Cara Mengukur dan Menghitung Debit Saluran

Transkripsi

1 Cara Mengukur dan Menghitung Debit Saluran Beberapa waktu lalu sudah dibahas mengenai cara menghitung debit rencana untuk kepentingan perencanaan saluran drainase. Hasil perhitungan debit rencana bukan hanya digunakan sebagai acuan ketika merencanakan saluran drainase yang baru, tapi juga berguna ketika mengevaluasi saluran drainase yang sudah ada (permanen), apakah masih dapat menampung debit rencana maksimum atau tidak? Debit rencana itu diibaratkan sebuah ambang batas maksimum, sehingga dijadikan sebagai acuan. Artinya debit saluran itu nilainya harus lebih kecil atau sama dengan nilai debit rencana. Nah berikut ini akan dibahas bagaimana cara mengukur dan menghitung debit saluran terbuka yang bentuk salurannya seragam (misalnya, empat persegi panjang atau trapesium). Sebelum melakukan kegiatan pengukuran perlu disediakan perlengkapan yang akan digunakan di lapangan : Sediakan GPS untuk mengukur elevasi Sediakan meter rol atau alat ukur yang representatif Sediakan sebilah kayu atau besi yang ukurannya representatif untuk ditancapkan ke dalam saluran (untuk mengetahui kedalaman air/saluran) Sediakan papan data dan alat tulis untuk mencatat hasil pengukuran Langkah-langkah pengukuran : Tentukan saluran (got) mana yang akan diukur debitnya. Bila perlu dilakukan sketsa denah jaringan salurannya terlebih dahulu Ukurlah jarak atau panjang saluran (dari titik awal ke titik akhir) Ukurlah elevasi di titik awal dan titik akhir saluran Ukurlah dimensi saluran (tinggi saluran, kedalaman air dan lebar dasar saluran) Lakukan pengolahan data : Hitunglah kemiringan dasar saluran dengan rumus berikut : S = t 1 t 2 x 100 %

2 L Ket : S = kemiringan tanah/dasar saluran t 1 = elevasi di titik awal/bagian tinggi (m) t 2 = elevasi di bagian akhir/bagian rendah (m) L = panjang saluran dari titik awal ke akhir (m) Hitunglah dimensi dan debit saluran, sesuaikan dengan rumus dari bentuk saluran Contoh Perhitungan Sebuah saluran berbentuk empat persegi panjang yang terbuat dari beton menampung aliran air buangan dari sebuah pemukiman, seperti tampak pada sketsa yang salurannya diberi warna garis biru tua dan tanda A sebagai titik awal (bagian tinggi) dan B sebagai titik akhir (bagian rendah).

3 Setelah dilakukan pengukuran pada saluran tersebut hasilnya sebagai berikut : - Elevasi di titik A = 10 mdpl - Elevasi di titik B = 9 mdpl - Panjang saluran dari titik A ke B = 154 m Dimensi saluran : - Tinggi saluran (h) = 1,1 m - Lebar dasar saluran (B) = 0,9 m - Tinggi muka air (H) = 0,85 m - Nilai kekasaran Manning untuk beton (n) = 0,012

4 Sketsa Tampang Saluran Hitunglah debit saluran tersebut? Jawab : *) Hitung kemiringan dasar saluran (S) : S = t 1 t 2 L = 10-9 x 100% = 0,64 % 154 *) Hitung luas penampang basah (A) : A = B x H = 0,9x 0,85 = 0,765 m 2 *) Hitung keliling basah (P) : P = B + 2H = 0,9 + (2 x 0,85) = 2,6 m *) Hitung jari-jari hidrolis (R) : R = A/P = 0,765/2,6 = 0,29 m

