ANALISIS HIDRAULIKA TERAPAN TER APAN
6. HEC - RA RAS S STE STEA A DY FL FLOW OW
Bambang Adi Riyanto Fakultas Teknik Jurusan Sipil UNPAR Bandung Jalan Ciumbuleuit No. 94 Bandung, Telp. 2033691-92
MODEL HEC-RAS HEC-RAS dikembangkan oleh Hydrologic Engineering Centre (HEC), merupakan Next Generation Program dari Program dari pengembangan model perangkat lunak HEC-2. Software ini dikembangkan oleh Gary W. Brunner, Brunner, Ketua Divisi Pengembangan HEC-RAS. User interfacenya dikembangkan oleh Mark R. Jensen. Jensen. Modul perhitungan profil aliran langgeng, perhitungan angkutan sedimen dan bagian terbesar dari perhitungan aliran tak langgeng dikembangkan oleh Steven S. Piper. Piper. Interface angkutan sedimen dikembangkan oleh Standford Gibson. Modul perhitungan kualitas air didesain oleh Dr. Cindy Lowney dan Mark R. Jensen
MODEL HEC-RAS HEC-RAS dikembangkan oleh Hydrologic Engineering Centre (HEC), merupakan Next Generation Program dari Program dari pengembangan model perangkat lunak HEC-2. Software ini dikembangkan oleh Gary W. Brunner, Brunner, Ketua Divisi Pengembangan HEC-RAS. User interfacenya dikembangkan oleh Mark R. Jensen. Jensen. Modul perhitungan profil aliran langgeng, perhitungan angkutan sedimen dan bagian terbesar dari perhitungan aliran tak langgeng dikembangkan oleh Steven S. Piper. Piper. Interface angkutan sedimen dikembangkan oleh Standford Gibson. Modul perhitungan kualitas air didesain oleh Dr. Cindy Lowney dan Mark R. Jensen
MODEL HEC-RAS Interface channel design/modifications diprogram oleh Cameron Ackerman.. Ackerman Penyelesaian persamaan aliran tak langgeng dikembangkan oleh Dr. Robert L Barkau Desain saluran stabil dikembangkan oleh Chris R. Goodell HEC-RAS adalah public adalah public domain software yang dapat di-download melalui situs www.hec.usace.army.mil Next Generation Program dari Program dari HEC meliputi:
Rainfall runoff analysis ( analysis ( HEC-HMS HEC-HMS ), River hydraulics ( hydraulics ( HEC-RAS HEC-RAS ), Reservoir system simulation ( HEC-ResSim HEC-ResSim ), Flood damage analysis ( HEC-FDA HEC-FDA ), dan Real time river forecasting for reservoir simulation .
MODEL HEC-RAS HEC-RAS merupakan model sistem terintegrasi yang dikembangkan dalam bentuk aplikasi yang interaktif untuk berbagai kondisi. Sistem HEC-RAS meliputi Graphical User Interface (GUI), komponen terpisah dari analisis hidraulik, penyimpanan data, kemampuan pengaturan, grafik, dan fasilitas pelaporan. Pada dasarnya HEC-RAS dikembangkan untuk dapat mengakomodasi 4 jenis analisis hidraulik satu dimensi yaitu:
Analisis profil muka air untuk aliran langgeng, Analisis profil muka air untuk aliran tidak langgeng, Analisis sediment transport/mobile dengan kondisi batas dapat bergerak (movable boundary) Pemodelan kualitas air (temperatur)
Ke empat elemen di atas menggunakan data penampang melintang yang sama.
Kemampuan HEC-RAS HEC-RAS didesain untuk melakukan perhitungan hidraulik 1 dimensi untuk sistem jaringan sungai maupun saluran buatan. Kemampuan utama dari HEC-RAS secara umum sebagai berikut: 1. 2. 3. 4.
Perhitungan profil muka air aliran langgeng. Simulasi aliran tak langgeng Analisis angkutan sedimen Analisis kualitas air
1.
Perhitungan Profil Muka Air Aliran Langgeng Komponen pemodelan ini dimaksudkan untuk menghitung profil muka air pada aliran langgeng yang berubah secara lambat laun. Model dapat digunakan untuk aliran pada sungai tunggal, sungai dendritik , atau jaringan sungai. Komponen aliran langgeng dapat memodelkan aliran subkritis, superkritis atau campuran keduanya. Perhitungan didasarkan pada penyelesaian persamaan energi satu dimensi. Kehilangan energi terjadi karena gesekan (Persamaan Manning) dan pelebaran/penyempitan (koefisien dikalikan tinggi kecepatan). Persamaan Momentum digunakan pada kondisi aliran berubah tiba-tiba. Kondisi ini terjadi pada loncat air, aliran melalui jembatan, dan analisis profil muka air pada pertemuan atau percabangan.
1.
Perhitungan Profil Muka Air Aliran Langgeng Hambatan aliran akibat jembatan, gorong-gorong, bendung, pelimpah dan bangunan lainnya dapat pula dimodelkan. Modul aliran langgeng didesain untuk aplikasi pada manajemen bantaran banjir, studi asuransi banjir, dan untuk evaluasi hambatan dan normalisasi pada saluran banjir (banjir kanal) serta efek normalisasi dan pembuatan tanggul pada profil muka air. Kemampuan khusus komponen ini adalah :
Multiple plan analyses, Multiple profile computations, Multiple bridge and/or culvert opening analysis , Split flow optimization pada stream junctions, bendung lateral dan pelimpah.
2.
Simulasi Aliran Tak Langgeng Komponen ini mampu melakukan simulasi aliran tak langgeng satu dimensi dalam sistem jaringan sungai. Penyelesaian persamaan aliran tak langgeng satu dimensi menggunakan persamaan yang dikembangkan oleh Dr. Robert L. Barkau. Komponen aliran tak langgeng terutama dikembangkan untuk aliran subkritis. Perhitungan hidraulik pada penampang melintang, jembatan, gorong-gorong, dan bangunan hidraulik lain yang awalnya dikembangkan untuk aliran langgeng juga dapat digunakan pada simulasi aliran tak langgeng. Sebagai tambahan, komponen aliran tak langgeg mempunyai kemampuan untuk memodelkan tampungan (storage areas ) dan koneksi hidraulik antar tampungan, maupun antar segmen sungai.
3.
Perhitungan Angkutan Sedimen/Kondisi Batas Bergerak Sistem komponen model ini dimaksudkan untuk melakukan simulasi angkutan sedimen 1 dimensi dengan kondisi batas bergerak, yang akan menghasilkan gerusan dan pengendapan pada interval waktu yang cukup panjang (tahunan, walaupun dapat digunakan untuk simulasi pada banjir tunggal). Potensi angkutan sedimen dihitung menggunakan data distribusi butiran, sehingga memungkinkan simulasi hydraulic sorting and armoring . Model angkutan sedimen dapat digunakan untuk memodelkan jaringan sungai, pengerukan sungai, berbagai alternatif tanggul dan penyempitan saluran (encroachment ) dan penggunaan berbagai rumus angkutan sedimen.
