ALTERNATIF PENGGUNAAN ABRUPT RISE PADA PEREDAM ENERGI BENDUNGAN KRESEK MADIUN-JAWA TIMUR (MODEL FISIK SKALA 1:50)

Transkripsi

1 ALTERNATIF PENGGUNAAN ABRUPT RISE PADA PEREDAM ENERGI BENDUNGAN KRESEK MADIUN-JAWA TIMUR (MODEL FISIK SKALA :50) Heri Suprijanto, Dwi Priyantoro, Nurul Fajar J. Jurusan Pengairan, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya heri_s@ub.ac.id ABSTRAK Perilaku hidraulik lebih mudah diidentifikasikan dengan uji model fisik. Oleh karenanya, uji model hidraulika pada peredam energi bendungan Kresek, bertujuan untuk mengetahui kinerja hidraulika dan efektifitas peredaman energi. Penelitian dimulai dengan pembuatan model fisik peredam energi dari seri 0, seri dan seri dengan skala model tanpa distorsi :50. Hasil model menunjukkan didapatkan nilai kedalaman konjugasi untuk seri 0 berturut-turut mulai debit, 00 dan 000 tahun sebesar 8,456 m, 9,087 m dan 9,950 m, seri sebesar 8,033 m, 9,667 m dan 0,50 m, seri sebesar 8,5 m, 9,5 m dan 0, m. Nilai efektifitas energi untuk seri 0 berturut-turut mulai debit, 00 dan 000 tahun sebesar sebesar 45,859 %, 49,55% dan 4,95%, seri sebesar 48,708 %, 50,73% dan 43,3%, seri sebesar 45,875%, 46,088% dan 43,99%. Dan untuk pengendalian debit PMF, peredam energi seri merupakan peredam energi mampu mengendalikan debit PMF, dengan syarat menambahkan tinggi dinding peredam energi menjadi,64 m. Kata Kunci : model fisik, peredam energi, kedalaman konjugasi ABSTRACT Hydraulic behavior easiest identification by physical model test. Therefore, aim hydraulic model test for energy dissipator of Kresek Dam is known hydraulic performance and energy dissipator effectivity. This research is begining to built physical modeling energy dissipator for seri 0, continuing seri and seri using model scale undistorted : 50. The result model shown conjugate depth value for seri 0 which sequence discharge return period, 00 and 000 is m, m and m, seri : m, m and 0.50 m, seri : 8.5 m, 9.5 m and 0, m. Energy effectivity value for seri 0 which sequence discharge return period, 00 and 000 is %, 49.55% and 4.95%, seri : %, 50.73% and 43.3%, seri : %, % dan 43.99%. And PMF (probable maximum flood) discharge consideration, energy dissipator seri more suitable which boundary condition by adding wall height energy dissipator minimize.64 m. Key words : physical model, energy dissipator, conjugate depth. PENDAHULUAN.. Latar Belakang Bendungan kresek terletak di kabupaten Madiun, Jawa Timur. Bendungan ini diharapkan dapat mengurangi banjir sering terjadi di sungai Bengawan Solo. Mengingat konstruksi bendungan merupakan bangunan sangat penting dan mempunyai resiko tinggi baik ditinjau dari segi finansial maupun

