Petunjuk Pengukuran Debit Aliran A. Umum Pengukuran aliran dapat dilakukan dengan beberapa cara: 1. Dengan sekat Trapesional atau dinamai sekat Cipoleti 2. Dengan sekat V-Notch atau dinamai sekat Thomson; 3. Dengan metode pembubuhan garam 4. Dengan cara sederhana
B. Cara Pengukuran 1. Sekat Cipoleti Alat yang diperlukan : - Sekat Trapesional yang sisi-sisi dalam sekat itu meruncing, seperti pada gambar 2, dibuat dari pelat logam (baja, alumunium dan lain-lain) atau dari kayu lapis. Sekat ini tetap dipasang pada lokasi pengukuran atau hanya sementara saja. - Penggaris, tongkat ukur atau pita ukur Cara Pengukuran: - Tempatkan sekat pada lairan (sungai kecil, pelimpahn mata air dan sebagainya), yang akan diukur, pada posisi yang baik sehingga sekat betul-b etul mendatar atau ”h” pada kedua sisinya adalah sama; - Ukur ”h” dengan penggaris, tongkat ukur atau pita ukur. Perhitungan Debit - Debit dihitung dengan persamaan Q = 0,0186 bh 3/2 Dimana: Q dalam l/d B dalam cm H dalam cm Keadaan untuk pengukuran: - Aliran di hulu dan hilir sekat harus tenang; - Aliran hanya melalui sekat, tidak ada kebocoran pada bagian atas atau samping sekat; - Air harus mengalir bebas dari sekat, tidak menempel pada sekat ( lihat gambar 2).
Gambar 2 Sekat Cipoletti - Kemiringan pintu 4:1 - (h) diukur pada titik dengan jarak minimal 4h dari ambang ke arah hulu saluran. - Tebal ambang ukur harus antara 0,8 s/d 2 mm - Permukaan air di bagian hilir pintu minimal 6 cm di bawah ambagn ukur bagian bawah. bawah. - (h) Harus > 6 cm, tetapi < dari L/3 - P dihitung dari saluran sebelah hulu harus > dari 2 h max, dimana h max adalah ketinggian air yang diharapkan. - B diukur dari tepi saluran dan harus > 2h max.
2. Sekat Thompson (V-Notch) Alat yang diperlukan : - Sekat V-Notch, dibuat dari pelat logam (baja, alumunium dan lain-lain) atau dari kayu lapis.. - Penggaris, tongkat ukur atau pita ukur Cara Pengukuran: - Tempatkan sekat pada aliran (sungai kecil, pelimpahan mata air dan sebagainya), yang akan diukur, pada posisi yang baik sehingga sekat betul- betul betul- betul mendatar atau ”h” pada kedua sisinya adalah sama; - Ukur ”h” dengan penggaris, tongkat ukur atau pita ukur.
Gambar 3 Kurva Ambang Ukur Thompson Perhitungan Debit - Debit dihitung dengan persamaan Q = 0,135 H 3/2 Pada H = 8,5 cm; Q = 3,35 l/det Persamaan Pintu Ukur V-Notch Persamaan V-Notch sesuai Standar: Persamaan V-Notch telah distandarkan oleh ISO (1980), ASTM (1993), dan USBR (1997) semuanya memberikan hasil menggunakan rumus Kindsvater-Shen. Contoh penggunaan persamaan tersebut adalah seperti dibawah ini. Dimana Q dalam unit cfs dam tinggi dalam unit ft. Diberikan dibawah ini kurva untuk C dan k vs sudut. Pada standar yang ada tidak diberikan persamaan untuk penyusunan kurva tersebut, sehingga atu satunya jalan adalah menggunakan kurva tersebut.
Gambar 4 Kurva V-Notch
Keadaan untuk pengukuran: - Aliran di hulu dan hilir sekat harus tenang; - Aliran hanya melalui sekat, tidak ada kebocoran pada bagian atas atau samping sekat; - Air harus mengalir bebas dari sekat, tidak menempel pada sekat ( lihat gambar 5).
