studi pengaruh perilaku sedimentasi terhadap kinerja - USU-IR
advertisement
STUDI PENGARUH PERILAKU SEDIMENTASI TERHADAP KINERJA SALURAN IRIGASI DESA SIBAGASI KECAMATAN PADANG BOLAK KABUPATEN PADANG LAWAS UTARA TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Penyelesaiaan Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh : UMRI HASAN HARAHAP 10 0404 017 BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017 Universitas Sumatera Utara ABSTRAK Irigasi Batang Ilung merupakan irigasi terbesar di Kabupaten Padang Lawas Utara, dibangun dengan tujuan sebagai sarana penyediaan air persawahan seluas 4.194 Ha. Terjadi pendangkalan pada bendungan mengakibatkan sedimen yang diangkut sungai Batang Ilung akan masuk dan mengendap pada saluran irigasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besar laju sedimentasi dengan menggunakan sampel sedimen melayang dan pengaruh sedimentasi terhadap kinerja saluran. Sedimen adalah hasil proses erosi, baik berupa erosi permukaan, erosi parit, atau jenis erosi tanah lainnya. Sedimen yang terdapat pada saluran dapat menyebabkan perubahan dimensi saluran dari dimensi asal dan dapat mempengaruhi energi spesifik penampang saluran sehingga dapat mengakibatkan kurang optimumnya kinerja saluran irigasi. Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode kuantitatif deskriptif. Analisis data dimulai dengan menghitung debit aliran, menghitung konsentrasi sedimen, menghitung laju sedimentasi dengan metode laju sesaat, analisis hidrolik, menghitung energi spesifik, menghitung pengaruh laju sedimentasi terhadap kinerja saluran irigasi. Berdasarkan analisis yang dilakukan, diperoleh laju sedimentasi pada saluran primer sebesar 1,601 ton/hari dengankinerja saluran 98,97%,pada saluran sekunder titik 1 sebesar 0,505 ton/haridengan kinerja saluran 99,02%, pada saluran sekunder titik 2 sebesar 0,245 ton/haridengan kinerja saluran 99,03%, pada saluran tersier titik 1 sebesar 0,096 ton/haridengan kinerja saluran 98,65%, pada saluran tersier titik 2 sebesar 0,080 ton/haridengan kinerja saluran 98,60%, pada saluran tersier titik 3 sebesar 0,020 ton/haridengan kinerja saluran 98,76%, pada saluran tersier titik 4 sebesar 0,017 ton/haridengan kinerja saluran 98,74% dari kinerja yang direncanakan. Kata kunci : Irigasi Batang Ilung, saluran irigasi, sedimentasi i Universitas Sumatera Utara KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah Swt Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat, dan karunia-Nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU), dengan judul “STUDI PENGARUH PERILAKU SEDIMENTASI TERHADAP KINERJA SALURAN IRIGASI DESA SIBAGASI KECAMATAN PADANG BOLAK KABUPATEN PADANG LAWAS UTARA” Saya menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga kepada : 1. Kedua orang tua tercinta, ayah saya Pandapotan Harahap S. Pd dan ibu saya Tihanna Tanjung yang selalu memberikan yang terbaik, rasa sayang serta tiada henti mengiringi dengan doa dan motivasi yang tidak ternilai. 2. Bapak Ir. Makmur Ginting, M. Sc sebagai dosen pembimbing saya, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber Daya Air. 5. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. ii Universitas Sumatera Utara 6. Bapak Ivan Indrawan, ST. MT dan bapak Ir. Alferido Malik selaku dosen pembanding/penguji atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini. 7. Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak didiknya termasuk penulis. 8. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Kepada keluarga tersayang anggi Syafwan, anggi Derfi, anggi Sahnan, anggi anggi Husein, anggi Adi, terima kasih atas rasa sayang, do’a, motivasinya. 10. Kepada Eva Solina Siregar terima kasih atas kasih sayang, doa, motivasi dan dukungannya. 11. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, sahabat seperjuangan stambuk 2010 : Afiz, Akbar, Andri, Irfan, Irul, Syamsul, Dhaka, kaka, Nugraha, Reza, ijep, Iqbal, Iwan, Lamhot, Maulana, Nardis, Naurah, Rizqan, Syahru, Tria, Uus, dan seluruh rekan-rekan seperjuangan yang tidak bisa disebutkan semuanya, terima kasih atas bantuan, doa, dukungannya. 12. Kepada adik-adik stambuk 2013, Terima kasih atas dukungan dan motivasinya. 13. Rekan-rekan anggota IAS Plus Medan, bang Bim, kak mei, bang Veldi, bang Mahmud, Hendra, Adil, Dedy, Chandra, Roy, Soleman, Bajora, Ade, Nela, iin dan seluruh rekan-rekan yang tidak bisa disebutkan semuanya, terima kasih atas bantuan, doa dan dukungannya. Semoga Allah Swt Tuhan Yang Maha Esa membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya. iii Universitas Sumatera Utara Penulis juga menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih memiliki kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan menerima saran dan kritikan yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil. Medan, maret 2017 Hormat Saya, UMRI HASAN HARAHAP iv Universitas Sumatera Utara DAFTAR ISI ABSTRAK .................................................................................................... i KATA PENGANTAR .................................................................................. ii DAFTAR ISI................................................................................................. v DAFTAR GAMBAR .................................................................................... viii DAFTAR TABEL ........................................................................................ x DAFTAR NOTASI....................................................................................... xi DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................ xiii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1 1.2 Perumusan Masalah ...................................................................... 3 1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................... 3 1.4 Pembatasan Masalah .................................................................... 4 1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................ 4 1.6 Metode Penelitian ......................................................................... 4 1.6.1 Studi Literatur .................................................................. 5 1.6.2 Survey dan Pengumpulan Data ........................................ 5 1.7 Sistematika Penulisan ................................................................... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................. 7 2.1 Irigasi. .......................................................................................... 7 2.2 Air Irigasi ..................................................................................... 8 2.3 Jaringan Irigasi ............................................................................. 10 2.4 Saluran Irigasi .............................................................................. 12 2.4.1 13 Saluran Tanah Tanpa Pasangan ....................................... v Universitas Sumatera Utara 2.4.2 Saluran Pasangan ............................................................. 15 2.5 Hidrolika Saluran Terbuka ........................................................... 16 2.6 Aliran Air Pada Saluran Terbuka ................................................. 17 2.6.1 Aliran Seragam ................................................................ 20 2.6.2 Aliran Berubah ................................................................. 21 2.7 Geometris Penampang Saluran .................................................... 22 2.8 Debit Aliran Pada Saluran ........................................................... 24 2.9 Erosi ............................................................................................. 26 2.10 Sedimentasi .................................................................................. 29 2.10.1 Proses Transpor Sedimen ................................................. 32 2.10.2 Sedimen Melayang Pada Saluran Irigasi ......................... 35 2.10.3 Pengukuran Sedimen Melayang Pada Saluran Irigasi ..... 37 2.11 Energi Spesifik ............................................................................. 39 BAB III METODE PENELITIAN ............................................................. 42 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ...................................................... 42 3.2 Peralatan Penelitian ...................................................................... 44 3.3 Pelaksanaan Penelitian ................................................................. 44 3.3.1 Deskripsi Data Penelitian ................................................. 44 3.3.2 Persiapan Alat .................................................................. 45 3.3.3 Pengumpulan Data ........................................................... 47 3.3.4 Pengukuran Luas Penampang dan Kecepatan Aliran ...... 47 3.3.5 Pengambilan Sampel Sedimen Melayang ........................ 48 3.4 Variabel Penelitian ....................................................................... 49 3.5 Rancangan Penelitian ................................................................... 50 vi Universitas Sumatera Utara BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ................................................ 52 4.1 Analisis Debit Alian ..................................................................... 52 4.1.1 Perhitungan Kecepatan Aliran ......................................... 52 4.1.2 Perhitungan Luas Penampang .......................................... 55 4.1.3 Perhitungan Debit Aliran ................................................. 58 4.2 Analisis Sedimentasi .................................................................... 61 4.2.1 Perhitungan Konsentrasi Sedimen Melayang .................. 61 4.2.2 Perhitungan Laju Sedimentasi ......................................... 64 4.3 Analisis Hidrolik .......................................................................... 72 4.3.1 Dimensi Asal Saluran ...................................................... 72 4.3.2 Karakteristik Saluran Pada Pengukuran........................... 73 4.4 Energi Spesifik dan Bilangan Froude .......................................... 79 4.4.1 Energi Spesifik Minimum ................................................ 79 4.4.2 Energi Spesifik Lapangan ................................................ 80 4.4.3 Perhitungan Bilangan Froude .......................................... 81 4.5 Analisis Kinerja Saluran .............................................................. 82 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 91 5.1 Kesimpulan .................................................................................. 