## MODEL SEBARAN SEDIMEN SUSPENSIMUARA SUNGAI SIAK RIAU

## Yeeri Badrun dan Amin Ridhoni
Fakultas MIPA dan Kesehatan Universitas Muhammadiyah Riau Email: yeeri.badrun@gmail.com

## ABSTRAK
Simulasi  hidrodinamika  aliran  dan  sedimen  menggunakan  modul  yang  terdapat  dalam  perangkat  lunak MIKE21,  yaitu Hydrodinamika  Modul  dan  Mud  Transport  Modul .  Model  hidrodinamika  tersebut merupakan  model  dengan metode  elemen  hingga  dua  dimensi  horisontal dan rerata  kedalaman.  Dengan model numeris ini dapat diprediksi pola aliran, elevasi muka air dan komponen kecepatan horisontal baik pada  kondisi  aliran  permanen  ( steady  flow )  maupun  aliran  tak  permanen  ( unsteady  flow )  serta sedimentasi. Di dalam simulasi sebaran sedimen di muara Sungai Siak, dilakukan dalam 3 skenario input konsentrasi yaitu: skenario 1 dengan input konsentrasi 0,1 kg/ m 3 , skenario 2 dengan input konsentrasi 0,5 kg/ m 3 dan skenario 3 dengan input konsentrasi 1 kg/ m 3 . Hasil simulasi pola arus disajikan dalam bentuk vektor  dan  kontur  kecepatan  serta  dalam  bentuk  grafik.  Secara  visual  kecepatan  yang  terjadi  akibat terjadinya  pasang  surut  adalah  pada  saat  surut  kecepatannya  berkisar  antara  0,20  m/detik  sampai  0,34 m/detik  dan  saat  pasang  berkisar  antara  0,01  m/detik  sampai  0,02  m/detik.  Pada  saat  pasang  sebaran sedimen suspensi akan mengarah ke selatan dan pada saat surut sebaran sedimen suspensi cenderung ke arah  utara.  Perubahan  elevasi  dasar  sungai  akan  meningkat  secara  signifikan  dengan  bertambahnya konsentrasi  sedimen.  Perubahan  sangat  terlihat  jelas  dari  input  konsentrasi  0,5  kg/  m 3 ke  1  kg/m 3 yaitu dari  0,036  cm/tahun  menjadi  0,9  cm/tahun.  Sedangkan  pada  dasar  laut  belum  mengalami  perubahan elevasi dasar karena konsentrasi sedimen terdifusi secara merata ke segala penjuru.
Kata Kunci : sedimen, suspensi, hidrodinamika, elevasi, pemodelan numerik

