TUGAS KONSERVASI TANAH DAN AIR

AWLR (AUTOMATIC WATER LEVEL RECORDING)

DISUSUN OLEH

ADITYA PRASETYA NUGRAHA (12/332191/SV/00907)

RAMADHANI FEBBY (12/332175/SV/00891)

BUNGA ZENNA A (12/332159/SV/00875)

RIZKI TRI UTAMI (12/332133/SV/00849)

SEKOLAH VOKASI D III PENGELOLAAN HUTAN

FAKULTAS KEHUTANAN

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2013

PENDAHULUAN

Banjir merupakan bencana yang dapat mengurangi kualitas tanah untuk pertumbuhan

tanaman. Perubahan penggunaan lahan dari daerah pertanian/perkebunan (tegalan)/ hutan menjadi

daerah pemukiman berpotensi menyebabkan banjir karena proses infiltrasi alami berkurang.

Pengaruh hujan memberikan peluang untuk menjadi aliran permukaan sehingga air akan mengalir

bergerak kearah yang lebih rendah menuju sungai menjadi aliran sungai.

Air hujan yang jatuh ke bumi, sebagian menguap kembali menjadi air di udara, sebagian

masuk ke dalam tanah, sebagian lagi mengalir di permukaan. Aliran air di permukaan ini kemudian

akan berkumpul mengalir ke tempat yang lebih rendah dan membentuk sungai yang kemudian

mengalir ke laut

Suatu keadaan debit air sungai melebihi aliran dasar akibat dari hujan yang jatuh di atas

vegetasi/tanaman, bebatuan, permukaan air, permukaan tanah, dan saluran sungai yang

membentuk limpasan air. Limpasan air dalam daerah aliran sungai (DAS) nampak dalam bentuk

sistem yang sangat kompleks, terjadi setelah air hujan mengalami perjalanan melalui beberapa

tahap mulai dari penimbunan dan pemindahan sampai masuk ke dalam saluran. Kekomplekan ini

semakin bertambah sejalan dengan faktor variabel dalam DAS.

Limpasan air dari suatu daerah aliran sungai (DAS) yang besar biasanya dimonitor dengan

alat AWLR (Automatic Water Level Recorder). Alat ini mengukur tinggi muka air sungai secara

terus menerus. Hasil pengukurannya berupa grafik hubungan antara tinggi muka air dengan waktu

atau sering disebut hidrograf.

Data debit merupakan salah satu data hidrologi yang sangat penting yang digunakan dalam

perencanaan dan perancangan bangunan-bangunan keairan. Untuk mendapatkan data debit dapat

diperoleh dengan berbagai cara, salah satunya dengan alat ukur AWLR (Automatic Water Level

Recorder), hasil berupa output data berupa debit air.

Data yang tercatat dari AWLR adalah data tinggi muka air. Untuk mentransformasi dari

data tinggi muka air menjadi data debit diperlukan survey pengukuran dan analisis hidrolika pada

pos AWLR tersebut. Survey pengukuran dimaksudkan untuk mendapatkan profil melintang dan

memanjang sungai di sekitar alat ukur, sedangkan analisis hidrolika dimaksudkan untuk

mendapatkan lengkung debit pada pos AWLR tersebut.

Untuk dapat mengukur besarnya debit sungai maka pada saat tertentu (biasanya pada saat

musim hujan dan kemarau) dilakukan pengukuran debit sungai. Hidrograf aliran sangat diperlukan

dalam studi banjir sebab dengan memanfaatkan data tersebut kita dapat melakukan perencanaan

bangunan air yang sangat diperlukan dalam penanggulangan banjir. Akan tetapi, jumlah penelitian

mengenai karakteristik DAS masih sedikit.

Hal ini sebagian besar dikarenakan faktor ketersediaan alat yang dapat membantu dalam

pengukuran masih cukup mahal. Sehingga akan dicoba membuat alat ukur perekam tinggi muka

air yang bekerja secara kontinu merekam kejadian perubahan ketinggian air yang bekerja secara

otomatis.

