BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1Penyiapan Data Data-data yang dikumpulkan dalam skripsi ini meliputi (1) Peta Topografi DAS Bah Bolon berbentuk shapefile (SHP), (2) Data Jenis Tanah, (3) Data Curah Hujan DAS Bah Bolon, (4) Peta Tata Guna Lahan DAS Bah Bolon (SHP), dan (5) Sampel Sedimen Sungai Bah Bolon.

Peneliti memperoleh Peta Topografi dan Peta Tata Guna Lahan dari Kepala Pusat Promosi dan Kerjasama Badan Informasi Geospasial yang berada di Cibinong. Data tersebut merupakan data pada tahun 2013. Dengan program GIS, peneliti mendapatkan data yang diperlukan dalam menganalisis transpor sedimen total berupa panjang sungai, luas DAS, kedalaman sungai, dan slope.

Data curah hujan peneliti peroleh dari Ketua Tim Peneliti PLTMH Laboratorium Hidrolika yang melakukan penelitian di tempat yang sama. Data curah hujan yang digunakan dalam skripsi ini adalah data sekunder dari tahun 2000 sampai tahun 2012 di tiga stasiun DAS Bah Bolon. Namun, dalam perhitungan ini, stasiun hujan yang digunakan hanya 2 stasiun yang berdekatan dengan wilayah pengambilan sampel sedimen, yaitu Stasiun Hujan Bahjambi dan Stasiun Hujan Marihat. Dari data curah hujan tersebut, peneliti dapat menghitung debit puncak yang terjadi setiap tahunnya menggunakan metode HSS Gamma I.

Tabel 4.1 berikut ini merupakan contoh data curah hujan yang akan digunakan dalam penelitian ini. Lokasi pengamatan berada di SPMK Bah Jambi Kabupaten Simalungun.

commit to user

25

25

26 digilib.uns.ac.id


Tabel 4.1 Curah Hujan Bulanan Stasiun Bahjambi (mm)

Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Aug Sep Okt Nov Des 2000

99

161

385

104

210

221 138

140

503

163

362

110

2001

278

94

200

233

171

226 164

200

420

384

307

420

2002

169 159

63

123

161

119 171

113

346

215

159

126

2003

81

110

122

156

243

132 158

218

525

374

165

314

2004

139 249

163

57

348

118 152

173

348

550

139

139

2005

133 216

30

262

287

73

200

137

210

330

385

193

2006

90

151

91

250

383

258 150

134

179

272

234

193

2007

243

12

230

165

273

229 170

298

425

192

232

194

2008

25

136

174

178

153

153 334

261

290

231

201

179

2009

185

10

464

250

241

20

85

101

372

468

230

209

2010

65

65

84

102

136

328 181

302

224

131

365

297

2011

161 181

187

112

191

199

86

217

138

305

192

97

2012

103 119

199

318

188

119 111

131

294

210

283

234

Sumber : Stasiun Klimatologi Sampali Medan

Data jenis tanah diperoleh dari hasil uji Laborarotium Mekanika Tanah FT UNS. Sebelumnya, sampel sedimen telah diambil dari Sungai Bah Bolon November 2013 lalu. Dari hasil uji laboratorium tanah, didapatkan distribusi butiran sedimen yang ada di Sungai Bah Bolon yang dapat digunakan untuk menghitung transpor sedimen total.

4.2 Perhitungan Debit Puncak

Analisis debit puncak menggunakan Metode HSS Gama I. Analisis perhitungan debit puncak telah dilakukan oleh Fibria Intan M (2015) dalam penelitiannya yang berjudul “Sedimentasi di Das Bah Bolon Akibat Tata Guna Lahan”. Rekapitulasi debit puncak dan volume limpasan selama 13 tahun dapat dilihat dalam Tabel 4.2 commit to user berikut ini.



Tabel 4.2 Rekapitulasi Debit Puncak dan Volume Limpasan (2000-2012) Debit Puncak

Volume

(m3/detik)

Limpasan (m3)

2000

320,062

7508108,734

2

2001

522,587

11400172,286

3

2002

228,545

5689912,823

4

2003

366,316

8365413,555

5

2004

353,945

8125171,900

6

2005

400,244

9024286,943

7

2006

278,471

6659458,235

8

2007

338,604

7827239,533

9

2008

296,516

7009897,814

10

2009

285,402

6794054,335

11

2010

266,433

6425691,598

12

2011

357,550

8195181,515

13

2012

326,747

7596973,377

333,955

7740120,204

No

Tahun

1

Rata-rata Sumber :

Fibria Intan M. (2015) dalam "Sedimentasi di DAS Bah Bolon akibat Tata Guna Lahan"

4.3 Analisis Transpor Sedimen Total Hasil akhir dari analisis transpor sedimen total menggunakan 7 metode adalah mendapatkan metode terbaik yang digunakan untuk menghitung transpor sedimen pada Sungai Bah Bolon. Perbandingan dilakukan dengan hasil perhitungan sedimentasi lahan menggunakan Metode MUSLE yang dilakukan oleh Fibria (2015).

Fibria (2015) menghitung jumlah sedimentasi lahan yang terjadi di DAS Bah Bolon akibat tata guna lahan pada tahun 2012. Data tata guna lahan yang didapatkan berupa data yang akan diolah dengan program GIS. commit to user



4.3.1 Analisis Dimensi Sungai Bah Bolon

Berdasarkan data Tribunnews Medan (2014) dan observasi di lapangan, kedalaman Sungai Bah Bolon adalah sekitar 2,0 m. Dengan debit pada tahun 2012 sebesar 326,7471 m3/detik. Berdasarkan Mamok (2000), perbandingan

