KONSENTRASI SEDIMEN SUSPENSI RATA-RATA KEDALAMAN PADA SALURAN MENIKUNG BERDASARKAN HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS

Transkripsi

1 KONSENTRASI SEDIMEN SUSPENSI RATA-RATA KEDALAMAN PADA SALURAN MENIKUNG BERDASARKAN HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS Chairul Muhari Doen Juruan Teknik Sipil Politeknik Negeri Padang ch_muhari@yahoo.com ABSTRAK : Akibat adanya gaya entrifugal di tikungan aluran maka kecepatan aliran arah tranveral akan meningkat di outer bank. Fenomena ini tentu akan mempengaruhi ditribui konentrai edimen upeni rata-rata kedalaman. Perubahan ditribui konentrai edimen upeni hanya akan dapat diketahui dengan melakukan pengukuran ecara langung pada aliran menikung di lapangan atau di laboratorium. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui profil ditribui konentrai edimen upeni dari pengukuran di lapangan, kemudian dibandingkan dengan profil ditribui konentrai edimen upeni prediki berdaarkan peramaan Roue. Penelitian dilakukan di Saluran Irigai Mataram Yogyakarta. Hail penelitian menunjukkan bahwa akibat perubahan kecepatan aliran di tikungan maka konentrai edimen upeni rata-rata kedalaman juga mengalami perubahan. Secara umum konentrai edimen upeni rata-rata tampang ke arah ii luar tikungan mengalami pengurangan dan ebaliknya ke arah ii dalam tikungan emakin meningkat. Konentrai edimen upeni rata-rata tampang dapat diwakili berdaarkan pengambilan ampelnya pada jarak R =0,46 B atau 0,46 lebar aluran diukur dari inner bank. Kata kunci: Konentrai, Sedimen upeni dan, Arah tranveral. ABSTRACT: The centrifugal force at bend channel flow will increae in the outer bank. Thi phenomenon would affect to depth-averaged upended ediment concentration. Supended ediment concentration value will be known by conducting reearch directly on the bend channel the flow in the field or in laboratory. The purpoe of thi reearch wa to determine the ditribution of upended ediment concentration profile baed on field data and then compared to ditribution of upended ediment concentration profile of prediction by Roue equation. The reearch wa conducted in Irrigation Mataram Yogyakarta. The reult howed that the change of velocity in the outer bank and can alo change the depth-averaged upended ediment concentration. The upended ediment concentration have increaed in the outer bank, but decreaed in the inner bank. The cro ection average upended ediment concentration can eaily be repreented by the ample collection at a ditance R = 0.46 B or 0.46 of channel width and o meaured from the inner bank. Keyword: concentration, upended ediment and, tranvere direction. Informai tentang angkutan edimen eringkali angat dibutuhkan pada pekerjaan-pekerjaan keteknikan dari berbagai apek teknik hidro, eperti pada pekerjaan perancangan bangunan pengendalian ungai, pengendalian banjir, perencanaan aluran tabil, dan berbagai bangunan bangunan ungai lainnya. Salah atu parameter aliran yang ering dikaitkan dengan proe angkutan edimen adalah ditribui konentrai edimen upeni. Dengan diketahuinya ditribui konentrai edimen upeni pada uatu ungai, fenomena angkutan edimen eperti mialnya awal gerak 139

