## Distribusi Kecepatan dan Konsentrasi Sedimen Suspensi pada Aliran Menikung (Studi Kasus pada Saluran Irigasi Mataram Yogyakarta)

## Velocity Distributions and Suspended Sediment Concenrations in Bend Flows (Case Study at Mataram Irrigation Channel Yogyakarta)

## Chairul Muharis
Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Padang Kampus Limau Manis Padang 25163 Telp 0751-72590 Fax 0752-72576 Email : ch_muharis@yahoo.com

## Abstract
The  flow  velocity  and  suspended  sediment  concentration  are  important  parameters  of  sediment  transport mechanisms,  especially  for  agradation  and  degradation  problems.  The  centrifugal  force  at  the  bend  channels will  increased  flow  velocity  at  the  outer  bank  of  the  bend.  It  is  of  course  also  affects  the  distribution  of  flow velocity toward the outside and the inside of the bend channels. The change of the velocity distribution  it is very possible  also  changes  the  distribution  of  suspended  sediment  concentration.  In  this  paper  will  discuss  the velocity distribution profile and distribution of sediment concentration in the bend flow.
This research was conducted at Mataram Irrigation Channel Yogyakarta. The channel rectangular in shape and made of masonry with angle bend 580. Measuring the flow velocity used Propeller currentmeter and  sediment concentration  used  Opcon  Probe.  Measuring  flow  velocity  and  sediment  concentration  conducted simultaneously for each measurement point.
The  results  showed  that  due  to  the  centrifugal  force  in  bend  flow,  flow  velocity  distribution  and  sediment concentration distribution undergoing significant change the outside and the inside of the bend. In general, the distribution  of  flow  velocity  toward  the  outerbank  of  the  bend  has  increased  and  the  distribution  suspended sediment concentration has decrease  and the opposite occurs innerbank of the bend. A low velocity on the inner bank of the channel bend causes larger grains of sediment that settles and potentially silting.

## Keywords: Velocity Distribution, Concentration, Bend Flow

## PENDAHULUAN
Informasi  mengenai  aliran  sediman suspensi  sangat  diperlukan  pada  pekerjaan bangunan-bangunan  keairan,  mulai  dari tahap perancangan, pelaksanaan  sampai ke tahap  pengoperasian.  Informasi  tersebut meliputi  distribusi  kecepatan,  tegangan geser, distribusi konsentrasi sedimen suspensi,  angkutan  sedimen,  perubahan dasar sungai, dan lain-lain. Aplikasi
untuk mendapatkan informasi mengenai sedimen suspensi  yang sangat  diperlukan  tersebut,  sejauh  ini banyak  dijumpai  dari  hasil  penelitian  pada saluran  lurus,  sedangkan  untuk  saluran menikung  sangat  sedikit.  Oleh  karena  itu untuk  mendapatkan  informasi  mengenai sedimen suspensi perlu dilakukan penelitian
lanjutan  pada  saluran  yang  tidak  lurus, seperti halnya pada saluran menikung,
Karakteristik  aliran  pada  saluran  lurus berbeda  dengan  aliran  pada  saluran menikung.  Terutama  karakteristik  aliran lurus bersedimen suspensi. Setiap perubahan distribusi kecepatan dapat mempengaruhi distribusi konsentrasi sedimen  suspensi.  Demikian  juga  untuk saluran menikung selain mempunyai karakteristik  aliran  yang  berbeda  dengan aliran  saluran  lurus  juga  akan  mengalami perubahan distribusi kecepatan dan konsentrasi sedimen suspensi.
Penelitian ini mempelajari perbedaan karakteristik  aliran  sedimen  suspensi  pada saluran  menikung  dan  pengaruh  yang ditimbulkan  dari  perbedaan  itu.  Perbedaan tersebut khususnya antara distribusi kecepatan  dengan  konsentrasi  sedimen
suspensi.  Sehingga  hasil  dari  penelitian  ini diharapkan  dapat  memberikan  informasi yang  tepat  sebagai  dasar  perencanaan  yang akan di lakukan.
Pengukuran  distribusi  kecepatan,  adalah untuk  mendapatkan  persamaan  distribusi kecepatan logaritmik, sehingga dapat digunakan  untuk  menentukan  kecepatan atau  tegangan  gesek  di  saluran  terbuka (saluran  lurus),  baik  untuk  aliran  seragam maupun  untuk aliran  tidak  seragam (Kironoto  dan  Graf,  1994,  1995),  baik untuk data aliran di tengah saluran maupun di tepi saluran (Kironoto dkk, 2004).
Hasil penelitian (Vanoni,
1946)
menunjukkan bahwa pada debit aliran yang sama,  kecepatan  aliran  bersedimen  lebih besar  dari  pada  air  jernih,  disebabkan mengecilnya koefisien kekasaran.
Bertambahnya  kecepatan  tidak  berarti meningkatkan  debit  sedimen  suspensi, karena kedalaman berkurang maka tegangan  gesek  dasar  ikut  berkurang  juga. Selain  itu  konsentrasi  sedimen  suspensi dapat mengurangi koefisien gesekan. Pergerakan sedimen yang dapat membentuk konfigurasi  dasar  dapat  meningkatkan koefisien gesekan, maka disimpulkan koefisien  gesekan  pada  aliran  sedimen dapat  bertambah,  berkurang  atau  tetap tergantung  besarnya  pengaruh  konsentrasi dan konfigurasi dasar.
Dengan memodifikasi model matematika k-  untuk  aliran  bersedimen.  (Kironoto  dan Graf,  1994)  menguraikan  bahwa  dengan adanya  muatan  sedimen  pada  aliran menyebabkan  kecepatan  berubah  jika dibandingkan dengan kecepatan pada aliran aliran air jernih. (Rozovskii, 1957; Kikkawa, et al.1973 dan Blanckaert, 2001), telah  melakukan  penelitian  tentang  aliran pada tikungan, dimana beberapa diantaranya  membahas  data  distribusi kecepatan  secara  mendalam.  Secara  umum dari  hasil-hasil  penelitian  yang  ada  di literatur memperlihatkan bahwa data pengukuran  distribusi  kecepatan  pada saluran  menikung,  mengalami  perubahan bila dibandingkan dengan data pada saluran lurus.