𝑏 𝑑

adalah 4,5, kecepatan aliran diperkirakan 0,75 m/detik,

dan lereng sebesar 1,5 m. Dari data tersebut, analisis dimensi Sungai Bah Bolon adalah sebagai berikut. 𝑏 = 4,5 𝑑 𝑏 = 4,5 2,00 Sehingga, lebar Sungai Bah Bolon adalah 4,5 x 2,00 = 9,00 m. Selanjutnya, perhitungan luas Sungai Bah Bolon adalah sebagai berikut. Q=Axv 326,7471 m3/detik = A x 0,75 m/detik A = 435,6628 m2 Besarnya perimeter sungai dapat dihitung menggunakan data-data yang telah ada sebelumnya. P = b + 2 x d (1+m2)0,5 P = 9,00 + 2 x 2,00 (1+1,52)0,5 P = 16,2111 m Sehingga, jari-jari (R) sungai dapat dihitung sebagai berikut. R= R=

𝐴 𝑃 435,6628 16,2111

R = 26,8743 m

commit to user



Berdasarkan perhitungan-perhitungan di atas, kemiringan lereng (S) dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut ini. Q=A

1 𝑛

R2/3 S0,5

326,7471 = 435,6628 x

1 0,025

x 26,8743 2/3 x S0,5

S = 4,3674 x 10-6

Rekapitulasi hasil analisis dimensi Sungai Bah Bolon adalah sebagai berikut. Tabel 4.3 Hasil Analisis Dimensi Sungai Bah Bolon Parameter

Nilai

Kedalaman

2,00 m

Lebar

9,00 m

Luas

435,6628 m2

Perimeter

16,2111 m

Jari-jari

26,8743 m

Kemiringan Lereng

4,3674 x 10-6

Sumber : Hasil Perhitungan

4.3.2

Analisis Transpor Sedimen Total Metode Yang

Yang (1996) memberi definisi keadaan aliran seperti kecepatan, slope product, sebagai dasar dari unit berat air. Untuk menentukan total konsentrasi sedimen, Yang mempertimbangkan sebuah hubungan yang relevan antara variabel-variabel seperti persamaan berikut ini. Log Cts =

5,435 – 0,286 log

𝜔𝑑 𝑣

+ (1,799 – 0,409 log x log (

𝑉𝑆 𝜔

−

𝑉𝑐𝑟 𝑆 𝜔

- 0,457 log 𝜔𝑑 𝑣

𝑈∗ 𝜔

- 0,314 log

𝑈∗ 𝜔

)

)

Sampel sedimen yang akan dianalisis dalam perhitungan ini adalah diameter ratarata dari sampel I dan sampel II. Distribusi ukuran butiran sedimen sampel I dapat commit to user dilihat pada Gambar 4.1 dan Tabel 4.4 berikut ini.



Gambar 4.1 Grafik Hasil Distribusi Butiran Sampel I (Sumber : Hasil Penelitian Laboratorium Mekanika Tanah (2014))

Tabel 4.4 Hasil Distribusi Butiran Sedimen pada Sampel I Persentase Diameter Lolos (%) 10,23 0,074 16,89 0,125 21,58 0,150 32,64 0,250 82,69 0,425 96,68 0,850 99,31 1,180 99,97 2,360 100,00 4,750 Sumber : Hasil Penelitian Laboratorium Mekanika Tanah (2014) Karena persentase lolos yang digunakan dalam memperhitungkan transpor sedimen total adalah d50, maka, dilakukan interpolasi berdasarkan pada data yang telah ada. Maksud dari d50 adalah diameter butiran sedimen yang lolos pada persentase 50%. Karena data tersebut tidak ada, dilakukan interpolasi (Yang, 1996). Dari Tabel 4.4, diketahui diameter butiran dengan persentase lolos 32,64 % dan 82,69 %. Maka, analisis interpolasi dapat dilakukan dengan langkah berikut.

d50 = 0,250 +

50,00−32,64 82,69−32,64

commit to user x (0,425-0,250) = 0,31 mm = 0,01017048 ft



Distribusi ukuran butiran sedimen sampel II dapat dilihat pada Gambar 4.8 berikut ini.

0.34

Gambar 4.2 Grafik Hasil Distribusi Butiran Sampel I (Sumber : Hasil Penelitian Laboratorium Mekanika Tanah (2014))

Karena persentase lolos yang digunakan dalam memperhitungkan transpor sedimen total adalah d50, maka, dilakukan pembacaan grafik distribusi butiran pada Gambar 4.2. Maksud dari d50 adalah diameter butiran sedimen yang lolos pada persentase 50%. Berdasarkan Gambar 4.2, diameter butiran yang persentase lolosnya 50% adalah sebesar d50 = 0,34 mm = 0,0111 ft.

Lokasi pengambilan sampel sedimen I dan II terletak di lokasi yang berdekatan di pinggir sungai dengan lokasi potongan melintang yang berbeda. Perhitungan analisis transpor sedimen pada penelitian ini menggunakan d50 rata-rata dari kedua sampel. Sehingga, rata-rata d50 dari sampel I dan sampel II adalah

0,31mm  0,34mm  0,33mm = 0,0108 ft. 2

Data-data dalam menganalisis transpor sedimen total menggunakan Metode Yang adalah sebagai berikut. Kecepatan aliran (v) = 0,75 m/s = 2,4606 ft/s 9

Suhu = 28o C = 5 𝑋 28 + 32o = 82,4o F commit to user



Berdasarkan Yang (1996), kecepatan kinematis air ditentukan pada tabel Properties of Water. Analisisnya dapat dihitung sebagai berikut. Tabel 4.5 Karakteristik Air Suhu (oF) Kecepatan Kinematis Air (x 10-5 ft2/s) 80 0,930 90 0,826 Sumber : Yang (1996) Karena data suhu yang ada sebesar 82,4o F, maka kecepatan kinematis air dihitung menggunakan metode interpolasi linear. v = (0,930 +

82,4−80 90−80

x (0,930-0,826)) x 10-5

v = 9,0504 x 10-6 ft2/s

Berdasarkan Gambar 4.3, faktor bentuk butiran diambil sesuai dengan analisis yang telah dilakukan oleh Yang (1996), yaitu 0,7. Berdasarkan faktor bentuk tersebut, nilai kecepatan jatuh sedimen berdasarkan Yang (1996) adalah ω = 4 cm/s atau setara dengan 0,1312 ft/s.

