Embed Size (px)
DESCRIPTION
materi perencaan waduk
Citation preview
DESAIN WADUK
I. PENGERTIAN UMUM
Macam bangunan utama :
Bendung :
- Berguna untuk menaikkan elevasi (tinggi) muka air sungai sehingga
dapat mencapai elevasi daerah layanan, atau untuk tujuan tertentu ;
misalnya untuk meningkatkan head dalam PLTA.
- Tidak membutuhkan tampungan (waduk)
- Biasanya dibangun pada DAS bagian tengah, dimana debit tersedia
besar dan beda elevasi daerah layanan tidak terlalu tinggi dari elevasi
muka air sungai (tidak lebih dari 5 meter).
Bendungan :
- Berguna untuk menaikkan elevasi muka air, dan meningkatkan
debit tersedia pada musim kemarau.
- membutuhkan tampungan (waduk)
- Biasanya dibangun pada DAS bagian hulu dimana debit tersedia
relatif kecil dan beda elevasi daerah layanan cukup tinggi dari
elevasi muka air sungai (bisa lebih dari 50 meter).
Free intake :
- Berguna untuk mengarahkan dan mengatur aliran air menuju
daerah layanan.
- Hanya berupa pintu pengatur
- Biasanya dibangun pada DAS bagian hilir dimana debit tersedia
cukup besar dan elevasi daerah layanan hampir sama dengan
elevasi muka air sungai.
Komponen pada bendungan :
1. Tubuh bendungan Urugan tanah dan/atau batu, beton
2. Waduk merupakan tampungan alamiah yang berfungsi untuk
menyimpan air sementara.
3. Pelimpah banjir sistem pembuangan (outlet) akibat kelebihan air di
waduk.
4. Intake Bangunan pengambilan air dari waduk untuk melayani
kebutuhan air yang dibebankan kepadanya.
5. Sistem pengelak berupa bendungan pengelak (cofferdam) dan
terowongan pengelak yang disediakan sebagai pengaman saat
kegiatan konstruksi.
6. Prasarana pendukung : inspection gallery, jalan akses, gardu pandang,
Rumah pembangkit dari PLTA, Instalasi penjernihan air bersih, sarana
rekreasi, dll.
CONTOH BENDUNGAN :
II. DESAIN TAMPUNGAN WADUK
2.1 Lengkung Kapasitas Waduk
Waduk merupakan tempat penampungan air buatan yang
terbentuk akibat pembendungan sungai. Fungsi utama dari waduk
adalah untuk memantapkan aliran air baik dengan cara pengaturan
persediaan air yang berubah-ubah pada suatu sungai alamiah
maupun untuk memenuhi tuntutan kebutuhan yang berubah-ubah
dari para konsumennya. Berhubung fungsi utama dari waduk adalah
menyediakan tampungan air, maka ciri fisiknya yang terpenting
adalah kapasitas tampungan. Kapasitas waduk yang bentuknya
beraturan dapat dihitung dengan penerapan rumus-rumus untuk
menghitung benda padat, sedangkan kapasitas tampungan waduk
pada kedudukan alamiah biasanya ditetapkan berdasarkan
pengukuran topografi. Karakteristik tampungan suatu waduk dapat
dipresentasikan dalam bentuk grafik hubungan elevasi - volume
tampungan- luas genangan, yang biasa disebut lengkung
tampungan atau lengkung kapasitas waduk. (Linsley, 1985:164).
S. Konto
S. Kwayangan
Tubuh Bendungan
Contoh : Map Image Waduk Selorejo
Contoh : Perspektif Dasar Waduk Selorejo
CONTOH 1 :
Data Karakteristik Tampungan Waduk Selorejo
Elevasi VolumeLuas
Genangan(meter) (x 106 m3) (Km2)
590 0.00 0.00610 15.00 1.60615 25.00 3.00620 38.00 3.80625 65.00 4.00
S. Konto
S. Kwayangan
Tubuh Bendungan
Grafik Hubungan EL VS Volume Waduk
y = 0.0038x3 - 6.7809x2 + 4082.5x - 819352
R2 = 0.9986
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
590.00 595.00 600.00 605.00 610.00 615.00 620.00 625.00 630.00
Elevasi maw (meter)
Vo
lum
e (x
10
6 m
3)
Grafik Hubungan EL VS Luas Genangan Waduk
y = 0.0013x2 - 1.493x + 417.75
R2 = 0.95910.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
590.00 595.00 600.00 605.00 610.00 615.00 620.00 625.00 630.00
Elevasi maw (meter)
Luas
Gen
anga
n (K
m2 )
Dari dua grafik diatas terlihat bahwa lengkung kapasitas Waduk
Selorejo dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut :
S = 0,0038 x EL3 - 6,7809 x EL2 + 4082,5 x EL – 819352
A = 0,0013 x EL2 – 1,493 x EL + 417,75
dimana,
S = Volume tampungan waduk ( x 106 m3)
A = Luas genangan waduk (Km2)
EL = Elevasi muka air waduk (m)
Lengkung dan persamaan tersebut tentu saja hanya berlaku spesifik
untuk Waduk Selorejo, dan tidak berlaku pada waduk yang lain.
LATIHAN 1 :
Data topografi suatu waduk disajikan pada gambar berikut :
Dari pengukuran peta dengan menggunakan planimetri diperoleh
hubungan sebagai berikut :
Elevasi (m) 85 90 100 110 120 130
A (Km2) 0 1,20 3,20 3,60 410 440
Pertanyaan :
Buat gambar lengkung kapasitas waduk !
Buat persamaan yang menyatakan hubungan : EL VS Volume
tampungan dan EL VS Luas genangan waduk.
