Penentuan Efisiensi Sedimen Trap Pada Waduk Krempna

Pendahuluan

Suspended load bersumber dari permukaan atau erosi pada tanah, batuan longsoran, tanah

longsor, erosi tanggul sungai, erosi pada dasar sungai, dan sebagian besar mengendap dalam

waduk.

Perhitungan transportasi sedimen pada sungai menggunakan metode indirect

kemungkinan akan memberi hasil dengan kesalahan yang signifikan. Hal ini terutama

disebabkan oleh adanya perhitungan yang mempertimbangkan kuantitas sedimen. Menurut

Lajczak (1989), perhitungan transportasi sedimen menggunakan metode direct seperti yang

direkomendasikan oleh The Institute of Meteorolgy and Water Management, memungkinkan

hasil perhitungan yang lebih mendekati nilai sebenarnya.

Metode empiris MUSLE, DR-USLE, dan Van Rijn dipilih dari banyak metode indirect

lainnya, untuk menghitung volume transportasi sedimen pada Sungai Wisloka.

Metode USLE dikembangkan oleh Wischmeier dan Smith [1965, 1978] dengan dasar

analisis statistik pada data yang diperoleh dari penelitian eksperimen di lapangan dan

laboratorium selama bertahun-tahun, menggunakan simulator hujan. Metode ini memungkinkan

perhitungan rerata kehilangan tanah per tahun per unit luas. Williams [1975] memodifikasi

persamaan USLE dan mengadaptasinya untuk menghitung besarnya transportasi bedload pada

sungai selama periode high water. Persamaan MUSLE yang dijelaskan oleh Williams

dimodifikasi dan diadaptasi di Polandia oleh Banasik dan Madeyski [1989], sesuai dengan

kondisi sungai Carpathian:

Y = α . (V.Qp)β . K . LS . C . P

Dimana,

Y = massa sedimen yang ditranspor dalam sebuah gelombang high water (ton).

V = volume total high water (m3)

Qp = aliran maksimum pada gelombang high water (m3/s)

α dan β= koefisien Banasik dan Madeyski; (α = 11,8; β = 0,56)

K = factor erodibilitas tanah

LS = panjang slope dan faktor gradien slope.

C = faktor managemen cropping.

P = erosion control practice factor.

Metode DR-USLE digunakan untuk menghitung volume sedimen yang ditransportasi per

tahun dalam sebuah sungai dengan mempertimbangkan jumlah erosi catchment yang dihitung

menggunakan persamaan USLE. Dalam metode ini, jumlah erosi catchment ditentukan dengan

menggunakan parameter DR seperti yang dikemukakan oleh Roehl [1962]. Penggunakan metode

DR-USLE untuk menghitung transportasi sedimen pada Sungai Carpathian dievaluasi oleh

Bednarczyk [2004].

Metode Van Rijn [1984] didasarkan oleh teori difusi partikel solid dalam air. Metode ini

membutuhkan variabel Ca, a, D50, T, dan D*. Formula Van Rijn disusun sebagaimana berikut:

Dimana,

U* : kecepatan bed-shear (m/s)

Ca : refence concentration (g/s3)

K : konstanta Von Karman untuk fluida bening

A : reference level (m)

h : kedalaman rerata aliran (m)

z : koordinat vertical (m)

z0 : kedalaman kecepatan nol (m)

Z : suspension number

Karakteristik Objek Studi

Sungai Wisloka berada di hulu DAS Vistula, melingkupi tiga sub-DAS, yaitu Carpathian,

sub-Carpathian, dan Malopolska. Panjang total Sungai Wisloka adalah 163,6 km dengan daerah

tangkapan seluas 4110,2 km2. Jarak Sungai Wisloka dan bendungan adalah 18,6 km, membentuk

luas tangkapan sebesar 165,3 km2.

Konstruksi bendungan Krempna selesai pada tahun 1972. Reservoir yang dibangun

sebagai tujuan rekreasi ini, terletak pada hulu Sungai Wisloka pada kilometer 145,023. Rencana

renovasi Bendungan Krempna dibuat pada tahun 1988 oleh Communal Office of Krempna.