2 sosial jika terjadi kegagalan konstruksi, makaa diperlukan perencanaan baik dan benar. Bendungan kresek menggunakan peredam energi tipe USBR II modifikasi dengan panjang peredam energi 48 m dan lebar 4 m. Peredam energi merupakan salah satu bangunan penting dalam perencanaan bendungan. Bangunan peredam energi berfungsi untuk meredam kecepatan dan energi aliran berasal dari saluran peluncur dan mengkondisikann aliran tersebut agar tidak membahayakan geometri sungai... Tujuan Uji Model Fisik Hidraulik Tujuan ingin dicapai adalah untuk menganalisa peredaman energi paling efektif pada tiap-tiap pada alternatif diperlakukan peredam energi..3. Lingkup Penelitian Lingkup penelitian dilaksanakan meliputi observasi kondisi aliran pada pengaliran Q th, Q 00th, Q 0 000th, dan Q PMF pada peredam energi dan saluran pengeluaran.. METODOLOGI..Kajian Pustaka A. Tipe Peredam Energi Kolam olakan datar mempunyai berbagai variasi dibedakan oleh rezim hidrolika alirannyaa dan kondisi konstruksinya, yaitu :. Kolam Olakan Datar Tipe I Tipe inii digunakann untuk debit kecil dengan kapasitas peredaman energi kecil pula dan kolam olakannya berdimensi kecil. Tipe ini biasanya dibangun untuk suatu kondisi tidak memungkinkan pembuatan perlengkapan-perlengkapann lainnya pada kolam olakan tersebut. Gambar.Kolam olakan datar tipe I. Kolam Olakan Datar Tipe II Kolam olakan ini dilengkapi dengan gigi-gigi pemencar aliran di bagian hulu dasar kolam dan ambang bergerigi di bagian hilirnya. Kolam olakan tipe ini digunakan untuk aliran dengan tekanan hidrostatis tinggi dan dengann debit besar (q = 45 m 3 /dt/m, tekanan hidrostatis > 60 m dan bilangan froude > 4.5) Gambar. Bentuk kolam olakan datar tipe II Gigi-gigi pemencar aliran berfungsi untuk untuk lebih meningkatkan efektifitas peredaman, sedangkan ambang bergerigi berfungsi sebagai penstabil loncatan hidrolis dalam kolam olakan tersebut. Kolam olakan tipe ini sangat sesuai untuk bendungan tipe urugan dan penggunaanya cukup luas. TWL ( Tail water Level ) dari USBR tipe II tidak boleh kurang dari sequent depth (h ), dan keamanan minimal sebesar 5% dari sequent depth telah direkomendasikan oleh Bradley dan Peterka (957b). Panjang dari peredam energi (Lb) didekati dengan Lb/h = 4 pada kisaran direkomendasikan dari bilangan Froude 4 < F < Kolam Olakan Datar Tipe III Pada hakekatnya perinsip kerja kolam olakan ini sangat mirip dengan sistim kerja kolam olakan datar tipe II, akan tetapi lebih sesuai untuk mengalirkan air dengan tekanan hidrostatis rendah dan debit agak kecil (q < 8.5 m3/dt/m, V < 8 m/dt dan bilangan froude > 4.5) ). Untuk mengurangi panjang kolam olakan, biasanya dibuatkan gigi-gigi pemencar aliran di bagian hulu dasar kolam, gigi-

3 gigi penghadangg aliran pada dasar kolam olakan. Kolam olakan tipe ini biasanya untuk bangunan pelimpah pada bendungan urugan rendah. Perubahan kecepatan dapat disebabkan oleh perubahan kemiringan saluran (I I ) atau terjadi penyempitan (B B ) atau peninggian dasar saluran. Perubahan kemiringan ` Y Y Gambar 3. Bentuk kolam olakan datar tipe III 4. Kolam Olakan Datar Tipe IV Sistem kerja kolam olakan tipe ini samaa dengan sistem kerja kolam olakan tipe III, tetapi penggunaannya cocok adalah untuk aliran dengan tekanan hidrostatis rendah dan debit besar per unit lebar, yaitu untuk aliran dalam kondisii super kritis dengan bilangan froude antara.5 s/d 4.5. Biasanya kolam olakan ini digunakan padaa bangunan pelimpah suatu bendungan urugan sangat rendah. Perubahan lebar B ` Y B Y Gambar 4. Bentuk kolam olakan datar tipe IV B. Fenomena Loncatann Hidraulik Loncatann hidraulik terjadi apabila suatuu aliran berubah dari kondisi superkritis (kecepatan tinggi) ke kondisi subkritis (kecepatan rendah) secara mendadak (Abrupt Rise). Terdapat suatu kenaikan tiba-tiba pada permukaan air dan kehilangan energi besar dalam loncatan hidraulik. Pusaran turbulen berukuran besar terbentuk padaa awal loncatan. Pusaran ini menarik energi dari aliran utamaa dan pusaran terpecah-pecah menjadi bagian-bagian lebih kecil kemudian mengalir ke hilir (Subramanya, K. 986:88). Perubahan Dasar Gambar 5. Ilustrasi berbagai kondisi loncatan hidraulik. Loncatan Hidraulik Bebas Loncatan hidraulik dimana tubuh loncatan langsung bersinggungan

