TUGAS AKHIR. Oleh : DICKY JAMALUDIN MALIK I1B000010

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PERKIRAAN UMUR LAYANAN WADUK MRICA BANJARNEGARA JAWA TENGAH DENGAN METODE KAPASITAS TAMPUNGAN MATI (DEAD STORAGE) DAN DISTRIBUSI SEDIMEN (THE EMPIRICAL AREA REDUCTION) Oleh : DICKY JAMALUDIN MALIK I1B DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN PROGRAM SARJANA TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL PURWOKERTO 2006

2 TUGAS AKHIR PERKIRAAN DAN PERBANDINGAN UMUR LAYANAN WADUK MRICA BANJARNEGARA JAWA TENGAH DENGAN METODE KAPASITAS TAMPUNGAN MATI (DEAD STORAGE) DAN DISTRIBUSI SEDIMEN (THE EMPIRICAL AREA REDUCTION) Disusun oleh : DICKY JAMALUDIN MALIK I1B Diajukan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Sarjana Teknik Universitas Jenderal Soedirman Jurusan Teknik Sipil Diterima dan disetujui pada tanggal :. Pembimbing I Pembimbing II Nasta in, ST., MT. NIP Suroso., ST. NIP Mengetahui : Ketua Program Sarjana Teknik Ir. Agus Margiwiyatno, MS., Ph.D. NIP

3 DAFTAR RIWAYAT HIDUP Penulis bernama Dicky Jamaludin Malik, lahir di Karawang pada tanggal 25 Januari Penulis merupakan anak ketiga dari pasangan Almarhum Bapak Drs.H. Masripin Heryanto dan Ibu E. Kuraesin. Penulis bertempat tinggal di Karang Pawitan Karawang. Pendidikan yang diperoleh penulis yaitu ; TK. Nuri Karawang tahun , Sekolah Dasar Negeri Tarumanegara 1 Karawang tahun , Sekaolah Lanjutan Tingkat Pertama Negeri (SLTPN) 1 Karawang , Sekolah Menengah Umum Negeri (SMUN) 3 Karawang , kemudian melanjutkan ke Universitas Program Sarjana Teknik Program Studi Teknik Sipil Jenderal Soedirman (UNSOED) Purwokerto. Selama kuliah Penulis pernah mendapatkan beasiswa Bantuan Belajar Mahasiswa(BBM), dan PPA. Penulis juga pernah aktif di organisasi UKM Racana Soedirman, Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) Teknik UNSOED, dan Himpunan Mahasiswa Teknik Sipil (HMTS) UNSOED, menjadi Asisten dosen mata kuliah Bahasa Pemrograman. 3

4 INTI SARI Waduk Mrica terletak di kecamatan Bawang Kabupaten Banjarnegara Jawa Tengah merupakan penampung air yang ditujukan untuk pemanfaatan sumber energi dari sungai Serayu, sungai Lumajang, dan sungai Merawu untuk keperluan air minum, irigasi, dan PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air). Waduk Mrica mulai digenangi pada bulan April 1988, memiliki luas daerah aliran sungai (DAS) 957,01 km 2, ktinggian muka air + 231,00 m di atas permukaan laut dan kapasitas tampungan m 3. Penelitian mengkaji tentang perkiraan umur layanan waduk Mrica pada masa yang akan datang akibat sedimen dan volume angkutan sedimen dengan menggunakan metode tampungan mati ( dead storage) dan distribusi sedimen (the empirical area reduction). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa waduk Mrica termasuk kategori waduk tipe 2 yaitu waduk yang selalu terairi pengoperasiannya. Umur layanan waduk Mrica berdasarkan metode dead storage adalah 10,43 tahun, dengan volume dead storage waduk sebesar 45 juta m 3. Umur perkiraan layanan waduk Mrica berdasarkan the empirical area reduction method adalah 41 tahun, dengan volume sedimen sebesar 181,22 juta m 3. Umur layanan berdasarkan metode dead storage lebih pendek dibandingkan dengan umur layanan berdasarkan metode the empirical area reduction, karena dalam metode dead storage tidak memperhitungkan adanya flushing. Kata kunci : sedimen, kapasitas tampungan mati (dead storage), distribusi sedimen (the empirical area reduction), laju sedimen, umur layanan waduk. 4

5 RESUME Mrica reservoir be located in kecamatan Bawang kabupaten Banjarnegara Central Java is place of water that used for energy in serayu river, Lumajang river and Merawu river used for drink, irrigation, PLTA. Mrica reservoir was full of water in April 1988, have area 957,01 km 2, with water level + 231,00 m at above of water sea level and capacity m 3. The Experiment is about useful life time of Mrica reservoir in the future because the transfor sediment and volume of sediment with use dead storage method and the empirical area reduction method. The result of this experiment, Mrica reservoir is 2 nd type which always have watered in the operation. Useful life time with dead storage method approximated 10,43 years from first year reservoir the start operated (1988) up to closed this capacity at 45 million m 3. Useful life time with use sediment distribution approximate 41 years with sediment volume is 1818,22 million m 3. According to useful life time dead storage method is shorter than sediment distribution method, because of flushing. Key word: Sediment, dead storage, the empirical area reduction, sediment volume, useful life time 5

6 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan hasil penelitian dengan judul Perkiraan Umur Layanan Waduk Mrica Banjarnegara Jawa Tengah dengan Metode Kapasitas Tampungan Mati (Dead Storage) dan Distribusi Sedimen (The Empirical Area Reduction) dapat diselesaikan. Sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana Teknik Sipil Program Strata-1 pada Program Sarjana Teknik Universitas Jenderal Soedirman Purwokerto. Selama penelitian dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini penulis dapat bimbingan, bantuan, saran dan petunjuk yang sangat berharga. Sehingga pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada : 1. Ir. Agus Margiwiyatno MS., PhD., selaku Ketua Program Sarjana Teknik Universitas Jenderal Soedirman. 2. Nasta in, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Jenderal Soedirman dan Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan selama penyusunan Tugas Akhir. 3. Suroso, ST. selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan selama penyusunan Tugas Akhir. 4. Tri Antisto selaku Kepala Divisi Geo Teknik PT. Indonesia Power Proyek PLTA Mrica Banjarnegara Jawa Tengah. 5. PT. Indonesia Power Proyek PLTA Mrica Banjarnegara Jawa Tengah 6. Drs. Gentur Waluyo selaku Kepala Lab. Lingkungan Universitas Jenderal Soedirman. 6

7 7. Almarhum Ayahanda Drs.H. Masripin, Ibunda E. Kuraesin, Nenekku dan Kakak-kakakku yang terus memotivasi dalam penyusunan Tugas Akhir ini 8. Deni Kurnia, Ssi. yang tak henti-hentinya membantu dan memotivasi dalam penelitian maupun penyusunan. 9. Sahabat-sahabatku Reggy, Barata, Unggul, Cici, Ika, Dise, Arnie, temantemanku dan adik-adikku mahasiswa Teknik Sipil (2001, 2002, 2003, dan 2004) serta alumnus-alumnus Teknik Sipil terima kasih atas semua bantuannya. Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, masih banyak kekurangan karena keterbatasan kemampuan penulis. Penulis berharap laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pihak-pihak yang berkepentingan. Purwokerto, 8 Agustus 2006 Penulis Dicky Jamaludin Malik/I1B

