Buku Les Hec-ras

C HE K D A M 39. 1

125

P la n :

P la n

01

1 2/2 8/2 0 0 1 Leg e nd WS P F 1 Grou n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

33 3 4. 4 3 4.1 33. 4

33. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

BAB I PENDAHULUAN Paket model HEC RAS adalah salah satu model yang dikeluarkan oleh U.S. Army Corps of Engineers River Analysis System (HEC-RAS) yang di susun oleh Hydrologic Engineering Center. Software ini memiliki keampuan penggunaan : Perhitungan jenis aliran steady flow dan unsteady flow satu dimensi, dan sediment transport yang akan ditambahkan pada versi berikutnya/(new version). Sistem model HEC RAS telah disusun sebagai bagian dari Hydrologic Engineering Center’s “Next Generation”(NexGen) dari pemodelan hydrologi (Hydrologic engineering software). NexGen ini meliputi beberepa aspek dari hydrologic engineering, yaitu : rain fall-runof analysis, river hydrolics, reservoir system simulation, flood damage analysis. Philosopi Umum Dari Sistem Model Sistem HEC-RAS mengandung 3 perhitungan analisa hidrolik satu dimensi yaitu : (1) Perhitungan profil muka air steady flow/steady flow water surface profile computation, (2) Unsteady flow anaisis, (3) analisa movable boundary sediment transport. Element yang dibutuhkan untuk ke tiga perhitungan tersebut diatas adalah data geometry dan data hidrolik. Kemampuan Program HEC-RAS HEC-RAS didisain untuk perhitungan hidrolik 1 dimensi untuk saluran baik itu buatan atau alami. Berikiut ini adalah penjelasan pokok kemampuan dari model HEC-RAS. User Interface Untuk mempermudah pengguna menggunakan HEC-RAS, maka soft ware ini diberikan suatu bentuk berupa grafik/gambar yang sering disebut A Grapical User Interface (GUI). User Interface ini menyediakan fungsi-fungsi sebagai berikut :  File managemen  Masukan Data dan editing  Analisis Hidrolik  Tabulasi dan gambar dari input dan output  Fasilitas hasil  On-line help Komponen Analisa Hidrolik Profil Muka Air Aliran Steady. Komponen dari system model yang bertujuan untuk menghitung profil muka air aliran steady ununiform. Pada analisis ini, model mampu menganalisa aliran pada kondisi subkritis, superkritis, atau kondisi yang beragam. Prosedur dasar dari perhitungannya, adalah didasarkan atas peersamaan energi 1 dimensi. Kehilangan energi dievaluasi berdasarkan kehilangan akibat gesekan (persamaan manning) dan kontraksi dan ekspansi (koefisien yang dikalikan dengan perubahan pada kecepatan) Persamaan momentum digunakan pada kondisi

1

C HE K D A M 39. 1

125

P la n :

P la n

01

1 2/2 8/2 0 0 1 Leg e nd WS P F 1 Grou n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

33 3 4. 4 3 4.1 33. 4

33. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

dimana profil muka air secara cepat mengalami perubahan/bervariasi. Profil Muka Air Aliran Unsteady. Persamaan unsteady flow ini di abmil dari Dr. Robert L. Barkau’s UNET (Barkau, 1992 dan HEC,1997), yang hanya untuk kondisi subkritis. Namun pada relase model 3.1.3 ini mampu menghitung untuk kondisi yang sama dengan steady flow diatas. Perhitungan Sedimen Transport/Movabel Boundary . Komponen model ini bertujuan untuk mensimulasi sediment transport yang dihasilkan dari hasil bacaan scour dan deposition selama simulasi waktu. Model dapat didisain untuk mensimulasi kecenderungan dari scour dan deposition pada aliran sungai yang diakibatkan oleh keragaman frekuensi dan durasi dari kedalaman dan debit, atau keragaman dari geometry saluran. System model ini dapat di gunakan untuk mengevaluasi proses pengendapan/deposition pada waduk, memprediksi pengaruh dari pengerukan pada areal pengendapan, estimasi maksimum kemungkinan penggerusan selama waktu banjir, evaluasi sedimentasi untuk perbaikan sungai. Masukan dan Manajemen Data Data input di simpan berupa file dalam kategori yang terpisah pada project, yaitu berupa data : plan, geometry, steady flow, unsteady flow, dan sediment. Data output tersimpan secara dominant pada file Binary yang terpisah. Data data ditransfer antar HEC –RAS dan program yang lain dengan memanfatkan HEC-DSS. Graphics dan Reporting Grafik yaitu memasukkan X-Y koordinat dari skematik jaringan sungai, cross section, profil, rating curve, hydrograph, dan beberapa hal lain tentang variabel hidrolik.