Selama musim dingin, yaitu November sampai Mei, Bendungan dikosongkan untuk

mengurangi pendangkalan. Parameter dasar dari reservoir ini adalah: tinggi muka air normal

adalah 369,80 dpl, kapasitas total 119,1 ribu m3, setelah rekonstruksi pada tahun 1988 menjadi

112 ribu m3, dan luas tangkapan 3,2 hektar.

Metode

Transportasi sedimen dihitung per tahun selama periode 1972-2001 menggunakan

serangkaian data hidrologi dari stasiun IMGW di Krempna yang terdiri atas debit rerata harian

sepanjang periode tersebut. Perhitungan transportasi sedimen dihitung menggunakan teori Fall

(1963), sementara methodologinya disusun oleh Branski (1968). Perhitungan dilakukan dengan

menggunakan Metode Normal. Data yang hilang diganti menggunakan data konsentrasi sedimen

yang didapat dari fungsi debit. Untuk mendapatkan nilai suspense Ui (kg/s) yang merupakan

hasil dari debit dan konsentrasi sedimen, maka transportasi sedimen harian, bulanan, dan

thaunan, dihitung sepanjang periode 1972-2001.

Perhitungan metode Van Rijn dilakukan dengan menggunakan data yang didapat dari

pengukuran sungai yang dilakukan pada 12 September 2005 dan 18 September 2005.

Perthiungan dilkaukan pada kedalaman hidrometrik yang berbeda-beda pada cross-section

sungai. Konsentrasi sediment load dihitung menggunakan Portable Suspended Solids and

Turbidity Monitor System 770 (Partech). Pengukuran kecepatan aliran dilakukan menggunakan

current meter tipe Nautilus C 2000 OTT.

Kecepatan pendangkalan dihitung pada cross-section hulu waduk Krempna. Volume

sedimen diperkirakan dengan berdasarkan pengukuran kecepatan pendangkalan yang dilakukan

pada tahun 1987, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2002, 2003, dan 2005. Perhitungan dilakukan

dengan menggunakan alat sampling pada sisi luar cross-section yang memiliki kemiripan dengan

cross-section konstruksi waduk itu sendiri. Kedalaman waduk yang diukur ditandai dalam

gambar cross-section pada skema konstruksi.

Sampel sedimentasi di dasar sungai diambil selama perhitungan pendangkalan. Sampel

yang diambil adalah berasalh dari bagian dekat waduk, bagian tengah waduk, dan bagian

backwater. Pada setiap titik, sampel diambil dari bagian permukaan dan kedalaman 0,4 meter.

Perhitungan timbunan sedimentasi dasar sungai dihitung secara matematis menggunakan analisis

pada 6 sampel tersebut.

Hasil PerhitunganData yang digunakan pada penelitian ini meliputi data sedimen yang berupa suspended

load pada semua periode. Nilai rata-rata aliran harian, konsentrasi dan nilai rata-rata transportasi

sedimen telah dihitung. Perhitungan transportasi suspended sedimen meliputi perhitungan

konsentrasi sedimen diseluruh bagian cross section di sungai. Koreksi terhadap koefisien k telah

ditetapkan sebagai rasio dari rata-rata konsentrasi sedimen suspended load pada cross section

sungai terhadap konsentrasi sedimen suspended load pada titik pengambilan sample yang tetap.

Koefisien k ditentukan dari persamaan regresi dengan keyakinan 95 % adalah 0,906. Hubungan

nilai dari regresi ini sangat tergantung, antara rata-rata konsentrasi kadar suspended load dalam

profil melintang sungai dan suspended load pada tempat pengambilan sampel air.

Hasil dari pengukuran volume sedimen yang masuk ke waduk Krempna pada tahun

1972-2003 terdapat pada grafik 2. Karena waduk kosong pada musim dingin sampai musim semi

dari bulan November sampai Mei, maka spesifikasi dari transportasi sedimen untuk bulan Mei –

November telah diberikan untuk operasi masing-masing tahun. Hasil perhitungan untuk masing-

masing setengah tahun memungkinkan untuk membandingkan jumlah transportasi sedimen

dengan tingkat pendangkalan waduk.

