Journal homepage: http://iptek.its.ac.id/index.php/jats
Analisis  Pengaruh  Kedalaman  Saluran  Pengarah  Aliran  Pada  Pelimpah  ( Spillway ) Dengan Pemodelan Numerik
Reszha Pahlavi Ali 1,* , Wasis Wardoyo 1 , Mahendra Andiek Maulana 1
Departemen Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya 1 Koresponden*, Email: reszha.pahlavi@gmail.com
Info Artikel Abstract
Diajukan                  19 Juni 2022 Diperbaiki                25 Juli 2022
Disetujui                  25 Juli 2022
Keywords: Flow guide channel, flow direction channel, spillway, numerical modelling, OpenFOAM.
Design of side spillway caused helicoidal flow. The flow increases the hydrodynamic load on the spillway structure. To prevent this condition, the flow direction channel must be designed with a maximum flow speed of 4 meters/second. Design  of the depth flow guide channel is considered  to  control  the  flow  velocity  that  occurs  so  this  research  is  carried  out  on  its influence. In this study, numerical modeling was carried out because it has advantages, time efficiency and research costs. Numerical modeling using the OpenFOAM program because it is an opensource program. Data that required are dimensions, discharge, and water level of previous studies. This study aims to obtain model sensitivity parameters, analyze numerical models of experimental models based on water level profiles, analyze the relationship between the ratio of dam depth and the depth of the flow direction channel to its hydraulic parameters. The  results  show  that  the  numerical  model  with  OpenFOAM  has  good  performance.  That matter indicated by the average RMSE value for each simulation, which is 0.996 and the NASH coefficient value is 0.074. The most sensitive parameter is the mesh density. The ratio (H/P) affects  the  water  level  profile  above  the  crest.  If  the  ratio  (H/P)  getting  smaller,  then  the decrease of water level getting bigger. If the ratio (H/P) getting bigger, then the decrease of water level getting smaller.
Abstrak Kata kunci: saluran pengarah aliran, pelimpah, pemodelan numerik, OpenFOAM.
Desain  pelimpah  samping  berpotensi  menimbulkan  aliran  helicoidal.  Aliran  tersebut berpotensi meningkatkan beban hidrodinamis pada struktur pelimpah. Untuk mencegah hal tersebut maka saluran pengarah aliran harus didesain kecepatan alirannya maksimal 4  meter/detik.  Desain  kedalaman  saluran  pengarah  aliran  dianggap  mampu mengendalikan  kecepatan  aliran  yang  terjadi  sehingga  perlu  dilakukan  penelitian  dari pengaruhnya. Pada penelitian ini dilakukan dengan pemodelan numerik karena memiliki kelebihan yaitu  efisiensi waktu dan biaya penelitian.  Pemodelan  numerik  menggunakan program OpenFOAM karena  merupakan  program  opensource.  Data  yang  dibutuhkan yaitu dimensi, debit, dan tinggi muka air penelitian sebelumnya. Penelitian ini bertujuan untuk  memperoleh  parameter sensitivitas model,  menganalisis  model  numerik  terhadap model  eksperimen  berdasarkan  profil  muka  air,  menganalisis  hubungan  antara  rasio kedalaman  bendungan  dan  kedalaman  saluran  pengarah  aliran  terhadap  parameter hidraulikanya.  Didapatkan  hasil  bahwa  model  numerik  dengan OpenFOAM memiliki performa  yang  baik.  Hal  tersebut  ditunjukkan  oleh  rata-rata  nilai  RMSE  untuk  setiap simulasi yaitu 0,996 dan nilai koefisien NASH yaitu 0,074. Parameter yang paling sensitif yaitu kerapatan mesh. Rasio (H/P) berpengaruh terhadap profil muka air diatas mercu. Semakin kecil rasio (H/P) maka, semakin besar penurunan muka air yang terjadi. Semakin besar rasio (H/P) maka semakin kecil penurunan muka air yang terjadi.

## 1. Pendahuluan
Saluran pengarah aliran merupakan salah satu komponen dari bangunan pelimpah ( Spillway ). Saluran pengarah aliran berfungsi sebagai penuntun dan pengarah aliran agar aliran tersebut  dalam  kondisi  hidraulika  yang  stabil.  Pada  buku Bendungan  Tipe  Urugan,  kecepatan  aliran  pada  saluran pengarah maksimum 4 meter/detik, karena apabila melebihi kecepatan  tersebut  akan  menyebabkan  aliran  bersifat helisoidal,  kapasitas  pengalirannya  menurun,  dan  akan
berpotensi meningkatkan beban hidrodinamis pada struktur bangunan pelimpah [1].
