55
5.5. Perhitungan Koefisien Kekasaran
Sungai sebagai saluran alamiah memiliki kondisi kekasaran dinding yang tidak seragam, sedang variabel ini mempengaruhi kecepatan air di sungai. Nilai
koefisien kekasaran di sepanjang sungai bervariasi. Hal ini tergantung pada beberapa faktor diantaranya ketidakteraturan sungai, perubahan tata guna lahan,
urbanisasi, erosi dan sedimentasi. Sungai alamiah umumnya memiliki angka kekasaran dinding yang tinggi.
Jika dibandingkan dengan sungai yang telah diluruskan.Sungai alamiah memiliki kemampuan mengalirkan debit lebih kecil pada tinggi muka air yang sama.
Pada penelitian ini, angka kekasaran dinding ditentukan dengan menggunakan rumus Manning-Strickler Maryono, 2005, yaitu sebagai berikut :
5.4 5.5
Dimana, n adalah koefisien kekasaran, V adalah kecepatan aliran mdet, R adalah jari-jari hidraulis m dan i adalah kemiringan saluran.
Berdasarkan persamaan 5.5, diperoleh koefisien kekasaran seperti pada Tabel 9 berikut.
Tabel 9. Nilai koefisien kekasaran pada kondisi tidak banjir No
Lokasi Koefisien Kekasaran n
1. Segmen 1
0,437 2.
Segmen 2 0,173
3. Segmen 3
1,992 4.
Segmen 4 0,096
Tabel 9 di atas menunjukkan bahwa tingkat kekasaran pada Sungai Ciliwung yang melintas di Kelurahan Sempur berada diantara 0,096 hingga 1,992.
Pada kondisi tidak banjir di lokasi Segmen 3 memiliki koefisien kekasaran paling tinggi yaitu 1,992. Hal ini memungkinkan bahwa di lokasi tersebut memiliki
56 hambatan yang lebih besar di bandingkan dengan lokasi lainnya. Sedangkan di
lokasi Segmen 4 memiliki koefisien paling kecil. Koefisien kekasaran yang besar menunjukkan bahwa pada lokasi tersebut memiliki hambatan yang besar.
Selanjutnya pada kejadian banjir, berdasarkan pengamatan bekas genangan di lapangan dan hasil wawancara dengan masyarakat yang tinggal di
sekitar bantaran Sungai Ciliwung di Kelurahan Sempur bahwa kejadian banjir, muka air banjir adalah 4,20
– 6,29 meter dan berdasarkan hasil data pengamatan di stasiun Katulampa, pada kejadian banjir debit sungai adalah sebesar 740 m
3
det. Dengan data yang diperoleh maka dapat dibuat simulasi mengenai debit banjir
yang terjadi di lokasi penelitian. Simulasi dilakukan berdasarkan rumus Manning dan Stickler persamaan 5.5.
Nilai koefisien kekasaran yang digunakan dalam perhitungan ini adalah nilai koefisien kekasaran eksisting pada saat pengukuran di lapangan dan nilai
koefisien kekasaran kumulatif berdasarkan referensi dari berbagai sumber. Penentuan koefisien kekasaran kumulatif ini pada dasarnya tidak ada cara yang
tertentu. Pada tingkat pengetahuan saat ini, memilih suatu nilai koefisien kekasaran berarti meperkirakan hambatan aliran pada saluran tertentu yang benar-
benar tidak dapat diperhitungkan sehingga memerlukan sedikit latihan penentuan teknis serta pengalaman dan setiap orang akan memiliki hasil yang berbeda.
Adapun dalam penelitian ini nilai koefisien kekasaran kumulatif ditentukan berdasarkan jenis kekasaran permukaan dengan ketinggian muka air yang berbeda
pada masing-masing segmen. Jika dalam satu segmen dengan ketinggian muka air yang berbeda memiliki nilai koefisien kekasaran yang sama maka nilai koefisien
kekasaran kumulatif dapat lamgsung menggunakan nilai koefisien kekasaran yang telah diketahui tersebut. Namun jika dalam suatu segmen dengan ketinggian muka
air yang berbeda memiliki nilai koefisien kekasaran yang berbeda-beda maka penentuan nilai koefisien kekasaran kumulatif adalah nilai koefisien kekasaran
rata-rata yaitu dengan menjumlahkan seluruh nilai koefisien kekasaran pada masing-masing ketinggian dibagi dengan jumlah bagian ketinggian. Selanjutnya
untuk mempermudah dalam penentuan nilai koefisien keksaran kumulatif yang akan digunakan, Tabel 10 berikut menyajikan nilai koefisien kekasaran
berdasarkan jenis kekasaran permukaan.
