PENGUKURAN DEBIT DAN PENGAMBILAN SAMPEL

Pengukuran Debit dan Pengambilan Sampel

Pengukuran debit dapat dilakukan secara langsung dan secara tidak langsung. Pengukuran debit secara langsung adalah pengukuran yang dilakukan dengan menggunakan peralatan berupa alat pengukur arus (current meter), pelampung, zat warna, dll. Debit hasil pengukuran dapat dihitung segera setelah pengukuran selesai dilakukan.

Pengukuran debit secara tidak langsung adalah pengukuran debit yang dilakukan dengan menggunakan rumus hidrolika misal rumus Manning atau Chezy. Pengukuran dilakukan dengan cara mengukur parameter hidraulis sungai yaitu luas penampang melintang sungai, keliling basah, dan kemiringan garis energi. Garis energi diperoleh dari bekas banjir yang teramati di tebing sungai. Untuk pos duga air yang sudah dilengkapi dengan pelskal khusus garis energi dapat dibaca dari pelskal khusus tersebut.

Pengambilan sampel sedimen terlarut dilakukan setelah pengukuran debit selesai. Penentuan bagian penampang sungai tempat pengambilan sampel dapat digunakan dengan metode Equal Discharge Increment (EDI) dan Equal Width Increment (EWI). Metode Equal Discharge Increment dilakukan dengan cara membagi debit pengukuran menjadi bagian yang sama sejumlah sampel yang akan diambil. Metode Equal Width Increment dilakukan dengan cara membagi lebar penampang sungai menjadi beberapa bagian yang sama tergantung dari jumlah sampel yang akan diambil. Vertikal pengambilan sampel terletak pada tengah – tengah dari bagian penampang tempat pengambilan sampel. Cara pengambilan sampel dapat dilakukan dengan metode point sample dan depth integrated. Lamanya waktu pengambilan ditentukan berdasarkan kecepatan aliran dan diameter nozzle yang digunakan. Grafik hubungan antara lamanya pengambilan sampel, waktu pengambilan dan diameter nozzle dapat dilihat pada lampiran 4 volume sampel berkisar antara 300 sampai dengan 500 ml. Pada umumnya pengambilan sampel dilakukan sebanyak 3 botol.

1.  Persyaratan Lokasi Pengukuran Debit

Persyaratan lokasi pengukuran debit dengan mempertimbangkan factor-faktor, sebagai berikut:

a)     Berada tepat atau di sekitar lokasi pos duga air, dimana tidak ada perubahan bentuk penampang atau debit yang menyolok

b)    Alur sungai harus lurus sepanjang minimal 3 kali lebar sungai pada saat banjir/muka air tertinggi

c)     Distribusi aliran merata dan tidak ada aliran yang memutar

a)     Aliran tidak terganggu sampah maupun tanaman air dan tidak terganggu oleh adanya bangunan air lainnya (misalkan pilar jembatan), tidak terpengaruh peninggian muka air, pasang surut dan aliran lahar

b)    Penampang melintang pengukuran diupayakan tegak lurus terhadap alur sungai

c)     Kedalaman pengukuran minimal 3 sampai dengan 5 kali diameter baling – baling alat ukur arus yang digunakan

d)    Apabila dilakukan di lokasi bending, harus dilakukan di sebelah hilir atau hulu bending pada lokasi yang tidak ada pengaruh pengempangan (arus balik)

Berikut adalah gambar penempatan stasiun pengamat pada berbagai macam aliran sungai:

Penempatan Stasiun Pengamat

2.  Pengukuran Debit Secara Langsung

a.   Dengan Menggunakan Current Meter

Pengukuran debit dengan menggunakan current meter (alat ukur arus) dilakukan dengan cara merawas, dari jembatan, dengan menggunakan perahu, dengan menggunakan winch cable way dan dengan menggunakan cable car.

Apabila pengukuran dilakukan dengan kabel penggantung dan posisi kabel penduga tidak tegak lurus terhadap muka air, maka kedalaman air harus dikoreksi dengan besarnya sudut penyimpangan.

Pengukuran debit dengan current meter

Pengukuran dengan merawas dilakukan apabila kedalaman air tidak lebih dari 1,2 m dan kecepatan air lebih kecil dari 1 m/detik, apabila kedalaman dan kecepatan arus air lebih dari kriteria tersebut maka pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan alat bantu pengukuran yang lain.

