REKAYASA SUNGAI

rawiyah husnan

UNIVERSITAS NEGERI GORONTALO

2013

ALIRAN SUNGAI

Sejak jaman dahulu, sungai sudah menjadi suatu komponen alam yang

sangat berperan dalam membentuk corak kehidupan suatu bangsa. Ketersediaan

airnya, lembahnya yang subur serta berbagai potensi sungai lainnya menarik

manusia untuk bermukim disekitarnya. Sehingga pemanfaatan sungai dengan

konsekuensi manusia akan melakukan rekayasa terhadapnya dilakukan untuk

mengambil manfaatnya.

Dalam melakukan tindakan rekayasa terhadap sebuah sungai agar kita dapat

mengambil manfaat darinya, kita harus mengetahui sifat-sifat alaminya dan

menyesuaikan tindakan-tindakan kita secara bersahabat terhadap sifat-sifat

tersebut agar keseimbangan alam tidak terganggu.

Potensi-potensi dan kegunaan yang dapat diambil dari sebuah sungai :

1. Air

Air adalah kebutuhan dari seluruh makhluk untuk kelangsungan hidup,

pemenuhan air bersih/minum, sebagai penunjang produksi pangan,

pembasahan lahan irigasi, perikanan, dll

2. Aliran

Bersama dengan air akan menghasilkan energy , pembersih pencemaran, dan

fasilitas rekreasi

3. Alur

Sebagai jalur transportasi, (navigasi) dan unsur pertahanan dan keamanan (di

masa lalu)

4. Sedimen

Sebagai bahan bangunan, dapat membentuk dan menyuburkan lahan

5. Lembah, delta

Dapat dikembangkan sebagai areal pemukiman, pertanian dan industry

A. SIKLUS HIDROLOGI

16

Air hujan yang jatuh ke bumi, sebagian menguap kembali menjadi air di udara,

sebagian masuk ke dalam tanah, sebagian lagi mengalir di permukaan. Aliran air di

permukaan ini kemudian akan berkumpul mengalir ke tempat yang lebih rendah dan

membentuk sungai yang kemudian mengalir ke laut.

Sungai merupakan suatu saluran terbuka atau saluran drainase (paradigma lama)

yang terbentuk secara alami yang mempunyai fungsi sebagai saluran. Sungai adalah

suatu sistem yang sifatnya komplek (complex) tetapi tidak tak beraturan (complicated).

Gambar 1. Sungai sebagai suatu komponen Siklus Hidrologi

Sungai adalah torehan di permukaan bumi yang merupakan penampung dan

penyalur alamiah air dan material sedimen dari suatu DAS ke tempat yang lebih rendah

dan akhirnya ke laut. Sedangkan DAS (Daerah Aliran Sungai) adalah sebuah kawasan

yang dibatasi oleh pemisah topografis yang menampung, menyimpan, dan mengalirkan

air ke anak sungai dan sungai utama yang bermuara ke danau atau laut (Kepmen

Pedoman Manajemen Banjir, 2003).

17

B. BENTUK SUNGAI

Gambar 2. Tampang melintang sungai

Tampang lintang antara lain terdiri dari :

a. Dasar sungai yang dalam dan yang dangkal yang bila airnya surut akan terisi oleh

gugus-gugus endapan

b. Tanggul-tanggul alam pada kedua sisinya

c. Bantaran banjir atau flood plain penampung luapan banjir yang akan tergenang pada

saat sungai meluap.

Dimensi dari masing-masing bagian tampang lintang dapat berbeda dari satu lokasi

ke lokasi lain disepanjang alur sungai. Setiap sungai masing-masing mempunyai

karakteristik tersendiri tergantung faktor-faktor yang mempengaruhinya, terutama

formasi geologi dari daerah aliran sungainya, serta iklim setempat. Bahkan pada sebuah

sungai terdapat pebedaan pada bagian tepi kiri dan kanan maupun segemen-segmen

sepanjang aliran sungai dari hulu sampai ke hilir.

a. Hulu sungai berarus deras dan turbulent atau torrential river yang dapat berupa

sungai jeram atau rapids rivers, , atau sungai jalin atau braided river.

b. Sungai alluvial

c. Sungai pasang surut atau tidal river

18

d. Muara sungai atau estuari

e. Mulut sungai atau tidal inlet yaitu bagian laut yang langsung berhubungan dengan

muara di mana terjadi interaksi antara gelombang laut aliran air yang keluar masuk

muara

f. Delta sungai yang berupa dataran yang terbentuk oleh sedimentasi di dalam muara dan

mulut sungai . Delta ini perlu ditinjau karena berpengaruh terhadap sifat-sifat sungai

dimana delta ini terbentuk di dalam muaranya.