2

C HE K D A M 39. 1

125

P la n :

P la n

01

1 2/2 8/2 0 0 1 Leg e nd WS P F 1 Grou n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

33 3 4. 4 3 4.1 33. 4

33. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

BAB II Program Kerja Menggunakan HEC-RAS 3.1.3 Pada bab ini menyajikan tampilan tampilan bagaimana satu studi dilakukan dengan menggunakan Software HEC-RAS, yang terdiri dari :  Starting Hec RAs  Langkah langkah dalam pembangunan Hidrolik Model HEC RAS 2.1 Starting HEC RAS Ketika pengguna menjalankan setup program HEC RAS, maka akan secara otomatis didapatkan satu grup program baru yang disebut HEC dan ico programnya di sebut HEC-RAS. Seperti program lainnya icon tersebut akan muncul dibawah interface windows, dengan icon seperti berikut :

Seperti program lainnya maka untuk pertama kalinya penjalanan program HEC RAS akan tampil serti berikut :

The HEC-RAS Main Window

3

C HE K D A M 39. 1

125

P la n :

P la n

01

1 2/2 8/2 0 0 1 Leg e nd WS P F 1 Grou n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

33 3 4. 4 3 4.1 33. 4

33. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Struktur The HEC-RAS Main Window

4

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Tool bars HEC-RAS 2.2

Langkah langkah dalam pembangunan Hidrolik Model HEC RAS Terdapat lima langkah utama dalam pembangunan model hidrolik menggunakan HEC RAS: 1. Pembuatan new Project 2. Entering Data Geometri 3. Entering flow data dan kondisi batas 4. performa hydraulic calculations 5. PEnampilan hasil dan print out hasil

5

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

2.2.1 Pembuatan New Project Langkah pertama dalam pembangunan model hidrolik menggunakan HEC RAS adalah menetapkan direktory kerja mana dan penamaan project kerja. Yaitu :  Pilih FILE menu  pilih New Project

Note : Bisa diletakkan di direktory sesuai keinginan user Tidak lupa untuk memberikan option Unit satuan yang akan digunakan (english atau SI) 2.2.2 Entering Data Geometry Langkah berikutnya adalah memasukkan data geometri, dimana terdiri dari informasi tentang skematik jaringan system model hidrolik yang akan digunakan, atau secara gamblang bisa kita sebut pembangunan DENAH PLAN jaringan Sungai. Kemudian pada menu windows ini juga akan mengandung fasilitas yang lain seperti berupa :  Pemasukan cross section data  Data struktur bangunan ( jembatan, pelimpah, culverts, dll) Tahap ini di awalai dengan pilihan pada menu utama windows HEC RAS yaitu : Edit > Geometri data atau pilih icon gambar maka akan tertampil menu windows geometri data sebagai berikut :

6

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Pemasukan data geometri adalah dengan melakukan penggambaran sebagai tahap pertama pada layar, dengan penggambaran yang berhenti untuk tiap skematik alur sungai yang akan di buat. Pilih tools “river reach” kemudian tarik garis yang menunjukkan satu skematik alur sungai dan program akan membaca pembacaan mulai dari hulu menuju ke hilir. Kemudian akan muncul tampilan untuk penamaan/indentifikasi (16 karakter) Sebagai penyesuaian bentuk Denah Plan agar sama dengan kondisi model yang diinginkan maka langkah selanjutnya adalah pemasukan koordinat x.y denah tersebut yaitu pada pilihan : Edit/ Reach Schematic line