5 *) Hitung kecepatan aliran (V) V = 1/n R 2/3 S 1/2 = 1/0,012 x 0,765 2/3 x 0,64 1/2 = 5,51 m 3 /dtk *)Hitung debit saluran (Q s ) Q S = A x V = 0,765 m 2 x 5,51 m/dtk = 4,21 m 3 /dtk Hasil pengukuran debit saluran (Q S ) nantinya akan dibandingkan dengan nilai debit rencana (Q T). Untuk saluran drainase perkotaan biasanya digunakan debit rencana dengan periode ulang 5 tahun sebagai acuan dalam perencanaan maupun dalam melakukan evaluasi. (*) mengukur debit air BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Salah satu fungsi dari daerah aliran sungai adalah sebagai pemasok air dengan kuantitas dan kualitas yang baik terutama bagi orang di daerah hilir. Dan untuk menjaga agar air yang keluar dari daerah aliran sungai tidak melebihi dari kapasitas penerimaan dihilir, perlu dilakukan perhitungan debit air. Perhitungan debit air ini penting untuk menentukan agar fungsi dari daerah aaliran sungai sendiri dapat berjalan dengan baik dan menguntungkan bagi manusia dan ekosistem. Pada perhitungan debit air, kita harus menganalisa bahan apa yang digunakan untuk membuat saluran tersebut sehingga kita tahu nilai S (kemiringan) dan nilai n (kekasaran) yang terjadi pada saluran tersebut. 1.2.Tujuan Mahasiswa dapat menentukan geometrik saluran dan hitung debit aliran dalam saluran drainase atau saluran irigasi 1.3. Ruang Lingkup

6 1. Mengukur dimensi penampang saluran (kedalaman air, lebar saluran, ambang bebas, dan kekasaran dinding saluran. 2. Mengukur panjang saluran (dengan bantuan speedometer) 3. Mengukur beda tinggi muka tanah (dengan bantuan goggle earth) 4. Menghitung kemiringan dasar saluran ( asumsi dari kemiringan muka tanah). 5. Menghitung kemiringan muka air 6. Mengitung luas penampang, keliling basah, jari2 hidrolis 7. Menghitug debit aliran BAB II STUDI LITERATUR DAN METODOLOGI 2.1. STUDI LITERATUR Debit aliran adalah jumlah air yang mengalir dalam satuan volume per waktu. Debit adalah satuan besaran air yang keluar dari Daerah Aliran Sungai (DAS). Satuan debit yang digunakan adalah meter kubir per detik (m3/s). Debit aliran adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu (Asdak,2002). Dalam praktek, sering variasi kecepatan pada tampang lintang diabaikan, dan kecepatan aliran dianggap seragam di setiap titik pada tampang lintang yang besarnya sama dengan kecepatan reratav, sehingga debit aliran adalah: Dengan : Q =Debit Aliran (m3/s) A = Luas Penampang (m2) V = Kecepatan Aliran (m/s) Metode penelitian meliputi pengukuran langsung di lapangan. Pengukuran langsung di lapangan meliputi pengukuran lebar, tinggi air, tinggi saluran drainase, sisi miring, dan diameter pada masing-masing saluran drainase dari yang berbentuk trapesium, persegi, dan lingkaran. Variabel yang diamati adalah debit air pada masing-masing saluran drainase. Debit air sungai merupakan tinggi permukaan air sungai yang terukur oleh alat ukur permukaan air sungai ( Mulyana, 2007). Debit adalah suatu koefesien yang menyatakan banyaknya air yang mengalir dari suatu sumber persatuan waktu, biasanya diukur dalam satuan liter per/detik, untuk memenuhi keutuhan

