Modul 5 Hidrolika Sungai · 2018. 4. 27. · Modul 5 Hidrolika Sungai Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi v PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL Deskripsi Modul hidrolika

Modul 5 Hidrolika Sungai

Balai Uji Coba Sistem Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi II-

MODUL HIDROLIKA SUNGAI

PELATIHAN PERENCANAAN TEKNIK SUNGAI

2017

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 05


Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas selesainya

pengembangan Modul Hidrolika Sungai sebagai materi inti/substansi dalam

Pelatihan Perencanaan Teknik Sungai. Modul ini disusun untuk memenuhi

kebutuhan kompetensi dasar Aparatur Sipil Negara (ASN) di bidang sumber daya

air.

Modul hidrolika sungai ini disusun dalam 3 (tiga) bagian yang terbagi atas

pendahuluan, materi pokok, dan penutup. Penyusunan modul yang sistematis

diharapkan mampu mempermudah peserta pelatihan dalam memahami dan

menerapkan Hidrolika Sungai. Penekanan orientasi pembelajaran pada modul ini

lebih menonjolkan partisipasi aktif dari para peserta.

Akhirnya, ucapan terima kasih dan penghargaan kami sampaikan kepada Tim

Penyusun dan Narasumber, sehingga modul ini dapat diselesaikan dengan baik.

Penyempurnaan maupun perubahan modul di masa mendatang senantiasa terbuka

dan dimungkinkan mengingat akan perkembangan situasi, kebijakan dan peraturan

yang terus menerus terjadi. Semoga Modul ini dapat memberikan manfaat bagi

peningkatan kompetensi ASN di bidang SDA.

Bandung, Oktober 2017

Kepala Pusat Pendidikan dan Pelatihan

Sumber Daya Air dan Konstruksi

Ir. K. M. Arsyad, M.Sc.

NIP. 19670908 199103 1 006


Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .............................................................................................. i

DAFTAR ISI ........................................................................................................... ii

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. iv

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ................................................................... v

PENDAHULUAN ................................................................................................... 1

A. Latar Belakang ............................................................................................. 1

B. Deskripsi Singkat.......................................................................................... 1

C. Tujuan Pembelajaran ................................................................................... 1

D. Materi Pokok dan Sub Materi Pokok............................................................. 2

E. Estimasi Waktu............................................................................................. 3

MATERI POKOK 1 PARAMETER FISIK SUNGAI ................................................ 4

1.1 Parameter Fisik Palung Sungai .................................................................................... 4

1.2 Kedalaman Normal ......................................................................................................... 5

1.3 Latihan .............................................................................................................................. 6

1.4 Rangkuman ..................................................................................................................... 6

MATERI POKOK 2 BILANGAN NON DIMENSIONAL .......................................... 7

2.1 Bilangan Froude .............................................................................................................. 7

2.2 Bilangan Reynold ............................................................................................................ 8

2.3 Latihan .............................................................................................................................. 8

2.4 Rangkuman ..................................................................................................................... 8

MATERI POKOK 3 HUKUM 2: KONTINUITAS, KEKEKALAN ENERGI DAN

MOMENTUM ....................................................................................................... 10

1.1 Kontinuitas ..................................................................................................................... 10

1.2 Energi ............................................................................................................................. 11

1.3 Kekekalan Energi .......................................................................................................... 14

1.4 Latihan ............................................................................................................................ 15

1.5 Rangkuman ................................................................................................................... 15

MATERI POKOK 4 JENIS-JENIS ALIRAN ......................................................... 16

4.1 Saluran Uniform dan Non Uniform, Aliran Steady dan Unsteady .......................... 16

4.2 Aliran Air Rendah .......................................................................................................... 16

4.3 Aliran Pembentuk Alur (Channel-Forming Discharge)............................................. 16


Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi iii

4.4 Aliran Banjir (High Flows) ............................................................................................ 17

4.5 Latihan ............................................................................................................................ 18

4.6 Rangkuman ................................................................................................................... 18

MATERI POKOK 5 PERHITUNGAN ELEVASI MUKA AIR ................................. 19

5.1 Perhitungan Elevasi Muka Air ..................................................................................... 19

MATERI POKOK 6 SALURAN TAMPANG GANDA ........................................... 21

6.1 Saluran Tampang Ganda (Two-Stage/Compound Channel) .................................. 21

6.2 Keuntungan Saluran Tampang Ganda ...................................................................... 23

6.3 Dimensi Saluran Tampang Ganda ............................................................................. 23

6.4 Contoh Perhitungan Saluran Tampang Ganda ........................................................ 25

6.5 Latihan ............................................................................................................................ 27

6.6 Rangkuman ................................................................................................................... 27

PENUTUP ............................................................................................................ 29

A. Simpulan ................................................................................................... 29

B. Tindak Lanjut ............................................................................................ 30

EVALUASI FORMATIF ....................................................................................... 31

A. Soal ........................................................................................................... 31

B. Umpan Balik dan Tindak Lanjut .............................................................. 32

DAFTAR PUSTAKA

GLOSARIUM

KUNCI JAWABAN


Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1 - Parameter fisik sungai .................................................................... 5

Gambar II.1 - Rumus bilangan reynold ................................................................. 8

Gambar III.1 - Kontinuitas .................................................................................. 11

Gambar III.2 - Contoh soal energi ...................................................................... 12

Gambar III.3 - Specific energy ............................................................................ 13

Gambar III.4 - Rumus bernoulli .......................................................................... 14

Gambar III.5 - Konservasi energi ........................................................................ 14

Gambar IV.1 - Perhitungan elevasi muka air ....................................................... 19

Gambar IV.2 - Tabel water surface profile (backwater) computations ................. 20

Gambar IV.3 - Compound channel section .......................................................... 21

Gambar VI.2 - Bentuk-bentuk saluran .................................................................. 22

Gambar VI.3 - Two-stage ditch geometry with minimum size benches ................ 24

Gambar VI.4 – Two-stage ditch geometry with minimum size benches ................ 24

Gambar VI.5 – Contoh soal saluran tampang ganda ........................................... 27


Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi v

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL

Deskripsi

Modul hidrolika sungai ini terdiri dari 6 (enam) materi pokok. Materi pokok pertama

membahas parameter fisik sungai. Materi pokok kedua membahas bilangan non

dimensional. Materi pokok ketiga membahas hukum 2: kontinuitas, kekekalan

energy dan momentum. Materi pokok keempat membahas jenis-jenis aliran. Materi

pokok kelima membahas perhitungan elevasi muka air. Materi pokok keenam

membahas saluran tampang ganda.

