Rekayasa Sungai -Bahan Kuliah

B A B  I

P E N D A H U L U A N

Rekayasa sungai adalah ilmu yang mempelajari perilaku sungai termasuk cara/teknik pemanfaatan sungai tersebut secara optimum.

            Sebagai salah satu sumber alam, sungai merupakan salah satu sumber air yang pokok diantara sumber-sumber air yang lain.

Beberapa kebutuhan pokok bagi kehidupan manusia disediakan oleh sungai antara lain :

·         Bahan baku untuk air bersih (keperluan rumah tangga) dan air pertanian.

·         Sumber tenaga pembangkit listrik

·         Sarana lalu-lintas

·         Penggelontoran air buangan

·         Dan sebagainya

Disamping menguntungkan buat kehidupan manusia sungai dapat pula memberikan aspek negatif terhadap kehidupan manusia, seperti:

- Banjir

- Gerusan

- Pengendapan

- Gangguan pada lalu lintas air

- Dan lain-lain

Tujuan utama dari Rekayasa sungai adalah bagaimana mendapatkan manfaat dari sungai untuk kehidupan manusia dan mengurangi/mencegah aspek negatif yang ditimbulkannya serta untuk menjaga kelestarian sungai tersebut.

Rekayasa sungai sangat erat kaitannya dengan cabang ilmu2 lain seperti :

-   Hidrologi

  - Hidrolika

-  Geologi

   - Angkutan sedimen dan Morfologi

Teknik persungaian dapat dibagi dalam tiga kelompok utama :

  Pengaturan alur sungai

  Pengaturan debit

  Pengaturan muka air

Bangunan air sungai mempunyai berbagai sasaran seperti Irigasi, tenaga air, lalu-lintas air, penanggulangan banjir dan sebagainya.

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi sangat menunjang tugas dari para ahli teknik persungaian. Gejala dan proses alam lebih banyak diketahui, sedangkan sarana penunjang seperti model fisik dan model matematik mengalami banyak perkembangan.

B A B II

Hidrologi Umum

2.1. Siklus Hidrologi

           Sirkulasi air dari lautan melalui atmosfir dan permukaan daratan untuk kemudian kembali lagi ke lautan disebut daur/siklus hidrologi. Gerak dari daur tersebut dibatasi oleh suatu hubungan yang rumit antara beberapa fenomena pengangkutan dengan berbagai unsur penimbunan.

Bagi ahli hidrolgi semua tingkatan dari daur hidrologi adalah penting. Namun bagi ahli persungaian yang penting hanya sebahagian saja dari daur hidrologi yaitu proses limpasan di daerah pengaliran. Sebagian dari presipitasi merembes ke dalam tanah dan mengalir dengan lambat diantara lapisan tanah dan menuju ke sungai dan anak sungai dan terus menuju ke laut. Air kembali menjadi air permukaan. Selama dalam proses ada air yang hilang akibat penguapan dari air permukaan, tanah dan tumbuh-tumbuhan.

Siklus hidrologi dapat digambarkan sebagai berikut :

Peristiwa penguapan (evaporasi) dari permukaan air laut berlansung secara menerus, uap air naik keatas berubah menjadi awan-awan tertiup angin ke wilayah daratan setelah mencapai titik kondensasi akan turun sebagai hujan. Air yang jatuh sebagai hujan akan mengalami beberapa peristiwa perjalanan antara lain :

- Ada sebagaian air yang tersimpan pada tumbuhan (pohon-pohonan) atau vegatasi disebut Intersepsi (Peristiwa tertahannya air hujan oleh ujung daun).

- Sebagian lagi tertahan dan tersimpan pada tempat2 yang rendah yg disebut dengan Retensi.

- Sebagian air hujan menguap akan menguap kembali ke atmosfir yang disebut dengan Evaporasi.

- Sebagian air menguap melalui tumbuhan yang disebut dengan Transpirasi.

- Sebagian air akan mengalir pada permukaan tanah dan akan mengisi sungai, danau dan waduk, aliran ini disebut dengan surface run off.

- Sebagian air akan meresap masuk ke dalam tanah yang disebut dengan Infiltrasi.

- Sebagian air akan mengalir di bawah muka tanah yang disebut aliran bawah permukaan atau sub surface run off.

- Sebagian lagi menyusup lebih dalam lagi ke dalam tanah yang disebut dengan perkolasi. Dan ini memberikan sumbangan terhadap kejadian aliran air tanah untuk selanjutnya kembali lagi ke lautan.

 

danau

sungai

laut

 

Jadi air limpasan (run off) pada suatu daerah pengaliran tergantung dari :

            - Faktor hidrometereologi

           - Karakteristik fisik dari daerah pengaliran

 Atau dapat digambarkan dengan rumus :

           R = P - E + DS

dimana :

                       R = Air limpasan (run off)

                       P = Presipitasi

                       E = Evaporasi

                       D S = Penimbunan air (storage)

Dari rumus tersebut di atas dapat dilihat bahwa air limpasan dari suatu sungai dapat dihitung data data curah hujan dan penguapan.