8 DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... ii DAFTAR RIWAYAT HIDUP... iii INTI SARI... iv KATA PENGANTAR...v DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR LAMPIRAN... ix BAB I. PENDAHULUAN 1 1. Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan dan Manfaat Penelitian Batasan Masalah...3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Waduk Sedimentasi Waduk Jenis Sedimen Prediksi Umur Layanan (Useful life) Waduk Metode Pengendapan Sedimen di Waduk...11 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Konsep Dasar dan Metode

9 3.2. Pengumpulan Data Pengolahan Data Flow Chart penelitian...27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Tipe Waduk Berat Volume Kering Umur Layanan Waduk Berdasarkan Kapasitas Tampungan Mati Umur Layanan Waduk Berdasarkan Distribusi Sedimen Waduk...31 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran...39 Daftar Pustaka Lampiran

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Pembagian Tipe Waduk Berdasarkan Cara Pengoperasiannya...10 Tabel 2.2. Nilai WT dan Konstanta K...10 Tabel 2.3. Koefisien K1 untuk Berbagai Tipe Waduk...11 Tabel 2.4. Koefisien untuk Penentuan Berat Volume Kering...12 Tabel 2.5. Koefisien K2 untuk Berbagai Tipe Waduk...13 Tabel 2.6. Koefisien untuk Penentuan Berat Volume Kering...13 Tabel 2.7. Klasifikasi Waduk Berdasarkan Nilai m...14 Tabel 2.8. Persamaan untuk Mencari Nilai a...15 Tabel 2.9. Nilai Persamaaan antara Nilai p dengan Nilai a Masing-masing Tipe Waduk (Lara,1973)...16 Tabel Nilai Persamaaan antara Nilai p dengan Nilai a Masing-masing Tipe Waduk (Borland-Miller,1973)...16 Tabel Nilai F masing-masing Tipe Waduk...17 Tabel 3.1. Persentase Bed Material di Waduk Mrica...19 Tabel 4.1. Hubungan antara Elevasi (kedalaman) Dengan Kapasitas Waduk Tabel 4.2. Berat Volume Kering Berdasarkan Miller dan Strand...23 Tabel 4.6. Hubungan antara Elevasi dengan Waktu yang Diperkirakan Berdasarkan Dead Storage...36 Tabel 4.7. Hasil Perkiraan Umur Layanan Waduk Mrica dengan Metode Dead Storage dan The Empirical Area Reduction

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Bagan Penggolongan Angkutan Sedimen...6 Gambar 2.2. Distribusi Vertikal Konsentrasi Angkutan Sedimen...7 Gambar 2.3. Hidrograf Debit Air dan Konsentrasi Suspended load...8 Gambar 2.4. Grafik Trap efficiency...10 Gambar 3.1. Flow Chart Perhitungan Dead Storage Sedimen...21 Gambar 3.2. Flow Chart Perhitungan Prediksi distribusi...2 Gambar 4.1. Hubungan Volume Sedimen Terhadap Umur Layanan Waduk...2 Gambar 4.5. Grafik Perbandingan antara Distribusi Sedimen Hasil Pengukuran Dengan Hasil Perhitungan Umur Operasi 16 Tahun...31 Gambar 4.6. Grafik Perbandingan Kondisi Perkiraan Distribusi Sedimen

12 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Hubungan Antara Elevasi dengan Luas dan Volume Waduk tahun Lampiran 2. Hubungan Antara Elevasi dengan Luas dan Volume Waduk tahun Lampiran 3. Data Rata-Rata Inflow Tahunan Waduk Mrica...44 Lampiran 4. Perhitungan Sedimen pada Data Teknis Lampiran 5. Lay out Waduk PB. Soedirman dan Peta Daerah Tangkapan Waduk PB. Soedirman...46 Lampiran 6. Hasil Perhitungan Sedimen berdasarkan pada data Teknis...47 Lampiran 7. Lampiran 8. Lampiran 9. Perhitungan Berat Volume Kering...48 Perhitungan Perkiraan Umur Layanan Waduk berdasarkan Metode Dead Storage Penjelasan langkah-langkah Perhitungan Metode Dead Storage Lampiran 10. Grafik Fh umur 16 dan 60 tahun Lampiran 11. Grafik Fh umur 27 dan 41 tahun Lampiran 12. Perhitungan Fh umur 16 tahun Lampiran 13. Perhitungan Fh umur 60 tahun Lampiran 14. Perhitungan Fh umur 27 tahun Lampiran 15. Perhitungan Fh umur 41 tahun Lampiran 16. Validasi Distribusi Sedimen Umur Layanan Waduk Saat 16 Tahun Lampiran 17. Distribusi Sedimen Umur Layanan Waduk Saat 16 Tahun Lampiran 18. Distribusi Umur 60 Tahun

13 Lampiran 19. Distribusi Umur 27 Tahun Lampiran 20. Distribusi Umur 41 Tahun...63 Lampiran 21. Rekapituilasi Hasil Perhitungan Distribusi Sedimen...64 Lampiran 22. Langkah-langkah Perhitungan Distribusi Sedimen Lampiran 23. Data Flushing dan Rata-rata Sedimen yang terbuang...66 Lampiran 23. Gambar Penampang Melintang Perkembangan Laju Sedimen setelah 16 Tahun

14 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Air merupakan sumber kehidupan bagi manusia. Dalam kehidupan seharihari, kita tidak dapat dipisahkan senyawa kimia ini. Demikan besar manfaat bagi kehidupan, seperti kebutuhan rumah tangga yaitu sebagai air minum dan MCK, irigasi, pengendalian banjir dan pembangkit listrik tenaga air (PLTA). Air merupakan sumber daya alam yang terbaharui melalui daur hidrologi. Namun keberadaan air sangat bervariasi tergantung lokasi dan musim. Ketersediaan air di daerah tropis (dekat khatulistiwa) sangat besar dibandingkan dengan daerah lain misalnya daerah gurun atau padang pasir. Demikian juga ketersediaan air pada saat musim basah (Oktober s/d April) lebih besar dibandingkan pada saat musim kering (April s/d Oktober) dimana ketersediaan air berkurang. Rekayasa manusia untuk lebih mengoptimalkan pemanfaatan sumber daya air adalah dengan merubah distribusi air alami menjadi distribusi air secara buatan yaitu diantaranya dengan membangun waduk. Waduk merupakan suatu bangunan air yang digunakan untuk menampung debit air berlebih pada saat musim basah supaya kemudian dapat dimanfaatkan pada saat debit rendah saat musim kering (Sudjarwadi, 1987). Waduk Mrica yang dikenal dengan nama lain waduk Panglima Besar (Pangsar) Soedirman merupakan salah satu wujud usaha pemanfaatan potensi air sungai Serayu, sungai Lumajang dan sungai Merawu. Waduk Mrica terletak di 14