Dalam  perencanaan  saluran  pengarah,  dimensinya ditentukan  berdasarkan  banyak  faktor.  Kedalaman  dan panjang  saluran  pengarah  aliran  ditentukan  oleh  faktor kondisi  geografis  bendungan  (bentuk  kontur  dan  jenis tanahnya),  kapasitas  pengaliran  pelimpah  ( Spillway ),  dan debit banjir yang melimpas diatas pelimpah. Sedangkan lebar saluran pengarah pada umumnya menyesuaikan dengan lebar pelimpah.
Reszha Pahlavi Ali dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (353-362) 354
Saluran  pengarah  aliran  biasanya  terletak  di  hulu pelimpah sebelum mercu pelimpah. Pada umumnya saluran pengarah aliran terdapat pada bendungan yang menggunakaan  pelimpah  jenis  pelimpah  samping  ( side spillway ),  terlihat  pada Gambar  1 yang  merupakan  denah saluran  pengarah  aliran  bendungan  logung. Dalam perencanaannya,  saluran  pengarah  aliran  masih  minim referensi/literatur. Sehingga penelitian ini disusun agar dapat menjadi  referensi  atau  literatur  dalam  perencanaan  saluran pengarah aliran untuk dikembangkan lebih lanjut.
Gambar  1. Contoh  denah  saluran  pengarah  aliran  pada pelimpah samping bendungan logung [2].
Pemodelan  saluran  pengarah  pada  penelitian  ini dilakukan secara numerik dengan perangkat lunak ( Software ) OpenFOAM . Pemodelan tersebut dilakukan hanya 2 dimensi yaitu sumbu vertikal dan horizontal sehingga kemudian bisa dilakukan  analisis  parameter  kecepatan  aliran,  tinggi  muka air, nilai Froude Number , dan perubahan energi yang terjadi. Kemudian  dari  parameter  tersebut  bisa  dianalisis  regime aliran yang terjadi sepanjang saluran pengarah sehingga bisa didapatkan  hubungan  antara  rasio  kedalaman  saluran pengarah  aliran  dan  kedalaman  bendungan  berdasarkan parameter hidraulikanya.
Dalam  pemodelan  penelitian  ini  menggunakan  data dimensi  penelitian  terdahulu  [3].  Pada  penelitian  tersebut menggunakan model pelimpah langsung ( Overflow Spillway ) lalu  ditinjau  pengaruh  bentuk  pelimpahnya  terhadap parameter  hidraulikanya.  Tetapi  pada  pemodelan  ini  hanya mengadopsi  dimensi  pelimpah  yang  berbentuk Ogee . Bagaimanapun pemodelan ini merupakan suatu pendekatan dan tidak dapat mewakili data realistis penelitian aslinya.

## 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Energi Aliran pada Saluran Terbuka
Saluran  terbuka  adalah  saluran  dimana  air  mengalir dengan muka air bebas. Tekanan atmosfir pada semua titik di sepanjang saluran permukaan air adalah sama.  Aliran pada saluran  terbuka  atau  tertutup  yang  mempunyai  permukaan bebas disebut dengan aliran permukaan bebas ( free surface flow )  atau  jua  disebut  ( open  channel  flow ).  Aliran  pada
saluran  terbuka  terjadi  saling  ketergantungan  antara  luas penampang basah, kekentalan fluida (viskositas), kemiringan dasar  saluran,  kekasaran  dasar,  serta  variasi  geometrik salurannya.
Dalam prinsip energi, jumlah energi tiap satuan berat dari setiap  aliran  yang  melalui  suatu  penampang  saluran  dapat dinyatakan sebagai jumlah tinggi energi (dalam meter) yang besarnya  sama  dengan  jumlah  dari  ketinggian  diatas  suatu bidang  persamaan,  tinggi  tekanan,  dan  tinggi  kecepatan dihitung dari suatu datum tertentu [4].
Gambar  2. Tinggi  energi  dalam  aliran  saluran  terbuka berubah lambat laun [4].
Misalnya pada suatu aliran satu dimensi di dalam suatu saluran  terbuka  dengan  kemiringan  tinggi  seperti  pada Gambar 2 , jumlah tinggi energi H pada suatu penampang O di  titik  A  yang  terletak  pada  suatu  garis  arus  dinyatakan dengan persamaan 1.
