BAB IV METODOLOGI DAN ANALISIS HIDROLOGI

BAB IV METODOLOGI DAN ANALISIS HIDROLOGI 4.1 Umum Secara umum proses pelaksanaan perencanaan proses pengolahan tailing PT. Freeport Indonesia dapat dilihat pada Gambar 4.1 Gambar 4.1 Bagan alir proses studi Proses perencanaan ini terdiri atas beberapa langkah, yaitu: studi pustaka, pengumpulan data, pengolahan data, desain, analisis, dan kesimpulan. Penjelasan mengenai tahap-tahap tersebut akan dijelaskan pada sub-bab selanjutnya. 4.2 Studi Pustaka Studi pustaka didapatkan dari beberapa sumber, yaitu: textbook, bahan kuliah, data laporan PT. Freeport Indonesia, dan berbagai sumber lainnya. Studi pustaka ditulis sebagai dasar teori pengerjaan setiap langkah dalam proses perencanaan ini, sehingga proses perencanaan ini dapat dikerjakan dengan baik dan memiliki landasan yang kuat. IV-1

4.3 Pengumpulan Data Untuk proses perencanaan, diperlukan data-data berupa: data geologi, klimatologi, data topografi, dan data produksi PT. Freeport Indonesia. Data klimatologi dan data topografi dipakai untuk perhitungan debit banjir, data geologi dipakai untuk mengetahui kondisi tanah sebagai tempat didirikannya bangunan, data produksi PT. Freeport Indonesia berguna untuk menghitung transportasi sedimen (menghitung TSS Total Suspended Solid), semua data tersebut berguna sebagai dasar desain bangunan yang direncanakan. 4.3.1 Data Klimatologi Data klimatologi yang diperlukan berupa data curah hujan maksimum setiap tahunnya dari beberapa stasiun hujan di wilayah ModADA, yaitu: - Data curah hujan maksimum tahunan stasiun Mill (Mile 74) 1996-2006. - Data curah hujan maksimum tahunan stasiun Tembagapura (Mile 68) 1996-2006. - Data curah hujan maksimum tahunan stasiun Mile 50 1996-2006. 1 2 3 Gambar 4.2 Lokasi Stasiun Hujan IV-2

4.3.2 Data Topografi Data topografi berupa Peta tanpa skala yang menunjukan wilayah studi, dan data-data topografi wilayah didirikannya bangunan yang cukup digunakan untuk design. 4.3.3 Data Geologi Data geologi yang dibutuhkan berupa data kondisi geoteknik untuk wilayah ModADA. Berupa laporan PT. Freeport Indonesia, peta geoteknik wilayah ModADA sebanyak 2 lembar, data hasil CPT daerah ModADA sebanyak 8 lembar, dan adata hasil boring log ModADA. 4.3.4 Data Produksi PT. Freeport Indonesia Terdapat pada laporan PT. Freeport Indonesia, dan pada laporan tersebut terdapat pula perhitungan transportasi sedimen, berupa TSS (Total Suspended Solid). 4.4 Pengolahan Data 4.4.1 Perhitungan Debit Banjir Perhitungan debit banjir diperoleh dari pengolahan data curah hujan maksimum tahunan. Perhitungan debit banjir ini dilakukan dengan berbagai metode antara lain metode Rasional dan metoda hidrograf Nakayasu. 4.5. Proses Desain 4.5.1 Perhitungan Hidraulika Masing-Masing Bangunan Perhitungan hidraulika dilakukan untuk mengetahui dimensi dari bangunan-bangunan yang direncanakan. 4.5.2 Desain Masing-Masing Bangunan Setelah dilakukan pengolahan data dilakukan maka dilakukan desain masing-masing bangunan. Desain dilakukan dengan berbagai pertimbangan seperti biaya, kondisi daerah studi, ketersediaan material dan lain sebagainya. IV-3

