Analisa Perubahan Geometri Penampang Sungai Menggunakan HEC-6 untuk Menaksir Debit Sedimen pada Sungai Citanduy di Jawa Barat

## Analisa Perubahan Geometri Penampang Sungai Menggunakan HEC-6 untuk Menaksir Debit Sedimen pada Sungai Citanduy di Jawa Barat

## Hari Wibowo
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil, Universitas Tanjungpura, Pontianak Jl. Profesor Dokter H. Hadari Nawawi, Pontianak Tenggara, Pontianak, Kalimantan Barat 78115
E-mail: hariwibowo13@yahoo.com

## Abstract
Formation  of  river  profile  is  basically  a  process  in  the  regulation  of  the  water  itself.  This  arrangement  is based  on  the  carrying  capacity  of  the  river  flow  is  determined  by  the  parameters  of  the  flow  and  sediment transport.  To  assist  in  observing  changes  in  the  riverbed  need  a  software  that  can  predict  changes  in  the cross-sectional  shape  of  river  bed.  In  this  study  HEC-6  to  be  able  to  estimate  the  fundamental  changes Citanduy  River  in  West  Java  by  using  field  data  parameters  are  available  in  the  form  of  cross-sectional geometry of the river, flow rates, water levels are high by peil scale or board might guess from observation stations Citanduy Rive. River cross section data used in 2007 were  used for the calibration data. Calibration process  used  for  2008.  While  the  software  application  used  to  view  changes  in  the  existing  cross-sectional shape.  Discharge  used  in  this  case  amounted  to  27.717  m3/second  and  high  cross-section  downstream  on Rajagosi area of 10.40 m. Model selection is done with a relatively small deviation. Obtained from the model calibration process that both sides Karang Pucung-Pataruman-Rajagosi the Manning roughness number "n" of  0.060. Obtained  from  the  literature  for  some  natural  channel  meandering  clean  condition,  there  are ripples and found more stone figures, the Manning roughness ranged from 0.045 to 0.060.
Keywords : Model, Sediment Transport, HEC-6.

## Abstrak
Pembentukan profil sungai pada dasarnya merupakan suatu proses dalam pengaturan badan air itu sendiri. Pengaturan ini didasarkan pada kapasitas angkut dari aliran sungai yang ditentukan oleh parameter aliran dan  angkutan  sedimen.  Untuk  membantu  dalam  mengamati  perubahan  dasar  sungai  diperlukan  suatu perangkat  lunak  yang  dapat  memprediksi  perubahan  bentuk  penampang  dasar  sungai  tersebut.  Dalam penelitian  ini,  HEC-6  digunakan  untuk  memperkirakan  perubahan  dasar  Sungai  Citanduy  di  Jawa  Barat dengan  menggunakan  parameter  data  lapangan  yang  tersedia  berupa  penampang  geometeri  sungai,  debit aliran, ketinggian muka air berdasarkan tinggi peil skala atau papan duga dari stasiun pengamatan Sungai Citanduy. Data penampang sungai tahun 2007 digunakan untuk kalibrasi. Proses kalibrasi yang digunakan untuk  tahun  2008,  sedangkan  aplikasi  perangkat  lunak  digunakan  untuk  melihat  perubahan  bentuk penampang  yang  ada.  Debit yang digunakan  dalam  hal  ini  sebesar  27,717  m 3 /detik  dan  tinggi  penampang hilir pada daerah Rajagosi sebesar 10,40 m. Pemilihan model dilakukan dengan penyimpangan yang relatif kecil. Pada proses kalibrasi diperoleh model yang baik pada ruas Karang Pucung – Pataruman - Rajagosi pada  angka  kekasaran  Manning  “n”  sebesar  0,060.  Dari  beberapa  literatur,  untuk    saluran  alam  kondisi bersih berkelok, terdapat riak (ripples) dan dijumpai lebih banyak kerikil kasar,  angka kekasaran Manning berkisar antara 0,045-0,060.
