STUDI PERENCANAAN PELIMPAH EMBUNG KRUENG RAYA KELURAHAN KRUENG RAYA KECAMATAN MESJID RAYA KABUPATEN ACEH BESAR M.Fa’is Yudha Ariyanto1, Pitojo Tri Juwono2, Heri Suprijanto2 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya 2 Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya - Jawa Timur, Indonesia Jalan Mayjend. Haryono 167 Malang 65145 - Telp (0341) 562454 E-mail:
[email protected]
ABSTRAK Perencanaan pelimpah Embung Krueng Raya merupakan salah satu kajian penting dalam perencanaan Embung Krueng Raya.Tahapan awal studi ini adalah merencanakan perencanaan pelimpah yang sesuai dengan pertimbangan hidrologi, dan hidrolika. Selanjutnya adalah menganalisis mengenai stabilitas ambang pelimpah ditinjau terhadap stabilitas guling, geser dan daya dukung tanah. Berdasarkan pembahasan yang telah dilakukan didapatkan debit inflow kala ulang 100 tahun sebesar 407,465 m3/det dan kala ulang 1000 tahun sebesar 538,433 m3/det, debit outflow kala ulang 100 tahun sebesar 383,184 m3/det dan kala ulang 1000 tahun sebesar 503,639 m3/det. Kemudian untuk dimensi didapatkan dari analisa hidrolika, pelimpah utama dengan lebar 30 m dengan elevasi puncak +31 dan Untuk pelimpah darurat didapatkan lebar 20 m dengan elevasi puncak +32. Berdasarkan analisa stabilitas, direncanakan dimensi pondasi yang aman terhadap guling, geser dan daya dukung tanah. Sehubungan dengan hal tersebut, pelimpah utama direncanakan pondasi dengan kedalaman 5,5 m, panjang 8,1 m dan pelimpah darurat kedalaman 5 m, panjang 19 m. Kata Kunci : pelimpah utama, pelimpah darurat, hidrologi, hidrolika, stabilitas
ABSTRACT The planning of Krueng Raya spillway is one of the important stage from planning Krueng Raya Small Dam .Initial stage of this study was to plan the spillway planning with hydrology,and hydraulics considerations. The next was to analyze the stability of weir spillway. The stability is based from stability of overturning, shear, and soil bearing capacity. Result of research indicated that inflow debit for 100-years time period was 407,465 m3 /sec and for 1000-years repeat period was 538,433 m3 /sec. Outflow debit for 100-years time period was 383,184 m3 /sec, while for 1000-years time period was 503,639 m3 /sec. The dimensions of primary spillway were 30 m wide with +31 peak elevation and Emergency spillway was 20 m wide with peak elevation of +32. Based of the analysis stability, it plans the dimension of foundation which accepted in overturning,shear and soil bearing capacity. In relevant with this issue, primary spillway was planned for construction on 5.5 m foundation depth, 8.1 m length and emergency spillway was planned for 5 m foundation depth, 19 m length. Keywords : primary spillway, emergency spillway,hydology,hydraulics,stability
1. PENDAHULUAN Pelimpah Embung Krueng Raya terletak di Kelurahan Krueng Raya Kecamatan Mesjid Raya Kabupaten Aceh besar. Sebuah pelimpah secara fungsional direncanakan untuk mengendalikan muka air maksimum tampungan pada saat debit banjir berlangsung. Sedangkan secara teknis cara kerjanya adalah membuang kelebihan air kembali ke sungai. Sebuah pelimpah dibangun berdasarkan petimbangan tertentu di antaranya kondisi topografi, hidrologi dan hidrolika. Pada lokasi studi,kondisi tampungan embung adalah tampungan memanjang (long storage) dengan kemiringan lereng yang cukup curam, sehingga kenaikan elevasi muka air pada tampungan akan terjadi dengan waktu yang relatif cepat, kemudian pada bagian hulu tapungan terdapat jembatan dengan elevasi dasar +36, maka dibangunlah 2 buah pelimpah untuk mengatasi kenaikan muka air saat terjadi banjir. 2. BAHAN DAN METODE Pada studi ini diperlukan data-data yang digunakan dalam menganalisis permasalahan yang terjadi, untuk itu perlu disajikan beberapa data sebagai berikut: 1. Data hidrologi 2. Data topografi 3. Data luas DAS 4. Data geologi Adapun langkah-langkah penyelesaian studi sebagai berikut: 1. Analisa curah hujan rerata daerah. 2. Analisa curah hujan rancangan distribusi Log Pearson tipe III. 3. Uji kesesuaian distribusi metode chikuadrat dan smirnov komogorov 4. Analisa hujan jam-jaman Metode Mononobe.