H = z + d  cos θ + (1) Dimana,
𝐻 =  Tinggi energi diatas bidang persamaan (m)
𝑧 =  Tinggi titik diatas bidang persamaan (m)
𝑑 =  Dalamnya titik A di bawah muka air diukur sepanjang saluran (m)
𝜃 =  Sudut kemiringan dasar saluran
𝑉 =  Kecepatan arus yang melalui titik A (m/det)
𝑉
2𝑔 = Tinggi kecepatan dari arus yang melalui titik A dalam (m)
Umumnya  setiap  arus  yang  melalui  suatu  penampang saluran  akan  mempunyai  tinggi  kecepatan  yang  berbeda- beda  berdasarkan  distribusi  kecepatan  yang  tidak  seragam dalam aliran yang terjadi sesungguhnya. Hanya dalam suatu aliran  ideal  sejajar  dan  distribusi  kecepatannya  seragam, tinggi  kecepatan  dapat  benar-benar  sama  untuk  setiap  titik pada  penampang  melintangnya.  Namun,  untuk  aliran berubah  lambat  laun  ( gradually  varied  flow ),  untuk keperluan  praktis  dianggap  bahwa  tinggi  kecepatan  setiap
titik  pada  penampang  saluran  adalah  sama,  dan  untuk mengoreksi semua pengaruh yang diakibatkan oleh distribusi kecepatan yang tidak seragam dipakai suatu koefisien energi (α) [4]. Maka, jumlah energi pada penampang saluran dapat ditulis dengan persamaan 2.
H = z + d cos θ + α (2) Untuk  saluran  berkemiringan  kecil  (θ  =  0)  maka,  jumlah energi pada penampang dapat ditulis dengan persamaan 3.
H = z + d + (3) Sehingga  menurut  prinsip  kekekalan  energi,  jumlah  tinggi energi pada penampang 1 di hulu saluran akan sama dengan jumlah  tinggi  energi  pada  penampang  2  di  hilir  ditambah dengan jumlah kehilangan energi diantara kedua penampang ( ℎ ) sehingga ditulis menjadi persamaan 4.
z + d  cos θ + α =   z + d  cos θ + α
+ h (4)
Persamaan  4  berlaku  untuk  aliran  sejajar  atau  berubah beraturan.
2.2 Momentum Aliran pada Saluran Terbuka
Menurut  hukum  mekanika  fluida,  besarnya  momentum fluida  yang  melalui  suatu  penampang  saluran  per  satuan waktu  dinyatakan  dengan 𝛽 𝜔 𝑄 𝑉/𝑔 ,  dimana 𝛽 adalah koefisien momentum, 𝜔 adalah berat jenis fluida, Q adalah debit aliran, V adalah rata-rata kecepatan aliran, dan g adalah gaya gravitasi [4].
Gambar 3. Sket suatu volume kontrol untuk menguraikan penerapan hukum momentum [4].
Menurut  hukum  Newton  II,  perubahan  momentum  per satuan  waktu  dalam  suatu  volume  kontrol  adalah  sama dengan gaya-gaya yang bekerja pada volume kontrol tersebut [4].  Penerapan  prinsip  tersebut  pada  suatu  volume  kontrol
pada Gambar  3 diperoleh  persamaan  momentum ( momentum equation ) yang ditulis dengan persamaan 5. 𝓌 (β V − β V ) = P − P + W sin θ − F (5)
Dimana :
Q =  Debit aliran (m 3 /det) 𝓌 =  Berat per satuan volume (kg/ m 3 ) 𝑔 =  Gaya gravitasi (m/det 2 ) 𝑉 dan 𝑉 =  Kecepatan rata-rata di penampang 1 dan
2 (m/det) 𝑃 dan 𝑃 =  Resultan gaya yang bekerja pada kedua penampang (N)
𝛽 dan 𝛽 =  Koefisien pada penampang 1 dan 2
𝑊 =  Berat fluida di dalam volume kontrol (N)
𝜃 =  Sudut kemiringan dasar saluran
𝐹 =  Gaya akibat dari gesekan dan hambatan yang bekerja sepanjang bidang kontak antara air dan saluran (N)

## 2.3 Perangkat Lunak OpenFOAM
Pemodelan  numerik  akan  dilakukan  dengan  perangkat lunak  ( software ) OpenFOAM ( Open  Field  Operation  and Manipulation ). OpenFOAM merupakan  suatu  perangkat lunak  (software)  untuk Computational  Fluid  Dynamics (CFD)  yang  dimiliki  oleh OpenFOAM Foundation  dan didistribusikan  secara  eksklusif  dibawah General  Public License (GPL).  GPL  memberikan  kebebasan  bagi  para pengguna untuk mendistribusikan software dan memastikan penggunanya  akan  selalu  gratis  selama  dibawah  ranah ketentuan lisensi.
Computational  Fluid  Dynamics (CFD)  atau  komputasi dinamika  fluida  adalah  ilmu  yang  mempelajari  cara memprediksi pola aliran fluida dan fenomena aliran lainnya dengan  menyelesaikan  persamaan-persamaan  matematika atau  model  matematikanya.  Pada  umumnya  proses perhitungan  untuk  aliran  fluida  diselesaikan  dengan menggunakan persamaan  energi,  momentum,  dan kontinuitas [5].