7

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Kemudian akan muncul bentuk isian hubungan antara x dan y untuk masing-masing skematik alur yang telah dibuat. Banyak berbagai cara untuk melakukan penggambaran ini yaitu bisa menggunakan fasilitas pada software lain atau melalui penggambaran terlebih dahulu melalui AUTOCAD kemudian dilakukan pencataan koordinat setiap line gambar (Tools Inquarry) Setelah system river skematik sudah tergambar maka dilanjutkan dengan pemasukan data cross section sungai/penampang melintang saluran/sungai, yaitu dengan menu pilihan pada icon

Dengan bentuk isian data cross sebagai berikut :

8

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Pengisian data cross dimulai dengan penampang melintang saluran/sungai bagian hilir dan dilanjutkan pada bagian upstreamnya, kemudian seterusnya

Dengan selesainya semua proses sampai tahap diatas, maka pemodelan dapat dikatakan sudah terselesaikan 60 %. Hal ini di dasarkan atas alas an bahwa Proses Pemodelan HEC RAS yang utama terletak pada pemasukan Data Geometri. 2.2.3 Entering Flow Data Dan Kondisi Batas Seperti yang sudah dijelaskan bahwa Program HEC RAS mampu menganalisa kajian hidrolik dengan 2 kondisi aliran steady dan unsteady flow, maka menu icon/tools bar input flow data terdapat 2 macam : Yaitu : : Icon input Data untuk kondisi Steady flow : Icon input Data untuk kondisi UnSteady flow Filosofi dasar pada pemodelan Numerik ini, akan selalu membutuhkan identifikasi awal yang sering disebut dengan Boundary Condition. Dalam hal ini adalah kondisi batas bagian hulu yaitu Debit yang akan dilewatkan, sedangkan boundary condition untuk bagian hilir (dwon stream) dapat berupa : 1. Tinggi muka air bagian hilir

9

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

2. Slope/ kemiringan dasar sungai bagian hilir 3. Stage hidrograf ( hubungan tinggi muka air dengan debit)

2.2.4 Performa hidrolik Kalkulasi Yaitu menu pilihan metode perhitungan pemodelan setiap kondisi hidrolik yang seharusnya :

10

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

BAB III TEORI UMUM PERHITUNGAN MODEL HEC RAS 3.1Analisa Hidrolika 3.1.1 Kriteria Paket Program HEC-RAS (Paket Yang Digunakan) Hydrologic Engineering Center-River Analysis System (HECRAS) adalah paket program yang dapat digunakan untuk menghitung profil muka air satu dimensi (one-dimensional) untuk kondisi aliran tetap berubah lambat laun (steady gradually varied flow) pada saluran alam (sungai) atau saluran prismatis A) Persamaan Dasar Perhitungan Profil muka air dihitung dari suatu penampang dengan Persamaan Energi melalui prosedur iterative yang disebut dengan Standard Step Method. Persamaan Energi yang dimaksud adalah : (3-1) Dimana : Y1,Y2 dan 2 Z1,Z2 melintang 1 dan V1,V2 1 dan 2 1,2 g he

= tinggi muka air pada penampang melintang 1 = garis datum persamaan pada penampang 2 = kecepatan rata-rata pada penampang melintang = koefisien Coriolis = percepatan gravitasi = kehilangan tinggi energi

Gambar 3.1 : Bentuk Persamaan Garis Energi Kehilangan tinggi energi antara dua penampang akibat pelebaran atau penyempitan saluran adalah sebagai berikut :

(3 – 2) Dimana : L = panjang penampang 11

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

= kemiringan garis energi (friction slope) antara dua penampang C = koefisien kehilangan akibat pelebaran atau penyempitan Sf

Panjang sungai rata-rata L, dihitung dengan rumus sebagai berikut : (3-3) Dimana : L lob,Lch,Lrob = panjang melintang penampang sungai kiri, utama dan kanan Qlob,Qch,Qrob = rata-rata debit penampang sungai kiri, utama dan kanan B)

