hidrolika saluran terbuka

PAPER HIDROLIKA

Analisa Efisiensi Penggunaan Sistem Saluran Terbuka untuk Saluran Irigasi Pertanian Berdasarkan Bentuknya

 
 

 

 

SARTIKA

05091006006

 

JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

INDRALAYA

2010

PENDAHULUAN

 

1.              Latar Belakang

 

Irigasi merupakan upaya yang dilakukan manusia untuk mengairi lahan pertaniannya. Dalam dunia modern saat ini sudah banyak model irigasi yang dapat dilakukan manusia. Pada zaman dahulu jika persediaan air melimpah karena tempat yang dekat dengan sungai atau sumber mata air, maka irigasi dilakukan dengan mangalirkan air tersebut ke lahan pertanian. Namun demikian irigasi juga biasa dilakukan dengan membawa air dengan menggunakan wadah kemudian menuangkan pada tanaman satu-persatu. Untuk irigasi dengan model seperti ini di Indonesia biasa disebut menyiram. Sebagaimana telah diungkapkan, dalam dunia modern ini sudah banyak cara yang dapat dilakukan untuk melakukan irigasi dan ini sudah berlangsung sejak Mesir Kuno.(Wikipedia)

Saluran irigasi dapat berupa saluran irigasi alamiah dan saluran buatan. Dimana saluran buatan dapat dibagi lagi menjadi sistem saluran terbuka dan saluran tertutup (pipa)  Saluran terbuka adalah saluran yang mengalirkan airnya dengan permukaan terbuka yang dipengaruhi tekanan atmosfer. Saluran sistem terbuka untuk irigasi memiliki beberapa bentuk umum yang sering digunakan yaitu trapesium, persegi, segitiga dan saluran yang terbentuk secara alamiah. Setiap bentuk saluran akan menghasilkan kecepatan aliran yang berbeda yang tentu saja mempengaruhi pertumbuhan tanaman yang akan dialirkan irigasi tersebut. Saluran terbuka perlu dianalisis dengan penggunaan rumus empiris yang telah ada.

Saluran irigasi dapat berupa saluran terbuka dan juga dapat berupa saluran tertutup ini (dalam bentuk pipa). Dalam penerpan dilapangan lebih banyak sistem terbuka yang diterapkan.

Irigasi dengan sistem saluran terbuka memerlukan anlisis dengan menggunakan rumus-rumus empiris yang lebih susah jika dibandingkan dengan sistem pipa (Suroso : 2000).

Pada saat merencanakan saluran yang perlu diperhatikan adalah biaya konstruksi  dan biaya pemeliharaan yang ekonomis. Pada umumnya saluran tanpa pasangan merupakan saluran yang paling umum digunakan, selain itu saluran tanah tanpa pasangan relatif lebih kecil biaya konstruksinya. Erosi dan sedimentasi pada semua ruas harus minimum.

Sedimentasi (pengendapan) pada saluran akan terjadi jika kapasitas angkut sedimennya berkurang. Untuk itu kapasitas debit saluran harus dijaga/dipertahankan. Sedimen yang masuk ke saluran irigasi biasanya berupa sedimen layang (suspended load) berupa partikel lempung dan lanau dengan ukuran diameter d < 0.06 mm hingga 0.07 mm. Partikel yang lebih besar dari ukuran tadi akan tertangkap/diendapkan di kantong lumpur.