Tahapan pengukuran dengan menggunakan current meter adalah sebagai berikut:

1)    Siapkan peralatan yang akan digunakan untuk pengukuran yaitu:

• 1 (satu) set alat ukur arus atau current meter lengkap
• 2 (dua) buah alat penduga kedalaman (stang/stick) panjang masing-masing 1 m
• Kartu Pengukuran
• Alat Tulis
• Alat pengambilan sample air
• Botol tempat sample air
• Peralatan penunjang lainnya seperti topi, sepatu lapangan dll.

2)    Bentangkan kabel pada lokasi yang memenuhi persyaratan dan posisi tegak lurus dengan arah arus air dan tidak melendut

3)    Tentukan titik pengukuran dengan jarak antar vertikal ± 1/20 dari lebar sungai dan jarak minimum = 0.50 m

4)    Berikan tanda pada masing-masing titik

5)    Baca ketinggian muka air pada pelskal

6)    Tulis semua informasi/keterangan yang ada pada kartu pengukuran seperti nama sungai dan tempat, tanggal pengukuran, nama petugas dll.

7)    Catat jumlah putaran baling – baling selama interval waktu yang telah ditentukan (40 – 70 detik), apabila arus air lambat waktu yang digunakan lebih lama (misal 70 detik), apabila arus air cepat waktu yang digunakan lebih pendek (misal 40 detik)

8)    Hitung kecepatan arus dari jumlah putaran yang didapat dengan menggunakan rumus baling – balingtergantung dari alat bantu yang digunakan (tongkat penduga dan berat bandul)

9)    Hitung kecepatan (v) rata-rata pada setiap vertikal dengan rumus :

• Apabilapengukuran dilakukan pada 1 titik (0.5 atau 0.6 d) contoh (vertikal 2) maka v rata – rata = v pada titik tersebut
• Apabilapengukuran dilakukan pada 2 titik (0.2 dan 0.8 d) contoh (vertikal 3) maka v rata – rata = (v_0.2 + v_0.8) / 2
•  Apabilapengukuran dilakukan pada 3 titik (0.2 – 0.8 d dan 0.6 d) contoh (vertikal 4) maka v rata – rata = [{(v_0.2 + v_0.8) / 2} + (v_0.5 atau v_0.6 )] / 2

10)  Hitung luas sub/bagian penampang melintang

11).  Hitung debit pada setiap sub/bagian penampang melintang

12).  Ulangi kegiatan pada butir 10 sampai dengan butir 12 untuk seluruh sub bagian penampang

13).  Hitung debit total (Q total)

Debit total dihitung dengan cara menjumlahkan debit dari seluruh debit pada sub/ bagian penampang

Q (total) = q1 + q2 + q3 + … + qn

14).  Hitung luas seluruh penampang melintang (A)

Luas seluruh penampang melintang dihitung dengan cara menjumlahkan seluruh luas pada sub/bagian penampang dengan :         A    = a1 + a2 + a3 + … + an

15).  Hitung kecepatan rata-rata seluruh penampang melintang (V)

Kecepatan rata-rata seluruh penampang melintang = debit total / luas seluruh penampang melintang atau V = Q total / A

16).  Catat waktu dan tinggi muka air pada pelskal segera setelah pengukuran selesai pada kartu pengukuran.

17).  Catat hasil perhitungan butir 14 sampai dengan 16 pada kartu pengukuran

Pengukuran debit dengan menggunakan current meter dapat dilakukan dengan beberapa metode diantaranya:

a.  Merawas

Pengukuran debit dengan cara merawas adalah petugas pengukur langsung masuk ke dalam badan air. Petugas pengukur minimal terdiri dari 2 orang, 1 orang petugasmengoperasikan peralatan dan 1 orang petugas mencatat data pengukuran. Dalam pelaksanaannya perlu memperhatikan hal-hal sebagai berikut:

1. dilakukan pada lokasi sebatas pengukur mampu merawas
2. posisi berdiri pengukur harus berada di hilir alat ukur arus dan tidak boleh menyebabkan berubahnya garis aliran pada jalur vertikal yang diukur
3. letakkan tongkat penduga tegak lurus pada jarak antara 2,5 – 7,5 cm di hilir kabel baja yang telah dibentangkan
4. hindari berdiri dalam air apabila akan mengakibatkan penyempitan penampang melintang
5. apabila posisi current meter (arah aliran) tidak tegak lurus terhadap penampang melintang sungai, maka besarnya sudut penyimpangan perlu dicatat untuk menghitung koreksi kecepatan di vertikalnya.

Metode merawas

b.  Perahu

Pengukuran debit menggunakan perahu adalah petugas pengukur menggunakan sarana perahu sebagai alat bantu pengukuran. Petugas pengukur minimal terdiri dari 3 orang, 1 orang petugas memegang dan menggeser perahu, 1 orang petugasmengoperasikan peralatan dan 1 orang petugas mencatat data pengukuran.

