permodelan aliran sediment di muara kali · pdf filesedimentasi di muara kali porong adalah...
TRANSCRIPT
A-345 ISBN 978-979-18342-1-6
PERMODELAN ALIRAN SEDIMENT DI MUARA KALI PORONG
Agung Slamet Riyadi1, Bambang Sarwono2, Sudiwaluyo2
1Mahasiswa Pascasarjana Teknik Sipil Jurusan Hidroinformatik FTSP-ITS
Jln. Kejawan Gebang Gg. 4 No. 8 Surabaya
[email protected] 2Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS
ABSTRAK
Kali Porong yang berfungsi sebagai saluran pengelak banjir, mengalirkan sebagian debit dari Sungai Brantas
membawa angkutan sediment yang akan berpengaruh terhadap proses sedimentasi terutama di Muara Kali Porong.
Selain karena terhambatnya aliran sungai yang mengalir ke Muara Kali Porong, penyebab lain terjadinya proses
sedimentasi di Muara Kali Porong adalah proses pasang surut air laut. Dinamika arus dan gelombang serta geometri
daerah muara sungai ini yang sering kali menimbulkan proses sedimentasi yang lebih cepat dan besar.Pada akhir
bulan Mei 2006 terjadi semburan lumpur panas di lokasi pengeboran PT Lapindo Brantas di Desa Renokenongo,
Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo. Semburan lumpur panas ini dibuang ke Kali Porong, yang secara langsung
menambah jumlah sediment yang mengalir di Kali Porong yang dapat mempengaruhi morfologi Muara Kali
Porong. Untuk itu diperlukan suatu penelitian tentang permodelan aliran sediment di Muara Kali Porong yang dapat
digunakan untuk mengetahui pola aliran sediment di Muara Kali Porong. Permodelan aliran sediment di Muara Kali
Porong pada penelitian ini menggunakan program bantu SMS (Surface water Modeling System). Dari hasil kalibrasi
di tiga titik pengukuran pada cross KP 250, didapatkan lima model aliran ditribusi kecepatan dan tinggi muka air
dengan nilai Koefisien Manning antara 0.03 sampai 0.06 dan nilai Viskositas Eddy antara 3000 sampai 4000 Pa
detik. Sedangkan untuk jumlah konsentrasi sedimen yang terjadi, pada titik pengukuran (KP 250) terjadi proses
sedimentasi antara 1.2702 sampai 1.2767.
Kata kunci : permodelan sediment, Muara Kali Porong, SMS.
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sungai Brantas merupakan salah satu sungai di Pulau Jawa
dengan panjang 320 km dan luas catchment 12000 km2. Di
bagian hilir Sungai Brantas tepatnya di Dam Mlirip
Kabupaten Mojokerto, Sungai Brantas terpecah menjadi
dua cabang, yaitu : Kali Surabaya dan Kali Porong. Kali
Surabaya mempunyai panjang 55 km mengalir melalui
Kota Surabaya dan bermuara ke Selat Madura. Kali
Surabaya berfungsi sebagai sumber penyedia air industri
dan air minum kota Surabaya. Kali Porong mempunyai
panjang 51 km, berhulu di Kota Mojokerto, bagian hilirnya
merupakan perbatasan Kota Sidoarjo dan Kabupaten
Pasuruan, mengalir ke arah timur dan bermuara di Selat
Madura. Kali Porong berfungsi sebagai saluran pengelak
banjir. Debit yang mengalir ke Kali Surabaya dan Kali
Porong diatur oleh Dam Lengkong Baru.
Kali Porong yang mengalirkan sebagian debit dari Sungai
Brantas membawa angkutan sediment yang akan
berpengaruh terhadap proses sedimentasi terutama di
Muara Kali Porong dan mengakibatkan terhambatnya aliran
sungai serta majunya posisi muara sungai.
Selain karena terhambatnya aliran sungai yang mengalir ke
Muara Kali Porong, penyebab lain terjadinya proses
sedimentasi di Muara Kali Porong adalah proses pasang
surut air laut serta perbedaan densitas air laut dan air
sungai. Dinamika arus dan gelombang serta geometri
daerah muara sungai ini yang sering kali menimbulkan
proses sedimentasi yang lebih cepat dan besar.
Pada akhir bulan Mei 2006 terjadi semburan lumpur panas
di lokasi pengeboran PT Lapindo Brantas di Desa
Renokenongo, Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo.
Semburan lumpur panas ini menyebabkan tergenangnya
beberapa kawasan di sekitar Kecamatan Porong.
Solusi dari masalah semburan lumpur panas ini adalah
dibuangnya lumpur panas tersebut ke Kali Porong, yang
secara langsung menambah jumlah sediment yang mengalir
di Kali Porong yang dapat mempengaruhi morfologi Muara
Kali Porong.
Untuk itu diperlukan suatu penelitian mengenai permodelan
aliran sedimen di Muara Kali Porong. Permodelan aliran
sedimen yang akan dibuat menggunakan program bantu
SMS (Surface water Modeling System).
1.2. Permasalahan
Permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini
adalah untuk mengetahui parameter-parameter permodelan
yang dominan terhadap pola aliran sediment di Muara Kali
Porong. Secara detail permasalahan yang akan dibahas
meliputi :
1. Bagaimana karakteristik fisik sediment yang mengalir ke
Muara Kali Porong.
2. Bagaimana bentuk permodelan aliran sedimen di Muara
Kali Porong.
3. Parameter-parameter model apa saja yang berpengaruh
terhadap pola aliran sedimen di Muara Kali Porong,
sehingga mempengaruhi kondisi morfologi Muara Kali
Porong.
1.3. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah
mendapatkan suatu permodelan aliran sediment di Muara
Kali Porong dengan parameter-parameter permodelan yang
cukup signifikan. Secara detail tujuan yang akan dicapai
dijabarkan sebagai berikut :
1. Mengetahui karakteristik fisik sediment yang mengalir
ke Muara Kali Porong.
