№ 6425
The Effect of Lake Tondano Countermeasures and Outflows on the Kuwil Dam Flood
Discharge
Bastari, Henry, Miftahul Arifin and Appolinaris Didien
EasyChair preprints are intended for rapid dissemination of research results and are integrated with the rest of EasyChair.
August 27, 2021
PENGARUH PENANGGULAN DAN OUTFLOW DANAU TONDANO TERHADAP DEBIT BANJIR BENDUNGAN KUWIL
Bastari1, Henry2, Miftahul Arifin3 dan Appolinaris Didien4*
1,2 Balai Wilayah Sungai Sulawesi I 3 PT Indra Karya (Persero) Divisi Engineering I
*miftahul.arifin@indrakarya.co.id
Pemasukan: …….. (kosongkan) Perbaikan: …….. (kosongkan) Diterima: …….. (kosongkan) INTISARI
Danau Tondano merupakan hulu Sungai Tondano yang mengalir ke Kota Manado yang di bagian hilirnya terdapat Bendungan Kuwil-Kawangkoan. Dalam rencana Revitalisasi Danau Tondano direncanakan Pembangunan Tanggul keliling Danau sepanjang 24 Km. Untuk itu perencanaan Pemodelan banjir perlu diintegrasikan dengan pemodelan Danau Tondano pada sebelum dan Setelah adanya tanggul keliling danau. Model kontinu Danau Tondano dibuat menimbang data yang tersedia untuk dikalibrasi hanya data tinggi muka air danau berbasis harian dengan input utama hujan harian 1998-2019 dari TRMM. Dari kalibrasi parameter model berdasarkan data tinggi muka air harian, pembangkitan debit inflow, outflow dan elevasi muka air danau harian dapat dilakukan. Disamping itu, perlu juga diperkirakan nol peil dari pembacaan tinggi muka air, karena data tinggi muka air tidak memperhatikan elevasi nol peilnya. Perkiraan ini ada dalam proses kalibrasi sekaligus juga perkiraan elevasi dan lebar spillway alami. Output model Danau Tondano berupa inflow harian, outflow harian dan elevasi muka air harian. Dari simulasi diperkirakan elevasi muka air rerata adalah 681,82 m dan elevasi muka air maksimum adalah 682,68 m terjadi di Februari 2011, banjir besar terjadi akhir Maret 1999, Januari 2003. Dengan adanya tanggul di Danau Tondano tinggi muka air waduk di Bendungan Kuwil justru makin menurun. Model banjir meliputi Danau Tondano sampai Bendungan Kuwil, mengindikasikan berbagai skenario penanganan Danau Tondano terhadap besaran banjir di Bendungan Kuwil.
Kata kunci : model kontinu, kalibrasi, nol peil, banjir
LATAR BELAKANG
Danau Tondano sebagai Kawasan Strategis Nasional termasuk salah satu prioritas untuk ditangani dan telah disepakati pada tanggal 15 Maret 2021 oleh 9 Kementerian dan Menko Perekonomian untuk dilaksanakan Gerakan Penyelamatan Danau. Luas Daerah Tangkapan danau Tondano 246,6 km
2termasuk didalamnya luas danau sendiri sekitar 46 km
2.
Selain mendangkalnya danau Tondano yang mengakibatkan kapasitas tampungan air menjadi berkurang, banjir disebabkan oleh fluktuasi elevasi air danau yang tinggi. Masalah banjir seringkali terjadi di 2 lokasi yaitu di bagian hilir dan di sekitar danau Tondano, sungai Tondano mempunyai beberapa meander dan memiliki beberapa “leher botol” pada bagian hilirnya. Aliran pada musim hujan cenderung tersendat pada bagian-bagian yang sempit dan lahan di bagian hilir tergenang. Terpusatnya penduduk di Manado mengakibatkan perluasan kota. Lahan-lahan di daerah hilir banyak digunakan sebagai daerah pemukiman. Pada tahun 1996, tahun 2000, dan tahun 2014 pernah terjadi banjir yang luas di Kota Manado dengan kedalaman air yang mencapai 2 meter di beberapa tempat. Air banjir tersebut baru surut setelah 3 hari. Sedangkan banjir di sekitar danau Tondano sesungguhnya merupakan daerah genangan danau yang saat kemarau surut dan telah mengalami perubahan fungsi lahan sehingga proses penggenangan secara alami tersebut dianggap sebagai masalah banjir bagi masyarakat.