Peserta pelatihan mempelajari keseluruhan modul ini dengan cara yang berurutan.

Pemahaman setiap materi pada modul ini diperlukan untuk memahami dan

menerapkan hidrolika sungai. Setiap materi pokok dilengkapi dengan latihan yang

menjadi alat ukur tingkat penguasaan peserta pelatihan setelah mempelajari materi

pada materi pokok.

Persyaratan

Dalam mempelajari modul ini, peserta pelatihan diharapkan dapat menyimak

dengan seksama penjelasan dari pengajar, sehingga dapat memahami dan

menerapkan dengan baik materi yang merupakan materi inti/substansi dari

Pelatihan Perencanaan Teknik Sungai. Untuk menambah wawasan, peserta

diharapkan dapat membaca terlebih dahulu materi yang berkaitan dengan hidrolika

sungai dari sumber lainnya.

Metode

Dalam pelaksanaan pembelajaran ini, metode yang dipergunakan adalah dengan

kegiatan pemaparan yang dilakukan oleh Pengajar/Widyaiswara/Fasilitator, adanya

kesempatan diskusi, tanya jawab dan peragaan.

Alat Bantu/Media

Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran ini, diperlukan Alat Bantu/Media

pembelajaran tertentu, yaitu: LCD/projector, Laptop, white board dengan spidol dan

penghapusnya, bahan tayang, serta modul dan/atau bahan ajar.


Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi vi

Kompetensi Dasar

Setelah mengikuti seluruh rangkaian pembelajaran, peserta diharapkan mampu

memahami dan menerapkan mengenai materi hidrolika sungai.


Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi 1

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sungai adalah sebuah system alur alam yang secara menerus menyesuaikan

dirinya terhadap perubahan lingkungan sekitarnya dalam bentuk aksi dan reaksi.

Penyesuaian terhadap perubahan lingkungan sekitar ini bisa berjalan pelan tak

terlihat dan berjangka panjang atau bisa juga berjalan sangat cepat mendadak.

Dampak dari perubahan yang terjadi di sungai tidak hanya terjadi local tapi bisa jauh

ke hulu dan ke hilir. Penyesuaian atas aksi terhadap sungai dapat berdampak

perubahan tampang melintang, kemiringan memanjang, sinusitas, bentuk palung,

kecepatan air, nilai kekasaran tebing dan dasar sungai dalam tampang memanjang

tergantung jenis dan intensitas dampak. Setelah terjadi dampak itu sungai akan

memulihkan dirinya ke kondisi keseimbangan yang dapat berlangsung cepat dalam

beberapa minggu atau dapat juga berlangsung lama dalam beberapa puluh tahun.

Karena letaknya paling rendah dalam landsekap bumi, sungai menerima semua

pengaruh kegiatan di daratan, utamanya yang terbawa oleh aliran air. Sehingga

benarlah ungkapan ‘the health of our water is the principal measure of how we live

on the land (Luna Leopold 1915-2006).

B. Deskripsi Singkat

Mata pelatihan ini membekali peserta pelatihan dengan pengetahuan mengenai

hidrolika sungai, yang disajikan dengan menggunakan metode ceramah, diskusi,

tanya jawab dan peragaan.

C. Tujuan Pembelajaran

1. Kompetensi Dasar

Setelah mengikuti seluruh rangkaian pembelajaran, peserta diharapkan

mampu memahami dan menerapkan materi hidrolika sungai.

2. Indikator Keberhasilan

Setelah mengikuti pembelajaran, peserta diharapkan mampu:

a. Menjelaskan dan menerapkan parameter fisik sungai,



b. Menjelaskan dan menerapkan bilangan non dimensional,

c. Menjelaskan dan menerapkan hukum 2: kontinuitas, kekekalan energi dan

momentum,

d. Menjelaskan dan menerapkan jenis-jenis aliran,

e. Menjelaskan dan menerapkan perhitungan elevasi muka air,

f. Menjelaskan dan menerapkan saluran tampang ganda.

D. Materi Pokok dan Sub Materi Pokok

Dalam modul hidrolika sungai ini akan membahas materi:

1. Parameter fisik sungai

a. Parameter fisik palung sungai,

b. Kedalaman normal.

2. Bilangan non dimensional

a. Bilangan Froude,

b. Bilangan Reynold.

3. Hukum 2: kontinuitas, kekekalan energi dan momentum

a. Kontinuitas,

b. Energi,

c. Kekekalan energi.

4. Jenis-jenis aliran

a. Saluran uniform dan non uniform, aliran steady dan unsteady,

b. Aliran air rendah,

c. Aliran pembentuk alur (channel-forming discharge),

d. Aliran banjir (high flows).

5. Perhitungan elevasi muka air

6. Saluran tampang ganda

a. Saluran tampang ganda,

b. Keuntungan saluran tampang ganda,

c. Dimensi saluran tampang ganda,

d. Contoh perhitungan saluran tampang ganda.



E. Estimasi Waktu

Alokasi waktu yang diberikan untuk pelaksanaan kegiatan belajar mengajar untuk

mata pelatihan “Hidrolika Sungai” ini adalah 10 (sepuluh) jam pelajaran (JP) atau

sekitar 450 menit.



MATERI POKOK 1

PARAMETER FISIK SUNGAI

1.1 Parameter Fisik Palung Sungai

Ada beberapa parameter fisik palung sungai yang digunakan dalam hitungan

hidrolika. Adalah penting untuk mengukur parameter fisik tersebut secara periodic

dan teliti untuk memahami perubahan yang terjadi di sungai.

