TUGAS SUMBER BELAJAR

Blog ini dibuat untuk menyelesaikan tugas Sumber Belajar

1.      PENDAHULUAN

1.1. Umum

Survey hidrologi lengkap digunakan untuk melengkapi parameter-parameterperencanaan bangunan air: bendungan, bendung, dan juga jembatan yang dalam hal ini jembatan yang dimaksud adalah jembatan di atas lalu-lintas sungai atau saluran air.Untuk itu pengumpulan data untuk analisa hidrologi yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut:

a)      Karakteristik daerah aliran (Catchment Area) yang meliputi:

·         Data curah hujan,

·         Tata guna lahan,

·         Jenis permukaan tanah,

·         Kemiringan lahan dan lain lain.

b)      Karakteristik sungai, meliputi:

·         Debit: penampang melintang sungai dan kecepatan aliran air

·         Angkutan sedimen, sedimen layang dan sedimen dasar

·         Lokasi penggerusan (scouring) serta jenis/sifat erosi maupun pengendapan

·         Kondisi aliran permukaan pada saat banjir

1.2. Standar Kompetensi

Setelah menyelesaikan modul ini diharapkan para peserta didik mampu melakukan pengumpulan data pengukuran hidrometri secara analisis. Mahasiswa mampu menjelaskan cakupan kegiatan hidrometri

1.3. Kompetensi Dasar

Setelah mengikuti pembelajaran diharapkan peserta didik akan mampu:

1)      Menjelaskan apa yang dimaksud pengertian hidrometri

2)      Menjelaskan tentang stasiun hidrometri sarana dan alatnya

3)      Menjelaskan cara pengukuran hidrometri secara analisis

1.4. Ruang Lingkup Modul

Materi dalam modulini meliputi pengukuran curah hujan, pengukuran debit sungai, danpengambilan sampel sedimen layang.

2.      URAIAN MATERI

2.1. Pengertian Hidrometri

Hidrometri Secara umum adalah ilmu yang mempelajari cara-cara pengukuran air. Berdasarkan pengertian tersebut berarti hidrometri mencangkup kegiatan pengukuran air permukaan dan air dibawah permukaan termasuk air di danau, rawa, dan informasi geologi dibawah permukaan.

Hidrometri merupakan ilmu pengetahuan tentang cara-cara pengukuran dan pengolahan data unsur-unsur aliran. Pada bab ini akan diberikan uraian tentang beberapa cara pengukuran data unsur aliran meliputi tinggi muka air, debit aliran dan kualitas air.

Menurut (Chow 1988) pengukuran besar-besaran hidrologi dapat dilakukan dengan dua pendekatan, yaitu:

-      Pengukuran terus menerus pada tempat tertentu

-      Pengukuran sample terdistribusi pada waktu spesifik

Hidrometri adalah ilmu pengukuran dan pembahasan masalah air termasuk metoda, kiat dan peralatan yang terpakai dalam hidrologi. Pengertian praktis hidrometri mencakup pengetahuan tentang pengukuran dan pengolahan data aliran sungai meliputi jenis

survey:

·         pemetaan,

·         pengukuran dasar sungai,

·         pengukuran tinggi muka air,

·         pengukuran penampang basah sungai,

·         pengukuran debit yakni dengan cara langsung ataupun cara tidak langsung, serta

·         pengukuran volume sedimen dan pengamatan kualitas air sungai

Hidrometri adalah ilmu yang mempelajari pengukuran air atau suatu ilmu untuk mengumpulkan data dasar bagi analisis hidrologi. Di dalam analisis hidrologi khususnya mengenai hidrograf aliran, ada dua data dasar yang diperlukan yaitu : pengukuran tinggi muka air dan debit. Satuan debit sering dipakai m3/detik, Pengukuran debit sampai saat ini belum dapat dilakukan secara otomatis karena harus diukur secara lansung yaitu dengan bantuan alat pengukur kecepatan aliran sungai dan pengukur luas nampang aliran sungai. Dengan cara ini akan didapat debit sungai pada ketinggian ika air tertentu. Tinggi muka air dengan mudah dapat didapat secara kontinyu dengan bantuan alat AWLR (Automatic Water Level Recorder). Hasil pencatatan alat AWLR ini disebut age hidrograf (suatu garis yang rnenghubungkan antara waktu dengan tinggi muka air).

