digilib.unila.ac.iddigilib.unila.ac.id/6778/16/16.bab ii tinjauan pustaka.doc · web viewaliran...
TRANSCRIPT
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Siklus Hidrologi
Siklus hidrologi adalah gerakan air laut ke udara, yang kemudian jatuh ke
permukaan tanah lagi sebagai hujan atau bentuk presipitasi lain, akhirnya
mengalir ke laut kembali. Susunan secara siklis peristiwa tersebut sebenarnya
tidaklah sesederhana yang kita gambarkan.
Gambar. 2.1 Siklus hidrologi sederhana
Siklus hidrologi secara sederhana dapat dideskripsikan, Yang pertama daur
tersebut dapat merupakan daur pendek, yaitu misalnya hujan yang jatuh di laut,
6
danau, atau sungai yang segera dapat mengalir kembali ke laut. Kedua, tidak
adanya keseragaman waktu yang diperlukan oleh satu siklus hidrologi. Pada
musim kemarau kelihatannya siklus hidrologi berhenti sedangkan dimusim hujan
berjalan kembali. Ketiga, intensitas daur tergantung pada keadaan geografi dan
iklim, yang mana hal ini merupakan akibat dari adanya matahari yang berubah-
ubah letaknya terhadap meridian bumi sepanjang tahun. Keempat, berbagai
bagian siklus hidrologi dapat menjadi sangat kompleks. Sehingga kita hanya
dapat mengamati bagian akhirnya saja dari suatu hujan yang jatuh di atas
permukaan tanah dan kemudian mencari jalannya untuk kembali ke laut.
(Soemarto,1986).
Berikut ini adalah skema urutan siklus hidrologi secara detail :
Gambar. 2.2 Siklus lengkap hidrologi
(b)
(h)
(c)
(c) (h)
(d)
(c)
(a)
(g) (i)
(f1) (e)
(f3)
Lap. Tak jenuh
(f2) (f4) Laut
Lap. Jenuh
Sungai
7
Dengan masing-masing keterangannya adalah sebagai berikut :
a. Air laut yang mendapat sinar matahari, sebagian akan menjadi uap
terevaporasi ke atmosfer.
b. Uap air di atmosfer terkondensasi dan membentuk awan hujan.
c. Awan hujan berubah menjadi presipitasi atau hujan.
d. Air hujan yang jatuh ke permukaan bumi dari atmosfer sebagian akan
ditampung atau diserap oleh daun dan batang tumbuhan. Air yang diserap
tersebut akan diuapkan kembali oleh tumbuhan ke atmosfer. Peristiwa
terserapnya air oleh tumbuhan dan penguapan kembali air yang terserap ke
atmosfer disebut proses intersepsi.
e. Sebagian lagi air hujan akan mengisi lekukan, cekungan atau tampungan di
permukaan bumi. Tampungan yang ada di permukaan bumi yang terisi oleh
air hujan disebut tampungan permukaan atau surface detention.
f. Air hujan yang jatuh ke permukaan tanah akan meresap ke dalam tanah
terlebih dahulu. Lapisan tanah terbagi menjadi dua bagian yaitu lapisan tak
jenuh dan lapisan jenuh. Lapisan tak jenuh adalah lapisan tanah yang pori-
porinya berisi udara dan masih dapat menyerap air. Sedangkan lapisan jenuh
adalah lapisan tanah yang pori-porinya telah penuh berisi air. Aliran air dari
permukaan tanah terbagi menjadi dua bagian. Aliran vertikal air hujan dari
permukaan tanah menuju ke lapisan tak jenuh disebut infiltrasi (f1).
g. Sedangkan aliran horintal yang mengalir di daerah tak jenuh disebut aliran
antara atau interflow (f3). Aliran air vertikal juga terjadi dari lapisan tak jenuh
menuju lapisan jenuh. Proses ini dinamakan perkolasi (f2).
8
h. Perkolasi sebenarnya bukan proses pengisian pori-pori tanah di lapisan jenuh
melainkan suplai air dari lapisan tak jenuh ke lapisan jenuh untuk
mempertinggi muka air tanah atau ground water level. Sedangkan aliran air
horizontal yang terjadi di lapisan jenuh disebut aliran dasar atau baseflow (f4).
Aliran dasar ini adalah sumber pemasok air sungai di saat kemarau.
i. Sebagian besar air hujan yang jatuh ke permukaan bumi akan menjadi aliran
permukaan atau surface runoff. Aliran permukaan akan mengalir ke badan-
badan air seperti parit, saluran, dan sungai yang akhirnya akan bermuara di
laut. Aliran permukaan adalah bagian terpenting dari siklus hidrologi di
permukaan bumi.
B. Pengukuran Hidrologi dan Hidrometri
1. Pengukuran Hidrologi
1. Hujan
hujan adalah jatuhnya hydrometeor yang berupa partikel-partikel air
dengan diameter 0.5 mm atau lebih. Jika jatuhnya sampai ketanah maka
disebut hujan, akan tetapi apabila jatuhannya tidak dapat mencapai tanah
karena menguap lagi maka jatuhan tersebut disebut Virga. Hujan juga
dapat didefinisikan dengan uap yang mengkondensasi dan jatuh ketanah
dalam rangkaian proses hidrologi.