4.6 Analisis Analisis kekuatan masing-masing bangunan penting dilakukan supaya bangunan yang kita desain bisa menahan semua beban yang ada seperti gaya geser, gaya guling, gempa, gaya tekanan air, dan gaya tekanan tanah, sehingga bangunan tersebut aman terhadap guling, geser, dan daya dukung untuk bagian yang melimpaskan air (weir), dan stabil terhadap kemiringan lereng untuk bagian yang tidak melimpaskan air(wing leeve). 4.7 Analisis Curah Hujan Analisis curah hujan diperlukan untuk mendapatkan debit banjir rencana yang diperlukan untuk desain bendung. Data curah hujan yang dipakai adalah data curah hujan maksimum tahunan dari stasiun curah hujan yang terdapat di daerah studi. 4.7.1 Data Curah Hujan Data curah hujan didapat dari stasiun pengamatan curah hujan terdaekat dari daerah studi. Stasiun tersebut adalah: Stasiun Mill (Mile 74), Stasiun Tembagapura (Mile 68), dan Stasiun Mile 50. Berikut adalah curah hujan dari ketiga stasiun tersebut. Tabel 4.1 Data Curah Hujan Harian Maksimum Tahunan Stasiun Mill (Mile 74) Tahun 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Jumlah Data Hujan (mm/hari) S.Dev 82.5 58.5 117.5 70.0 131.0 89.4 76.4 625.3 89.3 26.0 Tabel 4.2 Data Curah Hujan Harian Maksimum Tahunan Stasiun Tembagapura (Mile 68) Tahun 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Data Hujan (mm) 28.4 90.4 128.4 90.4 69.2 65.4 74 Ratarata Tahun 2003 2004 2005 2006 Jumlah Ratarata S.Dev Data Hujan (mm) 93.4 72.4 76 63.2 851.3 77.4 24.6 IV-4

Tabel 4.3 Data Curah Hujan Harian Maksimum Tahunan Stasiun Mile 50 Tahun 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Data Hujan (mm) 262.4 169.9 230.1 253.0 148.8 213.9 211.8 Tahun 2003 2004 2005 2006 Jumlah Ratarata S.Dev Data Hujan (mm) 163.6 124.6 199.4 114.4 2091.9 190.2 49.7 4.8 Analisa Debit Banjir 4.8.1 Analisa Frekuensi Kala ulang (return period) didefinisikan sebagai waktu hipotetik di mana hujan atau debit dengan suatu besaran tertentu akan disamai atau dilampaui sekali dalam jangka waktu tersebut. Analisis frekuensi ini didasarkan pada sifat statistik data yang tersedia untuk memperoleh probabilitas besaran hujan (debit) di masa yang akan datang. 4.8.2 Pemilihan Distribusi Untuk memperkirakan besarnya debit banjir dengan kala ulang tertentu, terlebih dahulu data-data hujan didekatkan dengan suatu sebaran distribusi, agar dalam memperkiraan besarnya debit banjir tidak sampai jauh melenceng dari kenyataan banjir yang terjadi. Adapun rumus-rumus yang dipakai dalam penentuan distribusi tersebut antara lain : S 1 = C v = S X n Cs = Ck = 2 (X - X) n 1 = Standar Deviasi n ( Xi - X) i = 1 (n-1) (n-2) S n 2 n 3 3 ( Xi - X) i = 1 (n-1) (n-2) (n-3) S 4 4 = Koefisien Keragaman = Koefisien Kepencengan = Koefisien Kurtosis IV-5