Pengukuran yang langsung dilakukan di stasiun hidrometri meliputi tinggi muka air, kecepatan aliran, luas penampang aliran, dan pengambilan sampel air. Sampel air dianalisis di laboratorium guna mengetahui kandungan atau konsentrasi sedimen melayang (suspended load).

Fluktuasi muka air dinyatakan dalam grafik hidrograf muka air (stage hydrograph). Selanjutnya dengan data luas tampang aliran dan kecepatan rerata aliran dapat dihitung debit aliran yang berupa hidrograf debit (discharge hydrograph). Dengan diketahui konsentrasi sedimen melayang dan debit aliran air maka dapat diketahui laju angkutan sedimen melayang. Secara umum cakupan kegiatan hidrometri dan kegunaan data hasil pengukuran hidrometri dapat ditunjukkan pada bagan seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar 12.1 Cakupan Kegiatan Hidrometri

Hasil-hasil analisis atau pengolahan data hidrometri tersebut merupakan masukan utama untuk analisis hidrologi terkait dengan perancangan dan pengelolaan bangunan air, seperti analisis banjir, ketersediaan air, sedimentasi waduk dan lain-lain.

Data muka air dapat diperoleh dengan cara membaca posisi muka air pada papan duga berskala pada saat pengukuran atau dengan membaca grafik fluktuasi muka air hasil perekaman oleh alat AWLR.

Pengukuran yang langsung dilakukan di stasiun hidrometri meliputi tinggi muka air, kecepatan aliran, luas penampang aliran, dan pengambilan sampel air. Sampel air dianalisis di laboratorium guna mengetahui kandungan atau konsentrasi sedimen melayang (suspended load).

Fluktuasi muka air dinyatakan dalam grafik hidrograf muka air (stage hydrograph). Selanjutnya dengan data luas tampang aliran dan kecepatan rerata aliran dapat dihitung debit aliran yang berupa hidrograf debit (discharge hydrograph).

Dengan diketahui konsentrasi sedimen melayang dan debit aliran air maka dapat diketahui laju angkutan sedimen melayang.

Hasil-hasil analisis atau pengolahan data hidrometri tersebut merupakan masukan utama untuk analisis hidrologi terkait dengan perancangan dan pengelolaan bangunan air, seperti analisis banjir, ketersediaan air, sedimentasi waduk dan lain-lain.

Pengukuran Tinggi Muka Air

Pengukuran tinggi muka air dimaksudkan untuk mengetahui posisi muka air (atau kedalaman aliran) suatu sungai di lokasi stasiun hidrometri pada waktu tertentu. Pengertian waktu di sini adalah periode pengukuran atau pencatatan muka air. Pengukuran pada jam-jam tertentu dapat digunakan papan duga berskala atau sering disebut sebagai alat pengukur manual. Sedangkan untuk pendataan kontinyu digunakan alat pengukur muka air otomatis (AWLR).

Data muka air dapat diperoleh dengan cara membaca posisi muka air pada papan duga berskala pada saat pengukuran atau dengan membaca grafik fluktuasi muka air hasil perekaman oleh alat AWLR.

Gambar 12.2 (a) Contoh Pembacaan Papan Duga Air; (b) Sketsa pemasangan papan duga air bertingkat

Berdasarkan prinsip mekanisme pengukuran muka air terdapat AWLR sebagai berikut.

1.      AWLR dengan pelampung yang dihubungkan dengan sistem perekam grafik fluktuasi muka air pada kertas grafik. Pada tipe ini perlu dilakukan setup awal untuk ketelitian hasil pencatatan muka air pada kertas grafik yang berputar dengan kecepatan tertentu sesuai waktu. Pada waktu tertentu (misal setiap bulan sekali, kertas grafik diganti yang baru untuk perekaman waktu berikutnya.

