analisa nilai sebaran oksigen terlarut pada...

ANALISA NILAI SEBARAN OKSIGEN TERLARUT PADA BANGUNAN PINTU

AIR DI SALURAN IRIGASI KEPANJEN DAN TUMPANG KABUPATEN

MALANG

Luftan Alses Ulil Azmi1, Very Dermawan

2, Suhardjono

2

1Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya

2Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

[email protected]

ABSTRAK

Adanya proses olakan air akan meningkatkan kandungan oksigen dalam air (Dissolved Oxygen) hal ini

dikarenakan adanya peningkatan kontak air dengan udara yang berakibat baik sehingga mendukung proses

mandiri aliran air memperbaiki kualitasnya. Lokasi penelitian ini terdapat di Kecamatan Kepanjen dan

Kecamatan Tumpang, Kabupaten Malangd. Dan dilakukan terhadap 5 bangunan pintu air yaitu: Pintu

Saluran Sekuder DI Molek, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri

DI Molek, Pintu Saluran Tersier DI Tumpang, dan Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang.

Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui perubahan nilai oksigen terlarut dalam aliran

akibat adanya pintu air, dan dapat memberikan gambaran tentang peningkatan kandungan oksigen terlarut

(Dissolved Oxygen) pada pintu air. Metode dalam penelitian ini menggunakan data primer berupa

pengukuran dilapangan yang nanti akan dikembangkan dengan program Hec-Ras 4.1 dan juga perhitungan

analitis Metode Streeter-Phelps.

Berdasarkan hasil perhitungan kesalahan relatif (KR) dari pemodelan menggunakan Hec-Ras 4.1

dengan data lapangan keseluruhan didapatkan nilai rerata KR Pintu Saluran Sekuder DI Molek sebesar

1,22%, nilai rerata KR Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek sebesar 1,22%, nilai rerata KR Pintu

Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek sebesar 1,77%, nilai rerata KR Pintu Saluran Tersier DI Tumpang

sebesar 1,13% dan nilai rerata KR Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang sebesar 1,93%. Sedangkan

hasil perhitungan kesalahan relatif (KR) menggunakan Metode Streeter-Phelps dengan data lapangan pada

bagian hulu secara keseluruhan didapatkan nilai rerata KR Pintu Saluran Sekuder DI Molek sebesar 0,02%,

nilai rerata KR Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek sebesar 0,02%, nilai rerata KR Pintu Bagi

Saluran Sekunder Kiri DI Molek sebesar 0,02%, nilai rerata KR Pintu Saluran Tersier DI Tumpang sebesar

0,036%, dan nilai rerata KR Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang sebesar 0,195%.

Kata Kunci: Bangunan hidrolik, pintu air, DO (Dissolved Oxygen), Hec-Ras 4.1, Metode Streeter-Phelps.

ABSTRACT

The presence of water turbulence process will increase the oxygen content in the water (Dissolved

Oxygen) this is because of the water contact with air which results and support the process independent the

water improve quality. The location of this research are in Subdistrict Kepanjen and Tumpang, District

Malang. And done on 5 sluicegates are: Secondary Channel Sluicegate IA Molek, Right Secondary Channel

Sluicegate IA Molek, Left Secondary Channel Sluicegate IA Molek, Tertiary Channel Sluicegate AI Tumpang,

and Tapping Secondary Channel Sluicegate IA Tumpang.

This done with purpose to know the value of the change oxygen dissolved in the flow of a consequence

of the sluicegate, and can give an idea of the increase in dissolved oxygen content (Dissolved Oxygen) on the

sluicegate. Methods in this research using primary data in the from of field measurement that will be

developed with program hec-ras 4.1 and calculation analytical streeter-phelps method.

Based on the results of the calculation of the relative error of the results of modeling using Hec-Ras 4.1

with the overall field data obtained average value KR Secondary Channel Sluicegate IA Molek at 1,22%, the

average value KR of Right Secondary Channel Sluicegate IA Molek is 1,22%, the average value KR of Left

Secondary Channel Sluicegate IA Molek is 1,22%, Tertiary Channel Sluicegate AI Tumpang KR average

value is 1,13%, and the average value KR Tapping Secondary Channel Sluicegate IA Tumpang is 1,93%.

While the results of the calculation of the relative error modeling results using Streeter-Phelps Methods with

field data on the upstream side as a whole obtained a mean value of KR Secondary Channel Sluicegate IA

Molek is 0.02%, the average value of KR Right Secondary Channel Sluicegate IA Molek is 0,02%, the

average value of KR Left Secondary Channel Sluicegate IA Molek is 0,02%, the average value of KR Tertiary

Channel Sluicegate AI Tumpang is 0,036%, and the average value KR Tapping Secondary Channel

Sluicegate IA Tumpang is 0,195%.

Keywords: Hydraulic building, sluicegate, DO (Dissolved Oxygen), Hec-Ras 4.1, Streeter-Phelps Method.

mailto:[email protected]

1. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Prasarana bangunan hidrolik telah

banyak dibuat dan dikembangkan untuk

membantu mengatasi masalah yang diha-

dapi oleh manusia. Bangunan-bangunan

hidrolik tersebut antara lain bendungan,

waduk, bendung, terjunan, pintu air, ba-

ngunan bagi, bangunan sadap, dan

bangunan pelengkap lainnya yang di-

gunakan sebagai sarana irigasi.