AWLR (Automatic Water Level Recorder)

Limpasan air dari suatu daerah aliran sungai yang

besar biasanya dimonitor dengan alat yang disebut AWLR

(Automatic Water Level Recorder). Alat ini mengukur

tinggi muka air sungai secara terus menerus.

Hasil pengukuran AWLR berupa grafik hubungan

antara tinggi muka air dengan waktu atau lazim disebut

hidrograf. Untuk dapat mengukur besarnya debit sungai

maka pada saat tertentu (biasanya pada saat musim hujan

dan kemarau) dilakukan pengukuran debit sungai.

Hubungan antara debit dan tinggi muka air dapat dihitung

dengan menggunakan stage hydrograph curve.

Hidrograf adalah suatu diagram yang

menggambarkan variasi debit sungai atau tinggi muka air menurut waktu Hidrograf menunjukkan

tanggapan menyeluruh DAS terhadap masukan tertentu. Sesuai dengan sifat dan perilaku DAS

yang bersangkutan, hidrograf aliran selalu berubah sesuai dengan besaran dan waktu terjadinya

masukan.

Bentuk hidrograf banjir sangat dipengaruhi oleh bentuk DAS. Jika bentuk DAS membesar

di tengah maka bentuk hidrografnya adalah debit puncak berlangsung dalam waktu yang cepat.

Jika berbentuk membesar di hulu maka debit puncak akan dicapai dalam waktu yang relatif lama,

sedangkan jika berbentuk mengecil ditengah dan membesar dibagian hulu dan hilir maka bentuk

hidrografnya mempunyai puncak dua buah. Jika DAS mempunyai bentuk panjang maka bentuk

hidrografnya relatif simetris.

MEKANIK AWLR

Pulley yang dibutuhkan untuk membuat AWLR ini berdiameter 9,55 cm. Nilai ini diperoleh

dari hasil perhitungan keliling lingkaran. Potensiometer memiliki kapasitas untuk berputar 10 kali

putaran, Keliling lingkaran pulley yang yang dibutuhkan untuk mengukur tinggi air maksimum 3

meter, adalah 30 cm. Sehingga untuk setiap satu kali putaran penuh dari pulley akan setara dengan

30 cm. Dalam satu putaran, terdapat 10 x titik yang dapat merubah posisi pada potensiometer. Pada

setiap titik dalam satu putaran, akan merubah sensor posisi 3 cm.

Perhitungan :

Kel. Lingkaran ( l ) = 2π.r = π. d

d = l/ π

d = 30 / 3,14

d = 9.55 cm

Sehingga r = d / 2 = 4,77 cm

Pulley kecil yang menghubungkan Pulley besar dengan potensiometer, terbuat dari karet

yang relatif lentur sehingga menyebabkan ujung sensor posisi (potensio) dapat berputar bebas

sedikit demi sedikit. Sedangkan pulleybesar (ø= 9.55cm) terbuat dari PCB. Hal ini dikarenakan

untuk mendapatkan konstruksi yang kokoh, supaya tali nilon yang menghubungkan pelampung

dengan pemberat berada pada posisi stabil, tanpa kehawatiran akan meleset keluar. Sifat fisik

sensor pelampung diset lebih besar, luas permukaannya lebih lebar, pipih dan diisi dengan air yang

sudah dikalibrasi. Hal ini diharapkan agar sensor pelampung memiliki gaya tekan yang besar dan

lebih sensitif terhadap adanya perubahan tinggi muka air. Kondisi ini harus sesuai dengan Hk.

Archimedes, yakni setiap benda yang berada dalam satu fluida maka benda itu akan mengalami

gaya ke atas atau gaya apung sebesar berat air yang

dipindahkannya.