Kata-kata Kunci: Model, Angkutan sedimen, HEC-6.

## Pendahuluan
Sungai atau saluran terbuka menurut Asdak (1995) adalah  saluran  dimana  air  mengalir  dengan  muka air  bebas.  Pada  saluran  terbuka,  misalnya  sungai (saluran  alam),  variabel  aliran  sangat  tidak  teratur
terhadap ruang dan waktu. Variabel tersebut adalah tampang  lintang  saluran,  kekasaran,  kemiringan dasar, belokan, debit aliran dan sebagainya.
Sungai  juga  merupakan  saluran  terbuka  dengan suatu  ukuran  geometri,  yang  berubah  dengan waktu  tergantung  pada  debit,  material  dasar  dan
tebing,  serta  jumlah  dan  jenis  dari  sedimen  yang diangkut oleh aliran (Trilita, 2003).
Morfologi  sungai  didefisinikan  sebagai  ilmu pengetahuan  yang  mempelajari  tentang  bentuk sungai,  jenis,  sifat  dan  perilaku  sungai  dalam segala  aspek  perubahannya  dalam  dimensi  ruang dan waktu (Azwarman, 1999).
Morfologi  sungai  selalu  berubah-ubah  dari  waktu ke  waktu  yang  dipengaruhi  oleh  debit  yang pengalir,  sedimen  yang  terangkut  serta  material pembentuk  dasar  dan  tebing  sungai  (Minarni, 2003).
Menurut  beberapa  peneliti  yang  antara  lain: Langbein  (1964),  Langbein  dan  Leopold  (1964), dan Yang, et.al (1981), nilai rata-rata dari variabel hidrolik  diketahui  mengikuti  yang  diperlukan hukum hidrolik dan prinsip besanya disipasi energi minimum.
Persamaan  dasar  yang  dipakai  untuk  penyelidikan gerakan air dan sedimen melalui sungai adalah:
a. persamaan kontinuitas aliran;
b. persamaan momentum aliran;
c. persamaan kontinuitas sedimen;
d. persamaan angkutan sedimen.
Suatu  model  dikembangkan  untuk  menganalisis perilaku  dari  aliran  dan  bertujuan  meniru penomena  yang  ada  di  alam  (Phillips,  1976; Cooper, 1977; Atmojo, 1993; Luknanto, 1993).
Sekarang  ini  dengan  berkembangnya  komputer, maka  telah  banyak  dibuat  perangkat  lunak  yang dipakai  untuk  mencari  solusi  atas  permasalahan angkutan  sedimen  (Chang,  1990;  Anonim,  1991; Binsar,  2000).  Salah  satu  model  yang  dianggap cukup  akurat  dalam  memperkirakan  perubahan penampang  sungai  adalah  Model  HEC-6.  Model HEC-6  ini  adalah  model  numerik  satu  dimensi yang  dikembangkan  untuk  menghitung  gerusan dan  endapan  dengan  simulasi  hubungan  antara hidrolika  aliran  dan  endapan  sedimen,  terutama sedimen  yang  membentuk  (Anonim,  1991)  dasar sungai yang dasarnya tidak seragam.  Model HEC- 6  dikembangkan  oleh Hydrologic  Engineering Center,  US  Army  Cops  of  Engineer (Anonim, 1991).
Trilita (2003) telah  mengadakan penelitian analisa perubahan morfologi sungai dengan menggunakan HEC-6 di Stasiun Jeti – Kediri, mendapatkan nilai kekasaran  Manning  sebesar  0,032  pada  Sungai Brantas  di  Jawa  Timur.  Sedangkan  Binsar  (2000) meneliti  tentang  Kajian  Penerapan  Perang  akat Lunak  HEC-6  untuk  penaksiran  sedimen  sungai
mendapat  hasil  untuk  kajian  penampang diperoleh nilai kekasaran Manning sebesar 0,045.
