BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum Dalam bab ini akan disajikan beberapa penjelasan terkait berbagai macam aspek yang nantinya dipakai sebagai acuan peneletian. Ditekankan pada hal yang berhubungan langsung pada daerah perencanaan dengan memperkuat keterangan melalui kutipan teori dari pihak yang kompeten di bidang Sumber Daya Air. 2.2. Klasifikasi Aliran Berdasarkan fungsi waktu, aliran dapat dibedakan menjadi : a. Aliran permanen (steady flow) apabila kedalaman aliran tidak berubah atau konstan sepanjang waktu tertentu. b. Aliran tidak permanen (unsteady flow) apabila kedalaman aliran berubah sepanjang waktu tertentu. Berdasarkan fungsi ruang, aliran dapat dibedakan menjadi : a. Aliran seragam (uniform flow) apabila kedalaman aliran pada setiap tampang saluran adalah sama. b. Aliran tidak seragam (varied flow) apabila kedalaman aliran berubah sepanjang saluran. Aliran ini dapat berupa gradually varied flow atau rapidly varied flow. Aliran dapat dikatakan sebagai rapidly varied flow apabila kedalaman air berubah secara cepat pada jarak yang relative pendek. (Budi Santosa, 1988) II-1
2.3. Perencanaan Normalisasi Sungai Untuk memenuhi kapasitas sungai sesuai debit banjir rencana, dilakukan pekerjaan normalisasi. Meliputi kegiatan pengangkatan sedimen, pembuatan tanggul dan perubahan dimensi hidrolis sungai. Dalam tahap perencanaan kiranya perlu diperhatikan, agar hasil dari pekerjaan normalisasi sungai dapat dimanfaatkan sebagai bahan tanggul 2.3.1. Pengangkatan Sedimen Langkah yang paling cepat dan mudah tanpa perlu pembuatan konstruksi baru pada trase sungai. Namun dengan catatan dimensi sungai masih mencukupi dengan debit rencana. Artinya opsi ini berlaku jika sungai hanya mengalami pendangkalan sehingga kapasitasnya berkurang dan tidak mampu menampung debit air yang melewati sungai. 2.3.2. Perencanaan Tanggul Tanggul adalah talud memanjang yang didirikan kira-kira sejajar sungai. Tanggul di sepanjang sungai adalah salah satu bangunan yang paling utama dalam usaha melindungi harta benda dan kehidupan masyarakat terhadap genangan yang disebabkan oleh banjir. Tanggul umumnya dibangun dengan konstruksi urugan tanah karena membutuhkan bahan urugan bervolume besar. Amatlah sukar jika mencari bahan selain tanah, selain itu tanah bisa diperoleh dari hasil galian di kanan kiri trase rencana. Sifat tanah yang stabil dan tidak mudah rusak membuat perawatan jika terjadi kerusakan tanggul menjadi lebih mudah dan cepat. II-2
2.3.3. Perubahan Dimensi Hidrolis Sungai Perubahan dimensi sungai menjadi alternatif lain jika pengkatan sedimen ataupun pembuatan tanggul belum mampu menampung debit air yang melalui sungai. Namun opsi ini biasanya terkendala masalah keterbatasan lahan sehingga kebanyakan dilakukan perubahan sungai arah vertikal atau bisa dikatakan melakukan pendalaman sungai. Pemilihan bentuk pasangan disesuiakan dengaan karakteristik lokasi yang ditinjau, bisa menggunakan tanah asli jika kondisinya cukup stabil atau memberikan perkuatan tambahan dengan pasangan batu atau beton. 2.4. Landasan Teori 2.4.1. Pengenalan HEC-RAS HEC-RAS adalah sebuah sistem software yang didesain untuk melakukan berbagai analisis hidrolika. HEC-RAS mampu menampilkan perhitungan penampang muka air 1 dimensi untuk aliran dalam saluran alami atau buatan. HEC-RAS juga mampu memperhitungkan penampang muka air aliran subkritis, superkritis, dan campuran (mixed flow). Sistem ini mengandung 3 komponen analisis hidrolik satu dimensi, yaitu perhitungan penampang muka air aliran tetap (steady flow), aliran tidak tetap (unsteady flow), perhitungan transportasi sedimen. Ketiga komponen akan menggunakan tampilan data geometri dan perhitungan geometri dan hidrolika. HEC-RAS yang digunakan adalah versi 4.1. II-3