Gambar 4.3 Hubungan Diameter Saringan dan Kecepatan Jatuh Selain data-data tersebut, data lain yang digunakan adalah sebagai berikut. Kedalaman sungai (D) = 2,00 m =commit 6,5616to ft user



Gravitasi (g) = 9,81 m/s2 = 32,1846 ft/s2 Kemiringan lereng (S) = 4,3674 x 10-6

Berdasarkan data-data tersebut, shear velocity atau kecepatan geser (U*) dapat dihitung sebagai berikut. U* = (g x D x S)0,5 = (32,1846 x 6,5616 x 4,3674 x 10-6)0,5 = 0,0304 ft/s Angka Reynolds dari kecepatan geser U* dihitung menggunakan persamaan di bawah ini. Re =

𝑈∗ 𝑥 𝑑 𝑣

=

0,0304 x 0,0108 9,0504 x 10−6

= 36,3299

Karena nilai 1,2 < Re < 70, maka nilai Vcr/ω adalah sebagai berikut. 𝑉𝑐𝑟 2,5 2,5 = + 0,66 = + 0,66 𝑑 𝜔 log(36,3299) − 0,06 log (𝑈∗ 𝑥 𝑣 ) − 0,06 𝑉𝑐𝑟 = 2,3264 𝜔 Analisis parameter-parameter persamaan konsentrasi adalah sebagai berikut. log

0,1312 𝑥 0,0108 𝜔𝑑 = log = 2,1959 𝑣 9,0504 x 10−6

log

𝑈∗ 0,0304 = log = −0,6356 𝜔 0,1312

𝑉𝑆 2,4606 𝑥 0,0000043674 = = 8,18879 𝑥 x 10−5 𝜔 0,13123 𝑉𝑐𝑟 𝑥 𝑆 = 2,3264 𝑥 0,0000043674 = 1,0160 x 10−5 𝜔 𝑉𝑆 𝑉𝑐𝑟 𝑥 𝑆 ) = log ( 0,0000818879 − 1,0160 x 10−5 ) = −4,1443 log ( − 𝜔 𝜔 Berdasarkan hasil analisis di atas, besaran dan nilai tersebut disubstitusikan ke dalam persamaan Metode Yang. Log Cts =

5,435 – 0,286 log

𝜔𝑑 𝑣

+ (1,799 – 0,409 log x log (

𝑉𝑆 𝜔

−

𝑉𝑐𝑟 𝑆 𝜔

- 0,457 log 𝜔𝑑 𝑣

𝑈∗ 𝜔

- 0,314 log

) commit to user

𝑈∗ 𝜔

)



Log Cts =

5,435 – 0,286 x 2,1958 - 0,457 x −0,6356 + (1,799 – 0,409 log 2,1959 - 0,314 log −0,6356) x (−4,1443)

Log Cts = 0,6351 Cts = 4,3164 mg/liter Diketahui luas DAS 131993700 m2 dan tinggi sungai 2,00 m. Maka, volume Sungai Bah Bolon adalah 131993700 x 2,00 = 263987400 m3 atau 2,639874 x 1011 liter. Sehingga, bila nilai Cts dikonversikan, maka hasilnya adalah 4,3164 mg/liter x 2,6399 x 1011 liter = 1,1395 x 1012 mg atau 1139,49 ton/tahun. Jadi, hasil analisis transpor sedimen total di Sungai Bah Bolon menggunakan Metode Yang menghasilkan nilai transpor sedimen total sebesar 1139,49 ton/tahun.

4.3.3

Analisis Transpor Sedimen Total Metode Ackers and White

Berdasarkan teori konsep Bagnold, Ackers dan White (1973) menerapkan analisis dimensional untuk menyatakan pergerakan dan laju perpindahan sedimen dalam beberapa parameter. Persamaan tersebut adalah sebagai berikut.

𝛾𝑠 𝐹𝑔𝑟 = 𝑈∗𝑛 [𝑔𝑑 ( − 1)] 𝛾

−1⁄ 2

1−𝑛

[

𝑉 √32 log(

𝛼𝐷 ) 𝑑

]

Data-data dalam menganalisis transpor sedimen total menggunakan Metode Ackers and White adalah sebagai berikut.

Kecepatan aliran (v) = 0,75 m/s = 2,4606 ft/s 9

Suhu = 28o C = 5 𝑋 28 + 32o = 82,4o F v = 9,0504 x 10-6 ft2/s d50 = 0,33 mm = 0,0108 ft Kedalaman sungai (D) = 2,00 m = 6,5616 ft commit to user Gravitasi (g) = 9,81 m/s2 = 32,1846 ft/s2



Kemiringan lereng (S) = 0,0000043674 U* = 0,03036957 ft/s Berdasarkan hasil uji Laboratorium Mekanika Tanah FT UNS, specific gravity dari sedimen adalah 2,67.

Berdasarkan data-data yang ada, parameter dgr dapat dihitung dengan penjabaran sebagai berikut. 𝛾

𝑔 ( 𝛾𝑠 −1)

dgr = d[

𝑣2

dgr = 0,0108 x [

1/3

]

32,1846 (2,67−1) 1/3 (9,0504 x 10−6 )2

]

dgr = 94,0814

Setelah itu, parameter m, A, n, dan C dihitung berdasarkan persamaan pada Yang (1996). Karena dgr > 60, maka parameter-parameter tersebut sudah ditetapkan. Nilai parameter tersebut adalah sebagai berikut. m = 1,5 A = 0,17 n=0 C = 0,025

Angka mobilitas sedimen dapat dihitung sebagai berikut. 𝛾𝑠 𝐹𝑔𝑟 = 𝑈∗𝑛 [𝑔𝑑 ( − 1)] 𝛾

−1⁄ 2

1−𝑛

[

𝑉 𝛼𝐷 √32 log( 𝑑 )

] 1−𝑛 −1⁄ 2[

𝐹𝑔𝑟 = 0,03030 [32,1846 x 0,0108(2,67 − 1)]

2,4606 ] 10𝑥6,5616 √32 log( 0,0108 )

𝐹𝑔𝑟 = 0,2554

Sedangkan laju transpor sedimen total dapat dianalisis menggunakan persamaan di commit to user bawah ini.



