BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Umum
Perubahan iklim didefinisikan sebagai perubahan pada iklim yang dipengaruhi oleh aktivitas manusia. Perubahan iklim global disebabkan karena peningkatan jumlah karbon dioksida (CO2) dan Metana (CH4) di atmosfer.
Perubahan iklim memperlihatkan variasi abnormal dari iklim bumi dan selanjutnya mempengaruhi curah hujan dan suhu udara. Untuk wilayah Asia Tenggara, terjadi kenaikan suhu sekitar 2,5-4 ºC dengan kisaran 2-6 ºC dan curah hujan yang lebih banyak.
Perubahan iklim telah menyebabkan fluktuasi curah hujan tinggi dan mengubah pola distribusi hujan dengan kecenderungan daerah yang basah semakin basah, dan daerah yang kering semakin kering. Di negara dengan empat musim, siklus musim (seasona l cycle) telah terpengaruh oleh perubahan iklim yang ditandai dengan meningkatnya intensitas hujan pada musim dingin, berkurangnya hujan di musim panas, dan peningkatan suhu.
Kecenderungan sebagian wilayah Indonesia, terutama wilayah yang terletak di sebelah selatan katulistiwa, dapat mengalami musim kemarau yang lebih panjang dan musim hujan yang lebih pendek dengan perubahan pola hujan yang cukup drastis.
Hujan rerata tahunan menunjukkan peningkatan sebesar 7% selama satu dekade, dikarenakan meningkatnya intensitas hujan pada bulan Oktober sampai
menentu. Jika intensitas hujan meningkat menyebabkan aras air waduk naik secara cepat. Kondisi ini membahayakan tubuh bendungan jika kapasitas pelimpah tidak mampu menurunkan aras muka air secara tepat waktu.
2.2. Waduk
Waduk adalah tampungan air sediaan untuk berbagai kebutuhan. Waduk dibangun dengan cara membuat bendungan, kemudian dialiri air sampai waduk tersebut penuh. Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air, sehingga puncak aliran turun. Selain itu, waduk dapat memiliki fungsi dan manfaat lain.
Bendungan terdiri dari beberapa komponen, yaitu:
1. Badan bendungan (body of da ms) adalah tubuh bendungan yang berfungsi sebagai penghalang air.
2. Pondasi (foundation) Adalah bagian dari bendungan yang berfungsi untuk menjaga kekuatan konstruksi bendungan.
3. Pintu air (ga tes) Digunakan untuk mengatur keluarnya air untuk segala keperluan. Bagian yang penting dari pintu air adalah:
a. Daun pintu (gate lea f) Adalah bagian dari pintu air yang menahan tekanan air dan dapat digerakkan untuk membuka,
b. Rangka pengatur arah gerakan (guide fra me) Adalah alur dari baja atau besi yang dipasang masuk ke dalam beton, digunakan untuk menjaga agar gerakan daun pintu sesuai dengan yang direncanakan.
c. Angker (a nchorage) Adalah baja atau besi yang ditanam di dalam beton dan digunakan untuk menahan rangka pengatur arah gerakan, agar dapat memindahkan muatan dari pintu air ke dalam konstruksi beton.
d. Hoist Adalah alat untuk menggerakkan daun pintu air agar dapat dibuka dan ditutup dengan mudah.
4. Bangunan pelimpah (spillwa y) Adalah bangunan beserta instalasinya untuk mengalirkan air yang masuk ke dalam waduk agar tidak membahayakan keamanan bendungan. Bagian- bagian penting dari bangunan pelimpah:
a. Saluran pengarah dan pengatur aliran (controle structures)
Digunakan untuk mengarahkan dan mengatur aliran air agar kecepatan aliran datang kecil tetapi debit airnya besar.
b. Saluran pengangkut air
Makin tinggi bendungan, makin besar perbedaan antara aras muka air tertinggi di dalam waduk dengan aras muka air sungai di sebelah hilir bendungan. Apabila kemiringan saluran pengangkut debit air dibuat kecil, maka ukurannya akan sangat panjang dan berakibat bangunan menjadi mahal. Oleh karena itu, kemiringannya terpaksa dibuat besar, dengan sendirinya disesuaikan dengan keadaan topografi setempat.
c. Bangunan peredam energi (energy dissipator )
bagian hilir saluran pengangkut air.
Dengan adanya bendungan maka ada tampungan air. Jumlah tampungan air waduk tergantung dari inflow yang tergantung pada intensitas air hujan yang ada. Intensitas hujan juga dapat menaikan aras muka air di waduk. Untuk mengurangi peningkatan aras muka air waduk, spillwa y harus mampu melimpahkan air yan berada di atas mercu spillwa y. Untuk mengetahui kinerja sebuah waduk dilakukan analisis reservoir routing.
