UJI MODEL FISIK PENGENDALIAN ELEVASI DASAR SUNGAI DI SEKITAR INTAKE POLDER ALABIO, KABUPATEN HULU SUNGAI UTARA, PROPINSI KALIMANTAN TIMUR DENGAN MENGGUNAKAN VANE

1. Pendahuluan

Polder Alabio terletak di Kabupaten Hulu Sungai Utara, Provinsi Kalimantan Selatan, Indonesia. Polder Alabio merupakan infrastruktur irigasi teknis yang sudah ada dari zaman Belanda. Polder ini menjadi aset pemerintah yang berpotensi untuk mendukung program ketahanan pangan dan dijadikan sebagai sumber pendapatan daerah yang sangat strategis. Kelangsungan Polder Alabio sangat dipengaruhi oleh

^*Penulis Korespondensi

kondisi Sungai Negara yang merupakan sungai terbesar dalam Daerah Aliran Sungai Barito. Lokasi ini ditunjukkan pada Gambar 1.

Perubahan tata guna lahan di hulu intake Polder Alabio akibat maraknya penggundulan hutan menyebabkan lahan pada DAS Sungai Negara menjadi semakin kritis sehingga terjadi pendangkalan dasar sungai dan penyempitan alur sungai. Sedimentasi dan pendangkalan di intake Polder Alabio dapat mengganggu kinerja operasional irigasi teknis di dalam Polder Alabio yang diairi melalui 5 buah pompa pemasukan berkapasitas masing-masing 1,2 m³/s.

Hal ini menjadi permasalahan penting yang harus ditanggulangi. Salah satu upaya dalam menanggulangi sedimentasi di intake Polder Alabio adalah dengan membuat bangunan pengendali elevasi dasar sungai di sekitar intake Polder Alabio.

1.1 Maksud dan tujuan

Penelitian ini dimaksudkan untuk mempelajari pengaruh penempatan vane sebagai salah satu alternatif pengendali elevasi dasar sungai di depan intake Polder Alabio. Penelitian dilakukan dengan memodelkan pola gerusan dan pengendapan sedimen yang terjadi di depan model intake Polder Alabio, mengamati dan mengukur perubahan elevasi dasar sungai yang terjadi di depan model intake Polder Alabio yang disebabkan oleh aliran turbulen akibat adanya vane, dan dengan adanya studi penelitian ini diharapkan dapat memberi informasi tambahan mengenai salah satu alternatif bangunan pengendali elevasi dasar sungai berupa vane. Dampak yang diharapkan diperoleh dengan pemasangan vane ini adalah penurunan elevasi dasar sungai tepat di depan intake, sehingga dapat mengurangi kemungkinan terangkutnya sedimen dalam jumlah yang besar ke dalam melalui intake.

1.2 Identifikasi masalah

Permasalahan Sungai Negara, terutama pada lokasi intake polder Alabio antara lain pendangkalan dan penyempitan alur sungai. Pendangkalan dasar sungai adalah setinggi 0,65 m, dari tahun 2006 hingga 2013.

Pembersihan sedimen di depan pintu pengambilan dilakukan secara manual, dengan melakukan pengerukan di depan intake guna mencegah masuknya sedimen ke dalam saluran yang mengairi lahan irigasi. Dengan kondisi ini maka diperlukan suatu upaya utnuk mengurangi jumlah sedimen yang terangkut masuk melalui pengambilan.

1.3 Batasan masalah

Dalam penelitian yang terkait dengan aliran dan angkutan sedimen, terdapat berbagai kondisi yang berhubungan dengan aliran maupun sedimen, dengan demikian diperlukan pembatasan-pembatasan. Batasan -batasan yang diterapkan dalam penelitian ini antara lain adalah bahwa pengamatan dilakukan pada model fisik dengan fokus pada area di depan intake. Penelitian ini bersifat eksperimental, sedimen yang digunakan tidak mengikuti skala model, sedimen yang digunakan memiliki ukuran butiran \(D_{90}\)= 1,36mm dan \(D_{50}\)= 0,39 mm.

