ANALISA HIDROLIKA PERENCANAAN PINTU KLEP OTOMATIS FIBER RESIN PADA COLLECTOR DRAIN LERENG DENGAN MODEL SIMULASI HEC-RAS Atika Prabawati.1,Ir. Dwi Priyantoro, MS.2, Dian Sisinggih, ST., MT., Ph.D.2 1) Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2) Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya – Malang, Jawa Timur, Indonesia Jalan MT.Haryono 167 Malang 65145 Indonesia e-mail :
[email protected] ABSTRAK Analisa hidraulika yang dilakukan khususnya pada Collector Drain Lereng di Kabupaten Purworejo Jawa Tengah ini adalah pengaruh tinggi muka air dan tekanan terhadap bukaan pintu klep otomatis fiber rasin agar tidak terjadi luapan air dan back water secara analitis dan simulasi HEC-RAS dengan tiga kondisi yaitu, eksisting, dengan penambahan tanggul, dan dengan penambahan tanggul serta pintu klep otomatis. Dari hasil perhitungan analitis di dapatkan penambahan tanggul kiri (rerata) sebesar 0,6 m saluran collectore drain sehingga aman dari meluap. Dengan adanya pemasangan Pintu Klep Otomatis fiber resin pada collector drain Lereng debit sebesar 15 m3/detik dengan elevasi tinggi muka air 3,56 m diharapkan akan menjadi 3,07 m. Perbandingan antara di pasang atau tidaknya pintu klep otomatis ini adalah ketika tidak ada pintu klep otomatis maka penambahan tanggul sebesar 0,6 m sepanjang 5000 m pada collector drain sedangkan ketika dipasang pintu klep otomatis penambahan tanggul menjadi 0,3 m sepanjang 3500 m pada collector drain. Hasil simulasi HEC-RAS menunjukkan perbedaan antara tanpa pintu dan dengan adanya pintu pintu klep otomatis. Untuk tanpa pintu tinggi muka air sebesar 2,46 m yang artinya adanya penambahan tanggul kiri rerata setinggi 0,46 m dan jika ada pintu pintu klep otomatis tinggi muka air menjadi 2,39 m yang artinya penambahan tanggul kiri rerata setinggi 0,28 m pada collector drain. Kata Kunci : Main drain, collector drain, pintu klep otomatis, fiber resin, HEC-RAS ABSTRACT Analysis of hydraulics conducted specifically on Collector Drain Slope in Purworejo, Central Java this is the influence of high pressure water and pressure the door openings automatic fiber rasin in order not to water overflow occurs and back water in analytical and simulation of HEC-RAS with the three conditions included existing condition, with the addition of the embankment, and with the addition of the embankment as well as automatic valve door. Analytical calculation of the results in the addition of the left embankment get (average) of 0.6 m collectore channel drain so it is safe from overflowing. With the installation of Automatic fiber resin automatic valve door on a collector drain discharge Slope of 15 m3/s with high elevation face water 3.56 m expected to be 3.07 m. A comparison between the automatic valve door in pairs or whether this is when there is no addition of embankment then automatic valve door 0.6 m along the 5000 m at collector drain while mounted automatic valve door addition of 0.3 m along the embankment into a 3500 m at collector drain.
The results of the simulations of HEC-RAS showed the difference between without doors and with the automatic valve door. For without the door face high water of 2.46 m which means the presence of the addition of the embankment left average as high as 0.46 m and if there is a door high water became the face of automatic valve door 2.39 m which means the addition of the embankment left average as high as 0.28 m on a collector drain. Key Words : Main drain, collector drain, automatic valve door, fiber resin, HEC-RAS 1.
