BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Studi Muatan Sedimen di Muara Sungai Krueng Aceh

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Erosi dan pengangkutan sedimen yang dilakukan oleh air merupakan suatu proses penting dalam pembentukan suatu daerah aliran sungai dan mempunyai konsekuensi ekonomi serta lingkungan yang penting. Ada beberapa pengertian dari sedimentasi atau yang biasa juga disebut proses pengendapan. Menurut Krumbein dan Sloss (1971) sedimentasi berdasarkan ilmu geologi dan sratigrafi adalah proses-proses yang berperan atas terbentuknya batuan sedimen.Selanjutnya disebutkan bahwa urutan proses sedimentasi adalah meliputi proses : pelapukan, perpindahan, deposisi (sedimentasi), serta lithifikasi (pembatuan).

Sedimen merupakan hasil proses erosi, baik berupa erosi permukaan, erosi parit atau jenis erosi tanah lainnya. Karena adanya transpor sedimen dari tempat yang lebih tinggi (hulu) ke daerah hilir sehingga dapat menyebabkan pendangkalan waduk, sungai, saluran irigasi dan terbentuknya tanah baru di daerah pinggiran dan di delta-delta sungai. Dengan demikian proses sedimentasi dapat memberikan dampak yang menguntungkan dan merugikan. Menguntungkan karena pada tingkat tertentu adanya aliran sedimen ke daerah hilir dapat menambah kesuburan tanah serta terbentuknya tanah garapan baru di daerah hilir, dan pada saat yang bersamaan aliran sedimen juga dapat menurunkan kualitas perairan dan pendangkalan badan perairan. Hasil sedimen biasanya diperoleh dari pengukuran sedimen layang dalam sungai (suspended sediment) atau dengan pengukuran langsung di dalam waduk. Batuan sedimen dibentuk dari batuan yang telah ada oleh kekuatan luar (gaya)dalam geologi, oleh pelapukan, gaya-gaya air, pengikisan angin maka batuan-batuanyang telah ada seperti batuan beku dihancurkan, diangkut dan kemudian diendapkan ditempat-tempat yang rendah letaknya, misalnya di laut, samudra atau danau (Kaliti,1963).

Kebanyakan sumber dari material sedimen adalah daratan, dimana erosi danpelapukan sangat nyata terhadap pengikisan daratan dan dipindahkan ke laut. Pelapukanadalah aksi dari tumbuhan dan bakteri, juga proses kimia, termasuk juga penghancuranbatuan secara mekanik (Drake 1978).

2.2 Sifat-sifat sedimen

Sifat-sifat sedimen adalah sangat penting di dalam mempelajari proses erosidan sedimentasi. Sifat sedimen yang paling mendasar adalah ukuran dan bentuknya,setelah itu densitas, kecepatan jatuh ,dan lain-lain.

2.2.1 Ukuran dan Bentuk

Sedimen dapat diklasifikasikan berdasarkan ukuran butir menjadi lempung, lumpur, pasir, kerikil, koral (pebble), dan batu. Salah satu klasifikasi yang terkenal adalah skala Wenworth yang mengklasifikasikan sedimen berdasarkan ukuran (dalam millimeter) seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Dalam skala Wenworth tersebut partikel yang berukuran diantara 0,0625 dan2 millimeter dianggap sebagai pasir. Material yang lebih halus dianggap sebagai lumpur (silt)dan lempung (clay). Sedangkan material yang lebih besar dari pasir disebut koral (pebbles) dan brangkal (cobbles). Pada kebanyakan lokasi, brangkal (cobbles) adalah material utama yang membentuk pantai, seperti di sepanjang Chesil Beach (England).

Tabel 2.1 Ukuran Partikel Sedimen Berdasarkan Skala Wentworth

Nama Partikel Ukuran Batu Bongkah >256 Krakal 64-256 Kerikil 4-64 Butiran 2-4 Pasir Pasir sangat kasar 1-2 Pasir kasar ½-1 Pasir sedang ¼-1 Pasir halus 1/8-1/4 Pasir sangat halus 1/16-1/8 Lanau Lanau kasar 1/16-1/32 Lanau sedang 1/64-1/32 Lanau halus 1/128-1/64 Lanau sangat halus 1/256-1/128 Lempung Lempung kasar 1/640-1/256 Lempung sedang 1/1024-1/640 Lempung halus 1/2360-1/1024 Lempung sangat halus 1/4096-1/2360

Untuk beberapa studi kasus analisa ayakan menggunakan SNI 03-6388-2000 dan SNI 03-6408-2000 seperti pada Tabel 2.2 dan Tabel 2.3.