Perhitungan Debit Pada Penampang Sungai Perhitungan debit pada penampang sungai dilakukan dengan membagi beberapa penampang menjadi beberapa bagian dimana kecepatan terdistribusi secara merata. Pendekatan yang dilakukan HEC-RAS adalah membagi beberapa penampang yang bergantung pada input penampang dan nilai n Manning’s seperti pada gambar 3-2 berikut. Besarnya debit dihitung perbagian penampang sungai dengan mengacu pada persamaan Manning’s berikut :

Q  K Sf

1/ 2

(3-4) K

1 A R 2/3 n

(3-5) (SI Unit)

Dimana : K = n = A = R =

conveyance for subdivision koefisien kekasaran Manning’s luas penampang jari-jari hidrolis

Gambar 5.2 : Perhitungan Debit Dengan Cara Subdivision Method

12

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Alternatif metode lain yang dapat digunakan untuk menghitung debit adalah dilakukan antara setiap koordinat titik pada penampang seperti pada gambar 3.3. Debit yang didapat merupakan jumlah dari penampang sebelah kiri dan kanan. Metode ini digunakan pada program Corps HEC-2, metode ini tetap digunakan dan sebagai metode pilihan didalam perhitungan HECRAS.

Gambar 5.3 : Alternatif Perhitungan Debit Dengan Cara Subdivision Method (HEC-2 Style)

C)

Composite nilai n Manning’s Untuk Saluran Utama Aliran dalam saluran tidak dibagi perbagian, kecuali jika nilai kekasaran berubah didalam saluran. Program HEC-RAS dapat digunakan untuk berbagai nilai kekasaran, jika tidak maka program akan menghitung sebagai satu nilai kekasaran. Gambar 3.4 : Definisi Kemiringan Tanggul Untuk Menghitung nilai n Composite (nc) Untuk menghitung nilai n composite pada saluran adalah sebagai berikut :

(3-6) 13

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Dimana : nc = P = Pi = ni =

composite atau ekivalen koefisien kekasaran penampang basah saluran bagian ke i penampang basah nilai kekasaran ke i

D) Evaluasi Energi Kinetik Karena HEC-RAS adalah program untuk menghitung profil muka air satu dimensi, maka hanya satu energi kinetik yang dihitung pada masing-masing penampang saluran. Untuk memberikan gambaran elevasi profil muka air, rata-rata energi dihitung dengan membagi tiga bagian dari penampang melintang saluran (yaitu saluran kiri, utama dan kanan). Gambar 3.5 adalah rata-rata energi yang akan didapatkan dari penampang melintang yang terdiri dari saluran utama dan kanan (tidak terdapat saluran kiri). Gambar 3.5 : Contoh Bagaimana Ratarata Energi Didapat

Dimana : V1 V2

= kecepatan rata-rata sub area 1 = kecepatan rata-rata sub area 2

Menghitung rata-rata energi kinetik adalah untuk mendapatkan koefisien kecepatan  (coefficient Coriolis). Koefisien kecepatan  dihitung dengan rumus sebagai berikut :

(3-7)

(3-8)

14

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

(3-9) Secara umum persamaannya adalah :

(3-10) Persamaan di atas dapat juga ditulis dengan persamaan sebagai berikut :

(3-11) Dimana : Ai Alob,Ach,Arob kanan Ki melintang Klob,Kch,Krob kanan

= total luas penampang melintang = luas penampang kiri, saluran utama, dan =

total

conveyance

dari

penampang

= conveyance kiri, saluran utama, dan

E)

Evaluasi Kehilangan Akibat Geseran (Friction Loss) Friction loss dievaluasi dalam program HEC-RAS sebagai hasil dari kemiringan garis energi Sf dan panjang L (persamaan 3-2), dimana Sf adalah representatif dari friction slope untuk sungai dan panjang L yang didefinisikan pada persamaan 3-3. Friction slope (slope of the energy gradeline) pada tiap-tiap penampang melintang dihitung dari persamaan Manning’s sebagai berikut : (3-12)

Rumus lain untuk menghitung friction slope Sf dalam program HEC-RAS adalah sebagai berikut : Average Conveyance Equation (3-13)

15

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Average Friction Slope Equation (3-14) Geometric Mean Friction Slope Equation (3-15) Harmonic Mean Friction Slope Equation