Tabel syarat tiap-tiap sebaran dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 4.4 Syarat Pemilihan Distribusi No Sebaran Syarat Keterangan 1. 2. 3. Normal Normal Gumbel Type I Sumber : Harto, 1993 : 245 Cs 0 Cs / Cv 3 Cs 1,1396 Ck 5,4002 Jika analisis ekstrim tidak ada yang memenuhi syarat tersebut, maka digunakan sebaran Pearson Type III Tabel 4.5 Pemilihan metode distribusi curah hujan Stasiun Mill (Mile 74) No Tahun Ri P (Ri-R) (Ri-R) 2 (Ri-R) 3 (Ri-R) 4 1 2000 58.5 8.33-30.83 950.40-29299.50 903261.71 2 2001 82.5 16.67-6.83 46.63-318.41 2174.30 3 2002 117.5 25.00 28.17 793.63 22357.67 629847.61 4 2003 70 33.33-19.33 373.59-7221.03 139572.23 5 2004 131 41.67 41.67 1736.51 72362.77 3015459.89 6 2005 89.4 50.00 0.07 0.01 0.00 0.00 7 2006 76.4 58.33-12.93 167.15-2160.98 27938.44 Rata-rata 89.33 581.13 7960.07 674036.31 Standar Deviasi 26.04 Cs 0.74 Ck 4.19 Cv 0.29 Dari tabel diatas dapat diketahui: Cs = 0.74, tidak mendekati sarat distribusi sebaran Normal Cs/Cv = 2.53, tidak mendekati sarat distribusi sebaran Normal Cs = 0.74, Ck = 4.19, tidak mendekati sarat distribusi sebaran Gumbel Type I Jadi digunakan distribusi sebaran Pearson Type III Tabel 4.6 Pemilihan metode distribusi curah hujan Stasiun Tembagapura (Mile 68) No Tahun Ri P (R i -R) (R i -R) 2 (R i -R) 3 (R i -R) 4 1 1996 28.4 8.33-48.98 2399.22-117518.08 5756249.47 2 1997 90.4 16.67 13.02 169.47 2206.23 28721.12 3 1998 128.4 25.00 51.02 2602.85 132792.92 6774853.51 4 1999 90.4 33.33 13.02 169.47 2206.23 28721.12 IV-6

5 2000 69.2 41.67-8.18 66.94-547.71 4481.25 6 2001 65.4 50.00-11.98 143.56-1720.16 20610.61 7 2002 74 58.33-3.38 11.44-38.68 130.80 8 2003 93.4 66.67 16.02 256.58 4109.98 65834.40 9 2004 72.4 75.00-4.98 24.82-123.64 615.96 10 2005 76 83.33-1.38 1.91-2.64 3.65 11 2006 63.2 91.67-14.18 201.12-2852.30 40450.85 Rata-rata 77.38 549.76 1682.92 1156424.79 Standar Deviasi 24.59 Cs 0.15 Ck 5.85 Cv 0.32 Dari tabel diatas dapat diketahui: Cs = 0.15, tidak mendekati sarat distribusi sebaran Normal Cs/Cv = 0.48, tidak mendekati sarat distribusi sebaran Normal Cs = 0.15, Ck = 5.85, tidak mendekati sarat distribusi sebaran Gumbel Type I Jadi digunakan distribusi sebaran Pearson Type III Tabel 4.7 Pemilihan metode distribusi curah hujan Stasiun Mile 50 No Tahun Ri P (Ri-R) (Ri-R) 2 (Ri-R) 3 (Ri-R) 4 1 1996 262.4 8.33 72.23 5216.7 8 376793.71 27214782.3 6 2 1997 169.9 16.6 7-20.27 410.98-8331.76 168907.41 3 1998 230.1 25.0 0 39.93 1594.1 9 63651.54 2541432.53 4 1999 253 33.3 3 62.83 3947.2 7 247995.97 15580910.4 4 5 2000 148.8 41.6 7-41.37 1711.7 0-70817.80 2929925.66 6 2001 213.9 50.0 0 23.73 562.98 13358.06 316950.39 7 2002 211.8 58.3 3 21.63 467.74 10115.92 218779.70 8 2003 163.6 66.6 7-26.57 706.11-18763.26 498591.10 9 2004 124.6 75.0 0-65.57 4299.7 8-281948.47 18488130.0 8 10 2005 199.4 83.3 3 9.23 85.14 785.63 7249.26 11 2006 114.4 91.6 7-75.77 5741.5 1-435049.58 32964893.4 3 IV-7

