ANALISIS TRANSPOR SEDIMEN SUNGAI OPAK DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM HEC-RAS 4.1.0 Pradipta Nandi Wardhana1

ISSN 0853-8557

1Program Studi Teknik Sipil, Universitas Islam Indonesia, Daerah Istimewa Yogyakarta, Indonesia Email: [email protected]

ABSTRACT Opak river flows in Daerah Istimewa Yogyakarta, Indonesia. The river flow contains sediment material because Opak River’s upstream is at Mount Merapi. The sediment material can settle at river cross section. Deposit of sediment material can reduce cross section discharge capacity. HEC RAS 4.1.0 is developed by U.S Army Corps of Engineering Hydraulics Engineering Centre (USACE). The program have capability to simulate one dimensional flow such as steady flow, unsteady flow, sediment transports, and water quality in natural or artificial network. Based on transport sediment simulation as long as 365 days, sediment material deposition at upstream reach of Opak River is 515,519 tons, middle reach of Opak River is 79,282 tons, and downstream reach of Opak River is 47,300 tons. Meanwhile, there is sediment material deficit at Winongo River as much as 36,231 tons and sediment material deficit at Oyo river as much as 29,437 tons. At the most downstream cross section of Opak River, the cross section change is not significant. Key words: sediment transports, HEC-RAS PENDAHULUAN Sungai Opak mempunyai karakteristik yang sama dengan kebanyakan sungai-sungai di Sungai merupakan saluran drainase yang Pulau Jawa yang mempunyai muara di dibentuk oleh alam. Sungai mempunyai selatan Pulau Jawa. Sungai-sungai yang fungsi untuk mengalirkan air hujan dalam mempunyai muara di selatan Pulau Jawa bentuk surface rain off. Selain itu sungai mempunyai muara sungai yang sering juga mengangkut material yang berupa hasil berpindah. Berpindahnya muara sungai erosi baik yang berasal dari sungai itu tersebut disebabkan oleh sedimen yang sendiri maupun yang berasal dari permukaan mengendap di muara sungai. Keberadaan tanah saat aliran surface rain off mengalir sedimen di muara dapat disebabkan oleh menuju sungai. sedimen yang terbawa oleh aliran sungai Sungai Opak merupakan salah satu sungai dan sedimen yang bergerak sepanjang pantai yang mengalir di Daerah Istimewa (longshore sediment transport). Keberadaan Yogyakarta. Sungai Opak mempunyai hulu sedimen yang mengendap di muara sungai sungai di Kecamatan Cangkringan, tersebut menyebabkan terjadi banjir di Kabupaten Sleman dan mempunyai hilir muara sungai. Kejadian banjir juga sering sungai di Kelurahan Srigading, Kecamatan terjadi di muara Sungai Opak. Sanden, Kabupaten Bantul. Sungai Opak Metode yang sering digunakan untuk mempunyai panjang aliran ± 65 km dan 2 menanggulangi terjadinya banjir di muara luas daerah aliran sungai ± 1398,18 km . sungai adalah dengan pembangunan jetty di Sungai Opak memiliki beberapa anak muara sungai. Tujuan pembangunan jetty sungai, antara lain Sungai Oyo, Sungai tersebut agar sedimen yang bergerak Winongo, Sungai Code, Sungai sepanjang pantai tidak mengendap di muara Gajahwong, dan Sungai Tambakbayan sungai.

