KAJIAN LAJU ANGKUTAN SEDIMEN PADA SUNGAI WAMPU
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian
Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
ARTA O. BOANGMANALU 080404038
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA
UTARA 2012
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Sungai merupakan sarana yang sangat penting dalam proses pengangkutan sedimen. Sungai berfungsi untuk mengalirkan sedimen-sedimen dari hasil erosi yang nantinya akan diteruskan ke laut. Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu. Proses sedimentasi meliputi proses erosi, transportasi (angkutan), pengendapan (deposition) dan pemadatan (compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya.
Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel dan kecepatan pengendapan partikel.
Untuk menghitung laju angkutan sedimen banyak metode yang bisa digunakan. Diantaranya yaitu metode Yang’s, Engelund and Hansen, shen and Hung.
Dalam penggunaan metode-metode tersebut diperlukan ukuran kedalaman penampang sungai. Dan untuk menghitung kedalaman sungai digunakan metode pendekatan Einstein.
Dari hasil perhitungan yang dilakukan, dengan metode Yang’s didapat hasil sedimen 2293477 ton, dengan metode Engelund and Hansen didapat hasil sedimen 14359167 ton, dengan metode Shen and Hung didapat hasil sedimen 311639.5 ton (untuk tahun 2008).
Maka dari hasil di atas dapat disimpulkan bahwa metode angkutan sedimen yang dipakai untuk perhitungan muatan sedimen sungai adalah metode Engelund and Hansen karena hasilnya lebih memungkinkan dan jumlah muatan sedimen yang dihasilkan lebih besar daripada metode lainnya. Sehingga metode perhitungan laju angkutan sedimen yang digunakan dapat dijadikan acuan untuk menghitung jumlah muatan sedimen pada sungai Wampu.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan berkat dan kasih karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Adapun judul dari tugas akhir ini adalah “Kajian Laju Angkutan Sedimen pada Sungai Wampu”. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Strata I (S1) di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU.
3. Bapak Ivan Indrawan, ST selaku dosen pembimbing sekaligus orang tua bagi penulis yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga selesainya tugas akhir ini.
4. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc, Bapak Ir. Indra Jaya Pandia, MT, Ibu Emma Patricia Bangun, ST, M.Eng selaku dosen pembanding/penguji yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
5. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Jurusan teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
6. Ayahanda A. Boangmanalu dan Ibunda R. Berutu yang selalu mendukung saya dalam doa, membimbing, dan memotivasi saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Kepada kakak, abang dan adik-adikku tersayang, yang mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini. Kakak Ria Hema, Asni Malini, Ramile, Reyes, abang Amran dan adik-adikku Rohmasta dan Abraham.
8. Semua sahabat-sahabatku khususnya kepada Vivi, Gabe, Novalena dan Winursa yang telah memberikan dukungan dalam pengerjaan tugas akhir ini.
9. Abang Rio Damuri dan kakak Trisna yang telah banyak membantu dalam pengerjaan tugas akhir ini.
10. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dan kemudahan dalam penyelesaian administrasi, Kak Lince, Bang Zul, dan lain – lain.
Semoga Tuhan Yesus membalas dan melimpahkan berkat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan penulis ucapkan terima kasih. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Mei 2013 Hormat Saya
Arta O. Boangmanalu
DAFTAR ISI
ABSTRAK
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL...viii
DAFTAR NOTASI ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ... xi
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang...1
I.2.Perumusan Masalah ... 2
I.3.Batasan Masalah ... 3
I.4.Tujuan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1.Uraian ... 4
II.2.Transportasi Sedimen ... 6
II.2.1.Erosi dan Sedimentasi ... 6
II.2.2.Erosi ... 7
II.2.3.Sedimentasi ... 8
II.2.4.Angkutan Sedimen ... 10
II.2.5.Rumus- Rumus Angkutan Sedimen ... 18
A. Persamaan Yang’s...19
B. Engelund and Hansen ... 20
C. Shen and Hung...20
II.2.6.Metode Einstein ... 21
II.3.Dampak Erosi dan Sedimentasi ... 21
II.3.1.Pengaruh Erosi ... 21
II.3.2.Pengaruh Sedimentasi ... 22
II.4.Morfologi Sungai ... 23
II.5.Geometri dan Geoteknik Sungai ... 23
BAB III METODOLOGI DAN DESKRIPSI LOKASI PENELITIAN III.1.Metodologi Penelitian ... 27
III.1.1.Metode Kerja ... 29
III.1.2.Pengambilan Sampel Sedimen di Lapangan ... 29
III.1.3.Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai ... 30
III.1.4.Perhitungan Kedalaman Sungai ... 31
III.1.5.Perhitungan Transportasi Sedimen ... 32
A. Metode Yang’s ... 33
B. Metode Engelund and Hansen ... 34
C. Metode Shen and Hunsen...34
III.2.Lokasi Studi penelitian ... 35
III.2.1.Batas Wilayah Administrasi ... 35
III.2.2.Kondisi DAS Wampu ………. 36
III.2.2.1.Kondisi Bio-fisik DAS Wampu ... 37
BAB IV PERHITUNGAN MUATAN ANGKUTAN SEDIMEN IV.1.Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai ... 39
IV.2.Perhitungan Kedalaman ... 43
IV.3. Perhitungan Angkutan Sedimen Sungai Wampu dengan Metode Yang’s 50 IV.4. Perhitungan Angkutan Sedimen Sungai Wampu dengan Metode Engelund and Hansen ... 54
IV.5. Perhitungan Angkutan Sedimen Sungai Wampu dengan Metode Shen and Hung ... 56
IV.6. Perbandingan jumlah muatan sedimen antara sungai Wampu dengan sungai Ular...66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1.Kesimpulan ... 68
V.2.Saran ... 69
DAFTAR PUSTAKA ... 70 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar Uraian
2.1 Gaya yang bekerja pada butiran di dasar sungai 13
2.2 Diagram Shields 16
2.3 Sketsa pengendapan partikel sedimen laying 17
2.4 Grafik hubungan antara � dan d 18
3.1 Diagram Alir Penelitian 28
3.2 Faktor koreksi distribusi kecepatan 31
�
3.3 Hubungan antara
�" dan � 32
4.1 Grafik hasil muatan sedimen metode Yang’s 63
4.2 Grafik hasil muatan sedimen metode Engelund and Hansen 64 4.3 Grafik hasil muatan sedimen metode Shen and Hansen 65
∗
DAFTAR TABEL
Tabel Uraian
2.1 Klasifikasi ukuran partikel sedimen 11
2.2 Metode perhitungan dan karakteristiknya 26
3.1 Luas sub DAS di DAS Wampu 36
3.2 Luas sub DAS berdasarkan morfologi hulu tengah dan hilir 37 3.3 Luas sub DAS di DAS berdasarkan kemiringan lereng 38
4.1 Data kemiringan rata-rata sungai Wampu 39
4.2 Kedalaman sungai 46
4.3 Muatan sedimen metode Yang’s 53
4.4 Muatan sedimen metode Engelund and Hansen 56
4.5 Muatan sedimen metode Shen and Hung 59
4.6
4.7
Jumlah muatan sedimen (ton) per tahun dihitung dengan metode Yang’s
Jumlah muatan sedimen (ton) per tahun dihitung dengan 60
Metode Engelund and Hansen 61
4.8 Jumlah muatan sedimen (ton) per tahun dihitung dengan
Metode Shen and Hung 62
DAFTAR NOTASI
� = kecepatan jatuh
s = berat jenis sedimen
= berat jenis ar g = gravitasi
d = diameter sedimen
� = kinematic viscositas
� = psi
�0 = tegangan geser
d35 = diameter sedimen 35% dari material dasar d50 = diameter sedimen 50% dari material dasar d65 = diameter sedimen 60% dari material dasar Vcr = kecepatan kritis
V = kecepatan aliran S = kemiringan sungai U* = kecepatan geser
Ct = konsentrasi sedimen total Re = bilangan Reynold
�H = Beda tinggi
�X = jarak memanjang A = Luas penampang sungai P = Keliling basah
R = jari-jari hidrolis Q = debit air
D = kedalaman sungai W = lebar sungai
DAFTAR LAMPIRAN
Uji laboratorium Mekanika Tanah (analisa ukuran butiran)
Analisa saringan
Data debit sungai Wampu 2001-2010
Peta Daerah Aliran Sungai Wampu
Peta lokasi penelitian
Foto dokumentasi
ABSTRAK
Sungai merupakan sarana yang sangat penting dalam proses pengangkutan sedimen. Sungai berfungsi untuk mengalirkan sedimen-sedimen dari hasil erosi yang nantinya akan diteruskan ke laut. Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu. Proses sedimentasi meliputi proses erosi, transportasi (angkutan), pengendapan (deposition) dan pemadatan (compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya.
Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel dan kecepatan pengendapan partikel.
Untuk menghitung laju angkutan sedimen banyak metode yang bisa digunakan. Diantaranya yaitu metode Yang’s, Engelund and Hansen, shen and Hung.
Dalam penggunaan metode-metode tersebut diperlukan ukuran kedalaman penampang sungai. Dan untuk menghitung kedalaman sungai digunakan metode pendekatan Einstein.
Dari hasil perhitungan yang dilakukan, dengan metode Yang’s didapat hasil sedimen 2293477 ton, dengan metode Engelund and Hansen didapat hasil sedimen 14359167 ton, dengan metode Shen and Hung didapat hasil sedimen 311639.5 ton (untuk tahun 2008).
Maka dari hasil di atas dapat disimpulkan bahwa metode angkutan sedimen yang dipakai untuk perhitungan muatan sedimen sungai adalah metode Engelund and Hansen karena hasilnya lebih memungkinkan dan jumlah muatan sedimen yang dihasilkan lebih besar daripada metode lainnya. Sehingga metode perhitungan laju angkutan sedimen yang digunakan dapat dijadikan acuan untuk menghitung jumlah muatan sedimen pada sungai Wampu.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sungai merupakan sumber air yang menampung dan mengalirkan air serta material bahan yang dibawanya dari bagian hulu. Aliran sungai mengalir dari daerah tinggi ke daerah yang lebih rendah dan pada akhirnya akan bermuara ke laut.
Daerah tangkapan sungai adalah dimana sungai mendapat air dan merupakan daerah tangkapan hujan. Anak-anak sungai yang ada didalam DAS akan selalu mengikuti aturan yaitu bahwa aliran tersebut akan selalu dihubungkan oleh suatu jaringan. Arah dimana cabang dan arah sungai mengalir ke sungai yang lebih besar akan membentuk suatu pola aturan tertentu.pola yang terbentuk tergantung dengan kondisi topografi, geologi dan iklim yang terdapat di dalam DAS tersebut dan secara keseluruhan akan membentuk karakteristik sungai.
Dengan adanya aliran air di dalam sungai akan mengakibatkan adanya angkutan sedimen, yang berupa angkutan muatan dasar (bed load) dan angkutan muatan layang (suspended load). Sedimentasi tersebut menimbulkan pendangkalan badan perairan seperti sungai, waduk, bendungan atau pintu air dan daerah sepanjang sungai, yang dapat menimbulkan banjir. Oleh karena itu perlunya suatu usaha mengkaji sedimentasi yang dihasilkan oleh aliran sungai pada periode tertentu.
Metode untuk menentukan berapa besarnya angkutan sedimen telah banyak, metode-metode ini berdasarkan uji laboratorium dan analisa data lapangan sehingga rumus-rumus ini bersifat lokal sehingga metode ini tidak dapat dipakai pada setiap
sungai. Oleh karena itu perlu dilakukan kajian beberapa metode untuk mengetahui metode mana saja yang paling sesuai untuk sungai Wampu.
I.2 Perumusan Masalah
Salah satu cara untuk mengetahui pola dan laju perubahan morfologi sungai yang mencakup perubahan kemiringan dasar, elevasi dasar sungai, luas penampang melintang, serta perubahan kapasitas tampung (volume) yang terjadi pada penggal sungai terpilih akibat proses sedimentasi yaitu dengan menggunakan data lapangan di beberapa titik kontrol sungai Wampu. Dari beberapa persamaan angkutan sedimen yang ada, dicoba menjelaskan proses yang terjadi melalui analisis penerapan persamaan transpor sedimen untuk memahami fenomena perubahan morfologi sungai Wampu.
I.3 Batasan Masalah
Untuk mencapai hasil optimal dalam analisis dengan penerapan beberapa persamaan transpor sedimen pada sungai Wampu sehubungan dengan masalah sedimentasi, perlu ditetapkan batasan dan asumsi. Batasan dan asumsi yang digunakan dalam studi ini adalah:
1. Kajian berbasis data pengukuran yang ada, terbatas pada titik/ruas terpilih ataupun lokasi yang ditinjau.
2. Perhitungan angkutan sedimen didasarkan pada data debit harian yang terjadi.
3. Kajian dilakukan dengan mencermati hal-hal dominan yang telah terjadi dalam kurun waktu pelaksanaan pengukuran.
4. Dalam penelitian ini tidak membahas masalah erosi.
I.4 Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah yang ada, maka tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan atau mencari persamaan yang dapat dipakai untuk menghitung angkutan sedimen pada sungai Wampu serta menganalisis beberapa faktor/parameter yang tercakup ataupun di luar persamaan angkutan sedimen, yang memberikan pengaruh terhadap besaran angkutan sedimen.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA II.1 Uraian
Sumber utama dari material yang menjadi endapan fluvial adalah pecahan dari batuan kerak bumi. Batuan hasil pelapukan secara berangsur diangkut ke tempat lain oleh tenaga air, angin dan gletser. Air mengalir dipermukaan tanah atau sungai membawa batuan halus baik terapung, melayang atau digeser di dasar sungai menuju tempat yang lebih rendah. Hembusan angin juga bisa mengangkat debu, pasir, bahkan bahan material yang lebih besar. Makin kuat hembusan itu, makin besar pula daya angkutnya. Peristiwa ini disebut dengan disintegrasi yang prosesnya dapat fisik atau kimia. Sebagai akibat proses tersebut adalah terbentuknya butiran tanah dengan berbagai macam sifat yang berbeda, tergantung dari keadaan iklim, topografi, jenis batuan, waktu dan organisme. Apabila partikel tanah tersebut terkikis dari permukaan bumi atau palung sungai maka material yang dihasilkan akan bergerak atau berpindah menurut arah aliran yang membawanya menjadi angkutan sedimen.
Pengetahuan mengenai angkutan sedimen yang terbawa oleh aliran sungai dalam kaitannya dengan besar aliran sungai akan mempunyai arti penting bagi kegiatan pengembangan dan manajemen sumber daya air, konservasi tanah dan perencanaan bangunan pengamanan sungai. Pengetahuan mengenai sedimen akan memungkinkan untuk dilakukannya pengukuran sedimen yang melayang terbawa aliran ataupun sedimen yang bergerak di dasar sungai. Sedimentasi adalah suatu proses pengendapan material yang ditransport oleh media air, angin, es atau gletser di suatu cekungan. Delta yang terdapat di mulut-mulut sungai adalah hasil dan proses pengendapan material-material yang diangkut oleh air sungai. Proses sedimentasi meliputi proses erosi, transportasi (angkutan), pengendapan (deposition) dan pemadatan (compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Proses tersebut berjalan sangat komplek, dimulai dari jatuhnya hujan yang menghasilkan energi kinetik yang
merupakan permulaan dari proses erosi. Begitu tanah menjadi partikel halus, lalu menggelinding bersama aliran, sebagian akan tertinggal di atas tanah sedangkan bagian lainnya masuk ke sungai terbawa aliran menjadi angkutan sedimen. Bentuk, ukuran dan beratnya partikel tanah tersebut akan menentukan jumlah besarnya angkutan sedimen.
