kajian model angkutan sedimen pada das serayu …

VOLUME 14, NO. 3, EDISI XXXVI OKTOBER 2006

MEDIA KOMUNIKASI TEKNIK SIPIL260

KAJIAN MODEL ANGKUTAN SEDIMEN PADA DAS SERAYUBERDASARKAN MODEL MATEMATIK 1 DIMENSI

M. Syahril Badri K.1, Hang Tuah Salim 1, Aditya Riadi G 1

Diterima 04 Juli 2006

ABSTRACT

This paper present comparison study of several mathematical model for sedimenttransport, e.g. Yang (1973), Ackers-White (1973), Madden (1963), Vanony-Duboys(1975), Schocklitsh-Toffaleti (1966), Meyer-Peter-Muller (1948) dan Colby (1964). Thestudy was supported by 1 dimensional mathematical model named HEC6. ModelCalibration and verification were done by using field data measurement that was takenat Mrica Reservoir in 1992-1993 and 2002-2003. Based on this study, it is found thatthe best assessment for the sedimentation process in the upstream of the reservoir isshown by Yang model (1973), meanwhile the best assessment for the sedimentationprocess in the downstream of the reservoir is shown by Colby model (1964).

Keywords: Sediment Transport, One Dimension mathematical model, Serayu River.

ABSTRAK

Makalah ini menyajikan hasil kajian komparasi beberapa model angkutan sedimenpada badan sungai Serayu Jawa Barat. Dalam kajian digunakan alat bantu berupamodel matematik 1 dimensi HEC 6. Pemodelan angkutan sedimen dilakukan denganbeberapa model matematik yaitu Model Yang (1973), Ackers-White (1973), Madden(1963), Vanony-Duboys (1975), Schocklitsh-Toffaleti (1966), Meyer-Peter-Muller(1948) dan Colby (1964). Kalibrasi dan verrifikasi model dilakukan denganmemanfaatkan data pengukuran perubahan dasar waduk dari tahun 1992 sampai1993 dan dari tahun 2002 sampai 2003. Hasil pemodelan menyimpulkan bahwa modelangkutan sedimen terbaik untuk memodelkan daerah bendungan Mrica adalahformula Yang (1973), sedangkan untuk bagian di bawah bendungan sampai denganmuara adalah formula Colby (1964).

Kata kunci: Angkutan Sedimen, Sungai Serayu, Model 1 Dimensi

1 Teknik Sipil Institut Teknologi BandungJl. Ganesa No.10 Bandung 40132

LATAR BELAKANG

Sedimentasi di suatu sungai merupakanfenomena yang menarik banyak parapeniliti dibidang hidraulik, dinamikafluida, lingkungan dan hidrologi.

Besarnya perhatian peneliti terutamakarena adanya kebutuhan IPTEKS yangsangat tinggi dalam menangani haltersebut. Kebutuhan IPTEKS tersebutmuncul dari masyarakat kota/wilayah

M. Syahril Badri K, Hang Tuah Salim, Aditya Riadi GKajian Model Angkutan Sedimen pada DAS Serayu Berdasarkan Model Matematik 1 Dimensi

MEDIA KOMUNIKASI TEKNIK SIPIL 261

yang menjadikan sungai sebagai salahsatu urat nadi aktifitasnya, yaitusebagai sumber air, transportasi,drainase, irigasi dll.

Sebagaimana diketahui, sedimentasi disungai terjadi karena adanya prosespengendapan konsentrasi sedimenpada aliran sungai yang bersumber darihasil erosi di bagian hulu sungaitersebut. Erosi tersebut dapatdibedakan berdasarkan penyebabnya,yaitu erosi akibat tergerusnyapermukaan tanah oleh butiran air padasaat turunnya hujan di lahan tersebut,erosi akibat gerusan arus aliran padabadan sungai dan erosi akibat gerusantebing sungai oleh gelombang kapalyang lalu lalang.

Paper ini menguraikan hasil kajian dariproses dan dampak sedimentasi padabadan sungai dengan menggunakanmodel matematik 1 dimensi. Hasil studimerupakan bahasan komparasi bebe-rapa metoda perhitungan sedimentasiyang diterapkan pada sungai Serayu diPropinsi Jawa Barat.