Parameter fisik tersebut adalah :

a. Lebar puncak adalah lebar permukaan air tegak lurus arah aliran.

b. Perimeter basah P adalah panjang keliling dasar dan tebing sungai mengikuti

tampang melintang tegak lurus aliran.

c. Luas tampang basah adalah luas tampang melintang yang dibatasi oleh keliling

dasar sungai dan muka air.

d. Tampang melintang (cross-section) adalah tampang sungai tegak lurus arah

aliran.

e. Thalweg adalah garis yang menghubungkan titik terendah palung sungai.

f. Kedalaman aliran (flow depth) yaitu jarak antara dasar sungai dan muka air.

Kedalaman diukur dari dasar palung terdalam (thalweg).

g. Kedalaman normal adalah kedalaman aliran pada saluran uniform dengan

aliran steady flow. Pada kondisi ini muka air sejajar dengan kemiringan dasar

saluran dan juga kemiringan energinya.

h. Kemiringan dasar memanjang adalah kemiringan rata-rata thalweg pada ruas

sungai tertentu.

Indikator keberhasilan : setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta diharapkan

mampu menjelaskan dan menerapkan parameter fisik sungai.



Gambar I.1 – Parameter fisik sungai

1.2 Kedalaman Normal

Kedalaman normal adalah aliran yang terjadi di saluran dengan tampang beraturan

sehingga kemiringan muka air sama dengan kemiringan dasar saluran. Dalam

aliran ini arah aliran saling sejajar sempurna tidak ada turbulensi dan arus balik

(eddies).

Di sungai hal ini sangat tergantung dari geometri palung sungai dan aliran ini dapat

terjadi hanya pada ruas sungai yang lurus dengan tampang yang relative beraturan.

Pada sungai yang bermeander penampang ini terjadi di lokasi ‘crossing’ (tempat

berubahnya arah meander).

Di tempat yang relative lurus dan beraturan ini terjadi aliran dengan kedalaman

normal. Di tempat yang lurus ini (kira-kira panjangnya 20 x lebar sungai) hubungan

antara elevasi muka air dan debit Q adalah unik, artinya untuk satu nilai elevasi



hanya terdapat satu nilai debit. Tempat yang bersifat unik ini dapat dipakai sebagai

titik awal perhitungan elevasi muka air.

1.3 Latihan

Terangkan secara singkat dan jelas pertanyaan di bawah ini!

1. Jelaskan alasan pentingnya mengukur parameter fisik sungai!

2. Sebutkan dan jelaskan tiga parameter fisik palung sungai!

3. Jelaskan pengertian dari kedalaman normal!

1.4 Rangkuman

Terdapat beberapa parameter fisik palung sungai yang digunakan dalam hitungan

hidrolika. Penting untuk mengukur parameter fisik tersebut secara periodik dan teliti

untuk memahami perubahan yang terjadi di sungai.

Adapun parameter fisik tersebut adalah lebar puncak adalah lebar permukaan air

tegak lurus arah aliran, perimeter basah p adalah panjang keliling dasar dan tebing

sungai mengikuti tampang melintang tegak lurus aliran, luas tampang basah adalah

luas tampang melintang yang dibatasi oleh keliling dasar sungai dan muka air,

tampang melintang (cross-section) adalah tampang sungai tegak lurus arah aliran,

thalweg adalah garis yang menghubungkan titik terrendah palung sungai,

kedalaman aliran (flow depth) yaitu jarak antara dasar sungai dan muka air,

kedalaman diukur dari dasar palung terdalam (thalweg), kedalaman normal adalah

kedalaman aliran pada saluran uniform dengan aliran steady flow. Pada kondisi ini

muka air sejajar dengan kemiringan dasar saluran dan juga kemiringan energinya,

kemiringan dasar memanjang adalah kemiringan rata-rata thalweg pada ruas

sungai tertentu.

Kedalaman normal adalah aliran yang terjadi di saluran dengan tampang beraturan

sehingga kemiringan muka air sama dengan kemiringan dasar saluran. Dalam

aliran ini arah aliran saling sejajar sempurna tidak ada turbulensi dan arus balik

(eddies).



MATERI POKOK 2

BILANGAN NON DIMENSIONAL

2.1 Bilangan Froude

Bilangan Froude adalah angka nondimensional hubungan antara gaya inertia dan

gaya gravitasi pada aliran air. Froude seorang ilmuwan Inggris mengamati bahwa

hambatan sebuah perahu ketika ditarik dalam air, jumlah gelombang yang terjadi

akan sama jika perbandingan kecepatan perahu terhadap akar panjang

gelombangnya sama. Dalam hidrolika panjang gelombang adalah sama dengan

kedalaman hidrolik.

Bilangan Froude

dengan :

v = kecepatan aliran (m/det)

g = gravitasi (9.8 m/det2)

d = kedalaman aliran (m)

Jika Fr < 1 gaya gravitasi lebih dominan dan alirannya adalah subkritik.

Jika Fr > 1 gaya inertia lebih dominan dan alirannya adalah superkritik.

Angka Foude digunakan untuk menentukan jenis aliran. Untuk aliran subkritik

kondisi pembatas (boundary condition) ada di hilir sementara untuk superkritik

kondisi pembatasnya ada di hulu dan pada saat Fr = 1 jenis alirannya adalah kritik.


mampu menjelaskan dan menerapkan bilangan non dimensional.

Fr = V / √ (g.d)



2.2 Bilangan Reynold

Bilangan Reynold adalah angka nondimensional hubungan antara gaya inertia dan

gaya kekentalan digunakan untuk menentukan suatu aliran laminar atau turbulen.

Osborne Reynold seorang ilmuwan Inggris abad 17 mengamati hambatan angin di

sebuah percobaan terowong angin.

Inersia adalah hasil perkalian antara kecepatan dan radius hidrolik dibagi dengan

kekentalan kinematik.

Jika Re > 2000 aliran turbulent, jika Re < 500 aliran laminar dan jika terletak antara

500 – 2000 aliran transisi.

