BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Erosi dan Sedimentasi

Erosi dapat didefinisikan sebagai suatu peristiwa hilang atau terkikisnya tanah

atau bagian tanah dari suatu tempat yang terangkut ke tempat lain, baik disebabkan

oleh pergerakan air ataupun angin. Di daerah tropis basah seperti Indonesia erosi

terutama disebabkan oleh air. Dalam memperkirakan laju erosi pada suatu daerah hal

penting yang perlu diperhatikan adalah intensitas hujan, koefisien limpasan, tataguna

lahan, kondisi topografi (kemiringan dan panjang lereng) serta kondisi geologi dan

batuan (Priyantoro, 1987).

2.2. Daerah Aliran Sungai

2.2.1. Pengertian Daerah Aliran Sungai Suatu alur yang panjang di atas permukaan bumi tempat mengalirnya air yang

berasal dari hujan disebut alur sungai dan perpaduan antara alur sungai dan aliran air

didalamnya disebut sungai (Sosrodarsono, 1984:1).

Daerah dimana sungai memperoleh air merupakan daerah tangkapan air hujan

yang biasanya disebut daerah aliran sungai. Dengan demikian, DAS dapat dipandang

sebagai suatu unit kesatuan wilayah tempat air hujan mengumpul ke sungai menjadi

Universitas Sumatera Utara

aliran sungai. Garis batas antara DAS adalah punggung permukaan bumi yang dapat

memisahkan dan membagi air hujan menjadi aliran permukaan di masing-masing

DAS. Menurut Asdak (2002:4) daerah aliran sungai adalah suatu wilayah daratan

yang secara topografik dibatasi oleh punggung-punggung gunung yang menampung

dan menyimpan air hujan untuk kemudian menyalurkannya ke laut melalui sungai

utama. Wilayah daratan tersebut dinamakan daerah tangkapan air (catchment area)

yang merupakan suatu ekosistem dengan unsur utamanya terdiri atas sumber daya

alam (tanah, air, dan vegetasi) dan sumber daya manusia sebagai pemanfaat sumber

daya alam.

2.2.2. Bentuk Daerah Aliran Sungai

Sifat-sifat sungai sangat dipengaruhi oleh luas dan bentuk daerah alirannya.

Bentuk suatu daerah aliran sungai sangat berpengaruh terhadap kecepatan terpusatnya

air. Secara umum bentuk daerah aliran sungai dibedakan menjadi 4 macam

(Sosrodarsono, 1976:169) :

a. Daerah aliran bulu burung (memanjang)

Jalur daerah di kiri kanan sungai utama dimana anak-anak sungai mengalir ke

sungai utama dengan jarak tertentu disebut daerah aliran bulu burung. Daerah

aliran yang demikian mempunyai debit banjir yang kecil, oleh karena waktu tiba

banjir dari anak-anak sungai itu berbeda-beda. Sebaliknya banjir berlangsung

agak lama.

Universitas Sumatera Utara

b. Daerah aliran radial

Daerah aliran radial adalah daerah aliran sungai yang berbentuk seperti kipas atau

lingkaran dimana anak-anak sungainya mengkonsentrasi di suatu titik secara

radial. Daerah aliran sungai yang demikian mempunyai banjir yang besar di dekat

titik pada pertemuan anak-anak sungai.

c. Daerah aliran sejajar

Bentuk ini mempunyai corak dimana dua jalur daerah aliran bersatu di bagian

hilir Banjir itu terjadi di sebelah hilir titik pertemuan sungai-sungai

d. Daerah aliran kompleks

Dalam keadaan yang sesungguhnya kebanyakan sungai-sungai tidaklah

sesederhana sebagaimana uraian diatas, akan tetapi merupakan perpaduan dari

ketiga tipe tersebut. Daerah aliran yang demikian dinamakan daerah aliran

kompeks.