 

 

2.              Tujuan

 

Dengan mengetahui sifat-sifat dari bentuk-bentuk saluran irigasi maka dapat diketahui sistem saluran bentuk apa yang optimal untuk diterapkan pada lahan pertanian.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TINJAUAN PUSTAKA

 

Saluran terbuka, saluran yang mengalirkan air dengan suatu permukaaan bebas disebut saluran terbuka. Menurut asalnya, saluran dapat digolongkan menjadi saluran alam (natural) dan saluran buatan (artificial). Aliran air dalam suatu saluran dapat berupa aliran-saluran-terbuka (open chanel flow). Kedua jenis aliran tersebut sama dalam banyak hal, namun berbeda dalam satu hal penting. Aliran-saluran-terbuka harus memiliki permukaan bebas (free surface, sedangkan aliran-pipa tidak demikian,karena air harus mengisi seluruh saluran. Permukaan bebas dipengaruhi oleh tekanan udara. Aliran-pipa, yang terkurung dalam saluran tertutup, tidak terpengaruh langsung oleh tekanan udara,kecuali oleh tekakan hidrolik.

Meskipun kedua jenis aliran tersebut hampir sama, penyelesaian masalah aliran dalam saluran terbuka jauh lebih sulit dibandingkan dengan aliran pipa dalam pipa tekan. Kondisi aliran dalam saluran terbuka yang rumit berdasarkan kenyataan bahwa kedudukan permukaan bebas cenderung berubah sesuai dengan waktu dan ruang, dan juga bahwa aliran, debit, kemiringan dasar saluran dan permukaan bebas adalah tergantung stu sam lain. Biasanya sulit diperoleh data percobaan yang dapat dipercaya mengenai aliran dalam saluran terbuka. Lagi pula kondisi fisik saluran terbuka jauh lebih bervariasi dibandingkan dengan pipa. Penampang melintang aliran dalam pipa sudah tertentu, karena dapat dinytakan berdasarkan bentuk saluran. Penampang pipa suatu ssaluran biasanya bundar, namun pada pada saluran terbuka dapat beraneka macam, dari bentuk bundar sampai bentuk tak beraturan dari sungai alam. Kekasaran permukaan bagian dalam pipa berkisar antara bahan kuningan yang baru dan halus atau pipa dari bahan kayu, sampai pipa besi karatan atau pipa baja. Pada saluran terbuka, permukaanya bervariasi dari logam yang dipoles, yang dipakai untuk menguji talang sampai dasar sungai yang kasar dan tidak teratur. Lagi pula kekasaran dalam suatu saluran terbuka tergantung pada permukaan bebas. Sebab itu pemilihan koefisien gesekan untuk saluran terbuka lebih bersifat tidak pasti disbandingkan dengan pada aliran pipa. Metode empiris ini merupakan metode yang terbaik yang ada saat ini, dan bila diterapkan secara hati-hati dapat menghasilkan nilai yang sesuai dengan praktek.

Aliran dalam saluran terbuka dapat digolongkan menjadi berbagai jenis dan diuraikan dengan berbagai cara. Penggolongan berikut ini dibuat berdasarkan perubahan kadalaman ailran sesuai dengan waktu dan ruang.

Aliran tunak (steady Flow) dan aliran tak tunak (Unsteady Flow) : Waktu sebagai kriteria. Aliran dalam saluran terbuka dikatakan tunak (steady) bila kedalaman aliran tidak berubah atau dapat dianggap konstan selama suatu selang waktu tertentu. Aliran diktakan taktunak (Unsteady) bila kedalamannya berubah sesuai dengan waktu. Sebagian besar persoalan tentang saluran terbuka umumnya hanya memerlukan penelitian mengenai perilaku aliran dalam keadaan tunak. Namun bila perubahan keadaan aliran sesuai dengan waktu ini, merupakan masalah utama yang harus diperhatikan, maka aliran harus dianggap bersifat tak tunak. Misalnya, banjir dan gelombang yang merupakan contoh khas untuk aliran tak tunak, taraf aliran berubah segera setelah gelombang berlaku, dan unsure waktu yang menjadi hal yang sangat penting dalam perancangan pengendali.

Hukum kontinuitas bagi aliran tak tunak memerlukan pertimbangan akibat pengaruh waktu. Persamaan kontinuitas untuk aliran kontinu tak tunak ini harus mencakup unsur waktu sebagai suatu variabel.

