PERENCANAAN SPILLWAY DAN OPTIMASI PENGOPERASIAN WADUK PADA BENDUNGAN DESA BANDUNGHARJO KECAMATAN TOROH KABUPATEN GROBOGAN
Tugas Akhir
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Sipil
Diajukan Oleh: Pekik Gunawan D 100 090 043
Kepada :
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014
LEMBAR PENGESAHAN PERENCANAAN SPILLWAY DAN OPTIMASI PENGOPERASIAN WADUK PADA BENDUNGAN DESA BANDUNGHARJO KECAMATAN TOROH KABUPATEN GROBOGAN Tugas Akhir Diajukan dan dipertahankan pada Ujian Pendadaran Tugas Akhir dihadapan Dewan Penguji Pada tanggal ...........................
diajukan oleh : Pekik Gunawan NIM : D 100 090 043 Susunan Dewan Penguji: Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
Ir. H. A. Karim Fatchan, M.T. NIK : 496
Gurawan Djati W. S.T., M.T. NIK : 782 Anggota
Kuswartomo, S.T., M.T. NIK : 651
Tugas Akhir ini diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk mencapai derajat Sarjana-1 Teknik Sipil Surakarta, .............................. Dekan Fakultas Teknik
Ketua Program Studi Teknik Sipil
Ir. H. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D NIK : 682
Mochamad Solikin, S.T., M.T., Ph.D NIK : 792 ii
KATA PENGANTAR Alhamdulilah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat serta hidayahnya, sehingga penulis laporan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk memperoleh galar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak memberikan dukungan sehingga penyusun dapat manyelesaikan Tugas Akhir ini. Kemudian dengan terselesaikannya Tugas Akhir ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Bapak Ir. Agus Riyanto, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2.
Bapak Ir. Suhendro Trinugroho, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3.
Bapak Ir. H. A. Karim Fatchan, M.T., selaku Pembimbing Utama.
4.
Bapak Gurawan Djati W. S.T., M.T., selaku Pembimbing Pendamping.
5.
Bapak Kuswartomo, S.T., M.T., selaku Anggota Tim Penguji.
6.
Bapak Ir. H. M. Nyamadi M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
7.
Bapak dan Ibu serta keluarga di rumah, terima kasih untuk doanya.
8.
Teman-teman satu angkatan 2009, selaku teman seperjuangan.
9.
Keluarga besar “kos gini”
10. Dan seluruh pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Semoga segala bantuan yang diberikan, senantiasa mendapatkan ridho dari Allah SWT dan semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin.
Surakarta, ............................. Penulis
iii
MOTTO Ketergesaan dalam setiap usaha membawa kegagalan. (Herodotus )
Harga kebaikan manusia adalah diukur menurut apa yang telah dilaksanakan / diperbuatnya. ( Ali Bin Abu Thalib )
Lakukan dan yakini apa yang menurut kamu benar dan apabila terjadi kesalahan, cukup memperbaikinya tanpa harus menyesalinya ( Pekik Gunawan )
iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR (ORIGINALITAS)
Bismillahirrahmanirrohim Yang bertanda tangan di bawah ini, saya :
Nama
: Pekik Gunawan
NIM
: D 100 090 019
Program Studi
: S1 – TEKNIK SIPIL
Judul
: PERENCANAAN
SPILLWAY
DAN OPTIMASI
PENGOPERASIAN WADUK PADA BENDUNGAN DESA BANDUNGHARJO KECAMATAN TOROH KABUPATEN GROBOGAN
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa tugas akhir yang saya buat dan serahkan ini merupakan hasil karya sendiri, kecuali kutipan-kutipan dan ringkasan-ringkasan yang semuanya telah saya jelaskan sumbernya. Apabila dikemudian hari dan atau dapat dibuktikan bahwa tugas akhir ini jiplakan, maka saya bersedia menerima sanksi apapun dari Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik dan atau gelar dan ijazah yang diberikan oleh Universitas Muhammadiyah Surakarta batal saya terima. Surakarta, ......................... Yang membuat pernyataan
Pekik gunawan
v
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL...............................................................................................i HALAMAN PENGESAHAN................................................................................ii KATA PENGANTAR...........................................................................................iii HALAMAN MOTTO...........................................................................................iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR...................................................v DAFTAR ISI.........................................................................................................vi DAFTAR TABEL...............................................................................................viii DAFTAR GAMBAR.............................................................................................x DAFTAR NOTASI...............................................................................................xii ABSTRAKSI.........................................................................................................xv
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang..................................................................................... 1 B. Rumusan Masalah................................................................................ 1 C. Tujuan Penelitian................................................................................. 2 D. Batasan Masalah................................................................................... 2 E. Manfaat Penelitian............................................................................... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA BAB III LANDASAN TEORI A. Analisis Kebutuhan dan Ketersediaan Air........................................... 6 1. Kebutuhan Air Tanaman................................................................. 6 2. Kebutuhan Air Irigasi...................................................................... 9 3. Kebutuhan Air Baku...................................................................... 10 4. Analisis Debit Andalan.................................................................. 10 5. Neraca
Air......................................................................................