Tiga keadaan benda didalam zat cair :

a. Tenggelam : W > FaÞ rb > rz

b. Melayang : W = Fa Þ rb = rz

c. Terapung : W = Fa Þ rb. V= rz.V' ; rb<rz

W = Berat benda; Fa = Gaya ke atas = rz.V'.g; Rb = Massa jenis benda

Keterangan:

(a) Benda dalam keadaan tenggelam

(b) Benda dalam keadaan melayang

(c) Benda dalam keadaan terapung

Pada tahap pemasangan, posisi awal bandul pemberat sebaiknya lebih tinggi dari posisi

pelampung. Hal ini dikarenakan untuk menjaga kondisi pada saat tinggi muka air maksimum (air

tinggi), pelampung berada pada posisi paling atas, dan sebaliknya pemberat berada pada posisi

paling bawah, dapat kembali pada posisi awal setelah permukaan air mengalami penurunan.

Pemilihan tali nylon yang elastis dan kokoh diharapkan dapat memperkecil gaya gesek

yang ditimbulkan antara tali dan pulley. Contoh tali nylon yang memiliki karakteristik di atas

adalah tali yang pada umumnya digunakan untuk raket (nilon string racket).

SENSOR PELAMPUNG DAN PEMBERAT

Sifat fisik sensor pelampung diset lebih besar, luas permukaannya lebih lebar, pipih dan

diisi air yang sudah dikalibrasi. Hal ini dimaksudkan supaya pelampung memiliki kepekaan

terhadap perubahan tinggi muka air. Selain itu diharapkan tidak adanya perubahan yang nyata

untuk tiap posisi (selalu konsisten) pada saat hujan yang diterima oleh permukaan sungai.

Pelampung yang dibuat berdasarkan hukum Archimedes, benda berada pada keadaan

terapung. Kondisi di lapangan, pada saat pengujian konsistensi pelampung, posisi awal

/normal/setimbang pelampung adalah ¾ tenggelam. Posisi ini seharusnya tetap untuk setiap

perubahan tinggi muka air. Jika pelampung tidak/kurang peka terhadap perubahan tinggi muka air,

biasanya celupan yang dihasilkan oleh pelampung tidak konsisten. Sebagai contoh, pada kondisi

normal celupan dari posisi awal adalah hanya menempel di permukaan, akan tetapi pada saat

kondisi hujan deras celupan dari pelampung tersebut lebih dalam (tenggelam).

Posisi awal pemasangan pelampung

menyentuh permukaan air sungai, sedangkan

pemberat berada pada posisi lebih tinggi dari

pelampung. Pemberat berfungsi untuk menjaga

tali nilon agar selalu lurus, sehingga jika terjadi

perubahan tinggi muka air dan pelampung

bergerak naik/turun, maka tali yang

menghubungkan antara pelampung dengan

pemberat akan bergeser dan menggerakan pulley

sistem.

Hal yang seharusnya menjadi perhatian adalah, ukuran bandul pemberat harus memiliki

luas permukaan yang kecil bahkan cenderung runcing , jika di hubungkan dengan hukum

Archimedes, benda yang berada dalam satu fluida maka benda itu akan mengalami gaya ke atas

atau gaya apung sebesar berat air yang dipindahkannya. Hal ini dijadikan pertimbangan pada saat

posisi bandul menyentuh permukaan air sungai, gaya apung yang diterima oleh pelampung tidak

lebih besar dari gaya tekan yang dihasilkan bandul pemberat, sehingga pelampung tidak

mengalami perubahan posisi yang signifikan.

Karena pada saat tinggi muka air maksimum (air tinggi), pelampung berada pada posisi

paling atas, dan sebaliknya pemberat berada pada posisi paling bawah. Jika pelampung dan

pemberat tidak memiliki masa yang sama dikhawatirkan pelampung tidak dapat kembali pada

posisi awal meskipun air sudah mengalami penurunan.