2. Mengetahui bentuk permodelan aliran sediment di Muara
Kali Porong.
3. Mengetahui parameter-parameter dalam program Surface
Water Modeling System yang mempunyai pengaruh
A-346 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
secara signifikan terhadap pola aliran sedimen di Muara
Kali Porong.
1.4. Manfaat
Manfaat yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :
1. Permodelan hasil penelitian akan menghasilkan
informasi atau gambaran mengenai pola penyebaran
sedimen yang dapat digunakan untuk memprediksi pola
aliran sedimen di Muara Kali Porong.
2. Diharapkan dari permodelan pola penyebaran sedimen di
Muara Kali Porong didapatkan informasi yang bisa
digunakan untuk referensi pembangunan fasilitas di
Muara Kali Porong
3. Sebagai acuan untuk permodelan di daerah lain yang
mempunyai karakteristik sama.
1.5. Batasan Masalah
Dalam pengerjaan penelitian ini terdapat beberapa batasan
masalah, antara lain :
1. Daerah studi dibatasi pada Muara Kali Porong pada cross
section KP 247 sampai KP 255.
2. Data-data yang digunakan sebagai input permodelan
merupakan data primer hasil pengukuran lapangan.
3. Sedimen yang diperhitungkan berasal dari angkutan
aliran sungai. Sedimen yang berasal dari sumber lain
dianggap kecil (diabaikan).
4. Program bantu yang akan digunakan dalam penelitian ini
adalah Surface Water Modeling System (SMS).
1.6. Lokasi Studi
Lokasi penelitian adalah Muara Kali Porong. Karena
keterbatasan data dan software yang akan digunakan, maka
lokasi penelitian dibatasi antara cross section KP 247 (batas
hulu) sampai cross section KP 255 (batas hilir). Untuk
lebih jelasnya peta lokasi dapat dilihat dalam gambar 1.1
berikut :
Gambar 1.1 : Lokasi penelitian permodelan sedimen di
Muara Kali Porong
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kajian Pustaka
Berbagai penelitian tentang sedimen telah menunjukkan
akibat dari proses sedimentasi yang berkelanjutan. Proses
sedimentasi bisa menyebabkan pendangkalan sungai yang
dapat mengakibatkan kapasitas saluran bisa berkurang,
dapat juga menyebabkan timbulnya endapan di daerah
muara sehingga bertambah panjangnya daratan ke laut.
Oleh karena itu berbagai cara sudah ditempuh untuk
menanggulangi proses sedimentasi di sungai dan daerah
muara antara lain dengan pengerukan saluran dan
dibangunnya fasilitas-fasilitas pengendali sedimen.
Di Kali Porong, yang berfungsi sebagai saluran pengelak
banjir, alirannya membawa sedimen yang akan
berpengaruh terhadap perubahan morfologi Kali Porong
tersebut.
Pribowo (2001), dalam tesisnya telah melakukan penelitian
tentang proses sedimentasi di Muara Kali Porong dengan
menggunakan model matematis Duflow. Duflow
merupakan model matematis satu dimensi yang berarti
bahwa model matematis tersebut hanya mampu
memodelkan perubahan objek, baik tinggi muka air
maupun sedimen, satu arah secara vertikal.
Dalam penelitian ini akan dilakukan penelitian mengenai
model sedimentasi di Muara Kali Porong dengan
menggunakan program bantu SMS (Surface water
Modeling System). Model matematis ini merupakan model
matematis dua dimensi yang dapat memperlihatkan proses
perubahan objek pada dua arah, yaitu perubahan arah x
(melintang) dan arah y (memanjang) dalam koordinat
kartesius secara horizontal.
2.2. Debit
Debit aliran sungai, diberi notasi Q, adalah jumlah air yang
mengalir melalui penampang melintang sungai tiap satu
satuan waktu, yang biasanya dinyatakan dalam meter kubik
per detik (Triatmodjo, 2008). Debit di suatu lokasi di
sungai dapat diperkirakan dengan cara berikut :
1. Pengukuran di lapangan (di lokasi yang ditetapkan)
2. Berdasarkan data debit dari stasiun di dekatnya
3. Berdasarkan data hujan
4. Berdasarkan pembangkitan data debit
2.3. Teori Pengukuran Debit
Debit aliran diperoleh dengan mengalikan luas penampang
aliran dan kecepatan aliran. Kedua parameter tersebut dapat
diukur pada suatu penampang melintang di sungai. Luas
penampang aliran diperoleh dengan mengukur elevasi
permukaan air dan dasar sungai. Kecepatan aliran diukur
dengan menggunakan alat ukur kecepatan seperti current
meter, pelampung, atau peralatan lain.
Gambar 2.1 : Distribusi kecepatan di penampang melintang
sungai
Mengingat bahwa sungai mempunyai bentuk penampang
melintang yang tidak teratur dan kecepatan aliran juga tidak
seragam pada seluruh penampang, maka pengukuran debit
sungai dilakukan dengan membagi penampang sungai
menjadi sejumlah pias. Di setiap pias diukur luas
A-347 ISBN 978-979-18342-1-6
penampang dan kecepatan reratanya. Debit aliran diberikan
oleh bentuk berikut :
…………………………...………….. (2.1)
dimana :
a = luasan dari setiap pias
v = kecepatan rerata di setiap pias
2.4. Pengukuran elevasi muka air
Elevasi muka air di stasiun pengukuran merupakan
parameter penting dalam hidrometri. Elevasi tersebut
diukur terhadap datum (elevasi referensi) yang bisa berupa
elevasi muka air laut rerata atau datum local (bench mark).
Alat pencatat elevasi muka air dapat berupa papan duga
dengan meteran (staff gauge) atau alat pengukur elevasi
muka air secara otomatis (AWLR, Automatic Water Level
Recorder).