Gambar 5 Sekat Thompson (V-Notch) - (h) diukur pada titik dengan jarak minimal 2h dibagian hulu pintu ukur. - Tebal ambang ukur harus antara 0,8 s/d 2 mm
- Permukaan air di bagian hilir pintu minimal 6 cm di bawah ”ambang ukur bagian bawah”. - (h) Harus > 6 cm,untuk menghindari kesalahan ukur; - Persamaan dikembangkan untuk h antara 38 cm dan h/P < 2,4 - Persamaan dikembangkan untuk V-Notch yagn sempurna, dalam arti h/B harus = 0,2 - Lebar saluran rata-rata (B) harus >91 cm. - Bagian bawah V-Noth harus min 45 cm di atas bagian dasar saluran bagian hulu Apabila alat ukur tidak memenuhi ketentuan di atas, maka alat ukur disebut alat ukur ”V Notch yang tidak sempurna”. Dimana - h/B yang dibutuhkan = 0,4 - Dasar ambang ukur bagian bawah cukup 10 cm di atas dasar saluran sebelah hulu - Lebar saluran cukup dengan 10 cm, dan h bisa sampai 61 cm (V-Notch sempurna mempunyai h 38 cm) - Grafik C yang digunakan berbeda, grafik memberikan hubungan antara C sebagai fungsi dari h/P dan P/B dan hanya berlaku untuk V-Notch dengan sudut 900 - Pada Standar USBR, 1997 dapat dilihat bahwa Nilai C bergerak dari 0,576 sd 0,6 sedangkan pada V-Notch sempurna dengan sudut 900, nilai C adalah 0,578 3. Metode Pembubuhan Garam Metode ini bisa dipergunakan pada dua lokasi yang berjarak 30 m dan aliran dibagian hulu bersifat tubulen (bergejolak) Garam yang sudah dilarutkan di dalam seember air, ditumpahkan di bagian hulu aliran Keadaan aliran yang bergejolak dan jarak antara dua titik pengamatan di hulu dan di hilir harus cukup menjamin terjadinya percampuran garam yang merata diseluruh penampang aliran. Pada bagian hilir Daya Hantar Listrik atau Electrical Conductivity (EC) diukur setiap 15 detik dan hasilnya dicatat pada Formulir S14 Ketika larutan garam seluruhnya telah melewati titik pengamatan dibagian hilir, EC akan kembali ke keadaan normal, EC nilainya naik pada saat awal pengukuran Setelah dikurangi oleh nilai EC dari air, maka nilai EC yang digunakan untuk menentukan debit aliran a. Alat dan Zat kimia yang diperlukan - Satu ember dengan volume 10 L - Garam meja (NaCl) yang diketahui benyaknya b. Metode pengukuran - Buat larutan garam dengan melarutkan sejumlah garam (misalnya 1 kg) ke dalam s eember air - Tumpahkan ke dalam aliran di bagian hilir - Catat hasil ukur EC dibagian hilir pada selang waktu 15 detik dari saat dit umpahkan pada kolom-kolom Formulir S14 (lihat lampiran A) - hentikan pengukuran EC, ketika nilai EC kembali ke nilai normal c. Perhitungan Debit - Masukkan nilai EC yang benar pada kolom 3 Formulir S14 (lihat lampiran A) yaitu nilai pada kolom-kolom 2 dikurangi EC asli dari air - Jumlah nilai EC pada kolom 3; - Hitung debit dari aliran ini dengan persamaan Q = 2.1 x s / E x t Dimana: Q = debit (l/det) S = berat kering NaCl (mg)
E = jumlah E pada kolom 3 formulir S 14 (uS/cm) T = selang waktu antara dua pengukuran yang berturutan
4. Cara Sederhana 4.1 Metode Ember Peralatan yang dibutuhkan: - Ember atau wadah lainnya yang volumenya diketahui - Pengukur waktu (Stop watch) Cara pengukuran - Gunakan metode ini bila seluruh aliran bisa ditampung dalam wadah atau ember it u, misalnya air yang keluar dari mata air melalui sebuah pipa - Hhidupkan stop watch tepat pada saat ember atau wadah disimpan untuk menampung aliran - Matikan Stop watch tepat pada saat ember pada satu wadah penuh Perhitungan Debit Q = V/T Dimana: Q dalam l/dtk T = waktu saat stop watch dihidupkan dan dimatikan, dalam detik V = volume ember atau wadah Contoh: ember dengan isi 40 l, dalam waktu 8 detik Q = 40/8 = 5 l/dtk
4.2 Metode Benda Apung Peralatan yang dibutuhkan - pita ukur - stop watch - daun atau benda apung lainnya Cara pengukuran - Pilih lokasi yang baik pada beban air dengan lebar, kedalaman, kemiringan dan kecepatannya yang dianggap tetap, sepanjang 2 meter; - Perhatikan agar tidak ada rintangan, halangan atau gangguan lainnya sampai tempat pengamatan di hilir - Jatuhkan daun ditengah sungai, pada bagian hulu bersamaan dengan itu di hidupkan stop watch - Hentikan stop watch manakala daun melewati titik pengamatan di hilir, jarak antara bagian hulu dan bagian hilir juga harus diukur (katakan Lm) - Ukur kedalaman air pada beberapa titik penampang aliran, juga lebar penampang itu
