Kajian Nilai Kekasaran dan Konstanta Beberapa Kondisi Saluran Tersier Pada Jaringan Irigasi Namu Sira Sira Desa Namu Ukur Utara Kecamatan Sei Bingai Kabupaten Langkat

TINJAUAN PUSTAKA

Jaringan Irigasi
Menurut Kartasapoetra dan Sutedjo (1994) yang dimaksud dengan
jaringan irigasi yaitu prasarana irigasi yang pada pokoknya terdiri dari bangunan
dan saluran pemberi air pengairan beserta perlengkapannya. Berdasarkan
pengelolaanya dapat dibedakan antara jaringan irigasi utama dan jaringan irigasi
tersier
1. Jaringan Irigasi Utama:
Meliputi bangunan bendung, saluran-saluran primer dan sekunder termasuk
bangunan-bangunan utama dan pelengkap saluran pembawa dan saluran
pembuang. Bangunan utama merupakan bangunan yang mutlak diperlukan
bagi eksploitasi meliputi bangunan pembendung, bangunan pembagi dan
bangunan pengukur.
2. Jaringan Irigasi Tersier:
Merupakan jaringan air pengairan di petak tersier, mulai air keluar

dari

bangunan ukur tersier, terdiri dari saluran tersier dan kuarter termasuk
bangunan pembagi tersier dan kuarter, beserta bangunan pelengkap lainnya

yang terdapat di petak tersier (Kartasapoetra dan Sutedjo,1994).
Menurut Pasandaran (1991), Berdasarkan cara pengaturan, pengukuran air
dan kelengkapan fasilitas, jaringan irigasi dapat dibedakan ke dalam tiga tingkatan
yaitu :

5
Universitas Sumatera Utara

6

1. Jaringan Irigasi Sederhana
Biasanya jaringan irigasi sederhana mempunyai luasan yang tidak lebih
dari 500 ha. Pada jaringan irigasi sederhana tidak ada pengukuran maupun
pengaturan dalam pembagian debit airnya, air lebih akan mengalir ke saluran
pembuang alami. Persediaan air biasanya berlimpah dan kemiringan berkisar
antara sedang sampai curam. Oleh karena itu hamper tidak diperlukan teknik
yang sulit untuk pembagian air. Walaupun mudah diorganisasi, jaringan irigasi
sederhana memiliki kelemahan-kelemahan yang serius seperti adanya pemborosan
air yang terbuang tidak selalu dapat mencapai daerah rendah yang lebih subur.
2. Jaringan Irigasi Semi Teknis

Untuk jaringan irigasi Semi Teknis biasanya memiliki luasan wilayah
mencapai 2000 ha. Jaringan irigasi ini hampir sama dengan jaringan irigasi
sederhana akan tetapi sudah dipergunakan bendung lengkap dengan pengambilan
dan bangunan pengukur di bagian hilirnya. Sistem pembagian air biasanya serupa
dengan jaringan irigasi sederhana, hanya saja pengambilan dipakai untuk mengairi
daerah yang lebih luas daripada daerah layanan jaringan sederhana. Memiliki
organisasi yang lebih rumit dan apabila bangunan tetapnya berupa bangunan
pengambilan dari sungai, maka diperlukan keterlibatan dari pemerintah.
3. Jaringan Irigasi Teknis
Pada jaringan teknis tidak memiliki batasan dalam luasan wilayahnya.
Salah satu prinsip dalam perencanaan jaringan irigasi teknis adalah pemisahan
antara jaringan irigasi dan jaringan pembuang. Dalam hal ini saluran irigasi
maupun pembuang tetap bekerja sesuai dengan fungsinya. Saluran irigasi
mengalirkan air irigasi ke sawah-sawah dan saluran pembuang mengalirkan air