15 kecamatan Bawang Kabupaten Banjarnegara Jawa Tengah. Penggenangan waduk ini dimulai pada bulan April 1988 dan memiliki luas daerah aliran sungai (DAS) 957, 01 km 2 dan luas genangan m 2. Ketinggian muka air 231 m di atas permukaan air laut dengan kapasitas tampungan m 3. Tujuan dibangunnya waduk Mrica adalah untuk memanfaatkan sumber energi dari aliran sungai Serayu guna menggerakan turbin pembangkit listrik dan sebagai sumber suplesi air irigasi Banjarcahyana. Sungai Serayu memiliki daerah aliran sungai (DAS) dengan curah hujan dan tingkat erosi yang cukup tinggi, sehingga memerlukan pemeliharaan dari sistem pengoperasian waduk yang baik. Dalam pengelolaan sumber daya waduk, sering dijumpai permasalahanpermasalahan yang menyangkut aspek perencanaan, operasi, dan pemeliharaan (Sudjarwadi, 1987). Salah satu persoalan persoalan utama yang terjadi di dalam operasional waduk adalah terjadinya sedimentasi waduk yang berakibat pada pengurangan kapasitas waduk sehingga berdampak terhadap umur layanan waduk yang sudah direncanakan. Maka perlu dilakukan penelitian untuk memperkirakan umur layanan waduk berdasarkan laju sedimentasi waduk Mrica pada kondisi saat ini. Ada beberapa metode yang bisa digunakan untuk memperkirakan besarnya angkutan sedimen di waduk diantaranya adalah metode dead storage dan the empirical area reduction Rumusan Masalah. Berlatar belakang hal tersebut diatas, maka beberapa masalah waduk yang akan dicarikan solusinya pada penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut. 15

16 a. Berapa besar volume sedimen yang mengendap di waduk Mrica berdasarkan metode dead storage? b. Berapa tahun umur layanan waduk Mrica bisa beroperasi berdasarkan metode dead storage? c. Berapa besar volume sedimen yang mengendap di waduk Mrica berdasarkan metode the empirical area reduction? d. Berapa tahun umur layanan waduk Mrica bisa beroperasi berdasarkan metode the empirical area reduction? 1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk memperkirakan umur layanan waduk dan volume angkutan sedimen yang mengendap di dalam waduk Mrica dengan menggunakan metode dead storage dan metode the empirical area reduction. Penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai acuan dalam pengelolaan dan pelestarian waduk Mrica khususnya bagi PT. INDONESIA POWER Proyek PLTA Mrica Banjarnegara Jawa Tengah Batasan Masalah Batasan penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Laju sedimen diasumsikan tetap setiap tahunnya. 2. Data pengukuran sedimen langsung (echo sounding) yang digunakan pada tahunawal 1988 dan pada tahun Data persentase bed load menggunakan hasil analisis laboratorium lingkungan UNSOED. 16

17 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Waduk Waduk merupakan suatu bangunan air yang berfungsi untuk menampung air yamg digunakan pada saat debit rendah. Dari segi kegunaannya waduk ada dua yaitu, waduk eka guna misalnya waduk yang khusus digunakan untuk irigasi, pembangkit listrik, pengendalian banjir, dan waduk serba guna (multi purpose) misalnya waduk yang berguna menyeluruh dalam satu waduk itu (Sudjarwadi, 1989). Berdasarkan aspek permasalahannya waduk dapat dilihat dari aspek perencanaan, pengoperasian, dan pemelihraan. Aspek perencanaan dilihat dari segi kelayakan teknik faktor-faktor yang utama mendukung adalah kelayakan hidrologis dan kelayakan sedimentasi, kelayakan ekonomi maupun kelayakan sosial. Aspek operasi dilihat dari segi pengoperasian waduk secara reguler dengan sistem tradisional atau komputer. Aspek dari pemeliharaan dilihat dari perawatan waduk terhadap laju sedimentasi yaitu dengan melakukan penggelontoran dan pengeringan waduk tiap tahun atau waktu tertentu (Sudjarwadi, 1989). Permasalahan lain yang terjadi dalam waduk adalah aspek gelombang di permukaan air yang timbul akibat tiupan angin yang perlu dipertimbangkan terhadap kestabilan struktur waduk, adanya rembesan atau kebocoran, dan aspek laju sedimentasi (Sudjarwadi, 1989). 17

18 Aspek laju sedimentasi terjadi akibat erosi yang terjadi di hulu DAS yang terbawa oleh air melalui sungai menuju hilir atau waduk, kemudian mengendap ke dalam volume tanpungan mati waduk Sedimentasi Waduk Sedimentasi merupakan proses kelanjutan dari peristiwa erosi atau peristiwa terkikisnya permukaan akibat air hujan. Tanah tesebut mengalir melalui cekungan-cekungan, saluran-saluran air, kemudian masuk ke sungai. Sungai selain berfungsi sebagai sarana mengalirkan air juga dapat berfungsi sebagai pengangkut bahan-bahan material yang berupa sedimen (Qohar, 2002). Sedimen yang terbawa hanyut oleh aliran air terdiri dari dua muatan yaitu berupa muatan dasar (bed load) maupun muatan melayang (suspended load). Muatan dasar yaitu berupa material yang bergerak dalam aliran sungai dengan cara bergulir, meluncur, dan meloncat-loncat di atas permukaan dasar sungai. Sedangkan muatan melayang yaitu butiran-butiran halus yang ukurannya lebih kecil yang senantiasa melayang di dalam air (Suyono & Tominaga, 1985). Sumarto (1995) mendefinisikan sedimentasi sebagai pengangkutan melayangnya (suspended) atau mengendapnya fragmental oleh air akibat adanya erosi. Dampak yang ditimbulkannya yaitu: 1. Di sungai, pengendapan sedimen di dasar yang menyebabkan naiknya dasar sungai, kemudian menyebabkan tingginya permukaan air sehingga dapat mengakibatkan banjir yang menimpa lahan-lahan yang tidak di lindungi 18

19 (unprotected land). Hal tersebut dapat mengakibatkan aliran mengering dan mencari alur baru. 2. Di saluran, apabila saluran irigasi atau saluran pelayaran dialiri oleh air penuh dengan sedimen maka akan terjadi pengendapan sedimen di dasar saluran. Hal ini menjadikan suatu permasalahan untuk mengeruk sedimen tersebut diperlukan biaya yang cukup besar sehingga menyebabkan terhentinya operasi saluran. 3. Di waduk-waduk, pengendapan sedimen di waduk-waduk akan mengurangi volume efektifnya. Sebagian besar jumlah sedimen yang dialirkan oleh waduk adalah sedimen yang dialirkan oleh sungai-sungai yang mengalir kedalam waduk, hanya sebagian kecil yang berasal dari longsoran tebing-tebing waduk oleh limpasan permukaan. Butir-butir yang kasar akan diendapkan di bagian hulu waduk, sedangkan yang harus diendapkan di dekat bendungan. Jadi, sebagian besar akan diendapkan di bagian volume aktif waduk dan sebagian dapat dibilas ke bawah, apabila terjadi banjir pada saat permukaan air waduk masih rendah. 4. Di bendungan atau pintu-pintu air yang menyebabkan kesulitan dalam mengoperasikan pintu-pintu tersebut. Adanya pembentukan pulau-pulau pasir (sand bars) di sebelah hulu bendungan atau pintu air akan mengganggu aliran air yang melalui bendungan atau pintu air. Bahaya penggerusan terhadap bagian hilir bangunan terjadi apabila beban sedimen di sungai tersebut berkurang karena pengendapan di bagian hulu bendungan, maka aliran dapat mengangkut material alas sungai. 19