+ 92,00 m
+ 102,00 m
+ 112,00 m
+ 122,00 m+ 132,00 m
Struktur Tampungan Waduk
Terkait dengan fungsinya maka tampungan waduk dapat dibagi
menjadi tiga bagian utama, yaitu ;
tampungan mati (dead storage),
tampungan efektif (effective storage,) dan
tampungan tambahan yang biasanya dimanfaatkan untuk
pengendalian banjir (flood storage).
Pembagian daerah (zone) tampungan pada waduk disajikan pada
Gambar berikut.
Gambar 2.1 Pembagian daerah (zone) tampungan pada waduk (Linsley, 1985 :164)
Permukaan genangan normal (normal water level) adalah
elevasi maksimum yang dicapai oleh kenaikan permukaan
waduk pada kondisi operasi biasa. Pada kebanyakan waduk
genangan normal ditentukan oleh elevasi mercu pelimpah atau
puncak pintu-pintu pelimpah.
tampungan mati(dead storage)
tampungan efektif(effective storage)
tampungan banjir(flood storage)
muka air banjir (HWL)
muka air normal (NWL)
muka air rendah (LWL)
tubuhbendungan
Saluran pembawaDasar sungai
Permukaan genangan minimum (low water level) adalah
elevasi terendah yang diperoleh bila genangan dilepaskan
pada kondisi normal. Permukaan ini dapat ditentukan oleh
elevasi dari bangunan pelepasan (intake) terendah di dalam
bendungan atau pada elevasi minimum yang disyaratkan untuk
operasi turbine-turbinenya (pada waduk yang dioperasikan
untuk pembangkit listrik).
Tampungan pada daerah yang terletak antara permukaan
genangan minimum dan normal disebut tampungan efektif
(effective storage) dan daerah di bawah genangan minimum
disebut tampungan mati (dead storage). Tampungan mati
merupakan tampungan yang dicadangkan untuk menangkap
sedimen, dan bila volume sedimen yang tertangkap lebih besar
dari kapasitas yang dicadangkan berarti usia guna waduk
tersebut telah berakhir.
2.3 Tampungan Mati (Dead Storage)
Tampungan mati merupakan bagian dari waduk yang disediakan
untuk menampung sedimen. Kapasitas tampungan mati ini akan
sangat ditentukan oleh kadar sedimen dalam aliran sungai dan
usia guna waduk yang ditetapkan. Suatu waduk dikatakan telah
habis usia gunanya bila sedimen yang tertangkap sudah melebihi
kapasitas tampungan mati yang telah ditetapkan. Dalam struktur
waduk tampungan mati terletak pada bagian paling bawah dan
dibatasi oleh dasar waduk dengan muka air rendah dalam waduk
(low water level), dimana pada elevasi tersebut merupakan
kedudukan dari dasar intake. Dalam perancangan suatu
bendungan usia guna biasa ditetapkan sebesar 50 tahun,
sedangkan kadar sedimen dalam aliran sungai diperoleh melalui
pengukuran langsung di lapangan atau dari analisis berdasarkan
metode empirik yang relevan, misalnya Metode USLE. Volume
tampungan mati setidak-tidaknya sebesar 5% dari total
tampungan waduk.
Dalam perencanaan bendungan, parameter yang dicari adalah
tinggi tampungan mati (hds). Contoh analisisnya dapat diuraikan
sebagai berikut :
Diketahui :
- laju erosi lahan di DAS Badung berdasarkan analisis dengan
metode USLE diperoleh 1.5 mm/tahun.
- Luas DAS = 200 Km2
Maka ;
- Volume tanah tererosi (qs) = 1.5 x 10-3 x 200 x 106
m3/tahun
= 3 x 105 m3/tahun
- Perkiraan Volume sedimen yang tertangkap di waduk (Vs) :
Vs = qs x t x TE
= 3 x 105 x 50 x 0.7
= 10.5 x 106 m3
TE : Trap efisiensi waduk, yaitu perbandingan antara volume
sedimen yang tertangkap di waduk dengan total volume
sedimen yang melewatinya. Untuk keperluan desain, nilai TE
dapat ditentukan dengan menggunakan grafik di buku TSDA
Jilid I.
Dengan menggunakan lengkung kapasitas waduk dari hasil
perhitungan CONTOH 1, maka tentukan kedudukan LWL
pada El. + ... m, dan tinggi tampungan mati adalah (LWL – El
dasar waduk) atau .... meter.
WAWASAN
Mekanisme t ransportasi s edimentasi di sungai ;
- Setiap sungai membawa sejumlah sedimen terapung (suspended
sediment) serta menggerakkan bahan-bahan padat di sepanjang dasar
sungai sebagai muatan dasar (bad load).
- Gerakan dari partikel muatan dasar adalah dengan cara menggelinding,
menggeser dan melompat, sedangkan pada muatan terapung
dipengaruhi oleh turbulensi pada bidang aliran. Bila didasarkan pada
asal dari bahan yang terangkut maka angkutan material sedimen
dibedakan menjadi angkutan dasar (bed material transport) dan
angkutan material tercuci (wash load).
- Angkutan material dasar berasal dari dasar sungai, berarti bahwa
angkutan tersebut ditentukan oleh keadaan dasar dan karakteristik
aliran. Angkutan material dasar bisa terdiri dari muatan dasar dan
muatan tersuspensi. Material sedimen dari angkutan material tercuci
tidak berhubungan dengan keadaan setempat, tetapi berasal dari
sumber luar akibat erosi lahan. Angkutan material tercuci biasanya
terangkut sebagai muatan tersuspensi dan umumnya berupa bahan
yang sangat halus. Adanya muatan ini dapat berpengaruh pada
turbulensi dan viskositas karena itu mempunyai pengaruh terhadap
karakteristik aliran yang terjadi. Wash load tidak penting terhadap
perubahan dasar sungai, tetapi untuk kasus sedimentasi di waduk
menjadi penting oleh karena jumlahnya yang cukup besar. Mekanisme
angkutan dasar secara skematis ditunjukkan pada Gambar berikut
(Jansen dkk, 1979 : 90).