Bangunan-bangunan hidrolik juga

mempunyai dampak pada jumlah oksigen

telarut dalam aliran pada suatu sistem

irigasi, walaupun kontak antara air dan

struktur bangunan terjadi dalam waktu

singkat. Seperti halnya pada saluran

saluran luncur (chuteway), pada daerah

chuteway ini aliran mempunyai kece-

patan yang tinggi dan aliran bersentuhan

langsung dengan atmosfir. Pada proses

ini, udara dapat masuk dari atmosfir ke

dalam aliran dan bercampur dengan

aliran tersebut. Selain itu, pengudaraan

alamiah pada struktur hidraulik penting

untuk perbaikan kandungan oksigen pada

sungai, waduk, dan aliran lain yang

menggunakan struktur hidraulik.

B. Identifikasi Masalah

Pada suatu bangunan hidrolik di

dalam Daerah Irigasi sering kali tidak

mempertimbangkan tentang oksigen

terlarut (Dissolved Oxygen) yang sangat

mempengaruhi kualitas air dan ekosistem

di dalam air. Bangunan hidrolik berupa

pintu air yang ada di daerah irigasi di-

harapkan dapat mengurangi kadar pen-

cemaran air yang terjadi. Dengan adanya

proses limpasan dan loncatan hidrolik

pada bangunan pintu air dapat mening-

katkan kandungan oksigen dalam air

(oksigen terlarut) dikarenakan mening-

katnya kontak air dengan udara.

Berdasarkan permasalahan di atas,

maka perlu adanya penelitian tentang

kandungan oksigen (oksigen terlarut) di

lapangan. Hasil analisis diharapkan dapat

memberikan gambaran tentang pening-

katan kandungan oksigen dalam air guna

mengatahui seberapa besar bangunan

hidrolik mampu mempengaruhi kualitas

air di daerah irigasi.

C. Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari studi ini adalah

Mengetahui nilai kadar oksigen terlarut

dalam aliran berdasarkan pengukuran

langsung di lapangan, program Hec-Ras

4.1, dan pehitungan analitis dengan

menggunakan Metode Streeter-Phelps.

Manfaat dari studi ini diarahkan

untuk mengetahui sebaran DO (Dissolved

Oxygen) dalam aliran akibat adanya

bangunan-bangunan hidrolik, sehingga

dapat memberikan gambaran tentang

peningkatan kandungan oksigen terlarut

(Dissolved Oxygen).

2. STUDI PUSTAKA

A. Aerasi Alami Dalam Aliran

Aerasi adalah pengaliran udara ke

dalam air untuk meningkatkan kandungan

oksigen dengan memancarkan air atau

melewatkan gelembung udara ke dalam

air sehingga oksigen terlarut di dalam air

semakin tinggi. Prinsip aerasi pada dasar-

nya mencampurkan air dengan udara atau

bahan lain sehingga air yang beroksigen

rendah kontak dengan oksigen atau udara.

Manfaat yang didapat dari proses ini

yaitu menghilangkan rasa serta bau tidak

enak, menghilangkan gas-gas yang tidak

dibutuhkan (CO2, methane, hydrogen

sulfide), meningkatkan derajat keasaman

air, serta menambah gas-gas yang di-

perlukan ataupun untuk mendinginkan

air.

B. Oksigen Terlarut

Oksigen terlarut dapat berasal dari

proses fotosintesis tanaman air, yang

jumlahnya tidak tetap tergantung dari

jumlah tanamannya dan dari atmosfer

(udara) yang masuk kedalam air dengan

kecepatan terbatas.

Konsentrasi oksigen terlarut dalam

keadaan jenuh bervariasi tergantung dari

suhu dan tekanan atmosfer. Pada suhu

20oC dengan tekanan 1 atmosfer, kon-

sentrasi oksigen terlarut dalam keadaan

jenuh adalah 9,2 ppm, sedangkan pada

suhu 50oC dengan tekanan atmosfer yang

sama tingkat kejenuhannya hanya 5,6

ppm.

Tabel 2.1. Hubungan Konsentrasi

Oksigen Terlarut Dengan Suhu

Pada Tekanan 1 Atmosfir

Suhu

(0C)

Konsentrasi

O2 terlarut

Maksimum

(ppm)

Suhu

(0C)

Konsentrasi

O2 terlarut

Maksimum

(ppm)

0 14,6 30 7,6

10 11,3 32 7,4

12 10,8 34 7,2

14 10,4 36 7,0

16 10,0 38 6,8

18 9,5 40 6,6

20 9,2 42 6,4

22 8,8 44 6,2

24 8,5 46 6,0

26 8,2 48 5,8

28 7,9 50 5,6

Sumber: Fardiaz (1992:33)

C. Pemasukan Udara dan Konsentrasi

Udara Dalam Aliran

Besarnya konsentrasi udara dalam

aliran atau areasi alamiah alirah telah

diteliti oleh beberapa ahli dengan mema-

sukkan variabel yang mempengaruhinya,

antara lain faktor kemiringan, faktor

debit, faktor kekasaran, dan bilangan

Froude. Penyelidikan lapangan dan labo-

ratorium menetapkan pemasukan udara

pada kemiringan curam, pertama terjadi

pada titik tempat tebal lapisan batas sama

dengan kedalaman aliran di titik tersebut

(Raju, 1986:250).