Hujan merupakan salah satu bentuk presipitasi uap air yang berasal dari
awan yang terdapat di atmosfer. Bentuk presipitasi lainnya adalah salju dan
es. Untuk dapat terjadinya hujan diperlukan titik-titik kondensasi, amoniak,
9
debu dan asam belerang. Titik-titik kondensasi ini mempunyai sifat dapat
mengambil uap air dari udara. Satuan curah hujan selalu dinyatakan dalam
satuan millimeter atau inchi namun untuk di Indonesia satuan curah hujan
yang digunakan adalah dalam satuan millimeter (mm).
Curah hujan merupakan ketinggian air hujan yang terkumpul dalam tempat
yang datar, tidak menguap, tidak meresap, dan tidak mengalir. Curah hujan
1 (satu) milimeter artinya dalam luasan satu meter persegi pada tempat
yang datar tertampung air setinggi satu milimeter atau tertampung air
sebanyak satu liter.
Intensitas hujan adalah banyaknya curah hujan persatuan jangka waktu
tertentu. Apabila dikatakan intensitasnya besar berarti hujan lebat dan
kondisi ini sangat
berbahaya karena berdampak dapat menimbulkan banjir, longsor dan efek
negatif terhadap tanaman.
Hujan merupakan unsur fisik lingkungan yang paling beragam baik
menurut waktu maupun tempat dan hujan juga merupakan faktor penentu
serta faktor pembatas bagi kegiatan pertanian secara umum. Oleh karena
itu klasifikasi iklim untuk wilayah Indonesia (Asia Tenggara umumnya)
seluruhnya dikembangkan dengan menggunakan curah hujan sebagai
kriteria utama (Lakitan, 2002). Bayong (2004) mengungkapkan bahwa
dengan adanya hubungan sistematik antara unsur iklim dengan pola tanam
dunia telah melahirkan pemahaman baru tentang klasifikasi iklim, dimana
10
dengan adanya korelasi antara tanaman dan unsur suhu atau presipitasi
menyebabkan indeks suhu atau presipitasi dipakai sebagai kriteria dalam
pengklasifikasian iklim.
1. Tipe Hujan
Hujan dibedakan menjadi empat tipe, pembagiannya berdasarkan factor
yang menyebabkan terjadinya hujan tersebut :
a. Hujan Orografi
Hujan ini terjadi karena adanya penghalang topografi, udara dipaksa naik
kemudian mengembang dan mendingin terus mengembun dan selanjutnya
dapat jatuh sebagai hujan. Bagian lereng yang menghadap angina hujannya
akan lebih lebat dari pada bagian lereng yang ada dibelakangnya. Curah
hujannya berbeda menurut ketinggian, biasanya curah hujan makin besar
pada tempat-tempat yang lebih tinggi sampai suatu ketinggian tertentu.
b. Hujan Konvektif
Hujan ini merupakan hujan yang paling umum yang terjadi didaerah tropis.
Panas yang menyebabkan udara naik keatas kemudian mengembang dan
secara dinamika menjadi dingin dan berkondensasi dan akan jatuh sebagai
hujan. Proses ini khas buat terjadinya badai guntur yang terjadi di siang
hari yang menghasilkan hujan lebat pada daerah yang sempit. Badai guntur
lebih sering terjadi di lautan dari pada di daratan.
11
c. Hujan Frontal
Hujan ini terjadi karena ada front panas, awan yang terbentuk biasanya tipe
stratus dan biasanya terjadi hujan rintik-rintik dengan intensitas kecil.
Sedangkan pada front dingin awan yang terjadi adalah biasanya tipe
cumulus dan cumulunimbus dimana hujannya lebat dan cuaca yang timbul
sangat buruk. Hujan front ini tidak terjadi di Indonesia karena di Indonesia
tidak terjadi front.
d. Hujan Siklon Tropis
Siklon tropis hanya dapat timbul didaerah tropis antara lintang 0°-10°
lintang utara dan selatan dan tidak berkaitan dengan front, karena siklon ini
berkaitan dengan sistem tekanan rendah. Siklon tropis dapat timbul
dilautan yang panas, karena energi utamanya diambil dari panas laten yang
terkandung dari uap air. Siklon tropis akan mengakibatkan cuaca yang
buruk dan hujan yang lebat pada daerah yang dilaluinya.
2. Banjir
Banjir merupakan salah satu masalah lingkungan yang sering terjadi di
lingkungan daerah sekitar hilir Sungai. Banjir yang terjadi dapat
mengakibatkan kerugian. Diakibatkan karena keadaan alur sungai yang
belum stabil, bahkan ada beberapa alur yang dipersempit, pendangkalan
dasar sungai dan kelongsoran tebing sungai, hal ini mengakibatkan
12
berkurangnya kapasitas sungai untuk menampung air sehinga terjadilah
banjir.
Setiap sungai akan mengalami banjir yang dapat terjadi secara berkala.
Sehingga diperlukan adanya suatu untuk meminimalisasi terjadinya banjir
dan dampak negatif yang ditimbulkan dari banjir tersebut. Untuk
meminimalisasi terjadinya banjir tersebut, maka dibutuhkanlah adanya
suatu perencanaan floodway (saluran banjir) yang mampu mengatur
ketinggian muka air sungai, sehingga banjir yang terjadi dapat diatasi
dengan baik tanpa adanya kerugian yang ditimbulkan dan sungai dapat
berfungsi dengan baik untuk menampung curah hujan dan mengalirkannya
ke laut. Floodway adalah saluran baru yang dibuat untuk mengalirkan ir
secara terpisah dari sungai utamanya. Saluran banjir (floodway) ini dapat
mengalirkan sebagian atau bahkan seluruh debit banjir.