𝐺𝑔𝑟

𝑚 𝐹𝑔𝑟 = 𝐶𝑥 ( − 1) 𝐴

𝐺𝑔𝑟 = 0,025 𝑥 (

0,2554 0,17

1,5

− 1)

𝐺𝑔𝑟 = 0,0089 Sehingga, nilai besarnya transpor sedimen total X adalah seperti perhitungan berikut. 𝛾

X=

X=

𝐺𝑔𝑟 𝑥 𝑑 𝑥 ( 𝛾𝑠 ) 𝑈

𝐷 ( 𝑉∗ )𝑛 0,0089𝑥 0,0108 𝑥 2,67 6,5616 x (

0,03036957 0 ) 2,4606

X = 3,92 x 10-5 Ct = 39,1999 mg/liter Diketahui luas DAS 131993700 m2 dan tinggi sungai 2,00 m. Maka, volume Sungai Bah Bolon adalah 131993700 x 2,00 = 263987400 m3 atau 2,639874 x 1011 liter. Sehingga, bila nilai Cts dikonversikan, maka hasilnya adalah 39,1999 mg/liter x 2,639874 x 1011 liter = 1,03 x 1013 mg atau 10348,30 ton/tahun. Jadi, hasil analisis transpor sedimen total di Sungai Bah Bolon menggunakan Metode Ackers and White menghasilkan nilai transpor sedimen total sebesar 10348,30 ton/tahun.

4.3.4

Analisis Transpor Sedimen Total Metode Engelund and Hansen

Engelund dan Hansen (1972) menerapkan teori Bagnold dan prinsip persamaan untuk mendapatkan persamaan analisis angkutan sedimen. Persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut. 5

𝑓 ′ ∅ = 0,1𝜃 2 dengan

𝑓′ =

2𝑔𝑆𝐷 𝑉2

commit to user



𝛾𝑠 − 𝛾 ∅ = 𝑞𝑡 [𝛾𝑠 ( ) 𝑔𝑑3 ] 𝛾 𝜏 𝜃 = (𝛾 𝑠 −𝛾)𝑑

−1⁄ 2

Data-data dalam menganalisis transpor sedimen total menggunakan Metode Engelund and Hansen adalah sebagai berikut.


Suhu = 28o C = 5 𝑋 28 + 32o = 82,4o F v = 9,0504 x 10-6 ft2/s d50 = 0,33 mm = 0,0108 ft Kedalaman sungai (D) = 2,00 m = 6,5616 ft Gravitasi (g) = 9,81 m/s2 = 32,1846 ft/s2 Kemiringan lereng (S) = 0,0000043674 Lebar sungai (W) = 9,00 m = 29,5272 ft U* = 0,03036957 ft/s Berdasarkan hasil uji Laboratorium Mekanika Tanah FT UNS, specific gravity dari sedimen adalah 2,67. Berat jenis air 62,38 lb/ft3 Berat jenis sedimen = 2,67 x 62,38 = 166,5546 lb/ft3

Tegangan geser dasar sungai dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ini. 𝜏𝑜 = 𝛾 𝑥 𝐷 𝑥 𝑆 𝜏𝑜 = 62,38 𝑥 6,5616 𝑥 0,0000043674 𝜏𝑜 = 0,0018 lb/ft2 Nilai-nilai di atas disubstitusi ke Persamaan Engelund and Hansen sebagai berikut. 1/2

𝑑50 𝑞𝑠 = 0,05𝛾𝑠 𝑉 2 𝑥 ( 𝛾 ) 𝑔 ( 𝛾𝑠 − 1)

3/2 𝜏𝑜 𝑥 ( ) (𝛾𝑠 − 𝛾)𝑑50

commit to user



1/2 0,0108 0,001787614 𝑞𝑠 = 0,05 𝑥 166,55 x 2,46 𝑥 ( ) 𝑥 ( ) 32,184 (2,67 − 1) (166,55 − 62,38)0,0108

3/2

2

𝑞𝑠 = 0,0000451544 (lb/s)/ft Total debit sedimen yang terjadi adalah seperti perhitungan berikut. Qs = W x qs = 29,5272 x 0,0000451544 = 0,001333 lb/s Sedangkan debit air akibat beratnya adalah sebagai berikut. Gw = γ x W x D x S = 62,38 x 29,5272 x 6,5616 x 0,0000043674 Gw = 29738,4554 lb/s Sehingga, konsentrasi total sedimen dapat dihitung seperti berikut. Ct = Ct =

𝑄𝑠 𝐺𝑤 0,001333 29738,4554

Ct = 0,0448 mg/liter Diketahui luas DAS 131993700 m2 dan tinggi sungai 2,00 m. Maka, volume Sungai Bah Bolon adalah 131993700 x 2,00 = 263987400 m3 atau 2,639874 x 1011 liter. Sehingga, bila nilai Cts dikonversikan, maka hasilnya adalah 0,0448 mg/liter x 2,639874 x 1011 liter = 1,1836 x 1010 mg atau 11,83 ton/tahun. Jadi, hasil analisis transpor sedimen total di Sungai Bah Bolon menggunakan Metode Engelund and Hansen menghasilkan nilai transpor sedimen total sebesar 12,5991026 ton/tahun.

4.3.5

Analisis Transpor Sedimen Total Metode Shen and Hung

Shen dan Hung (1971) diasumsikan bahwa transportasi sedimen adalah begitu kompleks sehingga tidak menggunakan bilangan Reynolds, bilangan Froude kombinasi ini dapat ditemukan untuk menjelaskan transportasi sedimen dengan semua kondisi. Shen & Hung mencoba untuk menemukan variabel yang dominan yang mendominasi laju transportasi sedimen, mereka merekomendasikan

commit to user



kemunduran persamaan berdasarkan 587 set data laboratorium. Persamaan Shen dan Hung dapat ditulis sebagai berikut:

Log Ct =

-107404,45938164 + 324214,74734085Y – 326309,58908739Y2 + 109503,87232539Y3

Data-data dalam menganalisis transpor sedimen total menggunakan Metode Shen and Hung adalah sebagai berikut.


