Identifikasi Debit Banjir, Desain Teknis Dan Kontrol Stabilitas Bendung Pengelak Banjir

Identifikasi Debit Banjir, Desain Teknis dan Kontrol Stabilitas Bendung Pengelak Banjir 1

Identifikasi Debit Banjir, Desain Teknis dan Kontrol Stabilitas Bendung Pengelak Banjir

Adi Prawito

ABSTRAK

Di Tuban terdapat Kali Jambon yang penampangnya kecil sehingga tidak mampu mengalihkah debit banjir. Untuk mengatasi banjir tersebut direncanakan dengan jalan menahan debit banjir dengan membangun waduk pengendali banjir yaitu Waduk Jadi II. Agar dalam pelaksanaan pembangunan pada musim hujan maupun musim kemarau dapat berlangsung terus maka diperlukan bangunan pengelak banjir yang terdiri dari bendung pengelak dari urugan tanah dan terowongan pengelak. Berdasarkan hasil redesain dengan debit banjir maksimum (inflow) dengan periode ulang 5 tahun adalah 327.80 (m3/detik), sedangkan (outflow) yang melalui saluran pengelak dengan lebar 6 m dan ketinggian 3 m sebesar 312,43 (m3/detik), sehingga dapat diketahui tinggi bendung pengelak 8 m dengan perencanaan kemiringan lereng 1:1. Stabilitas lereng dalam keadaan normal 7,71 ≥ 1,5 (aman) dan dalam keadaan gempa 7,35 ≥ 1,1 (aman).Kata kunci: debit bajir, bendung pengelak, stabilitas lereng

PENDAHULUANLatar Belakang MasalahKawasan disekitar Kali Jambon setiap tahun rutin mengalami luapan banjir. Untuk mengatasi banjir tersebut direncanakan dengan jalan menahan debit banjir dibagian hulu dengan membangun waduk pengendali banjir yaitu waduk Jadi, salah satunya yaitu Waduk Jadi II.Keuntungan dibangunnya waduk Jadi II selain untuk mengendalikan banjir adalah

1. Sebagai cadangan air bersih untuk masyarakat disekitar waduk dan di hilir waduk

2. Peningkatan cadangan air tanah disekitar waduk3. Air waduk dapat dimanfaatkan mensuplai kebutuhan air irigasi pada musim

kemarau, pada Daerah Irigasi Boto dan daerah irigasi lainnya yang lokasinya di hilir waduk Jadi II

Pembangunan bendungan memerlukan waktu yang sangat lama ±3 tahun. Agar dalam pelaksanaan pembangunan bendungan pada musim hujan maupun pada musim kemarau dapat berlangsung terus maka diperlukan bangunan pengelak banjir, yang terdiri dari bendung pengelak dari urugan tanah dan terowongan pengelak yang berfungsi untuk mengalirkan air. Lokasi proyek adalah Waduk Jadi II yang berada sekitar 11 km arah barat/selatan dari kota Tuban tepatnya di Kecamatan Semanding Desa Jadi Dusun Gembul Kabupaten Tuban.Rumusan Masalah1. Berapa besar debit banjir untuk periode 5 tahun yang mengalir di Waduk Jadi II?2. Berapa tinggi bendung pengelak berdasarkan debit banjir 5 tahun?3. Bagaimana stabilitas bendung pengelak banjir?

2 NEUTRON, VOL.10, NO.1, PEBRUARI 2010: 1- 15

TINJAUAN PUSTAKABendung Pengelak

Bendungan merupakan kontruksi bangunan air yang dibangun di sungai yang berfungsi untuk membendung aliran sungai sehingga terbentuk suatu waduk. Pembangunan bendungan memerlukan adanya bangunan pengelak banjir, yaitu bangunan yang berfungsi untuk memindahkan aliran sungai selama proses pembangunan tubuh bendungan utama dan berbagai bangunan pelengkapnya. Bangunan pengelak berupa bendung urugan tanah yang dilengkapi dengan saluran pengelak banjir, dapat berupa saluran terbuka maupun terowongan. Debit Masuk Waduk (Inflow)