Sumber : Sosrodarsono, 1985 : 3

Gambar 2.1 Daerah Aliran Sungai

Universitas Sumatera Utara

2.2.3. Alur Sungai

Suatu alur sungai dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :

a. Bagian Hulu

Bagian hulu sungai merupakan daerah sumber erosi karena pada umumnya alur

sungai melalui daerah pegunungan, bukit, atau lereng gunung yang kadang-

kadang mempunyai ketinggian yang cukup besar dari muka air laut. Alur sungai

dibagian hulu ini biasanya mempunyai kecepatan yang lebih besar dari pada

bagian hilir.

b. Bagian Tengah

Bagian ini merupakan daerah peralihan dari bagian hulu dan hilir. Kemiringan

dasar sungai lebih landai sehingga kecepatan aliran relatif lebih kecil dari pada

bagian hulu. Bagian ini merupakan daerah keseimbangan antara proses erosi dan

sedimentasi yang sangat bervariasi dari musim ke musim.

c. Bagian Hilir

Alur sungai dibagian hilir biasanya melalui dataran yang mempunyai kemiringan

dasar sungai yang landai sehingga kecepatan alirannya lambat. Keadaan ini sangat

memudahkan terbentuknya pengendapan atau sedimen. Endapan yang terbentuk

biasanya berupa endapan pasir halus, lumpur, endapan organik, dan jenis endapan

lain yang sangat labil.

Universitas Sumatera Utara

11

Gambar 2.2 Sketsa Profil Memanjang Alur Sungai

2.3. Profil Aliran Sungai

Dalam suatu aliran sungai, profil aliran merupakan parameter pokok dalam

perhitungan angkutan sedimen. Profil aliran sungai ditentukan berdasarkan suatu

persamaan energi.

2.3.1. Persamaan Energi

Dalam saluran terbuka, perhitungan untuk aliran steady berdasarkan persamaan

energi berikut ini (Chow, 1997 : 239) :

erosi endapan

H U L U T EN G A H HIL IR L A U T

ef hhzg

VYz

gV

Y ++++=++ 2

22

2211

11 22αα (2.1)

Dimana :

g = percepatan gravitasi (m/dt2)

hf = kehilangan tinggi akibat gesekan (m)

he = kehilangan tinggi akibat perubahan penampang (m)

Universitas Sumatera Utara

V = kecepatan rerata (m/dt)

α = koefisien distribusi kecepatan

z = ketinggian air dari datum (m)

h = kedalaman air (m)

Gambar 2.3 Energi dalam Saluran Terbuka

Gesekan dan perubahan penampang sungai dapat mengakibatkan kehilangan

tinggi energi. Kehilangan akibat gesekan merupakan hasil dari kemiringan garis

energi (Sf) dan panjang (L), seperti pada persamaan berikut :

ff SLh .= (2.2)

2

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

KQS f (2.3)

Universitas Sumatera Utara

221 ff

f

SSS

+= (2.4)

Dimana :

hf = kehilangan energi akibat gesekan (m)

L = jarak antar sub bagian (m)

Sf = kemiringan garis energi (friction slope)

K = pengangkutan aliran tiap sub bagian

Q = debit air (m3/dt)

Sedangkan kehilangan tinggi energi akibat perubahan penampang diakibatkan

oleh dua kejadian, yaitu kontraksi dan ekspansi. Kontraksi dan ekspansi terjadi akibat

back water yang disebabkan perubahan penampang atau perubahan/perbedaan

kemiringan dasar saluran yang sangat curam sekali. Kehilangan tinggi energi akibat

kontraksi dan ekspansi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai

berikut :

gv

gv

Chc 2.

2. 2

112

22 αα−= (2.5)

Dimana :

C = koefisien akibat kehilangan tinggi kontraksi dan ekspansi

Dalam program Hec-Ras, mengasumsikan bahwa kontraksi terjadi jika

kecepatan di hilir lebih tinggi jika dibandingkan dengan kecepatan di hulu, sedangkan

Universitas Sumatera Utara

ekspansi terjadi jika kecepatan di hilir lebih tinggi jika dibandingkan dengan kondisi

di hulu.

2.3.2. Debit Aliran

Penentuan debit aliran total dan koefisien kecepatan untuk suatu penampang

melintang mengharuskan aliran dibagi menjadi bagian-bagian dimana kecepatan

tersebut akan didistribusikan secara merata. Pendekatan yang digunakan dalam

program Hec-Ras adalah membagi aliran di daerah pinggir sungai dengan

menggunakan nilai kekasaran n sebagai dasar pembagian penampang melintang.

Pengangkutan aliran Kj dihitung berdasarkan persamaan :

3/2..49,1jj

jj RA

nK = (dalam satuan Inggris) (2.6)

3/2..1jj

jj RA

nK = (dalam satuan Metrik) (2.7)

Dalam program, penambahan pengangkutan di daerah pinggir sungai akan

dijumlahkan untuk mendapatkan pengangkutan di bagian samping kanan dan kiri

sungai. Pengangkutan di bagian utama saluran dihitung sebagai elemen pengangkutan

tunggal, sedangkan pengangkutan total pada penampang melintang didapatkan

dengan menjumlahkan pengangkutan di tiga bagian (kiri, tengah, dan kanan).

