Sungai Bionga (2)

INTENSITAS BED LOAD SUNGAI BIYONGA

Oleh: Rawiyah Husnan

Dosen Jurusan Teknik Sipil Universitas Negeri Gorontalo

JURNAL TEKNIK, Volume 5. No.2, Desember 2007

Download file: 63  

Intisari

Sungai Biyonga adalah salah satu diantara 4 sungai besar dalam lingkup DAS Limboto yang bermuara ke Danau Limboto dengan beban sedimen 0.1282 kg/detik. Sungai Biyonga merupakan satu dari 3 DAS Prioritas Tinggi (super prioritas) yang memerlukan penanganan intensif, menyeluruh serta perencanaan dan pengelolaan secara holistik, sehingga informasi seberapa besar intensitas bed load sangat dibutuhkan untuk perencanaan pengendalian sedimen yang baik dan tepat sasaran.

Parameter-parameter yang mempengaruhi intensitas bed load pada S. Biyonga didapat dari pengumpulan data sekunder dan telaah terhadap studi-studi terdahulu, sedangkan data material diperoleh dari hasil uji laboratorium. Prediksi intensitas bed load dihitung berdasarkan Persamaan Einstein, Frijlink serta Meyer Peter and Muller.

Intensitas bed load Sungai Biyonga rata-rata berada diatas 22000 m3/ tahun dengan hasil maksimum yang diperoleh dari Persamaan Frijlink yakni sebesar 293870 m3/tahun atau 15 – 33 % dari jumlah perkiraan sedimen yang masuk ke Danau Limboto pertahun ( sekitar 1 – 2 juta m3).

Kata-kata Kunci : Bed load, Sungai Biyonga, Intensitas

Abstract

Biyonga River is one of the four big rivers in Limboto Catchment Area that put at sop to Limboto Lake with the sediment burden 0,1282 kg/sec. It is one of the three super priority that need intensif plan and holistic manajement, so that the information of how much intencity of the bed load needed to plan in controlling sediment being good and acurate.

Parameters that influence the bed load intencity into Biyonga River can be collected from the secondary data and review of the former research, while the material dimension are got from laboratoy test. The prediction of the bed load intencity is counted based on Eistein, Frijlink , and Meyer Peter and Muller Equation.

The Biyonga River intencity bed load more than 22000 m3/year which the maximum outcome got from Frijlink Equation that is 293870 m3/year or 15 – 33 % from the amount of sediment prediction which come into Limboto Lake ( about 1 – 2 million m3).

Key words : Bed Load, Biyonga River, Intencity

PENGANTAR

Danau Limboto memiliki fungsi-fungsi yang cukup signifikan untuk dikembangkan diantaranya meliputi kegiatan pertanian, perikanan dan yang dilakukan oleh masyarakat sekitar pesisir danau serta fungsi penyeimbang lingkungan fisik seperti cadangan air tanah, pencegah banjir dan penyeimbang suhu udara.

Dalam perkembangannya kondisi Danau Limboto semakin hari semakin buruk. Gejala pendangkalan dan banjir menjadi ancaman, terlihat dari luas danau  yang pada tahun 1932 mencapai 7000 ha, di tahun 1970 menyusut menjadi 3500 ha. Tahun 1993 perairan ini hanya mencapai kedalaman maksimum 2, 5 m dengan luas permukaan sekitar 3000 ha (Sarmita, 1994) tahun 1999 luas areal yang tersisa tinggal 2900 ha.

Berdasarkan hasil analisa Kelompok Kerja Pengelolaan DAS Limboto (KK-PDLBM), BP DAS Bone Bolango, LP2G JAPESDA yang didukung oleh JICA menyatakan bahwa tingkat kedalaman danau pada musim kemarau berkisar antara 2 – 3 m. Dengan demikian terdapat pendangkalan danau yang disebabkan oleh hasil sedimentasi akibat lumpur yang berasal dari aliran sungai.dan sumber sedimen lainnya yang diperkirakan mencapai volume 1 – 2 juta m3/ tahun dan menyebabkan pendangkalan rata-rata 3.5 cm/tahun.

Sungai Biyonga adalah salah satu diantara 4 sungai besar dalam lingkup DAS Limboto yang bermuara ke Danau Limboto dengan beban sedimen 0.1282 kg/detik. DAS Limboto merupakan satu dari 3 DAS Prioritas Tinggi (super prioritas) disamping DAS Bone dan DAS Randangan yang memerlukan penanganan intensif, menyeluruh serta perencanaan dan pengelolaan secara holistik yang melibatkan seluruh multi stakeholder.