Berbagai model hidrologi telah banyak digunakan untuk mengetahui proses hidrologi dan kondisi ketersediaan air di sungai, danau atau bendungan. Model tersebut harus mampu untuk mengkaji dan memperkirakan ketersediaan air di daerah tangkapan akibat pengembangan strategi seiring dengan perubahan lingkungan yang terjadi. Dan, yang lebih penting adalah kalibrasi dan verifikasi parameter model yang dapat membuktikan bahwa ada tingkat kepercayaan yang dapat menjadi bukti bahwa aplikasi model layak untuk digunakan membangkitan debit simulasi atau melakukan berbagai skenario pengembangan.
Pada tahun 2016 mulai dilaksanakan pembangunan Bendungan Kuwil di hilir danau Tondano, dimana salah satu fungsi Bendungan Kuwil untuk pengendalian banjir. Untuk itu perlu adanya kajian Hidrologi Bendungan Kuwil yang memperhitungkan keberadaan danau Tondano terkait banjir dan ketersediaan air.
Sehingga dapat disimpulkan ada empat masalah yang dihadapi yaitu pertama memperkirakan nol peil dari pembacaan tinggi muka air. Kedua keberadaan danau Tondano terkait banjir di Bendungan Kuwil Kawangkoan, ketiga proses kalibrasi sekaligus juga perkiraan elevasi dan lebar spillway alami serta keempat, penanganan danau Tondano terhadap besaran banjir di Bendungan Kuwil.
METODOLOGI PENELITIAN
Dalam studi ini digunakan model hidrologi semi-distributed HEC-HMS 4.3 (dikembangkan
oleh US Army Corps of Engineers) dan telah diterapkan pada lebih 20-an DAS di Indonesia,
2 buah danau (Tondano Sulawesi Utara dan kaskade Towuti di Sulawesi Selatan) melalui
proses kalibrasi terhadap debit sungai maupun elevasi muka air danau maupun bendungan
hasil pencatatan, sebagai input data hujan menggunakan data hujan harian global
TRMM/GPM yang sudah dikoreksi. Model tersebut terdiri dari model Daerah Aliran Sungai
(terdiri dari hubungan hujan-limpasan, penelusuran di sungai, penelusuran di danau), model
meteorologi, spesifikasi waktu dari model simulasi serta input seri data (hujan, debit, muka
air danau, evaporasi, evapotranspirasi). Kelanjutan dari model danau Tondano adalah model
Bendungan Kuwil.
Satu-satunya data yang sangat berarti dalam penentuan parameter model adalah seri data elevasi muka air danau selama bertahun-tahun yang melewati tahun kering dan tahun basah, tahun normal serta kejadian ekstrim banjir dan kekeringan. Dengan demikian kinerja parameter dapat teruji oleh berbagai peristiwa yang terjadi. Proses kalibrasi membutuhkan data seperti elevasi-area-storage danau yang diperoleh dari pengukuran bathimetri dan kinerja dari semacam spillway alami yang keberadaannya belum terukur. Asumsi bentuk spillway alami ini adalah broad crested spillway dimana elevasi puncak spillway dan lebar spillway diperoleh melalui analisis sensitivitas.
Aliran masuk danau di setiap sungai terskematisasi diperkirakan untuk memberikan gambaran performance danau dalam jangka waktu panjang sekaligus mengindikasikan ketersediaan air dalam jangka waktu panjang, lebih dari 20 tahun. Input dari model hidrologi untuk ketersediaan air meliputi:
1. Hujan harian dari hujan global TRMM/GPM 1998-2019, terpaksa digunakan karena data dari ground station tidak memenuhi persyaratan secara spasial maupun temporal.
2. Satu set parameter HEC HMS yang terukur maupun terkalibrasi.
3. Data penunjang seperti (evapotranspiration dan evaporasi, Elevasi-Storage Area Danau).
4. Data elevasi muka air danau selama beberapa tahun.
Model BASIN terdiri dari 3 sub Model seperti terlihat pada table diatas yaitu pertama SUB Model Unit hidrograf menggunakan metode SCS, kedua Sub Model Kehilangan(Losses) menggunakan metode infiltrasi dari Deficit Constant dan ketiga Sub Model BaseFlow menggunakan metode Linear Recession.