7 air pengairan, debit air harus lebih cukup untuk disalurkan ke saluran yang telah disiapkan (Dumiary, 1992). Pada dasarnya debit air yang dihasilkan oleh suatu sumber air ditentukan oleh beberapa faktor - faktor yaitu : 1.Intensitas hujan 2.Penggundulan hutan 3.Pengalihan hutan Pengukruan debit dapat dilakukan dengan berbagai macam cara yaitu (Arsyad,1989): a. Pengukuran volume air sungai b. Pengukuran debit dengan cara mengukur kecepatan aliran dan menentukan luas penampang melintang sungai c. Pengukuran dengan menggunakan bahan kimia yang dialirkan dalam sungai d. Pengukuran debit dengan membuat bangunan pengukur debit. Hidrograf aliran merupakan perubahan karakterisitik yang berlangsung dalam suatu DAS oleh adanya kegiatan pengelolaan DAS dan adanya perubahan iklim lokal ( Asdak, 1995). Aliran sungai berasal dari hujan yang masuk kedalam alur sungai berupa aliran permukaan dan aliran air dibawah permukaan,debit aliran sungai akan naik setelah terjadi hujan yang cukup, kemudian yang turun kembali setelah hujan selesai. Grafik yang menunjukan naik turunnya debit sungai menurut waktu disebut hidrograf, bentuk hidrograf sungai tergantung dari sifat hujan dan sifat daerah aliran sungai ( Arsyad,2006). Terdapat tiga kemungkinan perubahan debit sungai yaitu laju pertambahan air bawah tanah lebih kecil dari penurunan aliran air bawah tanah normal, laju pertambahan air bawah tanah sama dengan laju penurunannya, sehingga debit aliran menjadi konstan untuk sementara, dan laju pertambahan air bawah tanah melebihi laju penurunan normal, sehingga terjadi kenaikan permukaan air tanah dan debit sungai (Arsyad, 2006). Perlu diingat bahwa distribusi kecepatan aliran di dalam aluran tidak sama arah horizontal maupun arah vertikal. Dengan kata lain kecepatan aliran pada tepi alur tidak sama dengan tengah alur, dan kecepatan aliran dekat permukaan air tidak sama dengan kecepatan pada dasar alur. Distribusi Kecepatan Aliran: A : teoritis B : dasar saluran kasar dan banyak tumbuhan C : gangguan permukaan (sampah)

8 D : aliran cepat, aliran turbulen pada dasar E : aliran lambat, dasar saluran halus F : dasar saluran kasar/berbatu 2.1. METODOLOGI 1. Waktu dan Lokasi Kegiatan pengukuran saluran drainase dilakukan pada tanggal 29 September 2011 pada pukul Lokasi kegiatan dilakukan di sungai depan jurusan Teknik Elektro dan sekitar Teknik Material dan Metalurgi. 2. Jenis Penelitian Metode penelitian meliputi pengukuran langsung di lapangan. Pengukuran langsung di lapangan meliputi pengukuran lebar, tinggi air, tinggi saluran drainase, sisi miring, dan diameter pada masing-masing saluran drainase yang berbentuk persegi. Variabel yang diamati adalah debit air pada masing-masing saluran drainase. 3. Alat dan Bahan a. Rafia b. Meteran c. Kamera d. Spidometer sepeda Motor e. Stopwatch 3.1. HASIL PENGAMATAN BAB III HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN No Perlakuan Keterangan 1. Mengukur dimensi penampang saluran( kedalaman air, lebar saluran, -kedalaman air = 31 cm -lebar saluran = 962 cm dan ambang bebas). 2. Mengukur panjang saluran dengan bantuan spedometer. 3. Mengukur beda tinggi muka tanah (dengan bantuan google earth) 4. Menghitung kemiringan dasar saluran. -saluran yang diamati kira-kira panjangnya 1 km. -dari pengamatan melalui google earth didapatkan tinggi muka tanah yaitu 3 feet -kemiringan dasar saluran yaitu 0,015 m.

9 5. Menghitung kemiringan muka air. -kemiringan muka air sungai yaitu 0,15 m 6. Menghitung debit aliran. -dihitung di penghitungan. PERHITUNGAN H= 31 cm 53 cm B = 962 cm Hasil Pengamatan: Tinggi Saluran : 53 cm = 0,53 m Lebar Saluran : 962 cm = 9,62 m Tinggi Air : 31 cm = 0,31 m Kecepatan aliran : m/s Kemiringan ( S ) : 0,015 Kekasaran ( n ) : 0, 013 det/m 3 a. Keliling Basah (P) P = B + 2h = 9.62 m + 2 (0.31 m) = = m b. Luas Penampang Basah (A) A = B x h = 9.62 m x 0.31 m = m 2 c. Jari-Jari Hidrolis (R) R = A/P = = 0.29 m d. Debit Air (Q) Berdasarkan penghitungan rumus : Q = A x v = A x x x = x x x = x x x = m 3 /s