Berbagai studi dan laporan tentang sedimentasi di Danau Limboto telah  dilakukan namun informasi mengenai berapa intensitas bed load maupun  suspended load belum dilaksanakan. Informasi seberapa besar intensitas bed load  dan suspended load sangat dibutuhkan sehingga perencanaan pengendalian  sedimen yang berasal dari aliran sungai dapat direncanakan dengan baik dan tepat sasaran.

Atas dasar pertimbangan tersebut penelitian tentang Intensitas Bed Load Sungai Biyonga perlu dilaksanakan mengingat beban sedimentasi sungai Biyonga cukup tinggi dibanding beberapa sungai besar yang bermuara di Danau Limboto.

TINJAUAN PUSTAKA

Angkutan sedimen dapat dibedakan sebagai angkutan sedimen dasar (bed
load) dan angkutan sedimen melayang (suspended load). The Subcomitte on Sediment Terminology of American Geophysical Union, mendefinisikan pergerakan sedimen dalam tiga cara yaitu sebagai contact load, saltation load dan suspended load.

Untuk suatu kondisi aliran tertentu pada suatu saluran/sungai dimana komposisi material dasarnya dapat bergerak (movable bed), kondisi kritik
angkutan sedimen dapat terjadi dan gerakan partikel sedimen akan terjadi. Bila tegangan geser yang relatif kecil, sebagian besar material akan bergerak sebagai contact load, sementara untuk tegangan geser yang lebih besar, material dapat bergerak secara saltasi atau suspensi, tergantung besar tegangan geser yang terjadi dan karakteristik partikel sedimennya.

Biasanya sangat sukar untuk mengukur partikel yang bergerak secara saltasi. Dengan pertimbangan bahwa besar angkutan sedimen saltasi biasanya kecil dibandingkan angkutan sedimen contact load, maka contact load dan saltation load oleh para ahli sering disatukan , yang selanjutnya dinamakan sebagai bed load (angkutan sedimen dasar).

Pada bed load, butir bergerak di dasar secara menggelinding (”rolling”), menggeser (”sliding”), atau meloncat (”jumping”). Intensitas bed load (Tb) dapat dihitung tetapi pengukuran menimbulkan kesulitan. Sedangkan pada suspended load, butir bergerak diatas dasar secara melayang, dimana gerak butir terus menerus dikompensasi oleh gerak turbulensi air. Intensitas suspended load (Ts) dapat diukur tetapi perhitungan menimbulkan kesulitan.

1. Intensitas Transpor Sedimen

Intensitas transport sediment (T) pada suatu tampang lintang sungai /saluran adalah banyaknya sedimen yang lewat tampang lintang tiap satuan waktu. (Pragnjono, 1987). Banyaknya sedimen dapat dinyatakan dalam : Berat (N/det), Massa (kg/det) maupun Volum (m3/det)

2. Permulaan Gerak Butiran

Akibat adanya aliran air, timbul gaya-gaya yang bekerja pada material sedimen. Gaya-gaya tersebut mempunyai kecenderungan untuk menggerakkan atau menyeret butiran material sedimen. Pada waktu gaya-gaya yang bekerja pada butiran sedimen mencapai suatu harga tertentu, sehingga apabila sedikit gaya ditambahkan akan menyebabkan butiran sedimen bergerak, maka kondisi tersebut dinamakan kondisi kritik. Parameter-parameter aliran pada kondisi tersebut, seperti tegangan geser dasar ( 0), kecepatan aliran (U) juga mencapai kondisi kritik ( Kironoto, 1997).

Tegangan geser dasar adalah gaya akibat geseran pada dasar yang merupakan gaya penghambat terhadap gaya pendorong (gaya hidrostatika, gaya tekanan atmosfir, dan berat massa air) pada aliran.

Untuk suatu kondisi aliran tertentu pada suatu saluran atau sungai dimana komposisi material dasarnya dapat bergerak (movable bed), kondisi kritik angkutan sedimen dapat terlampaui, dan pada tahap ini gerakan partikel sedimen akan terjadi. Proses angkutan sedimen dimulai dari terlampauinya tegangan geser dasar yang melebihi tegangan kritik butiran. Secara umum dapat dinyatakan bahwa kondisi kritik dari gerak awal sedimen tergantung pada b, ds, g, s, , dan u*kr (Kironoto 1997).

