PEMODELAN AWAL PERENCANAAN BENDUNG GERAK KARANGTALUN DENGAN HEC-RAS Burhannudin Apriliansyah1, Heri Suprijanto2, Mohammad Taufiq3, 1 Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2 Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya e-mail:
[email protected] ABSTRAK Sungai Progo yang berhulu pada Gunung Merapi memiliki tingkat sedimentasi yang sangat tinggi maka dalam pengelolaannya perlu penerapan inovasi berupa Bangunan Longstorage kombinasi dengan sistem Bendung Gerak/Barrage yang berfungsi mengatur tinggi muka air sekaligus untuk menggelontor sedimen. Kajian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi hidrolik sungai setelah dibangun bendung gerak (barrage), mencari alternatif bukaan pintu untuk pemeliharaan, pengendalian banjir dan pemanfaatan untuk memenuhi kebutuhan serta mengetahui sedimentasi yang akan terjadi pada lokasi bendung gerak. Berdasarkan hasil akhir simulasi, dengan bantuan program HEC-RAS 4.1.0, dapat dilihat bahwa kapasitas sungai masih mampu menampung debit Q100. Dan pengoperasian saat banjir di buka penuh sehingga kapasitas pintu mampu melewatkan debit secara penuh dengan elevasi yang dihasilkan sebesar +164,51. Target muka air normal adalah +162,5. Sedangkan muka air rendah +159,21. Tampungan Bendung Gerak Karangtalun sendiri tidak dapat memenuhi kebutuhan di hilir sepenuhnya. Sehingga pada bulan tertentu disarankan untuk DI Mataram agar melakukan sistem rotasi dalam pembagian air. Degradasi terjadi di titik penampang melintang di hulu dan hilir Bendung Gerak. Kecenderungan pengendapan terjadi pada meander sungai di hulu Bendung Gerak. Sehingga disarankan melakukan flushing setiap 6 (enam) bulan sekali. Kata kunci: bendung gerak, hidrolika, sungai, operasi bendung gerak, sedimen, simulasi program, HEC-RAS.
ABSTRACT Progo rivers that disgorge at Merapi volcano has a very high rate of sedimentation, then the application of innovation management needs to be building Longstorage combination with barrage which controls the water level at the same time to flush the sediment. This study aims to determine the hydraulic conditions of the river after the dam was built barrage, looking for an alternative opening doors for maintenance, flood control and utilization to meet the needs and determine sedimentation will occur at the location of the barrage. Based on the final results of the simulation, with the help of the program HEC-RAS 4.1.0, it can be seen that the capacity of the river is still able to accommodate discharge Q100. And when the flood operation at full open so that the discharge capacity capable of passing the door fully with the resulting elevation of +164.51. Target for the normal water level elevation is +162.5. While the low water level +159.21. Some time, Karangtalun Barrage can not ensure water supply at downstream. So that in a given month are advised to DI Mataram to do rotations in water distribution systems. Degradation occurs at the point of the cross section in the upstream and downstream barrage. The tendency of aggradation occurs in the meanders of the river at the upstream barrage. So it is advisable to do flushing every six months. Keywords: barrage, hydraulics, river, operation barrage, sediment, simulation programs, HEC-RAS.
1.
PENDAHULUAN
Latar Belakang Wilayah Sungai Progo Opak Serang (WS POS) merupakan kawasan dengan sumber air yang sangat potensial bagi upaya pengelolaan sumber daya air (PSDA) untuk memenuhi berbagai keperluan. Sejalan dengan pertambahan penduduk dan meningkatnya kualitas hidup masyarakat. Dapat diprediksi bahwa selisih antara demand dan supply akan cenderung semakin membesar dari tahun ke tahun. Selain selisih tersebut, di beberapa lokasi, bahaya banjir dan bahaya kekeringan pun semakin membesar dan tajam akibat menurunnya kualitas daerah tangkapan air. Dengan memperhatikan lokasi studi dimana Sungai Progo yang berhulu pada Gunung Merapi memiliki tingkat sedimentasi yang sangat tinggi maka perlu penerapan inovasi pada jenis Bendungan misalnya berupa Bangunan Longstorage kombinasi dengan sistem Bendung Gerak/ Barrage yang berfungsi mengatur tinggi muka air sekaligus untuk menggelontor sedimen yang mengendap. Identifikasi Masalah Sebagai bagian dari rangkaian upaya pemenuhan kebutuhan air baku dan irigasi di wilayah sungai Progo Opak Serang serta untuk mengantisipasi akan terjadinya kelangkaan air di musim kemarau untuk jangka panjang, maka salah satu strategi yang dilakukan adalah dengan menyimpan aliran permukaan atau air hujan melalui pembangunan Bendungan atau bangunan penampung air lainnya sebagai penampung air dan juga berfungsi untuk me-recharge air tanah dalam rangka upaya konservasi sumber daya air maupun pendayagunaan sumber daya air. Maka dari itu perlu dilakukan pemodelan untuk mengetahui kemampuan suatu bangunan. Tujuan dan Manfaat Adapun tujuan dan manfaat dari pelaksanaan studi ini adalah untuk:
1. Mengetahui kondisi hidrolik sungai setelah dibangun bendung gerak (barrage). 2. Untuk mencari alternatif bukaan pintu untuk pemeliharaan, pengendalian banjir, dan pemanfaatan (untuk keperluan irigasi) dari bendung secara optimal. 3. Mengetahui titik-titik pada lokasi bendung gerak yang mengalami erosi dan sedimentasi serta volume sedimen yang masuk ke bendung gerak Karangtalun.