Suhu = 28o C = 5 𝑋 28o + 32o = 82,4o F v = 9,0504 x 10-6 ft2/s d50 = 0,33 mm = 0,0108 ft Faktor bentuk butiran diambil sesuai dengan analisis yang telah dilakukan oleh Yang (1996), yaitu 0,7. Berdasarkan faktor bentuk tersebut, nilai kecepatan jatuh sedimen berdasarkan Yang (1996) adalah ω = 4 cm/s atau setara dengan 0,13123 ft/s. Kedalaman sungai (D) = 2,00 m = 6,5616 ft Gravitasi (g) = 9,81 m/s2 = 32,1846 ft/s2 Kemiringan lereng (S) = 4,3674 x 10-6 Lebar sungai (W) = 9,00 m = 29,5272 ft U* = 0,0304 ft/s Berdasarkan hasil uji Laboratorium Mekanika Tanah FT UNS, specific gravity dari sedimen adalah 2,67. Berat jenis air 62,38 lb/ft3 Berat jenis sedimen = 2,67 x 62,38 = 166,5546 lb/ft3

Parameter nilai Y dapat dihitung sebagai berikut. 0,007502

𝑉𝑆 0,57 𝑌=( ) 0,120,32

0,007502

2,4606 x 0,00000436740,57 𝑌=( ) commit to user 0,120,32



𝑌 = 0,9597 Berdasarkan parameter Y, debit transpor sedimen total pada Sungai Bah Bolon dapat dihitung sebagai berikut. Log Ct =

-107404,45938164 + 324214,74734085Y – 326309,58908739Y2 + 109503,87232539Y3

Log Ct =

-107404,45938164 + 324214,74734085 x 0,959692157 – 326309,58908739 x (0,959692157)2 + 109503,87232539 x (0,959692157)3

Log Ct =

-3,3429

Sehingga, nilai Ct = 4,5409 x 10-4 mg/liter. Diketahui luas DAS 131993700 m2 dan tinggi sungai 2,00 m. Maka, volume Sungai Bah Bolon adalah 131993700 x 2,00 = 263987400 m3 atau 2,6399 x 1011 liter. Sehingga, bila nilai Cts dikonversikan, maka hasilnya adalah 4,5409 x 10-4 mg/liter x 2,6399 x 1011 liter = 119872604,6 mg atau 0,12 ton/tahun. Jadi, hasil analisis transpor sedimen total di Sungai Bah Bolon menggunakan Metode Shen and Hung menghasilkan nilai transpor sedimen total sebesar 0,1199 ton/tahun.

4.3.6 Analisis Transpor Sedimen Total Metode Colby

Colby (1964) mengembangkan solusi grafis mengenai angkutan sedimen total, dikembangkan dari laboratorium dan data lapangan persamaan sedimen tenggelam Einstein’s (1950) sebagai pedoman. Persamaan Colby dapat ditulis sebagai berikut: qt

= [1 + (𝑘1 𝑘2 − 1)0,01𝑘3 ] qti

commit to user



Gambar 4.4 Hubungan Nilai qti dengan Kecepatan Alir Berdasarkan Gambar 4.4 nilai dari qti berdasarkan kedalaman dari 1,0 m sampai 10,0 m dengan d50 = 0,33 mm dan V = 2,4606 ft/s qti =

5,5 (𝑡𝑜𝑛/ℎ𝑎𝑟𝑖)/𝑓𝑡

1 𝑓𝑒𝑒𝑡

8 (𝑡𝑜𝑛/ℎ𝑎𝑟𝑖)/𝑓𝑡

10 𝑓𝑒𝑒𝑡

Dengan cara interpolasi dengan D = 6,5616 ft, maka nilai qti adalah sebagai berikut. qti = (8 +

6,5616 −1 10−1

x (8-5,5)) x 10-5

qti = 7,0449 ton/hari/ft

commit to user



Gambar 4.5 Rasio Berdasarkan Suhu, Ukuran Butir Sedimen, dan Konsentrasi Sedimen Berdasarkan Gambar 4.5, Rasio suhu k1 pada 82,4o F adalah k1 = 0,9 Berdasarkan Yang (1996), konsentrasi dari sedimen halus yang melayang menghasilkan Rasio sebesar k1 = 1,0 Berdasarkan Gambar 4.5, dengan median diameter partiker d50 sebesar 0,33 mm, Rasio ukuran sebesar k1 = 100 % atau 1,0

Berdasarkan data-data di atas, debit sedimen yang ada adalah sebagai berikut. qt = [1 + (𝑘1 𝑘2 − 1)0,01 𝑘3 ] qti qt = [1 + (0,9 𝑥 1,0 − 1)0,01 𝑥 1,0] x 7,0449 qt = 7,0378 ton/hari/ft qt = 0,2182 lb/s/ft QS = W x qt = 29,5272 ft x 0,2182 lb/s/ft = 6,4441 lb/s commit to user Sedangkan debit air akibat beratnya adalah sebagai berikut.



Gw = γ x W x D x S = 62,38 x 29,5272 x 6,5616 x 4,3674 x 10-6 Gw = 29738,4554 lb/s

Sehingga, konsentrasi sedimen yang terjadi adalah sebagai berikut. Ct =

𝑄𝑠 𝐺𝑤

=

6,44403895 29738,4554

= 0,00021669 x 1000000 = 216,6904 mg/liter

Diketahui luas DAS 131993700 m2 dan tinggi sungai 2,00 m. Maka, volume Sungai Bah Bolon adalah 131993700 x 2,00 = 263987400 m3 atau 2,639874 x 1011 liter. Sehingga, bila nilai Cts dikonversikan, maka hasilnya adalah 216,6904 mg/liter x 2,6399 x 1011 liter = 5,72 x 1013 mg atau 57203,55 ton/tahun. Jadi, hasil analisis transpor sedimen total di Sungai Bah Bolon menggunakan Metode Colby menghasilkan nilai transpor sedimen total sebesar 57203,546 ton/tahun.

