Upload
andri-kwin
View
65
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
BAB VBAB V
ANALISIS HIDROLIKA PROFIL MUKA AIRANALISIS HIDROLIKA PROFIL MUKA AIR
5.1 Dasar Teori
Hidrolika saluran terbuka atau sungai persamaan yang biasa digunakan
untuk menghitung debit aliran adalah rumus Manning.
Q = A * V
dimana ;
Q = Debit aliran (m3/dt)
A = Luas Penampang (m2)
V = Kecepatan Aliran (m/dt)
Sedangkan kecepatan aliran (V) dihitung dengan persamaan ;
V=1nR2/3S1/2
Dimana ;
V = Kecepatan Aliran (m/dt)
n = Koefesien Manning
R = Penampang Basah = A/P
P = Keliling Basah
S = Kemiringan Saluran/Sungai
5.2 Teori Perhitungan Profil Muka Air
a. Persamaan Energi
Persamaan energi digunakan sebagai dasar perhitungan untuk
aliran steady dalam saluran terbuka, diberikan oleh persamaan
berikut ini (Chow, 1997:243):
h1 + α 1
U12
2 g+ z1 = h2 + α2
U22
2 g+ z2 + hf + he
Bab V hal 1
h1
Z1
he
hf = Sf . L
h2
Z2Bidang persamaan
1 2
g2
U21
1
g2
U22
2
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
dengan :
g = percepatan gravitasi (m2/dtk)
hf = kehilangan tinggi akibat gesekan (m)
he = kehilangan tinggi akibat perubahan penampang (m)
U = kecepatan rerata (m/dtk)
α = koefisien distribusi kecepatan
z = ketinggian dari datum (m)
h = kedalaman air (m)
Gambar 5.1. Energi Dalam Saluran Terbuka
b. Kehilangan Tinggi Energi
Kehilangan tinggi energi pada penampang sungai diakibatkan
oleh gesekan dan perubahan penampang. Kehilangan akibat
gesekan dievaluasi sebagai hasil dari kemiringan garis energi S f
dan panjang L (Anonim, 2001:2-3), seperti terlihat dalam
persamaan berikut :
h f=L . S f
S f = (QK )2
S f =S f 1 + S f 2
2
dengan :
hf = kehilangan energi akibat gesekan (m)
Bab V hal 2
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
L = jarak antar sub bagian (m)
Sf = kemiringan garis energi (friction slope)
K = pengangkutan aliran tiap sub bagian
Q = debit air (m3/dtk)
Adapun kehilangan tinggi energi akibat perubahan penampang
terdiri dari dua yaitu akibat kontraksi dan ekspansi. Kontraksi dan
ekspansi terjadi akibat back water yang disebabkan perubahan
penampang, atau perubahan kemiringan dasar saluran yang
sangat curam sekali. Kehilangan tinggi energi akibat kontraksi dan
ekspansi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
sebagai berikut : (Anonim, 2001:2-11)
he=C |α2V 2
2
2g−α 1V 1
2
2g|
dengan : C = koefisien akibat kehilangan tinggi kontraksi dan
ekspansi
c. Persamaan Momentum
Persamaan momentum menyatakan bahwa pengaruh dari semua
gaya luar terhadap volume kontrol dari cairan dalam setiap arah
sama dengan besarnya perubahan momentum dalam arah itu,
yaitu (Raju, 1986:11) :
Fx = . Q . U
W sin + P1 – P2 – Ff – Fa = Q (U2 – U1)
dengan :
P1 dan P2 = muatan hidrostatis pada potongan 1 dan 2
W = berat volume kontrol
= kemiringan dasar dengan garis mendatar
Ff = gesekan batas terhadap panjang x
Fa = tahanan udara pada permukaan bebas
Bab V hal 3
W sinθ
W W cos θ
L
1
P2
P1
U1 2
h2
h1
Z1
U2
Fa
Ff
Z2
43
θ
Bidang persamaan
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Gambar 5.2. Prinsip Momentum Pada Saluran Terbuka
d. Pengangkutan Aliran
Penentuan pengangkutan aliran total dan koefisien kecepatan
untuk suatu penampang melintang mengharuskan aliran dibagi
menjadi bagian-bagian dimana kecepatan tersebut akan
didistribusikan secara merata. Pendekatan yang digunakan dalam
program ini adalah membagi aliran didaerah pinggir sungai
dengan menggunakan nilai kekasaran n sebagai dasar pembagian
penampang melintang.
