penjelasan kehilangan tinggi akibat pusaran

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Tinjauan Umum

Air sebagai sumber daya tidak dapat habis, karena jumlahnya dalam

biosfer tidak terpengaruh dan tidak rusak oleh aktivitas dan pemanfaatan oleh

manusia. Agar dapat dimanfaatkan, air harus terdapat pada tempat khusus dam

mempunyai kualitas tertentu dan dianggap sebagai terbaharui, dan sering sebagai

sumber daya yang langka, mempunyai masa daur ulang tergantung pada lokasi

dan penggunaannya.

Dalam mengelola sumber daya air, pemerintah Indonesia mengeluarkan

Undang-Undang No.7 tahun 2004 tentang sumber daya air yang mengatur

(Sumber: HR. Mulyanto):

1. Menetapkan bahwa sumber daya air dikelola berdasarkan asas kelestarian,

keseimbangan, kemanfaatan umum, keterpaduan dan keserasian, keadilan,

kemandirian serta transparansi dan akuntabilitas

2. Sumber daya air dikelola secara menyeluruh, terpadu, dan berwawasan

lingkungan hidup dengan tujuan mewujudkan kemanfaatan sumber daya

air yang berkelanjutan untuk sebesar-besarnya kemakmuran rakyat.

3. Sumber daya air mempunyai fungsi sosial, lingkungan hidup, dan ekonomi

yang diselenggarakan dan diwujudkan secara selaras.

Banjir merupakan permasalahan umum yang terjadi di sebagian wilayah

Indonesia, terutama di daerah padat penduduk misalnya di kawasan perkotaan.

Universitas Sumatera Utara

Oleh karena itu kerugian yang ditimbulkannya besar baik dari segi materi maupun

kerugian jiwa, maka sudah selayaknya permasalahan banjir perlu mendapatkan

perhatian yang serius dan merupakan permasalahan kita semua. Dengan anggapan

bahwa, permasalahan banjir merupakan masalah umum, sudah semestinya dari

berbagai pihak perlu memperhatikan hal-hal yang dapat mengakibatkan banjir dan

sedini mungkin diantisipasi, untuk memperkecil kerugian yang ditimbulkan.

(Sumber : Robert 2002)

II.2 Faktor-faktor Penyebab terjadi banjir

Faktor-faktor penyebab terjadinya banjir sangat banyak, Namun banjir yang

terjadi bisa diakibatkan oleh dua faktor. Salah satu faktor yaitu kejadian alam

dan faktor yang lain yaitu akibat tindakan manusia itu sendiri, yaitu antara

lain (Sumber: Robert 2002):

1. Curah Hujan

Indonesia memiliki iklim tropis, dengan begitu Indonesia memiliki dua

musim yaitu musim penghujan dan musim kemarau. Musim kemarau terjadi

pada bulan April-September dan musim Penghujan terjadi pada bulan

Oktober-Maret. Dan dengan begitu jika curah hujan melebihi kapasitas

tanggul sungai maka akan terjadi banjir.

2. Pengaruh Fisiografi

Fisiografi atau Geografi fisik sungai seperti bentuk, fungsi dan kemiringan

daerah pengaliran sungai (DPS), kemiringan sungai, geometrik hidrolik

(bentuk penampang seperti lebar, kedalaman, potongan memanjang, material


dasar sungai), lokasi sungai dan lain-lain. Merupakan hal-hal yang

mempengaruhi terjadinya banjir.

3. Erosi dan Sedimentasi

Erosi di daerah pengaliran sungai (DPS) berpengaruh terhadap pengurangan

kapasitas penampang sungai. Erosi menjadi problem klasik sungai-sungai di

Indonesia. Besarnya sedimentasi akan mengurangi kapasitas saluran,

sehingga timbul genangan dan banjir di sungai. Sedimentasi juga menjadi

masalah besar pada sungai-sungai Indonesia.

4. Kapasitas sungai

Pengurangan kapasitas aliran banjir pada sungai dapat disebabkan oleh

pengendapan berasal dari erosi DPS dan erosi tanggul sungai yang

berlebihan dan sedimentasi di sungai itu karena tidak adanya vegetasi

penutup dan adanya penggunaan lahan yang tidak tepat.

5. Kapasitas drainase yang tidak memadai

Hampir semua kota-kota di Indonesia mempunyai drainase daerah genangan

yang tidak memadai, sehingga kota-kota tersebut sering menjadi langganan

banjir di musim hujan.

6. Pengaruh air pasang

Air pasang laut memperlambat aliran sungai ke laut. Pada waktu banjir

bersamaan dengan air pasang yang tinggi maka tinggi genangan atau banjir

menjadi besar karena terjadi aliran balik (backwater). Genangan ini terjadi

sepanjang tahun baik di musim hujan dan maupun di musim kemarau.


7. Perubahan kondisi DPS

Perubahan DPS seperti pengundulan hutan, usaha pertanian yang kurang

tepat, perluasan kota, dan perubahan tataguna lahan memberikan kontribusi

yang besar terhadap naiknya kuantitas dan kualitas banjir.

8. Kawasan kumuh

Perumahan kumuh yang terdapat di sepanjang sungai, dapat merupakan

penghambat aliran. Masalah kawasan kumuh dikenal sebagai faktor penting

terhadap masalah banjir daerah perkotaan.

9. Sampah

Disiplin masyarakat untuk membuang sampah pada tempat yang ditentukan

tidak baik, umumnya mereka langsung membuang sampah ke sungai. Di

kota-kota besar hal ini sangat mudah dijumpai. Pembuangan sampah di alur

sungai dapat meninggikan muka air banjir karena menghalangi aliran.

10. Drainase lahan

Drainase perkotaan dan pengembangan pertanian pada daerah bantuan banjir

akan mengurangi kemampuan bantaran dalam menampung debit air yang

tinggi.

11. Bendung dan bangunan air

Bendung dan bangunan lain seperti pilar jembatan dapat meningkatkan

elevasi muka air banjir karena efek aliran balik (backwater).

12. Kerusakan bangunan pengendalian banjir

Menimbulkan kerusakan dan akhirnya tidak berfungsi dapat meningkatkan

kuantitas banjir.


