7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
1/25
TUGAS REKAYASA SUNGAI
OLEH :
KELOMPOK II
CLAUDIA M. PALIT 090 211 069
FILIA E.S PAAT 090 211 085
SUDARMAN 090 211 084
OCTOVIAN C. P RAJAGUKGUK 090 211 070
\
UNIVERSITAS SAM RATULANGI
FAKULTAS TEKNIK
MANADO
2011
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
2/25
ALIRAN TETAP PADA SUNGAI
Aliran tetap sungai mengacu pada kondisi yang tidak berubah dengan waktu. Dapat
mengalir dengan tenang dan seragam bila kondisi tidak berubah dengan ruang darikondisi-kondisi aliran. Sungai mengalir dengan tenang (gambar 4.1) mencakup
deskripsi geometri di sebuah stasiun hidrolik, diikuti oleh deskripsi secara terus
menerus seragam dengan aliran terhadap resistensi aliran. Aliran tetap yang seragam
(gambar 4.2) mencakup analisis persamaan momentum diikuti oleh variasi dari aliran
secara bertahap. Endapan pada sungai (gambar 4.3) mencakup deskripsi sederhana
untuk pengangkutan endapan di aliran yang tetap diikuti dengan perhitungan agradasi
dan degradasi dalam jangkauan-jangkauan sungai.
1. Aliran tetap sungai
Jaringan drainase telah dipelajari oleh Ahli Geomorfologi dan ahli topologi.
Dalam hal umum, ahli topologi mencari peringkat matematika dan golongan di antara
bagian penampung air tanpa referensi khusus untuk kesatuan fisik. Hasil beberapa
tahun studi eksperimental dari fasilitas erosi curah hujan di Colorado State University
oleh Schumm et al. (1987) berusaha untuk menghubungkan morfologi cekungan dan
sedimen hasil. Meskipun cukup sedimen-hasil variabilitas diasumsikan akibat dari
fluktuasi iklim dan perubahan pemanfaatan lahan, percobaan menunjukkan bahwa hasilsedimen sangat bervariasi dalam kondisi curah hujan stabil. Tanggapan kompleks
evolusi jaringan saluran tampaknya akan ditandai oleh penurunan eksponensial dalam
hasil sedimen sebagai jaringan saluran berkembang. Sungai mengikuti poin rendah di
sepanjang DAS profil topografi. Dengan pengecualian di daerah kering, titik terendah
tampungan air terletak di peta sungait . Tampungan air biasanya menunjukkan daerah
hidrografi dan drainase jaringan dengan danau, waduk, dan stasiun mungkin juga
mengukur, kabupaten, negara, atau negara. Jaringan drainase DAS menyiratkan
peningkatan di daerah dengan drainase dan debit pada pertemuan sungai. kecuali
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
3/25
Karena sungai mendapat perubahan seperti hiburan air , jaringan drainase saluran
alam tidak berubah secara signifikan dengan waktu. Panjang sungai biasanya diuku
dalam arah hilir dari paling atas elevasi sungai. Tepi kiri dan kanan biasanya diarahkanke hilir. Profil memanjang cukup berguna untuk mendeteksi batuan dasar , titik yang
tepat dan mencapai tanah-tanah endapan. Perkiraan kemiringan mencapai tanah
endapan dapat diperkirakan dari perubahan bertahap dalam elevasi jarak yang jauh.
Kemiringan lembah sesuai dengan elevasi dataran banjir turun lebih banyak ke lembah.
