Bidang Ilmu terapan

LAPORAN PENELITIAN UNGGULAN UNY TAHUN ANGGARAN 2013

JUDUL PENELITIAN:
KAJIAN HIDROLIK MODEL KOLAM AIR DERAS ARUS BAWAH SEBAGAI PENGEMBANGAN BUDIDAYA IKAN

Oleh : SUDIYONO AD, M.Sc. LUTJITO, MT.
DIDIK PURWANTORO, M.Eng.

LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA TAHUN 2013

HALAMAN PENGESAHAN

PROPOSAL PENELITIAN UNGGULAN UNY

1.	Judul Penelitian                                     :	Kajian Hidraulik Model Kolam Air Deras	
		Arus Bawah Sebagai Pengembangan  Budi	
		Daya Ikan	
2.	Ketua Peneliti                                        :		
	a. Nama lengkap                                    :	Sudiyono AD, M.Sc.	
	b. Jabatan                                              :	Lektor Kepala	
	c. Jurusan                                              :	Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan	
	d. Alamat surat                                      :	Pendd. Teknik Sipil dan Perenc. FT. UNY	
	e. Telepon rumah/kantor/HP                 :	081 2271 8649	
	f. Faksimili                                            :	..........................................................	
	g. e-mail                                                :	sudiyono@gmail.com	
3.	Tema Payung Penelitian                       :	Kajian Hidraulik Model Kolam Air Deras	
4.	Skim penelitian                                     :	Fakultas/LPPM/PR I	
5.	Program Strategis Nasional                   :	.........................	
6.	Bidang Keilmuan/Penelitian                 :	.........................	
7.	Tim Peneliti		

8.     Mahasiswa yang terlibat                        : 	
No	Nama	N I M	Prodi	
1.	Meita Ratriana	10510134029	Teknik Sipil	
2.	Lanaria Pangestu	10510134025	Teknik Sipil	
3.	Supriyadi	10510134032	Teknik Sipil	

9.	Lokasi Penelitian                                        :	Lab. Hidrolika FT UNY	
10.	Waktu Penelitian                                        :	Mei sampai Oktober. 2013	
11.	Dana yang diusulkan                                  :	Rp. 20.000 000,00	

No	Nama dan Gelar	NIP	Bidang Keahlian	
1.	Sodiyono AD., M.Sc.	19511212 197803 1 004	Drainase	
2.	Didik Purwantoro, M.Eng.	19730130 199801 1 001	Hidrolika	
3.	Lutjito, M.T	19530528 197903 1 003	Transpor Sedimen	

Mengetahui:
Dekan Fakultas Teknik

.       Dr. Moch Bruri Triono
NIP. 19560216 198603 1 003

Yogyakarta, 15 April 2013.

Ketua Tim Peneliti,

(Sudiyono AD, M.Sc.)
NIP  19511212 197801 3 004

Mengetahui, Ketua LPPM,

Prof. Dr. Anik Ghufron, M.Pd
NIP. 19621111 1988 1 001

A. Judul Penelitian : Kajian Hidraulik Model Kolam Air Deras Arus Bawah Sebagai

Pengembangan  Budi Daya Ikan.

B. ABSTRAK
Masyarakat kita yang sebagian besar penduduknya bermata pencaharian sebagai
petani, hampir semua daerah yang airnya mencukupi di tiap rumah memiliki kolam pemeliharaan ikan. Dimana ikan sebagai produk makanan penghasil protein yang sangat dibutuhkan oleh manusia. Fenomena ini selalu bisa dilihat ketika menjelang hari besar keagamaan permintaan benih ikan  meningkat dan pada hari besar keagamaan permintaan ikan konsumsi meningkat pula. Bahkan hampir di setiap rumah menyediakan sajian ikan.
Penelitian ini dimaksudkan untuk memperoleh model kolam air deras dengan arus bawah sehingga bisa mendapatkan kolam yang sehat dan bisa mempercepat pertumbuhan ikan sebab di masyarakat sudah berkembang kolam air deras arus permukaan. Dalam penelitian ini dilakukan uji model di Laboratorium Hidraulika Jurusan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta
Dari penelitian ini diharapkan didapat hasil model kolam air deras arus bawah yang sehat yang bisa mengalirkan sediment, kotoran ikan dan menghambat gerak jatuh pellet (pakan ikan).

Kata kunci: Kolam, arus bawah, sedimen

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Sungai merupakan sumber air yang sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia untuk memenuhi berbagai macam kebutuhan, diantaranya adalah untuk kebutuhan rumah tangga, pertanian dan perikanan, sehingga perlu mendapatkan perhatian dan pengelolaan yang baik agar tetap dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Disamping itu masyarakat kita yang sebagian besar penduduknya bermata pencaharian sebagai petani, hampir semua daerah yang airnya mencukupi di tiap rumah memiliki kolam pemeliharaan ikan. Meskipun penangkapannya untuk dikonsumsi dilakukan setahun sekali pada hari besar keagamaan (Idul  Fitri,  Idul  Adha,  dan  lain-lain)  atau  pada  bulan-bulan  tertentu  jika  ada  hajatan keluarga. Fenomena ini selalu bisa dilihat ketika menjelang hari besar keagamaan permintaan benih ikan  meningkat dan pada hari besar keagamaannya tersebut permintaan ikan konsumsi meningkat pula. Bahkan hampir di setiap rumah menyediakan sajian ikan.
Kondisi klimatologi dan social budaya masyarakat di pedesaan cukup mendukung terhadap pengembangan usaha perikanan darat baik segmen usaha pembibitan dan segmen usaha pembesaran  (grower).  Terbukanya permintaan  pasar  yang cukup  besar terhadap beberapa jenis ikan air tawar untuk dibudidayakan lebih lanjut baik untuk kepentingan komersial ataupun hobi.