13. Perencanaan sistim pengendalian banjir tidak tepat

Beberapa sistim pengendalian banjir memang dapat mengurangi kerusakan

akibat banjir kecil sampai sedang, tetapi mungkin dapat menambah

kerusakan selama banjir-banjir yang besar. Sebagai contoh bangunan tanggul

sungai yang tinggi. Limpasan pada tanggul pada waktu terjadi banjir yang

melebihi banjir rencana dapat menyebabkan keruntuhan tanggul,

menyebabkan kecepatan aliran yang sangat besar yang melalui bobolnya

tanggul sehingga menimbulkan banjir yang besar.

II.3. Pengendalian Banjir

Menurut Robert J.Kodoatie (2002), pada hakekatnya pengendalian banjir

merupakan suatu persoalan yang kompleks, karena dimensi rekayasanya

(engineering) melibatkan banyak disiplin ilmu yang terkait antara lain: Hidrologi,

Hidrolika, erosi DAS, teknik sungai, morphologi dan sedimentasi sungai,

rekayasa sistem pengendalian banjir, system drainase kota, bangunan air dan lain-

lain. Oleh karena itu suksesnya program peengendalian banjir juga tergantung dari

aspek lainnya yang menyangkut sosial, ekonomi, lingkungan, institusi,

kelembagaan, hukum dan lainnya.

Dalam pembahasan kali ini akan dijelaskan tentang pengendalian banjir

lebih dominan ke hidrolika, walaupun juga dijelaskan secara singkat tentang

manajemen. Ada 4 strategi dasar untuk pengelolaan daerah banjir yang meliputi

(Robert, 2002):

1. Modifikasi kerentanan dan kerugian banjir (penentuan Zona atau pengaturan

tata guna lahan).


2. Modifikasi banjir yang terjadi (pengurangan) dengan bangunan pengontrol

(waduk) atau normalisasi sungai.

3. Modifikasi dampak banjir dengan penggunaan teknik mitigasi asuransi,

penghindaran banjir (flood proofing)

4. Pengaturan peningkatan kapasitas alam untuk dijaga kelestariannya seperti

penghijauan.

Alat atau cara yang harus dilakukan untuk empat strategi di atas

digambarkan sebagai berikut (Sumber: Robert 2002):

II. 3.1 Metode Struktur

Pada dasarnya kegiatan penanggulangan banjir adalah suatu kegiatan yang

meliputi aktifitas : mengenali besarnya debit banjir, mengisolasi daerah genangan

banjir, dan mengurangi tinggi elevasi air banjir. Kegiatan penanggulangan banjir

dengan bangunan pada umumnya mencakup kegiatan berikut ini:

1. Perbaikan sungai dan pembuatan tanggul banjir untuk mengurangi besarnya

resiko banjir di sungai.

2. Pembuatan saluran floodway untuk mengalirkan sebagian atau seluruh air

sungai.

3. Pengaturan sistem pengaliran untuk mengurangi debit puncak banjir.

Untuk menunjang keberhasilan pengendalian banjir diperlukan kegiatan

pengelolaan dan perbaikan sungai, untuk meningkatkan kapasitas sungai,

dilakukan kegiatan sebagai berikut (Sumber : Robert 2002):

1. Menambah dimensi tampang alur sungai.

2. Memperkecil nilai kekasaran alur sungai.


3. Pelurusan tau pemendekan alur sungai pada sungai berbelok atau bermeander.

4. Pengendalian transport sedimen.

Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dalam pemiilihan jenis

bangunan pengendalian banjir adalah sebagai berikut:(Sumber : Robert 2002)

1. Pengaruh regim sungai terutama erosi dan sedimentasi dan hubungannya

dengan biaya pemeliharaan.

2. Kebutuhan perlindungan erosi di daerah kritis.

3. Pengaruh bangunan terhadap lingkungan.

4. Perkembangan pembangunan daerah.

5. Pengaruh bangunan terhadap kondisi aliran di sebelah hulu dan sebelah

hilirnya.

Jenis-jenis bangunan pengendali banjir yang merupakan bagian dari

metode struktur, dapat diuaraikan sebagai berikut:(Sumber : Robert 2002)

1. Bendungan

Bendungan digunakan untuk menampung dan mengelola distribusi aliran

sungai. Pengendalian diarahkan untuk mengatur debit air sungai di sebelah

hilir bendungan. Faktor-faktor yang digunakan dalam pemilihan lokasi

bendungan adalah sebagai berikut: (a) Lokasi mudah dicapai, (b) Topografi

daerah memadai, dengan membentuk tampungan yang besar, (c) Kondisi

geoologi tanah, (d) Ketersediaan bahan bangunan, (e) Tujuan serbaguna, (f)

Pengaruh bendungan terhadap lingkungan, dan (g) Umumnya bendung

terletak disebelah hulu daerah yang diilindungi.


2. Kolam penampungan (retension basin)

Seperti halnya bendungan, kolam penampungan (retension basin) berfungsi

untuk menyimpan sementara debit sungai sehingga puncak banjir dapat

dikurangi. Tingkat pengurangan banjir tergantung pada karakteristik hidrograf

banjir, volume kolam dan dinamika beberapa bangunan outlet. Wilayah yang

biasa digunakan untuk kolam penampungan biasanya di daerah dataran rendah

atau rawa. Dengan perencanaan dan pelaksanaan tataguna lahan yang baik,

kolam penampungan dapat digunakan untuk pertanian. Untuk strategi

pengendalian yang andal diperlukan : (a) Pengontrolan yang memadai untuk

menjamin ketepatan peramalan banjir, (b) Peramalan banjir yang andal dan

tepat waktu untuk perlindungan atau evakuasi, dan (c) Sistim drainase yang

baik untuk mengosongkan air dari daerah tampungan secepatnya setelah banjir

reda.