20 5. Di daerah sepanjang sungai, seperti yang telah dijelaskan diatas, banjir akan lebih sering terjadi di daerah yang tidak dilindungi. Daerah yang dilindungi oleh tanggul akan aman selama tanggulnya selalu dipertinggi sesuai dengan kenaikan dasar sungai, dan permukaan airnya akan mempengaruhi drainase daerah sekitarnya, lama-kelamaan drainase dengan cara gravitasi sudah tidak mungkin lagi. Faktor utama yang mempengaruhi gerakan sedimen (transport sedimen) di sungai adalah : berat jenis butiran dan kecepatan aliran dan morfologi sungai. Perencanaan waduk di dalamnya selalu disediakan sebagian volume penampungan yang disebut volume mati (dead storage), selama sedimen masih mengisi volume mati, waduk masih bisa beroperasi secara normal. Laju sedimentasi pada waduk sangat dipengaruhi oleh kondisi daerah tangkapan air waduk tersebut. Beberapa faktor yang mempengaruhi laju sedimen di waduk adalah : tipe tanah, kemiringan lahan, penutupan vegetasi, karakter hujan dan tata guna lahan (Sumarto, 1995). Sedimentasi waduk dapat mengurangi volume banjir efektif waduk, mempengaruhi kualitas air waduk, mengurangi pengendalian banjir, ketersediaan air, kekuatan air untuk turbin, dan keuntungan rekreasi (Yang, 1996). Disiplin ilmu angkutan sedimen memberikan rumus-rumus hasil penelitian yang dapat digunakan untuk pedoman pengumpulan data dan melakukan hitungan perkiraan laju sedimen pada waduk, karena endapan sedimen secara akumulatif semakin lama semakin banyak yang akan menyebabkan waduk tidak berfungsi secara memadai (Sudjarwadi, 1989). 20

21 2.3. Jenis Sedimen Sedimen merupakan proses terkikisnya butiran tanah yang berpengaruh penting terhadap perencanaan, pengembangan, pemanfaatan dan pemeliharaan sumber daya air. Angkutan sedimen yang terdapat di dalam waduk dapat diuraikan berdasarkan klasifikasi sebagai berikut : Angkutan sedimen berdasarkan sumber asal sedimen Angkutan material dasar Bed load Angkutan sedimen digolongkan berdasarkan mekanisme pengangkutan Wash load Suspended load Gambar 2.1. Bagan Penggolongan Angkutan Sedimen (Rouf, 2004) Wash load adalah muatan partikel-partikel halus berupa lempung (Silt), dan debu (Dust), yang terbawa oleh aliran sungai (Rouf, 2004). Partikel-partikel ini akan terbawa oleh aliran sampai laut, atau dapat mengendap pada aliran yang tenang atau yang tergenang. Wash load biasanya berupa butiran halus dan berlindung diantara butir-butir yang lebih besar, baru terangkat jika tidak mempengaruhi dasar sungai (Mardjikoen, 1987). Sumber wash load berasal dari hasil pelapukan lapisan atas batuan atau tanah di daerah aliran sungai, hasil tersebut akan dibawa oleh hujan atau angin ke dalam sungai atau alur-alur kecil di dalam daerah aliran sungai (DAS). Suspended load sedimen melayang dapat dikatakan sebagai material dasar sungai (bed load) yang bergerak melayang di dalam aliran sungai yang terdiri dari 21

22 sebagian besar butiran-butiran pasir halus yang senantiasa didukung oleh air dan hanya jarang ekali interaksinya dengan dasar sungai, karena selalu terdorong ke atas oleh turbulensi air. Pada sungai pendek suspended load dapat dianggap tetap konsentrasinya, tetapi pada seluruh alur sungai konsentrasinya dapat bervariasi (Kironoto, 2001). Bed load merupakan partikel-partikel kasar yang bergerak sepanjang dan dekat dengan dasar sungai secara keseluruhan. Bed load ini dapat ditunjukkan oleh gerakan-gerakan partikel-partikel dasar, gerakan tersebut dapat bergeser, menggelinding, atau meloncat-loncat, akan tetapi tidak pernah lepas dari dasar sungai. Sedimen sangat tergantung pada debit aliran yang terjadi di daerah aliran sungai (Bahar & Hilala, 2004). Distribusi konsentrasi angkutan sedimen dan hidrograf debit air dengan konsentrasi suspended load dapat digambarkan sebagai berikut : C C h h Wash load C h Suspended load Bed load Gambar 2.2. Distribusi Vertikal Konsentrasi Angkutan Sedimen (Rouf, 2004) 22

23 Konsentrasi Suspended load Debit Aliran Debit aliran Waktu Gambar 2.3. Hidrograf Debit Air dan Konsentrasi Suspended load (Rouf, 2004) 2.4. Prediksi Umur Layanan (Useful life) Waduk Umur layanan waduk dapat ditentukan dengan dua metode (Qohar, 2002), yaitu sebagai berikut : 1. Perkiraan umur layanan (useful life) berdasarkan atas kapasitas tampungan mati (dead storage). Perkiraan ini didasarkan atas perhitungan pada beberapa waktu yang dibutuhkan oleh sedimen untuk mengisi kapasitas tampungan mati. Dengan diketahuinya besarnya kapasitas tampungan mati dan besarnya kecepatan (laju) sedimen yang mengendap, maka akan diketahui waktu yang dibutuhkan sedimen untuk mengisi/menutup pada daerah tampungan mati. Seiring bertambahnya umur waduk maka akan semakin berkurang kapasitas tampungan matinya, yang akan berdampak menjadi terganggunya pelaksanaan operasional waduk. Oleh karena itu hal tersebut dapat dijadikan suatu acuan untuk memprediksikan kapan kapasitas tampungan mati waduk itu akanterisi penuh oleh sedimen. 23

24 2. Perkiraan umur layanan (useful life) berdasarkan besarnya distribusi sedimen yang mengendap di tampungan dengan menggunakan metode The Empirical Area Reduction. Metode The Empirical Area Reduction ini pertama kali diusulkan oleh Lane dan Koezler (1935), kemudian dikembangkan oleh Borland Miller (1953) dalam USBR (1973) dan Lara (1965) dalam USBR (1973) merupakan suatu kesimpulan berdasarkan data survei dari 30 waduk yang ada di beberapa tempat yang berbeda, metode ini dapat memprediksikan bagaimana disribusi sedimen di dalam waduk pada masa-masa yang akan datang. Acuan dari metode ini adalah untuk menentukan umur operasi waduk berdasarkan hubungan fungsi antara luas genangan dengan elevasi genangan dan kapasitas tampungan matinya. Patokan elevasi pintu pengambilan dijadikan sebagai acuannya. Sehingga apabila elevasi pintu pengambilan akan dicapai oleh elevasi endapan sedimen, maka kegiatan operasional waduk akan terganggu, dan akhirnya secara teknis akan mengakibatkan waduk tidak dapat berfungsi sama sekali Metode Pengendapan Sedimen di Waduk Umumnya bagunan waduk sudah disediakan daerah tampungan sedimen, yang volumenya telah ditetapkan. Hal utama yang berkaitan dengan pegendapan sedimen di waduk adalah berat volume kering (unit dry weight) dan trap efficiency (Qohar, 2000). Berat volume kering merupakan massa sedimen kering dalam satuan volume, ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi berat volume kering di waduk, antara lain : 24