Angka Reynold digunakan dalam analisis angkutan sedimen. Dalam hal ini

kecepatan menjadi kecepatan gesek (shear velocity) dan radius hidrolik menjadi

diameter butiran dasar pembentuk alur.

Gambar II.1 – Rumus bilangan reynold

2.3 Latihan


1. Jelaskan kegunaan angka Froude dan angka Reynold!

2. Jika Fr < 1 alirannya subkritik, di mana letak kondisi pembatasnya?

3. Jika Fr>1 alirannya superkritik, di mana letak kondisi pembatasnya?

2.4 Rangkuman

Bilangan Froude adalah angka nondimensional hubungan antara gaya inertia dan

gaya gravitasi pada aliran air. Dalam hidrolika panjang gelombang adalah sama

dengan kedalaman hidrolik. Angka Foude digunakan untuk menentukan jenis aliran.

Untuk aliran subkritik kondisi pembatas (boundary condition) ada di hilir sementara



untuk superkritik kondisi pembatasnya ada di hulu dan pada saat Fr = 1 jenis

alirannya adalah kritik.

Bilangan Reynold adalah angka nondimensional hubungan antara gaya inertia dan

gaya kekentalan digunakan untuk menentukan suatu aliran laminar atau turbulen.

Angka Reynold digunakan dalam analisis angkutan sedimen. Dalam hal ini

kecepatan menjadi kecepatan gesek (shear velocity) dan radius hidrolik menjadi

diameter butiran dasar pembentuk alur.



MATERI POKOK 3

HUKUM 2: KONTINUITAS, KEKEKALAN ENERGI DAN MOMENTUM

1.1 Kontinuitas

Saluran terbuka mempunyai permukaan yang terbuka terhadap atmosfer, padahal

air adalah suatu zat yang tak bisa dimampatkan. Jadi pasti ketika air mengalir

melalui sungai yang tampang melintangnya tidak beraturan aliran tersebut akan

mengalami perubahan kecepatan dan kedalaman menyesuaikan terhadap bentuk

geometri sungai. Jika tidak ada air yang masuk dan meninggalkan sungai, jumlah

air yang mengalir akan tetap sama dari tiap tampang melintang sungai. Karena air

tidak dapat dimampatkan maka hasil perkalian kecepatan aliran dan luas tampang

melintang akan tetap sama.

Persamaan konservasi massanya adalah sbb :

dengan :

Q = debit aliran (m3/det)

A = luas tampang basah (m2)

V = kecepatan rata-rata (m/det)


mampu menjelaskan dan menerapkan materi hukum 2: kontinuitas, kekekalan

energi dan momentum.

Q = V.A



Gambar III.1 - Kontinuitas

1.2 Energi

Energi adalah kemampuan yang dimiliki sebuah sistem fisik untuk bergerak

melawan gaya. Energi adalah jumlah daya yang diperlukan untuk menggerakkan

sebuah massa sepanjang jarak tertentu, Daya = Gaya kali Jarak. Dalam system

tertutup energy total adalah konstan ini disebut hukum kekekalan energi.

Energi dalam air mengalir terdiri atas beberapa komponen sering disebut’head’ dan

digambarkan sebagai jarak vertical, yaitu :

1. Energi potensial atau ‘pressure head’ akibat massa dan gaya gravitasi bumi.

2. Energi kinetic yang berhubungan dengan pergerakan air dan disebut sebagai

‘velocity head’



Gambar III.2 – Contoh soal energi



Gambar III.3 – Specific energy



1.3 Kekekalan Energi

Menurut rumus Bernoulli :

Gambar III.4 – Rumus bernoulli

Rumus di atas menggambarkan hubungan energi antara 2 tampang melintang (1

dan 2) dengan :

Y = energy potensial

V = energy kinetic

Z = energy potensial dari datum tegak lurus terhadap arah gravitasi

hL = kehilangan head (head loss) diantara penampang 1 dan 2

Head loss adalah energy yang diperlukan untuk melawan gesekan tebing dan dasar

sungai, turbulensi, dan angkutan sedimen.

Gambar III.5 – Konservasi energi



1.4 Latihan


1. Apa yang terjadi ketika air mengalir melalui sungai yang tampang melintangnya

tidak beraturan?

2. Apa yang dimaksud dengan energi? Dan sebutkan beberapa komponen energi

dalam air mengalir!

3. Apa yag dimaksud dengan head loss?

1.5 Rangkuman





geometri sungai. Adapun rumus dari kontinuitas adalah:

Energi adalah kemampuan yang dimiliki sebuah sistem fisik untuk bergerak

melawan gaya. Energi adalah jumlah daya yang diperlukan untuk menggerakkan

sebuah massa sepanjang jarak tertentu, Daya = Gaya kali Jarak. Dalam system

tertutup energy total adalah konstan ini disebut hokum kekekalan energi.

Kekekalan energi menggunakan rumus Bernoulli sebagai berikut:

Q = V.A



MATERI POKOK 4

JENIS-JENIS ALIRAN

4.1 Saluran Uniform dan Non Uniform, Aliran Steady dan Unsteady

Banyak parameter hidrolika dalam perencanaan didekati dengan anggapan kondisi

aliran normal yang didasarkan pada penyelesaian rumus Manning. Cara ini

sebenarnya hanya sesuai untuk kondisi aliran uniform yaitu ketika gaya gravitasi

ditahan oleh gaya gesek yang menganggap kedalaman rata-rata, kecepatan dan

luas tampang basah tetap sama sepanjang aliran. Hal ini dapat terjadi hanya pada

saluran prismatic yang lurus dan panjang atau saluran uniform ( dQ/dx = 0 dan

dy/dx = 0).

Dalam kenyataannya aliran sungai adalah non uniform (dQ/dx tidak = 0 dan dy/dx

tidak = 0) dan unsteady (debitnya berubah - dQ/dt dan dy/dt tidak = 0).

4.2 Aliran Air Rendah

Aliran air rendah (low flows) direncanakan pada musim kemarau dengan alur

tertentu agar kehidupan biota air di sungai dapat tetap terjaga. Saat musim kemarau

umumnya merupakan perioda yang kritis bagi kehidupan berbagai jenis ikan.