Gambar 6 Sketsa Penampang Melintang Aliran Perhitungan Debit Jika daun menempuh jarak L dalam waktu t detik, kecepatan muka air adalah: V=L/t Kecepatan aliran rata-rata diseluruh penampang adalah 2/3 dari harga ini, jadi: V = L/t Tentukan kedalaman air rata-rata h = (a+b+c)/ 3 (m) Luas penampang A = d x h (m2) Debit (Q) = V x A (m3/dtk) Atau = 1000 x V x A (l/dtk) 5. Pengukuran dengan Current Meter Alat ukur harus digunakan untuk mengukur aliran pada kecepatan air rendah ti dak pada saat banjir. Ada beberapa jenis alat ukur kecepatan arus, pemeliharan jenis peralatan disesuaikan dengan kecepatan aliran air dan kedalaman air yang akan diukur Pengukuran kecepatan air ada beberapa cara, cara satu titik, cara dua titik dan cara tiga titik tergantung dari kedalaman air yang akan diukur. Kecepatan aliran air dihitung dengan penambilan harga rata-rata. Untuk mengukur kecepatan aliran disamping memakai alat current meter dapat pula diukur memakai pelampung. Untuk menghitung debit sungai diperlukan luas penampang melintang sungai. Besarnya debit adalah hasil kali kecepatan harus dipasang melintang sungai. Untuk mengukur penampang melintang sungai harus dipasang titik tetapi lakukan survei lokasi pengukuran penampang melintang sungai sebelum diadakan pengukuran. Berikut ini disajikan interval pengukuran dalamnya air: Tebel 6 Interval Pengukuran Dalamna Air Lebar Sungai (m) 100 100-200 Diatas 200 Interval (m) Diatas tanah Kurang dari 5 Kurang dari 10 Kurang dari 20 Dalamnya air Kurang dari 5 Kurang dari 10 Kurang dari 20 Contoh menghitung kecepatan air dengan current meter: 1. Kecepatan aliran cara mengukur satu titik dilakukan sebagai berikut: a. Ukur kecepatan aliran pada kedalaman 0,6 D, D adalah kedalaman total air di sungai b. Kecepatan rata-rata adalah sama dengan kecepatan pengukuran pada a) 2. Kecepatan aliran dengan cara dua titik dilakukan sebagai berikut: a. Ukur kecepatan aliran kedalaman 0,2 D, 0,6 D dan 0,8 D. Kecepatan rata-rata adalah sama dengan pengukuran: ((V 0,2D) + (2V 0,6D) + (V 0,8 D))/4 V 0,2 adalah kecepatan air pada kedalaman 0,2 D Makin rapat interval garis pengukuran kecepatan, mekin baik hasilnya Tabel 7 Interval Pengukuran Kecepatan Air Lebar sungai (m) Kurang dari 50 50-100 100-200 200-400 400-800 Lebih dari 800 Jumlah penampang 3 4 5 6 7 8
Sedangkan tabel dibawah ini menunjukkan standar interval pengukuran dalamnya air dan interval pengukuran kecepatan air menggunakan alat ukur arus Tabel 8 Interval Pengukuran Kedalaman Air dan Kecepatan Aliran
Lebar Permukaan Air B (m) Interval Garis Pengukuran Dalamnya Air (m) Interval Garis Kecepatan Aliran (m) Kurang dari 10 0,1 B – 0,15 B 10 – 20 1 2 20 – 40 2 4 40 – 60 3 6 60 – 80 4 8 80 – 100 5 10 100 – 150 6 12 150 – 200 10 12 Lebih dari 20 15 30 Banyaknya garis pengukuran dalmnya air adalah 2 kali banyaknya garis kecepatan
mengukur debit air BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang
Salah satu fungsi dari daerah aliran sungai adalah sebagai pemasok air dengan kuantitas dan kualitas yang baik terutama bagi orang di daerah hilir. Dan untuk menjaga agar air yang keluar dari daerah aliran sungai tidak melebihi dari kapasitas penerimaan dihilir, perlu dilakukan perhitungan debit air. Perhitungan debit air ini penting untuk menentukan agar fungsi dari daerah aaliran sungai sendiri dapat berjalan dengan baik dan menguntungkan bagi manusia dan ekosistem. Pada perhitungan debit air, kita harus menganalisa bahan apa yang digunakan untuk membuat saluran tersebut sehingga kita tahu nilai S (kemiringan) dan nilai n (kekasaran) yang terjadi pada saluran tersebut. 1.2.Tujuan
Mahasiswa dapat menentukan geometrik saluran dan hitung debit aliran dalam saluran drainase atau saluran irigasi 1.3.
Ruang Lingkup
1. Mengukur dimensi penampang saluran (kedalaman air, lebar saluran, ambang bebas, dan kekasaran dinding saluran.
2. Mengukur panjang saluran (dengan bantuan speedometer) 3. Mengukur beda tinggi muka tanah (dengan bantuan goggle earth) 4. Menghitung kemiringan dasar saluran ( asumsi dari kemiringan muka tanah). 5. Menghitung kemiringan muka air 6. Mengitung luas penampang, keliling basah, jari2 hidrolis 7. Menghitug debit aliran
BAB II STUDI LITERATUR DAN METODOLOGI
2.1. STUDI LITERATUR
Debit aliran adalah jumlah air yang mengalir dalam satuan volume per waktu. Debit adalah satuan besaran air yang keluar dari Daerah Aliran Sungai (DAS). Satuan debit yang digunakan adalah meter kubir per detik (m3/s). Debit aliran adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu (Asdak,2002). Dalam praktek, sering variasi kecepatan pada tampang lintang diabaikan, dan kecepatan aliran dianggap seragam di setiap titik pada tampang lintang yang besarnya sama dengan kecepatan rerataV, sehingga debit aliran adalah: Dengan : Q =Debit Aliran (m3/s) A = Luas Penampang (m2) V = Kecepatan Aliran (m/s) Metode penelitian meliputi pengukuran langsung di lapangan. Pengukuran langsung di lapangan meliputi pengukuran lebar, tinggi air, tinggi saluran drainase, sisi miring, dan diameter pada masing-masing saluran drainase dari yang berbentuk trapesium, persegi, dan lingkaran. Variabel yang diamati adalah debit air pada masing-masing saluran drainase.
