SIMULASI SEDIMENTASI DAN ANALISIS UMUR WADUK STUDI KASUS WADUK SAGULING

Transkripsi

1 SIMULASI SEDIMENTASI DAN ANALISIS UMUR WADUK STUDI KASUS WADUK SAGULING TUGAS AKHIR Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Kelulusan Program Pendidikan Sarjana Strata 1 Disusun Oleh : Panggih Raharjo Pembimbing : Ir. Iwan Kridasantausa, Ph.D. PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR SIMULASI SEDIMENTASI DAN ANALISIS UMUR WADUK STUDI KASUS WADUK SAGULING Oleh Panggih Raharjo Disetujui: Dosen Pembimbing Tugas Akhir Ir. Iwan Kridasantausa, Ph.D NIP : Mengetahui: Koordinator Tugas Akhir Krlompok Keahlian Bidang Kepakaran TSA Ketua Program Studi Teknik Sipil Ir. Iwan Kridasantausa, Ph.D NIP : Dr.Ir. Herlien D. Setio NIP : Bandung, 31 Januari 2008

3 Abstrak KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena dengan rahmat serta karunia- Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini sebagai satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan Sarjana di Institut Teknologi Bandung. Judul Tugas Akhir ini adalah Simulasi Sedimentasi dan Analisis Umur Waduk Studi Kasus Waduk Saguling. Hasil simulasi sedimentasi ini nantinya diharapkan dapat memberikan masukan dalam pengelolaan dan pengoperasian Waduk Saguling sehingga dapat diambil tindakan-tindakan pencegahan agar jumlah sedimen yang masuk ke dalam Waduk Saguling dapat dihambat atau dikurangi. Tulisan ini dapat diselesaikan berkat bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Orang tua saya tercinta atas dukungan, doa, bimbingan dan cinta kasihnya 2. Bapak Ir. Iwan Kridasantausa, Ph.D selaku dosen pembimbing atas bimbingannya selama penulis mengerjakan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Ii Sutaryan, Dipl, HE. Selaku dosen penguji atas bimbingan, masukan dan keramahannya selama ini. 4. Bapak Ir. Rastihat, M.Sc. selaku dosen penguji atas bimbingan, masukan dan keramahannya selama ini 5. Ibu Dr. Herlien D. Setio selaku ketua Program Studi Teknik Sipil 6. Bapak Dr. Ir. Sri Legowo selaku dosen wali atas bimbingan dan keramahannya selama ini. 7. Staf pengajar Program Studi Teknik Sipil atas ilmu yang diberikan. 8. Staf Tata Usaha yang membantu penulis dalam permasalahan administrasi selama penulis kuliah di ITB, terutama Pak Agus gendut, Pak Mien, Bu Tiktik, Pak Agus kurus, Pak Ocin, Pak Lili. 9. Teman-teman TUISDEP 87 atas kesempatan kerja yang diberikan, terutama pada : Pak Yadi, Pak Gandi, Pak Habib, Cecep, Kang Roni, Mba Tya, Kang Jimmy, Pak Supri, Rini, Deden, Kang Dadan, Mas Vindo, Bu Yuyun, Teh Yunce, Mba Miranda, Pak Darsayan, Kang Ganjar, Kang Agus. 10. De Near yang selalu memberikan semangat dan memotivasi saya supaya cepat lulus. ii

4 Abstrak 11. Teman-teman sipil angkatan 2002 atas persahabatan, kekompakan dan kebersamaan selama saya kuliah di ITB terutama pada : Jarstone, Gugun, Wildan, Niki, Encos, Piere, Usman, Heru, Pasca, Rahmat, Dani, Cobex, Gin-gin, Cumai, Agroma, Haedar, Renggo, Revy, Ericson, Ilham, Eka, Susman, Andri, Tri, Aster, Aqri, Herland, Azis, Mola, Idea, Andi, Tewi, Maki, dll. 12. Teman-teman kost, Agus, Baeny, Feri, Roni atas kerjasama dan kebersamaannya selama ini. 13. Adik-adik saya tercinta atas bantuan, doa dan kasih sayang selama ini, juga untuk pihak-pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat dalam pengembangan ilmu pengetahuan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Bandung, Februari 2008 Penulis iii

