EVALUASI HIDROLIS BENDUNG LAMA TERHADAP RENCANA BENDUNG BARU PADA BENDUNG TIMBANG LAWAN DI KABUPATEN LANGKAT Trisnafia Siagian1, Boas Hutagalung2 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email:
[email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email:
[email protected] 1
ABSTRAK Bendung Timbang Lawan merupakan bendung yang memanfaatkan sungai Bahorok dimana fungsi bendung bukan hanya mengairi areal pertanian saja tetapi juga sebagai daerah wisata di daerah Bukit Lawang dan telah direhabilitasi akibat banjir bandang. Dalam penentuan debit banjir recana terlebih dahulu dilakukan analisa frekuensi dan penetapan sebaran data curah hujan kemudian di uji dengan chi kuadrat, diperoleh distribusi Log Pearson Type III untuk curah hujan rencana. Hasil analisa debit banjir rancangan metode kombinasi HaspersHaspers Q100 = 497,034 m3/det, kombinasi Haspers-Log Pearson III Q100 = 398,866 m3/det, kombinasi MelchiorHaspers Q100 = 266,716 m3/det, kombinasi Melchior-Log Pearson III Q100 = 322,256 m3/det. Adapun evaluasi hidrolis yang dikerjakan dengan menggunakan debit banjir rencana kombinasi Haspers-Log Pearson III Q100 = 398,866 m3/det sesuai dengan perencanaan bendung baru sehingga bendung lama sangat tepat direhabilitasi dengan bendung baru untuk kemaksimalan fungsi bendung. Berdasarkan perhitungan analisa stabilitas dihitung keamanan bendung dan disimpulkan bahwa dengan Q 100 = 398,866 m3/det bendung lama dan bendung baru tidak jebol dan layak digunakan serta sesuai dengan kriteria perencanaan. Kata kunci: bendung, debit banjir, evaluasi hidrolis, stabilitas bendung, kombinasi Haspers-Log Pearson III.
ABSTRACT Timbang Lawan weir is weir that use Bahorok river which function not only to agriculture but also recreation area at Bukit Lawang and it was rehabilitation because flash flood. The plan of discharge in first time can do with frequention analysis and distribution of rainfall and then chi square test, Log Pearson Type III distribution is result to rainfall planning. The result of rainfall design is Haspers-Haspers combination Q100 = 497,034 m3/s, Haspers-Log Pearson III combination Q100 = 398,866 m3/s, Melchior-Haspers combination Q100 = 266,716 m3/s, Melchior-Log Pearson III combination Q100 = 322,256 m3/s. Evaluation of hydrolis does with flood discharge design in Haspers-Log Pearson III combination Q100 = 398,866 m3/s and it is suitable with new weir design until old weir very exact to rehabilitation with new weir for maximal function. In calculation, stability of weir can calculate for saving weir and the conclusion with Q100 = 398,866 m3/det old weir and new weir are not break down and can use with criteria design of weir. Keywords: weir, flood discharge, evaluation of hydrolis, weir stability, Haspers-Log Pearson III combination.
PENDAHULUAN Bendung Timbang Lawan merupakan bendung yang sudah dikembangkan sejak zaman Belanda dengan intake/pintu pengambilan pada sisi kiri. Kegagalan bendung tersebut dalam mengendalikan banjir menyebabkan kehilangan ratusan jiwa dan kerusakan pada bangunan sekitar bendung dimana daerah sekitar bendung juga merupakan salah satu kawasan wisata yang ada di Provinsi Sumatera Utara. Oleh sebab itu rehabilitasi untuk membangun bendung baru dengan menjadikan bendung tersebut menjadi bendung tetap sangat perlu dikerjakan dengan tetap membuat pertimbangan perencanaan berdasarkan perencanaan bendung awal sehingga dapat dilihat bagaimana rehabilitasi bendung ini dapat berfungsi dengan baik dan memiliki keamanan yang ditinjau dari stabilitas struktur atau bangunan bendung. Adapun pengevaluasian yang dikerjakan disesuaikan dengan standar perencanaan irigasi Direktorat Jenderal Pengairan, Departemen Pekerjaan Umum Standar Perencanaan Irigasi terutama pada Kriteria Perencanaan 02 dan Kriteria Perencanaan 06. Tujuan penelitian Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Untuk mengevaluasi hidrolis bendung lama (material dari batu kali) terhadap rencana bendung baru (material dari beton cor) pada Bendung Timbang Lawan disesuaikan dengan Standar Perencanaan Irigasi (Kriteria Perencanaan 02-06). 2. Untuk mengetahui keamanan/stabilitas daripada bendung lama dan bendung baru ditinjau dari hidrolisnya.