Debit air sungai merupakan tinggi permukaan air sungai yang terukur oleh alat ukur permukaan air sungai ( Mulyana, 2007). Debit adalah suatu koefesien yang menyatakan banyaknya air yang mengalir dari suatu sumber persatuan waktu, biasanya diukur dalam satuan liter per/detik, untuk memenuhi keutuhan air pengairan, debit air harus lebih cukup untuk disalurkan ke saluran yang telah disiapkan (Dumiary, 1992). Pada dasarnya debit air yang dihasilkan oleh suatu sumber air ditentukan oleh beberapa faktor - faktor yaitu : 1.Intensitas hujan 2.Penggundulan hutan 3.Pengalihan hutan Pengukruan debit dapat dilakukan dengan berbagai macam cara yaitu (Arsyad,1989): a.
Pengukuran volume air sungai
b. Pengukuran debit dengan cara mengukur kecepatan aliran dan menentukan luas penampang melintang sungai c. Pengukuran dengan menggunakan bahan kimia yang dialirkan dalam sungai d. Pengukuran debit dengan membuat bangunan pengukur debit. Hidrograf aliran merupakan perubahan karakterisitik yang berlangsung dalam suatu DAS oleh
adanya
kegiatan
pengelolaan
DAS
dan
adanya perubahan
iklim
lokal (
Asdak,
1995). Aliran sungai berasal dari hujan yang masuk kedalam alur sungai berupa aliran permukaan dan aliran air dibawah permukaan,debit aliran sungai akan naik setelah terjadi hujan yang cukup , kemudian yang turun kembali setelah hujan selesai. Grafik yang menunjukan naik turunnya debit sungai menurut waktu disebut hidrograf, bentuk hidrograf sungai tergantung dari sifat hujan dan sifat daerah aliran sungai ( Arsyad,2006). Terdapat tiga kemungkinan perubahan debit sungai yaitu laju pertambahan air bawah tanah lebih kecil dari penurunan aliran air bawah tanah normal, laju pertambahan air bawah tanah sama dengan laju penurunannya, sehingga debit aliran menjadi konstan untuk sementara, dan laju pertambahan air bawah tanah melebihi laju penurunan normal, sehingga terjadi kenaikan permukaan air tanah dan debit sungai (Arsyad, 2006). Perlu diingat bahwa distribusi kecepatan aliran di dalam aluran tidak sama arah horizontal 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. Distribusi Kecepatan Aliran:
A : teoritis B : dasar saluran kasar dan banyak tumbuhan C : gangguan permukaan (sampah) D : aliran cepat, aliran turbulen pada dasar E : aliran lambat, dasar saluran halus F : dasar saluran kasar/berbatu
2.1. METODOLOGI
1.
Waktu dan Lokasi Kegiatan pengukuran saluran drainase dilakukan pada tanggal 29 September 2011 pada pukul 11.30-12.00. Lokasi kegiatan dilakukan di sungai depan jurusan Teknik Elektro dan sekitar Teknik Material dan Metalurgi.
2.
Jenis Penelitian Metode penelitian meliputi pengukuran langsung di lapangan. Pengukuran langsung di lapangan meliputi pengukuran lebar, tinggi air, tinggi saluran drainase, sisi miring, dan diameter pada masing-masing saluran drainase yang berbentuk persegi. Variabel ya ng diamati adalah debit air pada masing-masing saluran drainase.
3.
Alat dan Bahan a.
Rafia
b. Meteran c.
Kamera
d. Spidometer sepeda Motor e.
Stopwatch
BAB III HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
3.1.
HASIL PENGAMATAN
No
1.
Perlakuan
Mengukur
Keterangan
dimensi
penampang
saluran( kedalaman air, lebar saluran,
-kedalaman air = 31 cm -lebar saluran = 962 cm
dan ambang bebas). 2.
Mengukur panjang saluran dengan
-saluran yang diamati kira-kira panjangnya 1
bantuan spedometer.
km.
Mengukur beda tinggi muka tanah
-dari pengamatan melalui google earth
(dengan bantuan google earth)
didapatkan tinggi muka tanah yaitu 3 feet
4.
Menghitung kemiringan dasar saluran.
-kemiringan dasar saluran yaitu 0,015 m.
5.
Menghitung kemiringan muka air.
-kemiringan muka air sungai yaitu 0,15 m
6.
Menghitung debit aliran.
-dihitung di penghitungan.
3.
PERHITUNGAN
53 cm H= 31 cm
B = 962 cm
Hasil Pengamatan: Tinggi Saluran
: 53 cm = 0,53 m
Lebar Saluran
: 962 cm = 9,62 m
Tinggi Air
: 31 cm = 0,31 m
Kecepatan aliran
: m/s
Kemiringan ( S )
: 0,015 3
Kekasaran ( n ) : 0, 013 det/m
a.
Keliling Basah (P) P = B + 2h = 9.62 m + 2 (0.31 m) = 9.62 + 0.62 = 10.24 m
b. Luas Penampang Basah (A) A=
Bxh
= 9.62 m x 0.31 m = 2.9822 m
c.
2
Jari-Jari Hidrolis (R) R= = = 0.29 m
d. Debit Air (Q) Berdasarkan penghitungan rumus : Q=
Axv
=Ax x x = 2.9822 x x x = 2.9822 x x 0.438126 x 0.122474 3
= 12.30942 m /s
Berdasarkan penghitungan kecepatan aliran air : Q=
Axv
2
= 2.9822 m x m/s 3
= 0.0216101 m /s
3.2.