Kemiringan saluran sesuai dengan permukaan air- elevasi yang turun lebih panjang
pada saluran. Kanal dan lembah lereng didefinisikan sebagai positif meskipun elevasi
menurun ke arah hilir. Sinuosas sungai kemudian didefinisikan sebagai rasio dari
panjang saluran ke lembah/panjang antara dua titik yang terletak di sungai. Contoh dari
jangkauan sungai dan profil memanjang ditunjukkan pada Gambar. 4.1 untuk aluvial
sungai, dan Gambar. 4.2 dan 4.3 untuk sungai-sungai semialluvial. Profil memanjang
dari suatu jangkauan aluvial sungai adalah bertahap. Batuan dasar kontrol di sungai
semialluvial mencapai diskontinuitas yang mejadi faktor dalam profil memanjang,
ukurandasar , dan kondisi aliran. Pada skala rekayasa waktu, dapat dianggap bahwa
karakteristik saluran dapat berubah secara signifikan selama kejadian banjir yang
ekstrim atau setelah aktif periode tektonik dan vulkanik. Jangkauan sungai dapat
diperiksa satu per satu untuk menentukan karakteristik fisik mereka, seperti panjang,
belok, lebar, kedalaman, penampang geometri, kekasaran permukaan, dan hidrolik-
faktor resistensi.
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
4/25
Gambar 4.2
Gambar 4.3
1.1 Di stasiun geometri hidrolika
Pada sutatu stasiun sepanjang sungai, profil penampang dapat ditarik dalam arah
tegak lurus dengan arah aliran utama. Penampang melintang yang tidak diukur tegak
lurus dengan arah aliran akan muncul lebih luas dari kenyataan. Profil penampang
menunjukkan distribusi kedalaman aliran sungai serta elevasi dari tanggul banjir . Skala
elevasi biasanya terkait dengan elevasi referensi geodetik di atas permukaan laut
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
5/25
(ASL)] atau Geodesi Nasional Jarak Vertikal (NGVD), yang keduanya mutlak berlevasi.
Dalam beberapa kasus, elevasi diberikan sehubungan dengan air rendah (LWRP),
yang merupakan elevasi permukaan air di sungai yang terlwati 97% dari waktu.
Perhatikan bahwa LWRP tidak horisontal, tapi lereng dengan sungai. Contoh dari profil
penampang diberikan dalam Gambar. 4.4. Dalam hal ini kasus tertentu, batuan dasar
mempertahankan air dalam saluran ketika debit berkurang ke arah nol. Ini memberikan
informasi dasar tentang habitat perairan dan dataran limpasan banjir yang diharapkan
untuk simulasi limpasan selama banjir. Dari profil cross-sectional, parameter geometri
berikut dapat ditentukan sebagai fungsi dari tahap: (1) lebar atas saluran W, (2)
parameter basah P, (3) luas penampang A, (4) rata-rata kedalaman aliran h = A / W,
dan (5) hidrolika jari-jari Rh = A / P. Parameter ini menggambarkan geometri
penampang.
Gambar 4.4
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
6/25
Gambar 4.5
Konsep di-a-stasiun geometri hidrolik berasal dari pengukuran kecepatan
sepanjang penampang. Sebuah contoh dari profil kecepatan sepanjang suatu
penampang vertikal pada sebuah tahap tertentu memberikan pengukuran yang cukup
untuk penentuan kecepatan aliran rata-rata kedalaman (Gambar 4.5)
Kecepatan rata-rata biasanya diperoleh dari kecepatan yang diukur pada profil.
