BAB 6

Pengukuran Debit

6.1 Latar Belakang

Dalam suatu pengelolaan sumber daya air dengan perancangan bangunan

air diperlukan suatu informasi yang menunjukan jumlah air yang akan masuk ke

bangunan tersebut dalam satuan waktu yang dikenal sebagai debit aliran.Informasi

mengenai besarnya debit aliran sungai membantu dalam merancang bangunan

dengan memperhatikan besarnya debit puncak ( banjir) yang diperlukan untuk

perancangan bangunan pengendalian banjir dan juga dilihat dari data debit

minimum yang diperlukan untuk pemanfaatan air terutama pada musim

kemarau.Sehingga dengan adanya data debit tersebut pengendalian air baik dalam

keadaan berlebih atau kurang sudah dapat diperhitungkan sebagai usaha untuk

mengurangi dampak banjir pada saat debit maksimum dan kekeringan atau defisit

air pada saat musim kemarau panjang. Oleh karena itu, dalam praktikum ini

belajar melakukan pengukuran debit sungai untuk mendapatkan informasi

besarnya air yang mengalir pada suatu sungai pada saat waktu tertentu.

1.2 Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari melakukan praktikum ini adalah untuk mengetahui

besarnya kecepatan dan debit aliran yang terjadi di Parit Perdana.

6.3 Alat yang digunakan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai

berikut :

1. Bola tenis

2. Stopwatch

3. Meteran

4. Tali 50 m

5. Tongkat berskala

6. Alat tulis

6.4 Cara kerja

Prosedur pengukuran kecepatan aliran sungai dengan metode apung (

floating method) adalah sebagai berikut:

1. Ukur panjang sungai dengan tali 50 m yang akan dijadikan sebagai lintasan

benda.

2. Jatuhkan bola tenis yang dapat terapung pada titik awal dan waktu mulai

dihitung. Hentikan pencatat waktu ketika benda telah sampai pada titik akhir

penampang sungai..

3. Catat waktu yang ditempuh benda tersebut.

4. Lakukan pengamatan beberapa kali minimalnya 5 kali percoban

5. Hitung rata-rata waktu yang diperlukan benda selama percobaan tersebut.

6. Hitung debit sungai dengan mengalikan luas sungai dan kecepatan aliran yang

didapatkan pada perhitungan perhitungan.

6.5 Landasan Teori

Sungai sangat penting peranannya bagi kehidupan manusia. Kenyataan ini

dapat dilihat dari pemanfaatan sungai yang makin lama makin komplek, mulai

dari sarana transportasi,sumber air baku, sumber tenaga listrik dan sebagainya.

Menurut Chow (1992:17), Saluran yang mengalirkan air dengan suatu permukaan

bebas disebut saluran terbuka. Menurut asalnya saluran dapat digolongkan

menjadi saluran alam (natural) dan saluran buatan (artificial). Saluran alam

meliputi semua alur air yang terdapat secara alamiah di bumi, mulai dari anak

selokan kecil di pegunungan, selokan kecil, sungai kecil dan sungai besar sampai

ke muara sungai.

Sungai merupakan suatu saluran drainase yang terbentuk secara alami

yang mempunyai fungsi sebagai saluran. Air yang mengalir di dalam sungai akan

mengakibatkan proses penggerusan tanah dasarnya. Penggerusan yang terjadi

secara terus menerus akan membentuk lubang-lubang gerusan di dasar sungai.

Proses gerusan dapat terjadi karena adanya pengaruh morfologi sungai yang

berupa tikungan atau adanya penyempitan saluran sungai.

Sungai sangat penting peranannya bagi kehidupan manusia. Kenyataan ini

dapat dilihat dari pemanfaatan sungai yang makin lama makin komplek, mulai

dari sarana transportasi,sumber air baku, sumber tenaga listrik dan sebagainya.

Sungai atau saluran terbuka menurut Triatmodjo (1996:103) adalah

saluran dimana air mengalir dengan muka air bebas. Pada saluran terbuka,

misalnya sungai (saluran alam), variabel aliran sangat tidak teratur terhadap ruang

dan waktu. Variabel tersebut adalah tampang lintang saluran, kekasaran,

kemiringan dasar, belokan, debit aliran dan sebagainya.