2.
KAJIAN PUSTAKA
Bendung Gerak Bendung gerak terdiri dari lantai pilar bendung, pilar pintu, daur pintu, makanisme pengaturan pintu, panel pengaturan pintu, ruang operasi pintu dan jembatan inspeksi. Lantai, pilar bendung dan pilar pintu bendung gerak umumnya terbuat dari beton bertulang dan harus aman terhadap guling dan gelincir. Penentuan Kala Ulang Banjir Pemilihan suatu teknik analisa penentuan banjir rancangan tergantung dari data-data yang tersedia dan macam dari bangunan air tersebut. Kriteria pemilian banjir dengan hanya meninjau kemungkinan terjadinya banjir yang lebih besar atau sama dengan banjir rencana, sekali atau lebih selama bangunan air tersebut berdiri. Lebar Bendung Dalam menentukan lebar efektif perlu diketahui mengenai eksploitasi bendung, dimana pada saat air banjir datang pintu penguras dan pintu pengambilan harus ditutup. Hal ini dimaksudkan untuk mencegah masuknya benda yang terangkut oleh banjir yang dapat menyumbat pintu penguras bila pintu terbuka dan air banjir masuk ke saluran induk. Rumus : Be = B – 2(n.Kp + Ka)H1 dengan : Be = lebar efektif bendung (m) → (Be1+Be2+Be3)
B Kp Ka n H1
= lebar mercu sebenarnya (m)→ (B1+B2+B3) = koefisien kontraksi pilar = koefisien kontraksi pangkal bendung = jumlah pilar = tinggi energi (m)
Peredam Energi Faktor
pemilihan
tipe
peredam
energi: • Tinggi bendung • Keadaan geoteknik tanah dasar misalnya jenis batuan, lapisan, kekerasan tekan, diameter butir dsb. • Jenis angkutan sedimen yang terbawa aliran sungai. • Keadaan aliran yang terjadi di bangunan peredam energi seperti aliran tidak sempurna/tenggelam, loncatan air lebih rendah atau lebih tinggi.
Persamaan Dasar Perhitungan Profil muka air dihitung dari suatu penampang dengan Persamaan Energi melalui prosedur iterative yang disebut dengan Standard Step Method. Persamaan Energi yang dimaksud adalah (Ven Te Chow, 1997 : 243) : 2 2 v1 v2 Y1 Z 1 1 . Y2 Z 2 2 . h f he 2g 2g dengan: Y1 = kedalaman air penampang 1 (m) Y2 = kedalaman air penampang 2 (m) v = kecepatan rata-rata aliran (m/dt) α = koefisien energi S0 = kemiringan dasar saluran Sf = kemiringan garis energi g = percepatan gravitasi (m/dt2) hf = kehilangan tekanan akibat gesekan (m) he = kehilangan tekanan akibat pusaran (m) Perhitungan Debit Penampang Sungai
Pemodelan Hidrolik dengan HEC-RAS Permodelan Hidrolika Bendung Gerak Karangtalun akan menggunakan perangkat lunak (software) HEC-RAS (Hydrologi Engineering Center- River Analysis System) versi 4.1.0 sebagai paket program analisa dan pemodelan struktur hidrolik (bendung gerak) pada sungai yaitu pola aliran di hulu Bendung Gerak dan pola aliran di hilir Bendung Gerak. Paket model HEC-RAS adalah salah satu model yang dikeluarkan oleh U.S. Army Corps of Engineers River Analysis System (HEC-RAS) yang di susun oleh Hydrologic Engineering Center. Software ini memiliki keampuan penggunaan : perhitungan jenis aliran steady flow dan unsteady flow satu dimensi, dan sediment transport. Analisa Profil Muka Air Prosedur perhitungan didasarkan pada penyelesaian persamaan aliran satu dimensi melalui saluran terbuka. Aliran satu dimensi ditandai dengan besarnya kecepatan yang sama pada seluruh penampang atau digunakan kecepatan rata-rata.
