Perencanaan Penampang Hidrolis Waduk

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Sungai Krueng Peudada terletak di Kecamatan Peudada Kabupaten Bireuen Propinsi Aceh. Krueng Peudada memiliki luas daerah aliran sungai sebesar 284,40 km², panjang 45,50 km, lebar 60 m. Pada saat musim hujan Krueng peudada memiliki debit air yang sangat besar. Debit air tersebut sering menjadi masalah sehingga mengganggu pemukiman warga di sekitar DAS. Sedangkan disaat musim kemarau debit air sungai sangat sedikit, daerah-daerah di sekitarnya kering, pertanian dan
perkebunan kekurangan air.

Salah satu solusi untuk mengatasi masalah tersebut adalah direncanakan suatu tempat untuk menampung air yaitu waduk. Waduk adalah tempat menampung kelebihan debit air pada saat musim hujan, sehingga debit air tersebut bisa dimanfaatkan pada saat musim kemarau.

Dalam merencanakan sebuah waduk harus ada sebuah Cekungan (tampungan air) yang berguna untuk menampung air sehingga ketersediaan air dapat terjaga dalam waktu jangka panjang.

Untuk membangun waduk perlu perencanaan yang sangat teliti supaya mampu mensuplai air untuk kebutuhan masyarakat di kecamatan Peudada dan daerah-daerah di sekitarnya dalam waktu jangka panjang. Adapun analisa jumlah tampungan debit air dalam waduk telah di rencanakan sebelumnya dengan judul Analisa Kapasitas Tampung Waduk Krueng Peudada Kabupaten Bireuen, untuk itu Penulis melakukan Perencanaan Penampang Hidrolis Waduk Krueng Peudada tersebut. Perencanaan penampang hidrolis waduk bertujuan untuk mengetahui berat total bendungan, aman terhadap geser (sliding), aman terhadap rembesan dan aman terhadap gaya akibat gempa bumi.

1.2              Permasalahan

Waduk Krueng Peudada merupakan satu-satunya waduk di Kecamatan Peudada, sehingga kelayakan pembangunan waduk sangat penting dan harus ditinjau dari berbagai aspek diantaranya adalah tujuan pokok dari pembangunan waduk tersebut supaya mampu mengatasi permasalahan masyarakat di sepanjang DAS Krueng Peudada.

                                                                              

1.3  Tujuan Tugas Akhir

Tujuan penulis adalah mengetahui stabilitas waduk sehingga aman terhadap geser (sliding), aman terhadap rembesan dan aman terhadap gaya akibat gempa bumi. Posisi waduk terletak pada koordinat LU dan BT. Lokasi studi di perlihatkan pada lampiran A.1.3 halaman 35.

                        

1.4  Metode Pengumpulan Data

Dalam penulisan menggunakan data sekunder. Pengumpulan data sekunder merupakan data yang diperoleh dengan tinjauan instansional dari instansi-instansi terkait, meliputi pengumpulan data angka dan peta. Sumber data sekunder yaitu studi pustaka dan dari instansional.

Adapun data yang diperoleh dari instansional untuk studi ini adalah sebagai berikut  :

a.    Peta topografi Daerah Aliran Sungai Peudada

b.    Peta topografi Daerah Area Waduk Peudada.

c.    Data hasil survey lapangan dari dinas PU Kabupaten Bireuen

1.5              Teknik Analisa Data

Dari data-data yang didapatkan akan dilalukan beberapa analisis data untuk Perencanaan Penampang Hidrolis Waduk yaitu dari segi hidrologi dan stabilitas waduk.

1.    Analisa Hidrologi

Maksud dan tujuan dari analisa hidrologi ini adalah untuk menyajikan data-data dalam analisis hidrologi yaitu untuk mengetahui besarnya curah hujan rancangan di lokasi tinjauan studi. Hal ini nantinya akan digunakan sebagai pedoman dalam pelaksanaan fisik konstruksi.