Karakteristik banjir danau Tondano mempengaruhi banjir di Bendungan Kuwil yang sangat tergantung dari banjir outflow Tondano. Karakteristik banjir di Tondano hanya dapat dicermati dari besaran banjir hariannya karena tidak ada data tentang banjir jam-jaman.
HASIL STUDI DAN PEMBAHASAN
Banjir outflow Tondano sangat mempengaruhi banjir yang terjadi di Bendungan Kuwil. Dari hasil simulasi elevasi muka air rerata selama 22 tahun dan elevasi muka air maksimum 682,68 m terjadi di Februari 2011, banjir besar di akhir Maret 1999 dan Januari 2003 maka didapat karakteristik banjir di Tondano. Gambar 1 menunjukkan bahwa dari Elevasi Muka Air Harian danau Tondano selama 22 tahun disimpulkan banjir terjadi dengan initial condition di prob. 50% = +681,9 m dan banjir terjadi dari hujan lebih dari satu hari dengan waktu banjir minimal 3 hari. Parameter model banjir di Kuwil digunakan data pengamatan dari Terowongan 2 Kuwil pada kejadian banjir tanggal 23–24 April 2019 dan 27-29 April 2019 seperti pada Gambar 2 dan Gambar 3 dan banjir di hilir yaitu data pengamatan di jembatan Kairagi yang terjadi pada tanggal 16-18 Februari 2013 dan 14-16 Januari 2014 seperti pada Gambar 4 dan Gambar 5.
Hasil kalibrasi model banjir disajikan pada Tabel 1. Rekap Hasil Kalibrasi Banjir
menunjukkan bahwa nilai E (Nash Sutcliffe), P Bias, RRSE sangat baik yang artinya hasil
kalibrasi ini sudah sesuai dengan kondisi lapangan dan parameter model banjir dapat
digunakan untuk proses analisis selanjutnya.
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Gambar 1. Kalibrasi Banjir Danau Tondano
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Gambar 2. Kalibrasi Banjir tanggal 23-24 April 2019 di Terowongan 2 Bendungan Kuwil
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Gambar 3. Kalibrasi Banjir tanggal 27-29 April 2019 di Terowongan 2
Bendungan Kuwil
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Gambar 4. Kalibrasi Banjir tanggal 16-18 Februari 2013 di Jembatan Kairagi
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Gambar 5. Kalibrasi Banjir tanggal 14-16 Januari 2014 di Jembatan Kairagi
Tabel 1. Rekap Hasil Kalibrasi Banjir
Lokasi/Kejadian Banjir E PBIAS RRSE
Cofferdam 27-29 Apr 2019 0.97 Very good 28.98 Unsatisfactory 0.18 Very good Cofferdam 23-24 Apr 2019 0.97 Very good -4.34 Very good 0.18 Very good Kairagi 14-16 Jan 2014 0.99 Very good 9.39 Very good 0.11 Very good Kairagi 16-18 Feb 2013 0.92 Very good -1.23 Very good 0.29 Very good
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Dengan menggunakan model yang terkalibrasi, hujan yang digunakan adalah curah hujan rencana dengan berbagai kala ulang pada Gambar 6.
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Gambar 6. Banjir Rencana Bendungan Kuwil
Tiap tahun sekitar danau Tondano selalu terjadi banjir akibat sekitar sempadan danau yang berubah fungsi penggunaan lahannya, upaya yang dapat dilakukan adalah membuat tanggul.
0 500
1:00 3:00 5:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 1:00 3:00 5:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00
1 6 - F E B - 1 3 1 7 - F E B - 1 3
DE BI T (M3/S )
B A N J I R 1 6 - 1 8 F E B 2 0 1 3 J E M B A T A N K A I R A G I Simulasi Observed
0 1000
1:00 4:00 7:00 10:… 13:… 16:… 19:… 22:… 1:00 4:00 7:00 10:… 13:… 16:… 19:… 22:… 1:00 4:00 7:00 10:… 13:… 16:… 19:… 22:…
1 4 - J A N - 1 4 1 5 - J A N - 1 4 1 6 - J A N - 1 4
DE BI T (M3/S )
BA N JI R 1 4 - 1 6 JA N 2 0 1 4 JE MBATA N K A I RAG I
Simulasi Observed
Skenario pembangunan tanggul dilakukan di 8 (delapan) lokasi yang akan ditanggul di 3 (tiga) kecamatan seperti pada Tabel 2.
