SIMULASI SEDIMENTASI DAN ANALISIS UMUR WADUK STUDI KASUS WADUK SAGULING

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 15002109

Pembimbing :

Ir. Iwan Kridasantausa, Ph.D.

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

SIMULASI SEDIMENTASI DAN ANALISIS UMUR WADUK STUDI KASUS WADUK SAGULING

Oleh

Panggih Raharjo

15002109

Disetujui:

Dosen Pembimbing Tugas Akhir

Ir. Iwan Kridasantausa, Ph.D NIP : 132 056 551

Mengetahui: Koordinator Tugas Akhir

Krlompok Keahlian Bidang Kepakaran TSA

Ir. Iwan Kridasantausa, Ph.D NIP : 132 056 551

Ketua Program Studi Teknik Sipil

Dr.Ir. Herlien D. Setio NIP : 131 121 658 Bandung, 31 Januari 2008

Abstrak

   ii 

 

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.

Abstrak

   iii 

  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

Abstrak

   iv 

 

ABSTRAK

SIMULASI SEDIMENTASI DAN ANALISIS UMUR WADUK

STUDI KASUS WADUK SAGULING

Oleh

PANGGIH RAHARJO NIM : 15002109

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 2002. 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 2002 - 2027) 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.

Daftar Isi  v 

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ... i KATA PENGANTAR ... ii ABSTRAK ... iv DAFTAR ISI ... v DAFTAR TABEL ... ix DAFTAR GAMBAR ... x BAB I PENDAHULUAN ... 1-1 1.1. LATAR BELAKANG ... 1-1 1.2. MAKSUD DAN TUJUAN ... 1-2 1.3. RUANG LINGKUP TUGAS AKHIR ... 1-2 1.4. LOKASI STUDI ... 1-2 1.5. SISTEMATIKA PEMBAHASAN ... 1-4

BAB II KAJIAN LITERATUR ... 2-1 2.1 DAERAH ALIRAN SUNGAI ... 2-1 2.2 ANALISA SISTEM ... 2-3 2.3 WADUK DAN KARAKTERISTIKNYA ... 2-8 2.3.1 Klasifikasi penggunaan waduk ... 2-8 2.3.2 Karakteristik waduk... 2-9 2.3.3 Penentuan kapasitas waduk ... 2-9 2.3.4 Masukan air ke waduk ... 2-10 2.3.5 Keluaran dari waduk... 2-11 2.4 PENGELOLAAN DAN PENGOPERASIAN SISTEM WADUK ... 2-12 2.4.1 Kebutuhan air untuk Hidropower ... 2-13 2.4.2 Pengendalian Banjir... 2-14 2.4.3 Evaporasi ... 2-15 2.5 SIMULASI PENGOPERASIAN WADUK ... 2-16 2.6 SEDIMENTASI WADUK ... 2-17 2.6.1 Umum ... 2-17

Daftar Isi

 vi  2.6.2 Sumber dan Beban Sedimen yang Masuk ... 2-18 2.6.3 Angkutan Sedimen Dasar (Bed load Transport) ... 2-19 2.6.4 Angkutan Sedimen Layang (Suspended Load Transport) ... 2-20 2.6.5 Konsentrasi Sedimen ... 2-21 2.7 HIDRAULIKA WADUK ... 2-23 2.7.1 Persamaan momentum... 2-24 2.7.2 Persaman Energi Bernoulli ... 2-26 2.7.3 Trap Efisiensi dan Agradasi ... 2-29 2.8 METODA BEDA HINGGA (FINITE DIFFERENT METHOD) ... 2-31 2.8.1 Umum ... 2-31 2.8.2 Pendekatan Dengan Deret Taylor ... 2-31 2.8.3 Grid Selisih Hingga ... 2-33 2.8.4 Pendekatan Eksplisit dan Implisit ... 2-34 2.9 PERKIRAAN LAJU EROSI ... 2-36 2.9.1 Type Erosi ... 2-36 2.9.2 Estimasi Laju Sedimentasi ... 2-38 2.9.3 USLE (Universal Soil Loss Equation) ... 2-39