Untuk perhitungan ini terdapat beberapa cara. Namun karena karakteristik dari daerah pengaliran tidak seragam perlu didukung oleh suatu studi yang mendalam.

Karena curah hujan dan debit mempunyai sifat stokastik diperlukan suatu elaborasi statistik sebelum kita mendapatkan korelasi antara curah hujan dan debit.

Namun yang lebih penting bagi seorang ahli teknik persungaian adalah korelasi antara debit dan tinggi muka air.

Banyak fenomena sungai yang dapat dikaitkan dengan tinggi muka air yang dijabarkan dalam bentuk hidrograf (diagram tinggi muka air vs waktu) yang merupakan informasi dasar untuk teknik persungaian.

2.2. Penggolongan sungai

Tergantung dari karakteristik curah hujan dan daerah pengaliran dapat dibedakan 3 macam sungai, yaitu:

1. Sungai Ephemeral

Adalah sungai yang mengalir hanya pada saat ada hujan saja.

2. Sungai Intermitten

Adalah sungai yang mengalirkan air pada musim hujan saja, sedang musim kemarau tidak mengalirkan air (kecuali air dari hujan), karena MAT penghujan di atas dasar sungai dan MAT musim kemarau di bawah dasar sungai.

3. Sungai Perennial

Adalah sungai yang mengalirkan airnya sepanjang tahun, karena MAT tidak pernah dibawah dasar sungai.

2.4. Presipitasi

Untuk suatu daerah aliran sungai di Indonesia, variasi musim dapat mempunyai curah hujan sebesar :

- musim basah : 2000 – 3000 mm

- musim kering : < 50 mm

Sedangkan variasi tahunan di Indonesia umumnya berkisar antara 2000 – 3000 mm per tahun. Dengan demikian dapat dibayangkan betapa besarnya debit sungai-sungai di Indonesia pada musim hujan, serta betapa keringnya pada musim kemarau.

Hujan maksimum untuk daerah dengan dua musim akan terjadi sekitar 1 – 2 bulan sesudah matahari mencapai ketinggian maksimum.

2.5. Akumulasi

Jenis akumulasi air dapat dipisahkan menjadi :

a) Akumulasi air tanah, besarnya tergantung pada kemiringan daerah aliran sungai, struktur antara lapis tanah, dan struktur butir tanah.

b) Akumulasi air permukaan, berupa cekungan-cekungan dipermukaan, baik alami maupun buatan (waduk).

c) Akumulasi air dalam bentuk salju atau es (di Indonesia tidak banyak).

2.6.Evaporasi

Besarnya evaporasi (pengauapan) akan mempengaruhi terhadap besarnya koefisien pengaliran (a). Misal suatu sungai dengan iklim basah dengan penguapan besar, maka koefisien pengaliran (a) akan kecil. Dengan adanya penguapan maka praktis koefisien pengaliran tidak mungkin =1.

Mungkinkah koefisien pengaliran (a) = 0?, hal ini hanya mungkin terjadi pada sungai di daerah gurun pasir, atau sungai di bawah tanah, dimana curah hujan yang akan jatuh akan langsung masuk ke bawah.

BAB III

Karakteristik Daerah Aliran Sungai

2.1 Pengertian

        Pengertian sungai :

1.      PP. No.35/1991: Adalah sebagai suatu tempat atau wadah serta jaringan pengaliran air mulai dari mata air sampai muara dengan dibatasi kanan dan kirinya serta disepanjang pengalirannya oleh garis sempadan.

2.      Sungai adalah suatu alur alamiah yg panjang di atas permukaan bumi yg mengalirkan air dan sedimen dari daerah tangkapan hujannya, yg kemudian bermuara ke danau dan laut.

Pengertian Daerah Aliran Sungai (DAS)/Catchment Area

1. FAO(Food and Agricultural Organization, 1962): DAS adalah suatu kawasan yang mengalirkan air yang jatuh diatasnya kedalam suatu sistem aliran sungai yang mengalir dari hulu menuju ke muara atau tempat2 tertentu atau pada suatu tempat pengukuran arus.

3.      Das adalah suatu wilayah atau kawasan dimana topografinya, yaitu kemiringan lereng yang bervariasi dengan dibatasi oleh punggung bukit atau gunung, yang dapat menampung seluruh curah  hujan yang terjadi dan mengalirkannya ke sungai utama maupun anak sungainya yang pada akhirnya akan bermuara ke laut.

Jadi garis batas Daerah Aliran Sungai adalah punggung permukaan bumi yang dapat memisahkan dan membagi air hujan menjadi aliran permukaan ke masing-masing DAS.

