Mengekspresikan Hubungan Harmoni antara Umur Layanan dan Risiko
dalam Infrastruktur Bangunan Air
Soedarwoto Hadhisiswoyo
Dosen Jurusan Teknik Sipil - Fakultas Teknik Unpar-Bandung Email: soedarwoto_hadhisiswoyo@yahoo.com , darwoto@home.unpar.ac.id
Abstrak
Rancangan infrastruktur bangunan air dilakukan dengan memperhitungkan periode ulang yang digunakan untuk menetapkan debit aliran dan umur layanan sebagai faktor yang terkait dengan risiko dalam aspek hidrologi. Di dalam perancangan ditetapkan berapa lama pemanfaatan berlangsung (expected life) dan risiko yang bermakna probabilitas suatu kejadian di dalam masa layanan tersebut. Studi untuk mengevaluasi adanya perubahan umur layanan bendung dan komponen-komponen pendukungnya yang semula adalah 150, 40, 50, 35, 75, dan 75tahun, dengan asumsi masing-masing berkurang sebesar 10 % dan 20 % disebabkan oleh adanya ketidaktelitian dalam memilih bahan yang digunakan dan kurang baiknya kualitas pelaksanaan. Selanjutnya dianalisis risiko yang didasarkan pada periode ulang 25, 50, dan 100 tahun sebagai proses dalam analisis bendung, yang dinyatakan dalam hubungan keandalan Ȓ = 1- R. Hasil analisis yang diperoleh berdasarkan umur layanan bendung 50 tahun mengandung risiko hidrologi sebesar 95 % dan mempunyai tingkat kegagalan 5 % dengan penurunan umur layanan sebesar 10 % mengandung risiko hidrologi sebesar 93 % dan mempunyai tingkat kegagalan 7 %; Hasil analisis yang diperoleh berdasarkan umur layanan bendung 100 tahun mengandung risiko hidrologi sebesar 78 % dan mempunyai tingkat kegagalan 22 % dengan penurunan umur layanan sebesar 20 % pada periode ulang 100 tahun mengandung risiko hidrologi sebesar 70 % dan mempunyai tingkat keandalan 30 %. Oleh karena itu dalam rangka meningkatkan efisiensi dan layanan dari infrastruktur bangunan air berupa bendung dan kelengkapannya, pemilhan bahan dan kualitas pelaksanaan merupakan aspek yang harus diperhatikan. Terdapat hubungan harmoni antara umur layanan dan risiko dalam infrastruktur bangunan air apabila umur layanan dan periode ulangnya sama dengan risiko sebesar 64 % dan mempunyai tingkat kegagalan sebesar 36 %.
Kata kunci: infrastruktur bangunan air, kualitas bahan baik, periode ulang dan umur layanan sama, risiko dan kegagalan konstan.
1. PENDAHULUAN
Infrastruktur bangunan air merupakan fasilitas atau prasarana terkait dengan fungsi bangunan untuk meninggikan muka air dan mengalirkannya ke tempat yang membutuhkan air tersebut. Komponen bangunan air yang akan dianalisis terdiri atas bangunan utama bendung yaitu tubuh dan dinding di kiri dan kanan bendung, bangunan pelengkap berupa intake dengan pintu, bangunan pembilas dengan pintu, tanggul penahan aliran, dan pompa air yang dipersiapkan di lokasi bendung, untuk mengatasi keadaan pada musim kemarau apabila aliran air tidak melewati ambang bangunan pengambil (intake).
Dalam menetapkan besaran debit rencana untuk mendapatkan penampang hidraulik dari infrastruktur bangunan air dianalisis berdasarkan data curah hujan atau data debit aliran, dengan periode ulang sesuai dengan jenis bangunan air yang akan dirancang, diperlukan suatu prediksi terhadap umur layanannya. Umur layanan terkait dengan kualitas bahan dan kualitas pelaksanaan bangunan air yang akan dibangun. Aspek hidrologi terkait dengan ilmu hidrologi yang pada umumnya digunakan dalam mendesain debit aliran, uraian singkat berikut akan memberikan gambaran lebih jelas terhadap makna dari aspek hidrologi yang dibahas pada makalah ini.
Desain hidrologi adalah proses menilai dampak peristiwa hidrologi pada sistem sumber daya air dan memilih nilai-nilai untuk variabel-variabel kunci dari sistem sehingga cukup memadai. Desain hidrologi dapat digunakan untuk mengembangkan rencana struktur baru, seperti bendung, tanggul pengendalian banjir, atau untuk mengembangkan program manajemen untuk kontrol yang lebih baik dari sistem yang ada, misalnya, dengan memproduksi peta dataran banjir untuk membatasi konstruksi di dekat sungai. Terdapat banyak faktor selain hidrologi yang terkait dengan desain sistem sumber daya air; ini termasuk kesejahteraan masyarakat, faktor keselamatan, ekonomi, estetika, masalah hukum, dan faktor engineering lainnya seperti desain geoteknik dan structural, seperti diuraikan oleh ven Te Chow, David Maidment, Larry W. Mays dalam bukunya Applied Hydrology, dan oleh Larry.W.Mays dalam bukunya Waterresources Engineering.