Gambar 2.2 : Pengukur elevasi muka air secara otomatis
2.5. Pengukuran kecepatan aliran
Pengukuran kecepatan air dapat dilakukan secara langsung
dengan menggunakan current meter. Pengukuran kecepatan
arus dengan current meter adalah yang paling banyak
dilakukan. Ada dua tipe alat ukur yaitu tipe mangkok
(Price-cup Current Meter) dan baling-baling (Propeller
Current Meter).
Gambar 2.3 : Bentuk current meter tipe mangkok dan
baling-baling
Pengukuran dilakukan di beberapa titik pada vertikal, yang
selanjutnya dievaluasi untuk mendapatkan kecepatan rerata.
Untuk menyingkat waktu dan menghemat biaya,
pengukuran dapat dilakukan hanya di beberapa titik pada
vertikal, yaitu pada 0,6 d; 0,2 d; dan 0,8 d; dengan d adalah
kedalaman aliran.
Gambar 2.4. Pengukuran kecepatan pada vertical
2.6. Surface water Modelling System (SMS)
Surface water Modeling System (SMS) merupakan program
yang dirancang untuk dapat menyelesaikan secara terpadu
terhadap persamaan-persamaan aliran dinamik dan
transportasi sedimen dua dimensi horizontal. Untuk
penyelesaian masalah transportasi sedimen maka
analisisnya melibatkan dua buah sub program yaitu RMA 2
dan SED2D-WES. RMA 2 merupakan sub program untuk
penyelesaian persamaan dinamik aliran dua dimensi dan
SED2D-WES untuk penyelesaian persamaan transportasi
sedimen.
2.7. Persamaan Dasar
RMA2 melakukan analisa pola arus dan kecepatannya
secara dua dimensi, yang menggunakan persamaan-
persamaan berikut:
…..……... (2.2)
dimana:
h = Kedalaman air
u,v = Kecepatan pada koordinat kartesius
x,y,t = Koordinat kartesius dan waktu
2.8. Gaya Gesek Dan Kekuatan Aliran Dasar
Kekasaran dasar adalah salah satu masalah utama yang
diperiksa oleh RMA2. Tegangan dasar geser dirumuskan :
…………………………………….…...… (2.3)
dimana :
= Tegangan geser
= Densitas fluida
g = Kecepatan gravitasi
R = Radius hidrolik
S = Kemiringan (slope)
Tegangan geser dihitung oleh Persamaan Manning jika
masukan nilai kekasaran < 3.0, jika berlebih maka dipakai
Persamaan Chezy. Umumnya, dipilih Koefisien Manning
(n) dan nilai kekasaran ini dapat ditambahkan dalam global
mesh sebagai tipe material, atau tingkat element. Dari
referensi US Army Corps of Engineers publication EM
1110-2-1601 “Hydraulic Design of Flood Control
Channels”, Appendix J: “Methods for Predicting n-values
for the Manning Equation”, harga Koefisien Manning
dikelompokkan seperti pada Tabel 2.1 berikut :
Tabel 2.1 Nilai Koefisien Manning menurut US Army
0.015 – 0.020 Permukaan halus tanpa vegetasi
0.020 – 0.025 Saluran dengan dasar pasir
0.034 (d50)1/6
Saluran rip-rap (d50 = 50 % ukuran
partikel campuran lebih halus dari ukuran
partikel)
0.075 – 0.150 Vegetasi permukaan yang rapat
(US Army Corps of Engineers publication)
A-348 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Persamaan Manning untuk aliran uniform adalah :
………………...………… (2.4)
dimana:
v = Kecepatan
n = Nilai Manning
2.9. Turbulensi
Persamaan yang digunakan untuk menghitung bersarnya
turbulensi adalah sebagai berikut :
……………..…..…… (2.5)
dimana:
= Molecular Viscosity
u’,v’ = Turbulensi yang terjadi seketika dalam
kecepatan seketika
2.10.Analisa Sedimen
Analisa sedimentasi diperlukan untuk mengetahui tingkat
sedimentasi pada suatu pantai, sehingga bisa diketahui
tingkat keamanan sebuah struktur yang dibangun dari
adanya sedimentasi. Analisa sedimentasi dilakukan dengan
SED2D-WES. Adapun output yang dihasilkan adalah
konsentrasi sedimen, perubahan dasar, tegangan geser dasar
laut, dan kedalaman yang disajikan secara numerik dan
animasi.
Persamaan-persamaan dasar yang dipakai adalah sebagai
berikut :
1. Persamaan Convection-Diffusion
……………………………………………….…... (2.6)
dimana:
C = Konsentrasi, kg/m3
t = Waktu
u = Kecepatan aliran pada arah x, m/det
x = Arah aliran utama, m
v = Kecepatan aliran pada arah y, m/detik
y = Arah tegak lurus terhadap x, m
Dx = Koefisien difusi efektif pada arah x, m2/detik
Dy = Koefisien difusi efektif pada arah y, m2/detik
1 = Koefisien untuk bentuk dasar, 1/detik
2 = Konsentrasi equilibrium dari bagian bentuk dasar
kg/m3/detik
2. Tegangan Geser Dasar
Beberapa persamaan bisa dipilih untuk menghitung
tegangan dasar geser yaitu :
………………………...………..…… (2.7)
dimana :
= Water density
u* = Shear velocity
2.11. Uji Kesesuaian Program SMS
Pengukuran tingkat kesesuaian model dilakukan dengan
menggunakan indikator Root Mean Square Error (RMSE).
RMSE direpresentasikan sebagai rata-rata kuadrat
simpangan (selisih) antara nilai prediksi dengan nilai target.
Nilai RMSE semakin kecil menunjukkan bahwa rata-rata
nilai peramalan yang dihasilkan sangat dekat dengan nilai
yang sebenarnya.
