KAJIAN LAJU ANGKUTAN SEDIMEN PADA SUNGAI WAMPU Arta Olihen Boangmanalu 1, Ivan Indrawan 2 1 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1Kampus USU Medan Email:artaolihenboangmanalu@yahoo.com 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1Kampus USU Medan ivanindrawan@gmail.com ABSTRAK Sungai merupakan sarana yang sangat penting dalam proses pengangkutan sedimen. Sungai berfungsi untuk mengalirkan sedimen-sedimen dari hasil erosi yang nantinya akan diteruskan ke laut. Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu. Proses sedimentasi meliputi proses erosi, transportasi (angkutan), pengendapan (deposition) dan pemadatan (compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel dan kecepatan pengendapan partikel. Untuk menghitung laju angkutan sedimen banyak metode yang bisa digunakan. Diantaranya yaitu metode Yang s, Engelund and Hansen, Shen and Hung. Dalam penggunaan metode-metode tersebut diperlukan ukuran kedalaman penampang sungai. Dan untuk menghitung kedalaman sungai digunakan metode pendekatan Einstein. Dari hasil perhitungan yang dilakukan, dengan metode Yang s didapat hasil sedimen 2.293.477 ton, dengan metode Engelund and Hansen didapat hasil sedimen 14.359.167 ton, dengan metode Shen and Hung didapat hasil sedimen 311.639,5 ton (untuk tahun 2008). Maka dari hasil di atas dapat disimpulkan bahwa metode angkutan sedimen yang dipakai untuk perhitungan muatan sedimen sungai adalah metode Engelund and Hansen karena hasilnya lebih memungkinkan dan jumlah muatan sedimen yang dihasilkan lebih besar daripada metode lainnya. Kata kunci :angkutan sedimen ABSTRACT The river is a very important tool in the process of sediment transport. Serves to drain the river sediments from erosion that results will be forwarded to the sea. Sedimentation is the deposition of material transported by the flow from the upstream. Sedimentation processes include the processes of erosion, transport (freight), deposition (deposition) and compaction (compaction) of the sediment itself. The rivers carry sediment in each stream. Sediment can be in various locations in the flow, depending on the balance between speed up the particles and particle settling velocity. To calculate the rate of sediment transport are many methods that can be used. Among the methods of Yang's, Engelund and Hansen, Shen and Hung. In the use of these methods needed measures depth cross the river. And used to calculate the depth of the river Einstein approach. From the results of calculations performed, with Yang's method 2.293.477 tons of sediment obtained results, the method of Engelund and Hansen sediment results obtained 14.359.167 tons, with the method of Shen and Hung obtained 311.639,5 tons of sediment yield (for 2008). So from the above results it can be concluded that the sediment transport method used for the calculation of river sediment load is Engelund and Hansen method because the results are more possible and the amount of sediment load is greater than the other methods. Keywords: sediment transport
1. Pendahuluan Latar Belakang Sungai merupakan sumber air yang menampung dan mengalirkan air serta material bahan yang dibawanya dari bagian hulu. Aliran sungai mengalir dari daerah tinggi ke daerah yang lebih rendah dan pada akhirnya akan bermuara ke laut. Dengan adanya aliran air di dalam sungai akan mengakibatkan adanya angkutan sedimen, yang berupa angkutan muatan dasar (bed load) dan angkutan muatan layang (suspended load). Sedimentasi tersebut menimbulkan pendangkalan badan perairan seperti sungai, waduk, bendungan atau pintu air dan daerah sepanjang sungai, yang dapat menimbulkan banjir. Oleh karena itu perlunya suatu usaha mengkaji sedimentasi yang dihasilkan oleh aliran sungai pada periode tertentu. Metode untuk menentukan berapa besarnya angkutan sedimen telah banyak, metode-metode ini berdasarkan uji laboratorium dan analisa data lapangan sehingga rumus-rumus ini bersifat lokal sehingga metode ini tidak dapat dipakai pada setiap sungai. Oleh karena itu perlu dilakukan kajian beberapa metode untuk mengetahui metode mana saja yang paling sesuai untk sungai Wampu. Perumusan Masalah Salah satu cara untuk mengetahui pola dan laju perubahan morfologi sungai yang mencakup perubahan kemiringan dasar, elevasi dasar sungai, luas penampang melintang, serta perubahan kapasitas tampung (volume) yang terjadi pada penggal sungai terpilih akibat proses sedimentasi yaitu dengan menggunakan data lapangan di beberapa titik kontrol sungai Wampu. Dari beberapa persamaan angkutan sedimen yang ada, dicoba menjelaskan proses yang terjadi melalui analisis penerapan persamaan transpor sedimen untuk memahami fenomena perubahan morfologi sungai Wampu. Batasan Masalah Untuk mencapai hasil optimal dalam analisis dengan penerapan beberapa persamaan transpor sedimen pada sungai Wampu sehubungan dengan masalah sedimentasi, perlu ditetapkan batasan dan asumsi. Batasan dan asumsi yang digunakan dalam studi ini adalah: Tujuan 1. Kajian berbasis data pengukuran yang ada, terbatas pada titik/ruas terpilih ataupun lokasi yang ditinjau. 2. Perhitungan angkutan sedimen didasarkan pada data debit harian yang terjadi. 3. Kajian dilakukan dengan mencermati hal-hal dominan yang telah terjadi dalam kurun waktu pelaksanaan pengukuran. 4. Dalam penelitian ini tidak membahas masalah erosi. Berdasarkan rumusan masalah yang ada, maka tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan atau mencari persamaan yang dapat dipakai untuk menghitung angkutan sedimen pada sungai Wampu serta menganalisis beberapa faktor/parameter yang tercakup ataupun di luar persamaan angkutan sedimen, yang memberikan pengaruh terhadap besaran angkutan sedimen.