3.
Perhitungan Angkutan Sedimen/Kondisi Batas Bergerak Model ini didesain untuk mensimulasikan tren jangka panjang meliputi gerusan dan pengendapan dalam palung sungai yang mungkin terjadi sebagai akibat perubahan dari frekuensi dan durasi dari debit dan muka air atau perubahan dimensi saluran. Model ini dapat digunakan untuk memperkirakan pengendapan di waduk , perencanaan penyempitan saluran untuk mempertahankan kedalaman pelayaran, memperkirakan pengaruh pengerukan terhadap laju pengendapan, memperkirakan dalam gerusan maksimum pada saat banjir besar, dan melakukan evaluasi pengendapan pada saluran dengan dinding dilapis.
4.
Analsisis Kualitas Air Komponen model ini digunakan untuk melakukan analisis kualitas air di sungai. Pada versi 4.1, sudah dapat memodelkan analisis temperatur dan penyebaran bahan polutan (Algae, Dissolved Oxygen, Carbonaceous Biological Oxygen Demand, Dissolved Orthophosphate, Dissolved Organic Phosphorus, Dissolved Ammonium Nitrate, Dissolve Nitrite Nitrogen, Dissolved Nitrate Nitrogen, dan Dissolved Organic Nitrogen). Pada versi mendatang, akan ditambahkan kemampuan untuk melakukan analisis penyebaran beberapa parameter pencemar lainnya.
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Persamaan Profil Muka Air : Profil muka air dihitung mulai dari satu penampang melintang ke penampang berikutnya dengan menyelesaikan persamaan energi dengan cara iterasi, cara ini disebut metoda Standard Step Method. Persamaan energi ditulis sebagai berikut:
Z 2
Y 2
dimana : Z1, Z2 : Y 1, Y 2 : 1, 1 : g : he :
2 V 22 2g
Z 1 Y 1
1 V 12 2g
he (1)
Elevasi dasar sungai di penampang (1) dan (2) [m] Kedalaman air di penampang (1) dan (2) [m] Koefisien kecepatan di penampang (1) dan (2) Percepatan gravitasi [m/s2] Kehilangan energi antara penampang (1) dan (2) [m]
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi 2V 22 2g
1V 12 2g
Sketsa Persamaan Energi
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Kehilangan energi he antara dua penampang melintang terdiri atas kehilangan energi karena gesekan, kontraksi (penyempitan) dan pelebaran. Persamaan kehilangan energi adalah:
he
L S f C
1 V 12 2g
2 V 22 2g
(2)
dimana : L : Distance weighted reach length S f : Kehilangan energi rata-2 antara dua penampang C : Koefisien kehilangan akibat pelebaran atau penyempitan
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Jarak L (distance weighted reach length ) dihitung sebagai berikut:
L
Llob Qlob Lch Qch Lrob Qrob Qlob
dimana : Llob, Lch, Lrob
Qlob
Qlch Qrob
Qch Qrob
(3)
:
Jarak penampang melintang untuk bantaran kiri, palung sungai dan bantaran kanan.
:
Jumlah aljabar debit rata-rata pada bantaran kiri, palung sungai dan bantaran kanan.
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi
LLOB LCH LROB
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Pembagian Penampang Melintang Untuk Perhitungan Koefisien Hantaran
Untuk menghitung nilai hantaran total dan koefisien kecepatan pada penampang melintang, maka aliran pada penampang melintang perlu dibagi dalam suatu unit dimana kecepatannya merata. Pendekatan yang dilakukan di HEC-RAS adalah membagi penampang melintang pada bantaran sungai berdasarkan perubahan nilai kekasaran n
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Faktor hantaran K pada setiap sub penampang dihitung menggunakan persamaan Manning sebagai berikut: Q K S f 1/ 2 (4) K
1 n
dimana K : n : A : R :
A R
2/3
(5)
: Nilai hantaran pada sub penampang Koefisien kekasaran Manning pada sub penampang Luas penampang basah pada sub penampang Radius hidraulik pada sub penampang = luas/keliling basah
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi HEC-RAS akan menghitung jumlah koefisien hantaran pada sub penampang untuk menghasilkan nilai hantaran pada bantaran kiri dan bantaran kanan. Koefisien hantaran pada palung sungai umumnya dihitung sebagai satu nilai (tidak dibagi dalam sub penampang). Koefisien hantaran total pada penampang melintang merupakan penjumlahan nilai hantaran pada bantaran kiri, palung sungai dan bantaran kanan. Pada HEC-RAS ada alternatif lain untuk menghitung faktor hantaran, yaitu dengan menghitung faktor hantaran di antara titik koordinat pada bantaran. Nilai hantaran pada masing-masing bantaran merupakan penjumlahan dari nilai hantaran pada sub penampang (lihat gambar berikut):
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Nilai Manning Komposit Untuk Palung Sungai
Debit aliran dalam palung sungai umumnya tidak dibagi, kecuali bila koefisien kekasaran n berubah dalam penampang tersebut. Nilai n komposit (nc) dihitung dengan rumus berikut: 2/3
nc
N 3/ 2 P n i i (6) i 1 P
dimana : nc : Nilai n komposit pada penampang P : Keliling basah total dari palung sungai Pi : Keliling basah pada sub penampang i nilai pada sub i
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi
HEC RAS akan memeriksa kemungkinan pembagian sub kekasaran pada palung sungai, jika tidak ada kemungkinan tersebut maka akan digunakan nilai kekasaran n tunggal. Jika ada kemungkinan pembagian sub kekasaran pada palung sungai atau bila akan digunakan n komposit pada palung sungai, maka akan dilakukan hal berikut:
Jika kemiringan sisi samping palung sungai > dari 5 H : 1 V dan pada palung sungai terdapat beberapa nilai n, maka n komposit akan dihitung berdasarkan beberapa nilai n tersebut. Definisi kemiringan sisi samping palung sungai dapat dilihat pada gambar berikut.
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Energi Kinetik Utama
HEC-RAS adalah model profil aliran 1 dimensi, oleh karena itu hanya ada satu permukaan air pada suatu penampang, oleh karena itu pada satu penampang hanya dihitung satu nilai energi, yaitu energi rata-rata. Untuk satu elevasi muka air, energi rata-rata dihitung dari bobot energi dari ke tiga sub penampang (bantaran kiri, palung sungai dan bantaran kanan). Gambar berikut melukiskan bagaimana energi rata-rata diperoleh dari penampang yang tersusun dari palung sungai dan bantaran kanan.