## 1. PENDAHULUAN
Pesatnya  perkembangan  wilayah  pesisir timur  Sumatera  terutama  di  muara  Sungai  Siak dalam  hal  pengembangan  kegiatan  industri, pemukiman  penduduk,  jalur  pelayaran  dan perhubungan,  pelabuhan,  pertanian,  perikanan serta reklamasi pantai telah memberikan dampak terhadap ekosistem pesisir.
Jika hal ini berlangsung secara terus menerus maka proses pendangkalan akibat proses sedimentasi  akan  berdampak  terhadap  berbagai aspek  dalam  perairan  baik  dari  segi  aspek biologis maupun ekologis.
Proses sedimentasiterkait hubungannya dengan sedimen terakumulasi, sedimen tersuspensi  dan  karakteristik  fraksi  sedimen, penggolongan  dalam  parameter  statistik  sedimen dan  sebaran  sedimen  dapat  menggambarkan kondisi lingkungan perairan dari beberapa faktor oseanografi yang mempengaruhi proses sedimentasi  di  sekitarnya.  Untuk  mengetahui proses  sedimentasi  dapat  dilakukan  dengan kajian-kajian hidrodinamika.
Kajian  hidrodinamika  kondisi  sekarang (kondisi  eksisting)  adalah  kajian  yang  berdasar pada data-data yang ada pada saat atau pada saat pengukuran  di  lapangan.  Sedangkan  yang dimaksud  kondisi  yang  akan  datang  (kondisi alternatif) adalah kondisi dimana adanya perubahan  kondisi  eksisting  dimasa  datang. Metode  yang  biasa  digunakan  untuk  mengkaji kejadian  masa  sekarang  dan  masa  yang  akan datang adalah dengan membuat model matematik.
Model  matematik  adalah  tiruan  kondisi  fisik lapangan  yang  diterjemahkan  dalam  persamaan matematik dengan memegang kaidah-kaidah atau hukum  alam  yang  berlaku.  Model  matematik dikerjakan  dengan  perangkat  lunak  dan  bahasa pemrograman  dan  biasanya  yang  sudah  dikemas dalam bentuk software.
Secara  spesifik  penelitian  ini  dilakukan bertujuan  untuk  melakukan  dan  menganalisis simulasi  pola  sebaran  sedimen  dan  simulasi perubahan  laju  elevasi  dasar  perairan  dengan menggunakan  model  matematik  2  dimensi.
Luaran  dari  simulasi  ini  adalah  mengetahui model hidrodinamika dari sedimen tersuspensi di perairan  sungai  dan  muara  sungai  Siak  sehinga dapat menghasilkan:
1. Rancangan  model  komputasi  yang  dapat dipergunakan untuk menganlisis pola transpor sedimen di perairan sungai. 2. Perkiraan kecepatan pendangkalan perairan sungai akibat erosi dan sedimentasi.
3. Sebagai salah satu bahan untuk mengkaji
model  transportasi  pada  tingkat  yang  lebih lanjut  termasuk  di  muara  sungai  dan  pesisir pantai.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN Daerah Studi
Secara  administrasi  Muara  Sungai  Siak berada di wilayah Kabupaten Siak Propinsi Riau. Secara geografis berada pada koordinat 1°11'18.24"  LU  -1°15'17.29"  LU  dan  102° 8'8.77" BT – 102°11'16.12" BT,dengan topografi realtif  datar,  kemiringan  sekitar  3%  dan ketinggian  dari  permukaan  laut  sekitar  1-2  m. Kedalaman  perairan  muara  Sungai  Siak  berkisar antara  5-10  m.  Pergerakan  air  di  muara  Sungai Siak  sangat  di  pengaruhi  oleh  pola  pasang  surut dan aliran air dari arah hulu. Pola pasang surut di muara sungai ini bertipe semi diurnal yaitu dalam sehari  terjadi  dua  kali  pasang  dan  dua  kali  surut yang  hampir  sama  tingginya.  Debit  air  Sungai Siak  berkisar  antara  45  m 3 /dtk  -  1.700  m 3 /dtk dengan debit rata-rata 200-300 m 3 /dtk.
Gambar 1. Lokasi Studi

## Desain Model
Daerah model meliputi wilayah perairan selat bengkalis, Muara Suangai Siak, Selat Padang dan Selat  Panjang  dengan  batas-batas  lintang  dan bujur sebagai berikut:
Batas utara  : 1 0 30’0’’ LU Batas selatan : 1 0 0’ 0’’ LU Batas barat : 102 0 0’ 0’’ BT Batas timur : 102 0 30’0’’ BT

## Skenario Model
Model  Hidrodinamika  dan  disperse  sedimen disimulasikan  dengan  memasukkan  data  psang surut,  angin  dan  debit  air  di  Sungai  Siak. Simulasi  dilakukan  dalam  berbagai  skenario inputan  konsentrasi  sedimen  dari  Sungai  Siak. Dalam simulasi model sebaran sedimen suspensi ini dilakukan 3 (tiga) skenario model yaitu:
 skenario  1  dengan  input  konsentrasi  0,1 kg/m3,
 skenario  2  dengan  input  konsentrasi  0,5 kg/m3
 skenario  3  dengan  input  konsentrasi  1 kg/m3
Lokasi  input  konsentrasi  sedimen  berkisar 1500  m  dari  muara  Sungai  Siak.  Material sedimen  suspensi  berupa fine  silt dengan kecepatan  endap  berkisar  0,009  cm/detik  dengan ukuran butir 10 µm.