Petugas pelaksanaan pengukuran dengan menggunakan perahu perlu memperhatikan hal-hal sebagai berikut :

1. dilakukan apabila tidak memungkinkan pengukuran dengan cara merawas
2. alat ukur arus dilengkapi dengan alat penggulung kabel (sounding reel) dan pemberat yang disesuaikan dengan kondisi aliran (kedalaman dan kecepatan)
3. posisi alat ukur harus berada di depan perahu
4. kabel yang digunakan untuk mengukur lebar sungai (tagline) harus terpisah dari kabel yang digunakan untuk menggantungkan perahu
5. apabila lebar sungai lebih dari 100 m, atau sungai digunakan untuk transportasi air maka kabel penggantung perahu tidak dapat digunakan. Pengaturan posisi perahu diatur dengan menggunakan sextant meter agar lintasan pengukuran tetap berada pada satu jalur sehingga lebar sungai sesuai dengan lebar sungai sesungguhnya. Metode ini disebut metode sudut (angular method). Selain metode ini dapat juga digunakan metode perahu bergerak.

Metode perahu

c.  Sisi jembatan

1. Pengukuran debit dari sisi jembatan adalah pengukuran dilakukan dari sisi jembatan bagian hilir aliran dan sebaiknya jembatan yang digunakan tidak terdapat pilar. Peralatan yang digunakan adalah bridge crane, sounding reel, tagline, dan 1 set current meter + pemberat yang beratnya tergantung dari kecepatan aliran. Petugas pengukur minimal terdiri dari 3 orang, 2 orang petugasmengoperasikan bridge crane dan peralatan pengukur dan 1 orang petugas mencatat data pengukuran.
2. Pengukuran dari sisi jembatan dilakukan apabila pada lokasi pos terdapat fasilitas jembatan, dengan kondisi kedalaman air lebih dari 2 m dan kecepatan airnya cukup deras sehingga tidak memungkinkan dilakukan pengukuran dengan menggunakan perahu.

Metode Jembatan

d.  Cable Car (Kereta Gantung)

Cable car adalah alat bantu pengukuran berupa kereta gantung yang digantungkan pada kabel utama yang juga berfungsi sebagai alat ukur lebar sungai, dilengkapi dengan tempat duduk petugas pengukur dan dudukan sounding reel. Peralatan yang digunakan adalah current meter lengkap dengan ekor panjang dan pemberat yang disesuaikan dengan kondisi kecepatan dan kedalaman aliran. Petugas pengukur terdiri dari 2 orang, 1 orang petugasmengoperasikan peralatan dan 1 orang petugas mencatat data pengukuran.

Metode Kereta Gantung

e.  Winch Cable Way

Pengukuran debit dengan menggunakan winch cable way dilakukan dari pinggir sungai dengan menggunakan peralatan winch cable way. Petugas pengukur minimal terdiri dari 2 orang, 1 orang petugasmengoperasikan peralatan dan 1 orang petugas mencatat data pengukuran.

Lokasi penempatan winch cable way harus memenuhi persyaratan teknis seperti halnya tempat pengukuran dengan metode lainnya. Persyaratan tersebut antara lain pada bagian alur sungai yang lurus, aliran laminar dan merata, dll.

Peralatan winch cable way yang terdiri dari:

1. Kabel pengukur lebar sungai
2. Kabel pengukur kedalaman air juga berfungsi sebagai kabel penghantar listrik untuk menghitung jumlah putaran dan juga berfungsi sebagai penggantung current meter + pemberat yang disesuaikan dengan kondisi aliran (kedalaman dan kecepatan)
3. Kabel utama (main cable) yang berfungsi sebagai penggantung semua peralatan yang digunakan. Kabel utama diikatkan pada dua buah tiang yang dipasang pada kedua tebing sungai, dan salah satu tiangnya digunakan untuk menempatkan pengerek (winch)
4. Pengerek (winch) yang berfungsi untuk menggulung kabel pengukur lebar sungai dan kabel pengukur kedalaman air. Winch dapat terdiri dari 2 (double drum winch) atau hanya terdiri dari 1 winch (single drum winch)

Metode Winch cable

b.   Dengan Menggunakan Pelampung

Pengukuran debit menggunakan alat pelampung pada prinsipnya sama dengan metode konvensional, hanya saja kecepatan aliran diukur dengan menggunakan pelampung.

Metode pengukuran debit dengan menggunakan pelampung biasa digunakan pada saat banjir dimana pengukuran dengan cara konvensional tidak mungkin dilaksanakan karena faktor peralatan dan keselamatan tim pengukur.