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Energi Kinetik Utama
Untuk menghitung tinggi kecepatan rata-rata, perlu dihitung koefisien kecepatan , dengan rumus berikut : Tinggi kecepatan rata-rata = Discharge-Weighted Velocity Head
V
2
2g
Q1
V 12
2g
Q2
Q1 Q2
V 22
2g
(7)
2 V 12 V 2 2 g Q1 Q2 g 2 2g (8); 2 Q1 Q2 V
2
Q1V 1
Q2V 22
Q1 Q2 V
2
(9)
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi
Secara umum koefisien adalah :
Q1 V 12 Q2 V 22 Q N V N 2 Q V
2
(10)
Koefisien kecepatan dihitung berdasarkan nilai hantaran dari ke 3 elemen aliran, yaitu bantaran kiri, palung sungai dan bantaran kanan. dapat pula dihitung dalam bentuk nilai hantaran K dan luas A seperti pada rumus berikut: 3 3 K lob K ch At 2 2 Alob Ach 2
3
K t
3 K rob 2 Arob
(11)
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi dimana : A t : Luas penampang total A lob, A ch, A rob : Luas penampang basah dari bantaran kiri, palung sungai dan bantaran kanan, K t : Nilai hantaran total K lob, K ch, K rob : Nila hantaran bantaran kiri, palung sungai dan bantaran kanan
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Kehilangan Energi
Kehilangan energi dalam HEC-RAS dihitung sebagai hasil kali dari S f dan L, dimana S f adalah kemiringan garis energi ratarata antara 2 penampang melintang dan L adalah seperti didefinisikan pada persamaan (3) Kemiringan garis energi pada setiap penampang melintang dihitung dengan rumus Manning berikut : 2
S f
Q (12) K
Ada 4 metode untuk menghitung nilai
S f
yaitu :
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi
Average Conveyance Equation : S f
Average Friction Slope Equation : S f
S f 1 S f 2
2
(14)
Geometric Mean Friction Slope Equation : S f
Q Q 1 2 (13) K 1 K 2
S f 1 S f 2 (15)
Harmonic Mean Friction Slope Equation : S f
2 S f 1 S f 2 S
S
(16)
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Kehilangan Energi Karena Kontraksi dan Pelebaran
Kehilangan energi akibat kontraksi dan pelebaran dihitung dengan persamaan berikut : hce
C
1 V 12 2g
2 V 22 2g
(17)
dimana C adalah koefisien kontraksi dan pelebaran
Bila tinggi kecepatan hilir lebih besar dari pada tinggi kecepatan hulu, maka program akan menginterpretasikan terjadi kontraksi, bila sebaliknya maka terjadi pelebaran.
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Prosedur Perhitungan Elevasi muka air pada penampang melintang yang tidak diketahui dihitung dengan cara iterasi menggunakan persamaan (1) dan (2). Prosedur perhitungan sebagai berikut: 1. Asumsikan nilai elevasi muka air yang belum diketahui (penampang hilir bila aliran adalah superkritis). 2. Berdasarkan nilai elevasi muka air tersebut, hitunglah nilai hantaran dan tinggi kecepatan, 3. Dengan nilai dari langkah (2), hitunglah nilai S f dan selesaikanlah persamaan (2) untuk mencari he 4. Dengan nilai-nilai dari langkah (2) dan (3) di atas, selesaikanlah persamaan (1) untuk mendapatkan nilai WS2 5. Bandingkanlah nilai WS2 dengan nilai pada langkah (1). Ulangi langkah 1 sampai (5) sampai kedua nilai di atas bedanya 0,003 m atau sesuai batas toleransi yang ditetapkan oleh pengguna.
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Perhitungan Kedalaman Kritis Kedalaman kritis pada penampang melintang akan dihitung bila kondisi berikut terpenuhi : 1.
Ditentukan jenis aliran adalah superkritis,
2.
Pengguna meminta dilakukan perhitungan kedalaman kritis,
3.
Merupakan kondisi batas eksternal,
4.
Pemeriksaan angka Froude untuk aliran subkritis menunjukkan bahwa kedalam kritis diperlukan untuk verifikasi regim aliran,
5.
Program tidak berhasil menghitung elevasi muka air dengan tingkat kesalahan sesuai toleransi yang ditentukan sebelum batas maksimum jumlah iterasi.
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Perhitungan Kedalaman Kritis Tinggi energi total pada suatu penampang ditentukan dengan persamaan berikut: H WS
V 2 2g
(18)
dimana : H : Energi total WS : Elevasi muka air V2 /(2g) : Tinggi kecepatan
Elevasi muka air kritis dihitung dengan cara menyelesaikan persamaan (1) secara iterasi sehingga menghasilkan H minimum.
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Perhitungan Kedalaman Kritis
HEC-RAS mempunyai 2 metode untuk menghitung kedalaman kritis, yaitu Metoda Parabolic dan Metoda Secant . Metoda Parabolic : perhitungannya lebih cepat akan tetapi hanya akan menghasilkan satu nilai energi minimum. Pada sebagian besar penampang, hanya ada satu nilai energi minimum, sehingga metoda Parabolic ditetapkan sebagai metoda standar dari HEC-RAS. Pada kondisi tertentu, ada kemungkinan terdapat lebih dari satu nilai energi minimum pada kurva energi. Beberapa nilai energi minimum ini dapat terjadi pada penampang melintang yang mempunyai lengkung energi yang patah. Patahnya lengkung ini dapat terjadi pada penampang dengan bantaran sangat lebar dengan tebing landai atau penampang dengan tanggul dan luasan tidak efektif (ineffective flow areas ). Pada kondisi ini lebih cocok digunakan Metoda Secant
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Perhitungan Kedalaman Kritis
Pada Metoda Parabolic nilai Hmin dicari dari 3 nilai WS yang mempunyai selisih interval sama, yaitu WS. Nilai WS dengan nilai H min diperoleh dengan menggunakan persamaan parabola melalui ke tiga titik tersebut. Nilai WS ini digunakan untuk iterasi berikutnya sampai selisihnya 0,003 m.
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Penggunaan Persamaan Momentum Pada saat muka air memotong kedalaman kritis, persamaan energi tidak berlaku. Muka air akan memotong kedalaman kritis pada beberapa kondisi berikut:
Pada perubahan dasar saluran yang cukup besar.
Penyempitan pada jembatan.
