PERMODELAN ALIRAN SEDIMENT DI MUARA KALI · PDF filesedimentasi di Muara Kali Porong adalah...

A-345 ISBN 978-979-18342-1-6

PERMODELAN ALIRAN SEDIMENT DI MUARA KALI PORONG

Agung Slamet Riyadi1, Bambang Sarwono2, Sudiwaluyo2

1Mahasiswa Pascasarjana Teknik Sipil Jurusan Hidroinformatik FTSP-ITS

Jln. Kejawan Gebang Gg. 4 No. 8 Surabaya

[email protected] 2Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS

ABSTRAK

Kali Porong yang berfungsi sebagai saluran pengelak banjir, mengalirkan sebagian debit dari Sungai Brantas

membawa angkutan sediment yang akan berpengaruh terhadap proses sedimentasi terutama di Muara Kali Porong.

Selain karena terhambatnya aliran sungai yang mengalir ke Muara Kali Porong, penyebab lain terjadinya proses

sedimentasi di Muara Kali Porong adalah proses pasang surut air laut. Dinamika arus dan gelombang serta geometri

daerah muara sungai ini yang sering kali menimbulkan proses sedimentasi yang lebih cepat dan besar.Pada akhir

bulan Mei 2006 terjadi semburan lumpur panas di lokasi pengeboran PT Lapindo Brantas di Desa Renokenongo,

Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo. Semburan lumpur panas ini dibuang ke Kali Porong, yang secara langsung

menambah jumlah sediment yang mengalir di Kali Porong yang dapat mempengaruhi morfologi Muara Kali

Porong. Untuk itu diperlukan suatu penelitian tentang permodelan aliran sediment di Muara Kali Porong yang dapat

digunakan untuk mengetahui pola aliran sediment di Muara Kali Porong. Permodelan aliran sediment di Muara Kali

Porong pada penelitian ini menggunakan program bantu SMS (Surface water Modeling System). Dari hasil kalibrasi

di tiga titik pengukuran pada cross KP 250, didapatkan lima model aliran ditribusi kecepatan dan tinggi muka air

dengan nilai Koefisien Manning antara 0.03 sampai 0.06 dan nilai Viskositas Eddy antara 3000 sampai 4000 Pa

detik. Sedangkan untuk jumlah konsentrasi sedimen yang terjadi, pada titik pengukuran (KP 250) terjadi proses

sedimentasi antara 1.2702 sampai 1.2767.

Kata kunci : permodelan sediment, Muara Kali Porong, SMS.

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sungai Brantas merupakan salah satu sungai di Pulau Jawa

dengan panjang 320 km dan luas catchment 12000 km2. Di

bagian hilir Sungai Brantas tepatnya di Dam Mlirip

Kabupaten Mojokerto, Sungai Brantas terpecah menjadi

dua cabang, yaitu : Kali Surabaya dan Kali Porong. Kali

Surabaya mempunyai panjang 55 km mengalir melalui

Kota Surabaya dan bermuara ke Selat Madura. Kali

Surabaya berfungsi sebagai sumber penyedia air industri

dan air minum kota Surabaya. Kali Porong mempunyai

panjang 51 km, berhulu di Kota Mojokerto, bagian hilirnya

merupakan perbatasan Kota Sidoarjo dan Kabupaten

Pasuruan, mengalir ke arah timur dan bermuara di Selat

Madura. Kali Porong berfungsi sebagai saluran pengelak

banjir. Debit yang mengalir ke Kali Surabaya dan Kali

Porong diatur oleh Dam Lengkong Baru.

Kali Porong yang mengalirkan sebagian debit dari Sungai

Brantas membawa angkutan sediment yang akan

berpengaruh terhadap proses sedimentasi terutama di

Muara Kali Porong dan mengakibatkan terhambatnya aliran

sungai serta majunya posisi muara sungai.

Selain karena terhambatnya aliran sungai yang mengalir ke

Muara Kali Porong, penyebab lain terjadinya proses

sedimentasi di Muara Kali Porong adalah proses pasang

surut air laut serta perbedaan densitas air laut dan air

sungai. Dinamika arus dan gelombang serta geometri

daerah muara sungai ini yang sering kali menimbulkan

proses sedimentasi yang lebih cepat dan besar.

Pada akhir bulan Mei 2006 terjadi semburan lumpur panas

di lokasi pengeboran PT Lapindo Brantas di Desa

Renokenongo, Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo.

Semburan lumpur panas ini menyebabkan tergenangnya

beberapa kawasan di sekitar Kecamatan Porong.

Solusi dari masalah semburan lumpur panas ini adalah

dibuangnya lumpur panas tersebut ke Kali Porong, yang

secara langsung menambah jumlah sediment yang mengalir

di Kali Porong yang dapat mempengaruhi morfologi Muara

Kali Porong.

Untuk itu diperlukan suatu penelitian mengenai permodelan

aliran sedimen di Muara Kali Porong. Permodelan aliran

sedimen yang akan dibuat menggunakan program bantu

SMS (Surface water Modeling System).

1.2. Permasalahan

Permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini

adalah untuk mengetahui parameter-parameter permodelan

yang dominan terhadap pola aliran sediment di Muara Kali

Porong. Secara detail permasalahan yang akan dibahas

meliputi :

1. Bagaimana karakteristik fisik sediment yang mengalir ke

Muara Kali Porong.

2. Bagaimana bentuk permodelan aliran sedimen di Muara

Kali Porong.

3. Parameter-parameter model apa saja yang berpengaruh

terhadap pola aliran sedimen di Muara Kali Porong,

sehingga mempengaruhi kondisi morfologi Muara Kali

Porong.