(2.8) ∑=

=n

ijjt KK

Universitas Sumatera Utara

Dimana :

n = jumlah sub bagian pada suatu penampang melintang sungai

2.3.3. Koefisien Kekasaran

Untuk perhitungan nilai kekasaran komposit (nc) pada saluran utama dibagi

menjadi beberapa bagian nilai kekasaran (ni), dimana pada setiap sub bagian

diketahui parameter basah Pi..

3/2

1

5,1

P

nPn

n

iii

c

∑== (2.9)

Dimana :

nc = koefisien kekasaran komposit

P = parameter basah untuk saluran utama

Pi = parameter basah untuk sub bagian ke-i

ni = koefisien kekasaran untuk sub bagian ke-i

2.3.4. Persamaan Kontinuitas

Persamaan kontinuitas unsteady flow pada saluran terbuka seperti pada

persamaan berikut (Raju, 1986 : 9) :

0=+dtdA

dxdQ (2.10)

Universitas Sumatera Utara

16

Dimana :

Q = debit (m3/dt)

x = panjang pias (m)

A = luas penampang (m2)

t = waktu (detik)

Gambar 2.4 Kontinuitas Aliran Tidak Tetap

2.3.5. Persamaan Momentum

Persamaan momentum pada saluran terbuka menyatakan bahwa pengaruh dari

semua gaya luar terhadap volume kontrol dari cairan dalam setiap arah sama dengan

besarnya perubahan momentum dalam arah tersebut (Raju, 1986 : 11) :

(2.11)

∑ Δ= UQFx ..ρ

)(.sin 1221 UUQFaFPPW f −=−−−+ ρθ (2.12)

Universitas Sumatera Utara

Dimana :

P1 dan P2 = muatan hidrostatis pada potongan 1 dan 2

W = berat volume kontrol

θ = kemiringan dasar terhadap garis mendatar

Ff = gesekan batas terhadap panjang xΔ

Fa = tahanan udara pada permukaan bebas

Gambar 2.5 Prinsip Momentum pada Saluran Terbuka

2.4. Angkutan Sedimen

2.4.1. Karakteristik Sedimen dan Alur Sungai

Karakteristik sedimen dan alur sungai adalah sifat alam bahwa air pada dataran

terbuka tidak mengalir di atas tanah sebagai lapisan, melainkan akan mengumpul

sebagai suatu sistem saluran alam, sehingga dapat didefinisikan bahwa sungai adalah

Universitas Sumatera Utara

suatu sistem saluran yang dibentuk oleh alam yang disamping mengalirkan air juga

mengangkut sedimen yang terkandung di dalam air sungai tersebut (Sumber : Pustaka

1).

Aliran air akan membawa hanyut bahan-bahan sedimen, yang menurut

mekanisme pengangkutannya dapat dibedakan menjadi 2 (dua) macam, yaitu:

a. Muatan dasar (bed load)

Pergerakan partikel di dalam aliran air sungai dengan cara menggelinding,

meluncur dan meloncat-loncat di atas permukaan dasar sungai.

b. Muatan melayang (suspended load):

Terdiri dari butiran halus yang senantiasa melayang di dalam aliran sungai.

Kecenderungan partikel untuk mengendap selalu terkompensasi oleh aksi difusif

dari aliran turbulen air sungai.

Pembedaan yang tajam antara keduanya cukup sulit. Kriteria umum untuk

menentukan muatan layang ialah perbandingan antara kecepatan gesek (U*) dan

kecepatan jatuh (W), yaitu apabila U*/W > 1,5 maka termasuk sebagai muatan

melayang. Sedangkan untuk muatan dasar dibatasi bahwa elevasi partikel pada saat

pergerakannya di dalam air maksimum 2 sampai 3 kali dari ukuran diameter butirnya,

jika lebih dari itu maka termasuk muatan melayang.