10 Berdasarkan penghitungan kecepatan aliran air : Q = A x v = m 2 x m/s = m 3 /s 3.2. PEMBAHASAN Praktikum kedua hidrolika dilaksanakan pada hari senin tanggal 26 September 2011 yaitu berjudul Geometrik Saluran dan Prediksi Debit. Dalam percobaan ini, kita mengukur kedalaman sungai, lebar sungai, menghitung panjang saluran sungai, menghitung kemiringan muka air dan debit aliran. Langkah awal yang kelompok kami lakukan yaitu menentukan sungai yang akan dijadikan objek penelitian. Kelompok kami meneliti sungai di wilayah ITS yaitu tepatnya sungai yang berada di depan Teknik Elektro-FTI. Keadaan sungainya tidak mengalir dan sangat kotor. Setelah menentukan sungai yang akan dijadikan objek penelitian, kita melakukan langkah selanjutnya yaitu mengukur dimensi penampang saluran. Kedalaman air di sungai tersebut yaitu 31cm, lebar saluran sungai yaitu 962 cm. Selanjutnya mengukur panjang saluran dengan speedometer sepeda motor, dan didapatkan hasil bahwa panjang sungai yang kita amati tersebut sekitar 1 km. Kemudian mengukur tinggi muka air tanah. Pengukuran ini menggunakan google earth. Awalnya kita mencari dulu daerah sungai yang kita amati melalui google earth, setelah sudah ketemu kita bisa melihat dibagian bawah gambar pada sungai itu terdapat keterangan bahwa elevasi dari sungai itu adalah 3 feet. Dan elevasi sama dengan beda tinggi muka tanah, jadi dapat diketahui bahwa beda tinggi muka tanah tersebut adalah 3 feet. Setelah itu menghitung kemiringan dasar saluran. Kemiringan dasar salurannya yaitu 0,015 m. Dan karena kekasaran sungai tersebut terbuat dari beton, maka dapat diketahui bahwa nilai kekasarannya yaitu 0,013detik/ m 3. Berdasarkan data yang diperoleh di lapangan, dapat dihitung debit air yang mengalir pada sungai tersebut. Menurut hasil perhitungan yang tertera di atas, debit air berdasarkan penghitungan menggunakan rumus adalah m 3 /s. Akan tetapi, pada saat pengukuran di lapangan, kami menggunakan papan triplek untuk mengetahui kecepatan aliran air, dan diketahui jarak 1 m ditempuh selama 2 menit 18 detik atau sama dengan 138 detik. Dengan begitu, dapat disimpulkan bahwa kecepatan aliran airnya m/s. Berdasarkan penghitungan kecepatan aliran air, debit airnya adalah m 3 /s. Perbedaan besar debit air yang terjadi sangat besar sekali ini,

11 kemungkinan terjadi karena pengamatan dan pengukuran dilakukan pada musim kemarau, dimana air yang mengalir sangat sedikit, dan cenderung tidak mengalir (menggenang). Sehingga dapat disimpulkan bahwa debit air berdasarkan penghitungan rumus adalah debit air ketika musim hujan, dimana air yang mengalir lebih banyak daripada ketika musim kemarau. KESIMPULAN Dari data di atas dapat disimpulkan : BAB IV KESIMPULAN 1. Debit air pada masing-masing saluran berbeda-beda tergantung pada bentuk saluran, bahan yang digunakan, dan ukuran salurannya. 2. Debit air pada masing-masing saluran tergantung pada musim, terutama pada saluran drainase, karena saluran drainase digunakan untuk mengalirkan air hujan. 3. Debit air yang diperoleh berdasarkan rumus yaitu m 3 /s, dan debit air yang diperoleh berdasarkan perhitungan kecepatan aliran yaitu m 3 /s. B. Persamaan yang Digunakan untuk Menghitung Dimensi Saluran Telah dijelaskan sebelumnya bahwa bentuk saluran ada berbagai macam dan yang akan dibahas persamaannya dibatasi hanya pada bentuk empat persegi panjang dan trapesium. 1. Persamaan pada bentuk saluran empat persegi panjang

12

13 2. Persamaan pada bentuk saluran trapesium C. Contoh Perhitungan Soal 1! Saluran drainase berbentuk empat persegi panjang dengan kemiringan dasar saluran 0,015, mempunyai kedalaman air 0,45 meter dan lebar dasar saluran 0,50 meter, koefisien kekasaran

14 Manning n= 0,010. Hitung kecepatan aliran dalam saluran, jika debit rencana sebesar 1,25 m 3 /det? Diketahui : n = 0,010 S = 0,015 Q = 1,25 m 3 /det h = 0,45 m B = 0,50 m Ditanyakan : V...? Penyelesaian :

15 Soal 2! Saluran drainase berbentuk trapesium dengan kemiringan dinding saluran m= 1, mempunyai kedalaman air 0,65 meter, lebar dasar 1,25 meter, koefisien kekasaran Manning n = 0,010. Hitung kemiringan dasar saluran jika debit yang mengalir sebesar 3,10 m 3 /det?