22 Jurnal Teknisia, Volume XX, No 1, Mei 2015

ISSN 0853-8557

K. Oyo

Gambar 1 Peta lokasi Sungai Opak Pembangunan jetty di muara sungai tidak USACE pertama kali memasukkan modul akan berfungsi maksimal apabila terjadi simulasi transpor sedimen pada HEC-RAS 4 deposisi sedimen dalam jumlah banyak di beta. Modul simulasi transpor sedimen ini muara sungai sehingga simulasi perilaku dapat melakukan simulasi transpor sedimen transport sedimen di muara sungai harus dengan menggunakan berbagai persamaan dilakukan. Hasil simulasi dapat digunakan yang sesuai dengan kondisi di lapangan. untuk mengetahui apakah di muara sungai Untuk mendekati fenomena fisik, terjadi proses erosi atau proses agradasi. penyelesaian persamaan kontinuitas sedimen dilakukan dengan mempertimbangkan Permasalahan lain yang terdapat di Sungai algoritma sorting dan armoring. (Brunner et Opak adalah banyaknya penambang pasir al, 2005). liar, yang berakibat degradasi dasar sungai. Kondisi ini telah mengakibatkan dasar Zhang et al. (2005) melakukan simulasi sungai turun, bangunan tanggul dan transpor sedimen Sungai Rilito di Tucson, bangunan pengairan banyak yang rusak. Arizona dengan menggunakan program HEC-RAS. Hasil simulasi transpor sedimen HEC-RAS 4.1.0 dikembangkan oleh U.S dengan menggunakan persamaan Laursen Army Corps of Engineering Hydraulics dapat mendekati fenomena fisik yang terjadi Engineering Centre (USACE). Program di lapangan. Haghiabi dan Zaredehdasht memiliki kapasitas untuk melakukan (2012) juga mendapatkan hasil yang beberapa perhitungan aliran satu dimensi (1- mendekati situasi di lapangan saat D), yaitu simulasi aliran steady, aliran melakukan simulasi transpor sedimen unsteady, transpor sedimen, dan kualitas air Sungai Karun di Iran dengan menggunakan dalam satu jaringan untuk saluran alami program HEC-RAS 4 beta Pada simulasi maupun saluran buatan. tersebut persamaan transpor sedimen yang digunakan adalah persamaan Laursen. Hasil

Wardhana - Analisis Transpor Sedimen Sungai Opak Dengan Menggunakan Program Hec-Ras 4.1.0 23

ISSN 0853-8557

simulasi transport sedimen menggunakan penggal sungai yang ditinjau (Kinori, 1984). program HEC-RAS lebih tinggi 11% bila Tujuan pokok dari pengetahuan transpor dibandingkan dengan simulasi transport sedimen adalah untuk mengetahui apakah sediman dengan menggunakan program pada keadaan tertentu tampang suatu sungai MIKE 11. mengalami keadaan seimbang, erosi atau pengendapan dan untuk mengetahui Simulasi transpor sedimen dengan program kuantitas proses tersebut (Mardjikoen, HEC-RAS 4.1.0 dapat digunakan untuk 1987). mengevaluasi perubahan kapasitas debit tampang sungai akibat adanya proses transpor sedimen dan mengevaluasi proses transpor sedimen yang terjadi pada tampang sungai maupun penggal sungai. T1 T2 LANDASAN TEORI Persamaan Kontinuitas I II

Berikut dasar persamaan kontinuitas yang Proses Perbandingan T menjelaskan konservasi massa pada aliran Sedimen Dasar satu dimensi. T1 = T2 Seimbang Stabil A S Q T1  T2 Erosi Degradasi    q  0 1 T  T Pengendapan Agradasi t t x (1) 1 2 Gambar 2 Transpor sedimen pada tampang Dengan : memanjang saluran. x = jarak sepanjang saluran Persamaan Kontinuitas Sedimen t = waktu Q = debit aliran Dasar simulasi pergerakan dasar saluran A = tampang basah aliran pada arah vertikal adalah persamaan S = tampungan tampang melintang sungai kontinuitas sedimen ( the Exner equation ). yang tidak G Ys q1 = aliran lateral per unit jarak  Bo  0 x t (3) Persamaan Momentum Dengan : Persamaan momentum menyatakan bahwa = lebar saluran laju perubahan momentum sama dengan Bo gaya eksternal yang bekerja pada suatu t = waktu sistem. G = jumlah sedimen dalam waktu tertentu x = jarak saluran Q vQ  z  Y = kedalaman sedimen pada volume   gA  S  0 S  f  kontrol t x  x  (2) Kecepatan Endap Sedimen Dengan : g = percepatan gravitasi Van Rijn memperkenalkan persamaan - Sf = kemiringan friksi persamaan di bawah ini berdasarkan kurva v = kecepatan aliran US Interagency Commitee on Water Resources’ (IACWR) untuk menghitung Kapasitas Transpor Sedimen nilai kecepatan endap partikel. Persamaan Kapasitas transpor sedimen adalah kapasitas tersebut berdasarkan faktor bentuk (shape dari sungai untuk melewatkan sejumlah factor) 0,7, dan temperatur air 20o C. sedimen sehubungan dengan karakter Persamaan berikut digunakan berdasarkan pengaliran dan karakter sedimen pada suatu ukuran diameter partikel.