Bangunan terjunan dan bendung
Pada pertemuan saluran/sungai
Pada beberapa kasus di atas dapat digunakan rumus empiris (bang. terjunan dan bendung), sedangkan pada kasus lainnya digunakan Persamaan Momentum
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Penggunaan Persamaan Momentum Dalam HEC-RAS, Persamaan Momentum digunakan pada beberapa kasus berikut:
Loncat air Aliran rendah pada jembatan Pertemuan saluran/sungai (stream junction )
Persamaan Momentum yang diperoleh dari Hukum ke 2 Newton adalah : Gaya = Massa × Percepatan (perubahan momentum)
F m a x
(19)
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Penggunaan Persamaan Momentum Penerapan hukum ke 2 Newton pada badan air yang dibatasi oleh dua buah penampang lintang 1 dan 2 seperti gambar di bawah, akan menghasilkan perubahan momentum per unit waktu sebagai berikut:
P2
P1 W x F f Q V x
( 20)
dimana: P Wx Ff Q
V
: : : : :
Gaya hidrostatik pada titik 1 dan 2 Komponen gaya pada arah X akibat berat air Gaya akibat gesekan dari titik 2 ke 1 Debit Rapat massa air Perubahan kecepatan pada arah X dari titik 2 ke 1
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Gaya Hidrostatik Gaya hidrostatik pada arah X P A Y cos Asumsi distribusi tekanan adalah hidrostatik hanya berlaku untuk kemiringan dasar saluran lebih kecil dari 1 : 10. Nilai cos untuk kemiringan 1 : 10 (kurang lebih 6 0) adalah 0,995, sehingga jarak vertikal dan tegak lurus dasar saluran mendekati sama. Dengan demikian persamaan gaya hidrostatik di titik 1 dan 2 adalah:
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Gaya Hidrostatik P1
A1 Y 1
dan
P2
A2 Y 2
dimana:
: Berat jenis air
A i : Luas penampang basah titik 1 dan 2
Y i
: Jarak titik berat bidang penampang terhadap muka air di titik 1 dan 2
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Gaya Berat Air Berat air = Berat Jenis × Volume Air
A1 A2 L; W W sin ; x 2 A1 A2 L S 0 2
W W x
sin
z 2 z1 L
S 0
dimana: L
: Jarak antara penampang lintang 1 dan 2
So : Kemiringan dasar saluran, berdasarkan elevasi rata-2 dasar saluran Zi
: Rata-rata elevasi dasar saluran titik 1 dan 2
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Gaya Gesek Eksternal F f
P L
dimana:
: Tegangan gesek (shear stress )
P
: Rata-rata keliling basah antara penampang 1 dan 2 R S f
dimana: R
: Radius hidraulik rata-rata ( R = A/P)
S f : Kemiringan garis energi (friction slope )
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Gaya Gesek Eksternal F f
A P
S f P L;
F f
A A 1 2 S f L 2
Massa kali Percepatan m a Q V x ; ma
Q g
g
;
V x 1 V 1 2 V 2
1 V 1 2 V 2
dimana:
: Koefisien momentum karena kecepatan bervariasi pada penampang yang tak teratur
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Substitusi ke persamaan (20) dengan asumsi Q bervariasi dari penampang 1 ke penampang 2
A1 A2 L S A1 A2 L S Q1 V Q2 V 0 f 1 1 2 2 g g 2 2 A A Q V A A A2 Y 2 1 2 L S 0 1 2 L S f 1 1 1 A1 Y 1 g 2 2
A2 Y 2 A1 Y 1 Q2 2V 2 g 2
Q2 2 g A2
2 A1 A2 A1 A2 Q1 1 A1 Y 1 A2 Y 2 L S 0 L S f g A1 2 2
Dasar Teori Aliran Langgeng 1 Dimensi Keterbatasan persamaan aliran langgeng Dalam penurunan rumus aliran langgeng 1 dimensi diambil asumsi berikut sehingga merupakan pembatasan berlakunya rumus aliran langgeng 1 dimensi di HEC-RAS: 1. Aliran adalah langgeng (tetap, steady flow ) 2. Aliran berubah lambat laun (kecuali aliran melalui bangunan air
seperti: bendung, jembatan, gorong-gorong. Pada lokasi ini, dimana aliran berubah mendadak, persamaan momentum dan rumus empiris lainnya akan digunakan). 3. Alliran 1 dimensi, yaitu komponen kecepatan hanya pada arah aliran, komponen lainnya tak diperhitungkan. 4. Kemiringan dasar saluran kecil, katakanlah lebih kecil dari 1 : 10
INSTALLING HEC-RAS 4.1 Processor minimum Pentium III. Hardisk free space minimum 60 MB, disarankan untuk menyediakan 100 MB. Tersedia CD Rom drive bila proses installing dilakukan dengan menggunakan CD. RAM minimum 256 MB untuk OS Windows 95, 98, dan ME. RAM minimum 512 MB untuk OS Windows 2000, NT, atau XP (RAM 128 MB atau lebih akan memberikan kemampuan processing yang lebih baik). Resolusi VGA minimum 1024 x 768.
Bekerja dengan HEC-RAS - Overview HEC-RAS adalah suatu paket terpadu dari program analisis hidraulik, dimana pengguna berinteraksi dengan sistem melalui Graphical User Interface (GUI). HEC-RAS mampu melakukan simulasi aliran langgeng dan tak langgeng dari profil muka air di saluran/sungai buatan maupun alam, analisis angkutan sedimen dengan dasar bergerak, analisis kualitas air dan beberapa desain hidraulik. Dalam HEC-RAS dikenal terminologi Project, yaitu sekumpulan file data yang berkenaan dengan suatu sistem sungai tertentu. Pemodel dapat melakukan berbagai analisis yang ada dalam HEC-RAS dalam suatu Project.
Bekerja dengan HEC-RAS - Overview File data untuk suatu Project dapat dikategorikan sebagai berikut:
Plan data, Geometric data, Steady flow data, Unsteady flow data, Quasi-steady flow data, Sediment data, Water quality data, Hydraulic design data.
Pada waktu studi, pemodel dapat memformulasikan beberapa Plan yang berbeda. Setiap plan merepresentasikan satu set geometric data dan flow data yang spesifik Setelah data dasar di input ke HEC-RAS, pemodel dengan mudah dapat membuat plan baru. Setelah simulasi dilakukan pada berbagai Plan, hasilnya dapat dibandingkan secara simultan dalam bentuk tabel maupun grafik.
MEMULAI HEC-RAS Setelah proses installing selesai, pada layar desktop akan tersaji shortcut untuk mengakses HEC-RAS.
HEC-RAS 4.1.0
Tampilan awal dari HEC-RAS 4.1.0
Langkah Pembuatan Model Hidraulik Dengan HEC-RAS Membuat Project Baru (Starting a new project ) Memasukkan data geometri (Entering geometric data ) Memasukkan data aliran dan kondisi batas (Entering flow data and boundary data ) Melakukan perhitungan hidraulik (Performing hydraulics computation ) Melihat hasil analisis (Viewing results ) Mencetak hasil (Printing results )
Membuat Project Baru Dari tampilan menu awal HEC-RAS 4.0, pilih file new project atau apabila akan membuka file yang sudah ada, gunakan shortcut open !