25 a) Cara operasi waduk b) Tekstur dan ukuran partikel sedimen c) Tingkat pemadatan dan konsolidasi d) Arus rapat massa dan kemiringan dasar sungai (Qohar, 2000) Dalam perhitungan sedimen di waduk dapat dipengaruhi faktor-faktor berikut : 1. Efisiensi tangkapan sedimen (Trap Efficiency) Jumlah sedimen yang tertahan atau mengendap di dalam waduk dapat dihitung yaitu dengan cara mencari besarnya trap efficiency yang didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah sedimen yang mengendap di waduk dengan total angkutan sedimen yang masuk ke dalam waduk (Brune, 1953 dalam USBR, 1973). Perhitungan untuk menentukan besarnya trap efficiency yaitu berdasarkan perbandingan antara kapasitas tampungan (C) dengan inflow aliran tahunan (I), kemudian perbandingan itu diplotkan pada grafik trap efficiency (Brune, 1953) yaitu hubungan antara ratio of reservoir capacity to annual inflow (sumbu x) dengan sediment trapped percent (sumbu y), nilai tersebut akan berkurang sejalan dengan umur operasional karena kapasitas waduk akan berkurang akibat sedimen (Qohar, 2000). 25

26 Gambar. 2.4 Grafik Trap Efficiency (Kironoto, 1997) 2. Berat Volume Kering Banyaknya angkutan sedimen yang masuk ke waduk dinyatakan satuan waktu yang dikonversikan ke satuan volume per satuan waktu. Berat volume sendiri adalah massa sedimen yang kering dalam satuan volume. Menurut Lane dan Kozler (1946) dalam USBR (1973) bahwa jenis dari pengoperasian waduk diklasifikasikan pada Tabel 2.1. : 26

27 Tabel 2.1.Pembagian Tipe Waduk Berdasarkan Cara Pengoperasiannya Tipe Waduk Operasi Waduk Sediment always submerged or nearly submerged (Sedimen selalu terendam atau hampir terendam) Normally moderate of considerable reservoir drawdown (Pada umumnya draw down normal) Reservoir normally empty (Waduk umumnya kosong) Riverbed sediments (Sedimen dasar sungai) Sumber : Lara dan Pemberton (1965) dalam USBR (1973) Lane dan Kozler (1946) dalam USBR (1973) menyatakan bahwa berat volume kering di waduk dapat diperkirakan setelah T tahun dengan menggunakan persamaan berikut : W = W1+ Log T.....(2.1) Keterangan : W = berat volume kering setelah T tahun operasi waduk (kg/m 3 ) W1= berat volume kering mula-mula setelah 1 tahun konsolidasi (kg/m 3 ) K = Konstanta konsolidasi Untuk nilai W1 dan K tergantung dari tipe waduk yang bersangkutan untuk masing-masing waduk dapat dilihat dari Tabel 2.2. : Tabel 2.2. Nilai WT dan konstanta K Tipe Pasir (sand) Lanau (silt) Lempung (clay) Waduk W1 K W1 K W1 K Sumber : Lane dan Kozler (1943) dalam V.T. Chow (1964) Menurut Miller (USBR, 1953) bahwa suatu rumus integral pendekatan pada persamaan 2.1., untuk menentukan berat volume kering rata-rata dari semua 27

28 sedimen yang mengendap di dalam waduk selama T tahun beroperasi dapat ditentukan sebagai berikut :. T WT = W1+ 0,4343 K1 ( LnT) (2.2) T 1 Keterangan : WT = berat volume kering rata-rata setelah T tahun operasi waduk (kg/m 3 ) W1 = berat volume kering awal (kg/m 3 ) K1 = konstanta yang tergantung pada operasi waduk dan jenis material sedimen = K c.p c + K m.p m + K s. P s.. (2.3) Keterangan : K c, K m, K s P c, P m, P s = Konstanta konsolidasi lempung, lumpur, dan pasir = Persentase lempung, lumpur, dan pasir Nilai K c, K m, K s untuk masing-masing tipe waduk dapat dilihat dalam Tabel 2.3 Tabel 2.3. Koefisisen K1 untuk berbagai Tipe Waduk Tipe Waduk K c K m K s Sumber : Miller (1953) dalam USBR (1973) Berat volume kering awal menurut Lara dan Pamberton dapat diestimasi dengan persamaan: W1 = W c.p c + W m.p m + W s.p s... (2.4) Keterangan : W1 = Berat volume kering mula-mula setelah 1 tahun konsolidasi (kg/m 3 )

29 P c, P m, P s = Persentasi lempung (<0,005 mm, lumpur (0,005 0,0625 mm), pasir (0,0625 2,00 mm) W c,w m,w s = Konstanta berat volume kering untuk lempung, lumpur, pasir yang nilainya tergantung dari bentuk waduk, yang nilainya seperti pada Tabel 2.4. Tabel 2.4. Koefisisen untuk Penentuan Berat Volume Kering Tipe Waduk W c W m W s Sumber Lara Pamberton (1965) dalam USBR(1973) Besarnya nilai WT pada Persamaan 2.2 di atas digunakan untuk mengkonversikan berat sedimen ke dalam sedimen setelah waktu T tahun. Sedangkan menurut Strand (1974) dalam USBR menyatakan bahwa dalam menentukan berat volume kering rata-rata dari semua sedimen yang mengendap dalam waduk selama waktu T tahun, menggunakan persamaan berikut : T WT = W1+ 6,9566 K2 ( LnT) 1.. (2.5) T 1 Keterangan : WT = Berat volume kering rata-rata setelah T tahun operasi waduk (Kg/m 3 ) W1 = Berat volume kering awal (Kg/m 3 ) K2 = Konstanta yang tergantung pada operasi waduk dan jenis material sedimen = Kc. Pc + Km. Pm + Ks. Ps 29

30 Tabel 2.5. berikut merupakan penentuan koefisien besarnya K2 untuk berbagai tipe waduk : Tabel 2.5. Koefisien K2 untuk berbagai Tipe Waduk Tipe Waduk Kc Km Ks ,4 0 Sumber: Strand (1973) dalam USBR (1973) 5,7 1,8 0 Strand juga menentukan berat volume kering awal dengan menggunakan rumus sebagai berikut : ( γc Pc + γm Pm + s PS) W1 = 16,01794 γ...(2.6) Keterangan : W1 = Berat volume kering awal (Kg/m 3 ) P c, P m, P s = Persentase lempung < 0,004 mm = Lumpur 0,004 0,0625 mm = Pasir 0,0625 2,00 mm γ c, γ m, γ s = Konstanta berat volume kering untuk lempung, lumpur, dan pasir Nilai γ c, γ m, γ s dapat ditentukan menggunakan Tabel 2.6. berikut : Tabel 2.6. Koefisien untuk penentuan berat volume kering Tipe Waduk γ c γ m γ s Sumber : Strand dalam USBR (1973)

31 3. Distribusi Sedimen Waduk Aliran air sungai yang membawa sedimen ke dalam waduk dengan kecepatan yang besar dari aliran itu akan berangsur-angsur berkurang. Sedimen tersebut terdiri dari partikel melayang (suspended load), yang berukuran besar dan muatan dasar (bed load) akan mengendap membentuk delta di bagian hulu waduk. Sedangkan untuk partikel yang berukuran kecil akan tetap melayang dan terangkut oleh aliran dan akan mengendap di bagian hilir. Partikel-partikel yang lebih kecil dapat tetap melayang dan sebagiannya mungkin akan melewati waduk bersama-sama dengan aliran yang melalui alur buangan, turbin, atau pelimpah. Distribusi endapan yang terjadi dengan suatu metode empirik yang dinamakan The Empirical Area Reduction method sebagai acuan untuk menghitung besarnya distribusi sedimen. Distribusi endapan sedimen dalam waduk dipengaruhi oleh : 1. Pengoperasian waduk 2. Tekstur atau ukuran partikel sedimen 3. Bentuk waduk 4. Volume sedimen Dari keempat faktor diatas yang paling utama adalah bentuk waduk karena penting untuk menentukan distribusi endapan sedimen dalam waduk. Bentuk waduk dapat diklasifikasikan pada Tabel 2.7., sebagai berikut: 31

