PERMODELAN ALIRAN SEDIMENT DI MUARA KALI PORONG Agung Slamet Riyadi1, Bambang Sarwono2, Sudiwaluyo2 Mahasiswa Pascasarjana Teknik Sipil Jurusan Hidroinformatik FTSP-ITS Jln. Kejawan Gebang Gg. 4 No. 8 Surabaya
[email protected] 2 Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS
1
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
A-345 ISBN 978-979-18342-1-6
secara signifikan terhadap pola aliran sedimen di Muara Kali Porong.
muara antara lain dengan pengerukan saluran dan dibangunnya fasilitas-fasilitas pengendali sedimen.
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.
Di Kali Porong, yang berfungsi sebagai saluran pengelak banjir, alirannya membawa sedimen yang akan berpengaruh terhadap perubahan morfologi Kali Porong tersebut.
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 :
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. 2. 3. 4.
Pengukuran di lapangan (di lokasi yang ditetapkan) Berdasarkan data debit dari stasiun di dekatnya Berdasarkan data hujan 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 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
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-346 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
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 2.4. 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 persamaanpersamaan berikut: …..……... (2.2)
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.
dimana: h = u,v = x,y,t =
Kedalaman air Kecepatan pada koordinat kartesius 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 0.020 – 0.025
Permukaan halus tanpa vegetasi Saluran dengan dasar pasir Saluran rip-rap (d50 = 50 % ukuran 0.034 (d50)1/6 partikel campuran lebih halus dari ukuran partikel) 0.075 – 0.150 Vegetasi permukaan yang rapat (US Army Corps of Engineers publication)
A-347 ISBN 978-979-18342-1-6
Persamaan Manning untuk aliran uniform adalah : ………………...………… (2.4) dimana: v = Kecepatan n = Nilai Manning
N = jumlah node xi = data target = data prediksi 3. METODOLOGI 3.1. Lokasi Penelitian
2.9. Turbulensi Persamaan yang digunakan untuk menghitung bersarnya turbulensi adalah sebagai berikut : ……………..…..…… (2.5) dimana: = Molecular Viscosity u’,v’ = Turbulensi yang terjadi kecepatan seketika
seketika
dalam
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
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. Datadata 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
1
= Koefisien untuk bentuk dasar, 1/detik
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
= Konsentrasi equilibrium dari bagian bentuk dasar
2.
kg/m3/detik 2. Tegangan Geser Dasar Beberapa persamaan bisa dipilih untuk menghitung tegangan dasar geser yaitu : ………………………...………..…… (2.7) dimana : = Water density u*
3.
= 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.
Studi Literatur
Studi literatur dimaksudkan untuk mendapatkan referensi dan memperoleh informasi yang lebih detail tentang teoriteori 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. 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.
…….………..………. (2.8) dimana : i = nomor node
A-348 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
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.
Gambar 3.2 : Skematisasi pemodelan aliran sedimen di Muara Kali Porong
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 :
Data Kecepatan
Data Sedimen
Data Debit
Analisa RMA2 dengan Program SMS
Parameter Analisa RMA2
Kalibrasi Kecepatan
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
START
Data Tinggi Muka Air
4. DATA DAN HASIL ANALISA 4.1. Analisa Data Tinggi Muka Air
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 :
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
A-349 ISBN 978-979-18342-1-6
berikut adalah tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP 250 dalam satuan centimeter per detik :
Tinggi Muka Air (m)
Tinggi Muka Air KP 250 7,00
Tabel 4.3 Tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP 250
6,00
Tinggi Muka Air Section 1
5,00 4,00
Kecepatan (m/dtk) Jam
Section 1
Tinggi Muka Air Section 2
3,00 2,00 7:12 12:00 16:48 21:36
Tinggi Muka Air Section 3
Jam
Gambar 4.1 : Grafik hasil pengukuran tinggi muka air di KP 250
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
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 :
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
Tabel 4.2 Tabel hasil pengukuran tinggi muka air di KP 255
12:30
60
60
60
70
60
60
70
70
60
13:00
50
50
30
70
60
50
70
70
60
Jam
Tinggi Muka Air
Jam
Tinggi Muka Air
13:30
50
40
30
60
50
40
60
60
80
8:00
2.58
13:30
2.64
14:00
50
50
40
50
50
50
50
60
50
8:30
2.71
14:00
2.55
14:30
50
50
60
70
50
50
50
50
40
9:00
2.88
14:30
2.41
15:00
50
50
50
50
60
60
50
50
50
9:30
2.90
15:00
2.30
15:30
70
50
50
70
60
60
60
50
50
10:00
3.00
15:30
2.22
16:00
70
50
50
60
60
50
60
60
60
10:30
3.04
16:00
2.04
16:30
70
50
40
60
60
50
70
70
60
11:00
3.10
16:30
1.75
17:00
60
50
50
70
60
60
50
50
50
11:30
3.00
17:00
1.64
17:30
60
50
40
70
70
60
70
50
50
12:00
3.00
17:30
1.58
18:00
50
40
40
60
60
60
50
50
40
12:30
2.96
18:00
1.44
13:00
2.82
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.
