokasi 3 Outer Bank Inner Bank