(3-16) Persamaan 3-13 merupakan persamaan yang dipilih (default) didalam program secara otomatis, kecuali pengguna memilih persamaan lain didalam input program. F)

Evaluasi Kehilangan Akibat Kontraksi dan Pelebaran Kehilangan akibat kontraksi dan pelebaran dalam program HECRAS dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

(3-17) Dimana : C = koefisien kontraksi dan pelebaran Program mengasumsikan bahwa kontraksi terjadi jika kecepatan di hilir lebih besar dari kecepatan di hulu. Sebaliknya pelebaran terjadi jika kecepatan di hulu lebih besar dari kecepatan di hilir. G) Prosedur Perhitungan Profil muka air ditentukan dengan cara solusi iterative dari persamaan 3-1 dan 3-2. Prosedur perhitungan dilakukan dengan cara sebagai berikut : 1) Mengasumsikan profil muka air di hulu (atau di hilir jika profil muka air kritis telah dihitung), 2) Berdasarkan pada asumsi muka air, maka berikutnya menentukan besarnya debit dan kecepatan, 3) Dari nilai langkah ke 2, hitung Sf dan menyelesaikan persamaan 3-2 untuk mendapatkan nilai he, 4) Dari langkah 2 dan 3, menyelesaikan persamaan 3-1 untuk mendapatkan muka air ke 2 WS2,

16

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

5)

Bandingkan nilai WS2 dengan nilai asumsi pada langkah 1; ulangi langkah 1 sampai langkah 5 sampai nilai toleransi perbedaan mencapai 0.01 feet (0.003 m)

Untuk mendapatkan profil muka air didapat dengan cara coba banding. Cara coba banding secara umum berdasarkan pada “Secant Method” yang memproyeksikan perhitungan dari pengasumsian dua nilai coba banding sebelumnya. Persamaan Secant Method adalah sebagai berikut : WS1  WS1-2 - Err1-2 * Err Assum/Err Diff

(3-18) Dimana : WS1 WS1-1 WS1-2 Err1-2 Err Assum sebelumnya Err Dif

= = = = =

asumsi muka air baru asumsi iterasi muka air sebelumnya asumsi muka air dua coba banding sebelumnya kesalahan dua coba banding sebelumnya perbedaan asumsi dari dua coba banding

(Err Assum = WS1-2 – WS1-1) = asumsi muka air dikurangi hasil muka air dari iterasi sebelumnya (I-1), ditambah kesalahan dari dua coba banding Sebelumnya (Err1-2). = Err Dif = WS1-1 – WS Calc1-1 + Err1-2.

H) Penentuan Kedalaman Kritis Kedalaman kritis akan ditentukan dalam kondisi tertentu sebagai berikut : 1) Regime aliran superkritis telah terbentuk, 2) Perhitungan kedalaman kritis dibutuhkan oleh pengguna program, 3) Kedalaman kritis ditentukan oleh pengguna untuk mengetahui kondisi aliran, 4) Froude number untuk mengetahui kondisi subkritis yang mengidentifikasi kan bahwa kedalaman kritis dibutuhkan untuk verifikasi regim aliran, 5) Program tidak akan seimbang jika toleransi kesalahan dalam coba banding belum mencapai nilai iterasi maksimum. Total tinggi energi untuk penampang melintang adalah sebagai berikut :

(5-19) Dimana : H

= total tinggi energi

17

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

WS

= elevasi muka air

 V2 2g

= tinggi kecepatan

Kedalaman kritis adalah kedalaman (elevasi) dimana total tinggi energi minimum. Kedalaman kritis didapat dengan prosedur iterative, dimana nilai muka air WS diasumsi dan berhubungan dengan nilai total tinggi energi H yang ditentukan dengan persamaan 3–19 hingga nilai minimum H tercapai. Gambar 3.6 : Diagram Total Energi VS Elevasi Muka Air Program HEC-RAS mempunyai dua metode untuk menghitung kedalaman kritis, yaitu : a) Parabolic Method dan, b) Secant Method. Parabolic method adalah merupakan perhitungan cepat, tetapi ini hanya dapat digunakan untuk satu minimum energi. Untuk kondisi penampang yang banyak tidak hanya mempunyai satu kurva energi minimum, oleh karena itu parabolic method adalah merupakan metode yang ditentukan/dipilih oleh program, jika penyelesaian parabolic method tidak convergen, maka program akan secara otomatis mencoba dengan secant method. I)