2.4.2. Perhitungan Penampang Dasar Penampang dasar muka air diperkirakan dari satu cross section ke cross section selanjutnya dengan menggunakan persamaan energi dengan prosedur iterasi yang disebut metode standard step. Saluran alam misalnya sungai, biasanya mempunyai luas tampang yang berubah dan berbentuk non prismatis. Kehilangan energi pada saluran tersebut adalah kehilangan energi karena gesekan dasar atau karena perubahan bentuk tampang. Kehilangan energi tersebut dapat diformulasikan sebagai berikut : Y 2 + Z 2 + 2 2 V 2 2g = Y 1 + Z 1 + 2 1 V 1 2g + h e (2-1) Dengan : Y 1,Y 2 = tinggi tekanan (m) Z 1,Z 2 = tinggi tempat (m) V 1 2 V 2 2 2g 2g = tinggi kecepatan (m) 1, 2 = koefisien kecepatan h e = kehilangan energi (m) 1 2 Gambar 2.1 Persamaan Rumus Energi II-4
Kehilangan tinggi energi terdiri dari 2 bagian yaitu nilai kritis dan kehilangan kuat tekan. Berikut ini adalah persamaan rumus kehilangan tinggi energi : 2 h e = L. S f + C 2 V 2 2g - 2 1 V 1 2g (2-2) Dengan : L = panjang reach S f = kemiringan gesekan C = koefisien kehilangan ekspansi atau kontraksi Jarak L dihitung dengan : L = L lob Q lob + L ch Q ch + L rob Q rob Q lob + Q ch + Q rob (2-3) Dengan : L lob, L ch, L rob = jarak cross section untuk overbank kiri, tengah & kanan Q lob, Q ch, Q rob = debit rat-rata untuk overbank kiri, tengah & kanan Gambar 2.2 (A) Jarak cross section untuk overbank kiri, tengah & kanan, (B) Potongan melintang penampang sungai II-5
2.4.3. Bagian bagian Cross Section untuk Perhitungan Conveyance Penentuan conveyance total dan koefisien kecepatan untuk cross section membutuhkan aliran yang dibagi-bagi menjadi unit-unit yang mana kecepatan didistribusikan secara seragam. Pendekatan yang digunakan dalam HEC-RAS adalah membagi aliran dalam daerah bantaran menggunakan input pembatas kekasaran manning cross section (lokasi dimana nilai n berubah) sebagai dasar subdivisi. Conveyance dihitung dalam masing masing subdivisi menurut persamaan manning. Q = KS f 1/2 K = 1.486 n (2-4) AR 2/3 (2-5) Dengan : K = hantaran n = koefisien kekasaran manning A = daerah aliran R = jari - jari hidrolis Program ini menjumlahkan semua penambahan hantaran dalam bantaran untuk mencapai pengaliran sisi kiri dan kanan bantaran. Saluran utama hantaran ditaksir sebagai elemen pengaliran tunggal. Conveyance total untuk cross section dicapai dengan menjumlahkan 3 subdivisi pengaliran (kiri, tengah,kanan). II-6
Gambar 2.3 Metode Pembagian Hantaran HEC-RAS 2.4.4. Nilai Manning Komposit untuk Saluran Utama Aliran dalam saluran utama tidak dibagi-bagi, kecuali ketika koefisien kekasaran berubah dalam daerah saluran HEC-RAS menguji subdivisi untuk dapat diaplikasikan terhadap kekasaran dalam bagian saluran utama dari sebuah cross section, dan jika tidak mampu, program akan menghitung nilai komposit n tunggal untuk semua saluran utama. Program menentukan bila saluran utama cross section dapat dibagi-bagi, atau bila sebuah nilai komposit saluran utama akan digunakan berdasarkan ukuran berikut: jika sebuah sisi miring saluran utama lebih curam dari 5H:1V dan saluran utama mempunyai lebih dari 1 nilai n, n kekasaran komposit nc akan diperhitungkan. Sisi miring saluran digunakan oleh HEC-RAS dibatasi sebagai jarak horizontal antar stasiun nilai n berbatasan dengan saluran utama melewati perbedaan elevasi kedua stasiun ini. II-7
