ABSTRAK Pengelolaan wilayah sungai sangat penting sebagai usaha perlindungan secara terpadu mulai dari bagian hulu hingga hilir. Salah satu tolok ukur kerusakan Daerah Aliran Sungai adalah besarnya angkutan sedimen di sungai, yang diakibatkan oleh degradasi dan agradasi. Pengelolaan terhadap angkutan sedimen diperlukan mengingat dampak yang ditimbulkan sangat besar terhadap infrastruktur, perubahan penampang sungai di bagian hilir, yang akhirnya dapat berakibat banjir dan terganggunya transportasi air. Dalam pengelolaan DAS Deli, disamping pendekatan non struktural, pendekatan teknis perlu untuk dilaksanakan. Studi ini dilakukan dengan cara pendekatan teknis, untuk mengetahui pola angkutan sedimen akibat adanya degradasi dan agradasi serta usaha pengendalian dari dampak tersebut. Analisis perubahan dasar sungai dan besarnya angkutan sedimen pada Sungai Deli ruas Jembatan Avros sampai dengan Jembatan Raden Saleh menggunakan program aplikasi HEC-RAS 4 dengan input data adalah debit aliran, geometri sungai dan gradasi butiran sedimen. Analisis tersebut dilakukan dalam kurun waktu jangka pendek (5 tahun) dan jangka panjang (10 tahun). Hasil analisis menunjukkan rerata erosi untuk lokasi studi 0,07 meter (simulasi jangka pendek) dan 0,089 meter (simulasi jangka panjang). Sedangkan besaran angkutan sedimen pada titik akhir penelitian adalah terjadinya erosi sebesar 625.483,5 ton (jangka pendek) dan 787.553,7 ton (jangka panjang). Secara teknis, usaha untuk mengendalikan besarnya laju angkutan sedimen pada Sungai Deli dapat dilakukan dengan membuat bangunan pengendali sedimen (ambang atau groundsill). Dari hasil simulasi penempatan ambang dan tinggi ambang, besaran rerata erosi dapat diminimalkan menjadi 0,043 meter (jangka pendek) dan 0,054 meter (jangka panjang), sehingga pada titik akhir studi terjadi penurunan angkutan sedimen menjadi 370.255,1 ton (jangka pendek) dan 449.941,1 ton (jangka panjang). Kata kunci : Angkutan sedimen, degradasi, agradasi, bangunan pengendali sedimen
ABSTRACT River management is very important as protection effort cohesively from upper to downstream. One of criteria catchments area damage is sediment transport which caused by degradation and aggradations. Management of sediment transport is needed because of the effect resulted to infrastructure, downstream of river section changes, which cause flood and water transportation disturbance. In managing catchments Deli River, beside of non structural and technical approaches are needed. This study is carried out to find out the pattern of sediment transport caused by degradation and aggradations as well as the effort to control the effect. Analysis of river base changing and the large of sediment transport in Deli River section of Avros Bridge to Raden Saleh Bridge used HEC-RAS 4 application program with data input are : flow quantity, river geometry and granule sediment gradation. The analysis was done in short term (5 years) and long term (10 years). The analysis result for this study showed the erosion average were 0,07 meter (short term simulation) and 0,089 meter (long term simulation). The large of sediment transport for final research was the erosion of 625.483,5 ton (short term) and 787.553,7 ton (long term). Technically, the effort