Sungai Serayu mengalir dari wilayahKabupaten Banjarnegara, Banyumas,dan bermuara di wilayah KabupatenCilacap. DAS S. Serayu berupaPegunungan Dieng dan Gunung Slametyang memiliki curah hujan cukup tinggiyaitu 3.439mm/tahun. Beberapa pene-litian mengenai sedimentasi di S.Serayutelah dilakukan sejak tahun 1992, yaitu

pada saat dilakukannya perencanaanWaduk Mrica. Penelitian tersebut padaumumnya dilakukan berdasarkan hasilpengukuran lapangan berupa surveyhirometri dan hidrologi yang dilakukanselama kurun waktu tertentu.Pengukuran-pengukuran tersebut dila-kukan pada tahun 1992 dan 1993.Karena telah lamanya periodepengukuran, untuk dapat dimanfaatkanuntuk memprediksi laju sedimentasi S.Serayu pada saat ini, hasil pengukurantersebut perlu disesuaikan denganperubahan DAS yang telah dialamisejak tahun 1992 sampai dengan tahun2005. Penggunaan model matematik 1dimensi ini diharapkan dapatmenjembatani upaya pencarianparameter-parameter yang diperlukanbagi penentuan laju sedimentasi yangterjadi di S. Serayu di masa datang.

PERSAMAAN PENGATUR

Persamaan pengatur diturunkandengan beberapa asumsi sbb.:

Aliran tunak (steady flow). Aliran satu dimensi. Sedimen berupa lempung, lanau,

pasir dan krikil. Transpor sedimen berupa sedimen

dasar (bed load) dan sedimentersuspensi (suspended load).



Gambar 1. Lokasi DAS Serayu, Propinsi Jawa Tengah (Microsoft Encarta, 2004)

Persamaan Energi

Dengan asumsi tersebut di atas,persamaan gerak aliran lebih praktisdan sederhana didekati dari persamaanenerji. Persamaan enerji dapatdituliskan dalam fungsi tinggi muka air.Dalam hal ini, profil muka air dihitungmenggunakan Standard Step Method.Menurut Bernaully, persamaan enerjiantara dua penampang melintangbadan sungai dapat dituliskan dalamfungsi tinggi tekan air sbb:

ehgVZY

gVZY

22

211

11

222

22 ........ (1)

dimana :Y = Kedalaman hidraulis (m)Z = Elevasi titik dari Datum (m)V = Kecepatan aliran (m/det) = Koef enerjihe = Kehilangan enerji (m)g = Gravitasi (m/det2)

Kehilangan energi (he) terjadi sebagaiakibat dari gesekan pada dinding,

perubahan geometri dan turbulensialiran. Persamaan kehilangan energiyang digunakan adalah sbb:

g2V

g2VCSLh

211

222

fe

..........(2)

dimana :C = Koefisien kehilangan enerji

Persamaan Angkutan Sedimen

Dalam makalah ini akan dibahas 2metoda yaitu metoda Yang dan MetodaColby. Metoda Yang (1973)dikembangkan berdasarkan asumsibahwa unit stream power merupakanfaktor utama yang menentukan totalkonsentrasi sediment. Anggapan inidipekuat oleh hasil penelitiannya padaaliran saluran sempit dan aliran sungaialuvial. Diameter sedimen yangdigunakan berkisar antara 0.062 sampaidengan 7.0 mm dengan konsentrasitotal sedimen berkisar antara 10 sampai585000 ppm.



Menurut Yang (1984) besarnyatransport pasir dan butiran dapatdinyatakan dalam fungsi sbb.:

Untuk pasir dengan ukurandm<2 mm

SVVSuvd

uvdC

crm

mt

loglog314.0log409.0799.1

log457.0log286.0435.5log

*

*

..................................................... (3)

Untuk pasir dengan ukurandm≥2 mm

SVVSuvd

uvdC

crm

mt

loglog282.0log305.0784.2

log816.4log633.0681.6log

*

*

..................................................... (4)