Gambar1: Kolam air deras arus permukaan

Untuk  membudidayakan  ikan  air  tawar  perlu  sarana  kolam  yang  sehat  dan  bias mempercepat pertumbuhan salah satunya dengan model kolam ikan air deras dengan arus

bawah. Yang sekarang berkembang di masyarakat yaitu kolam air deras dengan arus permukaan. Bentuk dan konstruksi kolam air deras memang berbeda dibandingkan dengan kolam air tenang.  Perbedaan utama adalah kolam air deras airnya mengalir dengan kecepatan  tinggi, sehingga perlu konstruksi kolam khusus untuk menahan arus air yang yang kuat pada dinding dan dasar kolam.  Oleh karena itu kolam air deras tidak dapat dibuat dari tanah tetapi harus berdinding beton yang cukup kuat. Kecepatan aliran air akan menentukan kemampuan dalam membuang sisa-sisa pakan dan kotoran lain dalam kolam ke saluran pembuangan.Jika kecepatan aliran air kurang kuat maka kotoran tersebut akan mengendap di dasar kolam dan bisa menjadi sumber penyakit. Tetapi jika kecepatan arus terlalu kuat maka energi yang digunakan oleh ikan untuk mempertahankan posisi tubuhnya menjadi besar.
Untuk menentukan besarnya debit yang lewat pada suatu kolam perlu dibuatkan suatu model sehingga debit aliran yang masuk dapat mengangkut sediment atau endapan yang  ada di  dasar kolam.  Debit  air  100  liter/menit/m3  mampu  menghasilkan  oksigen terlarut (DO) yang tinggi sehingga dapat dilakukan penebaran yang tinggi dengan tingkat efisiensi pakan rendah. Sebagai contoh padat tebar ikan mas di kolam air tenang (KAT) dengan benih ukuran 7–9 cm (10 gram/ekor) sebanyak 5–7 ekor/m2 sedangkan untuk kolam air deras sebanyak 30 ekor/ m2 dengan ukuran 100 gr/ekor. (http://benihikan.net/teknologi/perkembangan-ikan-mas-kolam-air-deras-kad)
Kepala Dinas Perikanan Jabar,Ahmad Hadadi, ikan mas produksi kolam air deras memiliki segmentasi pasar dan keunggulan tersendiri. “Dari sisi rasa lebih enak dan tampilan  juga  lebih  disukai  konsumen,”ujarnya.Sementara  dari  segi  kualitas,  Dosen Fakultas Perikanan Institut Pertanian Bogor, Enang Harris Surawidjaja menyatakan ikan mas hasil budidaya kolam air deras lebih bagus dibandingkan ikan mas dari keramba jaring apung dan tidak berbau lumpur. (http://mitrapetaniunggul.blogspot.com)
Debit air di kolam air deras sangat besar sehingga aliran yang terjadi mudah untuk bersirkulasi  ke  seluruh  bagian  kolam.  Aliran  yang  deras  akan  membawa  kandungan oksigen yang tinggi secara kontinyu. Sehingga diharapkan ikan tidak akan kekurangan oksigen. Debit air yang tinggi pada kolam air deras, selain untuk suplay oksigen, juga untuk membuang semua kotoran dan endapan lumpur yang terjadi dalam kolam itu sendiri. Kotoran pada sebuah kolam bisa berupa lumpur, sisa pakan, kotoran ikan, dan kotoran lainnya. Semua kotoran itu dapat menurunkan kualitas air kolam. Pada kualitas air yang rendah, maka proses pertumbuhan ikan akan terganggu.

Dengan pengembagan olam air deras arus bawah diharapkan efisiensi pakan lebih hemat sebab pakan yang hanyut terbawa aliran semakin kecil dan kwalitas ikan semakin baik karena endapan lumpur pada kolam tak akan terjadi

B. Indentifikasi Masalah

Dari kajian tersebut di atas dan permasalahan yang sering terjadi pada masyarakat perikanan, maka dapat diindentifikasi masalah sebagai berikut:
1  Menciptakan bentuk kolam yang sehat untuk peertumbuhan ikan

2  Mengurangi kerugian penggunaan pakan jenis apung karena hanyut terbawa aliran air.
3  Menciptakan bentuk kolam yang bebas endapan lumpur.