5. Analisa hidrograf satuan sintetik Nakayasu. 6. Analisa hidrograf banjir rancangan. 7. Analisa kurva tampungan. 8. Penelusuran banjir 9. Analisa hidrolika pada ambang pelimpah saluran transisi, saluran peluncur dan kolam olak pelimpah utama. 10. Analisa hidrolika ambang pelimpah dan kolam olak pada pelimpah darurat. 11. Analisa stabilitas ambang pelimpah utama dan darurat. 12. Selesai. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1.Analisa Hidrologi Analisa Curah Hujan Rerata Daerah Curah hujan rerata daerah ditentukan dengan menggunakan metode aritmatik. Hal ini dikarenakan keterbatasan jumlah stasiun penakar hujan dan data yang tersedia (Sosrodarsono,2003:51). Untuk hasil perhitungan dsajikan pada tabel 1 Tabel 1. Hujan Rerata Daerah No.
Tahun
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Stasiun Blang bintang 96,0 109,0 136,8 117,2 117,0 103,2 50,8 185,0 176,7 117,0 84,6 146,3 65,5 145,9 105,4 71,4
Masjid Raya 84 87 158 80 87 133 119 179 82 97 114 122 90 103 129 86
Sumber: hasil perhitungan
Jumlah 180,0 196,0 294,8 197,2 204,0 236,2 169,8 364,0 258,7 214,0 198,6 268,3 155,5 248,9 234,4 157,4
Rerata 90,0 98,0 147,4 98,6 102,0 118,1 84,9 182,0 129,4 107,0 99,3 134,2 77,8 124,5 117,2 78,7
Analisa Hujan Rancangan Penentuan curah hujan maksimum dengan periode ulang tertentu dihitung dengan menggunakan analisa fekuensi distribusi Log Pearson tipe III, dengan alasan bahwa koefisien puncak dan koefisien kepencengan data yang tersedia memenuhi syarat metode tersebut. Hasil Perhitungan dapat dilihat pada tabel 2 berikut ( Tabel 2. Curah Hujan Rancangan Log Pearson III Tr
Pr (%)
K
Analisa Hujan Jam-jaman Analisa hujan jam-jaman dihitung menggunakan metode Mononobe, dengan ketentuan t = 6 jam; C = 0,75 Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 5 dan 6 berikut Tabel 5. Curah Hujan Jam-jaman Kala Ulang 100 tahun Jam
Nisbah %
C.H.netto jam-jaman
1
55,03
82,370
2
14,30
21,410
3
10,03
15,018
4
7,99
11,956
5
6,75
10,096
6
5,90
8,825
R
K . SD
rancangan
1,01 2 5 10 25 50 100 1000
99,010 50 20 10 4 2 1 0,1
-1,956 0,083 0,808 1,323 1,910 2,310 2,606 3,808
-0,197 0,008 0,082 0,133 0,193 0,233 0,263 0,384
69,142 111,038 131,421 148,118 169,747 186,308 199,568 263,844
Sumber:hasil perhitungan Tabel 6. Curah Hujan Jam-jaman Kala Ulang 100 tahun
Sumber: hasil perhitungan Uji Kesesuaian Distribusi uji kesesuaian distribusi dilakukan dengan metode chi-kuadrat dan smirnov kolmogorov. Berikut adalah hasil dari uji kesesuaian distribusi Tabel 3. Hasil Uji kesesuaian Metode Chi-Kuadrat SIGNIFIKAN (α)
5%
1%
D KRITIS
9,488
13,277
0,88
0,88
2
X
hitung
Sumber: hasil perhitungan Tabel 4. Hasil Uji kesesuaian Metode SmirnovKolmogorov a
D critis
D maks
Keterangan
1%
39,1
5,08
D maks < D cr'
diterima
5%
32,8
5,08
D maks < D cr'
diterima
(%)
Sumber: hasil perhitungan
Jam
Nisbah %
C.H.efektif jam-jaman
1
55,03
108,899
2
14,30
28,305
3
10,03
19,855
4
7,99
15,807
5
6,75
13,348
6
5,90
11,668
Sumber: hasil perhitungan
Analisa Hidrograf Satuan Sintetis Nakayasu Data yang diketahui : Luas DAS (A) =63,8 km2 Panjang sungai utama = 16,7 km Unit hujan efektif (Ro) = 1 mm Parameter hidrograf (α) = 2,0 Untuk sungai dengan L > 15 km,
HSS METODE NAKAYASU 5,00
UH (m3/dt)
4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
t (jam)
Gambar 1 . Hidrograf satuan sintetik Nakayasu Sumber: hasil perhitungan Analisa Hidrograf Banjir Rancangan
Analisa hidrograf banjir rancangan menggunakan data debit dasar sebesar 0,827 m3/dt.