Aliran seragam (Uniform Flow) dan aliran berubah ( Varied Flow) : Ruang sebagai kriteria. Aliran saluran terbuka dikatakan seragam bila kedalaman air sama pada setiap penampang saluran. Suatu aliran seragam dapat bersifat tunak atau taktunak, tergantung apakah kedalamannya berubah sesuai dengan perubahan waktu.

Aliran seragam yang tunak (Steady uniform flow) merupakan jenis poko aliran yang dibahas dalam dalam saluran terbuka. Kedalaman aliran tidak berubah selama suatu waktu tertentu yang telah diperhitungkan. Penetapan bahwa suatu akiran bersifat seragam taktunak (unsteady uniform flow) harus dengan syarat bahwa permukaan air berfluktuasi sepanjang waktu dan tetap sejajar dasar saluran. Jelas bahwa hal ini merupakan suatu keadaan yang praktis tidak mungkin terjadi. Sebab itu istilah “aliran seragam” di sini selanjutnya hanya dipakai untuk menyatakan aliran seragam yang tunak. (Chow: 1997)

Aliran disebut berubah (varied), bila kedalaman air berubah di sepanjang saluran. Aliran berubah dapat bersifat tunak maupun taktunak. Karena aliran seragam tak tunak jarang terjadi, istilah “aliran taktunak selanjutnya khusus dipakai untuk aliran taktunak yang berubah.

Aliran berubah dapat dibagi-bagi lagi menjadi berubah tiba-tiba (rapidly varied) dan berubah lambat laun (gradually varied). Aliran disebut berubah tiba-tiba bila kedalamanya berubah tiba-tiba juga disebut sebagai gejala setempat (local phenomenon), contohnya adalah loncatan hidrolik dan penurunan hidrolik.

Debit adalah satuan besaran air yang keluar dari Daerah Aliran Sungai (DAS). Satuan debit yang digunakan adalah meter kubik per sekon (m3/s). Debit aliran adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HASIL DAN PEMBAHASAN

 

1.              Hasil

 

Kasus perbandingan :

Jika diketahui ketiga saluran (segitiga, trapezium, persegi) dengan lebar saluran sama 2 meter dan tebal saluran (d) 50 cm dengan s = 1:1800 dan untuk kekasaran saluran(n) = 0,025. Hitung kecepatan aliran dan debit, bandingkan sluran mana yang paling optimal.

 

1.    Trapesium :

s = 1 : 1800 = 0,000556

Z = e/d = 0,5 m / 0,5 m = 1

a = bd + Zd² = 1 x 0,5 + 1 x (0,5)²

  = 1,25 m²

p = b + 2d (Z² + 1)^1/2

   = 2,4142 m

R = a/p = 0,52

v = R^2/3 s^1/2/n

v = (0,52)^2/3(0,000556)^1/2/0,025

v = 0,598 m/s

q = v . a

   = 0,598 . 1,25

   = 0,7475 m/s

 

2.    Segitiga :

Z = e/d = 1/0,5 = 2

a = Zd² = 2 x (0,5)² = 0,5 m²

p = 2d(Z² + 1)^1/2 = 2,236 m

R = a/p = 0,22

v = R^2/3 s^1/2/n

v = (0,22)^2/3(0,000556)^1/2/0,025

v = 0,3312 m/s

q = v . a

   = 0,3312 . 0,5

   = 0,1056 m/s

 

3.    Persegi :

a = t . d = 2 x 0,5 = 1 m²

p = t + 2d = 2 + 2 x 0,5 = 3 m

R = a/p = 0,33

v = R^2/3 s^1/2/n

v = (0,33)^2/3(0,000556)^1/2/0,025

v = 0,4393m/s

q = v . a

   = 0,4393 . 1

   = 0,4393 m/s

 

2. Pembahasan

 

