PERENCANAAN CHECK DAM BATANG KURANJI SEGMEN TENGAH DIKOTA PADANG

Transkripsi

1 PERENCANAAN CHECK DAM BATANG KURANJI SEGMEN TENGAH DIKOTA PADANG Muhammad Syukrizal, Mawardi Samah, Lusi Utama Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Bung Hatta Padang muhammadsyukrizal@gmeil.com, mawardi_samah@yahoo.com, lusi_utamaindo115@yahoo.co.id ABSTRAK Akibat dilakukan galian C dibatang Kuranji yang menyebabkan tebing sungai menjadi rawan longsor, sehingga sedimen yang terbawa dan sedimen yang masuk pada aliran Sungai Batang Kuranji pada galodo yang terjadi tahun 2012 yang sebelumya perna terjadi pada tahun 2000, dengan jumlah sedimen yang dihasilkan galian C dan longsoran tebing, maka perlu upaya di bangun bangunan pengendali sedimen (check dam) untuk mengatasi permasalahan penurunan dasar Sungai (degradasi). Data curah hujan didapatkan dari peta topografi serta stasiun Gunung Nago, stasiun Batu Busuk dan stasiun Alai dari tahun 2004 sampai Dari analisa hidroligi didapat curah hujan rencana (R 20th ) 242,01m 3 /dtk dengan menggunakan metode Hasper dan metode Gumbel. Debit banjir rencana untuk periode ulang 20 tahun digunakan metode Melcior didapatkan (Q 20th ) 769,22 m 3 /dtk. Bangunan check dam direncanakan tipe pelimpah (head work) dengan tinggi check dam 4 m. Kemiringan tubuh dibagian hulu 10 : 8, tinggi sub dam 1 m, panjang apron 15 m, tebal lantai apron 1,6 m, dengan estimasi volume aliran sedimen yang dapat ditampung sebesar 2816,55 m³ / sekali banjir. Stabilitas konstruksi check dam diperhitungan terhadap guling dengan koefisien keamanan = 1,5 1,2, geser 1,7 1,2, sehingga kontruksi check dam stabil dan dasar sungai stabil terhadap degradasi. Kata kunci : curah hujan, debit, sedimen, check dam ABSTACT As a result of carried out excavation C dibatang Kuranji that causes river banks become prone to landslides, so the sediment and sediment entering the stream of Sungai Batang Kuranji on galodo that occurred in 2012 which previously breathing occurred in 2000, with the amount of sediment produced quarrying C and avalanches cliff, it is necessary to wake up the effort in building sediment control (check dams) to address the basic problems of a decrease in river (degradation). Rainfall data obtained from topographic maps as well as the station of Mount Nago, Batu Foul station and station Alai from 2004 to From the analysis obtained hidroligi rainfall plan (R20th) 242,01m3 / sec using Hasper and methods Gumbel. Flood discharge plan for a return period of 20 years used the method Melcior obtained (Q20th) m3 / sec. Building check dams planned type of spillway (head work) with a check dam height of 4 m. The slope of the upper section of the body 10: 8, sub dam 1 m high, 15 m long apron, apron floor 1.6 m thick, with an estimated volume of sediment flow that can be accommodated at m³ / once the flood. Stability check dam construction reckoned to bolster the security coefficient = , shear, so that the construction of check dams and riverbeds stable stable against degradation. Keywords: rainfall, discharge, sediment, check dam.