Salah  satu  metode  pemodelan  numerik  yaitu Finite Volume  Method (FVM).  Metode  tersebut  memiliki keunggulan  dapat  menyelesaikan  geometri  domain  yang kompleks dan perhitungannya yang  relatif sederhana. Oleh sebab itu penyelesaian permasalahan aliran untuk permukaan bebas  menggunakan  konsep Volume  of  Fluid (VOF)  yang menggunakan metode FVM. Konsep VOF membagi dua fase yaitu  air  dan  udara  [5].  Sehingga  persamaan  umum  yang digunakan yaitu Navier-Stokes untuk fluida incompressible , unsteady , dan viscous dapat dituliskan sebagai persamaan 6. ∇ . U = 0 (6)
∂ρu ∂t + ∇ ∙ ρUU = −∇P + ∇ (μ∇U + ρR) + ρg + f
Reszha Pahlavi Ali dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (353-362) 356
Dimana,
2.4 Kalibrasi Model Kalibrasi model
merupakan suatu proses mengoptimalkan  atau  secara  sistematis  menyesuaikan  nilai parameter model untuk mendapatan satu set parameter yang memberikan  estimasi  terbaik  dari  pengamatan  langsung. Dengan kata lain, proses optimalisasi nilai parameter untuk meningkatkan koherensi antara respons suatu parameter yang teramati dan tersimulasi.
Cara  Menghitung Root  Mean  Square  Error (RMSE) adalah  dengan  mengurangi  nilai  aktual  dengan  nilai peramalan  kemudian  dikuadratkan  dan  dijumlahkan keseluruhan  hasilnya  kemudian  dibagi  dengan  banyaknya data. Hasil perhitungan tersebut selanjutnya dihitung kembali untuk  mencari  nilai  dari  akar  kuadrat.  Rumus  perhitungan dengan metode RMSE ditulis dengan persamaan 7.
RMSE = ∑ ( ) (7)
Dimana :

## 3. Metode
Tahapan  awal  penelitian  ini  yaitu  studi  literatur.  Ini dilakukan  sebagai  bahan  referensi  untuk  mengetahui langkah-langkah  yang  pernah  dilakukan  oleh  instansi ataupun  personal  yang  berhubungan  dengan  saluran pengarah aliran sehingga penelitian ini dapat disusun dengan baik.
Selanjutnya  yaitu  pengumpulan  data.  Data  yang digunakan pada penelitian ini menggunakan data sekunder. Data  sekunder  yaitu  data yang  diperoleh  dari  sumber  yang sudah ada. Pada pemodelan ini data sekunder yang pertama, Upstream  Boundary  Condition yang  menggunakan  5 variabel  debit  inflow  dari  penelitian  terdahulu  [3]. Kedua, menggunakan  data  hubungan  antara  debit  dan  kecepatan aliran. Untuk setiap debit inflow tersebut memiliki kecepatan aliran  yang  berbeda-beda  sehingga  kecepatan  aliran  dapat digunakan  sebagai  input Initial  Condition -nya.  Ketiga, menggunakan  lebar  penampang  yang  sama  sehingga
domainnya  seragam.  Sedangkan  rasio  antara  kedalaman saluran  pengarah  aliran  dibagi  kedalaman  bendungan(H/P) ditentukan  yaitu  (0,10),  (0,20),  (0,30),  dan  (0,40).  Untuk bagan alir metode penelitian dapat dilihat pada Gambar 2 .
Gambar 2. Diagram alir metode penelitian
Simulasi  pemodelan  numerik  dilakukan  dengan  piranti lunak ( Software ) OpenFOAM . Pada tahapan awal yang perlu dipersiapkan  untuk  simulasi  adalah  input  data  dan  batasan model  yang  telah  direncanakan.  Pemodelan OpenFOAM menggunakan data-data dimensi hidrolis penelitian terdahulu [3].
𝑢 =  Vektor kecepatan fluida berupa (x,y)
𝑃 =  Tekanan 𝑅𝑒 =  Bilangan Reynolds 𝜇 =  Viskositas dinamik
f =  Tegangan permukaan
𝐴 =  Nilai data aktual 𝐹 =  Nilai hasil pendekatan dengan model 𝑧 =  Koordinat sumbu Z 𝑛 =  Banyak data  = Summation (penjumlahan keseluruhan nilai)
3.1 Input Data
Data  hidrolika  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini menggunakan  data  hidrolika  pelimpah  tipe Ogee dari penelitian  Kalita  [3].  Simulasi  ini  dilakukan  dengan menggunakan  debit  tertinggi  dari  penelitian  Kalita  yaitu Q5=8,46x10 -4 m 3 /det.  Kemudian  debit  tersebut  dilakukan simulasi  terhadap  4  variabel  rasio  kedalaman  saluran pengarah  dibagi  kedalaman  bendungan  (H/P).  Penggunaan debit tertinggi karena keterbatasan aplikasi OpenFOAM yang tidak dapat membaca muka air yang terlalu kecil.