2 140 Jurnal Teknik Pengairan, Volume 8, Nomor 1, Mei 2017, hlm edimen, proe eroi, pengendapan edimen, dan lain-lain, akan lebih dapat dipahami. Penelitian-penelitian ebelumnya banyak membaha mengenai aliran edimen upeni yang dilakukan pada aluran terbuka yang luru, terutama hubungan antara konentrai edimen upeni dan profil kecepatannya. Penelitian terebut di antaranya adalah Coleman (1981) melakukan penelitian mengenai pengaruh edimen upeni terhadap ditribui kecepatan pada aluran terbuka, dan melaporkan bahwa ketebalan lapian logaritmik dari profil kecepatan menurun ketika konentrai edimen upeni ditingkatkan. Kironoto (2004, 2007, 2009) melaporkan bahwa ada korelai antara lokai pengukuran dan pengambilan ampel dengan konentrai edimen upeni rata-rata tampang. Berangkat dari latar belakang hail penelitian terdahulu yang hanya dilakukan pada aluran luru, maka pada penelitian ini akan dilakukan pada aluran menikung. LANDASAN TEORI a. Ditribui kecepatan Pada aluran terbuka, nilai ditribui kecepatan aliran ering dibedakan pada daerah inner region dan daerah outer region. Daerah inner region adalah daerah dekat daar, dimana ditribui kecepatan logaritmik maih berlaku, edangkan daerah outer region adalah daerah yang jauh dari daar, dimana profil kecepatan menyimpang ecara jela dan itematik dari hukum ditribui kecepatan logaritmik. Ditribui kecepatan di daerah inner region, yang dibatai oleh y/δ < 0.2 dapat dirumukan dengan peramaan (Yang, 1996): 1 u y ln Br u k S. (1) Di mana u adalah kecepatan rata-rata titik pada jarak y dari titik refereni; u, kecepatan geer; κ, kontanta univeral Von-Karman (κ = 0.4); Br, kontanta integrai dari peramaan ditribui kecepatan logaritmik, dan k S adalah kekaaran daar equivalen dari Nikurade. b. Ditribui konentrai edimen Ditribui konentrai edimen dapat dihitung dengan konep difui untuk edimen upeni,. Pada aliran dengan kondii eragam permanen akan terjadi keeimbangan antara butiran edimen yang bergerak ke bawah dipengaruhi gravitai dan difui ke ata yang digabungkan dengan fluktuai turbulen. Garde dan Ranga Raju (1977) memberikan peramaan difui yang digunakan untuk menghitung ditribui material upeni arah vertikal, yaitu: w C C y 0 (2) C konentrai edimen upeni rata-rata pada kedalaman y dari titik refereni, w kecepatan jatuh partikel,, koefiien diffui. c. Prediki ditribui konentrai edimen upeni Ditribui konentrai edimen upeni dapat diprediki dengan beberapa peramaan, diantaranya adalah peramaan Roue dalam Graf (1984) yang dikembangkan untuk aliran eragam. Berdaarkan hail penelitian yang dilakukan Kironoto (2007) penggunaan peramaan Roue menberikan hail cukup baik terutama untuk pengukuran ditengah aluran Peramaan (3) didaarkan pada ditribui kecepatan logaritmik dan aumi bahwa koefiien difui edimen mempunyai nilai yang ama dengan koefiien tranfer momentum, dan dapat ditulikan ebagai berikut: C C a D y a y D a Z (3) Dalam hal ini C adalah konentrai edimen upeni pada uatu titik berjarak y dari titik refereni; C a, konentrai refereni yang berjarak a dari titik refereni; D, kedalaman aliran, dan Z adalah parameter Roue. z w.u (4) Di mana w, kecepatan endap partikel upeni; u, kecepatan geek, dan κ kontanta von-karman (merupakan parameter ditribui kecepatan) c. Kecepatan endap partikel edimen upeni Kecepatan endap edimen upeni dapat dihitung dengan peramaan Roue: w 2 1 d g 18 (5)