Pola umum sebaran sedimen di waduk
Oleh karena berat jenis dari material sedimen rata-rata
sebesar 2,65 maka partikel-partikel dari sedimen terapung
cenderung untuk mengendap ke dasar alur, tetapi akibat
turbulensi dapat menghalangi pengendapan secara gravitasi
tersebut. Bila air yang mengandung sedimen mencapai suatu
waduk, maka kecepatan aliran dan turbulensinya akan sangat
jauh berkurang. Partikel-partikel terapung agak besar yang
kebanyakan berupa muatan dasar akan mengendap sebagai
suatu delta di hulu waduk. Partikel-partikel yang lebih kecil
akan tetap terapung lebih lama dan sebagian akan mengendap
lebih jauh di bagian hilir waduk. Partikel-partikel yang sangat
Mekanisme
Muatan dasar (bed load)
Muatan tersuspensi (suspended load)
Angkutan material dasar (bed material transport)
Angkutan material tercuci (wash load)
Kondisi asli (original)
Gambar : Mekanisme transportasi sedimen (Jansen dkk, 1979: 90)
kecil akan tetap terapung lebih lama lagi dan sebagian darinya
mungkin akan keluar waduk bersama air yang mengalir melalui
outlet waduk baik melalui intake maupun pelimpah banjir.
Upaya untuk menahan sedimen dari muatan dasar ke dalam
waduk dapat dilakukan lebih efektif dengan cara
menghadangnya langsung oleh karena gerakan dari jenis
partikel ini adalah menggelinding, menggeser atau melompat.
Namun tidak demikian dengan muatan tersuspensi, oleh sebab
itu beban sedimentasi di waduk lebih didominasi oleh jenis
sedimen dari muatan tersuspensi.
Pergerakan sedimen di dalam waduk
Dua faktor yang mempengaruhi pola sebaran sedimen di waduk adalah
faktor hidrolis dan faktor karakteristik sedimen. Dari hasil penelitian
terdahulu berjudul “Identifikasi Besaran Parameter Model Aliran
Aliran air keruh
Delta
Sedimen Halus
Air yang relatif jernih
Dasar waduk
Outlet pelimpah
Sampah mengambang
Gambar : Pola umum sebaran sedimen di waduk (Linsley, 1985 :175)
Inflow
Bottom outlet
Intake
Dinamis dan Transportasi Sedimen Waduk Selorejo dengan SMS 8.0”
yang telah dilakukan oleh peneliti pada Tahun 2007, menunjukkan
bahwa akibat pembendungan sungai menjadikan kecepatan aliran di
dalam waduk sangat kecil. Pola sebaran sedimen Waduk Selorejo secara
rinci sangat dipengaruhi oleh faktor kedalaman alirannya. Bagian palung
waduk terdalam cenderung memiliki endapan yang lebih tebal
dibanding palung yang lebih dangkal. Dari hasil simulasi model juga
menunjukkan bahwa ketebalan rata-rata sedimen di Waduk Selorejo
pada rentang waktu 6 (enam) tahun (Tahun 1999 ~ Tahun 2003) adalah
0,927 meter dengan nilai rata-rata 0,309 meter per dua tahun. Gambar
13 sampai Gambar 16 menunjukkan proses akumulasi ketebalan
sedimen di waduk. Gambar-gambar tersebut menunjukkan bahwa
proses awal sedimentasi terjadi pada zone waduk terdalam, yaitu pada
daerah di sekitar tubuh bendungan. Namun pada suatu kesetimbangan
tertentu dimana konsentrasi sedimen di zone tersebut telah melampaui
nilai konsentrasi sedimen pada aliran, maka sedimen akan menyebar
pada zone lain yang memiliki konsentrasi sedimen lebih rendah.
Fenomena tersebut menunjukkan bahwa sebenarnya secara alamiah
proses penimbunan sedimen dimulai pada bagian tertentu, yaitu bagian
palung waduk yang dalam. Bila pada bagian tersebut dapat
dikendalikan dengan cara mempertahankan konsentrasi sedimen agar
tetap rendah (nilainya lebih kecil dari bagian lain di sekitarnya) maka
potensi penyebaran sedimen bisa ditekan. Secara teknis upaya tersebut
dapat dilakukan dengan segera mengeluarkannya melalui pipa langsung
menuju bottom outlet.
Gambar : Perubahan Tebal Sedimentasi (Akumulasi)
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
1.30
1.40
1.50
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000
NODE
Te
ba
l se
dim
en
tas
i (m
ete
r)
Th_1999
Th_2001
Th_2003
2.4 Analisis Kapasitas Tampungan Efektif
2.4.1 Kurva Massa Ganda
Untuk keperluan desain awal suatu waduk, maka Kurva Massa
Ganda (Diagram RIPPLE) dapat digunakan sebagai alat untuk
menentukan target manfaat dan kapasitas tampungan efektif yang
diperlukan.
Seperti telah dijelaskan bahwa waduk pada prinsipnya berfungsi
untuk menampung air pada saat musim hujan dan kemudian
Gambar 13 : Akumulasi ketebalan sedimen Tahun 1999~Tahun 2003 Gambar 14 : Topografi dasar Waduk Selorejo Tahun 1999
Gambar 15 : Topografi dasar Waduk Selorejo Tahun 2001 Gambar 16 : Topografi dasar Waduk Selorejo Tahun 2003
memanfaatkannya pada saat musim kemarau, seperti terlihat pada
Grafik Inflow-outflow. Dari gambar tersebut terlihat bahwa dengan
target kebutuhan yang telah ditetapkan, maka potensi debit di sungai
tidak akan mampu memenuhi terutama pada periode ke 13 hingga
36. Upaya untuk dapat memenuhi kebutuhan tersebut hanya dapat
dilakukan dengan cara menampung air selama periode 1 hingga 13
(saat kelebihan air) dan memanfaatkannya saat kekurangan air.