2 PENDAHULUAN Propinsi Sumatera Barat merupakan daerah dengan hujan yang cukup tinggi, kondisi topografi yang bergunung-gunung. Di beberapa tempat, kondisi geologi regionalnya banyak mempunyai daerah patahan. Kondisi tersebut berdampak pada dinamika topografi sungai-sungai yang berada di provinsi ini dan mempunyai potensi daya rusak air yang cukup tinggi. Sungai-sungai dengan kondisi alam seperti tersebut rawan terhadap bencana alam, antara lain: longsoran tebing sungai, banjir bandang (Galodo), dan fenomena lain juga mengakibatkan terjadinya longsoran, pendangkalan, dan penumpukan sedimen, di sebabkan aktivitas penambangan galian C di sungai Batang Kuranji yang terus berlansung mengakibatkan tingginya laju penurunan dasar sungai dan memicu kerusakan bangunan sungai serta tebing sungai yang alami dan landai mengakibatkan tinginya terjadi longsoran tanah. Proses ini mengakibatkan terjadinya sedimentasi pada ruas sungai tertentu, ditambah lagi kondisi sungai yang berkelok-kelok dan memiliki penyempitan penampang sungai yang mengurangi kapasitas alir. Pengurangan kapasitas ini berdampak negatif berupa ancaman banjir pada saat terjadi aliran besar pada sungai tersebut di musim penghujan berikutnya. Perubahan iklim di kota Padang maupun oleh campur tangan manusia yang ada di masing-masing daerah aliran sungai (DAS). Secara umum, kejadian banjir terjadi karena menurunnya daya dukung lingkungan, perubahan bentang alam akibat kegiatan manusia, adanya dinamika topografi sungai-sungai. Salah satu kejadian banjir yang terjadi adalah banjir bandang yang melanda Kota Padang pada tanggal 24 Juli 2012 dan September 2012, khususnya yang terjadi di sungai-sungai besar yang melintasi kota tersebut antara lain yaitu Batang Kuranji, Batang Arau, Batang Air Dingin, dan anak-anak sungainya. Khusus Batang Kuranji berdasar data yang ada banjir bandang pernah terjadi 12 tahun sekali yaitu pada Tahun 1984, Tahun 2000, dan Tahun Untuk mengatasi hal tersebut, maka direncanakan pembuatan bangunan pengendali sedmen (Check Dam) agar pendang kalan akibat dari penumpukan sedimen yang terjadi dihulu sungai dapat di batang kurangi dan Meminimalkan dampak Galodo dan galian C di Batang Kuranji METODELOGI Untuk mengetahui kondisi check dam Batang Kuranji sekmen tengah serta aspek-

3 aspek yang mempengaruhi dalam perencanaan, baik ditinjau dari segi teknis maupun non teknis, maka perlu dilakukan peninjauan (survey), sehingga memudahkan dalam menyimpulkan kondisi dilapangan serta mengambil langkah-langkah yang tepat dalam perencanaan dan mendapatkan datadata pendukung untuk perencanaan bangunan penahan sedimen check dam Batang Kuranji sekmen tengah. Penulisan melakukan studi literature dan pengumpilan data. Kegiatan yang akan dilakukan secara garis besar dibedakan atas: a. Studi Literatur Yaitu pengumpulan referensi dan panduan-panduan kerja untuk mendapatkan teori-teori yang akan digunakan dalam penulisan ini. b. Pengumpulan Data data yang dibutuhkan adalah peta DAS, data curah hujan 10 tahun (tahun 2004 sampai tahun 2013) yang berasal dari 3 stasiun yaitu Stasiun Batu Busuk, Stasiun Gunung Nago dan Stasiun Alai. c. Analsa dan perhitungan 1) Curah hujan maksimum Pada analisa ini, data curah hujan yang akan digunakan adalah data curah hujan rara-rata maksimun yang diperoleh dengan menghitung data curah hujan 10 tahun dari 1 stasiun dengan menggunakan motede Aljabar. 2) Curah hujan rencana Untuk menghitung curah hujan rencana penulis menggunakan 2 metode yaitu :metode Hasper dan metode Gumbel. 3) Analisa debit banjir rencana Untuk perhitungan debit banjirrencana dilakukan dengan metode Hasper, metode Melchior, dan Metode Rasional. Data untuk metode tersebut di ambil dari nilai curah hujan rencana. 4) Analisa dan perhitungan pada bangunan check dam dimana pada tahap ini diuraikan tentang perencanaan bangunan pengendali sedimen pada sungai Batang Kuranji segmen tengah di Kota Padang. ANALISA DAN PEMBAHASAN 1. Analisa Hidrologi a. Peta Topografi PetaTopografi adalah peta meliputi seluruhdaerah aliran sungai dengan skala 1:

4 2. Perhitungan Curah Hujan Ratarata Metode Aljabar Untuk perhitungan curah hujan rata- 3. Perhitungan Curah Hujan Didalam perhitungan data curah hujan rencana dengan metoda ulang, metoda yang digunakan adalah : rata menggunakan metode aljabar, Perhitungan dengan Metode Hasper pengambilan metode ini berdasarkan faktor luas DAS yang < 500 km 2. Metode ini cocok untuk kawasan topografi rata atau datar dan alat penakar tersebar hampir Contoh perhitungan : R 2 = 82, ,292. (-0,22) = 63,51mm Table 2.Perhitungan Curah Hujan Metode Hasper merata. Perhitungan : Untuk Tahun R 3 = 143 mm Tabel 1. Perhitungan curah hujan maksimum rata-rata (Sumber :Hasil Perhitungan) Perhitungan dengan Metode Gumbel Contoh perhitungan : R 2 =82,06+ x 58,82= 73,36 mm Tabel 3.Curah Hujan Metode Gumbe (Sumber :Hasil Perhitungan) (Sumber : Hasil Perhitungan)

5 Tabel 4. Resume Curah Hujan debit rencana (design flood) diambil harga Q20 hasil perhitungan : (Q 20 ) = 769,22m 3 /dt 5. Analisa Sedimen a. Menghitung Besar Konsentrasi Sedimen (Cc) (Sumber :Hasil Perhitungan) 4. Perhitungan Debit Banjir Rencana perhitungan debit banjir dilakukan dengan 3 metode. w tan Cc ( s w)(tanø tan ) Dimana: s = Densitas Sedimen = 1,98 t/m 3 a. Metode Hasper b. Metode Melchior c. Metode Rasional Table 5. Resume Debit Banji w Ø θ = Densitas air = 1 t/m 3 = Sudut geser dalam tanah = 30 0 = kemiringan sungai = 0,00029 w tan Cc ( s w)(tanø tan ) 1x tan 0,00029 Cc (1,98 1)(tan30 0,00029) Cc 0,00028 b. Estimasi Volume Aliran Sedimen Dari ketiga metode tersebut diambil Q 20 yang mendekati Q 20 rata-rata yaitu hasil Vs 3 R20. A.10 Cc xfr (1 n) x(1 Cc) perhitungan Metode Melchior. Jadi besarnya Dengan:

6 Vs = Volume sedimen sekali banjir (m 3 ) A= Cathment Area Potensi sedimen yang ditinjau R 20 = Curah hujan Maksimum pada periode ulang 20 tahun = 769,22mm n= Porositas = 0,4 Cc= Konsentrasi sedimen/debris = 0,00028 Fr= Koefisien run off = 0,6 Maka: 3 769,22 x202,7x10 x0, Vs x0,6 (1 0,4) x(1 0,000028) Vs 2816,55 m 3 /sekali banjir c. Perhitungan Kapasitas Check dam Tinggi check dam dari dasar sungai direncanakan setinggi 4 m dari dasar sungai dengan lebar rata-rata sungai adalah 50 m. Gambar 1. Perbandingan Death Storage(A1) dengan Control Storage (A2) Sumber : Analisa Data tan = 0,00029 n = 1/tan n =1/tan =3446,04 m L= 2.n.H L= 2 x 3446,04x 4 = 27648,34 m L = 4.n.H L = 4 x 3446,04 x 4 = 55296,68m A 1 (death storage) = ½ x 4 x 55296,68m = 55296,7 m 2 A 2 (Control storage) = = =55296,7 m 2 Luas tampungan total : Vtampung = (A 1+ A 2 )x B Vtampung = (110593, ,7) x 50m = ,4 m 3 ANALISA PERENCANAAN CHECK DAM Adapun gaya-gaya yang bekerja pada tubuh Check dam yang perlu diperhitungkan adalah : 1. Berat sendiri Check dam (self weight of weir) 2. Tekanan air hidrostatis 3. Gaya gempa (seismic force)