Gambar 2.4 Penentuan Kemiringan Bantaran untuk Manning Komposit Untuk penentuan nc, saluran utama dibagi menjadi N bagian, masing masing dengan keliling basah yang diketahui (Pi) dan koefisien kekasaran ni. 2.4.5. Tinggi Energi Kinetik Rata rata Karena software HEC-RAS adalah program penampang muka air 1 dimensi, hanya muka air tunggal, oleh karena itu, energi utama tunggal diperhitungkan pada masing-masing cross section. Untuk sebuah elevasi muka air yang diberikan, energi utama dicapai dengan menghitung energi II-8
pemberat aliran dari 3 subbagian sebuah cross section (overbank kiri, utama dan kanan). Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana energy utama akan dicapai untuk sebuah cross section dengan sebuah saluran utama dan overbank kanan (tanpa daerah overbank kiri). Gambar 2.5 Contoh Cara Mendapatkan Energi Utama II-9
2.4.6. Prosedur Perhitungan Elevasi muka air yang tidak diketahui pada sebuah cross section ditentukan oleh sebuah iterasi dari persamaan 2-1 dan 2-2. Prosedur perhitungannya adalah sebagai berikut : 1. Asumsikan sebuah elevasi muka air pada aliran atas cross section (atau aliran bawah cross section jika sebuah penampang superkritis diperhitungkan). 2. Berdasarkan elevasi muka air yang diasumsikan tentukan hantaran total yang bersesuaian dan tinggi kecepatan. II-10
3. Dengan hasil dari langkah 2, hitung Sf dan selesaikan persamaan 2-2 untuk he. 4. Dengan hasil langkah 2 dan 3, selesaikan persamaan 2-1 untuk WS2 (Z2 + Y2). 5. Bandingkan hasil perhitungan WS2 dengan hasil asumsi langkah 1; ulangi langkah 1-5 hingga hasil = 0,01ft (0,003m), atau batas toleransi. 2.4.7. Kedalaman Kritis Berbagai kondisi yang harus dipenuhi untuk menentukan kedalaman kritis cross section adalah: a. Aliran superkritis sudah disebutkan. b. Perhitungan kedalaman kritis sudah diminta oleh pengguna. c. Program tidak dapat menyeimbangkan persamaan energi dalam batas toleransi yang ditentukan sebelum mencapai angka maksimal iterasi. Persamaan tinggi energi total cross section II-11
Elevasi kritis muka air adalah elevasi dimana tinggi energi total minimum. Elevasi kritis ditentukan dengan prosedur iterasi dimana nilai WS diasumsikan diselesaikan dengan persamaan di atas sampai nilai H tercapai. 2.4.8. Debit Banjir Rencana ( Qt) Digunakan banjir rencana Q25,Q50,Q100 yakni banjir dengan return period 25 th, 50 th, 100 th. Namun demikian untuk tanggul-tanggul yang kecil penggunaaan return period yang lebih kecil perlu di pertimbangkan dengan melihat pada keadaan khusus tiap lokasi, sebaliknya banjir yang melebihi Q 100 yang terjadi mendekati saat perencaaan perlu juga di pertimbangkan dalam menentukan besarnya debit perencanaan. (Pedoman dan kriteria perencanaan teknis irigasi, 1992) II-12
