SEMINAR NASIONAL FISIKA DAN PEMBELAJARANNYA 2015

ISBN 978-602-71273-1-9 F-G-20

Karakter Variabel fisis Aliran Hulu dan Muara Sungai Tondano

Berdasarkan Kenaikan Muka Air

MARTHEN KUMAJAS Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Manado

E-mail: kumajasmarthen@yahoo.co.id TEL: 081252862483

ABSTRAK: Karya ilmiah ini secara umum akan menggambarkan karakter aliran fisis hulu

dan muara sungai Tondano dan menyajikan kurva (rating curve) distribusi momentum menurut

kedalaman air, pada tiga tingkatan berdasarkan peningkatan kenaikan permukaan air sungai.

Data variabel fisis momentum aliran berdasarkan kerapatan massa air serta kecepatan

aliaran air yang dilakukan pada posisi muara ± 800 meter dari mulut sungai (hilir) dan posisi

hulu pada jarak ± 300 meter dari outlet danau Tondano. Hasil analisis dan pemodelan variabel

fisis momentum aliran menunjukkan fungsi matemetik dengan persamaan kuadratik pada

posisi hulu dan muara sungai Tondano. Perbedaan yang berarti dari kedua posisi pengukuran

terletak pada perubahan gradient yang lebih landai pada posisi hulu di bandingkan dengan

posisi hilir. Kondisi ini berbeda banyak disebabkan oleh perubahan kecepatan aliran pada posisi

muara. Posisi gradient momentum akan berubah pada kondisi tingkatan muka air yang

membesar dan berdampak negatif pada tebing sungai atau kondisi lingkungan sungai dibagian

muara sungai. Hasil penelitian menjadi penting dalam upaya adaptasi dan mitigasi kondisi

banjir

Kata Kunci: Karakter aliran, variabel fisis hulu, hilir.

PENDAHULUAN

Sungai Tondano dari hulu sungai

hingga muara sungai sangat bermanfaat

bagi masyarakat yang berada disepanjang

sungai maupun masyarakat Sulawesi

Utara pada umumnya. Pemanfaatan

sungai Tondano dari waktu ke waktu

semakin besar. Pada daerah hulu, saat ini

air sungai Tondano digunakan antara lain

untuk mengairi persawahan, dan pada

daerah antara hulu dan hilir digunakan

sebagai pembangkit listrik tenaga air

(PLTA Tonsea Lama, PLTA Tanggari

1,Dan PLTA Tanggari 2) sedangkan

didaerah dekat muara, saat ini

dimanfaatkan antara lain sebagai air

minum masyarakat Kota Manado.

Di sisi lain, pada saat kenaikan

muka air karena hujan yang

mengakibatkan banjir, sungai Tondano

telah berulang kali menyebabkan

kerugian material bagi masyarakat

sekitar, bahkan masyarakat umum

(Euripidou, 2004)). Akibat bencana ini

adalah kerugian yang cukup besar dengan

rusaknya bangunan pemerintah, rumah

penduduk, rumah ibadah, dan lain-lain.

Dalam tahun 2006, (Nanlohy, 2008), 2010

dan 2014 (Kumajas (2014) setiap banjir

akan menggenangi lokasi-lokasi

pemukiman di Kota Manado.

Penanggulangan dampak banjir sungai

Tondano, di sepanjang sungai merupakan

permasalahan yang perlu dipecahkan dan

diantisipasi (Corburn, 1994).

Masalah yang disebabkan oleh

kenaikan muka air sungai antara lain:

kerusakan pemukiman, pengikisan tebing

sungai, hancurnya tanggul pencegah erosi

dan lain sebagainya, secara fisis

berhubungan erat dengan momentum

aliran. Besaran fisis ini, kuantitasnya

akan menjadi sangat besar pada saat

terjadinya peningkatan kenaikan muka

air (banjir), baik dikarenakan

pertambahan kecepatan aliran dan

pertambahan kerapatan (density) massa

air (Brody, et al, 2009, Taniguchi S., et al,

1992., Yugian L, 1992). Secara teoritis,

peningkatan kenaikan muka air akan

meningkatkan momentum yang

disebabkan oleh aliran dengan muatan

melayang (suspended load), di lain pihak

dampak erosi dasar sungai semakin

meningkat karena peningkatan

momentum aliran dengan transport bahan

alas (bed load transport). Pengukuran

SEMINAR NASIONAL FISIKA DAN PEMBELAJARANNYA 2015

ISBN 978-602-71273-1-9 F-G-21

yang dilakukan oleh Pusat Pengelolaan

Lingkungan Hidup Kementrian Negara

Lingkungan Hidup, 2007 di daerah muara

sungai Tondano, menyimpulkan bahwa

debit sedimen transport meningkat lebih

signifikan dibandingkan dengan

peningkatan debit aliran pada saat terjadi

banjir. Balasch, et al.. (1992), menyatakan

bahwa ketersediaan data hasil

pengukuran variabel aliran serta

mekanisme sedimentasi dari sumber

sedimen ke outlet, merupakan informasi

penting untuk konservasi lahan di daerah

hulu dan juga merupakan informasi yang

menjadi dasar bagi masyarakat dan

pemerintah dalam rangka pengelolaan

sumber daya alam. Permasalan lain yang

muncul berkaitan dengan penyediaan data

dan informasi kondisi sungai adalah

ketersediaan biaya, peralatan, metode, tim

peneliti dan lain sebagainya.

Uraian di atas memperlihatkan

bahwa perlunya suatu pemodelan

mengenai variabel fisis aliran air sungai

yaitu momentum. Dengan mengetahui

pemodelan variabel fisis tersebut

diharapkan mendapatkan gambaran

mengenai profil vertikal momentum aliran

berdasarkan atas variasi kedalaman air.

Interaksi kegiatan manusia dan

lingkungan hampir selalu membawa

dampak positif maupun negatif sepanjang

waktu.

METODE PENELITIAN

Pengukuran dan pengambilan data

dilakukan di Daerah Aliran Sungai (DAS)

Tondano yang terletak di bagian hulu

sungai ± 300 meter dari outlet Danau

Tondano Kabupaten Minahasa dan di

bagian hilir ± 800 meter dari mulut sungai

(hilir) Kota Manado Propinsi Sulawesi

Utara. Data yang diukur yaitu:

Kerapatan (berdasarkan massa air dan

volume air), kedalaman, serta kecepatan

aliran. Alat analisis yang digunakan

untuk variabel fisis momentum,

digambarkan pada tiap kedalaman,

menggunakan pendekatan curve fitting

atau pengepasan kurva. Adapun model

persamaan yang sesuai (dalam pemodelan

statisitka) yaitu model linier, logaritma,

inverse, kuadratik, compound, power, S,

growth, exponential, dan logistic. Model

yang terpilih dalam curve fit adalah model

yang memiliki nilai R Square terbesar.

Model yang terpilih adalah model yang

dapat memetakan titik terdekat dengan

garis. Ukuran yang menentukan dekatnya

titik dari garis adalah ukuran R2. Nilai R-

Square tersebut berada pada nilai 0

sampai 1 atau 0% hingga 100%. Semakin

dekat dengan 100%, semakin baik model

yang diperoleh. Untuk membandingkan

momentum pada tiga tingkatan kenaikan

muka air sungai digunakan Analysis of

Ragam atau ANOVA. ANOVA digunakan

untuk menguji perbedaan nilai rata-rata

antar kedua atau lebih grup/kelompok

berdasarkan atas satu variabel penelitian,

dimana variabel diukur dalam skala

interval/rasio. (Sugiyono, 2007).

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Daerah Hilir

Variabel fisis berupa momentum

aliran air dinyatakan dengan gr.cm-2.det-1

dilakukan di Muara(hilir) Sungai

Tondano. Pengujian model hubungan

antara jarak pengukuran dari dasar

sungai dengan perubahan momentum

yang didasarkan pada kenaikan tinggi

muka air (21-220, 23-238, 24--246) cm

(Gambar 1), dengan metode curve fit

(pengepasan kurva) memperlihatkan

bahwa dari nilai koefisien determinasi

tertinggi (R Square) terpilih model regresi

kuadratik (quadratic).