Gambar 2.1. Daerah Aliran Yang

Berbeda Pada Pelimpah Sumber: Raju (1986: 249)

Masuknya udara ke dalam aliran

yang diawali dari titik C, menyebabkan

kedalaman air di hilir titik tersebut akan

bertambah. Gangadharaiah, dkk. (1970)

merumuskan besarnya konsentrasi udara

dalam aliran dipengaruhi oleh variabel

kekasaran dasar dan bilangan Froude

(Raju, 1986:250):

3/2

c

3/2

c

a1,35nF1

1,35nFC

Dengan:

Ca = konsentrasi udara teoritis

rata-rata

n = koefisien kekasaran pelimpah

Fc = bilangan Froude di

penampang C

Gambar 2.2. Contoh Kejadian Aerasi

Alamiah Pada Bangunan

Hidrolik Sumber: Gulliver dan Rindels (1993:328)

D. Hec-Ras 4.1

Hec-Ras 4.1 merupakan program

aplikasi untuk memodelkan aliran di

sungai, River Analysis System (RAS)

yang dikeluarkan oleh U.S. Army Corps

of Engineers (USACE). Program Hec-

Ras 4.1 sendiri dikembangkan oleh The

Hydrologic Engineer Centre (HEC), yang

H

Aliran sepenuhnya

h

U1 Aliran sebagian

Letak titik

X

C

Tepi lapisan

merupakan bagian dari oleh U.S. Army

Corps of Engineers. Software ini

memiliki keampuan penggunaan: per-

hitungan jenis aliran steady flow dan

unsteady flow satu dimensi, sediment

transport, dan analisa kualitas air (water

quality).

E. Analisa Kualitas Air Hec-Ras 4.1

Ada tiga menu utama untuk men-

jalankan proses analisis kualitas air yaitu:

data masukan kualitas air (Water Quality

data Window), analisa kualitas air

(Running Water Quality), dan hasil

kualitas air. Untuk menjalankan analisa

kualitas air pada Hec-Ras 4.1 dilakukan

dengan tahapan sebagai berikut:

Memasukan Data Kualitas Air (Water

Quality Data Entry)

Unsur Pokok Kualitas Air (Water

Quality Constituents)

Memasukan Data Kondisi Batas

Memasukan Kondisi Awal (Entering

Initial Conditions)

Memasukan Dispersi Koefisien

(Entering Dispersion Coefficients)

Memasukan Data Meteorologi

(Entering Meteorological Data)

Parameter Nutrien (Nutrient

Parameters)

Data Yang Diamati (Entering

Observed Data)

Analisis Kualitas Air (Water Quality

Analysis)

F. Metode Streeter-phelps

Penerapan model matematika

Steeter-Phelps. Mengacu Keputusan

Menteri Negara Lingkungan Hidup No-

mor 110 tahun 2003, salah satu metode

yang dapat digunakan untuk mengetahui

nilai defisit oksigen serta menggambar-

kan pola sebaran konsentrasi oksigen te-

rlarut di perairan adalah model Streeter-

Phelps.

Bentuk persamaan model Streeter-

Phelps dapat dilihat sebagai berikut:

(Davis dan Cornwell, 1991).

Dengan:

D = defisit oksigen pada badan air

setelah digunakan untuk peng-

uraian bahan organik (mg/l)

La = konsentrasi BOD pada badan

air (mg/l)

kd = konstanta laju penguraian ba-

han organik oleh mikroorga-

nisme (l/hari)

Da = defisit oksigen pada badan air

(mg/l)

kr = konstanta laju reaerasi pada

badan air (l/hari)

x = jarak titik pengamatan terha-

dap titik sebelumnya (km)

v = kecepatan pengaliran air

(m/hari)

Nilai Kr dapat diperkirakan dengan

metode yang dianjurkan oleh O’Connor

dan Dobbins (1958) dalam Davis dan

Cornwell (1991).

Dengan V adalah kecepatan rata-rata

aliran air di saluran (m/dt) dan R adalah

kedalama rata-rata saluran (m). Untuk

suhu air yang berbeda digunakan

hubungan yang ditemukan oleh Chuchill:

Sedangkan nilai Kd perkiraan dengan

metode sebagai berikut:

Dengan H merupakan kedalaman air

di dalam saluran (m). Kemudian untuk

suhu air yang berbeda digunakan rumus

yang ditemukan oleh Churcill dalam

Davis dan Cornwell (1991) sebagai

berikut:

G. Kesalahan Relatif

Kesalahn relatif adalah suatu tingkat

kesalahan pada suatu pengujian yang

berulang, dimana hasil pengujian pada

tiap nomor pengujian tidak mungkin

selalu berada pada garis lurus atau nilai

tetap. Pasti ada suatu penyimpangan hasil

pengujian atau standar deviasi. Kesalah-

an relatif didapat dari pembagian antara

standar deviasi dengan nilai rata-rata.