16 Diketahui : m = 1 h = 0,65 m B = 1,25 m n= 0,010 Q = 3,10 m 3 Ditanya : S...? Penyelesaian : Soal 3!

17 Saluran drainase sekunder berbentuk trapesium mengalirkan debit sebesar 2,3 m 3 /det. Kemiringan dasar saluran 1 : Dasar saluran mempunyai koefisien kekasaran n = 0,012. Tentukan dimensi tampang saluran yang paling ekonomis? Diketahui : Q = 2,3 m 3 /det S = 1 : 5000 n = 0,012 Ditanyakan : dimensi penampang yang ekonomis? Penyelesaian : Bentuk trapesium yang paling ekonomis adalah setengah heksagonal, dengan jari-jari hidraulik setengah dari kedalaman air.

18 Cara Mudah Menghitung Debit Air Sungai dan Debit Air Keran, Menghitung Volume dan Waktu Cara Menghitung Debit Air Sungai dengan Metode Pelampung: Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada saat kegiatan praktikum menghitung debit saluran air adalah rollmeter, pasak yang terbuat dari bahan bambu, stopwatch/handphone, tali plastik, mistar, alat tulis, bola pimpong. Cara Kerja Menentukan lokasi daerah pengukuran 1. Memasang pasak 1 disebelah kiri saluran, kemudian tegak lurus ke arah seberang, pasak no Menghubungkan antara pasak no.1 dengan pasak no.2 menggunakan tali rafia. (sebagai batas daerah pengukur I) 1. Memasang pasak no.3 dengan no.4 dengan jarak 25 meter ke arah hilir pada pasak no.1 dan no Menghubungkan antara pasak no.3 dan pasak no.4 dengan tali rafia (sebagai batas daerah pengukur II)

19 3. Jarak I dan II = (D) dalam satuan meter Menentukan kecepatan aliran air (V) 1. Memastikan semua peralatan dengan kondisi baik dan siap digunakan. 2. Memulai dengan menghanyutkan bola pimpong dengan jarak 5 meter dari batas pengukuran I ke arah hulu saluran. 3. Menghidupkan stopwatch, saat bola pimpong tepat berada di bawah tali batas daerah penampang I. 4. Mematikan stopwatch sesaat bola pimpong telah mencapai tepat di bawah tali batas daerah penampung II. 5. Mencatat waktu untuk menempuh jarak dari daerah penampang I ke daerah penampang II (t). 6. Menghitung kecepatan aliran air dengan menggunakan rumus, dimana : V = kecepatan aliran air sungai (m/detik) D = jarak antara daerah penampang I dengan II (meter) t = waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak (detik) Menentukan luas penampang basah saluran (A) 1. Menentukan lebar saluran (I) pada daerah penampang. 2. Mengukur kedalaman air (d1) pada daerah penampang I kemudian diulangi ; hingga lima tempat (d2, d3, d4, d5).

20 Ilustrasi 1. Menentukan rata-rata dalam air (d) pada daerah penampang I d= menghitung luas penampang basah dengan menggunakan rumus : A = I x d m, dimana A= luas penampang basah (m 2 ) I= lebar saluran (meter) d= kedalaman air rata-rata (meter) Q= V x A Q = debit air yang mengalir (m 3 /detik) V= kecepatan aliran air (m/detik) A= Luas penampang basah (m 2 ) Cara menghitung debit saluran air di sungai berdasar data maka diperoleh hasil sebagai berikut. L I sebagai lebar saluran 1 : 1.5 m L II sebagai lebar saluran 2 : 1.5 m D = 25 m t = 43 detik Menghitung kecepatan aliran air (V):