32 Tabel 2.7. Klasifikasi Waduk berdasarkan nilai m Tipe Waduk Klasifikasi m Lake Flood plain foot hill Hill Normally empty Sumber : Borland dan Miller (1953) dalam USBR ( 1973) 3,5 4,5 2,5 3,5 1,5 2,5 1,0 1,5 Dengan menggunakan Persamaan 2.7. dasar emprical area reduction method adalah : S = y0 0 A dy + H y0 K a dy..... (2.7) Dimana : S = Volume sedimen total yang diendapkan didalam waduk 0 = Elevasi dasar (asli )waduk Y 0 A H K = Elevasi dasar waduk setelah T tahun = Luas waduk = Kedalaman total waduk (pada muka air normal) = Konstanta untuk mengkonversikan luas sedimen relatif (a) ke dalam luas sedimen sebenarnya A = Luas sedimen relatif Berdasarkan hasil integrasi Persamaan 2.7. tersebut dan data empiric menurut Kironoto (2000), maka diperoleh suatu persamaan sebagai berikut: 32

33 S Vh F =... (2.8) H Ah Dimana : F S Vh Ah = Fungsi tanpa dimensi = Volume sedimen total yang diendapkan di waduk = Volume waduk pada elevasi h = Luas waduk pada kedalaman h Untuk menentukan distribusi tampungan waduk, menurut Lara dan Borland- Miller mengusulkan bahwa grafik-grafik beberapa tipe waduk untuk perbandingan antara nilai luas sedimen relatif (a) dengan menggunakan kedalaman relatif waduk diukur dari dasar (p) bagi masing-masing tipe waduk. Berikut ini merupakan tabel persamaan untuk mencari nilai sedimen relatif (a), nilai (p) kedalaman, dan hubungan nilai (a) dengan nilai (p) yaitu : Tabel 2.8. Persamaan untuk mencai nilai a Tipe Waduk a menurut Lara a menurut Borland-Miller ,074 p 1,85 (1 p) 0,35 2,487p 0,57 (1 p) 0,41 16,967p 1,15 (1 p) 2,32 1,486p 0,25 (1 p) 1,34 3,417 p 1,50 (1 p) 0,20 2,324 p 0,50 (1 p) 0,40 15,882p 1,10 (1 p) 2,30 4,232 p 0,10 (1 p) 1,50 Sumber : Lara (1965) dalam USBR ( 1973), Borland dan Miller (1953) dalam USBR (1973) 33

34 Tabel 2.9. Nilai persamaaan antara nilai p dengan nilai a masing-masing tipe waduk (Lara,1973) p Tipe Waduk kedalaman ,1 0, , , , ,2 0, , , , ,3 0, , , , ,4 0, , , , ,5 1, , , , ,6 1, , , , ,7 1, , , , ,8 1, , , , ,9 1, , , , Sumber : Lara (1973) dalam USBR 1973 Tabel Nilai persamaaan antara nilai p dengan nilai a masing-masing tipe waduk (Borland-Miller,1973) p Tipe Waduk kedalaman ,1 0, , , , ,2 0, , , , ,3 0, , , , ,4 0, , , , ,5 0, , , , ,6 1, , , , ,7 1, , , , ,8 1, , , , ,9 0, , , , Sumber : Borland-Miller (1973) dalam USBR

35 Tabel 2.11 Nilai F masing-masing tipe waduk p Nilai F tipe Waduk ,01 996,7000 5, ,0300 0,2023 0,02 277,5000 3,7580 5,5440 0,2330 0,05 51,4900 2,2330 2,0570 0,2716 0,1 14,5300 1,4950 1,0130 0,2911 0,15 6,6710 1,1690 0,6821 0,2932 0,2 4,1450 0,9706 0,5180 0,2878 0,25 2,7660 0,8299 0,4178 0,2781 0,3 1,9800 0,7212 0,3486 0,2656 0,35 1,4850 0,6323 0,2968 0,2513 0,4 1,1490 0,5565 0,2555 0,2355 0,45 0,9076 0,4900 0,2212 0,2187 0,5 0,7267 0,4303 0,1917 0,2010 0,55 0,5860 0,3758 0,1657 0,1826 0,6 0,4732 0,3253 0,1422 0,1637 0,65 0,3805 0,2780 0,1207 0,1443 0,7 0,3026 0,2333 0,1008 0,1245 0,75 0,2359 0,1907 0,0820 0,1044 0,8 0,1777 0,1500 0,0643 0,0840 0,85 0,1262 0,1107 0,0473 0,0633 0,9 0,0801 0,0728 0,0310 0,0424 0,95 0,0383 0,0359 0,0153 0,0213 0,98 0,0149 0,0143 0,0061 0,0085 0,99 0,0074 0,0071 0,0030 0, Sumber : Borland-Miller (1973) dalam USBR

36 BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Konsep Dasar dan Metode Sedimentasi waduk tejadi akibat laju sedimen yang cepat akibat pengaruh kondisi tangkapan air di hulunya, selain itu dipengaruhi juga oleh tipe tanah, penutupan vegetasi, karakter hujan dan tata guna lahan, sehingga dalam perencanaan waduk diperlukan tinjauan usia fungsional dalam memperkirakan usia kedepannya. Penelitian dilakukan dengan metode pengumpulan data yaitu mencari data-data dan informasi mengenai waduk Mrica pada tahun 1988 dan Langkah-langkah penelitian ini lebih jelas adalah sebagai berikut ini Pengumpulan data Data yang dikumpulkan adalah data sekunder yang merupakan data dari hasil pengukuran langsung di lapangan dan pengujian di laboratorium. Jenis data yang digunakan dalam penelitian terlihat seperti pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Jenis data, peta dan sumbernya No Data/Gambar/Peta Sumber 1 Data Pengukuran Sedimen Tahun 1988 Proyek PLTA Mrica Indonesia Power dan Jurnal Bambang Agus Kironoto 2 Data Pengukuran Sedimen Tahun 2004 Proyek PLTA Mrica Indonesia Power Banjarnegara 3 Data Teknis Waduk Mrica Proyek PLTA Mrica Indonesia Power Banjarnegara 4 Data Persentase Bed Material Tim Laboratorium Universitas Jenderal Soedirman Purwokerto 5 Data Inflow Rata-rata PLTA Proyek PLTA Mrica Indonesia Power PB.Soedirman Banjarnegara 6 Gambar Perkembangan Laju Sedimen Proyek PLTA Mrica Indonesia Power Waduk PB. Soedirman Banjarnegara 7 Peta Daerah Tangkapan Air Waduk PB. Proyek PLTA Mrica Indonesia Power Soedirman Banjarnegara 8 Lay out Waduk PLTA PB. Soedirman Proyek PLTA Mrica Indonesia Power Banjarnegara 9 Data Flushing Waduk PB. Soedirman Proyek PLTA Mrica Indonesia Power Banjarnegara 36