1.    Analisa Stabilitas Waduk

     Maksud stabilitas waduk adalah mengetahui faktor keamanan waduk sehingga aman terhadap geser (sliding), aman terhadap rembesan dan aman terhadap gaya akibat gempa bumi serta mampu menampung debit air yang masuk di sepanjang DAS Krueng Peudada Kecamatan Peudada  Kabupaten Bireuen.

BAB II

TINJAUAN KEPUSTAKAAN

Dalam perencanaan penampang hidrolis waduk, kajian data analisa stabilitas memperkirakan faktor keamanan waduk sehingga aman terhadap geser (sliding), aman terhadap rembesan dan aman terhadap gaya akibat gempa bumi.  Berdasarkan tujuan pembangunannya, waduk dibagi menjadi dua macam yaitu :

2.1       Waduk dengan Tujuan Tunggal (singgle purpose)

Adalah waduk yang dibangun untuk memenuhi satu tujuan saja, Misalnya untuk : Irigasi atau pengendalian banjir atau perikanan atau tujuan lainnya, tetapi hanya untuk satu tujuan saja.

2.2       Waduk Serbaguna (multipurpose)

Adalah waduk yang dibangun untuk memenuhi beberapa tujuan misalnya untuk: Pengendalian banjir, irigasi, air minum, perikanan dan lain-lain.

2.3       Jenis-Jenis Tubuh Waduk / Bendungan

Berdasarkan jenis material yang digunakan pada konstruksinya, jenis tubuh waduk terdiri atas:

2.3.1    Waduk urugan tanah

Waduk Urugan Tanah merupakan waduk dengan struktur utamanya adalah tanah dengan lapisan inti kedap air serta menggunakan lapisan inti dari beton atau material lainnya.

Gambar 2.1. Waduk Urugan Tanah

2.3.2    Waduk dari beton

Waduk beton adalah tubuh waduk dengan struktur utamanya terdiri dari campuran beton.

Gambar 2.2.Waduk Beton

2.3.3    Bendungan karet

Bendungan karet merupakan bendungan dengan struktur utamanya adalah Karet dengan sistem pengisian udara.

Gambar 2.3.Bendungan Karet

2.4       Analisa Hidrologi

            Hidrologi adalah ilmu yang mempelajari seluk beluk air, kejadian dan distribusinya, sifat alami dan sifat kimianya, serta reaksinya terhadap kebutuhan manusia. Pengumpulan data dan informasi, terutama data untuk perhitungan hidrilogi sangat diperlukan dalam analisa penentuan debit banjir rancangan yang selanjutnya dipergunakan sebagai dasar rancangan suatu bangunan air. Semakin banyak data yang terkumpul berarti semakin menghemat biaya dan waktu, sehingga kegitan analisis dapat berjalan lebih cepat, selain itu akan didapatkan hasil perhitungan yang lebih akurat. Secara keseluruhan pengumpulan data hidrologi ini dapat dilakukan dengan tahapan-tahapan pengumpulan data dasar dan pengujian (kalibrasi) data-data terkumpul.

2.4.1    Analisa curah hujan maksimum

Analisa frekuensi curah hujan maksimum dimaksudkan untuk memprediksikan besaran curah hujan maksimum dengan periode ulang tertentu, yang nantinya akan dipergunakan untuk perhitungan debit banjir rencana dengan Metode empiris. Metode analisis frekuensi yang digunakan adalah :

2.4.1.1 Distribusi normal

            Untuk analisis frekuensi curah hujan menggunakan metode distribusi Normal, dengan persamaan sebagai berikut :

.........................................................................................      (2.1)

Dimana:

= variabel yang diektrapolasikan, yaitu besarnya curah hujan rencana untuk periode ulang T tahun.