PENDAHULUAN Salah satu kebutuhan mendasar makhluk hidup di dunia ini yang tidak dapat terpisahkan adalah air. Air merupakan sumber kehidupan dan mempunyai arti serta peran penting bagi sektor kehidupan. Tanpa air manusia tidak mungkin dapat hidup karena untuk berbagai macam kegunaan, manusia selalu mengkonsumsi air dan menggunakan berbagai kumpulan air di permukaan bumi ini. Saluran Main Drain Lereng merupakan saluran pembuang air utama dari daerah irigasi Sudagaran, air yang masuk ke main drain berasal dari air buangan beberapa saluran termasuk afvour Delangu, afvour Kemamang, afvour Galur, afvour Pengampon dan saluran Collector Lereng. Dari beberapa saluran tersebut mengakibatkan fluktuasi yang terjadi di main drain yang sering kali menyebabkan peluapan air. Fluktuasi disini juga disebabkan akibat meningkatnya tinggi muka air di sungai Jali. Pintu klep adalah salah satu pintu air yang pengoperasiannya dilakukan secara otomatis dengan membuka dan menutupnya pintu pada setiap perubahan muka air baik diudik/hulu maupun dihilir. Pintu ini juga mempunyai fungsi menahan intrusi salinitas, mampu bekerja pada tinggi muka air (head) yang rendah serta menunjang sistem air satu arah. Melihat permasalahan yang terjadi di saluran main drain dan collector drain Lereng dibutuhkan penanganan segera dengan merencanakan pintu klep otomatis pada collector drain Lereng untuk mengatur air buangan dari area persawahan
agar tidak terjadi luapan air sehingga menyebabkan banjir akibat fluktuasi. 2. BAHAN DAN METODE 2.1. Kondisi daerah studi Lokasi daerah kajian studi berada di Kabupaten Purworejo Provinsi Jawa Tengah. Secara geografis Kabupaten Purworejo terletak diantara 109o50’110o02’ Bujur Timur dan 7o41’-7o54’ Lintang Selatan. Kabupaten Purworejo merupakan salah satu dari wilayah Proivinsi Jawa Tengah yang berada di jalur utama lintas selatan Pulau Jawa. Di dataran Purworejo ini tersusun oleh endapan alluvium yang terutama berasal dari rombakan batuan gunung api tersier penyusun Pegunungan Serayu Selatan dan Pegunungan Kulon Progo. Sehingga terbentuk dataran Purworejo yang berjenis tanah alluvial, latosol, podosonik dan regosol. Daerah Kabupaten Purworejo dialiri oleh tiga sungai utama, yaitu Kali Wawar di sebelah barat, Kali Jali di bagian tengah, dan Kali Bogowonto di sebelah timur. Kali Wawar juga menjadi batas antara Kabupaten Kebumen di sebelah barat dan Kabupaten Purworejo di sebelah timur. Bagian hulu dan hilir ketiga sungai tersebut mempunyai pola aliran sejajar berarah utara-selatan. Akan tetapi di bagian tengah ketiganya mempunyai pola aliran sejajar berarah timur laut-barat daya. Di bagian hilir Kali Bogowonto sudah memperlihatkan bentuk aliran berkelok-kelok atau meandering, yang menunjukkan sebagai aliran sungai berstadium tua.
Gambar .1. Data Curah Hujan Maksimum Tahunan DAS Bendung Bandung Sumber : Data 2.2. Drain Modul Drainase modul adalah jumlah air yang harus didrainase karena apabila tidak akan menimbulkan genangan, hal ini tergantung dari curah hujan. Data n tahun, dengan data hujan per 1 hari, 2 hari, atau 3 hari. D(n) = R(n)T + n (I-ET-P) + ∆S Dengan: n = jumlah hari D(n) = limpasan pembuang permukaan selama n hari(mm) R(n)T = curah hujan dalam n hari berturut - turut dalam periode ulang T tahun I = pemberian air irigasi (mm /hari) ET = evapotranspirasi (mm/hari) P = perkolasi (mm/hari) ∆S = genangan eksisting (Sn0) – Genangan ijin (Sn) Kemudian di ubah dalam satuan lt/detik/hektar menggunakan rumus: ( ) Dm = ( , ) 2.3. Evaluasi kapasitas saluran Untuk evaluasi kapasitas penampang saluran irigasi / drainase, aliran saluran dianggap sebagai aliran tetap, dan untuk itu dipergunakan rumus Strickler (KP. 03): V = K R2/3 I 1/2 R =A/P A = (b + m . h) h