Tabel 2.2 Standar ukuran saringan

Standar Ukuran (mm) Alternatif saringan

75 3 inchi 50 2 inchi 25 1 inchi

9,25 3/8 inchi 4,75 No.

4 2,00 No.10

0,425 No.40 0,075 No. 200

Tabel 2.3 Batasan-batasan ukuran butiran tanah

Jenis butiran Ukuran butiran

Pasir kasar 2.0 mm – 0,42 mm Pasir Halus 0,42 mm – 0,075 mm

Lanau 0,075 mm – 0,002 mm Lempung 0,002 mm – 0,001 mm

Kolloida < 0,001 mm Untuk menentukan batasan dari ukuran dalam suatu sample pasir, harus dilakukan analisis ukuran. Mengayak pasir adalah dimaksudkan untuk menemukanbatasan dari ukuran dalam sampel. Biasanya ayakan berupa pan dengan saringan kawat sebagai suatu standar diberikan di dasarnya dan diklasifikasikan seperti yang dapat dilihat dalam Tabel 2.2. Ayakan disusun dalam suatu tumpukan di mana untuk ayakan yang lebih besar ditaruh pada bagian atas dan ayakan yang lebih halus berada di bawah daripada ayakan yang lebih besar.

Kinerja daripada pengayakan ini dimulai dengan sampel diletakkan pada ayakan yang paling atas dan ayakan digetarkan sehingga pasir jatuh sejauh mungkin menembus tumpukan ayakan yang berada dibawahnya. Ukuran fraksi yang berbeda kemudian akan terjebak dalam ayakan dengan ukuran variasi yang berbeda, lalu berat pasir yang tertangkap dalam setiap ayakan ditimbang dan kemudian didapatlah persentase dari berat total sampel yang melewati ayakan tersebut.

Bentuk dari sedimen alam beraneka ragam dan tidak terbatas. Di samping ukuran butir, bentuk partikel juga penting, karena ukuran partikel sedimen itu sendiri belum cukup untuk menjelaskan karakteristik butir-butir sedimen. Suatu partikel yang pipih mempunyai harga kecepatan endap yang lebih kecil dan akan lebih sulit untuk terangkut dibandingkan dengan suatu partikel yang bulat seperti muatan dasar.

Sifat-sifat yang paling penting dan berhubungan dengan angkutan sedimen adalah bentuk dan kebulatan butir (berdasarkan pengamatan H. Wadell). Bentuk butiran dinyatakan dalam kebulatannya yang didefinisikan sebagai perbandingan daerah permukaan partikel. Daerah permukaan sulit ditentukan dan isi butiran relatif kecil,sehingga Wadell mengambil pendekatan untuk menyatakan kebulatan.

Kebulatan dinyatakan sebagai perbandingan diameter suatu lingkaran dengan daerah yang sama terhadap proyeksi butiran dalam keadaan diam pada ruang terhadap bidang yang paling besar terhadap diameter yang paling kecil atau dengan kata lain kebulatan digambarkan sebagai perbandingan radius rata-rata kelengkungan ujung setiap butir terhadap radius lingkaran yang paling besar (daerah proyeksi atau bagian butir melintang).

2.2.2 Massa Jenis (Densitas)

Densiti dari kebanyakan sedimen yang lebih kecil dari 4 mm adalah 2.650

kg/m (graviti spesifik, s = 2.65). densiti darimineral lempung (clay) berkisar dari 2.500

3 sampai 2.700 kg/m .

Densitas merupakan perbandingan massa terhadap suatu volume zat. Densitaspada dasarnya merupakan fungsi langsung dari kedalaman sungai, serta dipengaruhi juga oleh salinitas, temperatur dan tekanan. Secara matematis dituliskan dalam Persamaan 2.1.

ρ =

( 2.1 )

........................................................................

dimana:

) ρ = densitas (gr/cm m = massa (gr) v = volume (cm

Alumunium 2,70 x

Besi & baja 7,8x

Emas 19,3 x

Gelas 2,4 – 2,8 x

Kayu 0,3 – 0,9 x

Tembaga 8,9 x

Timah 11,3 x

Tulang 1,7 – 2,0 x

Zat padat Es 0,92 x

) Besarnya

ρa tidak tetap, tergantung pada suhu, tekanan dan larutan. Pada air tawar

memiliki nilai

ρa = 1000 kg/m

, dan air laut memiliki nilai

ρa = 1030 kg/m

. Pada perhitungan angkutan sedimen, pengaruh perbedaan kerapatan pada umumnya diabaikan.

Data massa jenis dari beberapa zat dapat dilihat dalam Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Data Massa Jenis Dari Beberapa Zat.

