Aliran berubah lambat laun. surut di muara saluran atau. air atau pasang surut air laut. berpengaruh sampai ke hulu dan atau ke hilir.

Transkripsi

1 Aliran berubah lambat laun banyak terjadi akibat pasang surut di muara saluran atau akibat adanya bangunan-bangunan air atau pasang surut air laut terutama pada saat banjir akan berpengaruh sampai ke hulu dan atau ke hilir.

2 Aliran berubahb lambat laun yang terjadi akibat perubahan elevasi permukaan air di ujung hulu atau ujung hilirnya ini sangat tergantung pada kedalaman kitisd kritis dan kedalaman normal yang telah dibahas dalam modul dan modul 3. Oleh karena itu persamaan aliran kritis dan aliran seragam akan muncul di modul 4 ini.

3 (1) Menjelaskan konsep aliran berubah lambat laun akibat perubahan dasar saluran dan adanya bangunan air di hulu maupun di hilir. () Memberi contoh fenomena aliran berubah lambat laun agar mahasiswa dapat memperkirakan profil permukaan air.

4 (1) Penggunaan konsep aliran berubah lambat laun. () Penjelasan fenomena aliran berubah lambat laun dan contoh penggunaannya.

5 Tujuan Pembelajaran Umum Setelah membaca modul ini mahasiswa memahami fenomena aliran berubah b lambat laun Tujuan Pembelajaran Khusus Setelah mempelajari modul ini mahasiswa dapat memilih persamaan yang akan digunakan untuk perhitungan aliran berubah b lambat laun.

6 A. Asumsi Dasar Tegangan geser yang bekerja pada dasar saluran pada tiap penampang dapat ditentukant dengan menerapkan perumusan tekanan untuk aliran seragam : τ = ρ g b V C (4.1) juga berlaku untuk aliran berubah lambat laun.

7 Ini berarti : Kehilangan energi pada suatu penampang di dalam aliran berubahb lambat laun adalah sama dengan kehilangan energi pada suatu penampang di dalam aliran seragam yang mempunyai kecepatan rata-rata dan jari-jari hidrolik sama dengan V dan R didalam aliran berubahb lambat laun.

8 Persamaan - persamaan Manning : i f = n V 4 3 R (4.) V Chezy : i f = C R C (4.3) Juga berlaku untuk aliran berubah lambat laun.

9 B. Asumsi Lain (a) Kemiringan dasar saluran kecil : (1) Kedalaman aliran vertikal dan tegak lurus aliran adalah sama d=y () Faktor koreksi tekanan cos θ =1 (3) Tidak terjadi pemasukan udara

10 (b) Saluran berpenampang prismatis. (c) Pembagian kecepatan dalam penampang saluran adalah pasti sehingga α tetap. (d) Faktor hantaran K dan faktor penampang z merupakan fungsi exponensial dari kedalaman aliran h. (e) Koefisien kekasaran tidak tergantung pada kedalaman aliran dan tetap disepanjang aliran.

11 1 α V g i f dh y d cosθ θ d i w 90 θ i b Z b θ 90 Datum Gambar 4.1. Penampang memanjang aliran berubah lambat laun

12 Dengan mengambil asumsi tersebut diatas dan dengan menggunakan Hukum Bernoulli sebagaiai berikut dapat diasumsiakan beberapa bentuk persamaan profil aliran α V H = z + d cosθ + (4.4) Penurunan Pers 4.1 terhadap x didapat : b g dh d.z b dh = d. z b + dd d V cosθ + α g adalah kemiringan garis energi i f adalah kemiringan dasar saluran i b

13 Dengan demikian maka : i f = i b + dd cos θ + α d dd V dd g Tanda negatif dari persamaan tersebut menunjukkan penurunan di arah x positif dd = cos i b i f d V + α dd g θ (4.5) Persamaan (4.5) merupakan persamaan dinamis aliran berubah lambat laun.