Namun untuk menentukan seberapa besar kapasitas tampungan
efektif (optimum) yang diperlukan, maka dapat didekati dengan
menggunakan diagram RIPPLE seperti ditunjukkan pada gambar
berikutnya. Analisis ini hanya didasarkan pada aspek potensi air,
untuk memutuskan seberapa besar kapasitas tampungan efektif
sesungguhnya maka perlu dilakukan pengecekan terhadap lengkung
kapasitas waduk yang ada. Bila ternyata volume tampungan yang
dihasilkan dari diagram RIPPLE lebih kecil dari potensi tampungan
lapangan yang ada berarti hasil analisis yang diperoleh dapat
digunakan, namun bila sebaliknya maka volume tampungan
maksimum yang digunakan sebagai batas untuk menentukan tingkat
kebutuhan air yang dapat dipenuhi dari waduk.
Grafik Inflow-outflow Waduk
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
Periode (10 harian)
Deb
it (
m3/d
etik
)
Kelebihan air
Kekurangan air
Q_andalan
Q_kebutuhan
t (periode)
AkumulasiVolume(m3)
Kemiringan kebutuhan
= kebutuhan (m3/periode)
VolumeTampungan efektif
A
0
B
0~A ~B : Masa pengisian
B~C~D : Masa pengosongan
C
D
Kurva Massa Ganda (Diagram RIPLLE)
Akumulasi Volume Debit Inflow
CONTOH 2 :
Diketahui :
Debit Andalan 80 % (inflow) waduk diuraikan sebagai berikut :
Bulan Periode JH Q_Inflo
w(m3/det)
Jan 1 15 24.157 2 16 20.070Peb 1 15 19.052 2 14 18.206Mar 1 15 19.079 2 16 18.962Apr 1 15 17.485 2 15 15.580Mei 1 15 12.698 2 16 10.540Jun 1 15 8.094 2 15 7.993Jul 1 15 7.483 2 16 6.452Agt 1 15 6.793 2 16 5.496Sep 1 15 5.019 2 15 7.701Okt 1 15 9.574 2 16 11.291Nop 1 15 14.130 2 15 17.583Des 1 15 18.563 2 16 18.245
Tentukan :
Volume tampungan efektif yang diperlukan, bila kebutuhan air
ditetapkan sebesar ; 10 m3/detik sepanjang waktu (konstan) !
Penyelesaian :
Grafik Inflow - Outflow
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Periode (1/2 bulanan)
De
bit
(m
3 /de
tik
)
Kurva Massa Ganda
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47
Periode (1/2 bulanan)
Aku
mu
lasi
Vo
lum
e (x
10
6 m
3 )
LATIHAN 2 :
1. Dengan menggunakan data debit andalan yang sama dengan
CONTOH 2, hitung volume tampungan efektif yang diperlukan
untuk memenuhi kebutuhan air konstan sebesar 12 m3/detik !
2. Bila volume tampungan efektif yang tersedia di lapangan
(berdasarkan lengkung kapasitas waduk) sebesar 120 x 106 m3,
hitung kebutuhan air maksimum yang dapat dipenuhi (anggap
kebutuhan air merata sepanjang waktu) !
Volume Tampungan Efektif :+ 40 x 106 m3
2.4.2 Keseimbangan Air di Waduk
Persamaan dasar keseimbangan air di waduk untuk simulasi ini
diuraikan sebagai berikut :
St = St-1 + It - Et - Qout - Qspiiloutt
dengan ;
St = Tampungan waduk pada periode t
St-1 = Tampungan waduk pada periode t-1
Et = Kehilangan air akibat evaporasi di waduk pada periode t
Qoutt = Suplai untuk air untuk memenuhi kebutuhan periode t
Qspilloutt = Outflow melalui pelimpah banjir periode t
t = Periode operasi waduk
tubuhbendungan
Saluran pembawa
Dasar sungai
Qinflow
Qoutfloww
Qo_pelimpahMAW (t)
MAW (t+1)
St St-1
ht
Evaporasi (Et)
hujan di waduk (Rt)
CONTOH 3 :
Diketahui :
Lengkung kapasitas waduk :
Elevasi Volume Luas Genangan(meter) (x 106 m3) (Km2)
590 0.00 0.00610 15.00 1.60615 25.00 3.00620 38.00 3.80625 65.00 4.00
Debit Inflow ke waduk ditunjukkan pada LATIHAN 2.
Kebutuhan air menerus sepanjang waktu sebesar 12 m3/detik
Volume tampungan Mati = 10 x 106 m3
Volume tampungan efektif = 55 x 106 m3
Pertanyaan :
Buat pola keseimbangan air di waduk !, dan bagaimana
keandalan waduk dalam upaya memenuhi kebutuhan yang
ditetapkan ?
Bila debit tersebut digunakan untuk membangkitkan PLTA,
berapa daya maksimum dan energi tahunan yang dapat
dihasilkan dalam setiap tahun?
Keterangan :
P = .. 9,81.Q.Heff.
dimana :
P = Daya (kWatt)
= efisiensi (0,70)
Q = Debit pembangkit (m3/det)
Heff = Tinggi tekan efektif (m) Anggap nilainya = 0.85 Hbruto
TWL = + 585,00 m
(Evaporasi dan faktor hujan diabaikan)
Penyelesaian :
1. Mencari hubungan Volume Tampungan VS Elevasi muka air
waduk seperti ditunjukkan grafik di bawah ini. Dengan
menggunakan persamaan regresi yang sesuai diperoleh :
EL (m) = 0,0003 x vol3 -0,0359 x vol2 + 1,7629 x vol + 590,12
Vol dalam satuan 106 m3.