Applikasi Persamaan Momentum Bila profil muka air melalui kedalaman kritis, persamaan energi tidak dapat digunakan. Persamaan energi hanya dapat digunakan dalam kondisi aliran berubah lambat laun (gradually varied flow), dan kondisi aliran transisi dari sub kritis ke super kritis atau super kritis ke sub kritis dimana dalam hal ini kondisi aliran dalam kondisi perubahan secara cepat (rapidly varying flow situation). Ada beberapa hal yang menyebabkan terjadinya kondisi transisi dari sub kritis ke super kritis atau sebaliknya. Beberapa hal tersebut adalah perubahan kemiringan saluran, adanya jembatan, drop structure, bendung dan stream junction. Dalam kondisi berikut persamaan empiris dapat digunakan (seperti drop structure dan bendung), jika tidak, lebih baik menggunakan persamaan momentum sebagai penyelesaiannya. Dalam program HEC-RAS, persamaan momentum dapat digunakan dalam permasala han tertentu berikut ini : kejadian pada hydraulic jump; low flow hydraulic pada jembatan; dan pertemuan sungai (stream junction). Persamaan Momentum diturunkan dari Hukum Newton II sebagai berikut : Gaya = masa x percepatan (perubahan momentum)  Fx  m a

(3-20)

18

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Appliksi Hukum Newton II adalah seperti pada dua penampang melintang pada titik 1 dan 2 (gambar 3.7), berikut adalah rumus dari perubahan momentum : P2  P1  Wx - Ff  Q  Vx

(3-21) Dimana : P = tekanan hidrostatis pada titik 1 dan 2 Wx = gaya karena berat air pada arah X Ff = gaya karena kehilangan tinggi tekan akibat gesekan dari titik 2 ke 1 Q = debit  = berat jenis air V x = perubahan kecepatan dari titik 2 ke 1, pada arah X

Gambar 5.7 : Applikasi dari Prinsip Momentum Hydrostatic Pressure Force Gaya pada arah X karena tekanan hidrostatis : P   A  cos 

(3-22) Bila kemiringan saluran atau sungai lebih kecil dari 1 : 10, maka sudut  sama dengan 6o adalah sama dengan 0.995, jadi cos  sama dengan 1.0. Maka persamaan tekanan hidrostatis pada titik 1 dan 2 adalah sebagai berikut : (3-23) (3-24) Dimana :  = berat jenis air Ai = luas penampang pada titik 1 dan 2 Yi = kedalaman air dari permukaan penampang 1 dan 2

ke

titik

berat

19

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Weight of Water Force Berat air = berat jenis x volume

(3-25) (3-26) (3-27) (3-28) Dimana : L = jarak antara titik 1 dan 2 pada arah X So = kemiringan dasar saluran Zi = datum line pada titik 1 dan 2 Force of External Friction : Ff   P L

(3-29} Dimana :  = shear stress = keliling penampang basah titik 1 dan 2 P    P Sf

(3-30) Dimana : = rata-rata jari-jari hidrolis R Sf = kemiringan garis energi (3-31) (3-32) Mass times Acceleration : (3-33)

(3-34) 20

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

Dimana :  = koefisien momentum yang dihitung dari berbagai distribusi kecepatan pada penampang saluran Subsitusi dari persamaan 5-21, dan asumsi nilai Q dapat berubah dari 2 ke 1 :

(3-35) (3-36) (3-37) Persamaan 3-37 adalah bentuk persamaan momentum yang digunakan dalam program HEC-RAS. Semua aplikasi dari persamaan momentum Di HEC-RAS diperoleh dari persamaan 3-37.