14 Penjelasan tiap suku dari persamaan tersebut diatas dd a. = 0 kemiringan dasar = kemiringan permukaan. i b = i f = i w dd b. < 0 kemiringan permukaan lebih besar daripada kemiringan dasar i b < i w dd c. > 0 i w <i b permukaan aliran menanjak

15 Apabila : θ = f(x) Maka penurunan tersebut terhadap x menjadi dh = dzb dd + cosθ d d θ d sinθ + α V V g atau dd = cos i b i f d d V θ + d sin + α dd dd (4.6) g untuk : θ kecil cos θ sin θ = 0 =1 d=y

16 maka persamaan 4.3 menjadi : dy = 1+ i b i f d V α dy g 1443 Perubahan tinggi kecepatan (4.7) Apabila : Q da V = ; Q = tetap ; = T A dy

17 maka dy da A g Q dy A g Q g V dy d 3 α α α α = = dy A g dy g g dy V d α 3 A g T Q dy g d α α = A = Z 3 3 A = Z atau T T Z Q d g V d α α = gz dy

18 Untuk aliran kritis α α g Z Q g Z Q c c = = Z Z g V d c α α α α maka : (4 ) Z Z g Z dy g c c = = α maka : (4.8) R C V i f = Apabila digunakan persamaan Chezy : Apabila digunakan persamaan Manning : 3 4 R V n i f = Apabila digunakan persamaan Manning : 3 4 K Q i R f f = 3 1 K K Q K K Q i i Q R A n K K n n b f = = = (4.9) K Q i n b =

19 Dengan memasukkan Pers (4.8) ke dalam Pers (4.7) didapat : dy = i b i 1 i Z 1 Z f b c (4.10) I dy = i b Kn 1 K Zc 1 Z (4.11)

20 Untuk kondisi aliran kritis dari Q Z Untuk kondisi aliran kritis dari aliran seragam : α g Q Z c = n b b K i Q K Q i = = K n K i Z n b c = α g c α g K i Z CR = K K i Z Z n b c = (4 1) K i Z CR (4.1)

21 Dengan memasukkan Pers (4.1) ke dalam Pers (4.11) didapat : II dy = i b Kn 1 K Kn 1 R K (4.13) Dengan ketentuan bahwa : Q = debit yang diketahui pada kedalaman y Q n = debit normal pada kedalaman y Q c = debit kritis pada kedalaman y

22 Sehingga dapat dinyatakan : g Q Z c = = c c Q Q Z Z α g Q Z c (4.14) c Q α g Q Z c = Q = n Q K f n i Q K = (4 15) n Q K f n i Q K = (4.15) i f

23 Dengan mamasukkan persamaan (4.14) dan (4.15) ke dalam Pers (4 11) didapat : ke dalam Pers (4.11) didapat : 1 = n o Q Q Q i dy III (4.16) 1 Q c Q Apabila digunakan persamaan Chezy : Q n =C A Ri 0 untuk Pers (4 16) didapat : untuk Pers (4.16) didapat : Q i = D A Q R A C i dy o 1 α IV (4.17) D A g

24 Kembali ke Pers (4.10) 1 i f = = Z Z i Z Z i i dy c b f c f b (4.18) Z Z Selanjutnya digunakan Persmaan Manning yaitu : i A R Q = Selanjutnya digunakan Persmaan Manning yaitu : i f A R n Q = 3 4 R A Q n i f =

25 Untuk saluran berpenampang persegi empat lebar k hi R d li tak terhingga : R =ydan aliran seragam : Q Q ; y B Q n i y B Q n i f n b = = B Q n i = = y y y B Q n y B i i n b f 3 y B n 1,5 c c c c c c y B y B y D A Z = = = 1,5 B y Z =

26 Dengan persamaan-persamaan tersebut didapat : 3 3 = y y Z Z c c (4.19) D kk P (4 19) k d l P Dengan memasukkan Pers (4.19) ke dalam Pers (4.11) didapat : y n 3 1 = y y y i dy c n b V (4.0) y

27 Apabila yang digunakan adalah persamaan Chezy : 3 y B C Q R A C Q R C V i f = = = 3 n f y B C Q i = = = y y y B C y B C i i n n b f 3 1 y y dy n 1 = y y y i dy c b n b y y y y i dy = VI (4.1) y c y

28 Persamaan VI tersebut dinamakan persamaan Belanger er yang sering digunakan untuk memprediksi profil permukaan aliran berubah lambat laun dalam kondisi kemiringan dasar sebagai berikut: i b < 0 kemiringan negatif i b =0 dasar horizontal i b >i c Steep slope (kemiringan curam) i b > 0 i b =i c i b <i c Critical slope (kemiringan i kii) kritis) Mild slope (kemiringan landai)

29 Berdasarkan persamaan aliran berubahb lambat laun tersebut diatas dapat diperkirakan karakteristik profil aliran menurut kemiringan in n dasarnya : I. Kemiringan negatif i b <0 i b dy Q = < 0 Kn = imaginer K = i n b Kn 1 K Zc 1 Z