Dasar sungai biasanya tersusun oleh endapan dari material angkutan sedimen yang terbawa oleh aliran sungai, material tersebut dapat terangkut kembali apabila terjadi kenaikan kecepatan aliran cukup tinggi. Besarnya volume angkutan sedimen tergantung dari pada perubahan kecepatan aliran dan adanya kegiatan di palung sungai. Sebagai akibat dari perubahan volume angkutan sedimen adalah terjadinya penggerusan di beberapa tempat serta terjadinya pengendapan di tempat lain pada dasar sungai sehingga dengan demikian bentuk dari dasar sungai akan selalu berubah.
II.2 Transportasi Sedimen
Hasil pelapukan batuan dibawa oleh suatu media ke tempat lain dimana kemudian diendapkan. Pada umumnya pembawa hasil pelapukan ini dilakukan oleh suatu media yang berupa cairan, angin dan es. Sifat-sifat transportasi sedimen berpengaruh terhadap sedimen itu sendiri yaitu mempengaruhi pembentukan struktur
sedimen yang terbentuk. Hal ini penting untuk diketahui karena sebenarnya struktur sedimen merupakan suatu catatan (record) tentang proses yang terjadi sewaktu sedimen tersebut diendapkan. Umumnya proses itu merupakan hasil langsung dari gerakan media pengangkut. Namun demikian sifat fisik (ragam ukuran, bentuk dan berat jenis) butiran sedimen itu sendiri mempunyai pengaruh pada proses mulai dari erosi, transportasi sampai ke pengendapan.
II.2.1 Erosi dan Sedimentasi
Secara umum dapat dikatakan bahwa erosi dan sedimentasi merupakan proses terlepasnya butiran tanah dari induknya di suatu tempat dan terangkutnya material tersebut oleh gerakan air atau angin kemudian diikuti dengan pengendapan material yang terangkut di tempat lain (Suripin, 2002). Proses erosi dan sedimentasi ini baru mendapat perhatian cukup serius oleh manusia pada sekitar tahun 1940-an, setelah menimbulkan kerugian yang cukup besar, baik berupa merosotnya produktivitas tanah serta yang tidak kalah pentingnya adalah rusaknya bangunan-bangunan keairan serta sedimentasi waduk. Daerah pertanian merupakan lahan yang paling rentan terhadap terjadinya proses erosi. Bahaya erosi banyak terjadi di daerah-daerah lahan kering terutama yang memiliki kemiringan lereng sekitar 15% atau lebih.
II.2.2. Erosi
Erosi tanah adalah suatu proses atau peristiwa hilangnya lapisan permukaan tanah atas, baik disebabkan oleh pergerakan air maupun angin. Proses erosi tanah yang disebabkan oleh air meliputi tiga tahap yang terjadi dalam keadaan normal di lapangan, yaitu tahap pertama pemecahan bongkah-bongkah atau agregat tanah ke dalam bentuk butir-butir kecil atau partikel tanah, tahap kedua pemindahan atau pengangkutan butir-butir yang kecil sampai sangat halus tersebut, dan tahap ketiga
pengendapan partikel-partikel tersebut di tempat yang lebih rendah atau di dasar sungai (Priyantoro, 1987).
Hujan merupakan salah satu faktor utama penyebab terjadinya erosi tanah.
Tetesan air hujan merupakan media utama pelepasan partikel tanah. Pada saat butiran air hujan mengenai permukaan tanah yang gundul, partikel tanah dapat terlepas dan terlempar sampai beberapa centimeter ke udara. Pada lahan datar partikel-partikel tanah tersebar lebih kurang merata ke segala arah, tapi untuk lahan miring terjadi dominasi kearah bawah searah lereng. Partikel-partikel tanah yang terlepas ini akan menyumbat pori-pori tanah sehingga akan menurunkan kapasitas dan laju infiltrasi.
Pada kondisi dimana intensitas hujan melebihi laju infiltrasi, maka akan terjadi genangan air di permukaan tanah, yang kemudian akan menjadi aliran permukaan.
Aliran permukaan ini menyediakan energi untuk mengangkut partikel-partikel yang terlepas baik oleh tetesan air hujan maupun oleh adanya aliran permukaan itu sendiri.
Pada saat aliran permukaan menurun dan tidak mampu lagi mengangkut partikel tanah yag terlepas, maka partikel tanah tersebut akan diendapkan.
Proses pengangkutan partikel-partikel tanah ini akan terhenti baik untuk sementara atau tetap, sebagai pengendapan atau sedimentasi. Proses pengendapan sementara terjadi pada lereng yang bergelombang, yaitu bagian lereng yang cekung akan menampung endapan partikel yang hanyut untuk sementara dan pada hujan berikutnya endapan ini akan terangkat kembali menuju dataran rendah atau sungai.
Sedangkan pengendapan akhir atau sedimentasi terjadi pada sungai. Pada daerah aliran sungai partikel dan unsur hara yang larut dalam aliran permukaan akan mengalir ke sungai sehingga terjadi pendangkalan pada tempat tersebut. Keadaan ini akan mengakibatkan daya tampung sungai menjadi turun sehingga timbul bahaya banjir.
II.2.3. Sedimentasi
Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu akibat dari erosi. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel (gaya tarik dan gaya angkat) dan kecepatan pengendapan partikel.
Berdasarkan tempat dan tenaga yang mengendapkannya, proses sedimentasi dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu :
Sedimentasi fluvial
Sedimentasi fluvial adalah proses pengendapan materi yang diangkut oleh air sungai dan diendapkan disepanjang sungai atau muara sungai. Bentang alam hasil sedimentasi fluvial antara lain pulau sungai dan delta. Pulau sungai merupakan dataran yang terdapat di tengah-tengah badan sungai. Sedangkan delta adalah bentuk hasil endapan lumpur, tanah, pasir, dan batuan yang terdapat di muara sungai. Pengendapan yang terjadi di sungai disebut sedimen fluvial. Hasil pengendapan ini biasanya berupa batu giling, batu geser, pasir, kerikil dan lumpur yang menutupi dasar sungai. Bahkan endapan sungai ini sangat baik dimanfaatkan untuk bahan bangunan atau pengaspalan jalan.
Sedimentasi aeris
Sedimentasi Aeolis atau Aeris, yaitu sedimen yang diendapkan oleh tenaga angin. Contohnya: tanah loss, sand dunes.
Sedimentasi pantai
Sedimen pantai adalah material sedimen yang diendapkan di pantai.
Berdasarkan ukuran butirannya, sedimen panai dapat berkisar dari sedimen berukuran butir lempung sampai gravel. Suplai muatan sedimen yang sangat tinggi yang menyebabkan sedimentasi itu hanya dapat berasal dari daratan yang dibawa ke laut melalui aliran sungai. Pembukaan lahan di daerah aliran sungai yang meningkatkan erosi permukaan merupakan faktor utama yang meningkatkan suplai muatan sedimen ke laut.
Ada 3 (tiga) macam pergerakan angkutan sedimen yaitu:
1. Bed load transport
Partikel kasar yang bergerak di sepanjang dasar sungai secara keseluruhan disebut dengan bed load. Adanya bed load ditunjukkan oleh gerakan partikel di dasar sungai yang ukurannya besar, gerakan itu dapat bergeser, menggelinding atau meloncat-loncat, akan tetapi tidak pernah lepas dari dasar sungai.
2. Was load transport
Wash load adalah angkutan partikel halus yang dapat berupa lempung (silk) dan debu (dust), yang terbawa oleh aliran sungai. Partikel ini akan terbawa aliran sampai ke laut, atau dapat juga mengendap pada aliran yang tenang atau pada air yang tergenang.
3. Suspended load transport
Suspended load adalah material dasar sungai (bed material) yang melayang di dalam aliran dan terutama terdiri dari butir pasir halus yang senantiasa mengambang di atas dasar sungai, karena selalu didorong oleh turbulensi aliran. Suspended load itu sendiri umumnya bergantung pada kecepatan jatuh atau lebih dikenal dengan fall velocity.