Richards  (1982)  telah  mencatat  bahwa  geometri hidrolik  pada  bagian  hilir  sungai  yang  melibatkan proses  saluran  dan  bentuk  mencangkup  dua  jenis analisis  yang  mana  keduanya  dinyatakan  sebagai fungsi kekuatan bentuk.
Tujuan penelitian ini adalah :
a. Mencari model aliran yang terjadi pada Sungai Citanduy  dengan  menerapkan  perangkat  lunak HEC-6.
b. Menganalisis  perubahan  penampang  melintang sungai  yang  terjadi  pada  Sungai  Citanduy akibat pola pengaliran yang terjadi.

## Metode Penelitian
Perangkat  lunak  HEC-6  merupakan    model numerik  untuk  pergerakan  aliran  pada  saluran terbuka  yang  terbatas  pada  kondisi  satu  dimensi. Model perencanaan tersebut untuk menghitung dan memperkirakan perubahan pada profil sungai yang dihasilkan  dari  gerusan  atau  sedimentasi  (endapan lumpur)  yang  melebihi  dan  biasanya  pada  kurun waktu  tertentu  (khususnya  tahunan,  walaupun penerapannya untuk satu kali banjir yang mungkin terjadi).  Selanjutnya  rekaman  aliran  dipisahkan kedalam  seri  (deretan)  aliran steady pada  variabel debit dan durasinya (Anonim, 1991).
Teori dasar perangkat lunak HEC-6 adalah:
a. Teori dasar perhitungan hidrolika.
Parameter hidolika yang diperlukan untuk menghitung  besarnya  kapasitas  angkutan  sedimen adalah kecepatan, kedalaman, lebar dan kemiringan energi yang diperoleh dari perhitungan profil  muka  air.  Persamaan  energi  satu  dimensi diselesaikan  dengan  metode  standar  bertahap  dan parameter  hidroliknya  yang  dihitung  pada  tiap penampang.
b. Teori dasar perhitungan sedimen.
Besarnya  kapasitas  angkutan  sedimen  pada perangkat  lunak  HEC-6  dihitung  untuk  tipe  aliran dalam  hidrograf  dan  untuk  tiap  ukuran  butiran. Sedangkan  angkutan  potensialnya  dihitung  untuk tiap  kelas  ukuran  butiran  yang  ada  pada  dasar saluran.  Angkutan  potensial  dikalikan  dengan fraksi setiap kelas ukuran butiran yang menghasilkan kapasitas angkut untuk kelas ukuran butiran tersebut. Fraksi ukuran butiran ini berubah selama  interval  waktu  tertentu,  sehingga  teknik iterasi  harus  digunakan.  Teori  dasar  perhitungan
Analisa Perubahan Geometri Penampang Sungai Menggunakan HEC-6 untuk Menaksir Debit Sedimen pada Sungai Citanduy di Jawa Barat
elevasi  dasar  untuk  gerusan  dan  endapan menggunakan Persamaan Exner.
Bentuk  Persamaan  Exner  (1925)  adalah  sebagai berikut:
........................................   (1) dimana: G  =  angkutan sedimen
Bo  =  lebar dasar saluran yang bergerak DD  =  lamanya tiap tahap waktu
Ys  =  kedalaman  endapan  sedimen  pada  waktu kontrol.
Lokasi  penelitian  berada  di  Sungai  Citanduy (Gambar  1),  dimana  sungai  tersebut  menerima aliran  dari  beberapa  anak  sungai  yakni  Sungai Cikawung,  Sungai  Cijolang,  Sungai  Ciseel  dan Sungai Ciloteh.
Metode  yang  akan  digunakan  dalam  kajian  ini yakni menggunakan perangkat lunak HEC-6.
Ada  beberapa  data  dasar  yang  dimasukan  dalam HEC-6  ini  yakni:  penampang  melintang  dan memanjang  sungai  yang  didapat  dari  pengukuran di  lapangan,  data  tinggi  muka  air  dan  debit,  data gradasi butiran dasar sungai yang digunakan untuk
parameter  butiran,  misalnya  untuk  berat  dan ukuran sedimen, dan data kekasaran dasar.
