27 …………………….2.25
dimana S
x = salinitas pada jarak x meter dari mulut muara
‰
2.2.5 Partikel Estuari Sedimen
Pada umumnya partikel pada estuari terbagi dalam 3 tipe : a. Partikel sedimen dasar Bed load
Bed load merupakan partikel dengan ukuran yang relatif besar dengan sifat
menggelinding didasar saluran. Partikel ini cenderung berada pada aliran yang mempunyai kecepatan yang lambat.
b. Partikel sedimen melayang Suspended load Jika kecepatan aliran semakin cepat gerakan loncatan material akan
semakin sering terjadi sehingga apabila material tergerus oleh aliran turbulen kearah permukaan, maka material tersebut akan tetap bergerak melayang
didalam aliran dalam selang waktu tertentu. Pada kondisi ini umumnya terjadi pada sedimen yang memiliki ukuran butiran yang kecil yaitu lanau silt dan
lempung clay. c. Saltation Load
Pengangkutan ini terjadi pada aliran yang mempunyai kecepatan yang relatif lebih cepat. Hal ini mengakibatkan material menerima gaya dorong dan
mengalami loncatan-loncatan. Bahkan tidak bersentuhan dengan dasar saluran. Ukuran material cendrung sangat kecil berbentuk seperti coloid.
A. Zat Padat Tersuspensi Total Suspended Solid
Sebagian besar sedimen yang saling bertukar antara sungai dan laut berada dalam bentuk zat padat tersuspensi sedimen melayang atau suspended
Universitas Sumatera Utara
28 particulate matter
SPM. Lebih dari 90 dari 18 - 24 x 10
9
ton endapan laut setiap tahunnya, yang berasal dari sungai tertahan di muara Uncles dkk dalam
Hardisty, 2007. Konsentrasi SPM tidak hanya bergantung pada pasang surut dan pencampuran bentuk estuari, tetapi juga variasi antara siklus pasang surut dengan
siklus masuknya air sungai ke muara. Secara umum rata-rata perubahan massa SPM per unit luas pada dasar
saluran tergabung melalui kolom air massa dari sedimen melayang tergantung pada adveksi, perpaduan, erosi, dan endapan. Proses tersebut dapat dijelaskan
dengan persamaan rata-rata kedalaman adveksi –difusi untuk sedimen melayang
McMamus dkk. dan Bass dkk. dalam Hardisty 2007. Sedimen melayang adalah sebuah produk sederhana dari kedalaman dan konsentrasi, h
C
:
. ..…………….. 2.26
dimana
C
= konsentrasi kedalaman rata-rata mgdm
3
h = kedalaman m
K
x
= koefisien difusi horizontal
u
= komponen kecepatan Bentuk pertama pada persamaan bagian kanan adalah adveksi material
yang berubah ke dalam bagian tertentu dengan gradien konsentrasi horizontal yang dijelaskan dibawah. bentuk kedua pada sisi kanan menghadirkan difusi
horizontal dan secara umum diabaikan karena gradien konsentrasi horizontal
P r
x
D E
x C
h K
x x
C h
u t
C h
Universitas Sumatera Utara
29 dalam hal ini kecil. Dua istilah yang terakhir pada sisi kanan adalah erosi dan
endapan dari sedimen. B. Erosi Partikulat Erosion of Particulate
Partikel padat naik dan berpindah ke hilir akibat adanya tekanan fluida yang membuat adanya keseimbangan berat butiran terhadap gaya gravitasi.
Tekanan fluida berasal dari gesekan arus. Masalah ini dapat diatasi dengan menentukan nilai dari tegangan cairan yang mengawali gerakan dan kuantifikasi
dari profil partikulat dalam kaitannya dengan variabel arus. Penentuan yang paling sederhana untuk tegangan aliran yang dimaksud pada sedimen dikenal
dengan hukum tekanan quadratic Lewis dalam Hardisty, 2007. ……..…………………….. 2.27
dimana = tegangan geser air nm
2
= densitas air segar berkisar 1000 kgm
3
= koefisien hambatan 100 diatas dasar penampang
100
u = kecepatan arus pasang surut 100 cm diatas dasar penampang mdet
Persamaan tersebut sesuai untuk aliran dengan bilangan Reynolds yang cukup tinggi. Pengaruh dari viskositas dapat ditiadakan. Dyer dalam Hardisty
2007 menjelaskan nilai C
D100
pada tabel 2.2.