30 Ada kemungkinan : 1. Aliran Subkritis y>y c dy < 0 (negatif) ke hilir menurun. Aliran Superkritis y<y c dy > 0 (positif) ke hilir naik

31 Ilustrasi dari kemungkinan tersebut adalah seperti pada Gb. 4. : ( notasi A adalah Adverse ), sedang indeks : 1. Menunjukkan aliran diatas y c dan y n. Menunjukkan aliran diantara y c dan y n 3. Menunjukkan aliran dibawah y c dan y n

32 dh < 0 A dh < 0 A Bendung dy > 0 A 3 Pintu air (b) Contoh praktek aliran melalui bendung dy > 0 A 3 (c) Contoh praktek aliran melalui pintu bukaan bawah Gambar 4.. Sket definisi dan contoh aliran berubah lambat laun pada dasar saluran negatif (saluran menanjak di arah aliran)

33 Dalam kondisi ini hanya ada dua kemungkinan profil aliran yaitu profil A dalam hal aliran subkritis (y > y c )dana 3 dalam hal aliran superkritis (y < y c ). Sebagai contoh profil A aliran melalui bendung (Gb. 4.b), dan profil A 3 aliran melalui pintu air bukaan bawah (Gb. 4.c).

34 II. Kemiringan nol ( Horizontal ) i b =0 1 K i K i K K dy b n b n 1 1 = = Z Z K Z Z K i dy c b c b Q 1 = Z K Q i dy c b 1 Z

35 i b = 0 dy = Q K Z c 1 Z (4.) i b = 0 K n = ~

36 Ada kemungkinan bentuk permukaan aliran. Notasi H adalah singkatan dari horisontal, notasi 1,,3 adalah seperti dijelaskan diatas : 1. Aliran Subkritis y n > y > y c Dari Pers (4..) diketahui bahwa dy = negatif ke dalam hal ini permukaan menurun ke arah hilir menurut profil (H ).. Aliran Superkritis y n >y c >y dy = positif dalam hal ini permukaan di arah hilir (H 3 )

37 dh < 0 H dh < 0 H H 3 (a) Teori (b) Contoh Praktek k Pintu air Terjunan H 3 (c) Gambar 4.3. Sket definisi dan contoh aliran berubah lambat laun pada dasar horizontal

38 Dalam hal inii juga hanya ada dua kemungkinan ki profil aliran yaitu : profil H dalam hal aliran subkritis (y > y c )danh 3 dalam hal aliran superkritis (y < y c ). Sebagai contoh profil H adalah suatu permukaan terjunan (Gb. 4.3b), dan profil H 3 adalah aliran melalui pintu air bukaan bawah (Gb.4.3c).

39 III. Kemiringan i positif (i b > 0 ) i b < i c i b = i c i b > i c 1). i b <i c mild slope kemiringan landai y c <y n Dengan menggunakan Persamaan Belanger dy = i b y 3 y y 3 n 3 c y (4.3) Dapat digambarkan profil permukaan aliran sebagai berikut :

40 Contoh M 1 Air balik back water Teori bendung dy > 0 M 1 (b) Aliran melalui bendung dh < 0 M M Terjunan drawdown dy > 0 M 3 i b < i c i 1 i > i1 (c) perubahan kemiringan dasar saluran (a) M 3 (d) aliran melalui pintu bukaan bawah Gambar 4.4. Sket definisi dan contoh aliran berubah lambat laun pada dasar dengan kemiringan landai

41 Kondisi permukaan apabila : a. y > y n > y c d y/d x >0(positif) permukaan air naik di arah aliran (M 1 1) b. y n > y > y c d y /d x < 0 (negatif) permukaan air turun di arah aliran (M )

42 c. y < y c <y n d y /d x > 0 (positif) permukaan air naik di arah aliran (M 3 ) d. y = y n d y /d x = 0 y n merupakan asymptot, yang berarti permukaan air bertemu y n di tak berhingga. e. y = y c d y /d x =~ permukaan air memotong garis kedalaman energi (y c )

43 Notasi M adalah singkatan dari Mild Slope Dalam hal ini ada 3 (tiga) kemungkinan profil permukaan air yaitu : profil M 1 dalam hal aliran subkritis (y > y c ). Sebagai contoh adalah air balik yang disebabkan oleh bendung di hilir (Gb. 4.4b); profil M dalam hal aliran subkritis (y n > y > y c ), Sebagai contoh adalah penurunan permukaan karena perubahan dasar saluran (Gb. 4.4c). 4c) Profil M 3 dalam hal aliran super kritis (y < y c ) sebagai contoh adalah aliran melalui pintu bukaan bawah (Gb. 4.4d).