5 Abstrak ABSTRAK SIMULASI SEDIMENTASI DAN ANALISIS UMUR WADUK STUDI KASUS WADUK SAGULING Oleh PANGGIH RAHARJO NIM : Waduk atau Reservoir ditinjau dari sudut tata air berperan sebagai cadangan air untuk keperluan irigasi, perikanan, sumber air baku, sumber pembangkit listrik tenaga air, serta penyuplai air tanah. Fenomena yang cukup merugikan dalam pengoperasian waduk adalah terjadinya sedimentasi di dasar waduk dari waktu ke waktu yang memenuhi seluruh tampungan waduk dan menyebabkan berkurangnya kapasitas tampungan waduk sehingga dikhawatirkan tidak akan memenuhi umur waduk yang direncanakan. Lokasi studi pada Waduk Saguling, dimana data yang digunakan adalah data curah hujan (11 stasiun), debit bulanan dan laju sedimen pada Waduk Saguling selama kurun waktu 15 tahun dari tahun 1988 sampai tahun Dalam penelitian ini data curah hujan merupakan input sedangkan data debit aliran dan laju sedimen merupakan target output. Analisis data meliputi analisis bangkitan debit, analisis konsentrasi sedimen, dan analisis laju sedimen. Analisis bangkitan debit untuk memperkirakan besarnya debit aliran untuk beberapa tahun mendatang menggunakan metoda Thomas Fiering, untuk analisi konsentrasi sedimen menggunakan metoda dan parameter USLE (Universal Soil Loss Equation) untuk mendapatkan besarnya konsentrasi sedimen yang terbawa aliran sungai Citarum, sedangkan dari analisis laju sedimen akan didapatkan perubahan elevasi dasar waduk dan saluran akibat adanya suspended load yang terbawa aliran sungai. Dari penelitian ini diperoleh adanya perubahan elevasi dasar sungai dan dasar waduk akibat adanya sedimen serta besarnya akumulasi sedimen yang tertampung/masuk ke dalam waduk Saguling untuk masa 25 tahun mendatang (pada rentang waktu tahun ) masih berada dibawah batas kapasitas sedimen maksimum yang dapat ditampung waduk saguling. Kata kunci : umur waduk, sedimentasi, debit aliran, laju sedimen, bangkitan debit, USLE (Universal Soil Loss Equation), perubahan elevasi dasar waduk, akumulasi sedimen. iv

6 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i KATA PENGANTAR... ii ABSTRAK... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR... x BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG MAKSUD DAN TUJUAN RUANG LINGKUP TUGAS AKHIR LOKASI STUDI SISTEMATIKA PEMBAHASAN BAB II KAJIAN LITERATUR DAERAH ALIRAN SUNGAI ANALISA SISTEM WADUK DAN KARAKTERISTIKNYA Klasifikasi penggunaan waduk Karakteristik waduk Penentuan kapasitas waduk Masukan air ke waduk Keluaran dari waduk PENGELOLAAN DAN PENGOPERASIAN SISTEM WADUK Kebutuhan air untuk Hidropower Pengendalian Banjir Evaporasi SIMULASI PENGOPERASIAN WADUK SEDIMENTASI WADUK Umum v

7 2.6.2 Sumber dan Beban Sedimen yang Masuk Angkutan Sedimen Dasar (Bed load Transport) Angkutan Sedimen Layang (Suspended Load Transport) Konsentrasi Sedimen HIDRAULIKA WADUK Persamaan momentum Persaman Energi Bernoulli Trap Efisiensi dan Agradasi METODA BEDA HINGGA (FINITE DIFFERENT METHOD) Umum Pendekatan Dengan Deret Taylor Grid Selisih Hingga Pendekatan Eksplisit dan Implisit PERKIRAAN LAJU EROSI Type Erosi Estimasi Laju Sedimentasi USLE (Universal Soil Loss Equation) BAB III STUDI KASUS SEKILAS SUNGAI CITARUM LETAK ADMINISTRATIF WADUK SAGULING Profil Umum Bendungan Spillway Intake Headrace Tunnel Surge Tank Penstock Power House Kurva Hubungan TMA, Luas Genangan, dan Volume DATA HIDROLOGI Data curah hujan vi