4.3.7

Analisis Transpor Sedimen Total Metode Bagnold

Bagnold (1966) mengembangkan fungsi dan persamaan dari angkutan sedimennya berdasarkan konsep power (tenaga). Dia menganggap hubungan antara energi ratarata yang tersedia di sistem aliran dan kerja rata-rata telah bekerja bersama pada satu sistem tersebut selama proses pengangkutan sedimen terjadi. Hubungan tersebut diwujudkan dalam persamaan:

qt =

𝛾 𝛾𝑠 −𝛾

𝑒

𝑉

𝜏V (tan𝑏𝛼 + 0,01 𝜔)


Suhu = 28o C = 5 𝑋 28 + 32o = 82,4o F v = 9,0504 x 10-6 ft2/s d50 = 0,33 mm = 0,0108 ft

commit to user



Gambar 4.6 Variasi eb dan tan α dalam Fungsi Bagnold

Berdasarkan Gambar 4.6 (a), eb = 0,13 Dari data tersebut, tegangan gesernya adalah sebagai berikut. 𝜏 (𝛾𝑠 −𝛾)𝑑

=

0,001787614 = 0,0016 (166,5546−62,38)𝑥 0,0108

Berdasarkan Gambar 4.6 (b), tan α = 0,8

commit to user



Dengan mensubstitusi nilai-nilai di atas ke persamaan Bagnold, maka total sedimen dapat dihitung dengan analisis sebagai berikut. 𝛾

𝑒

𝑉

qt = 𝛾 −𝛾 𝜏V (tan𝑏𝛼 + 0,01 𝜔) 𝑠

62,38 0,13 2,4606 qt = 166,5546−62,38 𝑥 0,0018 𝑥 2,4606 ( 0,8 + 0,01 0,13123)

qt = 9,2186 x 10-4 (lb/s)/ft Qtw = W x qt = 29,5272 ft x 9,2186 x 10-4 (lb/s)/ft = 0,0272 lb/s

Sehingga, konsentrasi sedimen yang terjadi adalah sebagai berikut. Ct =

𝑄𝑠 𝐺𝑤

=

0,0272 29738,4554

= 9,1531 x 10-7 x 1000000 = 0,9153 mg/liter

Diketahui luas DAS 131993700 m2 dan tinggi sungai 2,00 m. Maka, volume Sungai Bah Bolon adalah 131993700 x 2,00 = 263987400 m3 atau 2,6399 x 1011 liter. Sehingga, bila nilai Cts dikonversikan, maka hasilnya adalah 0,9153 mg/liter x 2,6399 x 1011 liter = 2,4163x1011 mg atau 241,631 ton/tahun. Jadi, hasil analisis transpor sedimen total di Sungai Bah Bolon menggunakan Metode Bagnold menghasilkan nilai transpor sedimen total sebesar 241,6314 ton/tahun.

4.3.8

Analisis Transpor Sedimen Total Metode Laursen

Laursen (1958) mengembangkan fungsi hubungan antara keadaan aliran sungai dengan volume sedimen yang dihasilkan. Persamaan Laursen seperti yang telah diakui oleh ASCE Task Committee (1971) dapat ditulis sebagai berikut: 7

Ct = 0,01𝛾

𝑑 ∑𝑖 𝑝𝑖 ( 𝑖 )6 𝐷

𝜏′

𝑈

(𝜏 − 1) 𝑓 (𝜔∗ ) 𝑐𝑖

𝑖


Suhu = 28o C = 5 𝑋 28 + 32o = 82,4o F v = 9,0504 x 10-6 ft2/s d50 = 0,33 mm = 0,0108 ft

commit to user



U* = 0,0304 ft/s Besaran τ’ dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ini. 1

𝜌𝑉 2

𝑑 3 τ’ = 𝑥 ( 50 ) 58 𝐷 62,38

τ’ =

( 32,2 ) 𝑥 2,4606 2 58

1

0,0108 3 𝑥( ) 6,5616

τ’ = 0,0239 lb/ft2 Sedangkan tegangan geser kritis τc dapat ditentukan berdasarkan Diagram Shields (Gambar 4.7), di mana batas angka Reynoldnya adalah sebagai berikut. Re =

(𝑔𝐷𝑆)1/2 𝑑 𝑣

=

(32,2 𝑥 6,5616 x 0,0000043674) 1/2 𝑥 0,0108 9,0504 x 10−6

Re = 36,3299

Gambar 4.7 Diagram Shields Sehingga, berdasarkan Diagram Shields (Gambar 4.7), τ* = 0,038 commit to user Sedangkan tegangan geser kritis dapat dihitung sebagai berikut.



τc = τ* x (𝛾𝑠 − 𝛾) x d50 τc = 0,038 x (166,5546 − 62,38) x 0,0108 τc = 0,0428 lb/ft2 Parameter f (U*/ω) dapat ditentukan berdasarkan Gambar 4.8, di mana 𝑈∗ 𝜔

=

0,0304 0,1312

= 0,2314

Gambar 4.8 Parameter f (U*/ω) pada Pendekatan Laursen Sehingga, f (U*/ω) = 9

Berdasar pada nilai-nilai yang diketahui di atas, disubstitusikan ke dalam analisis persamaan Metode Laursen sebagai berikut. 𝑑

7 6

𝜏′

𝑈

Ct = 0,01𝛾 ∑𝑖 𝑝𝑖 ( 𝐷𝑖 ) (𝜏 − 1) 𝑓 (𝜔∗ ) 𝑐𝑖

𝑖

7

Ct = 0,01 𝑥 62,38

0,0108 6 (6,5616)

0,023415021

( 0,040261216 − 1) 𝑥 9

Ct = 0,0048

Ct’ =

𝑊 𝑥 𝑞𝑡 𝑥 𝐶𝑡 𝐺𝑤

commit to user



Ct’ =

29,5272 𝑥 2,4606 x 6,5616𝑥 0,0048 29738,4554

x 1000000000

Ct’ = 76,6050 mg/liter Diketahui luas DAS 131993700 m2 dan tinggi sungai 2,00 m. Maka, volume Sungai Bah Bolon adalah 131993700 x 2,00 = 263987400 m3 atau 2,6399 x 1011 liter. Sehingga, bila nilai Cts dikonversikan, maka hasilnya adalah 76,6050 mg/liter x 2,6399 x 1011 liter = 2,0223x1013 mg atau 20222,75 ton/tahun. Jadi, hasil analisis transpor sedimen total di Sungai Bah Bolon menggunakan Metode Laursen menghasilkan nilai transpor sedimen total sebesar 20222,75 ton/tahun.

