%& BAB II LANDASAN TEORI
2.1. Umum Peng Pengan angk gkut utan an
sedim sedimen en
meru merupa paka kan n
peng penget etah ahua uan n
yang ang
bert bertuj ujua uan n
untu untuk k
mengeta mengetahui hui suatu suatu sungai sungai dalam dalam keadaa keadaan n terten tertentu tu apakah apakah akan akan terjad terjadii pengge penggerusa rusan n (degradasi), (degradasi), pengendapan (aggradasi), (aggradasi), atau mengalami angkutan sedimen (aquilibrium transport) dan transport) dan untuk memperkirakan kuantitas yang terangkut dalam proses tersebut.. Keadaan-keadaan yang menentukan pengangkutan : a. Sifat-sifat aliran air b. Sifat-sifat sedimen c. Pengaruh timbal-balik (inter-action) Sungai Sungai disebu disebutt dalam dalam keadaa keadaan n seimban seimbang g jika jika sedime sedimen n yang yang melewat melewatii suatu suatu penampang sungai tetap, atau dengan kata lain debit sedimen (sediment discharge) yang discharge) yang masuk sama dengan debit yang keluar didalam satu satuan waktu. Keadaan dimana jumlah debit sedimen yang masuk sama dengan yang keluar didalam satu satuan waktu disebut Debit Sedimen Seimbang (se!. Suatu sungai dikatakan mengalami pengendapan jika sedimen yang masuk (s! lebi lebih h besar besar dari dari debi debitt sedi sedime men n seim seimba bang ng (se (se!! dalam dalam satu satu satu satuan an wakt waktu. u. Pros Proses es pengendapan (aggradasi) ini (aggradasi) ini akan mengurangi kemiringan dasar sungai (pendangkalan! dan mungkin akan menyebabkan terjadinya proses pelebaran sungai. Dan sebaliknya, sungai akan mengalami degradasi jika keadaan debit sedimen yang masuk (s! lebih ke"il dari debit sedimen seimbang (se! dalam satu satuan waktu. Proses ini akan menyebabkan terjadinya penurunan ele#asi sungai, sehingga kemiringan kemiringan dasar sungai akan menjadi "uram. Peristiwa ini biasanya biasanya akan terjadi pada hilir bangunan bendung, bendung, bendungan atau bangunan-bangunan bangunan-bangunan pengatur sungai.
2.2. Karakteristik Sedimen Proses pengangkutan sedimen dan pengendapan sedimen tidak hanya tergantung
pada sifat-sifat arus tetapi juga pada sifat-sifat sedimen itu sendiri. Sifat-sifat itu didala didalam m proses proses sedime sedimenta ntasi si terdir terdirii dari dari sifat sifat partik partikeln elnya ya dan sifat sifat sedime sedimen n se"ara se"ara menyeluruh. $amun demikian sifat yang paling penting itu adalah mengenai besarnya atau ukurannya.
%% Dalam beberapa studi mengenai sedimen sungai diwaktu lampau menggunakan bentuk rata-rata untuk menggambarkan karateristik sedimen se"ara keseluruhan. 'ara ini dapat kita lakukan apabila bentuk, kepadatan dan distribusi sedimen tidak terlalu ber#ariasi
dalam regim sungai. ntuk mendapatkan hasil yang lebih tepat, perlu
dilakukan penggambaran sedimen yang lebih seksama. 2.2.1. Klasifikasi Sedimen
Pada dasarnya sedimen yang terangkut oleh aliran dapat diklasifikasikan sebagai berikut : %. )erdasarkan )erdasarkan sumber*asal sumber*asal sedimen sedimen : +ngkutan material dasar, dapat dibagi lagi menjadi : - bed load - suspended load - wash load . )erdas )erdasark arkan an mekanism mekanismee transp transpor or :
bed load
suspended
load
keterangan : - Suspended load , yaitu sedimen yang bergerak diatas dasar se"ara melayang dimana berat partikel dikompensasi oleh turbulensi aliran. - Bed load , yaitu yaitu sedime sedimen n yang yang berger bergerak ak didasar didasar se"ara mengg menggelin elindin ding g (rolling), menggeser (sliding), atau (sliding), atau melon"at (jumping). -
Wash load loa d , yaitu sedimen yang butirannya sangat halus bergerak melayang di bagian
atas aliran dan tidak mengendap di dasar sungai. 2.2.2. Bentuk dan Ukuran Sedimen
)entuk )entuk partik partikel el dari dari sedime sedimen n alam berane beraneka ka ragam ragam dan tidak tidak terbat terbatas. as. kura kuran n partikel sedimen itu sendiri belum "ukup untuk menjelaskan butir-butir sedimen. Sifatsifat yang paling penting dan berhubungan dengan angkutan sedimen adalah bentuk dan kebula kebulatan tan butir butir (berda (berdasark sarkan an pengam pengamatan atan ,
µ!.
)entuk )entuk butira butiran n dinya dinyatak takan an dalam dalam
kebulatannya yang didefinisikan sebagai perbandingan daerah permukaan yang bulat dengan #olume yang sama dari butiran dengan daerah permukaan partikel.
%% Dalam beberapa studi mengenai sedimen sungai diwaktu lampau menggunakan bentuk rata-rata untuk menggambarkan karateristik sedimen se"ara keseluruhan. 'ara ini dapat kita lakukan apabila bentuk, kepadatan dan distribusi sedimen tidak terlalu ber#ariasi
dalam regim sungai. ntuk mendapatkan hasil yang lebih tepat, perlu
dilakukan penggambaran sedimen yang lebih seksama. 2.2.1. Klasifikasi Sedimen
Pada dasarnya sedimen yang terangkut oleh aliran dapat diklasifikasikan sebagai berikut : %. )erdasarkan )erdasarkan sumber*asal sumber*asal sedimen sedimen : +ngkutan material dasar, dapat dibagi lagi menjadi : - bed load - suspended load - wash load . )erdas )erdasark arkan an mekanism mekanismee transp transpor or :
bed load
suspended
load
keterangan : - Suspended load , yaitu sedimen yang bergerak diatas dasar se"ara melayang dimana berat partikel dikompensasi oleh turbulensi aliran. - Bed load , yaitu yaitu sedime sedimen n yang yang berger bergerak ak didasar didasar se"ara mengg menggelin elindin ding g (rolling), menggeser (sliding), atau (sliding), atau melon"at (jumping). -
Wash load loa d , yaitu sedimen yang butirannya sangat halus bergerak melayang di bagian
atas aliran dan tidak mengendap di dasar sungai. 2.2.2. Bentuk dan Ukuran Sedimen
)entuk )entuk partik partikel el dari dari sedime sedimen n alam berane beraneka ka ragam ragam dan tidak tidak terbat terbatas. as. kura kuran n partikel sedimen itu sendiri belum "ukup untuk menjelaskan butir-butir sedimen. Sifatsifat yang paling penting dan berhubungan dengan angkutan sedimen adalah bentuk dan kebula kebulatan tan butir butir (berda (berdasark sarkan an pengam pengamatan atan ,
µ!.
)entuk )entuk butira butiran n dinya dinyatak takan an dalam dalam
kebulatannya yang didefinisikan sebagai perbandingan daerah permukaan yang bulat dengan #olume yang sama dari butiran dengan daerah permukaan partikel.
% Daerah permukaan sulit ditentukan dan isi butiran relatif ke"il, sehingga Wadell mengambil mengambil pendekatan pendekatan untuk untuk menyatakan menyatakan kebulatan. kebulatan. Kebulatan dinyatakan dinyatakan sebagai sebagai perbandingan diameter suatu lingkaran dengan daerah yang sama terhadap proyeksi butiran dalam keadaan diam dan ruang terhadap muka yang paling besar kepada diamet diameter er yang yang paling paling ke"il ke"il atau atau dengan dengan kata kata lain lain kebula kebulatan tan digamb digambark arkan an sebaga sebagaii perbandingan radius rata-rata kelengkungan setiap butir terhadap radius lingkungan yang paling besar (daerah proyeksi atau bagian butiran melintang!. )entuk partikel dinyatakan sebagai suatu faktor bentuk (S!, yaitu : S / "*(ab!&.0 dimana : a : sumbu terpanjang b : sumbu menengah c : sumbu terpendek ntuk partikel berbentuk bola S / %, sedangkan untuk pasir alam S / &.1. Pengaruh Pengaruh bentuk bentuk terhadap terhadap karakteristi karakteristik k hidraulis hidraulis dari partikel*but partikel*butiran iran (yaitu (yaitu ke"epatan ke"epatan jatuh ataupun hambatan! tergantung pada angka Reynold angka Reynold . Partikel-partikel sedimen alam memiliki bentuk yang tidak teratur. 2leh karena itu setiap panjang dan diameter akan memberikan "iri kepada bentuk kelompok butiran. 3abel .%. memperlihatkan skala kelas pengelompokan partikel yang diusulkan oleh peraturan geofisika +merika +merika (4ane, %561!. Dalam peristilahan sedimen digunakan tiga ma"am diameter yaitu: a. Diameter saringan (D!, adalah panjang dari sisi lubang saringan dimana suatu partikel dapat melaluinya. b. Diameter sedimentasi (Ds!, adalah diameter bulat dari partikel dengan berat spesifik dan ke"epatan jatuh yang sama pada "airan sedimentasi dan temperatur yang sama pula. ". Diameter nominal (Dn!, adalah diameter bulat suatu partikel dengan #olume yang sama (dimana #olume/%*7πDn8! Se"ara garis besar skala butiran adalah sebagai berikut: - boulders : 6&&& 9 0& mm - cobbles
: 0& - 76 mm
- grael
: 76 9 mm
%8 - sand
: &&& 9 7
- silt
: 7 9 6
- clay
: 6 - &.6
µ
µ µ
Penentuan Penentuan ukuran boulders, dan grael dilakukan dengan pengukuran boulders, cobbles dan grael lang langsu sung ng dari dari pada pada isi isi atau atau bebe beberap rapaa diam diamet eter er.. !rae raell dan sand dengan dengan analisa mikroskopik atau "ara sedimentasi. 3abel .%. +meri"a eophysi"al nion (+! grade s"ale for parti"le si;es Si;es
'lass
=n"hes
6&&&-&&&
?ery large boulders
&&&-%&&&
4arge boulders
%&&-0&&
0&&-0&
Small boulders
0&-%8&
4arge "obbles
%8&-76
Small "obbles
76-8
%7&->&
8-%7
>&-6&
%7->
6&-&
>-6 6- .&&-%.&& %.&&-&.0& &.0-&.0 &.0-&.%0 &.%0-&.&7 &.&7-&.&8% &.&8%-&.&%7 &.&%7-&.&&> &.&&>-&.&&6 &.&&6-&.&& &.&&-&.&&% &.&&%-&.&&&0 &.&&&0-&.&&0
&-%& &&&-%&&&
%&-0
%&&-0&&
0-.0
0&&-0&
.0-%.8
0&-%0
%.8-&.7
%0-7
&.7-&.8
7-8%
&.8-&.%7
8%-%7
&.%7-&.&>
%7-> >-6 6- -% %-&.0 &.0-&.6
?ery "oarse gra#el 'oarse gra#el
2.2.3. Keraatan! Berat Sesifik! K"nsentrasi K"nsentrasi dan Ke#eatan Endaan 1. Raat $assa (Density )
%6 Pada umumnya sedimen berasal dari desintegrasi atau dekomposisi dari batu batuan, baik yang diakibatkan oleh angin atau air. Suatu misal: clay adalah clay adalah fragmenfragmen dari feldspar dan mika, silt adalah silikat, pasir adalah kwarts. Kerikil adalah pe"ahan-pe"ahan yang "ukup berarti dari batu-batu asal. Boulders adalah adalah segala segala komponen dari batu asal (batu-batu besar!. @apa @apatt massa massa buti butiran ran-bu -buti tiran ran sedim sedimen en (A 6 mm! mm! umum umumny nyaa tida tidak k bany banyak ak berselisih. @apat massa rata-rata dapat diambil ρs / 70& kg*m 8 hal ini dikarenakan kwarts kwarts adalah adalah yang yang paling paling banya banyak k terdap terdapat at dalam dalam sedime sedimen n alam. alam. )ila )ila dinya dinyataka takan n sebagai spesi"ic sebagai spesi"ic gra"ity (s!, gra"ity (s!, maka besarnya / ,70. ntuk "lay,
ρ berkisar antara
0&& -
1&& kg*m 8. 2. Berat Sesifik (Specific Grafity)
)erat spesifik adalah perbandingan gaya gra#itasi antara benda dan air pada
γ w. #olume yang sama. Simbol berat spesifik adalah s dimana s dimana s # ρ $ ρ w # γ $ γ 3. K"nsentrasi
& dari dari seluruh seluruh material material dasar dasar sungai sungai..