Selanjutnya  dilakukan  pembuatan  model  dengan memasukan  titik-tiik  ( nodes) di  penampang memanjang,  antara  satu  titik  dengan  titik  lainnya dihubungkan  dengan  garis  sehingga  keseluruhan titik  dan  garis  membentuk  suatu  sambungan  yang tidak  terputus  ( network  model). Panjang  garis menyatakan  ruas  saluran.  Tiap  titik  diberi  tanda pengenal  (ID)  dalam  bentuk  angka  bilangan  yang disusun  berurutan.  ID  dengan  nilai  terkecil diletakan pada bagian hulu ( upstream).
Langkah  selanjutnya  adalah  dengan  memasukan data penampang sungai hasil pengukuran lapangan pada  tiap nodes yang  telah  ditentukan.  Nilai  pada masing-masing  penampang  melintang  mempunyai nilai yakni koordinat dan elevasi.
Kemudian data koordinat (GR) tersebut dimasukkan  kedalam  data  yang  telah  disediakan dalam perangkat lunak, dalam hal ini pada sampel 3.dat  yang  berupa  analisis  dengan  dasar  bergerak. Pada  sampel  3.dat  ini  tidak  hanya  koordinat  dan elevasi,  tetapi  juga  yang  lainnya  seperti  kekasaran butiran  (NC),  fraksi  gradasi  butiran  (N),  debit (LQ), jumlah sedimen yang mengalir (LT), jumlah fungsi (J,K) dan lain-lain.
Gambar 1. Peta lokasi Sungai Citanduy di Jawa Barat
Keterangan:
AWLR GSM (5 lokasi) Curah hujan & AWLR GSM (1 lokasi)
Curah hujan GSM (13 lokasi)
Klimatologi (1 lokasi)
Lokasi S. Citanduy
Sebelum  kita  menjalankan  ( running) software tersebut  terlebih  dahulu  dilakukan  kalibrasi terhadap data karekteristik sungai yang disesuaikan  dengan  keadaan  lapangan.  Dalam  hal ini  akan  diamati  pada  daerah  Stasiun  Pengamatan Rajagosi  –  Stasiun  Karang  Pucung.  Titik  yang ditampilkan ada 21 panampang. Sebagai salah satu data masukan, dapat dilihat pada Tabel 1.
Tahap  awal  sebelum  memasuki  proses  simulasi (simulasi  hidrodinamika  dan  sedimen)  adalah memasukan data. Untuk hidrodinamika aliran data yang  akan  di  kalibrasi  adalah  data  elevasi  muka air,  yakni  dengan  membandingkan  elevasi  hasil proses perangkat lunak HEC-6 dengan pengamatan.  Titik  yang  menjadi  acuan  untuk melakukan  perbandingan  adalah  pengamatan levasi  muka  air  di  Stasiun  Karang  Pucung  dan Pataruman.
Proses kalibrasi hidrodinamika membutuhkan data profil  melintang.  Selain  data  profil  penampang melintang,  diperlukan  data  masukan  lain  yang berfungsi sebagai kondisi batas, yakni:
 Kondisi  batas  di  titik upstream (Sta.  Karang Pucung),  debit  masuk  (Q masuk )  =  27,717 m 3 /detik.
 Kondisi  batas  di  titik downstream (Sta. Rajagosi), elevasi muka air = 10,40 m.
Kemudian dilakukan kalibrasi sedimen
Besar  kecilnya  gerusan  yang  terjadi  di  dasar saluran  dipengaruhi  oleh  beberapa  faktor  seperti kemiringan  dasar  saluran,  kecepatan  aliran, tegangan  geser,  karekteristik  butiran  sedimen (ukuran, gradasi, berat jenis dan faktor bentuk) dan debit  sedimen.  Besarnya  tegangan  geser  yang terjadi  pada  dasar  saluran  merupakan  interaksi antara sedimen dan kecepatan aliran yang terjadi.