3. Tanggul penahan banjir

Tanggul banjir adalah penghalang yang di desain untuk menahan air banjir di

palung sungai untuk melindungi air disekitarnya. Tanggul banjir sesuai untuk

daerah-daerah dengan memperhatikan faktor-faktor berikut: (a) Dampak

tanggul terhadap regim sungai, (b) Tinggi jagaan dan kapasitas debit sungai

pada bangunan-bangunan sungai misalnya jembatan, (c) Ketersediaan bahan

bangunan setempat, (d) Syarat-syarat teknis dan dampaknya terhadap

pengembangan wilayah, (e) Hidrograf banjir yang lewat, (f) Pengaruh

limpasan, penambangan, longsoran, dan bocoran, (g) Pengaruh tanggul


terhadap lingkungan, (h) Elevasi muka air yang lebih tinggi di alur sungai,

dan (i) Lereng tanggul dengan tepi sungai yang relatif stabil.

4. Saluran by pass

Saluran by pass adalah saluran yang digunakan untuk mengalihkan sebagian

atau seluruh aliran air banjir dalam rangka mengurangi debit banjir pada

daerah yang dilindungi. Faktor-faktor yang penting sebagai pertimbangan

dalam desain saluran by pass adalah sebagai berikut: (a) Biaya pelaksanaan

yang relative mahal, (b) Kondisi topografi dari rute alur baru, (c) Bangunan

terjunan mungkin diperlukan di saluran by pass untuk mengontrol kecepatan

air dan erosi, (d) Kendala-kendala geologi timbul sepanjang alur by pass

(contoh membuat saluran sampai batuan dasar), (e) Penyediaan air dengan

program pengembangan daerah sekitar sungai, (f) Kebutuhan air harus

tercukupi sepanjang aliran sungai asli di bagian hilir dari lokasi percabangan,

(g) Pembagian air akan berpengaruh pada sifat alami daerah hilir mulai dari

lokasi percabangan by pass.

5. Sistim pengerukan/normalisasi alur sungai

Sistem pengerukan atau normalisasi saluran adalah bertujuan memperbesar

kapasitas tampung sungai dan mmemperlancar aliran. Analisis yang harus

diperhitungkan adalah analisis hidrologi, hidraulika, dan analisis sedimentasi.

Anaalisis perhitungan perlu dilakukan dengan cermat mengingat kemungkinan

kembalinya sungai ke bentuk semula sangat besar. Normalisasi diantaranya

kegiatan-kegiatan melebarkan sungai, mengarahkan alur sungai dan

memperdalam sungai (pengerukan). Untuk mengarahkan sungai dan


melebarkan penampangnya sering terjadi diperlukan pembebasan lahan. Oleh

karena itu dalam kajiannya harus juga memperhitungkan aspek ekonomi

(ganti rugi) dan aspek social bagi terutama bagi masyarakat atau stakeholders

lainnys yang merasa dirugikan akibat lahannya berkurang.

6. Sistim drainase khusus

Sistem drainase khusus sering diperlukan untuk memindahkan air dari daerah

rawan banjir karena drainase yang buruk secara alami tau karena ulah

manusia. System khusus tipe gravitasi dapat terdiri dari saluran-saluran alami.

Alternatif dengan pemompaan mungkin diperlukan untuk daerah buangan

dengan elevasi air di bagian hilir terlalu tinggi. Sistem drainase khusus

biasanya digunakan untuk situasi berikut: (a) Daerah perkotaan dimana

drainase alami tidak memadai, (b) Digunakan untuk melindungi daerah pantai

dari pengaruh gelombang, (c) Daerah genangan/bantaran banjir dengan

bangunan flood wall/dinding penahan banjir.

Desain dari sistem drainase khusus berdasarkan pertimbangan berikut: (a)

Topografi, karakteristik infiltrasi dan luas daerah yang akan dilindungi, (b)

Kecepatan dan waktu hujan serta aliran permukaan, (c) Volume dari air yang

ditahan, dan (d) Periode banjir.

Adapun kriteria yang digunakan dalam pemilihan bangunan adalah: (a)

Apabila elevasi air buangan lebih rendah dari elevasi daerah yang dilindungi,

dapat diguunakan outlet sederhana, (b) Apabila fluktuasi perubahan elevasi air

berubah-ubah diperlukan pintu-pintu otomatis, dan (c) Stasiun pompa


diperlukan apabila elevasi air buangan lebih tinggi dari daerah yang

dilindungi.

II.3.2 Metode Non Struktur

Analisis pengendalian banjir dengan tidak menggunakan bangunan

pengendali akan memberikan pengaruh cukup baik terhadap regim sungai. Contoh

aktifitas penanganan tanpa bangunan adalah sebagai berikut: (Sumber : Robert 2002)

1. Pengelolaan DPS untuk mengurangi limpasan air hujan DPS.

2. Kontrol pengembangan daerah genangan termasuk peraturan-peraturan

penggunaan lahan.

3. Konstruksi gedung atau bangunan yang dibuat tahan banjir dan tahan air.

4. Sistem peringatan dan ramalan banjir.

5. Rencana asuransi nasional atau perorangan.

6. Rencana gerakan siap siaga dalam keadaan darurat banjir.

7. Pengoperasian cara kerja pengendalian banjir.

8. Partisipasi masyarakat.

9. Law-Enforcement.

II.4. Aliraan Saluran

II.4.1. Saluran Terbuka dan sifat-sifatnya

Saluran terbuka adalah saluran yang mengalirkan air dengan permukaan

bebas. Menurut Ven te chow, saluran terbuka dibagi berdasarkan klasifikasi-

klafisikasinya, dan jenis-jenis saluran terbuka tersebut adalah sebagai berikut:


II.4.1.1 Klasifikasi saluran terbuka berdasarkan asal-usul

1. Saluran Alam (Natural channel).

Contoh: sungai-sungai kecil di daerah hulu (pegunungan) hingga sungai

besar di muara.

2. Saluran buatan (Artificial channel).

Di lapangan, saluran buatan (Artificial channel) bisa berupa:

a) Canal: semacam parit dengan kemiringa dasar yang landai,

berpenampang segi empat, segi tiga, Trapesium, maupun

lingkaran. Terbuat dari galian tanah, pasangan batu, beton, kayu

maupun logam.

b) Talang (flume): Semacam selokan kecil yang terbuat dari logam,

beton atau kayu yang melintas di atas permukaan tanah dengan

suatu penyangga.

c) Got miring (chute) : semacam selokan dengan kemiringan dasar

yang relative curam.

d) Bangunan Terjun (Drop structure) : semacam selokan dengan

kemiringan yang tajam. Perubahan muka air terjadi. Perubahan

muka air terjadi pada jarak yang dekat.

e) Gorong-gorong (culvert) : saluran tertutup yang melintasi jalan

atau menerobos gundukan tanah dengan jarak yang relative

pendek.

f) Terowongan (tunnel) : Saluran tertutup yang melintasi gundukan

tanah atau bukit dengan jarak yang relative panjang.