Informasi para ahli biologi tentang kebutuhan alur air saat musim kemarau

merupakan prasyarat untuk mendisain aliran minimum yang masih harus tersedia

di sungai, misalnya paling tidak masih tersedia aliran 95% sebagai aliran

pemeliharaan sungai.

4.3 Aliran Pembentuk Alur (Channel-Forming Discharge)

Aliran ini digunakan untuk analisis stable channel yaitu saluran yang dalam waktu

lama tidak menunjukkan perubahan dimensi yang berarti (relative tetap). Aliran ini

adalah aliran tunggal yang dapat dijadikan pengganti aliran alam yang selalu

berubah. Konsep ini hanya cocok untuk sungai-sungai alluvial di bagian hilir yang

selalu ada airnya bukan sungai musiman ataupun sungai di daerah hulu. Aliran


mampu menjelaskan dan menerapkan jenis-jenis aliran.



pembentuk alur umumnya didekati dengan besaran Q2 disebut juga dominant

discharge.

4.4 Aliran Banjir (High Flows)

Aliran banjir dinyatakan dalam probabilitas / kemungkinan terjadi disamai atau

dilampaui nya besaran debit banjir tertentu. Umumnya dinyatakan dalam periode

ulang (tahun) misalnya debit banjir Q100 tahun di suatu lokasi adalah = 500 m3/det.

Periode ulang yang relative tinggi digunakan pada wilayah pengembangan ekonomi

yang lebih maju (perkotaan / metropolitan) sementara yang lebih kecil digunakan

untuk wilayah yang belum maju (pedesaan). Hal yang demikian mengingat kerugian

banjir yang ditimbulkan untuk wilayah perkotaan jauh lebih besar dibanding dengan

wilayah pedesaan, sehingga memerlukan tingkat keamananan yang lebih tinggi.

Pemilihan periode ulang banjir untuk alur dan prasarana yang akan dibangun

didasarkan pada analisis kelayakan ekonomi.

Untuk keperluan praktis restorasi sungai alluvial berikut ketentuan berikut ini dapat

dipertimbangkan :

a. Untuk menjaga agar tidak terjadi kenaikan muka air yang berlebihan misalnya

karena banyak bangunan untuk keperluan umum di dekat sempadan sungai,

debit rencana untuk restorasi sungai dibatasi untuk Q5th.

b. Banjir dengan periode ulang Q10th- Q25th digunakan untuk memperkirakan

gerusan yang terjadi pada tebing dan dasar sungai, agar dampak yg timbul

seminimal mungkin.

c. Banjir dengan periode ulang Q50th-Q100th digunakan untuk memperkirakan

batas dataran banjir, juga alur banjir (flood way) yang tidak menimbulkan

kenaikan muka air yang tinggi (< 1 feet) di dataran banjir.

Untuk keperluan pengendalian banjir di Indonesia berlaku ketentuan rule of thumb

sbb :

1. Untuk ibukota kabupaten/kotamadya digunakan periode ulang Q10

2. Untuk ibukota provinsi / kota besar digunakan periode ulang Q20-Q50



Untuk ibukota Negara/metropolitan digunakan periode ulang Q50-Q100

Persamaan konservasi massanya adalah sbb :

dengan :

Q = debit aliran (m3/det)

A = luas tampang basah (m2)

V = kecepatan rata-rata (m/det)

4.5 Latihan

1. Mengapa aliran air rendah direncanakan pada musim kemarau?

2. Apa kegunaan dari aliran pembentuk alur (channel-forming discharge)?

3. Bagaimana ketentuan untuk keperluan praktis restorasi sungai aluvial?

4.6 Rangkuman

Banyak parameter hidrolika dalam perencanaan didekati dengan anggapan kondisi

aliran normal yang didasarkan pada penyelesaian rumus manning. Cara ini

sebenarnya hanya sesuai untuk kondisi aliran uniform yaitu ketika gaya gravitasi

ditahan oleh gaya gesek yang menganggap kedalaman rata-rata, kecepatan dan

luas tampang basah tetap sama sepanjang aliran.

Terdapat beberapa jenis aliran, yaitu:

a. Aliran air rendah (low flows) direncanakan pada musim kemarau dengan alur

tertentu agar kehidupan biota air di sungai dapat tetap terjaga.

b. Aliran pembentuk alur (channel-forming discharge) aliran ini digunakan untuk

analisis stable channel yaitu saluran yang dalam waktu lama tidak menunjukkan

perubahan dimensi yang berarti (relative tetap). Aliran ini adalah aliran tunggal

yang dapat dijadikan pengganti aliran alam yang selalu berubah.

c. Aliran banjir dinyatakan dalam probabilitas / kemungkinan terjadi disamai atau

dilampaui nya besaran debit banjir tertentu. Umumnya dinyatakan dalam

periode ulang (tahun) misalnya debit banjir q100 tahun di suatu lokasi adalah =

500 m3/det.

Q = V.A



MATERI POKOK 5

PERHITUNGAN ELEVASI MUKA AIR

5.1 Perhitungan Elevasi Muka Air

Gambar IV.1 – Perhitungan elevasi muka air


mampu menjelaskan dan menerapkan perhitungan elevasi muka air.



Gambar IV.2 - Tabel water surface profile (backwater) computations



MATERI POKOK 6

SALURAN TAMPANG GANDA

6.1 Saluran Tampang Ganda (Two-Stage/Compound Channel)

Saluran tampang ganda lebih mendekati kondisi alami sehingga menunjukkan

kinerja ekologi yang lebih baik. Alur bagi debit pembentuk alur (debit dominan)

diperlukan untuk melewatkan sedimen. Yang paling menentukan bagi alur debit

dominan adalah lebar puncak alur.

Dimensi alur bagi debit dominant ini dapat ditentukan berdasarkan alur ruas

referensi, yaitu alur di ruas sungai yang sama atau sungai sejenis yang relatif stabil,

tidak menampakkan perubahan karena sedimentasi maupun gerusan.