2. Studi Pustaka

Teknologi vane pertama kali dikenalkan oleh Odgaard dan Kennedy pada tahun 1983. Odgaard dan Kennedy (1983) dalam Saravani (2012) melakukan penelitian pertama dengan menggunakan satu vane yang disusun 15°-30° terhadap aliran dengan ketinggian 0,2-0,5 h, dengan h = kedalaman aliran. Hasil dari penelitian ini adalah terbentuknya aliran turbulen di hilir vane. Penempatan vane dalam beberapa baris secara teratur akan menghasilkan aliran turbulen yang lebih deras sehingga menyebabkan terjadinya perubahan arah dan besaran tegangan geser dasar dan topografi dasar sungai. Hal ini menyebabkan kenaikan dasar sungai di satu sisi, dan penurunan di sisi lainnya. Agar menghasilkan aliran turbulen yang deras pada alur sungai yang lurus disarankan jarak antar vane terhadap arah melintang sungai tidak lebih dari 2 hingga 3 kali kedalaman aliran dan jarak antar vane terhadap arah memanjang sungai berada pada jarak 15 hingga 30 kali kedalaman aliran.

Barkdoll (1999) dalam Beygipoor dkk. (2013) menyatakan bahwa karakteristik utama vane, sebagai metode dalam mengontrol sedimen yang masuk ke

Gambar 1. Lokasi Polder Alabio, Kabupaten Hulu Sungai Utara, Provinsi Kalimantan Selatan,

dalam intake, adalah tergantung dari perbedaan tekanan yang terjadi di antara ke dua sisi dari vane. Aliran sekunder yang terjadi di belakang vane menyebabkan sedimen bergerak menuju ke tengah saluran, sehingga hanya sedikit sedimen yang berada di antara vane dengan dinding saluran. Hal ini menyebabkan dasar saluran menurun. Kombinasi tersebut mengurangi jumlah sedimen yang masuk ke dalam intake. Aliran yang terbentuk di belakang vane berupa aliran spiral, hal ini menyebabkan terjadinya perubahan tegangan geser dasar saluran pada areal tersebut. Aliran sekunder dihasilkan karena posisi vane yang ditempatkan berlawanan terhadap arah aliran sekunder yang terjadi akibat intake dan tikungan saluran. Untuk tujuan mengurangi sedimentasi di depan intake, maka vane akan mempengaruhi aliran sedemikian sehingga menyebabkan pengangkutan sedimen pada dasar saluran menuju ke tikungan dalam saluran, dan meningkatkan tinggi muka air pada intake dengan membawa sedimen yang lebih sedikit.

Penanganan endapan sedimen di depan intake di sungai juga dipengaruhi oleh keadaan geometri sungai. Pengendalian dasar sungai di depan intake pada suatu tikungan dengan menggunakan krib diteliti oleh Zulfan dkk. (2018). Dalam penelitian tersebut penempatan krib dapat mengurangi terjadinya gerusan di depan intake karena pengarahan aliran yang lebih menguntungkan. Hal ini menunjukkan bahwa penanganan permasalahan terkait fenomena angkutan sedimen lokal dapat di atasi dengan struktur tambahan yang dapat mempengaruhi pola aliran. Hal yang sama diharapkan dapat dilakukan dengan menggunakan elemen berupa vane.

Ali dkk (2010) melakukan penelitian dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan bangunan vane dengan posisi yang direncanakan dan untuk menentukan parameter optimum dari vane sebagai bangunan pengontrol sedimen di depan intake. Penelitian ini dilakukan pada flume lurus segiempat yang dibuat dengan pasangan batu bata dan dilapisi semen mortar.