190.1 Rata-rata 7 Standar Deviasi 49.74 Cs -0.10 Ck 2.77 Cv 0.26 2249.4 7-9291.82 9175504.76 Dari tabel diatas dapat diketahui: Cs = -0.10, tidak mendekati sarat distribusi sebaran Normal Cs/Cv = -0.388, tidak mendekati sarat distribusi sebaran Normal Cs = -0.10, Ck = 2.77, tidak mendekati sarat distribusi sebaran Gumbel Type I Jadi digunakan distribusi sebaran Pearson Type III Tabel 4.8 Probabilitas hujan maksimum -Pearson Type III untuk Stasiun Mill (Mile 74) No Tahun Xi P Xi ( Xi - X) 2 ( Xi - X) 3 1 2000 58.5 8.33 1.77 0.02843-0.0047945 2 2001 82.5 16.67 1.92 0.00037-0.0000072 3 2002 117.5 25.00 2.07 0.01803 0.0024201 4 2003 70 33.33 1.85 0.00822-0.0007457 5 2004 131 41.67 2.12 0.03294 0.0059783 6 2005 89.4 50.00 1.95 0.00024 0.0000038 7 2006 76.4 58.33 1.88 0.00278-0.0001462 Total 0.09101 0.0027086 Rata-rata 1.94 Sn = 0.12 Cs = 1.62 T Peluang(%) Cs Sn X G X RT (mm) 2 50 1.62 0.12 1.94 0.003 1.94 86.33 10 10 1.62 0.12 1.94 1.280 2.09 122.85 25 4 1.62 0.12 1.94 1.745 2.15 139.69 50 2 1.62 0.12 1.94 2.044 2.18 151.73 100 1 1.62 0.12 1.94 2.399 2.22 167.36 IV-8

Tabel 4.9 Probabilitas hujan maksimum -Pearson Type III untuk Stasiun Tembagapura (Mile 68) No Tahun Xi P Xi ( Xi - X) 2 ( Xi - X) 3 1 1996 28.4 8.33 1.45 0.16916-0.0695764 2 1997 90.4 16.67 1.96 0.00838 0.0007674 3 1998 128.4 25.00 2.11 0.05951 0.0145181 4 1999 90.4 33.33 1.96 0.00838 0.0007674 5 2000 69.2 41.67 1.84 0.00060-0.0000147 6 2001 65.4 50.00 1.82 0.00240-0.0001179 7 2002 74 58.33 1.87 0.00002 0.0000001 8 2003 93.4 66.67 1.97 0.01118 0.0011820 9 2004 72.4 75.00 1.86 0.00002-0.0000001 10 2005 76 83.33 1.88 0.00026 0.0000043 11 2006 63.2 91.67 1.80 0.00408-0.0002609 Total 0.26402-0.0527307 Rata-rata 1.86 Sn = 0.16 Cs = 0.68 T Peluang(%) Cs Sn X G X RT (mm) 2 50 0.68 0.16 1.86 0.003 1.87 73.30 10 10 0.68 0.16 1.86 1.280 2.07 117.33 25 4 0.68 0.16 1.86 1.745 2.14 139.26 50 2 0.68 0.16 1.86 2.044 2.19 155.47 100 1 0.68 0.16 1.86 2.399 2.25 177.20 Tabel 4.10 Probabilitas hujan maksimum -Pearson Type III untuk Stasiun Mile 50 No Tahun Xi P Xi ( Xi - X) 2 ( Xi - X) 3 1 1996 262.4 8.33 2.42 0.024 0.00368 2 1997 169.9 16.67 2.23 0.001-0.00004 3 1998 230.1 25.00 2.36 0.009 0.00092 4 1999 253 33.33 2.40 0.019 0.00266 5 2000 148.8 41.67 2.17 0.008-0.00078 6 2001 213.9 50.00 2.33 0.004 0.00028 7 2002 211.8 58.33 2.33 0.004 0.00023 8 2003 163.6 66.67 2.21 0.003-0.00013 9 2004 124.6 75.00 2.10 0.029-0.00483 10 2005 199.4 83.33 2.30 0.001 0.00004 IV-9