Grafik Hubungan Volume VS Elevasi
y = 0.0003x3 - 0.0359x2 + 1.7629x + 590.12
R2 = 0.9983
590.00
595.00
600.00
605.00
610.00
615.00
620.00
625.00
630.00
- 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00
Volume (x 106 m3)
Ele
vasi
(m)
2. Dibuat tabel perhitungan sebagai berikut :
Tabel : Perhitungan Keseimbangan Air di Waduk
Tampungan Waduk :
- Tamp. Mati = 10 x 106 m3 LWL = 604.46
- Tamp. Efektif = 55 x 106 m3 NWL = 635.42
Jumlah 65 x 106 m3
Bulan Periode JH Q_Inflow Q_out Qin-Qout S_eff S_bruto EL. MAW Q_Spill
(m3/det) (x106 m3) (m3/det) (x106 m3) (x106 m3) (x106 m3) (x106 m3) (x106 m3) (x106m3) (m3/det)
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13]
55.00 65.00 635.42
Jan 1 15 24.157 31.307 12.00 15.552 15.755 55.00 65.00 635.42 15.76 12.16
2 16 20.07 27.745 12.00 16.589 11.156 55.00 65.00 635.42 11.16 8.07
Peb 1 15 19.052 24.691 12.00 15.552 9.139 55.00 65.00 635.42 9.14 7.05
2 14 18.206 22.022 12.00 14.515 7.507 55.00 65.00 635.42 7.51 6.21
Mar 1 15 19.079 24.726 12.00 15.552 9.174 55.00 65.00 635.42 9.17 7.08
2 16 18.962 26.213 12.00 16.589 9.624 55.00 65.00 635.42 9.62 6.96
Apr 1 15 17.485 22.661 12.00 15.552 7.109 55.00 65.00 635.42 7.11 5.49
2 15 15.58 20.192 12.00 15.552 4.640 55.00 65.00 635.42 4.64 3.58
Mei 1 15 12.698 16.457 12.00 15.552 0.905 55.00 65.00 635.42 0.90 0.70
2 16 10.54 14.570 12.00 16.589 -2.018 52.98 62.98 633.69 0.00 0.00
Jun 1 15 8.094 10.490 12.00 15.552 -5.062 47.92 57.92 630.08 0.00 0.00
2 15 7.993 10.359 12.00 15.552 -5.193 42.73 52.73 627.24 0.00 0.00
Jul 1 15 7.483 9.698 12.00 15.552 -5.854 36.87 46.87 624.77 0.00 0.00
2 16 6.452 8.919 12.00 16.589 -7.670 29.20 39.20 622.13 0.00 0.00
Agt 1 15 6.793 8.804 12.00 15.552 -6.748 22.45 32.45 619.78 0.00 0.00
2 16 5.496 7.598 12.00 16.589 -8.991 13.46 23.46 615.59 0.00 0.00
Sep 1 15 5.019 6.505 12.00 15.552 -9.047 4.42 14.42 608.97 0.00 0.00
2 15 7.701 9.980 12.00 15.552 -5.572 0.00 10.00 604.46 0.00 0.00
Okt 1 15 9.574 12.408 12.00 15.552 -3.144 0.00 10.00 604.46 0.00 0.00
2 16 11.291 15.609 12.00 16.589 -0.980 0.00 10.00 604.46 0.00 0.00
Nop 1 15 14.13 18.312 12.00 15.552 2.760 2.76 12.76 607.39 0.00 0.00
2 15 17.583 22.788 12.00 15.552 7.236 10.00 20.00 613.42 0.00 0.00
Des 1 15 18.563 24.058 12.00 15.552 8.506 18.50 28.50 618.15 0.00 0.00
2 16 18.245 25.222 12.00 16.589 8.633 27.13 37.13 621.44 0.00 0.00
Jan 1 15 24.157 31.307 12.00 15.552 15.755 42.89 52.89 627.32 0.00 0.00
2 16 20.07 27.745 12.00 16.589 11.156 54.05 64.05 634.58 0.00 0.00
Peb 1 15 19.052 24.691 12.00 15.552 9.139 55.00 65.00 635.42 8.19 6.32
2 14 18.206 22.022 12.00 14.515 7.507 55.00 65.00 635.42 7.51 6.21
Mar 1 15 19.079 24.726 12.00 15.552 9.174 55.00 65.00 635.42 9.17 7.08
2 16 18.962 26.213 12.00 16.589 9.624 55.00 65.00 635.42 9.62 6.96
Apr 1 15 17.485 22.661 12.00 15.552 7.109 55.00 65.00 635.42 7.11 5.49
2 15 15.58 20.192 12.00 15.552 4.640 55.00 65.00 635.42 4.64 3.58
Mei 1 15 12.698 16.457 12.00 15.552 0.905 55.00 65.00 635.42 0.90 0.70
2 16 10.54 14.570 12.00 16.589 -2.018 52.98 62.98 633.69 0.00 0.00
Jun 1 15 8.094 10.490 12.00 15.552 -5.062 47.92 57.92 630.08 0.00 0.00
2 15 7.993 10.359 12.00 15.552 -5.193 42.73 52.73 627.24 0.00 0.00
Jul 1 15 7.483 9.698 12.00 15.552 -5.854 36.87 46.87 624.77 0.00 0.00
2 16 6.452 8.919 12.00 16.589 -7.670 29.20 39.20 622.13 0.00 0.00
Agt 1 15 6.793 8.804 12.00 15.552 -6.748 22.45 32.45 619.78 0.00 0.002 16 5.496 7.598 12.00 16.589 -8.991 13.46 23.46 615.59 0.00 0.00
Sep 1 15 5.019 6.505 12.00 15.552 -9.047 4.42 14.42 608.97 0.00 0.002 15 7.701 9.980 12.00 15.552 -5.572 0.00 10.00 604.46 0.00 0.00
Okt 1 15 9.574 12.408 12.00 15.552 -3.144 0.00 10.00 604.46 0.00 0.002 16 11.291 15.609 12.00 16.589 -0.980 0.00 10.00 604.46 0.00 0.00