24 Jurnal Teknisia, Volume XX, No 1, Mei 2015

ISSN 0853-8557

s 1gd aliran steady. Simulasi transpor sedimen 1.   bila 0.001 d0.1 mm (4) 18 secara steady lebih mudah dan cepat 0,5 dilakukan daripada simulasi transpor 10  0,01s 1gd 3   2.   1  1 bila sedimen secara unsteady (Brunner, 2002).  2  d       Kondisi Batas Simulasi 0.1d 1 mm (5) 0,5 Kondisi batas hulu Sungai Oyo, Sungai 3.  1,1s 1gd bila d1mm (6) Winongo, dan Sungai Opak yang digunakan Dengan : merupakan debit harian selama satu tahun.  = Kecepatan endap partikel Kondisi batas hulu dapat dilihat pada  = Viskositas kinematik Gambar 3, Gambar 4, dan Gambar 5. s = rapat relatif partikel Kondisi batas hilir di Sungai Opak adalah d = diameter partikel elevasi muka air tertinggi pasang surut yang diukur pada 16 Juni 2007 sampai dengan 18 Persamaan Transpor Sedimen Juni 2007 di muara Sungai Opak. Tinggi Meyer-Peter Müller memperkenalkan elevasi pasang surut tertinggi pada periode persamaan di bawah ini untuk menghitung waktu tersebut di atas adalah 2,147 m. kapasitas transpor sedimen suatu penggal saluran. 150

3 100 /s)  k  2 3  r  RS  0.047   d  k'  s m 50  r  (7) 1 2 Debit(m 3 3 0         2  0.25   s  g 3 0 100 200 300 400     s Waktu (Hari)  g    s  Gambar 3 Debit harian Sungai Oyo Dengan : gs = transpor sedimen (massa/waktu/lebar) 150 kr = koefisien kekasaran 100

kr’ = koefisien kekasaran berdasarkan /s) 3 butiran

 = berat jenis air 50 Debit(m s = berat jenis sedimen 0 G = percepatan gravitasi 0 100 200 300 400 Waktu (Hari) dm = diameter partikel rata – rata R = jari – jari hidraulik Gambar 4 Debit harian Sungai Opak S = kemiringan saluran 15

METODOLOGI

/s) Sebelum dilakukan simulasi transpor 3 10 sedimen, model jaringan sungai harus 5 disimulasikan pada kondisi aliran steady dan Debit(m unsteady. Simulasi pada kedua kondisi 0 tersebut dilakukan untuk mengetahui 0 100 200 300 400 stabilitas model jaringan sungai. Simulasi Waktu (Hari) transpor sedimen dilakukan dengan kondisi Gambar 5 Debit harian Sungai Winongo quasi unsteady flow. Kondisi quasi unsteady flow mengasumsikan kondisi aliran yang unsteady menjadi beberapa seri diskrit profil

Wardhana - Analisis Transpor Sedimen Sungai Opak Dengan Menggunakan Program Hec-Ras 4.1.0 25

ISSN 0853-8557

Sungai Opak Penggal Hulu

Sungai Oyo Sungai Winongo

Sungai Opak Penggal Tengah

Sungai Opak Penggal Hilir

Gambar 6 Skema jaringan Sungai Opak Data Sedimen ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Data sedimen yang digunakan untuk Simulasi transpor sedimen dengan melakukan simulasi transpor sedimen dapat menggunakan program HEC-RAS ini dilihat pada Gambar 7. dilakukan selama 365 hari. Perhitungan transpor sedimen dengan menggunakan HEC-RAS 4.1.0 dilakukan di setiap tampang melintang (cross section) sehingga kapasitas transpor sedimen nilainya berbeda-beda untuk setiap tampang melintang (cross section) dan perubahan elevasi dasar saluran juga berbeda. Perbandingan dasar saluran antara dasar saluran di awal simulasi dan akhir simulasi dapat dilihat pada Gambar 9, Gambar 10, Gambar 7 Gradasi ukuran butir dasar sungai Gambar 11, Gambar 12, dan Gambar 13. Perilaku transpor sedimen di suatu tampang Skematisasi Jaringan melintang divisualisasikan seragam untuk Proses skematisasi adalah proses peniruan setiap tampang melintang. HEC-RAS. Hal skema jaringan sungai yang akan dianalisis ini berarti bahwa penurunan atau kenaikan agar model yang dibuat dapat mendekati dasar saluran akan sama pada tampang keadaan di lapangan. Skema jaringan Sungai melintang yang bersangkutan. Pembacaan Opak dapat dilihat pada Gambar 6. Langkah hasil simulasi transpor sedimen akan lebih selanjutnya adalah melakukan interpretasi informatif pada tampang memanjang sungai data penampang melintang sungai untuk untuk mengetahui kecenderungan perilaku setiap cross section. Dari hasil interpretasi transpor sedimen. penampang sungai akan diperoleh koordinat Berdasarkan hasil simulasi dapat dilihat tiap•tiap station (sumbu x dan sumbu y) dan bahwa perubahan elevasi pada tampang jarak antar station. Hasil interpretasi melintang Sungai Opak yang paling hilir penampang melintang ini akan menjadi tidak begitu besar. Perubahan tampang masukan data geometri pada program HEC- melintang yang tidak terlalu signifikan RAS. Simulasi hidraulika aliran dengan menunjukkan bahwa selisih sedimen yang menggunakan HEC-RAS