1.3. Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah

mendapatkan suatu permodelan aliran sediment di Muara

Kali Porong dengan parameter-parameter permodelan yang

cukup signifikan. Secara detail tujuan yang akan dicapai

dijabarkan sebagai berikut :

1. Mengetahui karakteristik fisik sediment yang mengalir

ke Muara Kali Porong.

2. Mengetahui bentuk permodelan aliran sediment di Muara

Kali Porong.

3. Mengetahui parameter-parameter dalam program Surface

Water Modeling System yang mempunyai pengaruh

mailto:[email protected]

A-346 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009

secara signifikan terhadap pola aliran sedimen di Muara

Kali Porong.

1.4. Manfaat

Manfaat yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :

1. Permodelan hasil penelitian akan menghasilkan

informasi atau gambaran mengenai pola penyebaran

sedimen yang dapat digunakan untuk memprediksi pola

aliran sedimen di Muara Kali Porong.

2. Diharapkan dari permodelan pola penyebaran sedimen di

Muara Kali Porong didapatkan informasi yang bisa

digunakan untuk referensi pembangunan fasilitas di

Muara Kali Porong

3. Sebagai acuan untuk permodelan di daerah lain yang

mempunyai karakteristik sama.

1.5. Batasan Masalah

Dalam pengerjaan penelitian ini terdapat beberapa batasan

masalah, antara lain :

1. Daerah studi dibatasi pada Muara Kali Porong pada cross

section KP 247 sampai KP 255.

2. Data-data yang digunakan sebagai input permodelan

merupakan data primer hasil pengukuran lapangan.

3. Sedimen yang diperhitungkan berasal dari angkutan

aliran sungai. Sedimen yang berasal dari sumber lain

dianggap kecil (diabaikan).

4. Program bantu yang akan digunakan dalam penelitian ini

adalah Surface Water Modeling System (SMS).

1.6. Lokasi Studi

Lokasi penelitian adalah Muara Kali Porong. Karena

keterbatasan data dan software yang akan digunakan, maka

lokasi penelitian dibatasi antara cross section KP 247 (batas

hulu) sampai cross section KP 255 (batas hilir). Untuk

lebih jelasnya peta lokasi dapat dilihat dalam gambar 1.1

berikut :

Gambar 1.1 : Lokasi penelitian permodelan sedimen di

Muara Kali Porong

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kajian Pustaka

Berbagai penelitian tentang sedimen telah menunjukkan

akibat dari proses sedimentasi yang berkelanjutan. Proses

sedimentasi bisa menyebabkan pendangkalan sungai yang

dapat mengakibatkan kapasitas saluran bisa berkurang,

dapat juga menyebabkan timbulnya endapan di daerah

muara sehingga bertambah panjangnya daratan ke laut.

Oleh karena itu berbagai cara sudah ditempuh untuk

menanggulangi proses sedimentasi di sungai dan daerah

muara antara lain dengan pengerukan saluran dan

dibangunnya fasilitas-fasilitas pengendali sedimen.

Di Kali Porong, yang berfungsi sebagai saluran pengelak

banjir, alirannya membawa sedimen yang akan

berpengaruh terhadap perubahan morfologi Kali Porong

tersebut.

Pribowo (2001), dalam tesisnya telah melakukan penelitian

tentang proses sedimentasi di Muara Kali Porong dengan

menggunakan model matematis Duflow. Duflow

merupakan model matematis satu dimensi yang berarti

bahwa model matematis tersebut hanya mampu

memodelkan perubahan objek, baik tinggi muka air

maupun sedimen, satu arah secara vertikal.

Dalam penelitian ini akan dilakukan penelitian mengenai

model sedimentasi di Muara Kali Porong dengan

menggunakan program bantu SMS (Surface water

Modeling System). Model matematis ini merupakan model

matematis dua dimensi yang dapat memperlihatkan proses

perubahan objek pada dua arah, yaitu perubahan arah x

(melintang) dan arah y (memanjang) dalam koordinat

kartesius secara horizontal.

2.2. Debit

Debit aliran sungai, diberi notasi Q, adalah jumlah air yang

mengalir melalui penampang melintang sungai tiap satu

satuan waktu, yang biasanya dinyatakan dalam meter kubik

per detik (Triatmodjo, 2008). Debit di suatu lokasi di

sungai dapat diperkirakan dengan cara berikut :

1. Pengukuran di lapangan (di lokasi yang ditetapkan)

2. Berdasarkan data debit dari stasiun di dekatnya

3. Berdasarkan data hujan

4. Berdasarkan pembangkitan data debit

2.3. Teori Pengukuran Debit

Debit aliran diperoleh dengan mengalikan luas penampang

aliran dan kecepatan aliran. Kedua parameter tersebut dapat

diukur pada suatu penampang melintang di sungai. Luas

penampang aliran diperoleh dengan mengukur elevasi

permukaan air dan dasar sungai. Kecepatan aliran diukur

dengan menggunakan alat ukur kecepatan seperti current

meter, pelampung, atau peralatan lain.

Gambar 2.1 : Distribusi kecepatan di penampang melintang

sungai

Mengingat bahwa sungai mempunyai bentuk penampang

melintang yang tidak teratur dan kecepatan aliran juga tidak

seragam pada seluruh penampang, maka pengukuran debit

sungai dilakukan dengan membagi penampang sungai

menjadi sejumlah pias. Di setiap pias diukur luas

A-347 ISBN 978-979-18342-1-6

penampang dan kecepatan reratanya. Debit aliran diberikan

oleh bentuk berikut :

…………………………...………….. (2.1)

dimana :

a = luasan dari setiap pias

v = kecepatan rerata di setiap pias

2.4. Pengukuran elevasi muka air

Elevasi muka air di stasiun pengukuran merupakan

parameter penting dalam hidrometri. Elevasi tersebut

diukur terhadap datum (elevasi referensi) yang bisa berupa

elevasi muka air laut rerata atau datum local (bench mark).