Menurut asalnya, bahan-bahan dalam angkutan sedimen dapat dibedakan

menjadi 2 (dua) macam, yaitu :

Universitas Sumatera Utara

a. Bed material transport, merupakan bahan angkutan yang berasal dari dalam

tubuh sungai itu sendiri dan ini dapat diangkut dalam bentuk muatan dasar

ataupun muatan melayang.

b. Wash load, merupakan bahan angkutan yang berasal dari sumber-sumber diluar

tubuh sungai yang tidak ada hubungannya dengan kondisi lokal. Bahan

angkutan ini berasal dari hasil erosi di daerah aliran sungainya (DAS). Bahan

ini hanya bisa diangkut sebagai muatan melayang dan umumnya terdiri dari

bahan-bahan yang sangat halus < 50 μm. Wash load ini akan berpengaruh pada

pengendapan muara sungai atau pada bangunan banjir kanal pada Sungai Deli.

Gambar 2.6 Bagan Hubungan antara Mekanisme Pengangkutan dengan Asal Bahan dalam Angkutan Sedimen

Besarnya angkutan sedimen (T) yang dinyatakan dengan berat massa atau

volume per satuan waktu dapat ditentukan dari perpindahan tempat netto bahan yang

melalui suatu penampang melintang selama periode waktu yang cukup. T dinyatakan

SUSPENDED LOAD

MEKANISME PENGANGKUTAN

WASH LOAD

ASAL BAHAN

BED MATERIAL TRANSPORT BED LOAD

Universitas Sumatera Utara

dalam (berat, massa, volume) tiap satuan waktu atau dinyatakan dalam satuan m.k.s

(Georgi) yaitu Newton/detik atau dalam satuan S.I.U (Standard International Unit)

yaitu Kg/detik (massa) dan m3/detik (volume).

Prinsip dasar angkutan sedimen adalah untuk mengetahui apakah terjadi

keadaan seimbang (equilibrium), erosi (degradasi), atau pengendapan (agradasi) dan

juga untuk meramalkan kuantitas yang terangkut dalam proses tersebut.

Gambar 2.7 Ilustrasi Transpor Sedimen Melalui 2 (dua) Penampang Melintang

Proses perubahan dasar sungai diantara 2 (dua) penampang melintang akibat

adanya angkutan sedimen adalah sebagai berikut :

Perbandingan T Kondisi perubahan dasar sungai

I

I

II

II

T1 T2

T1 < T2 T1 = T2 T1 > T2

Erosi atau Degradasi Equilibrium atau Stabil

Sedimentasi atau Agradasi

Universitas Sumatera Utara

21

m3/det m3/det T/det Q

3 4

2 1

31 Des 1 Jan 365 h Tb (T/det)

2.4.2. Potensi Angkutan Sedimen

Dalam pengelolaan sungai akan terkait dengan aspek angkutan sedimen, yang

akan mempertimbangkan besarnya debit dominan. Definisi debit dominan adalah

debit yang mengalirkan sebagian besar sedimen suspensi dalam suatu penampang

sungai untuk menuju kondisi keseimbangannya. Debit sedimen akan terkait dengan

debit sungai dalam bentuk kurva durasi debit (discharge – duration curve), yaitu

antara debit air dan debit sedimen suspensi, sementara sedimen yang mengendap

berbanding lurus dengan debit suspensi tersebut.

Dalam praktek debit air yang mengalir di sungai tidak tetap, melainkan selalu

berubah sesuai fungsi waktu. Jadi aliran sungai adalah tidak permanen (non steady

1. Garis debit tahunan

3. Sediment rating curve

2. Grs massa debit air tahunan 4. Garis massa debit sedimen tahunan

Gambar 2.8 Ilustrasi Hitungan Sedimen dalam Satu Tahun

flow), intensitas sedimen juga akan berubah-ubah sesuai berubahnya debit, sehingga

besarnya angkutan sedimen total adalah integrasi dari angkutan sedimen sepanjang

waktu tertentu. Pendekatan yang terbaik guna meramalkan intensitas angkutan adalah

dengan menggunakan analisa statistik dari data aliran.

Universitas Sumatera Utara

Untuk itu dipakai garis massa debit (flow duration curve) yang jika

dikombinasikan dengan sediment rating curve akan diperoleh jumlah sedimen yang

diangkut seluruhnya dalam periode tertentu misalnya selama satu tahun.

Jumlah sedimen tahunan pada tiap-tiap penampang melintang dihitung dengan

cara mensubstitusikan nilai debit wakil bulanan selama 1 (satu) tahun ke dalam

persamaan sediment rating curve. Jumlah sedimen satu tahun pada setiap penampang

melintang ini dipakai untuk menentukan lokasi yang mengalami sedimentasi atau

erosi.