PEMBAHASAN
Praktikum kedua hidrolika dilaksanakan pada hari senin tanggal 26 September 2011 yaitu berjudul Geometrik Saluran dan Prediksi Debit. Dalam percobaan ini, kita mengukur kedalaman sungai, lebar sungai, menghitung panjang saluran sungai, menghitung kemiringan muka air dan debit aliran. Langkah awal yang kelompok kami lakukan yaitu menentukan sungai yang akan dijadikan objek penelitian. Kelompok kami meneliti sungai di wilayah ITS yaitu tepatnya sungai yang berada di depan Teknik Elektro-FTI. Keadaan sungainya tidak mengalir dan sangat kotor. Setelah menentukan sungai yang akan dijadikan objek penelitian, kita melakukan langkah selanjutnya yaitu mengukur dimensi penampang saluran. Kedalaman air di sungai tersebut yaitu 31cm, lebar saluran sungai yaitu 962 cm. Selanjutnya mengukur panjang saluran dengan speedometer sepeda motor, dan didapatkan hasil bahwa panjang sungai yang kita amati tersebut sekitar 1 km. Kemudian mengukur tinggi muka air tanah. Pengukuran ini menggunakan google earth. Awalnya kita mencari dulu daerah sungai yang kita amati melalui google earth, setelah sudah ketemu kita bisa melihat dibagian bawah gambar pada sungai itu terdapat keterangan bahwa elevasi dari sungai itu adalah 3 feet. Dan elevasi sama dengan beda tinggi muka tanah, jadi dapat diketahui bahwa beda tinggi muka tanah tersebut adalah 3 feet. Setelah itu menghitung kemiringan dasar saluran. Kemiringan dasar salurannya yaitu 0,015 m. Dan karena kekasaran sungai tersebut terbuat dari beton, maka dapat diketahui bahwa nilai 3
kekasarannya yaitu 0,013detik/ m . Berdasarkan data yang diperoleh di lapangan, dapat dihitung debit air yang mengalir pada sungai tersebut. Menurut hasil perhitungan yang tertera di atas, debit air berdasarkan penghitungan 3
menggunakan rumus adalah 12.30942 m /s. Akan tetapi, pada saat pengukuran di lapangan, kami menggunakan papan triplek untuk mengetahui kecepatan aliran air, dan diketahui jarak 1 m ditempuh selama 2 menit 18 detik atau sama dengan 138 detik. Dengan begitu, dapat disimpulkan bahwa kecepatan aliran airnya m/s. Berdasarkan penghitungan kecepatan aliran air, debit airnya 3
adalah 0.0216101 m /s. Perbedaan besar debit air yang terjadi sangat besar sekali ini, kemungkinan terjadi karena pengamatan dan pengukuran dilakukan pada musim kemarau, dimana air yang mengalir sangat sedikit, dan cenderung tidak mengalir (menggenang). Sehingga dapat disimpulkan
bahwa debit air berdasarkan penghitungan rumus adalah debit air ketika musim hujan, dimana air yang mengalir lebih banyak daripada ketika musim kemarau.
BAB IV KESIMPULAN KESIMPULAN
Dari data di atas dapat disimpulkan : 1. Debit air pada masing-masing saluran berbeda-beda tergantung pada bentuk saluran, bahan yang digunakan, dan ukuran salurannya. 2. Debit air pada masing-masing saluran tergantung pada musim, terutama pada saluran drainase, karena saluran drainase digunakan untuk mengalirkan air hujan. 3
3. Debit air yang diperoleh berdasarkan rumus yaitu 12.30942 m /s, dan debit air yang diperoleh 3
berdasarkan perhitungan kecepatan aliran yaitu 0.0216101 m /s.
BAB V
DAFTAR PUSTAKA
Arsyad S. 2006. Konservasi Tanah dan Air. IPB Press : Bogor Arsyad. 1989. Konservasi Tanah dan Air. IPB Press : Bogor Asdak C. 1995. Hidrologi dan Pengelolaan Daera Aliran Sungai. Gadjah Mada University Press : Yogyakarta Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (terjemahan). Jakarta : Erlangga Giancoli, Douglas C. 2010. Fisika Jilid V (terjemahan). Jakarta : Erlangga Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I (terjemahan). Jakarta : Erlangga Streeter L, Victor. 1985. Mekanika Fluida. Erlangga: Jakarta.