Gambar 1. Grafik hubungan antara

kedalaman dan perubahan variabel

momentum

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300Jarak dari dasar sungai (cm)

Mom

entu

m (g

r.cm

-2.d

et-1

)

(21 - 220) cm

(23 – 238) cm

(24 – 248) cm

SEMINAR NASIONAL FISIKA DAN PEMBELAJARANNYA 2015

ISBN 978-602-71273-1-9 F-G-22

Dari Gambar 1, Persamaan kuadratik

yang diperoleh dari model matematik

variabel momentum (warna biru) dengan

tinggi muka air 220 cm yakni:

y = –1.086 + 0.708 x – 0.002 x2 (1)

Hasil pengujian pada persamaan (1)

diperoleh momentum terbesar berada di

titik optimum (dy/dx = 0) yaitu x = 177

cm, dengan momentum y = 63.74 gr.cm-2.

det-1. Dari hasil persamaan (1),

mengindikasikan bahwa momentum

terbesar berada pada posisi 177 cm

dihitung dari dasar sungai.

Untuk tinggi muka air 238 cm (warna

merah), persamaan matematiknya yakni :

y = 22.57 + 0.824 x – 0.002 x2 (2)

Hasil pengujian pada persamaan (2)

diperoleh momentum terbesar berada di

titik optimum (dy/dx=0) atau x = 206 cm,

dengan momentum y = 107.44 gr.cm-2.det-1.

Dari hasil persamaan (2),

mengindikasikan bahwa momentum

terbesar berada pada posisi 206 cm

dihitung dari dasar ke permukaan sungai.

Untuk tinggi muka air 246 cm (warna

hitam), persamaan matematiknya adalah:

y = 30.79 + 0.828 x – 0.002 x2 (3)

Model matematik ini berbentuk

persamaan kuadratik, adapun hasil

pengujian pada persamaan (3) diperoleh

sebagai berikut: Momentum terbesar

berada di titik optimum (dy/dx=0) yaitu x

= 207 cm, dengan besar momentum y

=116.488 gr.cm-2.det-1. Dari hasil

persamaan (3), mengindikasikan bahwa

momentum terbesar berada pada posisi

207 cm dihitung dari dasar ke permukaan

sungai.

Perbandingan ketiga model

pengaruh dampak peningkatan muka air

terhadap perubahan variabel momentum

di lokasi pengukuran Muara(hilir) Sungai

Tondano mengindikasikan bahwa dengan

meningkatnya tinggi permukaan karena

kenaikan muka air (permukaan air

sungai) posisi momentum terbesar

bergeser atau bergerak dari tengah ke

permukaan yang berdampak pada

kerusakan lingkungan sungai.

Untuk menguji perbedaan ketiga

tingkat kenaikan muka air tersebut

dilakukan pengujian lanjutan dari

ANOVA yaitu Uji Tukey atau biasa

dikenal dengan uji BNT (beda nyata

terkecil), sebagai berikut: Pengujian

perbedaan momentum pada tingkat

kenaikan muka air 1(biru) dengan tingkat

kenaikan muka air 2 (merah) dengan

perbedaan momentum adalah 33.7 gr.cm-

2.det-1, mengindikasikan adanya

perbedaan momentum yang signifikan

pada tingkat kenaikan muka air 1 dan 2.

Pengujian perbedaan momentum pada

tingkat kenaikan muka air 1 dengan

tingkat kenaikan muka air 3 (hitam)

dengan perbedaan momentum adalah

53.14 gr.cm-2.det-1, mengindikasikan

adanya perbedaan momentum yang

signifikan pada tingkat kenaikan muka

air 1 dan 3. Pengujian perbedaan

momentum pada tingkat kenaikan muka

air 2 (merah) dengan tingkat kenaikan

muka air 3 (hitam) dengan perbedaan

momentum adalah 9.44 gr.cm-2.det-1,

mengindikasikan adanya perbedaan

momentum yang signifikan pada tingkat

kenaikan muka air 2 dan 3. Sehingga

dapat disimpulkan di Muara Sungai

Tondano pada Lokasi ± 800 meter dari

mulut sungai, bahwa momentum akan

meningkat seiring dengan meningkatnya

muka air.