Debit banjir rencana yang akan masuk kedalam waduk adalah debit banjir rencana dengan periode ulang dua puluh tahun (Q5). Debit banjir rencana ini merupakan debit inflow yang masuk waduk pengelak dan akan digunakan dalam perhitungan penelusuran banjir melalui saluran pengelak banjir. Untuk mengetahui debit banjir rencana bendung pengelak dihitung dengan menggunakan hidrograf satuan sintetik Nakayasu. Debit Keluar Waduk (Outflow)

Debit keluar (outflow) dialirkan melalui saluran pengelak berupa terowongan. Pada saat seluruh panjang terowongan belum terisi penuh oleh air, sehingga masih berupa aliran terbuka hal ini digunakan rumus.Pengertian Penelusuran Banjir

Penelusuran banjir adalah merupakan peramalan hidrograf disuatu titik pada suatu aliran atau bagian sungai yang didasarkan atas pengamatan hidrograf yang ditelusuri lewat waduk dan saluran pengelak banjir. Perhitungan penelusuran banjir melalui terowongan perlu dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui daya tampung atau kemampuan Waduk untuk menurunkan debit banjir rencana (puncak debit banjir). Analisis Stabilitas Bendung Pengelak

Menggunakan perumusan yang bersumber dari Soemarto (1985). Dimana memperhitungkan: (1) faktor keamanan terhadap kelongsoran, (2) Beban komponen vertikal yang timbul dari berat sendiri, (3) Beban komponen tangensial yang timbul dari berat sendiri dari setiap irisan bendung luncur, (4) Komponen vertikal beban seismik yang berkerja pada setiap bidang luncur, (5) Sudut geser dalam bahan yang membentuk dasar setiap bidang luncur, (6) Angka kohesi bahan yang membentuk dasar setiap bidang luncur, dan (7) Intensitas seismik horisontal


METODE PENELITIAN

Gambar 1: Kerangka PenelitianData Curah HujanData hujan harian maksimum diambil mulai tahun 1981 hingga tahun 2003. R max terendah terjadi pada tahun 1981 sbesar 43 mm dan R max tertinggi terjadi pada tahun 2000 sebesar 176 mm. Data TanahBerdasarkan pengamatan secara visual di lapangan dan hasil kegiatan survey dengan bor diketahui bahwa lapisan tanah Bendungan Jadi II Tuban terdiri dari batu karang, lanau dan pasir. Hasil dari proctor test terdapat pada tabel dibawah ini.

Tabel 1: Hasil Proctor Testunit I II III IV V VI

Berat Volume tanah

γ 1,275 1,535 1,750 1,736 1,685 1,672

Kadar air % 22,60 27,19 31,20 34,87 38,22 40,50Berat Volume Kering

γd 1,040 1,207 1,334 1,287 1,219 1,019

Sumber: Data Konsultan (2006)

Specifik Gravity (Gs) = 2,514 t/m3 ; Kadar Air Optimum (w) = 31,20 %Berat Volume Kering Maksimum (γdmax) = 1,334 gr/cm3

ANALISIS HIDROLOGIHujan RencanaPerhitungan tinggi hujan rencana dimaksudkan untuk dipakai menghitung debit banjir rencana pada bendung pengelak. Periode ulang yang dipakai dalam menghitung tinggi hujan rencana ini adalah 5 tahun. Untuk perhitungan hujan rencana, data yang tersedia adalah data hujan selama 23 tahun dimulai tahun 1981 sampai tahun 2003, perhitungan tinggi hujan rencana menggunakan persamaan Gumbel.

Rt = R Sxk

k = Sn

YnYt


Sx =

1

2

n

RR

R total = 1702 mm

R rata-rata ( R ) = 74 mm

RR ( )2 = 15876 mm

Tabel 2: Reduced Variate

Tr (tahun)Reduced Variate

2 0,366515 1,994010 2,2503720 2,9701950 3,90194

100 4,60015200 5,29561

Sumber: Soemarto (1985)

Perhitungan hujan rencana

k =

= 1,3557

Sx = 123

15876

= 26,86 mm

Rt =

= 110,4 110 mm

Jadi hujan rencana untuk periode 5 tahun adalah (R5) = 110 mmMetode Nakayasu

Nakayasu menurunkan rumus hidrograf satuan sintetik berdasarkan hasil pengamatan dan penelitian pada beberapa sungai di Jepang. Untuk mengetahui debit rencana banjir maka ordinat hidrogaf satuan dikalikan hujan rencana sehingga dapat dihasilkan debit banjir rencana untuk periode 5 tahun yang terdapat pada tabel dibawah ini.

0811,1

5283,09940,1

86,263557,174


Tabel 3: Debit Banjir Rencana untuk Periode Ulang 5 tahun

Waktu (jam) Hidrograf Satuan Debit Q5 (m3/detik) Keterangan

0.0 0,000 0,000

0.5 0,107 11.77

1.0 0,565 62,15

1.5 1,494 164,34

2.0 2,980 327,8 Puncak

2.5 2,288 251,68

3.0 1,757 193,27

3.5 1,350 148,5

4.0 1,036 113,96

4.5 0,827 90,97

5.0 0.694 76,34

5.5 0,582 64,02

6.0 0,488 53,68

6.5 0,409 44,99

7.0 0,343 37,73

7.5 0,288 31,68

8.0 0,248 27,28

8.5 0,217 23,87

9.0 0,190 20,9

9.5 0,167 18,37

10.0 0,146 16,06

10.5 0,128 14,08

11.0 0,112 12,32

Dari hasil perhitungan debit banjir rencana dapat diperoleh suatu grafik. Grafik debit banjir rencana untuk periode ulang 5 tahun adalah sbb.

Gambar 2: Grafik Debit Banjir Rencana Periode Ulang 5 Tahun

0

50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20

waktu (jam)

deb

it (

m3/j

am

)


Debit OutflowDebit outflow merupakan debit yang keluar dari bendung pengelak, kalau fasilitas pengeluarannya berupa terowongan, maka harus diperhitungkan terhadap dua macam keadaan. Perhitungan besarnya outflow melalui terowongan pada bendung pengelak Jadi II dapat disajikan dalam bentuk grafik rating curve. Rating curve yaitu curva yang menunjukkan hubungan antara tinggi muka air pada penampang tersebut dengan debityang lewat.

100.00

102.00

104.00

106.00

108.00

110.00

112.00

114.00

0 100 200 300 400

Debit (m3/detik)

Ele

va

si

Gambar 3: Hubungan Elevasi dan Debit Outflow Bendung PengelakVolume Tampungan Waduk Jadi II

Volume tampungan waduk Jadi II diukur dari dasar sungai dengan elevasi + 98,30 sampai dengan + 138,00, dengan potensi tampungan maksimum mencapai 2.063.235 m3. Lengkung kapasitas Bendung Jadi II yaitu hubungan antara Elevasi kontur muka tanah di daerah genangan bendung pengelak dengan luas genangan dan volume tampungan bendung pengelak. Lengkung kapasitas bendung pengelak ini diperlukan untuk menghitung penulusuran banjir (floodrouting).Perhitungan Penulusuran Banjir Lewat Waduk

Penelusuran banjir melalui waduk dimaksudkan untuk menentukan tinggi muka air banjir melalui terowongan bendung pengelak dengan memperhitungkan debit masuk (inflow) debit keluar melalui terowongan (outflow) dan tampungan air di waduk (storage).