C. Perumusan Masalah

Dari  permasalahan  yang  ditimbulkan  adanya  faktor  sedimentasi  dan  endapan lumpur kedalam aliran air di dalam kolam dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:
1.  Apakah  kedalaman  aliran  air  pada  kolam  akan  berpengaruh  terhadap  angkutan sedimen di dasr kolam?
2.  Berapa ukuran sedimen maksimum yang bisa terangkut ?

D.  Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk:

1	Mempelajari proses pengaliran melewati dasar kolam sehingga endaman sediment bisa terangkut  oleh besarnya kecepatan aliran sehingga akan didapatkan kolam yang sehat bagi pertumbuhan ikan.
2	Untuk  mengetahui  apakah  kedalaman  kolam  akan  berpengaruh  terhadap  kondisi sedimen di dasar kolam
3	Adanya aliran deras dekat dasar kolam akan mengurangi terjadinya endapan sedimen atau lumpur.

E.   Manfaat yang Diharapkan

Penelitian ini diharapkan memberikan manfaat bagi bidang perikanan, khususnya untuk memberi informasi dan landasan bagi pembuatan kolam ikan air deras yang aman dan sehat sehingga bisa meningkatkan kesejahteran petani ikan.

1.   Menguatkan fungsi dan peran pelaku usaha perikanan darat untuk meningkatkan kwalitas produksi dalam mengembangkan usaha.
2.   Memanfaatkan dan mengoptimalkan pengelolaan sumberdaya perikanan darat yang berkelanjutan guna terciptanya usaha perikanan  darat  yang efisien dan  berdaya saing.
3.   Upaya menjadikan teknologi kolam air deras sebagai suatu kebutuhan yang murah dan  ramah  dalam  arti  aplikatif untuk  meningkatkan nilai  tambah  potensi  lokal sumberdaya perikanan.
4.   Terbentuknya sektor perikanan darat yang sadar akan kualitas output dalam bentuk produk dan layanannya berkait dengan kenyamanan dan keamanan konsumen.

BAB II. KAJIAN PUSTAKA

A.  Aliran turbulen

Pada dasarnya keadaan atau aliran saluran terbuka ditentukan oleh pengaruh kekentalan/  viskositas  dan  gravitasi  sehubuungan  dengan  gaya-gaya  inersia  aliran. Pengaruh dari kekentalan ini dapat mengakibatkan aliran bersipat laminer, transisi dan turbulen. Aliran bersipat laminer bila gaya kekentalan relatif besar terhadap sipat aliran. Aliran adalah turbulen jika gaya kekentalan relatif kecil dibandingkan dengan dengan gaya kelembamannya. Pada aliran turbulen partikel-partikel fluida bergerak menurut lintasan yang tidak teratur, tidak lancar dan tidak tetap. Pengaruh kekentalan terhadap kelembaman dinyatakan dengan
Re   uL


bilangan reynolds (Re) dan didefinisikan sebagai berikut.

Dengan u = kecepatan aliran; L = panjang karateristik (pada saluran terbuka dianggap sama dengan jari-jari hidraulis R)  = kekentalan kinematik (m2/det); = ;  = kekentakan dinamik dan  = rapat masa fluida. Bila bilangan reynolds kecil, aliran saluran terbuka bersipat laminer, sebaliknya aliran adalah turbulen jika Re besar. Nilai-nilai berikut adalah batasan sifat aliran fluida dalam aliran saluran terbuka, yaitu jika Re   500: aliran laminar,
500 < Re < 12500 : aliran transisi dan jika Re > 12500 :aliran turbulen.

B. Distribusi kecepatan
Berdasarkan pengukuran yang dilakukan Nikuradse (1933, dalam Graf, 1998), distribusi kecepatan aliran turbulen dibagi menurut kekasaran dinding, yaitu :
a. Hidraulik licin (a <<   )
7


zo          dengan harga   c   berkisar antara   100   hingga   107 , Nikuradse
c

memakai  c = 107  untuk hidraulik licin, sedang di Indonesia biasanya dipakai  c = 104

uz   5,75u*

log 104 z


untuk kecepatan rata-rata U untuk   z = 0,4 h  adalah:

U  5,75u*

log 42h


b. Hidraulik kasar (a >>   )
7

z    k
o         c

dengan harga  c  berkisar antara  30  hingga  33 , Nikuradse memakai  c =

30  untuk dasar saluran dimana  k = 2 a

apabila dipakai   c = 33  maka:

uz   5,75u*

log 33z k

dan harga kecepatan rata-rata U untuk   z = 0,4 h  adalah:

U  5,75u*

log 12h k

D.   Kecepatan Endap Partikel Sedimen Suspensi

                         s 	

Kecepatan endap partikel pada air jernih dari sebutir partikel pasir yang berukuran lebih kecil dari               (Stoke-range) dapat diekpresikan (Van Rijn, 1984)

Ws  

1 s  1gD 2
18        

E.  Awal gerak butiran

Permulaan gerak butiran
Akibat adanya aliran air timbul gaya-gaya yang bekerja pada material sedimen.