Zat Kerapatan (kg/m

) Zat cair

Air 1,00 x

10 Air laut 1,03 x

Darah 1,06 x

Bensin 0,68 x

Air raksa 13,6 x

Zat gas Udara 1,293 Helium 0,1786 Hidrogen 0,08994

Uap air 0,6

100 ° C

2.3 Sifat-sifat Cairan

Angkutan sedimen di sungai pada umumnya digerakkkan oleh aliran air yang berada dalam sungai tersebut, oleh sebab itu sangatlah penting untuk mengetahui sifat-sifat daripada alirannya terutama aliran pada saluran yang terbuka. Beberapa sifat dan parameter yang saling berkaitan dan berpengaruh pada pengangkutan sedimen dapat dilihat pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5 Parameter yang berpengaruh pada pengangkutan sedimen

SIMBOL SATUAN/DIMENSI KETERANGAN

BESARAN

Rapat massa / - Kg. kerapatan air Rapat massa /

- Kg. kerapatan sedimen

∆= Kerapatan relatif ∆ -

/ dalam air Viskositas dinamatik H Kg.

- Viskositas kinematik
- N / det Tegangan permukaan Kg.

∑

- 2.3.1 Berat Spesifik Partikel Sedimen

................................................................................................... ( 2. 2 ) Besarnya harga

γ tergantung pada tempat di bumi (g), pada garis katulistiwa harga g = 9,78

m/det , sedangkan di daerah kutub harga g = 9,832 m/det . Dengan demikian pada umumnya

2 diambil harga rata-rata g = 9,8 m/det .

2.3.2 Kekentalan (viscocity)

Kekentalan (viscocity) merupakan sifat zat cair untuk melawan tegangan geser atau perubahan sudut, terbagi dua macam :

1. Kekentalan kinematik ( ν)

Kekentalan kinematik sangat dipengaruhi suhu : .

.................................................................................................................. ( 2.3 )

V =

2. Kekentalan dinamik ( η) Kekentalan dinamik dipengaruhi partikel sedimen.

Untuk larutan yang dicairkan (c < 0.1) – Einstein (1906), mendapat : 1 2,5 ...................................................................................................... ( 2.4 ) dimana

ηm adalah koefisien kekentalan dinamik – campuran/larutan sedimen; η adalah . koefisien kekentalan dinamik air bersih; dan c merupakan konsentrasi sedimen

2.3.3 Kerapatan relatif dalam air - (tanpa dimensi) Δ

Kerapatan relatif dalam air adalah perbandingan selisih kerapatan suatu zat/sedimen dan air terhadap kerapatan air.

∆

( 2.5 )

...................................................................................

2.4 Pengangkutan Sedimen

Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu menuju bagian hilir akibat dari terjadinya erosi. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke alas pada partikel (gaya tarik dan gaya angkat) dan kecepatan pengendapan partikel. Sedimen dapat diangkut dengan tiga cara :

Suspension; umumnya terjadi pada sedimen-sedimen yang ukurannya sangat kecil (seperti lempung) sehingga mampu diangkut oleh aliran air atau angin yang ada.
Bedload; terjadi pada sedimen yang relatif ukurannya lebih lebih besar (seperti pasir, kerikil, kerakal, bongkahan) sehingga gaya yang ada pada suatu aliran yang bergerak dapat berfungsi dan memindahkan partikel-partikel yang besar di dasar. Pergerakan dari butiran pasir dimulai pada saat kekuatan gaya aliran melebihi kekuatan inersia butiran pasir tersebut pada saat diam. Gerakan-gerakan tersebut bisa menggeser, menggelinding, atau bahkan bisa mendorong antara sesama sedimen yang lainnya.
Saltation; umumnya terjadi pada sedimen yang berukuran seperti pasir, dimana aliran fluida yang ada mampu menghisap dan mengangkut sedimen pasir sampai akhirnya karena gaya gravitasi yang sedang bekerja kemudian mampu mengembalikan sedimen pasir tersebut ke dasar. Sedangkan berdasarkan asalnya material angkutan dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu (Yiniarti, 1997) :
Muatan material dasar (bed material transport), yang berasal dari dasar, berarti bahwa angkutan ini ditentukan oleh keadaan dasar dan aliran (dapatterdiri dari sedimen dasar dan sedimen melayang).