Sedimen
Sub basin s.b )rantas
3abel 3abel .. Eumlah angkutan sedimen setahun +liran masuk Suspended load )ed load Eumlah 7 8 7 8 ( %& ! m *th ( %& ! m *th ( %& 7 ! m8*th &,>
&,6%
%,8
%0 s.b 4esti
%,86
&,1
%,7%
Sengguruh
,%7
&,7>
,>6
Dari tabel .. dapat dilihat bahwa angkutan *bed load* untuk sungai )rantas sebesar 0& dari jumlah suspended load* yaitu &,6% juta m 8*th, sedangkan yang terjadi pada sungai 4esti besarnya & dari jumlah *suspended load*, sehingga jumlah *bed load* yang terangkut &,1 juta m 8*th. $ilai 0& serta & ke"uali berdasarkan konsentrasi sedimen *suspended load*, data material dasar sungai dan material *suspended* nilai tersebut diambil dengan mempertimbangkan keadaan penampang kedua sungai tersebut, karena pada umumnya sungai dangkal yang lebar akan membawa *bed load* lebih besar bila dibandingkan dengan sungai dalam yang sempit. %. Ke#eatan Enda & Settling Velocity'
Ke"epatan endap (w! sangat penting dalam masalah suspensi dan sedimentasi. Ke"epatan arus kritis untuk menggerakkan butiran di dasar serta perkembangan konfigurasi dasar sungai sering dihubungkan dengan ke"epatan endap. Ke"epatan ditentukan oleh persamaan keseimbangan antara berat butir dalam air dan hambatan selama butir mengendap. )erat butir di air π
7
/ gaya hambatan
+ 8( ρs − ρ w) . g
, + =
%
ρ wW
W
,
= W
=
.
π
6
/ gaya berat
. + / gaya hambatan
π *
7. + 8 .( ρ s
− ρ w !. g
, +. .% * ,. ρ w .π * 6. + ,
g . +.∆ , +
.
6 8
6 g . + = . .∆ , 8 +
%* ,
.................... Rumus&mum( R e
dengan : F / ke"epatan jatuh butiran 'D / koefisien hambatan (drag coe""isien! G / (Gs-Gw!*Gw 2.2.%. Distri(usi )rekuensi Ukuran Butiran Sedimen
> %!
%7 Dari penyaringan atau distribusi ukuran butiran sedimen yang dapat diperoleh biasanya dinyatakan dengan hubungan distribusi antara persen berat dan ukuran butiran. Distribusi ukuran butiran kumulatif dari hampir semua sedimen dapat digunakan pendekatan distribusi log normal. Distribusi log normal akan memberikan garis lurus jika kertas probabilitas logaritma digunakan. Dari definisi ukuran komulatif dalam bentuk diameter dapat didefinisikan
()reuser,
.$.': %515! :
∑ pi +i + atau +m = ∑ pi i
i
dengan : pi / butiran dengan diameter Di +i / rata-rata geometrik batas ukuran dari butiran yang dapat juga dinyatakan dengan Dp bila menunjukkan diameter "ampuran dengan syarat P lebih ke"il Dp. +m / diameter tengah. $ilai distribusi rerata geometrik diameter adalah ()reuser, .$.': %515! : Dg / D>6 . D%7 Hang nilainya menyamai Dm untuk distribusi log normal. Standar de#iasi geometri ()reuser, .$.': %515! :
σ g =
+>6 +%7
Dalam literatur geologi dalam satuan
Φ
Φ / - log D ( D dalam mm ! Φ ( % mm ! / & Φ ( &,0 mm ! / % , dan lain-lain. Sehingga standar de#iasinya ( σ g ) dalam satuan
Φ / &,0 ( Φ %7 - Φ >6 !
2.3. *ermulaan +erak Butiran 2.3.1. Umum
+ir yang mengalir pada permukaan sedimen mengerjakan gaya pada butiran yang "enderung menggerakkannya. aya yang menahan gaya yang ditimbulkan oleh air
%1 yang mengalir berbeda-beda sesuai dengan ukuran butira dan distribusi ukuran pada sedimen. ntuk sedimen kasar misalnya pasir dan kerikil, gaya penahan gerakan terutama disebabkan oleh berat partikel. Sedimen halus yang mengandung sedikit lumpur atau tanah liat ataupun keduanya, "enderung bersifat kohesif dan menahan gerakan dengan gaya kohesinya daripada dengan gaya berat butir se"ara indi#idu. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pada sekelompok sedimen atau butiran halus akan digerakkan sebagai satu kesatuan, sedangkan pada sedimen kasar yang bersifat non kohesif digerakkan sebagai butiran-butiran yang bebas. )ila gaya hidrodinamik bekerja pada suatu butiran dari sedimen atau agregat dari partikel sedimen non kohesif telah men"apai suatu nilai yang bila bertambah sedikit saja akan menyebabkan partikel atau butiran bergerak, dikatakan sebagai keadaan kritis. )ila kondisi kritis tersebut men"apai suatu nilai atau besaran sebesar gaya geser dasar saluran, maka ke"epatan rata-ratanya telah men"apai kondisi kritis. Pada kondisi ini aliran berkompeten untuk menggerakkan butiran sedimen. 2.3.2. Dasar Te"ri
Pada sekelompok sedimen atau butiran halus akan digerakkan sebagai satu kesatuan, sedangkan pada sedimen kasar yang bersifat non kohesif digerakkan sebagai butiran-butiran yang bebas. +pabila gaya hidrodinamik bekerja pada suatu butiran dari sedimen atau agregat dari partikel sedimen non kohesif telah men"apai suatu nilai yang bila bertambah sedikit saja akan menyebabkan partikel atau butiran bergerak, dikatakan sebagai keadaan kritis. )ila kondisi kritis tersebut men"apai satu nilai*besaran sebesar gaya gesek dasar saluran, maka ke"epatan rata-ratanya telah men"apai kondisi kritis. Pada kondisi ini aliran berkompeten untuk menggerakkan butiran sedimen. Pada awal gerak butiran gaya yang ditumbulkan oleh aliran air adalah seimbang dengan gaya hambatan dari butiran atau sedimen dasar. ntuk butiran sedimen kohesif, parameter penting didalam menetukan awal gerak sedimen adalah konsentrasi atau rapat massa dari endapan dasar. Definisi dari awal gerak sedimen : %. )ila satu partikel telah bergerak
%> . )ila sedikit partkel telah bergerak 8. )ila sebagian partikel telah bergerak 6. )ila τ / τ"r dimana penangkapan sedimen (I b! / & ntuk material sedimen kasar (pasir dan batuan!, gaya-gaya aliran tersebut diimbangi oleh berat butiran sedimen, sedangkan untuk sedimen halus (lanau dan lempung! diimbangi oleh kohesif butiran. Pada waktu gaya-gaya aliran (gaya hidrodinamik! yang bekerja pada partikel sedimen men"apai suatu harga tertentu dimana bila gaya tersebut sedikit ditambah akan menyebabkan butiran sedimen bergerak (kondisi kritik!. Dalam membahas gerak butiran digunakan beberapa dasar teori yang diantaranya adalah : 1. Te"ri ,-ite
Fhite (%56&! memberikan perumusan mengenai keseimbangan partikel (butiran! di dasar sungai. Pernyataanya adalah bahwa gaya ganggu (disturbing "orce) yang merupakan reultan gaya seret (drag "orce) dan gaya angkat (li"t "orce) akan sebanding dengan tegangan geser dasar (bottom shear stress) sungai dan luas permukaan partikel (D!, dan gaya tahan gra#itasi sebanding dengan berat partikel di dalam air. ( ρ s
− ρ w !.g.D8
partikel akan diam (seimbang! jika : τ &
A ' ( ρ s
− ρ w !.g.D8 JJJJJJJJ.(-0!
dengan : τ &
/
ρ w . g .h. -
ρ s / kerapatan butiran ρ w / kerapatan air
g
/ per"epatan gra#itasi
D
/ diameter partikel
/ tinggi air
=
/ kemiringan dasar sungai
'
/ konstanta yang tergantung dari kondisi aliran, bentuk partikel dan posisi partikel
terhadap partikel lainnya
%5 Kondisi aliran berdekatan dengan dasar sungai sebanding dengan besarnya partikel dan berbanding terbalik dengan #iskositas lapisan aliran yang dirumuskan dengan : @e /
& & K
& K . + .