Karena kesalah biasanya dinyatakan

dalam persen (%), maka hasil pembagian

tersebut dikalikan dengan 100%.

Kesalahan Relatif (KR)

Dengan:

KR = kesalahan relatif

S = simpangan baku (Standard

Deviation) untuk sampel

x = nilai rata-rata hitung dalam

sampel

H. Uji Nash-Sutcliffe

Nash-Sutcliffe (1970) dalam Yopi

Ilhamsyah (2012) menyatakan, kalibrasi

dan pengujian model bertujuan agar out-

put model hasilnya mendekati dengan ou-

tput dari daerah aliran sungai (DAS) yang

diuji. Hal ini dilakukan dengan cara

membandingkan antara hasil prediksi

dengan hasil observasi dengan menggu-

nakan kriteria statistik. Metode statistik

yang digunakan adalah dengan menghi-

tung efisiensi Nash-Sutcliffe (ENS). Per-

samaan untuk ENS terdapat pada

persamaan berikut:

Dengan:

= koefisien Nash-sutcliffe

= nilai simulasi model

(nilai pemodelan)

= nilai observasi (nilai

hasil pengukuran)

= rata-rata nilai observasi

(nilai hasil pengukuran)

n = jumlah data

Hasil simulasi dikatakan baik jika

, memuaskan jika

, kurang baik jika nilai ..

3. METODOLOGI PENELITIAN

A. Deskripsi Daerah Studi

Lokasi penelitian dilaksanakan pada

dua kecamatan berbeda di daerah Kabu-

paten Malang, yaitu Kecamatan Kepanjen

dan Kecamatan Tumpang. Penelitian ini

dilakukan terhadap 5 bangunan pintu air

yaitu: Pintu Saluran Sekuder DI Molek,

Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI

Molek, Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri

DI Molek, Pintu Saluran Tersier DI

Tumpang, dan Pintu Sadap Saluran

Sekunder DI Tumpang.

Tabel 3.1. Koordinat Lokasi Penelitian

www.earth.google.com diakses pada tanggal

9 September 2015

B. Lingkup Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk me-

ngetahui pengaruh penempatan kadar DO

(Dissolved Oxygen) dan parameter kuali-

tas air yang lainnya. Sehingga dapat

memberikan informasi dan masukan da-

lam perencanaan bangunan hidrolik da-

lam hubungan perbaikan kualitas air.

C. Data-Data Yang Digunakan

Data Kualitas Air

Data kualitas air ini mengenai kan-

dungan yang terdapat dalam air dan di-

peroleh dari pengambilan sampel serta

pengukuran langsung di lapangan. Dan

digunakan untuk analisa kualitas air.

Data Pengukuran Penampang Meman-

jang dan Melintang

Data penampang memanjang dan

melintang digunakan untuk analisa pe-

ngaliran dan kualitas air dengan meng-

gunakan paket program Hec-Ras 4.1.

D. Langkah – Langkah Penyelesaian

Penelitan

Mengelompokkan data primer kualitas

air pada bangunan pintu air yang telah

ditentukan, parameter kualitas air yang

digunakan adalah DO, BOD, NO2,

NO3, dan Suhu.

Melakukan pengukuran penampang

saluran dan kedalaman aliran pada

bangunan hidrolik yang telah diten-

tukan dilapangan.

No Nama Pintu Koordinat Lokasi

8°8'11,10" LS

112°34'33,77" BT

8°8'11,10" LS

112°34'33,77" BT

8°8'11,10" LS

112°34'33,77" BT

8°0'11,99" LS

112°45'23,60" BT

7°59'47,26" LS

112°45'19,65" BT

Pintu Saluran Tersier DI Tumpang4

Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang 5

Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek1

Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek2

Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek3

http://www.earth.google.com/

Mengumpulkan data sekunder kualitas

air (Algae, Organic Nitrogen, Organic

Phosphorus, Orhophosphate, dan

Ammonium Nitrogen) yang digunakan

dalan input pemodelan Hec-Ras 4.1.

Mencari data klimatologi di dinas

BMKG untuk wilayah Kabupaten

Malang.

Data yang telah terkumpul akan di-

analisis sesuai dengan input progam

Hec-Ras 4.1, yaitu:

a) Data debit dan kualitas air setiap

bangunan pintu air untuk acuan da-

lam menentukan ketepatan model.

b) Data Klimatologi digunakan untuk

mengetahui kondisi iklim di setiap

bangunan pintu air yang telah di-

tentukan, yang mungkin akan ber-

pengaruh pada koefisien reaksi

dalam air.

c) Data profil memanjang dan me-

lintang banguan pintu air digunakan

untuk menentukan segmen yang

dikelompokan dalam beberapa

reach.

Pengoperasian model kualitas air

dengan Hec-Ras 4.1.

a) Entry data: data yang telah ter-

kumpul sesuai input data pada Hec-

Ras 4.1 (data debit, data cross

section, data long section, dan data

kualitas air).

b) Running profil aliran dan kualias

air dengan progam Hec-Ras 4.1.

c) Menganalisis hasil running kualitas

air untuk kadar oksigen terlarut

(DO) pada setiap bangunan yang

diteliti.

d) Mengitung nilai penyimpangan

hasil pemodelan Hec-Ras 4.1 deng-

an data pengukuran di lapangan.