Besarnya debit dihitung perbagian penampang sungai dengan mengacu pada persamaan Manning’s berikut :
Dimana : K = conveyance for subdivision n = koefisien kekasaran Manning’s A = luas penampang R = jari-jari hidrolis Nilai n Manning Untuk Saluran Utama Aliran dalam saluran tidak dibagi perbagian, kecuali jika nilai kekasaran berubah didalam saluran. Program HECRAS dapat digunakan untuk berbagai nilai kekasaran, jika tidak maka program akan menghitung sebagai satu nilai kekasaran. Evaluasi Energi Kinetik Karena HEC-RAS adalah program untuk menghitung profil muka air satu dimensi, maka hanya satu energi kinetik yang dihitung pada masing-masing pe-
nampang saluran. Untuk memberikan gambaran elevasi profil muka air, rata-rata energi dihitung dengan membagi tiga bagian dari penampang melintang saluran (yaitu saluran kiri, utama dan kanan). Evaluasi Kehilangan Akibat (Friction Loss)
Gesekan
Friction loss dievaluasi dalam program HEC-RAS sebagai hasil dari kemiringan garis energi Sf dan panjang L, dimana Sf adalah representatif dari friction slope untuk sungai dan panjang L yang didefinisikan pada persamaan diatas. Friction slope (slope of the energy gradeline) pada tiap-tiap penampang melintang dihitung dari persamaan Manning’s sebagai berikut : ( )
kan. Persamaan energi hanya dapat digunakan dalam kondisi aliran berubah lambat laun (gradually varied flow), dan kondisi aliran transisi dari sub kritis ke super kritis atau super kritis ke sub kritis dimana dalam hal ini kondisi aliran dalam kondisi perubahan secara cepat (rapidly varying flow situation). Analisa Pada Bendung Gerak Koefisien yang diperlukan untuk menghitung kehilangan energi akibat kontraksi dan ekspansi dibagian hulu dan hilir dari bendung (inline) dan struktur spillway. Kerugian ini dihitung dengan mengalikan ekspansi atau kontraksi koefisien oleh perbedaan mutlak di antara dua penampang
Evaluasi Kehilangan Akibat Kontraksi dan Pelebaran Kehilangan akibat kontraksi dan pelebaran dalam program HEC-RAS dihitung dengan persamaan sebagai berikut : |
|
Dimana : C = koefisien kontraksi dan pelebaran Penentuan Kedalaman Kritis Program HEC-RAS mempunyai dua metode untuk menghitung kedalaman kritis, yaitu : a) Parabolic Method dan, b) Secant Method. Parabolic method adalah merupakan perhitungan cepat, tetapi ini hanya dapat digunakan untuk satu minimum energi. Untuk kondisi penampang yang banyak tidak hanya mempunyai satu kurva energi minimum, oleh karena itu parabolic method adalah merupakan metode yang ditentukan/ dipilih oleh program, jika penyelesaian parabolic method tidak convergen, maka program akan secara otomatis mencoba dengan secant method. Applikasi Persamaan Momentum Bila profil muka air melalui kedalaman kritis, persamaan energi tidak dapat diguna-
Gambar 1. Layout Untuk Pintu Air, Spilways, dan Bendung Sumber: Anonim (2010:210)
Untuk menentuan aliran overflow pada bendung, maka perlu adanya penyesuain dengan koefisien yang akan diinputkan pada HEC-RAS. Koefisien aliran menggunakan persamaan bendung standart yaitu persamaan Rehbock, atau Kindsvater dan Carter. Penentuan koefisien ini ditentukan berdasarkan tipe mercu yang digunakan oleh bendung.
Pintu Sorong (Sluice Gate) Fungsi pintu air adalah mengatur air untuk pembuang, penyadap dan pengatur lalu lintas air (Suyono, 1986).
Gambar 2. Contoh Aliran Air Pada Pintu Dengan Ambang Lebar Sumber: Anonim (2010:201)
Persamaan aliran melalui pintu sorong: √ dengan : Q = debit C = koefisien pelepasan, (0,5 to 0,7) W = Lebar pintu (m) B = tinggi bukaan pintu (m) H = tinggi muka air hulu (Zu – Zsp) (m) Ketika taliwater hilir naik pada titik dimana alairan tidak dapat mengalir dengan bebas, maka Persamaan menjadi: √ dengan: H = ZU - ZD Transport Sedimen Aliran air akan membawa hanyut bahan-bahan sedimen, yang menurut mekanisme pengangkutannya dapat dibedakan menjadi 2 (dua) macam, yaitu: a. Muatan dasar (Bed load) b. Muatan melayang (suspended load) Prinsip dasar angkutan sedimen adalah untuk mengetahui apakah terjadi seimbang (equilibrium), erosi (degradasi), atau pengendapan (agradasi) dan juga untuk meramalkan kualitas yang terangkut dalam proses tersebut. Kapasitas Pengangkutan Perhitungan besarnya angkutan sedimen rata-rata dilakukan untuk setiap kondisi hidrolik dan parameter sedimen dengan gradasi butiran tertentu. Kapasitas pengangkutan ditentukan untuk setiap ukuran butir mewakili ukuran butiran tertentu yang membentuk 100% dari material
dasar. Kapasitas pengangkutan untuk kelompok ukuran tertentu tersebut kemudian dikalikan dengan pecahan dari total sedimen yang mewakili ukuran tertentu tersebut. Kapasitas pengangkutan untuk ukuran butir tertentu tersebut kemudian dijumlahkan dengan ukuran butiran lain untuk menjadi kapasitas pengangkutan sedimen total. Fungsi Transportasi Sedimen Toffaleti Metode Toffaleti adalah modifikasi Einstein dengan fungsi total beban yang melanggar distribusi beban ditangguhkan ke zona vertikal , mereplikasi gerakan sedimen dua dimensi. Persamaan umum untuk fungsi Toffaleti adalah :
dengan : gssL
= Suspended transportasi sedimen di zona yang lebih rendah (ton / hari / ft)
gssM = Suspended transportasi sedimen di zona tengah , (ton / hari / ft) gssU = transportasi Suspended sedimen di zona atas , (ton / hari / ft) gsb
= transportasi Bed beban sedimen (ton / hari / ft)
gs
= Total angkutan sedimen (ton / hari / ft)
Kecepatan Jatuh (Fall Velocity) Toffaleti Toffaleti menyajikan tabel jatuh velocwith faktor bentuk 0,9 dan berat jenis 2,65. Kecepatan jatuh yang berbeda diberikan untuk berbagai suhu dan ukuran butir, dipecah menjadi American Geophysical Union standard grain size classes dari Very Fine Sand (VFS) ke Medium Gravel (MG) .
Peta Distribusi (RAS MAPPER) Didalam program HEC-RAS 4.1 sudah difasilitasi oleh RAS-MAPPER. Fa-
silitas ini digunakan untuk mendistribusikan hasil perhitungan HEC-RAS satu dimensi kedalam kontur.
3.
