Perencanaan Embung Bulung Kabupaten Bangkalan Dicky Rahmadiar Aulial Ardi, Mahendra Andiek Maulana, dan Bambang Winarta Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 6111 Indonesia e-mail: mahendra_andiek_m@yahoo.com Abstrak Desa Bulung yang terletak di Kecamatan Klampis Kabupaten Bangkalan merupakan salah satu daerah yang kebutuhan atas air bakunya masih belum terpenuhi. Curah hujan yang relatif rendah serta sifat alamnya yang kurang mendukung juga menyebabkan ketersediaan sumber air sangat terbatas khususnya pada saat musim kemarau. Dengan memanfaatkan kondisi topografi daerah cekungan pada dataran berbukit untuk menampung air saat hujan turun dan memanfaatkan air tersebut saat kemarau, embung merupakan salah satu alternatif solusi penyediaan air bagi penduduk setempat. Perhitungan yang telah dilakukan memperoleh hasil curah hujan rencana periode ulang 5 tahun sebesar 191.153 mm, debit rencana periode ulang 5 tahun sebesar 146.965 m 3 /detik, proyeksi jumlah penduduk pada tahun 236 sebanyak 2,4 jiwa, kebutuhan air total 122.4 m 3 /hari. Mercu bangunan pelimpah (spillway) menggunakan mercu Ogee Tipe I dengan elevasi mercu pada elevasi + 33. dan elevasi muka air banjir pada elevasi + 34.67. Tubuh bendungan menggunakan urugan tanah dengan kemiringan hulu dan hilir tubuh bendungan sebesar 1 : 2, elevasi puncak berada pada elevasi + 36., dasar bendungan berada pada elevasi + 21. dan tinggi jagaan pada tubuh bendungan sebesar 3. meter. Kata kunci embung, spillway, tubuh bendungan D I. PENDAHULUAN esa Bulung yang terletak di Kecamatan Klampis Kabupaten Bangkalan merupakan salah satu daerah yang kebutuhan atas air bakunya masih belum terpenuhi. Kondisi daerah ini pada saat musim kemarau mengalami kesulitan air. Sumur penduduk banyak yang kering begitu pula sungai dan sumber mata air yang ada, padahal mayoritas penduduk di desa ini menggunakan sumur atau pompa sebagai sumber air mereka. Curah hujan yang relatif rendah serta sifat alamnya yang kurang mendukung juga menyebabkan ketersediaan sumber air sangat terbatas khususnya pada saat musim kemarau. Dengan memanfaatkan kondisi topografi daerah cekungan pada dataran berbukit untuk menampung air saat hujan turun dan memanfaatkan air tersebut saat kemarau, embung merupakan salah satu alternatif solusi penyediaan air bagi penduduk setempat. Perhitungan-perhitungan dalam perencananaan Embung Bulung ini meliputi perhitungan curah hujan rencana menggunakan metode Log pearson tipe III, debit rencana menggunakan metode hidrograf Nakayasu, analisa kebutuhan air menggunakan metode linier geometri, analisa kapasitas tampungan menggunakan lengkung kapasitas dan kurva massa, penelusuran banjir menggunakan metode tahap demi tahap (step by step), analisa spillway dan kestabilannya, serta analisa tubuh bendungan dan kestabilannya. Perhitungan yang telah dilakukan memperoleh hasil curah hujan rencana periode ulang 5 tahun sebesar 191.153 mm, debit rencana periode ulang 5 tahun sebesar 146.965 m 3 /detik, proyeksi jumlah penduduk pada tahun 236 sebanyak 2,4 jiwa, kebutuhan air total 122.4 m 3 /hari. Mercu bangunan pelimpah (spillway) menggunakan mercu Ogee Tipe I dengan elevasi mercu pada elevasi + 33. dan elevasi muka air banjir pada elevasi + 34.67. Tubuh bendungan menggunakan urugan tanah dengan kemiringan hulu dan hilir tubuh bendungan sebesar 1 : 2, elevasi puncak berada pada elevasi + 36., dasar bendungan berada pada elevasi + 21. dan tinggi jagaan pada tubuh bendungan sebesar 3. meter. Tubuh bendungan dan spillway dinyatakan aman terhadap gaya-gaya yang terjadi setelah dikontrol dengan perhitungan stabilitas baik dalam kondisi banjir maupun normal. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Analisa Distribusi Frekuensi Metode Distribusi Log Pearson Tipe III Distribusi Log Normal merupakan hasil transformasi dari distribusi Pearson Tipe III. Perhitungan distribusi ini dilakukan dengan mengubah nilai variat X menjadi nilai logaritmik variat X. Persamaan dasar yang digunakan dalam perhitungan Distribusi Log Normal adalah: Log X = Log X + k.s Log X (1) Log X adalah nilai logaritmik variat X, Log X adalah ratarata nilai logaritmik X hasil pengamatan, S Log X adalah deviasi standar nilai logaritmik X hasil pengamatan, dan k adalah faktor sifat dari Distribusi Log Pearson Tipe III [4]. B. Curah Hujan Efektif Curah hujan efektif adalah besarnya hujan yang menjadi aliran langsung permukaan dan menuju ke sungai. Perhitungan hujan efektif menggunakan rumus berikut. R = C x Rt (2) eff Besaran C adalah koefisien pengaliran, dan Rt adalah curah hujan rencana. Besarnya koefisien ini disesuaikan dengan kondisi topografi lokasi embung rencana dan digunakan sebesar.75. [5] 1
C. Hidrograf Satuan Nakayasu Hidrograf satuan Nakayasu dirumuskan sebagai berikut. [2] A.R Q = p 3.6 (.3 x T xt p.3 (3) Q P menunjukkan debit puncak banjir, A adalah luas DAS, R adalah hujan satuan, T P adalah tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak banjir, dan T.3 adalah waktu yang diperlukan untuk penurunan debit dari debit puncak menjadi 3 % dari debit puncak. D. Lengkung Kapasitas Waduk Lengkung kapasitas waduk digunakan untuk menentukan volume total waduk berdasarkan data topografi. Setelah semua luas dan volume masing-masing diketahui, hasil perhitungan digambarkan pada sebuah grafik hubungan antara elevasi, luas dan volume. E. Kebutuhan Air Penduduk Kebutuhan air penduduk diasumsikan berdasarkan acuan yang telah ditetapkan Dirjen Cipta Karya Departemen Pekerjaan Umum. F. Evaporasi Evaporasi adalah peristiwa berubahnya air menjadi uap dan bergerak dari permukaan tanah dan permukaan air ke udara [2]. Rumus yang digunakan dalam perhitungan adalah rumus empiris Penman sebagai berikut. E =.35 (e e )(1 + V ) (4) a d 1 Ea adalah tekanan uap jenuh pada suhu rata-rata harian, ed adalah tekanan uap sebenarnya, dan V adalah kecepatan angin. G. Penelusuran Banjir (Reservoir Routing) Penelusuran banjir dilakukan untuk mengetahui tinggi muka air maksimum pada waduk, dengan mengetahui tinggi permukaan air waduk maksimal ini dapat dicari tinggi bendungan yang paling menguntungkan yang masih dalam keadaan aman terhadap banjir [1]. H. Analisa Hidrolika Bangunan Spillway Tipe bangunan pelimpah yang paling umum dipergunakan pada bendungan urugan yaitu bangunan pelimpah terbuka dengan ambang tetap [4]. Bangunan pelimpah tipe ini, biasanya terdiri dari empat bagian utama yaitu saluran pengarah, saluran pengatur aliran, saluran peluncur, dan peredam energi. I. Analisa Tubuh Bendungan Tinggi bendungan adalah perbedaan antara elevasi permukaan pondasi dan elevasi mercu bendungan [4], dapat dihitung dengan rumus berikut. Hd = H + H (5) b f dimana Hd adalah tinggi tubuh bendungan, Hb adalah tinggi tampungan banjir, dan Hf adalah tinggi jagaan. Lebar mercu bendungan dihitung dengan rumus berikut. B = 3.6 H 1/3 3. (6) B adalah lebar mercu bendungan, dan H tinggi bendungan. III. METODOLOGI Tugas akhir ini dilakukan untuk merencanakan Embung Bulung yang mampu memenuhi kebutuhan air penduduk dengan menampung air hujan pada musim penghujan dan dimanfaatkan pada saat musim kemarau. Urutan konsep penyelesaiannya adalah sebagai berikut: IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Analisa Data Curah Hujan Data curah hujan yang diperlukan untuk suatu perencanaan pemanfaatan air adalah curah hujan rata-rata di seluruh daerah yang bersangkutan [4]. Hasil analisa Thiessen Polygon menunjukkan hanya ada satu stasiun hujan yang berpengaruh terhadap Embung Bulung yaitu stasiun hujan Klampis. B. Analisa Distribusi Frekuensi Analisa distribusi frekuensi ini dimaksudkan untuk mendapatkan curah hujan rencana yang ditetapkan. Curah hujan periode ulang tertentu ditetapkan dengan menggunakan metode distribusi Log Pearson Type III dan diperoleh harga curah hujan periode ulang 5 tahun sebesar 254.871 mm. 2