Muatan cuci (wash load), yang berasal dari hasil erosi daerah aliran sungai dan tidak berhubungan dengan kondisi hidrolik aliran setempat. Angkutan ini terdiri dari butiran yang sangat halus dengan diameter < 50

μm (terdiri darilempung dan lanau) yang hanya dapat bergerak dengan cara melayang dan tidak berada pada dasar sungai. Beban ini terdiri atas partikel-partikel yang sangat halus dan koloid, yang mengendap sangat lamban meskipun dalam air tenang sekalipun. Jenis bahan ini didapatkan dari bahan alas ( bed material ) dalam jumlah yang sangat sedikit, jadi jumlahnya sangat terbatas. Aliran turbulen yang biasa saja di alur sungai sudah mempunyai kemampuan besar untuk mengangkut beban bilas, sehingga banyaknya beban bilas yang diangkut hanya merupakan fungsi penyediaan material yang terdapat di alas sungai.

Jumlah beban layang dan bilas lebih mudah untuk diukur karena partikel-partikel sedimen tersebut bergerak secepat aliran, maka konsentrasi sedimen jika dikombinasikan dengan pengukuran debit menghasilkan besarnya pengangkutan sedimen. Laju pengangkutan sedimen adalah merupakan besarnya sedimen yang diukur sesaat. Jika debitnya tidak berubah secara cepat, maka satu kali pengukuran laju pengangkutan sedimen saja sudah cukup untuk menentukan laju rata-rata dalam satu hari. Tetapi jika debitnya berubah secara cepat dan laju pengangkutan sedimennya tinggi, maka diperlukan beberapa pengukuran untuk menentukan laju harian rata-rata secara lebih teliti. Pada umumnya dalam kondisi seperti ini penggunaan cara depth integrating akan terlalu banyak memakan waktu, sehingga hanya cukup diambil satu atau dua buah contoh air pada titik-titik yang ditetapkan dalam sungai. Suatu korelasi antara konsentrasi-konsentrasi yang diukur pada pada titik-titik yang telah ditetapkan dengan konsentrasi keseluruhan dapat dihitung dari pengukuran-pengukuran terdahulu yang lebih lengkap. Konsentrasi rata-ratanya untuk seluruh penampang melintang pada titik-titik yang ditetapkan kemudian dapat diperoleh dari korelasi tersebut. Prosedur ini digunakan dalam program pengambilan sampel sedimen di kanada dengan maksud untuk penghematan biaya.

Sekali laju rata-rata pengangkutan sedimen diketahui, hasil musiman atau tahunan dalam daerah pengaliran dapat diperoleh dengan menjumlahkan laju harian. Hasil sedimen tahunan ini kerap kali berkorelasi secara baik dengan debit rata-rata tahunan. Jika demikian halnya, maka apabila terdapat variasi yang jauh dari korelasi, maka merupakan indikasi yang mengundang penilaian terhadapa perubahan situasi dalam daerah pengalirannya. Hasil sedimen musiman atau tahunan dapat juga ditentukan dari pengukuran terhadap perubahan dasar waduk yang dilewati oleh sungai tersebut. Pengukuran secara periodik pada penampang-penampang melintang waduk yang telah ditetapkan, dibarengi dengan pengamatan berat jenis dari dari bahan endapan akan merupakan perkiraan banyaknya endapan sedimen di waduk. Bahan endapan tersebut hanya merupakan sebagian dari besarnya pengangkutan total sedimen tahunan, karena sebagian lain dari sedimen terangkut oleh aliran keluar dari waduk. Besarnya pengangkutan sedimen yang keluar dari waduk tergantung dari ukuran butirannya dan luas waduk tersebut, besarnya aliran keluar dari waduk, sifat-sifat bahan sedimen dan sifat-sifat outlet waduk. Dua buah faktor pertama tersebut diatas mempengaruhi waktu penampungan, yakni waktu selama mana pengendapan dapat terjadi dalam waduk. Waktu penampungan dalam hubungannya dengan kecepatan mengendap dari butiran-butiran sedimen, merupakan faktor utama yang mempengaruhi aliran keluar sedimen. Letak outlet pada bendungan dapat juga mempengaruhi lebih-lebih jika letaknya pada berada pada elevasi rendah, sehingga aliran sedimen dapat terjadi pada zona dimana terdapat konsentrasi sedimen yang lebih tinggi.

2.4.1 Rumus-Rumus Pengangkutan Sedimen

A. Shen dan Hungs

Shen dan Hungs mengasumsikan bahwa transportasi sedimen ialah kondisi yang kompleks sehingga tidak menggunakan bilangan Froude, bilangan Reynolds, dimana kombinasi ini didapati untuk menjelaskan semua kondisi transportasi sedimen. Sheng dan Hungs mencoba menemukan variabel dominan yang mendominasi laju transportasi sedimen.