26 Jurnal Teknisia, Volume XX, No 1, Mei 2015

ISSN 0853-8557

6 5

4 3 2

1 Elevasi(m) 0 -1 -2 0 100 200 300 Station (m) Tampang Melintang Awal Tampang Melintang Akhir

Gambar 8 Grafik perbandingan tampang melintang paling hilir Sungai Opak masuk dan keluar pada tampang melintang sedimen sejumlah 36.231 ton yang tersebut tidak berpengaruh besar pada merupakan hasil erosi pada penggal perubahan bentuk tampang melintang di tersebut. daerah muara sungai. Sehingga apabila di Pada penggal Sungai Winongo terdapat 212 muara sungai tersebut dibangun jetty, ton sedimen yang masuk, dan 29.650 ton deposit sedimen yang berasal dari aliran sedimen yang keluar. Sesuai dengan waktu Sungai Opak tidak akan mengganggu proses simulasi selama 1 tahun, terdapat sedimen aliran air sungai ke laut. Perbandingan sejumlah 29.437 ton yang keluar dari tampang melintang antara awal simulasi dan penggal tersebut yang merupakan hasil akhir simulasi dapat dilihat pada Gambar 8. erosi. Berdasarkan hasil simulasi selama 1 tahun Interpretasi hasil simulasi transport sedimen jumlah sedimen total yang masuk ke dilakukan secara kualitatif karena apabila penggal Sungai Opak Hulu sebanyak hasil simulasi transport sedimen 586.670 ton, dan jumlah sedimen total yang diinterpretasikan secara kuantitatif maka keluar dari penggal tersebut sebanyak hasil simulasi transport sedimen akan 71.151 ton. Sehingga terdapat 515.519 ton berbeda dengan kondisi yang ada di sedimen yang tertinggal pada penggal lapangan. tersebut. Pada Sungai Opak penggal tengah jumlah sedimen yang keluar sebanyak Hasil simulasi transport sedimen dengan 33.463 ton, dan jumlah sedimen yang masuk menggunakan program HEC-RAS dapat sejumlah 112.746 ton. Pada penggal tersebut digunakan untuk untuk mengetahui ruas terdapat deposit sebesar 79.282 ton. Jumlah sungai yang mengalami kecenderungan sedimen yang keluar dari Sungai Opak untuk mengalami agradasi atau erosi. Lebih penggal hilir sebesar 15.813 ton, dan jumlah lanjut hasil interpretasi tersebut dapat digunakan untuk menentukan lokasi sedimen yang masuk ke penggal hilir Sungai pembangunan bangunan hidraulik yang Opak sebesar 63.113 ton. Pada Sungai Opak berfungsi untuk mempertahankan dasar penggal hilir terdapat deposit sedimen saluran. Selain itu hasil simulasi transport sejumlah 47.300 ton. sedimen juga dapat digunakan untuk Pada Sungai Oyo terdapat 41.594 ton mengetahui ruas sungai yang membutuhkan sedimen yang keluar dari penggal tersebut pengerukan karena mengalami dan 5362 ton sedimen yang masuk. Bila penngurangan tampang saluran. dibandingkan dengan awal simulasi terdapat

Wardhana - Analisis Transpor Sedimen Sungai Opak Dengan Menggunakan Program Hec-Ras 4.1.0 27

ISSN 0853-8557

15 Elevasi (m) Elevasi

0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Jarak (m) Dasar Saluran Awal Dasar Saluran Akhir