Gambar 4: Hubungan Antara Volume dan Luas Genangan dengan Elevasi Kontur Muka Tanah


Hasil perhitungan penulusuran banjir melalui terowongan bendung pengelak pada Waduk Jadi II diperoleh debit outflow maksimum melalui terowongan sebesar 312.43 m3/detik dan ketinggian bendung pengelak sebesar 7,50 m ≈ 8,00 m. Debit puncak tanpa adanya bendung pengelak (Qp = 327,80 m3/detik), sedangkan debit puncak dengan adanya bendung pengelak menjadi 312,43 m3/detik dari banjir rencana. Jadi besarnya debit puncak dapat diturunkan/direduksi oleh bendung pengelak sebesar 15,37 m3/detik. Grafik dari penulusuran banjir dapat dilihat pada gambar 4 di bawah ini:

Gambar 5: Hidrograf Penelusuran BanjirBENDUNG PENGELAKMaterial Bendung Pengelak

Data-data material timbunan sebagai berikut : Sudut geser dalam θ = 28o

Specific Gravity Gs = 2,514 t/m3

water content w = 31,20 % kohesi c = 20 t/m permiabilitas k = 5 x 105 cm/detik koefisien gempa e = 0,12

Tinggi Bendung PengelakPerhitungan tinggi bendung pengelak dapat dirumuskan :

H = hd + hfDimana :

H = Tinggi bendung pengelakhd = Tinggi air (8 m)hf = Tinggi jagaan (1 m)

Kemiringan Bendung PengelakKemiringan bendung pengelak dibagi menjadi 2 bagian yaitu :

Kemiringan up stream : 1:1 Kemiringan down stream : 1:1

Stabilitas Tubuh Bendung PengelakKondisi tubuh Bendung pengelak :

Tinggi bendung pengelak = 8 m Elevasi river bed = + 101,00 m Elevasi muka air maksimum = + 109,00 m

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0

waktu(jam)

deb

it(m

3/d

eti

k)


Lebar puncak bendung = 2,4 m Lebar dasar bendungan = 22,4 m

3 m

L1 = 10 m

L2 = 15 m

L = 25 m

D = 18 m

0,3 L1 = 3 m

10 m 11 m

1: 1

1: 1

2.4 m

9 m8 m

8 m

12,4 m

2,4 m

20,4 m

14,8 m

Gambar 6: Dimensi Bendung PengelakDalam menganalisa bendung pengelak harus diperhatikan beberapa hal berikut ini :Menentukan Garis Rembesan dan Jaring Aliran

h air maksimum = elevasi muka air maksimum – elevasi river bed= 109,00 – 101,00= 8 m

panjang L1 = 1 x 8,00 = 8 m

panjang L2 = 20,4 – 8= 12,4 m

garis depresi = 0,3 x L1

= 0,3 x 8 = 2,4 mD = Garis depresi + L2

= 14,8 mUntuk menentukan garis rembesan dan flow net digunakan metode Cassagrande

Diketahui koefisien permiabilitas horizontalKh = 5 x 105 cm/detik

Koefisien permiabilitas vertical diambil 1/5 KhKv = 1/5 x 5 x 105

Kh

Kv=

5

1

Koefisien penyusutan (λ)

λ = Kh

Kv=

5

1= 0,4472


Maka didapatL x λ = 25 x 0,4472 = 9,12 mL1 x λ = 10 x 0,4472 = 3,6 mL2 x λ = 15 x 0,4472 = 5,5 mD x λ = 18 x 0,4472 = 6,62 m

Dengan metode Casagranda

yo = 22 dh - d

= 22 62.68 - 6.62

= 3.8 mPersamaan basic parabola

y = 2..2 yoxyo

y = 28,3.8,3.2 x

y = 44,14.6,7 x

Dari persamaan diatas dapat dicari harga x dan y sebagai berikut ini:

Tabel 4: Garis Rembesan

x (m) y (m) x (m) y (m)-1,9 0 4 6,7

0 3,8 5 7,21 4,7 6 7,72 5,4 7 8,23 6,1 8 8,7

Menghitung Besarnya Kapasitas RembesanPerhitungan selanjutnya berdasarkan pada flownet. Debit rembesan lebar

bendung pengelak dapat dihitung dengan rumus:

q = K . h . Nd

Nf

Dimana :q = debit rembesan persatuan lebar (m3/detik)Nf = jumlah angka pembagi dari garis aliranNd = jumlah angka pembagi dari garis ekipotensialK = koefisien permeabilitas