Pada kenyataan pada tiap satu satuan waktu pergerakan angkutan sedimen yang dapat diamati hanyalah Bed Load Transport dan Suspended Load Transport.
II.2.4. Angkutan Sedimen
Angkutan sedimen di sungai atau saluran terbuka merupakan suatu proses alami yang terjadi secara berkelanjutan. Sungai disamping berfungsi sebagai media untuk mengalirkan air, juga berfungsi untuk mengangkut material sebagai angkutan sedimen.
Pengertian umum angkutan sedimen adalah sebagai pergerakan butiran- butiran material dasar saluran yang merupakan hasil erosi yang disebabkan oleh gaya dan kecepatan aliran sungai.
Di dalam perhitungan sifat-sifat sedimen yang dipakai adalah: ukuran, kerapatan atau kepadatan, kecepatan jatuh dan porositas. Laju angkutan sedimen, perubahan dasar dan tebing saluran, perubahan morfologi sungai dapat diterangkan jika sifat sedimennya diketahui.
Beberapa faktor yang mempengaruhi angkutan sedimen adalah : 1. Ukuran partikel sedimen
Tabel 2.1 Klasifikasi ukuran partikel sedimen
Klasifikasi Ukuran butiran
Bongkahan > 256 mm
Berangkal (couble) 64 – 256 mm
Kerikil (gravel) 2- 64 mm
Pasir (sand) 62 – 2000 µm
Lanau (silt) 4 -62 µm
Lempung (clay) < 4 µm
Pengukuran ukuran butiran tergantung pada jenis bongkahan, untuk berangkal pengukuran dilakukan secara langsung, untuk kerikil dan pasir dilakukan dengan analisa saringan sedangkan untuk lanau dan lempung dilakukan dengan analisa sedimen.
2. Berat spesifik partikel sedimen
Berat spesifik adalah berat sedimen per satuan volume dari bahan angkutan sedimen. Dirumuskan sebagai berikut :
=
𝐵𝑒𝑟𝑎� 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒��𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒�
...(2.1)
Dari hasil penelitian, berat spesifik rata-rata sedimen yang ditentukan hampir sama atau mendekati berat spesifik pasir kwarsa yaitu 2,56 gram/cm3.
3. Tegangan geser kritis
Tegangan geser kritis merupakan parameter penting dalam angkutan sedimen.
Pergerakan sedimen dipengaruhi oleh tegangan geser, kecepatan kritis dan gaya
angkat. Partikel sedimen akan terangkat apabila tegangan geser dasar lebih besar dari tegangan geser kritis erosi dan tegangan geser kritis erosi melebihi tegangan geser kritis deposisi.
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa tegangan geser kritis sangat bergantung pada riwayat proses pengendapan dan konsolidasi. Untuk itu beberapa penelitian tegangan geser kritis sedimen kohesif biasanya dilakukan dengan menghubungkan antara tegangan geser dan massa jenis sedimen pada berbagai variasi ketinggian sampel.
Sedimen bergerak tergantung dari besarnya gaya seret dan gaya angkat dan dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 2.1. Gaya yang bekerja pada butiran di dasar sungai
Dimana:
f = koefisien gesekan
W’ = (�s- �)*g 𝜋𝑑3
6 ……… (2.2)
F = � ∗ � 𝜋𝑑2 𝑢2...(2.3)
D 2 � 4 ∗
FL = � ∗ � 𝜋𝑑2 𝑢2...(2.4)
2 � 4 ∗
Partikel sedimen akan mulai bergerak pada kondisi kecepatan geser kritis terlampaui, karena gaya dorong lebih besar dari gaya gesek.
=
𝑢2
( 𝑠−1)∗𝑑
………(2.5)
Persamaan tegangan geser Shield adalah:
� =
�
( 𝑠− )𝑑
………. (2.6)
Dimana :
�� = ∗ � ∗ � , sehingga :
� =
� �(𝑠− )𝑑 ……… (2.7)D = kedalaman saluran (m) S = kemiringan saluran
D = diameter butiran sedimen (mm)
��= tegangan geser kritis
Apabila bilangan Reynold diketahui maka tegangan geser kritis dapat diketahui dengan melihat grafik 2.2 buku Sediment Transport, Chi Ted Yang halaman 22.
� =
�∗𝑑 �1
1
∗
∗
∗
𝑒
…………
…………
…………
…………
…………
… (2.8) Dimana :
U* = kecepatan geser d = diameter sedimen v = viskositas kinematik
� =
��
Viskositas kinematik dari air (v) dihubungkan kepada viskositas dinamik (�) oleh berat jenis sebagai berikut = �
� . Sebagian besar buku Mekanika Fluida mempunyai tabel dan diagram dari viskositas air sebagai fungsi dari temperatur.
Misalnya harga yang mewakili v = 1.10-6 m2/s untuk air bersih pada suhu 20oC.
Dengan melihat grafik di bawah ini maka akan didapatkan nilai critical stress.
Gambar 2.2. Diagram Shields
Diagram Shields secara empiris menunjukkan bagaimana pendimensian tegangan geser kritis yang diperlukan untuk inisiasi pergerakan yang merupakan fungsi dari bentuk khusus partikel bilangan Reynolds, Rep atau bilangan Reynold yang terkait dengan partikel tersebut. (Chi Ted Yang, 2003).
4. Kecepatan Jatuh (Fall Velocity)
Karakteristik dari sedimen adalah kecepatan jatuhnya atau fall velocity (�), yang mana adalah kecepatan maksimum yang dicapai oleh suatu partikel akibat gaya gravitasi. Ukuran pasir yang tersuspensi dalam suatu sungai akan tergantung kepada nilai fall velocity-nya. Untuk suatu ukuran butiran sedimen yang besar, akan jatuh dengan cepat dan akan lebih sedikit mendapat tahanan dari air dibandingkan dengan butiran sedimen yang lebih halus.
Persamaan umum untuk mencari nilai fall velocity :
� =
1 𝑠 −�
𝑑218 � ……….……. (2.9)
Dimana :
� = kecepatan jatuh (m/det)
𝑠 = berat jenis sedimen
= berat jenis air
g = gravitasi (m/det2)
d = diameter sedimen (mm) v = kinematic viscositas (m/det2)
Gambar 2.3. Sketsa pengendapan partikel sedimen layang
Nilai fall velocity (�) dapat diketahui apabila diketahui diameter sedimen (d), temperature air (oC) dan shape factor dari sedimen.
Untuk menentukan fall velocity dapat diperoleh dengan melihat grafik 1.3 buku sediment transport, Chi Ted Yang, halaman 10.
Gambar 2.4. Grafik hubungan antara � dan d
II.2.5. Rumus-rumus Angkutan Sedimen
Rumus-rumus yang dipakai dalam perhitungan angkutan sedimen adalah persamaan- persamaan Yang’s, Engelund and Hansen, dan Shen and Hung.
A. Persamaan Yang’s (1973)
Yang’s (1973) mengusulkan formula transportasi sedimen berdasarkan konsep unit aliran listrik, yang dapat dimanfaatkan untuk prediksi materi keseluruhan tempat tidur konsentrasi diangkut dalam flumes tempat tidur pasir dan sungai. Yang mendasarkan rumusnya pada konsep bahwa jumlah angkutan sedimen berbanding langsung dengan jumlah energi aliran. Energy per satuan berat air dapat dinyatakan dengan hasil kali kemiringan dasar dan kecepatan aliran. Energy per satuan besar air tersebut oleh Yang disebut sebagai unit stream power dan dianggap sebagai parameter penting dalam menentukan jumlah angkutan sedimen.