57 Tabel 10. Nilai koefisien kekasaran berdasarkan jenis kekasaran permukaan
No Jenis kekasaran permukaan
Nilai koefisien kekasaran n
1 Bersih lurus, terisi penuh, tanpa rekahan atau
ceruk dalam 0,030
2 Seperti di atas, banyak batu-batu, tanaman
pengganggu 0,035
3 Bersih, berkelok-kelok, berceruk, bertebing
0,040 4
Seperti di atas, dengan tanaman pengganggu, batu-batu
0,045 5
Seperti di atas, tidak terisi penuh, banyak kemiringan dan penampang yang kurang efektif
0,048 6
Seperti nomor 4, berbatu lebih banyak 0,050
7 Tenang pada bagian lurus, tanaman pengganggu,
ceruk dalam 0,070
8 Banyak tanaman pengganggu, ceruk dalam atau
jalan air penuh kayu dan ranting 0,100
Sumber : Ven Te Chow 1985
Berdasarkan nilai koefisien kekasaran pada tabel di atas, maka dibuat perhitungan nilai koefisien kekasaran kumulatif yang didasarkan pada perbedaan
ketinggian muka air.
Tabel 11. Nilai koefisien kekasaran kumulatif No
Tinggi Muka Air cm
Nilai koefisien kekasaran kumulatif Segmen 1
Segmen 2 Segmen 3
Segmen 4 1
– 100 0,269
0,173 1,992
0,066 2
100 – 200
0,100 0,173
1,992 0,035
3 200
– 300 0,079
0,109 1,800
0,035 4
300 – 400
0,035 0,050
0,070 0,035
5 400
– 500 0,032
0,041 0,049
0,035 6
500 – 600
0,030 0,030
0,030 0,030
58 Adapun hasil simulasi debit banjir pada masing-masing segmen dapat
dilihat pada tabel berikut dan selengkapnya dapat dilihat di Lampiran 2.
Tabel 12. Simulasi debit banjir di Segmen 1 h cm
A m
2
i R
Q m
3
det n
kumulatif V
mdet 100
28,684 0,029
0,898 0,417
0,269 0,015
200 43,884
0,029 1,334
8,462 0,100
0,144 300
58,584 0,029
1,729 32,353
0,079 0,368
400 73,284
0,029 2,100
155,589 0,035
1,325 500
87,984 0,029
2,452 300,211
0,032 2,045
600 102,684
0,029 2,784
502,140 0,030
2,850
Tabel 13. Simulasi debit banjir di Segmen 2 h cm
A m
2
i R
Q m
3
det n
kumulatif V
mdet 100
9,170 0,012
0,63 0,042
0,173 0,005
200 18,352
0,012 1,26
0,337 0,173
0,018 300
30,032 0,012
1,68 1,555
0,109 0,052
400 41,712
0,012 1,93
6,215 0,050
0,149 500
172,710 0,012
6,31 605,555
0,041 1,942
600 344,500
0,012 10,43
2498,427 0,030
7,252
Tabel 14. Simulasi debit banjir di Segmen 3 h cm
A m
2
i R
Q m
3
det n
kumulatif V mdet
100 14,464
0,009 0,63
0,004 1,992
0,001 200
28,928 0,009
1,26 0,034
1,992 0,001
300 47,368
0,009 1,51
2,314 1,800
0,049 400
68,096 0,009
2,04 6,073
0,070 0,089
500 105,803
0,009 2,99
47,294 0,049
0,536 600
164,295 0,009
4,40 159,038
0,030 0,968
59 Tabel 15. Simulasi debit banjir di Segmen 4
h cm A
m
2
i R
Q m
3
det n eksisting
V mdet 100
31,356 0,016
0,77 0,751
0,066 0,024
200 70,856
0,016 1,66
14,876 0,035
0,210 300
110,356 0,016
2,47 51,297
0,035 0,465
400 149,856
0,016 3,21
117,648 0,035
0,785 500
189,356 0,016
3,89 218,313
0,035 1,153
600 228,856
0,016 4,51
413,774 0,030
1,808
Dari Tabel 13 menunjukkan bahwa di lokasi Segmen 2 debit banjir terjadi pada ketinggian di atas 500 cm dengan debit sebesar 781,156 m
3
det dan kecepatan 2,271 mdet Lampiran 2. Pada Tabel 12, Tabel 14 dan Tabel 15
sampai pada 600 cm belum mencapai debit banjir. Hal ini dikarenakan pada Segmen 1, Segmen 3 dan Segmen 4 terjadi pelebaran sungai dan kedalaman yang
lebih tinggi sehingga debit banjir banjir masih dapat tertampung. Keempat tabel diatas juga menggambarkan bahwa semakin tinggi muka air
sungai maka nilai koefisien kekasaran nya semakin kecil. Hal ini menunjukkan bahwa semakin ke atas, permukaan sungai semakin halus atau tanpa hambatan.
