LABYRINTH WEIR SEBAGAI MERCU PELIMPAH UNTUK ANTISIPASI DAMPAK PERUBAHAN IKLIM DALAM KEAMANAN DAN FUNGSI WADUK

Transkripsi

1 LABYRINTH WEIR SEBAGAI MERCU PELIMPAH UNTUK ANTISIPASI DAMPAK PERUBAHAN IKLIM DALAM KEAMANAN DAN FUNGSI WADUK Mamok Suprapto Program Studi Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami N0. 36, Surakarta ABSTRAK Pergantian musim yang tidak jelas, intensitas hujan yang cukup tinggi, banjir dan kekeringan pada banyak daerah yang sebelumnya tidak pernah mengalami bencana tersebut, adalah fenomena alam yang ditengarai sebagai akibat dari perubahan iklim. Salah satu dampak yang cukup merisaukan, khususnya bagi pengelola bendungan, adalah laju kenaikan aras (level) muka air waduk yang cukup cepat. Kenaikan ini dapat membahayakan keamanan bendungan. Konsep baru yang menyangkut infratrsuktur dan operasional bendungan perlu dipikirkan untuk mengantisipasi kejadian ini. Konsep peningkatan kapasitas alir pelimpah (spillway) tanpa mengurangi kapasitas tampung (storage capacity) waduk dikaji dalam penelitian ini. Pelimpah yang ada dianggap tipe Ogee. Peningkatan kapasitas alir pelimpah menggunakan labyrinth weir tanpa menurunkan aras (crest) Ogee. Mercu labyrinth weir dalam penelitian digunakan 3 (tiga) macam. Namun dalam kesempatan ini hanya ditampilkan labyrinth tipe Gergaji. Percobaan dilakukan di laboratorium dengan menggunakan open flume. Hasil percobaan menunjukkan bahwa pada ketebalan air di hulu spillway yang sama, labyrinth tipe Gergaji mampu memberikan aliran yang lebih besar dibanding aliran pada tipe Ogee. Peningkatan aliran Gergaji tipe- adalah % dan pada Gergaji tipe-2 adalah 70 %. Masing-masing Gergaji menghasilkan koefisien aliran (C d ) yang berbeda. Koefisien ini selanjutnya dapat digunakan dalam simulasi reservoir routing untuk mendapatkan gambaran mengenai fungsi pengendalian banjir bila digunakan pelimpah labyrinth. Kata kunci: keamanan waduk, labyrinth, perubahan iklim. PENDAHULUAN Air merupakan karunia Tuhan YME yang tak ternilai. Air merupakan sumber kehidupan dan sumber penghidupan, karena air merupakan zat yang sangat diperlukan bagi kehidupan di muka bumi ini. Namun, dalam beberapa dekade terkahir, keberadaan air di alam telah mengalami perubahan yang cukup nyata. Perubahan ini ditengarai sebagai dampak dari perubahan iklim (Trenberth dkk., 995; Susiltyowati, 2006;. Dune dkk., 2008); Perubahan iklim dipengaruhi oleh aktivitas manusia. Perubahan ini memperbesar keragaman iklim pada periode yang cukup panjang (Trenberth dkk., 995). Perubahan iklim sebagai implikasi dari pemanasan global telah mengakibatkan ketidakstabilan atmosfer di lapisan bawah, terutama dekat permukaan bumi (UNDP-Indonesia (2007). Pemanasan global mengakibatkan perubahan iklim dan kenaikan frekuensi maupun intensitas kejadian cuaca ekstrim. Hal ini memicu perubahan yang signifikan dalam sistem fisik dan biologis seperti, perubahan pola hujan. Beberapa hasil pengamatan dan kajian yang telah dilakukan di Australia menunjukkan bahwa perubahan iklim telah mengubah pola hujan dan mengakibatkan banjir (Deborah Abbs, 2004). Banjir dialami di beberapa daerah di Indonesia dan berakibat pada peningkatan aras (level) muka air waduk yang cukup mengkhawatirkan. Peristiwa jebolnya Situ Gintung adalah akibat adanya peningkatan volume waduk (Triwidodo, 2009). Pada bulan Maret tahun 200, telah terjadi peningkatan aras muka air waduk Jatiluhur yang cukup mengkhawatirkan. Dari batas titik normal waduk Jatiluhur +07 meter, aras muka air waduk Jatiluhur telah meningkat hingga mencapai +08, 37 meter (Ismoko Widjaya, 200). Keadaan ini mengkhawatirkan bagi banyak pihak atas resiko yang mungkin timbul. Waduk merupakan salah satu tampungan aliran air. Aliran air yang masuk ke waduk berbeda dan tidak menentu, sesuai dengan intensitas hujan. Jika intensitas hujan meningkat secara drastis, aras muka air waduk naik secara cepat. Kondisi ini membahayakan tubuh bendungan. Survei yang yang telah dilakukan oleh Korps Insinyur Angkatan Darat Amerika Serikat (USACE), yang mencakup lebih dari bendungan, menunjukkan bahwa sekitar 36% dari bendungan yang ada termasuk dalam katagori tidak aman karena berbagai alasan. Namun, sekitar 80% ketidakamanan tersebut dikarenakan spillway yang tidak memadai. Untuk meningkatkan kapasitas spillway seringkali dibangun spillway tambahan. Namun, upaya ini seringkali terkendala karena keadaan lapangan yang tidak mendukung atau karena spillway yang diperlukan untuk maksud tersebut terlalu tinggi. Dalam banyak kasus, modifikasi pada spillway yang ada merupakan alternatif yang SEMINAR NASIONAL- BMPTTSSI - KoNTekS 5 H-25