HIDROGRAF BANJIR RANCANGAN METODE NAKAYASU 600,00
Q BANJIR (m3/detik)
500,00 400,00 Q 100 thn
300,00 Q 1000 thn
200,00 100,00 0,00 0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
WAKTU t (jam)
Gambar 2 . Hidrograf Banjir Rancangan Metode Nakayasu Sumber: hasil perhitungan Analisa Kurva Tampungan Perhitungan kurva tampungan dilakukan dengan cara mengakumulasikan volume
tampungan yang dibatasi oleh garis kontur tiap meternya (Soedibyo. 2003: 226)
Lengkung Kapasitas Tampungan Embung Luas Genangan (1000 m2)
300000 35
250000
200000
150000
100000
50000
0
Elevasi (m)
33 31 volume
29 Luas
27 25 23 21 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Volume Genangan (juta m3)
Gambar 3. Lengkung kapasitas tampungan Embung Krueng Raya Sumber: hasil perhitungan sehingga hasil penelusuran banjir Penelusuran Banjir didapatkan debit inflow dan outflow yang Analisa koefisien debit pada penelusuran disajikan pada grafik berikut banjir mengguanakan metode Iwasaki Hidrograf Penelusuran Banjir pada Pelimpah Q100th 500
Q (m3/detik)
400 300 inflow outflow
200 100 0 0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 T (jam)
Gambar 4. Hidrograf Penelusuran Banjir Q 100 Tahun Sumber: hasil perhitungan
Hidrograf Penelusuran Banjir pada Pelimpah Q1000th 600 500
Q (m3/detik)
400 300
inflow outflow
200 100 0 0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 T (jam)
Gambar 5. Hidrograf Penelusuran Banjir Q 1000 Tahun Sumber: hasil perhitungan 3.2.Analisa Hidrolika Pelimpah Utama Profil Ambang Untuk perencanaan profil pelimpah menggunakan Q outflow maksimum pada kala ulang 100 tahun dengan : Q100th = 286,619 m3/dt L = 30m Hd = 2,899 m Profil pelimpah direncanakan menggunakan pelimpah OGEE tipe 1
Gambar 6. Pelimpah OGEE 1 Sumber : Anonim (2010:100)
Maka: X1 = 0,282 Hd = 0,817 m X2 = 0,175 Hd = 0,507 m R1 = 0,5 Hd = 1,449 m R2 = 0,2 Hd = 0,580 m Rumus lengkung Harold : X1,85 = 2 Hd0,85 Y Rencana kemiringan hilir : 1 : 1 maka: Y = 0,202 x X1,85 Y’ = 0,374 x X0,85 Misal Y’ = 1 1 = 0,374 x X0,85 X0,85 = 2,671 X = 3,197 m Y = 1,717 m Koordinat lengkung harold bisa dilihat pada tabel 7 berikut Tabel 7. Koordinat lengkung Harold X 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,177
Y 0,056 0,202 0,428 0,729 1,102 1,544 1,717
Sumber : hasil perhitungan
Profil Aliran di Atas Ambang Perencanaan profil muka air pada mercu pelimpah didesain dengan menggunakan Q100th. Beda tinggi dari puncak ke hilir ambang adalah 5 m. Maka didapatkan hasil seperti gambar berikut
Perhitungan Saluran Transisi Saluran transisi direncanakan menyempit dari lebar 30 m menjadi 20 m dengan sudut penyempitan 9,50 sehingga didapatkan saluran sepanjang 30 m. Perhitungan dikondisikan terjadi aliran subkritis pada ujung saluran transisi. Saluran ini direncanakan menggunakan Q100th dan dikontrol dg Q1000th
Gambar 7. Profil aliran di atas ambang Sumber: hasil perhitungan
Gambar 8. Profil aliran saluran transisi pada pelimpah utama kala ulang 100 tahun Sumber: hasil perhitungan
Gambar 9. Profil aliran saluran transisi pada pelimpah utama kala ulang 1000 tahun Sumber: hasil perhitungan
Perhitungan Saluran Peluncur Saluran peluncur pada studi ini memiliki beda tinggi sebesar 8,4 m dengan panjang
sebesar 25 m. Direncanakan menggunakan Q100th dan dikontrol dg Q1000th..