Berdasarkan data uji laboratorium danlapangan, dan pemanfaatan fungsiangkutan sedimen Einstein (1950),Colby (1964) telah mengembangkansolusi grafis untuk angkutan total yangdikaitkan dengan kecepatan rata-rata V,kedalaman rata-rata D, diametermedian partikel d50, temperatur T, dankonsentrasi sedimen halus Cf . Menurutpendekatan tersebut, persamaan debittotal sedimen (ton/hari/ lebar) dapatdituliskan sbb.:

qt=[1+(k1k2-1)0.01k3]qti ................. (5)

dimana :(k1) = faktor koreksi untuk efek

temperatur(k2) = faktor koreksi konsentrasi

sedimen halus(k3) = faktor koreksi ukuran sedimen

Formula Colby sangat cocok jikadigunakan untuk saluran yang memilikipartikel dasar saluran lebih kecil dari0.6 mm dan untuk saluran dengankedalaman lebih kecil dari 3 meter.

PEMODELAN

Model yang digunakan adalah modelHEC-6 yang dalam hal ini terdiri darimodel hidraulik yang memecahkanpersamaan aliran 1 dimensi dan modelangkutan sediment pada control volume(badan sungai) yang ditinjau. Modeltersebut dikembangkan berdasarkanmetoda beda hingga.

Control volume diambil sebagai bagiansaluran yang dapat direpresentasikanoleh sebuah penampang melintang.Dengan demikian, lebar control volumesama dengan lebar dasar saluran,sedangkan kedalaman control volumediukur dari permukaan air sampaipermukaan bedrock di bawah dasarsaluran. Skema control volume dapatdilihat pada gambar 2.

Model hidraulik dikembangkan denganmenerapkan persamaan enerji dankontinyuitas pada penampangmelintang sungai. Keluaran dari modelhidrolik ini berupa hidrograf aliran daricontrol volume yang bersangkutan.

Angkutan sedimen untuk setiap ukuransediment dihitung dari hidrograf alirantersebut diatas. Potensi angkutandihitung untuk setiap kelompok butiranyang terdapat di dasar saluran.Kapasitas angkutan tiap kelompokdiperoleh dari perkalian total potensidengan fraksi/rasio kelompok tersebutterhadap total potensi dari dasarsaluran.

Pendekatan yang digunakan untukmendapatkan volume sedimen di setiapcontrol volume dihitung denganpersamaan berikut:

2du

sosedLLYBV

..........................(6)



dimana:

oB = lebar dasar saluran (m)

u dL L = panjang control volume (m)

sedV = volume sedimen di controlvolume

sY = dalam sedimen di controlvolume

Untuk kedalaman air D, volume dari airyang terdapat dalam satu kolom airadalah:

2du

ofLLDBV

................ (7)

Besarnya Bo dan D dapat diperolehmenggunakan persamaan enerji. Dalamperhitungan persamaan kontinuitas,distribusi sedimen dan kapasitasangkutan dalam control volumediasumsikan seragam, sehinggasedimen yang masuk kedalam controlvolume dianggap langsung dapattercampur dengan sedimen yang sudahada. Dengan demikian, perubahandasar saluran sungai yang terjadi akibatpergerakan sedimen sepanjangalirannya merupakan perubahankedalaman dari semua titik yangmewakili dasar saluran yang terdapatdalam control volume. Dalam hal ini,model yang digunakan, HEC-6

mengasumsikan adanya difusi seketikauntuk setiap kelompok butiran yangterdapat di control volume.HEC-6 juga meghitung dua sumbersedimen, yaitu sedimen yang mengalirmasuk dan sedimen yang terangkat daridasar saluran. Sedimen yang mengalirmasuk digunakan sebagai sarat batas.

Proses pengangkutan dan pengendapansedimen di dasar saluran dideskripsikankedalam algoritma numerik agar dapatdilakukan simulasi dengan model. Dasaruntuk mensimulasikan perubahanvertikal dari dasar saluran adalahpersamaan kontinuitas untuk materialsedimen (persamaan exner) sbb.:

0

tYB

xG s

o.............................

(8)

Dimana :

oB = lebar dari dasar yang dapat

bergerakt = waktuG = debit rata-rata sedimen selama

Δtx = jarak sepanjang saluranYs = kedalaman sedimen pada control

volume

Gambar 2. Konsep control volume



Gambar 3. Dasar saluran yang dapat bergerak

Gambar 4. Skema komputasi angkutan sedimen

Persamaan (9) dan (10) berikutdibawah ini merepresentasikanpersamaan Exner dalam bentuk bedahingga untuk titik P denganmenggunakan syarat-syarat yangditunjukkan dalam Gambar 4.

