Penentuan debit yang dominan pada proses morfologi sungai

Penentuan debit yang dominan pada proses morfologi sungai. Pengambilan keputusan dan perencanaan kawasan sungai yang mengabaikan dinamika morfologi sungai akan berdampak pada perubahan regime sungai yang tidak dikehendaki. Morfologi sungai sebenarnya merupakan proses yang sangat dinamis, dimana pengaruh property aliran air dan property sedimen terhadap karakteristik saluran bertendensi non-linier. Tujuan penelitian ini adalah penentuan debit dominan sebagai debit yang mewakili untuk mendapatkan rerata dari karakteristik sungai. Besaran debit tersebut ditentukan berdasarkan debit yang menginisiasi secara dominan laju sedimen (Q_s). Penelitian ini menggunakan pendekatan analitik yang didasarkan pada persamaan kontinuitas aliran air dan sedimen, persamaan kesetimbangan Lane serta probabilitas debit sungai, untuk mendapatkan hubungan secara matematik antara debit dan laju sedimen. Debit dominan (Q_d) kemudian didefinisikan sebagai nilai maksimum dari tendensi sebaran nilai piQ^5/3 dimana pi adalah nilai probabilitas. Besaran Q_d kemudian dibandingkan dengan debit rerata dan debit ‘bankful’, (yang saat ini diasumsikan sebagai debit dominan). Pendekatan analitik yang dihasilkan data bahwa debit dominan untuk sungai Tana adalah 400 m³/dt, sedangkan debit rerata dan debit ‘bankful’ masing-masing sebesar 110m³/dt dan 700 m³/dt.

Kata-kata kunci: debit dominan, morfologi sungai, debit bankful, sedimen.

PENDAHULUAN

Dalam perencanaan rekayasa persungaian dan manajemen kawasan sungai, pengetahuan tentang proses mofologi sungai sangat diperlukan. Morfologi sungai sebenarnya merupakan proses yang sangat dinamis dimana pengaruh properti aliran dan properti sediment terhadap karakteristik saluran bertendensi non-linier. Namun

untuk mendapatkan penyerdehanaan, sebuah besaran debit yang mewakili biasanya digunakan untuk mendapatkan semacam rerata dari karakteristik sungai.

Besaran debit tersebut tentunya dikembangakan berdasarkan kenyataan bahwa tidak semua debit akan berpengaruh secara nyata terhadap perubahan morfologi sungai. Dengan demikian debit yang dominan terhadap laju sedimen adalah yang dapat dianggap mewakili. Debit tersebut secara luas dikenal sebagai debit dominan. Permasalahannya adalah belum adanya persamaan persepsi atas cara penentuan debit dominan. Sebagian besar peneliti menganggap bahwa debit bankful sebagai debit dominan.

Untuk itu akan sangat menarik apabila dapat didefinisikan besaran debit dominan secara analitik berupa sebuah persamaan. Dengan menggunakan persamaan tersebut akan memungkinkan diperoleh kesamaan persepsi pada setiap studi tentang debit dominan.

Dalam penelitian ini dikembangkan pendekatan analitik untuk mendapatkan besaran debit dominan yang didasarkan pada persamaan kesetimbangan Lane. Kemudian persamaan tersebut digunakan dalam peritungan debit dominan pada sebuah sungai di Afrika. Data yang digunakan penulis adalah data sungai Tana di negara Kenya yang disadur dari laporan yang ditulis DHL (1985). Sungai Tana adalah jenis sungai bimodal dengan puncak debit terjadi pada dua periode yaitu periode April sampai Juni dan periode antara Oktober sampai Desember. Debit maksimum tahunannya bervariasi antara 200 m3/dt sampai 2000 m3/dt. Debit rendahnya bisa turun sampai hanya 50 m3/dt. Debit yang digunakan adalah pencatatan pada stasiun pengukur debit di Garissa.

METODOLOGI

Penelitian ini disusun dengan menggunakan pendekatan analitik. Persamaan-persamaan matematik yang telah dikembangankan sampai saat ini, digunakan untuk menjelaskan fenomena Debit Dominan. Pendekatan analitik digunakan untuk menurunkan hubungan secara matematik antara debit dan sedimen. Besaran debit yang dihasilkan, yang didasarkan probabilitas kejadian debit dan laju sedimen, kemudian dibandingkan dengan besaran debit rata-rata dan debit ‘bank ful’.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Debit Rata-Rata

Debit rata-rata pada sungai Tana sebesar 110 m3/dt yang didapatkan berdasarkan hasil kurva durasi probabilitas debit. Dari kurva tersebut apabila diambil probabilitas sebesar 50% yang diasumsikan sebagai nilai tengah maka didapat besaran debit sebesar 110 m3/dt. Kurva durasi yang digunakan sebagai dasar penentuan probabilitas tersebut disusun berdasarkan data debit rata-rata bulanan untuk jangka waktu selama 41 tahun dari tahun 1941 sampai dengan tahun 1982. Data tersebut kemudian diurutkan dari yang terbesar dan ditentukan probabilitasnya dengan rumus (P = m/n+1).