8 3.4.2 Data Inflow, Outflow dan TMA DATA SEDIMEN Inflow Sedimen Evaluasi Inflow Sedimen Input Data Inflow Saguling BAB IV METODOLOGI UMUM PENGUMPULAN DATA Data Hidrologi Data Sedimentasi PENGOLAHAN DATA Bangkitan Debit Analisis Konsentrasi Sedimen Analisis laju sedimen PROSEDUR PERHITUNGAN SEDIMEN BAB V ANALISA DAN PENGOLAHAN DATA UMUM ANALISA PEMODELAN INFLOW WADUK Penentuan Nilai Kemencengan Data Dengan Metode PPCC Transformasi Data Pembangkitan Debit dengan Metode Thomas dan Fiering Test Nilai Kemencengan Metode Thomas Fiering PERKIRAAN LAJU SEDIMEN Penentuan Curah Hujan Wilayah Penentuan Sedimentasi Menggunakan USLE ANALISA PERMODELAN LAJU SEDIMENTASI WADUK Persamaan dan Asumsi Skema Prosedur Perhitungan Hasil Perhitungan Laju Sedimen Yang Masuk Ke Dalam Waduk REKAPITULASI SEDIMEN YANG TERTAMPUNG DI WADUK vii

9 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN DAFTAR PUSTAKA... xiii viii

10 DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Penilaian Tekstur tanah Lapangan Tabel 2. 2 Penilaian Bahan Organik (Hammer, 1978) Tabel 2. 3 Struktur Tanah (Hammer, 1978) Tabel 2. 4 Permeabilitas tanah (Hammer, 1978) Tabel 2. 5 Harga C Dari Beberapa Jenis Vegetasi di Indonesia Tabel 2. 6 Harga Pada Beberapa Teknik Konservasi Tanah Tabel 3. 1 Data Inflow Debit Waduk Saguling Tabel 3. 2 Data Outflow Debit Waduk Saguling Tabel 3. 3 Data Tinggi Muka Air Waduk Saguling Tabel 3. 4 Data Sedimen Waduk Saguling Tabel 3. 5 Data Inflow Sedimen yang telah dikelompokkan berdasarkan inflow sedimen bulanan dan telah diurutkan Tabel 5. 1 Data Inflow bulanan Waduk Saguling Tabel 5. 2 Debit Taransformasi Bulanan Waduk Saguling Tabel 5. 3 Koefisien random yang telah dinormalisasi Tabel 5. 4 Bangkitan debit sebelum ditransformasi Tabel 5. 5 Data asli dan bangkitan debit hasil transformasi Tabel 5. 6 Bangkitan debit inflow yang telah dibedakan Tabel 5. 7 Data Historis Tahun Tabel 5. 8 Data Bangkitan Tahun Tabel 5. 9 Simpangan Data Bangkitan dengan Data Historis Tahun Tabel Parameter Analisa USLE Tabel Luas Catchmen Area untuk masing-masing stasiun pengamatan hujan 5-18 Tabel Hujan Wilayah rata-rata bulanan hasil dari Poligon Thiessen (mm) Tabel Hujan Wilayah rata-rata bulanan hasil dari Poligon Thiessen (cm) Tabel Perhitungan Erosivitas hujan bulanan Tabel Nilai laju sedimentasi dengan analisa USLE (ton/ha/bln) Tabel Nilai laju sedimentasi dengan analisa USLE (ton/hari) Tabel Nilai sedimen yang masuk ke waduk (MCM) Tabel Rekapitulasi sedimen dari tahun 1988 hingga tahun ix