2 dimungkinkan. Alternatif ini dipilih karena dapat memanfaatkan spillway yang ada dan tidak mengurangi volume tampungan yang dibutuhkan (Hays dan Taylor, 970; Lux, F., 984; Marcelo dkk., 2009;, Tullis dkk.,, 995) Peningkatan aras muka air waduk yang mengkhawatirkan, menarik untuk dikaji agar peningkatan aras muka air waduk yang melampaui keadaan normal masih tetap aman bagi bendungan. Upaya peningkatan kapasitas spillway tanpa mengurangi volume tampungan merupakan alternatif yang dipilih dalam kajian ini. Peningkatan kapasitas spillway dicermati dalam pengamatan pada percobaan di Laboratorium Hidro, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret. Percobaan dilakukan dengan membandingkan kapasitas alir (crest) spillway tipe Ogee dan kapasitas alir spillway tipe Gergaji pada ketebalan air yang sama di hulu. Pengamatan dilakukan pada percobaan dengan menggunakan open flume dengan prototipe spillway. 2. MATERI DAN METODE Mercu Spillway Tipe Ogee Waduk pada umumnya dilengkapi dengan bangunan spillway, yang berfungsi sebagai bangunan pengaman agar tidak terjadi overtoping. Banyak spillway menggunakan tipe Ogee. Tampak atas dan ilustrasi 3D spillway tipe Ogee ditunjukan pada Gambar-. Mercu Spillway Tipe Gergaji Gambar-. Tampak Atas dan 3D Mercu Spillway Tipe Ogee Mercu spillway tipe Gergaji hakikatnya adalah tipe Ogee yang dimodifikasi pada bagian. Mercu spillway tipe Gergaji merupakan deret bentuk segitiga sama sisi. Dengan demikian, bagian puncak spillway untuk lintasan aliran lebih lebar dari spillway tipe Ogee. Modifikasi ini diharapkan mampu melimpahkan debit lebih besar dibanding dengan spillway tipe Ogee pada ketebalan air yang sama. Keunggulan dari modifikasi spillway tipe Gergaji ini antara lain: Meningkatkan kapasitas alir spillway. Ini membantu mencegah kenaikan abnormal aras muka air waduk. 2 Dapat mengalirkan debit besar dengan ketebalan air diatas yang lebih tipis. Hal ini dapat mengurangi laju peningkatan arasmuka air waduk. 3 Dengan aras modifikasi spillway dibuat sama dengan aras sebelumnya, maka volume tampungan air tidak berubah. Bila kapasitas spillway ditingkatkan kemungkinan fungsi pengendalian banjir berkurang. Akan tetapi, peningkatan kapasitas spillway bisa mengurangi laju kenaikan aras muka air, sehingga tubuh bendungan aman. Sketsa spillway Gergaji tipe ditunjukan pada Gambar -2 dan spillway Gergaji tipe 2 pada Gambar-3. H-26 SEMINAR NASIONAL- BMPTTSSI - KoNTekS 5