Shahraki, dkk (2014) melakukan penelitian mengenai efek penempatan vane terhadap rasio intake dan permukaan aliran. Penelitian ini dilakukan pada saluran lurus yang dilengkapi intake dengan posisi 55° terhadap

saluran utama. Dalam penelitian ini digunakan vane dengan ketinggian 3 cm sesuai dengan hasil dari penelitian Odgaard dan Kennedy (1983) yaitu maksimum setengah dari kedalaman aliran. Sharraki dkk (2014) menyimpulkan bahwa penempatan vane akan menimbulkan kenaikan muka air yang berdampak pada efisiensi peningkatan debit air yang dapat diambil melalui intake.

3. Metodologi

3.1 Model fisik hidraulik

Model fisik hidraulik dibuat untuk mempelajari pola aliran dan pola perubahan kedalaman dasar sungai di depan intake dengan adanya pemasangan model vane. Model fisik ini dibuat dengan berdasarkan keserupaan Froude dan dengan aliran pada rezim turbulen, sehingga keserupaan Reynolds dapat terwakili.

Skala model yang digunakan adalah 1:40 dengan pertimbangan agar pengaruh penskalaan dapat diminimalkan serta kebutuhan ruangan model dan sistem pemompaan dapat dipenuhi. Debit yang dimodelkan adalah debit dengan periode ulang 1 tahun dan debit andalan. Hal ini karena proses angkutan sedimen disungai akan dipengaruhi terutama oleh debit dominan. Pada beberapa literatur, debit dominan ini berkisar antara debit dengan periode ulang 1,5 tahun hingga 2 tahunan. Debit prototip yang dijadikan acuan dalam pemodelan ini adalah debit banjir kala ulang 1 tahun yaitu 263,17 m³/s dan debit andalan rata-rata yaitu 65,53 m³/s. Debit ini diskalakan pada model dengan berdasarkan keserupaan Froude.

Pada pengujian dilakukan pengukuran kecepatan aliran, muka air, perubahan elevasi dasar dan debit aliran. Pengukuran kecepatan aliran dilakukan dengan menggunakan alat ukur kecepatan aliran tipe akustik yang bekerja berdasarkan prinsip doppler (accoustic doppler velocimeter) 2 dimensi, sehingga dari pengukuran dapat diketahui komponen kecepatan arah longitudinal dan lateral (Sontek YSI, 2007). Pengukuran muka air dan dasar saluran dilakukan dengan menggunakan meteran taraf yang telah dikalibrasi terhadap titik tinggi referensi lokal di lokasi

Tabel 1. Posisi vane dari berbagai macam seri

model. Pengukuran debit dilakukan menggunakan ambang ukur tipe Thomson, dengan pembacaan muka air menggunakan meteran taraf.

3.2 Skenario pengujian

Skenario pengujian dalam penelitian ini adalah dengan meletakkan vane sebagai baris tunggal maupun pada barisan-barisan. Konfigurasi pemasangan model ditentukan berdasarkan jarak antar baris vane sebesar 11,2 m, pada prototip. Adapun interval antar vane pada arah lateral di setiap baris adalah 4 m, pada prototip. Denah alternatif konfigurasi penempatan vane dapat dilihat pada Gambar 8 dan 9, dengan detail disampaikan pada Tabel 1.

Pengujian dilakukan dengan mempertimbangkan pengaruh debit, perubahan elevasi dasar sungai akubat gerusan dan pengendapan serta lintasan arah aliran.

4. Hasil dan Pembahasan

Pengujian dilakukan terhadap Seri-0 berupa kondisi awal alur sungai tanpa pemasangan vane. Setelah itu dilakukan pengujian dengan seri-seri sebagaimana ditampilan pada Tabel 1. Hasil pengujian disampaikan pada bagian berikut ini.