11 B. Desain Struktur Spillway..................................................................... 11 1. Umum............................................................................................ 11 2. Rencana Desain Bangunan Pelimpah............................................ 12 vi
3. Stabilitas Bangunan Pelimpah....................................................... 18 C. Optimasi Operasi Waduk.................................................................... 21 BAB IV METODE PENELITIAN A. Pengumpulan Data.............................................................................. 23 B. Pengolahanan Data.............................................................................. 24 BAB V ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Analisis Kebutuhan dan Ketersediaan Air......................................... 27 1. Evapotranspirasi............................................................................ 27 2. Analisis Data Hujan....................................................................... 32 3. Hujan Efektif................................................................................. 35 4. Analisis Kebutuhan Air................................................................. 39 5. Analisis Ketersediaan Air.............................................................. 42 6. Neraca
Air......................................................................................
46 B. Desain Struktur Spillway..................................................................... 49 1. Desain Bangunan Pelimpah........................................................... 49 a. Saluran Pengarah Aliran........................................................... 49 b. Saluran Pengatur Aliran............................................................ 50 c. Saluran Transisi........................................................................ 52 d. Saluran Peluncur....................................................................... 57 e. Bangunan Peredam Energi........................................................ 64 2. Analisis Stabilitas Bangunan Pelimpah (spillway)........................ 68 a. Stabilitas Muka Air Normal...................................................... 68 b. Stabilitas Muka Air Banjir........................................................ 73 C. Operasi Waduk.................................................................................... 77 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan......................................................................................... 97 B. Saran.................................................................................................... 97 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel III.1. Harga Koefisien Tanaman Padi......................................................... 6 Tabel III.2. Harga Koefisien dengan Metode Evapotranspirasi FAO.................. 6 Tabel III.3. Pedoman Konsumsi Air................................................................... 10 Tabel III.4. Koefisien Limpasan dari Jenis-jenis Tata Guna lahan..................... 11 Tabel III.5. Nilai-nilai Faktor Kapasitas Dukung Tanah Terzaghi..................... 21 Tabel V.1.
Data Metereologi Kabupaten Grobogan.......................................... 27
Tabel V.2.
Perhitungan ET0 Dengan Menggunakan Penman Methode............. 30
Tabel V.3.
Jadwal dan Pola Tanam (Padi I - Padi II – Polowijo)...................... 31
Tabel V.4.
Perhitungan Uji Konsistensi Data Hujan Stasiun Hujan Geyer....... 33
Tabel V.5.
Curah Hujan Rata-rata Menggunakan Metode Rerata .................... 34
Tabel V.6.
Curah Hujan Efektif 80%................................................................. 37
Tabel V.7.
Curah Hujan Efektif Untuk Tanaman Padi...................................... 38
Tabel V.8.
Curah Hujan Efektif Untuk Tanaman Palawija............................... 38
Tabel V.9.