Grafik 2. Transportasi suspended sediment tahunan dihitung menurut pengukuran bathimetri dan metode MUSLE

Masa rata-rata sedimen tahunan diangkut oleh sungai dari tangkapan tertutup oleh

bendungan, dihitung dengan menggunakan persamaan DR-USLE adalah 8234,06 Ton/Th. Nilai

dari persamaan tersebut terdapat pada table 1. Jumlah sedimen yang terangkut dengan analisa

periode setengah tahun adalah 4,12 ribu ton.

Tabel 1. Hasil perhitungan dengan menggunakan parameter DR-USLE dan jumlah rata-

rata beban sedimen tahunan dengan menggunakan metode DR-USLE.

Gambar 2 menunjukkan jumlah transportasi sedimen suspended dalam satu tahun dengan menggunakan metode MUSLE untuk periode Mei-November pada masing-masing tahun

operasi. Rata-rata transportasi sedimen tahunan dihitung menggunakan persamaan MUSLE adalah 2850,1 Ton/Th.

Perhitungan jumlah sedimen suspended dengan metode Van Rijn telah dilakukan

berdasarkan dua pengukuran yang dialirkan bersama aliran sungai : 0,43 m3/s dengan kedalaman

air : 0,46 m, dan 0,74 m3/s dengan kedalaman air : 0,60 m.

Pengukuran yang dilakukan menentukan konsentrasi sedimen suspended pada

penampang melintang sungai dan menentukan tinggi dasar bentuk. Dasar dari sungai Wisloka

didominasi oleh batuan yang bergradasi kasar dengan diameter D50 = 37 mm. rata-rata tinggi

dasar bentuk 0,12 m diizinkan menurut tingkat acuan a lalu konsentrasi sedimen suspended

pada tingkat ini. Tingkat acuan menurut metode Van Rijn ( 1984 ) diasumsikan sama dengan

setengah tinggi dasar bentuk. Atau setara dengan tinggi kekasaran. Tingkat acuan a di atas dasar

adalah 0,06 m dan konsentrasi sedimen suspended (Ca) pada tingkat ini adalah 15,4 g/m3

berdasarkan pengukuran pertama yang dilakukan pada 11 Juni 1999 dan 28,9 g/m3 berdasarkan

data pada pengukuran kedua yang dilakukan pada 9 September 2000. Hasil dari perhitungan

persamaan (2) parameter disajikan pada lembaran oleh Bed narczyk et.al (2004). Table 2 berisi

hasil perhitungan jumlah sedimen yang terangkut menggunakan rumus Van Rijn dan dengan

metode IMGW berdasarkan pengukuran bathimetri.

Tabel 2. Hasil perhitungan menurut metode Van Rijn dan metode berdasarkan data pada

pengukuran

Hasil pengukuran volume sedimen terdapat pada tabel 3. Volume sedimen trap pada

waduk dikonverensi ke dalam massa jenis sedimen yang ditetapkan menurut analisa sampel

endapan dari waduk di laboratorium. Massa jenis sedimen adalah 1,23 Ton/m3.

Tabel 3. Volume dan massa endapan sedimen di waduk pada tahun operasi berikutnya

dan efisiensi sedimen trap β yang terbentuk berdasarkan perhitungan massa transportasi sedimen

menurut pengukuran bathimetri (β1), metode DR-USLE (β2) dan metode MUSLE (β3).

Hasil perhitungan efisiensi sedimen trap (tabel 3) menunjukkan kesalahan kualifikasi

kuantitas transportasi sedimen ke waduk menurut metode DR-USLE dan MUSLE. Transoprtasi

sedimen ditetapkan dengan metode ini dianggap sebagai perbandingan dengan perhitungan itu

berdasarkan pengukuran bathimetri. Penetapan efisiensi sedimen trap (β2 ) berdasarkan hasil

perhitungan dengan metode DR-USLE pada rata-rata 30% lebih besar dari pada penentapan nilai

perhitungan efisiensi sedimen trap (β1), menurut pengukuran bathimetri. Bagaimanapun,

efisiensi sedimen trap (β3), yang ditetapkan berdasarkan hasil perhitungan dengan metode

MUSLE lebih besar dari pada 100 %. Hal ini menunjukkan jumlah massa sedimen yang datang

ke waduk selama periode analisa adalah lebih kecil dari pada masa sedimen yang mengendap

pada periode yang sama.