2. Daerah Hulu

Pada lokasi ini, pengujian model

hubungan antara jarak pengukuran dari

dasar sungai dengan perubahan

momentum didasarkan pada kenaikan

tinggi muka air (15-75, 20-90, 20-95)cm

(Gambar 2), dengan metode curve fit

(pengepasan kurva) memperlihatkan

bahwa dari nilai koefisien determinasi

tertinggi (R Square) terpilih model regresi

kuadratik (quadratic). Gambar 2

menunjukkan model variabel momentum

dengan persamaan kuadratik masing-

masing: untuk tinggi kenaikan muka air

dengan kedalaman 75 cm dari dasar

sungai adalah,

y = -10.069 + 1.454 x – 0.0138 x2 (4)

SEMINAR NASIONAL FISIKA DAN PEMBELAJARANNYA 2015

ISBN 978-602-71273-1-9 F-G-23

Gambar 2. Grafik hubungan antara

kedalaman dan perubahan variabel

momentum

untuk tinggi kenaikan muka air dengan

kedalaman 90 cm dari dasar sungai

adalah,

y = –11.176 + 1.419 x – 0.0122x2 (5)

dan untuk tinggi kenaikan muka air

dengan kedalaman 95 cm dari dasar

sungai adalah,

y = 12.277 + 1.3669 x – 0.0108 x2 (6)

Pengujian persamaan (4), (5). dan (6),

masing-masing diperoleh momentum

terbesar berada di titik optimum (dy/dx =

0) yakni: x = 52.7 cm, x = 58.18 cm, dan x =

63.28 cm. Momentum dititik optimum x =

52.7 cm sebesar y = 28.3 gr.cm-2.det-1,

momentum dititik optimum x = 58.18

sebesar y = 30.12 gr.cm-2.det-1, dan

momentum dititik optimum x = 63.28 cm

sebesar y = 30.97 gr.cm-2.det-1.

Perbandingan ketiga model

pengaruh dampak peningkatan muka air

terhadap perubahan variabel momentum

di lokasi pengukuran hulu Sungai

Tondano mengindikasikan bahwa

peningkatan tinggi permukaan air sungai,

posisi momentum terbesar tetap bergeser

kearah permukaan walaupun

perubahannya kecil dan tidak terlalu

berdampak pada kerusakan lingkungan

sungai. Hal ini disebabkan karena

kecepatan aliran dan kerapatan tidak

signifikan.

Analisis memperlihatkan bahwa

secara umum, model variabel fisis

momentum aliran air memiliki pola

kuadratik dimana terjadi peningkatan

seiring meningkatnya jarak dari dasar

sungai, akan tetapi mengalami penurunan

pada kondisi jarak dari dasar sungai yang

lebih jauh.

Pemodelan variabel fisis

momentum aliran menunjukkan fungsi

matemetik dengan persamaan kuadratik

pada posisi hulu dan muara sungai

Tondano. Perbedaan yang berarti dari

kedua posisi pengukuran terletak pada

perubahan gradient yang lebih landai

pada posisi hulu di bandingkan dengan

posisi hilir. Kondisi ini berbeda banyak

disebabkan oleh perubahan kecepatan

aliran pada posisi muara. Posisi gradient

momentum akan berubah pada kondisi

tingkatan muka air yang membesar dan

berdampak negatif pada tebing sungai

atau kondisi lingkungan sungai dibagian

muara sungai. Hasil penelitian menjadi

penting dalam upaya adaptasi dan

mitigasi kondisi banjir

KESIMPULAN

Hasil penelitian kondisi fisis

momentum aliran air terhadap

peningkatan kenaikan permukaan air

sungai, maka kesimpulan yang diperoleh

sebagai berikut: Hasil analisis dan

pemodelan variabel fisis momentum aliran

menunjukkan fungsi matemetik dengan

persamaan kuadratik pada posisi hulu

dan muara sungai Tondano

Perbedaan yang berarti dari kedua

posisi pengukuran terletak pada

perubahan gradient dimana pada posisi

hulu lebih landai di bandingkan dengan

posisi hilir.