Nop 1 15 14.13 18.312 12.00 15.552 2.760 2.76 12.76 607.39 0.00 0.002 15 17.583 22.788 12.00 15.552 7.236 10.00 20.00 613.42 0.00 0.00
Des 1 15 18.563 24.058 12.00 15.552 8.506 18.50 28.50 618.15 0.00 0.002 16 18.245 25.222 12.00 16.589 8.633 27.13 37.13 621.44 0.00 0.00
3. Dari tabel (butir 2), maka dapat dibuat grafik hubungan sebagai
berikut :
Grafik : Keseimbangan Air di Waduk
585.00
590.00
595.00
600.00
605.00
610.00
615.00
620.00
625.00
630.00
635.00
640.00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
Periode (1/2 bulanan)
Ele
vasi
MA
W (m
)
Grafik : Debit Inflow - Outflow Waduk
0
5
10
15
20
25
30
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47
Periode (1/2 bulanan)
Deb
it (
m3/d
etik
)
4. Dari tabel (butir 2), maka dapat dikembangkan untuk menghitung
daya dan energi sebagai berikut :
Tabel : Perhitungan Daya dan Energi Listrik Terbangkitkan
NWL
LWL
Q_in
Qo_release
Q_spillout
Bulan Periode JH Q_release EL. MAW Hbruto Hnetto Daya Energi
(hari) (m3/detik) (m) (m) (m) (kW) (x106 kWh)
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]
Jan 1 15 12.00 635.42 50.42 42.856 3,531.48 4,576.80
2 16 12.00 635.42 50.42 42.856 3,531.48 4,881.92
Peb 1 15 12.00 635.42 50.42 42.856 3,531.48 4,576.80
2 14 12.00 635.42 50.42 42.856 3,531.48 4,271.68
Mar 1 15 12.00 635.42 50.42 42.856 3,531.48 4,576.80
2 16 12.00 635.42 50.42 42.856 3,531.48 4,881.92
Apr 1 15 12.00 635.42 50.42 42.856 3,531.48 4,576.80
2 15 12.00 635.42 50.42 42.856 3,531.48 4,576.80
Mei 1 15 12.00 635.42 50.42 42.856 3,531.48 4,576.80
2 16 12.00 633.69 48.69 41.391 3,410.75 4,715.02
Jun 1 15 12.00 630.08 45.08 38.321 3,157.83 4,092.55
2 15 12.00 627.24 42.24 35.905 2,958.76 3,834.55
Jul 1 15 12.00 624.77 39.77 33.806 2,785.78 3,610.37
2 16 12.00 622.13 37.13 31.562 2,600.86 3,595.43
Agt 1 15 12.00 619.78 34.78 29.560 2,435.83 3,156.84
2 16 12.00 615.59 30.59 26.006 2,142.96 2,962.43
Sep 1 15 12.00 608.97 23.97 20.376 1,679.08 2,176.09
2 15 0.00 604.46 19.46 16.540 - -
Okt 1 15 0.00 604.46 19.46 16.540 - -
2 16 0.00 604.46 19.46 16.540 - -
Nop 1 15 12.00 607.39 22.39 19.034 1,568.50 2,032.77
2 15 12.00 613.42 28.42 24.153 1,990.30 2,579.43
Des 1 15 12.00 618.15 33.15 28.176 2,321.82 3,009.08
2 16 12.00 621.44 36.44 30.975 2,552.50 3,528.57
Jumlah 80,789.48
Min - -
Max 3,531.48 4,881.92
Rerata 2,557.85 3,366.23
keterangan :TWL = 585 m
Grafik Fluktuasi Daya dan Energi Terbangkitkan
-
1,000.00
2,000.00
3,000.00
4,000.00
5,000.00
6,000.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Periode (1/2 bulanan)
day
a/en
erg
i
LATIHAN 3 :
Dengan mengacu pada cara perhitungan CONTOH 3, buat analisis
serupa untuk menentukan energi listrik tahunan yang dapat
dihasilkan oleh waduk bila kebutuhan air untuk PLTA ditetapkan
sebesar 11 m3/detik. Beri penjelasan dari hasil yang telah diperoleh.
Energi (x 106 kWh)
Daya (kWh)
2.4.3. Tampungan Banjir (Flood Storage)
Tampungan banjir merupakan bagian dari waduk yang dapat
berfungsi untuk mereduksi debit banjir yang terjadi. Dalam struktur
waduk tampungan banjir ini terletak paling atas dan dibatasi oleh
muka air normal (normal water level) dengan muka air tinggi (high
water level). Dalam perancangan suatu bendungan, besarnya
tampungan banjir ini akan sangat dipengaruhi oleh dimensi pelimpah
banjir (spill way) dari waduk untuk pembuangan kelebihan airnya
saat musim banjir, sehingga secara teknis ketinggiannya harus
ditentukan secara bersama-sama dengan penentuan dimensi
pelimpah banjir.
Penentuan besarnya tampungan banjir ini (menyangkut
volume dan tingginya) biasa dikaitkan dengan aspek ekonomi,
disamping keamanan konstruksi. Secara teknis penetapannya
dilakukan melalui teknik optimasi dengan fungsi sasaran biaya
konstruksi pelimpah dan tubuh bendungan yang minimum.