4.1 Pengujian model seri 0

Hasil percobaan model seri 0 menunjukkan bahwa kapasitas sungai tidak mampu mengalirkan debit banjir kala ulang 1 tahun, di mana terjadi limpasan aliran pada sisi kiri tebing sungai atau pada sisi dalam tikungan sungai, sehingga apabila dalam pengendalian elevasi dasar sungai pada intake dilakukan penambahan bangunan-bangunan yang bersifat menghambat aliran maka dapat meningkatkan resiko banjir. Pada pemodelan kondisi eksisting aliran yang ada, elevasi dasar sungai yang terjadi pada tikungan luar tidak jauh berbeda dengan elevasi dasar intake. Dengan demikian perlu upaya untuk mengendalikan elevasi dasar sungai agar bisa lebih rendah dari elevasi dasar intake. Kondisi dari kontur dari dasar sungai didepan intake dapat dilihat pada Gambar 2, dengan bangunan intake terletak pada sisiluar tikungan. Elevasi terendah topografi dasar sungai di depan intake adalah + 0,00 m sedangkan elevasi dasar sungai pada jarak 4 m di depan intake berada pada elevasi +0,1 m.

Gambar 2. Kontur elevasi dasar sungai pada percobaan seri 0

Berdasarkan tinjauan lintasan arah aliran, sebagaimana pada Gambar 3, arah aliran bergerak sesuai dengan fenomena aliran pada saluran menikung, yaitu bergerak dari sisi dalam tikungan menuju sisi luar tikungan.

Gambar 3. Arah lintasan aliran seri 0 (Q prototip 65,53 m³ /s)

4.2 Pengujian-pengujian pada seri vane

4.2.1 Tinjauan pengaruh konfigurasi vane pada gerusan lokal

Pemasangan vane akan mengakibatkan gerusan lokal di sekitar vane dan timbunan di hilirnya. Pemasangan 2 baris vane akan menghasilkan luas gerusan yang lebih besar jika dibandingkan dengan pemasangan 1 dan 3 baris vane pada kondisi di mana baris vane pertama berada pada posisi yang sama. Adapun luasan gerusan yang dihasilkan dari beberapa percobaan seri vane dapat dilihat pada Tabel 2.

Luas gerusan lokal yang paling besar dihasilkan dari percobaan seri 4, jarak terdekat gerusan di bawah elevasi -2,00 m didapatkan dari hasil percobaan seri 8. Hal tersebut berdampak positif terhadap kinerja intake Polder Alabio di mana dengan bertambah luasnya penurunan elevasi dasar sungai maka potensi masuknya sedimen ke dalam saluran intake akan berkurang dan kapasitas sungai semakin meningkat.

Pemasangan vane akan menghasilkan gerusan di sekitar vane dan timbunan di hilir vane. Pemasangan 3 baris vane (percobaan seri 1) menghasilkan kedalaman gerusan yang tidak jauh berbeda dengan kedalaman gerusan pada percobaan 2 baris vane (percobaan seri 2), namun akan menghasilkan timbunan yang lebih

tinggi dibandingkan dengan percobaan 2 baris vane. Hal ini terlihat pada kontur yang disajikan pada Gambar 4.

dengan Kedalaman gerusan yang dihasilkan menggunakan 1 baris vane (percobaan seri 3) lebih

dalam dibandingkan dengan menggunakan 2 baris vane (percobaan seri 4) namun timbunan yang dihasilkan lebih tinggi dan curam dibandingkan dengan menggunakan 2 baris vane. Hal ini terlihat pada kontur yang disajikan pada Gambar 5.

Tabel 2. Luas areal gerusan (m2)

Gambar 4. Gerusan dan timbunan percobaan seri 1 dan 2 (kiri ke kanan)

Gambar 5. Gerusan dan Timbunan percobaan seri 3 dan 4 (kiri ke kanan), pada Q prototip 65,53 m3/s.

Gambar 6. Grafik penampang melintang elevasi dasar sungai di depan as intake dengan Q prototip 65,53 m³/s (Seri 0, 1,2, 3 dan 4)

Gambar 7. Grafik penampang melintang elevasi dasar sungai di depan as intake, Q prototip 65,53 m³/s (Seri 0, 5, 6, 7 dan 8)

Penampang melintang di depan as intake dari berbagai macam seri kemudian dibuat grafik gabungan seperti pada Gambar 6.