to control the rate of sediment transport on Deli River could be done by making sediment controller building (groundsill). From the simulation result of groundsill location and height, the average of the erosion could be minimize up to 0,043 meter (short term) and 0,054 meter (long term), so that at the and of the research these was reduction of sediment transport to 370.255,1 ton (shot term) and 499.941,1 ton (long term) Key words : Sediment transport, degradation, aggradations, groundsill
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke-hadirat Allah SWT. Maha Pengasih lagi Maha Penyayang atas Rahmat dan KaruniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tesis dengan judul Analisis Pengendalian Sedimen di Sungai Deli dengan Model HEC-RAS. Penyusunan Tesis ini tidak terlepas dari bimbingan dan bantuan berbagai pihak, untuk itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Direktur Sekolah Pascasarjana, Ibu Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc. 2. Ketua Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan, Bapak Prof. Dr. Alvi Syahrin, SH, MS. 3. Bapak Prof. Dr. Ir. B. Sengli J. Damanik, M.Sc., sebagai Ketua Komisi Pembimbing. 4. Ibu Prof. Dr. Retno Widhiastuti, M.Sc., selaku Anggota Komisi Pembimbing. 5. Ibu Dr. Ir. Chairani Hanum, MS., selaku Anggota Komisi Pembimbing. 6. Bapak Prof. Ir. Zulkifli Nasution, M.Sc., Ph.D, selaku Dosen Penguji 7. Bapak Ir. Teruna Jaya Abdullah, M.Sc., selaku Dosen Penguji. 8. Bapak/Ibu Dosen beserta staff pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Sekolah Pascasarjana yang telah membekali penulis selama menjalani masa perkuliahan. 9. Orang tua, Istri dan Keluarga yang telah memberikan dorongan moril
10. Kawan-kawan seperjuangan yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu atas bantuan dan motivasinya. Penulis sangat menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman, serta referensi yang penulis miliki. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik demi perbaikan pada masa mendatang. Akhir kata penulis berharap tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, Oktober 2009 Mochammad Fadlun 047004008
RIWAYAT HIDUP Mochammad Fadlun lahir di Gresik pada tanggal 16 Mei 1969 dari pasangan Sjafi ie dan Na mah, anak ke tiga dari lima bersaudara. Pendidikan akademis untuk pertama kali di peroleh pada Sekolah Dasar III YWSG Gresik dan diselesaikan pada tahun 1982, kemudian penulis melanjutkan pendidikan Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 1 Gresik dan tamat pada tahun 1985 dan pada tahun 1988 penulis menamatkan pendidikan Sekolah Menengah Atas di SMA Negeri 1 Gresik. Pada tahun 1989 penulis menempuh Pendidikan Sarjana (S1) di Universitas Brawijaya Malang pada Fakultas Teknik Jurusan Pengairan dan diselesaikan pada tahun 1994. Pendidikan Pascasarjana (S2), penulis tempuh melalui Sekolah Pascasarjana (USU), program studi Pengelolaan Sumber Alam dan Lingkungan (PSL) pada tahun 2004 dan diselesaikan pada tahun 2009. Sejak tahun 1994 penulis bekerja di bidang jasa konsultansi teknik khususnya pada pengembangan Sumber Daya Air (Water Resources Engineering).