11 2006 114.4 91.67 2.06 0.042-0.00876 Total 0.145-0.00673 Rata-rata 2.26 Sn = 0.12 Cs = 0.92 T Peluang(%) Cs Sn X G X RT (mm) 2 50 0.92 0.12 2.26 0.003 2.26 184.05 10 10 0.92 0.12 2.26 1.280 2.42 261.93 25 4 0.92 0.12 2.26 1.745 2.47 297.84 50 2 0.92 0.12 2.26 2.044 2.51 323.49 100 1 0.92 0.12 2.26 2.399 2.55 356.83 4.8.3 Perhitungan Debit Banjir Perhitungan debit banjir diperlukan untuk simulasi perilaku hidrolik untuk mengetahui tinggi muka air maksimum sungai atau saluran. Terdapat beberapa metoda yang dapat dipakai untuk mengetahui debit banjir yaitu metode rasional dan metode hidrograf. 4.8.3.1 Metode Rasional Penghitungan debit banjir rencana dilakukan dengan metoda rasional yaitu dengan menggunakan rumus: Q t = C I A dimana: Q t = Debit banjir rencana untuk periode ulang T tahun C = Koefisien run off. Pada kasus ini C yang digunakan adalah 0,875 I = Intensitas hujan A = Luas daerah tangkapan hujan. Pada lokasi studi luas daerah tangkapan hujan adalah luas daerah ModADA yaitu sekitar 766.000.000 m 2 Dengan menggunakan intensitas curah hujan yang diperoleh dari penghitungan dengan Metode Gumbel sebelumnya berikut adalah hasil penghitungan debit banjir rencana untuk masing-masing stasiun: Tabel 4.11 Debit banjir rencana stasiun Mill T RT (mm) Q(m 3 ) IV-10

2 86.33 669.671 10 122.85 953.019 25 139.69 1083.68 50 151.73 1177.01 100 167.36 1298.32 Tabel 4.12 Debit banjir rencana stasiun Tembagapura T RT (mm) Q(m 3 ) 2 73.30 568.6131 10 117.33 910.2001 25 139.26 1080.281 50 155.47 1206.082 100 177.20 1374.602 Tabel 4.13 Debit banjir rencana stasiun Mile 50 T RT (mm) Q(m 3 ) 2 184.05 1427.788 10 261.93 2031.906 25 297.84 2310.488 50 323.49 2509.48 100 356.83 2768.112 Dalam kajian sebelumnya yang dilakukan oleh Golder Associated 2004*, diperoleh hasil penghitungan sebagai berikut : Tabel 4.14 Parameter Hidraulik untuk Sungai Ajkwa dan Otomona Parameter Ajkwa River Otomona River Combined Rivers m 3 /detik m 3 /detik m 3 /detik Long-term average flow 41 142 183 IV-11

100-year flood 1745 2015 3100 PMF 2700 4200 4800 *) Sumber CONCEPTUAL DESIGN OF THE ModDA LEVEE SYSTEM WITH THE AJKWA RIVER RE-ROUTED, Golder Associated, Juli 2004, hal. 9 Dari analisis hidrologi di atas dapat diketahui bahwa hasil penghitungan yang paling mendekati nilai debit banjir rencana dari hasil penghitungan Golder & Associates dengan periode ulang 100 tahun adalah debit banjir rencana dari data curah hujan stasiun Mile 50, yaitu 2768 m 3 /detik. Dengan mengasumsikan bahwa hujan yang terjadi di dalam daerah tangkapan adalah seragam, maka untuk penghitungan selanjutnya, nilai debit banjir rencana yang digunakan adalah 2768 m 3 /detik. 4.8.3.2 Metode Hidrograf Nakayashu Tabel 4.15 Parameter Unit Hidrograf No Parameter Unit Hidrograf 1 Panjang sungai/saluran (L) L = 90 km 2 Luas DAS A DAS = 766 km 2 3 Koef. Pengaliran DAS Cw DAS = 0.875 4 Time tag (Tg) Tg = 5.620 jam Syarat : L >15 km; Tg = 0,4 +0,058L L < 15 km; Tg = 0,21L 0,7 5 Satuan waktu hujan (tr) Tr = 2.810 Jam Syarat : tr = 0,5 tg s.d 1,0 tg 6 Peak time (Tp) Tp = tg + 0,8.tr = 7.87 Jam 7 Parameter hidrograf Parameter alfa (α) = 1.5 T 0,3 = 8.43 0,5T 0,3 = 4.22 Jam IV-12