21

C HE K D A M 39. 1

1 25

P la n :

Pl a n 0 1

1 2/2 8 /2 0 0 1 L eg e nd WS P F 1 Gro u n d Ban k

St a

3 9 3 8 3 7

36

35. 1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

3 3 3 4 .4 3 4.1 33. 4

3 3. 01

3 2 31. 7 3 0.4 8

BAB IV PENYELESAIAN CONTOH KASUS STUDI PEMODELAN 4.1

Evaluasi Perencanaan Saluran Drainase Pada tanggal 29 bulan Februari 2003, Arboretum Sumber brantas mengalami bencana banjir, yang mengakibatkan kerusakan di lokasi sekitar Arboretum dan dampak banjir tambahan pada daerah hilirnya hingga Kota Malang raya. Berdasarkan kondisi tersebut, pihak PPSA Kediri melakukan pembangunan Saluran Drainase dilokasi tersebut guna menampung dan mengalirkan debit banjir yang kemungkinan bisa terjadi di waktu mendatang. Denah Umum Perencanaan Saluran Tersebut adalah seperti pada Gambar Berikut : Desain rencana yang telah dibangun adalah sebagai berikut : Dimensi Saluran CHEK DAM 125

Plan: Plan 01

39.1

12/28/2001

39

38

37

36

35.1



n : Pasangan batu kali (0.025)

33 34.4 34.1 33.4 33.01



lebar inlet : 12.5 m dengan kedalaman saluran 5 m



lebar dasar saluran : 3 m dengan kedalaman saluran 3 m



kemiringan tanggul : 1: 0.5



pada bagian tertentu terdapat Drope Structure dengan ketinggian 3.5 m

32 31.7 30.48

Debit rencana yaitu berdasarkan debit banjir yang pernah terjadi yaitu sebesar 48.01 m3/det. Dengan gambar perencanaan seperti pada file CAD Komputer. Sebagai ahli hidrolik anda di tugaskan untuk menganalisa kondisi aliran dan kemampuan kapasitas saluran dengan perencanaan bangunan tersebut. Dan Apa Yang Harus Dilakukan Untuk Mengatasi Aliran Super Kritis Di Bagian Hilir, yang dikarenakan pada bagian hilir merupakan areal lahan pertanian masyarakat sekitar?. (Sebagai Latihan Pengembangan : Dapat Dilakukan Dengan memberikan data input debit yang memiliki lengkung hidrograf. Atau pada bagian hilir diberikan suatu kondisi batas bahwa adanya perubahan muka air yang diakibatkan adanya operasi system bangunan yang lain)

22

Legend WS PF 1 Ground Bank Sta

C HE K D A M 3 9.1

1 25

P la n : P l a n

01

1 2/2 8 /2 0 0 1 Leg e n d WS

PF 1

Grou n d Ban k

St a

3 9 3 8 37

3 6

3 5.1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

34 3 3 4. 34. 1 3 3.4

3 3.0 1

3 2 3 1.7 30. 4 8

DENAH PLAN SALURAN PEMBUANG

4.2

R encana Desain Normalisasi Normalisasi Sungai DAS Arboretum, adalah mempunyai maksud yaitu pelebaran dasar sungai dan bertujuan untuk menyesuaiakan/ pengaturan kondisi hidraulik akibat adanya bangunan Check Dam dan Sudetan. Penampang alur Sungai DAS Arboretum yang dinormalisasi adalah :

 Cross Section : 4 – 0 , sedangkan untuk daerah hulu alur sungai cross 4 adalah tetap pada kondisi alami/eksistin g.  Debit yang dialirkan adalah sama degan soal sebelumnya.  Dimensi Penampang :  Lebar dasar 25

= m

C HE K D A M 3 9.1

1 25

P la n : P l a n

01

1 2/2 8 /2 0 0 1 Leg e n d WS

PF 1

Grou n d Ban k

St a

3 9 3 8 37

3 6

3 5.1

Buku Panduan Umum Pelatihan HEC-RAS 3.01

34 3 3 4. 34. 1 3 3.4

3 3.0 1

3 2 3 1.7 30. 4 8

untuk hulu Check Dam, dan bagian hilir Check Dam adalah perubaha n lebar dasar dari 25 m menuju 12,5 m,

5 m pada alur hulu Check Dam, dan 3-4 m pada alur hilir Check Dam.  Kemiringa n tanggul = 1 : 0.5 dengan pasangan batu kali

 Tinggi tanggul =

24