Alat pencatat elevasi muka air dapat berupa papan duga

dengan meteran (staff gauge) atau alat pengukur elevasi

muka air secara otomatis (AWLR, Automatic Water Level

Recorder).

Gambar 2.2 : Pengukur elevasi muka air secara otomatis

2.5. Pengukuran kecepatan aliran

Pengukuran kecepatan air dapat dilakukan secara langsung

dengan menggunakan current meter. Pengukuran kecepatan

arus dengan current meter adalah yang paling banyak

dilakukan. Ada dua tipe alat ukur yaitu tipe mangkok

(Price-cup Current Meter) dan baling-baling (Propeller

Current Meter).

Gambar 2.3 : Bentuk current meter tipe mangkok dan

baling-baling

Pengukuran dilakukan di beberapa titik pada vertikal, yang

selanjutnya dievaluasi untuk mendapatkan kecepatan rerata.

Untuk menyingkat waktu dan menghemat biaya,

pengukuran dapat dilakukan hanya di beberapa titik pada

vertikal, yaitu pada 0,6 d; 0,2 d; dan 0,8 d; dengan d adalah

kedalaman aliran.

Gambar 2.4. Pengukuran kecepatan pada vertical

2.6. Surface water Modelling System (SMS)

Surface water Modeling System (SMS) merupakan program

yang dirancang untuk dapat menyelesaikan secara terpadu

terhadap persamaan-persamaan aliran dinamik dan

transportasi sedimen dua dimensi horizontal. Untuk

penyelesaian masalah transportasi sedimen maka

analisisnya melibatkan dua buah sub program yaitu RMA 2

dan SED2D-WES. RMA 2 merupakan sub program untuk

penyelesaian persamaan dinamik aliran dua dimensi dan

SED2D-WES untuk penyelesaian persamaan transportasi

sedimen.

2.7. Persamaan Dasar

RMA2 melakukan analisa pola arus dan kecepatannya

secara dua dimensi, yang menggunakan persamaan-

persamaan berikut:

…..……... (2.2)

dimana:

h = Kedalaman air

u,v = Kecepatan pada koordinat kartesius

x,y,t = Koordinat kartesius dan waktu

2.8. Gaya Gesek Dan Kekuatan Aliran Dasar

Kekasaran dasar adalah salah satu masalah utama yang

diperiksa oleh RMA2. Tegangan dasar geser dirumuskan :

…………………………………….…...… (2.3)

dimana :

= Tegangan geser

= Densitas fluida

g = Kecepatan gravitasi

R = Radius hidrolik

S = Kemiringan (slope)

Tegangan geser dihitung oleh Persamaan Manning jika

masukan nilai kekasaran < 3.0, jika berlebih maka dipakai

Persamaan Chezy. Umumnya, dipilih Koefisien Manning

(n) dan nilai kekasaran ini dapat ditambahkan dalam global

mesh sebagai tipe material, atau tingkat element. Dari

referensi US Army Corps of Engineers publication EM

1110-2-1601 “Hydraulic Design of Flood Control

Channels”, Appendix J: “Methods for Predicting n-values

for the Manning Equation”, harga Koefisien Manning

dikelompokkan seperti pada Tabel 2.1 berikut :

Tabel 2.1 Nilai Koefisien Manning menurut US Army

0.015 – 0.020 Permukaan halus tanpa vegetasi

0.020 – 0.025 Saluran dengan dasar pasir

0.034 (d50)1/6

Saluran rip-rap (d50 = 50 % ukuran

partikel campuran lebih halus dari ukuran

partikel)

0.075 – 0.150 Vegetasi permukaan yang rapat

(US Army Corps of Engineers publication)


Persamaan Manning untuk aliran uniform adalah :

………………...………… (2.4)

dimana:

v = Kecepatan

n = Nilai Manning

2.9. Turbulensi

Persamaan yang digunakan untuk menghitung bersarnya

turbulensi adalah sebagai berikut :

……………..…..…… (2.5)

dimana:

= Molecular Viscosity

u’,v’ = Turbulensi yang terjadi seketika dalam

kecepatan seketika

2.10.Analisa Sedimen

Analisa sedimentasi diperlukan untuk mengetahui tingkat

sedimentasi pada suatu pantai, sehingga bisa diketahui

tingkat keamanan sebuah struktur yang dibangun dari

adanya sedimentasi. Analisa sedimentasi dilakukan dengan

SED2D-WES. Adapun output yang dihasilkan adalah

konsentrasi sedimen, perubahan dasar, tegangan geser dasar

laut, dan kedalaman yang disajikan secara numerik dan

animasi.

Persamaan-persamaan dasar yang dipakai adalah sebagai

berikut :

1. Persamaan Convection-Diffusion

……………………………………………….…... (2.6)

dimana:

C = Konsentrasi, kg/m3

t = Waktu

u = Kecepatan aliran pada arah x, m/det

x = Arah aliran utama, m

v = Kecepatan aliran pada arah y, m/detik

y = Arah tegak lurus terhadap x, m

Dx = Koefisien difusi efektif pada arah x, m2/detik

Dy = Koefisien difusi efektif pada arah y, m2/detik

1 = Koefisien untuk bentuk dasar, 1/detik

2 = Konsentrasi equilibrium dari bagian bentuk dasar

kg/m3/detik

2. Tegangan Geser Dasar

Beberapa persamaan bisa dipilih untuk menghitung

tegangan dasar geser yaitu :

………………………...………..…… (2.7)

dimana :

= Water density

u* = Shear velocity

2.11. Uji Kesesuaian Program SMS

Pengukuran tingkat kesesuaian model dilakukan dengan

menggunakan indikator Root Mean Square Error (RMSE).

RMSE direpresentasikan sebagai rata-rata kuadrat

simpangan (selisih) antara nilai prediksi dengan nilai target.