Bangunan pelimpah yang sesuai untuk waduk yang berfungsi
sebagai penyedia air adalah berupa ambang overflow/freeflow atau
pelimpah bebas. Kelebihan mendasar dari tipe pelimpah tersebut
adalah murahnya biaya konstruksi, mudahnya biaya operasional
serta ringannya biaya pemeliharaan karena tidak dilengkapi sarana
mekanis.
A. Lebar Pelimpah Optimum
Konsep optimasi untuk penentuan lebar pelimpah dan tinggi
tampungan banjir optimum ditunjukkan pada gambar berikut :
Dengan mengikuti konsep tersebut, maka alur analisis untuk
menentukan dimensi pelimpah dan tinggi tampungan banjir
optimum dapat diuraikan sebagai berikut.
1. Tentukan dimensi lebar pelimpah tertentu (mulai dari B1)
1. Lakukan analisis penelusuran banjir (flood routing) pada
waduk melalui pelimpah tersebut dengan data inflow berupa
debit banjir rancangan kala ulang 1000 Tahun (sesuai kriteria
perencanaan bendungan). Dari analisis ini akan diperoleh
tinggi tampungan banjir (htb)
1. Hitung tinggi bendungan yang diperlukan sesuai dimensi
pelimpah tersebut,
H = htm + hte + htb + w
dimana w adalah tinggi jagaan (free board), dalam tahap ini
nilainya dapat diperkirakan terlebih dahulu.
2. Perkirakan biaya konstruksi pelimpah berdasarkan lebar yang
diasumsikan
Lebar Pelimpah (m)
Juta Rp
0 B1 B2 B3 B4 ……..Bopt
Cost min
Cost Tubuh Bendungan
Cost Bang. Pelimpah
Cost Bang. Pelimpah + Cost Tubuh Bendungan
1. Perkirakan biaya konstruksi tubuh bendungan
1. Perkirakan biaya totalnya
1. Plot hasil perhitungan tersebut pada grafik hubungan antara
lebar pelimpah dan biaya konstruksi, seperti gambar di atas.
8. Ulangi butir 1 dengan masukan data lebar pelimpah yang lain
(B2)
9. Hentikan perhitungan bila data sudah dianggap
cukup
10.Dengan cara grafis maka dapat ditentukan lebar pelimpah
optimum
Analisis dengan pertimbangan ekonomis bukan satu-satunya
cara untuk menetapkan lebar pelimpah dalam suatu
perencanaan bendungan, pertimbangan lain menyangkut
keamanan konstruksi dan pertimbangan resiko akibat kerusakan
yang mungkin terjadi seringkali menjadi pertimbangan utama.
Lebar pelimpah yang ideal biasanya berkisar pada lebar efektif
palung sungai dimana site bendungan ditetapkan.
B. Penelusuran Banjir Melalui Waduk
Pada prinsipnya penelusuran banjir pada waduk didasarkan
pada persamaan kontinuitas sebagai berikut :
dS/dt = I - O
Bila dinyatakan dalam finite interval waktu :
atau,
Jika,
dan,
Maka persamaan tersebut dapat diubah menjadi ;
dengan,
It = Aliran masuk waduk pada permulaan waktu t
It+1 = Aliran masuk waduk pada akhir waktu t
Ot = Aliran keluar dari waduk pada permulaan waktu t
Ot+1 = Aliran keluar dari waduk pada akhir waktu t
St+1 = Tampungan waduk pada akhir waktu t
Persamaan di atas dikembangkan oleh L.G. Puls dari US
Army Corps of Engineers.
Persamaan Outflow melalui pelimpah bebas, dirumuskan
sebagai beri-kut :
Q = C * B * H3/2
dengan,
C = Koefisien limpahan (1,7 ~ 2,2 m1/2/det)
B = Lebar efektif pelimpah
= L’ - 2*(n*Kp + Ka)*H
L’ = Lebar kotor mercu pelimpah
n = Jumlah pilar
Kp = Koefisien kontraksi pada pilar
Ka = Koefisien kontraksi pada dinding samping
H = Tinggi energi di atas ambang pelimpah
= h +v2/2g
h = Tinggi air di atas pelimpah (m)
= koefisien pembagian kecepatan aliran
v = Kecepatan aliran rerata di muka ambang pelimpah
(m/det)
g = Percepatan grafitasi = 9,81 m/det2
CONTOH 4 :
Diketahui data rencana dari analisis sebelumnya sebagai
berikut :
Bangunan pelimpah tipe bebas (over flow) tidak berpilar Lebar rencana pelimpah (B) = 32 m NWL = 272,70 m C dianggap tetap = 2 m1/2/detik Lengkung kapasitas waduk memiliki persamaan ;
S = 2.8107. EL - 766.53 ; dimana,S = tampungan waduk (x 106 m3)EL = Elevasi muka air waduk (m)
Debit inflow Q1000Th diuraikan sebagai berikut :
t Q t Q t Q
(jam) (m3/det) (jam) (m3/det) (jam) (m3/det)
0.00 6.00 6.00 313.00 12.00 51.00
0.50 7.00 6.50 261.00 12.50 44.00
1.00 11.00 7.00 215.00 13.00 38.00
1.50 25.00 7.50 181.00 13.50 33.00
2.00 77.00 8.00 155.00 14.00 28.00
2.50 182.00 8.50 132.00 14.50 24.00
3.00 299.00 9.00 114.00 15.00 20.00
3.50 420.00 9.50 99.00 15.50 16.00
4.00 441.00 10.00 87.00 16.00 13.00
4.50 432.00 10.50 76.00 16.50 10.00
5.00 402.00 11.00 68.00 17.00 7.00
5.50 362.00 11.50 59.00
Tentukan :
HWL/FWL
Seberapa besar waduk dapat mereduksi banjir ?