Membuat Project Baru Untuk memulai suatu project baru, ketiklah judul project dan nama file untuk project tersebut, kemudian klik OK. Sebelum memasukkan data geometri dan data debit, sebaiknya pada awal project, pemakai menentukan satuan sistem yang akan digunakan dalam model, SI atau English System . Untuk menentukan satuan, pilih option dilanjutkan unit system .
Memasukkan Data Geometri Langkah selanjutnya adalah memasukkan data geometri untuk project yang telah dibuat, yaitu dengan memilih menu edit geometric data . Geometric data terdiri atas informasi koneksi saluran, data penampang memanjang dan penampang melintang, serta data bangunan air. Dengan menggunakan menu river reach , pemakai harus menggambarkan layout saluran/sungai berawal dari hulu ke hilir sebelum dapat melakukan inputing data geometri. Setelah selesai menggambarkan layout, simpan file geometric data dengan nama sesuai kebutuhan pemakai. Lakukan langkah yang sama setelah selesai
Memasukkan Data Geometri Pilih menu cross section untuk memasukan data penampang melintang sekaligus penampang memanjang saluran.
Memasukkan Data Geometri Pilih menu option dilanjutkan add new cross section . Penampang melintang akan diurutkan dari nomor kecil sebagai indikasi penampang hilir dan nomor besar sebagai indikasi penampang hulu.
Jarak
Elevasi
0
29
10
11
35
100
9
30
105
-1
140
-1
145
9
240
11
250
29
Penampang Melintang
25
] m20 [ i s 15 a v e 10 l E
5 0
-5 0
50
100
150 Jarak [ m]
200
250
Memasukkan Data Aliran Setelah seluruh penampang saluran beserta properties nya selesai dimasukkan, langkah selanjutnya adalah memasukkan data debit beserta kondisi batas dari model hidraulik. Jenis data debit yang akan dimasukkan tergantung pada jenis analisis yang akan dilakukan. Jika model akan dianalisis sebagai model aliran langgeng, maka pilih menu untuk steady flow data dari menu utama HECRAS, sedangkan untuk aliran tidak langgeng akan menggunakan menu unsteady flow data .
ENTERING FLOW DATA Untuk aliran langgeng, data debit yang umumnya digunakan sebagai data masukan adalah nilai debit banjir maksimum pada periode ulang tertentu, sedangkan untuk aliran tidak langgeng, data aliran adalah berupa hidrograf banjir pada periode ulang tertentu. Apabila terdapat lebih dari satu nilai debit yang akan dimasukkan, maka pemakai harus terlebih dahulu menentukan jumlah profil aliran. Kondisi batas model berlaku untuk semua profil aliran yang telah ditentukan.
ENTERING FLOW DATA
Melakukan Perhitungan (Simulasi) Serupa dengan prosedur memasukkan data aliran (flow data), untuk melakukan perhitungan hidraulik pada model, tersedia menu pilihan perhitungan yang seharusnya dipilih sesuai dengan jenis data debit yang telah dimasukan. Untuk setiap perhitungan baik pada model steady flow maupun unsteady flow, pemakai dapat menentukan jenis plan yang akan dihitung sesuai dengan variasi geometric data yang telah dibuat di awal project.
Melakukan Perhitungan (Simulasi)
Melihat dan Mencetak Hasil Simulasi Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, hasil keluaran model HEC-RAS 4.0 disajikan dalam bentuk gambar dan tabel. Hasil keluaran gambar meliputi elevasi muka air pada penampang melintang saluran, profil aliran pada penampang memanjang saluran, general profile plot , hydraulics properties plot , stage and flow hydrograph rating curve , dan profil aliran dalam bentuk 3 dimensi. Tabel dapat disajikan sebagai text file, sedangkan grafik khususnya profil memanjang aliran dapat disajikan sebagai dxf file.
Melihat dan Mencetak Hasil Simulasi
Melihat dan Mencetak Hasil Simulasi
Melihat dan Mencetak Hasil Simulasi
Melihat dan Mencetak Hasil Simulasi
Data Dasar HEC-RAS Umum Program HEC-RAS bertujuan untuk menghitung profil muka air pada beberapa lokasi yang dikaji dengan data masukan satu set data aliran (aliran langgeng) atau dengan penelusuran banjir dari hidrograf yang diberikan (aliran tak langgeng) Data yang diperlukan untuk simulasi dapat dikategorikan sbb:
Data Geometri Data Aliran Langgeng (steady flow data ) Data Aliran Tak Langgeng (unsteady flow data ) Data Sedimen
Data wajib adalah data geometri, data lainnya diperlukan sesuai dengan kebutuhan dan tujuan simulasi.
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri Data Geometri dasar adalah Skematik Sistem Saluran (River System Schematic ), Data penampang melintang (cross section data ), panjang segmen (reach lengths ), koefisien kehilangan energi (energy loss coefficients ) yaitu kehilangan energi di saluran (friction losses ), pelebaran (expansion losses ) dan penyempitan (contraction losses ), dan informasi titik gabung (stream junction )
Data bangunan air seperti: jembatan (bridge ), goronggorong (culvert ), pelimpah (spillway ), bendung (weir ) dan lain-lain adalah merupakan bagian dari data geometri
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Study Limit Determination Pada waktu mau melakukan simulasi, perlu dilakukan pengumpulan data daerah sebelah hulu maupun sebelah hilir daerah studi. Data daerah sebelah hulu diperlukan untuk mengevaluasi dampak ke hulu dari perubahan yang dilakukan di daerah studi. Batas daerah hulu yang diperlukan adalah sepanjang daerah pengaruh backwate r daerah studi. Tambahan data pada bagian hilir diperlukan untuk mencegah pengaruh kondisi batas hilir pada hasil simulasi di daerah studi. Umumnya kondisi batas hilir tidak diketahui, dan pemodel harus menentukan, biasanya digunakan rumus Manning untuk menghitung dalam air normal dan ini bisa menyebabkan kesalahan hasil. Oleh karena itu diperlukan jarak ke hilir sedemikian rupa sehingga pengaruh kesalahan kondisi batas akan
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Skema Sistem Sungai (River System Schematic )
Skema sistem sungai merupakan data wajib untuk satu set data geometri HEC-RAS. Skema ini menggambarkan bagaimana setiap bagian sungai (river reach ) dihubungkan satu dengan lainnya. Skema sistem sungai dibuat dengan menggambar dan menghubungkan setiap bagian sungai pada geometric data editor . Setiap river reach diberikan nama yang unik. Data yang dimasukkan harus dikaitkan dengan river reach tertentu, misalnya data cross section yang diinput harus terkait dengan river reach dan mempunyai river station identifier. Menggambar River Reach harus dari hulu ke hilir sesuai arah aliran positif. Junction hanya boleh dibuat pada lokasi dimana dua buah saluran atau lebih bertemu atau bercabang. Contoh River System Schematic diperlihatkan pada gambar berikut.