Nilai RMSE semakin kecil menunjukkan bahwa rata-rata

nilai peramalan yang dihasilkan sangat dekat dengan nilai

yang sebenarnya.

…….………..………. (2.8)

dimana :

i = nomor node

N = jumlah node

xi = data target

= data prediksi

3. METODOLOGI

3.1. Lokasi Penelitian

Lokasi penelitian ini dilakukan di Muara Kali Porong.

Penelitian ini meneliti tentang pergerakan sediment.

Sediment yang akan dibuat pemodelan berasal dari

angkutan aliran sungai, sedimen yang berasal dari sumber

lain dianggap kecil (diabaikan). Permodelan sediment di

muara Kali Porong menggunakan program bantu model

aliran tidak tetap (unsteady flow) dua dimensi dari SMS

(Surface water Modeling System).

3.2. Pengumpulan Data

Data-data yang diperlukan sebagai inputan untuk

memodelkan aliran lumpur di Muara Kali Porong pada

software SMS adalah data-data primer dan sekunder. Data-

data primer berupa data sedimen yang terdapat pada aliran

sungai, data debit, data tinggi muka air dan data kecepatan

aliran sungai. Data kecepatan aliran sungai diukur dengan

menggunakan Current Meter, sedangkan untuk data tinggi

muka air diukur dengan menggunakan bak ukur.

Pengukuran dilakukan di batas hulu dan batas hilir penggal

yang akan diteliti.

Sedangkan untuk data sekunder berupa data cross dan peta

situasi Muara Kali Porong. Data cross section Muara kali

Porong merupakan data cross section hasil pengukuran

tahun 2007, didapat dari PT Virama Karya Cabang

Surabaya.

3.3. Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian yang akan dilakukan dalam pemodelan

aliran sedimen di Muara Kali Porong ini adalah :

1. Identifikasi Masalah

Mengetahui dan mengidentifikasi permasalahan yang ada

dalam penelitian ini, kemudian menuangkan secara tertulis

di dalam pendahuluan yang mencakup latar belakang,

permasalahan, tujuan, batasan masalah, metodologi dan

lokasi studi.

2. Studi Literatur

Studi literatur dimaksudkan untuk mendapatkan referensi

dan memperoleh informasi yang lebih detail tentang teori-

teori yang diperlukan dan terkait dalam menganalisa

permasalahan yang menjadi pokok bahasan dalam

penelitian ini. Literatur dapat juga berasal dari buku-buku,

laporan studi, laporan perencanaan, makalah penelitian, dan

lain-lain.

3. Pengumpulan Data dan Survey Lapangan

Pengumpulan data dan survey lapangan dilakukan untuk

mengetahui kondisi fisik Muara Kali Porong secara

langsung dan untuk mendapatkan data primer yang

diperlukan apabila data sekunder kurang memenuhi syarat.

4. Analisa Data

Analisa data diperlukan untuk mengetahui apakah data

tersebut dapat digunakan sebagai data penelitian atau tidak.

Apabila data tidak dapat digunakan maka diperlukan

survey lapangan untuk mendapatkan data primer yang

dibutuhkan.

A-349 ISBN 978-979-18342-1-6

5. Running Program

Setelah data-data yang diperlukan memenuhi syarat,

kemudian variable-variabel data tersebut dimasukkan

kedalam program SMS untuk simulasi model. Langkah

selanjutnya model dikaji dalam berbagai kondisi hidrolis

seperti yang diinginkan seperti kondisi pasang-surut,

berbagai debit periode ulang, dsb.

6. Analisa Model

Kalibrasi model bertujuan untuk mendapatkan faktor

tahanan aliran dengan cara trial dan error sedemikian

hingga didapat suatu model yang mendekati hasil dari

pengukuran di lapangan atau sesuai dengan kondisi di

alam, sehingga model dapat dipakai untuk menganalisa

berbagai fenomena perubahan variable dan dapat

digunakan untuk peramalan.

7. Kesimpulan

Merupakan kesimpulan dan saran mengenai output

pemodelan sedimen yang telah dibuat.

3.4. Flow Chart Penelitian

Bagan alir dari penelitian tentang pemodelan aliran

sedimen di Muara Kali Porong dapat dilihat pada gambar

3.1 berikut :

START

Data Tinggi

Muka Air

Data

Kecepatan

Data

Sedimen

Data Debit

Analisa RMA2 dengan

Program SMS

Kalibrasi

Kecepatan

Parameter Analisa

RMA2

NO

YES

Analisa SED2WES dengan

Program SMS

Output :

Model Sedimen

FINISH

Gambar 3.1 : Bagan alir pemodelan aliran sedimen di

Muara Kali Porong

3.5. Skematisasi Model

Skematisasi tentang pemodelan aliran sedimen di Muara

Kali Porong dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut :

Gambar 3.2 : Skematisasi pemodelan aliran sedimen di

Muara Kali Porong

4. DATA DAN HASIL ANALISA

4.1. Analisa Data Tinggi Muka Air

Untuk penentuan kondisi batas pada model dilakukan

pengukuran di lapangan. Pengukuran dilakukan di daerah

hulu muara (KP 250) sedangkan di daerah hilir (KP 255).

Pengukuran yang dilakukan meliputi pengukuran kecepatan

dan pengukuran tinggi muka air.