Tabel 1. Debit Banjir Rancangan
METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini akan dibahas mengenai metode penelitian untuk mengkaji hidrolik lokasi bendung gerak pada daerah kajian. Untuk mengkaji hidrolik tersebut diperlukan suatu tahapan penelitian yaitu dengan cara mengumpulkan data-data teknis dan pendukungnya. Adapun data-data yang diperlukan dalam kajiannya antara lain sebagai berkut:
Data hidrologi
Data pengukuran melintang sungai tahun 2013
Data pengukuran sedimen
Data kebutuhan air
Kala Ulang
Debit Banjir Rancangan
(Tahun)
(m3/dt)
1
1.05
319.81
2
5
982.30
3
10
1173.33
4
25
1425.05
5
50
1560.01
6
100
1713.10
No.
Langkah-langkah dalam membuat model hidrolok dengan menggunakan software HEC-RAS adalah memulai project baru, memasukkan data geometri, memasukkan data aliran dan syarat batas, melakukan perhitungan hidrolik (running model), dan melehat hasil analisa (output). Hasil Analisa Kondisi Eksisting Berikut adalah hasil pemodelan dan analisa banjir sungai Progo eksisting dengan Q100. EKSIST ING RENCANA BENDUNG GERAK KARANGTALUN 180
Legend EG Q100 WS Q100
Ground
175
LOB ROB
170
Elevation (m)
Data yang terkumpul selanjutnya digunakan untuk melakukan analisa hidrolik pada lokasi bendung gerak karangtalun.
Crit Q100
165
160
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pemodelan dan Analisa Banjir Pemodelan dan analisa banjir ini dimaksudkan untuk pengontrolan terhadap kemampuan kapasitas aliran sungai Progo eksisting yaitu pemodelan pola aliran sungai dengan debit banjir rancangan berbagai periode kala ulang. Berdasarkan pada hasil analisis hidrologi Bendung Gerak Karangtalun yang telah dilakukan, debit banjir rancangan Bendung Gerak Karangtalun yang akan dijadikan debit pemodelan hidrolika adalah sebagai berikut:
155
150
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Main Channel Distance (m)
Gambar 3. Profil Memanjang Aliran (Q100) River = S.Progo Reach = reach_1
RS = 1471.212
EKSISTING RENCANA BENDUNG GERAK KARANGTALUN 180
Legend EG Q100 WS Q100
178
Ground Bank Sta
176
174 Elevation (m)
4.
172
170
168
166
164
0
50
100
150
200
Station (m)
Gambar 4. Profil Melintang Hulu Section 1471.212 (Q100)
River = S.Progo Reach = reach_1
Lebar Pilar :2m Jumlah Pintu : 6 unit b. Bangunan Elevasi dasar : +157 m Elevasi Sill : +157,5 m Elevasi tanggul : +166 m (tinggi tanggul intake kali bawang antara 166-170 m)
RS = 610.364
EKSISTING RENCANA BENDUNG GERAK KARANGTALUN 180
Legend EG Q100 WS Q100 Ground Bank Sta
175
Elevation (m)
170
165
160
155
0
50
100
150
200
Station (m)
Gambar 5. Profil Melintang Section 610.384 (Q100) River = S.Progo Reach = reach_1
Berikut adalah hasil pemodelan bendung gerak pada sungai progo dengan Q100.
RS = 229.425
RENCANA BENDUNG GERAK KARANGT ALUN
EKSISTING RENCANA BENDUNG GERAK KARANGTALUN
180
180
Legend
Legend
EG Q100
EG Q100
WS Q100
WS Q100
Crit Q100
Ground 175
Ground
175
LOB
Bank Sta
ROB
170
Elevation (m)
Elevation (m)
170
165
165
160
160
155
155
150
0
50
100
150
200
250
Station (m)
150
Gambar 6. Profil Melintang Hilir Section 229.426 (Q100)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Main Channel Distance (m)
Gambar 8. Profil Memanjang Aliran (Q100) River = S.Progo Reach = reach_1
RS = 610
IS
RENCANA BENDUNG GERAK KARANGTALUN 180
Legend EG Q100 WS Q100 Ground Levee
175
Ineff Bank Sta
Elevation (m)
170
165
160
155
0
50
100
150
200
Station (m)
Gambar 9. Potongan Melintang Hulu Bendung Gerak (Q100) RENCANA BENDUNG GERAK KARANGT ALUN Legend WS Q100 1377.449 1424.750
Gambar 7. Peta Banjir Kondisi Eksisting (Q100) Pemodelan Struktur Hidrolik Bendung Gerak Berdasarkan pada pemodelan banjir sungai Progo diketahui kapasitas aliran sungai Progo dengan debit banjir rancangan Q1,05th, Q5th, Q10th, Q25th, Q50th dan Q100th masih mampu menampung aliran debit, sehingga tidak terjadi limpasan pada penampang sungai atau aman terhadap overtopping. Desain umum perencanaan. a. Pintu Air Tipe Pintu : Sluice Gate Lebar Pintu : 10 m Tinggi Pintu :6m
1203.443
1233.739
1279.306
1471.212 1492.577
1522.298 Ground Bank Sta Levee Ineff
1052.893 907.073
1126.071 1084.458 583.729
1141.480
565.932 540.410
519.735 477.481 446.036 404.064 344.220
187.612 141.303
308.587 264.649 229.425
157.514
124.957 76.025 30.655
101.371
Gambar 10. Perspektif Tampilan 3D (Q100)