Tabel 1. Hasil Perhitungan Curah Hujan Rencana dengan Metode E. Proyeksi Kebutuhan Air Penduduk Log Pearson Tipe III No Ulang Log X k S Log X Log X X (mm) 1 2 1.862 -.295.189 1.86 64.24 2 5 1.862.626.189 1.98 95.568 3 1 1.862 1.31.189 2.11 128.73 4 25 1.862 2.26.189 2.279 19.79 5 5 1.862 2.88.189 2.46 254.871 6 1 1.862 3.552.189 2.533 341.451 (Sumber : Perhitungan) C. Perhitungan Curah Hujan Efektif Kondisi DAS Embung Bulung merupakan daerah yang bergelombang, sebagian berupa hutan, persawahan dan daerah yang ditanami. Dari hasil peninjauan lokasi tersebut maka koefisien pengaliran DAS Embung Bulung ditentukan sebesar.75 [4] dan didapatkan besarnya curah hujan efektif sebesar 191.153 mm. Tabel 2. Curah Hujan Efektif Ulang Ulang X (mm) C R eff Metode yang digunakan dalam memproyeksi pertumbuhan penduduk adalah Metode Linear Geometri. Hasil perhitungan mendapatkan jumlah penduduk pada tahun 236 adalah 2,4 jiwa dan kebutuhan air penduduk sebesar 24. m 3 /hari. F. Analisa Kapasitas Tampungan Analisa kapasitas tampungan didapatkan dari data topografi. Hasil analisa ini mendapatkan grafik hubungan antara elevasi dengan luas volume suatu waduk seperti pada Gambar 2. Elevasi (m) 37 36 35 34 33 32 31 3 29 28 27 26 25 Luas (m 2 ) 1 2 3 4 5 25 26 27 28 29 3 31 32 33 34 35 36 37 5 1 Volume (m 3 ) 2 64.24.75 48.18 5 95.568.75 71.676 1 128.73.75 96.528 25 19.79.75 142.559 5 254.871.75 191.153 1 341.451.75 256.88 (Sumber : Perhitungan) D. Perhitungan Debit Banjir Rencana Perhitungan hidrograf satuan spillway pada Embung Bulung ini menggunakan metode hidrograf sintetik Nakayasu [2] yaitu grafik hubungan antara debit yang mengalir dan waktu. Grafik hidrograf Nakayasu menunjukksn debit maksimum pada periode ulang 5 tahun adalah sebesar 146.965 m 3 / detik. 14 Gambar 2. Grafik Hubungan Elevasi, Luas Genangan dan Volume Hasil analisa perubahan volume waduk akibat debit inflow dan outflow didapatkan elevasi +33. sebagai elevasi rencana mercu bendung. Selanjutnya dapat di buat kurva massa antara debit inflow dan kebutuhan air. Volume (m 3 ) 7 6 5 4 3 2 1 Q (m 3 /dt) 12 1 8 6 4 2. 2. 4. 6. t (jam) Gambar 1. Hidrograf Nakayasu periode ulang 5 tahun 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Januari Pebruari MaretApril Mei Juni JuliAgustus September Oktober Nopember Desember G. Penelusuran Banjir Gambar 3. Kurva Massa Inflow dan Outflow Tujuan penelusuran banjir adalah untuk mengetahui daya tampung embung terhadap banjir rencana yang terjadi. 3
Debit (m3/dtk) 16 14 12 1 8 6 4 2 5 1 15 2 t (jam) Gambar 4. Reservoir Routing Q 5 tahun Hasil analisa penelusuran banjir menunjukkan hidrograf banjir seperti Gambar 4, dan didapatkan debit outflow sebesar 7.315 m 3 / detik. H. Perencanaan Spillway Bangunan pelimpah harus mampu melimpahkan kelebihan air dari debit banjir yang akan dibuang sehingga kapasitas bendungan dapat dipertahankan sampai batas maksimum. Perencanaan ini menggunakan mercu Ogee type 1dengan hulu tegak. Direncanakan tinggi spillway 3 m dan lebar 15 m. Gambar desain spillway dapat dilihat pada Gambar 5. V.f + τ.a Kontrol Geser: H 5.7 1.2 (OK) Kontrol Ketebalan Lantai: dx Px - Wx γ 2.93 (OK) b. Kondisi muka air banjir ΣL = Lv + 1/3Lh = 28.31 + 1/3 x 52.44 = 45.79 m ΔH.C = 6.66 m x 2 = 13.32 m ΣL > ΔH.C (OK) Kontrol Guling: Momen Penahan Momen Guling 1.14 1. (OK) V.f + τ.a Kontrol Geser: H 1.91 1.2 (OK) Kontrol Ketebalan Lantai: dx Px - Wx