Persamaan Sheng dan Hungs dinyatakan sebagai berikut : + 109503,872. log 107404,459 324214,747. 32630,589. … … ….( 2.6 ) Gw =

∗ ∗ ∗ ...........................................................................................................( 2.7 ) Qs = Ct * Gw .................................................................................................................... ( 2.8 )

, ,

...................................................................................................... ( 2.9 )

Y = ,

di mana :

Ct = kosentrasi sedimen total, V = kecepatan aliran (m/s),

= kecepatan jatuh (m/s),

S = kemiringan sungai, W = lebar sungai (m), D = kedalaman sungai (m),

Qs = muatan sedimen (kg/s)

B. Persamaan Yang’s

Yang’s (1973) memberikan formula transportasi sedimen berdasarkan konsep unit aliran listrik, dimana bisa dimanfaatkan untuk untuk memprediksi keseluruhan konsentrasi yang diangkut dalam dasar flumes. Persamaan Yang’s dinyatakan sebagai berikut :

∗ log 5,435 0,286 0,457

∗

– ( 1,799 0,314 log ) log ( )........ ( 2.10 )
– 0,409 log

( 2.11 )

Gw =

∗ ∗ ∗ ....................................................................................

Qs = Ct * Gw .............................................................................................. ( 2.12 )

di mana : t

C = konsentrasi sedimen total,

50 d = diameter sedimen 50% dari material dasar (mm), ω = kecepatan jatuh (m/s),

2 v = viskositas kinematik (m /s), V = kecepatan aliran (m/s), cr

V = kecepatan kritis (m/s), S = kemiringan sungai, U = kecepatan geser (m/s),

W = lebar dasar sungai (m), D = kedalaman sungai (m), Q s = muatan sedimen (kg/s).

C. Persamaan England and Hansen

England dan Hansen didasarkan pada pendekatan tegangan geser.Persamaan England dan Hansen dinyatakan sebagai berikut :

/ /

( 2.13 ) = 0,05 [ [ ..............................

( 2.14 ) Qs = W * .................................................................................. di mana :

= tegangan geser (kg/m ), = ∗ ∗

Qs = muatan sedimen (kg/s).

D. Persamaan Laursen

Berdasarkan data hasil eksperimen, Laursen ( 1958 ) mengusulkan sebuah persamaan transport sedimen dari hubungan antara kondisi aliran dan hasil debit sedimennya.

Persamaan Laursen dinyatakan sebagai berikut :

∗

....................................................... ( 2.15 )

Ct = 0.01 1) 10 ∗ /

................................................................................................ ( 2.16 ) ............................................................................................................... ( 2.17 )

Qs = Q*Ct di _t mana : C = ₅₀ konsentrasi sedimen total, d =

diameter sedimen 50% dari material dasar (mm), ω = kecepatan jatuh (m/s),

= tegangan geser (kg/m )

U =

Q s

kecepatan geser (m/s),

= muatan sedimen (kg/s).

2.4.2 Metode Einstein

Dalam penentuan beban material dasar dengan menjumlahkan beban melayang dan beban dasar digunakan metode Einsten (1950). Ia adalah orang pertama yang memperkenalkan ide daripada tegangan geser efektif. Tegangan geser total dipertimbangkan

terdiri dari dua bagian yaitu tegangan geser yang berkaitan kekasaran butiran dan tegangan geser yang berhubungan dengan tegangan geser akibat pembentukan dasar saluran ( form shear stress ) .

................................................................................................................. ( 2.18 ) Tegangan geser butiran adalah tegangan efektif untuk membawa sedimen merupakan tegangan geser yang menghasilkan kecepatan rata-rata bila semua perlawanan disebabkan kekasaran geseran. Dengan harga-harga yang diketahui dari kecepatan dan radius hidraulik, tegangan geser efektif dapat dihitung langsung dari persamaan kecepatan yang dipilih dan parameter geseran butiran. Ide ini telah dipakai dari awalnya pada hampir semua hubungan transport sedimen, kecuali untuk metode yang langsung didasarkan pada kecepatan atau kedalaman. Metode Einstein ini memperkenalkan beberapa konsep dasar dalam transportasi sedimen yang kemudian dimodifikasi oleh lainnya untuk perhitungan transportasi sedimen walaupun prosedur dasar difusinya kompleks serta beberapa ketidakpastian dalam penentuan koefisien.

2.4.3 Pengendalian Sedimen

Cara pengendalian sedimen yang terbaik adalah pengendalian sedimen yang dimulai dari sumbernya, yang berarti dalam hal ini dimaksudkan merupakan pengendalian erosi.

Sekali sedimen itu dihasilkan, maka harus ada tindakan lain yang dapat diambil untuk memperkecil akibat-akibatnya. Tindakan-tindakan yang dimaksud antara lain berupa :

1. Pengendalian sungai ( river training ) Dalam hal ini terdiri atas pembuatan tanggul-tanggul, krib, bendung pembimbing ( Inggris : guiding dam , Belanda : strekdam ).