44 ). i b =i c kemiringan kritis y c =y n dy = i b y y 3 3 y y 3 n 3 c dy > 0 C1 C 1 dy y c = y n > 0 C 3 i = i C i = i C i < 0 (b) Contoh Praktek (a) C 3 (c) Contoh Praktek Gambar 4.5. Profil aliran berubah lambat laun pada dasar p dengan kemiringan kritis

45 a. y>y n =y c d y /d x >0 permukaan air naik di arah aliran b. y < y c = y n d y /d x > 0 permukaan air naik di arah aliran c. y = y c =y n aliran kritis

46 Dalam hal ini ada (dua) kemungkinan profil permukaan air yaitu : Profil C 1 dalam hal aliran subkritis (y > y c ), sebagai contoh adalah kenaikan permukaan air karena adanya perubahan dasar saluran (Gb. 4.5b). Profil C 3 dalam hal aliran super kritis (y < y c ), sebagai contoh adalah aliran melalui l pintu bukaan bawah (Gb. 4.5c).

47 3). i > i c kemiringan besar (steep slope) dy kemiringan curam = i b y y 3 3 y y a. y > y c >y n d y /d x >0 permukaan aliran naik 3 n 3 c b. y n < y < y c d y /d x > 0 permukaan aliran menurun c. y<y n <y c d y /d x >0 permukaan aliran y naik

48 S 1 dy > 0 S 1 (b) dh < 0 S M dy > 0 S 3 (c) S (a) S 3 (d) Gambar 4.6. Profil aliran berubah lambat laun pada dasar p curam

49 Dalam hal ini terdapat 3 (tiga) kemungkinan profil permukaan air yaitu : Profil S 1 dalam aam hal aliran subkritis (y > y c ), sebagai contoh adalah air balik aliran melalui bendung g( (Gb. 4.6b). Profil S dalam hal aliran superkritis (y < y c ), sebagai contoh aliran melalui perubahan dasar saluran dari landai ke curam (Gb. 46c) 4.6c). Profil S 3 dalam hal aliran super kritis (y < y c ) sebagai contoh adalah air balik akibat perubahan dasar saluran dari curam ke landai (Gb. 46d) 4.6d).

50 Penampang kontrol merupakan kondisi batas dari aliran berubah lambat at laun. Profil aliran dibawah kedalaman kritis adalah aliran super kritis, sedangkan aliran diatas kedalaman kritis adalah subkritis. Pada kedalaman y = y c profil aliran tidak menentu, sedangkan pada y = y c permukaan aliran mendekati y n di tak berhingga.

51 y n S y n Semu H A A 3 Super kritis Super kritis i b < i c H 3 i b = 0 Super kritis i b <0 Dari gambargambar ar C 1 M 1 C 3 M tersebut dapat Super kritis dilihat dari i M b = i c 3 S 1 arah mana Sub kritis aliran S S 3 Super kritis dikendalikan / dikontrol. Super kritis i b > i c Gambar 4.7. Skema profil aliran untuk semua kemiringan dasar

52 Tujuan Pembelajaran Umum Setelah mempelajari modul ini mahasiswa memahami perubahan profil permukaan air akibat perubahan permukaan air di ujung hilir. Tujuan Pembelajaran Khusus Setelah mempelajari modul ini i dan mencoba menjawab soal-soal latihan mahasiswa mampu menghitung kedalaman kritis dan kedalaman normal dan menentukan bentuk profil permukaan air.

53 Aliran Subkritis pada umumnya dikendalikan dari hilir untuk melihat gejala tersebut, perhatikan penampang kontrol dimana elevasi permukaan airnya diketahui sedang ke arah hulu menuju ke batas aliran di tak berhingga. Dibawah ini diuraikan dengan gambar profil permukaan aliran yang dikendalikan dari hilir.