21 V = 0.58 m/detik L I d1 = 0.45 m L II d1 = 0.36 m d2 = 0.44 m d3 = 0.55 m d4 = 0.38 m d5 = 0.32 m d2 = 0.37 m d3 = 0.35 m d4 = 0.34 m d5 = 0.3 m L I = = 0.43 m L II = = 0.34 m A = L x d A I = luas penampang basah 1 A II = luas penampang basah 2 A I = 1.5 m X 0.43 m = m A II = 1.5 m X 0.34 m = 0.51 m = 0.57 m 2 Q = V x A Q = 0.58 m/dtk X 0.57 m 2 Q = 0.33 m 3 /detik Berdasarkan hasil yang telah diperoleh dan sesuai perhitungan dengan menggunakan rumus maka diperoleh hasil perhitungan debit saluran air pada aliran sungai adalah 0.33 m 3 /detik. RUMUS MENENTUKAN DEBIT, VOLUME DAN WAKTU

22 1. Tentukan volume air yang terpakai dengan cara mengurangkan kedudukan meter akhir (volume air terakhir) dengan kedudukan meter awal (volume air awal) 2. Ubah waktu pemakaian sesuai soal dengan konversi : 1 jam = 60 menit 1 menit = 60 detik 1 jam = detik 1 menit = 1/60 jam 1 detik = 1/60 detik 1 jam = 1/3.600 detik 3. Bagi volume air yang terpakai (point 1) dengan waktu (point 2) Konversi volume : 1 liter = 1 dm³ = cm³ = mm³ = m³ 1 cc = 1 ml = 1 cm³ Ilustrasi Kasus: 1. Dalam 1 jam sebuah keran dapat mengeluarkan air sebesar m³. Berapa liter/detik debit air tersebut? Penyelesaian Diketahui volume (v) = m³ = dm³ = liter waktu (t) = 1 jam = detik Ditanya debit (D) liter/detik Jawab : D = v = liter = liter/detik t = detik MENENTUKAN DEBIT, VOLUME DAN WAKTU 1. Pengertian Debit Air Debit air adalah kecepatan aliran zat cait per satuan waktu. Misalnya Debit air sungai pesanggrahan adalah l / detik. Artinya setiap 1 detik air yang mengalir di sungai Pesanggrahan adalah l. Satuan debit digunakan dalam pengawasan kapasitas atau daya tampung air di sungai atau bendungan agar dapat dikendalikan. Untuk dapat menentukan debit air maka kita harus mengetahui satuan ukuran volume dan satuan ukuran waktu terlebih dahulu, karena debit air berkaitan erat dengan satuan volume dan satuan waktu. Perhatikan konversi satuan waktu berikut : 1 jam = 60 menit 1 menit = 60 detik

23 1 jam = detik 1 menit = 1/60 jam 1 detik = 1/60 detik 1 jam = 1/3.600 detik Konversi satuan volume : 1 liter = 1 dm³ = cm³ = mm³ = m³ 1 cc = 1 ml = 1 cm 2. Menentukan Debit Air Rumus Debit = Volume : Waktu Dalam 1 jam sebuah keran dapat mengeluarkan air sebesar m³. Berapa liter/detik debit air tersebut? Penyelesaian Diketahui volume (v) = m³ = dm³ = liter waktu (t) = 1 jam = detik Maka debitnya = liter detik = liter/detik 3. Menghitung volume Rumus Volume = Debit X Waktu Sebuah bak mandi diisi air mulai pukul sampai pukul Dengan debit 10 liter/ menit. Berapa liter volume air dalam dalam bak mandi tersebut? Penyelesaian Diketahui Debit = 10 liter Waktu = = 30 menit Maka volumenya = Debit X Waktu = 10 liter X 30 menit = 300 liter 4. Menghitung waktu Rumus

24 Waktu = Volume : Debit Volume bak mandi 200 dm3. Di isi dengan air dari sebuah kran dengan debit 5 liter/menit. Berapa menit waktu yang dibutuhkan untuk mengisi bak mandi sampai penuh? Penyelesaian Diketahui Volume = 200 dm3 Debit = 5 liter/ menit Maka waktu yang di butuhkan = Volume Debit = = 40 menit