## Tahapan Simulasi Model Hidrodinamika
Model hidrodinamika dijalankan untuk mensimulasi  arus  yang  dibangkitkan  oleh  aliran air  dari  Sungai  Siak.  Debit  air  Sungai  Siak mempengaruhi sirkulasi arus dekat muara sungai. Arus  di  Selat  Bengkalis,  Selat  Padang  dan  Selat Panjang  dipengaruhi  pula  oleh  pasang  surut  dan angina yang bertiup diatasnya.
Gerak  sirkulasi  arus  di  perairan  dangkal diasumsikan  sebagai  aliran  masa  air  yang bercampur  sempurna  (homogeny)  mulasi  dari permukaan  sampai  dasar  perairan  dan  pengaruh angin  dipermukaan  diasumsikan  mencapai  dasar laut.  Oleh  karena  itu  persamaan  model  yang dipakai  adalah  persamaan  yang  diintegrasikan terhadap  kedalaman.  Dalam  model  ini  air  laut dianggap sebagai fluida yang tak mampu mampat ( incompressible fluida ).

## Rancangan Model Matematik
Simulasi  hidrodinamika  aliran  dan  sedimen polutan  menggunakan  modul  yang  terdapat  pada perangkat  lunak  MIKE  21,  yaitu  Hydrodynamic Module  dan  Sand  Transport  (ST).  Model hidrodinamika tersebut merupakan model dengan metode  elemen  hingga  dua  dimensi  horisontal dengan rerata kedalaman. Dengan model numeris ini  dapat  diprediksi  pola  aliran,  elevasi  muka  air dan  komponen  kecepatan  horisontal,  baik  pada kondisi  aliran  permanen  ( steady  flow )  maupun aliran  tak  permanen  ( unsteady  flow )  serta sedimentasi.
Untuk  melakukan  simulasi  sedimen  maka diperlukan  simulasi  hidrodinamik  arus  terlebih dahulu.  Hasil  simulasi  arus  digunakan  sebagai input  untuk  simulasi  sedimen.  Skema  simulasi dapat  disajikan  dalam  bagan  alir  seperti ditunjukan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2. Skematik simulasi secara keseluruhan

## a. Persamaan Dasar Hydrodinamika
Model  matematik  yang  digunakan  untuk prodiksi  hidrodinamika  aliran  didasarkan  pada  2 persamaan  dasar,  yaitu  persamaan  konservasi massa  (persamaan  kontinuitas)  dan  persamaan momentum, sebagai berikut:
Persamaan kontinuitas:
…………..     -1- Persamaan Momentum: Persamaan  momentum  untuk  aliran  dua dimensi  pada  arah  x  dan  y  dapat  ditulis  dalam bentuk persamaan berikut ini:
-1- -2-
dengan:
u=kecepatan horisontal aliran arah-x v= kecepatan horisontal arah-y, t= fungsi waktu , g= percepatan gravitasi , h= kedalaman air, a0= elevasi dari dasar tampang,
 = massa jenis,
 xx= koef.pertukaran turbulensi normal arahx
 xy=koefpertukaranturbulensi tangensial arah-x,
 yx=koef.pertukaran turbulensi tangensial arah-y,
 yy= koef. pertukaran turbulensi normal arah-y C = koef. kekasaran Chezy (atau koef. Manning, n = 1/C h1/6)