Sungai sejenis artinya sungai yang berdekatan dan /atau yang memiliki kondisi

geologi, topografi dan vegetasi sempadan yang mirip.

Sementara alur bagi debit banjir (flood plain channel) diperlukan untuk melewatkan

debit banjir. Dengan pembagian tersebut dan meletakkan alur untuk sedimen di

dalam alur untuk banjir menjadikan alur semakin stabil.

Gambar VI.1 - Compound channel section


mampu menjelaskan dan menerapkan tentang saluran tampang ganda.



Gambar VI.2 - Bentuk-bentuk saluran



6.2 Keuntungan Saluran Tampang Ganda

Dengan membuat saluran lebih kecil ditengah menjadikan kedalaman air

bertambah besar yang mengakibatkan kemampuan mendorong sedimen juga

semakin kuat. Alur menjadi lebih stabil tidak mudah terjadi sedimentasi.

Dengan membuat saluran banjir yang lebih lebar di atas saluran untuk sedimen

mengakibatkan gaya gerusan tebing mengecil karena dengan membuat alur lebar

kedalaman air di tebing sungai menjadi kecil dan potensi gerusan/erosi juga

mengecil. Alur menjadi lebih stabil tidak mudah terjadi gerusan tebing. Juga karena

pada musim kemarau tebing flood plain channel tidak tersentuh air menjadikan

tebing ini dapat diisi tetumbuhan penstabil tebing.

6.3 Dimensi Saluran Tampang Ganda

Dimensi saluran jenis tampang ganda ditentukan oleh angka perbandingan lebar

dasar saluran flood plain dibagi dengan lebar puncak saluran debit dominan.

Untuk sungai aluvial berdasarkan pengamatan visual dan modeling angkutan

sedimen dasar ada 2 kaidah rule of thumb sbb :

a. Jika angka perbandingan lebih kecil dari 3 akan terjadi kecenderungan bantaran

menjadi tidak stabil tidak terbentuk tampang ganda sehingga saluran menjadi

bertampang tunggal.

b. Jika angka perbandingan lebih besar dari 5 akan terjadi kecenderungan alur

keseluruhan menjadi berbentuk meandering.

c. Berdasar 1 dan 2 di atas sebaiknya angka perbadingan hendaknya dipilih

antara 3 sampai 5.



Gambar VI.3 – Two-stage ditch geometry with minimum size benches

Gambar VI.4 – Two-stage ditch geometry with minimum size benches



6.4 Contoh Perhitungan Saluran Tampang Ganda





Gambar VI.5 – Contoh soal saluran tampang ganda

6.5 Latihan

1. Mengapa saluran tampang ganda lebih baik daripada saluran tampang

tunggal?

2. Apa keuntungan dari saluran tampang ganda?

3. Bagaimana dimensi saluran jenis tampang ganda ditentukan?

6.6 Rangkuman

Saluran tampang ganda lebih mendekati kondisi alami sehingga menunjukkan

kinerja ekologi yang lebih baik. Alur bagi debit pembentuk alur (debit dominan)

diperlukan untuk melewatkan sedimen. Yang paling menentukan bagi alur debit

dominan adalah lebar puncak alur. Selain itu dimensi saluran jenis tampang ganda

ditentukan oleh angka perbandingan lebar dasar saluran flood plain dibagi dengan

lebar puncak saluran debit dominan.

Terdapat beberapa keuntungan dari saluran tampang ganda yaitu dengan membuat

saluran lebih kecil ditengah menjadikan kedalaman air bertambah besar yang



mengakibatkan kemampuan mendorong sedimen juga semakin kuat. Alur menjadi

lebih stabil tidak mudah terjadi sedimentasi. Kemudian dengan membuat saluran

banjir yang lebih lebar di atas saluran untuk sedimen mengakibatkan gaya gerusan

tebing mengecil karena dengan membuat alur lebar kedalaman air di tebing sungai

menjadi kecil dan potensi gerusan/erosi juga mengecil. Alur menjadi lebih stabil

tidak mudah terjadi gerusan tebing. Juga karena pada musim kemarau tebing flood

plain channel tidak tersentuh air menjadikan tebing ini dapat diisi tetumbuhan

penstabil tebing.



PENUTUP

A. Simpulan

Di dalam modul ini peserta dapat mempelajari, mendalami dan memahami

mengapa materi hidrolika sungai sangat diperlukan dalam melakukan pengelolaan

sumber daya air dalam wilayah sungai. Peserta juga dapat memahami dan

menerapkan mengenai materi parameter fisik sungai, bilangan non dimensional,

hukum 2: kontinuitas, kekekalan energi dan momentum, jenis-jenis alira,

perhitungan elevasi muka air dan saluran tampang ganda.

Pada dasarnya terdapat beberapa parameter fisik palung sungai yang digunakan

dalam hitungan hidrolika. Selain itu penting untuk mengukur parameter fisik tersebut

secara periodic dan teliti untuk memahami perubahan yang terjadi di sungai.

Terdapat beberapa bilangan non dimensional yaitu bilangan froude yang digunakan

untuk menentukan jenis aliran, dan bilangan reynold yang digunakan dalam analisis

angkutan sedimen.





geometri sungai. Energi adalah kemampuan yang dimiliki sebuah sistem fisik untuk

bergerak melawan gaya.

Terdapat jenis-jenis aliran yang terdiri dari aliran steady dan unsteady, aliran air

rendah, aliran pembentuk alur, dan aliran banjir. Saluran tampang ganda lebih

mendekati kondisi alami sehingga menunjukkan kinerja ekologi yang lebih baik. Alur

bagi debit pembentuk alur (debit dominan) diperlukan untuk melewatkan sedimen,

yang paling menentukan bagi alur debit dominan adalah lebar puncak alur.

Selain itu juga modul ini dapat memberikan gambaran yang jelas dalam

mengimplementasikan kegiatan di atas dalam modul ini juga disertakan ilustrasi

yang berupa gambar/ foto pelaksanaan pekerjaan dilapangan.