Tabel 4.1 Tabel hasil pengukuran tinggi muka air di KP

250

Jam Sec 1 Sec 2 Sec 3

8:00 5.70 4.31 3.40

8:30 5.80 4.41 3.50

9:00 5.80 4.41 3.50

9:30 5.90 4.51 3.60

10:00 6.00 4.61 3.70

10:30 6.00 4.61 3.70

11:00 6.20 4.81 3.90

11:30 6.10 4.71 3.80

12:00 6.00 4.61 3.70

12:30 6.00 4.61 3.70

13:00 5.80 4.41 3.50

13:30 5.70 4.31 3.40

14:00 5.70 4.31 3.40

14:30 5.60 4.21 3.30

15:00 5.40 4.01 3.10

15:30 5.30 3.91 3.00

16:00 5.30 3.91 3.00

16:30 5.00 3.61 2.70

17:00 4.90 3.51 2.60

17:30 4.90 3.51 2.60

18:00 4.80 3.41 2.50


Gambar 4.1 : Grafik hasil pengukuran tinggi muka air di

KP 250

Sedangkan hasil pengukuran tinggi muka air pada KP 255

digunakan sebagai inputan (batas hilir) pada permodelan.

Pengukuran dilakukan di tengah cross section. Tabel 4.2

berikut adalah tabel hasil pengukuran tinggi muka air di KP

255 dalam meter :

Tabel 4.2 Tabel hasil pengukuran tinggi muka air di KP

255

Jam Tinggi Muka Air Jam Tinggi Muka Air

8:00 2.58 13:30 2.64

8:30 2.71 14:00 2.55

9:00 2.88 14:30 2.41

9:30 2.90 15:00 2.30

10:00 3.00 15:30 2.22

10:30 3.04 16:00 2.04

11:00 3.10 16:30 1.75

11:30 3.00 17:00 1.64

12:00 3.00 17:30 1.58

12:30 2.96 18:00 1.44

13:00 2.82

Gambar 4.2 : Grafik hasil pengukuran tinggi muka air di

KP 255

4.2. Analisa Data Kecepatan

Pengukuran kecepatan dilakukan pada cross section KP

250 di tiga section pada tiga kedalaman, yaitu kedalaman

0.2 h, 0.6 h dan 0.8 h. Pengukuran dilakukan dengan

menggunakan Current Meter. Hasil pengukuran digunakan

untuk menghitung besarnya debit yang mengalir. Tabel 4.3

berikut adalah tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP

250 dalam satuan centimeter per detik :

Tabel 4.3 Tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP 250

Jam

Kecepatan (m/dtk)

Section 1 Section 2 Section 3

0.2h 0.6h 0.8h 0.2h 0.6h 0.8h 0.2h 0.6h 0.8h

8:00 60 60 40 60 50 40 60 50 40

8:30 60 60 50 70 60 60 60 60 60

9:00 60 40 30 60 50 50 70 70 60

9:30 60 50 40 70 60 60 60 50 50

10:00 50 50 30 70 50 50 70 60 60

10:30 60 50 50 60 50 60 70 50 40

11:00 40 40 40 70 60 60 60 50 50

11:30 60 50 40 60 60 60 70 70 40

12:00 50 50 40 70 50 50 70 60 50

12:30 60 60 60 70 60 60 70 70 60

13:00 50 50 30 70 60 50 70 70 60

13:30 50 40 30 60 50 40 60 60 80

14:00 50 50 40 50 50 50 50 60 50

14:30 50 50 60 70 50 50 50 50 40

15:00 50 50 50 50 60 60 50 50 50

15:30 70 50 50 70 60 60 60 50 50

16:00 70 50 50 60 60 50 60 60 60

16:30 70 50 40 60 60 50 70 70 60

17:00 60 50 50 70 60 60 50 50 50

17:30 60 50 40 70 70 60 70 50 50

18:00 50 40 40 60 60 60 50 50 40

Hasil pengukuran kecepatan menggunakan Current Meter

perlu dilakukan kalibrasi alat sebesar 0.8. Setelah itu

dilakukan perhitungan kecepatan rerata masing-masing

section dengan menggunakan Metode Tiga Titik.

Tabel 4.4 Tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP 250

Jam Kecepatan (m/dtk)

Jam Kecepatan (m/dtk)

Sec 1 Sec 2 Sec 3 Sec 1 Sec 2 Sec 3

8:00 0.43 0.40 0.40 13:30 0.32 0.40 0.53

8:30 0.45 0.51 0.48 14:00 0.37 0.40 0.43

9:00 0.35 0.43 0.53 14:30 0.43 0.45 0.37

9:30 0.40 0.51 0.43 15:00 0.40 0.45 0.40

10:00 0.35 0.45 0.51 15:30 0.45 0.51 0.43

10:30 0.43 0.45 0.43 16:00 0.45 0.45 0.48

11:00 0.32 0.51 0.43 16:30 0.43 0.45 0.53

11:30 0.40 0.48 0.48 17:00 0.43 0.51 0.40

12:00 0.37 0.45 0.48 17:30 0.40 0.53 0.45

12:30 0.48 0.51 0.53 18:00 0.35 0.48 0.37

13:00 0.35 0.48 0.53

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

7:12 12:00 16:48 21:36

Tin

ggi M

uka

Air

(m

)

Jam

Tinggi Muka Air KP 250

Tinggi Muka Air Section 1



1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

7:12 12:00 16:48 21:36

Tin

ggi M

uka

Air

(m

)

Jam

Tinggi Muka Air KP 255


A-351 ISBN 978-979-18342-1-6

Gambar 4.3 : Grafik hasil pengukuran kecepatan di KP 250

4.3. Analisa Data Debit

Perhitungan debit diperoleh dari hasil perhitungan antara

tinggi muka air dan kecepatan di KP 250. Debit hasil

perhitungan pada KP 250 digunakan sebagai inputan batas

hulu permodelan yaitu di KP 247. Hal ini dilakukan dengan

anggapan bahwa aliran debit antara KP 247 sampai KP 250

tidak dipenggaruhi oleh debit masukan atau debit keluaran

sepanjang aliran antara KP 247 sampai KP 250. Tabel

berikut adalah hasil perhitungan debit pada KP 250 dalam

meter kubik per detik :