0

)(5.0

'

tYYB

LLGG spspsp

ud

ud ........... (9)

ud

ud

spspsp LL

GGBtYY

5.0

' .......... (10)

Dimana:

oB = lebar dari dasar yang dapat

bergerakGu, Gd = angkutan sedimen masing-

masing di hulu dan hilirpenampang melintang

,u dL L = masing-masing panjangsaluran bagian hulu dan hilirpenampang melintang

',sp spY Y=kedalaman sedimen masing-

masing sebelum dan setelahlangkah waktu pada titik P



0.5 = rasio panjang bagian hulu danhilir

Δt = langkah waktu komputasi

Ysp didefinisikan juga sebagaikedalaman inisial dari material dasarpada titik P. Gu adalah nilai sedimenyang memasuki control volume daribagian hulu. Gd merupakan sedimenyang meninggalkan control volume danberubah menjadi Gu untuk controlvolume selanjutnya.

Selisih antara Gd dan Gu adalah materiyang terangkut atau terendap dalamcontrol volume yang mewakili suatubagian dari badan sungai yang ditinjauseperti yang ditunjukkan dalampersamaan (10). Dari persamaan danskema pemodelan tersebut terlihatbahwa untuk melakukan running modeltersebut akan dibutuhkan datapendukung berupa topografi, batimetri,karakteristik hidraulik waduk, tinggimuka air, sebaran butiran sedimendasar dan debit aliran sungai.

Skema Pemodelan

Pemodelan dilakukan untuk kasussungai Serayu yang mempunyaikedalaman maksimum pada bagianmuara Sungai Serayu sedalam 2.5meter dari LLWL atau 370.8 cm dariMSL dan memiliki waduk PB.Soedirman. Data topografi yangdigunakan diperoleh dengan mengolahdata SRTM (Shuttle Radar TopographyMission) berukuran grid 90 m x 90 msehingga diperoleh peta dengan intervalkontur 0.5 meter. Waduk tersebutmempunyai elevasi muka air maksimumdan minimum masing-masing 231 mdan 224.5 m, serta telah mengalamipengendapan sejak tahun 1989 (lihatgambar). Pada tahun 2004, volume

pengendapan di waduk mencapai 67.1juta m3 dan telah menyebabkanpenurunan kapasitas waduk dari 148.28juta m3 menjadi 81.187 juta m3

(45.25%). Berdasarkan analisis datatopografi dan batimetri tersebutditentukan skema pemodelan aliranDAS Serayu seperti yang dapat dilihatpada gambar 5.

Dalam pemodelan, DAS Serayu dibagidua wilayah yaitu DAS Banjarnegara(kawasan bendungan) dan DASBanyumas (aliran Sungai Serayu setelahbendungan).

Kekasaran dasar saluran yangdigunakan adalah kekasaran Manningdengan harga n=0.03. Batas dasarsaluran yang masih dapat bergerakmempunyai kedalaman Ys=1 meter dandibatasi oleh bantaran sungai.

Verifikasi dan Kalibrasi Model

Kalibrasi model hidrolik dilakukan untukmemperoleh karakteristik hidraulissaluran yang akan digunakan sebagaimasukan model angkutan sediment.Kalibrasi model angkutan sedimendilakukan untuk memprediksi suplaisedimen berupa konsentrasi dan debitsedimen yang masuk kedalam aliranSungai.

DAS Banjar Negara

Verifikasi model angkutan sedimen diwaduk dilakukan dengan menggunakanperubahan dasar waduk dari tahun1992 sampai 1993 dan dari tahun 2002sampai 2003.

Debit aliran yang masuk ke BendunganPB. Soedirman berasal dari hulu SungaiSerayu dan anak Sungai Mrawu, datadebit yang digunakan adalah data Pos



Duga Air K.Mrawu-Clanggap danK.Serayu-Banjar-negara. Elevasi mukaair maksimum didalam bendunganadalah 233.2 m dan nilai minimum 223m.

Kecepatan aliran pada bagian hulubendungan memiliki nilai minimum0.004 m/dt, maksimum 4.8 m/dtkembali meningkat setelah melewatibendung. Sedangkan kedalamanmaksimum di dalam bendungan adalah28.7 meter.

Dari hasil model hidrolik diperolehhubungan debit dengan elevasi airuntuk semua penampang melintang,grafik hubungan tersebut digunakansebagai syarat batas internal modelangkutan sedimen.

Pada debit 97 sampai 105 m3/dt terjadifluktuasi elevasi di dalam bendungan,hal ini terjadi karena pintu bendungandidesain terbuka pada saat elevasimuka air mencapai 230 m dan mulaitertutup pada elevasi muka air 224 m(Gambar 6).

Volume sedimen yang mengendapselama tahun 1992 sampai 1993sebesar 3.488 juta m3 dan selamatahun 2000 sampai 2001 sebesar 3.382juta m3. Berdasarkan model angkutansedimen dapat diperkirakan bahwamasukan sedimen dari hulu bendunganlebih besar dari 3.4 juta m3 setiaptahunnya dengan debit angkutansedimen seperti ditunjukkan padagambar 7.

Dari hasil simulasi diperoleh elevasidasar bendungan untuk setiap formulayang digunakan. Formula Yang, Ackers-White, Kombinasi Toffaletti denganMeyer-Peter dan Müller memberikanhasil yang mendekati data pengukurandasar bendungan. Untuk formulaVanoni, dan kombinasi Toffalettidengan Schoklitsh memberikan hasilpengendapan yang lebih besar daridata pengukuran. Sedangkan formulaangkutan sedimen lainnya rata-ratamemberikan nilai pengendapan yangterlalu kecil (Gambar 8).

Gambar 5. Skema aliran Sungai Serayu



330000 340000 350000 360000 370000 380000

500

550

600

650

700

750

800

BENDUNGAN SOEDIRMAN

Main Channel Distance (ft)

Elevasi(ft)

Legend

WS Max WS

Ground

Serayu Utama

0

5

10

15

20

25

30

35

1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

No. Penampang

Keda

lam

an (m

)

0

1

2

3

4

5

6

Kece

pata

n (m

/dt)

Kedalaman Kecepatan

Dari model angkutan sedimen DaerahTangkapan Air Hulu diperolehhubungan debit dengan angkutansedimen yang digunakan sebagai inputmodel angkutan sedimen DaerahTangkapan Air Hilir. Dari perbandingandata pengukuran dasar bendungan,formula angkutan sedimen yangmemberikan hasil mendekati datapengukuran adalah formula Yang,

Ackers-White, dan Kombinasi Toffalettidengan Meyer-Peter dan Müller.

Suplai sedimen yang masuk dari hulubendungan di perkirakan berkisarantara 2573 sampai 37842 ton/hari,perkiraan angkutan sedimen yangmasuk dari arah hulu bendunganditunjukkan oleh Gambar 10.

Gambar 6. Elevasi muka air pada profil memanjang bendungan tahun 1992.

Gambar 7. Kedalaman & kecepatan sekitar Dam



ELEVASI DASAR SALURAN TAHUN 1992-1993Formula: Yang (1973)

450

500

550

600

650

700

750

800

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Jarak (km)

Ele

vasi

(ft)

Dasar saluran tahun 1992 Pengukuran 1993 Hasil Simulasi 1 tahun

Dam Mrica Muka Air Maksimum hasil Simulasi 6 bulan

Hubungan Debit dengan Elevasi Muka Air

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

0 20 40 60 80 100 120 140

Debit Aliran (m3/s)

Elev

asi M

uka

Air (

m)

Sebelum Dam Setelah Dam

HUBUNGAN DEBIT ALIRAN DENGAN ANGKUTAN SEDIMEN

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Debit Aliran (cfs)

Angk

utan

Sed

imen

(ton

/har

i)

Yang (1973) Ackers-White (1973)

Kombinasi Toffaleti dengan Meyer-Peter dan Muller Log. (Yang (1973))

Log. (Ackers-White (1973)) Log. (Kombinasi Toffaleti dengan Meyer-Peter dan Muller)