Data-data yang dipergunakan dalam pembuatan persamaan Yang’s adalah :
Data sedimen
Geometri saluran
Kecepatan aliran Analisa perhitungan
�𝑑50 �∗
Log C = 5.435 – 0.286 log1 - 0.457 log
� �
+(1.799 – 0.409 log �𝑑50
−
0.314 log �∗)log(��−
��𝑟�) ………(2.10)� � � �
Gw = ∗ ∗ � ∗ �...(2.11) Qs = Ct*Gw...(2.12) Dimana :
Ct = konsentrasi sedimen total
d50 = diameter sedimen 50% dari material dasar (mm)
� = kecepatan jatuh (m/s) V = kecepatan aliran (m/s) Vcr = kecepatan kritis (m/s) S = kemiringan sungai U* = kecepatan geser (m/s) W = lebar sungai (m) D = kedalaman sungai (m) Qs = muatan sedimen (kg/s)
B. Engelund and Hansen
Engelund and Hansen (1967) persamaan Engelund-Hansen didasarkan pada pendekatan tegangan geser. Persamaan Engelund and Hansen dapat ditulis sebagai berikut :
𝑑 1/2 3/2
q
s= 0.05
𝑠�
2�
50� �
0�
………(2.13)( 𝑠− 1) (𝑠− )𝑑50
Qs = W * qs...(2.14) Dimana : �0 = ∗ � ∗ �...(2.15)
�0 = tegangan geser (kg/m2) Qs = muatan sedimen (kg/s) C. Shen and Hungs
Shen and Hung (1971) diasumsikan bahwa transportasi sedimen adalah begitu kompleks sehingga tidak menggunakan bilangan Reynolds, bilangan Froude, kombinasi ini dapat ditemukan untuk menjelaskan transportasi sedimen dengan semua kondisi. Shen and Hung mencoba untuk menemukan variabel yang dominan yang mendominasi laju transportasi sedimen, mereka merekomendasikan kemunduran persamaan berdasarkan 587 set data laboratorium. Persamaan Shen and Hung dapat ditulis sebagai berikut :
Log Ct = - 107404.459 + 324214.747* Y – 326309.589*Y2 + 109503.872*Y3 Gw = ∗ ∗ � ∗ �
Qs = Ct*Gw
� �0.57 0.0075
Dimana : Y =
�
�0.32
�
Ct = konsentrasi sedimen total V = kecepatan aliran (m/s)
� = kecepatan jatuh (m/s) S = kemiringan sungai
W = lebar sungai (m) D = kedalaman sungai (m) Qs = muatan sedimen (kg/s) II.2.6. Metode Einstein
Einstein (1950) mengawali pendekatan langsung dalam penentuan beban material dasar dengan menjumlahkan beban dasar dan beban melayang. Ia juga termasuk salah satu orang pertama yang memperkenalkan ide dari tegangan geser efektip. Tegangan geser total dipertimbangkan terdiri dari dua bagian: tegangan geser yang berkaitan kekasaran butiran �’ dan tegangan geser yang berhubungan dengan tegangan geser akibat pembentukan dasar saluran (form shear stress) �”.
� = �’+�”
Tegangan geser butiran adalah efektip untuk membawa sedimen merupakan tegangan geser yang menghasilkan kecepatan rata-rata bila semua perlawanan (resistances) disebabkan kekasaran geseran. Dengan harga-harga yang diketahui dari kecepatan dan radius hidraulik (atau kedalaman pada kasus ratio lebar-kedalaman yang besar), tegangan geser efektip dapat dihitung langsung dari persamaan kecepatan (yang dipilih) dan parameter geseran butiran. Ide ini telah dipakai dari awalnya pada hampir semua hubungan transport sedimen, kecuali untuk metode yang langsung didasarkan pada kecepatan atau kedalaman dan kecepatan. Metode Einstein masih dipandang sebagai petunjuk dari segi pandangan teoritis. Metode ini memperkenalkan beberapa konsep dasar dalam transportasi sedimen yang keudian dimodifikasi atau disederhanakan oleh lainnya untuk perhitungan transportasi sedimen walaupun
prosedur dasar difusinya kompleks serta beberapa ketidakpastian dalam penentuan koefisien (Julien, 1995; Yang, 1996).
II.3. Dampak Erosi dan Sedimentasi II.3.1. Pengaruh Erosi
Seperti yang telah diuraikan, erosi dan sedimentasi yang diakibatkan oleh pergerakan air (daerah dengan curah hujan tinggi) meliputi beberapa proses. Terutama meliputi proses pelepasan, penghanyutan/pengangkutan dan pengendapan daripada partikel-partikel tanah yang terjadi akibat tumbukan percikan air hujan dan aliran permukaan.
Air hanya akan mengalir dipermukaan tanah apabila jumlah air hujan lebih besar daripada kemampuan tanah untuk menginfiltrasi air ke lapisan yang lebih dalam. Dengan menurunnya porositas tanah, karena sebagian pori-pori tertutup oleh partikel tanah yang halus, maka laju infiltrasi akan semakin berkurang, akibatnya aliran air dipermukaan akan semakin bertambah banyak. Aliran air di permukaan mempunyai peranan yang penting. Lebih banyak air yang mengalir di permukaan tanah maka lebih banyak tanah yang terkikis dan terangkut banjir yang dilanjutkan terus ke sungai untuk akhirnya diendapkan. Lebih lanjut tetesan air hujan ini dapat menimbulkan pembentukan lapisan tanah keras pada lapisan permukaan. Akibatnya dapat menyetop sama sekali laju infiltrasi sehingga aliran permukaan semakin berlimpah.
Dari uraian ini jelas bahwa pengaruh erosi ini dapat menimbulkan kemerosotan kesuburan fisik dari tanah.
II.3.2. Pengaruh Sedimentasi
Erosi tidak hanya berpengaruh negative pada lahan dimana terjadi erosi, tetapi juga di daerah hilirnya dimana material sedimen diendapkan. Banyak bangunan- bangunan sipil di daerah hilir akan terganggu, saluran-saluran, jalur navigasi air akan mengalami pengendapan sedimen. Disamping itu kandungan sedimen yang tinggi pada air sungai juga akan merugikan pada penyediaan air bersih. Salah satu keuntungan yang dapat diperoleh dari pengendapan sedimen barangkali adalah penyuburan tanah jika sumber sedimen berasal dari tanah yang subur.
II.4. Morfologi Sungai
Morfologi sungai adalah ilmu yang mempelajari sifat, jenis dan perilaku sungai dengan semua aspek perubahannya dalam dimensi ruang dan waktu. Gejala morfologi yang mempengaruhi sungai adalah :
1. Keadaan daerah aliran sungai, yang meliputi unsure topografi, vegetasi, geologi tanah dan penggunaan tanah yang berpengaruh terhadap koefisien rembesan pengaliran, sifat curah hujan serta keadaan hidrologi.
2. Hidrologi di palung sungai.
3. Material dasar saluran, tebing serta berubahnya alur aliran.
4. Aktivitas manusia diantaranya:
Dibangunnya prasarana air
Pengambilan material dasar sungai, tebing sungai dan bantaran sungai.
Pembuangan material dan sampah ke sungai.
II.5. Geometri dan Geoteknik Sungai
Bentuk sungai dapat dibedakan berdasarkan :
1. Topografi sungai meliputi bagian hulu dan hilir sungai dan sungai transisi.
Parameter yang menentukan adalah kemiringan dasar saluran, yang dipengaruhi oleh jenis butiran material dasar dan kekasaran dasar sungai.
2. Lapisan dasar sungai yang meliputi :
a. Sungai dengan dasar yang mudah tergerus.
b. Sungai dengan dasar yang tidak mudah tergerus.
c. Sungai dengan dasar yang mudah tergerus tetapi terlindung oleh material sungai lain yang mudah bergerak.
d. Sungai dengan lapisan dasar mudah tergerus dan di atasnya terdiri dari perpaduan antara material itu sendiri dengan muatan dasar lepas.
e. Sungai dengan dasar saliran terdiri dari lapisan alluvial tergerus dengan kedalaman cukup besar.