=
0.10 log%h (s
JJJJJJJ(-7!
dengan : &
/ ke"epatan rata-rata
/ ke"epatan geser sub-layer D
/ diameter partikel
#
/ #iskositas air
@e / bilangan @eynold h
/ tinggi air
2. Keseim(anan Kritis
Keseimbangan kritis adalah keseimbangan batas pada saat akan mulai terjadi gerakan. Semua tori selain Fhite didasarkan pada pertimbangan bahwa gaya seret berkaitan dengan ke"epatan aliran, dengan keseimbangan kritis yang dirumuskan dengan :
ϕ
cr
/
(& K cr ) JJJJJJJ..(-1! ∆. g .+
dengan :
ϕ
cr
/ gaya seret kritis
& K cr / ke"epatan geser kritis D ∆
/ diameter butiran /
ρ s − ρ w ρ w
& Shield (%587! telah mengadakan penyelidikan yang sistematis terhadap
hubungan antara
ϕ
ϕ
/
cr
cr
, τ cr , & K cr dan mendapatkan kesimpulan bahwa :
τ cr . g . + ∆
(& K cr ) / ∆. g .+ /
& K cr . + f
/ f (@e!JJJJJJJ..(->! 2.3.3. Analisa Sedimen N"n K"-esif
Stabilitas dari partikel non kohesif pada dasar saluran tergantung pada gaya gerak seperti : submerged weight, drag "orce dan li"t "orce. Pada kondisi eIuilibrium : b / a atau : '%*. L . b . &,0 M D . b / M*7 D . (Ls-Lw! . g . a b proportional dengan ke"epatan geser / (N&*Lw!%* Perbandingan ini tergantung pada kekasaran dan #iskositas.ubungan tersebut dapat ditulis : ψ
=
ρ w.& K
( ρ s − ρ w!. g . +
dimana G tergantung dari bentuk partikel, profil ke"epatan dan lain sebagainya. 2.3.%. Sta(ilitas Sedimen &Butiran Dasar'
Penentuan stabilitas batuan diperlukan dalam pekerjaan seperti : pekerjaan pembuatan dam, perlindungan dasar saluran dan lain sebagainya. )eberapa peneliti memberikan rumus pendekatan untuk menentukan ukuran batuan guna men"apai kestabilannya, yaitu : 1. Shields
% Shields memberi angka keamanan dengan parameter G / &,&8 dan ks / D yang memperlihatkan pada kekasaran batuan yang besar (G / intensitas pengaliran dan s / kekasaran batuan!. Dengan kedua parameter tersebut didapatkan hubungan sebagai berikut : %*
& cr ( ∆. g . + !% *
7.h = %,& log +
dengan : & cr /
h
ke"epatan kritis rata-rata (m*dt!
/ kedalaman aliran (m!
D / diameter material (m! g
/ per"epatan gra#itasi (m*dt!
G
/ (Ls 9 Lw!*Lw
Ls
/ rapat massa material (kg*m8!
Lw / rapat massa air (kg*m8! 2. Goncharov
!oncharo memberikan persamaan sebagai berikut : & cr (∆. g . + !% *
& cr ( ∆. g . + !
%*
>,>.h = &,10 log +
>,>.h = %,&1 log +
untuk batuan diam
untuk keadaan kritis
3. Levi
/ei memberikan persamaan sebagai berikut : & cr ( ∆. g . + !% *
&,
h = %, 6& log +
%. Isbach
sbach (%580! memberikan hubungan empiris dengan mengabaikan harga h*D untuk stabilitas batuan pada dasar sebagai berikut : "r / %, ( G g D! %* / %,1 (G g D! %* Sedangkan untuk ke"epatan kritis batuan pada pun"ak dam adalah : "r / &,>7 ( G g D! %* / %, (G g D! %* /. Maynord
'aynord (%51>! memberikan persamaan empiris sebagai berikut : D0&
/ &, r 8
r
/ * (g.h!%*
2.%. $et"de *enukuran dan *er-itunan Ankutan Sedimen Setiap sungai membawa sejumlah sedimen terapung ( suspended load ! serta
menggerakkan partikel-partikel padat sepanjang dasar sungai sebagai muatan dasar (bed load !. aktor-faktor yang mempengaruhi hasil sedimen ( sedimen yield ! dari suatu daerah aliran sungai adalah : %. Eumlah dan intensitas "urah hujan . 3ipe tanah dan formasi geologi 8. 4apisan tanah 6. 3ata guna lahan 0. 3opografi 7. Earingan sungai, yang meliputi : kerapatan sungai, kemiringan, bentuk, ukuran dan jenis saluran. 2.%.1. $et"de *enukuran Ankutan Sedimen
Sebagaimana diketahui bahwa dalamnya air (h! dan kemiringan dasar sungai akan menghasilkan tekanan dasar yang dirumuskan dalam bentuk :
τo / ρw .gh=.
)anyaknya rumus yang dapat digunakan untuk menghitung ankutan sedimen sejak Du )oys (%>15! menyajikan hubungan gaya seretnya (tractie "orcerelation).
8 total dari suatu angkutan dianggap sebagai penjumlahan antara angkutan bed load dan angkutan suspended load0 3tot / 3 b O 3s ntuk perhitungan angkutan sedimen ini kita harus mengadakan faktor koreksi yang disebut ripple "actor ( µ ! dimana : µ = λ P * λ = (, * , P ! 8 *
keterangan : λ Q / 'Q / intensie "riction "actor λ / ' / transport "riction "actor 1. Ankutan material di dasar sunai (bed aterial transport)
Hang dimaksud bed material yang akan dibahas disini adalah bed load dan suspended load . Kedua muatan sedimen ini dipengaruhi oleh proses erosi dan deposisi. Dari hasil pengamatan di lapangan dan beberapa per"ontohan telah diketahui bahwa hubungan antara angkutan sedimen dengan keadaan aliran di dasar sungai adalah tekanan geser dasar (bed shear test) yang terdiri dari "orm drag dan roughness drag. Dari kedua pengamatan tersebut telah diketahui pula bahwa proses pengangkutan dan keadaan aliran sangat tergantung dari roughness drag, sedang "orm drag sama sekali tidak berperan. Kedalaman air (h!dan kemiringan dasar sungai akan menghasilkan tekanan dasar yang dirumuskan dalam bentuk : G & / Lw . g . h .= =ntensitas angkutan sedimen total pada suatu penampang sungai*saluran adalah banyaknya sedimen yang lewat pada penampang tersebut per satuan waktu (dapat dinyatakan dalam berat : $*dt atau #olume pe rsatuan waktu : m 8*dt!. =ntensitas total dari suatu angkutan dianggap sebagai penjumlahan antara angkutan bed load dan angkutan suspended load : 3total / 3 b O 3s ntuk perhitungan angkutan sedimen ini kita harus mengadakan fa"tor koreksi yang disebut Ripple 1ator (G!, yaitu : R / Q* / ('Q*'! 8* dengan : Q / 'Q / "riction "actor intensi"
λ
/ ' / "riction "actor angkutan
6 2. !ed load
Dalam menghitung angkutan sedimen kesulitannya tidak ada aturan tertentu, sehingga kita mengikuti aturan-aturan yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya. Se"ara umum intensitas angkutan sedimen dirumuskan sebagai berikut : G / S*(g.G.D 8!%* Dengan : S
/ #olume angkutan teoritis
D
/ diameter butiran
G
/ (Ls 9 Lw!*Lw
Kon#ersi total #olume : S*(%-
∈ ! sebagai hasil akhir.
dengan :
∈
/ porositas
=ntensitas pengaliran :
2 # &34 $ 2g+ 2 (nilai efektif dari G!
Suatu formulasi yang lengkap tentang gerak bed load harus men"akup semua #ariable dari pada pengaliran dan sedimen. +kan tetapi umumnya rumus-rumus tidaklah demikian. Sebagian besar rumus-rumus menggunakan parameter yang menentukan keadaan batas dimana tidak terjadi angkutan, misalnya : %. t 5 6 t (tegangan super kritis! . 75 6 7c (debit kritis! 8. & 5 6 &c (ke"epatan kritis! 3. S"spended load
Suspended load dapat di"ari dengan mengukur ; dan '; (konsentrasi suspended load) yang dirumuskan sebagai berikut : h
Ss
=
∫ ,8 .&c.d8 &
dengan : ';
/ konsentrasi suspended load
;
/ ke"epatan aliran pada ;
2.%.2. $et"de *er-itunan Ankutan $uatan La0an & S"spended load '
0 1! 6! sebagai berikut (Pilar";yk,%550 : 5! : S s
=
h d − 8 8 8 8 8 ln d8 + ∫ eTp− 6 : − &,0 ln d8 pa ∫ h 8 & a 8 8 & &,0h
8 & ,0h
a h − a
& > , a 9
Pada saat transportasi
suspended dengan ketidakakuratan sampai 0 dapat
digunakan rumus sebagai berikut (Pilar";yk,%550 : 5! : S s # 1 . & . h . a 8
&,8 ≤ : ≤ 8 dan &,&% ≤
a h
≤
&,%
%,
a a − h h 1 = 8 a % − h ( %, − : ) dengan : ;o
/ &.&88 ks , ks / tinggi kekasaran eIui#alen $ikurad;e
/ ke"epatan aliran rata-rata
h
/ kedalaman aliran
'a
/ konsentrasi referensi
= &,&%0
+0& ; %,0 a +>&,8
dengan a # s atau a # 5,<
∆ "
(& ) − (& ) ; = (& )
&
&c
c
:= / jumlah suspansi yang dimodifikasi / : > φ
7 Se"ara sederhana rumus ?an @ijn diformulasikan sebagai berikut (Pilar";yk,%550:50! :
= &,&% . & .h S S
,6 − & , +0& &,7 ( +& ) g . +0& .( s − %) h
&
ntuk parameter partikel karakteristik (D&! %* 8
ρS − ρ g . +& = +0& υ ρ
Dalam perhitungan transportasi suspended load oleh Pa"he"o 9 'eballos (%5>5! diformulasikan se"ara empiris sebagai berikut (Pilar";yk,%550 : 51! : SS 9 =
9&-
ω
( s − %)
a .& b ( s − %) . g .h .b " & ρ m
%0a + = & %0h log + log
&b
=7
untuk a
≥ 4+
dengan :
/ ke"epatan aliran
=
/ slope dasar saluran
ρm
/ densitas sedimen dalam air (kg*m8!
ρ
/ densitas air
bf
/ faktor bentuk dasar saluran
b
/ ke"epatan pada dasar saluran
as
/ ketebalan teoritis dari lapisan suspended
ω
/ ke"epatan jatuh (m*s!
u
/ ke"epatan geser dasar (g.h.=!&.0
k
/ konstanta ?on Karman
metode S)@ (&nited State Bureau Reclamation! dimana untuk menghitung angkutan muatan layang, diperlukan pengukuran debit air (w! dalam m 8*det, yang
1 dikombinasikan dengan konsentrasi sedimen ('! dalam mg*l, yang menghasilkan debit sedimen dalam ton*hari dihitung dengan persamaan (Strand, %5> : 1!: 7s # 5,5?@A .7 w Dari perhitungan, dibuat lengkung aliran sedimen yang merupakan garis regresi antara angkutan sedimen dan debit air dengan persamaan : 7s # a.7 wb ntuk menghitung nilai sedimen muatan layang digunakan metode perhitungan antara lain :
.1 *endekatan #instein
& = 0,10.& log K
∆=
(s B
8&, y ∆
d 70
=
B T
/ di dapat grafik S8.a
8&, y q s = %%,7.& K., a.a B. ,8&8 log - . % + - ∆ , a
=
% C
=
8 =
%
.
qb
%%,7 a.& K a +
=
.d 0& y
Wo &,6.& K
dengan : ;
/
jarak titik penyelidikan terhadap dasar sungai
Fo
/
ke"epatan endap butiran suspensi
/
ke"eepatan geser
ntuk men"ari nilai = % dapat dilihat pada grafik S%1.a dan = pada grafik S%1.b melalui hubungan nilai +U dan ;.