P = b + 2 h m 2 1 Q =V.A dimana: Q = debit saluran (m3/dt) V = kecepatan aliran (m/dt) A = luas penampang basah (m2) R = jari-jari hidrolis (m) P = keliling basah (m) b = lebar dasar (m) h = tinggi air (m) I = kemiringan dasar saluran K = koefisien kekasaran Strickler, (m 1/3 /dt) m = kemiringan talud (1 vert. : m hor.) 2.4. Analisa back water menggunakan metode tahapan standar Aliran balik terjadi apabila aliran mengalami hambatan akibat adanya bangunan atau rintangan pada saluran tersebut. Pengaruh kenaikan muka air pada bagian hulu bangunan tersebut perlu dianalisis dengan sasaran utama menentukan bentuk profil aliran (aliran berubah lambat laun/Gradually Varied Flow). Standart Step Method juga dipakai untuk saluran tak prismatik. Pada saluran tak prismatik, unsur hidrolik tergantung pada jarak di sepanjang saluran. = 2,22 = kelandaian garis energi 2.5. Hidrostatika pintu klep otomatis Pintu air otomatis ini biasanya digunakan untuk pengendalian banjir di daerah yang jauh dari pemukiman. Pada saat muka air hulu rendah (tidak banjir), karena berat sendiri pintu akan menutup. Tekanan hidrostatis di sebelah hulu tidak mampu untuk me-lawan berat pintu dan tekanan hidrostatis di sebelah hilir. Pada waktu muka air hulu naik (banjir) tekanan hidrostatis akan bertambah besar. Elevasi muka air hilir dianggap konstan, yang bisa berupa daerah laut atau sungai besar. Pada
elevasi muka air hulu tertentu, tekanan hidrostatis yang terjadi sudah cukup besar sehingga mampu untuk membuka pintu. Dengan terbukanya pintu tersebut air banjir bisa di buang melalui pintu (Triatmodjo, 1993:62). Bila sebuah permukaan bidang tenggelam dalam fluida (in-kompresibel) maka gaya-gaya akan bekerja pada permukaan karena fluida tersebut. Berikut langkah – langkah rumus pengerjaan: a. Kedalaman air di hilir dan hulu ℎ = cos b. Luas pintu = c. Gaya tekanan hidrostatis di hilir = . . .ℎ d. Momen inersia 1 12 e. Letak pusat tekanan =
=
+
f. Gaya tekanan hidrostatis di hulu = . . .ℎ g. Jarak searah pintu dari sendi ke muka air ℎ cos h. Letak pusat tekanan dari muka air hulu =
= =
+ +
i. Pada saat pintu mulai membuka, momen statis terhadap sendi adalah nol, Σ
=
0 0,5 sin 1,04 ℎ) = 0
−
(
−
∆H = 2 cm
PV1
PV3 PV4=PV2
PH1 PH3 PH2
PH4
Gambar .2. Hidrostatika Pintu Klep Otomatis Sumber : Data Perencanaan 2.6. Simulasi HEC-RAS Elevasi muka air pada alur sungai/saluran perlu dianalisis untuk mengetahui pada bagian manakah terjadi luapan pada alur sungai/saluran, sehingga dapat ditentukan dimensi untuk perbaikan sungai/saluran. Alam menganalisis kondisi sungai tersebut dapat digunakan program HEC-RAS 4.1.0 yang dikeluarkan oleh U.S Army Corps of Engineers. Program HECRAS sendiri dikembangkan oleh The Hydrologic Engineer Center (HEC), yang merupakan bagian dari oleh U.S Army Corps of Engineers. Program HEC-RAS 4.1.0 menggunakan pengaturan data dimana dengan data geometri yang sama bisa dilakukan kalkulasi data aliran yang berbeda-beda, begitu juga dengan sebaliknya. Data geometri terdiri dari layout permodelan disertai cross section untuk saluran-saluran yang di-jadikan model. Data aliran ditempat-kan terpisah dari data geometri. Data aliran bisa dipakai salah satu antara data aliran tunak (steady) atau data alira tak tunak (unsteady). Dalam masing - masing data aliran tersebut harus terdapat boundary condition dan initial condition yang sesuai agar permodelan dapat
dijalankan. Selanjutnya bisa dilakukan kalkulasi dengan membuat skenario simulasi. Skenario simulasi harus terdiri dari satu data geometri dan satu data aliran.
Tabel 1. Debit puncak Saluran
Q (m3/detik)
Collector drain
15
Main drain
40
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Drain Modul Berdasarkan hasil data inventory di lapangan terdapat beberapa saluran pembuang yang ada di daerah irigasi Sudagaran Siwatu diantaranya yaitu afvour Pengampon kanan, kiri, tengah, afvour Kemamang, kali / afvour Delangu, collector drain lereng dan main drain Lereng. Afvour – afvour tersebut sebagian besar akan ber-kumpul di main drain lereng yang akhirnya menuju sungai Jali dan hanya sebagian kecil saja yang di buang ke sungai wawar yaitu dari afvour Delangu ke Kanan.
Sumber : Anonim
D(n) = ( Dengan: n D(n)
)
+ (
B
q
No.