…….………..………. (2.8)
dimana :
i = nomor node
N = jumlah node
xi = data target
= data prediksi
3. METODOLOGI
3.1. Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian ini dilakukan di Muara Kali Porong.
Penelitian ini meneliti tentang pergerakan sediment.
Sediment yang akan dibuat pemodelan berasal dari
angkutan aliran sungai, sedimen yang berasal dari sumber
lain dianggap kecil (diabaikan). Permodelan sediment di
muara Kali Porong menggunakan program bantu model
aliran tidak tetap (unsteady flow) dua dimensi dari SMS
(Surface water Modeling System).
3.2. Pengumpulan Data
Data-data yang diperlukan sebagai inputan untuk
memodelkan aliran lumpur di Muara Kali Porong pada
software SMS adalah data-data primer dan sekunder. Data-
data primer berupa data sedimen yang terdapat pada aliran
sungai, data debit, data tinggi muka air dan data kecepatan
aliran sungai. Data kecepatan aliran sungai diukur dengan
menggunakan Current Meter, sedangkan untuk data tinggi
muka air diukur dengan menggunakan bak ukur.
Pengukuran dilakukan di batas hulu dan batas hilir penggal
yang akan diteliti.
Sedangkan untuk data sekunder berupa data cross dan peta
situasi Muara Kali Porong. Data cross section Muara kali
Porong merupakan data cross section hasil pengukuran
tahun 2007, didapat dari PT Virama Karya Cabang
Surabaya.
3.3. Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang akan dilakukan dalam pemodelan
aliran sedimen di Muara Kali Porong ini adalah :
1. Identifikasi Masalah
Mengetahui dan mengidentifikasi permasalahan yang ada
dalam penelitian ini, kemudian menuangkan secara tertulis
di dalam pendahuluan yang mencakup latar belakang,
permasalahan, tujuan, batasan masalah, metodologi dan
lokasi studi.
2. Studi Literatur
Studi literatur dimaksudkan untuk mendapatkan referensi
dan memperoleh informasi yang lebih detail tentang teori-
teori yang diperlukan dan terkait dalam menganalisa
permasalahan yang menjadi pokok bahasan dalam
penelitian ini. Literatur dapat juga berasal dari buku-buku,
laporan studi, laporan perencanaan, makalah penelitian, dan
lain-lain.
3. Pengumpulan Data dan Survey Lapangan
Pengumpulan data dan survey lapangan dilakukan untuk
mengetahui kondisi fisik Muara Kali Porong secara
langsung dan untuk mendapatkan data primer yang
diperlukan apabila data sekunder kurang memenuhi syarat.
4. Analisa Data
Analisa data diperlukan untuk mengetahui apakah data
tersebut dapat digunakan sebagai data penelitian atau tidak.
Apabila data tidak dapat digunakan maka diperlukan
survey lapangan untuk mendapatkan data primer yang
dibutuhkan.
A-349 ISBN 978-979-18342-1-6
5. Running Program
Setelah data-data yang diperlukan memenuhi syarat,
kemudian variable-variabel data tersebut dimasukkan
kedalam program SMS untuk simulasi model. Langkah
selanjutnya model dikaji dalam berbagai kondisi hidrolis
seperti yang diinginkan seperti kondisi pasang-surut,
berbagai debit periode ulang, dsb.
6. Analisa Model
Kalibrasi model bertujuan untuk mendapatkan faktor
tahanan aliran dengan cara trial dan error sedemikian
hingga didapat suatu model yang mendekati hasil dari
pengukuran di lapangan atau sesuai dengan kondisi di
alam, sehingga model dapat dipakai untuk menganalisa
berbagai fenomena perubahan variable dan dapat
digunakan untuk peramalan.
7. Kesimpulan
Merupakan kesimpulan dan saran mengenai output
pemodelan sedimen yang telah dibuat.
3.4. Flow Chart Penelitian
Bagan alir dari penelitian tentang pemodelan aliran
sedimen di Muara Kali Porong dapat dilihat pada gambar
3.1 berikut :
START
Data Tinggi
Muka Air
Data
Kecepatan
Data
Sedimen
Data Debit
Analisa RMA2 dengan
Program SMS
Kalibrasi
Kecepatan
Parameter Analisa
RMA2
NO
YES
Analisa SED2WES dengan
Program SMS
Output :
Model Sedimen
FINISH
Gambar 3.1 : Bagan alir pemodelan aliran sedimen di
Muara Kali Porong
3.5. Skematisasi Model
Skematisasi tentang pemodelan aliran sedimen di Muara
Kali Porong dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut :
Gambar 3.2 : Skematisasi pemodelan aliran sedimen di
Muara Kali Porong
4. DATA DAN HASIL ANALISA
4.1. Analisa Data Tinggi Muka Air
Untuk penentuan kondisi batas pada model dilakukan
pengukuran di lapangan. Pengukuran dilakukan di daerah
hulu muara (KP 250) sedangkan di daerah hilir (KP 255).
Pengukuran yang dilakukan meliputi pengukuran kecepatan
dan pengukuran tinggi muka air.
Tabel 4.1 Tabel hasil pengukuran tinggi muka air di KP
250
Jam Sec 1 Sec 2 Sec 3
8:00 5.70 4.31 3.40
8:30 5.80 4.41 3.50
9:00 5.80 4.41 3.50
9:30 5.90 4.51 3.60
10:00 6.00 4.61 3.70
10:30 6.00 4.61 3.70
11:00 6.20 4.81 3.90
11:30 6.10 4.71 3.80
12:00 6.00 4.61 3.70
12:30 6.00 4.61 3.70
13:00 5.80 4.41 3.50
13:30 5.70 4.31 3.40
14:00 5.70 4.31 3.40
14:30 5.60 4.21 3.30
15:00 5.40 4.01 3.10
15:30 5.30 3.91 3.00
16:00 5.30 3.91 3.00
16:30 5.00 3.61 2.70
17:00 4.90 3.51 2.60
17:30 4.90 3.51 2.60
18:00 4.80 3.41 2.50
A-350 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Gambar 4.1 : Grafik hasil pengukuran tinggi muka air di
KP 250
Sedangkan hasil pengukuran tinggi muka air pada KP 255
digunakan sebagai inputan (batas hilir) pada permodelan.