Gambar 4. Data bentuk pelimpah Kalita [3]
3.2 Setting Model
Pada  tahapan  awal  yang  perlu  dipersiapkan  untuk simulasi  adalah  input  data  dan  batasan  model  yang  telah direncanakan.  Pemodelan OpenFOAM menggunakan  data- data  hidrolis  Kalita  [3].  Berdasarkan  data  tersebut  Kalita melakukan  pemodelan  dengan  eksperimental  di  laboratori- um.  Penelitian  tersebut  menggunakan  pelimpah  ( Spillway ) dengan  tipe  Ogee  dengan  tinggi  0,17  meter,  panjang  0,26 meter,  dan  lebar  0,10  meter.  Pada  pemodelan  numeriknya, pelimpah tersebut diletakkan pada jarak 1,3 meter dari ujung hilir saluran dengan asumsi pada jarak tersebut muka air di hulu pelimpah sudah stabil.
Gambar 5. Bentuk 3D pelimpah Kalita [3].
Untuk konfigurasi mesh pada pemodelan numerik dapat dilihat  pada Gambar  6 terdapat  dua  bagian  block  yaitu bagian atas untuk block udara sedangkan bagian bawah untuk block  dari  fluida  itu  sendiri.  Untuk  keseluruhan  block tersebut  digunakan  mesh  dengan  ukuran  0,5  x  0,5  cm. Sehingga  untuk  block  sisi  bagian  bawah  (fluida)  yang panjangnya 3 meter dan tingginya 0,17 meter, untuk arah x atau vertikalnya dibagi 600 dan untuk arah z horizontalnya dibagi  34.  Sedangkan  untuk  block  sisi  bagian  atas  (udara) yang  panjangnya  3  meter  dan  tingginya  0,08  meter,  untuk arah  x  atau  vertikalnya  dibagi  600  dan  untuk  arah  z horizontalnya dibagi 16.
Gambar 6. Sketsa koordinat mesh [5]
Pada penelitian ini digunakan 7 boundary yaitu inletAir, inletWater,  outlet,  atmosphere,  bottomWall,  front,  back. Untuk inletAir, inletWater, outlet, dan atmosphere menggu- nakan boundary tipe patch. Untuk bottomWall menggunakan boundary  tipe  wall,  sedangkan  untuk  front  dan  back menggunakan boundary tipe empty.

## 3.3 Running Model
Simulasi  pemodelan  numerik  dengan OpenFOAM dilakukan dengan  suatu variabel debit  inflow dan rasio ke- dalaman saluran pengarah aliran terhadap kedalaman bendu- ngan. Simulasi pertama dilakukan dengan menggunakan de- bit tertinggi di penelitian sebelumnya yaitu Q5 = 8,46x10 -4 m 3 /det  kemudian  dimodelkan  terhadap  salah  satu  rasio kedalaman  saluran  pengarah  aliran  terhadap  kedalaman bendungan  misal  H/P  =  0,1.  Simulasi  kedua  dilakukan dengan  debit  inflow  yang  sama  (Q5)  tetapi  menggunakan rasio yang berbeda dengan simulasi pertama yaitu H/P = 0,2. Simulasi  dilakukan  hingga  rasio  yang  terakhir  sehingga terdapat sekitar 4 simulasi sebagaimana Tabel 1 .

## 4. Hasil dan Pembahasan
Post  processing merupakan  tahapan  akhir  yang  digu- nakan untuk melihat hasil komputasi pada pemodelan. Pada tahapan  ini  digunakan  program  aplikasi  ParaView  yang berbasis  3  Dimensi.  Misalnya  untuk  melihat  muka  air  dari
0 0.05 0.1 0.15 0.2 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
Reszha Pahlavi Ali dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (353-362) 358
pemodelan  yaitu  dengan  membuka  program  aplikasi ParaView, lalu buka file spillway foam dan pilih alpha water maka  akan  terlihat  hasil  pemodelan  fluida  saat  melalui bangunan pelimpah seperti Gambar 7 .
Tabel 1. Simulasi pemodelan numerik
No. Simulasi Debit Inflow (Q5) b h Rasio (H/P) (m3/s) (meter) (meter) 1 Simulasi 1 0,000846 0,08 0,17 Rasio 0 2 Simulasi 2 0,000846 0,08 0,17 Rasio 0,1 3 Simulasi 3 0,000846 0,08 0,17 Rasio 0,2 4 Simulasi 4 0,000846 0,08 0,17 Rasio 0,3 5 Simulasi 5 0,000846 0,08 0,17 Rasio 0,4
Gambar 7 . Hasil komputasi muka air (alpha.water)
Untuk melihat tinggi muka air lebih detail bisa digunakan tool contour kemudian  masukkan nilai value range sebesar 0,5.  Angka  0,5  tersebut  merupakan  representasi  dari permukaan  fluida  yang  bebas  bergerak  ( free  surface ). Permukaan air free surface dapat dilihat pada Gambar 8 .