Berdasarkan gambar di atas dapat diketahui bahwa percobaan vane seri 8 mengakibatkan gerusan di bawah elevasi -2,00 m pada jarak 4 m. Jika dibandingkan dengan percobaan vane seri lainnya, percobaan seri 8 menghasilkan jarak gerusan yang lebih dekat ke intake. Gerusan di bawah elevasi dasar saluran intake tersebut terjadi dari jarak 4 m hingga 16 m pada arah lateral.

4.2.2. Tinjauan pengaruh vane terhadap arah aliran

Perubahan arah aliran akibat pemasangan vane terjadi hanya di sekitar vane dan tidak berdampak pada daerah lainnya. Berdasarkan Gambar 7 dan Gambar 8 diketahui bahwa semakin jauh vane dari intake, maka perubahan arah aliran yang terjadi akan semakin besar dan sebaliknya. Dari berbagai konfigurasi, pada gambar tersebut terlihat bahwa pengaruh pemasangan vane terlihat hanya bersifat lokal, sehingga tidak terlalu mengganggu pola aliran eksisting pada ruas sungai.

4.2.3 Tinjauan terhadap volume sedimen yang masuk melalui intake

Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh konfigurasi pemasangan vane terhadap

jumlah sedimen yang terangkut oleh aliran menuju intake. Pengujian dilakukan dengan pertama-tama melakukan percobaan selama 1 jam dengan debit banjir kala ulang 1 tahun yaitu 263,17 m³ /s kemudian dilanjutkan dengan percobaan selama 1 jam dengan debit andalan rata-rata yaitu 65,53 m³ /s. Hal ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan jumlah sedimen yang masuk setelah perubahan elevasi dasar terjadi akibat penempatan seri vane dengan jumlah sedimen yang masuk pada seri 0. Hasil percobaan yang didapatkan dengan beberapa variasi penempatan seri vane dapat dilihat pada Gambar 10.

Dari ke delapan seri penempatan vane, seri 8 memberikan nilai perbandingan yang paling rendah di

Gambar 10. Grafik perbandingan sedimen yang masuk ke intake

Gambar 8. Perubahan arah aliran pada seri 1, 2, 3 dan 4 (kiri ke kanan)

Gambar 9. Perubahan arah aliran pada seri 5, 6, 7, dan 8 dengan Q dengan prototip 65,53 m³ /s (kiri ke kanan)

bandingkan seri lainnya yaitu 44% yang artinya pengurangan jumlah sedimen yang masuk ke dalam saluran intake sebesar 56% dari jumlah sedimen yang masuk ke dalam saluran intake sebelum ditempatkan vane.

5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

• 1. Pemodelan pemasangan vane pada lokasi di sekitar intake polder Alabio dengan berbagai konfigurasi menunjukkan pengaruh yang menguntungkan, yaitu dapat menurunkan elevasi dasar sungai di depan intake. Kondisi ini diharapkan dapat mengurangi sedimen yang masuk ke dalam intake. Namun demikian terdapat hal-hal yang berhubungan dengan posisi vane terhadap intake agar diperoleh manfaat yang signifikan.
• 2. Pada pengujian model ditemui bahwa pemasangan vane pada posisi lebih ke arah hulu dari intake terlihat kurang efektif, karena penurunan elevasi di depan intake tidak begitu signifikan. Pemasangan vane yang efektif terlihat pada seri pengujian dengan posisi as dari barisan vane sejajar dengan as dari intake. Jarak vane terhadap intake pada arah lateral menunjukkan bahwa semakin dekat ke intake maka penurunan dasar sungai semakin dalam. Sehingga pemasangan pada jarak yang dekat dengan intake akan lebih menguntungkan.
• 3. Penambahan baris vane, selama terdapat vane dengan posisi as barisan sejajar dengan as intake, adalah tidak signifikan dampaknya terhadap kedalaman gerusan atau penurunan elevasi di depan intake. Penambahan baris terlihat berpengaruh untuk mendapatkan dampak penurunan elevasi dasar ke arah hilir.
• 4. Pada pengujian terhadap jumlah sedimen yang terangkut ke dalam intake terlihat bahwa pada pemasangan vane pada posisi di hulu dari posisi intake dan pemasangan yang terlalu dekat dengan intake menyebabkan penambahan sedimen yang masuk ke intake. Sedangkan pada pemasangan baris vane dengan as sejajar as intake menunjukkan penurunan pada jumlah sedimen yang terangkut ke melalui intake.
• 5. Pengamatan pada model menunjukkan bahwa pengaruh keberadaan vane pada aliran adalah bersifat lokal tidak berpengaruh signifikan terhadap pola aliran keseluruhan dari sungai. Hal ini menunjukkan potensi pemanfaatan vane untuk penanganan dasar sungai secara lokal, tanpa mengganggu fungsi sungai untuk kepentingan lain, misal untuk lalu lintas di sungai.