> .2 y
*endekatan Lane dan $alins%e y
dc
− Wo .dy
∫ c = ∫ C a
a
s
dengan : a / batas terjadinya suspensi Eika d / y +
q s
=
a
a
& K
=
D /
=
%0Wo.a K
∫ , .& .dy = q., . D .e +.&
, , a
=e
l
−Wo ( y − a ! ε s
, , a
dengan : 'a
/ konsentrasi dalam satuan berat kering
'
/ konsentrasi sedimen suspensi
ε S
/ koefesien transfer*difusi
2.%.3. $et"de *er-itunan Ankutan $uatan Dasar & !ed Lload '
1!.
K %
K
% ambar .% Bed /oad atau
5 bila K % V K ------ Pengendapan ! didasarkan pada hasil eksperimental yang minim. )anyak formula baru seperti einstein (%50&! mempunyai latar belakang semi teoritis, teori statistik dan probabilitas yang dipakai sebagai dasar pembentukan formula dan eksperimental dipakai guna ele#asi berbagai konstanta. 1. )"rmula S%otlish dapat dinyatakan sebagai :
/ 68, ) ∑ [ ( % * +i ) 681 ,5 S8 * ( q − qoi) ] dengan :
/ Bed load transport (ton*hari!
)
/ lebar sungai ( "eet !
Di
/ Diameter rata-rata geometrik dari fraksi sampel indi#idu (mm!
S
/ idrolik gradient
I
/ Debit persatuan lebar ("fs* "oot !
8& Ioi
/ &.&&&% Di* S6*8 +plikasi formula ini akan menghasilkan estimasi dari rata-rata debit muatan
dasar untuk suatu debit untuk beberapa debit formula tersebut juga menghasilkan sebagian beban pasir pada ;one yang tidak terukur.
2. Rumus Meyer&'eter and M"ller &$*$' %* 8
γ w . R. µ . - − &,&61 (γ s
− γ w !.d m
γ = &,0 w g
.( q Pb ! * 8
dengan : µ
/
IQ b /
ripple "actor berat angkutan sedimen dasar dalam air per satuan waktu lebar sungai (kg*m.dt!
dm / diameter median ?olume sedimen padat :
. =
qPb
( γ s − γ w )
Dalam keadaan kritis IQ b
γ w . R. - (γ s − γ w !.d m @eK
=
Persamaan &, 6 ≤ d m
(m8*m.dt! / &, µ / % rumus
=
τ c (γ s − γ w !.d m
τ c (γ s − γ w !.d m
= &,&61
= &,&00
ini
diperoleh
≤ 8& mmW %,0 ≤ d m ≤ 6,t * m
3. Rumus rilin% ; b d m . g . µ . R. -
= 0.e
1rijlin mengusulkan : 8*
, µ = , d 5& dengan : '
/ Koefisien 'he;y total
− & , 1
∆ .d m µ . R . -
dari
range
data
yang
lebar
8%
'
= %> log % h
'd5&
/ Koefisien 'he;y karena kekasaran
' d 5&
= %> log
k
% h d 5&
+tau untuk beberapa penelitian nilai µ dapat dilihat di grafik S %& / =ntensitas bed load dalam #olume sedimen padat *lebar*waktu (m 8*m.dt!
3 b
Penyelesaian rumus rijlink juga bisa dengan "ara grafis
S5
4angkah-langkah perhitungan :
≈
%.
Data-data teknis ( ρ s, ρ w, d, @ h, =!
.
3entukan nilai µ dengan : @umus µ atau grafik S%&
8.
itung nilai ψ K
6.
=
h. -
X µ
ψ K
∆.d
µ . R. -
Dari grafik S5 diperoleh nilai Φ =
0.
∆.d
Φ
;b d . g .µ . R. -
=ntensitas angkutan sedimen :
= Φ.d .
;b
g .µ . R. -
%. Rumus #instein
Parameter tak berdimensi : ψ
=
Φ=
∆.d 80 µ . R. -
∆
ρ s .
%*
;b .( g .d 80 ! 8 *
dengan : µ /
ripple "actor / @umus rijlink (S %&!
3b / intensitas
transpor
($*m.dt! Pendekatan Uinstein :
bed load dalam
berat sedimen padat * lebar * waktu
8 %. Diameter yang mewakili d / d80 . ntuk kekasaran dasar
k / d70
Sehingga : , = %> log
%h d 70
8. Penyelesaian rumus Uinstein juga bisa dengan "ara grafis (S 1!
/. Rumus $alins%e &1%'
9alinse mengasumsikan bahwa butiran terangkut dalam suatu lapisan dengan ketebalan D dan ke"epatan seketika pada butiran g, adalah : & g
= b.( & E − & ,R )
dengan : o /
ke"epatan seketika pada permukaan butiran
"r /
ke"epatan kritis "airan pada saat butiran mulai bergerak
Distribusi normal untuk o diasumsikan :
" (& E ! = % * τ (π !% * eTp . − (& E
− & ,r ! * τ
Dengan mengambil jumlah butiran per unit luas p * (π * 6 + ) dan g pada
perbandingan rata-rata dari gerakan partikel dengan berat kering per unit lebar dan waktu, maka : ;b
=
* 8.ρ S . g . +.& g . D
dengan : X
& g
= b ∫ & ,r (& & − & ,r ) " (& & !.d .& &
P / &,80
b / %,&
. Rumus Shields &13'
qb B∆ = %& B ( ρ s qB- dengan: I
/ debit air * lebar
τ &
− τ c
− ρ w ! BgBd
88 G / (L s 9Lw! * Lw N& / tegangan gesek / L w.g.@.= / Lw. N" / tegangan gesek kritik Y S.8
. Rumus Van *in
Se"ara empiris rumus transportasi oleh an Rijn (%5>6! telah diformulasikan dalam bentuk (Pilar";yk,%550 : 56! : ,%
S b
=
&,&08
;
[
& , 8 + g + ( s
+K
−
%)
]
& ,0
dengan
s
=
ρ S ρ
dengan : 3
/ parameter taraf transportasi
D
/ parameter partikel karakteristik
Se"ara sederhana an Rijn (%5>6! membuat rumus sederhana untuk menghitung transportasi sedimen bed load dalam bentuk (Pilar";yk,%550 : 50! : S b & .h
= &,&&0 .
,0 + %, − & 0& g . +0& . ( s − %) h &
Dengan ke"epatan aliran rata-rata kritis dihitung dengan rumus : & ,
=&,%5.(
+0&
)
& ,%
%. R 8 +5&
log
b
dengan : Sb
/ Bed /oad Sedimen
@b
/ @adius idrolis (m!
/ ke"epatan aliran rata-rata (m*dt!
2.%.%. $et"de *er-itunan Ankutan T"tal (+otal Load)
;otal load adalah jumlah dari bed load dan suspended load. )eberapa rumus pendekatan yang telah dibuat oleh para ahli adalah sebagai berikut : 1. S-in"-ara dan Tsu(aki &1/'
Parameter yang digunakan :
⇒
86 S / Z(G . g . D 0&8!%* Z / 0 ([Q!%,8([-&,&8>! [ / R @ %*GD 0& R / ('*'Q!8* 'Q/ %> log %@*D 5& , = & *( R.- !% *
dengan : S
/ #olume total angkutan sedimen (m8*dt*m!
Z
/ intensitas angkutan sedimen
[Q / gaya geser R
/ ripple fa"tor
'
/ koefisien "he;y (m%**dt!
D
/ diameter butiran (mm!
G
/ (Ls 9 Lw!*Lw
2. Enelund dan 4ansen
Parameter yang digunakan : S / Z (G . g . D 0&8!%* Z/&,%f -%[,0 \/[Q*R/@=GD0& f/ N*(%*.L.! / g *' '
= *( @ .=!% *
dengan : S
/ #olume total angkutan sedimen (m8*dt*m!
& / ke"epatan rata-rata (m*dt!
@
/ jari-jari hidrolis (m!
'
/ koefisien "he;y (m%**dt!
=
/ kemiringan dasar sungai
3. A#-ers dan ,-ite
Parameter yang digunakan :
80 S
K n / ! gr B& B+0& B(& * & !
gr
/ ' (gr * + 9 %!m
gr
/ ]n.(Q!%-n^*(G.g.D0&!%*
/ (g . @ . =! %*
Q
/
Dgr Dengan :
/ +0& .](∆. g ! * υ ^
& * 0,76 log(%& R * +0& !
S
/ #olume total angkutan sedimen (m8*dt*m!
/ ke"epatan geser (m*dt!
&
/ ke"epatan rata-rata (m*dt!
υ
/ kekentalan kinematis air (kg*m.dt!
gr
/ tingkat angkutan sedimen tak berdimensi
Dgr
/ angka mobilitas sedimen
',+,m,n
/ parameter yang berhubungan dengan harga D gr
'
/ %& ] ,>7 log%& +gr − (log%& +gr ! −8, 08^
+
/ &,8*(Dgr !%* O &,%6
m
/ 5,77*Dgr O %,86
n
/ % 9 &,07 log %& Dgr
%. Kika5a 6 As-ida
Parameter yang digunakan : S
/ (&,051 N & . !*G g Lw
N&
/ Lw . g . @ . =
/ (g . @ . =!%*
/ N&*Lw / g.@.=
dengan : S
/ #olume total angkutan sedimen (m8*dt*m!
/ ke"epatan geser (m*dt! Lw / kerapatan air / %&&& kg*m8 @
/ jari-jari hidrolis (m!
'
/ koefisien "he;y (m%**dt!
87 =
/ kemiringan dasar sungai
G
/ (Ls 9 Lw!*Lw
/. Sat" 6 Kika5a 6 As-ida
Parameter yang digunakan : S
/ _ (N &*N"r!* G g
_
/ &,78
(untuk n V &,&0!
_
/&,78 (6& n! -8,0
(untuk n A &,&0!
N&
/ Lw . g . @ . =
/ (g . @ . =!%* dengan : S
/ #olume total angkutan sedimen (m8*dt*m!
/ ke"epatan geser (m*dt!
N&
/ tegangan geser ($*m!
N"r
/ tegangan geser kritis ($*m!
n
/ koefisien kekasaran
(N&* N"r!
/ fungsi yang berhubungan dengan dan (N &* N"r !
3otal #olume angkutan sedimen dalam jangka waktu tertentu pada selebar penampang sungai dapat dihitung dengan rumus : S3 / %*(%-
∈ !. ) . S . 3
dengan :
∈
/ porositas (biasanya diambil / &,6!
S
/ #olume total angkutan sedimen (m8*dt*m!
)
/ lebar penampang ungai (m!
3
/ jangka waktu ntuk tujuan peren"anaan pendahuluan informasi pada tabel .8 dapat dipakai
untuk mengestimasi jumlah*besarnya koreksi muatan dasar yang dipakai untuk melengkapi perhitungan muatan total (total load ! 3abel .8. Eumlah Koreksi
81
Kurang dari %,&&&
Pasir
Serupa dengan material dasar
0 sampai %0&
Kerikil,batu, Dengan jumlah Kurang dari %,&&& atau "ampuran 0 sampai % sedimen pasir lempung Serupa dengan %,&&& sampai 1,0&& Pasir %& sampai 80 material dasar Kerikil,batu, %,&&& sampai 0 pasir atau atau "ampuran 0 sampai % 1,0&&& kurang lempung Serupa dengan 4ebih dari 1,0&& Pasir 0 sampai %0 material dasar Kerikil,batu, 0 pasir atau 4ebih dari 1,0&& atau "ampuran sampai > kurang lempung Eika rata-rata gerakan sedimen yang tidak terukur telah ditentukan untuk beberapa debit kur#a rata-rata muatan dasar dapat digambar dan dihitung sama seperti gambar dan hitungan yang dipakai untuk debit muatan dasar.