3 Muhari, Konentrai Sedimen Supeni Rata-Rata Kedalaman Pada Saluran Menikung 141 Di mana d, diameter partikel upeni repreentatif, w, kecepatan endap partikel edimen upeni, dan berat jeni edimen dan air, vikoita kinematik dan g percepatan gravitai. METODOLOGI PENELITIAN Metode yang diterapkan pada penelitian ini adalah ekperimen lapangan, yakni eluruh kegiatan pengukuran maupun pengambilan data dilakanakan di lapangan. Lokai penelitian di lakanakan pada 5 (lima) titik aluran irigai Mataram. Titik-titik pengukuran kecepatan dan pengambilan ampel edimen upeni untuk etiap aluran menikung ditetapkan pada 5 (lima) cro ection berada dalam buur aluran menikung (1, 2, 3, 4 dan 5), eperti terlihat pada Gambar 1: Y Z. Gambar 1. Sketa Pengukuran Cro Section Lokai1. X B 1/6B 1/6B 1/6B 1/6B 1/6B 1/6B X Z y/d > 0,2 y y/d < 0,2 Gambar 2. Titik-titik pengukuran arah tranveral dan vertikal Pada maing-maing cro ection dibagi ebanyak 5 (lima) titik arah tranveral atau tegak luru arah aliran, eperti terlihat pada Gambar 2. Setiap lima titik terebut dibagi lagi untuk beberapa titik kedalaman untuk jumlah yang relatif cukup. Titik-titik terebut adalah pada y/d 0,2 untuk data di dekat daar (inner

4 142 Jurnal Teknik Pengairan, Volume 8, Nomor 1, Mei 2017, hlm region,), dan y/d 0,2 untuk data di outer region. Selanjutnya etiap data yang diperoleh diberi notai agar memudahkan dalam mengidentifikanya. Jumlah titik-titik pengukuran dan pengambilan ampel pada kedalaman vertikal ewaktu waktu bia berkurang atau bertambah euai ituai dan kondii lapangan pada aat itu. Selama pelakanaan pengukuran di lapangan ketinggian muka air perlu elalu dikontrol, yakni dengan cara menempatkan peil chaal dikedua ii penampang aluran, kemudian diberi tanda. Selanjutnya etiap perubahan ketinggian muka air dicatat dengan ekama. Hal ini dilakukan karena perubahan tinggi muka air akan berpengaruh terhadap bearnya debit aliran dan nilai apek raio dari penampang aluran terebut. Tabel 1. Variabel pengukuran dan hitungan aliran menikung RUN Q D B/D w S U C Fr C Y (m3/dt) (m) (cm/dt) (m/dt) (gr/ltr) (m/dt) (gr/ltr) L1SIR1 0,72 5,86 1,64 x ,219 0,075 6,393 L1SIR2 0,73 5,78 1,64 x ,218 0,119 6,204 L1SIR3 1,817 0,75 5,63 1,64 x ,582 6,066 0,215 0,148 5,961 L1SIR4 0,77 5,48 1,64 x ,212 0,131 5,923 L1SIR5 0,78 5,41 1,64 x ,211 0,144 5,850 L1S2R1 0,75 5,63 1,64 x ,215 0,140 6,273 L1S2R2 0,76 5,55 1,64 x ,213 0,163 6,109 L1S2R3 1,927 0,80 5,25 1,64 x ,579 5,957 0,207 0,183 5,879 L1S2R4 0,85 4,94 1,64 x ,201 0,188 5,807 L1S2R5 0,85 4,94 1,64 x ,201 0,185 5,719 L1S3R1 0,70 6,00 1,64 x ,214 0,117 6,172 L1S3R2 0,78 5,38 1,64 x ,203 0,107 5,998 L1S3R3 1,850 0,80 5,25 1,64 x ,561 5,877 0,200 0,123 5,818 L1S3R4 0,83 5,06 1,64 x ,197 0,117 5,756 L1S3R5 0,85 4,94 1,64 x ,194 0,106 5,643 L1S4R1 0,64 6,56 1,64 x ,215 0,131 6,040 L1S4R2 0,73 5,75 1,64 x ,201 0,135 5,903 L1S4R3 1,716 0,77 5,45 1,64 x ,537 5,769 0,196 0,132 5,718 L1S4R4 0,82 5,12 1,64 x ,190 0,136 5,667 L1S4R5 0,84 5,00 1,64 x ,187 0,146 5,518 L1S5R1 0,65 6,46 1,64 x ,217 0,081 5,870 L1S5R2 0,70 6,00 1,64 x ,209 0,085 5,784 L1S5R3 1,723 0,75 5,60 1,64 x ,548 5,638 0,202 0,117 5,608 L1S5R4 0,80 5,25 1,64 x ,196 0,101 5,538 L1S5R5 0,84 5,00 1,64 x ,191 0,108 5,389 Keterangan: Q = debit aliran terukur ; D = kedalaman aliran ; B/D = apect ratio ; B = lebar aluran (2.42 m) ; w S = kecepatan endap ; U = kecepatan rata-rata tampang ; u = kecepatan geek ; C = konentrai ratarata tampang (tranveral); Fr = U/(gD) 0.5 ; C Y = konentrai rata-rata kedalaman aliran. u