91 5.2 Saran ............................................................................................ 93 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 94 vii Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bentuk saluran terbuka .......................................................... 17 Gambar 2.2 Aliran pada saluran terbuka ................................................... 18 Gambar 2.3 Aliran seragam ....................................................................... 20 Gambar 2.4 Aliran berubah ....................................................................... 21 Gambar 2.5 Penampang trapezium dan persegi panjang ........................... 23 Gambar 2.6 Sketsa pengukuran kecepatan metode pelampung ................. 25 Gambar 2.7 Klasifikasi angkutan sedimen ................................................ 34 Gambar 2.8 Transpor sedimen pada aliran air ........................................... 34 Gambar 2.9 Angkutan sedimen pada penampang memanjang .................. 35 Gambar 2.10 Sketsa daerah sedimen suspensi............................................. 37 Gambar 2.11 Hubungan energy spesifik dengan kedalaman air ................. 40 Gambar 3.1 Peta lokasi penelitian ............................................................. 42 Gambar 3.2 Lay out skema jaringan daerah irigasi Batang Ilung ............. 43 Gambar 3.3 Deskripsi titik pengukuran ..................................................... 46 Gambar 3.4 Sampel sedimen melayang ..................................................... 48 Gambar 3.5 Analisis laboratorium ............................................................. 49 Gambar 3.6 Diagram alur penelitian.......................................................... 50 Gambar 4.1 Sketsa penampang saluran ..................................................... 55 Gambar 4.2 Grafik perbandingan debit rencana dengan debit pengukuran 60 Gambar 4.3 Grafik laju sedimentasi .......................................................... 68 Gambar 4.4 Grafik hubungan debit aliran dengan laju sedimentasi .......... 68 Gamabr 4.5 Grafik hubungan debit aliran dengan laju sedimentasi saluran primer ..................................................................................... Gambar 4.6 Grafik hubungan debit aliran dengan laju sedimentasi saluran sekunder ................................................................................. Gambar 4.7 Gambar 4.8 70 70 Grafik hubungan debit aliran dengan laju sedimentasi saluran tersier...................................................................................... 70 Grafik perbandingan luas penampang ................................... 78 viii Universitas Sumatera Utara DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pengukuran kecepatan aliran dengan current meter ................. 25 Tabel 2.2 Kelas bahaya erosi .................................................................... 27 Tabel 2.3 Jenis sedimen dan ukuran partikel penyusunnya ...................... 29 Tabel 3.1 Pengambilan sampel ................................................................. 48 Tabel 4.1 Perhitungan kecepatan aliran pengukuran 1 ............................. 53 Tabel 4.2 Perhitungankecepatanaliranpengukuran 2 ................................ 54 Tabel 4.3 Perhitungan luas penampang saluran ........................................ 57 Tabel 4.4 Perhitungan debit aliran ............................................................ 59 Tabel 4.5 Perhitungan konsentrasi sedimen pengukuran 1 ....................... 62 Tabel 4.6 Perhitungan konsentrasi sedimen pengukuran 2 ....................... 63 Tabel 4.7 Perhitungan laju sedimentasi pengukuran 1 ............................. 65 Tabel 4.8 Perhitungan laju sedimentasi pengukuran 2 ............................. 66 Tabel 4.9 Rata-rata konsentrasi dan rata-rata laju sedimentasi ................. 67 Tabel 4.10 Data dimensi perencanaan ........................................................ 73 Tabel 4.11 Data dimensi saluran pengukuran lapangan ............................. 76 Tabel 4.12 Data dimensi saluran pengukuran lapangan ............................. 75 Tabel 4.13 Perhitungan energy spesifik saluran ......................................... 88 Tabel 4.14 Perhitungan sedimen dalam penampang saluran ...................... 89 Tabel 4.15 PerhitunganBilanganFroud ....................................................... 89 ix Universitas Sumatera Utara DAFTAR NOTASI A = luas penampang ( ) B = lebar dasar saluran (m) m = kemiringan talud y = kedalaman air (m) P = keliling tampang saluran (m) R = jari-jari hidrolis tampang basah (m) V = kecepatan aliran rata-rata ( L = jarak pengamatan (m) t = waktu yang diperlukan (s) k = koefisien kalibrasi alat pelampung (0,85 < k < 0,95) Fr = bilangan froude Q = debit aliran( Cs = konsentrasi muatan sedimen (mg/l) BK = berat kering sedimen (mg) Vol = volume total sampel (liter) Qs = debit sedimen (ton/hari) E = energy spesifik (m) g = percepatan gravitasi n = koefisien kekasaran manning S = kemiringan atau gradient hidrolik θ = sudut kemiringan Δh = beda tinggi elevasi titik awal dan akhir ΔL = panjang dari titik awal ke titik akhir Emin = energy spesifik minimum (m) E% = energy spesifik yang terjadi (%) ) ) x Universitas Sumatera Utara