Kebutuhan Bersih Air di persawah.................................................. 42
Tabel V.10. Jumlah Penduduk Kabupaten Grobogan.......................................... 43 Tabel V.11. Kriteria Perencanaan Air Baku........................................................ 44 Tabel V.12. Perhitungan Debit Andalan.............................................................. 45 Tabel V.13. Neraca Air........................................................................................ 46 Tabel V.14. Perhitungan Koordinat Mercu Pelimpah......................................... 51 Tabel V.15. Perhitungan Rembesan dan Tekanan Air Tanah Kondisi Muka Air Normal............................................................................................. 68 Tabel V.16. Perhitungan Stabilitas Pelimpah Kondisi Muka Air Normal Terhadap Gaya Horizontal............................................................... 69 Tabel V.17. Perhitungan Stabilitas Pelimpah Kondisi Muka Air Normal Terhadap Gaya Vertikal................................................................... 70 Tabel V.18. Koefisien Dya Dukung Tanah Terzaghi.......................................... 71 Tabel V.19. Perhitungan Rembesan dan Tekanan Air Tanah Kondisi Muka Air Banjir................................................................................................ 74 viii
Tabel V.20. Perhitungan Stabilitas Pelimpah Kondisi Muka Air Banjir Terhadap Gaya Horizontal............................................................... 75 Tabel V.21. Perhitungan Stabilitas Pelimpah Kondisi Muka Air Banjir Terhadap Gaya Vertikal................................................................... 75 Tabel V.22. Perhitungan Elevasi Muka Air di Waduk........................................ 78 Tabel V.23. Perhitungan Rerata Elevasi Muka Air di Waduk............................. 79 Tabel V.24. Perhitungan Faktor k pada Alternatif I............................................. 82 Tabel V.25. Perhitungan Faktor k pada Alternatif II........................................... 85 Tabel V.26. Perhitungan Faktor k pada Alternatif III.......................................... 88 Tabel V.27. Perhitungan Faktor k pada Alternatif IV.......................................... 91 Tabel V.28. Perhitungan Faktor k pada Alternatif V........................................... 94 Tabel V.29. Nilai Rata-rata Faktor k Alternatif Terhadap Pola Tanam............... 96
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar III.1 . Rencana Pola Tanam....................................................................... 9 Gambar III.2 . Desain Spillway............................................................................. 12 Gambar III.3. Skema Penampang Memanjang Saluran Transisi......................... 14 Gambar III.4. Skema Penampang Memanjang Saluran Peluncur........................ 15 Gambar III.5 . Keseimbangan Momentum Aliran Air.......................................... 16 Gambar IV.1. Bagan Alir Perencanaan................................................................ 26 Gambar V.1. Grafik Pertumbuhan Penduduk Kabupaten Grobogan.................. 43 Gambar V.2. Grafik Neraca Air.......................................................................... 47 Gambar V.3. Saluran Pengarah Aliran............................................................... 49 Gambar V.4. Saluran Pengatur Aliran................................................................ 51 Gambar V.5. Tampak Atas Saluran Transisi...................................................... 52 Gambar V.6. Tampak Samping Saluran Transisi............................................... 53 Gambar V.7. Skema Penampang Memanjang Saluran Transisi......................... 54 Gambar V.8. Tampak Samping Saluran Peluncur.............................................. 57 Gambar V.9. Skema Penampang Memanjang Saluran Peluncur........................ 58 Gambar V.10. Tampak Atas Saluran Terompet.................................................... 61 Gambar V.11. Tampak Samping Saluran Terompet............................................. 