bendung gerak secara cepat. Dari sisi operasi pintu bendung gerak, besarnya debit untuk kondisi peringatan banjir adalah 982,30 m3/dt atau lebih. Dan pada kondisi ini pintu intake kalibawang ditutup. Tabel 2. Bukaan Pintu Untuk Debit Banjir Debit Banjir Rancangan
Unit
(m)
(m)
319,81
6
0,8
162,14
5
982,30
6
5,5
162,69
10
1173,33
6
6,0
163,15
25
1425,05
6
6,0
163,67
50
1560,01
6
6,0
163,97
100
1713,10
6
6,0
164,51
Penentuan Bukaan Pintu Bendung Gerak dan Intake Kalibawang Berdasarkan Debit Andalan Untuk memenuhi kebutuhan dan persyaratan yang ditentukan oleh bendung gerak karangtalun maka didapat kan operasi pintu sebagai berikut. Tabel 3. Buakaan Pintu Untuk Debit Andalan Kondisi Setelah Ada Bendung Gerak Karangtalun
Bulan
Debit Andalan 80 %
3 2
Kebutuhan DI Kalibawang Maximum 12,5 m 3/s Minimum 4,5 m 3/s
Kebutuhan Debit Hilir DI Sapon Minimum 1,0 m3/s Keterangan : 1. Intake Kali Bawang 2. Bendung Karangtalun 3. Intake Selokan Mataram 4. Rencana Bendung Gerak Karangtalun
Debit Andalan 50 %
Kebutuhan DI Kalibawang Maximum 6,5 m 3/s Minimum 3,0 m 3/s
Debit Andalan 20 %
Gambar 12. Skema Sistem Rencana Bendung Gerak Karangtalun Penentuan Bukaan Pintu Bendung Gerak Berdasarkan Debit Banjir Untuk pengoperasian pintu bendung gerak, banjir dari sungai Progo akan menjadi satu komponen kritis terpenting sebab aliran dari sungai Progo akan masuk langsung ke
Elev. MA
1,05
o Kali Prog
Kebutuhan DI Kalibawang 1,3 m3/s
4
Pintu
(m3/s)
Skema Sistem Rencana Bendung Gerak Karangtalun
1
Tinggi Bukaan
Dibuka
Kala Ulang (Th)
Gambar 11. Peta Banjir Kondisi Ada Bendung Gerak (Q100) Penyusunan Operasi Bendung Gerak Karangtalun Berdasarkan pada skema sistem rencana Bendung Gerak Karangtalun, untuk menyiapkan kondisi yang diperlukan untuk kebutuhan air di hulu (intake Kalibawang). Kondisi debit pengeluaran yang diperlukan untuk kebutuhan air minum kota Jogjakarta dan kebutuhan air irigasi DI Mataram (Intake Selokan Mataram), dan juga untuk kebutuhan debit hilir (pemeliharaan sungai dan DI Sapon). Skema kebutuhan debit rencana bendung gerak Karantalun dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Jumlah Pintu
Debit Andalan
Januari 45.296 Februari 78.012 Maret 80.662 April 78.958 Mei 46.498 Juni 35.743 Juli 22.522 Agustus 18.544 September 15.468 Oktober 15.42 November 37.077 Desember 38.959 Januari 95.274 Februari 95.869 Maret 105.859 April 95.687 Mei 74.314 Juni 49.08 Juli 34.193 Agustus 21.444 September 17.487 Oktober 30.717 November 52.061 Desember 65.155 Januari 147.581 Februari 120.152 Maret 114.077 April 118.098 Mei 91.949 Juni 55.3009 Juli 50.4457 Agustus 53.412 September 74.3397 Oktober 74.5821 November 86.6098 Desember 119.008
Elev. MA. Intake Kalibawang Setelah Ada Bendung Gerak 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 159.21 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 159.21 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 162.5 159.21 162.5 162.5
Bukaan Pintu Bukaan Pintu Intake Utama Bendung Debit Kalibawang Gerak Volume Intake Bendung Jumlah Kalibaw Jumlah Pintu Tinggi Pintu Tinggi Gerak ang yang Bukaan yang Bukaan Dibuka Dibuka (m3 /s) 5.5 6.5 6.5 6.5 6.5 3 3 3 3 5.5 5.5 5.5 5.5 6.5 6.5 6.5 6.5 3 3 3 3 5.5 5.5 5.5 5.5 6.5 6.5 6.5 6.5 3 3 3 3 5.5 5.5 5.5
Unit
m
Unit
m
4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.1 0.1 0.1 0.1 0.9 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
0.3 0.5 0.5 0.5 0.3 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.7 0.6 0.7 0.6 0.5 0.3 0.2 0.1 0.1 0.3 0.3 0.4 0.5 0.4 0.4 0.4 0.3 0.2 0.2 0.2 0.3 0.4 0.3 0.4
ribu (m3 ) 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 72.662 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7 153.7
Tabel 4. Pemenuhan Kebutuhan Air (Debit 80%) Bulan Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober November Desember
Pemenuhan Kebutuhan DI Kali Air Minum DI Mataram Bawang Kota Jogja 3 3 (m /s) % (m /s) % (m3/s) % 5,50 100 1,3 100 12 100 6,50 100 1,3 100 12,5 100 6,50 100 1,3 100 12,5 100 6,50 100 1,3 100 12,5 100 6,50 100 1,3 100 12,5 100 3,00 100 1,3 100 4,5 100 3,00 100 1,3 100 4,5 100 3,00 100 1,3 100 4,5 100 3,00 100 1,3 100 4,5 100 5,50 100 1,3 100 5,68 47,31 5,50 100 1,3 100 12 100 5,50 100 1,3 100 12 100
Debit hilir (DI Sapon) (m3/s) % 26,496 100 57,712 100 60,362 100 58,658 100 26,198 100 26,943 100 13,722 100 9,744 100 6,668 100 3,00 100 18,277 100 20,159 100
Tabel 5. Pemenuhan Kebutuhan Air (Debit 50%) Pemenuhan Kebutuhan Bulan
DI Kali