5.2 Saran

Pada penelitian ini terdapat keterbatasan-keterbatasan dalam pengujian, sehingga masih terbuka untuk dilakukan penelitian lanjutan, antara lain jarak ideal dari vane ke intake, hubungan antara geometri sungai terhadap sudut pemasangan vane, jumlah baris ideal vane dan lain-lain.

Daftar Pustaka

• Ali A. A. M., Abdelhaleem F. S., 2010. Physical Modeling Investigation of Performance of Sediment Vanes at Intakes. Nile Basin Capacity Building Network (NBCBN-SEC). Hydraulics Research Institute, Cairo, Egypt.
• Azizipour M., Meymani F. A., Shoostari M. M., 2020, Enhancing scour protection in river bends: a novel slotted bank-attached vane, Water Science & Technology Water Supply 20(6).
• Barkdoll B. D., Ettema R., Odgaard A.J., 1999, Sediment Control at Lateral Diversions: Limits and Enhancements to Vane Use, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 125-8
• Beygipoor, Gh., Bajestan, M. S., Kaskuli, H.A., Nazari, S., 2013, The effects of submerged vane angle on sediment entry to an intake from a 90 degree converged bend, Advances in Environmental Biology, 7(9): 2283-2292
• Boniforti, M. A., Guercio, R., and Magini, R., 2015, Effects of submerged sheet pile vanes on mobile river beds, Journal of Zhejiang University-Science A (Applied Physics and Engineering), 16 (3), 182-193
• Odgaard A.J., Kenedy J.F., 1983, River-Bend Bank Protection by Submerged Vanes. Journal of Hydraulic Engineering, Volume 109 Issue 8
• Saravani F.O., Saneie M., Fazlola R., 2012, Impact of Spur Dikes and Submerged Vane on Diverted Discharge and Maximum Scour Depth at Mouth of Intake, ICSE 6 Sixth Conference on Scour and Erosion, Paris, pp. 1433-1439.
• Shahraki S., Mazloum R, Mahmoudian S., 2014, Effect of Submerged Vanes on Intake Ratio and Water Surface profile at 55° Diversion. www.scijour.com
• Sontek YSI, 2007, FlowTracker® Handheld ADV® Technical Manual
• Sruthi, T. K., Ranjith, K. B., Chandra, V, 2016, Control of Sediment Entry into an Intake Canal by Using Submerged Vanes, International Conference on Applied Physics and Engineering (ICAPE2016), pp: 030007-1 - 030007-8
• Zulfan J., Kumala Y. E., 2018, Efektivitas Krib Untuk Mengurangi Gerusan Di Tikungan Luar Sungai Bengawan Solo, Jurnal Teknik Hidraulik, Vol. 9 No. 2, Desember 2018: 115 - 126J

Uji Model Fisik Pengendalian Elevasi Dasar ...