BAB III STUDI KASUS ... 3-1 3.1. SEKILAS SUNGAI CITARUM ... 3-1 3.2. LETAK ADMINISTRATIF ... 3-2 3.3. WADUK SAGULING ... 3-3 3.3.1 Profil Umum ... 3-3 3.3.2. Bendungan ... 3-4 3.3.3. Spillway ... 3-5 3.3.4. Intake ... 3-5 3.3.5. Headrace Tunnel ... 3-6 3.3.6. Surge Tank ... 3-7 3.3.7. Penstock ... 3-7 3.3.8. Power House ... 3-8 3.3.9. Kurva Hubungan TMA, Luas Genangan, dan Volume ... 3-9 3.4.DATA HIDROLOGI ... 3-10

Daftar Isi

 vii  3.4.2 Data Inflow, Outflow dan TMA ... 3-15 3.5. DATA SEDIMEN ... 3-18 3.5.1. Inflow Sedimen ... 3-20 3.5.2. Evaluasi Inflow Sedimen ... 3-21 3.5.3. Input Data Inflow Saguling ... 3-22

BAB IV METODOLOGI ... 4-1 4.1. UMUM ... 4-1 4.2. PENGUMPULAN DATA ... 4-2 4.2.1 Data Hidrologi ... 4-2 4.2.2 Data Sedimentasi ... 4-2 4.3. PENGOLAHAN DATA ... 4-2 4.5.1. Bangkitan Debit ... 4-3 4.5.2. Analisis Konsentrasi Sedimen ... 4-3 4.5.3. Analisis laju sedimen ... 4-3 4.4. PROSEDUR PERHITUNGAN SEDIMEN ... 4-4

BAB V ANALISA DAN PENGOLAHAN DATA ... 5-1 5.1 UMUM ... 5-1 5.2 ANALISA PEMODELAN INFLOW WADUK ... 5-1 5.2.1 Penentuan Nilai Kemencengan Data Dengan Metode PPCC ... 5-1 5.2.2 Transformasi Data ... 5-5 5.2.3 Pembangkitan Debit dengan Metode Thomas dan Fiering ... 5-6 5.2.3 Test Nilai Kemencengan Metode Thomas Fiering ... 5-14 5.3 PERKIRAAN LAJU SEDIMEN ... 5-16 5.3.1 Penentuan Curah Hujan Wilayah ... 5-18 5.3.2 Penentuan Sedimentasi Menggunakan USLE ... 5-19 5.4 ANALISA PERMODELAN LAJU SEDIMENTASI WADUK ... 5-23 5.4.1 Persamaan dan Asumsi ... 5-24 5.4.2 Skema Prosedur Perhitungan ... 5-25 5.4.3 Hasil Perhitungan Laju Sedimen Yang Masuk Ke Dalam Waduk ... 5-26 5.5 REKAPITULASI SEDIMEN YANG TERTAMPUNG DI WADUK ... 5-35

Daftar Isi

 viii  BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 6-1 6.1 KESIMPULAN ... 6-1 6.2 SARAN ... 6-2

Daftar Isi

 ix 

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Penilaian Tekstur tanah Lapangan ... 2-41 Tabel 2. 2 Penilaian Bahan Organik (Hammer, 1978) ... 2-42 Tabel 2. 3 Struktur Tanah (Hammer, 1978) ... 2-42 Tabel 2. 4 Permeabilitas tanah (Hammer, 1978) ... 2-42 Tabel 2. 5 Harga C Dari Beberapa Jenis Vegetasi di Indonesia ... 2-45 Tabel 2. 6 Harga Pada Beberapa Teknik Konservasi Tanah ... 2-46 Tabel 3. 1 Data Inflow Debit Waduk Saguling ... 3-16 Tabel 3. 2 Data Outflow Debit Waduk Saguling ... 3-17 Tabel 3. 3 Data Tinggi Muka Air Waduk Saguling ... 3-18 Tabel 3. 4 Data Sedimen Waduk Saguling ... 3-19 Tabel 3. 5 Data Inflow Sedimen yang telah dikelompokkan berdasarkan inflow sedimen bulanan dan telah diurutkan ... 3-23 Tabel 5. 1 Data Inflow bulanan Waduk Saguling ... 5-2 Tabel 5. 2 Debit Taransformasi Bulanan Waduk Saguling ... 5-5 Tabel 5. 3 Koefisien random yang telah dinormalisasi ... 5-6 Tabel 5. 4 Bangkitan debit sebelum ditransformasi ... 5-8 Tabel 5. 5 Data asli dan bangkitan debit hasil transformasi ... 5-9 Tabel 5. 6 Bangkitan debit inflow yang telah dibedakan ... 5-14 Tabel 5. 7 Data Historis Tahun 1998-2002 ... 5-15 Tabel 5. 8 Data Bangkitan Tahun 1998-2002 ... 5-15 Tabel 5. 9 Simpangan Data Bangkitan dengan Data Historis Tahun 1998-2002 ... 5-15 Tabel 5. 10 Parameter Analisa USLE ... 5-17 Tabel 5. 11 Luas Catchmen Area untuk masing-masing stasiun pengamatan hujan 5-18 Tabel 5. 12 Hujan Wilayah rata-rata bulanan hasil dari Poligon Thiessen (mm) ... 5-19 Tabel 5. 13 Hujan Wilayah rata-rata bulanan hasil dari Poligon Thiessen (cm) ... 5-20 Tabel 5. 14 Perhitungan Erosivitas hujan bulanan ... 5-20 Tabel 5. 15 Nilai laju sedimentasi dengan analisa USLE (ton/ha/bln) ... 5-21 Tabel 5. 16 Nilai laju sedimentasi dengan analisa USLE (ton/hari) ... 5-21 Tabel 5. 17 Nilai sedimen yang masuk ke waduk (MCM) ... 5-36 Tabel 5. 18 Rekapitulasi sedimen dari tahun 1988 hingga tahun 2027 ... 5-38