Permulaan gerak butiran yang sering disebut kondisi kritik (critical condition) atau awal gerusan (initial scour) dijelaskan oleh Graf (1984) adalah sebagai berikut :

a. Dengan menggunakan persamaan-persamaan kecepatan geser kritik dengan mempertimbangkan pengaruh aliran terhadap butiran.

b. Dengan persamaan-persamaan tegangan geser kritik dengan mempertimbangkan hambatan gesek dari aliran terhadap butiran.

c. Kriteria gaya angkat yang mempertimbangkan perbedaan tekanan yang
diakibatkan oleh gradien kecepatan.

Garde dan Raju (1977) menyatakan bahwa permulaan gerak butiran adalah salah satu dari kondisi berikut :

a. Satu butiran tunggal bergerak.
b. Beberapa (sedikit) butiran bergerak.
c. Butiran bersama-sama bergerak dari dasar.
d. Kecenderungan pengangkutan butiran yang ada sampai habis.

Shields (1936) dalam Raudkivi (1991) memasukkan kecepatan geser dasar, u = ( 0/ ) dalam mengembangkan persamaan angkutan sedimen untuk butiran sedimen seragam pada dasar rata, dan hubungan antara tegangan gesek * tak berdimensi dengan gesekan atau bilangan Reynold butiran Re = u* d/ sebagai berikut :

( )d s
0
* =
u d * ………………….. (1)

dengan dan s masing-masing adalah berat jenis air dan berat jenis butiran dan
d adalah diameter butiran. Yalin (1972) dalam Graf (1998) mengusulkan
persamaan sebagai berikut :

* = f (d*) ………………….. (2)

Gambar 1. Diagram Shields -Yalin (Graf,1998)

Bila sifat-sifat fluida dan , dan sifat-sifat butiran d dan d s diketahui, dari gambar 3.6 dapat ditentukan hubungan antara nilai * dan 0kr.

3. Persamaan Angkutan Sedimen Dasar

Suatu formulasi yang lengkap tentang gerak bed load harus mencakup sebanyak mungkin variable aliran dan sedimen. (Pragnjono, 1987). Variabel aliran berupa : ρw, v, h, R, I, ks (kekasaran dasar) sedangkan variabel yang berasal dari parameter sedimen antaranya adalah : ρs, d, sf, sifat kohesif, konfigurasi dasar dan lain-lain.

a) Persamaan Du Boys (1879)

Persamaan sedimen dasar pertama kali dikemukakan oleh Du Boys (1879)
yang menganggap bahwa akibat tegangan geser, material sedimen dasar bergerak dalam bentuk lapis perlapis (series of layer) sejajar dengan dasar saluran, dimana kecepatan untuk masing-masing lapis bervariasi, dengan kecepatan maksimum diasumsikan terjadi pada lapisan paling atas, yaitu pada permukaan dasar, dan kecepatan minimum (nol) terjadi pada lapisan paling bawah, yang berada pada kedalaman tertentu dibawah dasar. Besar angkutan sedimen dasar dapat ditulis sebagai :

q Aτ (τ τ ) B 0 0 0cr …………………………………..(3)

dengan qB = volume bed load (bahan padat) tiap satuan lebar tiap satuan
waktu.
A = koefisien, fungsi diameter d.
τ0 = tegangan gesek.
τ c = tegangan gesek kritis (σ0 pada qb = 0)
Tb = ρs.g.qb ………………………………..(4)
dengan Tb = Intensitas bed load
ρs = rapat massa sedimen
g = percepatan gravitasi

Nilai A diberikan oleh Straub sebagai fungsi diameter beserta nilai tegangan geser kritik sebagaimana tabel berikut :

Tabel 1. Variasi Nilai A dan τ0cr dengan ukuran butiran,d
d (mm) 1/8 ¼ ½ 1 2 4
A (ft6/lb2sec) 0,81 0,48 0,29 0,17 0,10 0,06
τ0cr (lb/ft2) 0,016 0,017 0,022 0,032 0,051 0,090

b) Persamaan SHIELDS (1937) :