K = KvKh.Kv = 1/5 Kh Kh = 5 x 10-5 cm/detik

Kh = 5 x 10-7 m/detikKv = 1/5 . 5 x 10-7

= 10 x 10-8 m/detik

K = 87 1010105 xx

= 2,236 x 10-7 m/detik


q = K . h . Nd

Nf

q = 2,236 x 10-7 . 10 . 7

4

q = 1,02 x 10-6 m3/detik/m

Gambar 7: Garis Rembesan dan Jaring AliranAnalisis Stabilitas Piping Bendung Pengelak

Dalam menentukan stabilitas piping bendung pengelak akan digunakan data-data yang telah ada. Dimana kita hanya merubah beberapa kemiringan lereng bagian hilir tanggul (m). Dalam analisa ini stabilitas piping bendung pengelak harus memenuhi faktor keamanan yang telah ditentukan (Fs > 1.5). Kemiringan lereng yang akan ditinjau adalah:

1. Kemiringan up stream 1 : 1 (m = 1)2. Kemiringan down stream 1 : 1 ( m = 1)Data-data yang digunakan dalam menentukan stabilitas piping bendung

pengelak adalah: Fs = Faktor keamanan (> 1.5) Gs = Specifik Gravity (2,514) h = Tinggi muka air (8 m) L = Lebar bendung pengelak (20,4 m)

Fs = H

L

e

Gs

1

1 > 1,5

Berat volume kering (γd)

γd = e

wGs

1

1,334 = e

1

1514,2

1,334 + 1,334e = 2,514 1,334e = 1,18

e = 0,88

8 cm 9 m

20,4 cm

3 cm2,4m


Fs = 8

4,20

88,01

1514,2

>1,5

= 2,05 > 1,5 (ok)Dari hasil perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa bendung

pengelak ini aman terhadap bahaya piping. Analisis Stabilitas Bendung PengelakDalam analisis stabilitas bendungan ini ditinjau 2 keadaan yang dianggap berbahaya.

1. Keadaan air waduk penuh2. Penurunan air secara tiba-tiba

Dalam menggambar lingkaran yang membentuk bidang yang memberikan Fs paling rendah disebut sebagai lingkaran kritis dimana titik pusatnya dapat dicari dengan menggunakan cara Felleniu (lihat Gambar 8).Harga α1 dan α2 didapatkan berdasarkan kemiringan lereng bendung pengelak atau β dapat dilihat pada tabel sebagai berikut.

Tabel 5: Nilai α1, α2 dan β

Kemiringan Βo αo 1 αo 21 : 0,58 60 29 40

1 : 1 45 28 371 : 1,25 33,8 26 35

1 : 2 26,56 25 351 : 3 18,4 25 351 : 5 11,3 15 37

o

R

α2

H

α

H

4.5 HGambar 8: Menentukan Titik Pusat Lingkaran Kritis


γwet = e

wGsw

1

1 γsat =

e

eGsw

1

=

88,01

88,0514,21

= 88,01

312,01514,21

= 1,754 t/m3 = 1,805 t/m3

Faktor keamanan 1. Keadaan normal :

Fs =

50,1tan

T

UNLC

2. Keadaan gempa

Fs = 10,1

tan

TeT

NeUNLC

Gambar 9: Pembagian Segmen Tubuh Bendung Pengelak

Stabilitas lereng udik kemiringan (1 : 1) pada saat air penuh1. Keadaan normal

Fs =

5,1tan

T

UNLC

Fs =

Fs = 7,71 1,5 (aman)

2. Keadaan gempa

Fs =

1,1)(

tan

TeT

NeUNLC

Fs =

Fs = 7,35 1,1 (aman)

5,1

18,35

28tan41,268,6617,6664,271 0

5,1

18,35

28tan68,6617,6664,271 0


Stabilitas lereng hilir kemiringan (1 : 1) pada saat air penuh

1. Keadaan normal

Fs =

5,1tan

T

UNLC

Fs =

Fs = 13,68 1,5 (aman)