Air Minum
Bawang
Kota Jogja
DI Mataram
Debit hilir (DI Sapon)
Pemodelan Sedimen Bendung Gerak Karangtalun Untuk mengatasi masalah pendangkalan yang terjadi di Bendung Gerak Karangtalun akibat sedimentasi, diperlukan suatu kajian untuk menganalisa kondisi sedimentasi yang terjadi. Dengan menganalisa sedimentasi yang terjadi dapat diketahui pola sedimentasi yang terjadi beserta dengan aktivitas pemeliharaan yang diperlukan untuk menjaga kapasitas Sungai Progo tetap pada kondisi aslinya. Sampel Sedimen Dasar Butiran sedimen dasar pada sampel sedimen merupakan butiran yang lolos saringan 0,0625 mm dan saringan 1 mm. Tabel 7. Muatan Sedimen Hasil Pengukuran Diameter
(m3/s)
%
(m3/s)
%
(m3/s)
%
(m3/s)
%
Januari
5,5
100
1,3
100
12
100
76,474
100
Februari
6,5
100
1,3
100
12,5
100
75,569
100
Maret
6,5
100
1,3
100
12,5
100
85,559
100
April
6,5
100
1,3
100
12,5
100
75,387
100
Mei
6,5
100
1,3
100
12,5
100
54,014
100
Juni
3
100
1,3
100
4,5
100
40,280
100
(mm) 0.0125 0.25 0.5
%Finer
Kelas
6,25 Coarse Silt 30,38 Very Fine Sand 58,5 Fine Sand
Juli
3
100
1,3
100
4,5
100
25,393
100
1
98,36 Medium Sand
Agustus
3
100
1,3
100
4,5
100
12,644
100
September
3
100
1,3
100
4,5
100
8,687
100
2
100 Coarse Sand
Oktober
5,5
100
1,3
100
12
100
11,974
100
November
5,5
100
1,3
100
12
100
33,261
100
Desember
5,5
100
1,3
100
12
100
46,355
100
Tabel 6. Pemenuhan Kebutuhan Air (Debit 20%) Pemenuhan Kebutuhan Bulan
DI Kali
Air Minum
Bawang
Kota Jogja
DI Mataram
Debit hilir (DI Sapon)
(m3/s)
%
(m3/s)
%
(m3/s)
%
(m3/s)
%
Januari
5,5
100
1,3
100
12
100
128,781
100
Februari
6,5
100
1,3
100
12,5
100
99,852
100
Maret
6,5
100
1,3
100
12,5
100
93,777
100
April
6,5
100
1,3
100
12,5
100
97,798
100
Mei
6,5
100
1,3
100
12,5
100
71,649
100
Juni
3
100
1,3
100
4,5
100
46,501
100
Juli
3
100
1,3
100
4,5
100
41,646
100
Agustus
3
100
1,3
100
4,5
100
44,612
100
September
3
100
1,3
100
4,5
100
65,540
100
Oktober
5,5
100
1,3
100
12
100
55,839
100
November
5,5
100
1,3
100
12
100
67,810
100
Desember
5,5
100
1,3
100
12
100
100,208
100
Dari hasil analisa diameter butiran sedimen terlihat bahwa ukuran butiran sedimen di lokasi Bendung Gerak berkisar antara 0,0625–1 mm. Menurut American Geophysical Union sedimen di lokasi Bendung Gerak termasuk butiran Medium Sand. Simulasi Angkutan Sedimen Dalam analisa angkutan sedimen, pemilihan transport function sangat menentukan kualitas dari hasil perhitungan. Hal ini dikarenakan setiap rumus umumnya dibuat berdasarkan kondisi-kondisi yang spesifik yang umumnya meliputi besaran debit yang ditinjau, ukuran butiran sedimen yang ada dan juga kemiringan dan kondisi geometrik salurannya. Sehingga dari sekian banyak transport function maka transport function Toffaleti yang dipilih karena kesesuaian karakteristik sampel sedimen dan kondisi geometrik Sungai Progo.
RE NCA NA B ENDUNG GERA K KA RANGT ALUN 180
Legend EG 01Jun2014 0000 WS 01Jun2014 0000 Crit 01Jun2014 0000 Ground
175
LOB ROB
Elevation (m)
170
Intake Kalibawang (+158,33) 165
160
150
0
200
400
600
800
1000
1200
1522.298
1450.469 1471.212 1492.577
1424.750
1401.199
1307.762 1324.626 1346.601 1365.266
1264.581 1279.306
1233.739
1203.443
1167.114
1126.071 1141.480
1084.458
1052.893
971.353 990.535 1007.731
935.079
907.073
882.250
849.893
816.862
749.795
682.731
640.902
610
502.584 519.735 540.410 555.470 572.030 586.826
356.398 372.486 389.179 404.064 424.464 446.036 464.869
308.587 331.407
283.347
124.957 141.303 157.514 172.315 187.612 209.472 229.425 250.610
101.371
30.655 45.991 61.580
155
1400
1600
Main Channel Distance (m)
Gambar 15. Potensi Sedimentasi Dengan Adanya Bendung Gerak Bulan Keenam e:\Kuliah\S KRIP SI KU\1. Laporan\2. NAS KAH SKRIPSI\02. HEC-RAS\simulasi.sed26 166
Legend 01JAN2014 00:00:00-Ch Invert El (m) 02JUN2014 12:00:00-Ch Invert El (m)
164
162
Ch Invert El (m)
Dari hasil analisa, Perbandingan hasil debit angkutan sedimen perhitungan dengan pengukuran debit angkutan sedimen dapat dilihat pada perhitungan dibawah ini. Rerata debit sedimen perhitungan 3635,03 ton/hari. Rerata debit pengukuran 3914,449 ton/hari. Kesalahan = (3914,449-3635,03)/3635,03 = 0,0713 = 7,13 % Terlihat bahwa terjadi perbadaan data sebesar 7,13%. Dengan perbedaan tersebut, metode toffaleti sudah bisa mewakili kondisi yang ada pada lapangan. Dari hasil output analisis debit angkutan sedimen maka didapat debit sedimen dengan metode toffaleti sebagai berikut.