3 Gambar-2 Mercu Spillway Gergaji tipe Gambar-3 Mercu Spillway Gergaji tipe 2 Menurut Mercelo dkk. (2009), untuk memperkirakan debit yang mengalir melalui spillway dapat menggunakan persamaan klasik dari linear crest weir sebagai berikut:,5 Q C d.. L. h. g () dengan: Q = debit (cm 3 /dt), C d = koefisien debit, g = percepatan gravitasi ( 98 cm/dt 2 ), b = lebar (cm), dan h = ketebalan air di atas (cm) Alat Penelitian Untuk mendapatkan data aliran dilakukan percobaan di Laboratorium Hidro, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Sebelas Maret, Surakarta. Alat utama yang digunakan adalah open flume terbuat dari acrelic dengan ukuran 30 Cm x 30 Cm x 80 Cm. Sketsa rangkaian open flume beserta perlengkapannya ditampilkan dalam Gambar-4. Langkah Penelitian Gambar-4. Rangkaian Open Flume Langkah penelitian diilutrasikan dalam bagan alir seperti yang ditampilkan pada Gambar-5, diawali dengan pemasangan prototipe spillway tipe Ogee. Setelah pengamatan aliran untuk beragam ketebalan di atas spillway tipe Ogee dilakukan, maka spillway tipe Ogee diganti secara berturut turut dengan spillway Gergaji tipe- dan spillway Gergaji tipe-. SEMINAR NASIONAL- BMPTTSSI - KoNTekS 5 H-27

4 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar-5. Langkah Penelitian Hasil pengamatan aliran untuk semua tipe spillway untuk beragam ketebalan air di hulu selama penelitian disajikan dalam Tabel-. No. H di Hulu Mercu Tabel. Debit Pada Mercu Ogee, Mercu Gergaji Tipe Mercu Gergaji Tipe 2 Q hb Mercu Ogee Q hb Mercu Gergaji Tipe Peningkatan Tipe Q hb Mercu Gergaji Tipe 2 Peningkatan Tipe 2 (cm) (cm 3 /dt) (cm 3 /dt) (cm 3 /dt) (%) (cm 3 /dt) (cm 3 /dt) (%) Nilai numerik dalam Tabel- disajikan dalam bentuk grafik seperti yang ditunjukkan dalam Gambar-6 untuk hubungan ketebalan air dan debit, dan dalam Gambar-7 untuk hubungan ketebalan air dan nilai koefisien debit (C d ). H-28 SEMINAR NASIONAL- BMPTTSSI - KoNTekS 5

5 Cd 3 /dt) Debit(cm Keairan ogee ogee H (cm) 2 Gambar-6. Hubungan Ketebalan Air dengan Debit pada Semua Tipe Mercu ogee ogee H (cm) Gambar-7. Hubungan Ketebalan Air dengan Nilai C d pada Semua Tipe Mercu Pada Tabel dapat diketahui perbedaan debit pelimpas air Ogee dengan Gergaji tipe dan tipe 2. Debit minimum Ogee sebesar 7.03 cm 3 /dt terjadi ketika ketebalan air 0.75 cm dan debit maksimum sebesar cm 3 /dt terjadi ketika ketebalan air 2.5 cm. Pada ketebalan air 0.75 cm merupakan debit minimum karena dibawah ketebalan 0.75 cm tidak ada lagi debit yang terhitung oleh hydraulic bench. Debit maksimum terjadi ketika ketebalan air 2.5 cm dikarenakan pompa air hanya mampu menghasilkan debit maksimal pada ketebalan 2.5 cm. Debit minimum Gergaji tipe sebesar cm 3 /dt terjadi ketika ketebalan air cm, debit minimum Gergaji tipe 2 sebesar cm 3 /dt terjadi pada ketebalan air cm, debit maksimum Gergaji tipe sebesar cm 3 /dt terjadi pada ketebalan air 2.5 cm dan debit maksimum Gergaji tipe sebesar cm 3 /dt terjadi pada ketebalan air 2.5 cm. Debit air pada Gergaji tipe mengalami peningkatan minimum 4.7 % dan maksimum %. Sedangkan pada Gergaji tipe 2 debit air mengalami peningkatan minumum % dan maksimum 70.00%. Terdapat peningkatan yang cukup besar antara debit air yang mengalir pada Ogee dengan debit air yang mengalir pada SEMINAR NASIONAL- BMPTTSSI - KoNTekS 5 H-29