2.     
AWLR dengan sensor elektronik dimana data muka air direkam secara digital dengan sistem data logger. Pada tipe ini sebelum dipasang di lapangan, sensor perekam muka air harus dikalibrasi di laboratorium agar mendapat hasil yang akurat. Pengambilan data dari sistem data logger ke media penyimpan data digital melalui PC dalam format digital dapat dilakukan setiap periode tertentu (misal mingguan) tergantung kapasitas energi tersedia (batere). Satuan periode pencatatan dapat diatur sesuai dengan kebutuhan, misal menitan, jam-jaman, dll.

Gambar 12.3 Pos Duga Air

Keuntungan AWLR adalah dapat mengetahui perubahan muka air secara terus menerus sehingga data muka air ekstrim (maksimum dan minimum) dapat diperoleh. Sedangkan, pada penggunaan papan duga kondisi ekstrim tersebut belum tentu dapat tercatat, kecuali jika pada saat terjadi debit besar/banjir petugas pengamat melakukan pengamatan secara khusus untuk mengukur muka air maksimum.

Secara umum penempatan alat duga muka air seharusnya mengikuti kriteria sebagai berikut ini.

a         Lokasi stasiun hidrometri pada ruas sungai dengan pola aliran yang sejajar, tidak terdapat perbedaan kecepatan aliran yang signifikan pada sepanjang tampang aliran.

b        Pemasangan alat duga air dipilih pada lokasi dengan penampang alur sungai yang relatif teratur dan stabil, tidak mudah terjadi pengendapan akibat sedimentasi atau pendangkalan akibat erosi.

c         Hubungan antara muka air dan debit dengan kepekaan yang cukup, perubahan debit kecil dapat nampak dalam perubahan tinggi muka air.

d        Tidak terdapat gangguan tanaman dan pengaruh Dzbackwaterdz.

e         Lokasi stasiun hidrometri sebaiknya mudah untuk didatangi setiap saat dan setiap keadaan oleh pengamat.

2.2. Stasiun Hidrometri

Tempat pengukuran data hidrometri disebut “Stasiun Hidrometri” yang kebanyakan berupa tempat pengukuran tinggi muka air dan debit aliran. Pemasangan alat pengukur tinggi muka air harus dipilh tempat yang memungkinkan pengamatan seluruh keadaan tinggi muka air, dari batas terendah sampai batas tertinggi.

Langkah pertama adalah memilih lokasi stasiun pengukuran. Pemilihan lokasi tersebut dengan memperhatikan beberapa persyaratan berikut ini :

1.      Pemilihan pada bagian sungai yang lurus.

2.      Arus sungai uniform dan dihindari sedapat mungkin arus turbulen.

3.      Penampang sungai yang stabil dan tidak terjadi luapan.

4.      Tidak terpangaruh back water curve, biasanya diletakkan di bagian hilir dari pertemuan antara dua sungai.

5.      Mudah didatangi setiap saat dan bebas dari gangguan tanaman air.

2.3. Peralatan dan Sarana Hidrometri

1.      Bak ukur

Untuk sungai yang dangkal, bak ukur yang telah diberi sekala dan pelat di bagian bawahnya dimasukkan ke dalam sungai sampai pelat dasar mencapai dasar sungai. Kedalaman air pada skala di bak ukur tersebut.

2.      Tali dengan pemberat

Apabila sungai dalam atau kecepaan arus besar, kedalaman air diukur dengan menggunakan tali yang diberi pemberat. Pengukuran ini biasanya dilakukan secara bersamaan dengan pengukuran kecepatan dengan menggunakan current meter. Pemakaian tali untuk mengukur kedalaman perlu diperhitungkan koreksi, karena pengaruh arus dapat menyebabkan posisi tali tidak vertikal.