160
158
156
154
152
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Main Channel Distance (m)
RE NCA NA B ENDUNG GERA K KA RA NGTALUN 180
Legend
175
Crit 01Apr2014 0000
EG 01Apr2014 0000 WS 01Apr2014 0000
Ground
Gambar 16. Perubahan Dasar Sungai Bulan Keenam
LOB ROB
Elevation (m)
170
165
160
150
0
200
400
600
800
1000
1200
1492.577 1522.298
1346.601 1377.449 1401.199 1424.750 1450.469
1307.762
1203.443 1233.739 1264.581
1167.114
1126.071
1052.893 1084.458
1007.731
971.353
816.862 849.893 882.250 907.073 935.079
749.795
682.731
640.902
540.410 565.932 594.425
502.584
464.869
424.464
229.42... 264.649 296.858 331.407 356.398 383.463
45.991 76.025 101.37... 124.95... 157.51... 187.61...
155
1400
1600
Main Channel Distance (m)
Gambar 13. Potensi Sedimentasi Kondisi Eksisting e:\Kuliah\S KRIP SI KU\1. Laporan\2. NAS KAH SKRIPSI\02. HEC-RAS\simulasi.sed23 166
Legend
164
01APR2014 00:00:00-Ch Invert El (m)
01JAN2014 00:00:00-Ch Invert El (m)
Ch Invert El (m)
162
160
158
156
154
152
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Main Channel Distance (m)
Gambar 14. Perubahan Dasar Sungai Dengan Adanya Sedimentasi Kondisi Eksisting Setelah adanya bendung gerak karangtalun maka sedimentasi hasil pemodelan akan berubah seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 17. Tinggi Sedimentasi Sungai Bulan Keenam Dari analisa quasi-unsteady sungai Progo dengan adanya Bendung Gerak menunjukkan kecenderungan yang sama yakni adanya pengendapan atau agradasi di sepanjang Sungai Progo. Degradasi terjadi di titik penampang melintang di hulu Bendung Gerak yakni dari STA 1264.581 sampai STA 1522.298 dan hilir Bendung Gerak dari STA 594.425 sampai STA 254.649. Kecenderungan pengendapan terjadi pada meander sungai di hulu Bendung Gerak (STA 1233.739) sampai titik lokasi Bendung Gerak (STA
610) dan pada hilir sungai (STA 250.610 sampai STA 14.839). Tabel 8. Hasil Volume Bed Change Kumulatif Masuk Ke Bendung Gerak Total Volume Bed No.
Waktu Simulasi
Change Kumulatif (ton)
Perubahan
Perubahan
Dasar Saluran
Dasar Saluran
Maximum
Minimum
(m)
(m)
1 Bulan Keempat
915.473,754
0,61
-1,91
2 Bulan Keenam
1.460.747,665
0,88
-2,55
3 Bulan Kedelapan
1.540.278,585
0,91
-2,55
4 Akhir Tahun
1.822.374,700
0,97
-2,55
Perubahan dasar saluran dalam bentuk degradasi nilainya -1,91 sampai -2,55 untuk tiap waktu simulasi. Parameter pengendapan dan volume total bed change kumulatif masuk ke bendung gerak yang terjadi, pada bulan keempat volume total bed change yang terjadi mencapai 915.473,754 ton, pada bulan keenam volume total bed change yang terjadi mencapai 1.460.747,665 ton, pada bulan kedelapan volume total bed change yang terjadi mencapai 1.540.278,585 ton, pada akhir tahun volume total bed change yang terjadi mencapai 1.822.374,700 ton. Sehingga untuk perencanaan pemeliharaan Bendung Gerak Karangtalun supaya tidak menggangu pola operasi tiap bulan diusulkan flushing sedimen tiap 6 (enam) bulan. Karena pada simulasi ini menggunakan debit median, maka kejadian perubahan dasar saluran yang ada di lapangan tidak sebesar hasil analisa ini.
5.
2.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan Berdasarkan hasil analisa yang telah dilakukan pada bab sebelumnya, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Kondisi Hidrolika sungai Progo akibat bendung gerak : a. Pada saat terjadi Q1,05 (319,81 m3/s) perubahan muka air sampai STA 816.862 (206,50 m dari Bendung Gerak Karangtalun ke arah hulu). b. Pada saat terjadi Q5 (982,30 m3/s) perubahan muka air sampai STA
3.