Saluran banjir (floodway) dibuat dalam keadaan berbagai kondisi, tetapi
tujuan utamanya adalah untuk menghindarkan pekerjaan sungai didaerah
pemukiman yang padat atau untuk memperpendek salah satu ruas sungai.
Biasanya saluran banjir (floodway) dilengkapi dengan pintu atau bendung
untuk membagi debit sesuai dengan rencana. Penelitian yang seksama perlu
dilakukan untuk rencana floodway, terutama untuk floodway yang besar,
karena floodway ini dapat mengubah resim bagian hilir sungai yang sudah
ada dan daerah pantai yang akan menjadi muara banjir kanal.
13
Perencanaan perbaikan dan pengaturan sungai diadakan, agar disesuaikan
dengan tingkat perkembangan suatu lembah sungai serta kebutuhan
masyarakat. Sungai diperbaiki dan diatur sedemikian rupa, sehingga dapat
diadakan pencegahan terhadap bahaya banjir dan sedimentasi serta
mengusahakan agar alur sungai senantiasa dalam keadaan stabil, sehingga
memudahkan pemanfaatan air yang akan memberikan kemudahan dalam
penyadapannya, pelestarian lingkungan dan menjamin kelancaran serta
keamanan lalu-lintas sungai.
Perencanaan pengamanan terhadap banjir disebut juga perencanaan
pengendalian banjir yang akan digunakan sebagai landasan yang penting
dalam menetapkan berbagai pekerjaan sipil yang harus dilaksanakan dalam
rangka usaha pengamanan terhadap bencana banjir tersebut.
Pekerjaan-pekerjaan pokok dalam rangka pengamanan banjir secara umum
dapat dibagi menjadi:
1. Pembangunan sistem pengamanan dan pengendalian banjir seperi
bendung, floodway, tanggul, dan lain-lain.
2. Pekerjaan non-sipil.
Pekerjaan sipil adalah usaha pencegahan bahaya banjir dengan suatu sistem
pengaman banjir yang terdiri dari normalisasi alur sungai seperti
perencanaan floodway . Sebaliknya pekerjaaan non-sipil adalah usaha
pencegahan banjir dengan pengaturan-pengaturan yang dilandasi undang-
14
undang, guna mengurangi tingkat kerugian yang mungkin terjadi, apabila
teradi banjir, antara lain pengaturan penggunaan tanah didaerah bantaran
sungai, mendrikan bangunan yang tahan terhadap genangan air, asuransi
banjir dan kegiatan-kegiatan pengamanan terhadap kemungkinan terjadinya
bencana banjir.
Dalam perencanaan perbaikan dan pengaturan sungai yang diutamakan
adalah konsep pengaliran banjir sungai secara aman, guna mencegah
terjadinya luapan-luapan yang dapat menyebabkan terjadinya bencana
banjir. Dengan demikian usaha yang penting adalah membuat dan
kemudian mempertahankan penampang basah yang cukup memadai sesuai
dengan kapasitas pengaliran rencananya, yakni dengan konsep pencegahan
sedimentasi didasar sungai dan mengatur alur sungai agar senantiasa dalam
keadaan stabil.
1. Penyebab Banjir
Banjir sungai merupakan peningkatan debit air yang terjadi di badan
sungai. Jika debit air sungai semakin meningkat dan badan sungai tidak
mampu lagi menampung debit air, maka air sungai itu akan melimpah
keluar badan sungai (Kironoto, 2008). Menurut Kodoatie dan Sugiyanto
(2002) Faktor penyebab terjadinya banjir dapat dikelompokkan dalam 2
kategori, yaitu banjir yang disebabkan oleh sebab-sebab alamiah dan banjir
yang diakibatkan oleh tindakan manusia. Banjir yang disebabkan oleh
15
sebab-sebab alamiah diantaranya: curah hujan, pengaruh fisiografi, erosi
dan sedimentasi, kapasitas sungai, kapasitas drainase yang tidak memadai,
pengaruh air pasang. Sedangkan banjir yang disebabkan oleh tindakan
manusia adalah: perubahan kondisi DAS, kawasan kumuh, sampah,
kerusakan bangunan pengendali banjir, perencanaan sistem pengendalian
banjir tidak tepat.
Kodoatie dan Sjarief (2006), perubahan tata guna lahan merupakan
penyebab utama banjir dibandingkan dengan yang lainnya, dimana
perubahan tata guna lahan memberikan kontribusi dominan kepada aliran
permukaan (run-off). Hujan yang jatuh ke tanah, airnya akan menjadi aliran
permukaan di atas tanah dan sebagian meresap ke dalam tanah tergantung
kondisi tanahnya. Suatu kawasan hutan bila diubah menjadi pemukiman
maka yang terjadi adalah bahwa hutan yang bisa menahan run-off cukup
besar diganti menjadi pemukiman dengan resistensi run-off yang kecil.
Akibatnya ada peningkatan aliran permukaan tanah yang menuju sungai
dan hal ini berakibat adanya peningkatan debit sungai yang besar sehingga
terjadilah banjir.