Tipe aliran saluran terbuka menurut Triatmodjo (1996:104) adalah

turbulen, karena kecepatan aliran dan kekasaran dinding relatif besar. Aliran

melalui saluran terbuka akan turbulen apabila angka Reynolds Re > 1.000, dan

laminer apabila Re < 500. Aliran melalui saluran terbuka dianggap seragam

(uniform) apabila berbagai variabel aliran seperti kedalaman, tampang basah,

kecepatan, dan debit pada setiap tampang saluran terbuka adalah konstan. Aliran

melalui saluran terbuka disebut tidak seragam atau berubah (non uniform flow

atau varied flow), apabila variabel aliran seperti kedalaman, tampang basah,

kecepatan di sepanjang saluran tidak konstan. Apabila perubahan aliran terjadi

pada jarak yang pendek maka disebut aliran berubah cepat, sedang apabila terjadi

pada jarak yang panjang disebut aliran berubah tidak beraturan. Aliran disebut

mantap apabila variabel aliran di suatu titik seperti kedalaman dan kecepatan tidak

berubah terhadap waktu, dan apabila berubah terhadap waktu disebut aliran tidak

mantap. Selain itu aliran melalui saluran terbuka juga dapat dibedakan menjadi

aliran sub kritis (mengalir) jika Fr <1, dan super kritis (meluncur) jika Fr >1. Di

antara kedua tipe tersebut aliran adalah kritis ( Fr =1).

Klasifikasi aliran menurut Chow (1996) dalam Gunawan (2006:9) dapat

digolongkan sebagai berikut :

Gambar 6.1 Klasifikasi aliran

6.5.1 Penentuan Kecepatan aliran

Penggunaan rumus manning :

........................................................................................................................

........(6.1)

Dimana :

V = Kecepatan rata-rata (m/s)

R = Jari-jari hidrolik (m)

S = Kemiringan/slope

n = Koefesien kekasaran

6.5.3 Koefesien Kekasaran permukaan

Kekasaran permukaan ditandai dengan ukuran dan butiran bahan yang

membentuk luas basah dan menimbulkan efek hambatan terhadap aliran. Pada

sungai aluvial dimana but iran halus seperti pasir, lempung, lanau, efek hambatan

jauh lebih kecil dari pada bahan nya kasar seperti kerikil dan bebatuan. Bila

bahannya halus, n rendah dan bila bahannya kerikil dan bebatuan, nilai n

biasanya tinggi. Batuan lebih besar biasanya terkumpul didasar sungai,

mengakibatkan dasar saluran lebih kasar.

6.5.4 Kemiringan Saluran

Kemiringan memanjang dasar saluran biasanya diatur oleh keadaan

topografi yang dipelukan untuk mengalirkan air. Kemiringan dinding slauran

tergantung jenisnya bahan. Kemiringan dinding saluran dapat dilihat pada tabel

1.

Tabel 6.2 Kemiringan saluran berdasarkan bahan

6.5.5 Kecepatan maksimum yang di ijinkan

Kecepatan maksimum yang diijinkan merupakan kecepatan rata-rata

terbesar yang tidak menimbulkan erosi pada tubuh saluran. Kecepatan Kecepatan

ini sangta tidak menentu dan bervariasi. Saluran lama biasanya mengalami

banyak pergantian musim mampu akan menerima kecepatan yang lebih besar

dibanding saluran baru, kan-bahan kolida. karena saluran lama biasanya lebih

stabil terutama adanya pengendapan bahan-bahan koloida. Tabel kecepatan

maksimum yang diijinkan dipilih pada air jenih, berdasarkan bahan yang

digunakan menurut Fortier dan Scobey, dapat dilihat pada tabel 2 dibawah ini:

Tabel 6.3 Kecepatan maksimum menurut Fortier dan Scobey

Gambar 6.4 Aliran Dalam Saluran Terbuka

6.5.6 Debit Aliran

Debit aliran adalah laju air ( dalam bentuk volume air ) yang melewati

suatu penampang melintang sungai per satuan waktu.Dalam system SI besarnya

debti dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik ( m3/dt). Sedangkan dalam

laporan-laporan teknis, debit aliran biasanya ditunjukan dalam bentuk hidrograf

aliran. Hidrograf aliran adalah suatu perilaku debit sebagai respon adanya

perubahan karakteristik biogeofisik yang berlangsung dalam suatu DAS oleh

adanya kegiatan pengelolaan DAS dan / atau adanya perubahan (fluktuasi

musiman atau tahunan) iklim lokal.