54 A C y y c i< 0 C (a) Keterangan : A C : arah aliran y y c udara : arah kontrol profil aliran di permukaan i= 0 C (b)

55 M 1 C y c y n y i b <i c (c) C M C i b < i c (d) C

56 C M i b < i c (e) C

57 S 1 C y n i b > i c y c (f) C y S 1 C i b >i c y c Laut (g) C Gambar 4 8 Profil permukaan aliran berubah lambat laun Gambar 4.8. Profil permukaan aliran berubah lambat laun yang dikendalikan dari hilir

58 Gambar 4.8. menunjukkan contoh profil permukaan air karena perubahan elevasi permukaan air di hilir akibat pembendungan atau fluktuasi/pasang surut di ujung hilirnya. Secara rinci penjelasan setiap contoh pada Gb. 4.8 tersebut adalah sebagai berikut (berurutan sesuai urutan gambar) : a. Gambar (a) tersebut menunjukkan contoh suatu aliran dalam saluran dengan kemiringan negatif (menanjak di arah aliran). Di ujung hilirnya dipasang suatu bendung sehingga permukaan air naik dan menyebabkan air balik (backwater).

59 Profil air balik ini bentuknya dikendalikan oleh kedalaman air di penampang C C, yaitu penampang pengendali atau penampang kontrol. Profil permukaan air diberi notasi A (Adverse Slope dan letaknya diatas y c ). Dalam hal ini y n tidak ada (y n imaginer) karena i b negatif. b. Gambar (b) tersebut menunjukkan contoh suatu aliran dalam saluran dengan dasar horizontal yang hilirnya mengalami terjunan. Dalam hal ini profil aliran yang terbentuk bukan air balik tetapi terjunan.

60 Walaupun demikian profil aliran tetap dikendalikan oleh kedalaman air di penampang kontrol C C. Profil permukaan air diberi notasi H (Horizontal dan letaknya diatas y c dan y n ). Dalam hal ini harga y n = karena i b = 0. c. Gambar (c) tersebut menunjukkan contoh suatu aliran dalam saluran dengan kemiringan dasar positif landai yang di hilirnya terdapat terjunan ke danau atau ke laut. Oleh karena kemiringan dasar lebih kecil daripada kemiringan kritis maka y c <y n.

61 Apabila permukaan air dihilir lebih tinggi daripada y n maka akan terjadi air balik (backwater). Bentuk profil air balik ini dikendalikan oleh kedalaman air di penampang kontrol C C. Profil ini diberi notasi M 1 (Mild Slope dan letaknya diatas y n atau y > y n ). d. Gambar (d) tersebut menunjukkan contoh suatu aliran dalam suatu saluran dengan kemiringan dasar positif landai yang di hilirnya terdapat terjunan ke danau atau ke laut.

62 Oleh karena kemiringan dasar lebih kecil daripada kemiringan kritis maka y c < y n. Apabila permukaan air dihilir lebih rendah daripada y n tetapi masih lebih tinggi daripada y c maka akan terjadi terjunan yang landai. Bentuk profil ini tergantung pada elevasi permukaan air di penampang kontrol C C. Profil ini diberi notasi M (Mild Slope dan letaknya diantara y n dan y c atau y n > y > y c ). e. Gambar (e) tersebut menunjukkan contoh suatu aliran dalam saluran dengan kemiringan dasar positif landai

63 yang di hilirnya terdapat terjunan ke danau atau ke laut. Oleh karena kemiringan dasar lebih kecil daripada kemiringan kritis maka y c < y n. Apabila permukaan air dihilir berada dibawah y c maka profil aliran lebih curam daripada profil aliran di contoh (d). Profil ini bentuknya dikendalikan oleh kedalaman kritis di penampang p kontrol C C. Profil ini akan tetap bertahan dalam bentuk ini walaupun permukaan aliran di hilir terus menurun. Profil ini juga diberi notasi M.

64 Hal ini dapat digunakan untuk memberi contoh bahwaa apabila aliran di hilir dipompa (untuk penurunan permukaan air di danau) profil M di saluran akan tetap bertahan seperti pada gambar karena permukaan air di penampang kontrol C C tepat pada kedalaman y c yang berarti debit aliran di saluran mencapai maksimum. Apabila kapasitas pompa di tambah akan mubadzir. f. Gambar (f) menunjukkan contoh aliran dalam saluran dengan kemiringan curam yang di hilirnya dipasang bendung

65 atau pelimpah sehingga tinggi air naik melampaui kedalaman kritis. Akibat kenaikan permukaan air ini akan terjadi air balik. Oleh karena kemiringan dasar curam maka y c >y n. Karena air di saluran berbentuk superkritis maka air balik tersebut membentuk juga suatu loncatan air (perubahan dari aliran superkritis ke aliran subkritis). Profil loncatan air akibat air balik ini dikendalikan dari hilir yaitu penampang kontrol C C. Turun naiknya permukaan air diatas bendung yang akan menentukan bentuk profil. Profil ini diberi notasi S 1 (steep slope dan letaknya diatas y c dan y n atau y > y c >y n ).