TINJAUAN PUSTAKA Siklus Hidrologi Siklus hidrologi merupakan proses pengaliran air dan perubahannya menjadi uap air mengembun kembali menjadi air yang berlangsung terus menerus tiada henti – hentinya. Menurut Soemarto (1987), daur atau siklus hidrologi adalah gerakan air laut ke udara, kemudian jatuh ke permukaan tanah dan akhirnya mengalir ke laut kembali. Hujan Terjadinya hujan disebabkan penguapan air, terutama air dari permukaan laut yang naik ke atmosfer, mendingin dan kemudian menyuling dan jatuh sebagian di atas laut dan sebagian di atas daratan, sebagian meresap ke dalam tanah (infiltrasi), sebagian di tahan tumbuh-tumbuhan (intersepsi), sebagian menguap kembali (evaporasi) dan sebagian menjadi lembab. Karakteristik Hujan a. Durasi Hujan (t) b. Intensitas Curah Hujan (i) c. Waktu Konsentrasi (tc) a. Analisa Data Curah Hujan Menentukan Curah Hujan Areal - Cara Tinggi Rata-Rata (Arithmatic Mean) Cara perhitungannya adalah sebagai berikut:
d Dimana: d d1, d2, d3,...dn n -
= tinggi curah hujan rata-rata (mm) = tinggi curah hujan di stasiun 1,2,3,...,n (mm) = banyaknya stasiun penakar hujan
Cara Poligon Thiessen Cara perhitungannya adalah sebagai berikut:
d
A1.d 1 A2.d 2 A3.d 3 ..... An.dn Ai.di = ............................ (1-2) A A
Keterangan: A d d1, d2, d3,...dn A1, A2, A3,...An
n d1 d 2 d 3 .... d n d 1 ......................................... (1-1) n i 1 n
= Luas areal (km2) = Tinggi curah hujan rata-rata areal = Tinggi curah hujan di pos 1, 2, 3,...n = Luas daerah pengaruh pos 1, 2, 3,...n
b. Distribusi Frekuensi Curah Hujan Distribusi Gumbel
Menurut Gumbel (1941), persoalan tertua adalah berhubungan dengan nilai-nilai ekstrem datang dari persoalan banjir. Tujuan teori statistik nilai-nilai ekstrem adalah untuk menganalisis hasil pengamatan nilai-nilai ekstrem tersebut untuk memperkirakan nilai-nilai ekstrem berikutnya Distribusi Log Pearson Type III Parameter-parameter statistik yang diperlukan oleh distribusi Pearson Type III adalah: - Nilai tengah - Standard deviasi - Koefisien skewness Distribusi Normal Pada distribusi ini kemungkinan variant berada pada daerah ( ) dan ( ) adalah 68,27%. Sejalan dengan itu maka yang berada antara ( ) dan ( Distribusi Log-Normal ‘Probability density function’ distribusi ini adalah: P’ x =
eksp
) adalah 95,44%.