Pengukuran debit Total diperoleh dari kedalaman (hi) merata antara dan kedalaman
rata-rata (vi) kecepatan pengukuran sepanjang penampang. Total luas penampang A
adalah jumlah dari (ai) daerah tambahan, A =iai = Wihi. Dimana W adalah jarak
vertikal dari penampang. Debit total Q = iaivi dimana vi adalah kecepatan aliran rata-
rata kedalaman normal ke wilayah tambahan. Kecepatan rata-rata penampang adalah
V = Q / A. Pada penampang, geometri hidrolik berikut ini didapat: lebar W atas = 280 ft,
dibasahi perimeter P = 280,5 ft, luas penampang A = 684 ft2, aliran berarti kedalaman h
= 2.44 ft, dan jari-jari hidrolik Rh = A / P = 2,43 ft debit adalah Q = 210 ft3 / s, dan
kecepatan rata-rata penampang V = 0,31 ft / s = 9,4 cm / s. Perhatikan bahwa itu
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
7/25
adalah untuk menemukan bahwa parameter dibasahi dekat dengan lebar atas, P W,
dan bahwa jari-jari hidrolik dekat dengan kedalaman aliran rata-rata, Rh h Sebuah
kurva aliran, atau tahap hubungan debit, menampilkan perubahan debit. Dalam saluran
dengan kontrol batuan dasar, tahap-debit hubungannya adalah unik dan terdefinisikan
dengan baik, seperti ditunjukkan pada Gambar. 4.6 (a). Dalam alluvial besar sungai,
hubungan tahap-debit bisa bergeser seiring waktu karena dari kombinasi proses
termasuk
(1) aggradasi atau degradasi,
(2) perubahan konfigurasi
(3) banjir dinamis
Contoh dari Sungai Mississippi ditampilkan dalam Gambar. 4.6 (b). Sebagai contoh,
Gambar. 4.7 (a) menunjukkan ukuran spesifik yang merupakan catatan dari SungaiAtchafalaya antara Simmesport dan Morgan City dari 1950-1997. Ini jelas menunjukkan
bahwa sungai telah secara bertahap menurun antara Simmesport dan Chicot Pass dan
aggrading hilir Pass Chicot. Dalam beberapa sungai aluvial, suhu air dapat
mempengaruhi ukuran spesifik Sebagai contoh dari Sungai Mississippi, pada Gambar.
4.7 (b),suhu air pada hasilnya tetap 106 ft3 / s dapat berubah sebanyak 5 ft tingginya
sesuai dengan suhu air hangat. Pada debit tertentu, kedalaman aliran rata-rata
diperoleh dari kurva aliran dan lebar jari-jari, sesuai hidrolika, dan luas penampangdiperoleh dari penampang profil.
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
8/25
Gambar 4.6
Contoh dari sungai Matamek diilustrasikan pada Gambar. 4.8. Analisis penampang dari
10 mencapai 1,4 km menampilkan variabilitas lokal di hidrolik-geometri hubungan
sungai yang hampir lurus. Lebar parameter, atau sungai dibasahi, bervariasi dengan
faktor 2 dalam jangkaua, tingkat kenaikan dengan debit cukup konstan. Ketika hidrolik-
parameter geometri diplot vs debit pada skala log, gradien dari profil memberikan b
eksponen dari hubungan P = aQb. Sebagai contoh, perimeter dibasahi pada Gambar.
4.8 (a) dapat didekati dengan P 126 Q0.1, dengan Q feet kubik per detik dan P feet.
Bahkan, bagi banyak aplikasi praktis, penggunaan penampang persegi panjang adalah
cukup baik pendekatannya. Selain mengalir memenuhi penampang, lebar saluran tiba-
tiba meningkat, yang mengubah perhitungan kedalaman aliran rata-rata dan jari-jari
hidrolik. Gambar 4.8 (b) menunjukkan rata-rata penampang aliran mendalam vs debit
padasilang beberapa bagian dari jangkauan yang sama. Kecuali di lowflows, kemiringan
garis pada diagram ini menunjukkan bahwa rata-rata meningkat sekitar flowdepth
sebagai h = 0,35 Q0.36 dengan Q feet kubik per jam kedua dan feet.
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
9/25
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
10/25
Gambar 4.8
Kecepatan rata-rata penampang dapat diplot terhadap debit pada grafik log-log, sepertiditunjukkan pada Gambar. 4.8 (c) untuk jangkauan yang sama. Di stasiun, yang
kecepatannya bervariasi sebagian besar dengan debit, dalam hal ini, V 0,022 Q0.54.
Definisi fluks volumetrik mensyaratkan bahwa produk dari lebar, kedalaman, dan
kecepatan sama dengan debit. Oleh karena itu hubungan harus memenuhi Q = W h V
126 Q0.1 0,36 0,022 Q0.36 Q0.54, dengan demikian produk dari koefisien adalah
126 0,36 0,022 = 1 dan jumlah eksponen adalah 0,1 + 0,36 + 0,54 = 1.