X= Harga rata-rata dari data = ........................................................      (2.2)

S_X= Standar deviasi

.....................................................................................      (2.3)

K_T= Variabel reduksi Gauss (Lampiran T.2.3)

2.4.1.2 Distribusi gumbel tipe 1

            Metode Gumbel merupakan suatu cara yang paling sering digunakan dalam perhitungan curah hujan rencana. Untuk analisis frekuensi curah hujan yang terjadi dapat digunakan persamaan sebagai berikut :

X_T=X + K.S_X................................................................................................       (2.4)

Dimana :

X_T = Variate yang diekstrapolasikan, yaitu besarnya curah hujan rencana untuk periode ulang T tahun.

X    = harga rata-rata dari data = ......................................................      (2.5)

S_X   = simpangan standar (Standar Deviasi)

K   = Faktor frekuensi yang merupakan fungsi dari peroode ulang (return period) dan tipe frekuensi.

            Harga faktor frekuensi (k) tergantung dari banyaknya data yang dianalisa, dan dari perioe ulang yang dikehendaki sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :

................................................................................................      (2.6)

Y_T =.............................................................      (2.7)

Dari persamaan (2.4) dapat didistribusikan ke persamaan (2.6) menjadi :

X_T=X+......................................................................................      (2.8)

Di mana :

Y_T = Reduced variate sebagai fungsi dari periode ulang T(Lampiran T.2.4)

Y_n = Reduced mean sebagai fungsi dari banyak data (N) (lampiran T.2.1)

Sn = Reduced standar deviation sebagai fungsi dari banyak data (N) (lampiran T.2.2)

Untuk standar deviasi dapat digunakan rumus sebagai berikut :

S_X =....................................................................................      (2.9)

2.4.2     Intensitas hujan

            Menurut Suripin (2004), intensitas hujan adalah jumlah hujan yang dinyatakan dalam tinggi hujan atau volume hujan tiap satuan waktu atau intensitas hujan adalah ketinggian hujan yang terjadi pada suatu kurun waktu atau hujan terkonsentrasi.

            Di Indonesia alat pengukur hujan yang paling banyak digunakan alat pencatat hujan biasa yang mengukur hujan 24 jam atau disebut hujan harian. Untuk mengubah intensitas hujan harian ke intensitas hujan dengan lama waktu yang lebih pendek, maka digunakan rumus Mononobe:

......................................................................................         (2.10)

Dimana :

It                     = intensitas hujan untuk lama hujan jam (mm/jam)

R₂₄ =I₂₄            = curah hujan efektif dalam 1 hari (mm)

T                     = lama hujan (jam)

            Besar intensitas curah hujan tidak sama di segala tempat hal ini dipengaruhi oleh topografi, durasi dan frekuensi  di tempat atau lokasi yang bersangkutan. Ketiga hal ini dijadikan pertimbangan untuk membuat lengkung IDF (Indensity Duration Frequensi). Lengkung IDF ini digunakan untuk menghitung debit puncak dengan metode rasional untuk menentukan intensitas curah hujan rata-rata dari waktu konsentrasi yang dipilih (Sosrodarsono dan Takade, 2003).

            Lama hujan (time of concentration) di sini dianggap lamanya hujan yang akan menyebabkan debit banjir dan Tc dihitung dengan rumus Kirpich (1940) :

Tc = ................................................................................      (2.11)

Dimana :

Tc = Waktu konsentrasi (jam)

L = Panjang Saluran (km)

S = Kemiringan Sungai (mm)

2.4.3    Koefesien pengaliran (c)

            Menurut Yulianur (2004), koefesien aliran (runoff conficient) adalah perbandingan antara jumlah air hujan yang mengalir atau melimpas di atas permukaan tanah dengan jumlah air hujan yang jatuh dari atmosfer. Nilai koefisien ini berkisar antara nol sampai dengan satu dan bergantung dari jenis tanah, jenis vegetasi (tumbuhan hidup) dan konstruksi yang ada di permukaan tanah.