Universitas Sumatera Utara

7

lebih dari sawah-sawah ke saluran pembuang alamiah yang kemudian akan

membuangnya ke laut. Petak tersier menduduki fungsi sentral dari jaringan irigasi
teknis. Jaringan irigasi teknis memungkinkan dilakukannya pengukuran aliran,
pembagian air irigasi dan pembuangan air lebih efisien. Jaringan irigasi adalah
berbagai unsur dari sebuah jaringan irigasi teknis, termasuk di dalamnya adalah
bangunan air, petak primer, petak sekunder, dan petak tersier.
Kecepatan aliran air dalam saluran baik pada jaringan irigasi teknis, semi
teknis dan terutama pada jaringan irigasi sederhana sangat ditentukan oleh
kekasaran saluran. Beberapa cara untuk menentukan nilai kekasaran saluran telah
diperkenalkan oleh Manning dan Chezy (Bazak, 1999).
Koefisien Kekasaran menurut Manning dan Konstanta Chezy
Rumus Manning
Pada

tahun

1889

seorang

insinyur

Irlandia,

Robert

Manning

mengemukakan sebuah rumus yang akhirnya diperbaiki menjadi rumus yang
sangat dikenal sebagai :

V=

1
N

Sehingga, N =

R2/3 . S1/2 ……………..……………………...….(1)

1

V

R2/3 . S1/2 ……………………..………………….(2)

dengan V kecepatan rata rata (m/s); R jari jari hidrolik (m); S kemiringan saluran
(%) dan N koefisien kekasaran, dikenal sebagai nilai N dari Manning. Menurut
Chow (1997), Faktor faktor yang mempengaruhi koefisien Manning yaitu :

Universitas Sumatera Utara

8

1. Bahan Penyusun Permukaan
Bentuk dan besar/kecilnya partikel di permukaan saluran merupakan ukuran
kekasaran. Akan tetapi, untuk saluran tanah ini hanya merupakan bagian kecil saja
dari kekasaran total. Pada saluran irigasi, ketidakteraturan permukaan yang
menyebabkan perubahan dalam keliling basah dan potongan melintang
mempunyai pengaruh yang lebih penting pada koefisien kekasaran saluran.
Perubahan-perubahan mendadak pada permukaan saluran akan memperbesar
koefisien kekasaran. Perubahan-perubaban ini dapat disebabkan oleh penyelesaian

konstruksi

saluran

yang

jelek

atau

karena

erosi

pada

talud

saluran

(Direktorat Jenderal SDA, 2010).
Hansen, dkk. (1992) menyatakan bahwa bentuk saluran pembawa irigasi
yang sangat umum adalah bentuk saluran tanah. Keuntungan utamanya adalah
memiliki biaya awal yang rendah, namun irigasi ini memiliki banyak kerugian
yaitu kehilangan air akibat rembesan yang besar, debit air yang rendah, bahaya
kerusakan yang diakibatkan gerusan dan injakan hewan serta keadaan yang sesuai
untuk pertumbuhan tanah dan rumput air. Selain itu saluran tanah memiliki
permukaan yang tidak teratur sehingga nilai koefisien kekasarannya pun semakin
besar dibandingkan saluran yang dilapisi dengan material pelapis, seperti semen.
Kekasaran permukaan ditandai dengan ukuran dan bentuk butiran bahan
yang membentuk luasan basah dan menimbulkan efek hambatan terhadap aliran.
Secara umum dikatakan bahwa, butiran halus mengakibatkan nilai N yang relatif
rendah dan butiran kasar memiliki nilai N yang tinggi.
Pada sungai alluvial dimana butir-butir bahannya halus, seperti pasir,
lempung , liat, efek hambatan jauh lebih kecil daripada bila bahannya kasar

Universitas Sumatera Utara

9

seperti kerikil dan kerakal (kerikil yang ukurannya lebih besar berdiameter 10-15
mm). Bila bahannya halus, nilai N rendah dan relatif tidak terpengaruh oleh
perubahan taraf/debit aliran. Bila bahan terdiri dari kerikil dan kerakal, nilai N
biasanya tinggi terutama pada taraf air tinggi atau rendah.
2. Sifat Fisik Tanah
Sifat Fisik tanah terdiri dari :
a) Tekstur Tanah