Gaya-gaya tersebut mempunyai kecenderungan untuk menggerakkan material butiran sedimen. Pada waktu gaya-gaya yang bekerja pada butiran sedimen mencapai suatu harga tertentu, sehingga apabila sedikit gaya ditambahkan akan menyebabkan butiran sedimen bergerak, maka kondisi tersebut dinamakan kondisi kritik. Parameter aliran pada kondisi tersebut, seperti tegangan geser dasar (τ0), kecepatan aliran (U) juga mencapai kritik (Kironoto, 1997).
Permulaan gerak butiran yang sering disebut kondisi kritik (critical  condition) atau awal gerusan (initial scour) dijelaskan oleh Graf (1984) adalah sebagai berikut :
1.   Dengan    menggunakan    persamaan-persamaan    kecepatan    geser    kritik    dengan mempertimbangkan pengaruh aliran terhadap butiran
2.   Dengan  persamaan-persamaan  tegangan  geser  kritik  dengan  mempertim-bangkan hambatan gesek dari aliran terhadap butiran
3.   Kriteria gaya angkat yang mempertimbangkan perbedaan tekanan yang diakibatkan oleh gradien kecepatan.

Garde dan Raju (1977) menyatakan bahwa permulaan gerak butiran adalah salah satu dari kondisi berikut :
1.   Satu butiran tunggal bergerak

2.   Beberapa (sedikit) butiran bergerak

3.   Butiran bersama-sama bergerak dari dasar

4.   Kecenderungan pengangkutan butiran yang ada sampai habis.

Kecepatan Geser dan Tegangan Geser

Breusers & Reudkivi (1991) memberikan dimensi analisis untuk menentukan beberapa parameter tak berdimensi dan ditetapkan dalam bentuk diagram pergerakan awal (incipientmotion). Melalui grafik Sheilds, dengan mengetahui bilangan Reynold (Rc) atau diameter butiran (d), maka pada nilai tegangan dasar kritis (τc) dapat diketahui.  Bila  tegangan  dasar  aliran  berada  diatas  nilai  kritiknya  maka  butiran sedimen bergerak, atau dengan kata lain:
τ0 < τ0 butiran dasar tidak bergerak τ0 = τc butiran dasar mulai bergerak τ0  > τc butiran dasar bergerak

Gambar 5. Grafik Shields (Breusers dan Raudkivi, 1991) Grafik Shields mendefinisikan gerak awal menjadi persamaan berikut:

         U   2

0c =

         c              *C 	

gd

dengan :

gd

0c = koefisien Shields

τc = tegangan geser kritik ρ  = berat jenis butiran air g = percepatan grvitasi U*c = kecepatan
Δ = (ρs – ρ) / ρ

Kecepatan geser:  U* =

( g.Y0 .S f )

2

Tegangan geser:      τ = ( U*  . ρ)

3.2 Model Hidrolik

Untuk  menyelesaikan  berbagai  masalah  yang  menyangkut  fenomena  alam kadang-kadang tidak cukup hanya dengan mengandalkan hitungan matematis saja, dibutuhkan suatu penelitian yang dapat menirukan keadaan yang sebenarnya di lapangan. Untuk mengadopsi hal tersebut maka dulakukanlah uji model yang diharapkan bisa mewakili kondisi alam yang sebenarnya dilaboratorium. Studi model dilakukan dengan bantuan suatu model hidraulik. Ada beberapa macam model hidraulik salah satunya adalah model hidraulik fisik (Hydraulic scale model) yang selanjutnya disebut dengan model fisik. Model  fisik  dipilih  dengan  pertimbangan  bahwa  penyelesaian  permasalahan  yang  ada hanya dapat dilakukan dengan cara mengamati secara langsung fenomena fisik yang dalam hal ini belum dapat diselesaikan dengan model matematika.
Dilaboratorium kondisi model bisa diatur dan dikontrol sesuai dengan yang dikehendaki. Pemindahan ke laboratorium ini tentunya harus memenuhi kesebanguan dan pertimbangan dimensi secara benar. Diharapkan bentuk model fisik yang dibuat bisa mewakili perilaku aslinya walaupun hanya dalam bentuk pendekatan. Pemindahan dilakukan kadang-kadang dengan menggunakan pengecilan ukuran (skala) sesuai dengan fasilitas laboratorium. Hal yang harus diperhatikan adalah adanya kesamaan parameter- parameter dominan antara model dengan prototip, agar perilaku model  bisa diinterpretasikan kembali ke prototip.
Studi model dimaksudkan untuk meneruskan segala permasalahan yang ada diprototip ke suatu model yang dapat dibuat dan dikontrol di laboratorium. Tugas dan peranan model diantaranya adalah :
1. Untuk meramalkan kemungkinan yang akan terjadi setelah bangunan dibuat.