Penampang saluran diharapkan bisa mengalirkan debit tertentu dengan luas penampang basah yang sekecil-kecilnya (minimum), penampang demikian biasa disebut penampang efisien atau penampang ekonomis. Dari analisis geometri penampang melintang saluran, maka penampang melintang yang ekonomis akan didapatkan jika atau setengah dari penampang heksagonal atau penampang trapesium dengan sudut kemiringan talud   30˚ terhadap horisontal. Diantara semua bentuk penampang (segi empat, segi tiga ataupun trapesium), penampang trapesium merupakan penampang yang paling ekonomis. Untuk saluran dengan kapasitas debit yang besar dibuat dengan memperhatikan n perbandingan lebar dasar B dengan kedalaman h yang tinggi, hal ini untuk menghindari agar kecepatan rencana tidak melebihi batas kecepatan maksimum yang diizinkan. Pada saluran yang lebar, efek erosi pada dinding saluran tidak terlalu berakibat serius terhadap besarnya kapasitas debit. Kekurangan yang utama dari saluran yang lebar dan dangkal adalah keterbatasan pembebasan lahan, sehingga biaya pelaksanaannya menjadi lebih tinggi.

Sebagai acuan untuk menentukan perbandingan antara lebar dasar B dengan kedalaman saluran h, serta kemiringan talut dinding m untuk besaran debit tertentu.

Kemiringan medan yang curam kemungkinan menyebabkan kecepatan aliran yang dihasilkan melebihi kecepatan maksimum yang diizinkan bagi saluran tanah, sehingga pemakaian saluran pasangan (canal lining) menjadi perlu. Tapi tidak perlu seluruh saluran dibuat dengan pasangan, karena akan menjadikan biaya pelaksanaan sangat mahal. Untuk itu membuat landai kemiringan dasar saluran disertai pembuatan beberapa bangunan terjun perlu dipertimbangkan.

Dari hasil perhitungan di atas dapat dilihat bahwa saluran dengan tipe trapezium lebih optimal dibandingkan dengan segitiga dan persegi. Saluran dengan lebar yang sama ternyata mempunyai kecepatan yang berbeda.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KESIMPULAN DAN SARAN

 

A.              Kesimpulan

 

1.    Saluran irigasi dapat berupa sistem terbuka dan sistem tertutup.

2.    Sistem irigasi saluran terbuka akan dipengaruhi oleh tekanan atmosfer.

3.    Saluran terbuka terdapat beberapa bentuk yaitu bentuk trapezium, segitiga dan persegi.

4.    Dari ketiga jenis bentuk saluran itu yang paling optimal dalam penerapannya adalah trapezium.

5.    Kekasaran saluran, kemiringan, dan bentuk saluran  akan mampengaruhi kecepatan dn debit air.

 

 

B.              Saran

 

Dalam pembuatan saluran terbuka sebaiknya terlebih dahulu diperhatikan bahan yang akan dipakai dengan tingkat ketahanan yang diperlukan untuk tujuan tertentu yang diinginkan, sehingga didapat saluran yang cocok dengan tujuan yang akan dicapai.

 

 

 

 

 

 

DAFTAR PUSTAKA

 

Anonim.2010.irigasi.(online). (http://www.google.co.id/irigasi). (diakses pada

tanggal 5 mei 2010).

 

Anonim.2010.saluran terbuka.(online). (http://www.google.co.id/saluran-terbuka).

(diakses pada tanggal 5 mei 2010).

 

Chow, V.T. 1997. Hidrolika Saluran Terbuka. Jakarta : Erlangga.

 

Soroso, Agus. 2000. Mekanika Fluida dan Hidrolika. Jakarta : Pusat

Pengembangan bahan jakarta-UMB.

 

US Dept. of the Interior, Bureau of Reclamation. 2001 revised. 1997 third

edition, Water Measurement Manual, (online) at: http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics_lab/pubs/wmm/index.htm