3. pengukuran dan perhitungan debit sungai/ saluran air

1

3. Pengukuran dan Perhitungan Debit Sungai/Saluran Air

Pengukuran debit secara tidak langsung digunakan tiga cara:1) Velocity area methods2) Slope area methods3) Dilution methods

2

1) Velocity area methods

• Pada prinsipnya untuk mengetahui debit suatu sungai/saluran dilakukan pengukuran kecepatan aliran dan penampang sungai/saluran. Rumus umum untuk menghitung debit adalah:

• Q = A x V• Q : debit (m3/det)• A : luas penampang basah (m2)• V : kecepatan aliran rata-rata (m/det)

3

• Pengukuran kecepatan aliran dapat dilakukan dengan dua cara:

• a. Pengukuran dengan pelampung• b. Pengukuran dengan Current meter

• a. Pengukuran kecepatan aliran dengan pelampung

• Bila kecepatan aliran diukur dengan pelampung, maka diperoleh persamaan debit sebagai berikut:

4

• • Q = A x k x u• • Q : debit (m3/det)• A : luas penampang basah (m2)• k : koefisien pelampung• u : kecepatan pelampung• Nilai k tergantung dari jenis pelampung yang

dipakai. Nilai tersebut dapat dihitung dengan

5

• persamaan (menurut YB Francis) adalah sebagai berikut:

• k : koefisien pelampung• λ : kedalaman tangkai (h) per kedalaman air

(d)• λ : h/d• Pada angka-angka λ yang tertentu, koefisien k

dapat dihitung:

0,1λ10,1161k

6

• λ 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 0,99• k 0,954 0,961 0,968 0,975 0,981 1,000

• Pada kementerian konstruksi di Japang, jenis pelampung, dalamnya air dan kedalaman tangkai ditentukan sebagai berikut:

Pelampng No. 1 No. 2 No. 3 No. 4 No.5

d (m) < 0,70 0,70-1,30 1,30-2,60 2,60-5,40 > 5,20

h (m) 0,0 0,50 1,0 2,0 4,0

k 0,85 0,88 0,91 0,94 0,96

7

• Gambar Pelampung Tongkat

• MA

• d h•

8

• b. Pengukuran Dengan Current Meter• Kecepatan aliran biasanya diukur dengan

menggunakan alat ukur current meter (alat ukur kecepatan aliran yang berbentuk propeler). Alat berbentuk propeler tersebut dihubungkan dengan kotak pencatat (alat monitor yang akan mencatat jumlah putaran

• selama propeler tersebut berada di dalam air) kemudian dimasukkan ke dalam sungai yang akan diukur kecepatan alirannya. Bagian ekor alat tersebut menyerupai sirip dan akan berputar karena gesekan aliran air sungai.

9

• Pengukuran biasanya dilakukan dengan membagi kedalaman sungai menjadi beberapa bagian dengan lebar permukaan yang berbeda. Kecepatan aliran sungai pada setiap bagian diukur sesuai dengan kedalaman, misalnya pada kedalaman 0,6 atau kedalaman rata-rata antara 0,2 dan 0,8.

• Kecepatan aliran dihitung berdasarkan jumlah putaran baling-baling (cup) per waktu putarannya (n). Persamaan kecepatan aliran adalah sebagai berikut:

10

• V = a n + b

• V : kecepatan aliran (m/det)• a & b : konstanta alat• n : jumlah putaran per waktu

• Pemilihan jumlah vertikal yang akan diukur pada prinsipnya didasarkan atas:

• a. bentuk dan ukuran penampang sungai• b. sifat aliran • c. waktu yang disediakan

11

• Vs• 0,2d V0,2• d d• • 0,6d V0,6• 0,8d V0,8• Vb• Gambar: Distribusi Kecepatan Aliran

12

• Pemilihan jumlah vertikal yang akan diukur pada prinsipnya didasarkan atas:

a) bentuk dan ukuran penampang sungai,b) sifat aliran,c) waktu yang tersedia. Pada sungai yang konfigurasi dasarnya tidak

teratur sebaiknya lebih rapat dari pada yang teratur. Dari hasil pengukuran kecepatan aliran pada masing-masing vertikal, dihitung debit aliran pada masing-masing seksi. Debit total (debit sungai) merupakan total debit seksi.