2./. De(it Infl"5 Sampling merupakan metode tertentu untuk mendapatkan keakuratan sedimen
yang dibawa oleh aliran air pada lokasi tertentu, dan merupakan metode untuk menentukan in"low sedimen ke waduk. +da dua ma"am pengumpulan data sedimen suspended (terbuang! yaitu berkala dan harian. Koleksi dan analisis sampel sedimen merupakan proses yang mahal dan sampel harian menghasilkan sebagian besar duplikasi pada aliran dasar. 2leh karena itulah program pengumpulan sampel berkala dan "ampuran adalah lebih umum. asil dari program pengumpulan jenis koleksi yang lain dipakai untuk mengembangkan koleksi antara muatan sedimen ( sediment load ! dan debit air. Korelasi ini umumnya ditunjukkan sebagai kur#a rata-rata sedimen. Data se"ara normal diplot pada kertas logaritmis, dengan debit sedimen sebagai absis dan debit air sebagai ordinat. Kemudian suatu garis yang mendekati digambar melalui titik-titik yang diplot, atau dapat juga dibuat persamaan se"ara matematis dengan metode-metode yang telah ada, misalnya metode least square (umumnya persamaannya adalah s / a b!, metode-metode
8> regresi, atau juga dengan interpolasi. Data sampel berkala sering tidak memberikan definisi yang mendekati untuk bagian pun"ak atau rata-rata transportasi sedimen akibat muatan yang sangat besar terbawa selama periode banjir. Eika sumber limpasan berasal dari salju maupun angin ribut, hal ini perlu untuk mengembangkan kur#a rata-rata sedimen untuk tiap musim. 4impasan dari angin ribut dapat membawa konsentrasi sedimen yang lebih besar dari kur#a rata-rata musiman untuk %5 tahun. Debit air yang ter"atat pada stasiun pengukur biasanya tersedia untuk periode yang lebih lama dan lebih lengkap daripada data sedimen. Data-data ini se"ara normal dipakai untuk membuat kur#a durasi aliran, yang sebenarnya merupakan frekuensi kumulatif yang menunjukkan prosentase waktu dimana debit spesifik disamakan dalam suatu periode yang diberikan. Kur#a durasi aliran didasarkan pada satu satuan waktu yang lebih besar dari % hari, mempunyai harga yang ke"il dalam menyiapkan estimasi muatan sedimen. ntuk menyiapkan kur#a durasi aliran, diperlukan pen"atatan debit aliran harian, yang kemudian disusun menurut besarnya dan prosentase waktu dimana debit aliran disamakan dengan harga spesifik yang dihitung. Kur#a durasi aliran hanya dipakai untuk periode dimana data dipakai untuk mengembangkan kur#a, tetapi jika data aliran mewakili aliran batas yang panjang dari aliran, kur#a tersebut harus dianggap sebagai kur#a probabilitas dan dipakai untuk mengestimasi aliran yang akan datang. 2./.1. *em(ankitan Data De(it Infl"5
Data yang tersedia adalah hasil pengukuran inflow debit sungai bulanan selama lima tahun. Data ini perlu diperpanjang (sampai 8& tahun! hingga "ukup panjang untuk mendapatkan data yang memenuhi syarat untuk perhitungan selanjutnya. ntuk menghasilkan (to generate! suatu urutan nilai dari aliran sintetik suatu sungai ditinjau aliran-aliran yang merupakan hasil dari proses a"ak (random process!. Random process adalah suatu proses yang hasilnya berubah menurut waktu dengan memasukkan faktor probabilitas (
85 men"oba untuk mengadakan e#aluasi seberapa jauh proses generasian yang sebenarnya akan mengikuti hukum deterministik dan seberapa jauh akan memasukkan faktor probabilitas. Sekurang-kurangnya dapat diperhitungkan bahwa sungai yang menunjukkan adanya nilai tengah aliran sebesar %& satuan per tahun sepanjang tahun pen"atatan, dan tidak pernah mengalami perubahan-perubahan petaka alami atau perubahan9perubahan yang dibuat manusia, kemungkinan besar tidak akan memberikan aliran dengan nilai tengah (mean! & satuan per tahun dalam waktu panjang. Dan kemungkinan lebih besar lagi sungai tersebut memberikan nilai tengah aliran yang tetap dekat dengan %& per satuan per tahun. 4ebih dari itu jika sebagian besar aliran dekat dengan %& satuan dengan aliran-aliran yang jarang terjadi kita dapat berharap dengan probabilitas yang tinggi bahwa aliran berikutnya adalah akn lebih dekat dengan %& satuan. Eadi kita dapat mengharapkan bahwa tingkat keragaman atau #ariansi aliran tersebut tetap terpelihara. Karakteristik 9karakteristik urutan di masa lampau memberikan pertanda untuk aliran dimasa mendatang. Eika aliran tahun ini ke"il, meskipun belum pasti mungkin aliran berikutnya akan lebih ke"il dari pada nilai tengahnya demikian pula aliran besar "enderung mengikuti aliran besar. Karena itu sejarah dari suatu aliran memberikan informasi yang berharga tentang aliran yang mungkin terjadi di massa datang.
Data debit historik dan sintetik memiliki urutan tertentu terjadi berdasarkan proses a"ak, serta terletak dalam inter#al waktu tertentu. rutan nilai ini sering disebut rangkaian waktu (time series!. Se"ara umum nilai ke-i dari #ariabel ` yang merupakan anggota dari suatu rangkaian waktu adalah jumlah dari komponen. `i / di O ei Dimana komponen deterministik diperoleh dari nilai parameter-parameternya dan nilai sebelumnya dari proses, seperti F i>G, F i>4 dan seterusnya. Komponen bilangan a"ak adalah er .
6& )ilangan a"ak untuk distribusi normal dapat diperoleh dari bilangan a"ak uniform dengan "ara sebagai berikut : t G # (uG > u4 > uH > I > u G4 ) - @ W dst. dengan : t% dan t : bilangan a"ak normal u%, u, u8 : bilangan a"ak uniform
%* . "os (. .u !
t / (- ln u %!
%* . sin (. .u !
dengan : t% dan t : bilangan a"ak normal u%,u u8 : bilangan a"ak uniform *eran7anan De(it Infl"5 Bulanan
ntuk membangkitkan data
debit dapat digunakan model 3homas-iering.
Dimana model ini menganggap bahwa setahun terbagi menjadi m musim atau terdiri dari % bulan. Dianggap bahwa data aliran adalah G,G , G,4 , II, G,G4 , 4,G , 4,4 , I., n,G4J "ontoh, indeks pertama menyatakan tahun dimana aliran terjadi dan indeks kedua berjalan se"ara siklus dari % ke %. Prosedur perhitungannya : %.
Perhitungan aliran rata-rata untuk tiap bulannya `/
% n
n
∑ `i, b i =%
dengan : `
/ debit rata - rata
n
/ jumlah tahun
`i,b
/ data debit pada tahun ke-i. dan bulan ke-b
.
Perhitungan standar de#iasi
6%
% b ` ` − ( ) ∑ n -% i i =%
Sd /
8.
%
Perhitungan koefisien korelasi antar aliran dalam waktu i. dan waktu i.-% n
∑`
i,b
. `i,b-% − n.` b . ` b −%
i-%
rj /
Sd b .Sd b-% .( n − %)
Persamaan aliran sintetis : I %,b
= ` b +
r b .Sd b Sd b-%
(I
i,b-%
− ` b −% ) + t i,b .Sd b . ( % − rb )
dengan : Ii,b
/ debit hasil pembangkitan untuk bulan b tahun ke-i.
` b , ` b-%
/ rerata debit pada bulan b
r b , r b-%
/ korelasi untuk bulan b dan bulan b-%
Sd b , Sd b-%
/ standar de#iasi bulan b dan bulan b-%
ti,b
/ bilangan random bulan b
Ii,b-%
/ debit pada tahun ke-i. dan bulan b-%
2./.2. U7i 4"m"enitas Data
Perlu dipastikan tentang keandalan data sebelum dilakukan perhitungan dan analisis. ntuk itu dilakukan pengujian-pengujian se"ara statistik. Pengujian dilakukan untuk memastikan ketepatannya agar hasil perhitungan itu dapat digunakan untuik proses lebih lanjut. Pengujian statistik lebih ditujukan untuk menguji parameter-parameternya, antara lain dapat dilakukan dengan membandingkan rerata, #ariansi, ko#ariansi, korelasi dan sebagainya. Sedangkan pada pengujian suatu fungsi, diuji keandalan parameter parameter yang membentuk fungsi tersebut. ipotesa yang dirumuskan dengan harapan untuk ditolak disebut hipotesa nol atau dinyatakan dengan o. Penolakan o mengakibatkan penerimaan hipotesa alternatif yaitu %. Salah satu analisa #ariansi yang dapat digunakan disini adalah 1. U7i ) &isher +est '.
6 ji analisis pada dasarnya adalah menghitung s"ore, lalu membandingkan dengan tabel. Hang diuji adalah ketidaktergantungan
(independence) atau
keseragaman (homogenitas). ji analisa #ariansi dapat bersifat satu arah atau dua arah. Prinsip uji hipotesis ini adalah membandingkan #ariansi gabungan antara kelompok sampel (ariance between group! dengan #arian kombinasi seluruh kelompok (ariance between group!. hitung / hitung /
S% S
S
S%
,
( S%
V S )
,
( S%
A S )
Dengan : S% S
/ #ariansi sampel % (debit historis! / / #ariansi sampel (debit sintetis! /
n%Sd% n% − % n%Sd n
−%
arga kritis / (n%-%, n-%!
dengan : n%
/ jumlah sampel % (debit historis!
n
/ jumlah sampel (debit sintetis!
o diterima jika harga hitung A kritis o ditolak jika harga hitung V kritis ntuk pengaman selanjutnya akan digunakan uji dengan analisa #ariansi yang bersifat dua arah, dengan hipotesa sebagai berikut : ipotesa % :
o / hujan homogen dari bulan ke bulan % / hujan tidak homogen dari bulan ke bulan
ipotesa :
o / hujan homogen dari tahun ke tahun % / hujan tidak homogen dari tahun ke tahun
+da dua s"ore dihitung dengan rumus-rumus berikut :
( n − %) % /
(
∑ n( B − B)
i
i =%
(
n
∑ ∑ ( B
ij
i =% j =%
− Bi − B j + B )
68 n
∑ (
( − %) /
j =%
n
∑ ∑ (
ij
i =% j =%
j
− )
− i − j + )
dengan : `i : harga rata-rata untuk bulan j `j : harga rata-rata untuk tahun j `
: harga rata-rata untuk keseluruhan
`ij : pengamatan untuk bulan j pada tahun j n
: banyak pengamatan perbulan (tahun!
k
: banyak bulan
2. U7i T
ji 3 termasuk jenis uji untuk sampel ke"il. Sampel ke"il adalah dimana ukuran sampel n A 8&. ntuk mengetaui apakah sampel T % dan T berasal dari populasi yang sama, maka dihitung t s"ore dengan rumus : % −
t =
σ . σ =
% K % ( K %
+
% K
− %!.. s% + ( K − %!. s K % + K −
dengan : B% / rerata dari sampel T% / rerata dari sampel T s% / simpangan baku dari sampel T % s / simpangan baku dari sampel T $% / ukuran dari sampel T % $ / ukuran dari sampel T ipotesa : & : sampel T% dan T berasal dari populasi yang sama % : sampel T% dan T tidak berasal dari populasi yang sama arga t tabel di"ari pada tabel distribusi studentLs untuk derajat bebas
ν #K G >K 4 -4 dan α / ( /eel o" Signi"icance! misal 0. +pabila t s"ore ,A t tabel, maka & diterima, dan jika sebaliknya maka & ditolak.