Pengukuran dilakukan di tengah cross section. Tabel 4.2
berikut adalah tabel hasil pengukuran tinggi muka air di KP
255 dalam meter :
Tabel 4.2 Tabel hasil pengukuran tinggi muka air di KP
255
Jam Tinggi Muka Air Jam Tinggi Muka Air
8:00 2.58 13:30 2.64
8:30 2.71 14:00 2.55
9:00 2.88 14:30 2.41
9:30 2.90 15:00 2.30
10:00 3.00 15:30 2.22
10:30 3.04 16:00 2.04
11:00 3.10 16:30 1.75
11:30 3.00 17:00 1.64
12:00 3.00 17:30 1.58
12:30 2.96 18:00 1.44
13:00 2.82
Gambar 4.2 : Grafik hasil pengukuran tinggi muka air di
KP 255
4.2. Analisa Data Kecepatan
Pengukuran kecepatan dilakukan pada cross section KP
250 di tiga section pada tiga kedalaman, yaitu kedalaman
0.2 h, 0.6 h dan 0.8 h. Pengukuran dilakukan dengan
menggunakan Current Meter. Hasil pengukuran digunakan
untuk menghitung besarnya debit yang mengalir. Tabel 4.3
berikut adalah tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP
250 dalam satuan centimeter per detik :
Tabel 4.3 Tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP 250
Jam
Kecepatan (m/dtk)
Section 1 Section 2 Section 3
0.2h 0.6h 0.8h 0.2h 0.6h 0.8h 0.2h 0.6h 0.8h
8:00 60 60 40 60 50 40 60 50 40
8:30 60 60 50 70 60 60 60 60 60
9:00 60 40 30 60 50 50 70 70 60
9:30 60 50 40 70 60 60 60 50 50
10:00 50 50 30 70 50 50 70 60 60
10:30 60 50 50 60 50 60 70 50 40
11:00 40 40 40 70 60 60 60 50 50
11:30 60 50 40 60 60 60 70 70 40
12:00 50 50 40 70 50 50 70 60 50
12:30 60 60 60 70 60 60 70 70 60
13:00 50 50 30 70 60 50 70 70 60
13:30 50 40 30 60 50 40 60 60 80
14:00 50 50 40 50 50 50 50 60 50
14:30 50 50 60 70 50 50 50 50 40
15:00 50 50 50 50 60 60 50 50 50
15:30 70 50 50 70 60 60 60 50 50
16:00 70 50 50 60 60 50 60 60 60
16:30 70 50 40 60 60 50 70 70 60
17:00 60 50 50 70 60 60 50 50 50
17:30 60 50 40 70 70 60 70 50 50
18:00 50 40 40 60 60 60 50 50 40
Hasil pengukuran kecepatan menggunakan Current Meter
perlu dilakukan kalibrasi alat sebesar 0.8. Setelah itu
dilakukan perhitungan kecepatan rerata masing-masing
section dengan menggunakan Metode Tiga Titik.
Tabel 4.4 Tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP 250
Jam Kecepatan (m/dtk)
Jam Kecepatan (m/dtk)
Sec 1 Sec 2 Sec 3 Sec 1 Sec 2 Sec 3
8:00 0.43 0.40 0.40 13:30 0.32 0.40 0.53
8:30 0.45 0.51 0.48 14:00 0.37 0.40 0.43
9:00 0.35 0.43 0.53 14:30 0.43 0.45 0.37
9:30 0.40 0.51 0.43 15:00 0.40 0.45 0.40
10:00 0.35 0.45 0.51 15:30 0.45 0.51 0.43
10:30 0.43 0.45 0.43 16:00 0.45 0.45 0.48
11:00 0.32 0.51 0.43 16:30 0.43 0.45 0.53
11:30 0.40 0.48 0.48 17:00 0.43 0.51 0.40
12:00 0.37 0.45 0.48 17:30 0.40 0.53 0.45
12:30 0.48 0.51 0.53 18:00 0.35 0.48 0.37
13:00 0.35 0.48 0.53
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
7:12 12:00 16:48 21:36
Tin
ggi M
uka
Air
(m
)
Jam
Tinggi Muka Air KP 250
Tinggi Muka Air Section 1
Tinggi Muka Air Section 2
Tinggi Muka Air Section 3
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
7:12 12:00 16:48 21:36
Tin
ggi M
uka
Air
(m
)
Jam
Tinggi Muka Air KP 255
Tinggi Muka Air Section 2
A-351 ISBN 978-979-18342-1-6
Gambar 4.3 : Grafik hasil pengukuran kecepatan di KP 250
4.3. Analisa Data Debit
Perhitungan debit diperoleh dari hasil perhitungan antara
tinggi muka air dan kecepatan di KP 250. Debit hasil
perhitungan pada KP 250 digunakan sebagai inputan batas
hulu permodelan yaitu di KP 247. Hal ini dilakukan dengan
anggapan bahwa aliran debit antara KP 247 sampai KP 250
tidak dipenggaruhi oleh debit masukan atau debit keluaran
sepanjang aliran antara KP 247 sampai KP 250. Tabel
berikut adalah hasil perhitungan debit pada KP 250 dalam
meter kubik per detik :
Tabel 4.5 Tabel hasil perhitungan debit pada KP 250
Jam Debit (m3/dtk)
Total Debit Section 1 Section 2 Section 3
8:00 148.327 99.736 87.3801 335.443
8:30 161.142 129.143 107.789 398.074
9:00 123.226 108.752 119.765 351.744
9:30 145.312 131.954 98.419 375.685
10:00 128.648 120.579 119.968 369.195
10:30 158.336 120.579 101.026 379.941
11:00 123.757 140.386 106.239 370.382
11:30 151.568 130.334 116.587 398.489
12:00 138.544 120.579 113.654 372.777
12:30 178.128 134.764 126.282 439.175
13:00 123.226 122.346 119.765 365.338
13:30 111.245 99.736 116.507 327.488
14:00 129.786 99.736 93.2055 322.727
14:30 144.99 110.519 79.2739 334.783
15:00 129.672 105.49 80.0486 315.21
15:30 143.417 115.089 82.7784 341.285
16:00 143.417 102.975 93.1257 339.517
16:30 124.971 95.4301 93.6976 314.099
17:00 121.635 103.846 67.8294 293.31
17:30 114.032 109.312 76.8733 300.218
18:00 96.1171 95.718 61.0265 252.862
Grafik berikut adalah grafik hasil perhitungan debit pada
KP 250 dalam meter kubik per detik :
Gambar 4.4 : Grafik hasil perhitungan debit KP 250
4.4. Analisa Data Sedimen
Sampel sedimen diambil di dua lokasi, yaitu KP 250 dan
KP 255 pada pukul 08:00. Sampel sedimen yang diambil
adalah sampel suspended dan sampel bedload. Masing-
masing sampel diambil di tengah penampang melintang
Muara Kali Porong. Untuk sampel suspended diambil di
tiga kedalaman, yaitu : 0.2 h, 0.6 h dan 0.8 h.