Gambar 8 . Hasil komputasi muka air bebas ( free surface )
Hasil ekstraksi grafik tinggi muka air dengan jarak dapat dilihat pada Gambar 9 .
Gambar 9 . Hasil komputasi m uka air bebas ( free surface )
Analisis  sensitivitas  bertujuan  untuk  melihat  pengaruh ukuran  mesh  terhadap  muka  air  hasil  simulasi  untuk kemudian  dibandingkan  dengan  hasil  eksperimen.  Dalam
penleitian  ini  digunakan  2  ukuran  mesh yaitu  10 mm x 10 mm dan 5 mm x 5 mm. Dua mesh tersebut kemudian disimu- lasikan  dengan  debit  terendah  yaitu  Q1=  0,000404  m3/det dan  Q5=  0,000846  m 3 /det.  Hasil  simulasi  tersebut  dapat dilihat pada Gambar 10 dan Gambar 11 .
Gambar  10. Hasil  pemodelan  dengan  debit  Q1  menggu- nakan mesh yang berbeda.
Gambar  11. Hasil  pemodelan  dengan  debit  Q5 menggunakan mesh yang berbeda.
0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 Q1 = 0,000404 m 3 /det numeric spillway
0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 E lv . M uk a A ir ( m et er ) Sumbu X (meter) Q1=0,000404 m 3 /det Mesh 10 mm x 10 mm Mesh 5 mm x 5 mm Experiment Spillway 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 E lv . M uk a A ir ( m et er ) Sumbu X (meter) Q5=0,000846 m 3 /det Mesh 10 mm x 10 mm
Mesh 5 mm x 5 mm experiment Spillway
Berdasarkan Gambar 10 dan Gambar 11 dapat dilihat bahwa  kerapatan  mesh  sangat  berpengaruh  terhadap  hasil simulasi.  Misalnya  pada Gambar  10 dimana  simulasi dilakukan dengan debit terendah yaitu Q1= 0,000404 m3/det kemudian  dilakukan  simulasi  dengan  variasi  mesh  berbeda yaitu 10 mm 2 dan 5 mm 2 , hasil yang paling mendekati hasil eksperimennya yaitu simulasi yang dilakukan dengan mesh 5 mm2. Terlihat pada sisi hilir pelimpah, perubahan muka air pada  simulasi  tersebut  sangatlah  kasar.  Namun,  sebaliknya pada  mesh  10  mm 2 hasil  simulasi  muka  airnya  mendekati hasil eksperimennya.
Pada Gambar  11 dimana  simulasi  dilakukan  dengan debit  tertinggi  yaitu  Q5=  0,000846  m3/det.  Dapat  dilihat bahwa hasil simulasi dengan kerapatan mesh yang lebih kecil yaitu 5 mm 2 hasil muka airnya lebih mendekati hasil muka air eksperimennya. Dan juga sebalikanya, pada sisi hulu di bagian  mercu  pelimpah  dimana  muka  air  hasil  simulasi kerapatan mesh 10 mm 2 terdapat ketidakstabilan yang ditun- jukkan oleh naik turunnya muka air secara tiba-tiba.
Kalibrasi pemodelan dilakukan untuk mengetahui apakah hasil simulasi model dengan parameter yang sama melenceng atau  mendekati  hasil  eksperiment.  Kalibrasi  dilakukan terhadap  parameter  tinggi  muka  air  hasil  simulasi Open- FOAM dengan hasil eksperimen jurnal Kalita [8]. Pada jurnal tersebut terdapat 5 variabel debit inflow (Q1, Q2, Q3, Q4 dan Q5),  sehingga  kalibrasi  muka  air  dilakukan  terhadap  5 variabel  debit  tersebut  dengan  menggunakan  NASH  dan RMSE ( Root Mean Square Error ). Hasil kalibrasi muka air untuk 5 variabel debit dapat dilihat pada Tabel 2 . Tabel 2. Hasil kalibrasi muka air No. Variabel NASH RMSE 1 Q1 0,998 0,076 2 Q2 0,993 0,074 3 Q3 0,999 0,072 4 Q4 0,993 0,073 5 Q5 0,998 0,073 Rata-rata 0,996 0,074
Berdasarkan Tabel 2 menunjukkan bahwa hasil kalibrasi untuk setiap variabel debit mendekati hasil eksperimen. Hal tersebut ditunjukkan oleh hasil kalibrasi dengan NASH yang apabila  nilainya  semakin  mendekati  1  maka  hasil kalibrasinya semakin baik. Begitu juga untuk hasil kalibrasi dengan  RMSE  yang  semakin  mendekati  0  maka  hasil simulasinya semakin baik. Misalnya saja pada variabel debit Q1 yang nilai NASH nya 0,998 dan RMSE nya 0,076 angka NASH tersebut mendekati 1 dan angka RMSE nya mendekati
0  artinya  simulasi  dapat  dilakukan  dengan OpenFOAM karena mendekati hasil eksperimennya.