## Tabel 1. Data masukan profil melintang
No Jarak Elevasai dasar sungai (m) Kr. Pucung Rajagosi 1 0,0 38,850 10,940 2 2,5 38,650 10,840 3 5,0 38,450 10,740 4 7,5 38,250 10,640 5 10,0 38,050 10,540 6 12,5 37,850 10,440 7 15,0 37,825 10,420 8 17,5 37,800 10,400 9 20,0 37,583 9,910 10 22,5 37,365 9,420 11 25,0 37,338 9,215 12 27,5 37,100 9,010 13 30,5 37,298 8,815 14 32,5 37,285 8,620 15 35,0 37,283 8,620 16 37,5 37,280 8,620 17 40,0 37,215 8,570 18 42,5 37,150 8,520 19 45,0 37,135 8,250 20 47,5 37,120 7,980 ... ... ... .... 45 110,0 38,850 10,940

## Analisis dan Pembahasan
Analisis data pertama yang yang dilakukan adalah mengkalibrasi  nilai  koefisien  kekasaran  Manning (n), yang dapat dilihat pada Gambar 3.
Perangkat  lunak  HEC-6  mengunakan  satuan english , jadi satuan metrik yang ada selanjutnya di rubah dulu ke satuan english.
Selanjutnya  data  masukan  tersebut  di running dengan  menggunakan  perangkat  lunak  HEC-6 seperti pada Gambar 4.
Hasil running perangkat  lunak  dapat  dilihat  pada Gambar 5.
Gambar 2. Gradasi ukuran butiran Sungai Citanduy
Analisa Perubahan Geometri Penampang Sungai Menggunakan HEC-6 untuk Menaksir Debit Sedimen pada Sungai Citanduy di Jawa Barat
Gambar 3. Nilai error pada beberapa elevasi muka air dengan n yang berbeda
Gambar 4. Skema pemberian No. ID pada ruas penampang Sungai Citanduy
Gambar 5. Hasil running perangkat lunak HEC - 6 pada Sungai Citandu
Setelah  melakukan  persiapan  data  masukan  untuk selanjutnya dilakukan running program. Penelitian selanjutnya dilakukan dengan menghitung perubahan  elevasi  dasar  saluran  pada  tahun pengamatan.  Dari  keluaran  program  pada  gambar penampang  melintang  di  atas,  didapatkan  hasil bentuk  penampang  kalibrasi  dengan  data  aktual mendekati  sama.  Hal  ini  dikarenakan  data  yang dimasukan  dikalibrasi  dulu  dengan  data  yang  ada, terutama parameter n Manning.
Pemilihan  hasil  model  dengan  menghitung besarnya  penyimpangan  antara  hasil  pengamatan dengan  hasil  model  mempunyai  penyimpangan yang kecil.

## Kesimpulan
Dari  hasil  kajian  di  atas  dapatlah  disimpulkan beberapa hal yakni :
1. Parameter  yang  berpengaruh  pada  model pengamatan  di  lapangan  diantaranya  adalah nilai  kekasaran  koefisien  Manning  (n),  dalam kajian  ini  pengikisan  dan  pengendapan  yang
menyebabkan  berkurangnya  nilai  kekasaran butiran.
2. Koefisien  kekasaran  Manning  di  daerah  S. Citanduy  yang  diperoleh  berdasarkan  selisih error hasil  lapangan  dan  simulasi  HEC-6 sebesar 0,060
3. Pada proses simulasi terjadi proses pengendapan  dan  penggerusan  di  penampang melintang  yang  diamati  dari  hulu  sampai  ke hilir sehingga mengakibatkan perubahan bentuk penampang.
4. Perubahan  bentuk  penampang  diakibatkan adanya  debit  aliran  yang  besar  yang  mengerus pada dinding dan dasar sungai yang mempunyai  material  dasar  berupa  aluvial  atau non kohesif.