Melakukan perhitungan analitis kadar

oksigen terlarut (DO) dengan menggu-

nakan Metode Streeter-Phelps untuk

mendapatkan kadar oksigen terlarut

(DO) model berdasarkan perhitungan

analitis.

Menghitung besar nilai penyimpangan

atau kesalahan relatif (KR) pemodelan

Hec-Ras 4.1 dengan data pengukuran

dilapangan dan menghitung kesalahan

relatif (KR) kadar oksigen terlarut

(DO) model perhitungan analitis Me-

tode Streeter-Phelps dengan data pe-

ngukuran di lapangan.

Memberikan pembahasan dari hasil

perhitungan dan analisa.

Selesai.

Gambar 3.3. Diagram Alir Pengerjaan

Penelitian

4. ANALISA DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengukuran Lapangan

Hasil pengukuran kedalaman air,

kecepatan aliran, suhu, dan DO dicatat

dan kemudian dirata-rata untuk setiap

section yang diukur. Pengambilan sampel

air untuk menguji BOD, NO2, NO3

dianalisa di laboratorium Air dan Tanah

Jurusan Pengairan Fakultas Teknik

Universitas Brawijaya. Berikut adalah

hasil rata-rata DO untuk hulu dan hilir:

Mulai

Studi Literatur

Bangunan Hidrolik

Terpilih Berupa

Pintu Air

Pengukuran Profil

Bangunan dan Hidrolika

Aliran

Pengukuran DO atau Kadar

Oksigen Terlarut Dalam

Aliran (Dissolved Oxygen)

Pengambilan Sampel Air

(BOD, COD, NO2, dan

NO3)

Data Sekunder

input Hec-Ras

4.1.0 untuk

kualitas air

Data

Klimatologi

Input Data ke dalam Hec-Ras

4.1.0

Running Kualitas Air

dengan Hec-Ras 4.1.0

Analisis hasil running Kualitas Air dengan

Hec-Ras 4.1.0 pada setiap bangunan yang

diteliti

Verifikasi dan perhitungan penyimpangan (KR)

hasil running Hec-Ras 4.1.0 dengan data di lapangan

Apakah mendekati

hasil pengukuran data

primer di lapangan?

Hasil analisa dan pembahasan

YA

Kesimpulan dan saran

Selesai

….. Rumusan masalah 2


….. Rumusan masalah 4 dan 5


TIDAK

Survey Saluran Irigasi

Teknis Dan Non Teknis

Perhitungan Analitis DO

(Dissolved Oxygen) Metode

Streeter-Phelps

Tabel 4.1. Hasil DO pengukuran

lapangan

No Nama DO (mg/l)

Hulu Hilir

1 Pintu Bagi Saluran

Sekunder DI Molek 6,272 6,936


Sekunder Kanan DI Molek 6,272 6,727


Sekunder Kiri DI Molek 6,272 7,401

4 Pintu Saluran Tersier DI

Tumpang 8,080 7,370

5 Pintu Sadap Saluran

Sekunder DI Tumpang 9,108 8,483

Sumber: Hasil Perhitungan dan pengukuran

Hasil pengukuran dan pengamatan

per section untuk parameter DO (Dis-

solved Oxygen) terjadi fluktuasi, ada yang

mengalami kenaikan dan penurunan Ber-

dasarkan hasil rekapitulasi pengukuran

lapangan terjadi kenaikan DO pada Pintu

Bagi Saluran Sekunder DI Molek, Pintu

Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek,

dan Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI

Molek. Sedangkan pada lokasi Pintu

Saluran Tersier DI Tumpang dan Pintu

Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang

terjadi penurunan DO.

B. Hasil Pemodelan Hec-Ras 4.1.

Pada penelitian ini semua pintu air

yang diteliti akan dilakukan running

water quality dengan progam Hec-Ras

4.1. untuk mengetahui dan membanding-

kan hasil DO (Dissolved Oxygen) antara

pengukuran lapangan dengan modeling

Hec-Ras 4.1. Selanjutnya dihitung juga

kesalahan relatif (KR) dari data hasil

pengukuran di lapangan dengan hasil pe-

modelan program Hec-Ras 4.1. guna

mengetahui berapa besar penyimpangan-

nya. Contoh perhitungan kesalahan relatif

(KR) pada section 1 Pintu Bagi Saluran

Sekunder DI Molek DO lapangan 6,559

mg/l dan DO pemodelan Hec-Ras 4.1.

sebesar 6,417 mg/l:

KR = |( )

|

= |( )

|

= 2,16%

Secara keseluruhan rata-rata KR

pada Pintu Bagi Saluran Sekunder DI

Molek sebesar 1,215%, Pintu Bagi

Saluran Sekunder Kanan DI Molek sebe-

sar 2,315%, Pintu Bagi Saluran Sekunder

Kiri DI Molek sebesar 1,77%, Pintu

Saluran Tersier DI Tumpang sebesar

1,129%, dan Pintu Sadap Saluran Sekun-

der DI Tumpang 1,926%.