2
), (µ > 0)…….................................... (1-3)
Dengan : =
ln (
= ln (
)…………………………………........................................ (1-4) )……….................................................................................. (1-5)
Metode Haspers
X T X r (.Sd ) .................................................................................................... (1-5)
dengan:
Xr
X
.................................................................................................. (1-6)
N 1 X max 1 Xr X max 2 Xr Sd ................................................. (1-7) 2 1 2 N 1 ................................................................................................................... (1-8) T m dengan: XT = Besar curah hujan dengan kala ulang T tahun (mm) Xr = Besar curah hujan rata-rata (mm) Sd = Standard deviasi N = Jumlah tahun pengamatan = Standard variate m = Nomor urut data Xmax1 = Data curah hujan maksimum pertama (mm) Xmax2 = Data curah hujan maksimum kedua (mm) Debit Banjir Rencana Metode untuk mendapatkan debit banjir rencana dapat menggunakan : a. Metode Melchior Besarnya debit banjir maksimum dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : Qmax = α . β . rT . A……………………………………................................................ (1-9) dimana : Qmax = Debit banjir maksimum (m3/detik) α = Koefisien pengaliran untuk masing-masing periode ulang tertentu rT = Intensitas hujan rancangan (mm) A = Luas DAS/Catchment area (km2) b. Metode Haspers Keterkaitan parameter alam yang diperhitungkan dalam metode ini dinyatakan dalam bentuk persamaan dasar seperti berikut :
QT dimana : QT q A t
=
. .q.A. Rn................................................................................................ (1-10)
= = = = = =
Debit banjir rencana dengan kata ulang T tahun (m2/det) Koefisien Limpasan Koefisien Reduksi Intensitas curah hujan (m3/Km2/det) Luas Daerah Aliran Sungai (Km2) Waktu konsentrasi (jam)
Perencanaan Hidrolis Bendung, meliputi: Elevasi Mercu Bendung Lebar Efektif Bendung Tinggi Muka Air Banjir di Atas Mercu Bendung Tinggi Muka Air Banjir di Hilir Bendung Penentuan Dimensi Mercu Bulat Bangunan Pengambilan Analisa Stabilitas Bendung 1. Akibat Berat Sendiri Bendung 2. Gaya Gempa 3. Gaya Hidrostatis 4. Gaya Akibat Tekanan Tanah Aktif dan Pasif 5. Stabilitas Terhadap Guling 6. Stabilitas Terhadap Geser dan Stabilitas Terhadap Eksentrisitas 7. Terhadap Daya Dukung Tanah 8. Tekanan Air -Tekanan hidrostatik -Tekanan hidrodinamik 9. Rembesan (a) tekanan ke atas (statik) (b) erosi bawah tanah/piping (konsentrasi aliran yang mengakibatkan kehilangan bahan) (c) tekanan aliran (dinamik). 10. Daya dukung tanah bawah untuk pondasi
METODE PENELITIAN DAN GAMBARAN UMUM 1. Metode Penelitian Adapun bagan alir tahapan kegiatan penelitian secara skematis sebagai berikut : Mulai
Survei Lapangan
Pengumpulan Data : - Data Penyelidikan Tanah - Data Curah Hujan - Data Hidrolis Bendung Lama dan Baru
Analisa Data Analisa Hidrologi, Analisa Hidrolis dan Analisa Stabilitas
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Gambar 1.1 Diagram Alir Penelitian
2. Gambaran umum bendung
Gambar 1.2 Bendung Timbang Lawan
Kondisi hidrolis bendung: a. Bendung Lama (Bendung bronjong/pasangan batu kali). - Lebar mercu bendung - Elevasi mercu - Elevasi dinding tepi kiri - Elevasi dinding tepi kanan - Elevasi dasar sungai di hilir bendung - Elevasi dasar koperan hilir (cut off) - Pintu pengambilan terletak - Catchment area bendung - Debit banjir - Areal sawah yang dialiri b.