Sistem Sungai Dendritic
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Geometri Penampang Melintang
Batas geometri untuk analisis aliran di saluran alam diberikan dalam bentuk profil permukaan tanah (penampang melintang) dan jarak antar penampang melintang (reach lengths ).
Penampang melintang diletakkan dengan interval tertentu sepanjang sungai untuk memodelkan kemampuan saluran/sungai dalam mengalirkan debit.
Penampang melintang harus mencakup sampai bantaran sungai dan posisinya tegak lurus pada arah aliran.
Lay out posisi penampang melintang dapat dilihat pada gambar di bawah.
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Geometri Penampang Melintang Penampang melintang diperlukan pada lokasi yang mewakili karakteristik sungai dan pada lokasi perubahan debit, kemiringan, bentuk atau kekasaran, lokasi awal dan akhir tanggul, dan pada lokasi bangunan (jembatan, gorong-2, bendung). Jika terjadi perubahan mendadak, beberapa penampang melintang diperlukan untuk melukiskan perubahan tersebut. Jarak penampang melintang juga merupakan fungsi dari dimensi sungai, kemiringan, dan bentuk penampang melintang. Secara umum sungai yang besar dengan bentuk penampang teratur dan kemiringan landai memerlukan lebih sedikit jumlah penampang melintang per km panjang sungai.
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Geometri Penampang Melintang Tujuan studi juga mempengaruhi interval penampang melintang. Sebagai contoh studi untuk navigasi di sungai pada sungai besar dengan kemiringan sangat landai memerlukan interval yang lebih rapat, misalnya saja 75 m, untuk menganalisa efek lokal pada kedalaman air saat muka air rendah, sementara studi sedimentasi pada waduk memerlukan interval yang lebih jauh, pada orde km. Pemilihan metode persamaan kehilangan energi juga mempengaruhi interval penampang melintang, misalnya saja interval penampang melintang bisa maksimum pada perhitungan profil M1 dengan metode persamaan kehilangan energi rata-2 atau dengan metode harmonic mean friction slope pada perhitungan profil M
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Geometri Penampang Melintang Setiap penampang melintang pada HEC-RAS mempunyai identifikasi River reach dan River station label . Penampang melintang disajikan dalam bentuk koordinat X,Y dimana X adalah station (jarak) dan Y adalah elevasi. Station disajikan dari kiri ke kanan, penampang digambar dengan menghadap ke arah aliran. Nilai station boleh negatif. Setiap penampang diperbolehkan maksimum mempunyai 500 titik. Identitas River Station berkaitan dengan posisi pada penampang memanjang, bisa posisi km atau sebarang nilai (nomor) akan tetapi dengan syarat angkanya membesar ke arah hulu.
Jarak
Elevasi
0
29
10
11
35
100
9
30
105
-1
140
-1
145
9
240
11
250
29
Penampang Melintang
25
] m20 [ i s 15 a v e 10 l E
5 0
-5 0
50
100
150 Jarak [ m]
200
250
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Geometri Penampang Melintang Data lain yang diperlukan pada penampang melintang adalah : jarak penampang melintang ke penampang hilir, koefisien kekasaran n, dan koefisien penyempitan dan perlebaran. Beberapa opsi tersedia sehingga pengguna dimudahkan untuk menambah dan merubah data penampang melintang. Contohnya adalah mengcopy data, merubah dimensi vertikal maupun horisontal.
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Opsi Karakteristik Penampang Melintang Terdapat beberapa opsi untuk membatasi aliran agar terpisah dari aliran efektif di penampang melintang. melintang. Opsi tersebut adalah: Ineffective flow areas, levees, dan blocked obstruction . Semua opsi tersebut dapat diakses melalui menu Options pada Cross section data editor .
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri Opsi Ineffective Flow Areas Opsi ini memungkinkan pemodel untuk menentukan luasan di penampang melintang yang akan terisi air akan tetapi tidak mengalir. Opsi ini digunakan untuk memodelkan daerah yang akan tergenang air akan tetapi tidak mengalir seperti pada kolam (menampung air). Cara menentukan ineffective ada 2 :
Memberikan data stasion kiri dan elevasinya, stasiun kanan dan elevasinya. Bila elevasi muka air < elevasi ineffective maka daerah tsb airnya tidak mengalir akan tetapi bila elevasi muka air > elevasi ineffective maka daerah tersebut tidak lagi l agi diperlakukan sebagai ineffective. Blocked ineffective flow areas. Caranya dengan memberikan data elevasi, stasiun kiri dan stasiun kanan, maka daerah tersebut akan di blok sebagai ineffective area.
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Opsi Tanggul Opsi ini memungkinkan pengguna untuk menetapkan stasiun dan elevasi tanggul kiri dan atau kanan. Dengan adanya tanggul, maka bila elevasi muka air < dari elevasi tanggul, air akan tertahan oleh tanggul. Bila elevasi muka air > elevasi tanggul maka air akan meluap melewati tanggul. Contoh penampang melintang dengan tanggul eksisting dapat dilihat pada gambar di bawah. Adakalanya ingin diketahui pengaruh adanya tanggul pada sungai yang belum bertanggul. Untuk dapat diberikan tanggul pada posisi yang diinginkan dengan elevasi di atas muka tanah yang ada seperti diperlihatkan pada gambar di bawah.
Data Dasar HEC-RAS
Data Dasar HEC-RAS
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri Opsi Obstruction Opsi ini memungkinkan pengguna untuk mendefinisikan suatu area di penampang melintang yang ditutup (diblok) secara permanen. Obstruction akan mengurangi luas penampang basah dan menambah keliling basah pada saat aliran air bersentukan dengan obstruction ini. Obstruction tidak mencegah aliran air di luar area obstruction. Ada 2 alternatif untuk mendefinisikan obstruction:
•
•
Alternatif 1 adalah dengan memberikan stasiun kiri dan stasiun kanan dan masing-masing elevasinya (bisa berbeda). Contohnya lihat gambar di bawah. Alternatif 2 adalah berupa individual blok (multiple block), dimungkinkan maksimum 20 individual block. Masing-masing blok dinyatakan dengan stasiun kiri, stasiun kanan dan elevasi.
Data Dasar HEC-RAS
Data Dasar HEC-RAS
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Manning n
Pemilihan nilai n yang tepat sangat menentukan akurasi hasil analisis. Nilai n tergantung dari:
Kekasaran permukaan saluran Tumbuhan Ketidak teraturan saluran Lintasan saluran Erosi dan pengendapan Hambatan (Obstruction) Dimensi saluran Elevasi dan debit aliran Perubahan musim Temperatur Sedimen dasar dan sedimen layang
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Stream Junction Data Stream Junction didefinisikan sebagai lokasi dimana dua atau lebih saluran bertemu atau bercabang. Data junction terdiri atas panjang segmen (reach length) pada junction dan sudut antar saluran (jika digunakan persamaan momentum).