2 Pengukuran banjir
Terdapat dua pengertian untuk membedakan jenis banjir yaitu banjir di
dalam sungai dan banjir yang berupa penggenaangan air di daerah tertentu
16
yang melebihi suatu batas tinggi tertentu. Tergantung pada tujuannya,
banjir dapat dinyatakan dengan berbagai ukuran sebagai berikut :
a. Untuk keperluan perencanaan bangunan di dalam sungai, baik
melintang atau memanjangsungai, banjir diukur menurut tinggi muka
airnya di dalam sungai.
b. Untuk perencanaan pemanfaatan tanah di sekitar sungai, banjir diukur
menurut luas daerah yang tergenang air banjir.
c. Untuk perencanaan peluap, jembatan, gorong-gorong, saluran dan lain
sebagainya, banjir diukur maneurut besarnya aliran maksimum,
dinyatakan dengan m3 / detik.
d. Untuk perencanaan bangunan penampungan untuk keperluan irigasi,
penyediaan air, pengendalian banjir dan sebagainya, banjir diukur menurut
volumenya, dinyatakan dengan meter hektar atau m / detik.
3. Pola pengendalian banjir
Pola pengendalian banjir yang kurang tepat akan menghasilkan pekerjaan
pengendalian banjir yang kurang efisien, baik ditinjau dari biaya
pelaksanaan maupun biaya untuk operasi dan pemeliharaannya. Pola
pengendalian banjir untuk sungai harus ditetapkan secara khusus untuk
sungai yang bersangkutan, mengingat kondisi sungai serta
permasalahannya tidak ada yang sama antara sungai yang satu dengan yang
lainnya. Selain itu pola pengendalian banjir dan tahap penanganannya,
serta dikaitkan pula dengan pola pengembangan wilayah sungai secara
17
menyeluruh dan terpadu pada wilayah sungai yang bersangkutan (Teknik
sungai, 1991, Pusat Pendidikan Keahlian Teknik Bandung). Kodoatie dan
Sjarief (2006), mengatakan bahwa pada hakekatnya pengendalian banjir
merupakan suatu tindakan yang kompleks yang melibatkan banyak disiplin
ilmu teknik dan berhasilnya program pengendalian banjir tergantung pada
banyak aspek. Pengendalian banjir dapat dilakukan melalui 2 pendekatan
yaitu pendekatan struktur dan pendekatan non struktur. Metode struktur
dilakukan dengan bangunan pengendali banjir (bendungan, kolam retensi,
check dam, bangunan pengurang kemiringan sungai, sumur resapan) dan
perbaikan dan pengaturan sistem sungai (sistem jaringan sungai,
perlindungan tanggul, perbaikan muara, sudetan, perbaikan sungai dengan
pelebaran atau pengerukan sungai, pengendalian sedimen). Metode non
struktur dilakukan dengan pengelolaan DAS, pengaturan tata guna lahan,
pengembangan daerah banjir, pengendalian erosi, peramalan banjir,
peringatan bahaya banjir, pengendalian daerah bantaran, pengaturan daerah
banjir, asuransi dan law enforcement.
3. Sungai
Suatu alur yang panjang di atas permukaan bumi tempat mengalirnya air
yang berasal dari hujan disebut alur sungai. Bagian yang senantiasa
tersentuh aliran air ini disebut aliran air. Dan perpaduan antara alur sungai
dan aliran air di dalamnya disebut sungai. Defenisi tersebut merupakan
18
defenisi sungai yang ilmiah alami, sedangkan pada Peraturan Menteri
Pekerjaan Umum No. 63 Tahun 1993, sungai adalah tempat-tempat dan
wadah-wadah serta jaringan pengaliran air mulai dari mata air sampai
muara dengan dibatasi kanan dan kirinya sepanjang pengalirannya oleh
garis sempadan.
Sungai sebagai drainase alam mempunyai jaringan sungai dengan
penampangnya, mempunyai areal tangkapan hujan atau disebut Daerah
Aliran Sungai (DAS). Bentuk jaringan sungai sangat dipengaruhi oleh
kondisi geologi, kondisi muka bumi DAS, dan waktu (sedimentasi,
erosi/gerusan, pelapukan permukaan DAS, pergerakan berupa tektonik,
vulkanik, longsor lokal dll. Berkaitan dengan perilaku sungai secara umum
dapat dipahami bahwa sungai akan mengalirkan debit air yang sering
terjadi (frequent discharge) pada saluran utamanya, sedangkan pada
kondisi air banjir, pada saat saluran utamanya sudah penuh, maka sebagian
airnya akan mengalir ke daerah bantarannya.
Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya aliran sungai ialah :
1. Keadaan hujan
2. Luas dan bentuk daerah aliran
3. Kemiringan daerah aliran dan kemiringan dasar sungai
4. Daya infiltrasi dan daya perkolasi tanah
5. Kebasahan tanah
6. Suhu udara dan angin serta evaporasi yang berhubungan dengan itu
19
7. Letak daerah aliran terhadap arah angin
8. Daya tampung palung sungai dan daerah sekitarnya
Berikut ini merupakan sebab-sebab bencana banjir yang disebabkan oleh
luapan sungai diantaranya :
1. Berkurangnya luas profil pengaliran sungai karena sudah sangat
mendangkalnya dasar sungai oleh pengendapan bahan-bahan padat yang
terbawa air berasal dari erosi, longsoran tebing sungai, bahan-bahan letusan
gunung berapi, dan lain sebagainya.
2. Rintangan-rintangan terhadapaliran oleh batang-batang pohon yang
tumbang dan menghalang di dalam palung sungai.
3. Meningkatnya debit sungai karena penggundulan hutan-hutan atau
pembukaan tanah di daerah pengalirannya.
4. Rusaknya tanggul-tanggul oleh tanaman, tumbuh-tumbuhan, hewan
dan sebagainya.