Bendung Baru (Beton Cor) Elevasi dasar sungai / lantai depan Tinggi mercu Elevasi mercu bendung Tinggi muka air di hulu bendung Elevasi muka air diatas mercu Tinggi garis energi di hulu bendung Elevasi tinggi energi di hulu bendung Lebar effektif bendung (B eff) Elevasi muka air di hulu pintu pengambil Elevasi muka air saluran induk di hilir pengambil Elevasi sawah tertinggi Elevasi dasar kolam olak Panjang kolam olak Kebutuhan elevasi endsill kolam olak Areal sawah yang dialiri
= 20 m = +196,20 = +195,00 = +195,00 = +193,50 = +192,70 = ± 30 m di hulu = 101,175 km2 = 525 m3/det = 790 hektar
= +194,50 = 2,00 meter = +196,50 = 2,25 meter = +198,75 = 0,59 meter = +199,34 = 62,00 meter = +196,20 = +195,77 = +195,77 = +192,70 = 16 meter = +193,50 = 752 hektar
PEMBAHASAN HASIL EVALUASI BENDUNG Analisa hidrologi Tabel 1.1 Ringkasan Hujan Rancangan Periode Ulang 5, 10, 25, 30, 50, 100 Tahun Metode Pearson II dan Metode Haspers METODE T. ulang HASPER LOG PEARSON III 5 134,28 133,95 10 152,21 144,78 25 176,51 156,90 30 180,27 164,23 50 195,31 165,03 100 214,98 172,52 Perhitungan Debit Banjir a. Perhitungan Debit Banjir Rencana dengan Metode Haspers Tabel 1.2 Ringkasan debit banjir metode Haspers-Haspers Kala Ulang Rn Qn 5 134,28 310,455 m³/det 10 152,21 351,910 m³/det 25 176,51 408,091 m³/det 30 180,27 416,784 m³/det 50 195,31 451,557 m³/det 100 214,98 497,034 m³/det
Tabel 1.3 Ringkasan debit banjir metode Haspers-Log Pearson III Kala Ulang Rn Qn 5 133,95 309,692 m3/det 10 144,78 334,731 m3/det 25 156,90 362,753 m3/det 30 164,23 379,699 m3/det 50 165,03 381,549 m3/det 100 172,52 398,866 m3/det b. Perhitungan Debit Banjir Rencana Metode Melchior Tabel 1.4 Ringkasan Debit Banjir Rencana Beberapa Metode
KALA
KOMBINASI HASPERS
ULANG
HASPERS
5
310,455
KOMBINASI MELCHIOR
LOG .PEARSON III 309,602
HASPERS
LOG PEARSON III
207,597
207,087
351,910
334,731
235,317
223,830
408,091
362,753
272,884
242,567
416,784
379,699
278,697
253,899
50
451,557
381,549
301,949
255,136
100
497,034
398,866
332,359
266,716
10 25 30
Analisa Hidrolis a. Analisa Debit Banjir Rencana Tabel 1.5 Analisa Debit Banjir Rencana h (m)
A (m2)
P (m)
R (m)
I
K
V (m/dtk)
Q (m3/dtk)
0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
13,700 27,800 42,300 57,200 72,500
28,281 29,561 30,842 32,122 33,403
0,484 0,940 1,372 1,781 2,170
0,02 0,02 0,02 0,02 0,02
15 15 15 15 15
1,309 2,036 2,619 3,116 3,556
17,927 56,607 110,765 178,256 257,804
3,00
88,200
34,684
2,543
0,02
15
3,952
348,559
2,70
78,732
33,915
2,321
0,02
15
3,719
292,799
Dari perhitungan tersebut diatas, diperoleh nilai Debit Alur Penuh (Qap) adalah 292.799 m3/det.
b.