Shield mengusulkan suatu persamaan angkutan sedimen dasar dengan pendekatan analisis dimensi, dan diperoleh persamaan sebagai berikut :

ρ ρ g.d
τ τ
10
g.I
ρ
ρ ρ
qb.
S W
w O C
S w
……………………………..(5)
dengan qb = debit ”bed load”
q = debit air
ρs = rapat massa sedimen

τo = tegangan gesek = ρw .g.h.I
τ c = tegangan gesek kritis dari grafik Shields (S3)
γd = rapat massa sedimen
γd = rapat massa air

c) Persamaan Meyer-Peter & Muller (1934)

Persamaan ini dikembangkan di Zurich (Swiss) untuk material sedimen tidak seragam. Meyer-Peter dan Muller menyatakan bahwa gesekan (kehilangan energi) yang terjadi pada dasar bergelombang (ripple atau dunes) disebabkan oleh karena bentuk gelombang (form roughnes) dan oleh ukuran butiran (grain roughness). Dengan memperhitungkan faktor gesekan tersebut dan didukung oleh data pengukuran, Meyer Peter & Muller memperoleh persamaan :

‘ 2/3
B
1/3
s m
3/2
h ‘ ) (q )
g
γ
) S 0,047(γ γ)d 0,25(
k
k
γR ( ……………..(6)

d) Persamaan Einstein (1950)

Einstein menetapkan persamaan ”bed load” sebagai persamaan yang menghubungkan gerak bahan dasar dengan aliran setempat (”local flow”). Persamaan itu melukiskan keseimbangan pertukaran butiran dasar sungai antara ”bed layer” dan dasarnya.

3/2
35
1/2
s
b
ρ .Δ .(g.d )
T
Φ ………………………………(7)

dengan : Tb = Intensitas transpor ”bed load”, dinyatakan sebagai berat
sedimen diudara (N/m.det).
Φ = parameter intensitas ”bed load”.
ρs = rapat massa pasir.
Δ = ”apparent relative density ” =
w
s w
ρ
ρ ρ

e) Persamaan Frijlink

Frijlink mengusulkan persamaan dengan memperhatikan pengaruh konfigurasi dasar sungai secara khusus sebagai berikut :

μRI
Δd
5e
d g.μR.I.
T 0,27 m
m
b ………………………………..(8)

dengan : Tb = Volume sedimen (padat) tiap lebar sungai tiap satuan waktu
(m3/m.det).
dm = diameter median.
μ = ”ripple factor”.
R = radius hidrolik.
I = kemiringan garis energi.
Δ = ”apparent relative density ” =
w
s w
ρ
ρ ρ

CARA PENELITIAN

Parameter-parameter yang mempengaruhi intensitas bed load pada S. Biyonga didapat dari pengumpulan data sekunder dan telaah terhadap  studi-studi terdahulu, sedangkan data material diperoleh dari hasil uji laboratorium. Pengumpulan data dimaksudkan untuk memprediksi intensitas bed load Sungai Biyonga dengan menghitung berdasarkan beberapa persamaan dasar yang diperoleh melalui pendekatan empirik, analisis dimensi maupun semi teoritik.

Lokasi Penelitian

Lokasi penelitian bertempat di Sungai Biyonga Kelurahan Biyonga, Kecamatan Limboto, Kabupaten Gorontalo, dengan data ssebagai berikut:

Letak geografi : 00o 41’ 28” LU 122o59’29”
Luas DAS : 30,063 km2
Jenis tanah : Pasir lumpur dan berbatu

Data Sungai dan Aliran

Data yang digunakan dalam penelitian ini meliputi data-data sebagai berikut:

  • Kemiringan sungai (I) = 0,0132
  • Lebar sungai (B) = 33 m
  • Kedalaman sungai = 5,2 m
  • Kedalaman air normal = 1,6 m
  • Konsentrasi sedimen( ) = 0,01
  • Berat isi batuan (γc) = 2300 kg / m3
  • Berat isi sedimen (γs) = 1.200 kg / m3
  • Berat isi air (γw) = 1.000 kg / m3

Data Material

Diameter material yang digunakan berdasar hasil uji analisa saringan dapat dilihat pada Gambar 3:

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Aliran Sungai Biyonga dianalisa berdasarkan aliran saluran terbuka dengan asumsi aliran seragam (uniform) dengan berbagai variabel aliran seperti kedalaman, tampang basah, kecepatan dan debit pada setiap tampang sepanjang saluran adalah konstan, sehingga garis energi, garis muka air dan dasar saluran adalah sejajar. Hasil perhitungan terhadap karakteristik aliran diberikan pada Tabel 2.