Gambar 10. Profil aliran saluran peluncur pada pelimpah utama kala ulang 100 tahun Sumber: hasil perhitungan
Gambar 11. Profil aliran saluran peluncur pada pelimpah utama kala ulang 1000 tahun Sumber: hasil perhitungan Perhitungan Kolam Olak Kolam olak merupakan saluran untuk meredam energi aliran air setelah melalui saluran peluncur dengan cara memperpendek jarak loncatan air. Peredam Energi direncanakan menggunakan USBR tipe III dikarenakan memenuhi syarat Fr> 4,5 dan V< 18
m/dt,dengan panjang loncatan 13,6 m seperti gambar berikut
Gambar 12. Kolam olak USBR III Sumber : hasil perhitungan 3.3.Analisa Hidrolika Pelimpah Darurat Profil Ambang Untuk perencanaan profil pelimpah menggunakan Q outflow maksimum pada kala ulang 100 tahun dengan : Q100th = 96,565m3/dt L = 20 m Hd = 1,899 m Profil pelimpah direncanakan menggunakan pelimpah OGEE tipe 2
Gambar 13. Pelimpah OGEE tipe 2 Sumber : Anonim (2010:100) Maka: X1 = 0,237 Hd = 0,450 m X2 = 0,139 Hd = 0,264 m R1 = 0,68 Hd = 1,291 m R2 = 0,21 Hd = 0,399 m Rumus lengkung Harold : X1,836 = 2 Hd0,836 Y
Rencana kemiringan hilir : 1 : 1 maka: Y = 0,302 x X1,836 Y’ = 0,554 x X0,836 Misal Y’ = 1 1 = 0,554 x X0,836 X0,836 = 1,805 X = 2,027 m Y = 1,104 m Koordinat lengkung harold bisa dilihat pada tabel 8 Tabel 8. Koordinat lengkung Harold X 0,500 1,000 1,500 2,000 2,027
Y 0,085 0,302 0,635 1,077 1,104
Sumber : hasil perhitungan Profil Aliran di Atas Ambang Perencanaan profil muka air pada mercu pelimpah didesain dengan menggunakan Q100th. Beda tinggi dari puncak ke hilir ambang adalah 11 m.untuk panjang lereng yang >10 m profil aliran dipengaruhi oleh kehilangan energi akibat gesekan (hf). Profil aliran dapat dilihat pada gambar14 Perhitungan Kolam Olak Kolam olak pada pelimpah darurat direncanakan menggunakan USBR tipe III dikarenakan memenuhi syarat Fr> 4,5 dan V< 18 m/dt, dengan panjang loncatan 13,6 m . Berikut adalah profil muka iar di atas ambang dan kolam olak USBR tipe III
Gambar 14. Profil aliran diatas ambang dan kolam olak pelompah darurat Sumber: hasil perhitungan
qa = 12,5 . N (
) (
= 12,5 . 50 (
)
) (
)
= 822,765 kN/m2 = 83,870 ton/m2 Pelimpah darurat
qa = 12,5 . N (
) Kd
= 12,5 . Nk (
) (
)
= 700,847 kN/m2 = 71,442 ton/m2 Stabilitas ambang pelimpah dianalisa dengan 4 kondisi yaitu: Kondisi I : Air penuh pada keadaan normal (tanpa gempa) Kondisi II : Air penuh pada keadaan gempa Kondisi III : Saat banjir Q1000th pada keadaan normal (tanpa gempa) Kondisi VI : Saat banjir Q1000th pada keadaan gempa Hasil analisa stabilitas untuk pelimpah utama dan pelimpah darurat disajikan pada tabel 9
) Kd
= 12,5 . N (
) (
=12,5.50(
3.4. Analisa Stabilitas Perhitungan daya dukung izin tanah berdasarkan data SPT adalah sebagai berikut (Hardiyatmo,2006:188) Pelimpah utama
)
Tabel 9 . Rekapitulasi hasil analisa stabilitas pelimpah utama dan pelimpah darurat Tegangan No.