KEPUSTAKAAN 3.1 Rumus Dasar Aliran pada Saluran Terbuka 3.1.1 Formula Chezy Untuk Aliran Pada Saluran Terbuka
Jumlah tahanan gesek untuk yang di salurkan adalah : tahanan gesekan
= f x luas basah x v = f x Pl x v
n
n
Nilai n dari hasil percobaan adalah 2. Hingga : tahan gesekan
= f x Pl x v
2
Untuk gerakan air sejarak V adalah = tanahan gesek x jarak 2
= f x Pl x v x v
= f x Pl x v Keterangan :
3
l
= panjang saluran
A
= luas penampang aliran
v
= kecepatan aliran air
P
= keliling basah
f
= tahanan gesekan
I
= rata-rata kemiringan dasar saluran
Berat air sepanjang l meter dalam saluran adalah : =wxAx1 Dimana
w
= berat jenis air
Kehilangan energi potensial pada jumlah v x I/det = w . A . l . v. I w.A.l
= berat air
v.I
= tinggi air
dari ketentuan ketentuan di atas diperoleh persamaan. 3
f x Pl x V = w. A . l x v 2
V
=
V
=xI =C
C
=
R=
Debit aliran
Q
=Axv = AC
3.1.2 Formula Bazin
Setelah percobaan yang dilakukan oleh Chezy, dengan menetapkan konstanta selanjutnya Bazin membangun pik sumber : C
=
Dalam hal ini K adalah konstanta yang ditetapkan oleh Bazin berdasarkan kekasaran dasar saluran, tertera dalam tabel berikut. No
Type Permukaan Saluran
Nilai K
1
Pelesteran halus, kayu berketam
0,11
2
Kayu gergajian, bata, ubin, batu alam
0,21
3
Tembok pecahan batu alam
0,83
4
Saluran tanah beraturan sangat baik
1,54
5
Saluran tanah tidak beraturan
2,35
6
Saluran tanah yang sangat kasar
3,17
3.1.3 Formula Manning
Berdasarkan konstanta C yang dijawab oleh Chezy, maka Manning melanjutkan persamaan : C
=xR
1/6
N adalah konstanta yang didapat oleh Kutter hingga persamaan menjadi : 1/6
V
=C=xR
V
=xR
1/6
1/2
xR
1/2
xI
2/3
=xR Dimana
1/2
xI
=MxR
2/3
xI
½
M = adalah konstanta Manning. Hingga diperoleh : Q
= luas x kecepatan xI
½
=AxMxR
2/3
xI
½
=AxMxR
2/3
xI
½
=AxxR
Q
2/3
3.2 Kebutuhan Air untuk Irigasi
Perhitungan kebutuhan air irigasi bagi tanaman, biasanya d dasarkan pada 3 jenis tanaman yaitu , padi, palawija dan tebu. 3.2.1 Padi
Air irigasi yang diberikan pada tanaman padi sawah untuk memenuhi kebutuhan air bagi pengolahan tanah , persemaian dan pertumbuhan tanaman. 3.2.2 Pengolahan tanah dan persemaian
Selama masa pengolahan tanah,air irigasi banyak di perlukan air terutama untuk penjenuhan/pelumpuran tanah, pengenangan dan untuk menganti kehilangan air melalui evaporasi, perembesan dan perkolasi. Berdasarkan peningalan arsip zaman kolonia ,di dapat kan bahwa angka kebutuhan air untuk pengolahan tanah di daerah pemali comal adalah 1,20 1/dt/ha untuk selama 45 han atau 467 mm , (4.665.600 liter). Konsultan nedeco merayakan angka 200 mm/ha bagi untuk pengolahan tanah. Kemudian prosida sub proyek pemali comal mengadakan kebutuhan air pengolahan tanah dan d dapat kan angka 1.12 /dt/ha selama 26 hari, (2.515.968 liter). Modul proyek tata guna air meyarankan mengunakan angka kebutuhan air untuk kebutuhan pengolahan tanah sebesar 1.50 I/dt/ha slama 35 han (4.536.00 liter).
Untuk persemaian , mengingat bahwa areal nya relatif kecil (3% - 5% dari areal tanam), dan di tamukan jenis padi ungul di mana umur bibit nya kurang dari satu bulan. Dan umum nya tiga minggu, maka pemberian airnya dapat di cakup oleh jumlah air untuk pengolahan tanah. 3.3 Perhitungan Penampang Melintang
Menurut Chow (1989), hantaran suatu penampang saluran akan meningkat sesuai dengan peningkatan jari-jari hidrolis atau berkurangnya keliling basah dan bentuk tampang saluran akan mempengaruhi kecepatan aliran yang melaluinya. Dalam hal ini dimensi saluran dihitung dengan menggunakan persamaan Stricler sebagai mana yang tersebut di bawah ini :
Dimana :
Q
=AxV
V
=KxR xI
I
=
R
= A/V
A
= (b + m.h) h
P
= b + 2h )
Q
= debit rencana saluran (m /dt)
A
= luas penampang basah hidrolis (m )
V
= kecepatan aliran (m/dt)
K
= koefisien kekasaran
R
= jari-jari hidrolis
I
= kemiringan saluran (m)
P
= keliling basah (m)
⅔
0,5
3
2
b
= lebar dasar saluran (m)
m
= kemiringan dinding saluran (m)
h
= kedalaman air (m)
3.4 Perhitungan Penampang Memanjang
Menurut Chow (1989), kemiringan memanjang dasar saluran biasanya diatur oleh keadaan topografi dan tinggi energi yang diperlukan untuk mengalirkan air pada saluran. Perhitungan aliran kritis meliputi penentuan kedalaman kritis dan kecepatan kritis, bila tertib dan tampang saluran diketahui. Menurut Chow (1989), untuk menghitung kecepatan kritis dapat digunakan persamaan Manning, yaitu : ½