2.4.3. Keseimbangan Alur Sungai

Untuk mengetahui keseimbangan alur sungai adalah berdasarkan hasil

perhitungan potensi angkutan sedimen pada tiap-tiap penampang melintang yang

ditinjau. Besaran kapasitas angkutan sedimen merupakan besaran sesaat. Antara

kapasitas angkutan sedimen dan geometri sungai saling mempengaruhi. Kapasitas

angkutan sedimen memungkinkan terjadinya degradasi atau agradasi dan akan

merubah morfologi sungai. Perubahan morfologi mengakibatkan perubahan hidrolika

aliran yang menimbulkan perubahan kapasitas angkutan sedimen.

Dengan demikian proses sedimentasi dan erosi yang terjadi secara lokal, akan

berubah untuk mencari keseimbangan dinamis, dimana degradasi dan agradasi tetap

berjalan secara seimbang sehingga penampang sungai cenderung stabil.

Selain keseimbangan angkutan sedimen, pada dasar alur sungai terdapat

Universitas Sumatera Utara

fenomena sortasi sedimen yang terangkut yang berakibat terjadinya proses armoring

pada pada permukaan dasar sungai, yaitu tertutupnya dasar sungai oleh sedimen yang

berukuran besar (batu) yang mendukung stabilitas dasar sungai terhadap erosi.

Fenomena ini sangat besar pengaruhnya pada sungai dengan sedimen yang bervariasi.

Akibat armoring pada alur sungai, pada keadaan suplai pasir dari hulu dan anak

sungai kecil tidak terjadi erosi dasar sungai meskipun mengalami defisit transpor

pasir.

Keseimbangan dasar sungai ini dapat terganggu apabila terjadi pengambilan

batu-batu pada dasar sungai tersebut, sehingga sedimen halus yang terlindung di

bawahnya akan terbuka dan mudah tererosi apabila mengalami terjadi defisit

angkutan sedimen.

Keseimbangan kritis merupakan kondisi kemiringan dasar sungai dengan syarat

bahan dasar sungai tidak bergerak. Pada saat aliran sungai mulai mencapai suatu

kecepatan yang mulai menggerakan butiran dasar sungai, maka gaya tarik yang

timbul pada aliran tersebut adalah gaya tarik kritis dan dinyatakan U*c. (Suyono,

Masateru: 330). Pada kondisi seragam dapat dinyatakan dengan :

U*c2 = 80,9 d (2.13)

Dimana :

d >= 0,303 cm

d = ukuran butiran pasir – kerikil bahan dasar sungai

untuk τ/ρ = 2,65 , ν = 0,01 cm3/dt dan g = 980 cm/dt2

Universitas Sumatera Utara

τ/ρ = berat jenis pasir – kerikil

ν = viskositas kenitis

Menurut Suyono dan Masateru (1985), pasir dan kerikil di atas permukaan

dasar sungai akan bergerak dihanyutkan aliran dan berarti dasar sungai mulai

bergerak turun, apabila dicapai kondisi 12*

* ≥cU

2U . Sedangkan jika memenuhi kondisi

berikut : 12*

<cU

2*U , maka butiran dengan ukuran yang lebih halus akan hanyut dan

permukaan dasar sungai akan tertutup oleh kerikil dengan ukuran yang lebih besar.

Keseimbangan sungai bergerak diantara keseimbangan dinamis dan statis.

Menurut Suyono dan Masateru 1985, kemiringan stabil dinamis ini dapat diperoleh

dari persamaan angkutan sedimen yang dikembangkan oleh Brown, diterapkan pada

saluran lebar R = H, dan λ = 0.4

)( ) ( ⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

−−=

λρσ 11/10

22

5*

dgU

qB (2.14)

( ) ( )( )

74

232

1

11/1,0

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧ −−×

=nqg

dqI B λρσ (2.15)

Universitas Sumatera Utara

2.5. Pemodelan Angkutan Sedimen

2.5.1. Umum

Pemodelan angkutan sedimen dalam studi ini dihitung dengan menggunakan

persamaan empiris yang dipilih dari beberapa persamaan empiris dan profil

aliran/hidrolika menggunakan persamaan dasar aliran satu dimensi, dimana salah satu

datanya adalah data geometri. Angkutan sedimen ditentukan dari ukuran butiran

material bed load. Model juga dipersiapkan untuk melakukan simulasi

kecenderungan perilaku erosi dan pengendapan dalam jangka panjang, dengan

melakukan perubahan frekuensi dan durasi data debit atau perubahan geometri

saluran yang diteliti.