7 4. Tekanan lumpur dan sedimen (sedimen pressure) Untuk desain Check Dam Batang Kuranji Segmen Tengah ini di buat tinggi rencana Check dam H= 10 m Asumsi-Asumsi Perencanaan Check dam Batang Lampasi : Tinggi Rencana (H) = 4 m Tinggi Pondasi = 2 m Hujan Rencana = 143 mm Debit Rencana (Q 20 ) = 769,22m 3 /dt Debit Rata-rata (Q20) = 242,01m 3 /dt Luas CA = 202,7 km 2 Kemiringan Sungai = Faktor Keamanan Guling = 1,2 Faktor Keamanan Geser = 1,2 Faktor Keamanan Eksentrisitas= 1,7 Berat Jenis Batu Kali (γ) = 2,20 T/m 3 Berat Jenis Sedimen (γ s ) = 2,65 T/m 3 Berat Jenis Air (γ w ) = 1,00 T/m 3 Koefisien Gempa = 0.25 PERENCANAAN PELUAP Debit rencana harus ditentukan dengan mempertimbangkan konsentrasi sedimen. Rumus yang digunakan untuk menghitung Debit yang melewati peluap adalah. Qd = (1 + ). Qw Dengan : = Cc = Konsentrasi aliran sedimen = 0,00028 Qw= Debit puncak untuk periode 20 tahun = 769,22m 3 /dt Qd = (1 + 0,00028). 769,22 Qd = 769,4436 m 3 /dt Maka Debit yang melewati peluap dengan debit puncak 20 tahun adalah 769,4436 m 3 /dt. w m h3 1 B1 B2 Gambar 2. Penampang Peluap Persamaan Perencanaan Peluap: 1/3 Q= 2/15 x C x (2.g) x (3.B 1 + 2B 2 ) x h 3 Dengan : 1. Data : Q = Debit diatas pelimpah = 769,4436 m 3 /dt C = Koefisien debit = 0,6diasumsikan g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/dt 2 B1 = Lebar Pelimpah bagian bawah (m) B2 = Lebar Pelimpah bagian atas (m) W = Tinggij agaan (m) m = Kemiringan tepi Pelimpah = 0,5di rencanakan B = Lebar sungai = 50 m

8 H3= Tinggi air diatas pelimpah Tabel 6. Tinggi Ruang Bebas 2. Hitung lebar pelimpah bagian atas 3. Hitungtinggi air diataspelimpah ( Tabel 7. Lebar Mercu Sesuai dengan Material dan Hidrologisnya ) Maka : ( ) ).Ok Didapat dari Trial and Error H3 = 4,85004 ~ 4,8 (dibulatkan) Jadi Tinggi Air diatas Pelimpah = 4,8 m 4. Hitung lebar pelimpah bagian bawah m 5. Kontrol terhadap koefisien debit yang dipakai dengan menggunakan rumus Rehbock (sumber : Program Magister PSDA-ITB-PU, Pokok Bahasan HidraulikaTerapan) Dengan : H3 = Tinggi air diatas pelimpah = 4,8 m H = Tinggi mercu Main Dam dari tanah dasar sungai = 4 m

9 Maka : Jadi Koefisien Debit yang dipakai = 0,7 cocok dengan nilai koefisien debit yang ditentukan oleh Rumus Rehbock. Menghitung Kemiringan Main Dam Perencanaan Bangunan Pengendali Sedimen) dengan tinggi tubuh dam rencana 4 m. Untuk menghitung kemiringan main Dari kedua nilai akar-akar persamaan kuadrat diatas, nilai m 1 dapat diambil sebagai kemiringan main dam bagian hulu = 0,804~ 0,8 dam bagian hulu, digunakan rumus Dengan demikian maka diambil kemiringan Anonymous main dam bagian hulu = 0,8 [ ] Kemiringan Main Dam = Kemiringan Sub a. Hitung kemiringan Main Dam bagian hulu Dam Menghitung Lebar Dasar Main Dam [ a. ] Data : Q 20 = 769,4436m 3 /dt ( ) m n = 0,8 = 0,2 b = 2 m H = Tinggi main dam diatas Untuk mendapatkan akar-akar fondasi = 4 m persamaan kuadrat m, digunakan rumus : b. Hitung lebar Main Dam bagian bawah diatas tanah dasar (b 2 )