2.4.4    Analisis debit banjir rencana

            Debit banjir rencana adalah debit maksimum pada saat curah hujan maksimum. Perhitungan debit banjir rencana menggunakan metode rasional Jepang, yaitu:

Q=0,278 C.I.A........................................................................................      (2.12)

Dimana :

Q = debit banjir (m/det)

C = Koefisien aliran limpasan

I = intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam)

A = luas DAS (KM)

2.5.1        Analisa stabilitas waduk

Stabilitas waduk dianalisis pada tiga macam kondisi yaitu pada saat waduk kosong, normal dan pada saat banjir. Tinjauan stabilitas yang diperhitungkan dalam perencanaan suatu waduk meliputi :

2.5.2        Analisa tinggi puncak waduk

Untuk mendapatkan tinggi puncak maka perlu dicari tinggi jagaan sebagai berikut :

2.5.2.1  Penentuan tinggi jagaan waduk

Tinggi jagaan adalah jarak bebas antara mercu embung dengan permukaan air maksimum rencana. Tinggi jagaan dapat dihitung dengan mengunakan persamaan sebagai berikut :

............................................................        (2.13)

..........................................................................        (2.14)

Dimana :

      = tinggi jagaan (tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air waduk).

     = yang terjadi akibat timbulnya banjir abnormal. Untuk waduk dipakai koefesien 0,12 m.

H_w       = tinggi ombak akibat tiupan angin (koefesien pengali 0,23m).

        = Tinggi ombak akibat gempa.

       = Tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air waduk, apabila terjadi                                      kemacetan- kemacetan pada pintu bangunan pelimpah.

        = tinggi  tambahan yang didasarkan pada tingkat urgensi (keharusan) dari waduk.

Perhitungan intensitas seismis horizontal dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

)............................................................................................        (2.15)

Dimana :

e          = Intensitas seismis horizontal

z          = zona gempa

Ac       = koefisien aliran

V         = kecepatan aliran

G         = gravitasi (9,81) m/det

Rumus Besarnya tinggi gelombang yang disebabkan oleh gempa (h_e) adalah :

h_e=.........................................................................................        (2.16) 

dimana :

e          =  Intensitas seismis horizantal

         =  Siklus seismis ( 1 detik )

h_o            =  Kedalaman air dalam waduk

       =  elevasi puncak – elevasi dasar

2.5.2.2  Penentuan lebar puncak waduk

Lebar puncak mercu minimum dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :

B = 3,6 H- 3,0.....................................................................................        (2.17)

Dimana :

H = Tinggi waduk (m)

2.6 Analisa Stabilitas Waduk

Rumus :

.............................................................        (2.18)

Dimana :

Fs        = Faktor stabilitas                   CL       = Lebar Pias (m)         

N         = Besar sudut                          U         = Faktor pengali

Ne       = Berat jenis material              T          = Koefien geser

Te        = Sudut pias

2.7                          Perhitungan spillway

            Spillway merupakan Bangunan Pelimpah pada tubuh waduk untuk mengatasi debit banjir atau kelebihan air dalam waduk.

Rumus :

W.................................................................................................        (2.19)

Dimana :

W = Tinggi Spillway (m)

H = Tinggi Jagaan waduk (m)

Ls=1/5Lw................................................................................................        (2.20)

Dimana :

Ls  = Lebar Spillway (m)

Lw = Lebar Waduk (m)

3.5       Bangunan Intake/Penyadap pada Waduk

            Bangunan intake adalah bangunan pengambilan air untuk berbagai macam keperluan. Misalnya untuk irigasi, air bersih, pembangkit tenaga listrik dan keperluan lainnya.

Kapasitas lubang-lubang penyadap dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

.......................................................................................      (2.21)

Dimana :

Q = debit penyadapan sebuah lubang (m3/detik)

C = koefisien debit  0,62

A = luas penampang lubang (m2)

g = gravitasi (9,8 m/detik)

H = tinggi air dari titik tengah lubang ke permukaan (m)