2. Perencanaan bangunan inlet yang baik untuk menyadap air ke saluran Bangunan inlet harus diletakkan sedemikian rupa sehingga laju masuknya sedimen ke saluran harus seminimal mungkin. Untuk memperkecil masuknya sedimen ke saluran adalah dengan membuat pembilas ( excluder ) atau saluran pengendap ( setling basin ), sebelum air dimasukkan dalam saluran.

3. Pemilihan lokasi waduk yang benar Pemilihan lokasi bendungan untuk waduk harus dipilih di hulu anak sungai yang banyak mengangkut sedimen, agar tidak masuk ke dalam waduk, sejauh pemilihan lokasi lain masih dimungkinkan.

4. Pembangunan checkdam di hulu waduk Checkdam-checkdam tersebut berfungsi untuk mengumpulkan sedimen. Bila checkdam-checkdam tersebut tidak dibangun, maka sedimen akan masuk ke dalam waduk, sehingga akan memperpendek umur dari pada waduk tersebut.

5. Membuat alur pintas atau sudetan ( by pass channel ) Alur pintas atau sudetan tersebut dimaksudkan untuk mengelakkan aliran yang mengandung sedimen agar tidak masuk ke dalam waduk. Kesulitan yang akan dihadapi oleh pemecahan persoalan dengan cara ini ialah karena jumlah sedimen terbesar terjadi pada waktu banjir, sedangkan waduk harus menampung air banjir tersebut untuk maksud pengendalian banjir atau untuk maksud konservasi air permukaaan.

6. Perencanaan outlet waduk yang baik Pembuatan bangunan outlet yang dekat dengan dasar sungai akan akan memberikan kemungkinan membilas endapan yang terdiri atas material halus.

7. Perencanaan bangunan-bangunan ( structures ) yang baik Perencanaan ini harus sedemikian baiknya sehingga dapat dihindarkan pengendapan sedimen di depan bukaan ( opening ), atau ruang di mana ambang-ambang, pintu-pintu dan katub-katub berada dan bergerak.

2.5 Kecepatan Jatuh partikel

2.5.1 Hukum Stokes

Kecepatan jatuh sebuah partikel merupakan parameter yang sangat penting untukmempelajari sedimentasi di sungai dan juga proses pengendapan lain yang berlangsung serta untuk menentukangerak sedimen dalam suspensi maupun dasar saluran. Kecepatan jatuh butiran ditentukan dengan persamaan hambatan aliran:

( ) g = ................................................................................... ( 2.19 ) ................................................................................................... ( 2.20)

∆

............................................................................................................... ( 2.21 )

∆

…………………………................................................................ ( 2.22 )

dimana :

w = kecepatan jatuh sedimen (mm/s)

2 g = kecepatan gravitasi (m/det ) D = diameter butiran sedimen (mm) CD = koefisien hambatan Δ = (ρs - ρa) / ρa

)

ρa = rapat massa air (1025 kg/m

)

ρs = rapat massa sedimen (kg/m Harga besaran CD tergantung dari bilangan Reynold dan bentuk dari partikel.

Re = ( 2.23 )

........................................................................................................

Untuk

V = kecepatan arus (mm/s) ν= viskositas kinematik Untuk partikel berbentuk bola dan bilangan Reynold rendah (Re < 1) (koefisien hambatan di daerah Stokes adalah CD = 24/Re), rumus di atas menjadi :

∆

( 2.24 ) w = g ............................................................................. atau untuk mencari fall velocity dari suatu sedimen bisa juga digunakan persamaan umum seperti berikut :

w =

( 2.25 )

(

) ......................................................................................

2.5.2 Bottom Withdrawal Tube

Metode ini menggunakan alat yang dinamakan bottom withdrawal tube seperti yang dilampirkan pada Gambar 2.3. Awalnya sedimen yang diuji diambil dengan alat tersebut secara melintang dengan dua sisi terbuka pada kedalaman 1 meter. Kemudian sedimen yang diambil tersebut diangkat secara vertikal dengan bagian bawahnya yang telah ditutup, lalu dibawa ke permukaan untuk kemudian dimasukkan dalam sebuah wadah dengan pengendapan dalam perhitungan waktu 3’, 6’, 10’,15’, 25’, 40’, 60’. Dengan demikian, ada tujuh sampel sedimen yang telah diambil untuk dihitung konsentrasinya dengan metode gravimetri.