10 Merencanakan Kedalaman Fondasi Disarankan fondasi masuk kedalam batuan dasar 1 2 m pada tanah berpasir atau batu. Meskipun demikian masuknya fondasi dalam tanah dapat lebih dalam lagi terutama pada batuan dasar yang mengalami retak atau lapuk dimana batuan dasar tidak homogen (Japan International Cooperation Agency (JICA), Volcanic Sabo Technical Centre, Perencanaan Bangunan Pengendali Sedimen). Pada check dam Batang Kuranji direncanakan kedalaman fondasi = 2 m Merencanaan Sub Dam dan Lantai (Apron) Lantai (Apron) yang terletak antara main dam dan sub dam dibuat untuk menanggulangi bahaya gerusan pada dasar sungai asli. B 1 = Lebar pelimpah bagian bawah = 35,2 m β = Koefisien (4,5 ~ 5,0) B = Lebar sungai = 50 m a. Jarak Antara Main Dam dengan Sub Dam L = (1,5 ~ 2,0) x (H 1 + H 3 ) L = (1,5 ~ 2,0) x (4+ 4,8) L = 13,2 ~ 17,6 m (diambil 15 m) b. Tinggi Sub Dam H2 = (⅓ ~ ¼) x H1 H2 = (⅓ ~ ¼) x 4 H2 =1,33 ~ 1 (diambil 1 m) c. Hitung debit persatuan lebar pelimpah (q o ) Langkah-langkah perhitungan sebagai berikut : H = Tinggi Main Dam dari permukaan lantai (Apron) = 4 m H 3 = Tinggi air diatas mercu Main Dam = 4,8 m Q d = Debit diatas mercu Main Dam = 769,4436 m 3 /dt g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/dt 2 d. Hitung kecepatan aliran (V o ) e. Hitung panjang terjunan (L w )

11 * + * + ( ) j. Hitung panjang loncatan air (X), nilai β diambil = 4,5 f. Hitung kecepatan aliran diatas titik terjunan (V 1 ) ( ) k. Hitung debit persatuan lebar sungai (q 1 ) ( ) g. Hitung tinggi air pada titik jatuh terjunan (h 1 ) l. Hitung tinggi air diatas Sub Dam (Yc) h. Angka Froude pada aliran titik terjunan (Fr) 3,253 > 1.. Aliran super kritis i. Hitung tinggi loncatan air dari permukaan lantai s/d diatas mercu Sub Dam (h j ) ( ) Dikarenakan sedimen-sedimen berukuran besar telah tertahan pada hulu main dam makadiambil lebar mercu sub dam (b 3 ) = 1 m m. Tebal lantai olakan (t) ( ) n. Lebar dasar Sub Dam (b 4 )

12 ~ 2.52 m Tinjauan Gerusan Lokal di Hilir Sub Dam Langkah perhitungan : Menurut ketentuan Vendjik : 1. 2,00 < H/Y c < 15, maka T = 3 Y c +0,10H 2. 0,5 < H/Y c < 2, maka T = 0,4 Y c + 0,40H Maka dipakai Ketentuan Vendjik nomor 2 : a. Data B = Lebar Sungai = 50 m n = Koefisien kekasaran Manning untuk sungai curam = 0,05 Pemeriksaan Stabilitas Check dam Q d = I o m³/dt = Kemiringan rata-rata sungai sampai kelokasi Check dam = 0,00029 q 1 = Debit persatuan lebar sungai = 15,389 m 3 /dt/m Y c = Tinggi air diatas Sub Dam = 0,632 m b. Hitung tinggi air di Hilir Sub Dam ( ( Sehingga nilaih : 1m ) ) ~ 1,5 m ~ a. Stabilitas terhadap Guling 1. Keadaan Air Normal dengan pengaruh Gempa Langkah Perhitungan : a) Data ΣM V = Jumlah Momen Vertikal = 142,83t.m ΣM U = Jumlah Momen Uplift = 57,96t.m ΣM H = Jumlah Momen Horizontal = 50,34t.m ΣM G = Jumlah Momen Gempa SF = 19,02t.m = Safety Factor = 1,2 a) Hitung keamanan terhadap Guling