4 langsung dengan udara dinamakan free jump. langsung pada tubuh lompatan.(hager W.H., 99) Gambar 5. Sketsa loncatan hidraulik Sumber : Subramanya, K. 986:899 Pada peristiwa loncatan hidraulik, komponen dasar berpengaruh pada perhitungan energi adalah persamaan momentum. Gambar 7. Sketsa Loncatan Tenggelam (Submergee Jump) Persamaan loncatan hidrolis tenggelam untuk saluran segi empat sebagai berikut: Gambar 6. Ilustrasi Persamaan momentum dalam loncatan hidraulik Dengan : vy ( y y )( y + y ) =.( v v ) g Sedangkan dari persamaan kontinuitas : q = v.y = v.y Dengan menggabungkann persamaan diatas diperoleh : v y ( y + y ) =. g y y y y + = F y Dengan menyederhanakan persamaan diatas maka diperoleh persamaan : y = + 8F y. Loncatann Hidraulik Tenggelam Aliran Tenggelam (Submerge Jump) didefinisikan sebagai loncatan dimana ujung lompatan dilapisi oleh air dan atsmosfir tidak mempunyai akses Dengan : y 3 = kedalaman air hulu (m) y = tinggi bukaan pintu (m) y 4 = kedalaman air hilir (m) Fr 4 = bilangann Froude. Panjang loncatan hidrolis kondisi tenggelam, L j = Sj y Dengan : L j = Panjang loncatan (m) S j =.. Perlakuan Uji Model Ada beberapaa alternatif digunakan dalam uji model fisik peredam energi bendungan Kresek ini yaitu: A. Seri 0 (Original Design) Seri ini merupakan peredam energi tipe III modifikasi, memiliki panjang peredam energi 45 m dan tinggi endsill 4,4 m, seharusnya panjang peredam energi tersebut adalah 38 m dan tinggi endsill,8 m. Hal ini dilakukan untuk mengendalikan debit outflow PMF. B. Seri Dikarenakan dimensi seri 0 tidak normatif, maka dilakukan perubahan pada panjang peredam menjadi 36 m dan endsill menjadi m, dan ditambahkan abrupt rise dari

5 elevasi endsill ke elevasi dasar saluran dengan kemiringan :3. C. Seri Dengan perubahan dimensi pada seri, dimungkinkan peredaman untuk debit outflow PMF tidak bisa terkendali, maka ditambahkan baffle block dengan dimensi tinggi,6 m dan lebar, m. Masing-masing model seri tersebut diuji dengan beberapa variasi debit rencana sebagai berikut: Tabel. Data Teknis Debit Kala Q Q Ulang (m3/dt) (ltr/dt) (tahun) H.Rechbox (cm) 73,6 9, ,4 5, ,68 7, 6,7 PMF 840,45 47,543,6 Sumber: perhitungan 3. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Kedalaman Konjugasi Tabel. Perhitungan kedalaman konjugasi kala ulang Q B Z y 0 v 0 E 0 y E y (tahun) ( m 3 /dt) (m) (m) (m) m/s (m) (m) (m) Fr (m) 73,60 4,000 0,6,499 4,95 4,349 0,573 4,349 9,0 7,0 00 8,40 4,000 0,6 3,46 5,87 5,793 0,93 5,793 7,38 9, ,680 4,000 0,6 3,65 5,964 6,038 0,975 6,038 7,70 9,4 PMF 840,45 4,000 0,6 7,6 8,38 3,343,55 3,343 4,778 5,844 Perbandingan kedalaman konjugasi untuk masing-masing seri disajikan sebagai berikut: Tabel 3. Perbandingan kedalaman konjugasi teoritis dengan masing-masing seri kala ulang Q Teoritis Seri 0 Seri Seri (tahun) ( m 3 /dt) (m) (m) (m) (m) 73,60 7,0 8,467 8,033 8, ,40 9,087 9,767 9,667 9, ,680 9,4 9,950 0,50 0, PMF 840,45 5,844,80 3,780,630 Tabel 4. Rasio perbandingan y dengan y pada setiap seri kala ulang Q y (Pengukuran) y /y y /y y /y (tahun) ( m 3 /dt) (m) Seri 0 Seri Seri 73,60,00 8,30 7,876 8, ,40,00 8,39 8,056 7, ,680,400 7,07 7,50 7,98 PMF 840,45,700 0,807,400 4,678 Semakin besar nilai perbandingan antara y dengan y, maka semakin baik peredam energi dalam mengendalikan loncatan hidraulik. Di antara ketiga seri peredam energi diatas memiliki nilai perbandingan antara y dengan y tidak jauh berbeda untuk Qoutflow th, Qoutflow 00 th dan Qoutflow 000 th, tetapi untuk Qoutflow PMF peredam energi seri memiliki nilai perbandingan antara y dengan y lebih dari pada peredam energi seri 0 dan peredam energi seri. B. Efektifitas Peredaman Energi Berikut hasil perhitungan efektifitas energi untuk masing-masing seri. Tabel 5. Perhitungan efektifitas peredaman energi seri 0 kala ulang Q y y v v E Efektifitas (tahun) ( m 3 /dt) (m) (m) (m/dtk) (m/dtk) m %,000 73,60 5,367 8,467 4,506,98 7,379 45,859 00,000 8,40 5,550 9,767 7,45 3,599 0,084 49,5 000,000 30,680 5,750 9,950 5,77 3,773 7,730 4,95 Tabel 6.Perhitungan efektifitas peredaman energi seri kala ulang Q y y v v E Efektifitas (tahun) ( m 3 /dt) (m) (m) (m/dtk) (m/dtk) m %,000 73,60 5,367 8,033 4,506,076 7,838 48,708 00,000 8,40 5,550 9,667 7,45,943 0,43 50,73 000,000 30,680 5,750 0,50 5,77,480 7,948 43,3 Tabel 7. Perhitungan efektifitas peredaman energi seri kala ulang Q y y v v E Efektifitas (tahun) ( m 3 /dt) (m) (m) (m/dtk) (m/dtk) m %,000 73,60 5,367 8,500 4,506,0 7,38 45,87 00,000 8,40 5,550 9,583 7,45 5,334 9,463 46, ,000 30,680 5,750 0,7 5,77,46 7,946 43,9 PMF 840,450 7,050,650 9,565 7,389,7 4,895