Universitas Sumatera Utara
30
Tabel 2.2:
Koefisien hambatan drag coefficients berdasarkan partikel dasar saluran Dyer dalam Hardisty, 2007.
Batas pemindahan endapan merupakan nilai kritis pengurangan tekanan pemindahan, secara umum batas ambang tersebut meningkat dengan
bertambahnya diameter butiran sedimen yang ada. Data koefisien hambatan seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.2 untuk kondisi kritis dinyatakan sebagai
satu fungsi kecepatan arus. Data tersebut dihadirkan dengan:
……………………… 2.28
dimana D
= diameter butiran sedimen mm Jenis sedimen
C
D100
Lanau berpasir 0.0014
Pasir berlanau 0.0024
Lempung 0.0024
Lempung berpasir 0.0030
Pasir kasar 0.0061
Lempung 0.0022
Pasir berkerikil 0.0024
Pasir halus 0.0026
Kerikil 0.0047
Universitas Sumatera Utara
31
Gambar 2.6: Grafik kecepatan kritis terhadap diameter butir sedimen
Besarnya erosi partikulat, E
p
dibuat proporsional dengan kelebihan tegangan geser pada dasar saluran Dyer dan Bass dkk dalam Hardisty 2002.
……………………. 2.29
Rumus ini menurut Dyer 1986 sudah digunakan dalam bentuk matematis oleh Odd dan Owen 1972 dan Krone 1976 dengan nilai untuk koefisien erosi,
M dalam batasan 0.0005
– 0.015 kgm
2
det dengan suhu tinggi. Baru-baru ini, Brenon dan Le Hir 1998 menggunakan M = 0.001 kgm
2
det, Uncles dkk 1992 menggunakan M = 0.00003 kgm
2
det dan Tattersall dkk 2003 menggunakan M = 0.000035 kgm
2
det.
……………………. 2.30
1
cr P
M E
1
2 2
cr m
P
u u
M E
Universitas Sumatera Utara
32 dimana
E
p
= erosi partikulat M = koefisien erosi berkisar 0.0003 kgm
2
det u
m
= kecepatan arus pasang surut, maximum flow mdet u
cr
= arus batas ambang kritis sebesar 0.2 mdet lanau, 0.4 mdet pasir halus dan 0.6 mdet pasir sedang.
Secara terpisah, untuk perkiraan pertama kecepatan arus pasut puncak tergantung pada volume hilir dan debit air tawar setiap pembagian luas
penampang. ………….2.31
dimana u
m
= kecepatan arus pasang surut, maximum flow mdet Vol. Upstream = jarak antar titik dikali Wx m
3
.10
6
C. Endapan Partikulat Deposition of Particulate
Dyer 1986 memberikan suatu nilai kecepatan endapan partikel sedimen dari keseimbangan gaya-gaya partikel sedimen :
s
= 6000 D
2
……………..……………… 2.32 dimana
s
= kecepatan endap partikel mmdet D
= diameter butir sedimen mm Persamaan 2.31 dikenal dengan Hukum Stokes berlaku pada partikel pasir
berukuran sedang dan halus. Nilai tertentu berada pada batasan 0.03 –3 mmdet
0.00003 –0.003 mdet.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
34 dimana
c
z
= konsentrasi partikulat pada ketinggian z dari dasar saluran grcm
3
a = ketinggian referensi cm
h = kedalaman air cm
B = bilangan Rouse
nilai B dapat dicari dengan rumus :
√
………………..…………2.35
dimana β = konstanta numerik dalam satu kesatuan
k = konstanta von Karman 0.41
C
D
= koefisien kekasaran 24R
e
Besarnya endapan pada dasar saluran secara sederhana telah ditulis oleh Lumborg dalam Hardisty 2007 sebagai berikut :
………………………… 2.36
dimana S
p
= parameter suspensi nilai dari parameter suspensi tergantung dari bentuk profil estuari. Untuk profil
estuari tercampur sempurna nilai S
p
= 2, profil estuari tercampur sebagian S
p
= 4, dan estuari startifikasi S
p
= 8.
C S
D
s P
P
Universitas Sumatera Utara
35
D. Keseimbangan Konsentrasi Equilibrium Concentrations
Pada pasang surut rata-rata nilai dari erosi diperkirakan seimbang dengan banyaknya deposisi pengendapan. Hal ini merupakan sebuah estimasi dari
beberapa parameter yang telah dijelaskan sebelumnya. Sebagai contoh pada keseimbangan arus pasang surut, kecepatann direpresentatifkan dengan u
m
mdet, persamaan 2.30 dan 2.35 harus seimbang mengikuti persamaan berikut.