Daftar Isi

 x 

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1 Peta Lokasi Studi ... 1-3 Gambar 1. 2 Peta Sketsa Waduk Saguling ... 1-3 Gambar 2. 1 Skema sistem ... 1-4 Gambar 2. 2 Proses Perencanaan dengan Analisa Sistem ... 2-6 Gambar 2. 3 Skema Mode Simulasi ... 2-7 Gambar 2. 4 Skema Model Optimasi ... 2-8 Gambar 2. 5 Diagram alir penentuan inflow (air yang masuk) ke waduk... 2-11 Gambar 2. 6 Diagram Bernoulli untuk Hydropower ... 2-13 Gambar 2. 7 Pola Sedimentasi di Waduk ... 2-17 Gambar 2. 8 ratio suspended dan total load... 2-18 Gambar 2. 9 Elemen kubus fluida untuk transpor sedimen ... 2-21 Gambar 2. 10 Persamaan momentum pada saluran terbuka ... 2-24 Gambar 2. 11 Fungsi f(x) ... 2-32 Gambar 2. 12 Skema forward difference ... 2-32 Gambar 2. 13 Skema backward difference ... 2-33 Gambar 2. 14 Skema central difference ... 2-33 Gambar 2. 15 Titik-titik diskrit grid ... 2-34 Gambar 2. 16 Skema time marching ... 2-35 Gambar 3. 1 Posisi Sungai Citarum terhadap Daerah Studi ... 3-1 Gambar 3. 2 Sistem waduk kaskade ... 3-3 Gambar 3. 3 Waduk Saguling ... 3-3 Gambar 3. 4 PLTA Saguling ... 3-4 Gambar 3. 5 Bendungan Utama Saguling ... 3-5 Gambar 3. 6 Bangunan Spillway Waduk Saguling ... 3-6 Gambar 3. 7 Bangunan Intake Waduk Saguling ... 3-6 Gambar 3. 8 Headrace Tunnel Waduk Saguling ... 3-7 Gambar 3. 9 Bangunan Surge Tank Waduk Saguling ... 3-7 Gambar 3. 10 Penstock Waduk Saguling ... 3-8 Gambar 3. 11 Bangunan Power House Waduk Saguling ... 3-9 Gambar 3. 12 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) ... 3-10 Gambar 3. 13 Lokasi Stasiun Pengamatan Hujan ... 3-11 Gambar 3. 14 Curah Hujan Stasiun Cicalengka ... 3-12 Gambar 3. 15 Curah Hujan Stasiun Paseh ... 3-12 Gambar 3. 16 Curah Hujan Stasiun Chicona ... 3-12 Gambar 3. 17 Curah Hujan Stasiun Ciparay ... 3-13 Gambar 3. 18 Curah Hujan Stasiun Ujung Berung ... 3-13 Gambar 3. 19 Curah Hujan Stasiun Bandung ... 3-13 Gambar 3. 20 Curah Hujan Stasiun Cililin ... 3-14 Gambar 3. 21 Curah Hujan Stasiun Montoya ... 3-14 Gambar 3. 22 Curah Hujan Stasiun Sukawarna ... 3-14 Gambar 3. 23 Curah Hujan Stasiun Saguling ... 3-15 Gambar 3. 24 Curah Hujan Stasiun Cisondari ... 3-15