## 1. Distribusi Kecepatan
Pada  aliran  saluran  terbuka,  distribusi kecepatan  seringkali  dibedakan  sebagai distribusi kecepatan  di  daerah inner  region ,  yang berada  di  dekat  dasar  dimana  distribusi kecepatan logaritmik berlaku, dan di daerah outer  region ,  yang  berada  jauh  dari  dasar dimana  distribusikecepatan  menyimpang secara jelas dan sistematik terhadap hukum logaritmik  (Nezu  dan  Rodi,1986;  Kironoto dan Graf, 1994). Rumus ditribusi kecepatan logaritmik  ( the  law  of  the  wall )  di  daerah inner region , yang dibatasi oleh y/D < 0.2 dapat dirumuskan sebagai berikut
Br k y u u s         ln 1 *  (1)
dengan: u : kecepatan rata-rata titik pada jarak y dari titik referensi (m/s) D : kedalaman aliran (m)
* u : kecepatan geser (m/s)
 : konstanta universal Von-Karman (  = 0.4 ) Br : konstanta integrasi
s k : adalah kekasaran dasar equivalen Nikuradse (m)

## 2. Konsentrasi Sedimen Suspensi Rata-rata
Dengan  data  pengukuran  profil  konsentrasi sedimen  suspensi  dan  mengintegralkannya dengan  batas  antara  kedalaman  aliran  dan kedalaman titik yang ditinjau, nilai konsentrasi  sedimen  suspensi  rata-rata dapat  diperoleh.  Ekspresi  persamaannya dapat ditulis.
   D y y dy C y D C . 1 (2)
dengan:
D : kedalaman aliran (m) y  :  posisi titik pengukuran dari dasar (m)
y C : konsentrasi rata-rata titik (gr/liter)
3. Debit Sedimen Suspensi
Secara umum debit sedimen suspensi dapat diekspresikan sebagai hasil perkalian antara kecepatan rata-rata vertikal dan konsentrasi rata-rata  vertikal  yang  dikalikan  terhadap luasnya  atau  dengan  mengintegralkan terhadap lebar saluran data perkalian antara nilai  kecepatan  dan  nilai  konsentrasi sedimen suspensi rata-rata vertikal diperoleh debit sedimen suspensi, Q s , yaitu :
  B s dB C U Q 0 . (3)
dengan :
U : kecepatan rata-rata vertikal (m/s)
C : konsentrasi rata-rata vertikal (gr/liter) B :  lebar penampang saluran (m)