Tabel 4.5 Tabel hasil perhitungan debit pada KP 250

Jam Debit (m3/dtk)

Total Debit Section 1 Section 2 Section 3

8:00 148.327 99.736 87.3801 335.443

8:30 161.142 129.143 107.789 398.074

9:00 123.226 108.752 119.765 351.744

9:30 145.312 131.954 98.419 375.685

10:00 128.648 120.579 119.968 369.195

10:30 158.336 120.579 101.026 379.941

11:00 123.757 140.386 106.239 370.382

11:30 151.568 130.334 116.587 398.489

12:00 138.544 120.579 113.654 372.777

12:30 178.128 134.764 126.282 439.175

13:00 123.226 122.346 119.765 365.338

13:30 111.245 99.736 116.507 327.488

14:00 129.786 99.736 93.2055 322.727

14:30 144.99 110.519 79.2739 334.783

15:00 129.672 105.49 80.0486 315.21

15:30 143.417 115.089 82.7784 341.285

16:00 143.417 102.975 93.1257 339.517

16:30 124.971 95.4301 93.6976 314.099

17:00 121.635 103.846 67.8294 293.31

17:30 114.032 109.312 76.8733 300.218

18:00 96.1171 95.718 61.0265 252.862

Grafik berikut adalah grafik hasil perhitungan debit pada

KP 250 dalam meter kubik per detik :

Gambar 4.4 : Grafik hasil perhitungan debit KP 250

4.4. Analisa Data Sedimen

Sampel sedimen diambil di dua lokasi, yaitu KP 250 dan

KP 255 pada pukul 08:00. Sampel sedimen yang diambil

adalah sampel suspended dan sampel bedload. Masing-

masing sampel diambil di tengah penampang melintang

Muara Kali Porong. Untuk sampel suspended diambil di

tiga kedalaman, yaitu : 0.2 h, 0.6 h dan 0.8 h.

Tabel 4.6 Tabel hasil analisa bedload sedimen KP 250

Diameter

Tertahan

Berat Prosen

Total Contoh ∑

(mm) (gram) (gram) (%) (%)

7.9 41 0 0.00 0.00

4.76 41 0 0.00 0.00

3.36 41 0 0.00 0.00

2 42 1 0.32 0.32

1 43 2 0.64 0.96

0.5 48 7 2.24 3.21

0.25 48 7 2.24 5.45

0.125 75 34 10.90 16.35

0.075 82 41 13.14 29.49

Tabel 4.7 Tabel hasil analisa bedload sedimen KP 255

Diameter

Tertahan

Berat Prosen

Total Contoh ∑

(mm) (gram) (gram) (%) (%)

7.9 41 0 0.00 0.00

4.76 41 0 0.00 0.00

3.36 41 0 0.00 0.00

2 42 1 0.25 0.25

1 48 7 1.77 2.02

0.5 59 18 4.55 6.57

0.25 105 64 16.16 22.73

0.125 208 167 42.17 64.90

0.075 112 71 17.93 82.83

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

7:12 12:00 16:48 21:36

Ke

cep

atan

(m/d

tk)

Jam

Kecepatan KP 250

Section 1

Section 2

Section 3 0,000

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

7:12 12:0016:4821:36

De

bit

(m

3 /d

tk)

Jam

Debit KP 250

Debit Sec 1

Debit Sec 2

Debit Sec 3

Total Debit


Tabel 4.8 Tabel hasil analisa suspended sedimen di KP

250

Lokasi Hulu Titik 250

Date 12 Mei 12 Mei 12 Mei

Time 08:00 08:00 08:00

Gauge Height

Sampling STA 0.2 0.6 0.8

Temp. and Spec. Cond

Remarks 1 2 3

Weight of Gross (gr) 584 576 602

Sediment Tare (gr) 38 38 38

Net (gr) 546 538 564

Container No.

Weight of Gross (gr) 1.5794 1.6336 1.6483

Sediment Tare (gr) 1.4864 1.5417 1.5632

Net (gr) 0.093 0.0919 0.0851

D.S. Corr.

Net (gr) 0.093 0.0919 0.0851

Conc. (ppm) 159 160 141

Tabel 4.9 Tabel hasil analisa suspended sedimen di KP

255

Lokasi Hilir Titik 255

Date 12 Mei 12 Mei 12 Mei

Time 08:00 08:00 08:00

Gauge Height

Sampling STA 0.2 0.6 0.8

Temp. and Spec. Cond

Remarks 4 5 6

Weight of Gross (gr) 551 373 608

Sediment Tare (gr) 39 39 39

Net (gr) 512 334 569

Container No.

Weight of Gross (gr) 1.5664 1.5588 1.6274

Sediment Tare (gr) 1.4943 1.5086 1.5506

Net (gr) 0.0721 0.0502 0.0768

D.S. Corr.

Net (gr) 0.0721 0.0502 0.0768

Conc. (ppm) 131 135 126

4.5. Permodelan Dengan Surface water Modeling

System (SMS)

4.5.1. Penyusunan Jaringan Elemen Hingga

Penyusunan jaringan elemen hingga pada model Surface

water Modeling System (SMS) dilakukan dengan mengikuti

langkah-langkah sebagai berrikut :

1. Import file dxf dari AutoCad

Titik-titik yang akan dibuat menjadi jaringan elemen

hingga (mesh) dibuat dengan memanfaatkan peta

bathymetri yang sebelumnya sudah disimpan dalam bentuk

format file *.dfx pada program AutoCad. Ukuran jarak

yang digunakan pada waktu digitasi adalah meter.

2. Pendistribusian point arc

Pendistribusian point arc pada feature arc bertujuan untuk

menentukan besarnya jarak antar node. Sebagai contoh,

apabila pada kolom spacing diisi angka 10, berarti elemen

yang akan dibuat nanti mempunyai jarak antar node sebesar

10 meter. Semakin kecil angka spacing maka semakin

halus elemen yang akan dibuat.