2.3. Reservoir Routing
Reservoir Routing adalah proses untuk memperhitungkan aliran keluar (outflow hidrograph) dari sebuah reservoir, berdasarkan aliran masuk (inflow hidrograph) dan
karakteristik aliran keluar melalui bangunan pelimpah.
variasi dalam reservoir dan outflow dapat diprediksi dengan waktu ketika hubungan antara elevasi dan volume diketahui.dalam interval waktu yang kecil, reservoir routing dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan dan pendekatan sebagai berikut eq (2.1):
Jika interval penelusuran diubah dari dt menjadi ∆t maka :
Nilai arus masuk tersebut pada awal dan akhir dari interval waktu ke j-th adalah I J dan Ij+1,
dan nilai-nilai yang keluar adalah Qj dan Qj+ 1. Dalam hal ini baik inflow maupun outflow,
diukur sebagai data sampel. Jika variasi masuk dan keluar selama interval mendekati linear, perubahan dalam penyimpanan lebih dari interval, Sj+1 -Sj, dan dapat ditemukan
dengan menulis ulang persamaan sebagai berikut :
∆ ∆ (2.3)
Nilai Qj dan Sj diketahui pada interval waktu ke-j dari perhitungan selama selang waktu sebelumnya. Oleh karena itu, Persamaan (2.3) berisi dua variabel yang diketahui, yaitu Qj+ 1 dan Sj+ 1. Persamaan (2.3) dapat juga ditulis dalam bentuk persamaan sebagai berikut eq (2.4):
∆
Ilustrasi mengenai outflow ditampilkan pada Gambar 2.2.
Untuk menghitung outflow, Qj+ 1 dari Persamaan (2.4), diperlukan fungsi stora ge- outflow dan Q. Metode untuk mengembangkan fungsi ini menggunakan hubungan elevasi, volume,
Nilai Δt diambil sebagai interval waktu hidrograf inflow. Untuk nilai elevasi air permukaan tertentu, nilai-nilai penyimpanan S dan debit Q ditentukan (bagian (a) dan (b) dalam Gambar 2.2). Nilai 2s/Δt+ Q dapat dihitung dan untuk selanjutnya diplot pada grafik. Sumbu horizontal dengan nilai arus perpindahan Q pada sumbu vertikal (bagian (c) dalam Gambar 2.2).
Eleva tion-Outflow.
Dalam penelusuran aliran melalui selang waktu j, semua persyaratan di sisi kanan persamaan (2.4) diketahui, sehingga dapat dihitung. Nilai dari Qj+ 1 dapat ditentukan dari fungsi volume-outflow 2s/∆t+Q lawan Q, baik secara grafis atau dengan interpolasi linear dari nilai Q, untuk mengatur data yang dibutuhkan pada interval waktu berikutnya, nilai dihitung dengan eq (2.5) :
∆
∆
Perhitungan ini kemudian diulang untuk periode penelusuran aliran berikutnya.
2.4. Pelimpah (Spillway)
Pelimpah (Spillwa y) adalah suatu struktur yang digunakan untuk mengalirkan air yang ada di atas mercu ke daerah hilir. Spillwa y meloloskan banjir, sehingga air tidak melampaui tanggul atau tubuh bendungan. Fungsinya untuk menghindari kerusakan bendungan.
Air yang melimpah melalui spillwa y mempunyai kecepatan jatuh yang besar. Oleh sebab itu kecepatan aliran harus dikurangi sebelum memasuki saluran yang berada di hilirnya.
Sifat-sifat hidrolik saluran alam biasanya sangat tidak menentu, sedangkan sifat- sifat hidrolik pada saluran buatan dapat diatur menurut keinginan atau dirancang untuk tujuan tertentu.
overtoping. Dalam penelitian ini digunakan spillwa y tidak terkendali dengan bentuk Ogee dan
Pelimpah disebut pelimpah ambang tipis bila arus yang terjadi tidak menempel pada ambang atau dengan batasan t< 0,5 h, dengan t adalah tebal ambang peluapan searah
e. Bendungan Sengguruh (Kabupaten Malang)
3) Tipe spillwa y morning glory digunakan di: a. Bendungan Cileunca (Kabupaten Bandung) b. Bendungan Cipanunjang (Kabupaten Bandung) c. Bendungan Jatiluhur (Kabupaten Purwakarta)
2.6 Labyrinth
Bentuk mercu Ogee sangat banyak digunakan. Untuk meningkatkan kapasitas debit pelimpahan air umumnya digunakan mercu la byrinth. Mercu la byrinth sering digunakan untuk mengendalikan tumpahan, karena la byrinth akan melimpahkan aliran yang lebih besar pada saat yang sama ketika melimpah pada bentuk mercu Ogee.
2) Memerlukan perkuatan yang memadai.
kajian dan tes model untuk desain la byrinth telah dibuat di Aljazair, Cina, Prancis, India, Swiss dan Vietnam. Desain mencoba mengoptimalkan efisiensi struktural dan ekonomi. Lebih dari 100 bentuk dipelajari dan banyak solusi, tetapi yang paling menguntungkan yaitu desain yang didasarkan pada dua prinsip berikut:
1) Dinding memiliki bentuk persegi panjang yang mirip dengan tuts piano (pia no keys), jadi diberi nama Piano Keys (PK)
Gambar 2.3 Piano Keys labyrinth
Gambar 2.4 Ortogona l La byrinth
2.7 Aliran F lume
Secara umum, saluran air terbagi menjadi dua yaitu saluran tertutup dan saluran terbuka. Saluran pada flume merupakan saluran terbuka. Pengaliran saluran terbuka dipengaruhi oleh gravitasi.