II.4.1.2Klasifikasi saluran terbuka berdasarkan konsistensi bentuk

penampang dan kemiringan dasar

1. Saluran prismatik (prismatic channel)

Yaitu saluran yang bentuk penampang melintang dan kemiringan dasarnya

tetap. Contoh: saluran drainase,saluran irigasi.

2. Saluran non prismatik ( non prismatic channel)

Yaitu saluran yang bentuk penampang melintang dan kemiringan

dasarnya berubah-ubah. Contoh: Sungai.

II.4.1.3Klasifikasi saluran terbuka berdasarkan geometri penampang

melintang;

1) Saluran berpenampang segi empat.

2) Saluran berpenampang trapesium.

3) Saluran berpenampang segitiga.

4) Saluran berpenampang lingkaran.

5) Saluran berpenampang parabola.

6) Saluran berpenampang segi empat dengan ujung dibulatkan (diberi filet

berjari-jari tertentu).

7) Saluran bepenampang segitiga dengan ujung dibulatkan (diberi filet

berjari-jari tertentu).

II.5. Geometri penampang melintang saluran

Geometri penampang saluran biasanya seperti berikut:

1) Saluran alam (natural channel): Tidak beraturan, bervariasi mulai dari

bentuk hiperbola hingga trapesium.


2) Saluran buatan (Artificial channel) Terbuka: Beraturan, berpenampang

segiempat, segitiga, trapesium, trapesium ganda, lingkaran hingga

parabola.

3) Saluran buatan (Artificial channel) Tertutup : Lingkaran, Bujur sangkar,

elips.

II.5.1 Unsur-unsur geometric penampang saluran

Unsur-unsur geometric penampang saluran terdiri:

1) Kedalaman aliran (h) : jarak vertical titik terendah dasar saluran hingga

permukaan air.

2) Lebar dasar (B) : Lebar penampang melintang bagian bawah (dasar).

3) Kemiringan dinding (m) : Angka penyebut pada perbandingan antara sisi

vertical terhadap sisi horizontal.

4) Luas basah (A) : luas penampang melintang yang tegak lurus aliran.

5) Keliling basah (P): Panjang gaaris perpotongan dari permukaan basah

saluran dengan bidang penampang melintang yang tegak lurus arah aliran.

6) Jari-jari hidraulik (R) : Perbandingan antara luas basah A dengan keliling

basah P.

Cara menghitung geometris penampang saluraan berbentuk Trapesium:

Penampang basah total:

.....(2.1)

Dimana: A= Luas penampang basah

m= Kemiringan dinding saluran

h= Kedalaman luas basah maksimum


Keliling basah total:

....(2.2)

Dimana: P = Keliling basah

B= Lebar penampang

m= Kemiringan dinding saluran

h=kedalaman luas basah maksimum

Jari-jari Hidraulik:

....(2.3a)

(2.3b)

Dimana: R = Jari-jari hidraulik

A= Luas penampang basah

P= Keliling basah

h=kedalaman luas basah

m=Kemiringan dinding saluran


Gambar 2.1 Penampang Saluran Trapesium

Untuk penampang berbentuk segi empat maupun segi tiga, maka unsur

geometrisnya adalah identik. Hanya saja yang berbeda adalah harga B dan y.

untuk penampang segi empat harga y=0, untuk penampang segi tiga harga B=0.

Cara menghitung geometris penampang saluran berbentuk segi empat:

Penampang basah : m=0

.(2.4a)

....(2.4b)

Dimana: A= Luas penampang basah

B= Lebar penampang

h= kedalaman luas basah maksimum

Keliling basah P:

......(2.5)

y

x


Dimana: P= Keliling basah

B= Lebar penampang

h= kedalaman luas basah maksimum

Jari-jari Hidrolik(R):

.....(2.6a)

....(2.6b)

Dimana: R= Jari-jari hidrolik

A=Luas penampang basah

B= lebar penampang

h= kedalaman luas penampang maksimum

P= keliling basah

Gambar 2.2 Penampang Saluran Persegi


Cara menghitung geometris penampang saluran berbentuk segitiga: (B=0)

Penampang basah :

...(2.7a)

...(2.7b)

Dimana: A=luas penampang

B=lebar penampang

m=kemiringan dinding saluran

h=kedalaman luas penampang maksimum

Keliling basah P:

.......(2.8a)

....(2.8b)

Dimana: P=keliling basah

B=lebar penampang



Jari-jari hidraulik (R):

...(2.9a)

....(2.9b)

Dimana: R=jari-jari hidraulik

A=luas penampang




Tabel 2.1. Unsur-Unsur geometris penampang saluran

(Sumber: Ven Te Chow,1997)

II.6. Rumus Manning

Pada tahun 1889 seorang insinyur Irlandia, Robert Manning

mengemukakan sebuah rumus yang akhirnya diperbaiki menjadi rumus yang

sangat dikenal sebagai

.(2.10)

Dimana: V= kecepatan aliran

R= jari-jari hidrolik


n= koefisien kekasaran (manning)

S= kemiringan energi

II.6.1 Penentuan koefisien kekasaran manning

Kesulitan terbesar dalam pemakaian rumus Manning ataupun rumus

Ganguillet-kutter adalah menentukan koefisien kekasaran n, sebab tidak ada cara

yang tertentu untuk pemilihan nilai n. pada tingkat pengetahuan saat ini, memilih

suatu nilai n sebenarnya berarti memperkirakan hambatan aliran pada saluran

tertentu, yang benar-benar tidak dapat diperhitungkan. Untuk insinyur ahli, hal ini

berarti sedikit latihan penentuan teknis dan pengalaman untuk pemula tidak lebih

dari suatu dugaan, dan setiap orang akan memiliki hasil yang berbeda.