Tekstur tanah diartikan sebagai proporsi pasir, debu dan lempung.
Berdasarkan persentase perbandingan fraksi-fraksi tanah, maka tekstur tanah
dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu; halus, sedang dan kasar. Makin halus
tekstur tanah mengakibatkan kualitasnya semakin menurun karena berkurangnya
kemampuan mengisap air. Tanah berpasir yaitu tanah dengan kandungan pasir
>70%, porositasnya rendah ( 1, terjadi penggerusan
m < 1, terjadi pengendapan(Basak, 1999).
Rumus Chezy
Pada awal tahun 1769 seorang insinyur Perancis, Antoine Chezy membuat
rumus yang mungkin merupakan pertama kali untuk aliran seragam, yaitu rumus
Chezy yang terkenal, yang biasanya dinyatakan sebagai berikut :

Sehingga, C =

V = C x √RS …………………………………………………….(9)
V

√RS

…………………………………………………..………......(10)

Persamaan Bazin
87 87 √R
C= 1+K =
……………………………………………….....(11)
1+K
√R

dimana, K = Konstansa Bazin
R = kedalaman rata-rata hidrolik (m)
Sehingga jika disubstitusi Persamaan Bazin untuk menentukan nilai C ke
persamaan Chezy maka akan didapatkan persamaan :

V=

87 √R
1+�

√RS =

87R √S
1+�

…………………………….(12)

Universitas Sumatera Utara

16

Dengan V kecepatan rata-rata (m/s), R jari jari Hidrolik (m), S kemiringan
(%)(Chow, 1997). Pada prinsipnya faktor-faktor yang mempengaruhi koefisien
Manning berlaku pula terhadap konstanta Chezy. Beberapa pakar yang
mengeluarkan persamaan untuk menentukan koefisien kkasaran chezy yaitu :

1) Rumus Ganguillet - Kutter.
Pada

tahun

1869,

dua

insinyur

swiss,

Ganguillet

dan

Kutter

mengumumkan rumus yang menyatakan besarnya nilai C sehubungan dengan
kemiringan S, jari jari hidrolik R dan koefisien kekasaran n. Rumus ini dalam
satuan Inggris adalah :

C=

0,00281 1,811
+
�
�
0,00281 �
1+(41,64+
)
�
√�

41,65+

Rumus Ganguillet-Kutter diturunkan secara panjang lebar dari data
pengukuran aliran dalam saluran dari berbagai bentuk, termasuk pengukuran oleh
bazin dan pengukuran berbagai sungai di eropa dan di mississipi. Rumus ini
banyak dipakai di mana mana sehingga telah dibuat berbagai tabel dan grafik
untuk mempermudah pemakaiannya, sehingga pemakaian rumus ini sendiri jarang
diperlukan dalam biro biro teknik.
2) Rumus Bazin
Pada tahun 1897 seorang ahli hidrolika Prancis, H. Bazin mengusulkan
suatu rumus yang bagi koefisien C dari chezy dianggap sebagai fungsi R, bukan S.
Rumus ini dalam satuan Inggris dinyatakan sebagai:
C=

157,6
1+��
√�

Universitas Sumatera Utara

17

Rumus Bazin semula dibuat berdasarkan data yang dikumpulkan dari
saluran percobaan berukuran kecil, oleh karena itu pemakaiannya secara umum
terbukti kurang memuaskan dibandingkan dengan rumus Ganguillet-Kutter.
Rancangan Saluran Irigasi
1. Debit Air
Debit air adalah suatu nilai yang menyatakan banyaknya air yang mengalir
dari suatu sumber persatuan waktu, biasanya diukur dalam satuan liter per detik.
Pengukuran debit dapat dilakukan dengan berbagai cara antara lain:
1. Pengukuran debit dengan bendung/ sekat ukur
2. Pengukuran debit berdasarkan kerapatan larutan obat
3. Pengukuran kecepatan aliran dan luas penampang melintang, dalam hal ini
untuk mengukur kecepatan arus digunakan pelampung atau pengukur arus
dengan kincir
4. Pengukuran dengan menggunakan alat-alat tertentu seperti pengukuran arus
magnetis dan pengukuran arus gelombang supersonis (Dumiary, 1992).
Menurut Kartasapoetra dan Sutedjo (1992) pengukuran debit air dapat
dilakukan secara langsung maupun tidak langsung, dapat dilakukan dengan
beberapa metode dan alat-alat pengukur, sehingga dalam pelaksanaanya tidak
mengalami kesulitan. Dalam pengukuran tidak langsung yang sangat
diperhatikan yaitu tentang kecepatan aliran (v) dan luas penampang aliran (A),
sehingga terdapat rumus pengukuran debit air sebagai berikut:
Q = V x A .................................................................................(13)
Q
Sehingga, V = ……………………………………………………....(14)
A

Universitas Sumatera Utara

18

dimana:

Q = debit air (m3/detik)
V = kecepatan aliran (m/detik)
A = luas penampang aliran (m2).