Selain itu juga bahwa semakin tinggi muka air maka semakin besar kecepatan dan debit air Gambar 28. Sehingga bisa dikatakan bahwa pada saat sungai dalam
keadaan banjir, maka kecepatan air yang terjadi sangat besar.
60 a
b Gambar 28. Hubungan antara tinggi muka air dengan debit sungai untuk lokasi
a Segmen 1, Segmen 3 dan Segmen 4; b Segmen 2
Selanjutnya dapat dibuat gambaran mengenai hubungan antara nilai koefisien kekasaran dan debit sungai seperti terlihat pada Gambar 29 berikut.
61 a
b
c d
Gambar 29. Hubungan antara koefisien kekasaran eksisting dan debit sungai untuk lokasi a Segmen 1; b Segmen 2; c Segmen 3 dan d Segmen 4
Untuk megurangi besaran kecepatan aliran dan debit pada saat sungai dalam keadaan banjir maka pada lokasi Segmen 2 maka dapat dilakukan dengan
memperbesar nilai koefisien kekasaran. Dengan memperbesar nilai koefisien kekasaran tersebut, maka kecepatan air pada saat banjir akan berkurang sehingga
air bisa lebih lama tertahan dan memungkinkan untuk berinfiltrasi ke dalam tanah, sehingga bisa mengurangi debit banjir dan dapat mengurangi atau mencegah
kerusakan yang lebih besar Tabel 16.
62 Tabel 16. Perubahan nilai koefisien kekasaran pada kondisi banjir di Segmen 2
h cm
A m
2
i R
Q m
3
det n
kumulatif V
mdet n
design V
design mdet
Q design
m
3
det 100
9,170 0,012 0,63
0,042 0,173
0,005 -
- -
200 18,352 0,012 1,26
0,337 0,173
0,018 -
- -
300 30,032 0,012 1,68
1,555 0,109
0,052 -
- -
400 41,712 0,012 1,93
6,215 0,050
0,149 -
- -
500 172,710 0,012 6,31 605,555
0,041 1,942
- -
- 600 344,500 0,012 10,43 2498,427
0,030 7,252
0,120 1,813 624,607
Pada Tabel 16, banjir terjadi pada ketinggian diatas 500 cm. Pada ketinggian muka air 600 cm, debit air banjir mencapai 2498,427 m
3
det dengan kecepatan 7,252 mdet dan nilai koefisien kekasaran 0,030. Untuk dapat
mengurangi kecepatan air dan debit air maka nilai koefisien kekasaran harus diperbesar. Nilai koefisien kekasaran yang baru diperbesar menjadi 0,120
sehingga kecepatan aliran berkurang menjadi 1,831 mdet dan debit banjir berkurang menjadi 624,607 m
3
det. Nilai koefisien kekasaran tersebut dapat diperbesar dengan memperbesar hambatan yang ada di sungai yaitu dengan
menambahkan tanaman
5.6. Desain Pengelolaan Sungai Berbasis Konsep Ekohidraulika
Kategori