3.      Echosounder

Pada sungai yang lebar dan dalam, pengukuran tampang lintang dapat dilakukan dengan menggunakan Echosounder. Selain itu alat ini juga biasa untuk mengukur kedalaman laut cara kerjanya alat ini dipasang pada dasar kapal. Alat tersebut akan memancarkan getaran suara akan yang akan merambat ke dasar sungai dan kemudian dipantulkan kembali

4.      Papan duga

Papan duga merupakan alat paling sederhana untuk mengukur elevasi muka air. Terbuat dari kayu atau pelat baja yang diberi ukuran skala dalam centimeter, dapat dipasang di tepi sungai atau suatu bangunan. Pengamatan ini biasanya dilakukan setiap hari. Alat ini memiliki kekurangan yaitu tidak tercatatnya muka air pada jam-jam tertentu yang mungkin mempunyai informasi penting, misalnya puncak banjir.

5.      Alat pengukur elevasi muka air maksimum

Alat ini digunakan untuk mengukur elevasi muka air maksimum yang terjadi pada waktu banjir. Alat ini terbuat dari tabung yang berdiameter 50 mm dengan lubang yang terdapat di dekat dasar dan tertutup di bagian atasnya dengan satu atau dua lubang untuk keluarnya udara. Di dalam tabung terdapat gabus dan papan duga.

6.      Pencatat muka air otomatis (AWLR)

Dengan alat ini elevasi muka air sungai dapat tercatat secara kontinyu sepanjang waktu. Alat ukur yang banyak digunakan di Indonesia adalah pelampung. Pelampung tersebut mengikuti gerak muka air, dan gerak tersebut di transfer ke roda gigi yang mereduksi fluktuasi muka air.

7.      Pelampung

Menggunakan pelampung yaitu dengan mengukur selang waktu yang diperlukan oleh pelampung untuk menempuh suatu jarak tertentu. Ada tiga macam pelampung, pelampung permukaan, pelampung dengan kaleng, dan pelampung batang.

8.      Current meter

Pengukuran kecepatan dengan alat ini banyak dilakukan. Ada dua tipe alat ukur yaitu tipe mangkok dan baling-baling. Karena ada partikel air yang melintasinya maka mangkok dan baling-baling akan berputar. Jumlah putaran persatuan waktu dapat dikonfersikan menjadi kecepatan arus.

2.4. Cara Pengukuran dan analisis

Pengukuran Debit

1.     
Pengukuran Debit dengan Cara Apung (Float Area Methode)

Prinsip:

(1)   kecepatan aliran (V) ditetapkan berdasarkan kecepatan pelampung (U)

(2)   luas penampang (A) ditetapkan berdasarkan pengukuran lebar salman (L) dan kedalaman saluran (D)

(3)   debit sungai (Q) = A x V atau A = A x k dimana k adalah konstanta Q = A . k . U

Keterangan:

Q = debit (m3/det)

U = kecepatan pelampung (m/det)

A = luas penampang basah sungai (m2)

k = koefisien pelampung Nilai k tergantung jenis pelampung:

α = kedalaman tangkai (h) per kedalaman air (d), yaitu kedalaman bagian pelampung yang tenggelam dibagi kedalaman air.

Menghitung waktu (t detik), kecepatan pelampung U= L/T (m/det)

Gambar 12.4 Titik Jalannya Pelampung

Gambar 12.5 Jenis-Jenis Pelampung

2.      Pengukuran Debit dengan Current-meter

Prinsip:

(1)   Kecepatan diukur dengan current meter

(2)   Luas penampang basah ditetapkan berdasarkan pengukuran kedalaman air dan lebar permukaan air. Kedalaman dapat diukur dengan mistar pengukur, kabel atau tali.

Pengukuran:

Ada 4 cara pengukuran kecepatan aliran yang disajikan dalam Tabel 1

berikut:

Keterangan:

Vs di ukur 0,3 m dari perrnukaan air

Vb di ukur 0,3 m di atas dasar sungai

Kecepatan aliran dihitung berdasarkan jumlah putaran baling-baling per waktu putarannya (N = putaran/dt).