5 Muhari, Konentrai Sedimen Supeni Rata-Rata Kedalaman Pada Saluran Menikung 143 DATA UNTUK ANALISIS Data pengukuran diberi notai/kode L, S dan R, yang merupakan ingkatan dari L= location, S= cro ection, dan R= radiu (titik arah tranveral), Notai itu diikuti dengan angkaangka yang menginformaikan urutan lokai penelitian, potongan melintang dari hulu ke hilir aluran dan poii pengukuran arah tranveral dari inner bank ke outer bank. Mialnya, nama kode data pengukuran L1S3R1 yang mempunyai makna bahwa data pengukuran diperoleh di lokai pertama, pada cro ection ke tiga atau di tengah tikungan, dan pada poii pertama dari outer bank ke inner bank atau poii pertama arah tranveral. Berdaarkan data hail pengukuran kecepatan dan pengukuran konentrai edimen upeni etelah dianalia dibagi dalam lima kelompok yakni untuk penampang mauk dan keluar tikungan terdapat dua dan di dalam tikungan terdapat tiga, pengukuran eperti dikripi pada tabel 1. Hail pengukuran konentrai edimen upeni ecara umum di lokai pengukuran 1 (atu) menunjukkan nilai konentrai yang euai dengan peramaan tranpor konveki diffui. Pada lokai 1 menunjukkan bahwa nilai konentrai edimen upeni makimum terjadi di dekat daar dan emakin berkurang ampai di permukaan aliran. y/d Section 1 1,10 0,90 0,70 0,50 0,30 L1S1R1 L1S1R2 L1S1R3 L1S1R4 L1S1R5 HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bagian hail dan pembahaan ini akan dibaha maing-maing dari ei hail pengukuran di lapangan. Sebagai contoh pada Gambar 3 berikut ini menunjukkan hail pengukuran ei 1, yakni ei diawal mauk tikungan. 0,10 0,00 0,50 1,00 1,50 Gambar 3. Ditribui konentrai pada aluran menikung Gambar 4. Konentrai edimen upeni arah tranveral untuk lokai1 Gambar 4, menunjukkan trend ditribui konentrai edimen upeni C arah tranveral. Pada Gambar 4 terlihat trend nilai konentrai edimen upeni untuk arah tranveral adalah cenderung mengecil dari inner bank ke outer bank. Kecepatan aliran pada aliran menikung pada outer bank mengalami percepatan atau menjadi lebih cepat karena adanya pengaruh gaya entrifugal terhadap aliran ke arah outer bank. Perubahan kecepatan juga berpengaruh ecara ignifikan terhadap konentrai edimen upeni, yakni apabila kecepatan aliran

6 144 Jurnal Teknik Pengairan, Volume 8, Nomor 1, Mei 2017, hlm meningkat maka akan menurunkan konentrai edimen upeni pada aliran. Hail regrei menunjukan nilai C y C = 1 berada pada poii 0,46 R B, nilai ini bermakna bahwa konentrai edimen upeni rata-rata tampang dapat diwakili pengambilan ampelnya pada jarak R =0,46 B atau 0,46 lebar aluran yang diukur dari inner bank. Hail pengukuran konentrai arah tranveral di lapangan dan hail prediki menggunakan peramaan Roue maka diperoleh perbandingan profil ditribui konentrai edimen upeni kedua. Hail pengukuran terebut dapat dilihat pada Gambar 5 berikut ini: y/d 1,2 1 L1S1R1 Pengukuran Roue y/d 1,2 1 L1S1R3 Pengukuran Roue y/d 1,2 1 L1S1R5 Pengukuran Roue) 0,8 0,8 0,8 0,6 0,6 0,6 0,4 0,4 0,4 0,2 0,2 0,2 0 0,40 0,80 1,20 C/Ca 0 0,70 0,90 1,10 C/Ca 0 0,60 0,80 1,00 C/Ca Gambar 5. Perbandingan ditribui konentrai hail pengukuran dan Roue Hail pengujian konentrai edimen upeni