Tipe Saluran dan Deskripsinya Minimum Normal Maksimum A. Gorong - gorong Tertutup Terisi Sebagian A-1 Logam a Kuningan halus 0.009 0.01 0.013 b Baja 1. Ambang penerus dan dilas 0.01 0.012 0.014 2. Dikeling dan pilin 0.013 0.016 0.017 c Besi tuang 1. Dilapis 0.01 0.013 0.014 2. Tidak dilapis 0.011 0.014 0.016 d Besi tempa 1. Tidak dilapis 0.012 0.014 0.015 2. Dilapis seng 0.013 0.016 0.07 e Logam beralur 1. Cabang pembuang 0.017 0.019 0.021 2. Pembuang banjir 0.021 0.024 0.03 A-2 Bukan Logam a Lusit 0.008 0.009 0.01 b Kaca 0.009 0.01 0.013 c Semen 1. Acian 0.01 0.011 0.013 2. Adukan 0.011 0.013 0.014 d Beton 1. Gorong - gorong, lurus dan bebas kikis 0.01 0.011 0.013 2. Gorong - gorong dengan lengkungan, sambungan dan sedikit 0.011 0.013 0.014 kikisan 3. Dipoles 0.011 0.013 0.014 4. Saluran pembuang dengan bak kontrol, mulut pemasukan dan lain 0.013 0.015 0.017 - lain, lurus 5. Tidak dipoles, seperti baja 0.012 0.013 0.014 6. Tidak dipoles, seperti kayu halus 0.012 0.013 0.014 7. Tidak dipoles, seperti kayu kasar 0.015 0.017 0.017 e Kayu 1. Dilengkungkan 0.01 0.012 0.014 2. Dilapisi, diawetkan 0.015 0.017 0.02 f Lempung 1. Saluran pembuang, dengan ubin biasa 0.011 0.013 0.017 2. Saluran pembuang, dipoles 0.011 0.014 0.017 II-13
Tipe Saluran dan Deskripsinya Minimum Normal Maksimum 3. Saluran pembuang, dipoles, dengan bak kontrol, mulut 0.014 0.016 0.018 pembuangan dan lain - lain 4. Cabang saluran pembuan dengan sambungan terbuka 0.011 0.013 0.015 g Bata 1. Diglasir 0.011 0.013 0.015 2. Dilapis adukan semen 0.012 0.015 0.017 h Pembuangan air kotor dengan saluran lumpur 0.012 0.013 0.016 i Bagian dasar dilapis,saluran pembuang licin 0.016 0.019 0.02 j Pecahan batu sedimen 0.018 0.025 0.03 B. Saluran dilapis atau dipoles B-1 Logam a Baja dengan permukaan licin 1. Tidak dicat 0.011 0.012 0.014 2. Dicat 0.012 0.013 0.017 Baja dengan permukaan b bergelombang 0.021 0.025 0.03 B-2 Bukan Logam a Semen 1. Acian 0.011 0.012 0.014 2. Adukan b Kayu 1. Diserut, tidak diawetkan 0.01 0.012 0.014 2. Diserut, diawetkan dengan creosote 0.011 0.012 0.015 3. Tidak diserut 0.011 0.013 0.015 4. Papan 0.012 0.015 0.018 5. Dilapis dengan kertas kedap air 0.01 0.014 0.017 c Beton 1. Dipoles dengan sendok kayu 0.011 0.013 0.015 2. Dipoles sedikit 0.013 0.015 0.016 3. Dipoles 0.015 0.017 0.02 4. Tidak dipoles 0.014 0.017 0.02 5. Adukan semprot, penampang rata 0.016 0.019 0.023 6. Adukan semprot, penampang bergelombang 0.018 0.022 0.025 II-14
Tipe Saluran dan Deskripsinya Minimum Normal Maksimum 7. Pada galian batu yang teratur 0.017 0.02 8. Pada galian batu yang tak teratur 0.022 0.027 Dasar beton dipoles sedikit dengan d tebing dari 1. Batu teratur dalam adukan 0.015 0.017 0.02 2. Batu tak teratur dalam adukan 0.014 0.02 0.024 3. Adukan batu, semen, diplester 0.016 0.02 0.024 4. Adukan batu dan semen 0.02 0.025 0.03 5. Batu kosong atau rip-rap 0.02 0.03 0.035 e Dasar kerikil dengan tebing dari 1. Batu acuan 0.017 0.02 0.025 2. Batu tak teratur dalam adukan 0.02 0.023 0.026 3. Batu kosong atau rip-rap 0.023 0.033 0.036 f Bata 1. Diglasir 0.011 0.013 0.015 2. Dalam adukan semen 0.012 0.015 0.018 g Pasangan batu 1. Batu pecah disemen 0.017 0.025 0.03 2. Batu kosong 0.023 0.032 0.035 h Batu potong, diatur 0.013 0.015 0.017 i Aspal 1. Halus 0.013 0.013 2. Kasar 0.016 0.016 j Lapisan dari tanaman 0.03 0.05 C. Digali atau Dikeruk a Tanah lurus dan seragam 1. Bersih, baru dibuat 0.016 0.018 0.02 2. Bersih, telah melapuk 0.018 0.022 0.025 3. Kerikil, penampang seragam, bersih 0.022 0.025 0.03 4. Berumput pendek, sedikit tanaman pengganggu 0.022 0.027 0.033 b Tanah, berkelok - kelok dan tenang 1. Tanpa tetumbuhan 0.023 0.025 0.03 2. Rumput dengan beberapa tanaman pengganggu 0.025 0.03 0.033 3. Banyak tanaman pengganggu atau tanaman air pada saluran yang 0.03 0.035 0.04 dalam 4. Dasar tanah dengan tebing dari 0.028 0.03 0.035 II-15