5. Pemanfaatan  galian  C  pada  Sungai  Citanduy yang  terus  menerus  dapat  mengakibatkan perubahan  dasar  saluran  dan  meningkatkan proses pengerusan dan pengendapan.
Analisa Perubahan Geometri Penampang Sungai Menggunakan HEC-6 untuk Menaksir Debit Sedimen pada Sungai Citanduy di Jawa Barat

## Daftar Pustaka
Anonim, 1991. Scour and Deposition in Rivers an Reservoir (User’s Manual) . Hydrologie
Engineering  Center,  HEC-6.US  Army  Corps  of Enginners .
Asdak,  C.,  1995. Hidrologi  dan  Pengolahan daerah  Aliran  Sungai, Penerbit  Gadjah  Mada University Press, Yogyakarta.
Atmojo,  B.  A.,  1993 .  Hidraulika  II ,  Beta  Offset, Yogyakarta.
Badan  Pelaksanaan  Induk  BWS  Citanduy  – Ciwulan,  2008 .  Proyek  Induk  Pengembangan Sungai  Citanduy  -  Ciwulan .  Data  Hidrometri  dan Debit.
Binsar,  P.  S.,  2000.  Kajian  Penerapan  Perangkat Lunak  HEC-6  Untuk  Menaksir  Sedimen  Sungai, Tesis Magister , ITB, Bandung.
Breusers,  H.  N.  C.  And  Raudkivi,  A.  J.,  1991. Scouring  Hydraulic  Structures  Design  Manual, Volume 2, Balkema Rotterdam.
Chang,  H.  H.  and  Nolte  &  Associates,  1990. Calibration  Study  of  FLUVIAL-12  Model  Using Data  from  San  Luis  Rey  River ,  prepared  for  the San Diego County Water Authority, 45pp.
Chow,  V.  T.,  1959. Open  Chanel  Hydraulics ,  Mc Graw Hill Kogakusha, Ltd.
Chow,  V.  T.,  dan  Rosalina,  EV.  N.,  1992.
Hidrolika Saluran Terbuka (terjemahan) , Erlangga, Jakarta.
Cooper,  L.,  Bhat,  U.  N.  and LeBlanc,  L.  J.,  1977. Introduction to Operation Research Models, W. B. Saunders Company, Philadelphia, p. 7-8.
Langbein,  W.  B.,  1964.  Geometry  of  River Channels. Journal  of  the  Hydraulics  Division, ASCE, Vol. 90, No. HY2, pp. 301-311 .
Langbein, W. B. and Leopold, L. B., 1964. Quasi- equilibrium  States  in  Channel  Morphology . American  Journal  of  Science,  Vol.  262,  pp.  782- 792.
Luknanto,  D.,  1993. Makalah  Model  Matematik. PAU  Ilmu  Teknik  Universitas  Gadjah  Mada, Yogyakarta.
Philips,D. T., Ravindran  A. and Solberg. J., 1976. Operation Research Principles and Practice, John Wiley & Sons, Inc, Toronto.
Richards,  K.  S.,  1982. Rivers:  Form  and  Process in Alluvial Channels , Metheun, London.
Soewarno,  1995. Hidrologi  Aplikasi  Metode Statistik  untuk  Analisa  Data,  Jilid  1  dan  2 , Penerbit Nova Bandung.
Trilita, M. N., 2003. Analisa Perubahan Morfologi Sungai  dengan  Menggunakan  HEC-6  di  Stasiun Pengamatan  Jeli  Kediri .  Jurnal  Aksial ,  Majalah Ilmiah Teknik, Volume 5 No. 2 Agustus 2003, Hal 58-61.
Yang,  C.  T.,  Song,  C.  C.  and  Woldenberg,  M. T., 1981. Hydraulic  Geometry  and  Minimum  Rate  of Energy  Dissipation .  Water  Resources  Research, Vol. 17, pp. 877-896.