Pengangkutan aliran Kj dihitung berdasarkan persamaan sebagai
berikut (Anonim, 2001:2-4):
K j=1 .49n j
A j R j
23
(dalam satuan Inggris)
K j=1n jA jR j
23
(dalam satuan Metrik)
dengan :
Kj = pengangkutan tiap bagian
n = koefisien kekasaran manning tiap bagian
Aj = daerah aliran tiap bagian
Rj = jari-jari hidrolis tiap bagian
Bab V hal 4
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Program akan menjumlahkan penambahan pengangkutan di
daerah pinggir sungai untuk mendapatkan pengangkutan di
daerah samping kiri dan kanan. Pengangkutan di bagian utama
saluran dihitung sebagai elemen pengangkutan tunggal.
Pengangkutan total pada penampang melintang didapatkan
dengan menjumlahkan pengangkutan di tiga bagian ( kiri, tengah
dan kanan).
K t=∑j=1
n
K j
dengan :
n = adalah jumlah sub bagian pada suatu penampang melintang
sungai.
e. Koefisien Kekasaran
Aliran dalam suatu penampang melintang tidak dibagi menjadi
beberapa sub bagian, kecuali terjadi perubahan dalam area
saluran utama. Dan program akan menerapkannya dalam
perhitungan pada penampang melintang. Jika tidak dapat
diterapkan, maka program akan menghitung satu nilai n
kekasaran untuk seluruh bagian saluran. Untuk perhitungan n
komposit, saluran utama dibagi menjadi n bagian, dimana setiap
sub bagian diketahui parameter basah Pi dan koefisien
kekasarannya ni. (Anonim, 2001 : 2-7).
nc=|∑i=1
N
(P ini1,5)P
|
23
dengan :
nc = koefisien kekasaran komposit
P = parameter basah untuk saluran utama
Pi = parameter basah untuk sub bagian ke-i
ni = koefisien kekasaran untuk sub bagian ke-i
Bab V hal 5
C
C
Q
h
12
1 2
A
T
Potongan C - C
)(2
x
x
)(2
x
x
x
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
f. Persamaan Kontinuitas
Dasar persamaan kontinuitas unsteady flow pada saluran terbuka
diturunkan sebagai persamaan berikut (Raju, 1986:9) :
dQdx
+ dAdt
= 0
dengan :
Q = debit (m3/dt)
Δx= panjang pias (m)
A = luas penampang (m2)
t = waktu (detik)
Gambar 5.3. Kontinuitas Aliran Tak Tetap
5.3 Profil Muka Air Kondisi Eksisting (Sebelum Normalisasi)
Kondisi eksisting akan dievaluasi menggunakan debit banjir Q 2th dan Q
1th, dimana untuk untuk mengetahui kondisi kapasitas tampung sungai saat
ini dapat dilihat dari hasil analisis menggunakan program Bantu HecRas
(Hydrologic Engineering Center – River Analysis System Ver 4.10).
Bab V hal 6
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Bab V hal 7
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Gambar 5.4. Skematik Saluran Tali Air untuk Pembuatan Geometri Data
Bab V hal 8
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Dari hasil analisis kondisi eksisting dengan debit Q2 maka diperoleh output
sebagai berikut ;
Tabel 5.1. Output Tabel Profil Muka Air Debit Q2 Saluran Tali Air
Bab V hal 9
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Tabel 5.2. Output Tabel Profil Muka Air Debit Q1 Saluran Tali Air
Bab V hal 10
Elevasi Tebing SaluranElevasi Muka Air Banjir (Q2)
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Gambar 5.5. Grafik Profil Muka Air Debit Q2 Kondisi Eksisting Saluran Tali Air
Bab V hal 11
Elevasi Tebing Saluran
Elevasi Muka Air Banjir (Q1)
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Gambar 5.6. Grafik Profil Muka Air Debit Q1 Kondisi Eksisting Saluran Tali Air
Bab V hal 12
3.00
3.80
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
5.4 Modifikasi Penampang (Normalisasi)
Untuk mengetahui apakah normalisasi yang akan diaplikasikan sudah sesuai
dan aman terhadap debit banjir yang direncanakan maka perlu dianalisis
profil muka air setelah terlebih dahulu dilakukan modifikasi penampang
sesuai rencana normalisasi.