Debit air juga dapat diukur secara langsung dengan menggunakan sekat
ukur tipe Cipoletti atau Thompson (Segitiga 90o). Persamaan Cipoletti yang
menunjukkan pengaliran adalah:
Q = 0.0186 LH3/2 ............................................................(15)
Dimana Q dalam liter tiap detik, L dan H adalah dalam sentimeter, seperti
dilihatpada Gambar 1.

H

L

Gambar 1. Sekat ukur tipe Cipoletti
Untuk sekat ukur segitiga 90o(tipe Thompson) persamaannya adalah:
Q = 0.0138H5/2.................................................................(16)
Di mana Q dalam liter per detik dan H dalam sentimeter. Sekat ukur segitiga 90o
(tipe Thompson) baik digunakan untuk pengukuran aliran yang tidak lebih dari
112 l/det ataualiran dengan debit relatif kecil, selain itu sekat ukur segitiga 90o
(tipe Thompson) juga sangat mudah konstruksi dan pengaplikasiannya. Untuk
lebih jelasnya sekat ukur tipe Thompson dapat ditunjukkan pada Gambar 2.

Universitas Sumatera Utara

19

Segitiga samakaki
H

Gambar 2. Sekat ukur tipe Thompson
(Lenka, 1991).
Pada alat pengukur Thompson seperti halnya alat pengukur Cipoletti harus
dipasang tegak lurus pada sumbu saluran pengukur. Pemasangan alat pengukur ini
harus betul-betul mendatar, dengan sudut siku-siku disebelah bawah. Penentuan
nilai H dari persamaan 3 diukur dari permukaan air yang meluap setelah disekat
sampai ke sudut 900 dari sekat yang telah dimodifikasi sebagai tempat
pengeluaran air (Soekarto dan Hartoyo, 1981).
2.Kecepatan Aliran
Kecepatan aliran diukur melalui aliran permukaan yang dikenal sebagai
kecepatan aliran permukaan. Kecepatan aliran tidak sama pada setiap kedalaman
saluran atau sungai. Oleh sebab itu untuk menghitung kecepatan rata-rata
digunakan kedalaman 0.6D, dimana D adalah kedalaman air di saluran atau
sungai. Kecepatan aliran rata-rata dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
Chezy (Persamaan 9) atau Manning (Persamaan 1). Koefisien kekasaran Manning
ditentukan berdasarkan kondisi material di lapangan, beberapa nilai koefisien
kekasaran dari beberapa material disajikan pada Tabel 1, namun sebaiknya untuk
dapat menentukan kecepatan aliran yang mendekati keadaan sebenarnya
ditentukan berdasarkan kondisi material di lapangan.

Universitas Sumatera Utara

20

Tabel 1. Nilai Koefisien Kekasaran
No
Material
1
Tanah
2
Batu
3
Beton

N
0,0225
0,02
0,013-0,018

Sumber: Basak,1999.

3. Kemiringan Saluran
Kemiringanmemanjang saluran ditentukan berdasarkan kemiringan taraf
muka air yang diperlukan. Kemiringan talut saluran: bergantung kepada jenis
tanah, kedalaman saluran dan terjadinya rembesan aliran. Kemiringan minimum
talut saluran pembawa untuk jenis tanah lempung berpasir, tanah berpasir kohesif
yaitu 1,5 %-2,5 %. Untuk jenis tanah pasir liatan 2 % -3% dan untuk jenis batu<
0,25 % (Mawardi, 2007).
Pengukuran Kemiringan saluran dapat dilakukan dilakukan dengan 3 cara
yaitu Profile Levelling, Differential Levelling dan Breaking Taping. Profile
Levelling merupakan salah satu metode mengukur beda ketinggian pada dua titik
yang mempunyai kemiringan yang relatif kecil, dan alat utama yang digunakan
yaitu abney level. Differential Levelling merupakan salah satu metode mengukur
beda ketinggian pada dua titik yang mempunyai kemiringan relatif besar, dan alat
utama yang digunakan adalah abney level. Breaking Taping merupakan salah satu
metode pengukuran yang menggunakan pembagian pengukuran tinggi menjadi
beberapa tahap. Pada pekerjaan breaking taping dilakukan pengukuran jarak
vertikal antara garis bidik (stasiun) dengan permukaan titik bidik selanjutnya, alat
yang digunakan adalah waterpass, tape (pita ukur) dan jalon. Data yang didapat di
lapangan dengan menggunakan salah satu metode tersebut dapat dimasukkan ke
dalam rumus :
Kemiringan =