66 2./.3. Kur8a Durasi Aliran
ntuk mendapatkan
gambaran mengenai hubungan antara pengaliran dan
waktu, digunakan cduration curec.
ntuk menyusun duration cure, harga-harga
pengamatan peristiwa hidrologis disusun menurut urutan besar menurun. Persentasi waktu yang pada tiap harga tadi disamai atau dihitung. Digambarkan pada grafik, dengan harga-harga pengamatan sebagai ordinat
dan persentasi waktu yang
bersangkutan sebagai absis akan didapatkan kur#a durasi. Dilihat dari segi statistik, kur#a durasi merupakan suatu lengkung frekuensi kumulatif dari suatu seri waktu kontinyu yang menunjukkan lama waktu relatif dari berbagai besaran. Pada suatu kur#a durasi didapatkan jumlah waktu yang menunjukkan #olume aliran yang menyamai atau kurang dari yang ditunjukkan oleh absisnya. Hang lebih baik untuk digunakan ialah kur#a durasi yang menunjukkan banyaknya peristiwa yang #olume alirannya menyamai atau melebihi suatu #olume aliran tertentu. ntuk skala waktu banyak
digunakan persentasi waktu.
Dengan "ara ini, untuk setiap
persentasi waktu dapat segera diketahui besarnya #olume aliran yang tersedia. (=r. =man Subarkah , idrologi ntuk Peren"anaan )angunan +ir, %5>&!.
ambar .. Kur#a Durasi +liran
60 2.. ,aduk 2..1 Umum
Pembangunan waduk adalah salah satu wujud dari usaha memenuhi kebutuhan air. Persediaan yang ada di waduk antara lain diren"anakan untuk berbagai keperluan. Dalam pembangunan waduk yang paling diperhatikan adalah analisa tentang produksi dan kapasitas. Produksi adalah jumlah air yang dapat disediakan oleh waduk dalam jangka waktu tertentu. Dari produksi waduk yang diren"anakan tersebut dapat ditetapkan seberapa besar kapasitas waduk yang diperlukan untuk dapat memenuhi kebutuhan dengan keandalan tertentu. al ini digunakan untuk keperluan peren"anaan waduk. ntuk keperluan operasi, hubungan antara kapasitas dan produksi diartikan sebagai besarnya kebutuhan yang dapat dilayani tiap satuan waktu sesuai dengan kapasitas yang ada. Pengkajian hubungan antara kapasitas dan produksi disebut penelaahan operasi. Penelaahan operasi yang dapat mengungkapkan karakteristik waduk berdasarkan kondisi musim keanekaragaman kebutuhan diperlukan suatu simulasi. Simulasi pengoperasian waduk dipakai untuk jangka waktu tertentu berdasarkan aturan yang ditetapkan.
2..2. Kaasitas Tamunan ,aduk
3ampungan yang dibutuhkan di suatu sungai untuk memenuhi permintaan tertentu bergantung pada tiga fa"tor (<".
•
nsur-unsur aliran sungai
•
kuran permintaan
•
3ingkat keandalan dari pemenuhan permintaan
Dalam bentuknya yang paling sederhana, masalah yang di tangani dapat digambarkan sebagai berikut :
67
@angkaian aliran Sungai (t! @angkaian pelepasan 3erkendali D (t! Faduk dengan kapasitas 3amp.aktif ' limpahan
ambar .8. =dealisasi masalaah kapasitas kemampuan waduk @angkaian dalam sungai (t! akan dimanfaatkan untuk memenuhi permintaan air dengan kebutuhan yang tertentu D (t!, dalam hal ini mungkin periode aliran rendah (low "low! dari sungai itu perlu diperbesar. Dengan demikian pertanyaan yang diajukan dapat berupa berapa besarnya kapasitas waduk ('! yang harus disediakan bagi suatu pelepasan atau draft yang terkendali D (t! dengan tingkat keandalan yang bias diterima, mungkin ada #ariasi lain dari pertanyaan ini misalnya menentukan pelepasan bagi suatu kapasitas tertentu, tetapi masalah dasarnya tetap sama, yaitu hubungan antara karakteristik aliran masuk (in"low!, pelepasan yang terkendali dan keandalan harus ditemukan. )agian-bagian pokok sebagai "irri fisik suatu waduk adalah sebagai berikut : %.
3ampungan berguna (use"ull storage!, menurut Seyhan (seyhan, %515:6!, adalah
#olume tampungan diantara permukaan genangan normal ( Kormal Water /eel / $F4!. .
3ampungan tambahan ( surcharge storage! adalah #olume air diatas genangan
normal selama banjir. ntuk beberap saat debit meluap melalaui pelimpah. Kapasitas tambahan ini biasanya tidak terkendali, dengan pengertian adanya hanya pada waktu banjir dan tidak dapat dipertahankan untuk penggunaan selanjutnya (4insey, %5>0:70!. 8.
tampungan mati (dead storage! adalah #olume air yang terletak dibawah
permukaan genagan minimum, dan air ini tidak dimanfaatkan dalam pengoperasian waduk.
61 6.
3ampungan debit (alley storage! adalah banyaknya air yang trkandung di dalam
susunan tanah per#ious dari tebing dan lembah sungai. Kandungan air tersebut tergantung dari keadaan geologi tanah. 0.
Permukaan genangan normal (normal water leel *$F4!, adalah ele#asi maksimum
yang di"apai oleh permukaan air waduk. 7.
Permukaan genangan minimum (low water leel *4F4!, adalah ele#asi terendah
bila tampungan dilepaskan pada kondisi normal, permukaan ini dapat ditentukan oleh ele#asi dari bangunan pelepasan yang terendah. 1.
Permukaan genangan pada banjir ren"ana adalah ele#asi air selama banjir
maksimum diren"anakan terjadi ( "lood water leel *F4!. >.
Pelepasan (realese), adalah #olume air yang dilepaskan se"ara terkendali dari suatu
waduk selama kurun waktu tertentu. 5.
Periode kritis (critical perioedi!, adalah periode dimana sebuah waduk berubah dari
kondisi penuh ke kondisi kosong tanpa melimpah selama periode itu. +wal periode kritis adalah keadaan waduk penuh dan akhir periode kritis adalah ketika waduk pertama kali kosong.
3ampungan Ufektif <24
Saluran Pengambilan
3ampungan
ambar .6. ona-;ona 3ampungan Faduk 2..3. Lenkun Kaasitas ,aduk
4engkung kapasitas waduk ( storage capacity cure o" reseroir ! merupakan suatu kur#a yang menggambarkan hubungan antara luas muka air ( reseroir area!, #olume ( storage capacity! dengan ele#asi (reseroir water leel !. Dari lengkung kapasitas waduk ini akan diketahui berapa besarnya tampungan pada ele#asi tertentu,
6> sehingga dapat ditentukan ketinggian muka air yang diperlukan untuk mendapatkan besarnya #olume tampungan pada suatu ele#asi tertentu, kur#a ini juga dipergunakn untuk menentukan besarnya kehilangan air akibat perkolasi yang dipengaruhi oleh luas muka iar pada ele#asi tertentu. Dari persamaan lengkung kapasitas tinggi dapat ditentukan tinggi muka air waduk dengan persamaan : / 'h . S
&.0
JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ.(.%!
dengan : +
/ luas muka air waduk (km!
S
/ #olume tampungan total (m8!
'h
/ koefisien Eika kehilangan turut diperhitungkan, kehilangan ini dikalikan luasan untuk
mendapatkan #olume kehilangan. Persamaan lengkung kapasitas luasan waduk dapat dinyatakan : + / 'a . S &.0JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ.(.! dengan : +
/ luas muka air waduk (km!
S
/ #olume tampungan total
'a
/ koefisien
2..%. Klasifikasi ,aduk 2..%.1. $et"de Lara 12 Tie 5aduk
=
==
===
Klasifikasi
Rentan
4 &9'
: &9'
6.0
% .1>7
% %&&
8.0
% 8.117
% %&&
% 8.8&57
% %&&
% %.0668
% %&&
&m'
4ake
lood-plain oothill
ill
65 =?
eorge % %&&
% %&&
ntuk mendapatkan persamaan digambar grafik hubungan antara #olume waduk sebagai absisi dan kedalam sungai sebagai ordinat. rafik penentuan tipe waduk dapat dilihat di lampiran. 2..%.2. ;enis 5aduk menurut emakaiann0a
a. Faduk konser#asi Y penampang b. Faduk non konser#asi atau Faduk distribusi 2..%.3. ;enis 5aduk menurut "erasin0a
a. Faduk jangka pendek Y Faduk yang siklusnya kurang dari satu tahun. b. Faduk jangka panjang Y Faduk yang siklusnya lebih adri satu tahun. 2..%.%. ;enis 5aduk menurut ke(utu-an emakai dan k"ndisi #ua#a
a. +irect Reseroir b. Regulation reseroir ". Dumped Storage Reseroir d. Seogonal Reseroir (Depok! 2..%./. ;enis 5aduk menurut tu7uann0a
a. Single Durpose (3unggal guna!. b. 'ulti Durpose (
Eika suatu waduk mempunyai suatu tampungan untuk pengendali banjir dan tidak diharapkan muka air berada dalam tampungan ini untuk periode waktu yang penting, sebagian akumulasi sedimen harus diendapkan dalam tampungan ini. sia guna waduk adalah waktu dimana waduk dapat dipergunakan untuk menampung air dan mendistribusikannya. sia guna waduk ditinjau dari penuhnya dead storage oleh sedimen. Faktu pengendapan dari berbagai ele#asi dikumulatifkan untuk mendapatkan asia waduk. 2.. Sedimentasi ,aduk 2..1. Umum
0& Sedimen yang terangkut masuk ke dalam waduk tidak selalu diendapkan pada
ambar .0 Distribusi sedimen di waduk dasar waduk yang paling rendah. Sedimen dengan ukuran butiran yang lebih besar akan terendapkan pada waduk sebelah hulu dibandingkan dengan sedimen dengan butiran yang lebih ke"il. Seperti pada gambar .% semakin ke"il ukuran butiran maka semakin terendapkan jauh ke dalam. Dengan masuknya sedimen ke dalam waduk akan mengakibatkan berkurangnya kapasitas waduk. ntuk itu mengetahui berapa besar pengurangan kapasitas dari waduk ini perlu suatu perhitungan untuk mengetahui jumlah sedimen yang terendapkan selama waduk beroprasi untuk jangka waktu tertentu. 2..2. )akt"r<)akt"r 0an $enentukan 4asil Sedimen
aktor-faktor yang menentukan hasil sedimen ( sediment yield ! dari suatu daerah aliran sungai dapat diringkas sebagai berikut : %. Eumlah dan intensitas "urah hujan . 3ipe tanah dan formasi geologi 8. 4apisan tanah 6. 3ata guna lahan 0. 3opografi 7. Earingan sungai, yang meliputi : kerapatan sungai, kemiringan, bentuk, ukuran dan jenis saluran
)eberapa ilmuwan menganggapnya perlu untuk menambahkan beberapa faktor, sebagai "ontoh penutup #egetasi yang berat akhirnya bergantung pada "urah hujan, tetapi kondisi penutup tanah dapat diganggu oleh praktek pembajakan, pemakaman rumput yang berlebih oleh hewan atau api.