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR...iii RIWAYAT HIDUP... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR LAMPIRAN... xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Identifikasi Masalah... 2 1.3. Rumusan Masalah... 4 1.4. Batasan Masalah... 4 1.5. Tujuan Dan Manfaat... 6 1.5.1. Tujuan... 6 1.5.2. Manfaat... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1. Erosi Dan Sedimentasi... 7 2.2. Daerah Aliran Sungai... 7 2.2.1. Pengertian Daerah Aliran Sungai... 7 2.2.2. Bentuk Daerh Aliran Sungai... 8 2.2.3. Alur Sungai... 10 2.3. Profil Aliran Sungai... 11
2.3.1. Persamaan Energi... 11 2.3.2. Debit Aliran... 14 2.3.3. Koefisien Kekasaran... 15 2.3.4. Persamaan Kontinuitas... 15 2.3.5. Persamaan Momentum... 16 2.4. Angkutan Sedimen... 17 2.4.1. Karakteristik Sedimen dan Alur Sungai... 17 2.4.2. Potensi Angkutan Sedimen... 21 2.4.3. Keseimbangan Alur Sungai... 22 2.5. Pemodelan Angkutan Sedimen... 25 2.5.1. Umum... 25 2.5.2. Kapasitas Angkutan Sedimen... 25 2.5.3. Gradasi Butiran Material Sedimen... 27 2.5.4. Penerapan Model Angkutan Sedimen... 30 2.6. Bangunan Ambang... 33 2.6.1. Umum... 33 2.6.2. Tipe dan Bentuk Bangunan Ambang... 33 2.6.3. Disain Bangunan Ambang... 34 BAB III METODOLOGI... 35 3.1. Tempat Dan Waktu... 35 3.1.1. Tempat... 35 3.1.2. Waktu... 35 3.2. Metode Penelitian dan Bahan... 35 3.2.1. Metode Penelitian... 35 3.2.2. Bahan... 37 3.3. Langkah-Langkah Pengkajian... 38 3.3.1. Data Geometri... 38 3.3.2. Quasi-Unsteady Flow... 38 3.3.3. Data Sedimen... 40 3.4. Tahapan Analisis... 40
3.4.1. Umum... 40 3.4.2. Pemilihan Model Angkutan Sedimen... 40 3.4.3. Simulasi Perubahan Dasar Sungai 5 Dan 10 Tahun... 41 3.4.4. Simulasi Pengaruh Ambang terhadap Degradasi Sungai... 42 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 46 4.1. Umum... 46 4.2. Uji Validasi Penelitian dan Penentuan Model Angkutan Sedimen... 47 4.3. Hasil Simulasi Prediksi Angkutan Sedimen 5 Tahun dan 10 Tahun... 48 4.4. Pembahasan Hasil Simulasi Angkutan Sedimen... 55 4.5. Rencana Pengendalian Angkutan Sedimen dengan Bangunan Ambang... 57 4.5.1. Perhitungan Debit Dominan... 58 4.5.2. Perhitungan Kemiringan Seimbang Dinamis... 59 4.5.3. Penerapan Kemiringan Seimbang Dinamis... 60 4.6. Simulasi Angkutan Sedimen dengan Penempatan Bangunan Ambang... 66 4.7. Hasil Simulasi Angkutan Sedimen setelah Ditempatkan Bangunan Ambang... 67 4.8. Pembahasan Hasil Simulasi setelah Ditempatkan Bangunan Ambang... 75 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 86 5.1. Kesimpulan... 86 5.2. Saran... 87 DAFTAR PUSTAKA... 88
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1 Persentase Korelasi Bed load... 26 2.2 Ukuran Butiran dari Klasifikasi Material Sedimen American Geophysical Union... 27 2.3 Jangkauan Nilai Input untuk Fungsi Pengangkutan Sedimen... 28 4.1 Penerapan Ambang Untuk Simulasi Angkutan Sedimen... 46 4.2. Hasil Simulasi Model dan Data Pengukuran th. 2009... 48 4.3 Uji Validasi dan Metode Angkutan Sedimen... 48 4.4 Kedalaman Degradasi dan Agradasi Hasil Simulasi 5 dan 10 tahun... 49 4.5 Volume Sedimen Hasil Simulasi 5 dan 10 tahun... 52 4.6 Hasil Perhitungan Debit Dominan Stasiun Lau Simeme... 58 4.7 Hasil Perhitungan Jarak Antar Bangunan Ambang... 60 4.8 Kedalaman Degradasi Pada Lokasi Rencana Ambang... 62 4.9 Perhitungan Tinggi Ambang dan Lokasi Ambang... 63 4.10 Analisis Perubahan Kondisi Dasar Sungai dengan Ambang 1,0 m (Simulasi 5 Tahun)... 68 4.11 Analisis Perubahan Kondisi Dasar dengan Ambang 1,0 m Simulasi 10 Tahun... 69 4.12 Volume Sedimen Hasil Simulasi 5 dan 10 tahun dengan Ambang 1 meter... 70 4.13 Selisih Elevasi Dasar Sungai Hasil Simulasi... 77 4.14 Total Volume Angkutan Sedimen tiap Section... 78 4.15 Kumulatif Perubahan Volume Angkutan Sedimen Section 63 04... 79