Tipe Saluran dan Deskripsinya Minimum Normal Maksimum batu pecah 5. Dasar berbatu dengan tanaman pengganggu pada tebing 0.025 0.035 0.04 6. Dasar berkerakal dengan tebing yang bersih 0.03 0.04 0.05 c Hasil galian atau kerukan 1. Tanpa tetumbuhan 0.025 0.035 0.04 2. Semak - semak kecil di tebing 0.035 0.05 0.06 d Pecahan batu 1. Halus, seragam 0.025 0.035 0.04 2. Tajam, tidak beraturan 0.035 0.04 0.05 Saluran tidak dirawat, dengan e tanaman pengganggu dan belukar tidak dipotong 1. Banyak tanaman pengganggu setinggi air 0.05 0.08 0.12 2. Dasar bersih, belukar di tebing 0.04 0.05 0.08 3. Idem, setinggi muka air tertinggi 0.045 0.07 0.11 4. Banyak belukar setinggi air banjir 0.08 0.1 0.14 D. Saluran Alam Saluran kecil (lebar atas pada taraf D-1 banjir <100 kaki) a Saluran di dataran 1. Bersih lurus, terisi penuh, tanpa rekahan atau ceruk dalam 2. Seperti di atas, banyak batu-batu, tanaman pengganggu 3. Bersih, berkelok-kelok, berceruk, bertebing 4. Seperti di atas,dengan batu-batu, tanaman pengganggu 5. Seperti di atas, tidak terisi penuh, banyak kemiringan dan penampang yang kurang efektif 6. Seperti no 4, berbatu lebih banyak 7. Tenang pada bagian lurus, tanaman pengganggu, ceruk dalam 8. Banyak tanaman pengganggu, ceruk dalam atau jalam air penuh 0.025 0.03 0.033 0.03 0.035 0.04 0.033 0.04 0.045 0.035 0.045 0.05 0.04 0.048 0.055 0.045 0.05 0.06 0.05 0.07 0.08 0.075 0.1 0.15 II-16
Tipe Saluran dan Deskripsinya Minimum Normal Maksimum kayu dan ranting Saluran di pegunungan, tanpa b tetumbuhan di saluran tebing umumnya terjal, pohon dan semaksemak sepanjang tebing 1. Dasar:kerikil, kerakal dan sedikit batu besar 0.03 0.04 0.05 2. Dasar:kerakal dengan batu besar 0.04 0.05 0.07 D-2 Dataran banjir a Padang rumput tanpa belukar 1. Rumput pendek 0.025 0.03 0.035 2. Rumput tinggi 0.03 0.035 0.05 b Daerah pertanian 1. Tanpa tanaman 0.02 0.03 0.04 2. Tanaman dibariskan 0.025 0.035 0.045 3. Tanaman tidak dibariskan 0.03 0.04 0.05 c Belukar 1. Belukar terpencar, banyak tanaman pengganggu 0.035 0.05 0.07 2. Belukar jarang dan pohon, musim dingin 0.035 0.05 0.06 3. Belukar jarang dan pohon, musim dingin 0.04 0.06 0.08 4. Belukar sedang sampai rapat, musim dingin 0.045 0.07 0.11 5. Belukar sedang sampai rapat, musim semi 0.07 0.1 0.16 d Pohon-pohonan 1. Willow rapat, musim semi, lurus 0.011 0.15 0.2 2. Tanah telah dibersihkan,tunggul kayu tanpa tunas 0.03 0.04 0.05 3. Seperti di atas, dengan tunastunas lebat 0.05 0.06 0.08 4. Banyak batang kayu, beberapa tumbang, ranting-ranting, taraf 0.08 0.1 0.12 banjir di bawah cabang pohon 5. Seperti di atas, taraf banjir mencapai cabang pohon 0.1 0.12 0.16 Saluran besar (lebar atas pada taraf D-3 banjir >100 kaki) II-17
Tipe Saluran dan Deskripsinya Minimum Normal Maksimum Nilai n lebih kecil dari saluran kecil dengan perincian yang sama, sebab tebing memberikan hambatan efektif yang lebih kecil Penampang beraturan tanpa batu a besar atau belukar Penampang tidak beraturan dan b kasar 0.025.. 0.06 0.035.. 0.1 Tabel 2.1 Besaran Angka Manning (Sumber : manual Hec-Ras) II-18