2.2 Pola Aliran

      Sungai di dalam semua daerah DAS mengikuti suatu aturan bahwa aliran sungai dihubungkan oleh suatu jaringan satu arah dimana cabang dan anak sungai mengalir ke dalam sungai induk yang lebih besar dan membentuk suatu pola tertentu. Pola ini tergantung dari pada kondisi topografi, geologi, iklim, vegetasi yang terdapat didalam DAS yang bersangkutan.

Secara keseluruhan kondisis tersebut akan menentukan karakteristik sungai didalam bentuk polanya.

Beberapa pola aliran yang terdapat di Indonesia :

1. Radial

Pola ini biasanya dijumpai di daerah lereng Gunung Api atau daerah dengan topografi berbentuk kubah.

Contoh: G.Semeru dan Ijen di Jawa Timur, Gunung Merapi dan Slamet di DI.Jogya

2. Rectangular

Terdapat di daerah batuan kapur, missal di daerah gunung gidul di propinsi Daerah Istimewa Yogyakarta.

3. Trellis

Biasanya dijumpai pada daerah dengan lapisan sedimen di daerah pegunungan lipatan di Sumbar dan Jateng.

4. Dendritik

Pola ini pada umumnya terdapat pada daerah dengan batuan sejenis dan penyebarannya luas.

Misalnya suatu daerah ditutupi oleh endapan sedimen yang luas dan terletak pada suatu bidang horizontal di daerah dataran rendah bagian timur Sumatera & Kalimantan.

2.3 Bentuk Daerah Aliran Sungai (DAS)

      Pola sungai menentukan bentuk suatu DAS. Bentuk DAS mempunyai arti penting dalam hubungannya dengan aliran sungai, yaitu berpengaruh terhadap kecepatan terpusatnya aliran.

Setelah DAS ditentukan batasnya, maka bentuk DAS dapat diketahui ,yaitu :

1. Memanjang

2. Radial

3. Paralel

4. Komplek

1. Bentuk Memanjang

Biasanya Induk sungainya akan memanjang dengan anak2 sungai lansung masuk ke induk sungai. Kadang-kadang berbentuk seperti bulu burung. Bentuk ini biasanya akan menyebabkan debit banjirnya relatif kecil karena perjalanan banjir dari anak sungai berbeda-beda waktunya.

2. Bentuk Radial

Bentuk ini terjadi karena arah alur sungai seolah-olah memusat pada satu titik sehingga menggambarkan adanya bentuk Radial. Kadang-kadang gambaran tersebut berbentuk kipas atau lingkaran. Akibat bentuk tersebut maka waktu aliran yang datang dari segala penjuru arah alur sungai memerlukan waktu yang bersamaan. Apabila terjadi hujan lebat akan menyebabkan banjir besar.

3. Bentuk Parallel

DAS ini dibentuk oleh dua jalur Sub DAS yang bersatu dibagian hilirnya.

Banjir dapat terjadi dihilir setelah titik pertemuan kedua Sub DAS tersebut.

4. Bentuk Komplek

Merupakan gabungan dasar dua atau lebih bentuk DAS.

2.4 Alur Sungai 

 　Secara sederhana alur sungai dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu :

1. Bagian hulu/Daerah pegunungan (Upper regime)

2. Bagian tengah/Daerah transisi (Middle Regime)

3. Bagian hilir/Daerah Dataran (Lower regime)

1. Bagian hulu/Daerah pegunungan (Upper regime)

Ciri-ciri sungai pada bagian hulu ini adalah :

1. Kemiringan dasar sungai besar (curam)

2. Potongan melintang berbentuk V

3. Palung sungai sempit

4. Tebing sungai tinggi

5. Kecepatan aliran besar

6. Erosinya tinggi

7. Sungai terdiri dari batuan cadas, kerikil dan tanah.

2. Bagian tengah/Daerah transisi (Middle Regime)

Ciri-ciri sungai pada bagian ini adalah :

1. Kemiringan dasar sungai agak landai

2. Potongan melintang berbentuk V dan U

3. Lebar palung sungai besar

4. Tebing sungai agak rendah

5. Kecepatan aliran tidak terlalu besar

6. Merupakan daerah keseimbangan erosi dan pengendapan

7. Alur sungai berupa endapan sedimen, bentuk endapan melebar kearah hulu dengan material kasar di hulu dan material halus di hilir.