Perubahan geometri menunjukkan bahwa perubahan mempengaruhi debit terutamakecepatan aliran pada tingkat lebih rendah. Kecuali debit melebihi kondisi penampang,
lebar permukaan sungai cukup konstan kecuali pada pembuangan yang rendah. Dalam
beberapa kasus, watersurface yang kemiringan sungai juga dapat berubah dengan
debit. Contoh yang ditampilkan pada Gambar. 4.8 (d) menggambarkan sedikit
peningkatan di lereng dengan debit.
4.2 Aliran Tetap Sungai Seragam
Aliran tetap yang seragam berarti tidak ada perubahan dalam kondisi hidrolik baik ruang
atau waktu. Dapat dengan mudah mendapatkan bahwa Q / x = 0, atau Q = AV =
konstan dan A / t = 0, atau A adalah konstan dalam ruang dan waktu. Persamaan
gerak (2,27) mengurangi ke S f = S0 = tan sin karena aliran [( V / t) = 0] dan
aliran seragam [( h / x) = 0 dan ( V / x) = 0]. Hubungan geser-stres
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
11/25
untuk aliran seragam untuk mengurangi reduksi.
0 = Rh S0.
Untuk aliran tetap seragam, tegangan geser berhubungan dengan resistensi yang
dapat langsung
ditulis sebagai fungsi dari kemiringan. Dengan mengacu pada Gambar. 4,9, dengan
identik tekanan distribusi di hulu dan bagian hilir lintas, komponen berat dalam arah x
hilir seimbang dengan hanya Fw sin = 0 WDX, yang, untuk lebar-persegi panjang
saluran dengan
w = Whdx, dan sin = S0 di sudut kecil, hanya dikurangi menjadi0 = h S0
karena f = S S0.
Gambar 4.9
Percepatan geser u.menggambarkan suatu kinematik yang sebagai gantinya untuk
geser dinamik.
0 =u^2 atau
Percepatan geser bukan suatu kuantitas yang terukur tetapi bertindak sebagai suatu
parameter pengukuran. Percepatan geser adalah juga sering kali digunakan di dalam
pengangkutan endapan. Hambatan untuk mengalir dievaluasi dari kondisi-kondisi alir
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
12/25
seragam, Sf =S0. Karena tidak ada geser di bawah kondisi-kondisi yang hidrostatis,
tegangan sebesar 0 diasumsikan untuk berbeda menurut percepatan cairan dan,
setelah pertimbangan-pertimbangan dimensional,factor gesek dimensi f sudah
digambarkan setelah pekerjaan dari Darcy dan Weisbach
Hambatan untuk mengalir digambarkan seperti dari gesekan DarcyWeisbach faktor
f.Karena segi empat yang lebar/luasi, Rh =h, kita juga dengan mudah mendapati F =f
Fr2/8. Kita boleh juga mempertimbangkan; menganggap itu 8/ f =V/u. Kkecepatan arus
kemudian diperoleh
Sudah diamati dari tahun ke tahun bahwa C koefisien Chezy atau Darcy. Faktor f
bervariasi Hambatan total dari C koefisien Chezy, faktor gesek DarcyWeisbach f, atau
Manning koefisien n.Identitas yang berikut dari antara faktor-faktor sudah
dibentuk/mapan: C(8g/ f) (R1/6h /n) (in S.I. units) (1.49/n) R1/6h ( h /n) (di SI.
satuan-satuan) (149/n) R1/6 h (di dalam satuan-satuan Inggris).