2. Keadaan gempa

Fs =

1,1)(

tan

TeT

NeUNLC

Fs =

Fs = 11,42 1,1 (aman)

Tabel 6: Hasil Perhitungan Stabilitas LerengBagian Kemiringan Kondisi Keadaan Fs Status

Udik 1 : 1 air penuh normal 7,71 ≥ 1,5 aman

1 : 1 gempa 7,35 ≥ 1,1 aman

1 : 1 air kosong normal 13,75 ≥ 1,5 aman

1 : 1 gempa 11,43 ≥ 1,1 aman

Hilir 1 : 1 selalu kosong normal 13,75 ≥ 1,5 aman1 : 1 gempa 11,43 ≥ 1,1 aman

Stabilitas Geser Terhadap LerengStabilitas terhadap geser ditinjau pada saat waduk dalam keadaan penuh.

Tabel 7: Momen Penahan

Indek Gaya (ton) Lengan (m) Momen W1 1,67 11,7 19,54

W2 71,43 13,6 971,45W3 11,77 10,2 120,05

W4 26,86 10,2 273,97

W5 10,74 8 85,92W6 18,86 8 150,88

W7 18,33 6,1 111,81

W8 23,36 4,2 97,69

W9 32 13,6 435,2

Total 214,92 2266,51

5,1

10,20

28tan43,2516,3264,271 0

5,1

86,310,20

28tan41,243,2516,3264,271 0


Stabilitas Terhadap Momen GulingTabel 8: Momen Guling

Indek Gaya (ton) Lengan (m) MomenG1 0,60 8 4,80

G2 25,72 2,3 59,15G3 4,24 7,2 30,55G4 9,67 2,8 27,07G5 3,87 6,3 24,37G6 6,79 1,2 8,15G7 8,37 3,8 31,82G8 6,60 1,3 8,58G9 11,52 5,9 67,97

Total 77,38 262,45

Kontrol terhadap geser

Sf = 5,1

G

V

Sf = 5,138,77

92,214

Sf = 5,178,2 ( Ok )

Kontrol terhadap guling

Sf = 5,1

MG

MV

Sf = 5,145,262

51,2266

Sf = 5,16,8 ( Ok )

Gambar 10: Skema Tubuh Bendung Pengelak Banjir


KESIMPULAN 1. Berdasarkan perhitungan Nakayasu maka diketahui bahwa debit puncak banjir

(Q 5 tahun) adalah Qp = 327,80 m3/detik. 2. Dan hasil dari flood routing diketahui tinggi bendungan adalah 8 m3. Hasil perhitungan stabilitas lereng air penuh, air kosong di udik maupun di hilir

adalah aman. Sedangkan perhitungan awal pada bendung pengelak banjir pada Waduk Jadi II dengan menggunakan debit banjir periode ulang 20 tahun, yaitu berdasarkan perhitungan Nakayasu maka diketahui bahwa debit puncak banjir (Q 20 tahun) adalah Qp = 402m3/detik. Dan hasil dari flood routing diketahui tinggi bendungan adalah 10 m. Hasil perhitungan stabilitas lereng air penuh, air kosong di udik maupun di hilir adalah aman. Daftar PustakaDPU Dirjen Pengairan (1986), Standart Perencanaan Irigasi Kp 01 Bagian

Perencanaan Jaringan Irigasi, Bandung: Galang PersadaKumara, W.C., (2006) Study Enginering Desain Rencana Pembuatan Waduk

Pengendali Banjir Di Desa Jadi Kecamatan SemandingMawardi, Erman, (2002), Desain Hidraulik Bendung Tetap, Surabaya: AlfabetaSoemarto, C.D. (2005) Hidrologi Teknik, Surabaya: Usaha NasionalSosrodarsono, Suyono (2003), Bendungan Type Urugan, Jakarta: Pradnya Paramita

Identifikasi Debit Banjir, Desain Teknis Dan Kontrol Stabilitas Bendung Pengelak Banjir

Documents

Transcript of Identifikasi Debit Banjir, Desain Teknis Dan Kontrol Stabilitas Bendung Pengelak Banjir