Kecepatan aliran V = aN + b dimana a dan b adalah nilai kalibrasi alat current meter.

Hitung jumlah putaran dan waktu putaran baling-baling (dengan stopwatch).

3.      Pengukuran Debit dengan Metode Kontinyu

Current meter diturunkan kedalam aliran air dengan kecepatan penurunan yang konstant dan permukaan dan setelah mencapai dasar sungai diangkat lagi ke atas dengan kecepatan yang sama.

N = jumlah putaran baling-baling.

4.      Pengukuran Kecepatan Arus dengan Velocity Head Rod

Dengan alat ini hasil pengukuran yang didapat juga tidak begitu teliti dan yang terukur adalah kecepatan aliran permukaan. Sebaiknya digunakan pada pengukuran yang dikehendaki secara cepat pada kecepatan aliran yang lebih besar dari 1 m/detik.

Cara pengukuran dapat dijelaskan sebagai berikut ini:

(1)    Letakkan alat pada tempat yang akan diukur dengan posisi sejajar dengan arus aliran.

(2)    Setelah aliran kembali tenang, baca ketinggian muka air aliran (H1).

(3)    Putar alat 90o, sehingga tegak lurus aliran, kemudian baca tinggi muka air yang terjadi (H2).

(4)    Kecepatan arus aliran dapat didekati dengan:

Gambar 12.6 Pengukuran kecepatan arus dengan Velocity Head Rod

5.      Pengukuran kecepatan arus dengan Trupp’s Ripple Meter

Alat ukur kecepatan arus ini mempunyai ketelitian hasil yang lebih baik dari alat terdahulu. Prinsip yang digunakan adalah dengan mengamati sudut yang dibentuk oleh riak pada hilir batang yang dipancang pada aliran sungai. Makin besar kecepatan aliran, sudut ini akan makin kecil.

Pengukuran dapat dilakukan sebagai berikut ini.

(1)   Masukkan alat ukur ke dalam air dan amati dua buah riak yang terbentuk pada masing-masing batang.

(2)   Ukur jarak antara titik pengukuran sampai dengan titik perpotongan antara kedua riak tersebut, yaitu L (feet).

(3)   Kecepatan aliran permukaan dapat didekati dengan:

V = C + XL

Keterangan:

V = kecepatan aliran permukaan (feet/det)

C = tetapan sebesar 0,40

X = variabel yang tergantung dari nilai W seperti pada tabel:

W (inchi)	X
4	0,280
6	0,206
8	0,161
9	0,145
12	0,109

6.      Pengukuran kecepatan arus dengan Current Meter

Alat ini paling umum digunakan karena dapat menghasilkan ketelitian yang cukup baik. Prinsip kerja alat ukur ini adalah dengan mencari hubungan antara kecepatan aliran dan kecepatan putaran baling-baling current meter tersebut.

Hubungan tersebut dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut:

V = an+b

Keterangan:

V    = kecepatan aliran,

n     = jumlah putaran tiap waktu tertentu,

a,b = tetapan yang ditentukan dengan kalibrasi alat di laboratorium.

Alat ini ada dua macam, yaitu current meter dengan sumbu mendatar dan dengan sumbu tegak seperti terlihat pada gambar 12.7.

Bagian-bagian alat ini terdiri dari:

1)      Baling-baling sebagai sensor terhadap kecepatan, terbuat dari streamline styling yang dilengkapi dengan propeler, generator, sirip pengarah dan kabel-kabel,

2)      Contact box, merupakan bagian pengubah putaran menjadi signal elektrik yang berupa suara atau gerakan jarum pada kotak monitor berskala, kadang juga dalam bentuk digital,

3)      Head phone yang digunakan untuk mengetahui jumlah putaran baling baling (dengan suara “klik”), kadang bagian ini diganti dengan monitor box yang memiliki jendela penunjuk kecepatan
aliran secara langsung.