3. Membuat scater set

Tujuannya adalah membuat semua elevasi arc node

menjadi elevasi scatter set.

4. Membuat polygon

Membuat polygn pada model bertujuan untuk

mengidentifikasi daerah-daerah yang akan di buat jaringan-

jaringan elemen hingganya (mesh).

5. Meshing

Proses meshing adalah proses penbentukan jaringan-

jaringan elemen hingga pada model. Agar proses analisis

lebih cepat, maka dilakukan proses pengurutan kembali

nomor-nomor elemen. Proses pengurutan elemen bisa

diurutkan dari hulu maupun dari hilir model .Gambar

berikut merupakan hasil penyusunan jaringan elemen

hingga pada model.

Gambar 4.7 Gambar hasil meshing pada model Muara Kali

Porong

4.5.2. Pengaturan Kontrol Model

Pengaturan kontrol model dimaksudkan untuk memperoleh

suatu hasil perhitungan yang sesuai dengan kondisi

pengukuran. Kontrol model yang digunakan dalam analisis

ini adalah :

1. Satuan yang digunakan adalah meter

2. Tipe simulasi yang digunakan adalah dynamic state

untuk solusi aliran transient (time series).

3. Jumlah iterasi hitungan yang digunakan adalah 4 untuk

initial solution.

4. Untuk waktu komputasi digunakan time step size

sebesar 0.5, number of time steps sebesar 20, maximum

time 10, first time step adalah 0.

4.6. Running Sub Program RMA2

Analisa ini dimaksudkan untuk mengetahui besarnya

pengaruh perubahan nilai parameter hidraulik berupa

Koefisien Eddy dan Koefisien Manning terhadap

perubahan pola distribusi kecepatan dan tinggi muka air

pada model. Sistematika analisa tersebut dijelaskan dalam

diagram berikut :

A-353 ISBN 978-979-18342-1-6

Hasil

pengukuran

Trial nilai Koefisien Eddy :

E = 2000 Pascal-sec

E = 3000 Pascal-sec

E = 4000 Pascal-sec

E = 5000 Pascal-secInput

model

Output model :

1. Pola distribusi kecepatan

2. Pola distribusi ketinggian

muka airTrial nilai Koefisien Manning :

n = 0.03

n = 0.04

n = 0.05

n = 0.06

Gambar 4.8 Sistematika analisa perubahan parameter pada

model

Sebagai indikator tingkat kesesuaian model dihitung

dengan menggunakan nilai RMSE (Root Mean Square

Error). Perhitungan nilai RMSE pada model dilakukan di

tiga titik node, yaitu : pada node 1042, node 1049, dan node

1063. Node-node tersebut mewakili lokasi-lokasi

pengukuran di KP 250 Muara Kali Porong. Berikut adalah

grafik hasil simulasi model :

Gambar 4.9 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model di

node 1042

Gambar 4.10 : Grafik hasil simulasi tinggi muka air pada

model di node 1042

Gambar 4.11 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model

di node 1049


model di node 1049

Gambar 4.13 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model

di node 1063


model di node 1063

Setelah mendapatkan output hasil analisa RMA2 pada

Program SMS berupa tinggi muka air dan kecepatan. Maka

dilakukan hasil kalibrasi dengan hasil pengukuran tinggi

muka air dan kecepatan di KP 250. Tabel berikut

menunjukkan besarnya RMSE (Root Mean Square Error)

pada lokasi kalibrasi model (KP 250) pada masing-masing

section :

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,00 5,00 10,00

v (m

/dtk

)

jam ke-i

Kecepatan (Node 1042)

Pengukuran

Plan 33

Plan 43

Plan 35

Plan 45

Plan 46

4,00

4,50

5,00

5,50

6,00

6,50

0,00 5,00 10,00

Tin

ggi M

uka

Air

(m

)

jam ke-i

Tinggi Muka Air (Node 1042)

Pengukuran

Plan 33

Plan 43

Plan 35

Plan 45

Plan 46

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,00 5,00 10,00

v (m

/dtk

)

jam ke-i


Pengukuran

Plan 33

Plan 43

Plan 35

Plan 45

Plan 46

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,50

6,00

0,00 5,00 10,00

Tin

ggi M

uka

Air

(m

)

jam ke-i


Pengukuran

Plan 33

Plan 43

Plan 35

Plan 45

Plan 46

0,300,350,400,450,500,55

0,00 5,00 10,00

v (m

/dtk

)

jam ke-i


Pengukuran

Plan 33

Plan 43

Plan 35

Plan 45

Plan 46

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0,00 5,00 10,00

Tin

ggi M

uka

Air

(m

)

jam ke-i


Pengukuran

Plan 33

Plan 43

Plan 35

Plan 45

Plan 46


Tabel 4.10 Tabel hasil perhitungan nilai RMSE pada sec 1

Plan Viskositas Koefisien RMSE

Eddy Manning Kecepatan Tinggi MA

33 3000 0.03 0.033 0.139

43 4000 0.03 0.034 0.136

34 3000 0.04 0.033 0.127

44 4000 0.04 0.033 0.126

35 3000 0.05 0.037 0.114

45 4000 0.05 0.033 0.111

36 3000 0.06 0.035 0.104

46 4000 0.06 0.034 0.101




33 3000 0.03 0.041 0.558

43 4000 0.03 0.043 0.560

34 3000 0.04 0.039 0.574

44 4000 0.04 0.041 0.575

35 3000 0.05 0.037 0.590

45 4000 0.05 0.040 0.595

36 3000 0.06 0.042 0.615

46 4000 0.06 0.041 0.617




33 3000 0.03 0.068 0.312

43 4000 0.03 0.065 0.310

34 3000 0.04 0.079 0.297

44 4000 0.04 0.077 0.296

35 3000 0.05 0.091 0.278

45 4000 0.05 0.087 0.275

36 3000 0.06 0.101 0.249

46 4000 0.06 0.097 0.244

Dari hasil perhitungan nilai RMSE pada masing-masing

section, dipilih plan dari berbagai macam nilai parameter

RMA2 yang mempunyai nilai RMSE paling kecil. Dari

tabel 4.10, tabel 4.11 dan tabel 4.12 didapat lima plan yang

mempunyai nilai RMSE paling kecil, sebagaoi berikut :