66 g. Gambar (g) menunjukkan contoh aliran dalam saluran dengan kemiringan positif curam dimana pada ujung hilirnya terdapat pasang air laut. Akibat kenaikan permukaan air ini akan terjadi air balik. Oleh karena kemiringan dasar curam maka y c > y n. Karena air di saluran berbentuk superkritis maka air balik tersebut membentuk juga suatu loncatan air (perubahan dari aliran superkritis ke aliran subkritis).

67 Profil loncatan air akibat air balik ini dikendalikan dari hilir yaitu penampang kontrol C C. Turun naiknya permukaan air diatas bendung yang akan menentukan bentuk profil. Profil ini diberi notasi S 1 (steep slope dan letaknya diatas y c dan y n atau y > y c >y n ) Catatan : Dalam contoh (f) dan (g) perlu diperhatikan bahwa dalam kemiringan curam (i 0 > i c ) profil aliran di daerah dimana y > y c > y n alirannya adalah subkritis sehingga pengendalian dari penampang hilir.

68 Pada laminar super kritis aliran dikendalikan dari hulu yaitu dari suatu penampang kontrol yang sudah mempunyai elevasi tertentu, atau dari kedalaman kritis untuk memperjelas fenomena ini dapat dilihat pada Gb. 4.9 berikut ini.

69 Pintu air Reservoir y 1 A 3 y c i b < 0 (a) Pintu air Reservoir y H 3 y c y (b) i b = 0

70 Pintu air Reservoir y M 3 y c y (c) i b <i c Pintu air Reservoir S 3 y n y c (d) i b > i c Pintu air Reservoir y S y c (e) y n i b > i c Gambar 4.9. Profil aliran yang dikendalikan dari hulu

71 Dari gambar 4.9 dapat dijelaskan profil aliran yang dikendalikan dari hulu dengan uraian sebagai berikut : a. Gambar (a) menunjukkan aliran air dari suatu reservoir (waduk) ke suatu saluran dengan kemiringan negatif (Adverse slope). Pada saat memasuki saluran aliran merupakan aliran superkritis (y 1 < y c ). oleh karena pada kemiringan dasar negatif y n = imaginer maka kedalaman air di hilir akan merupakan aliran kritis.

72 Tetapi apabila di ujung hilir terdapat bendung sehingga permukaan air naik sampai melebihi y c maka akan terjadi loncatan air. Loncatan air ini diawali oleh profil aliran yang dikendalikan d dari hulu yaitu dari penampang kontraksi di bawah pintu. Profil fl ini diberi notasi A 3 (A karena kemiringan adverse dan notasi 3 karena y < y c < y n ).

73 b. Gambar (b) menunjukkan aliran air dari suatu danau ke saluran dengan kemiringan horizontal. Pada saat memasuki m saluran aliran merupakan aliran superkritis (y 1 <y c ). Oleh karena pada kemiringan in n dasar horizontal y n = maka kedalaman air di hilir akan merupakan aliran kritis. Selanjutnya seperti dijelaskan pada Gb (a).

74 c. Gambar (c) menunjukkan aliran air dari suatu danau ke dalam saluran dengan kemiringan positif landai (i b < i c ). Pada saat memasuki saluran aliran akan merupakan aliran subkritis (y > y c ), tetapi karena aliran ini dibawah pintu merupakan aliran superkritis maka akan terjadi loncatan air yang diawali oleh profil M 3 (M karena mild slope dan angka 3 karena berada dalam aliran superkritis yaitu y < y c < y n ). Profil M 3 ini dikendalikan oleh penampang kontrol di hulu di penampang kontraksi dibawah pintu.

75 d. Gambar (d) menunjukkan aliran air dari danau (reservoir) ke suatu saluran dengan kemiringan positif curam (i b >i c ).Padasaat memasuki saluran, aliran akan merupakan aliran superkritis. Apabila bukaan pintu berada dibawah kedalaman normal maka akan terjadi loncatan air yang membentuk profil S 3 (S karena steep slope dan angka 3 karena berada didalam daerah aliran superkritis dimana y < y n < y c ). Profil ini dikendalikan dari hulu yaitu dari tinggi bukaan pintu.