rata-rata kedalaman pada aluran menikung menunjukkan bahwa profil ditribui konentrai edimen pada lokai inner bank lebih bear dari pada hail pengujian Roue, edangkan pada lokai outer bank lebih kecil dari pada hail pengujian Roue. Hail pengujian ini memberikan bukti adanya perbedaan antara profil ditribui konentrai edimen upeni hail pengukuran langung di lapangan dengan profil ditribui konentrai edimen upeni hail prediki menggunakan peramaan Roue pada lokai inner bank dan outer bank. Lebih lanjut hail pengujian menunjukkan bahwa pada poii tengah aluran dan arah tranveral ebelum mauk tikungan, nilai ditribui konentrai edimen upeni hail pengukuran mendekati ama dengan ditribui konentrai edimen upeni hail prediki menggunakan peramaan Roue. Hail analii memperlihatkan bahwa peramaan Roue maih dapat berlaku dengan baik atau maih valid untuk poii di tengah aluran pada awal tikungan atau ei 1, edangkan untuk poii yang lain tidak berlaku lagi karena aliran udah banyak mengalami perubahan. KESIMPULAN 1. Konentrai edimen upeni ecara umum di emua lokai pengukuran menunjukkan nilai maih mengikuti peramaan tranpor konveki diffui dengan nilai konentrai edimen upeni makimum terjadi di dekat daar dan emakin berkurang ampai permukaan aliran. 2. Trend nilai konentrai edimen upeni rata-rata tampang untuk arah tranveral, nilainya mengalami penurunan dari inner bank ke arah outer bank. Pengukuran atau pengambilan ampel konentrai edimen upeni berjarak 0,36 B dari inner bank, hailnya dapat mewakili konentrai edimen upeni rata-rata tampang. 3. Peramaan Roue maih dapat berlaku dengan baik atau maih valid untuk poii di tengah aluran edangkan untuk poii yang lain tidak berlaku lagi karena aliran udah banyak mengalami perubahan.

7 Muhari, Konentrai Sedimen Supeni Rata-Rata Kedalaman Pada Saluran Menikung 145 UCAPAN TERIMAKASIH Ucapan terima kaih diampaikan kepada Balai Sungai Serayu-Opak yang memberi ijin melakukan penelitian di Saluran Irigai Mataram, Lembaga Penelitian dan Pengabdian Kepada Mayarakat (LPPM) Univerita Gadjah Mada, yang telah memberikan upport dana penelitian Pacaarjana Tahun Anggaran 2012, elanjutnya kepada rekan mahaiwa S2 Teknik Sipil banyak membantu ehingga tulian ini dapat terwujud. DAFTAR PUSTAKA Coleman, N. L., 1981, Velocity Profile With Supended Sediment., J. Hydr. Re., 19(3), Graf, W.H., 1984, Hydraulic of Sediment Tranport, McGraw-Hill Book Company, New York. Kironoto, B.A., Andoyono, T., Yutiana, F, dan Muhari, C., 2004, Kajian Metode Pengambilan Sampel Sedimen Supeni Sebagai Daar Penentuan Debit Sedimen Pada Saluran Terbuka, Penelitian Hibah Beraing XII/1-Th. Anggaran 2004, Lembaga Penelitian, Univerita Gadjah Mada, Yogyakarta. Kironoto, B.A., Totoh Andoyono, Franika Yutiana dan Chairul Muhari., 2007, Karakteritik Aliran Tidak Seragam dengan Sedimen Supeni pada Saluran Terbuka, Dinamika TEKNIK SIPIL, Volume 7, Nomor 2, Juli 2007 : Univerita Gadjah Mada, Yogyakarta. Kironoto, B.A, Yulitiyanto, B., 2009, The Validity of Roue Equation For Predicting Supended Sediment Concentration Profile in Tranveral Direction of Uniform Open Channel Flow, International Conference on Sutainable Development for Water and Wate Water Treatment,Yogyakarta. Yang, C T, 1996, Sediment Tranport Theory and Practice, The McGraw-Hill Companie, Inc., New York.