Tinjauan stabilitas
A 1
Tinjauan kondisi normal Pelimpah utama Keadaan penuh Keadaan banjir Q 1000th
2
B 1
2
Pelimpah darurat Keadaan penuh Keadaan banjir Q 1000th Tinjauan kondisi gempa Pelimpah utama Keadaan penuh
Angka keamanan terhadap guling SF Guling ( SF >= 1,5 )
Angka keamanan Eksentrisitas terhadap geser SF Geser ( SF >= 1,5 )
B/6
Kontrol Eksentrisitas
e
Kontrol Daya dukung
Ijin
Max
Min
σ ijin
σ max
σ min
ton/m2 < σ ijin
e < B/6
9,4334 11,9087
OK OK
3,8427 4,8922
OK OK
1,2819 0,7520
1,35 1,35
OK OK
83,870 83,870
13,051 11,269
0,338 3,799
OK OK
8,047 8,520
OK OK
7,498 7,963
OK OK
1,184 1,256
3,169 3,169
OK OK
71,442 71,442
24,356 11,102 26,230 11,340
OK OK
( SF >= 1,2 )
( SF >= 1,2 )
< σ ijin
e < B/6
10,954
OK
1,246
OK
0,947
1,350
OK
83,870
13,808
2,421
OK
Keadaan banjir Q 1000th Pelimpah darurat Keadaan penuh
10,250
OK
1,290
OK
0,938
1,350
OK
83,870
14,361
2,583
OK
3,390
OK
1,403
OK
0,900
3,169
OK
71,442
22,764 12,695
OK
Keadaan banjir Q 1000th
3,372
OK
1,435
OK
0,929
3,169
OK
71,442
24,295 13,275
OK
Sumber : hasil perhitungan
4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan 1. Berdasarkan analisa hidrologi yang dilakukan didapatkan hasil sebagai berikut : a. Debit inflow Q100 th = 407,465 m3/det Q1000 th = 538,433 m3/det b. Debit outflow Q100 th = 383,184 m3det Elevasi = +33,899 m Q1000 th = 503,639 m3/det Elevasi = +34,366 m 2. Dari hasil analisa hidrolika untuk menentukan dimensi bangunan pelimpah, didapatkan hasil sebagai berikut : a. Pelimpah utama - Ambang pelimpah Lebar = 30m Elevasi puncak = +31 - Saluran transisi Panjang = 30 m Lebar hulu = 30 m Lebar hilir = 20 m - Saluran peluncur Panjang = 25 meter Beda tinggi = 8,4 m - Kolam olak tipe III dengan panjang = 13,6 m Elevasi = +18 b. Pelimpah darurat - Ambang pelimpah Lebar = 20 m Elevasi puncak = + 32 - Kolam olak tipe III dengan panjang = 11 m Elevasi = +19 3. Dari hasil uji stabilitas guling, geser dan daya dukung tanah untuk kondisi penuh dan banjir dalam keadaan normal dan gempa didapatkan dimensi yang aman dengan pondasi jenis rusuk sebagai berikut:
a.
Pelimpah utama Kedalaman pndasi = 5,5 m Panjang pondasi = 8,1 m b. Pelimpah darurat Kedalaman = 5 m Panjang = 19 m 4.2. Saran 1. Perlu dilakukan uji model test agar perencanaan lebih mendekati kondisi di lapangan sebelum dilakukan pembangunan. 2. Dilakukan pendataan lapangan yang lebih lengkap dan berkelanjutan untuk mendukung sebuah perencanaan bangunan yang lebih baik. DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2010. Kriteria Perencanaan Irigasi-02.Departemen Pekerjaan Umum,Jakarta Anonim. 2010. Kriteria Perencanaan Irigasi-04. Departemen Pekerjaan Umum,Jakarta Hardiyatmo, Hary Christady. 2006. Rekayasa Fondasi I. Beta Offset, Jakarta Soedibyo. 2003. Teknik Bendungan. Pradnya Paramita, Jakarta Sosrodarsono, Suyono. 2003. Hidrologi Untuk Pengairan. PT.Pradnya Paramita, Jakarta