Beda Elevasi
Jarak Horizontal

x 100 %...…………………….(17)

Universitas Sumatera Utara

21

dimana Beda Elevasi = Elevasi Akhir – Elevasi Awal (m)
(Sumono dan Susanto, 2006).
Bahan tanah, kedalaman saluran dan terjadinya rembesan akan
menentukan kemiringan maksimum untuk talut yang stabil. Kemiringan galian
minimum untuk berbagai bahan tanah disajikan pada Tabel 2. Harga-harga
kemiringan minimum untuk saluran tanah yang dibuat dengan bahan-bahan
kohesif yang dipadatkan dengan baik diberikan pada Tabel 3.
Tabel 2. Kemiringan minimum talut untuk berbagai bahan tanah
No.Bahan Tanah
1.Batu
2.Gambut kenyal
Lempung kenyal,geluh*),
Tanah lus
3.
Lempung pasiran, tanah
pasiran kohesif
4.
Pasir liatan
5.Gambar lunak

Kisaran
Kemiringan(%)
< 0,25
1–2

Simbol
Pt

CL, CH, MH
SC, SM
SM
Pt

1–2
1,5 – 2,5
2–3
3–4

*)

Geluh : (loam) adalah campuran pasir, lempung dan Lumpur yang kira-kira
samabanyaknya (Triadmojo, 1993)
Tabel 3. Kemiringan talut mnimum untuk saluran timbunan yang
dipadatkan dengan baik
Kedalaman air + tinggi jagaan
D (m)
D ≤ 1,0
1,0 < D ≤ 2,0
D> 2,0

Kemiringan minimum talut
1:1
1 : 1,5
1:2

Sumber : Direktorat Jenderal SDA, 2010

4). Kedalaman Hidrolik
Kedalaman hidrolik adalah perbandingan antara penampang aliran dengan
perimeter basah saluran. Persamaan kedalaman hidrolik adalah sebagai berikut:
R=

A
Pw

......................................................................................(18)

dimana; A= Penampang melintang saluran (m2)
Pw= Perimeter basah (m)

Universitas Sumatera Utara

22

(Bazak,1999).
Penampang melintang saluran dan parimeter basah tergantung pada bentuk
saluran.
- Saluran berbentuk persegi panjang :
A = b x y …………………………………………………...…(19)
Pw = b + 2y …………………………………………………...(20)
dimana b = lebar saluran (m)
y = kedalaman aliran (m)
untuk lebih jelasnya dapat diperlihatkan pada Gambar 3.

y

b
Gambar 3. Penampang melintang saluran berbentuk persegi panjang
-

Saluran berbentuk trapesium
A = (b + zy)y
Pw = b + 2y (�(1 + z)2
dimana b = lebar dasar (m)
y = kedalaman aliran (m)
z = kemiringan dinding
Untuk lebih jelasnya dapat diperlihatkan pada Gambar 4.

Universitas Sumatera Utara

23

y
kemiringan
dinding (z)

b
Gambar 4. Penampang melintang Saluran berbentuk Trapesium
-

Saluran berbentuk segitiga
A = zy2
Pw = 2y√1 + � 2

dimana y = kedalaman air di saluran (m)

untuk lebih jelasnya dapat diperlihatkan pada Gambar 5.

kemiringan
dinding (z)

y

Gambar 5. Penampang melintang Saluran berbentuk Segitiga
(Chow, 1997).

Universitas Sumatera Utara