6.5.7 Pengukuran Debit

Teknik pengukuran debit aliran langsung di lapangan pada dasarnya dapat

dilakukan melalui empat katagori ( Gordon et al., 1992):

1. Pengukuran volume air sungai

2. Pengukuran debiut dengan cara mengukur kecepatan aliran dan menentukan

luas penampang melintang sungai.

3. Pengukuran debit dengan menggunakan bahan kimia ( pewarna) yang dialirkan

dalam aliran sungai (substance tracing method).

4. Pengukuran debit dengan membuat bangunan pengukuran debit seperti weir (

aliran air lambat) atau flume ( aliran cepat).

6.6 Analisa Data dan Perhitungan

6.6.1 Analisa Data

a. Analisa Data

Ti

ti

k

Kedalaman Saluran (h) (m) Lebar

Salura

n

(b) (m)

h

1

h

2

h

3

h

4

h

5

h

6

h

7

h

8

h

9

h

1

0

h

1

1

h

1

2

h

1

3

Rata

-

Rata

1

0,

6

0

0,

7

2

0,

7

4

0,

7

8

0,

7

5

0,

7

0

0,

7

2

0,

7

6

0,

7

0

0,

7

0

0,

6

0

0,

0

0

0,

0

0

0,60 5,20

2

0,

6

6

0,

7

0

0,

8

4

0,

8

3

0,

8

7

0,

8

8

0,

9

3

0,

7

1

0,

6

0

0,

6

8

0,

5

2

0,

0

0

0,

0

0

0,63 5,00

3

0,

6

6

0,

6

8

0,

7

9

0,

6

8

0,

6

8

0,

7

5

0,

7

1

0,

6

7

0,

6

2

0,

6

0

0,

5

7

0,

4

9

0,

4

0

0,64 6,00

Sumber: Hasil analisis, 2013.

No.Jarak (S)

(m)Waktu (t)

(detik)Kecepatan Aliran (v)

(m/detik)Debit Aliran (Q)

(m3/detik)1

23,50

153,00 0,15 0,522 134,00 0,18 0,593 128,00 0,18 0,624 133,00 0,18 0,595 122,00 0,19 0,65

Sumber: Hasil analisis, 2013.

Kedalaman Rata-Rata (m)

Lebar

Rata-

Rata

(m)

Luas (A) (m2)

Keliling

Basah

Saluran (P) (m)

Jari-Jari

Hidrolis (R)

Kemiringan

Saluran (S)

Kecepatan

Rata-Rata

(m3/s)

Debit

Rata-

Rata

(m3/s)

Koefisien

Manning (n)

0,62 5,403,36

6,65 0,51 0,01 0,18 0,59 0,29

Sumber: Hasil analisis, 2013.

6.6.2 Analisa Perhitungan

Mencari nilai luas penampang (A)

Pada ketiga hasil percobaan, nilai luas penampang (A) dicari dengan rumus:

A = b x h...................................................................................................(5.10)

dimana,

A = luas penampang (m2)

b = lebar saluran rata-rata (m)

h = ketinggian aliran rata-rata (m)

Dari hasil analisis percobaan ini, diketahui:

h = 0,62 m

b = 5,40 m

Sehingga, nilai luas penampangnya:

A = h x b

= 0,62 m x 5,40 m

= 0,006 m2.

Mencari nilai keliling penampang (P)

Nilai keliling penampang dapat dicari dengan menggunakan rumus:

P = (2 x h) + b...........................................................................................(5.11)

dimana,

P = keliling penampang (m)

b = lebar saluran rata-rata (m)

h = ketinggian aliran rata-rata (m)

Dari hasil analisis percobaan ini, diketahui:

h = 0,62 m

b = 5,40 m

Sehingga, nilai keliling penampangnya:

P = (2 x h) + b

= (2 x 0,62) + 5,40

= 6,64 m.

Mencari nilai radius hidraulik (R)

Besar radius hidraulik dapat dicari dengan menggunakan rumus:

R= AP

.........................................................................................................(5.12)

dimana,

R = radius hidraulik (m)

A = luas penampang (m2)

P = keliling penampang (m)

Sebagai contoh, pada percobaan penentuan koefisien Manning yang

pertama, diketahui:

A = 3,36 m2.

P = 6,65 m

Sehingga, dapat ditentukan besar radius hidrauliknya adalah:

R= AP

¿ 3,366,65

¿0,51 m

Mencari nilai kemiringan muka air (S)

Untuk mencari nilai kemiringan muka air pada percobaan, dapat digunakan

rumus:

S=h3−h1

s .................................................................................................(5.13)

Dimana,

h3 = kedalaman rata – rata dititik 3 (m)

h1 = kedalaman rata – rata dititik 1 (m)

s = panjang saluran (m)

S = kemiringan (m)

Pada percobaan penentuan koefisien Manning diketahui:

L = 42 m

h3 = 0,64 m

h1 = 0,60 m

Maka, besar kemiringan yang terjadi pada percobaan ini adalah:

S=h3−h1

L

¿ 0,64−0,6042

¿0,02 m

Mencari nilai kecepatan aliran (v)

Nilai kecepatan aliran rata-rata dihitung dengan membagi besar panjang saluran

dengan rata rata waktu yang ditempuh objek untuk melewati saluran tersebut, nilai

kecepatan aliran dirumuskan:

v= st

..........................................................................................................(5.14)

Pada praktikum ini, diketahui:

v=kecepatan aliran(m /det)

s = panjang saluran (m)

t = waktu yang ditempuh

Maka, besar kecepatan rata-ratanya:

v= st

v= 42134

v=0,31 m /det

Mencari nilai koefisien Manning (n)

Koefisien Manning dicari dengan menggunakan rumus:

n=1v

x R23 x S

12............................................................................................(5.15)

Dimana,

n = koefisien Manning

v = kecepatan aliran (m/det)

R = radius hidraulik (m)

S = kemiringan muka air (m)

Dari hasil analisa praktikum ini, diketahui:

v = 0,31 m/det

R = 0,51 m

S = 0,02 m

Maka, besar koefisien Manning pada praktikum ini adalah:

n=1v

x R23 x S

12

¿ 10,31

(0,5123 )(0,02

12 )

¿0,09

Mencari nilai debit aliran (Q)

Besar debit aliran pada percobaan loncatan hidraulik dapat dicari dengan

menggunakan rumus:

Q = A x v..................................................................................................(5.16)

Dimana,

Q = debit aliran (m3/det)

A = luas penampang (m)

v = kecepatan aliran (m/det)

Sebagai contoh, pada percobaan loncatan hidraulik yang pertama diketahui:

A = 0,006 m2

v = 0,31 m/det

Sehingga, besar debit aliran pada percobaan loncatan hidraulik yang pertama

adalah:

Q = A x v

= 0,006 x 0,31

= 0,0086 m3/det

6.7 Pembahasan

Debit aliran adalah laju aliran air yang melewati suatu penampang melintang

pada sungai persatuan waktu. Fungsi dari pengukuran debit aliran adalah untuk

mengetahui seberapa banyak air yang mengalir pada suatu sungai dan seberapa

cepat air tersebut mengalir dalam waktu satu detik.

Praktikum yang telah kami lakukan aliran yang terjadi adalah aliran laminar

dimana bola tenis tersebut berjalan lurus tanpa naik turun di permukaan air. faktor

alam yang mempengaruhi kecepatan bola di dalam aliran sungai adalah angin yang

bertiup yang akan menyebabkan bola tersebut mengalir tidak pada tengah aliran

tersebut

Debit air pada aliran terbuka sangat penting dalam pertanian yang biasanya

dimanfaatkan untuk irigasi pesawahan, mengerakan turbin pada generator listrik

serta dapat dimanfaatkan untuk kegiatan transportasi jika debit air yang dibutuhkan

dapat memenuhi standar transportasi. Seperti kita ketahui bersama dihutan

Kalimantan yang mempunyai aliran debit air yang besar bahwa bebit aliran ini

digunakan masyarakat didekat hulu sungai untuk menghanyutkan batang pohon

kayu yang sudah ditebang dihutan sehingga memudahkan masyarakat untuk

mengangkut kayu-kayu tersebut.

6.8 Kesimpulan