γ 2.95 (OK) J. Perencanaan Tubuh Bendungan Tubuh bendungan direncanakan dengan tipe homogen berupa urugan tanah (earth fill), dimana material tanah urugan diambil dari daerah genangan atau sekitar lokasi embung. Perencanaan tubuh bendungan ini perlu memperhatikan beberapa perhitungan [1], yaitu 1. Menentukan tinggi jagaan 2. Menentukan tinggi puncak bendungan 3. Menentukan lebar mercu bendungan 4. Menentukan kemiringan lereng 5. Menentukan garis depresi 6. Analisa Stabilitas Perhitungan yang dilakukan memperoleh hasil sebagai berikut: Tinggi jagaan 3 m, tinggi puncak bendungan 15 m, lebar mercu bendungan 6 m, kemiringan lereng urugan dengan perbandingan 1 : 2. Untuk analisa garis depresi dapat dilihat pada gambar 6. Gambar 5. Spillway I. Kestabilan Spillway Kestabilan spillway dihitung dalam 2 kondisi yaitu kondisi normal (muka air setinggi mercu) dan kondisi muka air banjir. Perhitungan kestabilan ini meliputi kontrol kestabilan terhadap gaya angkat, terhadap guling, terhadap geser, dan kontrol ketebalan lantai. Hasilnya adalah sebagai berikut. a. Kondisi normal ΣL = Lv + 1/3Lh = 28.31 + 1/3 x 52.44 = 45.79 m ΔH.C= 8 m x 2 = 16 m ΣL > ΔH.C (OK) Kontrol Guling: Momen Penahan Momen Guling 1.33 1.25 (OK) Gambar 6. Garis Depresi Muka Air Kondisi Banjir K. Kestabilan Tubuh Bendungan Perhitungan kestabilan dilakukan dengan menggambarkan terlebih dulu bidang longsor sesuai dengan ketentuan, dimana dengan kemiringan lereng 1 : 2 maka digunakan nilai α sebesar 25 dan β sebesar 35. Bidang 4
longsor digambarkan seperti pada Gambar 7 dan Gambar 8 berikut. Gambar 7. Bidang Longsor Lereng Hulu Embung Banjir Kondisi normal C.L + (N U Ne)tan Φ (T + Te) = 1.3 > 1.2 (OK ) [ ] Kondisi gempa C.L + (N U) tan Φ T = 2.16 > 1.5 (OK) [ ] Gambar 8. Bidang Longsor Lereng Hilir Embung Banjir Kondisi normal [ C.L + (N U Ne)tan Φ] (T + Te) = 1.34 > 1.2 (OK) Kondisi gempa [ C.L + (N U) tan Φ] T = 2.24 > 1.5 (OK) Hasil perhitungan analisa stabilitas tubuh bendungan menunjukkan bahwa tubuh bendungan sisi hulu maupun hilir yang direncanakan aman terhadap longsor. L. Denah Embung Kedungwungu Setelah diketahui perencanaan bangunan spillway dan bendungan. Gambar perencanaan denah secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 9. Gambar 9. Denah Embung Bulung V. KESIMPULAN Hasil perhitungan yang telah dilakukan mulai dari analisa hidrologi, analisa hidrolika sampai dengan analisa kestabilan, dapat disimpulkan hasil akhir sebagai berikut. 1. Jumlah total kebutuhan air penduduk pada tahun 236 sebesar 122,4 liter/ hari. 2. Volume efektif Embung Bulung sebesar 24,744.52 m3, kapasitas mati sebesar 32, m3 dan kapasitas total tampungan sebesar 25,64.52 m3. Kapasitas Embung Bulung tersebut dapat memenuhi kebutuhan air penduduk di Desa Bulung. 3. Dimensi Spillway : Tipe mercu = Ogee I (hulu tegak) Lebar pelimpah = 15. m Panjang sal. Transisi = 5. m Panjang sal. Peluncur lurus = 15. m Panjang sal. Peluncur terompet = 12. m Panjang kolam olak = 7.6 m Tipe kolam olak = USBR Tipe III 4. Dimensi tubuh bendungan Lebar mercu = 6. m Tinggi bendungan = 15. m Elevasi mercu = + 36. Kemiringan lereng hulu = 1 : 2 Kemiringan lereng hilir = 1 : 2 5. Perhitungan kestabilan bangunan pelimpah dan tubuh bendungan menunjukkan kondisi aman baik saat muka air normal maupun pada saat muka air banjir. [1] [2] [3] [4] [5] DAFTAR PUSTAKA Soedibyo, Ir. 23. Teknik Bendungan. Jakarta: PT. Pradnya Paramita Soemarto, Ir. 1986. Hidrologi Teknik. Jakarta: Usaha Nasiona Soewarno. 1995. Hidrologi : Aplikasi Metode Statistik untuk Analisis Data Jilid 1. Bandung: NOVA Sosrodarsono, S., Takeda, K. 22. Bendungan Tipe Urugan. Jakarta: PT. Pradnya Paramita Sosrodarsono, S., Takeda, K. 26. Hidrologi untuk Pengairan. Jakarta: PT. Pradnya Paramita 5