4.3.9

Analisis Metode yang Sesuai Digunakan di Sungai Bah Bolon

Subbab 4.3.8 menguraikan analisis transpor sedimen menggunakan tujuh metode, yaitu Metode Yang, Metode Ackers and White, Metode Engelund and Hansen, Metode Shen and Hung, Metode Colby, Metode Bagnold, dan Metode Laursen, pada tahun 2012. Dengan langkah analisis yang sama, dihitung jumlah transpor sedimen pada tahun 2000-2011 menggunakan ketujuh metode tersebut. Rekapitulasi hasil analisis transpor sedimen bisa dilihat pada Tabel 4.6.

Pemilihan metode yang sesuai digunakan untuk menganalisis transpor sedimen di Sungai Bah Bolon dilakukan dengan cara membaca grafik pada Gambar 4.9. Di antara ketujuh metode tersebut, akan ditentukan metode yang sesuai digunakan untuk menganalisis transpor sedimen di Sungai Bah Bolon. Cara penentuannya adalah memilih plotting data pada grafik yang memiliki simpangan terendah dengan 15% sedimen pasir yang masuk ke dalam Sungai Bah Bolon berdasarkan analisis yang dilakukan oleh Fibria (2015).

commit to user

49 digilib.uns.ac.id 50


15% Sedimentasi Lahan (ton/tahun)

Metode Yang (ton/tahun)

Metode Ackers and White (ton/tahun)

Metode Engelund and Hansen (ton/tahun)

Metode Shen and Hung (ton/tahun)

Metode Colby (ton/tahun)

Metode Bagnold (ton/tahun)

Metode Laursen (ton/tahun)

50000 40000 30000 20000 10000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Gambar 4.9 Grafik Analisis Transpor Sedimen Menggunakan Tujuh Metode

Berdasarkan Gambar 4.9, Metode Colby, Metode Laursen, dan Metode Ackers and White memiliki simpangan paling jauh dengan hasil analisis 15% sedimentasi lahan yang masuk ke Sungai Bah Bolon. Selain memiliki simpangan yang jauh, ketiga metode tersebut dapat diklasifikasikan sebagai metode dengan tingkat transpor sedimen yang tinggi. Sehingga, ketiga metode tersebut tidak sesuai digunakan untuk menganalisis transpor sedimen di Sungai Bah Bolon.

Untuk memperjelas pembacaan grafik, maka dibuat grafik yang berisi empat metode yang tersisa, yang hasil simpangannya tidak jauh dari hasil transpor sedimen berupa 15% sedimen pasir yang masuk ke Sungai Bah Bolon. Dari keempat metode yang tersisa, yaitu Metode Yang, Metode Engelund and Hansen, Metode Shen and Hung, dan Metode Bagnold. Metode yang memiliki hasil plotting grafik transpor sedimen dengan simpangan paling kecil dengan 15% sedimentasi lahan yang masuk ke sungai berdasarkan Fibria (2015) menggunakan Metode MUSLE, merupakan metode yang sesuai digunakan dalam menganalisis transpor sedimen di Sungai Bah Bolon. commit to user

50 51 digilib.uns.ac.id


15% Sedimentasi Lahan (ton/tahun) Metode Engelund and Hansen (ton/tahun) Metode Bagnold (ton/tahun)

Metode Yang (ton/tahun) Metode Shen and Hung (ton/tahun)

4000

TON/TAHUN

3000

2000

1000

0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

TAHUN

Gambar 4.10 Grafik Analisis Transpor Sedimen Menggunakan Empat Metode

Berdasarkan Gambar 4.10, Metode Shen and Hung dan Metode Engelund and Hansen memiliki hasil transpor sedimen paling sedikit, karena grafiknya mendekati sumbu Y yang bernilai 0 ton/tahun. Metode Yang dan Metode Bagnold memiliki simpangan yang kecil dibandingkan dengan lima metode yang lain. Namun, Metode Yang adalah metode yang memiliki simpangan paling sedikit daripada Metode Bagnold. Sehingga, Metode Yang adalah metode yang paling sesuai digunakan untuk menganalisis jumlah transpor sedimen yang ada di Sungai Bah Bolon.

4.4 Perhitungan Ketebalan Sedimen di Sungai

Setelah menghitung analisis transpor sedimen tiap tahun yang terjadi di Sungai Bah Bolon, dilakukan analisis perhitungan ketebalan sedimen yang terjadi di Sungai Bah Bolon.

commit to user



Untuk menghitung ketebalan sedimen di dalam sungai, digunakan persamaan berikut ini. h=

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟 𝑆𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝐷𝐴𝑆

dengan h adalah ketebalan sedimen di dalam sungai tiap tahunnya. Contoh perhitungan analisis ketebalan sedimen adalah sebagai berikut. Diketahui hasil analisis data pada sampel I. Di tahun 2012, jumlah transpor sedimen totalnya sebesar 1086,6635 ton/tahun dengan luas DAS 131,9937 km2. Kedalaman Sungai 2,0 m. Sehingga, volume sungai adalah 131,9937 km2 x 2,0 m = 263987400 m3 .