Gambar 9 Grafik perbandingan dasar saluran Sungai Opak penggal hulu

6 Elevasi (m) Elevasi 4

0 -200 800 1800 2800 3800 4800 5800 6800 7800 Jarak (m) Dasar Saluran Awal Dasar Saluran Akhir

Gambar 10 Grafik perbandingan dasar saluran Sungai Opak penggal tengah

28 Jurnal Teknisia, Volume XX, No 1, Mei 2015

ISSN 0853-8557

0 Elevasi (m) Elevasi -1

-2

-3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Jarak (m)

Dasar Saluran Awal Dasar Saluran Akhir

Gambar 11 Grafik perbandingan dasar saluran Sungai Opak penggal hilir

Elevasi (m) Elevasi 6

0 0 1000 2000 3000 4000 5000 Jarak (m)

Dasar Saluran Awal Dasar Saluran Akhir

Gambar 12 Grafik perbandingan dasar saluran Sungai Winongo

Wardhana - Analisis Transpor Sedimen Sungai Opak Dengan Menggunakan Program Hec-Ras 4.1.0 29

ISSN 0853-8557

Elevasi (m) Elevasi 6

0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Jarak (m)

Dasar Saluran Awal Dasar Saluran Akhir

Gambar 13 Grafik perbandingan dasar saluran Sungai Oyo KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA Berdasarkan simulasi transpor sedimen Anonim, (1998), Publikasi Data Data Debit selama 365 hari dengan menggunakan Sungai Tahunan Daerah Istimewa program HEC-RAS 4.1.0, terdapat surplus Yogyakarta Tahun 1998, Departemen deposit material sedimen pada Sungai Opak, Pekerjaan Umum Direktorat Jendral sedangkan pada Sungai Oyo dan Sungai Sumber Daya Air, Yogyakarta Winongo mengalami defisit deposit material Anonim, (2007), Laporan Akhir sedimen. Surplus deposit sedimen dan Pengukuran Pekerjaan Perencanaan defisit sedimen tersebut tersebar di seluruh Detail Desain Sungai Opak Propinsi tampang melintang pada penggal sungai DIY PT. Puser Bumi Consultant, tersebut. Perhitungan kapasitas transpor Departemen Pekerjaan Umum sedimen oleh program HEC-RAS dilakukan Direktorat Jenderal Sumber Daya Air, di setiap tampang melintang, sehingga pada Yogyakarta setiap tampang melintang tersebut dapat diketahui perubahan tampangnya sehingga Brunner,G.W., (2002), HEC-RAS River dapat digunakan sebagai masukan untuk Analysis System Hydraulic Reference mengevaluasi tampang melintang tersebut di Manual, California, Amerika Serikat lapangan. Tampang melintang paling hilir Brunner G. W., and Gibson, S., (2005), Sungai Opak mengalami perubahan yang Sediment Transport Modeling in HEC- tidak ekstrim. RAS, Proceeding of ASCE EWRI Hasil simulasi transport sedimen dengan Congress, Anchorage menggunakan program HEC-RAS dapat Graf, W.H. and M.S. Altinakar , (1998), digunakan untuk memprediksi Fluvial Hydraulics, J. Wiley and Sons, kecenderungan perilaku transport sedimen Ltd., Sussex, England. di setiap tampang melintang. Haghiabi, A.H., and Zaredehdasht, E., (2012), “Evaluation of HEC-RAS

30 Jurnal Teknisia, Volume XX, No 1, Mei 2015

ISSN 0853-8557

Ability in Erosion and Sediment Rijn, L.V., (1993), Principle of Sediment Transport Forecasting”, World Applied Transport in Rivers, Estuaries, Coastal Sciences Journal, 17(11), 1490-1497. Seas and Oceans, International Institute for Infrastructure, Hydraulic, and Kinori, B.Z., and Mevorach, J., (1984), Environmental Engineering, Delft Manual of Surface Drainage Vol. II Stream Flow Engineering and Flood Duan, J.G., Acharya, A., Yaeger, M., Zhang, Protection, Elsevier, Amsterdam S., and Salguero, M., (2008), “Evaluation of flow and sediment Mardjikoen, P., (1987), Angkutan Sedimen, models for the Rillito River”, In World PAU-IT, Yogyakarta Environmental and Water Resources Congress 2008, ASCE, Ahupua’A, 1-10

Wardhana - Analisis Transpor Sedimen Sungai Opak Dengan Menggunakan Program Hec-Ras 4.1.0 31