Hasil  simulasi  model  dengan  program  aplikasi OpenFOAM didapatkan profil muka air yang berbeda untuk setiap  rasio  kedalaman  (H/P).  Hasil  simulasi  untuk  setiap rasio dapat dilihat pada gambar
Gambar 12 . Muka air pelimpah untuk setiap rasio H/P = 0,1
Gambar 13 . Muka air pelimpah untuk setiap rasio H/P = 0,2
Gambar 14 . Muka air pelimpah untuk setiap rasio H/P = 0,3
0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 E lv . M uk a A ir ( m et er ) Sumbu X (meter) Muka Air Pelimpah Rasio H/P = 0,1 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 E lv . M uk a A ir ( m et er ) Sumbu X (meter) Muka Air Pelimpah Rasio H/P = 0,2 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 E lv .M uk a A ir ( m et er ) Sumbu X (meter)
Muka Air Pelimpah Rasio H/P = 0,3
Reszha Pahlavi Ali dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (353-362) 360
Gambar 15 . Muka air pelimpah untuk setiap rasio H/P = 0,4
Pada Gambar 12, 13, 14, 15 menunjukkan bahwa grafik muka air untuk setiap rasio kedalam saluran pengarah aliran dibagi  kedalaman  bendungan  (H/P)  tidak  terlihat pengaruhnya.  Untuk  lebih  jelasnya  setiap  grafik  muka  air tersebut  harus  dijadikan  dalam  satu  grafik  sebagaimana Gambar 16 .
Gambar  16 .  Rekapitulasi  hasil  simulasi  muka  air  dengan

## OpenFOAM
Hasil  dari  pemodelan  dengan OpenFOAM secara keseluruhan  terlihat  berhimpitan.  Artinya  pengaruh  rasio kedalam  saluran  pengarah  aliran  dibagi  kedalaman bendungan  (H/P)  tidak  signifikan.  Tetapi  apabila  dilihat dengn skala yang lebih besar ada gradasi warna pada bagian hulu  pelimpah.  Artinya  hasil  simulasi  rasio  rasio  kedalam saluran pengarah aliran dibagi kedalaman bendungan (H/P) terdapat  pengaruh  pada  bagian  hulu  pelimpah  tepat  diatas
mercu. Agar terlihat lebih jelas maka perlu dilakukan skala grafik untuk melihat lebih jelas muka air di bagian hulu.
Gambar 17 . Skala grafik muka air diatas mercu pelimpah.
Gambar 17 dapat menjelaskan bahwa saluran pengarah aliran berpengaruh terhadap profil muka air yang terjadi di atas mercu pelimpah. Hal tersebut ditunjukkan dengan profil muka air selain rasio H/P = 0 (tanpa saluran pengarah aliran), muka airnya berada diatas profil muka air yang lain. Artinya, semakin kecil rasio saluran pengarah aliran dibagi kedalaman bendungan (H/P) maka, semakin besar penurunan muka air yang  terjadi.  Dan  sebaliknya,  semakin  besar  rasio  saluran pengarah  aliran  dibagi  kedalaman  bendungan  (H/P)  maka semakin kecil penurunan muka air yang terjadi.
Gambar 18 . Skala grafik muka air di hilir pelimpah.
0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 E lv . M uk a A ir ( m et er ) Sumbu X (meter) Muka Air Pelimpah Rasio H/P = 0,4 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 E lv . M uk a A ir ( m et er ) Sumbu X (meter) Grafik Muka Air Sepanjang Pelimpah H/P = 0 H/P = 0,1 H/P = 0,2 H/P = 0,3 H/P = 0,4
0.185 0.19 0.195 1.25 1.27 1.29 1.31 1.33 El v. M uk a Ai r ( m et er ) Sumbu X (meter) Muka Air diatas mercu pelimpah H/P = 0 H/P = 0,1 H/P = 0,2 H/P = 0,3 H/P = 0,4 0 0.03 0.06 0.09 0.12 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 E lv . M uk a A ir ( m et er ) Sumbu X (meter) Muka Air Bagian Hilir Pelimpah H/P = 0 H/P = 0,1 H/P = 0,2
H/P = 0,3 H/P = 0,4
Pada Gambar  18 dapat  dilihat  bahwa  muka  air  untuk setiap rasio tersebut berhimpitan artinya pengaruh rasio H/P terhadap hilir pelimpah sangat kecil. Untuk profil muka air bagian hilirnya tidak terlihat pengaruh rasio saluran pengarah aliran dibagi kedalaman bendungan (H/P).