Gambar 8. Syarat batas internal model angkutan sedimen

Gambar 9. Hasil simulasi dasar saluran pada tahun 1993

Gambar 10. Hubungan debit dengan angkutan sedimen di depan bendung



MASUKAN SEDIMEN DARI HULU SUNGAI SERAYUFormula: Yang (1973)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

JAN FEB MAR APR MEI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DES

Angk

utan

Sed

imen

(ton

/har

i)

0

20

40

60

80

100

120

140

Debi

t Alir

an (m

3/s)

Masukan Sedimen Debit Aliran

DEBIT ALIRAN DAN ANGKUTAN SEDIMEN DI DEPAN BENDUNGANFormula: Yang (1973)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

JAN FEB MAR APR MEI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DES

Angk

utan

Sed

imen

(ton

/har

i)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Debit

Alira

n (m

3/s)

Penampang Melintang 4 Penampang Melintang 1 Debit Aliran

0 100 200 300-100

0

100

200

300

400

500

600

SIMULASI SUNGAI SERAYU

Main Channel Distance (km)

Elevation(m)

Legend

Muka Air

Ground

Serayu Utama

Gambar 11. Debit aliran dan angkutan sedimen dari hulu bendungan

Gambar 12. Debit aliran dan angkutan sedimen di depan bendungan

Gambar 13. Elevasi muka air maksimum sepanjang Sungai Serayu



0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 20 40 60 80 100 120

Jarak ke Hilir (km)

Angk

utan

Sed

imen

(ton

/har

i)

Toffaleti (1966) Madden (1963) fungsi Laursen (1958) Yang (1973)Fungsi Duboys oleh Vanoni (1975) Ackers-White (1973) Colby (1964)Kombinasi Toffaleti (1966) dengan Schoklitsh (1930) Meyer-Peter dan Muller (1948) Kombinasi Toffaleti dengan Meyer-Peter dan Muller

KONSENTRASI SEDIMEN DI MUARAPada Hari Ke-356

Prob. Debit 50%

0

50

100

150

200

250

300

350

31 59 90 120 151 181 212 243 273 304 334 365

Hari

Kons

entra

si (m

g/l)

Toffaleti (1966) Madden (1963) fungsi Laursen (1958) Yang (1973)Ackers-White (1973) Colby (1964) Kombinasi Toffaleti (1966) dengan Schoklitsh (1930)Kombinasi Toffaleti dengan Meyer-Peter dan Muller

Daerah Tangkapan Air Banyumas

Debit aliran yang masuk ke aliransungai sepanjang aliran dari bendunganPanglima Besar Soedirman sampaimuara sungai berasal dari bendungan,Kali Klawing, Kali Tajum, serta daerahtangkapan yang dibatasi oleh Pos DugaAir K. Serayu-Banyumas, Pos Duga AirKlawing-Slinga, dan bendungan.Kecepatan rendah antara 0.3 m/dtterjadi di kawasan Banyumas dengankedalaman antara 1.2 sampai 1.8 m.Profil kedalaman aliran dapat dilihat

pada Gambar 13. Sedangkan kecepatanaliran di muara Sungai Serayu berkisarantara 0.1 sampai 0.6 m/dt.

Sepanjang aliran sungai serayuterdapat dua lokasi yang tererosi dansatu lokasi pengendapan, dariperbedaan nilai angkutan sedimendapat menunjukkan lokasi deposisisedimen. Hasil pengukuran menun-jukkan kandungan sedimen di muarasungai serayu konsentrasi sedimenTotal Suspended Solid sebesar 98-126mg/l.

Gambar 14. Hasil angkutan sedimen sepanjang saluran

Gambar 15. Hasil konsentrasi sedimen di muara Serayu untuk probabilitas debit 50%



Berdasarkan hasil simulasi denganformula Colby, angkutan sedimen dimuara Sungai Serayu konsentrasisedimen berkisar antara 25 sampai 246mg/l, konsentrasi terendah terjadi padabulan Januari sedangkan konsentrasitertinggi terjadi pada bulan September.Untuk angkutan sedimen sepanjangsaluran, nilai angkutan sedimentertinggi terjadi pada penampangmelintang yang berjarak 55 km darimuara dengan nilai angkutan sebesar8400 ton/hari.