Tabel 2. Delapan Lokasi Tanggul NO KECAMATAN DESA
1 Eris Eris Oki dan Watumea
2 Touliang Oki
3 Ranomerut dan Tandengan
4 Tandengan dan Tandengan Satu
5 Kakas Paslaten 1
6 Paslaten 2
7 Paslaten 3
8 Tondaono Timur Katinggolan Taler
Touliang Oki Kendis Wengkol
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Berdasarkan rencana revitalisasi Danau Tondano, maka pada studi ini dilakukan simulasi untuk skenario pembangunan tanggul dan saluran gendong. Debit yang melalui saluran gendong, 8 lokasi tanggul pada elevasi 684 m, sepanjang 11.632 m. dan outflow di Tondano 2.436 m
3/s. Pada Kondisi Banjir PMF di danau Tondano sebesar 2.452,6 m
3/s dan setelah adanya saluran gendong menjadi 2436 m
3/s maka dengan adanya tanggul maka Banjir di Kuwil sebesar 2.206,6 m
3/s.
Gambar 7, Gambar 8 dan Gambar 9 menunjukkan kondisi eksisting (tanpa tanggul) dan rencana tanggul di Danau Tondano terhadap Debit Banjir PMF, banjir periode ulang 100 tahun dan banjir periode ulang 10 tahun di Bendungan Kuwil dan outflow lewat pelimpah Kuwil serta Elevasi MAW maksimum pada kondisi eksisting dan kondisi jika ada tanggul.
Initial TMA Waduk Kuwil 90 m, 2 pintu 95,5 m.
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Gambar 7. Rencana Tanggul di Danau Tondano Terhadap Banjir PMF di Bendungan Kuwil Initial TMA Waduk Kuwil 100 m, Pintu Tutup
50 60 70 80 90 100 110
0 500 1000 1500 2000 2500
1 :0 0 8 :0 0 1 5 :0 0 2 2 :0 0 5 :0 0 1 2 :0 0 1 9 :0 0 2 :0 0 9 :0 0 1 6 :0 0 2 3 :0 0 6 :0 0 1 3 :0 0 2 0 :0 0
01-Jan-00 02-Jan-00 03-Jan-00 04-Jan- 00
Elev as i (m )
Deb it ( m 3 /s )
Banjir PMF Dengan dan Tanpa Tanggul di Danau Tondano
Inflow Tanpa Tanggul
Inflow Dengan Tanggul
Outflow dengan tanggul
Outflow Tanpa Tanggul
El. Dengan Tanggul
EL. Tanpa Tanggul
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Gambar 8. Rencana Tanggul di Danau Tondano Terhadap Banjir 100 tahun di Bendungan Kuwil Initial TMA Waduk Kuwil 100 m, Pintu Tutup
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Gambar 9. Rencana Tanggul di Danau Tondano Terhadap Banjir 10 tahun di Bendungan Kuwil
Tabel 4. Rekapitulasi Rencana Tanggul di Danau Tondano Terhadap Banjir di Bendungan Kuwil
Periode
Ulang D. Tondano
Bendungan Kuwil
Inflow Max Outflow Max Elevasi Max
m3/s m3/s m
10 Tahun Tanpa Tanggul 444.20 340.70 102.10
Dengan Tanggul 399.10 295.30 101.91
25 Tahun Tanpa Tanggul 542.70 422.00 102.42
Dengan Tanggul 496.50 376.20 102.24
100 Tahun Tanpa Tanggul 683.60 542.00 102.86
Dengan Tanggul 637.40 495.90 102.69
PMF Tanpa Tanggul 2222.90 1943.20 105.12
50 60 70 80 90 100 110
0 100 200 300 400 500 600 700 800
1 :0 0 8 :0 0 1 5 :0 0 2 2 :0 0 5 :0 0 1 2 :0 0 1 9 :0 0 2 :0 0 9 :0 0 1 6 :0 0 2 3 :0 0 6 :0 0 1 3 :0 0 2 0 :0 0
01-Jan-00 02-Jan-00 03-Jan-00 04-Jan- 00
E lev a si ( m )