Tabel 4.6 Tabel hasil analisa bedload sedimen KP 250
Diameter
Tertahan
Berat Prosen
Total Contoh ∑
(mm) (gram) (gram) (%) (%)
7.9 41 0 0.00 0.00
4.76 41 0 0.00 0.00
3.36 41 0 0.00 0.00
2 42 1 0.32 0.32
1 43 2 0.64 0.96
0.5 48 7 2.24 3.21
0.25 48 7 2.24 5.45
0.125 75 34 10.90 16.35
0.075 82 41 13.14 29.49
Tabel 4.7 Tabel hasil analisa bedload sedimen KP 255
Diameter
Tertahan
Berat Prosen
Total Contoh ∑
(mm) (gram) (gram) (%) (%)
7.9 41 0 0.00 0.00
4.76 41 0 0.00 0.00
3.36 41 0 0.00 0.00
2 42 1 0.25 0.25
1 48 7 1.77 2.02
0.5 59 18 4.55 6.57
0.25 105 64 16.16 22.73
0.125 208 167 42.17 64.90
0.075 112 71 17.93 82.83
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
7:12 12:00 16:48 21:36
Ke
cep
atan
(m/d
tk)
Jam
Kecepatan KP 250
Section 1
Section 2
Section 3 0,000
100,000
200,000
300,000
400,000
500,000
7:12 12:0016:4821:36
De
bit
(m
3 /d
tk)
Jam
Debit KP 250
Debit Sec 1
Debit Sec 2
Debit Sec 3
Total Debit
A-352 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Tabel 4.8 Tabel hasil analisa suspended sedimen di KP
250
Lokasi Hulu Titik 250
Date 12 Mei 12 Mei 12 Mei
Time 08:00 08:00 08:00
Gauge Height
Sampling STA 0.2 0.6 0.8
Temp. and Spec. Cond
Remarks 1 2 3
Weight of Gross (gr) 584 576 602
Sediment Tare (gr) 38 38 38
Net (gr) 546 538 564
Container No.
Weight of Gross (gr) 1.5794 1.6336 1.6483
Sediment Tare (gr) 1.4864 1.5417 1.5632
Net (gr) 0.093 0.0919 0.0851
D.S. Corr.
Net (gr) 0.093 0.0919 0.0851
Conc. (ppm) 159 160 141
Tabel 4.9 Tabel hasil analisa suspended sedimen di KP
255
Lokasi Hilir Titik 255
Date 12 Mei 12 Mei 12 Mei
Time 08:00 08:00 08:00
Gauge Height
Sampling STA 0.2 0.6 0.8
Temp. and Spec. Cond
Remarks 4 5 6
Weight of Gross (gr) 551 373 608
Sediment Tare (gr) 39 39 39
Net (gr) 512 334 569
Container No.
Weight of Gross (gr) 1.5664 1.5588 1.6274
Sediment Tare (gr) 1.4943 1.5086 1.5506
Net (gr) 0.0721 0.0502 0.0768
D.S. Corr.
Net (gr) 0.0721 0.0502 0.0768
Conc. (ppm) 131 135 126
4.5. Permodelan Dengan Surface water Modeling
System (SMS)
4.5.1. Penyusunan Jaringan Elemen Hingga
Penyusunan jaringan elemen hingga pada model Surface
water Modeling System (SMS) dilakukan dengan mengikuti
langkah-langkah sebagai berrikut :
1. Import file dxf dari AutoCad
Titik-titik yang akan dibuat menjadi jaringan elemen
hingga (mesh) dibuat dengan memanfaatkan peta
bathymetri yang sebelumnya sudah disimpan dalam bentuk
format file *.dfx pada program AutoCad. Ukuran jarak
yang digunakan pada waktu digitasi adalah meter.
2. Pendistribusian point arc
Pendistribusian point arc pada feature arc bertujuan untuk
menentukan besarnya jarak antar node. Sebagai contoh,
apabila pada kolom spacing diisi angka 10, berarti elemen
yang akan dibuat nanti mempunyai jarak antar node sebesar
10 meter. Semakin kecil angka spacing maka semakin
halus elemen yang akan dibuat.
3. Membuat scater set
Tujuannya adalah membuat semua elevasi arc node
menjadi elevasi scatter set.
4. Membuat polygon
Membuat polygn pada model bertujuan untuk
mengidentifikasi daerah-daerah yang akan di buat jaringan-
jaringan elemen hingganya (mesh).