• Lokasi Pengukuran

Pengukuran debit dengan pelampung perlu memperhatikan syarat-syarat lokasi sebagai berikut :

1. Syarat lokasi pengukuran seperti pada metode konvensional
2. Kondisi aliran sedang banjir dan tidak melimpah
3. Geometri alur dan badan sungai stabil
4. Jarak antara penampang hulu dan hilir minimal 3 kali lebar sungai pada kondisi banjir

• Peralatan Pengukuran

1. alat pengukur jarak
2. alat pelampung
3. alat pengukur waktu (stop watch)
4. alat penyipat ruang (theodolith)

• Pengukuran Penampang Melintang

Pengukuran penampang basah dapat dilakukan pada saat sungai tidak sedang banjir yaitu sesudah atau sebelum banjir. Pengukuran paling sedikit 2 penampang melintang yaitu di hulu dan di hilir yang merupakan titik awal dan titik akhir lintasan penampang. Luas penampang basah sungai didapat dengan cara merata-rata luas kedua penampang basah yang telah diukur.

• Tahapan Pengukuran

a.  Persiapan

1. Pilih lokasi pengukuran
2. Siapkan pelampung
3. Siapkan peralatan untuk mengukur jarak antara dua penampang
4. Siapkan peralatan untuk menentukan posisi lintasan pelampung
5. Siapkan peralatan untuk memberi aba-aba
6. Siapkan alat pencatat waktu
7. Siapkan alat tulis

b.  Pelaksanaan Pengukuran

1. Lakukan pembacaaan tinggi muka air pada pos duga air di awal pengukuran
2. Letakan alat penyipat ruang di tengah-tengah antara penampang hulu & hilir
3. Ukur jarak antara penampang hulu dan penampang hilir
4. Lepaskan pelampung kira-kira 10 meter di hulu penampang hulu
5. Ukur sudut azimuth posisi pelampung pada saat pelampung melalui penampang hulu dan penampang hilir. Pada saat itu juga catat waktunya
6. Ulangi pekerjaan (d) dan (e) sampai pelampung terakhir
7. Catat tinggi muka air pada akhir pengukuran

c.  Perhitungan Debit

1.   Gambar penampang basah di hulu dan hilir
2.   Gambar lintasan pelampung
3.   Hitung panjang tiap lintasan pelampung
4.   Hitung kecepatan aliran permukaan tiap pelampung, untuk mendapatkan kecepatan aliran sebenarnya  maka kecepatan aliran permukaan tiap pelampung harus dikalikan dengan koreksi yang besarnya berkisar antara 0.7 dan 0.8 tergantung dari panjang pelampung dan proses lintasan pelampung
5.   Gambar  grafik kecepatan aliran
6.   Tentukan bagian penampang basah
7.   Tentukan nilai kecepatan aliran pada setiap batas bagian penampang
8.   Hitung kecepatan rata-rata pada setiap bagian penampang basah
9.   Hitung luas bagian penampang basah
10. Hitung debit untuk setiap bagian penampang basah
11. Hitung debit total
12. Hitung tinggi muka air rata-rata

Metode Pelampung

c.   Dengan Menggunakan Larutan

Debit aliran dapat diukur dengan menggunakan larutan zat kimia. Metode larutan ini baik digunakan pada lokasi pengukuran yang alur sungainya dangkal, aliran relatif turbulens dan kecepatan aliran cukup tinggi. Larutan zat kimia yang biasa digunakan adalah Sodium Chlorida (NaCl) atau yang biasa kita kenal dengan garam dapur.

Metode Larutan

• Tahapan Pengukuran

1. tentukan lokasi pengukuran
2. ukur penampang basah di hulu dan di hilir dengan jarak antara dua penampang tersebut L
3. tuangkan larutan zat kimia secara terus menerus di hulu dari penampang basah hulu
4. ukur konsentrasi di penampang hulu dan penampang hilir hingga puncak konsentrasi sampai normal dengan alat electric conductivity
5. hitung waktu antara puncak konsentrasi di penampang hulu dan penampang hilir (T)

Pada metode ini larutan zat kimia dapat pula diganti dengan menggunakan zat warna. Perjalanan zat warna dari penampang hulu ke penampang hilir dapat diamati secara manual.

d.   Dengan Menggunakan ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler)

ADCP adalah alat pengukur arus dimana kecepatan arus air dapat terpantau dalam 3 dimensi pada suatu penampang melintang sungai dengan menggunakan efek dari doppler pada gelombang supersonic. Alat ini dipasang di perahu dan akan mengukur air di sungai secara cepat bila perahu melalui suatu penampang sungai.