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Steady Flow Data Steady flow data diperlukan untuk melakukan analisis profil muka air pada aliran tetap. Steady flow data terdiri dari :
Flow Regime: • Subcritical: Dari hilir ke hulu, profil aliran terbatas pada daerah di atas kedalaman kritis. • Supercritical: Dari hulu ke hilir, profil aliran pada daerah di bawah kedalaman kritis. • Mixed flow: Untuk aliran yang berubah dari superkritis ke subkritis. Boundary Conditions
Data Dasar HEC-RAS Data Geometri
Steady Flow Data Boundary Conditions, bisa berupa: Known Water Surface Elevations Critical Depth Normal Depth, perlu diberikan data energy slope. Data ini bisa diisi berupa kemiringan rata-2 muka air disekitar penampang melintang. Rating Curve
Contoh Soal Contoh soal : Soal yang sama dengan contoh perhitungan dengan Metode Tahapan Standar dengan data sebagai berikut: • Saluran berbentuk trapesium, lebar dasar 3,5 m, kemiringan
sisi samping 1 : 1, kemiringan dasar saluran S 0 = 0,001. Elevasi dasar saluran di ujung hilir adalah + 0,0 m • Koefisien kekasaran Manning n = 0,015 dan debit saluran Q = 20 m3 /s • Diujung hilir dipasang pintu yang menyebabkan terjadinya pembendungan, elevasi muka air tepat di hulu pintu adalah + 3,5 m.
Hitunglah profil muka air di saluran dengan menggunakan Software HEC-RAS 4.1 dan bandingkan hasilnya dengan perhitungan spread sheet dan program HLW
Contoh Soal X [m]
Data penampang saluran sebagai berikut: Y [m]
0,0
4
5,0
4
9,0
0
12,5
0
16,5
4
21,5
4
Tampang Melintang Saluran 4,5 4,0 3,5 ] m3,0 [ i 2,5 s a 2,0 v e l 1,5 E 1,0 0,5 0,0 0
5
10
15
Jarak Kumulatif [m]
20
25
Contoh Soal Tamp
Data penampang memanjang saluran sebagai berikut:
Station
Jrk Antara
Jrk Kum
El. Dasar
[m]
[m] 0
[m] 0.000
1
0
2
1
75
75
0.075
3
2
75
150
0.150
4
3
75
225
0.225
5
4
75
300
0.300
6
5
75
375
0.375
7
6
75
450
0.450
8
7
75
525
0.525
9
8
75
600
0.600
10
9
75
675
0.675
11
10
75
750
0.750
12
11
75
825
0.825
13
12
75
900
0.900
14
13
75
975
0.975
15
14
75
1050
1.050
16
15
75
1125
1.125
17
16
75
1200
1.200
18
17
75
1275
1.275
19
18
75
1350
1.350
20
19
75
1425
1.425
Tamp ang Memanjang Saluran 3.5
3.0
2.5 ]
m 2.0 [
1.5
1.0
0.5
0.0 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900
800
700
600
500
400
300
Jarak Kumulatif [m] Dasar Saluran
Dalam Normal
Dalsm Kritis
200
100
0
i s a v e l E
Ubah Unit System ke Metric System dan buat sebagai Default
Membuat Proyek Baru dengan nama : Profil Pembendungan SSM
Double Click
Masukkan Data Penampang
Copy data Sta 0 (Ujung Hilir) ke Sta 19 (Ujung Hulu)
Elevasi perlu dikoreksi
Koreksi Elevasi
1.425 m
A
B
Interpolasi Tampang Lintang
Simpan Data Geometri Dengan Nama : “Interpolasi”
Masukkan Steady Flow Data Data berupa :
Debit Aliran setiap profil Kondisi Batas setiap profil
Masukkan Steady Flow Data Data Kondisi Batas setiap profil
Simpan Data Aliran dengan nama : “Kondisi Awal”
Simulasi (Run)
Atau
Melihat Hasil
Melihat Hasil
Tampang Memanjang
Melihat Hasil
Tampang Melintang
Melihat Hasil
Output Berupa Tabel
Mengubah jumlah angka desimal
Melihat Hasil
Melihat Hasil
Mengubah Tabel Keluaran
Mengubah Tabel Keluaran
Impor ke Excel
Impor ke Excel Reac h
Ri v er St a
Pr o f i l e
Q T o t al (m 3/s )
T u n g g al
19
L en g t h Ch n l Cu m Ch L en (m )
(m )
PF 1
20
75
1425
Mi n Ch El
W.S. El ev
(m )
(m )
Cr i t W.S. E.G. El ev (m )
E.G. Sl o p e
Vel Ch n l
(m )
(m /m )
(m /s )
Fl o w Ar ea To p Wi d t h Fr o u d e # Ch l (m 2)
(m )
1.425
3.688
3.808
0.000366
1.534
13.041
8.026
0.38
T u n g g al
18.*
PF 1
20
75
1350
1.35
3.667
3.779
0.000335
1.484
13.478
8.134
0.37
T u n g g al
17.*
PF 1
20
75
1275
1.275
3.648
3.753
0.000306
1.435
13.937
8.246
0.35
T u n g g al
16.*
PF 1
20
75
1200
1.2
3.631
3.729
0.000279
1.387
14.418
8.362
0.34
T u n g g al
15.*
PF 1
20
75
1125
1.125
3.616
3.707
0.000255
1.341
14.919
8.481
0.32
T u n g g al
14.*
PF 1
20
75
1050
1.05
3.602
3.687
0.000232
1.295
15.441
8.603
0.31
T u n g g al
13.*
PF 1
20
75
975
0.975
3.589
3.669
0.000211
1.251
15.981
8.728
0.3
T u n g g al
12.*
PF 1
20
75
900
0.9
3.578
3.652
0.000193
1.209
16.540
8.855
0.28
T u n g g al
11.*
PF 1
20
75
825
0.825
3.567
3.637
0.000176
1.168
17.116
8.984
0.27
T u n g g al
10.*
PF 1
20
75
750
0.75
3.558
3.623
0.00016
1.129
17.710
9.116
0.26
T u n g g al
9.*
PF 1
20
75
675
0.675
3.549
3.610
0.000146
1.092
18.321
9.249
0.25
T u n g g al
8.*
PF 1
20
75
600
0.6
3.542
3.598
0.000134
1.056
18.947
9.383
0.24
T u n g g al
7.*
PF 1
20
75
525
0.525
3.535
3.588
0.000122
1.021
19.592
9.519
0.23
T u n g g al
6.*
PF 1
20
75
450
0.45
3.528
3.578
0.000112
0.988
20.250
9.656
0.22
T u n g g al
5.*
PF 1
20
75
375
0.375
3.522
3.569
0.000102
0.956
20.922
9.795
0.21