Gambar 12.7 (a) Tipe Sumbu Tegak         (b) Tipe Sumbu Mendatar

Dengan alat ini dapat dilakukan pengukuran pada beberapa titik dalam suatu penampang aliran. Dalam praktek digunakan untuk pengukuran kecepatan aliran rerata pada satu vertikal dalam suatu tampang aliran tertentu. Mengingat bahwa distribusi kecepatan aliran secara vertikal tidak merata, maka pengukuran dapat dilakukan dengan beberapa cara sebagai berikut ini:

1)      Pengukuran pada satu titik yang umumnya dilakukan jika kedalaman aliran kurang dari 1 meter. Alat ditempatkan pada kedalaman 0.6 H yang diukur dari muka air.

2)      Pengukuran pada dua titik, dilakukan pada kedalaman 0.2 H dan 0.8 H diukur dari muka air. Kecepatan rerata dihitung sebagai berikut

3)     
Pengukuran dengan tiga titik dilakukan pada kedalaman 0.2 H, 0.6 H dan juga pada 0.8 H. Hasilnya dirata-ratakan dengan rumus

2.5. Pengukuran kualitas air

Pada kegiatan hidrometri untuk perencanaan sistem tata air (tata saluran) seringkali perlu disertai dengan pengukuran kualitas air. Umumnya parameter kualitas air yang diperhatikan adalah nilai pH yang menunjukkan tingkat keasaman air, DHL yaitu daya hantar listrik (electric conductivity) yang dapat dikorelasikan dengan salinitas atau kadar garam air di saluran/sungai dan nilai kandungan Fe. Di lahan rawa umumnya dijumpai air dengan tingkat keasaman tinggi dengan nilai pH rendah jauh di bawah 7. Nilai DHL yang tinggi mengindikasikan pengaruh air asin dari aliran pasang laut atau muara yang dapat masuk ke lahan. Kandungan Fe dikaitkan dengan kemungkinan terjadinya sifat beracun air terhadap tanaman, yaitu jika nilainya lebih besar dari 10 ppm dan kondisi saluran terbuka akan dapat teroksidasi karena berhubungan dengan udara. Hal ini perlu diperhatikan terutama dalam perencanaan kedalaman saluran drainase, yang mana jika terlalu dalam atau proses pembuangan air terlalu besar dapat terjadi over-drainage yang menyebabkan potensi penyebaran toxic/racun tersebut.

Pengukuran nilai pH dapat dilakukan dengan menggunakan pH stick dengan ketelitian 1 skala, atau dengan pH meter yang dapat menunjuk langsung nilai keasaman air secara digital. DHL dapat diukur dengan EC meter yang dapat dilakukan langsung di lapangan. Nilai kadar Fe diukur di lapangan dengan mengambil sampel air yang diberi 3 macam reagen kimia: H2SO4 2N, KmnO4 0,1N dan NH4CNS 20%. Selanjutnya warna yang terjadi dapat dijadikan petunjuk untuk mengetahui nilai kadar Fe berdasar standar warna yang ada.

Soal Latihan

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan hidrometri?

2. Jelaskan keuntungan penggunaan AWLR dalam mengukur tinggi muka air?

3. Jelaskan cara sederhana dalam mengukur debit air?

4. Jelaskan tipe-tipe alat untuk mengukur kecepatan arus air?

DAFTAR PUSTAKA

Bambang Triatmodjo, Hidologi Terapan, Penerbit Beta Offset, Yogyakarta, 2015

Chay Asdak, Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai, Penerbit Gadjah Mada

University Press, Yogyakarta, 204

Indarto, Hidrologi Dasar Teori dan Contoh Aplikasi Model Hidrologi, Penerbit Bumi

Aksara, Jakarta, 2014

Indarto, Hidrologi – Metode Analisis dan Tool untuk Interpretasi Hidrograf Aliran Sungai, Penerbit Bumi Aksara, Jakarta, 2015

Robert J. Kodoatie, Hidrolika Terapan, Penerbit ANDI, Yogyakarta, 2009