2. Tinjauan Pustaka 2.1. Sedimentasi Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu akibat dari erosi. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel (gaya tarik dan gaya angkat) dan kecepatan pengendapan partikel (Asdak, 2004). Ada 3 (tiga) macam pergerakan angkutan sedimen yaitu: 1. Bed load transport Partikel kasar yang bergerak di sepanjang dasar sungai secara keseluruhan disebut dengan bed load. Adanya bed load ditunjukkan oleh gerakan partikel di dasar sungai yang ukurannya besar, gerakan itu dapat bergeser, menggelinding atau meloncat-loncat, akan tetapi tidak pernah lepas dari dasar sungai. 2. Was load transport Wash load adalah angkutan partikel halus yang dapat berupa lempung (silk) dan debu (dust), yang terbawa oleh aliran sungai. Partikel ini akan terbawa aliran sampai ke laut, atau dapat juga mengendap pada aliran yang tenang atau pada air yang tergenang. 3. Suspended load transport Suspended load adalah material dasar sungai (bed material) yang melayang di dalam aliran dan terutama terdiri dari butir pasir halus yang senantiasa mengambang di atas dasar sungai, karena selalu didorong oleh turbulensi aliran. Suspended load itu sendiri umumnya bergantung pada kecepatan jatuh atau lebih dikenal dengan fall velocity. Pada kenyataan pada tiap satu satuan waktu pergerakan angkutan sedimen yang dapat diamati hanyalah Bed Load Transport dan Suspended Load Transport. 2.2. Angkutan Sedimen Rumus-rumus yang dipakai dalam perhitungan angkutan sedimen adalah persamaan-persamaan Yang s, Engelund and Hansen, dan Shen and Hung. a. Persamaan Yang s (1973) Data-data yang dipergunakan dalam pembuatan persamaan Yang s adalah : Data sedimen Geometri saluran Kecepatan aliran Analisa perhitungan Log C 1 = 5.435 0.286 log - 0.457 log + log.(1) G w = Q s = Ct*Gw...(2)...(3) Dimana : C t = konsentrasi sedimen total d 50 = diameter sedimen 50% dari material dasar (mm) = kecepatan jatuh (m/s) V = kecepatan aliran (m/s)
V cr = kecepatan kritis (m/s) S = kemiringan sungai U * = kecepatan geser (m/s) W = lebar sungai (m) D = kedalaman sungai (m) = muatan sedimen (kg/s) Q s b. Persamaan Engelund and Hansen (1967) Persamaan Engelund and Hansen didasarkan pada pendekatan tegangan geser. Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut: q s = 0.05.(3) Q s = W * q s Dimana :.(4)...(5) tegangan geser (kg/m 2 ) Q s = muatan sedimen (kg/s) c. Persamaan Shen and Hungs Shen and Hung mengemukakan bahwa ransportasi sedimen adalah begitu kompleks sehingga tidak menggunakan bilangan Reynolds dan bilangan Froude. Persamaan Shen and Hung dapat ditulis sebagai sebagai berikut: Log C t = - 107404.459 + 324214.747* Y 326309.589*Y 2 + 109503.872*Y 3.(6) G w =..(7) Q s = C t *G w..(8) Dimana : Y = C t = konsentrasi sedimen total V = kecepatan aliran (m/s) = kecepatan jatuh (m/s) S = kemiringan sungai....(9) 3. Metodologi Penelitian Lokasi Penelitian Gambar 1. Lokasi Penelitian DAS Wampu Lokasi penelitian berada di Daerah Aliran Sungai Wampu Kabupaten Langkat Provinsi Sumatera Utara. Lebar sungai adalah 125 m. Lokasi yang di survey berada di bagian hulu jembatan Wampu.