Dalam hal ini, kondisi terakhir di lapangan telah dilakukan normalisasi
sepanjang 700m, yaitu Sta. 0+051,56 sampai dengan gorong-gorong jalan
dan 50.8 m di hilir gorong-gorong jalan yaitu sampai Sta 0+826.38 m.
A. Normalisasi yang sudah dikerjakan dan Pasangan Batu
Eksisting
B. Modifikasi Penampang P.1+000 s/d P.2+750
Sedangkan perbaikan kemiringan saluran dilakukan sebagai berikut ;
1) Kemiringan Ruas 1 sepanjang 350 m (P.0+050 s/d P.0+400),
dengan kemiringan S1 = 0.00703 (Sudah Dilaksanakan)
2) Kemiringan Ruas 2 sepanjang 1800 m (P.0+400 s/d P.2+200)
dengan kemiringan S2 = 0.00245 (Sudah Dilaksanakan
P.0+400 s/d P.0+826,38)
Bab V hal 13
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
3) Kemiringan Ruas 3 sepanjang 550 m (P.2+200 s/d P.2+758.7)
dengan kemiringan S3 = 0.00098
Berikut adalah perubahan penampang yang diaplikasikan menggunakan
program HecRas pada patok P.0+050 s/d P.0+400, yang ditunjukkan pada
gambar dibawah yaitu penampang sebelum dan sesudah modifikasi.
Bab V hal 14
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Gambar 5.7. Modifikasi Penampang sebelum dan sesudah diaplikasikan
Bab V hal 15
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Gambar 5.8. Profil Muka Air Setelah Normalisasi ruas 1 (P.0+050 s/d P.0+400) dan normalisasi ruas 1-2 (P.0+050 s/d
P.1+000)
Bab V hal 16
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Gambar 5.9. Profil Muka Air Setelah Normalisasi ruas 1-3 (P.0+050 s/d P.2+200) dan normalisasi ruas 1-4 (P.0+050 s/d
P.2+758.7)
Bab V hal 17
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Tabel 5.3. Output Tabel Profil Muka Air Debit Q2 Saluran Tali Air setelah Normalisasi (Ruas 1 s/d Ruas 4)
Tabel 5.4. Output Tabel Profil Muka Air Debit Q1 Saluran Tali Air setelah
Bab V hal 18
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
Normalisasi (Ruas 1 s/d Ruas 4)
5.5 Kesimpulan Hasil Analisis Profil Muka Air
Sesuai hasil analisis, maka saluran Tali Air kondisi eksisting mempunyai
Bab V hal 19
LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan
penampang yang tidak beraturan pada beberapa ruas terjadi penyempitan
dan pendangkalan akibat erosi dan sedimentasi. Pada kondisi eksisting
dengan terjadinya debit banjir Q2 maka terjadi luapan banjir pada sebagian
besar ruas bahkan hampir sepanjang saluran Tali Air adalah beresiko banjir.
Diketahui juga adanya pendangkalan di bagian hilir sampai muara dan
kemiringan dasar saluran/sungai tidak beraturan. Sementara kemiringan
dasar saluran atau sungai pada bagian hulu agak curam sedangkan di
bagian hilir cukup landai sehingga menyebabkan terjadinya kenaikan muka
air dan air balik pada ruas transisi (Bottle Neck).
Salah satu upaya dalam penanggulangan luapan banjir adalah dengan cara
memperbaiki kemiringan saluran/sungai dan memperbesar penampang
dengan memperlebar saluran. Sehingga dalam hal ini Saluran Tali Air perlu
dilakukan normalisasi dengan memperlebar dan juga memperbaiki
kemiringannya. Dari hasil analisis rencana normalisasi dengan dimensi dan
kemiringan saluran/sungai seperti yang telah disebutkan di atas, maka
normalisasi dan perbaikan kemiringan saluran tersebut sudah mampu untuk
mengalirkan debit banjir Q2, dengan demikian saluran Tali Air sudah kembali
sesuai kapasitas tampung yang semestinya yaitu sama dengan kapasitas
debit pengaliran kala ulang 2 tahun (Q2).
Bab V hal 20