2.5.2. Kapasitas Angkutan Sedimen

Secara umum persamaan angkutan sedimen untuk ukuran butiran yang

bervariasi adalah sebagai fungsi berikut ini.

( )TpdsfdBSVDfg iissi ,,,,,,,,,, ρρ= (2.16)

Dimana :

= Laju angkutan sedimen pada kelompok butiran i

D = Kedalaman aliran

V = Kecepatan aliran rata-rata

S = Kemiringan energi

B = Lebar efektif sungai

sig

Universitas Sumatera Utara

d = Ukuran diameter butiran yang mewakili

ρ = Kerapatan air

ρs = Kerapatan partikel sedimen

sf = Faktor bentuk partikel sedimen

di = Diameter rerata geometri partikel dalam ukuran kelas ke-i

pi = Fraksi ukuran partikel kelas ke–i di dasar sungai

T = Suhu air

Disamping itu juga terdapat faktor-faktor yang tidak tertera pada fungsi

persamaan di atas yang digunakan sebagai persamaan dasar besaran angkutan

sedimen. Debit sedimen dasar (bed load) dapat ditentukan berdasarkan pengukuran

sedimen suspensi (suspended load) sebagai berikut (Design of Small Dam 1974, 777):

Tabel 2.1 Persentase Korelasi Bed load

Konsentrasi sedimen suspense

(ppm)

Jenis material dasar sungai

Texture sedimen suspensi

Persentasi bed load terhadap

sedimen suspensi

< 1000 ppm Sand Sama dengan material dasar

25 – 150

< 1000 ppm Gravel, rock atau consolidated clay

Terdapat sedikit sand 5 – 12

1000 – 7500 Sand Sama dengan material dasar 10 – 22

1000 – 7500 Gravel, rock atau consolidated clay

25% sand atau kurang 5 – 12

> 7500 Sand Sama dengan material dasar 5 – 15

> 7500 Gravel, rock atau consolidated clay

25% sand atau kurang 2 – 8

Sumber : Design of Small Dam, 1974: 777

Universitas Sumatera Utara

27

2.5.3. Gradasi Butiran Material Sedimen

Perhitungan besarnya angkutan sedimen rata-rata dilakukan untuk setiap

kondisi hidrolik dan parameter sedimen dengan gradasi butiran tertentu. Kapasitas

pengangkutan ditentukan untuk setiap ukuran butir mewakili ukuran butiran tertentu

yang membentuk 100% dari material dasar. Kapasitas pengangkutan untuk kelompok

ukuran tertentu tersebut kemudian dikalikan dengan pecahan dari total sedimen yang

mewakili ukuran tertentu tersebut. Kapasitas pengangkutan untuk ukuran butir

tertentu tersebut kemudian dijumlahkan dengan ukuran butiran lain untuk menjadi

kapasitas pengangkutan sedimen total. Ukuran kelas angka standar berdasarkan pada

skala klasifikasi American Geophysical Union (AGU) yang ditunjukkan pada Tabel

2.2 berikut.

Tabel 2.2 Ukuran Butiran dari Klasifikasi Material Sedimen American Geophysical Union

No. Sedimen material Grain Diameter

Range (mm)

Geometric Median

Diameter (mm)

1 Clay 0.002 – 0.004 0.003

2 Very Fine Silt 0.004 – 0.008 0.006

3 Fine Silt 0.008 – 0.016 0.011

4 Medium Silt 0.016 – 0.032 0.023

5 Coarse Silt 0.032 – 0.0625 0.045

6 Very Fine Sand 0.0625 – 0.125 0.088

7 Fine Sand 0.125 – 0.250 0.177

8 Medium Sand 0.250 – 0.5 0.354

9 Coarse Sand 0.5 – 1.0 0.707

10 Very Coarse Sand 1 – 2 1.41

11 Very Fine Gravel 2 – 4 2.83

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.2 Lanjutan

No. Sedimen material Grain Diameter

Range (mm)

Geometric Median

Diameter (mm)

12 Fine Gravel 4 – 8 5.66

13 Medium Gravel 8 – 16 11.3

14 Coarse Gravel 16 – 32 22.6

15 Very Coarse Gravel 32 – 64 45.3

16 Small Cobbles 64 – 128 90.5

17 Large Cobbles 128 – 256 181

18 Small Boulders 256 – 512 362

19 Medium Boulders 512 – 1024 724

20 Large Boulders 1024 – 2048 1448

Sumber : HECRAS 4.0 Manual, 2008

Hasil perhitungan pengangkutan sedimen rerata sangat sensitif terhadap

distribusi ukuran butir, terutama untuk butiran halus.