2. Untuk  mendapatkan  suatu  tingkat  keyakinan  yang  tinggi  akan  keberhasilan  suatu perencaan bangunan.

3. Untuk mengetahui dan meramalkan penampilan bangunan serta pengaruhnya terhadap lingkungan.
Persoalan atau permasalahan yang ada pada perencanaan   bangunan air  yang tidak dapat dipecahkan dengan rumus-rumus yang ada, diharapkan dengan bantuan model hidrolik persoalan tersebut dapat diatasi. Pembuatan model untuk meneliti bangunan hidrolik harus memperhatikan proses fisik yang akan ditirukan, sehingga kejadian yang ada di model sebangun dengan yang ada di prototip. Untuk memenuhi ketentuan tersebut dan mendapatkan pemodelan  yang  baik  diperlukan pemenuhan  kriteria kesebangunan  yang meliputi sebangun geometrik (panjang, lebar, tinggi) sebangun kinematik (kecepatan dan aliran) dan sebangun dinamik (berhubungan dengan arah dan besar vektor-vektor gaya yang bekerja).
3.2.1 Sebangun Geometrik

Model  dikatakan  sebangun  geometrik,  apabila  model  dan  prototip  mempunyai bentuk yang sama tetapi ukurannya berbeda. Hal ini berarti bahwa perbandingan antara
semua ukuran panjang adalah sama. Skala panjang pada umumnya diberi notasi nL :

nL

dengan :

  Lp
Lm

nL            : Skala panjang Lp       : Ukuran prototip Lm      : Ukuran model
Kesebangunan geometrik terbagi dua yaitu :

a. Sebangun geometrik sempurna tanpa distorsi (Undistorted)

  Skala panjang arah horizontal (skala panjang) sama dengan skala panjang arah vertikal (skala tinggi)
b. Sebangun geometrik dengan distorsi (distorted)

  Skala panjang arah horizontal dan skala panjang arah vertikal tidak sama

3.2.2 Sebangun Kinematik

Skala kinematik dipenuhi jika sebangun geometrik aliran pada model dan prototip sebangun. Hal ini berarti bahwa kecepatan dan percepatan aliran dititik-titik yang sama pada model dan prototip dan mempunyai arah yang sama dan mempunyai perbandingan yang sama besar. Kesebangunan kinematik dapat didefinisikan dengan nilai-nilai sebagai berikut :

T p  
1.   Skala waktu                                        : nT   
T

V

2.   Skala kecepatan                                  : n

m

n        n
    L        h  

nT         nT

a

3.   Skala percepatan                                : n

 n         n
    L        h 	

n 1             n 1
T               T

4.   Pada model dengan distorsi               :

n L     n h  

3.2.3 Sebangun Dinamik

nT          nT

Sebangun dinamik dipenuhi jika model dan prototip sebangun geometrik dan kinematik dan perbandingan gaya-gaya yang bersangkutan pada model dan pada prototype untuk seluruh pengaliran yang bekerja pada arah yang sama adalah sama besar. Ukuran gaya dimodel dan prototype dipakai satu besaran yang disebut gaya inersia yang besarnya didapat dari persamaan F=m.a. Perbandingan antara gaya-gaya yang bekerja dengan gaya inersia memberikan nilai kesebangunan dinamik.
1.   Dalam menentukan skala model untuk kesebangunan dinamik sebaiknya dipilih gaya-gaya yang paling penting saja, sebab apabila semua gaya yang terjadi diperhatikan maka besar model yang harus dibuat mendekati aslinya.
Kriteria   kesebangunan   dinamik   menurut   kondisi   bilangan   Froude   dapat

diekspresikan sebagai akar dari perbandingan antara gaya inersia dan gaya berat.

     Gaya Inersia (FI) = massa x percepatan = M x a =

L3   L    L2 v 2

     

     Gaya berat (FG)    = massa x gravitasi = M x g = Sehingga bilangan Froude adalah :

 T 2  

L3 g

Fr2 =

gayainersi a gayaberat

2    2             2

Fr2 =

L  v     v 	

atau  Fr =    v 	

L3 g      gL                     gL

dengan:

Fr           : bilangan Froude v             : kecepatan (m/dt)
g             : percepatan gravitasi (m/dt2)

L            : panjang spesifik (m)

            : rapat massa (kg/m3)
kesebangunan dinamik menurut kondisi bilangan Froude, perbandingan gaya gravitasi dan inersia pada model dan prototipe harus sama.
F  
nFr =        r    p    = 1



Fr    m

                      

   v    

    v    





   gL 





m

   gL 
p

n = skala model

Contoh  penurunan  rumus  bilangan  Froude  untuk  dipakai  dalam  model  dapat dilihat sebagai berikut :

1.  Skala model untuk kecepatan (nv) Bilangan Froude,

Fr =

   v 	
gL

F  

nFr =

       r    p         = 1



Fr    m

maka (Fr)m   = (Fr)p

(   v   )m   =  (   v   )p
gL               gL
  gL            g      L

p

                 m  

     m  

     m  

vm/vp    =

  gL     =

x
g p        L p

karena skala prototip (skala sebenarnya) = 1, maka

m

nv             = 

n g .n L 

= n

1/2 g

1/2

. n

L

Percepatan gravitasi pada prototip sama dengan pada model, ng=1, sehingga

L

L

nv =

n    = n 1/2

2.    Skala model untuk waktu

L

L

nt = nL/nv = nL/

n L    =

n     = n 1/2

Model fisik dapat diklasifikasikan dalam dua tipe, yaitu model tak terdistorsi (undistorted model) dan model tedistorsi (distorted model). Model tak terdistorsi bentuk geometri antara model dengan prototip adalah sama hanya ukuran model diperkecil dengan perbandingan ukuran (skala) tertentu. Sedangkan model terdistorsi bentuk geometri antara model dengan prototip tidak sama. Model terdistorsi banyak digunakan bila prototip mempunyai  perbandingan  dimensi  horizontal  lebih  besar  dari  dimensi  vertikalnya, sehingga diperlukan reduksi salah satu arah dimensinya, agar lebih mudah dalam pelaksanaan   pemodelannya.   Dalam   penelitian   ini   dipergunakan   jenis   model   tidak terdistorsi,  yaitu  model  yang  mempunyai  skala  horizontal  dan  vertikal  yang  dapat dinyatakan sebagai berikut :