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
13/25
Kedalaman yang normal seperti itu meningkat dengan bemberhentian faktor
gesek yang berkurang dengan peningkatkan kemiringan. Faktor elevasi gesek Darcy
Weisbach untuk aliran pipa menghasilkan tiga cara alir yang dengan jelas
menunjukkannya di gambar 4.10. Aliran itu berlapis di permukaan-permukaan yang
lembut ketika Bilangan Reynold Re 2000 dan kekasaran batas permukaan menggunakan satu pengaruh untuk
mengalir. Ketika aliran hidrolik itu mperlancar, faktor gesek DarcyWeisbach f secara
berangsur-angsur berkurang dengan jumlah Reynolds. Ketika aliran itu buruk,
hambatan untuk mengalir bergantung pada hanya besaran diameter pipa kepada
kekasaran permukaan. Untuk aliran turbulen di dalam pipa-pipa keras faktor gesek
DarcyWeisbach f dan C koefisien konstan pada setiap nilai dari Bilangan Reynold.Evaluasi faktor gesek DarcyWeisbach di dalam sungai-sungai adalah kompleks. Faktor
gesek f bervariasi dengan viskositas cairan, kedalaman alir, ukuran dan vegetasi. Nilai
yang pasti dapat diperoleh secara eksperimen untuk kondisi-kondisi medan atau
kondisi-kondisi laboratorium. Mengalirnya sungai yang bersifat bergolak, kita sangat
perlu untuk membedakan antara hidrolika buruk vs hydraulically yang memperlancar
bundaran yang dapat melakukan hal ini dengan membandingkan ukuran butir bahan
dasar d50 dengan ketebalan lapisan-bawah berlapis.
Dimana u = 0/adalahadalah percepatan geser dan kekentalan kinematik cairan.
Untuk hambatan yang mengalir di dalam sungai-sungai dengan bahan dasar lebih
kasar dibanding pasir dapat digunakan
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
14/25
Dimana ks 3 d90 atau ks 6.8 d50 yang dapat menjadi ukuran mula-mula.
Tiga formula hambatan aliran yang setara yang biasanya digunakan di dalam praktek
perancang bangun air: (1) C koefisien Chezy, (2) koefisien Manning n, dan (3) factor
gesek DarcyWeisbach f.Keduanya Chezy dan Manning. Koefisien-koefisien bersifat
dimensional, yang dinyatakan dengan
Table 4.1
Untuk tujuan-tujuan praktis, itu telah jelas dari table 4.1 bahwa persamaan yang logarita
ditempatkan atas suatu cakupan luas dari h/d50. Sebagai suatu perkiraan mula-mula
digunakan:
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
15/25
Persamaan juga ditemukan untuk bisa diterapkan. Sebagai contoh, hubungan di mana
n =0064 d1/6 50 ,dengan d50 meter, harus di dalam keadaan yang layak yang disetujui
dengan pengukuran medan ketika h/ds >100 dan h/ds
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
16/25
Dari hasil dapat diidentikan:
Vegetasi meningkatkan hambatan untuk mengalir, dan hanya hambatan empirik yang
kasar yang dapat menjadi koefisien. Tabel 4.2 menyediakan nilai-nilai khas dari
koefisien-koefisien hambatan untuk berbagai kondisi-kondisi. Mencakup harga untuk
koefisien Manning n diringkas di Tables 4.2 dan 43. Di dalam kasus dari kanal-kanalhydraulically, dengan nilai-nilai dari 001< n
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
17/25
4.2 Aliran Tetap Seragam di Sungai
Aliran tetap seragam di sungai menyiratkan bahwa debit total
tidak berubah dengan waktu tetapi dapat bervariasi dalam arah hilir.
Secara matematis, aliran dapat dituliskan bahwa ( h / t) = 0,
( V / t) = 0, ( W / t) = 0, dan( Q / t) = 0.
Dalam saluran 1D tanpa curah hujan, infiltrasi, dan aliran lateral yang
debitnya juga tetap konstan dalam arah hilir.
Persamaan Momentum untuk Aliran Tetap
Persamaan momentum menentukan kekuatan hidrodinamika
yang diberikan oleh aliran permukaan.
Persamaan gerak adalah kepadatan massa dikalikan dengan air.