Skenario Pemodelan

Setelah dilakukan verifikasi dan ujimodel maka dapat dikatakan bahwapenggunaan yang tepat untukmemodelkan daerah bendungan Mricaadalah formula Yang, sedangkan untuk

bagian di bawah bendungan dapatmenggunakan formula Colby.

Debit maksimum dari data Pos Duga airserta data debit banjir dengan periodaulang 50 tahun digunakan sebagaimasukan simulasi, debit puncakmaksimum untuk masing-masing datadebit adalah 2137 m3/dt dan 3393m3/dt. Data hidrologi masukan modelmerupakan data hidrograf debit banjiryang didiskritisasi dengan nilai Δt = 1hari untuk durasi 4 hari.

Formulasi angkutan sedimen yangdigunakan adalah formula Colby setelahmempertimbangkan distribusi jenissedimen dasar Sungai Serayu dankedalaman aliran sepanjang sungaiserayu yang rata-rata tidak melebihi 3meter.

Tabel 1. Hasil perhitungan konsentrasi di muara untuk probabilitas debit 50%

Konsentrasi Sedimen di Muara (mg/l)

Hari Toffaleti(1966)

Madden(1963)fungsi

Laursen(1958)

Yang(1973)

FungsiDuboys

olehVanoni(1975)

Ackers-White(1973)

Colby(1964)

KombinasiToffaleti(1966)dengan

Schoklitsh(1930)

Meyer-Peterdan

Muller(1948)

KombinasiToffaletidengan

Meyer-Peterdan Muller

31 23 39 22 645 23 25 23 21 2459 23 40 22 653 23 25 23 21 2490 155 325 28 799 158 111 139 23 143120 129 104 48 810 173 112 303 21 235151 52 50 36 102 126 59 37 25 50181 28 27 28 775 32 51 27 27 29212 25 27 27 49 27 116 26 25 26243 25 26 27 86 27 73 25 25 26273 28 28 45 243 32 34 28 25 30304 100 83 82 641 142 174 92 25 102334 164 144 292 1066 156 246 155 26 181365 108 62 152 74 135 218 100 23 153

Min 23 26 22 49 23 25 23 21 24Maks 164 325 292 1066 173 246 303 27 235Rata-ra ta 72 80 67 495 88 104 81 24 85



Debit Banjir Q25 (m3/det)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 12 24 36 48 60 72 84 96

Jam

Debit

(m3/d

et)

Titik 1Input Model Titik 1

Debit Sedimen QS25 (ton/hari)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 12 24 36 48 60 72 84 96

Jam

Debit

Sed

imen

(ton

/hari)

Titik 1Input Model Titik 1

PERBANDINGAN DEBIT ALIRAN DENGAN ANGKUTAN SEDIMEN SETELAH BENDUNGAN

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Debit (m3/s)

Angk

utan

Sed

imen

(ton

/har

i)

AW YANG TMPM Linear (YANG) Linear (AW) Linear (TMPM)

Gambar 16. Debit Q50 tahun masukan model di titik 1 (muara)

Gambar 17. Angkutan Sedimen QS50 tahun masukan model di titik 1 (muara)

Gambar 18. Hubungan debit dan angkutan sedimen yang keluar dari bendungan



Konsentrasi Sedimen Di Muara Sungai Q50 tahun

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5

Hari

Kons

entra

si S

edim

en (m

g/l)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

Debi

t Alir

an (m

3/s)

ColbyDebit m3/s

Angkutan Sedimen Q50 tahun

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

1800000

0 20 40 60 80 100

Jarak (km)

Angk

utan

Sed

imen

(ton

/har

i)

Colby

Hasil Pemodelan

Hasil Pemodelan DAS BanjarNegara

Angkutan sedimen yang terendah dantertinggi masing-masing dihasilkan olehperhitungan dengan menggunakanformula Yang dan Kombinasi Toffalettidengan Meyer-Peter dan Müller. Hasilhubungan debit aliran dengan angkutansedimen dapat dilihat pada gambardibawah ini.