nH = nd = nL

dengan :

nH                : skala tinggi gelombang

nd                 : perbandingan kedalaman

nL                 : perbandingan panjang spesifik

Untuk pendekatan terhadap fenomena alam yang sangat kompleks, maka dalam proses pemodelan harus dilakukan dengan benar. Tahapan yang biasa dilakukan adalah dengan pengkalibrasian yaitu pengaturan apakah fenomena yang terjadi di prototip sudah sesuai dengan yang ada di model. Proses selanjutnya adalah verifikasi yaitu pembuktian proses yang  ada di model sudah sesuai dengan yang ada di prototip tanpa pengaturan lagi. Dalam penelitian ini pengaturan fungsi peralatannya sudah dilakukan oleh pembuatnya, sedang kalibrasi yang dilakukan hanyalah pada proses pengoperasian  alat untuk menjaga agar  terjadi  kesesuaian  antara  prototip  dengan  model  dengan  skala  yang  ada  dan pembuatan bahan  serta bentuk model.

3.2.4 Analisis Dimensi

Analisis dimensi adalah suatu usaha dengan teknik matematika tertentu, yang dilakukan dalam rangka mencari hubungan antara berbagai parameter atau besaran fisik yang berpengaruh dalam kaitannya dengan dimensi pada permasalahan yang diteliti. Hubungan faktor-faktor yang berpengaruh pada kondisi fisik diekspresikan dalam bilangan

tak    berdimensi.    Bilangan    tak    berdimensi    tersebut    dapat    dipergunakan    untuk menggambarkan hasil-hasil penelitian, sehingga hasilnya dapat digeneralisir.
Beberapa cara pendekatan yang biasa dipergunakan dalam analisis dimensi (Nur

Yuwono, 1994), diantaranya adalah :

1.   Basic Echelon matrix

2.   Buckingham

3.   Rayleigh

4.   Stepwise

5.   Langhaar

3.2.5 Reproduksi Fenomena Hidraulik

Hubungan skala antar parameter yang akan dipergunakan untuk membuat model dibedakan menjadi dua group sebagai berikut :
a. Hukum skala (scale law) : yaitu hubungan-hubungan antar skala parameter yang harus

dipenuhi.

U  C(al) 0,5

nU    nc

.na

.nT

0,5

b.  persyaratan  skala  (scale  condition)  :  hubungan  antar  skala  parameter  yang  harus dipenuhi  untuk  menghindari  “scale  effect”.  Sering  pula  hal  itu  disebut  criteria sebangun.
Persamaan Bernoulli : H=h+s

h



           

S p
nh  
(     /

 H p              h p       S p               h       n   n    S      h

h



n                                        m        h           s        m          m  

di sini untuk

H m          m

 S m  

S
1       m  
hm

S
1       m  
hm

nh   ns   nH

 nh   ns

nh   ns ,

 nH

 f (n

h .ns .

S m  )
hm

3.3 Kalibrasi dan Verifikasi

Kalibrasi adalah pengaturan model agar supaya data-data yang ada di prototip sesuai dengan yang ada di model. Setelah model memenuhi syarat kalibrasi lalu dilakukan pengecekan tahap yang disebut Verifikasi. Verifikasi adalah pembuktian bahwa model

sudah sesuai dengan yang ada di prototype tanpa merubah atau mengatur model lagi. Untuk keperluan verifikasi diperlukan data seperti yang dipergunakan pada kalibrasi, tetapi pada kondisi yang lain, untuk sungai misalnya, data elevasi muka air pada debit yang lain (dengan   menggunakan   “rating   curve’).   “Kalibrasi’   dan   ‘Verifikasi’   suatu   model merupakan suatu keharusan, namun pada kasus tertentu kalibrasi dan verifikasi tidak dapat dilakukan mengingat barang yang ada pada prototype belum ada misalnya pada model bendung, pintu air, bangunan pelimpah.
F. Kerangka Berfikir

Pemeliharaan ikan air di kolam deras dengan arus pada permukaan termasuk salahsatu cara membesarkan ikan mas yang paling manjur saat ini. Menurut penelitian dari Balai Penelitian Perikanan Darat Cibalagung menampakkan hasil yang menggembirakan dari bobot ikan 100 gr. tumbuh menjadi bobot 1 kg. hanya dalam tempo + 3 bulan dalam Pinus (2001).
Dalam pemeliharaan ikan pada kolam air deras kita harus memperhatikan juga kwalitas air. Walau air berlimpah ruah tapi kalau tak layak dihuni ikan mas toh tak ada artinya. Sebagai mana halnya dengan makluk hidup, maka ikan juga membutuhkan oksigen untuk bernafas. Karena ikan bernafas dengan insang dalam air, maka ikan membutuhkan oksigen dalam air yang disebut oksigen terlarut.
Sedangkan     amoniak adalah racun yang membahayakan bagi kehidupan ikan dikolam, amoniak diproduksi oleh kotoran yang mengendap didasar kolam. Endapan sedimen yang mengendap di dasar kolam akan mempengaruhi kwalitas dari ikan yaitu ikan berbau lumpur.
G. Hipotesis

Dari  uraian  di atas dapat dirumuskan hipotesis kerja sebagai berikut.