5. Semakin tersumbatnya muara sungai karena kurang intensifnya
pengerukan, dan lain sebagainya.
Adapun beberapa contoh pekerjaan perbaikan sungai antara lain:
1. Memotong belokan-belokan yang tajam pada aliran sungai.
2. Memperbesar atau mengurangi lebarnya sungai.
3. Memperdalam palung sungai bila perlu.
4. Mengusahakan garis aliran yang teratur dan berangsur-angsur.
20
5. Mengurangi perpecahan aliran.
6. Melindungi tebing-tebing yang mengalami serangan arus aliran
sungai.
2. Pengukuran Hidrometri
1. Debit
Dalam hidrologi dikemukakan, debit air sungai adalah tinggi permukaan
air sungai yang terukur oleh alat ukur pemukaan air sungai.
Pengukurannya dilakukan tiap hari, atau dengan pengertian yang lain debit
atau aliran sungai adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang
melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu. Faktor
utama yang mempengaruhi ketinggian air sungai, adalah curah hujan yang
terjadi di hulu tempat alat pengukur permukaan air sungai ditempatkan.
Karena curah hujan merupakan data deret waktu yang memiliki komponen
musiman, dan siklus tahunan dengan karakteristik musim hujan panjang
(kemarau pendek), atau kemarau panjang (musim hujan pendek). Dalam
sistem satuan SI besarnya debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per
detik (m3/dt).
Distribusi kecepatan aliran di dalam alur tidak sama arah horisontal
maupun arah vertikal, dengan kata lain kecepatan aliran pada tepi alur tidak
sama dengan tengah alur, dan kecepatan aliran dekat permukaan air tidak
sama dengan kecepatan pada dasar alur.
21
Debit maksimum di dalam sungai atau debit banjir biasanya terdapat pada
hujan yang berlangsung cukup lama. Besarnya sangat dipengaruhi oleh
bentuk dari daerahpengalirannya, miringnya permukaan tanah, mudah atau
tidaknya air hujan yang mengalir di atas muka tanah itu untuk mencapai
sungai dan faktor-faktor lain yang mempengaruhi pengaliran.
C. Analisa Hidrolika Sungai
Dalam menganalisa hidrolis sungai, perhitungan secara umum dilakukan
berdasarkan tiga persamaan dasar yaitu persamaan kontinuitas, persamaan
energi, dan persamaan keseimbangan momentum. Pendekatan didasarkan pada
persamaan aliran seragam dengan memperhitungkan nilai kekasaran saluran,
yang pada akhirnya dirangkum dan dilakukan dalam program HEC-RAS
menggunakan prinsip metode tahapan standar (standard step) untuk aliran satu
dimensi.
1. Persamaan Kontinuitas
Bentuk sketsa suatu keseimbangan aliran massa zat cair untuk menunjukkan
bentuk persamaan kontinuitas akan ditampilkan pada Gambar berikut.
22
Gambar. 2.3 Keseimbangan aliran zat cair pada sungai
Perubahan massa zat cair yang masuk ke dalam ruang sepanjang x pada waktu
ΔΔt mengakibatkan perubahan elevasi permukaan zat cair. Perubahan massa
zat cair yang masuk dalam waktu t merupakan nilai netto dari aliran zat cair
yang masuk dan keluar pada bentang x. Aliran netto zat cair tersebut dapat
ditulis sebagai:
……………..……………..(1)
Pertambahan volume yang terjadi pada penampang tersebut dalam Δ t adalah
……………………………..……………………………….(2)
Dengan menguraikan debit sebagai perkalian luas (A) dan kecepatan rata-rata,
persamaan kontinuitas menjadi
Δ x
23
………………..………………………………………(3)
dimana:
Q = debit aliran
y = kedalaman aliran
U = kecepatan rata-rata aliran arah x
A = luas penampang saluran
T = waktu
2. Kekasaran Dinding
Kekasaran pada elemen saluran terdapat pada dinding dan dasar saluran
sebagai pembatas tempat aliran berasal dan akan timbul hambatan aliran yang
akan berpengaruh terhadap besarnya kecepatan kecepatan. Beberapa formula
untuk menentukan berbagai parameter aliran yang berkaitan dengan hal ini,
yaitu formula Chezy, formula Manning, dan formula Strickler.
a. Rumus Antoine de Chezy
Berdasarkan data empirik untuk aliran turbulen, Chezy (1718-1783)
mengusulkan suatu formula untuk menghitung debit saluran sebagai berikut:
……………………………...……………(4)
…………………………………………..(5)
Keterangan :
24
Q = debit pengaliran (m3/dt)
A = luas tampang aliran (m2)
u= kecepatan rata-rata tampang aliran (m/dt)
C = koefisien Chezy (m0,5/dt)
R = radius hidrolis (m)
ie = kemiringan garis energi
b. Rumus Manning
Formula yang diberikan oleh Robert Manning (1889) berkaitan dengan
koefisien Chezy yang ditunjukkan pada persamaan berikut:
…………………………………………………...………(6)
Bentuk formula kecepatan rata-rata tampang aliran adalah:
…………………………………………….(7)
dengan n adalah nilai koefisien kekasaran Manning.
c. Formula Strickler
Formula kecepatan rata-rata tampang aliran yang ditunjukkan oleh Strickler
menjadi:
……………………………………..(8)dengan Ks adalah nilai koefisien Strickler yang besarnya adalah 1/n.