3. Jenis sungai dengan dasar batuan gelinding, berpasir, berlempung dan lain- lainnya.
4. Kemiringan dasar saluran yang meliputi sungai dengan kemiringan curam, landai dan bertangga.
5. Bentuk melintang sungai.
6. Pembentukan dasar sungai.
7. Jenis angkutan sedimen dan angkutan materialnya.
8. Pola aliran sungai yang meliputi : a. Dendritik
Pola ini terjadi pada daerah berbatuan sejenis dengan penyebaran yang luas. Misalnya suatu daerah yang ditutupi oleh endapan sedimen yang meliputi daerah yang luas dan umumnya endapan itu terletak pada suatu bidang horizontal.
b. Radial
Biasanya pola radial dijumpai pada lereng gunung api daerah topografi berbentuk kubah.
c. Rectangular
Terdapat di daerah yang batuannya mengalami retakan-retakan. Misalnya batuan jenis limestone.
9. Tinjauan daerah aliran sungai yang meliputi : a. Sungai lurus
Terjadi bukan karena alam tetapi dikarenakan ole perbaikan aliran sungai oleh manusia dan disengaja dibuat lurus.
b. Sungai berliku
Terjadi secara alamiah, sangat sering ditemui dan mempunyai cirri dengan arus yang berupa kurva yang dihubungkan dengan bagian alur sungai yang lurus.
c. Sungai berjalin
Terjadi karena fenomena sungai, sungai ini terdiri dari alur yang dipisahkan oleh pulau ataupun tebing kemudian bersatu kembali di bagian hilirnya.
Topografi sungai termasuk diantaranya adalah kemiringan dasar sungai, alur sungai, geometri permukaan, daya erosi sungai, dan kesemuanya berpengaruh terhadap laju debit sungai dan angkutan sedimen. Hal ini dapat merubah bentuk alur sungai dan kemiringan dasar sungai. Geometri permukaan mempengaruhi alur sungai, kedalaman sungai dan angkutan sedimen sungai.
Tabel 2.2. Metode Perhitungan dan Karakteristiknya
METODE PARAMETER PERHITUNGAN
Yang’s - Temperatur air
- Kecepatan jatuh sedimen - � adalah fall velocity - Konsentrasi sedimen
METODE PARAMETER PERHITUNGAN
Engelund and Hansen - Koefisien 0.05 - Parameter qs
- Tegangan geser (�0) - Lebar sungai
METODE PARAMETER PERHITUNGAN
She and Hung’s - Parameter Y
- � adalah fall velocity - Konsentrasi sedimen
Mulai
Perumusan Masalah
BAB III
METODOLOGI DAN DESKRIPSI LOKASI PENELITIAN
III.1. Metodologi Penelitian
Ruang lingkup pekerjaan yang dilakukan, meliputi:
Inventarisasi data penampang memanjang sungai pada daerah yang disurvey.
Inventarisasi data penampang melintang sungai pada daerah yang disurvey.
Melakukan survey ke lapangan untuk mengambil sampel sedimen yang dibutuhkan.
Perhitungan kemiringan dasar sungai.
Perhitungan kedalaman sungai.
Perhitungan transportasi sedimen.
Perhitungan muatan sedimen yang dihasilkan.
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
III.1.1. Metode Kerja
a. Inventarisasi data penampang memanjang dan melintang sungai.
Data penampang yang diperoleh terdiri dari beberapa section.
Tujuan
Mengetahui jumlah muatan sedimen yang terjadi dengan persamaan angkutan sedimen
Pengambilan data
Primer Sekunder
Sampel Sedimen Survey Lokasi
Peta topograf
Data penampang memanjang &
melintang sungai
Uji Laboratorium
Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai Mendapatkan karakteristik
butiran sedimen
Kecepatan jatuh (�) Perhitungan Kedalaman rerata
ruas sungai
Perhitungan Muatan Sedimen
Kesimpulan & Saran
Data penampang yang diperoleh memiliki panjang 1 km.
b. Mengadakan survey/penelitian langsung di lapangan untuk mengambil sampel sedimen dengan menggunakan alat pengambil sampel sedimen (Van Veen Grab) yang berasal dari Laboratorium Bapedaldasu.
c. Menghitung kemiringan dasar sungai berdasarkan data penampang memanjang dan melintang yang didapat.
III.1.2. Pengambilan Sampel Sedimen di Lapangan
Pengambilan sampel sedimen berlokasi di bagian hulu dari jembatan sungai Wampu. Pengambilan sampel dilakukan di lima titik pada satu bentang sungai.
Adapun alasan mengapa dilakukan hanya pada satu bentang yaitu karena kondisi medan yang sulit ditambah dengan kondisi cuaca yang tidak mendukung pada saat itu.
Pengambilan sampel dilakukan denganmenggunakan alat Bottom Grab, biasa disebut dengan Van Veen Grab milik Laboratorium Bapedaldasu.
Prinsip kerjanya adalah apabila alat ini diturunkan sampai dasar sungai maka alat keruk sampel (grab) kedua-duanya terbuka kemudian kabel penggantung dikendurkan dan sambil alat ini diangkat alat keruk sampel tertutup. Dapat dioperasikan secara manual dengan menggunakan berbagai alat penggantung, akan tetapi alat ini mempunyai kelemahan apabila material dasarnya terdiri dari kerikil sehingga pada saat alat diangkat, grab akan terbuka dan sampel material dasarnya akan lepas.
Alat Van Veen Grab ada dua jenis. Pertama adalah yang ukuran kecil, dengan berat 2,4 kg yang dapat memuat sampel sebanyak 0,5 dm3. Yang kedua adalah ukuran medium dengan berat 5,25 kg dan ukuran ekstra medium dengan berat 11 kg yang
dapat memuat sampel sebanyak 2 dm3. Untuk tugas akhir ini digunakan Van Veen Grab yang berukuran kecil untuk mengambil sampel sedimen. Sampel yang telah diambil langsung dilakukan uji laboratorium untuk mendapatkan data-data karakteristik butiran sedimen.
III.1.3. Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai
Rumus yang dipakai untuk menghitung kemiringan dasar sungai adalah :
S =
∆�∆� …...(3.1)Dimana : S = Kemiringan dasar sungai
∆� = Beda tinggi
∆� = Jarak memanjang
III.1.4. Perhitungan Kedalaman Sungai
Untuk menghitung kedalaman rerata ruas sungai digunakan pendekatan Einstein.
Pendekatan Einstein
Langkah-langkah perhitungannya :
1. Asumsikan harga R’
2. Untuk menentukan harga V digunakan gambar 3.9 buku Sediment Transport, Chih Ted Yang, halaman 71.
V = 5.75*U log
(
12.27��∗ �)...
(3.2)* 𝑠
Hubungan antara x dan ks/δ’ (Einstein 1950) 3. Hitung � dan hubungan antara V / U* dengan menggunakan gambar.
�
𝑠 − 𝑑 35���
…...(3.3)
= ∗
4.
Hitung�
"= (
�)*V...
(3.4)∗ �"
R
”=
(�")�2 ...(3.5) 5. Hitung R = R’ + R”6. Hitung Q = V*A, jika Q hasil hitungan sama dengan harga Q awal maka perhitungan sudah benar, jika belum sama maka asumsikan kembali harga R’
sampai harga Q hasil hitungan dan harga Q awal sama.
III.1.5. Perhitungan Transportasi Sedimen
Untuk menghitung transportasi sedimen maka jenis angkutan sedimen yang digunakan adalah bed load transport .
Perhitungan transportasi sedimen dengan menggunakan persamaan:
a. Metode Yang’s
∗
∗
b. Metode Engelund and Hansen c. Metode Shen and Hungs
Pemilihan ketiga metode tersebut berdasarkan lokasi penelitian, karena lokasi yang ditinjau adalah Sungai. Pada umumnya ketiga metode tersebut yang cocok digunakan di sungai.