6 Tabel 8. Perbandingan efektifitas peredaman energi tiap seri kala ulang Q Seri 0 Seri Seri (tahun) ( m 3 /dt) % % %,000 73,60 45,859 48,708 45,87 00,000 8,40 49,5 50,73 46, ,000 30,680 4,95 43,3 43,9 PMF 840,450 4,895 Efektifitas peredaman energi menunjukkan seberapa besar energi terkendalikan di dalam peredam energi. Secara keseluruhan, efektifitas peredam energi pad seri 0, seri dan seri besarnya tidak jauh berbeda. Tetapi untuk debit PMF peredam seri mampu mengendalikan debit tersebut dengan efektifitas peredaman energi sebesar 4,895 %. Dan peredam energi seri lain tidak dapat mengendalikan debit PMF, ini terbukti loncatan tidak terjadi pada peredam energi. 4. PENUTUP Dari hasil penelitian ini, disarankan menggunakan peredam energi seri untuk mengakomodasi debit PMF, dengan syarat tinggi dinding peredam energi minimal,64 m. UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini merupakan pengembangan di bagian peredam energi pada Uji Model Fisik Bendungan Kresek (Kerja sama Laboratorium Hidrolika Terapan Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya dengan PT Indra Karya Cabang Malang). Oleh karenanya penulis mengucapkan terimakasih kepada kedua institusi tersebut atas kesempatan diberikan. DAFTAR PUSTAKA Anonim. 00. Laporan Akhir Uji Model Fisik Pelimpah Samping Bendungan Kresek Madiun Jawa Timur. Malang : Jurusan Pengairan FT Unibraw Chow, Ven Te. 99. Hidrolika Saluran Terbuka, terjemahan E.V. Nensi Rosalina. Jakarta : Erlangga. De Vries, M Scalling Model Hydraulic. Netherland: IHE Published Hager,W.H. 99. Energy Dissipator and Hydraulic Jump. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers Peterka, A.J Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators. United States Department of The Interior : Bureau of Reclamation. Raju, K.G.R Aliran Melalui Saluran Terbuka, terjemahan Yan Piter Pangaribuan B.E., M.Eng. Jakarta : Erlangga Sosrodarsono, Suyono dan Takeda, Kensaku. 00. Bendungan Type Urugan. Jakarta : Erlangga. Subramanya, K Flow In Open Channels, New Delhi : Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited. Triatmodjo, Bambang Hidrolika II. Yogyakarta: Beta Offset United States Department of The Interior : Bureau of Reclamation Design of Small Dams. Oxford & IBH Publishing CO. New Delhi Bombay Calcutta.

7 SERI 0 (ORIGINAL DESIGN) Gambar 8. Denah situasi peredam energi seri 0 Gambar 9. Dimensi peredam energi Seri 0 SERI Gambar 0 Denah situasi peredam energi seri

8 Gambar. Dimensi peredam energi Seri SERI Gambar. Denah situasi peredam energi seri Gambar 3. Dimensi peredam energi Seri