Debit Bankful

Debit bankful didefinisikan sebagai debit maksimum yang mampu dialirkan oleh saluran utama pada suatu sungai, kondisi ini terjadi sesaat sebelum bantaran sungai mulai terendam oleh aliran sungai. Untuk menentukan besaran debit pada kedalaman bankful, harus didefinisikan terlebih dahulu sebuah grafik hubungan antara kedalaman dan debit yang biasa disebut rating curve. Rating curve didapatkan dengan menggunakan metoda pemisahan penampang menjadi beberapa bagian. Metode ini memisahkan perhitungan debit saluran utama dan bantaran sungai. Total debit kemudian didapatkan dengan menjumlahkan debit pada setiap bagian. Perhitungan dilakukan untuk setiap perbedaan kedalaman air dan diplotkan pada sebuah kurva yang disebut rating curve.

Dalam perhitungan debit, penentuan nilai kekasaran sungai juga merupakan hal yang sangat sensitif. Dalam penelitian ini, koefisien kekasaran dihitung dengan menggunakan rumus Chezy, yang mengadopsi nilai kekasaran yang didefinisikan oleh Nikuradse (ks). Sehingga rumus pendekatan menurut Van Rijn (1998) untuk koefisien Chezy didefinisikan sebagi berikut:

Pada sungai yang mempunyai bentaran, terjadi interaksi dan transfer momentum antara saluran utama dan bantaran. Hal tersebut diterangkan oleh Knight (1996) diantara beberapa peneliti lainya. Karena fenomena interaksi aliran antara saluran utama dan bantaran diabaikan dalam perhitungan debit total, maka besaran koefisien kekasaran Chezy yang seharusnya merupakan fungsi kedalaman air dibatasi pada kisaran antara 30 sampai dengan 50. Dengan kata lain, apabila nilai perhitungan C dibawah 30 maka digunakan besaran 30, sedangkan besaran 50 digunakan untuk mewakili nilai C diatas 50.

Wahono et al. (2001) mengasumsikan besaran koefisien kekasaran Nikuradse (ks), pada saluran utama, sebanding dengan besaran D_90, yaitu sebesar 0.00063 m dan koefisien C diasumsikan sebesar 50. Sedangkan besaran koefisien C untuk bantaran sungai diasumsikan sebesar 30.

Untuk mendapatkan nilai debit secara teoritis, skematisasi penampang sungai dilakukan sebagai upaya pendekatan. Gambar skemastisasi penampang disajikan pada gambar 2. Dengan menggunakan skematisasi penampang tersebut, kemudian dihitung besaran debit pada setiap kenaikan elevasi muka air di sungai dengan metode pembagian penampang sebagaimana digunakan oleh Knight dkk (1989). Hasil perhitungan debit tersebut kemudian disajikan dalam sebuah grafik hubungan antara tinggi muka air dan besaran debit yang disebut rating curve sebagaimana disajikan pada gambar 3. Dari gambar tersebut dapat dilihat perbedaan tendensi sebelum dan setelah tercapai debit bankful. Dari gambar 3. juga dapt diperoleh besaran debit bankful adalah 700 m3/dt.

Debit Dominan

Debit dominan sangat penting untuk memprediksi secara garis besar perubahan morfologi sungai. Chang (1988) mendefinisakan debit dominan sebagai debit yang paling dominan terhadap terjadinya proses morfologi pada suatu sungai. Besaran debit dominan digunakan sebagai debit yang dapat mewakili proses dinamika debit. Hal ini perlu dipahami, karena mengingat bahwa perilaku debit dalam dimensi waktu sangatlah dinamis, dan itu berarti proses morfologi itu sendiri sebenarnya juga sangat dinamis. Hal ini terbukti dengan studi yang dilakukan Wahono (2002), yang memberikan gambaran bahwa variabel stokastik debit sungai (besaran puncak debit, jarak antar puncak debit, urutan kejadian debit dsb) sangat berpengaruh pada perilaku morpologi sungai.

Dalam memprediksi perilaku morfologi sebuah sungai tentunya akan sangat rumit untuk melakukan kajian berdasarkan dinamika debit. Sehingga keberadaan sebuah representative discharge akan sangat membantu dalam melakukan prediksi awal.

Penentuan debit dominan pada penelitian ini dilakukan dengan melakukan analisa analitik dengan menggunakan persamaan-persamaan yang sudah dikembangan terlebih dahulu. Penurunan persamaan analitik tersebut dapat dirangkumkan sebagai berikut:

KESIMPULAN

Dari studi yang dilakukan, didapatkan gambaran bahwa pendekatan secara analitik yang didapat (Qd = 400 m3/dt) masih terdapat perbedaan yang nyata dengan besaran debit bankful (700 m3/dt) yang sering digunakan sebagai parameter yang mewakili debit dominan. Hal ini diprediksi akibat asumsi dalam penurunan persamaan analitik yang menganggap kondisi aliran tunak, dan varibel-variabel dianggap konstan. Perbedaan juga dimungkinkan akibat pengabaian momentum transfer antara saluran utama dan bantaranya pada perhitungan kurva debit. Dari studi ini juga memberikan gambaran bahwa debit dominan tidak dapat dipandang sebagai factor debit air secara terpisah namun harus dipahami sebagai interaksi antara laju air dan sedimen. Hal ini terbukti dengan perbedaan yang sangat jauh antara debit dominan hasil studi dengan debit rerata (110 m3/dt). Studi yang lebih mendalam tentang variasi besaran variabel karakteristik air dan sedimen, serta factor kondisi tidak tunak aliran air menjadi hal yang sangat menarik disamping studi untuk memahami interaksi sungai dengan bantaranya yang sangat komplek. Dengan studi-studi tersebut diharapkan dapat memperbaiki akurasi hubungan h-Q dan sekaligus penentuan debit dominan pada masa yang akan datang.