Rumus timer untuk IC 4060 : FOsc = 1/ (2,5 x Rt x Ct)

FOsc = Qo

Q output dari IC 4060 =Q4, Q10, Q12

Nilai yang terrecord dalam counting calculator 12-3012. Artinya nilai 12 adalah nilai

minimum dari R potensiometer. Yakni pada saat posisi sudut sensor 0𝑜 . Sedangkan 3012 adalah

nilai maksimum dari R potensiometer, yakni sensor posisi memiliki sudut 360𝑜pada putaran

pulleyke 10. Nilai ini bernilai relatif sesuai dengan gerakan naik turun pelampung (perputaran

pulleysensor ke arah kiri atau kanan). Sebagai contoh, jika pulley berputar ke kiri, maka posisi

sensor berada di bagian rendah, sehingga jumlah angka countingyang terrecordsebagai angka

keluaran (angka printing) nilainya akan kecil, sebaliknya, jika pulley berputar ke kanan, maka nilai

yang terrecord jumlahnya akan bertambah dari nilai minimum sesuai dengan perubahan dari posisi

sudut R.

PENGUJIAN DAN PENGOLAHAN

Data Prototipe AWLR dilakukan pengujian dan dilakukan kalibrasi, agar nilai R setara

dengan nilai level /ketinggian di lapangan. Nilai yang terrecord di kalkulator, menjadi data primer

sebagai masukan (input) data ke dalam perangkat lunak berbasis Microsoft Exel. Keluaran dari

data tersebut berupa grafik atau hidrograph dari nilai Resistansi (R) yang setara dengan nilai

ketinggian terhadap waktu. Data ini juga dapat digunakan untuk mendapatkan hubungan antara

debit sungai terhadap waktu.

PRINSIP KERJA AWLR

Pelampung (float) dan beban (counter weight)

dihubungkan dengan kabel nylon yang ditempatkan pada

sebuah pulley. Pelampung tersebut ditempatkan pada muka

air, sehingga jika terjadi perubahan posisi dari pelampung

akan menyebabkan putaran dari sistem pulley. Gerakan

putaran sistem pulley diambil dengan menggunakan pulley

sensor yang berukuran lebih kecil dari pulley utama untuk

diterjemahkan secara elektronik menjadi posisi sensor.

PENGAMATAN PERMUKAAN AIR SUNGAI

Untuk kebutuhan usaha pemanfaatan air, pengamatan permukaan air sungai dilaksanakan

pada tempat-tempat dimana akan dibangun bangunan air, seperti bendungan, bangunan

pengambilan air dan lain-lain. Untuk kebutuhan usaha pengendalian sungai atau pengaturan

sungai, maka pengamatan itu dilaksanakan pada tempat yang dapat memberikan gambaran

mengenai banjir, termasuk tempat-tempat perubahan tiba-tiba dari penampang sungai.

Permukaan air sungai itu harus diukur berdasarkan datum standar dalam negara. Sedikit-

sedikitnya dalam suatu sistem sungai, data permukaan air sungai itu harus disusun berdasarkan

penentuan datum standar.

TEMPAT PEMASANGAN/PEMBANGUNAN ALAT UKUR PERMUKAAN SUNGAI

Untuk pemasangan alat ukur permukaan air sungai, harus dipilih tempat yang

memungkinkan pengamatan seluruh keadaan permukaan air, dari batas terendah sampai batas

tertinggi. Bagian yang menjadi tempat tekanan tinggi atau bagian kecepatan aliran tinggi pada

permukaan air yang tinggi, harus dihindarkan, karena terjadi kesalahan pengukuraan permukaan

air tinggi, selain itu alat mudah menjadi rusak oleh aliran.