1,5T 0,3 = 12.65 Jam 2,0T 0,3 = 16.86 Jam 8 Curah hujan spesifik (R 0 ) R 0 = 1 mm 9 Debit puncak Qp = 17.25 m 3 /dt 10 Base flow Qb = 9.9 m 3 /dt Tabel 4. 16 persentase distribusi curah hujan maksimum 1 2 3 4 5 6 60% 20% 15% 5% 0% 0% Tabel berikut menunjukan hasil perhitungan hidrograf dan grafiknya berdasarkan data curah hujan stasiun Mile 50 Tabel 4.17 Perhitungan hidrograf Unit Hidrograf Tr Tr Tr Tr Tr Waktu Qt 2 5 10 25 100 (jam) (m 3 /dt) Thn Thn Thn Thn Thn 0 0.00 9.90 9.90 9.90 9.90 9.90 1 0.12 23.38 29.08 31.71 33.58 36.03 2 0.64 85.51 117.51 132.26 142.80 156.50 3 1.70 225.18 316.27 358.28 388.28 427.28 4 3.40 466.93 660.32 749.49 813.18 895.97 5 5.81 829.31 1176.04 1335.92 1450.12 1598.55 6 9.00 1326.54 1883.68 2140.57 2324.06 2562.56 7 13.02 1970.67 2800.36 3182.92 3456.18 3811.37 8 16.93 2660.90 3782.66 4299.90 4669.35 5149.57 9 14.68 2696.50 3833.32 4357.50 4731.92 5218.58 10 12.73 2542.82 3614.61 4108.81 4461.81 4920.64 11 11.03 2257.65 3208.77 3647.33 3960.59 4367.76 12 9.56 1958.49 2783.03 3163.22 3434.79 3787.77 IV-13

13 8.29 1699.16 2413.96 2743.55 2978.97 3284.97 14 7.19 1474.33 2094.00 2379.73 2583.82 2849.09 15 6.23 1279.43 1816.63 2064.33 2241.26 2471.23 16 5.40 1110.47 1576.17 1790.90 1944.28 2143.65 17 4.84 981.52 1392.65 1582.23 1717.64 1893.64 18 4.40 880.64 1249.10 1418.99 1540.34 1698.07 19 4.00 797.22 1130.37 1283.98 1393.70 1536.32 20 3.64 725.07 1027.69 1167.23 1266.90 1396.45 21 3.31 660.12 935.26 1062.12 1152.74 1270.52 22 3.01 601.06 851.21 966.56 1048.94 1156.03 23 2.73 547.37 774.80 879.67 954.58 1051.94 24 2.49 498.56 705.33 800.68 868.78 957.30 Berikut ini adalah besarnya debit puncak dari perhitungan Hidrograf Nakayasu, perhitungan lengkapnya dilampirkan pada lampiran. Gambar 4.1 Hidrograf banjir rencana Nakayasu Tabel 4.18 Debit puncak dari perhitungan hidrograf Nakayasu. Tr Curah Hujan Debit Banjir Thn mm m 3 /detik 2 46.01 681.55 IV-14

10 65.48 965.75 25 74.46 1096.80 50 80.87 1190.40 100 89.21 1312.07 Dengan demikian diketahui bahwa debit puncak stasiun Mile 50 untuk periode ulang 100 tahun dengan metoda hidrograf Nakayasu sebesar Q TR100 = 1312.07 m 3 /s. Untuk mencari Q PMF digunakan pendekatan: Q PMF = 1,5 sd 2 x Q p SehinGGa dari hasil Hidrograf Nakayashu (Q p = 1312.07 m 3 /detik) diperoleh: Q PMF = 2 x 1312.07 m 3 /detik = 2624.14 m 3 /detik (< Q TR100 = 2768 m 3 /detik). Maka digunakan Q = 2768 m 3 /detik, sebagai Q design. IV-15