0% Sistem penanganan yang serius dari sedimen yang dipengaruhi faktor-faktor tersebut telah di"ari jalan keluarnya, antara lain sampai pada rata-rata hasil sedimen untuk daerah aliran sungai. +nalisis tipe ini seyogyanya menggunakan studi peren"anaan pendahuluan dan merupakan keadaan yang dapat diper"aya jika rata-rata hasil sedimen-hasil perhitungan dapat dikorelasikan dengan hasil sedimen hasil pengukuran pada daerah yang dibatasi atau sub D+S. 2..3. $et"de *er-itunan Rendaman ;erat &+rap #fisiensi '
;rap e""isiensi (efisiensi tangkapan! dari suatu waduk didefinisikan sebagai perbandingan jumlah sedimen yang mengendap dengan inflow sedimen total dan tergantung pada ke"epatan jatuh partikel sedimen awal di atas dan rata-rata aliran yang lewat waduk. Ke"epatan jatuh partikel dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran partikel, #iskositas air dan komposisi kimia dari air. @ata-rata aliran melalui waduk ditentukan oleh #olume inflow pada tampungan yang tersedia dan rata-rata outflow.
Bunnar )runeC telah mengemukakan bahwa kur#a BenelopeC untuk penggunaan dengan waduk normal yang memakai hubungan kapasitas waduk-waduk inflow dari waduk (Kur#a ini ditunjukkan pada gambar .6!. Faduk-waduk yang dipakai untuk mengembangkan hubungan ini merupakan waduk tipe tampungan ( storage! dan kur#a ini tidak direkomendasikan untuk menghitung trap efissiensi dari desilting basin, "lood retarding structures, atau semi dray reseroir . 2..3.2. $et"de =-ur#-ill
Dengan memakai data tennese alley authority presentase sedimen dari waduk. =ndeks sedimen didefinisikan sebagai perbandingan dari periode retention dengan ratarata ke"epatan melalui waduk. Kur#a Bhurchill C dengan beberapa tambahan data yang ditambahkan oleh Bureau o" Reclamation. )eberapa data ini mewakili desilting basin dan semi dray reseroir , dan kur#a hurchill memperlihatkan bahwa kur#a tersebut lebih mampu mendefinisikan trap e""isiensi untuk waduk jenis ini daripada hubungan yang dibuat oleh )rune. )atasan uraian berikut akan membantu di dalam penggunaan kur#a hurchill :
0
-
Kapasitas : kapasitas waduk pada operasi rata-rata untuk periode yang dianalisis .
- Deriod retention: kapasitas dibagi rata-rata inflow, kapasitas dalam u-"eet dan inflow dalam u-"eet per detik.
-
Panjang : panjang waduk ( "eet ! pada permukaan operasi rata-rata.
-
Ke"epatan : ke"epatan rata-rata ( "eet *detik! yang datang dengan membagi inflow
dengan rata-rata luas potongan melintang ( "eet * detik!. @ata-rata luas potongan melintang dapat ditentukan dari kapasitas dibagi panjangnya.
-
=ndeks sedimentasi : periode retention dibagi ke"epatan. +pabila akumulasi sedimen yang tidak diharapkan merupakan suatu prosentase
yang besar dari kapasitas waduk, hal ini penting untuk menganalisis trap e""isiensi guna periode tambahan dari umur waduk. Se"ara teoritis trap e""isiensi waduk dapat mengurangi tampungan se"ara kontinyu tetapi tidak praktis jika menganalisis trap effisiensi dalam inter#al A %& tahun. ?ariasi inflow sedimen tahunan merupakan sebab untuk tidak memakai periode yang pendek dalam analisis.
2..%. Distri(usi Sedimen *ada ,aduk
)esarnya gaya partikel sedimen yang masuk ke waduk meliputi komponen horisontal dalam arah aliran yang berkewajiban menahan gerakan air dan komponen #ertikal yang berkewajiban terhadap gra#itasi dan turbulensi air. Partikel sedimen akan tinggal dalam suspensi dan dipindahkan ke waduk sepanjang gaya turbulensi air sama dengan atau melampaui gaya gra#itasi. Eika aliran masuk ke waduk hasil kenaikan luas potongan melintang menyebabkan ke"epatan turun dan terjadi turbulensi sampai air menjadi tidak efektif dalam menggerakkan sedimen dan paartikel-partikel, maka akan terjadi pengendapan. Distribusi sedimen dalam waduk dipengaruhi oleh beberapa faktor yang saling berhubungan, meliputi tekstur sedimen, hubungan inflow-outflow ukuran dan bentuk waduk serta pola operasi waduk. )atasan indeks kolam banjir ( "lood pool indes! atau tampungan banjir dihitung sebagai perbandingan antara tinggi tampungan banjir dengan tinggi dibawah tampungan, dakalikan dengan prosentase waktu muka air waduk berada dalam tampungan pengendali banjir. =nformasi ini untuk wadiuk yang diusulkan harus didapat
08 dari studi operasi waduk. ntuk itu dipakai beberapa metode untuk memperkirakan distribusi sedimen pada waduk antara lain : 2..%.1. ,rea Increent Method
Persamaan dasar: ?s / ?& O +& ( 9 h& ! dimana : +o / luas waduk yang baru pada ele#asi dasar yang baru (a"re! ?& / #olume sedimen di bawah ele#asi dasar yang baru (a"re 9 ft! ?sQ / #olume sedimen yang terdistribusi dalam waduk (a"re 9 ft! / kedalaman maksimum di dekat bendungan pada muka air normal (ft! & / kedalaman waduk setelah diisi sedimen (ft! 4angkah-langkah perhitungan : Ta-a I > h& ditentukan dengan "ara "oba-"oba ?s, diketahui dari pengukuran Dari h& di atas, maka didapat +& dan ?& ( dari lengkung kapasitas! Prosedur tersebut dilakukan berulang-ulang hingga mendapatkan ? sQ / ?s ele#asi dasar waduk yang baru didapat dari : ele#asi awal O h & Ta-a II > Pada tahap tersebut akan diperoleh #olume sedimen komulatif. ntuk Q
memperoleh #olume sedimen, pada tiap penambahan ele#asi dilakukan dengan "ara mengalikan faktor koreksi luas rata-rata dengan selisih penambahan ele#asi , yang dirumuskan sebagai berikut : ?s / +& . h dimana : ?s / penambahan #olume sedimen (a"re 9 ft! +& / fa"tor koreksi luas (a"re! h / selisih pertambahan ele#asi (ft!
2..%.2. #perical ,rea *ed"ction Method
'ara ini digunakan untuk memperkirakan distribusi sedimen di waduk dengan tahapan sebagai berikut : Klasifikasi waduk ditentukan ke dalam salah satu tipe standar yang ada. 4uas area dihitung dengan "ara "oba-"oba hingga didapat #olume hasil perhitungan (0! sama dengan asumsi ( 0Q! Kon#ersi dari kur#a tipe standar terhadap kur#a luas ren"ana diberika oleh
/ ' . P m . (%-P!n
dimana :
06 +p
/ luas relaif (&,& 9 ,>!
P
/ kedalaman relatip (&,& 9 %,&!
', m, dan n adalah konstanta karakteristik yang ditemtukan berdasar pada tipe waduk seperti pada table berikut : 3ipe
'
m
n
Sedimen storege near
= == === =?
0,&61 ,6>1 %7,571 %,6>7
%,>0 &,01 -%%0 -0
&,87 &,6% ,8 %,86
3op pper
Dalam bentuk grafik, disajikan pada gambar 5. 4angkah perhitungannya adalah : a. 3entukan kedalam relatif pada setiap penambahan ke dalam waduk (dalam !. b. 3entukan luas relati#e sedimen (+ p! berdasarkan tipe standar yang sesuai, kemudian lihat gambar 5.. ". Pilih ele#asi dasar waduk baru yang memungkinkan setelah terjadi sedimentasi dengan "ara "oba-"oba. 4uas areal di bawah ele#asi yang dipilih, dapat dilihat pada lengkung kapasitas waduk. 4uas areal di atas ele#asi yang dipilih diperoleh dengan "ara mengalikan konstanta K dengan + p. Sedangkan konstanta K diperoleh dari :
00
2..%.3 . Moody-s odification
ntuk menghilangkan "ara "oba-"oba,
/
dimana : S
/ total sedimen di waduk
&
/ ele#asi dasar mula-mula di waduk
y&
/ ele#asi dasar baru setelah sedimentasi
+
/ luas permukaan waduk
dy
/ penambahan kedalaman
/ kedalaman total waduk pada kedalaman normal
K
/ konstanta antara relatif area dengan a"tual area
a
/ relatif area
Dengan mengintegralkan persamaan di atas dan disederhanakan, maka didapat :
dimana : #&
/ #olume relatif pada ele#asi dasar
a&
/ area relatif waduk pada ele#asi dasar
?&
/ #olume total waduk
+&
/ area total waduk
/ kedalaman total waduk
ntuk berbagai kondisi ele#asi digunakan persamaan sebagai berikut : h(p!
/
h(p!
arga h(p! untuk masing-masing tipe waduk dapat dilihat pada gambar 5.8.
07 arga h(p! harus sama dengan hQ(p!, yaitu dengan "ara mengeplotkan grafik h (p! dan hQ (p! pada kertas semilogaritmik, dan perpotongannya didapatkan po, sehingga : p2 . 2 / Po . Dari ele#asi ini, maka : Ule#asi sedimen / Ule#asi awal O P& .