B. Tindak Lanjut

Sebagai tindak lanjut dari pelatihan ini, peserta diharapkan dapat lebih memahami

detail tentang hidrolika sungai secara menyeluruh pada suatu daerah secara luas

serta ketentuan pendukung terkait lainnya, sehingga memiliki pemahaman

mengenai parameter fisik sungai, bilangan non dimensional, hukum 2: kontinuitas,

kekekalan energi dan momentum, jenis-jenis aliran, perhitungan elevasi muka iar

dan saluran tampang ganda dengan baik dan benar serta bisa menerapkan tentang

materi hidrolika sungai secara baik dan bijaksana demi kesinambungan

perencanaan teknik sungai secara berkelanjutan.



EVALUASI FORMATIF

Evaluasi formatif adalah evaluasi yang dilakukan diakhir pembahasan modul

hidrolika sungai pada Pelatihan Perencanaan Teknik Sungai. Evaluasi ini

dimaksudkan untuk mengetahui sejauh mana pemahaman peserta pelatihan

terhadap materi yang disampaikan dalam modul.

A. Soal

Anda diminta untuk memilih salah satu jawaban yang benar dari petanyaan-

pertanyaan di bawah ini!

1. Penting untuk mengukur parameter fisik sungai secara periodic dan teliti

untuk…..

a. Memahami perubahan yang terjadi di sungai

b. Mengikuti tampang melintang tegak lurus aliran

c. Menghubungkan titik terendah palung sungai

d. Menentukan jenis aliran

e. Menentukan suatu aliran laminar atau turbulen

2. Berikut ini merupakan beberapa parameter fisik sungai, kecuali …..

a. Lebar puncak

b. Perimeter basah P

c. Aliran banjir

d. Luas tampang basah

e. Tampang melintang (cross-section)

3. Berikut ini merupakan kegunaan dari bilangan Froude …..

a. Memahami perubahan yang terjadi di sungai

b. Mengikuti tampang melintang tegak lurus aliran

c. Menghubungkan titik terendah palung sungai

d. Menentukan jenis aliran

e. Menentukan suatu aliran laminar atau turbulen



4. Aliran ini adalah aliran tunggal yang dapat dijadikan pengganti aliran alam yang

selalu berubah, pernyataan tersebut merupakan pengertian dari aliran ....

a. Aliran steady

b. Aliran uniform

c. Aliran pembentuk alur

d. Aliran air rendah

e. Aliran banjir

5. Berikut ini merupakan keuntungan saluran tampang ganda, kecuali…..

a. Mengakibatkan kemampuan mendorong sedimen semakin kuat

b. Alur menjadi lebih stabil tidak mudah terjadi sedimentasi

c. Alur menjadi lebih stabil tidak mudah terjadi gerusan tebing

d. Menjadikan tebing ini dapat diisi tetumbuhan penstabil tebing

e. Mengukur parameter fisik tersebut secara periodic dan teliti

B. Umpan Balik dan Tindak Lanjut

Untuk mengetahui tingkat penguasaan peserta pelatihan terhadap materi yang di

paparkan dalam materi pokok, gunakan rumus berikut :

𝑇𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑠𝑎𝑎𝑛 =Jumlah Jawaban Yang Benar

Jumlah Soal × 100 %

Arti tingkat penguasaan :

90 - 100 % : baik sekali

80 - 89 % : baik

70 - 79 % : cukup

< 70 % : kurang

Diharapkan dengan materi yang ada pada modul ini, peserta dapat memahami dan

menerapkan hidrolika sungai. Proses berbagi dan diskusi dalam kelas dapat

menjadi pengayaan akan materi hidrolika sungai. Untuk memperdalam pemahaman

terkait materi hidrolika sungai, diperlukan pengamatan pada beberapa modul-modul

mata pelatihan terkait atau pada modul-modul yang pernah Anda dapatkan serta

melihat variasi-variasi modul-modul yang ada pada media internet. Sehingga

terbentuklah pemahaman yang utuh akan perencanaan teknik sungai.


Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi

DAFTAR PUSTAKA



GLOSARIUM

Air : Semua air yang terdapat pada, di atas, ataupun di

bawah permukaan tanah, seperti air permukaan,

air tanah, air hujan, dan air laut yang berada di

darat.

Aliran Sungai : Daerah sekitar sungai, yang melebar sampai ke

punggung bukit (gunung) yang merupakan daerah

sumber air, tempat semua curahan air hujan yang

jatuh di atasnya mengalir ke dalam sungai.

Alur : Lekuk memanjang (di tanah, kayu, sungai, bagian

tubuh, dan sebagainya).

Elevasi : Ketinggian suatu tempat terhadap daerah

sekitarnya (di atas permukaan laut).

Energi : Kemampuan untuk melakukan kerja (misalnya

untuk energi listrik dan mekanika); daya

(kekuatan) yang dapat digunakan untuk

melakukan berbagai proses kegiatan, misalnya

dapat merupakan bagian suatu bahan atau tidak

terikat pada bahan (seperti sinar matahari);

tenaga.

Erosi : Hal menjadi aus (berlubang) karena geseran air

(tentang batu).

Kedalaman : Jarak dari permukaan sampai ke dasar; dalamnya.

Kontinuitas : Kesinambungan; kelangsungan; kelanjutan;

keadaan kontinu.



Palung : Tanah yang berlekuk dalam dan berisi air; paluh

Parameter : Ukuran seluruh populasi dalam penelitian yang

harus diperkirakan dari yang terdapat di dalam

percontoh.

Sedimentasi : Pengendapan atau hal mengendapkan benda

padat karena pengaruh gaya berat.



KUNCI JAWABAN

Berikut ini merupakan kumpulan jawaban atau kata kunci dari setiap butir

pertanyaan yang terdapat di dalam modul. Kunci jawaban ini diberikan dengan

maksud agar peserta pelatihan dapat mengukur kemampuan diri sendiri.

Adapun kunci jawaban dari latihan setiap materi pokok, sebagai berikut:

Latihan Materi Pokok 1

1. Penting untuk mengukur parameter fisik sungai secara periodik dan teliti

untuk memahami perubahan yang terjadi di sungai.