Desain Hidrolis Bendung Adapun data design hidrolis bendung lama dan bendung baru: Elevasi dasar sungai / lantai depan = Tinggi mercu = Elevasi mercu bendung = Tinggi muka air di hulu bendung = Elevasi muka air diatas mercu = Tinggi garis energi di hulu bendung = Elevasi tinggi energi di hulu bendung = Lebar effektif bendung (B eff) =
194,50 2,00 196,50 2,25 198,75 0,59 199,37 62,00
meter meter meter meter
Tinggi jagaan hulu disarankan antara 0,75–1,50 meter (tergantung kurve debit banjir) Ditetapkan elevasi dekzerk hulu = 199,50 Tinggi Jagaan = 0,75 meter Sketsa:
Analisa Stabilitas Bendung Tinjauan Stabilitas Bendung Lama Tinggi air pada saat banjir = 5,5 m di hilir bendung maka Q = 1,71 B h3/2 = 1,71 . 25 . (5,5)3/2 = 536,45 m3/det > 400 m3/det ...... Not Ok! Tinjauan Stabilitas Bendung Baru Kesimpulan : Stabilitas bendung baru sesuai perhitungan standar KP 02 dan 06 diperoleh bendung aman.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Dari hasil analisa perhitungan debit banjir rancangan dengan menggunakan metode kombinasi Haspers Haspers didapat Q100 = 497,034 m3/detik, kombinasi Haspers - Log Pearson III didapat Q100 = 398,866 m3/detik dan metode Melchior - Haspers didapat Q100 = 266,716 m3/detik, metode Melchior - Log Pearson III Q100 = 322,256 m3/detik. 2. Dengan perencanaan debit banjir Q100 = 398,866 m3/detik bendung lama (pasangan batu kali) masih tidak aman terhadap bahaya banjir sehingga mengakibatkan bendung jebol tetapi bendung baru (beton cor) aman terhadap banjir. 3. Bendung lama rubuh disebabkan oleh akumulasi dari air yang tersimpan akibat penumpukan tumpukan pohon yang tumbang karena pola angin di daerah Bahorok dan juga adanya gaya geser di tubuh bendung meskipun faktor keamanan yang dihitung lebih besar dari ketetapan. 4. Akibat adanya bendung baru, terjadi kenaikan elevasi muka air banjir setinggi 2 m, dimana elevasi muka air banjir sebelum adanya bendung yaitu +196,50 m sedangkan elevasi muka air banjir setelah adanya bendung yaitu +198,50 m. 5. Analisa hidrolis dan stabilitas bendung aman dengan Q = 398,866 m3/det. Saran 1.
2.
3.
Untuk mendapatkan besarnya debit banjir rancangan sungai Bahorok yang lebih akurat perlu dilakukan dengan menambahkan data curah hujan harian maksimum di beberapa stasiun curah hujan yang mewakili dan dengan menambah beberapa metode perhitungan debit banjir lainnya sehingga perhitungan dapat diperbandingkan dengan baik dan maksimal. Peningkatan debit banjir juga dapat berdampak pada kegagalan bangunan pengendali banjir (bendung, tanggul, saluran drainase, dll). Hal ini disebabkan karena bangunan pengendali banjir tidak mampu menahan beban gaya akibat debit banjir yang telah mengalami peningkatan akibat perubahan tata guna lahan. Sebaiknya masyarakat lebih memperhatikan lingkungan sekitar sungai supaya mencegah adanya air yang tersimpan atau banjir kiriman yang dapat menyebabkan kerugian yang besar bagi masyarakat sendiri.
DAFTAR PUSTAKA Dirjend. Pengairan Dept. Pekerjaan Umum, (1986), Standar Perencanaan Irigasi Kriteria Perencanaan Bagian Bangunan KP 01-06, Bandung: Penerbit CV. Galang Persada Chow, Ven Te (1997), Hidrolika Saluran Terbuka, Terjemahan, Jakarta: Penerbit Erlangga Chow, Ven Te (1988), Hidrolika Saluran Terbuka, Terjemahan, Jakarta: Penerbit Erlangga Soemarto, CD (2006), Hidrologi Teknik, Malang: PPMTT Sosrodarsono dan Takeda (1983), Hidrologi Untuk Pengairan, Jakarta: Penerbit Erlangga Wilson EM (1989), Hidrologi untuk Insinyur, Jakarta: Penerbit Erlangga Subarkah Imam, Ir (1980), Hidrologi Untuk Perencanaan Bangunan Air, Bandung: Penerbit Idea Drama Linsley Ray K (1989), Hidrologi Untuk Insinyur, Terjemahan, Jakarta: Penerbit Erlangga