Konsentrasi sedimen didapati dari hasil laboratorium kimia analitik. Dengan mengambil contoh sedimen sebanyak 50 ml dan kemudian ditaruh pada sebuah kertas saring dandi-oven agar sampel tersebut kering sempurna. Kemudian setelah itu ditimbang berat kertas saring dan sedimen diatasnya. Dengan perhitungan sebagai berikut:

( 2.26) C = ............................................................................... Dimana :

3 C = konsentrasi sedimen (kg/m )

a = massa kertas saring + sedimen b = massa awal kertas saring Untuk analisa data kecepatan jatuh sedimen, nilai konsentrasi yang dipakai dalambentuk persentase (%) dengan tujuh perhitungan sesuai sampel. x 100% ; x 100% ; dst........................................................................ ( 2.27 )

∑ ∑

Perhitungan untuk kecepatan jatuhnya sendiri dengan:

W = ( mm/s ) ..................................................... ( 2.28 )

2.6 Morfologi Sungai dan Karakteristiknya

Morfologi sungai adalah ilmu yang mempelajari jenis, sifat, serta perilaku sungai dengan mencakup seluruh aspek perubahannya dalam dimensi ruang dan waktu. Sungai mempunyai fungsi mengumpulkan curah hujan dalam suatu daerah tertentu dan mengalirkannya ke laut. Sungai itu dapat digunakan juga untuk berjenis-jenis aspek seperti pembangkit tenaga listrik, pelayaran, pariwisata, perikanan dan lain-lain. Dalam bidang pertanian sungai itu berfungsi sebagai sumber air yang penting untuk irigasi. Sungai merupakan tempat mengalirnya air. Sungai berfungsi sebagai alat transportasi, sumber bahan baku tenaga listrik, dan tempat pembuangan akhir. Didaerah perkotaan sungai digunakan sebagai tempat mengalirnya air ketika hujan.Karena itu sungai merupakan bagian yang penting dari suatu kota. Apabila sungai tersumbat, aliran air yang mengalir didaratan tentunya tidak bisa tersalurkan dengan lancar, hal itu bisa mengakibatkan terjadinya banjir. Ada beberapa penyebab yang mengakibatkan banjir, salah satunya adalah karena pengendapan sedimentasi pada sungai. Sedimentasi menyebabkan pendangkalan sungai, hal itu terjadi karena ketinggian sedimentasi mengurangi kedalaman dari air, kalau pendangkalan melebihi kedalaman sungai, bisa menyumbat aliran sungai dan terjadilah banjir. Selain itu pendangkalan sungai juga bisa mengakibatkan meluapnya air sungai,jika terdapat debit air yang banyak yang melebihi kemampuan daya tampung aliransungai. Sehingga diperlukan beberapa analisis yang detail guna mengatasi seberapajauh sedimentasi sungai yang mempengaruhi terjadinya banjir. Aliran sungai pada umumnya memiliki aliran yang bercabang, denganaliran yang memiliki debit besar sebagai sungai utama dan anak sungai untuk debit yang lebih kecil dari sungai utama. Pecabangan sungai juga merupakan salah satu tempat yang rawan mengakibatkan banjir, karena tingkat sedimentasi yang terjadi dalam aliran tersebut dipengaruhi oleh dua aliran dengan tingkat debit aliran yang berbeda. Sehingga tingkat sedimentasi pada percabangan, dimungkinkan lebih banyak dibandingkan dengan tingkat sedimentasi pada aliran yang lain. Hal itu dikarenakan sedimen yang dibawa tidak hanya dari satu arus sungai,tapi bisa lebih dari satu sungai. Dalam aliran sungai yang terdapat sedimentasi, tingkat sedimentasi bisa diakibatkan oleh beberapa faktor alam, dan juga keadaan morfologi dari sungai tersebut. Tingkat sedimentasi dari segi morfologi memiliki beberapa faktor, salah satunya keadaan dinding sungai, adanya jembatan, dan adanya pelengseran pada bagian bagian bawah sungai yang tentu dari keadaan morfologi tersebut mempengaruhi tingkat sedimentasi. Selain itu, ada juga faktor alam yang mempengaruhi dalam proses sedimentasi. Kecepatan aliran sungai, debit aliran, dan juga ketinggian sungai bisa mengakibatkan proses sedimentasi bisa semakin besar terjadi. Karena itu bisa dimungkinkan kalau faktor-faktor tersebut tidak terprediksi, banjir bisa terjadi kapan saja.

2.6.1 Daerah Pengaliran

Daerah pengaliran sebuah sungai adalah daerah tempat presipitasi itu mengkonsentrasi ke sungai. Garis batas daerah-daerah aliran yang berdampingan disebut batas daerah pengaliran. Luas daerah pengaliran diperkirakan dengan pengukuran daerah itu pada peta topografi. Daerah pengaliran, topografi, tumbuh-tumbuhan dan geologi mempunyai pengaruh terhadap debit banjir, corak banjir, debit pengaliran dasar dan seterusnya.