76 e. Gambar (e) menunjukkan aliran air dari danau (reservoir) ke suatu saluran dengan kemiringan positif curam seperti pada contoh (a) hanya saja bukaan pintu lebih rendah sehingga berada dibawah kedalaman kritis y c. Dalam hal ini profil aliran berupa terjunan dengan bentuk S (S karena steep slope dan angka karena berada didalam daerah antara y c dan y n ). Oleh karena kedalaman aliran y < y c maka alirannya adalah superkritis dan dikendalikan dari hulu yaitu tinggi bukaan pintu.

77 Untuk suatu keperluan atau suatu kondisi topografi saluran dapat mengalami perubahan kemiringan dasanya. Perubahan kemiringan dasar tersebut akan berpengaruh pada perubahan profil permukaan aliran. Sebagai contoh antara lain sebagai terlihat pada Gb berikut ini.

78 M S y c y n S y i b < i c y n y y c (a) i b > i c M C 1 C i b > i c C1 C 1 (b) i b > i c C

79 C y c y n i b > i c C (c) () M 3 i b < i c y c y n M 1 y Alternatif 3 M n M Alternatif I <i b Alternatif 1 c (d)

80 S 1 i b > i c Keterangan : : arah aliran : arah kontrol profil aliran di permukaan (e) Gambar Perubahan profil aliran akibat perubahan kemiringan dasar saluran

81 Seperti telah dijelaskan di muka bahwa besarnya kedalaman aman kritis y c tidak tergantung pada kemiringan dasar saluran. Oleh karena itu kedalaman kritis y c sama disepanjang aliran. Kedalaman normal y n tergantung pada kemiringan dasar saluran. Gambar 4.10 menunjukkan perubahan profil aliran dengan penjelasan sebagai berikut :

82 a. Gambar (a) menunjukkan perubahan kemiringan dasar dari landai (i b < i c ) ke curam (i b > i c ). Profil aliran akan berbentuk M pada saluran hulu, yang dikendalikan dari penampang C C ke hulu dan S pada saluran hilir yang dikendalikan oleh penampang C C ke hilir.

83 b. Gambar (b) menunjukkan perubahan kemiringan dari curam (i b > i c ) ke landai (i b < i c ) dan ujung hilir terjadi terjunan, dalam hal ini profil fl aliran dk dikendalikand lk oleh kedalaman kritis di penampang C C sehingga aliran dari hulu membentuk profil M sampai ke penampang C 1 C 1. Permukaan air di penampang C 1 C 1 inii yang mengontrol aliran dari saluran hulu. Oleh karena aliran di saluran hulu berupa aliran superkritis maka perubahan ke aliran sub-kritis kii akan menyebabkan bk terjadinya loncatan air dan profil permukaan air akan berbentukb S 1.

84 c. Gambar (c) menunjukkan perubahan kemiringan saluran dari curam (i b > i c ) ke landai (i b < i c ). Seperti pada contoh (b) perubahan dari aliran superkritis ke sub- kritis akan membentuk suatu loncatan air; tetapi berbeda dengan contoh (b) karena disini terjadinya loncatan pada saluran hilir. Dalam hal ini profil alirannya adalah M 3 yang dikendalikan dari hulu yaitu oleh kedalaman y c pada penampang control C C.

85 d. Gambar (d) menunjukkan beberapa alternatif dari profil aliran dengan kemiringan landai akibat fluktuasi permukaan air di hilir. e. Gambar (e) menunjukkan profil permukaan air dari aliran superkritis yang memasuki saluran atau danau atau laut dengan elevasi permukaan air lebih tinggi daripada y c.

86 Profil aliran akan berubahb apabila terjadi perubahan lebar saluran sebagai contoh adalah suatu saluran yang mengalami pelebaran seperti pada Gb Saluran dengan permukaan lebar.

87 a. Kemiringan landai `q 1 q < q 1 q 3 <q 1 (a) Denah M y n1 y c1 y y n M 1 C Gambar y Perubahan profil y c y c3 = y c1 y n3 = y n1 aliran dalam i b < i c C saluran yang (b) mengalami C perubahan lebar y n yc b. Kemiringan curam S y n y c S 3 yn yc y c C i b > i c (c)

88 a. Gambar (a) menunjukkan denah saluran yang mengalami pelebaran pada suatu jarak tertentu. Karena adanya pelebaran maka debit per-satuan lebar q mengalami perubahan pada pelebaran, akibatnya kedalaman kritis y c juga berubah menjadi lebih kecil.