Hasil Pemodelan DAS SungaiSerayu

Konsentrasi sedimen di muara denganmenggunakan formula Colbymemberikan hasil perhitungankonsentrasi tertinggi 372 mg/l yaitupada saat debit puncak sebesar 3393m3/dt. Grafik konsentrasi sedimen padaGambar 20 menunjukkan hasilperhitungan konsentrasi sedimen dimuara Sungai serayu selama 4 harisimulasi. Grafik angkutan sedimensepanjang Sungai Serayu untuk periodaulang 50 tahun dapat dilihat padaGambar 19. Dari hasil perhitunganangkutan sedimen terbesar terdapat dimuara sungai sebesar 15 juta ton/hari.

Gambar 19. Angkutan sedimen sepanjang saluran untuk debit Q50 tahun

Gambar 20. Konsentrasi sedimen di muara Sungai Serayu untuk debit Q50 tahun



KESIMPULAN DAN SARAN

Dari hasil simulasi diperoleh elevasidasar bendungan untuk setiap formulayang digunakan. Formula Yangmemberikan hasil yang paling baik,Ackers-White, Kombinasi Toffalettidengan Meyer-Peter dan Müllermemberikan hasil yang mendekati datapengukuran dasar bendungan. Untukformula Vanoni, dan kombinasiToffaletti dengan Schoklitshmemberikan hasil pengendapan yanglebih besar dari data pengukuran.Sedangkan formula angkutan sedimenlainnya rata-rata memberikan nilaipengendapan yang terlalu kecil.

Hasil pengukuran menunjukkankandungan sedimen di muara sungaiserayu konsentrasi sedimen TotalSuspended Solid sebesar 98-126 mg/l.Formula yang memberikan hasil palingmendekati data konsentrasi sedimen dimuara adalah formula Colby (1964),formula Colby sangat baik digunakanuntuk saluran dengan kedalaman yanglebih kecil dari 10 ft (3 m).

Secara keseluruhan model angkutandengan menggunakan formula Yangmemberikan hasil yang akuratberdasarkan data-data yang tersedia,meskipun demikian formula inimemberikan hasil yang kurang baik didaerah muara sungai.

Acknoledgement

Makalah ini disusun berdasarkan hasilpenelitian yang telah dibiayai olehDirjen Dikti Melalui program HibahPasca 2004-2005.

DAFTAR PUSTAKA

Chow, V. T. (1959). Open-ChannelHydraulics, McGraw-Hill, Inc.

Chow, V. T. , Maidment, D.R., andMays, L.W., (1998) . Applied Hydrology,International Edition, McGraw-Hill, Inc1988.

Harto, Sri Br. (1993). Analisis Hidrologi,Penerbit PT. Gramedia Pustaka Utama,Jakarta.

Haydel, Julia Frances and McAnally,William H. (2002). Port SedimentationSolutions for the Tennessee-TombigbeeWaterway in Mississippi Report 1:Preliminary Evaluation, Department ofCivil Engineering Mississippi StateUniversity.

HEC-RAS v3.1. (2002). River AnalisysSystem. Hydraulic Reference Manual,US Army Corp of Engineers Institute ForWater Resources HydrologicEngineering Center.

Huang, J., Greimann, B., Yang, C.T.(2003). Numerical Simulation ofSediment Transport In Alluvial RiverWith Floodplains, International Journalof Sediment Research, Vol. 18, No. 1,2003, pp. 50-59.

Richards, Keith. (1982). Rivers, Formand process in alluvial channels,Mathuen, London and New York.

Rijn, Leo C. van. (1990). Principles ofFluid Flow and Surface Waves in Rivers,Estuaries, Seas, and Oceans, AquaPublications.

Soewarno. (1991). Hidrologi,Pengukuran dan Pengolahan DataAliran Sungai (Hidrometri), PenerbitNOVA.



Watershed Modeling System (WMS) 7.1Tutorials, Copyright © 2004 BrighamYoung University - EnvironmentalModeling Research Laboratory.

Yang, C.T. (1996). Sediment Transport:Theory and Practice, McGraw-Hill, Inc.

Yang, C. T. Generalized SedimentTransport Models for Alluvial Rivers andReservoirs, US-China Workshop onAdvanced Computational Modelling inHydroscience and Engeenering,September 19-21, Oxford, Mississippi,USA.

kajian model angkutan sedimen pada das serayu …

Documents