13

• Pengukuran debit dapat dilakukan dengan cara Midsection (Gambar-1) dan Mean-section (Gambar-2).

• n-1 n n+1

• bn bn+1

• dn-1

• dn dn+1

•

• Gambar-1 Cara Mid-section

14

• an = dn x b•

• • Q = q1 + q2 + q3 +……. + qn

• Lebar satu sub-seksi ditentukan oleh setengah jarak di sebelah kiri dan setengah di sebelah kanan dari pengukuran vertikal.

2bbda 1nn

nn

bda nn

nnn vaq

15

• Gambar-2. Cara Mean-section

• n-1 n n+1

• bn bn+1

• dn-1 dn

• dn+1

16

• Lebar satu sub-seksi ditentukan oleh dua pengukuran vertikal yang bersebelahan (dn dan dn+1)

1n1nn b

2ddan

2vvanqn 1nn

n321n q.......qqqQ

17

• 2. Slope Area Method• Prakiraan besarnya debit dengan pendekatan

slope-area method akan memberikan hasil yang memadai apabila pemilihan badan air yang akan diprakirakan kecepatan airnya memiliki aliran yang kurang lebih seragam. Artinya, lebar dan kedalaman aliran, kecepatan aliran, kedalaman dasar sungai, dan kemiringan dasar permukaan sungai/saluran air relatif seragam atau tidak berubah secara mencolok (Asdak, 2002)

18

• Cara ini mendasarkan pada rumus Manning:

• Q : debit sungai (m3/detik)• A : luas penampang basah (m2)

1/22/3SRn1V

AVQ

1/22/3SRn1AQ

19

• R : merupakan perbandingan antara luas penampang melintang basah (A) dengan keliling (perimeter basah (p)

• n : koefisien• S : gradien permukaan air• V : kecepatan aliran rata-rata (m/det)

pAR

20

• 3. Metode Larutan (Delution Methods)• Pengukuran debit dengan menggunakan

bahan-bahan kimia, pewarna atau radioaktif sering digunakan untuk jenis sungai yang aliran airnya tidak beraturan (turbulent). Menurut Church, (1974) dalam Gordon et al., (1992) dalam Asdak, (2002), untuk maksud-maksud pengukuran hidrologi, bahan-bahan tersebut di atas seyogyanya dalam bentuk:

a) mudah larut dalam air sungai,b) bersifat stabil,

21

• c) mudah dikenali dalam konsentrasi rendah,• d) tidak meracuni biota perairan dan tidak

menimbulkan dampak negatif yang permanen pada badan perairan,

• e) relatif tidak mahal.

• Metode larutan dilakukan pada sungai yang dangkal, berbatu, dan sungai yang memiliki derajat turbulensi tinggi, sehingga tidak mungkin menggunakan current meter.

22

• Metode larutan didasarkan pada perhitungan perbedaan konsentrasi ion yang terkandung dalam air dan menggunakan alat Electric Conductivity Meter (EC-Meter). Dalam pengu-kuran digunakan garam dapur (NaCl), yang mudah didapat dan tidak berpengaruh terhadap tanaman maupun ikan.

• Ada dua cara perhitungan debit: Metode Injeksi tetap.

02

21

ccccqQ

23

• Q : debit sungai (m3/detik)• Q : debit injeksi larutan• c0 : konsentrasi air sungai awal (tanpa larutan)

• c1 : konsentrasi larutan

• c2 : konsentrasi sungai setelah bercampur larutan

• Metode Injeksi Sesaat

2

1

cc

TVQ

24

• Q : debit sungai (m3/detik)• V : volume larutan• T : waktu• c1 : konsentrasi larutan

• c2 : konsentrasi air sungai setelah bercampur larutan

25

• Konsentrasi

• b = a + c

• b

• a c2 c

• c0 waktu• T