…………………….2.37
dimana C
max = konsentrasi sedimen maximum mgdm
3
C
b
= konsentarsi sedimen estuari TSS mgdm
3
Perubahan zat padat tersuspensi yang terjadi sepanjang siklus pasang surut terhadap waktu dapat dirumuskan dengan fungsi kosinus sebagai berikut:
………2.38 dimana
C t = konsentrasi suspensi perwaktu mgdm
3
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
37 Daerah Aliran Sungai Belawan di wilayah Kota Medan seluas 2.807,45 Ha
dengan rincian zona lindung 1.571,21 Ha, zona pemanfaatan terbatas seluas 1.392,54 Ha, dengan rincian Kecamatan Medan Helvetia seluas 22,04 Ha
0,01, Medan Belawan seluas 742,85 Ha 1,855, Medan Marelan seluas 745,75 Ha 1,86, Medan Selayang seluas 64,41 ha 0,01, Medan Sunggal
seluas 308,88 Ha 0,76 dan Medan Tuntungan seluas 923,88 Ha 2,30 Sedangkan ketersediaan Kabupaten Deli Serdang pada Daerah Aliran
Sungai Belawan seluas 32.025,88 Ha dengan pertimbangan pemanfaatan berdasarkan zona lindung DAS seluas 3.716,46 Ha, zona pemanfaatan terbatas
seluas 19.798,65 Ha, dengan rincian Kecamatan Hamparan Perak seluas 6.508,40 Ha 16,22, Kecamatan Kutalimbaru seluas 9.852,12 Ha 24,55, Kecamatan
Namorambe seluas 5,40 Ha 0,01, Kecamatan Pancur Batu seluas 6.678,86 Ha 16,64, Kecamatan Sibolangit seluas 4.210,84 Ha 10,49 dan Kecamatan
Sunggal seluas 4.770,24 ha 11,88 dari total luas DAS Syahrial, 2009. 3.1.2 Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan pada hari senin tanggal 15 Agustus 2016 dimulai pada waktu 09.00 wib.
3.2 Pengumpulan Data
Data diperoleh dengan metode survei dan uji laboratorium, dimana pengambilan sampel dan pengukuran dilakukan pada titik yang akan diamati.
Pada pelaksanaan penelitian ini, penentuan titik sampel diambil dengan rentang jarak setiap kelipatan 2 kilometer dari mulut muara. Adapun data-data yang
diperlukan adalah.
Universitas Sumatera Utara
38 1. Koordinat
Berupa kordinat lokasi penelitian yaitu titik awal mulut muara dan titik setiap kelipatan 2 kilometer dari titik awal hingga kadar garam sama dengan 0
2. Bathimetri Berupa lebar W dan kedalaman D estuari pada setiap titik penelitian
beserta jarak antara muara dengan lokasi titik pengamatan x. 3. Pasang Surut
Berupa komponen pasang surut seperti A
S2
A
M2
dan A
M4.
Untuk memperoleh komponen tersebut diperlukan pengolahan dari hasil pengamatan
pasang surut harian muara Sungai Belawan selama 15 hari tepat pada waktu pelaksanaan penelitian. Pengolahan hasil pengamatan tersebut menggunakan
metode admiralty. 4. Arus
Data yang diperlukan berupa debit Sungai Belawan Q. 5. Temperatur dan Salinitas
Pada temperatur, data yang diperlukan adalah suhu air laut Ts
o
C dan sungai T
R o
C, sedangkan pada salinitas data yang diperlukan berupa kadar garam pada air laut dalam satuan ‰.
6. Sedimen Data yang diperlukan dalam analisa sedimen berupa rata-rata diameter
butiran sedimen D
50
dan nilai dari TSS Total Suspended Load yang dinyatakan dengan C
b
dalam pemodelan ini.
Universitas Sumatera Utara
39
3.3 Pelaksanaan Penelitian 3.3.1 Tahap Persiapan
Hal yang perlu dipersiapkan sebelum melakukan penelitian adalah menyediakan alat yang akan digunakan, yaitu:
Fishfinder 240 Blue Global Positioning System GPS
Grab Sampler Digital Salt Mater
Thermometer Motor Boat Nelayan
Botol Pengambil Sampel Air Kantong Plastik Ukuran 5 kg
3.3.2 Tahap Eksekusi