2. Terdapat beberapa parameter fisik sungai, yaitu:

a. Lebar puncak adalah lebar permukaan air tegak lurus arah aliran.

b. Perimeter basah P adalah panjang keliling dasar dan tebing sungai

mengikuti tampang melintang tegak lurus aliran.

c. Luas tampang basah adalah luas tampang melintang yang dibatasi oleh

keliling dasar sungai dan muka air.

d. Tampang melintang (cross-section) adalah tampang sungai tegak lurus

arah aliran.

e. Thalweg adalah garis yang menghubungkan titik terendah palung sungai.

f. Kedalaman aliran (flow depth) yaitu jarak antara dasar sungai dan muka air.

Kedalaman diukur dari dasar palung terdalam (thalweg).

g. Kedalaman normal adalah kedalaman aliran pada saluran uniform dengan

aliran steady flow. Pada kondisi ini muka air sejajar dengan kemiringan

dasar saluran dan juga kemiringan energinya.

h. Kemiringan dasar memanjang adalah kemiringan rata-rata thalweg pada

ruas sungai tertentu.

3. Kedalaman normal adalah aliran yang terjadi di saluran dengan tampang

beraturan sehingga kemiringan muka air sama dengan kemiringan dasar

saluran. Dalam aliran ini arah aliran saling sejajar sempurna tidak ada turbulensi

dan arus balik (eddies).




1. Kegunaan dari angka froude dan angka reynold yaitu:

a. Angka Froude digunakan untuk menentukan jenis aliran.

b. Angka Reynold digunakan dalam analisis angkutan sedimen.

2. Kondisi pembatas (boundary condition) untuk aliran subkritik terdapat di

hilir sementara.

3. Kondisi pembatas (boundary condition) untuk aliran superkritik terdapat di

hulu sungai.


1. Ketika air mengalir melalui sungai yang tampang melintangnya tidak

beraturan aliran tersebut akan mengalami perubahan kecepatan dan

kedalaman menyesuaikan terhadap bentuk geometri sungai.

2. Energi adalah kemampuan yang dimiliki sebuah sistem fisik untuk bergerak

melawan gaya. Energi adalah jumlah daya yang diperlukan untuk

menggerakkan sebuah massa sepanjang jarak tertentu, Daya = Gaya kali

Jarak.

Terdapat beberapa komponen energi dalam air mengalir yang sering

disebut ’head’ dan digambarkan sebagai jarak vertical, yaitu :

a. Energi potensial atau ‘pressure head’ akibat massa dan gaya gravitasi

bumi.

b. Energi kinetic yang berhubungan dengan pergerakan air dan disebut

sebagai ‘velocity head’

3. Head loss adalah energy yang diperlukan untuk melawan gesekan tebing dan

dasar sungai, turbulensi, dan angkutan sedimen.


1. Aliran air rendah (low flows) direncanakan pada musim kemarau dengan

alur tertentu agar kehidupan biota air di sungai dapat tetap terjaga. Saat musim

kemarau umumnya merupakan perioda yang kritis bagi kehidupan berbagai

jenis ikan.



2. Aliran pembentuk alur digunakan untuk analisis stable channel yaitu saluran

yang dalam waktu lama tidak menunjukkan perubahan dimensi yang berarti

(relative tetap).

3. Untuk keperluan praktis restorasi sungai alluvial berikut ketentuan berikut

ini dapat dipertimbangkan :

a. Untuk menjaga agar tidak terjadi kenaikan muka air yang berlebihan

misalnya karena banyak bangunan untuk keperluan umum di dekat

sempadan sungai, debit rencana untuk restorasi sungai dibatasi untuk

Q5th.

b. Banjir dengan periode ulang Q10th- Q25th digunakan untuk

memperkirakan gerusan yang terjadi pada tebing dan dasar sungai, agar

dampak yg timbul seminimal mungkin.

c. Banjir dengan periode ulang Q50th-Q100th digunakan untuk

memperkirakan batas dataran banjir, juga alur banjir (flood way) yang tidak

menimbulkan kenaikan muka air yang tinggi (< 1 feet) di dataran banjir.


1. Saluran tampang ganda lebih baik dari pada saluran tampang tunggal

mendekati kondisi alami sehingga menunjukkan kinerja ekologi yang lebih baik.

Alur bagi debit pembentuk alur (debit dominan) diperlukan untuk melewatkan

sedimen. Yang paling menentukan bagi alur debit dominan adalah lebar puncak

alur.

2. Keuntungan dari saluran tampang ganda adalah sebagai berikut:

a. Dengan membuat saluran lebih kecil ditengah menjadikan kedalaman air

bertambah besar yang mengakibatkan kemampuan mendorong sedimen

juga semakin kuat. Alur menjadi lebih stabil tidak mudah terjadi

sedimentasi.

b. Dengan membuat saluran banjir yang lebih lebar di atas saluran untuk

sedimen mengakibatkan gaya gerusan tebing mengecil karena dengan

membuat alur lebar kedalaman air di tebing sungai menjadi kecil dan

potensi gerusan/erosi juga mengecil. Alur menjadi lebih stabil tidak mudah

terjadi gerusan tebing. Juga karena pada musim kemarau tebing flood plain



channel tidak tersentuh air menjadikan tebing ini dapat diisi tetumbuhan

penstabil tebing.

3. Dimensi saluran jenis tampang ganda ditentukan oleh angka perbandingan

lebar dasar saluran flood plain dibagi dengan lebar puncak saluran debit

dominan.

Adapun kunci jawaban dari soal evaluasi formatif, sebagai berikut :

1. a (Memahami perubahan yang terjadi di sungai)

2. c (Aliran banjir)

3. d (Menentukan jenis aliran)

4. c (Aliran pembentuk alur)

5. e (Mengukur parameter fisik tersebut secara periodic dan teliti)

Documents

Modul 5 Hidrolika Sungai · 2018. 4. 27. · Modul 5 Hidrolika Sungai Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi v PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL Deskripsi Modul hidrolika