Hasil analisis pemodelan variabel

fisis momentum aliran air menunjukkan

bahwa dengan meningkatnya kenaikan

muka air maka momentum maksimum

sungai akan bergeser ke arah permukaan

air sungai.yang berpotensi pada rusaknya

kondisi lingkungan sungai.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih kepada

Lembaga Penelitian Universitas Negeri

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100Jarak dari dasar sungai(cm)

Mom

entu

m (g

r.cm

-2.d

et-1

)

(15 - 75) cm

(20 – 90) cm

(20 – 95) cm

SEMINAR NASIONAL FISIKA DAN PEMBELAJARANNYA 2015

ISBN 978-602-71273-1-9 F-G-24

Manado yang telah membantu

terlaksananya penelitian ini, serta ucapan

terima kasih juga kepada direktorat

Pendidikan Tinggi (DIKTI) yang

memberikan dana penelitian (Skim

Fundamental).

DAFTAR RUJUKAN

Balasch J. C., X. Castelltort, P.Llorens and

Gallart F, 1992. Hydrological and

Sediment Dynamics Network Design in

a Mediterranean Mountains Area

Subject to Gully Erosion. Proceedings

of the International Symposium on

Erosion and Sediment Transport

Monitoring Programs in River Basin,

Oslo, Norway, 24 – 28 August 1992, p :

433-442.

Brody, S.D, Zahran, S, Highfield, W.W,

Bernhardts, S.P., and Vedlitcz A. 2009.

Policy Learning for Flood Mitigation: A

Longitudinal Assessment of the

Community Rating System in Florida.

Risk Annal. Vol 29. pp 912-929.

Coburn, A.W., Spence R.J.S, and Pomonis

A. 1994. Disaster Mitigation, 2nd ed.

Cambridge, UK: Cambridge

Architectural Research Limited.

Euripidou, E, and V. Murray. 2004. Public

Health Impact of Floods and Chemical

Contamination. Journal of Public Heatl

(Oxf), Vol 26, pp.376-383.

Kumajas, M. 2014. Sosial and

Environmental Impacts on Flood at the

Mouth of Tondano River. International

Journal of Applied Enviromental

Sciences, Vol 9, pp.2587-2600.

Nanlohy, J.B., Jayadi, R, and Istiarto.

2008. Studi Alternatif Pengendalian

Banjir Sungai Tondano di Kota

Manado. Forum Teknik Sipil Vol 18.

Resnick, R. and D. Halliday. 1985. Physics.

Terjemahan oleh Silaban P.

danSuciptoE.Erlangga – Jakarta.

Seyhan, E. 1990.dasar-DasarHidrology.

McGraw-Hill Pub Co.Ltd, New Delhi

Sugiyono, 2007.Metode Penelitian

(Pendekatan Kuantitatif, Kualitatif, dan

R & D). Bandung: Alfabeta. 23

Taniguchi S., Y. Itakura, K. Miyamoto,

and J. Kurihara, 1992. A New Aqustic

Sensor for Sediment Discharge

Measurement. Proceedings of the

International Symposium on Erosion

and Sediment Transport Monitoring

Programs in River Basin, Oslo, Norway,

24 – 28 August 1992, p : 135-141.

Ven, Te Chow. 1986. Handbook of Applied

Hydrology. McGraw_Hill Book CO.,

Toronto.

Yugian L, 1992. The Design and Operation

of Sediment Transport Measurements

Programmes in River Basins: the

Chinese Experience. Proceedings of the

International Symposium on Erosion

and Sediment Transport Monitoring

Programs in River Basin, Oslo, Norway,

24 – 28 August 1992, p : 373-378.