T u n g g al
4.*
PF 1
20
75
300
0.3
3.517
3.561
0.000094
0.926
21.609
9.934
0.2
T u n g g al
3.*
PF 1
20
75
225
0.225
3.512
3.553
0.000086
0.896
22.311
10.074
0.19
T u n g g al
2.*
PF 1
20
75
150
0.15
3.508
3.546
0.000079
0.869
23.028
10.216
0.18
T u n g g al
1*
PF 1
20
75
75
0.075
3.504
3.540
0.000073
0.842
23.757
10.358
0.18
PF 1
20
0
3.500
3.534
0.000067
0.816
24.500
10.500
0.17
T u n g g al
0
1.309
Perbandingan Hasil X
z
Z
WS
BEDA
BEDA
[m]
[m]
[m]
HEC-RAS
[m]
[%]
0
0.000
3.500
3.500
0.000
0.00
75
0.075
3.503
3.504
0.001
0.03
150
0.150
3.506
3.508
0.002
0.04
225
0.225
3.510
3.512
0.002
0.05
300
0.300
3.514
3.517
0.003
0.08
375
0.375
3.519
3.522
0.003
0.10
450
0.450
3.523
3.528
0.005
0.13
525
0.525
3.529
3.535
0.006
0.18
600
0.600
3.535
3.542
0.007
0.21
675
0.675
3.541
3.549
0.008
0.22
750
0.750
3.548
3.558
0.010
0.27
825
0.825
3.557
3.567
0.010
0.29
900
0.900
3.565
3.578
0.013
0.35
975
0.975
3.575
3.589
0.014
0.38
1050
1.050
3.586
3.602
0.016
0.44
1125
1.125
3.599
3.616
0.017
0.48
1200
1.200
3.612
3.631
0.019
0.51
1275
1.275
3.628
3.648
0.020
0.56
1350
1.350
3.645
3.667
0.022
0.61
Perbandingan Hasil Profil Muka Air Standard Step Method VS HEC-RAS 4.0 3.5 3.0 ] m [ i 2.0 s a v e 1.5 l E
2.5
1.0 0.5 0.0 1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
Jarak [m] Dasar saluran
Profil Muka Air
El Normal
El Kritis
HEC-RAS
200
100
0
Contoh Soal Mixed Flow Suatu saluran berbentuk trapesium dengan lebar bawah 5 m dan kemiringan sisi samping 1 V : 1 H. Saluran dibagi menjadi 3 segmen, segmen AB mempunyai panjang 250 m dengan kemiringan dasar saluran 0,01, segmen BC mempunyai panjang 1000 m dengan kemiringan dasar saluran 0,0004 dan segmen CD mempunyai panjang 500 m dengan kemiringan dasar saluran 0,003. Koefisien kekasaran Manning n semua segmen sama, yaitu n = 0,02. Debit saluran adalah 25 m3 /s.
1
y
1
5m
A
L = 250 m, So = 0,01
B L = 1.000 m, So = 0,0004
C L = 500 m,, So = 0,003
D
Contoh Soal Mixed Flow 1. Hitunglah kedalaman normal dan kritis setiap segmen saluran tersebut dan tentukanlah jenis kemiringan dasar saluran. 2. Bila dalam air di D adalah dalam normal saluran CD, tentukanlah profil muka air saluran BCD dengan metode tahapan standar. Tentukanlah jenis profil alirannya. 3. Dengan menggunakan program HLW lakukanlah perhitungan untuk menentukan profil muka air saluran BCD dengan kondisi batas seperti butir 2) di atas dan bandingkanlah dengan hasil perhitungan butir 2). 4. Dengan menggunakan program HEC-RAS 4.1, lakukanlah simulasi untuk menentukan profil muka air saluran BCD dengan kondisi batas seperti butir 2) di atas dan bandingkanlah dengan hasil perhitungan butir 2) dan butir 3). 5. Lakukanlah simulasi kondisi aliran tercampur/mixed flow (superkritis dan subkritis) saluran ABCD dengan kondisi batas sebagai berikut :
Kedalam air di D adalah kedalaman normal Kedalaman air di A adalah kedalaman kritis
Lakukanlah evaluasi, dimana lokasi terjadinya loncat air ?.
Segmen Saluran
Penampang Memanjang
2
100
0.30
3
150
0.45
4
200
0.60
5
250
0.75
6
300
0.90
4.0
7
350
1.05
3.5
8
400
1.20
9
450
1.35
10
500
1.50
11
600
1.54
12
700
1.58
13
800
1.62
14
900
1.66
15
1000
1.70
16
1100
1.74
17
1200
1.78
18
1300
1.82
19
1400
1.86
20
1500
1.90
21
1550
2.40
22
1600
2.90
23
1650
3.40
D C n a r u l a S
] 3.0 [ m i 2.5 s a v 2.0 l e E
C
1.5
1000
Jarak [m]
500
1.0
D0
[m]
0.15
0.0 1500
[m]
50
0.5
2000
Station
1
4.5
C
El Dasar
0.00
5.0
B
X
0
D
C B n a r u l a S
Dasar
B B A n a r u l
River
0
Penampang Memanjang Tugas 2
A
Titik
Penampang Melintang Penampang Melintang
Tipikal Penampang Melintang
Jarak X [m] 3.5 3.0 2.5 ] m [ 2.0 i s a v 1.5 e l E
1.0 0.5 0.0 0
5
10
15 Jarak [m]
20
25
Elevasi Y [m]
0
3
5
3
8
0
13
0
16
3
21
3
Membuat Proyek Baru dengan nama : Tugas-1 2012
A
B C
D
Steady Flow Data
Running Program
Melihat Hasil
Melihat Hasil
Loncat air
Melihat Hasil
Melihat Hasil
Melihat Hasil
Melihat Hasil
Impor ke Excel
Grafik Excel Profil Muka Air Latihan-1 8 7 6
] 5 m [ i s 4 a v e l E 3 2 1 0 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
Jarak [m]
Posisi Loncat Air Posisi loncat air antara RS 21 dan 23 Agar posisi loncat air lebih akurat, maka antara RS 21 – RS 22 dan RS 23 jarak antar penampang dirapatkan dengan cara menambahkan penampang menggunakan opsi interpolasi sehingga jarak antara menjadi 5 m. Caranya sebagai berikut :
Interpolasi Antara RS 21 dan RS 22
River Reach Setelah Interpolasi
Menyimpan Geometri Data Baru
Membuat Plan Baru
Hasil Running Plan Interpolasi
Posisi Loncat Air Lebih Akurat
Hasil Running Plan Interpolasi
Interpolasi
Membandingkan Hasil Kedua Plan
Membandingkan Hasil Kedua Plan
Membandingkan Hasil Kedua Plan
Membandingkan Hasil Kedua Plan