Untuk sekedar tuntunan bagi penentuan yang wajar mengenai koefisien

kekasaran, terdapat 4 (empat) pendekatan umum, yakni:

1. Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi nilai n dan hal ini memerlukan

suatu pengetahuan dasar mengenai persoalannya dan kadar perkiraannya.

2. Mencocokkan tabel dari nilai-nilai n untuk berbagai tipe saluran.

3. Memeriksa dan memahami sifat beberapa saluran yang koefisien

kekasarannya telah diketahui.

4. Menentukan nilai n dengan cara analitis berdasarkan distribusi kecepatan

teoritis pada penampang saluran dan data pengukuran kecepatan maupun

pengukuran kekasaran.

(Sumber: Ven Te chow,1997)


II.6.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi koefisien kekasaran manning.

Suatu saluran tidak harus memiliki satu nilai n saja untuk setiap keadaan.

Sebenarnya nilai n sangat bervariasi dan tergantung pada berbagai faktor. Dalam

memilih nilai n yang sesuai untuk berbagai kondisi perancangan maka adanya

pengetahuan dasar tentang faktor-faktor tersebut akan sangat banyak membantu.

Faktor-faktor yang memiliki pengaruh besar terhadap koefisien kekasaran

baik bagi saluran buatan maupun alam diuraikan di bawah ini:

(Sumber : Ven Te Chow)

1) Kekasaran permukaan

Kekasaran permukaan ditandai dengan ukuran dan bentuk butiran bahan

yang membentuk luas basah dan menimbulkan efek hambatan terhadap

aliran. Hal ini sering dianggap sebagai satu-satunya faktor dalam memilih

koefisien kekasaran, tetapi sebenarnya hanyalah satu dari beberapa faktor

utama lainnya. Secara umum dikatakan bahwa butiran halus mengakibatkan

nilai n yang relative rendah dan butiran kasar memiliki nilai n yang tinggi.

2) Tetumbuhan

Tetumbuhan dapat digolongkan dalam jenis kekasaran permukaan, tetapi hal

ini juga memperkecil kapasitas saluran dan menghambat aliran. Efeknya

terutama tergantung pada tinggi, kerapatan, distribusi dan jenis tetumbuhan,

dan hal ini sangat penting dalam perancangan saluran pembuangan yang

kecil.


3) Ketidakteraturan saluran

Mencakup pola ketidakteraturan keliling basah dan variasi penampang,

ukuran dan bentuk di sepanjang saluran. Pada saluran alam, ketidakteraturan

seperti ini biasanya diperlihatkan dengan adanya alur-alur pasir, gelombang

pasir, cekungan dan gundukan, lubang-lubang dan tonjolan di dasar saluran.

Ketidakteraturan ini jelas menandakan kekasaran sebagai tambahan dari

yang ditimbulkan oleh kekasaran permukaan dan faktor-faktor lainnya.

4) Trase saluran

Kelengkungan yang landai dengan garis tengah yang besar akan

mengakibatkan nilai n yang relative rendah, sedangkan kelengkungan yang

tajam dengan belokan-belokan yang patah akan memperbesar nilai n.

5) Pengendapan dan penggerusan.

Secara umum, pengendapan dapat mengubah saluran yang sangat tidak

beraturan menjadi cukup beraturan dan memperkecil n, sedangkan

penggerusan dapat berakibat sebaliknya dan memperbesar n. namun efek

utama dari pengendapan akan tergantung pada sifat alamiah bahan yang

diendapkan.

6) Hambatan

Adanya balok sekat, pilar jembatan dan sejenisnya cenderung memperbesar

n. besarnya kenaikan ini tergantung pada sifat alamiah hambatan, ukuran,

bentuk, banyaknya dan penyebarannya.


7) Ukuran dan bentuk saluran.

Belum ada bukti nyata bahwa ukuran dann bentuk saluran merupakan faktor

penting yang mempengaruhi nilai n. perbesaran jari-jari hidrolik dapat

memperbesar maupun memperkecil n.

8) Taraf Air dan Debit

Nilai n pada saluran umumnya berkurang bila taraf air dan debitnya

bertambah. Bila air rendah, ketidakteraturan dasar saluran akan menunjol

dan efeknya kelihatan. Namun nilai n dapat pula besar pada taraf air tinggi

bila dinding saluran kasar dan berumput.

Bila debit terlalu besar, air banjir dapat melimpas ke tebing-tebingnya dan

sebagian aliran akan mengairi bantaran banjir. Nilai n pada bantaran banjir

biasanya lebih besar dari pada di saluran, dan besarnya tergantung pada

kondisi permukaan dan tetumbuhannya.

9) Perubahan Musiman

Akibat pertumbuhan musiman dari tanaman-tanaman air, rumput, willow

dan semak-semak di saluran atau di tebing, nilai n dapat bertambah pada

musim semi dan berkurang pada musim dingin. Perubahan musiman ini

dapat menimbulkan perubahan faktor-faktor lainnya.

10) Endapan Melayang dan Endapan Dasar

Bahan-bahan yang melayang dan endapan yang dasar, baik yang bergerak

maupun yang tidak bergerak akan menyerap energy dan menyebabkam

kehilangan tinggi energy atau memperbesar kekasaran saluran.

(Sumber: Ven Te Chow, 1997)


II.7. TINGGI MUKA AIR SUNGAI

Menurut Ven Te Chow, perhitungan profil muka air sungai aliran berubah

lambat laun pada dasarnya meliputi penyelesaian dinamis dari aliran berubah

lambat laun. Sasaran utama dari perhitungan ini telah menentukan profil muka air.

Ada beberapa cara yang dapat dipakai untuk menghitung profil muka air pada

aliran permanen tidak beraturan, diantaranya adalah:

1. Metode Integrasi Grafis.

2. Metode Integrasi Langsung.

3. Metode Tahapan Langsung.

4. Metode tahapan Standard.

II.7.1 Metode Integrasi Grafis

Dasar metode ini adalah mengintegrasikan persamaan dinamis dari aliran

berubah lambat laun secara grafis. Dipilih dua penampang saluran dengan jarak

berturut-turut x1 dan x2 terhadap suatu titik awal dan dengan kedalaman berturut-

turut y1 dan y2.