Debit ( m 3 /s )
Banjir 100 Tahunan Kuwil Dam Dengan dan Tanpa Tanggul di Danau Tondano
Inflow Tanpa Tanggul Inflow Dengan Tanggul Outflow dengan tanggul Outflow Tanpa Tanggul El. Dengan Tanggul EL. Tanpa Tanggul
50 60 70 80 90 100 110
0 100 200 300 400 500
1 :0 0 7 :0 0 1 3 :0 0 1 9 :0 0 1 :0 0 7 :0 0 1 3 :0 0 1 9 :0 0 1 :0 0 7 :0 0 1 3 :0 0 1 9 :0 0 1 :0 0 7 :0 0 1 3 :0 0 1 9 :0 0
01-Jan-00 02-Jan-00 03-Jan-00 04-Jan- 00
E lev a si ( m )
Debit ( m 3 /s )
Banjir 10 Tahunan Kuwil Dam
Dengan dan Tanpa Tanggul di Danau Tondano
Inflow Tanpa Tanggul Inflow Dengan Tanggul Outflow dengan tanggul Outflow Tanpa Tanggul El. Dengan Tanggul EL. Tanpa Tanggul
Periode
Ulang D. Tondano
Bendungan Kuwil
Inflow Max Outflow Max Elevasi Max
m3/s m3/s m
Dengan Tanggul 2206.60 1923.90 105.08
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Beberapa skenario pengoperasian Waduk Kuwil untuk keamanan di hilir dengan titik control di Kairagi dapat dilihat pada Tabel 3 dan Gambar 10 untuk Banjir Periode Ulang 20 tahun dan Gambar 11 untuk Banjir Periode Ulang 25 tahun. Reduksi Banjir sesuai operasi waduk sebesar 21,6%, sedangkan jika menurunkan muka air waduk untuk tampungan banjir dengan initial awal pada elevasi MAW +90, maka reduksi banjir meningkat menjadi 36,3%. Khusus untuk Periode ulang 40 tahun (Q40 = 590 m3/s), reduksi banjir dari 21,65% meningkat menjadi 33,2%.
Tabel 3. Beberapa Alternatif Skenario Pengoperasian Waduk
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
(sumber: PT Indra Karya DE 1, 2021)
Gambar 10. Penanganan Banjir Q20 di S. Tondano Dengan Initial Awal Waduk Kuwil Pada Musim Banjir El+95.1
Pintu Tutup, Init +100 Q2th 159.27 137.94 182.84 166.53 119.55 14.87
Pintu Tutup, Init +100 Q5th 260.4 229 286.11 249.4 175.72 20.72
Pintu Tutup, Init +100 Q10th 332.36 295.4 357.04 303.04 212.05 25.02
Pintu Tutup, Init +100 Q13.5th 361.25 322.1 385.15 323.97 226.25 26.82
Pintu Tutup, Init +100 Q20th 398.72 356.66 422.26 351.43 244.87 29.27
Pintu Tutup, Init +100 Q25th 419.76 376.24 442.9 366.63 255.18 30.68
Pintu Tutup, Init +95 Q5th 101.96 93.44 286.11 249.4 175.72 20.72
Pintu Tutup, Init +95 Q10th 162.41 136.7 356.13 302.36 211.59 24.96
Pintu Tutup, Init +95 Q13.5th 197.6 169.34 385.15 323.97 226.25 26.82
Pintu Tutup, Init +95 Q20th 247.12 215.13 422.26 351.43 244.87 29.27
Pintu Tutup, Init +95.5 Q20th 270.43 237.72 422.26 351.43 244.87 29.27
Pintu Tutup, Init +95.1 Q20th 252.05 219.91 422.26 351.43 244.87 29.27
Pintu Tutup, Init +95 Q25th 273.76 240.28 442.9 366.63 255.18 30.68
Pintu Tutup, Init +94 Q25th 225.14 193.79 442.9 366.63 255.18 30.68
Pintu Tutup, Init +94.5 Q25th 250.77 217.94 442.9 366.63 255.18 30.68
Outlet D Tondano Operasi Spillway Dam Kuwil Kala
Ulang Kairagi Outflow
Kuwil Airmadidi Sawangan PLTA TTT