Tabel 2.3 Jangkauan Nilai Input untuk Fungsi Pengangkutan Sedimen

FUNCTION d dm s V D S W T

Ackers-White

(flume)

0.04 –

7.0

NA 1.0 – 2.7 0.07 –

7.1

0.01 –

1.4

0.00006 –

0.037

0.23 – 4.0 46 – 89

Engelund-Hansen

(flume)

NA 0.19 –

0.93

NA 0.65 –

6.34

0.19 –

133

0.000055 –

0.019

NA 45 – 93

Laursen (field) NA 0.08 –

0.7

NA 0.068 –

6.34

0.019 –

1.33

0.0000021 –

0.0018

63 – 3640 32 – 93

Laursen (flume) NA 0.011 –

29

NA 0.7 – 9.4 0.03 –

3.6

O,00025 –

0.025

0.25 – 6.6 46 – 83

Meyer-Peter-

Muller (flume)

0.4 – 29 NA 1.25 –

4.0

1.2 – 9.4 0.03 –

3.9

0.0004 – 0.02 0.5 – 6.6 NA

Toffaleti (field) 0.062 –

4.0

0.095 –

0.76

NA 0.7 – 7.8 0.07 –

1.1 (R)

0.000002 –

0.0011

63 – 3640 32 – 93

Toffaleti (flume) 0.062 –

4.0

0.45 –

0.91

NA 0.7 – 6.3 0.07 –

1.1 (R)

0.00014 –

0.019

0.8 – 8 40 – 93

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.3 Lanjutan

FUNCTION d dm s V D S W T

Yang (field –

sand)

0.15 –

1.7

NA NA 0.8 – 6.4 0.04 –

50

0.000043 –

0.028

0.44 -

1750

32 – 94

Yang (field –

gravel)

2.5 – 7.0 NA NA 1.4 – 5.1 0.08 –

0.72

0.0012 – 0.29 0.44 –

1750

32 – 94

Sumber : Sam User’s Manual, 1998

Dimana :

d = diameter partikel keseluruhan, mm

dm = diameter partikel rata-rata, mm

s = berat jenis sedimen

V = kecepatan aliran rata-rata, fps

D = kedalaman aliran, ft

S = kemiringan garis energi

W = lebar Saluran, ft

T = suhu air, oF

(R) = jari-jari hidrolik, ft

NA = data tidak tersedia

Terdapat 7 (tujuh) formula dalam model Hec-Ras yaitu, 1) Ackers-White, 2)

Englund-Hansen, 3) Laursen (Copeland), 4) Meyer-Peter-Muller, 5) Tofaletti, 6)

Yang dan 7) Wilcock.

Universitas Sumatera Utara

2.5.4. Penerapan Model Angkutan Sedimen

Terdapat berbagai metoda perhitungan angkutan sedimen yang dikembangkan

berdasarkan kondisi yang berbeda-beda. Perbedaan ini akan mendapatkan hasil

berbeda antara satu dengan lainnya. Untuk memperoleh ketelitian dari prediksi

sedimen, maka diperlukan adanya uji terhadap hasil dari model yang digunakan.

Fungsi pengangkutan sedimen berikut akan digunakan dalam analisis ini dan dipilih

salah satu dan diuji dengan koefisien chi-square, yaitu:

1. Ackers-White

2. Meyer-Peter Müller

3. Toffaleti

4. Yang

Rumusan angkutan sedimen yang sesuai dipilih melalui perhitungan, dengan

mengambil data penampang melintang sungai tahun 2001 sebagai kondisi awal, dan

elevasi dasar hasil pengukuran 2009 sebagai pembanding. Berikut ini adalah data

kondisi awal untuk penentuan metoda angkutan sedimen :

1. Kondisi geometri adalah penampang melintang sungai yang diambil tahun 2001

2. Material dasar sungai, hasil sampling tahun 2009

3. Data debit harian, data pengamatan selama periode simulasi (7 tahun)

4. Daerah pemodelan, Jembatan Avros (Section–63) – Jembatan Raden Saleh

(Section–04)

5. Rumusan yang diuji cobakan:

Universitas Sumatera Utara

a. Ackers-White,

b. Mayer-Peter-Muller,

c. Tofaletti,

d. Yang

Elevasi dasar sungai pada akhir simulasi (31 Mei 2009) dibandingkan dengan

keadaan sesungguhnya yang telah disurvey pada tahun 2009. Untuk memilih metoda

yang tepat dilakukan analisa untuk membandingkan hasil perhitungan terhadap data

pengukuran dengan pendekatan statistik, yang selanjutnya akan menjadi indikator

kesesuaian persamaan angkutan sedimen.