Apabila beberapa nilai y dan dihitung nilai-nilai dx/dy yang berkebalikan

dengan suku kanan persamaan aliran berubah lambat laun. Kemudian buatlah

lengkung terhadap dy/dx. Menurut persamaan jelas bahwa nilai x sama dengan

luas daerah yang diarsir yang terbentuk oleh lengkung, sumbu y dan ordinat dy/dx

sesuai dengan y1 dan y2. Luas ini dapat dihitung dan ditentukan pula nilai x nya.

Metode ini sangat luas pemakaiannya, dapat dipakai untuk aliran dalam

saluran prismatik maupun tak prismatik dengan berbagai bentuk dan kemiringan.

Prosedurnya tidak berbelit-belit dan mudah diikuti. Namun dapat pula menjadi


berlarut-larut bila diterangkan untuk persoalan yang sesungguhnya. Contoh yang

relatif sederhana diberikan disini sekedar untuk menggambarkannya.

( Sumber : Ven Te Chow)

II.7.2 Metode Integrasi langsung

Persamaan diferensial aliran berubah lambat laun tidak dapat dinyatakan

secara tegas untuk y pada setiap jenis penampang melintang saluran, sehingga

suatu integrasi langsung yang tepat terhadap persamaan tersebut sesungguhnya

praktis telah dapat dilakukan. Berbagai usaha telah dilakukan, baik untuk

menyelesaikan persamaan bagi kejadian-kejadian khusus maupun membuat

permisalan agar persamaan tersebut dapat diintegrasikan secara matematis.

Prosedur perhitungan metode integrasi langsung adalah sebagai berikut:

1. Hitung kedalaman normal yn dan kedalaman kritis yc berdasarkan data Q dan

S0

2. Tentukan eksponen hidrolik N dan M untuk suatu kedalaman rata- rata yang

diperkirakan di bagian saluran yang diselidiki. Dianggap bahwa penampang

saluran yang diselidiki memiliki eksponen hidrolik yang konstan.

3. Hitung J dari J= N/(N-M +1)

4. Hitung nilai-nilai u= y/yn dan v=uN/J

pada kedua penampang bagian saluran.

5. Hitung panjang bagian saluran



II.7.3 Metode Tahapan Langsung

Secara umum metode tahapan dinyatakan dengan membagi saluran

menjadi bagian-bagian salutan yang pendek, lalu menghitung secara bertahap dari

suatu ujung ke ujung saluran lainnya. Ada berbagai jenis metode tahapan ini.

Beberapa metode tampaknya lebih baik daripada yang lainnya ditinjau dari segi

tertentu, tetapi belum ada satu metode yang di anggap paling baik untuk dipakai

dalam setiap masalah. Metode tahapan langsung merupakan metode sederhana

yang dapat dipakai untuk saluran prismatik.

(Sumber: Ven Te Chow)

..(2.11)

........(2.12)

Dengan E energy Spesifik, atau anggap:

.....(2.13a)

.......(2.13b)

......(2.13c)

Dimana: y=Kedalaman aliran

V=Kecepatan aliran

=Koefisien energy

S0=Kemiringan dasar

Sf=Kemiringan gesek


Langkah-langkah menghitung Metode Tahapan Langsung (Direct Step

Method):

Kolom 1,(h) : Kedalaman yang mendekati kedalaman normal secara asimptotis

pada jarak tak terhingga. Oleh karena itu, perhitungan profil

muka air dihentikan jika kedalaman air pada kisaran 1 persen

dari kedalaman normal.

Kolom 2,(A) : Luas potongan melintang dengan kedalaman pada kolom 1.

Kolom 3,(R) : Jari-jari hidraulik, R=A/P, dimana P= keliling basah untuk

kedalaman air pada kolom 1.

Kolom 4,(V2/2g): Tinggi kecepatan, dimana kecepatan (V), dihitung dengan

membagi debit (Q), dengan luas penampang melintang (A)

dari kolom 2.

Kolom 5,(E) : Energi spesifik (E), dihitung dengan menjumlahkan kedalaman

air (h) pada kolom 1, dengan tinggi kecepatan (v2/2g) pada

kolom 4.

Kolom 6,(E=E2-E1): Kolom ini diperoleh dari mengurangkan harga E pada

kedalaman yang bersangkutan dengan E untuk kedalaman

sebelumnya.

Kolom 7,(Sf) : Dengan menggunakan angka kekasaran Manning (n) tertentu,

maka dengan , harga Sf dapat dihitung.


Kolom 8,( ) : Rata-rata Sf pada kedalaman yang bersangkutan dan kedalaman

sebelumnya. Kolom ini dibiarkan kosong untuk baris pertama,

karena disini belum ada kedalaman sebelumnya.

Kolom 9,(S0- ) : Harga pada kolom ini diperoleh dari mengurangkan pada

kolom 8 terhadap S0.

Kolom 10,(X= X2-X1): Pertambahan jarak dihitung dari persamaan yaitu dengan

membagi kolom 6 dengan kolom

Kolom 11,(X) : Merupakan jarak dari titik control sampai kedalaman yang

ditinjau dan merupakan akumulasi dari X dari kolom 10.


Gambar 2.3. Bagian Saluran untuk menurunkan Metode Tahapan


II.7.4 Metode Tahapan Standard (Standard Step Method)

Metode ini dapat juga dipakai untuk saluran tak prismatik. Pada saluran tak

prismatik, unsur hidrolik tergantung pada jarak di sepanjang saluran. Pada saluran

alam, biasanya perlu dilakukan penelitian lapangan untuk mengumpulkan data

yang diperlukan pada setiap penampang yang perlu dihitung. Perhitungan

dilakukan tahap demi tahap dari suatu pos pengamat ke pos berikutnya yang sifat-

sifat hidroliknya telah ditetapkan. Dalam hal ini jarak setiap pos diketahui dan

dilakukan penentuan kedalaman aliran di tiap pos. cara semacam ini biasanya

dibuat berdasarkan perhitungan coba-coba.