89 b. Gambar (b) menunjukkan sket profil permukaan air akibat pelebaran tersebut. Dengan posisi y c dan y n pada masing- masing ruas saluran (hulu, tengah dan hilir) dapat digambar profil M 1 di saluran tengah (pada pelebaran) dan M di saluran hulu. Profil ini dikendalikan oleh kedalaman normal y n dipenampang C C yang menyebabkan air balik ke saluran tengah dan penurunan di saluran hulu.

90 c. Gambar (c) menunjukkan sket profil permukaan aliran akibat pelebaran seperti pada (b) tetapi dengan kemiringan curam (i b >i c ). dengan cara yang sama dengan cara yang diterapkan pada (b) dapat digambar profil S dan S 3 yang dikontrol dari hulu yaitu dari penampang p C C. Di saluran tengah terbentuk profil S dan di saluran hilir terbentuk profil S 3.

91 Bentuk 5 kelompok k untuk mengerjakan dan mendiskusikan soal latihan berikut ini (masing-masing m grup satu soal). 1. Sket kemungkinan profil aliran untuk suatu aliran dalam saluran terbuka berpenampang p persegi empat lebar B = 6 m yang mempunyai kekasaran dinding dengan koefisien Manning n = 0,0, dan mempunyai kemiringan dasar seperti pada gambar 4.1

92 i b1 = 0,0009 i b = 0,0016 b i b3 = 0,016 Gambar Potongan saluran (soal latihan 1)

93 . Sket kemungkinan profil aliran untuk suatu aliran dalam saluran terbuka berpenampang trapesium dengan lebar dasar B = 6 m, kemiringan tebing 1:z = 1,1 dan koefisien kekasaran dinding (Manning) n = 0,0, 0 serta mempunyai kemiringan dasar seperti pada Gb

94 i b = 0,016 i b = 0 (horisontal) i b = 0,0016 Gambar ar Potongan memanjang manjang saluran (soal latihan )

95 3. Sket kemungkinank profil flaliran untuk suatu aliran dalam saluran terbuka berpenampang persegi empat lebar B = 6 myang mempunyai kekasaran dinding dengan koefisien Manning n = 0, dan mempunyai penampang p memanjang seperti pada Gb

96 Pintu air 1 Pintu air i b = 0,0016 Gambar Potongan memanjang saluran (soal latihan 3)

97 4. Sket kemungkinan ki profil aliran untuk suatu aliran dalam saluran persegi empat lebar B = 6 m yang mempunyai kekasaran dinding dengan koefisien Manning n = 0,015 dan mempunyai penampang memanjang seperti pada Gb

98 Pintu air 1 Pintu air i b = 0,016 Gambar Potongan memanjang saluran (soal latihan 4)

99 5. Sket kemungkinan profil aliran untuk suatu saluran berpenampang trapesium dengan lebar B = 6 m, kemiringan i tebing 1 :z=1 : 1 ½ dan kekasaran dinding dengan koefisien Manning n = 0,00, serta mempunyai kemiringan dasar seperti pada Gb

100 i b1 = 0,01 i b = 0,0004 i b3 = 0,016 Gambar ar Potongan memanjang manjang saluran (soal latihan 5)

101 Aliran berubah lambat laun mempunyai profil aliran yang bentuknya menurut kemiringan dasar saluran yaitu : kemiringan negatif (adverse slope), ) kemiringan nol (horisontal), kemiringan kritis (critical slope), kemiringan landai (mild slope), ) dan kemiringan curam ( (steep slope). ) Setiap jenis profil aliran deberi notasi menurut jenis kemiringan dasar (A,H,C,M,S) dan menurut kedalaman alirannya (1. apabila y > y c > y n atau y > y n > y c ;. apabila y n > y > y c atau y c > y > y n ; dan 3. apabila y < y c < y n atau y < y n > y c.

102 Profil aliran tersebut dikendalikan dari hilir apabila aliran adalah subkritis y > y c dan dikendalikan dari hulu apabila aliran adalah superkritis (y < y c ). Perubahan profil aliran dapat disebabkan oleh perubahan kemiringan dasar saluran atau oleh bangunan-bangunan air di hulu atau di hilir seperti pintu air dan bendung.