Ruas Saluran
[1] A 1 2 3 4 B 1 2 3 4 25 26
(m) (m2/d [2] [4] [5] Main Drain Lereng P. 5 - P. 3 28.0 1.43 P. 3 - P. 2 27.4 1.46 P. 2 - P. 1 28.4 1.41 P. 1 - P. 2 27.5 1.45 Collector Drain Lereng P.0 - P.2 12.00 1.25 P.2 - P.4 12.00 1.25 P.4 - P.6 11.50 1.30 P.6 - P.8 11.50 1.30 P.48 - P.50 16.50 0.91 P.50 - P.51A 17.00 0.88 Rata - rata 12.04 1.28
h
Tangg Tangg ul kiri ul (m) (m) [7] [8]
I
A
P (m) [11]
R
V
[9]
(m2) [10]
1.67 1.08 1.23 2.57
2.57 2.67 2.99 2.90
2.36 2.54 2.42 2.46
0.00020 0.00085 0.00052 0.00005
48.16 30.22 35.63 73.84
31.69 29.82 31.15 33.24
1.52 1.01 1.14 2.22
0.83 1.32 1.12 0.54
2.97 2.97 1.20 1.63 1.01 0.67 1.84
1.12 1.20 1.10 1.14 2.44 2.82 1.69
2.03 2.00 1.85 2.11 3.01 3.12 2.39
0.00002 0.00002 0.00047 0.00017 0.00040 0.00150 0.0003
44.38 44.38 15.23 21.45 17.70 11.79
20.39 20.39 14.89 16.12 19.36 18.89
2.18 2.18 1.02 1.33 0.91 0.62
0.34 0.34 0.98 0.70 0.85 1.27
(m) [6]
(m) (m/dt) [12] [13]
Sumber : Hasil Perhitungan +3,345
− )−∆
−
+3,174
= 3 hari = limpasan pembuang permukaan selama n hari (mm) R(3)10th = 313,00 mm IR = 4,04 mm/hari ET = 4,04 mm/hari P = 3,00 mm/hari ∆S = 50,00 mm Kondisi air irigasi diteruskan: D(3hr) = 313 + 3(3,55 − 3,55 − 3) − 50 D(3hr) = 254,00 Modulus pembuang: ( ) Dm =( , ) Dm
3.2. Evaluasi Kapasitas Saluran Tabel 2. Evaluasi kapasitas main drain dan collector drain eksisting
=(
( ) ,
)
Dm = 9,80 lt/detik/ha Debit rencana: Qd = Qd = 1 9,80 585,5 Qd = 14821,57 lt/detik
Gambar .3. Beda tinggi muka air antara main drain dan collector drain Sumber : Hasil Perhitungan Dari hasil perhitungan kapasitas di dapatkan gambar pertemuan antara main drain dan collector drain dengan ∆h sebesar 1,9910 m menyebabkan terjadinya luapan ke collector drain akibat back water. Maka dari itu dilakukan analisa perhitungan Back Water. 3.3. Analisa Back Water Tabel 3. Evaluasi tinggi muka air back water collector drain dengan metode tahapan standar
Lokasi
P.51A P.50 P.48 P.46 P.44 P.6 P.4 P.2
1 -
P.50 P.48 P.46 P.44 P.42 P.4 P.2 P.0
h back water
Elv. back water
3 2.60 2.55 2.55 2.53 2.51 2.06 2.02 2.01
4 2.95 3.07 3.15 3.17 3.26 3.51 3.56 3.56
Tinggi energi 2 (V /2g) 11 0.0049 0.0051 0.0051 0.0052 0.0053 0.0136 0.0143 0.0144
Sf = 2 2 4/3 n .V /R 15 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0001 0.0001 0.0001
Sumber : Hasil Perhitungan Tinggi muka air di main drain setinggi 2,6 m memberikan dampak aliran balik di collector drain rerata setinggi 2,3 m. 3.4. Analisa Hidrolika Pintu Klep 3.90
1.00
0.50 1.50
3.90
Pada simulasi kondisi pemasangan pintu klep ini terlihat pengurangan penambahan tanggul menjadi 0,28 m.