3. Perhitungan Debit Rancana Banjir
25
Debit rencana yang dilakukan oleh konsultan menggunakan salah satunya
metode rational.
Bentuk persamaan dasar analisis debit banjir rencana (design flood) Metode
Rational adalah sebagai berikut :
V = 72
r = .
t =
Q = α . r . ( A / 3,6 ) ………………………………………………..(9)
Keterangan:
Q = debit banjir rencana periode ulang T ( tahun )
t = waktu konsetrasi ( jam )
R = curah hujan harian maksimum ( mm )
r = intensitas hujan selama waktu konsentrasi ( mm / hari )
V = kecepatan perambatan banjir ( mm/hari )
= koefesien limpasan air hujan
L = panjang sungai ( km )
H = beda tinggi antara titik terjauh dan mulut catchment ( km )
D. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Nilai Kekasaran (n) Manning
26
Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi nilai kekasaran baik berupa saluran
alami ataupun saluran buatan. Faktor-faktor ini saling berkaitan, sehingga
pembahasan mengenai suatu faktor dapat diulang sehubungan dengan faktor lainnya.
(Chow, 1992).
a. Kekasaran permukaan, ditandai dengan ukuran dan bentuk butiran bahan yang
membentuk luas basah dan menimbulkan efek hambatan terhadap aliran. Hal
ini akan menambah nilai kekasaran Manning. secara umum dapat dikatakan
bahwa butiran halus mengakibatkan nilai kekasaran relatif rendah dan butiran
kasar mengakibatkan nilai kekasaran tinggi.
b. Tumbuhan di sekitar saluran, dapat memperkecil saluran dan dapat
menghambat saluran. Ini tergantung pada tinggi, kerapatan, distribusi dan
jenis tumbuhan, dan ini sangat penting dalam perancangan pembuangan yang
kecil. Semakin banyak tumbuhan yang menghalangi saluran maka akan
menambah nilai dari Manning.
c. Ketidakteraturan saluran, meliputi ketidakteraturan keliling basah, dan variasi
penampang, ukuran, dan bentuk di sepanjang saluran. Pada saluran alam,
ketidakteraturan ini biasanya ditandai dengan adanya alur-alur pasir,
gelombang pasir, dan tonjolan-tonjolan di dasar saluran. Ketidakteraturan ini
jelas menandakan sebagai tambahan dari yang ditimbulkan oleh kekasaran
permukaan. Secara umum perubahan
27
lambat laun dan teratur dari penampang dan bentuk saluran tidak terlalu
mempengaruhi nilai kekasaran. Tetapi perubahan tiba-tiba atau peralihan dari
penampang kecil ke besar memerlukan penggunaan nilai kekasaran yang
besar.
d. Trase saluran. Trase saluran dengan kelengkungan yang landai dengan garis
tengah yang besar akan menyebabkan nilai n yang rendah, sedangkan
kelengkungan yang tajam dengan belokan yang patah-patah akan
memperbesar nilai n.
e. Pengendapan dan penggerusan. Secara umum, pengendapan akan dapat
menambah saluran yang sangat tidak berauran menjadi cukup beraturan
dengan memperkecil nilai n, sedangkan penggerusan dapat berakibat
sebaliknya dan memperbesar nilai n. namun efek utama dari pengendapan
akan tergantung dari sifat alamiah bahan yang diendapkan. Endapan yang
tidak teratur, seperti gelombang pasir dan alur-alur pasir menjasikan aliran
tidak beraturan dan menjadikan nilai kekasarannya meningkat. Besar
penggerusan dan keserbasamaan waktu penggerusan akan sangat tergantung
dari bahan pembentuk keliling basahnya.
f. Hambatan. Adanya balok sekat, pilar jembatan dan sejenisnya cenderung
memperbesar nilai n. besarnya nilai tergantung pada sifat alamiah hambatan,
ukuran, bentuk, banyaknya dan penyebarannya.
g. Ukuran dan bentuk saluran. Belum ada bukti nyata bahwa ukuran dan bentuk
saluran merupakan faktor penting yang akan mempengaruhi nilai n.
28
pembesaran jari-jari hidrolis dapat memperbesar maupun memperkecil nilai n,
tergantung pada keadaan saluran.
h. Tinggi muka air dan debit aliran. Nilai n pada saluran akan berkurang bila
tinggi muka air dan debitnya bertambah. Bila air rendah, ketidakteraturan
dasar salurn akan menonjol dan efeknya kelihatan. Namun, nilai n dapat pula
besar pada tinggi muka air yang tinggi bila dinding saluran kasar dan
berumput.
i. Perubahan musiman. Akibat pertumbuhan musiman dari tanaman-tanaman air,
rumput dan semak-semak di saluran atau di tebing, nilai n dapat menimbulkan
perubahan faktor-faktor lainnya.
j. Endapan melayang dan endapan dasar. Bahan-bahan yang melayang dan
endapan dasar, baik yang bergerak ataupun tidak bergerak akan menyerap
energi dan menyebabkan kehilangan tinggi energi atau memperbesar
kekasaran saluran.