(Sumber : Ven Te chow)

Untuk menjelaskan cara ini dianggap bahwa permukaan air terletak pada

suatu ketinggian dari bidang mendatar. Dalam gambar 2.3, tinggi muka air di atas

bidang datar pada kedua ujung penampang dapat dijelaskan dengan persamaan

sebagai berikut:

...(2.14)

......(2.15)

Kehilangan tekanan akibat gesekan adalah:

......(2.16)

Dengan kemiringan gesekan Sf diambil sebagai kemiringan rata-rata pada

kedua ujung penampang atau fS .

Masukkan besaran di atas, maka dapt ditulis sebagai berikut:


ef hhg

vZ

g

vZ

22

2

222

2

111 ............................................................(2.17)

dengan he ditambahkan untuk kehilangan tekanan akibat pusaran, yang cukup

besar pada saluran tak prismatik. Sampai kini belum ada metode rasional untuk

menghitung kehilangan tekanan akibat pusaran. Kehilangan ini terutama

tergantung pada perubahan tinggi kecepatan dan dapt dinyatakan sebagai bagaian

dari padanya, atau )2/.( 2 gVk dengan k suatu koefisien. Untuk bagian saluran

yang lambat laun melebar atau menyempit, berturut-turut k = 0 sampai 0,1 dan

0,2. Untuk pelebaran atau penyempitan tiba-tiba, nilai k sekitar 0,5. Untuk saluran

prismatik yang umum kehilangan tekanan akibat pusaran praktis tidak ada, atau k

= 0. Untuk mempermudah perhitungan kadang-kadang he dianggap sebagai

bagian dari kehilangan tekanan akibat gesekan dan nilai n Manning akan

meningkat pula dalam menghitung hf. Lalu dalam perhitungan he diambil nol.

Maka,

H2 = H1 + hf + he.......................................................................................................................(2.18)

Inilah persamaan dasar yang merupakan dasar urutan metode tahapan standar.

Metode tahapan standar akan memberikan hasil yang terbaik bila dipakai

menghitung saluran alam.

Dimana: Z1 = Tinggi muka air dari dasar saluran pada penampang pertama (m)

Z2 = Tinggi muka air dari dasar saluran pada penampang kedua (m)

V1 = Kecepatan aliran pada penampang pertama (m/s)

V2 = Kecepatan aliran pada penampang kedua (m/s)

hf =Kehilangan energy akibat gesekan dasar saluran


he =Kehilangan energy akibat pusaran

g =Percepatan gravitasi (m/s2)

x = Jarak interval antara penampang pertama dan kedua (m)

S0 =Kemiringan dasar saluran

Sf =Kemiringan garis energi

H1 =Tinggi tekanan total pada penampang pertama

H2 =Tinggi tekanan total pada penampang kedua

Langkah-Langkah menghitung Metode Tahapan Standard, Tahapan

perhitungan disusun dalam bentuk daftar, nilai-nilai di setiap kolom dalam tabel

tersebut dijelaskan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

Kolom 1 (X) : Jarak lokasi titik dimana kedalaman airnya dihitung

Kolom 2 (EDS) :Elevasi Dasar sungai

Kolom 3 (EMA) : Elevasi Muka air Banjir

Kolom 4 (z) : Tinggi muka air dari dasar saluran

Kolom 5 ( ) : Luas penampang basah (A)

Kolom 6 ( ) : Debit aliran yang diambil dari data Design Note

Kolom 7 ( ) : Kecepatan aliran , dimana A luas penampang diambil

dari kolom 5 dan Q dari kom 6

Kolom8 ( ) : Tinggi kecepatan sesuai dengan kecepatan pada kolom 7.


Kolom9 ( ) : Total tinggi energi, merupakan penjumlahan ketinggian dasar

saluran (z),pada kolom 4, dan tinggi energy kolom 8 atau

.

Kolom10 (P) : Keliling basah penampang

Kolom 11 (R) : Jari-jari hidrolis untuk kedalaman air adalah , dimana A

luas penampang basah dari kolom 6, dan P keliling basah

pada kolom 10.

Kolom 12 : Jari-jari hidrolis dipangkatkan empatpertiga

Kolom 13 ( : Kemiringan garis energi yang dihitung berdasarkan

persamaan

Kolom 14 ( ) : Rata-rata pada kedalaman yang bersangkutan dan

kedalaman sebelumnya untuk jarak yang ditentukan.

Kolom 15 Jarak antara titik yang dihitung kedalaman airnya dan lokasi

yang telah diihitung kedalaman air sebelumnya.

Kolom 16 ( : Kehilangan tinggi energy akibat gesekan sepanjang ,

dihitung dari persamaan, , dimana diambil dari

kolom 14 dan dari kolom 15.

Kolom 17 (he) : Kehilangan energi akibat pusaran

Kolom 18 ( ) : merupakan tinggi energi total, yang dihitung dari penambahan

kehilangan tinggi energi, dengan tinggi eneri Total (H di


kolom 9) pada perhitungan sebelumnya. Jika selisih pad

kolom 9 dan pada kolom 18 berada pada kisaran yang

dapat diterima, maka perkiraan kedalaman air (z) pada

kolom 4 merupakan kedalaman air yang dicari pada titik

tersebut, dan perhitungan dapat dilanjutkan pada titik

berikutnnya. Sebaliknya, jika selisih masih jauh maka perlu

diulang dengan harga (z) yang baru.(Sumber : Ven Te Chow)

II.8. Erosi dan Sedimentasi

Erosi dan sedimentasi merupakan suatu proses yang terkait. Erosi pada

daerah hulu daerah pengaliran sungai terjadi bervariasi mulai erosi permukaan

(sheet erosion), erosi alur, erosi jurang, dan erosi tebing.(Sumber: Suripin 2004).

Menurut CD. Soemarto 1995, di alam kita ini erosi dan sedimentasi dapat

disebabkan oleh angin, air atau aliran gletser (es).