Dari tabel karakteristik aliran di atas terlihat bahwa kecepatan geser kritik butiran lebih kecil dari kecepatan geser (u*CR < u* ) serta tegangan gesek kritis  butiran lebih lkecil dari tegangan gesek butiran ( τcr < τ0 ) maka butir bergerak dan  praktis terjadi angkutan sedimen atau ada angkutan sedimen. Bila ditinjau dari  Bilangan Froude, Fr = 0,366 < 1 , berarti sifat pengaliran adalah mengalir, sedangkan fase konfigurasi dasar adalah fase transisi (antara dunes dan antidunes).

Pada perhitungan intensitas bed load Sungai Biyonga digunakan persamaan  Einstein, Persamaan Frijlink dan Persamaan Meyer Peter and Muller. Perhitungan dengan  Persamaan Du Boys tidak dilakukan karena nilai konstanta Straub (A) terbatas pada nilai  maksimum diameter (dm) adalah 4 cm, sedangkan diameter butiran yang diperoleh dari  Sungai Biyonga (dm) adalah 6 mm. Demikian pula dengan Persamaan Shield terbatas pada range data 1.56 ≤ d ≤ 2.47 mm.

Berdasarkan parameter-parameter karakteristik aliran pada pengaliran dengan debit  normal dan dengan menggunakan beberapa persamaan dasar yakni Persamaan Einstein,  Persamaan Frijlink dan Persamaan Meyer Peter and Muller , serta kondisi material sungai  yang mempunyai porositas sebesar 40 %, intensitas bed load yang diperoleh pertahun dan volume penimbunan diberikan pada Tabel 3 di bawah ini :

Hasil perhitungan berdasarkan ketiga persamaan di atas menunjukkan bahwa  intensitas bed load Sungai Biyonga rata-rata berada diatas 22000 m3/ tahun dengan hasil  maksimum yang diperoleh dari Persamaan Frijlink yakni sebesar 293870 m3/tahun atau  15 – 33 % dari jumlah perkiraan sedimen yang masuk ke Danau Limboto pertahun (sekitar 1 – 2 juta m3).

Tingginya intensitas bed load serta diameter butiran yang cukup besar dapat  diduga bahwa material sedimentasi Sungai Biyonga beasal dari luruhan tebing sungai dan erosi lahan pada DAS Biyonga.

KESIMPULAN

  1. Sifat pengaliran Sungai Biyonga adalah mengalir dengan fase konfigurasi dasar adalah transisi antara dunes dan antidunes.
  2. Intensitas bed load maksimum berdasar persamaan Frijlink sebesar 293870 m3/tahun.
  3. Berdasar informasi bed load yang diperoleh, penanggulangan sedimentasi padaSungai Biyonga diharapkan dapat dilaksanakan secara proporsional sesuai kategori dan karakteristik angkutan sedimen yang terjadi.

DAFTAR PUSTAKA

Breuser,H.N.C., Raudkivi,A.J.,1991,”Scouring”, IHR Hydraulic Structure Design

Garde,R.J. and Raju,K.G.R.,1977, ”Mechanics of Sediment Transportation and Alluvial Stream Problem”, Willy Eastern Limited, New Delhi.

Graf, W.H.and Altinakar, M.S.,1998, ”Fluvial Hydraulics.Flow and Transport Processes in Channels of Simple Geometry”, John Wiley & Sons, NewYork.

Kironoto,B.A., 1997, ”Diktat Kuliah Transpor Sedimen”, Pascasarjana UGM, Yogyakarta.

 Mardjikoen, Pragnjono, 1987. Angkutan Sedimen. Universitas Gajah mada. Yogyakarta

Oehadijono, 1993. Dasar-dasar Teknik Sungai. Universitas Hasanudin

Simons, D.B. and Senturk,F., 1992, ”Sediment Transport Technology”, Water Resources Publications, Littleton, Colorado, U.S.A.

Sosrodarsono, Suyono (ed) dkk, 1994. Perbaikan dan Pengaturan Sungai. Cetakan kedua, PT. Pradnya Paramita, Jakarta

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s


%d bloggers like this: