Pengendalian sedimentasi di saluran irigasi dengan membangkitkan arus turbulensi JURUSAN ...

34 Pages·2010·0.44 MB·Indonesian

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
Pengendalian sedimentasi di saluran irigasi dengan
membangkitkan arus turbulensi

THE CONTROL OF SEDIMENTATION IN IRRIGATION CHANNEL USING
GENERATING OF TURBULENCE FLOW

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret

Disusun oleh:

M. Yushar Yahya Alfarobi
I.0106008

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2010
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
BAB 1
PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Air merupakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui keberadaannya. Semua
makhluk hidup memanfaatkan air untuk memenuhi kebutuhannya. Oleh karena
itu, keberadan air perlu dijaga agar dapat dimanfaatkan seterusnya. Sebagian besar
air berasal dari hujan, hujan yang jatuh ke permukaan bumi, sebagian akan
meresap ke bawah permukaan bumi dan sisanya akan mengalir di permukaan
bumi yang dikenal sebagai air limpasan (surface runoff). Air yang mengalir di
permukaan tergantung dari besarnya intensitas hujan dibandingkan terhadap laju
infiltrasi dari masing-masing daerah (Mamok Soeprapto dan Susilowati, 1987).

Setiap sungai memiliki daerah tangkapan air hujan yang umumnya disebut
sebagai Daerah Aliran Sungai (DAS). DAS adalah suatu kawasan lahan dimana
semua air baik dari air hujan maupun air salju, mengalir ke bawah menuju suatu
penampungan air, seperti sungai, danau, atau rawa.

Tata guna lahan sangat berperan dalam proses pengalihragaman hujan menjadi
aliran. Perubahan tata guna lahan yang tidak memperhatikan lingkungan
mengakibatkan semakin besarnya aliran permukaan dan semakin berkurangnya air
yang terinfiltrasi ke dalam tanah. Aliran permukaan ini akan langsung menuju
sungai.

Ada beberapa faktor yang menyebabkan perubahan tersebut, baik faktor alam
(natural factor) maupun faktor manusia (human factor). Namun, penyebab utama
kerusakan DAS tersebut kebanyakan akibat ulah manusia. Penebangan hutan,
pembuatan sistem terasering yang tidak tepat, industri yang tidak mengindahkan
lingkungan, dan eksploitasi material sungai secara berlebihan dapat menyebabkan
kerusakan pada DAS (Jurnalis KOMPAS, 2008). Keadaan yang kurang
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
menguntungkan tersebut dapat menyebabkan sedimentasi, erosi sungai, dan
pencemaran sungai. Beragam upaya sudah banyak dilakukan manusia untuk
melindungi sumber-sumber air dan menjaga keberlangsungan air agar dapat
dimanfaatkan secara berkelanjutan. Pengelolaan DAS yang baik dapat mencegah
munculnya masalah-masalah yang terkait dengan air di masa mendatang.

Salah satu upaya yang sering dilakukan manusia dalam pemanfaatan air adalah
dengan pembuatan bendung untuk meninggikan permukaan air sungai atau waduk
serba guna sebagai penampung air. Air permukaan dimanfaatkan manusia untuk
memenuhi beragam kebutuhannya. Salah satu pemanfaatan air terbanyak adalah
untuk memasok air ke daerah irigasi.

Pasokan air untuk irigasi diambilkan dari air permukaan atau sungai melalui
intake pada bangunan utama (bendung) yang dibangun melintang sungai. Setelah
melalui intake air mengalir ke awal saluran induk, berupa saluran penangkap
pasir.

Dengan meningkatnya angkutan sedimen di sungai banyak saluran irigasi
mengalami pendangkalan karena endapan. Pada umumnya, sedimentasi ini terjadi
akibat material yang terbawa air yang masuk saluran. Jika debit aliran ini rendah
maka akan terjadi proses pengendapan di saluran irigasi. Penumpukan material
terus berlangsung sehingga endapan semakin banyak dan akan membentuk delta.
Sedimentasi ini mengurangi kapasitas saluran sehingga kemampuan untuk
memasok air berkurang, dan pada akhirnya akan mengurangi produktivitas
tanaman.

Terjadinya pengendapan di awal beberapa saluran irigasi menarik untuk dikaji.
Gagasan ini diangkat berdasarkan hasil pengamatan di lapangan, yaitu di Bendung
Jati, Kali Madiun yang menunjukkan adanya masalah pengendapan di awal
saluran irigasi bahkan telah dipasang alat pengeruk sedimen di saluran penangkap
pasir, namun tetap tidak dapat mengembalikan fungsi saluran tersebut.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
Dalam penelitian ini akan dicoba membangkitkan arus turbulensi di saluran
irigasi, sehingga tidak memberi kesempatan bagi sedimen untuk mengendap di
awal saluran irigasi. Upaya ini diajukan dalam penelitian, mengingat pintu
pembilas tidak dapat berfungsi dengan baik sehingga endapan semakin lama lebih
tebal dan padat.

1.2. Rumusan Masalah

Beberapa masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah:
1. Apakah kecepatan aliran di awal saluran induk kurang tinggi sehingga
membentuk endapan?
2. Apakah dengan membangkitkan arus turbulensi dapat mencegah
sedimentasi?
3. Peralatan apa yang diperlukan untuk membangkitkan arus turbulensi?

1.3. Batasan Masalah

Hal-hal yang membatasi obyek penelitian agar langkahnya lebih sistematis dan
terarah adalah:
1. Penelitian dilakukan di laboratorium Hidrolika Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik UNS, dengan menggunakan open flume yang menjadi
model saluran irigasi dengan ukuran 7,7 x20x500 cm3,
2. Aliran pada saluran irigasi dianggap tetap dan seragam (steady uniform
flow),
3. Dasar saluran irigasi dianggap kedap air dan pengaruh rembesan air
diabaikan,
4. Penelitian hanya dibatasi untuk sedimen non-cohesive, sedimen berupa
pasir dengan butiran seragam diameter 2,36 mm atau lolos ayakan no 8.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui kecepatan aliran di awal saluran induk,
2. Mengetahui pengaruh arus turbulensi terhadap terjadinya sedimentasi,
3. Mengetahui jenis peralatan yang diperlukan untuk dapat membentuk arus
turbulensi.

1.5. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat menambah informasi khususnya dalam
pengelolaan saluran irigasi dan diharapkan dapat menambah wahana dalam
bidang ilmu pengetahuan, khususnya bidang irigasi.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
BAB 2
LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

2.1.1. Saluran Terbuka

Aliran air dalam suatu saluran terbuka merupakan aliran bebas (free flow) yang
dipengaruhi oleh tekanan udara. Pada semua titik di sepanjang saluran, tekanan
udara di permukaan air adalah sama. Ilustrasi aliran pada saluran terbuka dapat
dilihat pada Gambar-2.1.

Chow dkk., 1989, membedakan saluran terbuka menurut asalnya menjadi saluran
alam (natural) dan saluran buatan (artificial). Saluran alam meliputi semua alur
air yang terdapat secara alamiah di bumi, mulai dari anak sungai di pegunungan,
sungai besar, sampai ke muara sungai. Saluran buatan dibentuk oleh manusia,
seperti saluran banjir, saluran pembangkit listrik, dan saluran irigasi.

Gambar 2.1. Aliran pada saluran terbuka
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
2.1.2. Klasifikasi Aliran Saluran Terbuka

Berdasarkan perubahan kedalaman aliran sesuai dengan waktu dan ruang, aliran
dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu:

a. Aliran tunak (steady flow)
Aliran dikatakan tunak bila kedalaman aliran tidak berubah atau dapat
dianggap konstan selama selang waktu tertentu (lihat Gambar-2.2). Pada jenis
aliran tunak akan terjadi sifat aliran sebagai berikut:
1. Aliran seragam (uniform flow) yaitu terjadi bila kecepatan aliran tidak
berubah dan kedalaman saluran sama pada setiap penampang,.
2. Aliran tak seragam (non uniform flow) yaitu terjadi bila kecepatan aliran
berubah dan kedalaman saluran tidak sama pada setiap penampang.

Gambar 2.2. Steady flow

b. Aliran tak tunak (unsteady flow)
Aliran dikatakan tak tunak bila kedalaman aliran berubah sesuai dengan
waktu (lihat Gambar-2.3). Pada jenis aliran tidak tunak akan terjadi sifat
aliran sebagai berikut:
1. Aliran seragam (uniform flow) yaitu terjadi bila kecepatan aliran tidak
berubah dan kedalaman saluran sama pada setiap penampang.
2. Aliran tak seragam (non uniform flow) yaitu terjadi bila kecepatan aliran
berubah dan kedalaman saluran tidak sama pada setiap penampang.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

Gambar 2.3. Unsteady flow

Chow dkk., 1989, menyatakan bahwa aliran seragam adalah aliran yang
mempunyai kecepatan konstan terhadap jarak, garis aliran lurus dan sejajar, dan
distribusi tekanan adalah hidrostatis serta luas penampang tidak berubah terhadap
ruang, baik besar maupun arahnya. Hal ini berarti bahwa saluran harus
mempunyai bentuk tampang identik. Aliran seragam tidak dapat terjadi pada
kecepatan aliran yang besar atau kemiringan saluran yang sangat besar. Aliran
dalam saluran irigasi termasuk dalam aliran yang seragam, dengan catatan tidak
ada perubahan penampang secara mendadak di saluran tersebut.

Ciri-ciri pokok aliran seragam adalah sebagai berikut:
1. Kedalaman, luas basah, kecepatan, dan debit pada setiap penampang
pada saluran yang lurus adalah konstan.
2. Garis energi, muka air dan dasar saluran saling sejajar, berarti
kemiringanya sama.

Berdasarkan pengaruh gaya tarik bumi aliran dibedakan menjadi aliran sub kritis,
kritis, dan super kritis. Aliran disebut sub kritis apabila gangguan (misalnya batu
dilemparkan ke dalam aliran sehingga menimbulkan geombang) yang terjadi di
suatu titik pada aliran dapat menjalar ke arah hulu. Aliran sub kritis dipengaruhi
oleh kondisi hilir, dengan kata lain keadaan di hilir akan mempengaruhi aliran di
sebelah hulu. Apabila kecepatan aliran cukup besar sehingga gangguan yang
terjadi tidak menjalar ke hulu maka aliran disebut super kritis. Dalam hal ini
kondisi di hulu akan mempengaruhi aliran di sebelah hilir. Penentuan tipe aliran
dapat didasarkan pada nilai bilangan Froude Fr, yang mempunyai bentuk:
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

V
Fr = .................................. (2.1)
g.y

dengan: Fr = Bilangan Froude
v = Kecepatan rata-rata aliran (m/dt)
g = Gaya gravitasi (9,81 m/dt2)
y = Kedalaman hidrolik (m)

Gambar-2.4 menunjukkan perbandingan antara kecepatan aliran dan kecepatan
rambat gelombang karena adanya gangguan. Pada Gambar-2.4.a gangguan pada
air diam (V = 0) akan menimbulkan gelombang yang merambat ke segala arah.
Gambar-2.4.b menunjukkan aliran sub kritis dimana gelombang masih bisa
menjalar ke arah hulu. Pada kondisi ini bilangan Froude Fr < 1. Gambar-2.4.c
adalah aliran kritis dimana kecepatan aliran sama dengan kecepatan rambat
gelombang. Dalam keadaan ini Fr = 1. Sedangkan Gambar-2.4.d adalah aliran
super kritis dimana gelombang tidak bisa merambat ke hulu karena kecepatan
aliran lebih besar dari kecepatan rambat gelombang. Keadaan ini bilangan Froude
Fr > 1.

Gambar 2.4. Pola penjalaran gelombang di saluran terbuka
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
Berdasarkan pengaruh kekentalan (viscosity), aliran dibedakan menjadi 3 jenis,
yaitu:

1. Aliran laminer, terjadi bila gaya kekentalan relatif sangat besar
dibandingkan dengan kelembamannya. Dalam aliran ini, butir-butir air
seolah-olah bergerak menurut lintasan tertentu yang teratur.
2. Aliran turbulen, terjadi bila gaya kekentalan relatif lemah dibandingkan
dengan kelembamannya. Pada aliran ini, butir-butir air bergerak menurut
lintasan yang tidak teratur dan tidak tetap membentuk aliran yang
berputar-putar, namun butir-butir tersebut tetap menunjukkan gerak maju
dalam aliran secara keseluruhan (Gerald Recktenwald, 2007).
3. Aliran transisi, merupakan aliran peralihan dari aliran laminer menjadi
aliran turbulen.

Ilustrasi aliran laminer dan turbulen dapat dilihat pada Gambar-2.5 berikut.

Gambar 2.5. Aliran laminer dan aliran turbulen

Pengaruh kekentalan terhadap kelembaman dinyatakan dengan Bilangan Reynolds
(Re) dan didefinisikan sebagai berikut:

v.L
Re= .................................. (2.2)
u

dengan: v = kecepatan aliran,
L = panjang karakteristik (pada saluran terbuka dianggap sama dengan
jari-jari hidrolis R),
u = kekentalan kinematik (m2/det).

m
u = .................................. (2.3)
r