13 2. Keadaan Air Banjir dengan pengaruh Gempa 3. Data ΣM V = Jumlah Momen Vertikal = 227,70t.m ΣM U = Jumlah Momen Uplift = 57,96t.m ΣM H = Jumlah Momen Horizontal = 153,12t.m ΣM G = Jumlah Momen Gempa SF = 19,02t.m = Safety Factor = 1,2 4. Hitungke amanan terhadap Guling b. Stabilitas terhadap Geser 1. Keadaan Air Normal dengan pengaruh Gempa Langkah Perhitungan : a) Data ΣV = Jumlah Gaya Vertikal = 69,20t ΣH = Jumlah Gaya Horizontal = 44,26 t ΣU = Jumlah Gaya Uplift = 19,26 t ΣG = Jumlah Gaya Gempa = 13,54 t b) Hitung keamanan terhadap Geser 2. Keadaan Air Banjir dengan pengaruh Gempa 3. Data ΣV = Jumlah Gaya Vertikal = 99,84 t ΣH = Jumlah Gaya Horizontal = 56,42 t ΣU = Jumlah Gaya Uplift = 19,26 t ΣG = Jumlah Gaya Gempa = 13,54 t 4. HitungkeamananterhadapGeser c. Terhadap Eksentrisitas 1. Keadaan Air Normal dengan pengaruh Gempa

14 ( ) ( ) 2. Keadaan Air Banjir dengan pengaruh Gempa ( ) ( ) d. Terhadap Overstressing (Tegangan Tanah) 1. Keadaan Air Normal dengan pengaruh Gempa 2. Keadaan Air Banjir dengan pengaruh Gempa KESIMPULAN Berdasarkan pembahasan yang telah dilakukan, yaitu mulai dari tahap pengolahan data, sampai pada tahap perhitungan hidrolis check dam, maka dapat juga diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Kajian penempatan konstruksi check dam harus mempertim bangkan : - Ditempatkan paling dekat dengan daerah produksi sedimen terbesar, seperti pertemuan alur sungai dan tebing yang curam.

15 - Volume sedimen akan ditahan dan dikendalikan berrdasar kan volume tamping check dam. 2. Dalam perhitungan AnalisaHidrologi digunakan beberapa data penunjang antara lain : - Untukcurah hujan priode ulang dengan dua metode yaitu Hasper dan Gumbel didapatkan R20th = 242,01 mm/hari - Analisis debit banjir rencana menggunakan metode Hasper, Melchior, dan Metode Rasional.Dari ketiga metode tersebut diambil Q 20 yang mendekati Q 20 rata-rata yaitu hasil perhitungan Metode Melchior. Jadi besarnya debit rencana (design flood) diambil harga Q20 hasil perhitungan sebesar Q 20 = 769,22m 3 /dt 3. Stabilitas bangunan konstruksi check dam ditinjau terhadap gaya guling didapat, dan gaya geser didapat, Ke amanan terhadap Eksentrisitas dikontrol, dan tegangan tanah. Dari semua peninjauan stabilitas diatas, ternya takeseluruhan telah memenuhi syarat-syarat keamanan yang telah ditentukan. DAFTAR PUSTAKA Depertemen Permukiman dan Prasarana Wilayah, 2004, Pedoman Konstruksi dan Bangunan, Perencanaan Teknis Bendung Pengendali Dasar Sungai, Pd T A, Depertemen Permukiman dan Prasarana Wilayah, Jakarta Kamiana, I Made, Teknik Perhitungan Debit Perencanaan Bangunan Air/I Made Kamiana, Yogyakarta, 2011 Kementrian Pekerjaan Umum, 2012, Desain Bangunan Pengendali Sedimen, Depertemen Permukiman dan Prasarana Wilayah, Kementrian Pekerjaan Umum, Yogyakarta Kementrian Pekerjaan Umum, 2012, Implementasi Sabo, Depertemen Permukiman dan Prasarana Wilayah, Kementrian Pekerjaan Umum, Yogyakarta Lusi Utama, Ir. MT. Himpunan Kuliah Hidrologi Mawadi samah, Ir. dipl. He. Bahan kuliah irigasi dan bangunan air. Standar Perencanan Irigasi Kp -02

16 Suripin, Dr. Ir. M. Eng, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan Andi, Yogyakarta, 2004 Suroso, Panduan Praktis Perencanaan Detail Sabo Dam, Yogyakarta, 2008