37 3.3 Pengolahan data Data Sedimen Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data hasil pengukuran sedimen pada tahun 1988 dan 2004 berupa hubungan elevasi dengan volume waduk Mrica, data inflow sedimen rata-rata tahunan dan data bed load material, Pengolahan data sedimen pada tahun 1988 digunakan untuk menentukan tipe waduk yang diklasifikasikan menurut Borland dan Miller (1953) dalam USBR (1973) sebagai berikut : a. Data hubungan elevasi dengan volume waduk pada tahun 1988 diplotkan pada grafik logaritmik sehingga membentuk kemiringan (slope) suatu persamaan yang menunjukkan nilai sebagai parameter m tipe waduk pada Tabel 2.4. b. Data inflow sedimen rata-rata tahunan digunakan untuk menentukan besarnya laju sedimen meter kubik per tahun. Data inflow juga digunakan untuk perkiraan umur layanan waduk dengan metode dead storage dan the empirical area reduction. c. Data bed load material digunakan untuk menentukan berat volume kering (WT), data ini merupakan rata-rata persentase yang diambil dari lima titik pengujian pada waduk Mrica Perkiraan Umur Layanan Waduk Berdasarkan Kapasitas Tampungan Mati (Dead Storage) Perkiraan dengan menggunakan metode dead storage ini didasarkan pada penentuan tipe waduk kemudian berat volume keringnya dianalisis berdasarkan 37

38 formula Miller (1953) dalam USBR (1973) pada Persamaan 2.4., dan Strand (1974) pada Persamaan 2.5.setelah pengolahan data persentase bed load material. Perkiraan umur layanan waduk ini menggunakan berat volume kering yang terbesar berdasarkan analisis kedua formula tersebut, selanjutnya dengan laju sedimen dianggap tetap dan akumulasi pengurangan (sisa) kapasitas waduk dari awal tahun 1988 sampai memenuhi kapasitas tampungan mati (dead storage) dengan asumsi awal 10 juta m 3 dan juga sedimen inflow serta trap efficiency waduk Mrica dengan cara trial error, sehingga diperoleh umur layanan waduk Mrica Perhitungan Umur Layanan Waduk Berdasarkan Distribusi Sedimen Distribusi endapan sedimen ini menggunakan data elevasi, luas dan kapasitas waduk pada tahun 1988 dan 2004, selanjutnya berdasarkan penentuan tipe waduk (m) dengan variabel yang dicari yaitu kedalaman relatif (p), dan luas relatif (Ap) untuk menentukan elevasi nol baru. Penentuan elevasi dasar atau nol baru berdasarkan volume sedimen yang selama operasional (16 tahun). Langkah awal dengan memperhitungkan Fh dan tiap kedalaman relatifnya, selanjutnya diplotkan pada grafik hubungan antara Fh dengan kedalaman relatif sehingga berpotongan atau mendekati grafik tipe waduk 2 maka didapatkan kedalaman relatif nol baru. Langkah kedua kedalaman relatif itu digunakan untuk menentukan elevasi nol baru dari hasil interpolasi. Perkiraan umur layanan waduk dari elevasi nol baru ini dicari faktor K sebagai acuan sedimen yang terdistribusi harus sama dengan sedimen selama umur yang ditinjau. 38

39 Faktor K ini dicari dengan cara trial error sampai diperoleh hasil sedimen yang sama dan hasil distribusi sedimen selama umur yang ditentukan dan hasil tersebut ditabulasikan, apabila pada umur perkiraan tersebut kurang memenuhi atau melebihi sesuai dengan parameter level intakenya maka dilakukan trial error lagi. 39

40 3.4. Flow chart penelitian Langkah-langkah perhitungan lebih jelasnya dapat dilihat pada flow chart berikut ini. Start Data persentase material endapan sedimen 1. Data sedimen Inflow tahunan 2. Data kapasitas tampungan 3. Data tampungan mati Tipe waduk Penentuan tipe operasi waduk Jenis Operasi waduk Sedimen selalu terendam atau hampir terendam Umumnya darw down waduk sedang Waduk umunya kosong Sedimen dasar sungai Inflow Aliran tahunan (I) = koef.run off x Curah hujan ratarata x catchment area Berat volume kering Trap Efficiency Grafik Gunnar Brune (1953) Waktu untuk mengisi dead storage tiap 10 x 10 6 m 3 Volume Sedimen = Trap Efficiency Sedimen Inflow ( ) Perkiraan Usia waduk T Σ tahun (Wbt) Finish Gambar 3.1. Flow chart Perhitungan Dead Storage Sedimen 40

41 Start Data elevasi, luas dan kapasitas waduk Data vol. sedimen yang mengendap T tahun Klasifikasi tipe waduk (m) Tipe Waduk Nilai m 1 3,5 4,5 2 2,5 3,5 3 1,5 2,5 4 1,0 1,5 Hitungan nilai F(h) ( S Vh) F = H Δh ( ) Penetuan elevasi dasar waduk setelah T tahun dengan memplotkan pada grafik Ap = C p m ( 1 p) n Cara Borlan dan Miller Tipe Waduk C m n 1 3,417 1,5 0,2 2 2,324 0,5 0,4 3 15,882 1,1 2,3 4 4,232 0,1 2,5 Cara Lara Tipe Waduk C m n 1 5,047 1,85 0,36 2 2,487 0,57 0, ,987-1,15 2,32 4 1,486-0,25 1,34 Mengkonversi luas relatif ke dalam luas endapan sedimen sebenarnya dengan mengalikan faktor K K = Luas Waduk Asli pada Elevasi Dasar Baru Luas Relatif pada Elevasi tersebut Hitung volume relatif ( A1+ A2) K = ΔElevasi 2 Volume enadapan sedimen hasil prediksi = volume endapan sedimen sebenarnya (S1 = S) Tidak Ya Mencari Nilai K baru S1 K2 = K1 S2 Luas Waduk baru =Luas Waduk original Luas endapan Volume Waduk baru = Volume waduk original vol. endapan sedimen Finish Gambar 3.2. Flow Chart Perhitungan Prediksi Distribusi Endapan Sedimen 41

42 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Tipe Waduk Hubungan kedalaman dengan kapasitas waduk Mrica dapat ditunjukkan pada Gambar 4.1., dengan persamaan y = 2,65 x + 194,24 yang merupakan persamaan linier, sehingga nilai slope (m) sebesar 2,65. Berdasarkan Tabel 2.7. maka waduk dengan slope (m) 2,65 termasuk tipe 2 yaitu flood plain foot hill yang berarti waduk tersebut selalu terairi. Sedangkan menurut Lane-Kozler dalam USBR (1973) tipe waduk tersebut pengoperasiannya pada umumnya draw down normal, dan menurut Yang (1999) sedimen dalam waduk ini di dominasi oleh partikel lanau (silt) ,00 Kedalaman (m) y = 2,652x + 194,24 R 2 = 0, , Kapasitas dalam 10 5 (m 3 ) Gambar 4.1. Grafik hubungan kedalaman dengan kapasitas waduk 42