Saluran terbuka dapat digolongkan menjadi dua, yaitu saluran alami dan saluran buatan. Sifat hidrolis saluran alami sangat tidak menentu. Sehingga dalam analisis perlu pengalaman dan pemahaman yang baik mengenai anggapan-anggapan yang digunakan. Sedangkan saluran buatan adalah saluran yang dibuat dan direncanakan oleh manusia. Saluran irigasi adalah salah satu contoh saluran buatan.
Debit aliran adalah jumlah air per satuan waktu, atau dapat dinyatakan :
Q = V . A (2.6) Bila ditinjau berdasarkan perubahan kedalaman dan kecepatan aliran, maka aliran dibedakan menjadi:
1) Aliran tetap (Stea dy Flow)
Aliran tetap memiliki kemiringan saluran (So), kemiringan muka air (SW), dan
kemiringan energi (Se) sama. Pada keadaan aliran tetap, berlaku Hukum Kontinuitas. Aliran tetap memiliki sifat: a) aliran seragam (uniform flow) terjadi bila kecepatan aliran tidak berubah dan kedalaman saluran sama pada setiap penampang, keadaan ini terjadi pada saluran laboratorium atau saluran irigasi. b) aliran tak seragam (non uniform flow) adalah aliran dimana kedalaman tidak sama pada setiap penampang. Non uniform flow/va ried flow digolongkan pada dua keadaan yaitu:
a. Gra dua lly va ried flow terjadi pada saluran akibat pembendungan atau pada gelombang banjir.
b. Ra pidly va ried flow terjadi pada loncatan air atau pada penyempitan bukaan pintu.
2) Aliran tak tetap (Unsteady Flow)
Aliran tak tetap (Unsteady Flow) terjadi apabila kedalaman atau kecepatan aliran yang terjadi selalu berubah. Pada keadaan aliran tidak tetap, berlaku Hukum Kontinuitas. Aliran tidak tetap memiliki sifat: a) aliran seragam (uniform flow) terjadi bila kecepatan aliran tidak berubah dan kedalaman saluran sama pada setiap penampang, keadaan ini terjadi pada saluran laboratorium, saluran irigasi. b)sebaliknya, bila kedalaman tidak sama pada setiap penampang disebut aliran tak seragam (non uniform flow). Non uniform flow/va ried flow digolongkan pada dua keadaan yaitu:
a . Gra dua lly va ried flow adalah aliran berubah sedikit demi sedikit di sepanjang
aliran, sehingga lengkung garis aliran dianggap lurus.
2.8 Spillway Mercu Ogee
Banyak spillwa y menggunakan tipe mercu Ogee. Mercu Ogee adalah sebuah mercu bendung yang memiliki bentuk tirai. Oleh karena itu, mercu ini tidakakan memberikan tekanan sub atmosfir pada permukaan mercu sewaktu bending mengalirkan air pada debit rencana. Untuk debit rendah, air akan memberikan tekanan ke bawah pada mercu.
Untuk merencanakan permukaan mercu ogee bagian hilir, direktorat Jenderal Pengairan (1986) telah mengembangkan persamaan sebagai berikut :
hd = tinggi energi rencana di atas mercu
k,n = parameter untuk berbagai kemiringan hilir
C2 = Faktor koreksi untuk permukaan hulu (=1) g = Percepatan gravitasi (cm/dt2 (=981)) b = Lebar mercu
H = Tebal air di hulu mercu (cm)
Grafik fungsi p/hd dan H1/hd ditunjukan pada Gambar 2.5
Gambar 2.5 Grafik Koefisien Cd
2.9 Spillway Tipe Modifikasi
Seperti halnya mercu Ogee, mercu tipe deret trapesium juga dapat dipakai untuk mengatur aras muka air. Pengaturan aras muka air dengan bentuk tersebut didasarkan pada upaya pencegahan terjadinya fluktuasi yang besar. Hal ini dapat dicapai karena bentuk trapesium mempunyai lebar bukaan atau lintasan air lebih besar dibanding dengan bentuk Ogee. Tinggi ambang pelimpah dibuat sama dengan tinggi ambang pelimpah asli.
Dengan mercu tipe trapesium, aras muka air waduk dapat dijaga agar fluktuasi aras muka air waduk sekecil mungkin. Secara kasar, kapasitas debit yang dihasilkan mercu ini dapat mencapai 200% dibanding mercu Ogee. Untuk sketsa bentuk spillwa y tipe deret trapesium digambarkan sebagai berikut
Gambar 2.6 Tampak Atas Mercu Deret Modifikasi
Gambar 2.7 Mercu Spillway Tipe Modifikasi
O = Cd x L x H3/2 O = outflow
Cd = Koefisien debit
L = Panjang bendung/spillway
H = Ketinggian air di atas bendung/spillway L = Panjang mercu (cm) = a+b+c+d+e+f+g+h+i Nilai Panjang mercu (L) ditunjukkan pada gambar 2.8