8. Arah aliran berubah-ubah sehingga alurnya mempunyai pola berjalin (braided)

3. Bagian hilir/Daerah dataran (lower regime)

Ciri-ciri sungai pada bagian ini adalah :

1. Kemiringan dasar sungai landai

2. Lebar palung sungai besar

3. Alur sungai berbelok-belok (meander)

4. Tebing sungai agak rendah

5. Banyak terjadi endapan (sedimentasi)

6. Kecepatan aliran lambat

- Panjang dan Kemiringan Sungai

  Panjang sungai diukur dari titik muara sampai ujung bagian hulu sungai utama. Penentuan sungai utama dipilih dengan cara menyelusuri percabangan alur sungai yang memberikan luas DAS yang paling besar. Panjang sungai utama dinyatakan dalam (km). Pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan peta topografi. Kemiringan sungai dihitungkan berdasarkan selisih ketinggian dua kontur ketinggian terhadap panjang sungai.

2.5 Parameter Daerah Aliran Sungai

     Ada beberapa parameter DAS yang menyatakan keadaan jaringan alur sungai secara kuantitatif :

1. Luas

2. Panjang dan lebar

3. Kemiringan

4. Orde dan tingakat percabangan sungai

5. Koefisien bentuk

6. Kerapatan sungai

1. Luas

Garis batas antara DAS adalah punggung permukaan bumi yang dapat memisahkan dan membagi air hujan ke masing-masing DAS. Garis batas tersebut ditentukan dengan berdasarkan perubahan kontur dari peta topografi sedangkan luas DAS dapat diukur dengan planimetri. Skala peta yang digunakan akan mempengaruhi ketelitian perhitungan luasnya.

    Batasan penggunaan peta Topografi untuk menghitung luas DAS:

Skala Peta	Luas DAS minimal (Km2)	Interval Kontur
1 : 250.000	40	50
1 : 150.000	25	40
1 : 100.000	7	25
1 : 50.000	1,6	25
1 : 25.000	0,4	12,5
1 : 20.000	0,25	10
1 : 10.000	0,07	5

2. Panjang dan Lebar

  Panjang DAS adalah sama dengan jarak datar dari muara kearah hulu sepanjang sungai utama.

    Lebar adalah luas DAS dibagi dengan panjangnya.

3. Kemiringan Lereng

    Kemiringan lereng antara dua lokasi ketinggian dapat dihitung dengan persamaan berikut:

                       

S_L = d_k/T

S_L = kemiringan lereng (m/km)

d_k = interval kontur (m)

T = A_L/L_R

T_L = luas bidang diantara 2 kontur (km²)

L_R = Panjang rata2 dua kontur (km)

4. Orde Sungai

Alur sungai didalam suatu DAS dapat dibagi dalam beberapa orde sungai.

Orde sungai adalah posisi percabangan alur sungai didalam urutannya terhadap induk sungai didalam suatu DAS. Makin banyak orde sungai akan semakin luas pula DASnya dan semakin panjang pula Alur sungainya. Menurut Strahler alur sungai paling hulu yang tidak mempunyai cabang disebut dengan orde pertama, pertemuan antara 2 orde pertama disebut dengan orde kedua, pertemuan orde pertama dengan orde kedua disebut juga orde kedua. Demikian seterusnya sampai pada sungai utama ditandai dengan nomor orde yang paling besar.

Pemberian nomor orde ini harus menggunakan peta topografi.

5. Koefisien bentuk

Koefisien ini memperlihat perbandingan antara luas daerah pengaliran itu dengan panjang sungainya.

                    F = A/L²

                    F = Koefisien corak

                    A=Luas daerah pengaliran (km²)

                    L=Panjang Sungai Utama (km)

Makin besar harga F, makin lebar daerah pengalirannya.

6. Kerapatan Sungai

Kerapatan sungai adalah suatu angka indek yang menunjukan banyaknya anak sungai didalam suatu DAS. Indeks tersebut diperoleh dari persamaan sebagai berikut :

                    r = L_s/A

                    r = Indek kerapatan sungai (km/km²)

                    L_s = Jumlah panjang sungai termasuk panjang anak2 sungainya (km)

                    A = luas DAS (km²)

Ada suatu batasan yang menyatakan besarnya indek kerapatan sungai, yaitu :

1. kurang dari 0,25 km/km² maka disebut rendah

2. 0,25 – 10 km/km² disebut sedang

3. 10 – 25 km/km² disebut tinggi

4. Lebih dari 25 km/km² disebut sangat tinggi

Berdasarkan batasan tersebut di atas dapat diperkirakan suatu gejala yang berhubungan dengan aliran sungai sbb:

1. Jika nilai r rendah, alur sungai melewati batuan dengan resistensi keras, maka angkutan sedimen yang terangkut aliran sungai lebih kecil jika dibandingkan pada alur sungai yang melewati batuan dengan resistensi lebih lunak, apabila kondisi lain yang mempengaruhi sama.

2. Jika r sangat tinggi, alur sungai melewati batuan yang kedap air. Keadaan ini akan menunjukan bahwa air hujan yang menjadi aliran akan lebih besar jika dibandingkan suatu daerah dengan r rendah melewati batuan yang permeabilitasnya lebih besar.