43 4.2. Berat Volume Kering (Bulk density) Besarnya berat volume kering sedimen dipengaruhi oleh persentase bed material yang terdiri dari : lempung (clay), lanau (silt), dan pasir (sand) yang mengendap di dalam waduk. Besarnya berat volume kering merupakan pengendapan sedimen yang mengendap, akibat terjadinya konsolidasi dan pemadatan sedimen. Penentuan berat volume kering dapat diketahui seiring waktu yang bertambah dari umur operasional waduk.. Hasil yang diperoleh berdasarkan analisis berat volume kering dengan menggunakan formula Miller dan Strand diperoleh pada Tabel 4.1. Tabel 4.1. Berat Volume Kering berdasarkan rumus Miller dan Strand Waktu,T Miller Strand (Tahun) WT (Kg/ m 3 ) WT (Kg/ m 3 ) ,85 932, ,29 974,175 Menurut tabel tersebut digunakan umur 16 tahun karena sebagai patokan lamanya operasional yang ditinjau sedangkan umur 60 tahun merupakan umur rencana dari Waduk Mrica. Berdasarkan hasil analisis tersebut digunakan berat volume kering menurut Strand (1973) yaitu ; 932,434 Kg/m 3 untuk waktu T = 16 tahun dan 974,175 Kg/m 3 untuk T = 60 tahun. Hal itu digunakan karena berat volume kering yang besar maka kecepatan pengendapan bed load akan semakin cepat, sehingga volume tampungan mati akan segera terisi sedimen yang pada akhirnya memperpendek umur layanan waduk. 43

44 4.3. Umur Layanan Waduk berdasarkan tampungan mati (Dead Storage) Volume Sedimen (Juta meter Kubik) dead storage y = x x R 2 = , Waktu, T (Tahun) Gambar 4.2. Hubungan volume sedimen terhadap umur layanan waduk Berdasarkan Gambar 4.2. volume sedimen yang terjadi pada setiap tahunnya semakin bertambah besar. Sesuai dengan grafik tersebut, diperoleh umur layanan waduk 10,43 tahun dengan volume sedimen m 3, sehingga sedimen menutup volume tampungan waduknya. Hal ini bertolak belakang pada umur layanan waduk yang telah melampaui umur operasional yang di tinjau tahun 2004 (16 tahun), hal ini disebabkan pada perhitungan awal tidak memperhitungkan flushing, sehingga laju sedimen yang mengendap di dalam waduk di anggap konstan yaitu 4,42 juta m 3 per tahunnya Umur Layanan Waduk berdasarkan Distribusi Sedimen Distribusi endapan di dasar waduk berdasarkan pengukuran langsung Volume sedimen selama 16 tahun yang diperoleh (70,799 juta m 3 ) digunakan pada the empirical area reduction method untuk menghitung besarnya 44

45 distribusi sedimen berdasarkan tipe atau bentuk waduk dan akumulasi laju sedimen pada tiap-tiap luasan tampungan dan besarnya kapasitas tampungan. Perkiraan umur yang digunakan adalah umur operasional selama 16 tahun dan 60 tahun, kemudian apabila pada umur tersebut masih layak maka dilanjutkan pada perkiraan umur yang ditentukan Elevasi Baru A. Umur layanan waduk saat 16 tahun Hasil analisa pada umur operasional selama 16 tahun diperoleh elevasi nol baru sekitar + 188,57 m, hal itu berarti bahwa pada saat umur 16 tahun ini kedalaman waduk Mrica bertambah sekitar + 28,57 m dari elevasi awal umur waduk tahun 1988 (sesuai dengan lampiran 15), dengan acuan volume sedimen selama 16 tahun adalah m 3, sedangkan untuk kedalaman relatif (p) baru diperoleh sebesar + 0,351 m (lampiran 9 dan 16). Hasil dari perhitungan tersebut kemudian divalidasikan (Lampiran 15) dengan hasil pengukuran tahun 2004, maka diperoleh sebesar 4,387 % terhadap perhitungan dengan menggunakan the area empirical area reduction method sehingga hal ini dapat dikatakan bahwa dengan metode ini dapat digunakan untuk memperkirakan umur layanan saat sedimen menutupi level intake berikut validasi antara perhitungan dari umur rencana (tahun 1988) sampai umur operasional (2004) pada Gambar 4.3., saat umur 16 tahun ini elevasi nol barunya (+ 188,57 m) masih di bawah level intake (+ 206,00 m), sehingga waduk ini masih bisa beroperasional kemudian dari umur 16 tahun ini dapat diperkirakan lagi pada saat umur berapa tahun sedimen menutupi volume tampungan matinya atau dikatakan 45

46 level intakenya tertutup yang menyebabkan fungsional dari operasi waduk mati total. Menurut Kironoto (2000), bahwa waduk dengan kapasitas sedang dalam memprediksikan distribusi sedimennya dapat menggunakan the empirical area reduction Elevasi (m) 200 Berdasarkan pengukuran pada Tahun 2004 Perhitungan pada Tahun Kapasitas waduk (juta meter kubik) Gambar 4.3. Grafik perbandingan antara distribusi sedimen hasil pengukuran dengan hasil perhitungan umur operasi 16 tahun Berdasarkan hasil dari perhitungan the empirical area reduction pada umur 16 tahun ini belum diperoleh volume sedimen yang menutup volume matinya karena elevasi nol baru akibat sedimen ini masih dibawah level intake, sehingga perlu di coba-coba lagi sampai dengan tahun ke-60 (umur rencana) untuk menentukan kelayakan waduk Mrica. B. Umur layanan waduk saat 60 tahun (umur rencana) Berdasarkan analisis dengan perkiraan umur operasional 60 tahun (umur rencana) diperoleh hasil perhitungan elevasi nol barunya + 220,00 m dan 46

47 kedalaman relatif barunya (p) yaitu + 0,80 m, hal itu menunjukkan pertambahan yang besar dari elevasi awal yaitu + 160,00 m pada waduk Mrica. Kenaikan elevasi nol baru tersebut, mengakibatkan pertambahan volume sedimen selama 60 tahun, yaitu sebesar 265,2 * 10 6 m 3 dengan perkiraan laju sedimen tetap yaitu 4,42 m 3 /tahun. Selanjutnya berdasarkan perkiraan distribusi sedimennya, diperoleh hasil perhitungan yaitu sebesar 77,58 * 10 6 m 3 pada elevasi maksimum + 235,00 m, angka negatif tersebut menunjukkan bahwa volume sedimen telah melampaui volume waduk maksimum pada level puncak, sehingga waduk pada umur ini sudah menjadi daratan akibat tertutup oleh sedimen yang melebihi kapasitasnya. Pada perkiraan umur rencana (60 tahun) terdapat perbedaan yang sangat besar antara elevasi nol baru dengan level intakenya, sehingga perlu dilakukan analisis ulang pada perkiraan umur 27 dan 41 tahun. C. Perkiraan umur layanan waduk saat 27 dan 41 tahun Menurut perhitungan pada perkiraan umur 27 tahun ini diperoleh kedalaman relatifnya yaitu + 0,481 m dan elevasi nol barunya + 198,03 m, elevasi nol baru ini menunjukkan pertambahan sekitar + 38,03 m dari elevasi awal waduk Mrica. Elevasi nol baru tersebut digunakan untuk memperkirakan distribusi sedimen yang terjadi pada tahun tersebut dengan mengacu langkah perhitungan pada lampiran 13 dan dengan perkiraan sedimen yang terjadi sebesar 119,34 * 10 6 m 3 (lampiran 17). Berdasarkan hasil analisis tersebut diperoleh volume sedimen pada waduk sebesar 68,272 * 10 6 m 3. Hal itu menunjukkan bahwa pada umur 27 47