Perbedaan antara sungai yang satu dengan sungai lainnya dapat disebabkan oleh :

a. Perubahan waktu, misalnya sebuah sungai akan lebih landai karena proses erosi dan

sedimentasi yang terus terjadi sepanjang waktu

b. Letak topografis dari sungai dan DASnya

c. Perbedaan akibat pengaruh luar, misalnya karena pengaruh iklim dan kondisi geologi

dari lembah dimana sungai itu mengalir.

C. KLASIFIKASI ALIRAN

Aliran di sungai atau saluran terbuka permukaan yang bebas disebut aliran

permukaan bebas (free surface flow) atau aliran saluran terbuka (open channel flow).

Permukaan bebas mempunyai tekanan sama dengan tekanan atmosfir. Jika pada aliran

tidak terdapat permukaan bebas, dan aliran dalam saluran penuh, maka aliran yang terjadi

tersebut disebut aliran dalam pipa (pipe flow) atau aliran terendam (pressurized flow).

Aliran dalam pipa tidak mempunyai tekanan atmosfir, tetapi tekanan hidraraulik.

Pada saluran terbuka (open channels) , misalnya sungai, variabel aliran sangat tidak

teratur baik terhadap ruang maupun waktu. Variabel tersebut adalah tampang lintang

saluran, kekasaran, kemiringan dasar, belokan, debit air dan sebagainya. Ketidakteraturan

tersebut mengakibatkan analisis aliran sangat sulit untuk diselesaikan secara analitis. Oleh

karena itu analisis aliran melalui saluran terbuka adalah lebih empiris dibanding dengan

aliran melalui pipa, sampai dengan saat ini metode empiris masih yang terbaik untuk

menyelesaikan masalah-masalah aliran..

Aliran permukaan bebas dapat diklasifikasikan menjadi berbagai tipe tergantung

kriteria yang digunakan. Berdasarkan perubahan kedalaman dan atau kecepatan

mengikuti fungsi waktu, maka aliran dibedakan sebagai aliran permanen (steady) dan

tidak permanen (unsteady), sedangkan berdasarkan fungsi ruang, maka aliran dibendakan

menjadi aliran seragam (uniform) dan tidak seragam (non-uniform).

19

Gambar 3. Klasifikasi Aliran

1. Aliran Permanen (Steady) dan Tidak Permanen (Unsteady)

Jika kecepatan aliran pada suatu titik tidak berubah terhadap waktu, maka alirannya

disebut aliran permanen atau tunak (steady flow), jika kecepatan pada suatu lokasi

tertentu berubah terhadap waktu, maka alirannya disebut aliran tidak permanen atau tidak

tunak (unsteady flow).

Dalam hal-hal tertentu dimungkinkan mentransformasikan aliran tidak permanen

menjadi aliran permanen dengan mengacu pada koordinat referensi yang bergerak.

Penyederhanaan ini menawarkan beberapa keuntungan, seperti kemudahan visualisasi,

kemudahan penulisan persamaan yang terkait dan sebagainya. Penyederhanaan ini hanya

mungkin jika bentuk gelombang tidak berubah dalam perambatannya. Misalnya bentuk

gelombang kejut (surge) tidak berubah ketika merambat pada saluran halus dan

konsekuensinya perambatan gelombang kejut yang tidak permanen dapat dikonversi

menjadi aliran permanen dengan koordinat referensi yang bergerak dengan kecepatan

absolut gelombang kejut. Hal ini ekivalen dengan pengamat bergerak disamping

gelombang kejut sehingga gelombang kejut terlihat stasioner atau tetapoleh pengamat;

jadi aliran dapat dianggap sebagai aliran permanen. Jika bentuk gelombang berubah

selama perambatannya, maka tidak mungkin mentranformasikan gerakan gelombang

tersebut menjadi aliran permanen. Misalnya gelombang banjir yang merambat pada

sungai alamiah tidak dapat ditransformasikan menjadi aliran permanen karena bentuk

gelombang termodifikasi dalam perjalanan sepanjang sungai.

2. Aliran Seragam (Uniform) dan Tak Seragam/ Berubah (Non Uniform)

20

Fungsi waktu

Fungsi ruang

ALIRAN (Flow)

Aliran tak Permanen (Unsteady)

Berubah(Varied)

Aliran Permanen (Steady )

Berubah lambat laun

(Gradually)

Seragam (Uniform)

Seragam (Uniform)

Berubah (Varied)

Berubah tiba-tiba(Rapidly)

Berubah tiba-tiba

(Rapidly)

Berubah lambat laun

(Gradually)

Jika kecepatan aliran pada suatu waktu tertentu tidak berubah sepanjang saluran,

maka alirannya disebut aliran seragam (uniform flow). Namun, jika kecepatan aliran pada

saat tertentu berubah terhadap jarak, maka alirannya disebut aliran tidak seragam atau

aliran berubah (nonuniform flow or varied flow).