## METODOLOGI
Metode yang diterapkan pada penelitian ini adalah  eksperimen  lapangan,  yakni  seluruh kegiatan  pengukuran  maupun  pengambilan data  dilaksanakan  di  lapangan.  Lokasi penelitian  di  laksanakan  pada  5  (lima)  titik saluran irigasi Mataram.
Titik-titik pengukuran kecepatan dan pengambilan  sampel  sedimen  suspensi untuk  setiap  saluran  menikung  ditetapkan pada  5  (lima) cross  section dilakukan) berada  dalam  busur  saluran  menikung  (1 2,3,4 dan 5), seperti terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Lokasi Pengukuran Cross Sections
Setiap masing-masing cross section dilakukan  dibagi  sebanyak  5  (lima)  titik arah transversal atau tegak lurus arah aliran. Setiap  lima  titik  tersebut  dibagi  lagi  untuk beberapa  titik  kedalaman  untuk  jumlah yang  relatif  cukup.  Titik-titik  tersebut
adalah  pada y/D  ≤ 0,2  untuk  data  di  dekat dasar (inner  region, ),  dan  y /D  0,2  untuk data  di outer  region. Selanjutnya  untuk setiap data yang diperoleh diberi notasi agar memudahkan  dalam  mengidentifikasnya. Jumlah titik-titik pengukuran dan pengambilan sampel pada kedalaman vertikal sewaktu waktu bisa berkurang atau bertambah  sesuai  situasi  dan  kondisi lapangan pada saat itu Untuk lebih jelasnya dapat di lihat pada Gambar 2. di bawah ini.
Gambar 2. Titik Pengukuran  pada Penampang Saluran Menikung
Pengukuran  konsentrasi  sedimen  suspensi menggunakan  alat  ukur opcon  probe dan pengukuran  kecepatan  aliran  menggunakan alat ukur propeller currentmeter . Pengukuran  konsentrasi  sediment  suspensi dan pengukuran kecepatan dilakukan secara bersamaan  di  atas  saluran  secara  presisi baik arah vertikal maupun horizontal.
Selama pelaksanaan pengukuran di lapangan  ketinggian  muka  air  perlu  selalu dikontrol  yakni  dengan  cara  menempatkan peil schaal dikedua sisi penampang saluran, kemudian  diberi  tanda.  Selanjutnya  setiap perubahan  ketinggian  muka  air  dicatat dengan  seksama.  Hal  ini  dilakukan  karena perubahan tinggi muka air akan berpengaruh  terhadap  besarnya  debit  aliran dan  nilai  aspek  rasio  dari  penampang saluran tersebut.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data  pengukuran  yang  diperoleh  diberi notasi/kode  L,  S  dan  R,  yang  merupakan singkatan  dari location ,  L, cross  section ,  S, dan radius ,  R,  diikuti  dengan  angka-angka yang menginformasikan urutan lokasi
penelitian,  potongan  melintang  dari  hulu  ke hilir  saluran  dan  posisi  pengukuran  arah transversal  dari outer  bank ke inner  bank . Misalnya,  nama  kode  data  pengukuran L3S3R1 yang mempunyai makna bahwa data pengukuran  diperoleh  di  lokasi  tiga,  pada cross section ke tiga atau di tengah tikungan, dan  pada  posisi  pertama  dari inner  bank ke outer bank .
Berdasarkan data hasil pengukuran kecepatan  dan  pengukuran  konsentrasi sedimen  suspensi  setelah  dianalisa  dibagi dalam  lima  kelompok  yakni  penampang masuk  dan  keluar  tikungan  ada  dua  dan  di dalam  tikungan    ada  tiga,  sebagaimana diberikan pada tabel berikut:
Tabel 1. Parameter Utama Hasil Analisis Data Pengukuran
RUN Q D B/D U C Fr [m 3 /dt] [m] [-] [m/dt]  [gr/ltr] [-] (m/dt)  (gr/ltr) L3SIR1 0.75 5.600 0.3968  4,9380 L3SIR2 0.90 4.667 0.4170  4,4132 L3SIR3 1.558 0.90 4.667  0.4319  4,3915 0.1481 0.4111  4,4132 L3SIR4 0.90 4.667 0.4482  4,2021 L3SIR5 0.90 4.667 0.4862  3,9909 L3S2R1 0.72 5.833 0.3314  4,6677 L3S2R2 0.90 4.667 0.3590  4,5261 L3S2R3 1.402 0.90 4.667  0.3886  4,2749 0.1332 0.3946  4,2524 L3S2R4 0.90 4.667 0.4150  4,0644 L3S2R5 0.95 4.421 0.4430  3,8638 L3S3R1 0.60 7.000 0.3064  4,4207 L3S3R2 0.75 5.600 0.3365  4,2239 L3S3R3 1.317 0.90 4.667  0.3652  4,0662 0.1276 0.3781  4,0916 L3S3R4 1.00 4.200 0.3986  3,8925 L3S3R5 1.06 3.962 0.4064  3,7021 L3S4R1 0.65 6.462 0.2839  4,1602 L3S4R2 0.75 5.600 0.3194  3,9808 L3S4R3 1.257 0.85 4.941  0.3484  3,8495 0.1214 0.3467  3,8303 L3S4R4 1.00 4.200 0.3828  3,6951 L3S4R5 1.05 4.000 0.4091  3,5811 L3S5R1 0.65 6.462 0.2689  3,9140 L3S5R2 0.77 5.455 0.2980  3,7322 L3S5R3 1.177 0.82 5.122  0.3262  3,6402 0.1154 0.2965  3,5612 L3S5R4 0.88 4.773 0.3587  3,5281 L3S5R5 1.02 4.118 0.4089  3,4656
Keterangan : Q = debit aliran terukur ; D = kedalaman aliran ; B/D = aspect ratio ; B = lebar saluran Fr = U/(gD) 0.5 ; U = kecepatan aliran; C = konsentrasi sediment suspensi; g = percepatan grafitasi ; U = rata  kecepatan rata-rata C = konsentrasi sediment suspensi rata-rata.
Dari  hasil  analisis  data  secara  umum menunjukkan  bahwa  kecepatan  rata-rata setiap  tampang  semakin  meningkat  dari inner bank ke outer bank . Sebaliknya
konsentrasi  sedimen  suspensi  semakin berkurang  dari inner  bank ke outer  bank . Berdasarkan  data  debit  aliran  untuk fluktuasi muka air relatif stabil.
U C