Tabel 4.13 Plan dengan perhitungan nilai RMSE paling

kecil



33

3000 0.030 0.033 0.139

3000 0.030 0.041 0.558

3000 0.030 0.068 0.312

43

4000 0.030 0.034 0.136

4000 0.030 0.043 0.560

4000 0.030 0.065 0.310

35

3000 0.050 0.037 0.114

3000 0.050 0.037 0.590

3000 0.050 0.091 0.278

45

4000 0.050 0.033 0.111

4000 0.050 0.040 0.595

4000 0.050 0.087 0.275

46

4000 0.060 0.034 0.101

4000 0.060 0.041 0.617

4000 0.060 0.097 0.244

Setelah didapatkan model RMA2 yang mempunyai nilai

RMSE paling kecil, model tersebut akan digunakan untuk

perhitungan permodelan sedimen dengan menggunakan

Sub Program SMS, yaitu SED2WES.

4.7. Running Sub Program SED2WES

Sebagai input SED2WES digunakan hasil konsentrasi

sedimen dari hasil pengukuran di daerah hulu (KP 250) dan

daerah hilir (KP 255). Untuk kondisi batas daerah hulu

dimasukkan nilai konsentrasi sedimen sebesar 153.33 ppm

dan kondisi batas daerah hilir dimasukkan nilai 131 ppm.

Untuk setting kontrol model dimasukkan nilai yang sama

dengan model kontrol RMA2.

Untuk analisa konsentrasi sedimen hasil running model,

ditinjau di beberapa titik pengamatan. Berikut adalah

gambar titik-titik pengamatan konsentrasi sedimen yang

akan ditinjau :

Gambar 4.15 : Lokasi titik-titik pengamatan

A-355 ISBN 978-979-18342-1-6

Dari hasil running lima model didapatkan hasil sebagai

berikut :

Gambar 4.16 : Grafik hasil perhitungan konsentrasi

sedimen pada titik A


sedimen pada titik D


sedimen pada titik G

Dari kelima model diatas dapat dilihat bahwa pada masing-

masing titik pengamatan konsentrasi sedimen yang ditinjau

memiliki tren yang sama dengan selisih nilai yang kecil.

Tabel 4.14 Tabel perbandingan nilai konsentrasi sedimen

di masing-masing titik pengamatan pada tiap-tiap model.

Plan Titik

A D G

33 1.2763 0.7816 0.7764

35 1.2719 0.7751 0.7749

43 1.2767 0.7828 0.7764

45 1.2722 0.7762 0.7749

46 1.2702 0.7732 0.7741

5. KESIMPULAN

Dari hasil analisa RMA2 didapatkan lima model pola

distribusi kecepatan aliran dan tinggi muka air dengan nilai

koefisien Manning sebesar 0.03, 0.05 dan 0.06. Sedangkan

untuk nilai koefisien viskositas Eddy didapatkan nilai

sebesar 3000 Pa detik dan 4000 Pa detik. Sedangkan untuk

penyebaran nilai konsentrasi sedimen dapat disimpulkan

bahwa semakin mendekati hilir, konsentrasi sedimen akan

semakin berkurang.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anggrahini, 1997, Hidrolika Saluran Terbuka, CV Citra

Media, Surabaya.

[2] Triatmodjo, Bambang, 2008, Hidrologi Terapan, Beta

Offset, Yogyakarta.

[3] Triatmodjo, Bambang, 1999, Teknik Pantai, Beta

Offset, Yogyakarta.

[4] French, Richard H., 1985, Open Channel Hydraulics,

McGraw-Hill Book Co, Singapore.

[5] Poerbandono, ST., MM., Dr., dan Djunarsjah, Eka, Ir.,

MT.,2005, Survey Hidrografi, PT Refika

Aditama, Bandung.

[6] Wahjoe, Pribowo, 2001, Studi Mengenai Sedimentasi

Kali Porong, ITS, Surabaya.

0,1200

0,1300

0,1400

0,1500

0,1600

0,0 5,0 10,0

Ko

nse

ntr

asi S

ed

ime

n (

kg/m

3)

Jam ke-i

Konsentrasi Sedimen Titik A

Plan 33

Plan 35

Plan 43

Plan 45

Plan 46

0,0600

0,0800

0,1000

0,1200

0,1400

0,1600

0,0 5,0 10,0Ko

nse

ntr

asi S

ed

ime

n (

kg/m

3 )

Jam ke-i

Konsentrasi Sedimen Titik D

Plan 33

Plan 35

Plan 43

Plan 45

Plan 46

0,0600

0,0800

0,1000

0,1200

0,1400

0,1600

0,0 5,0 10,0

Ko

nse

ntr

asi S

ed

ime

n (

kg/m

3 )

Jam ke-i

Konsentrasi Sedimen Titik G

Plan 33

Plan 35

Plan 43

Plan 45

Plan 46


Halaman ini sengaja dikosongkan

PERMODELAN ALIRAN SEDIMENT DI MUARA KALI · PDF filesedimentasi di Muara Kali Porong adalah...

Documents

Transcript of PERMODELAN ALIRAN SEDIMENT DI MUARA KALI · PDF filesedimentasi di Muara Kali Porong adalah...