Tempat-tempat terjadi aliran air tanah, harus dihindarkan karena perubahan dasar sungai

itu besar dan alirannya berbelok-belok (meander). Untuk mendapatkan kurva debit permukaan

air, maka pengukuran debit biasanya dilakukan pada tempat pengamatan permukaan air. Jadi untuk

itu harus dipilih tempat dimana kesalahan pengukurannya kecil dan mudah dilaksanakan. Untuk

maksud-maksud itu, maka sedapat mungkin dipilih tempat dengan kondisi yang cocok sebagai

berikut :

Panjang bagian yang lurus di atas tempat pengamatan harus 5 kali lebar sungai dan bagian

lurus di bagian bawah adalah 2 kali lebar sungai. Pada dasar sungai dan tepiannya hanya terdapat

perubahanperubahan bentuk yang kecil. Pada lereng dasar sungai tidak terdapat titik perubahan

tiba-tiba. Perubahan kecepatan aliran adalah kecil (meskipun terjadi perubahan permukaan air

yang agak besar) yang dapat diukur oleh alat ukur arus dengan ketelitian yang tinggi 0,3 sampai

3,0 m/detik (Kiyotoka, 2003).

KELEBIHAN DAN KEKURANGAN

Kelebihan dan kekurangan AWLR ini diantaranya resolusi ketinggian yang dapat diamati

1 mm. Mekanik sensor pelampung dan pemberat dapat dibuat dengan menggunakan bahan yang

mudah didapat di Indonesia. Untuk bahan pelampung dibuat dari Dop PVC 4 inci, sedangkan

bandul pemberat berasal dari bandul lot yang pada umumnya digunakan water pass untuk

bangunan. Tali nilon yang digunakan adalah nilon string raket.

Kelebihan lainnya adalah catu daya yang dibutuhkan cukup menggunakan aki kering 12 V

dengan kapasitas 4 A, dapat bertahan hingga 14-20 hari. Kertas pias yang dibutuhkan tidak khusus,

dan dapat diganti kapan saja termasuk pada saat kalkulator sedang merecord, sehingga tidak ada

kekawatiran data hilang pada saat pergantian kertas. Kertas yang digunakan untuk mencetak

harganya cukup ekonomis.

Kebutuhan data untuk analisis hidrograph, dapat diperoleh dari nilai yang tercetak pada

kalkulator printing dalam 10 menit sekali. Hal ini kurang efisien jika dalam satu hari tidak terdapat

perubahan tinggi muka air, maka kertas yang terpakai cukup panjang dan angka yang tercetak pada

kertas tersebut nilainya sama. Hal inilah yang menjadi pertimbangan pada saat penentuan waktu

pencetakan, agar lebih efisien, waktu pencetakan dapat didesaint secara fleksibel sesuai dengan

kebutuhan.

Kelemahan dari AWLR salah satunya pelampung alat ukur permukaan air harus dilindungi

terhadap gelombang dan aliran dengan sumur pengamatan. Konstruksi pembuatan sumur

penenang di lapangan masih mahal.

KESIMPULAN

AWLR (Automatic Water Level Recording) merupakan alat ukur sebagai penghimpun data

debit air pada suatu limpasan air pada aliran air sungai. Hasil dari pengukuran berupa data grafik

yang menunjukan tinggi muka air dengan waktu (hidrograf). Pengukuran debit dilakukan pada

musim hujan dan kemarau. Hubungan antara debit dangan tinggi muka air dapat dihitung dengan

stage hydrograph curve.

DAFTAR PUSTAKA

Budianto, Bagus. 2007. Kalibrasi Parameter Hidrolika Sungai Pos AWLR Jangkok Bug-Bug.

Mori, Kiyotoka. 2003. Manual on Hydrology. Takeda, Kensaku (Ed). PT Pradnya Paramita.

Jakarta.

Triesnawati, Hesti. 2006. AWLR (Automatic Water Level Recording) Basis Kalkulator Printing.

Bogor: Departemen Geofisika Dan Meteorologi Fakultas Matematika Dan Ilmu

Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.