Tinggi Muka Air (m)
Tinggi Muka Air KP 255
Tabel 4.4 Tabel hasil pengukuran kecepatan air di KP 250
3,50
Kecepatan (m/dtk)
3,00
Jam
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
2,50 2,00
Tinggi Muka Air Section 2
1,50 1,00 7:12 12:00 16:48 21:36 Jam
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
Kecepatan (m/dtk) Jam
A-350 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Debit KP 250
0,55
500,000
0,50 0,45 0,40
Section 1
0,35
Section 2
0,30
Section 3
Debit (m3/dtk)
Kecepatan (m/dtk)
Kecepatan KP 250
400,000 300,000
Debit Sec 1
200,000
Debit Sec 2
100,000
Debit Sec 3
0,000
7:12 12:00 16:48 21:36
7:12 12:0016:4821:36
Jam
Jam
Total Debit
Gambar 4.3 : Grafik hasil pengukuran kecepatan di KP 250
Gambar 4.4 : Grafik hasil perhitungan debit KP 250
4.3. Analisa Data Debit
4.4. Analisa Data Sedimen
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 :
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. Masingmasing 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 4.5 Tabel hasil perhitungan debit pada KP 250
Diameter
Tabel 4.6 Tabel hasil analisa bedload sedimen KP 250 Tertahan
3
Total Debit
Prosen ∑
Total
Contoh
(mm)
(gram)
(gram)
(%)
(%)
Debit (m /dtk) Jam
Berat
Section 1
Section 2
Section 3
8:00
148.327
99.736
87.3801
335.443
7.9
41
0
0.00
0.00
8:30
161.142
129.143
107.789
398.074
4.76
41
0
0.00
0.00
9:00
123.226
108.752
119.765
351.744
3.36
41
0
0.00
0.00
9:30
145.312
131.954
98.419
375.685
2
42
1
0.32
0.32
10:00
128.648
120.579
119.968
369.195
1
43
2
0.64
0.96
10:30
158.336
120.579
101.026
379.941
0.5
48
7
2.24
3.21
11:00
123.757
140.386
106.239
370.382
0.25
48
7
2.24
5.45
11:30
151.568
130.334
116.587
398.489
0.125
75
34
10.90
16.35
12:00
138.544
120.579
113.654
372.777
0.075
82
41
13.14
29.49
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 :
Tabel 4.7 Tabel hasil analisa bedload sedimen KP 255 Tertahan Diameter
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
A-351 ISBN 978-979-18342-1-6
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
0.2
0.6
0.8
1
2
3
Gauge Height Sampling STA Temp. and Spec. Cond Remarks 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
0.093
0.0919
0.0851
159
160
141
D.S. Corr. Net
(gr)
Conc. (ppm)
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 jaringanjaringan elemen hingganya (mesh). 5. Meshing Proses meshing adalah proses penbentukan jaringanjaringan 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.
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
0.2
0.6
0.8
4
5
6
Gauge Height Sampling STA Temp. and Spec. Cond Remarks 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
0.0721
0.0502
0.0768
131
135
126
D.S. Corr. Net Conc. (ppm)
(gr)
4.5. Permodelan Dengan Surface water Modeling System (SMS)
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.
4.5.1. Penyusunan Jaringan Elemen Hingga
4.6.