Erosi dan pengangkutan sedimen yang dilakukan oleh air merupakan suatu

proses penting dalam pembentukan suatu daerah aliarn sungai dan mempunyai

konsekuensi ekonomi serta lingkungan yang penting

(Sumber: Ray K. Linsley,JR 1982)

II.8.1 Erosi

Erosi adalah pemindahan dan transportasi material permukaan bumi yang

kebanyakan berupa tanah dan debris batuan (regolith), bahan-bahan yang tererosi

secara alami.(Sumber: HR. Mulyanto)


Proses dari erosi yaitu tanah dapat tererosi yakni terlepas dari lokasinya,

oleh aksi angin, air, gaya gravitasi (tanah longsor), dan aktivitas manusia. Erosi

oleh air dapat dianggap dimulai oleh pelepasan partikel-partikel tanah oleh

hempasan percikan air hujan. Proses-proses percikan dan aliran permukaan itulah

yang menyebabkan erosi lapisan (sheet erosion), yakni degradasi permukaan

tanah yang relatif merata (Sumber : Ray K. Linsley, JR 1982).

Jenis-jenis erosi yang disebabkan oleh air dapat berupa (Sumber : CD.

Soemarto1995):

a. Erosi lempeng (Sheet erosion), yaitu butir-butir tanah diangkut lewat

permukaan atas tanah oleh selapis tipis limpasan permukaan, yang

dihasilkan oleh intensitas hujan yang merupakan kelebihan dari daya

infiltrasi.

b. Pembentukan polongan (gully), yaitu erosi lempeng terpusat pada

polongan tersebut. Kecepatan airnya jauh lebih besar dibandingkan dengan

kecepatan limpasan permukaan tersebut di atas. Polongan tersebut

cenderung menjadi lebih dalam, yang menyebabkan terjadinya longsoran-

longsoran. Polongan tersebut tumbuh ke arah hulu. Ini dinamakan erosi ke

arah belakang (backward erosion).

c. Longsoran massa tanah yang terletak di atas batuan keras atau lapisan

tanah liat, longsoran ini terjadi setelah adanya curah hujan yang panjang

yang lapisan tanahnya menjadi jenuh oleh air tanah.


d. Erosi tebing tanah, terutama yang terjadi pada saat banjir, yaitu tebing

tersebut mengalami penggerusan air yang dapat menyebabkan longsornya

tebing-tebing pada belokan-belokan sungai.

Faktor-faktor yang mempengaruhi erosi yaitu antara lain (Sumber: Ray

K.linsley,JR) :

1. Curah hujan

Hempasan tetesan air hujan sangat mempengaruhi terjadinya erosi, dengan

begitu semakin besar curah hujan yang terjadi maka intensitas terjadinya

erosi sangat besar pula.

2. Tumbuh-tumbuhan yang menutupi tanah

Tumbuh-tumbuhan memberikan perlindungan yang penting terhadap

erosi, yaitu dengan menyerap energi jatuhnya air hujan dan biasanya

mengurangi ukuran butir-butir air hujan yang mencapai tanah. Tumbuh-

tumbuhan juga dapat memberikan perlindungan mekanis pada tanah

terhadap erosi selokan, lagipula infiltrasi melalui penambahan bahan

organik pada tanah. Kapasitas infiltrassi yang lebih tinggi berarti

mengurangi aliran permukaan dan akibatnya memperkecil erosi.

3. Jenis tanah

Tanah kohesif lebih tahan terhadap erosi percikan daripada tanah berbutir

lepas, umumnya erosi percikan meningkat dengan bertambahnya fraksi

pasir dalam tanah akibat hilangnya kohesi.


4. Kemiringan tanah

Laju erosi lebih besar pada lereng yang curam dibanding pada lereng yang

datar. Semakin curam kemiringannya, semakin efektif kemampuan erosi

percikan dalam menggerakkan tanah ke hilir lereng. Kecepatan aliran

permukaan juga lebih besar pada lereng yang curam, dan gerakan tanah

lebih mungkin terjadi pada daerah yang curam.

Untuk menghitung perkiraan besarnya erosi yang terjadi pada daerah

aliran sungai (DAS), digunakan metode USLE (Sumber: HR. Mulyanto) :

..2.19

Dimana :

E : Kehilangan tanah ( Erosi total) (ton/ha/tahun)

R : faktor erosivitas curah hujan

K : faktor eridibilitas lahan

LS: faktor panjang-kemiringan lereng

C : faktor tanaman penutup lahan atau pengelolaan tanaman

P : faktor tindakan konservasi lahan

II.8.2 Sedimentasi

Sedimentasi didefenisikan sebagai penganngkutan, melayangnya

(suspensi) atau mengendapnya material fragmental oleh air. Sedimentasi

merupakan akibat adanya erosi, dan memberikan banyak dampak di sungai-


sungai, saluran-saluran, waduk-waduk, di bendungan atau pintu air dan di daerah

di sepanjang sungai. (Sumber: CD. Soemarto)

Faktor-faktor yang terpenting yang menentukan kuantitas produksi

sedimen (sediment yield) suatu DAS: (Sumber: HR. Mulyanto)

1. Tinggi curah hujan dan intensitasnya.

2. Jenis tanah dan formasi geologi.

3. Tetumbuhan penutup.

4. Tata guna lahan.

5. Topografi DAS.

6. Erosi lahan tinggi, kemiringan lereng lahan, berat jenis dan trase alur

patusan alam, bentuk dsn luas DAS.

7. Run off: koefisien run off dari DAS

Besar hasil perkiraan hasil sedimen dapat dihitung berdasarkan hasil dari

persamaan sebagai berikut:

.2.20

Dimana:

Y = hasil sedimen per luas

E = Erosi jumlah

Ws = Luas daerah aliran sungai

SDR =Sediment Delivery Ratio (Nisbah pelepasan Ratio)


Besarnya nilai SDR dalam perhitungan hasil sedimen suatu daerah aliran

sungai umumnya ditentukan dengan menggunakan tabel antara luas DAS dan

besarnya SDR (Tabel 2.2)

Tabel 2.2. Hubungan Luas DAS dan sediment Delivery Ratio (SDR)

Luas

SDR

Km2 Ha

0.1 10 0.520

0.5 50 0.390

1.0 100 0.350

5.0 500 0.250

10.0 1000 0.220

50.0 5000 0.153

100 10000 0.127

500 50000 0.079

Sumber : sucipto (Sitanala Arsyad,2000)


penjelasan kehilangan tinggi akibat pusaran

Documents