3.   Apakah kedalaman aliran pada kolam akan berpengaruh terhadap angkutan sedimen di dasr kolam?
4.   Berapa ukuran sedimen maksimum yang bisa terangkut ?
.

BAB III. METODE PENELITIAN

Studi  penelitian  ini  dilakukan  dengan  cara eksperimen,  yaitu  dengan  membuat model kolam. Penelitian ini akan dikerjakan di Laboratorium Hidraulika Jurusan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta.
Dalam pembuatan model kolam air arus deras didekat dasar dibuat model dari bahan fiberglass dengan skala model, dan pada dasar kolam diberi butiran sediment pasir dengan gradasi butiran diambil d50, sedangkan sebagai butiran apung dipakai pellet(pakan ikan).
A.   Alat dan Bahan Penelitian

Pada penelitian ini bahan  dan alat  yang digunakan adalah :

1.   Air

Air yang digunakan pada penelitian ini berasal dari Laboratorium Hidraulika UNY. Parameter aliran air yang ditetapkan adalah tinggi dan debit aliran air. Tinggi aliran air dibuat sama sedangkan debit   aliran air dibuat bervariasi sehingga selama percobaan berlangsung, pasir dalam keadaan diam, sehingga dicapai keadaan aliran tanpa angkutan sedimen (clear water scour).
2.   Point Gauge

Berupa mistar ukur vertikal yang digunakan untuk mengukur kedalaman aliran dan kedalaman gerusan yang terjadi.
3.   Stopwatch  (pencatat waktu).

Digunakan  untuk  menentukan  waktu  pengukuran  kedalaman  gerusan  selama

running  penelitian dilakukan.

4.   Kamera Foto.

Digunakan untuk  mendokumentasikan detail hasil running  penilitian secara visual.

5.   Meteran dan Penggaris

Untuk mengukur elevasi muka air dan kedalaman aliran di sepanjang flume, serta untuk mengukur kedalaman gerusan di bagian hilir model pilar jembatan.
6.   Pasir

Bahan yang digunakan sebagai sedimen dasar adalah pasir alam yang berasal dari Sungai  Krasak    Yogyakarta.  Pasir  yang digunakan  telah  di  uji  dengan  gradasi butiran d50  sehingga dapat digunakan selama pengujian berlangsung. Pengujian

pasir  dilakukan  di  Laboratorium  Bahan     Bangunan  Fakultas  Teknik  UNY Yogyakarta.

Sedimen Suspensi	Sedimen Dasar	
d16    = 0.018  mm d50     = 0.026  mm d84    = 0.055  mm	D16    = 0.30  mm D35    = 0.40  mm D50    = 0.60  mm
D65    = 0.82  mm
D84    = 1.80  mm	

Gambar 15 : Kurva gradasi sedimen dasar dan sedimen susp

B.   Teknik Pengumpulan Data

Pada tahap I teknik pengambilan data yang dilakukan dalam bentuk uji model aliran arus permukaan, Selama proses pengukuran juga dilakukan pengamatan proses gerusan yang terjadi. Untuk data yang diperoleh di laboratorium dilakukan dengan pengukuran langsung di laboratorium terhadap dimensi model kolam dan angkutan dasar. Data diambil dengan cara mencatat hasil dari tiap pengujian yang dilakukan di Laboratorium Hidraulika dengan cara memberikan debit yang berbeda untuk tiap jenis
aliran.

Pada tahap II teknik pengambilan data yang dilakukan dalam bentuk uji model aliran  arus  bawah,  Selama  proses  pengukuran  juga  dilakukan  pengamatan  proses

gerusan yang terjadi. Untuk data yang diperoleh di laboratorium dilakukan dengan pengukuran langsung di laboratorium terhadap dimensi model kolam dan angkutan dasar. Data diambil dengan cara mencatat hasil dari tiap pengujian yang dilakukan di Laboratorium Hidraulika dengan cara memberikan debit yang berbeda untuk tiap jenis
aliran

Lobang pemasukan air

Lobang keluar air

Kolam pemeliharaan

Saluran air

Tampak atas model kolam air deras

Potongan memanjang kolam

Gambar 4 sketsa model kolam air deras arus bawah

C.  Analisis Data

Untuk mendapatkan debit dan angkutan sedimen dasar dilakukan pengukuran dan analisis persamaan transport sedimen dengan menggunakan metode analisis untuk memperoleh nilai standar deviasi, mean, Dari data tersebut diperoleh hubungan debit dengan kedalaman. Dan untuk mengukur besarnya kandungan oksigen   dengan uji laboratorium