Vc
= (g . D)
Vc
= kecepatan disaluran (m/dt)
g
= percepatan gravitasi = 9,8 (m/dt)
D
= kedalaman hidrolis (m)
Dimana :
Untuk penentuan kedalaman air kritis (h), menurut Ranger raju K.G (1986), suatu aliran dikatakan kritis jika bilangan froude adalah satu. Pernyataan tersebut dapat di nyatakan dengan persamaan sebagai berikut : F'
=
Dimana: F'
= bilanangan froude
Q
= debit rencanan saluran (m³/dt)
T
= lebar puncak air rencana (m)
G
= percepatan gravitasi (m/dt)
A
= luas penampang basah hidrolis (m²)
Untuk mengetahui kedalaman air kritis (h) digunakan persamaan sebagai berikut : 1/3
hc
=
Hc
= kedalaman air kritis (m)
Q
= debit rencana saluran (m³/dt)
B
= lebar dasar saluran (m)
m
= kemiringan dinding saluran (m)
h
= kedalaman air (m/dt)
g
= percepatan gravitasi( m/dt)
Dimana:
Untuk mencari tinggi muka air yang di perlukan (p) dihitung dengan rumus standar perencanaan irigasi (1986) yaitu : P
= a+ 0.7 + (L.I)
P
= Tinggi muka air pada permukaan(m)
A
= elerasi tertinggi dari permukaan sawah (m)
L
= panjang saluran (m)
I
= kemiringan saluran (m)
Dimana :
3.5 Koefisien Kekasaran Dasar Saluran
Berdasar kan anonymous (1986) standar perencanaan irigasi, besarnya koefisien kekerasan stricler tergantung pada faktor – faktor sebagai berikut : - kekasaran permukaan saluran - ketidak teraturan permukaan saluran - trase - vegetasi (tetumbuhan) - sedimen Pengaruh faktor – faktor di atas terdapat koefisien kekasaran saluran akan bervariasi menurut ukuran saluran. Koefisien kekasaran Manning (“n”) mempunyai harga bilangan 1 dibagi dengan K.
Koefisien – koefisien kekasaran Strickler untuk saluran tanah dapat di lihat pada tabel di bawah ini : Debit Rencana Koefisien (m³/dtk)
Q>1
45
5 <>
-42,5
1 <>
40
Q <>
35
Sedangkan saluran yang mengunakan pelindung (lining) besarnya kekasaran Strickler adalah sebangai berikut : Jenis Pasangan
Pasangan Bata
Koefisien
60
Pasangan Beton
70
Tanah
35 – 45
Besi
85
3.6 Kecepatan Aliran yang Diizinkan
Batas kecepatan maksimum yang di izinkan di tentukan oleh sifat – sifat bahan pembentukan saluran yang dingunkan. Pada pengurusan yang terjadi pada dasar saluran terutama disebabkan oleh kecepatan yang melebilihi kecepaan yang diinginkan. Besar nilai kecepatan sangat variasi tergantung pada jenis material yang dingunakan, juga dapat di tentukan berdasarkan pengamatan dan percobaan. Dalam merencanakan kecepatan aliran sebaiknya sedikit lebih baik dari pada kecepatanaliran yang diizinkan. Hal ini bertujuan untuk mencengah pengendapamn dari sedimen yang melayang. Menurut chow (1959) kecepatan maksimum yang diizinkan adalah kecepatan rata-rata terbesar yang tidak akan menimbulkan erosi pada tubuh saluran. Menurut Anonymous (1986) standar perencanaan irigasi, kecepatan maksimum untuk arah subkritis yang dianjurkan adalah sebangai perlihatan pada tabel di bawah ini : (m³/dtk)
n
V(m/dtk)
0 -1,5
2
0,4 s/d 0,45
1,5 – 3,5
2,5
0,50
3,5 – 4,5
3,0
0,55
4,5 – 6,0
3,5
0,60
6,0 – 7,5
4,0
0,65
7,5 – 9,0
4,5
0,70
9,0 - 11
5,0
0,70 s/d 0,75
3.7 Kemiringan Talud Saluran
Untuk menekan biaya pembbebasan tanah dan pengalian, talut saluran di rencanakan securam mungkin yang tentunya berdasarkan peraturan Direktorat Jenderal Pengairan. Untuk saluran pasangan, kemiringan talut dapat dibuat lebih curam dari pada saluran tanah. Untuk salauran yang lebih kecil (h <> Jenis tanah
H <>
0,75m <>
Lempung Pasiran
1
1
Tanah pasiran kohesip
1
1
Tanah pasiran lepas
1
1,25
Geluh pasiran, lempung berpori
1
1,5
1,25
1,5
Tanah gambul lunak 3.8 Tinggi Jagaan
Tinggi jagaan adalah tinggi vertikal yang direncanakan dan elevasi permukaan air rencana hinga puncak tanggul. Hal ini dimaksud untuk mencengah melimpahnya air yang dapat mengancam kestabilan tanggul. Menurut Chow (1975) untuk perhitungan tinggi jagaan ini belum ada suatu metode khusus untuk masing-masing saluran, karena kenaikan gelombang atau kenaikan muka air di saluran sering di timbulkan oleh beberapa vaktor lain yang tidak dapat diduga. Besarnya tinggi jagaan yang sering di pakai dalam perencanaan, berkisar antara 5% - 30% dari kedalaman air rencan. Harga-harga tinggi jagaan tersebut dapat diambil dari United State Bureau of reclamation (USBR). Besarnya tingginya jagaan untuk saluran tanah dan saluran pasangan dapat di lihat tabel di bawah ini : Debit Rencana