Salah satu analisis statistik yang digunakan adalah metoda selisih kuadrat (chi-

square test). Uji kesesuaian ini dapat diaplikasikan pada data dengan variabel single

nominal untuk mengetahui apakah frekuensi data yang diuji sesuai dengan data yang

dibandingkan.

Metoda ini dinyatakan dalam persamaan berikut.

∑ =−

= ki E

EO1 2

2 )(X (2.17)

Dimana,

χ2 = Selisih error kuadrat antara elevasi dasar sungai pengamatan (O) dan

simulasi (E).

Universitas Sumatera Utara

O = Titik elevasi palung sungai sesungguhnya (hasil survey) tahun 2008

(m.SHVP)

E = Titik elevasi palung sungai hasil simulasi (m.SHVP)

k = Jumlah penampang melintang

Cara penerapan distribusi X2 dalam pengujian data atau hipotesis analog dengan

penggunaan uji distribusi t dan uji F. Nilai χ2 hasil perhitungan dari hasil simulasi

dibandingkan dengan nilai kritisnya. Nilai kritis untuk uji distribusi chi square dapat

dilihat pada tabel dengan taraf kesalahan (α) dan df (derajad kebebasan). Nilai taraf

kesalahan adalah: α = 0,10, α = 0,05, dan α = 0,01. dalam uji ini df sama dengan

jumlah data (k) dikurangi 1 (df=k-1).

Gambar 2.9 Kurva Distribusi Chi-Square Keterangan : Daerah yang diarsir = α untuk x2 sampai xα

2

Jika nilai χ2 hasil perhitungan kurang dari nilai kritisnya, maka data hasil

perhitungan sesuai dengan data hasil pengukuran. Tabel kritis dapat dilihat pada

Lampiran 8

Universitas Sumatera Utara

33

2.6. Bangunan Ambang

2.6.1. Umum

Bangunan ambang merupakan bangunan menyilang pada sungai yang bertujuan

untuk mengurangi kecepatan aliran, terutama aliran yang menimbulkan gerusan

terhadap formasi material dasar sungai. Penempatan bangunan ambang tersebut

adalah untuk menjaga agar besarnya daya angkut aliran air sungai, serta kemiringan

dasar sungai akan menjadi stabil. Fungsi lain dari bangunan tersebut adalah untuk

mengurangi besarnya angkutan sedimen dan untuk menangkap sebagian sedimen

yang terangkut oleh aliran sungai.

Denah ambang dan arah limpasan air.

Gambar 2.10 Contoh Bangunan Ambang dan Arah Limpasan Air

2.6.2. Tipe dan Bentuk Bangunan Ambang

Tipe umum bangunan ambang adalah berbentuk ambang datar (bed gindle

work), yang hampir tidak mempunyai terjunan dan elevasi puncak bangunan hampir

sama dengan permukaan dasar sungai dan berfungsi untuk menjaga agar permukaan

Universitas Sumatera Utara

34

dasar sungai tidak turun lagi. Ambang pelimpah direncanakan sedemikian rupa

dengan garis arah arus banjir (Sosrodarsono, 1985 : 187).

2.6.3. Disain Bangunan Ambang

Ambang yang semakin tinggi gaya tarik aliran air sungainya akan semakin

menurun. Akan tetapi ambang dengan elevasi mercu yang terlalu tinggi akan

menimbulkan dasar sungai di sebelah hulu ambang akan naik dan air sungai dengan

terjunannya yang tinggi akan mengganggu stabilitas dasar sungai di sebelah hilir

ambang tersebut.

Dalam studi ini akan dilakukan pemilihan dengan merencanakan alternatif

tinggi ambang. Berdasarkan hasil studi dan penelitian yang seksama terhadap rezim

sungai pada rencana lokasi ambang, maka diharapkan didapatkan ambang yang dapat

berfungsi secara optimal.

Universitas Sumatera Utara