## 1. Distribusi Kecepatan
Hasil  pengukuran  distribusi  kecepatan secara  umum  di  semua  lokasi  pengukuran dipresentasikan  oleh  profil  kecepatan  arah transversal  sebanyak  5  (lima) section pengukuran  setiap  lokasinya  menunjukkan hasil  masih  mengikuti  distribusi  kecepatan logaritmik  dengan  kecepatan  minimum terjadi  di  dekat  dasar  dan  bertambah  besar sampai permukaan aliran. Kecepatan maksimum  untuk  semua section terjadi dekat permukaan.
Berikut  adalah  grafik  hubungan  antara kecepatan aliran dipresentasikan oleh perbandingan  nilai  kecepatan  titik  dengan nilai kecepatan rata-rata kedalaman
0.00 0.40 0.80 1.20 0.00 0.50 1.00 1.50 L3S3R1 L3S3R2 L3S3R3 L3S3R4 L3S3R5
Gambar 3. Profil Distribusi Kecepatan pada Saluran Menikung
Kecepatan  aliran  pada  saluran  menikung akan  berubah,  dan  meningkat  di  daerah outer  bank karena  adanya  gaya  sentrifugal. Agar  dapat  diketahui  perubahan  kecepatan akibat  gaya  sentrifugal  di  tikungan,  maka seluruh  data  hasil  pengukuran  kecepatan pada  lokasi  3  (tiga)  dibuatkan  grafik hubungan  antara  rasio  kecepatan  rata-rata kedalaman  dengan  kecepatan  rata-rata tampang, dengan  fungsi  lebar saluran, z/ B atau arah transversal dalam hal ini  adalah  dari inner  bank ke outer  bank .
Seperti  disajikan  pada  Gambar  4.  Berikut ini:
Gambar 4. Nilai kecepatan arah transversal pada lokasi 3
Berdasarkan  Gambar  4.  terlihat  kecepatan rata-rata  tampang  arah  transversal  untuk seluruh section pengukuran  pada  lokasi  3. Hasil  regressi  nilainya  menunjukan  adanya peningkatan  kecepatan  aliran  dari inner bank ke  arah outer  bank .  Kecepatan maksimum  terjadi  di  dekat  permukaan. Perubahan  aliran  dari  saluran  lurus  ke saluran  menikung  akan  menyebabkan perubahan pada distribusi kecepatannya.
2. Distribusi konsentrasi Sedimen Suspensi
Konsentrasi  sedimen  suspensi  semakin  ke permukaan  aliran  semakin  berkurang  dan pada posisi mendekati dasar akan bertambah. Disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5. Profil Distribusi Kecepatan pada Saluran Menikung
D y U u D y C c Outer bank Inner bank 0.00 0.40 0.80 1.20 0.00 0.50 1.00 1.50 L3S3R1 L3S3R2 L3S3R3 L3S3R4 L3S3R5 D y
Konsentrasi sedimen suspensi arah
tranversal  atau  dari outer  bank ke inner bank semakin  berkurang  ini  karena  adanya pengaruh  perubahan  kecepatan  akibat adanya  gaya  sentrifugal  dan  ini  juga memberi  pengaruh  kepada  konsentrasi sedimen  suspensi.  Berikut  gambar  profil distribusi  konsentrasi  sediment  dengan grafik tidak berdimensi.
Agar  dapat  diketahui  perubahan  kecepatan akibat  gaya  sentrifugal  di  tikungan,  maka seluruh  data  hasil  pengukuran  kecepatan pada  lokasi  3  (tiga)  dibuatkan  hubungan antara  rasio  konsentrasi  sedimen  suspensi rata-rata  vertikal  ( )  dan  rata-rata tampang  saluran  ( )  dengan  fungsi  lebar saluran, z/ B atau arah transversal dalam hal ini  adalah  dari inner  bank ke outer  bank . Seperti  disajikan  pada  Gambar  6.  Berikut ini:
Gambar 6. Nilai konsentrasi arah transversalpada lokasi 3.
Berdasarkan  Gambar  6.  terlihat  regressi nilai konsentrasi sedimen suspensi rata-rata tampang untuk arah transversal dan seluruh section pengukuran,  nilainya  mengalami penurunan  dari inner  bank ke  arah outer bank .  Hal  ini  juga  ada  kaitannya  dengan terjadinya  perubahan  kecepatan  pada  arah transversal akibat pengaruh gaya sentrifugal.  Perilaku  atau  bentuk  profil aliran sedimen suspensi ternyata  ditentukan juga  oleh  profil  distribusi  kecepatan  dan ukuran partikel suspensinya.