## b. Persamaan Dasar Sand Transport (ST)
Formula  dari  model  adalah  system  dua dimensi  dengan  kedalaman  rerata  yang  mana konsentrasi  arah  vertikal  diasumsikan  seragam. Modul Sand  Transport  (ST) merupakan  aplikasi pada  angkutan  sedimen  dengan  material  dasar lempung  atau  pasir. Sand  Transport  (ST) modul ini  dikhususkan  untuk  pemodelan non-cohesive sedangkan untuk material cohesive menggunakan modul mud  transport  (MT) .  Persamaan  dasar pada Mud  Transport  (MT) di  ekspresikan  dalam persamaan transport dua dimensi didasarkan pada persamaan konveksi-difusi sedimen  suspensi yaitu:
…………… -3- dengan: C = konsentrasi, U
=  kecepatan  rata-rata  aliran  arah x,
V =  kecepatan  rata-rata  aliran  arah
y,
Dx = koefisien difusi efektif arah x, Dy = koefisien difusi efektif arah y,
 1 ,  2 = koefisien source term
Pada persamaan di atas, koefisien
difusiturbulen searah arah aliran padat
dirumuskan sebagai berikut (persamaan. Elder),
Dx=5.93HU*……………….…-5-
Sedangkan  koefisien difusi turbulen  arah tegak lurus arah aliran adalah,
Dy=0.23 H U*……………….…-4-
Pre- prossesor Hydrodynamic model Sand Transport (ST) Model atau Mud Transport
Post-prossesor 2 1                                  
C y C Dy y x C Dx x y C V x C U t C
dengan  kecepatan  geser  dihitung  dengan rumus:
6 1 * H n U g
U  ………………..-5- dimana H = kedalaman aliran U* = kecepatan geser Tabel 1. Kecepatan pengendapan beberapa material sedimen suspense

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Data primer untuk simulasi diperoleh dengan melakukan  pengukuran  langsung  dilapangan meliputi: pengukuran pasang surut dan kecepatan arus. Grid yang digunakan adalah triangular grid. Pembuatan  grid  menggunakan  perangkat  lunak MIKE 21.
Gambar 3. Simulasi Kedalaman Muara Sungai Siak

## Pola Arus
Pola arus yang diamati untuk kondisi pasang tertinggi  dan  kondisi  surut  terendah.  Hasil simulasi pola arus disajikan dalam bentuk vector dan  kontur  kecepatan  yang  terjadi.  Hasil  pola arus kondisi eksisting pada saat pasang disajikan pada  Gambar  5,  sedangkan  pada  saat  surut disajikan  pada  Gambar  6.  Secara  visual kecepatan  yang  terjadinya  pasang  surut  dapat dilihat  dari  grafik  pengamatan  di  Statiun  Sei Pakning pada Grafik 1 adalah sebagai berikut:
a. Saat  surut  berkisar  antara  0,20  m/detik sampai 0,34 m/detik.
b. Saat  pasang  berkisar  antara  0,01  m/detik sampai 0,02 m/detik
Grafik 1. Kecepatan arus hasil simulasi pada stasiun Sei Pakning
Gambar 5. Pola arus pada saat pasang di Selat Bengkalis Gambar 6. Pola arus pada saat surut di Selat Bengkalis P. Bengkalis P. Padang Sumatera S. Siak

## Pola Sebaran Sedimen di Selat Bengkalis.
Hasil pola arus yang terjadi pada saat pasang dan  pada  saat  surut  akan  memberikan  pola sebaran  sedimen  suspense  yang  terjadi  di  muara Sungai  Siak.  Pada  saat  pasang  sebaran  sedimen akan mengarah atau cenderung menyebar ke arah selatan  sedangkan  pada  saat  surut  sebaran sedimen  tersuspense  akan  mengarah  ke  arah utara.
Gambar 7. Pola arah sebaran sedimen pada saat pasang
Gambar 8. Pola arah sebaran sedimen pada saat surut.
Untuk dapat melihat perubahan elevasi dasar secara  seri  waktu  selama  simulasi  maka dilakukan  eksplorasi  data  hasil  simulasi  dengan cara  menempatkan  titik  pengamatan  pada  titik tertentu.  Pada  kajian  ini  titik  pengamatan ditempatkan  seperti  disajikan  pada  gambar berikut ini:

## Gambar 9. Penempatan titik-titik pengamatan

## Konsentrasi Sebaran Sedimen.
Konsentrasi  sedimen  yang  terjadi  pada  tiap titik akan selalu berfluktuasi walaupun kecil. Hal ini disebabkan oleh proses sebaran sedimen yang dipengaruhi  oleh  kecepatan  aliran  yang  terjadi. Sedangkan  kecepatan  itu  sendiri  di  area  yang dikaji sangat berfluktuasi disebabkan oleh pasang surut air laut. Sebaran konsentrasi sedimen untuk input  sedimen  0,1  kg/m 3 ,  0,5  kg/m 3 dan  1  kg/m 3 berurutan  disajikan  pada  Gambar  10  sampai dengan Gambar 12.
Gambar 10. .sebaran sedimen pada konsentrasi 0,1 kg/m3
Gambar 11. sebaran sedimen pada konsentrasi 0,5 kg/m3

## Gambar 12 .sebaran sedimen pada
konsentrasi 1 kg/m3
Dari gambar di atas dapat dilihat pengaruh input konsentrasi sedimen terhadap sebaran konsentrasi sedimen yang terjadi. Dari titik pengamatan dapat diketahui  dengan  jelas  grafik  dari  konsentrasi dimasing-masing titik pengamatan selama simulasi  berlangsung.  Pada  Grafik  2  sampai dengan  Grafik  4,  terlihat  peningkatan  nilai konsentrasi  pada  masing  titik  pengamatan  sesuai dengan  meningkatnya  inputan  sedimen.  Dengan demikian  dapat  disimpulkan  bahwa  tingkat konsentrasi sedimen yang terjadi di muara dalam rentang  waktu  yang  sama  sangat  dipengaruhi oleh  konsentrasi  sedimen  yang  terjadi  di  hulu sungai.
Grafik 2. Konsentrasi pada titik-titik pengamatan dengan konsentrasi input 0,1 kg/m3
Grafik 3. Konsentrasi pada titik-titik pengamatan dengan konsentrasi input 0,5 kg/m3
Grafik 4. Konsentrasi pada titik-titik pengamatan dengan konsentrasi input 1 kg/m3

## Laju Perubahan Elevasi Dasar
Sedimen  suspensi  selama  dalam  perjalanan dari  boundary  hulu  (lokasi  input  konsentrasi  ) akan  menglami  pengendapan  yang  dipengaruhi oleh  kecepatan  aliran  dan  karakter  fisik  material sedimen itu sendiri. Proses pengendapan tersebut akan  membuat  perubahan  elevasi  dasar  sungai dari  waktu  ke  waktu.  Dari  hasil  simulasi  dapat diketahui laju perubahan elevasi dasar pada tiap- tiap  titik  yang  ditinjau.  Laju  atau  kecepatan perubahan  dasar  yang  terjadi  adalah  kemiringan rerata  dari  grafik  hubungan  perubahan  elevasi dasar  terhadap  waktu.  Perubahan  elevasi  dasar sungai  setelah  240  jam  disajikan  pada  Grafik  5 sampai Grafik 7.
Grafik 5. Perubahan elevasi dasar di titik-titik pengamatan dengan input 0,1 kg/m3
Grafik 6. Perubahan elevasi dasar di titik-titik pengamatan dengan input 0,5 kg/m3

## Grafik 7. Perubahan elevasi dasar di titik-titik pengamatan dengan input 1 kg/m3
Laju  perubahan  elevasi  dasar  pada  masing- masing  lokasi  pengamatan  disajikan  pada  tabel berikut ini:

## Tabel 2. Laju perubahan elevasi dasar
Lokasi X (m) Y (m) Laju perubahan elevasi (cm/tahun) A B C T1 183448 129518 0.32 0.468 11.52 T2 184557 134422 0.14 0.216 5.04 T3 184779 136222 0.025 0.036 0.9 T4 185740 137848 0 0 0 Keterangan A. Konsentrasi sedimen 0,1 kg/m 3 B. Konsentrasi sedimen 0,5 kg/m 3 C. Konsentrasi sedimen 1 kg/m 3
Berdasarkan  table  di  atas,  laju  perubahan elevasi  dasar  naik  0,1  cm/tahun  dari  konsentrasi 0,1  kg/m3  ke  0,5  kg/m 3 ,  sedangkan  dari konsentrasi  0,5  kg/m 3 ke  1  kg/m 3 meningkat sekitar  30  kali  dari  0.468cm/tahunmenjadi  11.52 cm/tahun.  Pada  titik  pengamatan  ke-4  di  daerah ujung  muara  atau  di  selat  tidak  mengalami perubahan  elevasi  dasar  karena  konsentrasi sedimen  yang  terdifusi  secara  merata  ke  segala penjuru.
Hasil analisis di atas menggambarkan bahwa masukan  sedimen  akibat  erosi  didaratan  dari konsentrasi  0,5  kg/m 3 ke  1  kg/m 3 meningkat  30 kali

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Dari  hasil  kajian  sebaran  sedimen  dengan metode  elemen  hingga  2  dimensi  dengan  studi kasus  muara  Sungai  Siak  diperoleh  beberapa kesimpulan sebagai berikut:
a. Hasil  pola  arus  yang  terjadi  saat  pasang  dan saat  surut  akan  memberikan  pola  sebaran sedimen  suspense.  Pada  saat  pasang  sebaran sedimen  suspense  akan  mengarah  atau cenderung  menyebar  ke  arah  selatan, sedangkan  pada  saat  surut  sebaran  suspensi akan mengarah kea rah utara.
b. Laju  perubahan  elevesai  dasar  pada  lokasi sungai, muara dan lautmemperlihatkan semakin  jauh  dari  sungai,  maka  perubahan elevasi dsar perairan semakin rendah.

## Saran
Dari  hasil  kajian  sebaran  sedimen  dengan metode  elemen  hingga  2  dimensi  dengan  studi kasus muara Sungai Siak disarankan agar:
a. Dilakukan kajian lanjutan dengan menggunakan metode elemen 3 dimensi
b. Pengkajian  tidak  hanya  pada  partikel sedimen  tersuspensi  saja  namun  juga  untuk parameter  kimia  air  lainnya,  sehingga  dapat diperoleh  sebaran  kualitas  perairan  secra lengkap.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Dyer,  K.  R.,  1997.  Estuaries  A  Physical Introduction.  Jhon  Wiley  &  Sons  Ltd. London. 195 p.
Hutabarat,  S.  dan  S.  M.  Evans,  1986.  Pengantar Oseanografi. UI Press. Jakarta. 159 hal.
Effendi,  H.  2007.  Telaah  Kualias  Air  bagi Pengelolaan  Sumber  Daya  dan  Lingkungan Perairan. Kanisius. Jakarta.
Effendi,  H.  2003.  Telaahan  Kualitas  Air:  Bagi Pengelolaan  Sumberdaya  dan  Lingkungan Perairan. Kanisius. Yogyakarta.
Nybakken,  J.  W.  1992.  Biologi  Laut,  Suatu Penekatan Ekologis. PT Gramedia. Jakarta.
Dahuri,  R.,  J.  Rais,  S.P.Ginting,  M.J.  Sitepu. 2004.  Pengelolaan  Sumber  Daya  Wilayah Pesisir  dan  Lautan  Secara  Terpadu.  Pradnya Paramita. Jakarta.
Davis, A., R. Albert. 1992. Depositional System. An  Introduction  to  Sedimentology  and Stratigraphy. Prentice-Hall Inc. New Jersey.
Fifield  JS,  2001.  Designing  for  Effective Sediment and Erosion Control on
Construction Sites
US  Army,  2003,  Users  Guide  to  RMA2  WES Version 4.5, Engineer Research and Development  Center  Waterways  Experiment Station Coastal and Hydraulics Laboratory. US  Army,  2003,  Users  Guide  to  SED2D  WES Version 4.5, Engineer Research and Development  Center  Waterways  Experiment Station Coastal and Hydraulics Laboratory. Center,  W.L.  and  J.H.  Hill.  1977. Handbook  of Variables for Environmental Impact Assessment . Ann. Arbor Science Publisher