682.731 (72,37 m dari Bendung Gerak Karangtalun ke arah hulu). c. Pada saat terjadi Q10 (1173,33 m3/s) perubahan muka air sampai STA 849.893 (239,53 m dari Bendung Gerak Karangtalun ke arah hulu). d. Pada saat terjadi Q25 (1425,05 m3/s) perubahan muka air sampai STA 882.250 (271,89 m dari Bendung Gerak Karangtalun ke arah hulu). e. Pada saat terjadi Q50 (1560,01 m3/s) perubahan muka air sampai STA 882.250 (271,89 m dari Bendung Gerak Karangtalun ke arah hulu). f. Pada saat terjadi Q100 (1713,10 m3/s) perubahan muka air sampai STA 882.250 (271,89 m dari Bendung Gerak Karangtalun ke arah hulu). g. Pada saat debit andalan dan berdasarkan skenario maka pengaruh back water sampai STA 1126.071 (515,71 m dari bendung gerak karangtalun ke arah hulu) h. Aman terhadap bahaya banjir ke pemukiman warga dan tidak ada yang terkena dampak terhadap pembangunan bendung gerak karangtalun. Degradasi terjadi di titik penampang melintang di hulu Bendung Gerak yakni dari STA 1264.581 (654,22 m dari Bendung Gerak Karangtalun ke arah hulu) sampai STA 1522.298 (911,94 m dari Bendung Gerak Karangtalun ke arah hulu) dan hilir Bendung Gerak dari STA 594.425 (15,94 m dari Bendung Gerak Karangtalun ke arah hilir) sampai STA 254.649 (355,71 m dari Bendung Gerak Karangtalun ke arah hilir). Kecenderungan pengendapan terjadi pada meander sungai di hulu Bendung Gerak (STA 1233.739) sampai titik lokasi Bendung Gerak (STA 610) dan pada hilir sungai (STA 250.610 sampai STA 14.839). Pola Operasi Bendung Gerak a. Kondisi Banjir Operasi pintu utama sebagai berikut
Debit Banjir Rancangan
Jumlah Pintu
Tinggi
Dibuka
Bukaan Pintu
Elev. MA
Kala Ulang (Th)
(m3/s)
Unit
(m)
(m)
1,05
319,81
6
0,8
162,14
b.
b.
5
982,30
6
5,5
162,69
10
1173,33
6
6,0
163,15
25
1425,05
6
6,0
163,67
50
1560,01
6
6,0
163,97
100
1713,10
6
6,0
164,51
Kondisi Debit Andalan Berdasarkan analisa sebelumnya maka, elevasi pada waktu Bulan Januari sampai September target tinggi muka air mencapai tinggi muka air normal (+162,5). Pada bulan Oktober target tinggi muka air mencapai muka air rendah (+159,21). Sedangkan pada bulan November dan Desember tinggi muka air mencapai muka air normal kembali yaitu +162,5. Tetapi tampungan Bendung Gerak Karangtalun tidak dapat memenuhi kebutuhan di hilir sepenuhnya. Flusing Sedimen berdasarkan analisa yang telah dilakukan maka disarankan melakukan flushing sedimen tiap 6 (enam) bulan.
Saran 1. Simulasi yang digunakan dengan menggunkan program HEC-RAS 4.1.0 merupakan pemodelan 1 dimensi dengan keterbatasannya. Untuk hasil yang lebih maksimal pemodelan bisa dilanjutkan dengan menggunkan model 2 atau 3 dimensi. 2. Adanya pengukuran perubahan dasar saluran untuk meningkatkan akurasi prediksi sedimentasi yang terjadi. 3. Untuk mengetahui bahwa perhitungan akurat maka diperlukan kalibrasi program HEC-RAS terhadap bangunan kembali ketika bangunan sudah dibangun. UCAPAN TERIMA KASIH 1. Bapak Ir. Heri Suprijanto, MS dan Bapak Ir. Mohammad Taufiq, MT. sebagai dosen
pembimbing atas masukan, arahan, bimbingan dan waktu yang diluangkan untuk berdiskusi hingga dapat terselesaikannya tugas akhir ini. 2. Dian Sisinggih, ST. MT. Ph.D dan Bapak Dr. Very Dermawan, ST., MT. sebagai dosen penguji yang memberikan masukan dan arahan untuk kelengkapan tugas akhir ini DAFTAR PUSTAKA Anonim, 2010. Hydraulic Reference Manual Version 4.1. California: U.S. Army Corps of Engineering. Anonim, 2013. Laporan Analisa Hidrologi dan Kebutuhan Air Bendung Gerak Karangtalun. Jakarta: PT. Multimera Harapan Engineering Consultant Anonim, 1986. Kriteria Perencanaan Irigasi – Kriteria Perencanaan 02. Jakarta: Departemen Pekerjaan Umum. Anonim. 1997. Irigasi dan Bangunan Air. Jakarta: Gunadarma. Chow, V.T. 1997. Hidrolika Saluran Terbuka. Jakarta: Erlangga. Maryono, A. 2003. Pembangunan Sungai Dampak dan Restorasi Sungai. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada Press. Mulyanto, Hr. 2006. Sungai, Fungsi dan Sifat-sifatnya. Yogyakarta: Graha Ilmu. Priyantoro, D. 1987. Teknik Pengangkutan Sedimen. Malang: HMP Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. Raju, K. G. Ranga. 1981. Aliran Melalui Saluran Terbuka, Jakarta: Erlangga. Sosrodarsono, S., Masateru Tominaga, K. 1985. Perbaikan dan Pengaturan Sungai, Jakarta : PT. Pradnya Paramita. Soewarno. 1991. Hidrologi, Bandung: Nova.