Penyelesaian :
PENELUSURAN BANJIR DI WADUK MELALUI PELIMPAH BEBAS (OVER FLOW)
Data teknis pelimpah :
Tipe =Overflow (aliran bebas)
Lebar =32 meter (tanpa pilar)
Asumsi :
- Koefisien debit (C) pelimpah dianggap konstan
- Pada saat permulaan banjir (t=0) elevasi air waduk setinggi
ambang bangunan pelimpah
Tabel : Hubungan elevasi - tampungan - debit (H - S - Q)
Elevasi H S S/t Q
[m] [m] [106 m3] [ m3/det] [ m3/det] [ m3/det] [ m3/det]
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]
272.70 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
272.90 0.20 0.5262 292.33 5.72 295.20 289.47
273.10 0.40 1.0663 592.39 16.19 600.48 584.29
273.30 0.60 1.6203 900.17 29.74 915.04 885.29
273.50 0.80 2.1743 1207.94 45.79 1230.84 1185.05
273.70 1.00 2.7283 1515.72 64.00 1547.72 1483.72
273.90 1.20 3.2823 1823.50 84.13 1865.57 1781.43
274.10 1.40 3.8437 2135.39 106.02 2188.40 2082.38
274.30 1.60 4.4125 2451.39 129.53 2516.15 2386.63
274.50 1.80 4.9813 2767.39 154.56 2844.67 2690.11
274.70 2.00 5.5501 3083.39 181.02 3173.90 2992.88
274.90 2.20 6.1189 3399.39 208.84 3503.81 3294.97
275.10 2.40 6.7083 3726.83 237.96 3845.81 3607.86
275.30 2.60 7.3183 4065.72 268.31 4199.88 3931.57
Keterangan :
Q = C.B.H3/2
= 2 x 32 x H3/2 = 64.00 x H3/2
t = 0.5 jam = 1,800 detik
Tabel : Penelusuran banjir lewat waduk dengan bangunan pelimpah
( t = 0.5 jam)
t I (I1 + I2)/2 1 2 H Q EL. MAW
[jam] [ m3/det] [ m3/det] [ m3/det] [ m3/det] [m] [ m3/det] [m]
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
0.0 6.0 0.206 6.00 272.906
0.5 7.0 6.50 292.54 299.04 0.209 6.10 272.909
1.0 11.0 9.00 295.93 304.93 0.212 6.25 272.912
1.5 25.0 18.00 301.27 319.27 0.221 6.64 272.921
2.0 77.0 51.00 314.25 365.25 0.248 7.92 272.948
2.5 182.0 129.50 355.88 485.38 0.320 11.61 273.020
3.0 299.0 240.50 464.63 705.13 0.452 19.47 273.152
3.5 420.0 359.50 663.56 1023.06 0.643 33.00 273.343
EL. 272.70 m
4.0 441.0 430.50 951.38 1381.88 0.858 50.89 273.558
4.5 432.0 436.50 1276.21 1712.71 1.057 69.53 273.757
5.0 402.0 417.00 1575.70 1992.70 1.225 86.75 273.925
5.5 362.0 382.00 1829.17 2211.17 1.356 101.05 274.056
6.0 313.0 337.50 2026.95 2364.45 1.448 111.50 274.148
6.5 261.0 287.00 2165.71 2452.71 1.501 117.67 274.201
7.0 215.0 238.00 2245.62 2483.62 1.519 119.86 274.219
7.5 181.0 198.00 2273.59 2471.59 1.512 119.01 274.212
8.0 155.0 168.00 2262.70 2430.70 1.488 116.12 274.188
8.5 132.0 143.50 2225.69 2369.19 1.451 111.83 274.151
9.0 114.0 123.00 2170.00 2293.00 1.405 106.58 274.105
9.5 99.0 106.50 2101.03 2207.53 1.354 100.80 274.054
10.0 87.0 93.00 2023.65 2116.65 1.299 94.77 273.999
10.5 76.0 81.50 1941.39 2022.89 1.243 88.69 273.943
11.0 68.0 72.00 1856.50 1928.50 1.186 82.69 273.886
11.5 59.0 63.50 1771.06 1834.56 1.130 76.87 273.830
12.0 51.0 55.00 1686.01 1741.01 1.074 71.21 273.774
12.5 44.0 47.50 1601.32 1648.82 1.018 65.78 273.718
13.0 38.0 41.00 1517.87 1558.87 0.965 60.62 273.665
13.5 33.0 35.50 1436.43 1471.93 0.912 55.77 273.612
14.0 28.0 30.50 1357.73 1388.23 0.862 51.23 273.562
14.5 24.0 26.00 1281.96 1307.96 0.814 47.00 273.514
15.0 20.0 22.00 1209.29 1231.29 0.768 43.07 273.468
15.5 16.0 18.00 1139.89 1157.89 0.724 39.42 273.424
16.0 13.0 14.50 1073.43 1087.93 0.682 36.04 273.382
16.5 10.0 11.50 1010.11 1021.61 0.642 32.93 273.342
17.0 7.0 8.50 950.06 958.56 0.604 30.07 273.304
Maksimum 441.0 1.519 119.86 274.22
Jadi ;
HWL waduk diperoleh pada + 274,22 meter
Debit banjir tereduksi sebesar 390,10 m3/detik
III. DIMENSI TUBUH BENDUNGAN TIPE URUGAN
Fluktuasi MAW
272.80
273.00
273.20
273.40
273.60
273.80
274.00
274.20
274.40
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0
t (jam)
EL
. M
AW
(m
)
Debit banjir tereduksi
volume banjir tereduksi
Debit Inflow
Debit Outflow