Dari beberapa faktor utama yang mempengaruhi nilai kekasaran, terdapat pedoman
untuk menentukannya, disepakati bahwa keadaan yang cenderung mengakibatkan
turbulensi dan menimbulkan hambatan akan memperbesar nilai n dan keadaan yang
cenderung mengurangi turbulensi dan hambatan akan memperkecil nilai n. Chow
mengembangkan suatu cara untuk memperkirakan nilai n. dengan cara ini, nilai n
dapat dihitung dengan
n = (n0 + n1 + n2 + n3 + n4)m5 ....................................................................... (10)
dimana;
29
n0 = nilai dasar n untuk saluran lurus, seragam dan halus menurut bahan-bahan
alamiah yang dikandungnya
n1 = nilai yang ditambahkan ke n0 untuk mengoreksi ketidakteraturan permukaan
n2 = nilai untuk variasi bentuk dan ukuran penampang saluran
n3 = nilai untuk hambatan
n4= nilai untuk kondisi tetumbuhan dan aliran
m5= faktor koreksi bagi belokan-belokan saluran
Nilai n0 sampai n4 dan m5 yang sesuai ditunjukan pada Tabel. 2.1 menurut kondisi
yang ada.
Tabel. 2.1 Nilai koefisien kekasaran
Keadaan saluran Nilai
30
Bahan pembentuk
Tanah
no
0.020Batu pecah 0.025
Kerikil halus 0.024Kerikil kasar 0.028
Ketidakteraturan
Halus
n1
0.000Kecil 0.005
Sedang 0.010Jelek/Besar 0.020
Variasi penampangBertahap
n20.000
Kadang berganti 0.005Sering berganti 0.010-0.015
Nilai hambatan
Dapat diabaikan
n3
0.000Kecil 0.010-0.015Cukup 0.020-0.030Besar 0.040-0.060
Tetumbuhan
Rendah
n4
0.005-0.010Sedang 0.010-0.025Tinggi 0.025-0.050
Sangat tinggi 0.050-0.100
Faktor belokanKecil
m51.000
Cukup 1.150Besar 1.300
Nilai n1, derajat ketidakteraturan disebut halus untuk permukaan yang bahan-
bahannya halus, disebut kecil untuk saluran yang digali dengan baik, yang sedikit
tererosi atau tergerus pada tebing-tebing salurannya maupun bagi saluran
pembuangan, disebut sedang untuk saluran yang cukup atau kurang baik galiannya,
agak tererosi tebingnya, dan jelek untuk tebing saluran alam, yang tererosi besar-
besaran dan tidak dibentuk kembali, dan permukaannya dari saluran yang digali pada
buatan.
Nilai n2, variasi ukuran dan bentuk penampang dianggap bertahap bila perubahan atau
bentuk terjadi secara lambat laun, kadang berganti bila penampang kadang-kadang
berganti besar atau kecil atau perubahan bentuk kadang menimbulkan kenaikan aliran
31
utama dari tepi ke tepi, dan sering berganti apabila pergantian penampang besar dan
kecil sangat sering atau bila perubahan bentuk sering menimbulkan kenaikan aliran
utama dari tepi ke tepi.
Nilai n3 ditentukan berdasarkan sifat-sifat dan adanya hambatan seperti penumpukan
ranting, tunggul kayu, akar-akaran yang menonjol, kerakal dan batang-batang kayu
yang hanyut dan menyumbat.
Nilai n4 untuk efek tetumbuhan dianggap sebagai berikut:
1. Rendah (low) untuk kondisi-kondisi:
a. Lempeng rumput tumbuh dengan lebat, dengan kedalaman rata-rata aliran 2
sampai 3 kali tinggi tetumbuhan
b. Semaian semak-semak yang lentur, dengan kedalaman rata-rata aliran 2 sampai
3 kali tinggi tetumbuhan.
2. Sedang (medium) untuk kondisi-kondisi:
a. Lempeng rumput dengan kedlaman rata-rata aliran 1 sampai 2 kali tinggi
tetumbuhan
b. Tangkai rumput pengganggu atausemaian semak yang cukup menutup
permukaan dengan kedalaman rata-rata 2 sampai 3 kali tinggi tetumbuhan
c. Tanaman belukar, cukup rapat, sepanjang tebing saluran tanpa tetumbuhan
yang berarti di dasar saluran dengan jari-jari hidrolis lebih besar dari 2 kaki.
3. Tinggi (high) untuk kondisi-kondisi:
a. Lempeng rumput dengan kedalaman rata-rata aliran yang hampir sama dengan
tinggi tetumbuhan
b. Semak-semak tanpa tetumbuhan berdaun
32
c. Musim semi dengan semak-semak disepanjang tebing saluran.
4. Sangat tinggi (very high) untuk kondisi-kondisi:
a. Lempeng rumput dengan kedalaman rata-rata aliran lebih kecil dari setengah
tinggi tetumbuhan,
b. Semak-semak berdaun di sepanjang tebing saluran
c. Pohon-pohon diselingi semak-semak dan belukar
Untuk nilai m5, besarnya belokan dianggap kecil (minor) untuk angka perbandingan 1
sampai 1,2, cukup besar (appreciable) bila angka perbandingan 1,2 sampai dengan
1,5 dan besar (severe) bila angka perbandingan 1,5 lebih.
Terdapat beberapa referensi yang dapat menunjukkan nilai kekasaran (n) Manning
untuk berbagai tipe saluran. Dalam buku karangan Chow yang berjudul Open-
Channel Hydraulics menjelaskan tentang berbagai kelompok yang luas dari nilai
kekasaran untuk sungai dan sempadannya. Nilai kekasaran untuk berbagai tipe
saluran ditampilkan pada Tabel. 2.2 berikut.