5. Meshing
Proses meshing adalah proses penbentukan jaringan-
jaringan elemen hingga pada model. Agar proses analisis
lebih cepat, maka dilakukan proses pengurutan kembali
nomor-nomor elemen. Proses pengurutan elemen bisa
diurutkan dari hulu maupun dari hilir model .Gambar
berikut merupakan hasil penyusunan jaringan elemen
hingga pada model.
Gambar 4.7 Gambar hasil meshing pada model Muara Kali
Porong
4.5.2. Pengaturan Kontrol Model
Pengaturan kontrol model dimaksudkan untuk memperoleh
suatu hasil perhitungan yang sesuai dengan kondisi
pengukuran. Kontrol model yang digunakan dalam analisis
ini adalah :
1. Satuan yang digunakan adalah meter
2. Tipe simulasi yang digunakan adalah dynamic state
untuk solusi aliran transient (time series).
3. Jumlah iterasi hitungan yang digunakan adalah 4 untuk
initial solution.
4. Untuk waktu komputasi digunakan time step size
sebesar 0.5, number of time steps sebesar 20, maximum
time 10, first time step adalah 0.
4.6. Running Sub Program RMA2
Analisa ini dimaksudkan untuk mengetahui besarnya
pengaruh perubahan nilai parameter hidraulik berupa
Koefisien Eddy dan Koefisien Manning terhadap
perubahan pola distribusi kecepatan dan tinggi muka air
pada model. Sistematika analisa tersebut dijelaskan dalam
diagram berikut :
A-353 ISBN 978-979-18342-1-6
Hasil
pengukuran
Trial nilai Koefisien Eddy :
E = 2000 Pascal-sec
E = 3000 Pascal-sec
E = 4000 Pascal-sec
E = 5000 Pascal-secInput
model
Output model :
1. Pola distribusi kecepatan
2. Pola distribusi ketinggian
muka airTrial nilai Koefisien Manning :
n = 0.03
n = 0.04
n = 0.05
n = 0.06
Gambar 4.8 Sistematika analisa perubahan parameter pada
model
Sebagai indikator tingkat kesesuaian model dihitung
dengan menggunakan nilai RMSE (Root Mean Square
Error). Perhitungan nilai RMSE pada model dilakukan di
tiga titik node, yaitu : pada node 1042, node 1049, dan node
1063. Node-node tersebut mewakili lokasi-lokasi
pengukuran di KP 250 Muara Kali Porong. Berikut adalah
grafik hasil simulasi model :
Gambar 4.9 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model di
node 1042
Gambar 4.10 : Grafik hasil simulasi tinggi muka air pada
model di node 1042
Gambar 4.11 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model
di node 1049
Gambar 4.12 : Grafik hasil simulasi tinggi muka air pada
model di node 1049
Gambar 4.13 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model
di node 1063
Gambar 4.14 : Grafik hasil simulasi tinggi muka air pada
model di node 1063
Setelah mendapatkan output hasil analisa RMA2 pada
Program SMS berupa tinggi muka air dan kecepatan. Maka
dilakukan hasil kalibrasi dengan hasil pengukuran tinggi
muka air dan kecepatan di KP 250. Tabel berikut
menunjukkan besarnya RMSE (Root Mean Square Error)
pada lokasi kalibrasi model (KP 250) pada masing-masing
section :
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,00 5,00 10,00
v (m
/dtk
)
jam ke-i
Kecepatan (Node 1042)
Pengukuran
Plan 33
Plan 43
Plan 35
Plan 45
Plan 46
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
6,50
0,00 5,00 10,00
Tin
ggi M
uka
Air
(m
)
jam ke-i
Tinggi Muka Air (Node 1042)
Pengukuran
Plan 33
Plan 43
Plan 35
Plan 45
Plan 46
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,00 5,00 10,00
v (m
/dtk
)
jam ke-i
Kecepatan (Node 1049)
Pengukuran
Plan 33
Plan 43
Plan 35
Plan 45
Plan 46
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
0,00 5,00 10,00
Tin
ggi M
uka
Air
(m
)
jam ke-i
Tinggi Muka Air (Node 1049)
Pengukuran
Plan 33
Plan 43
Plan 35
Plan 45
Plan 46
0,300,350,400,450,500,55
0,00 5,00 10,00
v (m
/dtk
)
jam ke-i
Kecepatan (Node 1063)
Pengukuran
Plan 33
Plan 43
Plan 35
Plan 45
Plan 46
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
0,00 5,00 10,00
Tin
ggi M
uka
Air
(m
)
jam ke-i
Tinggi Muka Air (Node 1063)
Pengukuran
Plan 33
Plan 43
Plan 35
Plan 45
Plan 46
A-354 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Tabel 4.10 Tabel hasil perhitungan nilai RMSE pada sec 1
Plan Viskositas Koefisien RMSE
Eddy Manning Kecepatan Tinggi MA
33 3000 0.03 0.033 0.139
43 4000 0.03 0.034 0.136
34 3000 0.04 0.033 0.127
44 4000 0.04 0.033 0.126
35 3000 0.05 0.037 0.114
45 4000 0.05 0.033 0.111
36 3000 0.06 0.035 0.104
46 4000 0.06 0.034 0.101
Tabel 4.11 Tabel hasil perhitungan nilai RMSE pada sec 2
Plan Viskositas Koefisien RMSE
Eddy Manning Kecepatan Tinggi MA
33 3000 0.03 0.041 0.558
43 4000 0.03 0.043 0.560
34 3000 0.04 0.039 0.574
44 4000 0.04 0.041 0.575
35 3000 0.05 0.037 0.590
45 4000 0.05 0.040 0.595
36 3000 0.06 0.042 0.615
46 4000 0.06 0.041 0.617
Tabel 4.12 Tabel hasil perhitungan nilai RMSE pada sec 3
Plan Viskositas Koefisien RMSE
Eddy Manning Kecepatan Tinggi MA
33 3000 0.03 0.068 0.312
43 4000 0.03 0.065 0.310
34 3000 0.04 0.079 0.297
44 4000 0.04 0.077 0.296
35 3000 0.05 0.091 0.278
45 4000 0.05 0.087 0.275
36 3000 0.06 0.101 0.249
46 4000 0.06 0.097 0.244
Dari hasil perhitungan nilai RMSE pada masing-masing
section, dipilih plan dari berbagai macam nilai parameter
RMA2 yang mempunyai nilai RMSE paling kecil. Dari
tabel 4.10, tabel 4.11 dan tabel 4.12 didapat lima plan yang
mempunyai nilai RMSE paling kecil, sebagaoi berikut :
Tabel 4.13 Plan dengan perhitungan nilai RMSE paling
kecil
Plan Viskositas Koefisien RMSE
Eddy Manning Kecepatan Tinggi MA
33
3000 0.030 0.033 0.139
3000 0.030 0.041 0.558
3000 0.030 0.068 0.312
43
4000 0.030 0.034 0.136
4000 0.030 0.043 0.560
4000 0.030 0.065 0.310
35
3000 0.050 0.037 0.114
3000 0.050 0.037 0.590
3000 0.050 0.091 0.278
45
4000 0.050 0.033 0.111
4000 0.050 0.040 0.595
4000 0.050 0.087 0.275
46
4000 0.060 0.034 0.101
4000 0.060 0.041 0.617
4000 0.060 0.097 0.244
Setelah didapatkan model RMA2 yang mempunyai nilai
RMSE paling kecil, model tersebut akan digunakan untuk
perhitungan permodelan sedimen dengan menggunakan
Sub Program SMS, yaitu SED2WES.