A. Metode Yang’s
Dalam metode Yang’s diperlukan data-data sebagai berikut :
Ukuran diameter sedimen (d50)
Kemiringan dasar sungai (S)
Kedalaman sungai (D)
Lebar dasar sungai (B)
Debit sungai (Q)
Berat jenis sedimen (𝑠)
Berat jenis air ()
Gravitasi (g)
Kecepatan jatuh (�)
Langkah-langkah perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Menghitung luas penampang (A)
2. Menghitung kecepatan rata-rata (V) 3. Menghitung kecepatan geser (U*)
4. Menghitung nilai Bilangan Reynold (Re)
5. Menghitung harga parameter kecepatan kritis (Vcr) 6. Menghitung konsentrasi sedimen total (Ct)
7. Menghitung volume air berat (Gw) 8. Menghitung muatan sedimen ((Qs) B. Metode Engelund and Hansen
Dalam metode Engelund and Hansen diperlukan data-data sebagai berikut:
Ukuran diameter sedimen (d50)
Kemiringan dasar saluran (S)
Lebar dasar saluran (B)
Debit sungai (Q)
Berat jenis sedimen (𝑠)
Berat jenis air ()
Langkah-langkah perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Menghitung luas penampang (A)
2. Menghitung kecepatan rata-rata (V)
3. Menghitung harga qs dengan terlebih dahulu mencari nilai tegangan geser
�0 = *D*S...(3.6)
4. Menghitung muatan sedimen (Qs) C. Metode Shen and Hungs
Dalam metode Einstein diperlukan data-data sebagai berikut :
Ukuran diameter sedimen (d50)
Kemiringan dasar sungai (S)
Lebar dasar sungai (S)
Debit sungai (Q)
Berat jenis sedimen (𝑠)
Berat jenis air ()
Gravitasi (g)
Langkah-langkah perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Menghitung luas penampang (A)
2. Menghitung kecepatan rata-rata (V) 3. Menghitung konsentrasi sedimen
4. Menghitung konsentrasi sedimen total (Ct) 5. Menghitung volume air berat (Gw)
6. Menghitung muatan sedimen (Qs) III.2. Lokasi Studi Penelitian
Daerah Aliran Sungai Wampu merupakan daerah aliran sungai di provinsi Sumatera Utara dengan luas 416.175,19 Ha. Secara geografis DAS Wampu terletak antara 02o 58’51” – 04o 36’00” LU dan 97o 48’03” – 98o 38’50” BT, dengan sungai utama yang melaluinya adalah sungai Wampu. Sungai Wampu ini mengalir dari daerah hulu yang terletak di sebagian kecil Kabupaten Karo dan Kabupaten Deli Serdang, hingga bermuara pada daerah hilir di sebagian besar Kabupaten Langkat dan kemudian terus mengalir sampai ke selat Malaka (Pantai Timur Sumatera Utara).
III.2.1. Batas Wilayah Administrasi
Secara administratif wilayah DAS Ular berbatasan dengan :
Sebelah Utara : Daerah Aliran Sungai Batang Serangan
Sebelah Selatan : Daerah Aliran Sungai Singkil
Sebelah Barat : Daerah Aliran Sungai Asam Kumbang, Bleawan, Deli
Sebelah Timur : Daerah Aliran sungai Batang Serangan dan Singkil III.2.2. Kondisi DAS Wampu
Berdasarkan hasil analisa Sistem Informasi Geografis dan Check Lapangan maka DAS wampum terbagi atas 13 (tiga belas) Sub DAS yaitu sebagai berikut:
Tabel 3.1 Luas Sub DAS di DAS Wampu
No Sub DAS Luas (Ha)
1 Lau Bekulap 12.833,94
2 Lau Berkali 29.223,29
3 Lau Biang 22.102,19
4 Lau Biang Hulu 97.945,46
5 Lau Meriah 10.508.25
6 Salapian 14.986,50
7 Lau Tebah 25.994,63
8 Sei Bingei 33.800,84
9 Sei Mencirim 11.064,08
10 Ketekukan 33.415,73
11 Tembo 32.923,40
12 Wampu Hilir 39.723,07
13 Wampu Hulu 51.653,41
Sumber : BWS Sumatera II
III.2.2.1. Kondisi Bio-fisik DAS Wampu a. Morfologi
Keberadaan Sub-Sub DAS di DAS Wampu berdasarkan morfologi yang terbagi atas Hulu, Tengah dan Hilir beserta luasannya disajikan pada tabel berikut:
Tabel 3.2 Luas Sub DAS di DAS Wampu Berdasarkan Morfologi Hulu, Tengah dan Hilir
Sub DAS Morfologi Luas (Ha)
Hulu (Ha) Tengah (Ha) Hilir (Ha)
Bekulap 5,114.26 7,718.01 1.67 12,833.94
Berkali 27,748.60 1,475.06 29,223.29
Lau Biang 19,698.84 1,872.19 531.17 22,102.19
Lau Biang Hulu 24,726.85 72,285.56 933.05 97,945.46
Lau Meriah 7,330.51 3,177.75 10,508.25
Salapan 3,438.41 11,548.08 14,986.50
Lau Tebah 25,441.41 553.22 25,994.63
Sei Bingei 20,072.80 10,920.13 2,807.92 33,800.84
Sei Mencirim 79.17 10,820.40 164.51 11,064.08
Ketekunan 25,241.72 8,174.01 33,415.73
Tembo 9,914.35 20,958.57 2,050.48 32,923.40
Wampu Hilir 1,584.06 38,139.01 39,723.07
Wampu Hulu 21,986.33 26,624.33 3,042.76 51,563.41
Total DAS Wampu 190,793.25 177,711.37 47,670.57 416,175.19
Sumber: BWS Sumatera II
b. Kemiringan Lereng
Kemiringan lereng Sub-Sub DAS di DAS Wampu diklasifikasikan menjadi 5 kelas yaitu kelas I (datar), kelas II (landai), kelas III (agak curam), kelas IV (curam), dan V (sangat curam), disajikan pada tabel dibawah ini:
Tabel 3.3 Luas Sub DAS di DAS Wampu Berdasarkan Kemiringan Lereng
Sub DAS Kelas Kemiringan Lereng Luas (Ha)
I II III IV V
Bekulap 7,565.68 1,233.13 1,402.18 1,196.13 1,436.81 12,833.94
Berkali 1,759.86 446.04 313.52 26,703.80 29,223.29
Lau Biang 479.81 1.05 728.24 5,722.62 15,170.47 22,102.19 Lau Biang Hulu 44,820.34 21,209.08 8,652.13 10,901.41 12,362.50 97,945.46 Lau Meriah 1,980.39 139.35 1,541.45 1,510.63 5,336.43 10,508.25 Salapian 8,036.38 3,254.41 1,380.56 1,405.48 909.66 14,986.50 Lau Tebah 11.60 208.48 2,676.35 23,098.20 25,994.63
Sei Bingei 12,871.86 4,772.85 2,595.86 3,614.19 9,946.08 33,800.84
Sei Mencirim 10,670.95 393.13 11,064.08
Ketekukan 3,403.83 3,509.72 3,557.46 3,887.53 19,057.19 33,415.73 Tembo 22,925.18 6,011.20 3,440.20 501.20 45.62 32,923.40
Wampum Hilir 39,723.07 39,723.07
Wampu Hulu 28,656.29 1,742.73 205.32 166.68 20,882.40 51,653.42 Total DAS
Wampu
182,905.23 42,712.69 23,711.87 31,895.74 134,949.66 416,175.19
Sumber: BWS Sumatera II
BAB IV
PERHITUNGAN MUATAN ANGKUTAN SEDIMEN
IV.1 Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai
Berdasarkan data yang diperoleh dari standard cross section, diketahui : Tabel 4.1. Data Kemiringan Rata-rata sungai Wampu
Lokal Beda tinggi
(�H)
Jarak memanjang (�x)
Kemiringan
1 0.018 100 m 0.00018
2 0.014 100 m 0.00014
3 0.100 100 m 0.0010
4 0.024 100 m 0.00024
5 0.027 100 m 0.00027
Kemiringan rata-rata 0.000366
Jadi, diperoleh hasil kemiringan dasar sungai wampum (S) pada lokasi yang ditinjau senilai 0.000366
Dari hasil uji laboratorium diperoleh nilai : D35 = 0.27 mm
D50 = 0.38 mm D65 = 0.55 mm
Kecepatan jatuh (�) = 0.136 m/s
Uji Laboratorium (Kecepatan Jatuh)
Prosedur Percobaan :
1. Isilah tabung dengan zat cair yang bersih.
2. Sediakan butiran-butiran pasir dari 5 sampel yang ada.
3. Jatuhkan sampel I dari atas tabung sampai mencapai dasar tabung.
4. Dengan stopwatch, hitung dan catatlah waktu yang ditempuh sampel tersebut mulai dari tanda start sampai ke tanda lintasan 30 cm.