2.6.2 Corak dan Karakteristik Daerah Pengaliran 1.

Daerah Pengaliran Berbentuk Bulu Burung Jalur daerah di kiri kanan sungai utama di mana anak-anak sungai mengalir ke sungai utama disebut daerah pengaliran bulu burung. Daerah pengaliran sedemikian mempunyai debit banjir yang kecil, oleh karena waktu tiba banjir dari anak-anak sungai itu berbeda-beda. Sebaliknya banjirnya berlangsung agak lama.

2. Daerah Pengaliran Radial Daerah pengaliran yang berbentuk kipas atau lingkaran dan di mana anak-anak sungainya mengkonsentrasi ke suatu titik secara radial disebut daerah pengaliran radial.

Daerah pengaliran dengan corak sedemikian mempunyai banjir yang besar di dekat titik pertemuan anak-anak sungai.

3. Daerah Pengaliran Paralel Bentuk ini mempunyai corak dimana dua jalur daerah pengaliran yang bersatu di bagian pengaliran yang bersatu dengan bagian hilir. Banjir itu terjadi di sebelah hilir titik pertemuan sungai-sungai.

4. Daerah Pengaliran Yang Kompleks Hanya beberapa buah daerah aliran yang mempunyai bentuk-bentuk ini dan disebut daerah pengaliran yang kompleks.

2.6.3 Koefisien Yang Memperlihatkan Corak Daerah Pengaliran 1.

Koefisien Corak/bentuk Koefisien ini memperlihatkan perbandingan antara luas daerah pengaliran itu denngan panjang sungainya.

( 2.29 ) ...................................................................................... dimana : F = koefisien corak A = luas derah pengaliran ( L = panjang sungai utama ( km ) Koefisien daripada corak sungai dapat dilihat pada Tabel 2.6.

Tabel 2.6 Koefisien Corak Sungai

Daerah Pengaliran Panjang Sungai Nama Sungai F Utama ( km ) (1000

Amazon 7.050 6.200 1.840 Missisipi 3.250 6.500 0.077

Yangtze 1.780 5.200 0.066 Donau 820 2.900 0.097

Kiso (3 sungai) 9.1 229 0.175 2. Kerapatan Sungai

Kerapatan Sungai adalah suatu indeks yang menunjukkan banyaknya anak sungai dalam suatu daerah pengaliran.

Kerapatan Sungai = ................. ( 2.30 )

Biasanya harga ini adalah kira-kira 0,30 ampai 0,50 dan dianggap sebagai indeks yang menunjukkan keadaan topografi dan geologi dalam daerah pengaliran. Kerapatan sungai itu adalah kecil di geologi yang permeabel, di pegunungan-pegunungan dan di lereng-lereng, tetapi besar untuk daerah-daerah yang banyak curah hujannya.

2.6.4 Gradien Memanjang Sungai dan Bentuk Penampang Melintang

Kurva yang memperlihatkan hubungan antara jarak dan permukaan dasar sungai yang diukur sepanjang sungai mulai dari estuari, disebut profil sungai. Profil ini tahap demi tahap berubah menjadi profil yang stabil sesudah terjadi erosi dan sedimentasi sesuai pengaruh aliran itu. Profil yang telah menjadi stabil sedemikian disebut profil seimbang.

Bentuk penampang melintang sungai berubah-ubah sesuai dengan karakteristik bahan dasar sungai, kecepatan aliran dan seterusnya.

Pada bagian hulu daerah-daerah pegunungan biasa dasar sungai itu sangat besar, dan penampang melintangnya menjadi lembah yang berbentuk V. Pada bagian pertengahan penampang lembah itu berbentuk U. Di zone alluvial bagian hilir sungai, penampang melintangnya menjadi trapezoid pada bagian yang lurus dan berbentuk segitiga pada bagian tikungan. Umumnya bentuk penampang melintang sungai adalah antara bentuk persegi panjang dan segitiga. Umpamanya luas penampang melintang A, lebar b dan dalam air maksimum h max maka : A = c x b x h max .......................................................................................................... ( 2.31 ) Dimana c disebut dengan koefisien bentuk penampang melintang.

Untuk bentuk persegi panjang c = 1, untuk segitiga c = ½ dan untuk parabola c = 2/3, Biasanya pada sungai-sungai, koefisien ini adalah kira-kira 0,60.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Studi Muatan Sedimen di Muara Sungai Krueng Aceh