Maka, perhitungan ketebalan sedimennya adalah sebagai berikut. h=

h=

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟 𝑆𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝐷𝐴𝑆 1086,663541𝑥 1010 263987400

131993700

h = 3,11859 x 10-4 m = 0,31 mm

Dengan perhitungan yang sama, maka Tabel 4.7 dapat menunjukkan ketebalan sedimen di Sungai Bah Bolon setiap tahunnya. Secara grafis, Gambar 4.7 menunjukkan grafik ketebalan sedimen menggunakan hasil analisis Metode Yang dan hasil sedimentasi lahan berupa 15% sedimen pasir yang masuk ke Sungai Bah Bolon yang telah dianalisis Fibria (2015) menggunakan Metode MUSLE. Tabel 4.7 Ketebalan Sedimen

Tahun

2000 2001 2002 2003 2004

Ketebalan Sedimen 15% Sedimentasi Metode Lahan Yang (mm) (mm) 0,31 0,34 0,51 0,12 0,22 0,68 0,35 0,26 0,34 0,28commit to user



Ketebalan Sedimen 15% Tahun Sedimentasi Metode Lahan Yang (mm) (mm) 2005 0,38 0,21 2006 0,26 0,46 2007 0,26 0,30 2008 0,28 0,40 2009 0,27 0,44 2010 0,25 0,50 2011 0,34 0,27 2012 0,31 0,33 Sumber : Hasil Perhitungan 0,80

Ketebalan Sedimen (mm)

0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

2014

Tahun 15% Sedimentasi Lahan (mm)

Metode Yang (mm)

Gambar 4.11 Ketebalan Sedimen Sungai Bah Bolon Gambar 4.11 menjelaskan bahwa berdasarkan analisis ketebalan sedimen menggunakan data volume transpor sedimen yang dihitung menggunakan Metode Yang dan 15% sedimentasi lahan (Fibria, 2015), menunjukkan ketebalan sedimennya kurang dari 0,7 mm. Untuk mengetahui korelasi antara kedua data hasil ketebalan sedimen, dilakukan to user program Microsoft Excel. uji T. Berikut merupakan hasil ujicommit T menggunakan



Tabel 4.8 Uji T Data Ketebalan Sedimen 15% Sedimentasi Lahan (mm) 0,31 0,01 13,00 0,87

Metode Yang (mm)

Mean 0,35 Variance 0,02 Observations 13,00 Pearson Correlation Hypothesized Mean Difference 0,00 df 12,00 t Stat 0,67 P(T<=t) one-tail 0,26 t Critical one-tail 1,78 P(T<=t) two-tail 0,52 t Critical two-tail 2,18 Sumber : Hasil Perhitungan Program Microsoft Excel Tabel 4.9 Interpretasi Koefisien Korelasi Nilai r Interval Koefisien Tingkat Hubungan 0,800 – 1,000 Sangat Tinggi 0,600 – 0,799 Tinggi 0,400 – 0,599 Sedang 0,200 – 0,399 Rendah 0,000 – 0,199 Sangat Rendah Sumber : Sutrisno Hadi, Metodologi Research, 1994 Berdasarkan Tabel 4.8, diketahui korelasi dari data yang diuji adalah 0,87. Menurut Sutrisno (1994), koefisien korelasi tersebut memiliki tingkat hubungan sangat tinggi. 4.5 Erodibilitas Tanah

Kemampuan tanah yang mengakibatkan terjadinya erosi dan dipengaruhi oleh sebaran jenis tanah di suatu daerah aliran sungai. Dari data yang diperoleh tahun 2012 jenis tanah yang terdapat di DAS Bah Bolon ditujukkan berdasarkan Tabel 4.10 di bawah ini.

commit to user



Tabel 4.10 Jenis Tanah DAS Bah Bolon No Jenis Tanah 1 Andisols 2 Inceptisols 3 Ultisols (Sumber : Peta Jenis Tanah Kabupaten Simalungun, Bakosurtanal) Berdasarkan pedoman nilai erodibilitas tanah atau K di Indonesia seperti yang dijelaskan oleh Arsyad Tahun 1979 (BAB 2 Tabel 2.3), maka berdasarkan tabel tersebut diperoleh nilai erodibilitas tanah seperti yang tercantum dalam Tabel 4.11. Perhitungan selengkapnya terdapat pada Lampiran G.

Tabel 4.11 Erodibilitas DAS Bah Bolon tahun 2012 No Jenis Tanah nilai K 1 Andisols 0,13 2 Inceptisols 0,04 3 Ultisols 0,15 Rata-rata 0,1067 (Sumber : Hasil Perhitungan) Dari Tabel di atas diperoleh faktor erodibilitas lahan atau K rata-rata pada daerah aliran sungai bah bolon tahun 2012 adalah 0,1067.

commit to user


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.6 Rekapitulasi Hasil Analisis Transpor Sedimen di Sungai Bah Bolon

Tahun

15% Metode Metode Sedimentasi Ackers Yang Lahan and White (ton/tahun) (ton/tahun) (ton/tahun)

2000 1062,89 2001 1767,25 2002 753,60 2003 1217,90 2004 1175,36 2005 1335,34 2006 919,31 2007 919,31 2008 979,95 2009 942,56 2010 879,07 2011 1187,74 2012 1082,37 Sumber : Hasil Perhitungan

1188,81 422,54 2360,41 899,70 966,24 747,46 1600,44 1058,93 1389,07 1523,89 1747,18 946,15 1139,49

10348,30 10348,30 10348,30 10348,30 10348,30 10348,30 10348,30 10348,30 10348,30 10348,30 10348,30 10348,30 10348,30

Metode Engelund and Hansen (ton/tahun) 12,34 4,63 24,19 9,42 10,09 7,89 16,29 11,02 14,37 15,51 17,80 9,88 11,84

Metode Shen and Hung (ton/tahun) 0,14 0,01 0,88 0,06 0,07 0,04 0,30 0,10 0,21 0,26 0,38 0,07 0,12

Metode Metode Metode Colby Bagnold Laursen (ton/tahun) (ton/tahun) (ton/tahun) 57203,55 57203,55 57203,55 57203,55 57203,55 57203,55 57203,55 57203,55 57203,55 57203,55 57203,55 57203,55 57203,55

248,38 129,19 389,17 207,47 217,20 184,36 299,04 230,42 275,02 289,40 317,19 214,28 241,63

20222,75 20222,75 20222,75 20222,75 20222,75 20222,75 20222,75 20222,75 20222,75 20222,75 20222,75 20222,75 20222,75

commit to user

49

23

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Recommend Documents