5. Kosongkan kembali isi tabung
6. Ulangi percobaan di atas untuk sampel II-V
Data Hasil Percobaan : Sampel I
Percobaan 1 2 3 4 5
Tinggi (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Waktu (s) 1.89 2.20 2.34 1.80 1.71
Kecepatan (m/s) 0.159 0.136 0.128 0.167 0.175
Kecepatan rata-rata =0.159+0.136+0.128+0.167+ 0.175
5 = 0.153 m/s
Sampel II
Percobaan 1 2 3 4 5
Tinggi (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Waktu (s) 1.53 1.39 1.48 1.57 1.57
Kecepatan (/s) 0.196 0.216 0.203 0.191 0.191
Kecepatan rata-rata =0.196+0.216+0.203+0.191+0.191
5 = 0.199
Sampel III
Percobaan 1 2 3 4 5
Tinggi (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Waktu (s) 1.84 1.44 2.11 2.34 2.65
Kecepatan (m/s) 0.163 0.208 0.142 0.128 0.113
Kecepatan rata-rata
=
0.163+0.208+0.142+0.128+0.113
5 = 0.1508 m/s
Sampel IV
Percobaan 1 2 3 4 5
Tinggi (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Waktu (s) 2.74 2.74 3.6 3.33 3.42
Kecepatan (m/s) 0.109 0.109 0.083 0.09 0.088
Kecepatan rata-rata
=
0.109+0.109+0.083+0.09+0.088
5 = 0.0958 m/s
Sampel V
Percobaan 1 2 3 4 5
Tinggi (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Waktu (s) 3.82 3.46 4.18 3.46 3.46
Kecepatan (m/s) 0.078 0.087 0.072 0.087 0.087
Kecepatan rata-rata
=
0.078+0.087+0.072+0.087+0.087
5 = 0.0822 m/s
Maka,
Kecepatan jatuh (�) = .1+.1+.1+.+.
= 0.136 m/s
Foto percobaan :
IV.2. Perhitungan Kedalaman
Digunakan pendekatan Einstein untuk menghitung kedalaman rerata ruas sungai, seperti yang telah disebutkan pada bab sebelumnya.
Pendekatan Einstein
Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Dari hasil uji laboratorium diketahui data-data sebagai berikut :
Viskositas kinematik = 0.0000016
Berat jenis sedimen (s) = 2642.8 kg/m3
D65 = 0.55 mm
D35 = 0.27 mm
2. Diketahui debit per hari pada bulan januari tahun 2001 (Q) = 216 m3/detik dan dasumsikan R’ = 0.459 m
3. Menghitung (�′ )
�′ = (gR’S)1/2
= (9.81*0.459*0.000366)1/2
= 0.040596 m/s 4. Menghitung (δ)
δ =
11.6�∗11.6∗0.0000016
= 0.040596
= 4.57x10-4
∗
∗
�′
Maka : 𝑘𝑠
= 𝑑65
0.00055
= 4.57�10−4
=
1.203001 5. Menentukan nilai xDari grafik III.1 didapat nilai x = 1.6 6. Menghitung (V)
V = 5.75�′ log(12.27 �′ �)
∗ 𝑠 0.459
= 5.75 (0.040596) log (12.27
0.00055 1.6)
= 0.983754 m/s 7. Menghitung (�′)
�′ = 𝑠− 𝑑 35
� �′ 2642.8−999.14
= 999.14 0.00027
0.000366∗0.459
= 2.643965
�
8. Menentukan nilai
�"
Dari grafik III.2 didapat nilai �"
∗
9. Menghitung �"
" � −1
�∗ = ( ") �
�∗
= (15)-1 * 0.983754
= 0.065584 m/s
∗
� = 15
∗
10. Menghitung R”
( �")2
R” = �
(0.065584)2
= 9.81∗0.000366
= 1.197955 m 11. Menghitung nilai R
R = R’ + R”
= 0.459 + 1.197955
= 1.656955 m
12. Dicoba nilai kedalaman D = 1.7115 m, maka:
Luas penampang (A) = 125 D + 2 D2
= 125 (1.7115) + 2 (1.7115)2
= 219.796 m2 Keliling basah (P) = 125 + 4.47 D
= 125 + 4.47 (1.7115)
= 132.6504 m Check nilai R :
� R
=
�
219.796 132.6504
= 1.656957 m...(OK)
∗
=
Maka nilai Q = A*V
= 219.796 * 0.983754
= 216.22 = 216 m3/detik...(OK) Jadi nilai D yang didapat adalah 1.7115 m.
Untuk hasil perhitungan kedalaman untuk tahun-tahun berikutnya dapat dilihat dalam tabel berikut :
Tabel 4.2. Kedalaman sungai
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2001 Januari 216 1.7115
Februari 288 2.2181
Maret 221 1.7125
April 278 2.1447
Mei 285 2.1963
Juni 227 1.7405
Juli 111 1.1421
Agustus 97.4 1.0025
September 214 1.6281
Oktober 233 1.7909
November 350 2.6398
Desember 235 1.8076
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2002 Januari 233 1.7958
Februari 175 1.445
Maret 165 1.345
April 219 1.7118
Mei 221 1.7125
Juni 176 1.446
Juli 165 1.345
Agustus 329 2.5025
September 461 3.2865
Oktober 320 2.442
November 368 2.753
Desember 190 1.5114
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2003 Januari 0 -
Februari 0 -
Maret 0 -
April 0 -
Mei 0 -
Juni 25.53 0.6427
Juli 123.61 1.1953
Agustus 0 -
September 138.91 1.1995
Oktober 157.29 1.2689
November 318.06 2.4293
Desember 164.21 1.3441
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2004 Januari 177 1.4454
Februari 287 2.2108
Maret 134 1.1972
April 164 1.3441
Mei 190 1.5114
Juni 163 1.3431
Juli 111 1.1421
Agustus 98.8 1.005
September 169 1.349
Oktober 144 1.2011
November 177 1.4454
Desember 418 3.0495
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2005 Januari 298.85 2.2959
Februari 165.26 1.3452
Maret 170.95 1.4211
April 192.38 1.5124
Mei 246.79 1.9037
Juni 188.39 1.3929
Juli 202.3 1.5231
Agustus 224.69 1.7208
September 246.25 1.8994
Oktober 0 -
November 0 -
Desember 419.33 3.0571
Tahun Bulan Debit per hari (m3/s)
Kedalaman (m)
2006 Januari 147 1.2024
Februari 90.9 1.0021
Maret 85 1.1498
April 52.8 0.918
Mei 51.6 0.9007
Juni 64.1 0.9415
Juli 99.7 1.008
Agustus 139 1.1985
September 101 1.1155
Oktober 155 1.2671
November 204 1.5386
Desember 179 1.4462
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2007 Januari 340.56 2.5789
Februari 0 -
Maret 151.86 1.2611
April 171.86 1.4215
Mei 341.15 2.5828
Juni 183.81 1.3487
Juli 218.72 1.6694
Agustus 306.58 2.3502
September 393.72 2.9086
Oktober 321.71 2.454
November 389.19 2.8817
Desember 419.22 3.0564
Tahun Bulan Debit per hari
(m3/s)
Kedalaman (m)
2008 Januari 93.67 1.0035
Februari 71.8541 0.9812