Bagan Alir Penelitian Kajian Laju Angkutan Sedimen Pada Sungai Wampu Mulai Perumusan Masalah Tujuan Mengetahui jumlah muatan sedimen yang terjadi dengan persamaan angkutan sedimen Pengambilan data Primer Sekunder Sampel Sedimen Survey Lokasi Peta topografi Data penampang memanjang & melintang sungai Uji Laboratorium Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai Mendapatkan karakteristik butiran sedimen Kecepatan jatuh ( ) Perhitungan Kedalaman rerata ruas sungai Perhitungan Muatan Sedimen Kesimpulan & Saran
4. Hasil dan Pembahasan 4.1. Metode Perhitungan dan Karakteristiknya METODE PARAMETER PERHITUNGAN Yang s - Temperatur air - Kecepatan jatuh sedimen - adalah fall velocity - Konsentrasi sedimen METODE PARAMETER PERHITUNGAN Engelund and Hansen - Koefisien 0.05 - Parameter q s - Tegangan geser ( ) - Lebar sungai METODE PARAMETER PERHITUNGAN She and Hung s - Parameter Y - adalah fall velocity - Konsentrasi sedimen 4.2. Hasil Perhitungan Setelah proses penelitian, diperoleh hasil sebagai berikut : Tabel hasil perhitungan angkutan sedimen sungai Wampu dengan ketiga metode sebagai berikut : Tahun Total Sedimen (ton) Yang s Engelund and Hansen Shen and Hung 2001 526081.6 2759446 37818.96 2002 614554.5 3292560 44863.44 2003 154386.6 829330.1 11046.74 2004 421113.2 2109765 28905.91 2005 494977.7 2466817 37513 2006 216865 965970.6 12724.88 2007 725124.9 3778121 53846.31 2008 2293477 14359167 311639.5 2009 685281.7 3421686 55558.45 2010 476398.4 2509892 37248.97
Jumlah Sedimen (ton/thn) Grafik perbandingan angkutan sedimen dengan metode Yang s, Engelund and Hansen dan Shen and Hung Perbandingan Total Sedimen dalam 3 Metode 16000000 14000000 12000000 10000000 8000000 6000000 4000000 2000000 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Yangs Eng & Han Shen & Hung Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa sebaran angkutan sedimen pada metode Engelund and Hansen jauh lebih tinggi dibandingkan dengan metode Yang s dan Shen and Hung. Dari ketiga metode tersebut, muatan sedimen yang paling tinggi berada pada tahun 2008 dan yang paling terendah berada pada tahun 2003. 5. Kesimpulan dan Saran. 5.1. Kesimpulan 1. Dari penelitian untuk sungai Wampu didapat hasil muatan sedimen yang paling tinggi berada pada tahun 2008 yaitu 14.359.167 ton (metode Engelund and Hansen), ini disebabkan karena debit sungai pada tahun 2008 adalah yang paling besar diantara tahun-tahun lainnya. 2. Dari hasil analisa dapat disimpulkan bahwa metode yang digunakan untuk perhitungan muatan sedimen sungai adalah metode Engelund and Hansen. 3. Berdasarkan hasil analisa yang menyebabkan metode Engelund and Hansen lebih baik dari metode lainnya dipengaruhi oleh beberapa faktor. Salah satu faktor yang membedakan perhitungan metode Engelund and Hansen dengan metode lainnya adalah bahwa dalam perhitungannya metode Engelund and Hansen menggunakan tegangan geser 0 dan parameter q s, yaitu muatan sedimen per meter lebar sungai. 4. Banyak faktor yang menyebabkan laju angkutan sedimen tiap tahunnya tidak stabil (mengalami kenaikan dan penurunan), salah satu faktor yang paling mempengaruhi adalah debit sungai. 5.2. Saran 1. Pada penelitian ini hanya digunakan 1 (satu) data sungai di Sumatera Utara yaitu sungai Wampu, untuk penelitian lebih lanjut disarankan untuk menambah data sungai lain yang ada sehingga variasi data lebih banyak dan akan didapat hasil yang lebih baik. 2. Dalam penelitian ini hanya menggunakan 3 metode perhitungan angkutan sedimen, untuk penelitian lebih lanjut disarankan menambah metode lain, sehingga dengan penambahan metode dapat dilihat perbandingan hasil perhitungan.
DAFTAR PUSTAKA Antonius, Drs. 2004. Petunjuk Praktis Menyusun Karya Tulis Ilmiah. Penerbit Yrama Widya. Bandung Asdak, Chay. 2004. Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Hossain, M. Monowar dan M. Lutfor Rahman. 1998. Sediment Transport and Their Evaluation. IAHS Publishing. Vienna. Kodoatie, J. Rober dan Ir. Sugiyanto. 2002. Banjir Beberapa Penyebab dan Metode Pengendaliannya dalam Perspektif Lingkungan. Pustaka Pelajar. Yogyakarta. Loebis, Joesron. 1993. Hidrologi Sungai. Departemen Pekerjaan Umum. Jakarta. M. Das, Braja. 1988. Mekanika Tanah Jilid I. Erlangga. Jakarta. Rahim, Supli Effendi, 2000. Pengendalian Erosi Tanah. Penerbit Bumi Aksara. Jakarta Soemarto, C. D. 1995. Hidrologi Teknik. Erlangga. Jakarta. Yang, Chi Ted. 2003. Sediment Transport. Krieger Publishing Company. Florida.