Tabel. 2.2 Nilai kekasaran (n) Manning untuk Sungai Alami
Tipe saluran dan deskripsinya Minimum Normal Maks
1. Saluran utamaa. Bersih lurus, penuh, tampa
rekahan atau ceruk dalamb. Sama dengan atas, banyak
batuan dan tanaman
0.025 0.030 0.003
33
penggangguc. Bersih, berliku, berceruk,
bertebingd. Sama dengan atas, dengan
tanaman pengganggu dan bebatuan
e. Sama dengan atas, tidak terisi penuh banyak kemiringan dan penampang tidak beraturan
f. Sama dengan poin “d”, berbatu banyak
g. Tenang pada bagian lurus, tanaman pengganggu, ceruk dalam
h. Banyak tanaman pengganggu, ceruk dalam, saluran air penuh tumbuhan kayu,ranting
0.030
0.033
0.035
0.040
0.045
0.050
0.070
0.035
0.040
0.045
0.048
0.050
0.070
0.100
0.040
0.045
0.050
0.055
0.060
0.080
0.0150
2. Sempadan Sungaia. Padang rumput tampa belukar
1. Rumput pendek2. Rumput tinggi
b. Areal pertanian1. Tampa tanaman2. Tanaman dibariskan3. Tanaman tidak dibariskan
c. Belukar1. Belukar tersebar, banyak
tanaman pengganggu2. Belukar jarang dan berpohon,
musim dingin3. Belukar jarang dan berpohon,
musim semi4. Berbelukar sedang sampai
rabat, musim dingin5. Berbelukar sedang sampai
rabat, musim semid. Pepohonan
1. Tanah telah dibersihkan, tunggul pohan,tidak bertunas
2. Sama dengan atas, dengan tunas lebat
3. Banyak batang kayu,Beberapa tumbang, ranting-
0.025
0.030
0.020
0.025
0.030
0.035
0.035
0.040
0.045
0.070
0.030
0.050
0.080
0.100
0.110
0.030
0.035
0.030
0.035
0.040
0.050
0.050
0.060
0.070
0.100
0.040
0.060
0.100
0.120
0.150
0.035
0.050
0.040
0.045
0.050
0.070
0.060
0.080
0.110
0.160
0.050
0.080
0.120
0.160
0.200
34
ranting, taraf banjir dibawah cabang pohon
4. Sama dengan atas, taraf banjir mencapai cabang pohon
5. Willow rapat, musim semi, dan lurus
3. Saluran dipegunungan, tanpa tetumbuhan disaluran, tebing umumnya curam, dengan pepohonan dan berbelukar dibawah muka air a. Dasar: kerikil,kerakal dan
sedikit batu besarb. Dasar: kerakal dengan batu
besar
0.030
0.040
0.040
0.050
0.050
0.070
Sumber: HEC-RAS, Hydrolic Reference Manual for n Manning value.
E. Program Hec-Ras
HEC-RAS adalah suatu software gabungan, yang dirancang untuk penggunaan
yang interaktif di lingkungan. Sistem ini terdiri atas Graphical User Interface
(GUI), komponen-komponen analisis hidrolik, kemampuan penyimpanan data
35
dan manajemen, grafik dan fasilitas-fasilitas pelaporan. Pada dasarnya, system
HEC-RAS berisi tiga komponen-komponen analisis hidrolik satu dimensi yaitu :
1. Perhitungan – perhitungan profil permukaan air aliran tunak (steady flow)
2. Simulasi aliran tak tunak (unsteady flow), dan
3. Perhitungan sediment transport. pembuatan model dan perhitungan-
perhitungan pengangkutan endapan serta kualitas air. HEC-RAS adalah suatu
program modeling 1-dimensional. Dalam penggunaan software ini diperlukan
pengetahuan mendalam tentang ilmu tata air untuk mengolah dan
mengkalibrasi model.
4. Perhitungan kualitas air
Kita dapat berhubungan dengan HEC-RAS melalui Graphical User Interface
(GUI). Tujuan utama di dalam perancangan alat penghubung ini untuk
membuatnya mudah digunakan. Alat penghubung tersebutterdiri dari beberapa
fungsi yaitu : Manajemen arsip, Entri Data dan Editing, Analysis hidrolik,
Pentabelan dan Graphical Displays dari Input dan Output Data, Failitas
pelaporan, Bantuan on-line.
Di dalam program HEC-RAS, kumpulan data tergabung di dalam proyek sistem
sungai. Pengguna program ini dapat melakukan berbagai macam tipe analisa
tentang pemodelan untuk formulasi beberapa rencana yang berbeda. Masing-
masing rencana mewakili kumpulan data geometri dan data aliran. Setelah data
awal dimasukkan ke dalam HEC-RAS, pemodel dapat dengan mudah
36
memformulasikan rencana baru. Setelah simulasi selesai dibuat untuk berbagai
macam rencana, hasil simulasi dapat dibandingkan dlam bentuk tabel dan grafik
yang berbeda.
Langkah utama pengembangan model hidrolis dengan HEC-RAS adalah:
1. Memulai proyek baru
2. Memasukkan data geometri aliran/sungai
3. Memasukkan data aliran
4. Melakukan perhitungan hidrolis
5. Melihat dan mencetak hasil
Program ini bisa dibuka setelah software diinstal ke dalam computer. Program ini
dapat diinstal pada computer dengan spesifikasi minimum intel Pentium 3
dengan RAM minimal 128 MB, untuk penelitian ini computer spesifikasinya
intel (R) Core (Tm) i3 CPU dengan RAM 2.00 GB.