Integrasi atas total volume menunjukkan bahwa perubahan rate-of-
momentum sama dengan dorongan per satuan waktu.
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
18/25
Sebagai contoh, x komponen di dalam Cartesian mengkoordinir
karena aliran tetap adalah
Integral volume dari momentum sisa dan terminologi tegangan
dapat diubah menjadi integral permukaan atas pertolonganpencaran teori Eq. 52. Hasil itu adalah hubungan impulse
momentum yang umum.
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
19/25
Hal ini diamati bahwa momentum adalah kuantitas vektor, perubahan
momentum yang sebagai akibat konveksi diwujudkan dalam integral
permukaan, dan semua tekanan yang dinyatakan dalam bentuk integral
permukaan.
Pertimbangkan sebuah aplikasi rinci dari persamaan momentum untuk
membuka saluran
mengalir.
Hubungan momentum [ Eqs. (414)] di dalam alur hilir x arah
diterapkan pada kanal ini, sekarang yang diperlakukan kepada
curahan hujan pada satu penjuru/sudut r ,percepatan Vr (di)atas satu daerah Ar ,geser angin w ,geser bank(tanggul s =
yx ,dan geser tempat tidur b = 0 = zx :
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
20/25
Pertimbangkan; menganggap satu cairan homogen yang tak
termampatkan, m =ct, dan menggambarkan momentum faktor
koreksi m, diberi salib percepatan yang dirata-ratakan bersekat-
sekat Vx :
Dengan nilai prorata dari tekanan p, percepatan V, dan daerah A
pada tampang-lintang yang arah hulu 1 dan ke arah muara
tampang-lintang 2, pengintegrasian persamaan momentum untuk
volume kendali ini dari panjangnya Xc, lebar W, dan altitudo h
menghasilkan
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
21/25
Aliran tetap berubah tiba-tiba adalah aliran saluran terbuka dikatakan
berubah tiba-tiba apabila kedalaman aliran berubahtiba-tiba .
Aliran tetap berubah lambat laun adalah aliran saluran terbuka yang
kedalaman aliran berubah secara lambat laun.
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
22/25
4.3 Transportasi Sedimen Pada Sungai
Diameter partikel disefinisikan senagai hubungan antara berat jenis
sedimen (g), kekentalan kinematik cairan () dengan percepatan grafitasi.
Rumus kecepatan pengendapan partikel sedimen () dalam air didefinisikan
sebagai
Perbandingan antara gaya geser dan berat partikel dasar ()
Dimana o merupakan tegangan geser
U= kecepatan geser
s = berat jenis partikel
m = berat jenis air
Ds = ukuran partikel
G = grafitasi
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
23/25
Pelepasan butiran sedimen dapat didefinisikan oleh rumus yang diberikan
oleh Meyer-Peter dan Muler.
Atau ada rumus alternatif berdasarkan parameter geser dan kecepatan
pengendapan yang dapat di lihat pada gambar di bawah ini.
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
24/25
Dan juga pendekatan sederhana untuk pasir dimana
Pengangkutan sedimen dapat dibagi menjadi 3 bagian berdasarkan cara
pengangkutan :
1) Bed load
Terjadi pengangkutan pada sedimen yang lebih besar sehingga air yang adapada aliran berfungsi.
u/w 0.4
2) Mixed load0.4 < u/w < 2.5
3) Suspended loadPengangkutan partikel-partikel kecil seperti lempung sehingga mampu
diangkut oleh air dan angin.
Karena disebabkan oleh pengangkutan sedimen yang terus menerus ,
sebagian dari endapan yang ada pada dasar saluran adalah hasil pengangkutan
sedimen yang di bawah ke arah hilir.
Hubungan kontinuitas sedimen untuk fluks adalah
Dimana qtx , qty , qtz adalah massa fluks untuk total sedimen yang dilepaskan
dalam arah x, y, dan z.
7/22/2019 Aliran Tetap Pada Sungai
25/25