Penyusunan jaringan elemen hingga pada model Surface water Modeling System (SMS) dilakukan dengan mengikuti langkah-langkah sebagai berrikut :
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 :
1. Import file dxf dari AutoCad
Running Sub Program RMA2
A-352 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Hasil pengukuran
Input model Trial nilai Koefisien Manning : n = 0.03 n = 0.04 n = 0.05 n = 0.06
Gambar 4.11 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model di node 1049 Output model : 1. Pola distribusi kecepatan 2. Pola distribusi ketinggian muka air
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 :
Tinggi Muka Air (Node 1049) Tinggi Muka Air (m)
Trial nilai Koefisien Eddy : E = 2000 Pascal-sec E = 3000 Pascal-sec E = 4000 Pascal-sec E = 5000 Pascal-sec
6,00 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00
Pengukuran Plan 33 Plan 43 Plan 35 0,00
5,00
10,00
Plan 45 Plan 46
jam ke-i
Gambar 4.12 : Grafik hasil simulasi tinggi muka air pada model di node 1049
Kecepatan (Node 1042) Kecepatan (Node 1063) Pengukuran
0,45
Plan 33
0,40
Plan 43
0,35
Plan 35
0,30 0,00
5,00
10,00
v (m/dtk)
v (m/dtk)
0,50
Plan 45
0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30
Plan 33 Plan 43 Plan 35
0,00
Plan 46
jam ke-i
Pengukuran
5,00 10,00
Plan 46
jam ke-i
Gambar 4.9 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model di node 1042
Plan 45
Gambar 4.13 : Grafik hasil simulasi kecepatan pada model di node 1063
Tinggi Muka Air (Node 1063)
6,50 6,00
Pengukuran
5,50
Plan 33
5,00
Plan 43
4,50
Plan 35
4,00 0,00
5,00
10,00
Plan 45 Plan 46
jam ke-i
Tinggi Muka Air (m)
Tinggi Muka Air (m)
Tinggi Muka Air (Node 1042)
4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50
Pengukuran Plan 33 Plan 43 Plan 35 0,00
5,00 jam ke-i
Gambar 4.10 : Grafik hasil simulasi tinggi muka air pada model di node 1042
Kecepatan (Node 1049)
v (m/dtk)
0,55 Pengukuran
0,50
Plan 33
0,45
Plan 43
0,40
Plan 35
0,35 0,00
5,00 jam ke-i
10,00
10,00
Plan 45 Plan 46
Gambar 4.14 : Grafik hasil simulasi tinggi muka air pada 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 :
Plan 45 Plan 46
A-353 ISBN 978-979-18342-1-6
Tabel 4.10 Tabel hasil perhitungan nilai RMSE pada sec 1 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
Tabel 4.13 Plan dengan perhitungan nilai RMSE paling kecil
Plan Plan
33
43
35 Tabel 4.11 Tabel hasil perhitungan nilai RMSE pada sec 2
Koefisien
RMSE
Eddy
Manning
Kecepatan
Tinggi MA
3000
0.030
0.033
0.139
3000
0.030
0.041
0.558
3000
0.030
0.068
0.312
4000
0.030
0.034
0.136
4000
0.030
0.043
0.560
4000
0.030
0.065
0.310
3000
0.050
0.037
0.114
3000
0.050
0.037
0.590
3000
0.050
0.091
0.278
4000
0.050
0.033
0.111
4000
0.050
0.040
0.595
Viskositas
Koefisien
Eddy
Manning
Kecepatan
Tinggi MA
33
3000
0.03
0.041
0.558
4000
0.050
0.087
0.275
43
4000
0.03
0.043
0.560
4000
0.060
0.034
0.101
34
3000
0.04
0.039
0.574
4000
0.060
0.041
0.617
44
4000
0.04
0.041
0.575
4000
0.060
0.097
0.244
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
Plan
RMSE
Viskositas
Tabel 4.12 Tabel hasil perhitungan nilai RMSE pada sec 3 Viskositas
Koefisien
RMSE
Eddy
Manning
Kecepatan
Tinggi MA
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
Plan
45
46
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 :
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 :
Gambar 4.15 : Lokasi titik-titik pengamatan
A-354 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Dari hasil running lima model didapatkan hasil sebagai berikut :
Konsentrasi Sedimen (kg/m3)
Konsentrasi Sedimen Titik A 0,1600 0,1500
Plan 33
0,1400
Plan 35
0,1300
Plan 43
0,1200
Plan 45 0,0
5,0
10,0
Plan 46
Jam ke-i
Konsentrasi Sedimen (kg/m3)
Gambar 4.16 : Grafik hasil perhitungan konsentrasi sedimen pada titik A Konsentrasi Sedimen Titik D 0,1600 0,1400
Plan 33
0,1200 0,1000
Plan 35
0,0800
Plan 43
0,0600
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.
Plan 45 0,0
5,0
10,0
Plan 46
Jam ke-i
Gambar 4.17 : Grafik hasil perhitungan konsentrasi sedimen pada titik D
Konsentrasi Sedimen (kg/m3)
Konsentrasi Sedimen Titik G 0,1600 0,1400
Plan 33
0,1200 0,1000
Plan 35
0,0800
Plan 43
0,0600
Plan 45 0,0
5,0
10,0
Plan 46
Jam ke-i
Gambar 4.18 : Grafik hasil perhitungan konsentrasi sedimen pada titik G Dari kelima model diatas dapat dilihat bahwa pada masingmasing 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. Titik
Plan 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
A-355 ISBN 978-979-18342-1-6
Halaman ini sengaja dikosongkan
A-356 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