01
2../. *eru(a-an Karakter Ankutan Sedimen
Setiap sungai membawa sejumlah sedimen terapung ( suspended sediment ! serta menggerakkan bahan-bahan padat di sepanjang dasar sungai sebagai muatan dasar ( bed load !. Sedimen merupakan hasil akhir dari erosi atau penggerusan muka tanah oleh air, es dan gaya gra#itasi. Proyek pengembangan sumber daya air banyak dipengaruhi oleh sedimen yang ditransportasi oleh air. Eumlah total erosi (on site sheet ! dan erosi alur ( gully erotion! pada suatu daerah aliran sungai diketahui sebagai erosi kotor ( gross erotion!. 3etapi semua material yang tererosi tidak masuk ke sistem aliran, sebagian dari material tersimpan se"ara alamiah atau oleh tingkah laku manusian di dalam daerah aliran sungai dan sebagian lagi tersimpan dalam saluran
dan daerah datar yang
memungkinkan terjadinya banjir. )agian material yang tererosi yang bergerak melalui jaringan drainasi*sungai menuju titik kontrol*pengukur pada bagian hilir (sebagai "ontoh bendungan*waduk! ditunjukkan sebagai hasil sedimen ( sediment yield !. 2... Satuan Berat Endaan Sedimen
mumnya estimasi inflow sedimen ke waduk di estimasi dalam batas berat per satuan waktu, seperti ton per hari dan harus di ubah dalam #olume eki#alen dalam arti estimasi satuan berat. Klasifikasi sedimen berdasarkan ukuran diusulkan oleh %merican !eophysical &nion yang dipakai disini.
3abel .>. Klasifikasi Sedimen berdasarkan kuran 3ipe sedimen Satuan (mm! 3anah 4empung A &.&&6 Undapan 4umpur &.&&6-&.&70 Pasir &.&70-.&&&
0> +da beberapa faktor yang mempengaruhi satuan berat sedimen yang mengendap di waduk, beberapa diantaranya mempunyai pengaruh tertentu sebagai berikut : %. 'ara atau pola pengoperasian waduk. . 3ekstur dan ukuran partikel sedimen. 8. @ata-rata pemadatan dan konsolidasi. 6. aktor pengaruh lain yang lebih ke"il seperti gaya kepadatan arus, kemiringan aliran masuk, dan pengaruh #egetasi dalam waduk. Pengoperasian waduk umumnya merupakan faktor pengaruh yang terbesar, sedimen yang mengendap di saluran terpengaruh draw down yang diijinkan yang ditunjukkan untuk periode yang lama dan dibawah konsolidasi yang besar. 2perasi waduk dengan permukaan yang stabil tidak mengijinkan endapan sedimen mengering dan mengalami konsolidasi pada derajat yang sama. kuran dari partikel sedimen yang masuk mempunyai pengaruh yang penting terhadap satuan berat. Undapan sedimen yang terdiri dari endapan lumpur dan pasir akan mempunyai satuan berat yang lebih tinggi dari pada yang didominasi tanah lempung. )erdasarkan hasil satuan berat dan analisa ukuran butiran dari %8%7 sampel B4ara dan PembertonC mengembangkan metode untuk mengestimasi satuan berat endapan sedimen awal ketika analisa ukuran sedimen yang datang dan skema operasi waduk yang diusulkan diketahui.
3ipe % 8 6
3abel .5. Klasifikasi 2perasi Faduk 2perasi Faduk Sedimen selalu terendam atau agak terendam Surut muka air sedang Surut muka air waduk "ukup besar Faduk biasanya kosong
Pemilihan tipe waduk biasanya dapat dipakai dari studi operasi yang disiapkan untuk waduk yang bersangkutan. Eika tipe waduk sudah dipilih, satuan berat endapan sedimen awal dapat diestimasi memakai persamaan berikut : W G # Wc Dc >Wm Dm > Ws Ds dengan :
05 W G
/ )erat jenis lb*ft8
Dc, Dm, Ds
/ Persentase lempung, lumpur dan pasir
Wc, Wm, Ws
/ Koefisien lempung, lumpur dan pasir (tabel .8!
3abel .%&. 9oe"isien Wc, Wm, Ws 3ipe waduk F" Fm % 7 1& 80 1% 8 6& 1 6 7& 18
Fs 51 51 51 51
Satuan besar endapan sedimen yang tinggal di waduk tiap tahun akan bertambah, dan dinyatakan sebagai: F / F% O K log %& 3
dengan: 9 / Konstanta tergantung pada analisis ukuran sedimen, telah dikemukakan untuk menentukan satuan berat endapan sedimen pada waduk setelah suatu periode operasi waduk. 3etapi sebagai sedimen akan mengendap di waduk dalam tiap 3 tahun operasi dan endapan tiap tahun akan mempunyai waktu pemadatan yang berbeda.
/ @ata rata berat jenis setelah 3 tahun dari operasi waduk
F%
/ )erat jenis awal dari material sedimen
K
/ Konstanta yang tergantung dari operasi waduk dan ukuran sedimen dalam tabel .%%.
3ipe Faduk %
3abel .%%. Konstanta K K Pasir 4umpur & 0.1
4empung %7
7& 8 6
& & &
%.> &.& &.&
>.6 &.& &.&
2... Akumulasi Endaan Sedimen dan Usia +una ,aduk
+kumulasi sedimen dalam waduk biasanya didistribusikan di bawah pun"ak Bonseration "ool C atau muka air normal. 3etapi, jika suatu waduk mempunyai suatu tampungan untuk pengendali banjir dan tidak diharapkan muka air waduk berada dalam tampungan ini untuk periode waktu yang penting, sebagian akumulasi sedimen harus diendapkan dalam tampungan ini. ambar berikut ini merupakan data dari great playin reseroir yang dipakai sebagai petunjuk mengestimasi bagian akumulasi total sedimen yang akan mengendap di atas muka air normal. Plot tersebut diharapkan sebagai petunjuk yang kasar dan estimasi yang didapat dari sini harus dibuat mendekati dengan beberapa keputusan yang didasarkan pada operasi waduk yang diusulkan dan sedimen yang masuk se"ara alamiah. Kur#a ini didasarkan pada jumlah data yang terbatas dan dapat diperbaiki jika lebih banyak informasi yang tersedia.
2..?. *rediksi Distri(usi *enedaan Sedimen di ,aduk
enomena lain dari pengendapan sedimen di waduk adalah pembentukan endapan delta pada daerah head air di waduk. +kibat yang besar dari endapan delata adalah timbulnya ele#asi bac water pada saluran di hulu. Prediksi bentuk delta merupakan prosedur empiris yang didasarkan pad obser#asi endapan data di waduk yang telah disur#ei ulang. Kemiringan top side dapat dihitung memakai formula Peter
/ diameter rata-rata material dasar, D0& (mm!
/ debit aliran (m8*dt! Persamaan ini akan menghasilkan kemiringan dimana material dasar tidak
digerakkan terlalu jauh, yang penting akan membentuk delta yang benar.
7% =ni juga akan di"ari pada kebanyakan waduk dimana kemiringan top side hampir mendekati setengah kemiringan asal. arga ini #erifikasi kemiringan yang dihitung dengan kemiringan di atas.
2.?. *enendalian *enendaan Sedimen di ,aduk Prosedur yang paling umum untuk menangani masalah sedimen adalah
penetapan suatu bagian dari kapasitas waduk sebagai tampungan sedimen. =ni adalah suatu pendekatan yang sifatnya negatif, yang bagaimanapun tidak akan mengurangi penumpukan sedimen, tetapi semata-mata hanyalah menunda saat terjadinya masalah yang serius. Karena sedimen mengendap diseluruh panjang waduk, maka penetapan tampungan sedimen tidaklah se"ara eksklusif menyangkut kapasitas mati, tetapi harus pula men"akup bagian yang seharusnya merupakan bagian dari kapasitas berguna. Sebenarnya pengendapan sedimen di waduk tidak dapat di"egah, tetapi dapat dihambat atau ditunda saat terjadinya. Pengurangan aliran sedimen masuk kedalam waduk hingga jumlah tertentu dapat diperoleh dengan metode konser#asi tanah didalam D+S nya. 3eras-teras (terasering!, penanaman berjalur, pembajakan tanah mengikuti garis tinggi serta teknik-teknik yang serupa akan menghambat aliran air di permukaan tanah dan mengurangi erosi. )endung pengendali ( hec dam! di jurang-jurang akan menambah sejumlah sedimen dan men"egahnya masuk kedalam sungai, ataupun pembangunan Sabo dam pada alur sungai di hulu waduk. Penumpukan sedimen di dalam waduk dapat dikurangi dengan membuat saranasarana untuk mengalirkan sejumlah sedimen. Pintu pembilas (pembuang! pada berbagai ketinggian kadang-kadang dapat memungkinkan pengaliran sedimen yang halus untuk terbuang sebelum mempunyai waktu untuk mengendap di dasar waduk. Pada berbagai waduk, suatu aliran masuk yang mengandung sedimen dapat mengalir dalam bentuk arus kerapatan, perbedaan kerapatan ini antara lain dapat diakibatkan oleh jenis sedimen, mineral-mineral yang terlarut atau suhu. Karena perbedaan kerapatan, air dengan arus kerapatan tidak langsung ber"ampur dengan air waduk yang lama. Ufisiensi tangkapan waduk dapat turun dari hingga %& persen bila ada kemungkinan untuk mengaliorkan arus kerapatan sema"am ini melalui alur pembuang. Pintu pembuang di dekat dasar bendungan dapat memungkinkan pembilasan sejumlah sedimen kehilir, tetapi bagian yang dibuang tidaklah akan sangat jauh di hulu bendungan.
7 Dimana mQ adalah reciprocal dari kedalaman slope lawan kapasitas plot pada kertas logaritma. =tu harus diingat bahwa tipe danau tidak harus di dataran atau tipe jurang harus harus di gunung. Kadang-kadang, tipe operasi waduk atau ukuran sedimen dapat melebihi batas klasifikasi untuk membentuknya. Eika waduk terbentuk tipe === harus dibuat kebawah pada frekuensi inter#al atau sedimen didominan oleh tanah liat, dan itu diklasifikasikan sebagai
tipe =? karena bagian penting dari sedimen
didepositkan pada dasar dari waduk tipe =?. Rationalitation yang sama harus digunakan jika sebuah waduk jatuh pada garis batas antara tipe-tipe. Persamaan dasar digunakan untuk mengembangkan prosedur : Υo
Η
o
Υo
S/
∫ Αdy + ∫ Κady
dengan : S
/ 3otal sedimen yang didepositkan pada waduk
o
/ Ule#asi nol asli pada Dam
Ho / Ule#asi nol pada Dam sesudah periode pemasukan sedimen +
/ Daerah permukaan waduk
dy / 3ambahan kedalaman
/ 3otal kedalaman waduk pada permukaan air normal
K
/ Konstan bagian untuk memasukkan daerah sedimen relatif ke area yang
sebenarnya untuk waduk a
/ +rea sedimen relatif. Dengan integrasi dan penyederhanaan persamaan ini, hubungan berikutnya
dapat dikembangkan : % − o ao
=
S − o
ΗΑo
dengan : #o / ?olume relatif waduk pada kedalaman nol baru ao / +rea relatif waduk pada kedalaman nol baru ?o / ?olume total waduk pada kedalaman nol baru
/ Kedalaman asli waduk
+o / +rea total waduk pada kedalaman nol