Tabel 4.2. Hasil DO pemodelan Hec-Ras

4.1.

No Nama DO (mg/l)

Hulu Hilir


Sekunder DI Molek 6.221 6.853


Sekunder Kanan DI Molek 6.221 6.728


Sekunder Kiri DI Molek 6.221 7.354


Tumpang 8.043 7.412


Sekunder DI Tumpang 9.226 8.515


Seperti halnya dengan pengukuran

lapangan hasil pemodelan menggunakan

program Hec-Ras 4.1. terjadi fluktuasi

DO (Dissolved Oxygen). Hasil rekapitula-

si modeling progam Hec-Ras 4.1. terjadi

kenaikan DO pada Pintu Bagi Saluran

Sekunder DI Molek, Pintu Bagi Saluran

Sekunder Kanan DI Molek, dan Pintu

Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek.

Sedangkan pada lokasi Pintu Saluran

Tersier DI Tumpang dan Pintu Sadap

Saluran Sekunder DI Tumpang terjadi pe-

nurunan DO.

C. Pemasukan Udara dan Konsentrasi

Udara Dalam Aliran

Berdasarkan Gangadharaiah, dkk

(1970) dalam Raju (1968) merumuskan

besarnya konsentrasi udara dalam aliran

akibat adanya faktor kedalaman, kecepat-

an, bilangan Froude serta kekasaran

saluran mempengaruhi nilai konsentrasi

udara pada bangunan pintu air yang

diteliti. Nilai konsentrasi udara dalam

aliran rata-rata pada Pintu Bagi Saluran

Sekunder DI Molek sebesar 0,00281,

Pintu Bagi Salu-ran Sekunder Kanan DI

Molek sebesar 0,002214, Pintu Bagi

Saluran Sekunder Kiri DI Molek sebesar

0,002489, Pintu Saluran Tersier DI

Tumpang sebesar 0,001694, dan pada

Pintu Sadap Saluran Sekunder DI

Tumpang 0,001617.

D. Perhitungan Analitis Metode

Streeter-phelps

Perhitungan analitis menggunakan

Metode Streeter-Phelps faktor hidrolika

yang mempengaruhi terhadap kadar

oksigen terlarut adalah jarak, kedalaman,

dan kecepatan pada setiap section.

Perhitungan Metode Streeter-Phelps ini

digunakan hanya pada hulu pintu air saja.

Hasil perhitungan Metode Streeter-

Phelps kadar DO menunjukkan adanya

fluktuasi dengan penurunan dan pening-

katan kadar DO pada setiap section.

Contoh perhitungan Metode Streeter-

phelps pada Pintu Bagi Saluran Sekunder

DI Molek section 1:

1. Didapat rata-rata kecepatan dan rata-

rata kedalaman di hulu pintu adalah v

= 0,62 m/s dan R = 0,618 m. Dihitung

nilai ( ) dengan persamaan:

( )

=

= 6,375

Suhu air section 1 sebesar 26,47 °C: ( ) ( )

( )

= ( )

= 7,432

2. Menghitung nilai ( ) dengan

kedalaman pada section 1 adalah 0,62

m:

( ) (

)

= 0,91

( ) ( ) ( )

= ( )

=1,233

3. DO saturasi pada suhu 26,47 °C untuk

section 1 pada Pintu Bagi Saluran

Sekunder DI Molek adalah 8,044 °C.

4. Menghitung Da nilai defisit badan air

dengan cara nilai hasil pengurangan

DO saturasi dikurangi DO lapangan:

Da = 8,044 – 6,559

= 1,485 mg/l

5. Menghitung nilai (D) defisit oksigen

pada saluran terhadap waktu setelah

digunakan untuk penguraian bahan

organik atau pencampuran:

(

) (

)

=

(

)

(

)

= 1,489

6. Menghitung DO Model dengan cara

DO Saturasi dikurangi dengan D: DO Model = 8,044 – 1,489

= 6,556 mg/l

Berikut adalah hasil keseluruhan

rata-rata DO di hulu berdasarkan Metode

Streeter-phelps:

Tabel 4.3. Keseluruhan rata-rata DO di

Hulu Metode Streeter-phelps

No Nama

DO Streeter

Phelps (mg/l)

Hulu


Sekunder DI Molek 6.271


Sekunder Kanan DI Molek 6.271


Sekunder Kiri DI Molek 6.271


Tumpang 8.077


Sekunder DI Tumpang 9.091


Untuk setiap section pintu air dihi-

tung kesalahan relatif antara perhitu-ngan

pemodelan Metode Streeter-phelps deng-

an data pengukuran lapangan pada bagian

hulu pintu. Setiap lokasi studi kemudian

dihitung rata-rata kesalahan relatif secara

keseluruhan, sehingga didapat nilai KR


Molek sebesar 0,02%, pada Pintu Bagi

Saluran Sekunder Kanan DI Molek sebe-

sar 0,02%, pada Pintu Bagi Saluran Se-

kunder Kiri DI Molek sebesar 0,02%,

pada Pintu Saluran Tersier DI Tumpang

sebesar 0,036%, dan pada Pintu Sadap

Saluran Sekunder DI Tumpang 0,195%.