Metode ADCP

Cara bekerjanya peralatan ADCP adalah air sungai yang mengandung larutan sedimen, tanaman, kayu, dll. merupakan media untuk memantulkan gelombang supersonic didalam air secara tegak lurus dalam 2 arah yang dikirim oleh peralatan ADCP. Dengan menghitung data sistim transmisi, distribusi kecepatan arus 3 dimensi pada tampang aliran dapat diketahui. Profil kecepatan arus digunakan untuk mengintegrasikan arah aliran vertikal dan susunan keepatan arus terhadap tampang horizontal sungai dan digunakan untuk menghitung debit aliran

Keuntungan dan kerugian menggunakan peralaran ADCP ini :

• Pengukuran kecepatan dapat dilakukan secara cepat
• Distribusi kecepatan arus secara 3 dimensi dapat teramati
• Kondisi kecepatan aliran, dan debit dapat langsung diketahui
• Pada kondisi dimana banyak kayu besar yang terbawa dapat menghantam alat ADCP
• Pengukuran sulit untuk dilakukan pada malam hari dan sungai yang berkelok-kelok
• Komunikasi antara perahu radio kontrol dan kontrol transmisi radio maksimum berjarak 1000 meter

e.    Dengan Menggunakan Bangunan Hidraulik

Debit aliran dihitung dengan menggunakan rumus hidrolika dimana koefisiennya dapat ditentukan dari hasil kalibrasi di laboratorium dengan model tes atau dapat dilakukan pengukuran debit dengan current meter pada berbagai elevasi muka air untuk mencari koefisiennya.

3.    Pengukuran Debit Secara Langsung

a.   Metode Kemiringan Luas (Slope Are Method)

Metode ini meliputi perhitungan debit banjir pada saluran terbuka atau sungai dengan menggunakan karakteristik penampang yang representatif, kemiringan muka air, dan koefisien kekasaran.

Ringkasan Metode

Metode Kemiringan Luas digunakan untuk menentukan debit secara tidak langsung dari suatu ruas saluran, biasanya setelah banjir terjadi dengan menggunakan tanda bekas banjir dan karakteristik fisik penampang melintang ruas saluran tersebut.

Survei lapangan dilakukan untuk menentukan jarak antara dan elevasi tanda bekas banjir dan menetapkan penampang sungai.Data itu selanjutnya digunakan menghitung beda tinggi muka air diantara dua penampang melintang yang berdekatan dan untuk menetapkan sifat-sifat tertentu dari penampang tersebut. Informasi tersebut digunakan bersama dengan nilai n Manning untuk menghitung debit.

b.    Metode Darcy-Weisbach

Metode ini meliputi perhitungan debit banjir pada saluran terbuka atau sungai yang dasarnya berbatu-batu dengan menggunakan karakteristik penampang yang representatif, kemiringan muka air, dan koefisien resistensi Darcy-Weisbach.

Ringkasan Metode

Metode Darcy-Weisbach digunakan untuk menentukan debit banjir cara tidak langsung dari suatu ruas sungai, biasanya setelah banjir terjadi dengan menggunakan tanda bekas banjir dan karakteristik fisik penampang melintang ruas sungai tersebut. Persamaan Darcy-Weisbach yang digunakan untuk menghitung debit (Q).

4.    Pengambilan Sampel Sedimen Terlarut

Besarnya debit sedimen terlarut/suspensi dapat dihitung melalui pengukuran debit dan pengambilan sampel sedimen. Sampel sedimen suspensi yang diambil dari suatu lokasi pos duga air dilakukan setelah pengukuran debit. Lokasi pengambilan sampel harus memenuhi syarat sebagaimana yang berlaku pada pengukuran debit.

Peralatan yang digunakan adalah :

• Alat pengambil sampel sedimen jenis USDH 48 yang digunakan pada saat pengukuran debit dengan merawas
•  Alat pengambil sampel sedimen jenis USD 59 untuk pengukuran debit menggunakan perahu, sisi jembatan, cable car dan winch cable way.
• Botol sampel isi 500 ml lengkap dengan etiketnya
• Seperangkat peralatan pengukuran debit lengkap

Jika maksud pengambilan sampel untuk mendapatkan data distribusi konsentrasi sedimen suspensi terhadap kedalaman, maka digunakan metode integrasi titik. Metode integrasi kedalaman diperlukan bila diinginkan analisa hidrologi yang terkait dengan sedimen suspensi dari suatu SWS atau DPS.