## SIMPULAN
Kecepatan  aliran  pada  saluran  menikung arah  transversal  di  daerah outer  bank lebih besar dibandingkan dengan di  daerah inner bank . Kondisi tersebut berlaku pada seluruh section pengukuran.
Perubahan  kecepatan  dapat  mempengaruhi konsentrasi  aliran  sedimen  suspensi.  Pada aliran  menikung  perubahan  kecepatan  arah transversal  dari inner bank ke outer  bank yang  meningkat,  akan  dapat  menyebabkan perubahan  konsentrasi  sedimen  suspensi, yang  nilainya  akan  menjadi  berkurang  dari inner bank ke outer  bank .  Peningkatan konsentrasi  sedimen  suspensi  terjadi  pada daerah inner  bank serta  kecepatan  aliran yang berkurang berakibat pada daerah inner bank suatu tikungan akan terjadi pendangkalan.

## SARAN
Berdasarkan  kesimpulan  dari  penelitian  ini disarankan  agar  sebelum  merencanakan bangunan-bangunan  air  terutama  yang berada di tengah sungai, informasi mengenai karakteristik aliran perlu diketahui  sebagai  data  dasar  perencanaan. Untuk  instansi  terkait  sebagai  pengelola sarana dan saluran irgasi informasi mengenai karakteristik aliran hasil
penelitian  ini  dapat  dijadikan  bahan pertimbangan  untuk  perencanan  bangunan irigasi.  Saran  untuk  para  peneliti  dibidang teknik  sumber  daya  air  adalah  perlu menindalanjuti  penelitian  ini  penelitian pada  lokasi  dan  sudut  tikungan  yang berbeda.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  disampaikan  kepada Balai Sungai Serayu-Opak yang memberi ijin melakukan  penelitian  di  Saluran  Irigasi Mataram, Lembaga Penelitian dan
Pengabdian  Kepada  Masyarakat  (LPPM) Universitas Gadjah Mada, yang telah memberikan support dana penelitian Pascasarjana Tahun Anggaran 2014,
selanjutnya  kepada  rekan  mahasiswa  S2
Inner bank Outer bank
/
Teknik  Sipil  banyak  membantu  sehingga tulisan ini dapat terwujud.

## DAFTAR PUSTAKA
Blanckaert,  K.,  and  Graf,  W.  H.  2001.  Mean flow  and  turbulence  in  open  channel bend, J. Hydr. Engrg , Vol. 127, pp 835
– 847.
Kikkawa,  H.,  Ikeda,  S.,  Ohkawa,  H.,  and Kawamura, Y. 1973. Seconday  flow in bend  of  turbulent  stream, Proc.  Of JSCE , No 219.
Kironoto,  B.A.  and  Graf,  W.H.  1994. Turbulence  characteristics  in  rough uniform  open-channel  flow. Proc.  Inst. Civ. Enggr ., 106 (4), UK.
Kironoto,  B.A.  and  Graf,  W.H.  1995. Turbulence  characteristics  in  rough non-uniform  open-channel  flow, Proc. Inst. Civ. Enggr ., 112 (4), UK.
Rozovskii, I. L. 1957. Flow of water in bends of  open  channels.  Israel  Progamme  of Scinetific Translation, Jerussalem.