Gambar .5. Profil muka air di collector drain Lereng Sumber : Hasil Perhitungan Tabel 4. Rekapitulasi hasil analitis dan HEC-RAS Tinggi Volume Tinggi muka air air penambahan Waktu hilir collector tanggul kiri (jam) collector drain rerata (m) drain (m) (m³)
1.00 4.60
4.60
0.50
0.50 0.30
1.15
2.00
2.00
2.00
2.00
1.65
Gambar .4. Perencanaan Pintu Klep Sumber : Data Perencanaan Dari hasil perhitungan pintu akan membuka apabila elevasi muka air hulu adalah 1,52 cm di atas elevasi muka air hilir. 3.5. Simulasi HEC-RAS a. Kondisi Eksisting Terjadi beberapa luapan di beberapa section, untuk itu dicoba alternatif kedua menggunakan penambahan tanggul kiri. b. Kondisi Penambahan Tanggul Pada simulasi kondisi II ini terlihat peluapan sudah aman, namun penambahan tnggul kiri terlalu tinggi rerata 0,46 m. Maka dicoba alternatif ketiga dengan pemasangan pintu klep otomatis. c. Kondisi Penambahan Tanggul dan Pintu Klep Otomatis
Eksisting Tanggul HEC- Eksisting RAS Tanggul Pintu Analitis Klep Otomatis Dengan Pintu Pintu HECKlep RAS Otomatis Tanpa Pintu
Analitis
2,60 2,60 2,45 2,46
0,60 0,46
166,45 188,94 121,791 139,202
3,08 3,50 3,07 3,35
2,00
0,30
140,33
2,60
2,39
0,28
125,996
4,12
Sumber : Hasil Perhitungan 4.
KESIMPULAN Berdasarkan hasil perhitungan analitis dan perhitungan analisa berdasarkan simulasi bantuan softwere HEC-RAS tentang penggunaan pintu klep otomatis fiber resin sebagai alternatif pada collector drain maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Dampak yang ditimbulkan oleh back water main drain yang mempunyai debit puncak 40 m3/detik menyebabkan luapan ke arah sisi kiri saluran collector drain yang mempunyai debit puncak 15 m3/detik. Luapan tersebut mengakibatkan tergenangnya areal sawah sebesar 348,22 ha/hr.
2.
A. Hasil perhitungan analitis i. Penambahan tanggul kiri (rerata) sebesar 0,6 m saluran collectore drain aman dari meluap. ii. Dengan adanya pemasangan Pintu Klep Otomatis fiber resin pada collector drain Lereng debit sebesar 15 m3/detik dengan elevasi tinggi muka air 3,56 m diharapkan akan menjadi 3,07 m. iii. Perbandingan antara di pasang atau tidaknya PKO ini adalah ketika tidak ada PKO maka penambahan tanggul sebesar 0,6 m sepanjang 5000 m pada collector drain sedangkan ketika dipasang PKO penambahan tanggul menjadi 0,3 m sepanjang 3500 m pada collector drain. Hal ini dapat menghemat pekerjaan timbunan nantinya. B. Hasil simulasi HEC-RAS Hasil simulasi HEC-RAS menunjukkan perbedaan antara tanpa pintu dan dengan adanya pintu PKO. Untuk tanpa pintu tinggi muka air sebesar 2,46 m yang artinya adanya penambahan tanggul kiri rerata setinggi 0,46 m dan jika ada pintu PKO tinggi muka air menjadi 2,39 m yang artinya penambahan tanggul kiri rerata setinggi 0,28 m pada collector drain. Berikut adalah hasil rekapan perbandingan perhitungan analitis dan simulasi HEC-RAS. Untuk hasil rekapitulasi antara hasil analitis dan simulasi HECRAS bisa dilihat pada tabel 5. 3. Perencanaan pemasangan pintu klep otomatis fiber resin pada collector drain mampu memperkecil volume air yang awalnya 166,45 m3 menjadi 140,33 m3 sehingga bisa mengurangi penambahan tinggi tanggul di sisi kiri saluran collector drain yang meluap.
5.
DAFTAR PUSTAKA 1. Anonim. 2012. Desain Tata Air dan Tata Ruang Pintu Klep. http://drainase.com (diakses 10 Desember 2015). 2. Anonim. 2013. Kajian Kinerja Pasang Surut Terhadap Produktivitas Pertanian. http://Kondisijawatengah.com. (diakses 7 Januari 2016). 3. Chow, Ven Te. 1989. Hidrolika Saluran Terbuka. Jakarta: Erlangga. Ghosh, S. N. 1986. Flood Control and Drainage Engineering. Indian Institut of Technology: Oxford & IBH Publishing CO. PVT. LTD. 4. Kementerian Pekerjaan Umum Badan Penelitian dan Pengembangan. 2006. Pintu Air Otomatis Tahan Korosi Bahan Fiber Resin. Jakarta: Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air. 5. PT. Saka Buana. 2014. Laporan Nota Desain “Desain Rehabilitasi Jaringan Irigasi DI. Wadaslintang”. Malang: PT. Saka Buana Yasa Selaras. 6. Triatmodjo, B. 1996. Hidraulika I. Yogyakarta: Beta Offset.