Berikut adalah rekapitulasi keseluruhan

lokasi penelitian:

Tabel 4.4. Rekapitulasi Keseluruhan Lokasi Penelitian Hasil Lapangan dan Pemodelan

No Lokasi

DO

Lapangan

(mg/l)

DO Hec-Ras

(mg/l)

DO Streeter-

Phels (mg/l)

Hulu Hilir Hulu Hilir Hulu

1 Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek 6.272 6.936 6.221 6.853 6.271

2 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek 6.272 6.727 6.221 6.728 6.271

3 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek 6.272 7.401 6.221 7.354 6.271

4 Pintu Saluran Tersier DI Tumpang 8.080 7.370 8.043 7.412 8.077

5 Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang 9.108 8.483 9.226 8.515 9.091

Sumber: Hasil Perhitungan

Tabel 4.5. Nilai Kesalahan Relatif (KR) Keseluruhan pada Setiap Lokasi Studi

No Lokasi

Nilai Rerata KR (%)

Hulu dan Hilir

Lapangan

dengan Hec-Ras

Hulu Lapangan

dengan

Streeter-Phelps

1 Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek 1.215 0.02

2 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek 2.315 0.02

3 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek 1.77 0.02

4 Pintu Saluran Tersier DI Tumpang 1.129 0.036

5 Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang 1.926 0.195

Nilai KR (%) Keseluruhan Lokasi 1.671 0.0582


E. Uji Nash-Sutcliffe

Pada hasil pemodelan ini dilakukan

verifikasi dengan membandingkan antara

hasil pemodelan menggunakan Hec-Ras

4.1. dengan nilai hasil pengukuran di

lapangan. Maka dari itu akan digunakan

Metode Nash-Sutcliffe. Hasil simulasi

dikatakan baik jika , memuas-

kan jika , kurang baik

jika nilai (Nash-Sutcliffe, 1970

dalam Yopi Ilhamsyah, 2012). Berikut

adalah contoh perhitungan koefisien

Nash-Sutcliffe untuk lokasi penelitian


Molek:

∑ ( )

∑ ( )

Jadi nilai koefisien Nash-sutcliffe

adalah 99,893 dan hasil persamaan model

dikatakan baik.

Tabel 4.6. Uji Nash-sutcliffe pada Pintu

Bagi Saluran Sekunder DI

Molek dan rekapitulasi setiap

lokasi studi

DO Lapangan DO Pemodelan

(mg/l) (mg/l)

1 6.559 6.417 0.02013 0.07710

2 6.274 6.189 0.00730 0.25571

3 6.103 6.127 0.00056 0.32226

4 6.151 6.151 0.00000 0.29558

5 6.761 6.456 0.09329 0.05697

6 6.840 6.801 0.00152 0.01130

7 6.891 6.866 0.00063 0.02935

8 6.937 6.914 0.00051 0.04810

9 6.864 6.901 0.00134 0.04257

10 6.940 6.902 0.00144 0.04298

11 7.320 7.130 0.03610 0.18951

ENS

6.695

99.881

Section

0.162826 1.371437

( ) ( )


Berdasarkan hasil rekapitulasi nilai

koefisien Nash-Sutcliffe pada setiap

lokasi penelitian menunjukkan bahwa

hasil Uji Metode Nash-Sutcliffe untuk

hasil pemodelan menggunakan Hec-Ras

4.1. dapat dikatakan baik dikarenakan

.

5. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pembahasan dan

analisa yang telah dijelaskan dapat

diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Dari hasil pengukuran langsung kadar

oksigen terlarut atau DO (Dissolved

Oxygen) di lapangan didapat hasil

yang fluktuasi dengan kenaikan dan

penurunan kadar DO. Secara keseluru-

han rata-rata kadar DO pengukuran di

lapangan Pintu Bagi Saluran Sekunder

DI Molek mengala-mi peneningkatan

sebesar 10,59%, kadar DO rata-rata

Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan

DI Molek mengalami peningkatan


Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI

Molek mengalami peningkatan sebesar

18%, kadar DO Pintu Saluran Tersier

DI Tumpang mengalami penurunan

sebesar 8,78%, dan kadar DO Pintu

Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang

mengalami penurunan sebesar 6,87%.

2. Dapat dikatakan bahwa progam Hec-

Ras 4.1 juga dapat digunakan untuk

menganalisis kualitas air khususnya

nilai kadar DO (Dissolved Oxygen)

karena hasil running progam Hec-Ras

4.1 cukup mendekati hasil pengukuran

lapangan dan juga dapat digunakan

untuk memprediksi sebaran DO

(Dissolved Oxygen). Secara keseluru-

han rata-rata kadar DO pengukuran di

lapangan Pintu Bagi Saluran Sekunder

DI Molek mengalami peneningkatan


Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan

DI Molek mengalami peningkatan


Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI

Molek mengalami peningkatan sebesar

18,22%, kadar DO Pintu Saluran

Tersier DI Tumpang mengalami

penurunan sebesar 7,85%, dan kadar

DO Pintu Sadap Saluran Sekunder DI

Tumpang mengalami penurunan

sebesar 7,7%.