## 5. Simpulan
Berdasarkan analisis dan  pembahasan tentang  pengaruh rasio  kedalaman  saluran  pengarah  aliran  dibagi  kedalaman bendungan (H/P) didapatkan disimpulkan sebagai berikut:
1. Parameter  yang  paling  sensitif  dalam  pemodelan menggunakan OpenFOAM yaitu  kerapatan  Mesh  atau grid.  Semakin  rapat  mesh  atau  grid  maka  hasil  yang didapatkan semakin baik.
2. Berdasarkan  profil  muka  air  hasil  pemodelan  dengan OpenFOAM dan eksperimen didapatkan hasil yang baik dengan nilai koefisien NASH dan RMSE yaitu 0,996 dan 0,074.
3. Rasio  kedalaman  saluran  pengarah  aliran  dibagi kedalaman  bendungan  (H/P)  berpengaruh  terhadap profil  muka  air  diatas  mercu  pelimpah.  Semakin  kecil rasio  saluran  pengarah  aliran  dibagi  kedalaman bendungan (H/P) maka, semakin besar penurunan muka air  yang  terjadi.  Dan  semakin  besar  rasio  kedalaman saluran  pengarah  aliran  dibagi  kedalaman  bendungan (H/P)  maka  semakin  kecil  penurunan  muka  air  yang terjadi.

## Daftar Pustaka
[1] S. Sosrodarsono, “ Bendungan Tipe Urugan ”, Pradnya Paramita, Jakarta, 2002.
[2] BBWS Pemali Juana, "Sert ifikasi Desain Pembangunan  Bendungan  Logung,  Kabupaten Kudus, Jawa Tengah ", Jakarta: Kementrian Pekerjaan Umum Direktorat Sumber Daya Air, 2015.
[3] H.M.  Kalita,  R.  Das,  A.  Hajong,  N.  Kumar,  D. Kharnaior,  H.C.  Dkhar,  “ Experimental  and Numerical Flow Simulation over Weirs ". New York: John Wiley & Sons, 2019.
[4] Anggrahini, " Hidrolika Saluran Terbuka ", Surabaya: Citra Media, 2005.
[5] H.K. Versteeg, W. Malalasekera, “ An Introduction to Computational Fluid Dynamics “The Finite Volume
Method ”". Department of Civil Engineering, National Institute  Technology  of  Meghalaya,  Meghalaya, India, 1995.
[6] Direktorat  Jendral  Departemen  Pekerjaan  Umum,  ,
“ Standar Perencanaan Irigasi – Kriteria Perencanaan  02 ”,  Badan  Penerbit  Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta, 2010 .
[7] D.  Ulfiana,  N.  Anwar,  W.  Wardoyo,  “ Model  test variations  of  baffled  block  installation  pattern  in energy  dissipator  USBR  type  III  for  reduce  flow energy ”, AIP Conf Proc, 2018;1977.
[8] E.  Goodarzi,  J.  Farhoudi,  N.  Shokri,  “F low characteristics  of  rectangular  broad-crested  weirs with sloped upstream face ”, J. Hydrol. Hydromech., 60, 2, 87–100, 2012.
[9] G. P. Galdi, “ An  Introduction To  The Mathematical Theory Of The Navier Stokes Equations (Steady-State Problems) ”,  Second  Edition,  New  York:  Springer, 2011.
[10]  L.  Prasetyorini,  D.  E.  Nurhayati,  N.  Anwar,  W. Wardoyo,  “ Pool-Type  Fishway  on  The  Sembayat Barrage ”, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 437 (2020) 012011.
[11]  T. M. M. A, Elmageed, “ Flow Over Spillway Chute Channels ”, Civil Engineering Department, University of Khartoum, Sudan, 2005.
[12]  United  States  Departement  of  Interior  Bureau  of Reclamation  (USBR),  “ Appurtenant  Structures  for Dams  (Spillways  and  Outlet  Works)  Design Standard ” USBR, Washington, 2014.
[13]  United  States  Departement  of  Interior  Bureau  of Reclamation  (USBR),  “ Design  of  Small  Dams ”, Government Printing Office, Washington, 1987.
[14]  V.  L.  Streeter,  dan  E.  B.  Wylie,  “ Mekanika  Fluida (Fluid  Mechanics) ”,  8th  edition,  Erlangga,  Jakarta, 1992.
[15]  V.  T.  Chow,  “ Hidrolika  Saluran  Terbuka  (Open Channel Hydraulics) ”, Erlangga, Jakarta, 1997.
[16]  Z.  Zachoval,  J.  Pařílková,  L.  Roušar,  “ Velocity measurements  in  front  of  rectangular  broad-crested weir ”, Proc. 26th Symp. Anemometry, pp. 113–119 in Czech, 2012.
Reszha Pahlavi Ali dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (353-362) 362
Halaman ini sengaja dikosongkan