Daftar Isi

 xi  Gambar 3. 25 Debit Aliran Waduk Saguling Tahun 1988-2002 ... 3-16 Gambar 3. 26 Outflow Waduk Saguling Tahun 1988-2002 ... 3-17 Gambar 3. 27 Laju Sedimentasi Pada Waduk Saguling Tahun 1988-2002 ... 3-18 Gambar 3. 28 Grafik hubungan antara Inflow Sedimen dengan Inflow

menggunakan Program Regress 1.0 ... 3-20 Gambar 3. 29 Grafik hubungan antara Inflow Sedimen dengan Inflow ... 3-21 Gambar 3. 30 Kurva inflow bulanan Waduk Saguling ... 3-24 Gambar 4. 1 Bagan alir proses studi ... 4-1 Gambar 4. 2 Skema perhitungan sedimen yang masuk ke waduk ... 4-4 Gambar 5. 1 Tes Normal koefisien random menggunakan mini tab ... 5-6 Gambar 5. 2 Bangkitan debit bulan Januari ... 5-9 Gambar 5. 3 Bangkitan debit bulan Februari ... 5-10 Gambar 5. 4 Bangkitan debit bulan Maret ... 5-10 Gambar 5. 5 Bangkitan debit bulan April ... 5-10 Gambar 5. 6 Bangkitan debit bulan Mei... 5-11 Gambar 5. 7 Bangkitan debit bulan Juni ... 5-11 Gambar 5. 8 Bangkitan debit bulan Juli ... 5-11 Gambar 5. 9 Bangkitan debit bulan Agustus ... 5-12 Gambar 5. 10 Bangkitan debit bulan September ... 5-12 Gambar 5. 11 Bangkitan debit bulan Oktober ... 5-12 Gambar 5. 12 Bangkitan debit bulan November ... 5-13 Gambar 5. 13 Bangkitan debit bulan Desember ... 5-13 Gambar 5. 14 Bangkitan debit saat tahun kering, tahun normal dan tahun basah ... 5-14 Gambar 5. 15 Peta Posisi Stasiun Pengamatan Hujan ... 5-18 Gambar 5. 16 Catchmen area masing-masing stasiun pengamatan hujan ... 5-18 Gambar 5. 17 Grafik laju sedimen antara data pengamatan

dengan analisa perhitungan ... 5-22 Gambar 5. 18 Grafik hubungan laju sedimen (Qs) dengan debit aliran (Qw) ... 5-22 Gambar 5. 19 Grafik hubungan laju sedimen (Qs) dengan debit aliran (Qw) ... 5-23 Gambar 5. 20 Skema perhitungan sedimen yang masuk ke waduk ... 5-25 Gambar 5. 21 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan Januari ... 5-30 Gambar 5. 22 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan Februari ... 5-30 Gambar 5. 23 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan Maret ... 5-30 Gambar 5. 24 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan April ... 5-31 Gambar 5. 25 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan Mei ... 5-31 Gambar 5. 26 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan Juni ... 5-32 Gambar 5. 27 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan Juli ... 5-32 Gambar 5. 28 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan Agustus ... 5-33 Gambar 5. 29 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan September ... 5-33 Gambar 5. 30 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

Daftar Isi

 xii  pada bulan Oktober ... 5-34 Gambar 5. 31 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan November ... 5-34 Gambar 5. 32 Elevasi muka air, dasar saluran dan dasar saluran baru

pada bulan Desember ... 5-34 Gambar 5. 33 Volume sedimen pada saat tahun kering, tahun normal

dan tahun basah ... 5-36 Gambar 5. 34 Akumulasi sedimen pada saat tahun kering, normal dan basah ... 5-37 Gambar 5. 35 Akumulasi sedimen dari tahun 1988 sampai tahun 2027 ... 5-39 Gambar 5. 36 Sketsa Akumulasi Sedimen pada Tahun 2027 ... 5-39