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1 Daerah Aliran Sungai... 9 2.2 Sketsa Profil Memanjang Alur Sungai... 11 2.3 Energi dalam Saluran Terbuka... 12 2.4 Kontinuitas Aliran Tidak Tetap... 16 2.5 Prinsip Momentum pada Saluran Terbuka... 17 2.6 Bagan Hubungan antara Mekanisme Pengangkutan dengan Asal Bahan dalam Angkutan Sedimen... 19 2.7 Ilustrasi Transpor Sedimen Melalui 2 (dua) Penampang Melintang... 20 2.8 Ilustrasi Hitungan Sedimen dalam Satu Tahun... 21 2.9 Kurva Distribusi Chi-Square... 32 2.10 Contoh Bangunan Ambang dan Arah Limpasan Air... 33 3.1 Peta Lokasi Studi... 36 3.2. Peta Situasi Sc.4 Sc.63... 39 3.3 Bagan Alir Rencana Studi... 43 3.4 Bagan Alir Simulasi Angkutan Sedimen Periode 5 dan 10 tahun... 44 3.5 Bagan Alir Simulasi Angkutan Sedimen dengan Bangunan Ambang... 45
4.1 Hasil Simulasi Perubahan Dasar Sungai 5 tahun dan 10 tahun dengan Model 1-D... 50 4.2 Hasil Simulasi Perubahan Kedalaman Dasar Sungai 5 tahun dan 10 tahun dengan Model 1-D... 51 4.3 Total Angkutan Sedimen Selama Periode Simulasi 5 tahun dan 10 tahun... 53 4.4 Rerata Angkutan Sedimen per Hari (5 tahun dan 10 tahun)... 54 4.5 Kemiringan Rencana berdasarkan Kemiringan Seimbang Dinamis... 65 4.6 Hasil Simulasi Perubahan Kedalaman Dasar Sungai 5 tahun dan 10 tahun dengan Ambang 1 m... 71 4.7 Total Angkutan Sedimen Selama Periode Simulasi 5 tahun dan 10 tahun dengan Ambang 1 m... 72 4.8 Rerata Angkutan Sedimen per Hari (5 tahun dan 10 tahun) dengan Ambang 1 m... 73 4.9 Profil Memanjang, Perubahan Muka Air dan Dasar Sungai (simulasi 10 tahun) dengan Ambang 1 m... 74 4.10 Perbedaan Selisih Elevasi Dasar Sungai (m) untuk Simulasi 5 Tahun... 80 4.11 Perbedaan Selisih Elevasi Dasar Sungai (m) untuk Simulasi 10 Tahun... 81 4.12 Total Angkutan Sedimen untuk Periode Simulasi 5 Tahun... 82 4.13 Total Angkutan Sedimen untuk Periode Simulasi 10 Tahun... 83 4.14 Kumulatif Volume Sedimen Section 63-04 untuk Periode Simulasi 5 Tahun... 84 4.15 Kumulatif Volume Sedimen Section 63-04 untuk Periode Simulasi 10 Tahun... 85
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman 1 Peta Situasi Tahun 2001... 89 2 Gambar Penampang Sungai Tahun 2001... 100 3 Data Debit Harian Tahun 1990 s/d 2004... 120 4 Gambar Penampang Sungai Tahun 2009... 135 5 Data Investigasi Sedimen Bed load... 137 6 Tahapan Simulasi Pemilihan Model Angkutan Sedimen dengan Model HEC-RAS... 173 7. Perhitungan Uji Kesesuaian Model Angkutan Sedimen... 182 8 Tabel Distribusi Chi-Square... 190 9 Hasil Simulasi Angkutan Sedimen Periode 5 Thn dan 10 Thn... 191 10 Penerapan Slope Seimbang Dinamis dengan Tinggi Ambang 1,5 m... 192 11 Hasil Simulasi Angkutan Sedimen Periode 5 Thn dan 10 Thn dengan Tinggi Bangunan Ambang 1,0 m... 195 12 Hasil Simulasi Angkutan Sedimen Periode 5 Thn dan 10 Thn dengan Tinggi Bangunan Ambang 1,5 m... 196 13 Hasil Simulasi Angkutan Sedimen Periode 5 Thn dan 10 Thn dengan Tinggi Bangunan Variasi... 197 xii