6 Gergaji tipe dan tipe 2. Hal ini disebabkan karena perbedaan lebar penampang aliran. Pada Ogee lebar penampang 8 cm dan pada Gergaji 36 cm. Perbedaan lebar penampang ini mempengaruhi debit air yang dialirkan. Debit air yang dialirkan Gergaji lebih besar dibanding dengan debit air yang dialirkan Ogee. Kenaikan kemampuan mengalirkan air bersifat relatif, karena pada ketebalan tertentu debit air yang dialirkan mencapai maksimum dan akan mengalami penurunan saat ketebalan tertentu. Hal ini perlu dikaji lebih lanjut untuk mengetahui model lain agar didapat peningkatan kapasitas spillway. 4. KESIMPULAN Berdasarkan analisis yang dilakukan dalam penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :. Variasi debit yang diperoleh pada ketebalan air 0.25 cm hingga 2.5 cm pada spillway tipe Ogee adalah 7, 02 cm 3 /dt hingga cm 3 /dt. 2. Nilai Cd yang dihasilkan tidak linear, dari 0.09 hingga Dari hasil pengamatan, didapat adanya peningkatan debit maksimum % pada Gergaji tipe dan % pada Gergaji tipe UCAPAN TERIMAKASIH Ucapan terimakasih disampaikan kepada Pengelola Laboratorium Hidro, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan kesempatan untuk penelitian ini. Ucapakan terimakasih juga disampaikan kepada Yuliana Sabilla Widya Iswara yang telah membantu penelitian ini sejak awal hingga selesai. DAFTAR PUSTAKA Deborah Abbs (20), The Effect of Climate Change on the Intensity of Extreme Rainfall Events, Dunne, dkk. (2008), The Impacts Of Climate Change On Hydrologyy In Ireland, University College, Diblin, Ireland. Hay, N. dan G. Taylor (970), Performance and design of labyrinth weirs, Journal of Hydraulic Engineering, New York. Ismoko Widjaya (200), Vivanews.com, 22 Maret 200 Lux, F. (984), Discharge characteristics of labyrinth weirs, Proceedings of conference on Water for Resource Development, Coeur d Alene, ID, Aug, American Society for Civil Engineers, New York. Marcelo, dkk. (2009), Hidrolic Capacity Improvement of Existing Spillway Design of Piano Key Weirs, Vingt Troisieme Congres, Switzerland. Sulistyowati (2006), Dampak Pola Iklim Terhadap Sumberdaya Air Di Indonesia, Suara Pembaruan, Jakarta. Trenberth, dkk. (995), The Effects of Climate Change, University Wincosin Madison, US. Triwidodo (2009), Refleksi Bencana di Situ Gintung Bencana di NKRI dan Bencana di dalam Diri, semangat Indonesia, Jakarta. Tullis, J.P., A. Nosratollah dan D. Waldron (995), Design of Labyrinth Spillways, Journal of Hydraulic Engineering, New York. UNDP-Indonesia (2007), Sisi Lain Perubahan Iklim, Jakarta. H-220 SEMINAR NASIONAL- BMPTTSSI - KoNTekS 5