3. Nilai perbedaan atau kesalahan relatif

(KR) untuk hasil pengukuran lapangan

secara langsung dengan hasil analisa

Hec-Ras 4.1 tidak terlalu besar. Pada

hasil pemodelan ini juga dilakukan

verifikasi dengan membandingkan

antara hasil pemodelan menggunakan

Hec-Ras 4.1. dengan nilai hasil pengu-

kuran di lapangan. Maka dari itu

digunakan Metode Nash-Sutcliffe,

berdasarkan hasil rekapitulasi nilai

koefisien Nash-Sutcliffe menunjukan

bahwa rata–rata ENS keseluruhan

lokasi penelitian sebesar 99,721%

sehingga Uji Nash-Sutcliffe untuk

hasil pemodelan Hec-Ras 4.1 dapat

dikatakan baik dikarenakan . 4. Untuk kesesuaian pengukuran lapang-

an dengan modeling Hec-Ras 4.1 dan

juga perhitungan analitis Streeter-

Phelps dapat dikatakan baik, karena

nilai kesalahan relatif (KR) pada setiap

metode yang digunakan cukup kecil.

Hal ini dapat disimpulkan bahwa

pemodelan kadar DO (Dissolved Oxy-

gen) menggunakan Hec-Ras 4.1 dan

Metode Streeter-Phelps, dapat diguna-

kan untuk menganalisa nilai kadar DO

(Dissolved Oxygen) pada kelima loka-

si penelitian tersebut. 5. Adanya perbedaan perubahan kadar

DO (Dissolved Oxygen) yang terjadi

pada setiap bangunan pintu air yang

diteliti karena setiap pintu air memiliki

pola/tren perubahan kualitas air dan

profil penampang yang berbeda pula

pada hulu pintu maupun hilir pintu.

Dan beberapa faktor lain seperti lebar

penampang, panjang penampang, ke-

dalam muka air, klimatologi, dan da-

1 Pintu Bagi Saluran Sekunder DI Molek 99.881

2 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kanan DI Molek 99.608

3 Pintu Bagi Saluran Sekunder Kiri DI Molek 99.794

4 Pada Pintu Saluran Tersier DI Tumpang 99.813

5 Pada Pintu Sadap Saluran Sekunder DI Tumpang 99.511

No. Nama Bangunan Nilai

pat mempengaruhi hasil analisa kadar

DO (Dissolved Oxygen) baik itu pe-

ngukuran lapangan secara langsung

maupun mengunakan pemodelan Hec-

Ras 4.1 dan analisa dengan mengunak-

an Metode Streeter-Phelps.

B. Saran

1. Perlu dilakukan penelitian selanjutnya

mengenai perubahan kadar DO

(Dissolved Oxygen) akibat adanya ba-

ngunan hidrolik selain bangunan pintu

air.

2. Untuk mendapatkan hasil pemodelan

yang baik dan akurat, hendaknya data-

data yang diperlukan dalam pemode-

lan harus lengkap dan akurat. Pada

program Hec-Ras 4.1 ini data yang

dibutuhkan antara lain data hidrolika

penampang aliran, data kualitas air,

data klimatologi.

3. Untuk penelitian selanjutnya diharap-

kan pengukuran sampel seharusnya

dilakukan tidak hanya sekali penguku-

ran, sebaiknya dilakukan dengan cara

time series pada setiap lokasi peneliti-

an dan juga ketersedian alat waktu

pengukuran pada pengambilan data di

lapangan, sehingga hasil pengukuran

dan analisa memberikan hasil fluktuasi

kadar DO yang lebih akurat.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2010. User’s Manual HEC-RAS

4.1. California: U.S. Army Corps of

Engineers.

Chanson, H. (1993-a). Self-aerated Flows

on Chutes and Spillways. Journal of

Hydraulic Engineering 119, 220-243.

Chanson, H. (1993-b). Stepped Spillway

Flows and Air Entrainment.

Canadian Journal of Civil

Engineering Vol. 20, No.3, 422-435.

Davis, Mackenzie L and David A.

Cornwell. 1991. Introduction to

environmental engineering. USA:

Station, Auburn Univercity, Alabama.

Fardiaz. 1992. Polusi Air dan Udara.

Yogyakarta: Kanisius.

Gulliver, J. S. & Rindels, A. J. 1993.

Measurement of Air-Water Oxygen

Transfer at Hydraulic Structures,

Journal of Hydraulic Engineering

119, 327-349.

Ilmansyah, Yopi. 2012. Analisa dampak

ENSO terhadap debit aliran DAS

Cisangkuy Jawa Barat menggunakan

model Rainfall-Runoff. Jurnal Depik,

1(3): 165-174 ISSN 2089-7790.

Raju, K.G.R. 1986. Aliran Melalui

Saluran Terbuka, terjemahan Yan

Piter Pangaribuan. Jakarta: Erlangga.

Salmin, 2005. Oksigen Terlarut (DO) dan

Kebutuhan Oksigen Biologi (BOD)

sebagai Salah Satu Indikator untuk

Menentukan Kualitas Perairan.

Oseana. Vol. XXX, Nomor 3. Hal

21-26.

analisa nilai sebaran oksigen terlarut pada...

Documents