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. 1 Peta Lokasi Studi Gambar 1. 2 Peta Sketsa Waduk Saguling Gambar 2. 1 Skema sistem Gambar 2. 2 Proses Perencanaan dengan Analisa Sistem Gambar 2. 3 Skema Mode Simulasi Gambar 2. 4 Skema Model Optimasi Gambar 2. 5 Diagram alir penentuan inflow (air yang masuk) ke waduk Gambar 2. 6 Diagram Bernoulli untuk Hydropower Gambar 2. 7 Pola Sedimentasi di Waduk Gambar 2. 8 ratio suspended dan total load Gambar 2. 9 Elemen kubus fluida untuk transpor sedimen Gambar Persamaan momentum pada saluran terbuka Gambar Fungsi f(x) Gambar Skema forward difference Gambar Skema backward difference Gambar Skema central difference Gambar Titik-titik diskrit grid Gambar Skema time marching Gambar 3. 1 Posisi Sungai Citarum terhadap Daerah Studi Gambar 3. 2 Sistem waduk kaskade Gambar 3. 3 Waduk Saguling Gambar 3. 4 PLTA Saguling Gambar 3. 5 Bendungan Utama Saguling Gambar 3. 6 Bangunan Spillway Waduk Saguling Gambar 3. 7 Bangunan Intake Waduk Saguling Gambar 3. 8 Headrace Tunnel Waduk Saguling Gambar 3. 9 Bangunan Surge Tank Waduk Saguling Gambar Penstock Waduk Saguling Gambar Bangunan Power House Waduk Saguling Gambar Kurva hubungan antara tinggi muka air (elevasi), luas genangan, serta volume Efektif untuk Waduk Saguling (diplot berdasarkan data-data dari Bagian Monitoring UBP Saguling) dengan acuan nilai volume efektif pada elevasi +623 m sama dengan ) (nol) Gambar Lokasi Stasiun Pengamatan Hujan Gambar Curah Hujan Stasiun Cicalengka Gambar Curah Hujan Stasiun Paseh Gambar Curah Hujan Stasiun Chicona Gambar Curah Hujan Stasiun Ciparay Gambar Curah Hujan Stasiun Ujung Berung Gambar Curah Hujan Stasiun Bandung Gambar Curah Hujan Stasiun Cililin Gambar Curah Hujan Stasiun Montoya Gambar Curah Hujan Stasiun Sukawarna Gambar Curah Hujan Stasiun Saguling Gambar Curah Hujan Stasiun Cisondari x

12 Gambar Debit Aliran Waduk Saguling Tahun Gambar Outflow Waduk Saguling Tahun Gambar Laju Sedimentasi Pada Waduk Saguling Tahun Gambar Grafik hubungan antara Inflow Sedimen dengan Inflow menggunakan Program Regress Gambar Grafik hubungan antara Inflow Sedimen dengan Inflow Gambar Kurva inflow bulanan Waduk Saguling Gambar 4. 1 Bagan alir proses studi Gambar 4. 2 Skema perhitungan sedimen yang masuk ke waduk Gambar 5. 1 Tes Normal koefisien random menggunakan mini tab Gambar 5. 2 Bangkitan debit bulan Januari Gambar 5. 3 Bangkitan debit bulan Februari Gambar 5. 4 Bangkitan debit bulan Maret Gambar 5. 5 Bangkitan debit bulan April Gambar 5. 6 Bangkitan debit bulan Mei Gambar 5. 7 Bangkitan debit bulan Juni Gambar 5. 8 Bangkitan debit bulan Juli Gambar 5. 9 Bangkitan debit bulan Agustus Gambar Bangkitan debit bulan September Gambar Bangkitan debit bulan Oktober Gambar Bangkitan debit bulan November Gambar Bangkitan debit bulan Desember Gambar Bangkitan debit saat tahun kering, tahun normal dan tahun basah Gambar Peta Posisi Stasiun Pengamatan Hujan Gambar Catchmen area masing-masing stasiun pengamatan hujan Gambar Grafik laju sedimen antara data pengamatan dengan analisa perhitungan Gambar Grafik hubungan laju sedimen (Qs) dengan debit aliran (Qw) Gambar Grafik hubungan laju sedimen (Qs) dengan debit aliran (Qw) Gambar Skema perhitungan sedimen yang masuk ke waduk Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan Januari Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan Februari Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan Maret Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan April Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan Mei Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan Juni Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan Juli Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan Agustus Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan September Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru xi

13 pada bulan Oktober Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan November Gambar Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru pada bulan Desember Gambar Volume sedimen pada saat tahun kering, tahun normal dan tahun basah Gambar Akumulasi sedimen pada saat tahun kering, normal dan basah Gambar Akumulasi sedimen dari tahun 1988 sampai tahun Gambar Sketsa Akumulasi Sedimen pada Tahun xii