62 Gambar V.12 .Keseimbangan Momentum Aliran Air.......................................... 63 Gambar V.13. Bangunan Peredam Energi............................................................ 65 Gambar V.14 .Lokasi Bangunan Spillway............................................................ 66 Gambar V.15 .Desain Spillway Keseluruhan........................................................ 67 Gambar V.16. Tampak Samping Pelimpah Kondisi Muka Air Normal............... 68 Gambar V.17. Rembesan dan Tekanan Air Tanah di Bawah Pelimpah Kondisi Muka Air Normal.......................................................................... 69 Gambar V.15. Tampak Samping Pelimpah Kondisi Muka Air Banjir................. 73 Gambar V.16. Rembesan dan Tekanan Air Tanah di Bawah Pelimpah Kondisi Muka Air Banjir............................................................................ 74 Gambar V.17. Grafik Muka Air di Waduk Tahun (1998-2012)........................... 80 x
Gambar V.18. Grafik Rule Curve Alternatif I Muka Air di Waduk..................... 81 Gambar V.19. Grafik Nilai Faktor k dengan Alternatif I..................................... 83 Gambar V.20. Grafik Rule Curve Alternatif II Muka Air di Waduk................... 84 Gambar V.21. Grafik Nilai Faktor k dengan Alternatif II.................................... 86 Gambar V.22. Grafik Rule Curve Alternatif III Muka Air di Waduk.................. 87 Gambar V.23. Grafik Nilai Faktor k dengan Alternatif III................................... 89 Gambar V.24. Grafik Rule Curve Alternatif IV Muka Air di Waduk.................. 90 Gambar V.25. Grafik Nilai Faktor k dengan Alternatif IV................................... 92 Gambar V.26. Grafik Rule Curve Alternatif V Muka Air di Waduk................... 93 Gambar V.27. Grafik Nilai Faktor k dengan Alternatif V.................................... 95
xi
PERENCANAAN SPILLWAY DAN OPTIMASI PENGOPERASIAN WADUK PADA BENDUNGAN DESA BANDUNGHARJO KECAMATAN TOROH KABUPATEN GROBOGAN
ABSTRAKSI
Bendungan Bandungharjo dibangun di Desa Bandungharjo, Kecamatan Toroh, Kabupaten Grobogan. Fungsi dari bendungan tersebut adalah sebagai penyimpan air pada saat musim penghujan dan akan memanfaatkan air pada saat dibutuhkan, baik sebagai kebutuhan air baku maupun sebagai air irigasi. Bendungan bandungharjo ini dilengkapi bangunan pelimpah (spillway) sebagai pelimpah air saat kondisi air banjir. Perencanaan ini dilakukan analisis kebutuhan air dengan menggunakan Penman method serta pada analisis ketersediaan air menggunakan metode rasional. Hasil analisis tersebut didapatkan neraca air dengan membandingkan hasil dari kedua analisis tersebut dan didapatkan nilai prosentase seberapa besar ketersediaan dapat memenuhi kebutuhan air. Sebagai kontrol bendungan aman terhadap overlaping, maka dalam merencanakan bangunan pelimpah (spillway) dilakukan kontrol kestabilan baik terhadap rembesan air tanah (piping) dan momen guling. Analisis pengoperasian waduk, dengan membandingkan beberapa alternatif, sehingga diperoleh pola pengoperasian waduk yang baik. Analisis neraca air selama 1 tahun didapatkan faktor (k) potensi inflow bendungan Bandungharjo dapat memenuhi kebutuhan air sebesar 86,80 %. Analisis bangunan pelimpah dilakukan kontrol kestabilan terhadap rembesan sehingga didapatkan hasil CL = 2,916 > 1,6 (pada saat kondisi air normal) dan CL = 2,232 > 1,6 (pada saat kondisi air banjir), kestabilan terhadap momen guling didapatkan hasil FS = 6,118 > 1,5 (pada saat kondisi air normal) dan FS = 2,241 > 1,5 (pada saat kondisi air banjir), kestabilan terhadap gaya geser didapatkan hasil SF = 5,555 (pada saat kondisi air normal) dan SF = 3,914 > 1,5 (pada saat kondisi air banjir), serta kestabilan daya dukung pondasi didapatkan hasil σ max 3,028 ton/m2 < 4,339 ton/m2 (pada saat kondisi air normal) dan σmax = 1,877 < 4,339 ton/m2 (pada saat kondisi air banjir). Analisis pengoperasian waduk diambil alternatif ke III sebagai pola pengoperasian waduk nantinya. Kata kunci: Spillway (Bendungan Bandungharjo), Kestabilan Spillway, Operasi Waduk.
xii