Tinggi Jagaan
(m³/dtk)
(m)
<>
Saluran Tanah
Saluran Pasangan
Tanggul
0,40
0,20
0,40
0,5 – 1,5
0,50
0,20
0,50
1,5 – 5,0
0,60
0,25
0,60
5,0 – 10,0
0,75
0,30
0,75
10,0 – 15,0
1,00
0,50
1,00
3.9 Bangunan Ukur
Bangunan ukur debit yang di maksudkan pada tulisan ini adalah suatu bangunan air yang di bangun melintang pada saluran irigasi atau sungai yang sengaja di buat untuk meninggikan muka air, sehingga air saluran irigasi atau sungai dapat di sadap dan di alirkan secara gravitasi ke tempat tertentu yang membutuhkan atau untuk mendapatkan tinggi terjun yang cukup untuk keperluan tertentu. Di tinjau dari pandangan hidrologis, bangunan ukur debit tersebut dapat di anggap sebagai penampang kendali buatan, yaitu suatu penampang melintang buatan yang berfungsi sebagai pengendali aliran. Berdasarkan fungsinya maka penampang kendalibuatan tersebut dapat di bedakan menjadi 2 jenis, yaitu: 1. Penampang kendali buatan yang hanya menentukan tinggi muka air, misalnya dapat berupa ambang lebar, ambang tajam, mercu tetap dan alat ukur parshal. 2. Penampang kendali buatan yang dapat mengatur tinggi muka air, misalnya dapat berupa balok sekat, pintu sorong, dan pintu radial, alat ukur Romijn. a. Ambang Tajam
Suatu ambang di sebut dengan ambang tajam (sharpcrested weir) apabila aliran yang terjadi tidak menempel pada ambang, dan merupakan bangunan aliran atas. Ketelitian debit yang terukur tergantung dari kondisi aliran di bagian hulu dan hilir ambang serta kondisi bangunannya sendiri. Di pasang sedemikian rupa agar alirannya tidak tenggelam. Di pasang pada penampang saluran irigasi atau sungai kecil yang bentuknya uniform, bagian alur yang lurus paling sedikit 5 kali lebar ambang, dasar alur mendekati horizontal agar kecepatan datang kecil. Ketinggian muka air yang di ukur paling sedikit pada jarak 4 sampai 5 kali tinggi muka air maksimum dari sebelah hulu ambang. Bangunan di pasang secara simetris dan harus mampu berdiri untuk mengalirkan debit maksimum tanpa mengalami kerusakan. Pengendapan material di bagian hulu ambang yang terjadi secara kontinu dan kerusakan mercu ambang yang di
sebabkan oleh abrasi material yang hanyut akan mempengaruhi ketelitian debit yang terukur. Kondisi yang perlu di perhatikan untuk ambang tajam antara l ain : hi/L > 15 L <> Batas modulen (H2/H1) berada kurang dari 0,1. Ambang tajam yang di lengkapi dengan bagian pengendali berbentuk segi tiga, kesamaan debitnya adalah : Q
= 8/15 (2g)½ Cd tan α/2 hi
5/2
Dimana : α
= sudut diantara 2 sisi mercu
Ambang tajam yang dilengkapi dengan bagian pengendali berbentuk segi empat, persamaan debitnya adalah : Q
= 2/3 Cd (2g)
½
3/2
b hi
Disarankan : Ca
= 0,6035 + 0,0813 hi/p
Ambang tajam yang di lengkapi dengan bagian pengendali berbentuk trapesium, persamaan debitnya adalah : Q
= 2/3 Cd Cv (2g)
1/2
3/2
b hi
Untuk menentukan harga koefisien Cd dan Cv diperlukan kalibrasi dilapangan, antara lain dengan pengukuran debit menggunakan alat ukur arus. b. Ambang pendek
Suatu ambang di sebut dengan ambang pendek (shortcreated weir) apabila aliran yang terjadi menempel pada ambang, tidak membentuk garis aliran lurus (tidak terdapat distribusi tekanan hidrostatik), merupakan aliran atas. Untuk mercu bulat, debitnya dapat di hitung dengan rumus sebagai berikut :
1/2
1,5
Q
= 2/3 Cd (2/3g)
b hi
Q
= debit (m /detik)
Cd
= koefisien debit (= 1,48)
g
= percepatan gravitasi (9,8 m/detik )
b
= lebar mercu (m)
hi
= tinggi air di atas mercu (m)
Dimana : 3
2
3.10 Perhitungan Pintu-pintu Pembagi
Perencanaan boks bagi harus memenuhi persyaratan berikut guna membatasi pembagian air di petak tersier : a. Pembagian air terus menerus b. Pemberian air secara rotasi c. Debit moduler d. Fleksibilitas Untuk pemberian air secara terus menerus, pembagian air yang proporsional dapat dicapai membuat lebar bukaan proporsional dengan luas daerah yang akan diberi air oleh saluran bagian hilir. Tinggi ambang harus sama untuk semua bukaan dalam boks. Untuk pemberian air secara rotasi, boks diberi pintu yang dapat menutup seluruh atau sebagian bukaan secara bergantian.