4.7. Running Sub Program SED2WES
Sebagai input SED2WES digunakan hasil konsentrasi
sedimen dari hasil pengukuran di daerah hulu (KP 250) dan
daerah hilir (KP 255). Untuk kondisi batas daerah hulu
dimasukkan nilai konsentrasi sedimen sebesar 153.33 ppm
dan kondisi batas daerah hilir dimasukkan nilai 131 ppm.
Untuk setting kontrol model dimasukkan nilai yang sama
dengan model kontrol RMA2.
Untuk analisa konsentrasi sedimen hasil running model,
ditinjau di beberapa titik pengamatan. Berikut adalah
gambar titik-titik pengamatan konsentrasi sedimen yang
akan ditinjau :
Gambar 4.15 : Lokasi titik-titik pengamatan
A-355 ISBN 978-979-18342-1-6
Dari hasil running lima model didapatkan hasil sebagai
berikut :
Gambar 4.16 : Grafik hasil perhitungan konsentrasi
sedimen pada titik A
Gambar 4.17 : Grafik hasil perhitungan konsentrasi
sedimen pada titik D
Gambar 4.18 : Grafik hasil perhitungan konsentrasi
sedimen pada titik G
Dari kelima model diatas dapat dilihat bahwa pada masing-
masing titik pengamatan konsentrasi sedimen yang ditinjau
memiliki tren yang sama dengan selisih nilai yang kecil.
Tabel 4.14 Tabel perbandingan nilai konsentrasi sedimen
di masing-masing titik pengamatan pada tiap-tiap model.
Plan Titik
A D G
33 1.2763 0.7816 0.7764
35 1.2719 0.7751 0.7749
43 1.2767 0.7828 0.7764
45 1.2722 0.7762 0.7749
46 1.2702 0.7732 0.7741
5. KESIMPULAN
Dari hasil analisa RMA2 didapatkan lima model pola
distribusi kecepatan aliran dan tinggi muka air dengan nilai
koefisien Manning sebesar 0.03, 0.05 dan 0.06. Sedangkan
untuk nilai koefisien viskositas Eddy didapatkan nilai
sebesar 3000 Pa detik dan 4000 Pa detik. Sedangkan untuk
penyebaran nilai konsentrasi sedimen dapat disimpulkan
bahwa semakin mendekati hilir, konsentrasi sedimen akan
semakin berkurang.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anggrahini, 1997, Hidrolika Saluran Terbuka, CV Citra
Media, Surabaya.
[2] Triatmodjo, Bambang, 2008, Hidrologi Terapan, Beta
Offset, Yogyakarta.
[3] Triatmodjo, Bambang, 1999, Teknik Pantai, Beta
Offset, Yogyakarta.
[4] French, Richard H., 1985, Open Channel Hydraulics,
McGraw-Hill Book Co, Singapore.
[5] Poerbandono, ST., MM., Dr., dan Djunarsjah, Eka, Ir.,
MT.,2005, Survey Hidrografi, PT Refika
Aditama, Bandung.
[6] Wahjoe, Pribowo, 2001, Studi Mengenai Sedimentasi
Kali Porong, ITS, Surabaya.
0,1200
0,1300
0,1400
0,1500
0,1600
0,0 5,0 10,0
Ko
nse
ntr
asi S
ed
ime
n (
kg/m
3)
Jam ke-i
Konsentrasi Sedimen Titik A
Plan 33
Plan 35
Plan 43
Plan 45
Plan 46
0,0600
0,0800
0,1000
0,1200
0,1400
0,1600
0,0 5,0 10,0Ko
nse
ntr
asi S
ed
ime
n (
kg/m
3 )
Jam ke-i
Konsentrasi Sedimen Titik D
Plan 33
Plan 35
Plan 43
Plan 45
Plan 46
0,0600
0,0800
0,1000
0,1200
0,1400
0,1600
0,0 5,0 10,0
Ko
nse
ntr
asi S
ed
ime
n (
kg/m
3 )
Jam ke-i
Konsentrasi Sedimen Titik G
Plan 33
Plan 35
Plan 43
Plan 45
Plan 46
A-356 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Halaman ini sengaja dikosongkan