Berdasarkan laju perubahan kecepatan terhadap jarak, maka aliran dapat

diklasifikasikan menjadi aliran berubah lambat laun (gradually varied flow) atau aliran

berubah tiba-tiba (rapidly varied flow).

3. Distribusi Kecepatan

Kecepatan aliran dalam saluran biasanya sangat bervariasi dari satu titik ke titik

lainnya. Hal ini disebabkan adanya tegangan geser di dasar dan dinding saluran dan

keberadaan permukaan bebas. Gambar 2.2 memperlihatkan tipikal distribusi kecepatan

pada beberapa tipe potongan melintang saluran.

Gambar 2.2 Distribusi Kecepatan

Kecepatan aliran mempunyai tiga komponen arah menurut koordinat kartesius.

Namun, komponen arah vertikal dan lateral biasanya kecil dan dapat diabaikan. Sehingga,

hanya kecepatan aliran yang searah dengan arah aliran yang diperhitungkan. Komponen

kecepatan ini bervariasi terhadap kedalaman dari permukaan air. Tipikal variasi

kecepatan terhadap kedalaman air diperlihatkan dalam gambar 2.2

HIDROGRAF

Perjalanan air di dalam DAS dapat diasumsikan sebagai limpasan total (total

runoff), yang terdiri dari limpasan langsung (direct runoff) dan aliran dasar (base flow).

Limpasan langsung sendiri terdiri dari aliran permukaan (surface runoff) dan aliran

bawah permukaan yang mengalir langsung (prompt sub surface flow) serta hujan yang

jatuh langsung di permukaan sungai (channel precipitation). Sedangkan aliran dasar

21

Waktu puncak

Debit, m3/dt

Waktu, jam

Puncak

Kurva naik Kurva turun

Aliran langsung(direct runoff, DRO)

Aliran dasar (base flow,)BF)

Waktu turun

Waktu dasar

terdiri dari aliran bumi (ground water flow) yang masuk melalui perkolasi dan aliran

bawah tanah permukaan terkemudian (delayed sub surface flow) yang tidak masuk ke

saluran, tetapi bergabung dengan air perkolasi dan memperbesar aliran dasar. Aliran dasar

dan limpasan langsung akhirnya bersatu menjadi satu menuju ke sungai (Chow, 1988).

Hidrograf adalah suatu grafik / kurva yang memberikan hubungan antara parameter

aliran dan waktu . Parameter tersebut bisa berupa kedalaman aliran (elevasi) atau debit

aliran; sehingga terdapat dua macam hidrograf yaitu hidrograf muka air dan hidrograf

debit. Hidrograf muka air dapat ditransformasikan menjadi hidrograf debit dengan

menggunakan rating curve.

Untuk selanjutnya yang dimaksud dengan hidrograf adalah hidrograf debit, kecuali

apabila dinyatakan lain.

Komponen-Komponen Hidrograf

Komponen-komponen yang merupakan sumber-sumber penyebab pengaliran di

dalam sungai terdiri dari : (1) aliran permukaan (surface runoff); (2) aliran bawah tanah

(sub surface flow); (3) aliran air tanah (groundwater flow), (4) air yang berasal langsung

dari hujan (channel precipitation).

Bentuk grafis hidrograf dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.3 Komponen hidrograf aliran permukaan di sungai

Waktu nol (zero time) menunjukkan awal hidrograf. Puncak hidrograf adalah

bagian dari hidrograf yang menggambarkan debit maksimum. Waktu mencapai puncak

(time to peak) adalah waktu yang diukur dari waktu nol sampai terjadinya debit puncak.

Sisi naik (rising limb) adalah bagian dari hidrograf antara waktu nol dan waktu mencapai

puncak. Sisi turun (recession limb) adalah bagian dari hidrograf yang menurun antara

waktu capai puncak dan waktu dasar. Waktu dasar (time base) adalah waktu yang diukur

dari waktu nol sampai waktu dimana sisi turun berakhir. Akhir dari sisi turun ini

22

ditentukan dengan perkiraan. Sisi resesi mempunyai bentuk logaritma natural (ln).

Volume hidrograf diperoleh dengan mengintegralkan debit aliran dari waktu nol sampai

waktu dasar. Pada kurva naik dan kurva turun terdapat titik balik dimana kurva hidrograf

berubah arah.

Bentuk hidrograf tersebut mempunyai waktu turun lebih lama dari waktu naik

disebabkan oleh tanggapan yang berbeda dari aliran permukaan , aliran antara dan aliran

air tanah. Aliran permukaan memberikan kenaikan hidrograf dengan cepat dan besar,

sementara dua aliran yang lain naik dengan berangsur-angsur dan dengan waktu yang

lebih lama. Superposisi dari ketiganya menghasilkan hidrograf debit dengan sisi resesi

yang lebih panjang.

23