Persiapan

Kajian Pustaka                                              Alat dan bahan

Pembuatan model

Pengujian model
        Kolam air deras dengan arus permukaan
        Kolam air deras dengan arus bawah

Pencatatan Data

Olah Data

Penyusunan Laporan

Selesai

Gambar 5. Diagram Alir Penelitian

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Deskripsi Data

Parameter yang diukur pada saat melakukan running aliran diantaranya berupa: debit aliran (Q), kecepatan aliran (u), kedalaman aliran (D), kemiringan dasar kolam (So) dan suhu air (t).
Data-data tersebut adalah data hasil pengukuran pada model kolam air deras di Laboratorium Hidraulika Jurusan Teknik Sipil dan Perencanaan FT., UNY., data hasil pengukuran diberikan pada Tabel  .1. Jumlah running yang dianalisis dalam penelitian ini adalah sejumlah 5 variasi debit untuk aliran arus bawah dan satu kali raning aliran arus atas. Pengkodean running didasarkan pada perbedaan debit yang digunakan.
Tabel 1 : Variabel-variabel pengukuran aliran pada kolam air deras

(m3/det)	h1
m	h2
m	h3
m	h4
m	U11
m/det	U12
m/det	U13
m/det	U14
m/det	U21
m/det	U22
m/det	U23
m/det	U24
m/det	
Q1
0,000974	

0,08	

0,13	

0,18	

0,23	

0,24	

0,21	

0,27	

0,3	

0,15	

0,12	

0,09	

0,09	
Q2
0,001571	

0,085	

0,135	

0,185	

0,235	

0,39	

0,42	

0,42	

0,3	

0,27	

0,27	

0,24	

0,18	
Q3
0,001597	

0,09	

0,14	

0,19	

0,24	

0,63	

0,6	

0,57	

0,6	

0,27	

0,24	

0,18	

0,24	
Q4
0,001677	

0,092	

0,147	

0,197	

0,245	

0,54	

0,51	

0,57	

0,45	

0,24	

0,15	

0,15	

0,24	
Q5
0,001796	

0,093	

0,15	

0,198	

0,246	

0,6	

0,51	

0,57	

0,57	

0,21	

0,24	

0,24	

0,15	

Dimana : Q adalah debit aliran
h1 , h2, h3, h4, adalah kedalaman air kolam
U1 adalah kecepatan aliran dikeedalaman 1 cm di atas dasar kolam
U2 adalah kecepatan aliran dikeedalaman 5 cm di atas dasar kolam

Kecepatan Geser

Hasil pengukuran distribusi kecepatan dan kedalaman aliran seperi ditunjukkan pada tabel

1, maka ditentukan besarnya kecepatan geser yang terjadi pada setiap raning

(m3/det)	h1
m	h2
m	h3
m	h4
m	U*11
m/det	U*12
m/det	U*13
m/det	U*14
m/det	
Q1
0,000974	

0,08	

0,13	

0,18	

0,23	

0,043	

0,089	

0,269	

0,419	
Q2
0,001571	

0,085	

0,135	

0,185	

0,235	

0,063	

0,156	

0,278	

0,245	
Q3
0,001597	

0,09	

0,14	

0,19	

0,24	

0,208	

0,392	

0,621	

0,755	
Q4
0,001677	

0,092	

0,147	

0,197	

0,245	

0,180	

0,418	

0,699	

0,451	
Q5
0,001796	

0,093	

0,15	

0,198	

0,246	

0,237	

0,321	

0,552	

0,906	

h/B
1.00

hubungan kecepatan geser dengan kedalaman

aliran kolam

0.80

0.60

0.40

0.20

0.00

								

								

0.00             0.25             0.50             0.75             1.00             1.25             1.50             1.75U*/U1

DAFTAR PUSTAKA

Anonim,	http://benihikan.net/teknologi/perkembangan-ikan-mas-kolam-air-deras-kad, diunduh 10 April 2013

Anonim, http://mitrapetaniunggul.blogspot.com, diunduh 10 April 2013

Graf, W. H., 1998,”Fluvial Hydraulics”, John Wiley & Sons Ltd, England.

Garde, R. J., and Ranga Raju, K. G., 1977, “ Mechanics of Sediment Transportation and
Alluvial Streams Problems”, Wiley Eastern Limited, New Delhi.

Hoffmans, G.J.C.M. dan Verheij, H.J.,1997, Scour Manual, A.A. Balkema, Rotterdam

Kironoto, B. A., and Graf, W. H., 1995,”Turbulence Characteristics in Rough Non- Uniform Open-Channel Flow”,  Proc. Instn Civ. Engrs Wat., Marit. & Energy, 112, dec., 336-348.

Lutjito, 2003,” Hidraulika”, Diktat kuliah, FT, UNY, Yogyakarta.

Van  Rijn,  L.  C.,  1984,  “Sediment  Transport,  Part  II:  Suspended  Load  Transport”,
Journal of Hydraulics Engineering, Vol. 110, No. 11, ASCE.