Metodologi yang digunakan dalam penulisan makalah ini, berupa studi literatur yang didasarkan kepada aspek rancangan besaran debit rencana aliran dengan 3 periode ulang yang digunakan dalam analisis, dan analisis risiko hidrologi terkait dengan umur layanan dari komponen-komponen infrastruktur bangunan air, berupa bendung yang menggunakan bahan pasangan batu kali, dan komponen-komponen penunjangnya sesuai dengan bahan yang digunakan. Teori yang diterapkan untuk memperoleh besaran dalam analisis ini, berupa periode ulang, umur layanan dan risiko hidrologi yang terkait, uraian disajikan dalam bab-bab selanjutnya.
2. DASAR-DASAR TEORI
Seperti diuraikan di atas untuk merancang bendung dan komponen-komponennya, memanfaatkan teori untuk menganalisis debit aliran melalui penampang melintang tubuh bendung menggunakan periode ulang 100 tahun, yang bermakna besaran tersebut merupakan debit aliran yang pasti tejadi satu kali dalam periode ulang 100 tahun.
Kejadian ekstrim didefinisikan sebagai suatu variabel acak X lebih besar dari atau sama dengan nilai . Berulangnya interval kejadian X ≥ . Dan nilai yang diharapkan , E( ) merupakan rata-rata nilai yang diukur melalui jumlah kejadian yang sangat besar. Periode ulang kejadian dari besaran tertentu didefinisikan sebagai interval berulangnya kejadian yang menyamai rata-rata antara tersebut. Probabilitas p= P(X ≥ ) terjadinya peristiwa X ≥ dalam pengamatan berhubungan dengan periode ulang, diuraikan sebagai berikut. Untuk masing-masing pengamatan, ada dua hasil yang mungkin, baik kesuksesan X ≥ .(probabilitas p) atau kegagalan X< (probabilitas 1-p). Karena pengamatan independen, probabilitas interval berulangnya durasi adalah produk dari
probabilitas kegagalan diikuti oleh satu kesuksesan, yaitu, p, dan nilai yang diharapkan dari
ditunjukkan oleh,
(1)
Ekpresi di dalam tanda kurung memiliki bentuk pengembangan suatu seri
(2)
karena maka probabilitas dari kejadian suatu pengamatan merupakan kebalikan dari periode ulang,
(3) Apabila teori tersebut dikaitkan dengan umur layanan suatu infrastruktur dan risiko yang terkait dengan kondisi untuk mewaspadai kemungkinan terjadinya peristiwa atau kejadian dari kegagalan infrastruktur atau probabilitasnya, rumusan tersebut akan menjadi:
Probabilitas dituliskan sebagai p(X < xT) = 1- (4)
Karena kejadian hidrologi dianggap bebas, probabilitas tidak melampaui untuk n tahun p (X < xT setiap tahun, dan untuk n tahun) = (1- )n
Komplemen probabilitas paling tidak pasti terjadi 1 x dalam n tahun
p(X ≥ xT paling tidak terjadi 1 x dalam n tahun) = 1- (1- )n (5)
Probabilitas pada T tahun kejadian akan terjadi paling tidak 1 x dalam n tahun. Ini menyertakan keadaan alami, yang menjadi sifatnya atau risiko hidrologi dari kegagalan Ȓ, berupa risiko hidrologi- dan dinyatakan dalam rumus kegagalan sebagai berikut:
Ȓ = 1- (1- )n = 1-[1- p(X ≥ x
Dengan Ȓ: risiko terkait dengan umur layanan dan periode ulang, (%) : periode ulang, (tahun); n: umur layanan infrastruktur-bangunan air, (tahun) (Tabel 2.); p: probabilitas,(%)
Bentuk tegangan dan kajian terhadap kekuatan, kekakuan dan stabilitas lebih berarti untuk struktur, variabel berupa beban dan arah aliran serta tahunpengamatanmenjadi hal penting dan diuraikan awal dalam sumberdaya air. Risiko komponen hidrologi dan hidraulika, sub sistem atau sistem didefinisikan sebagai probabilitas dari beban yang melebihi ketahanan, misal kegagalan probabilitas, dinyatakan dalam bentuk matematik, keandalan dinyatakan sebagai
(7) Dengan p(X < xT) : probabiltas ; r : ketahanan ; l : beban
Hubungan antara risiko dan keandalan di dalam hidrologi dinyatakan sebagai à R = 1 - Ȓ
Tahanan dari sistem hidraulik terutama berkaitan dengan kapasitas tampungan dalam sistem, dan muatan terutama berupa besaran aliran yang melaluinya atau tekanan yang bekerja pada sistem dan bersumber pada kebutuhan. Karena beban dan tahanan merupakan peubah acak yang bekerja pada berbagai sistem hidraulik dan kebutuhan merupakan sesuatu yang tidak pasti, pengetahuan distribusi dari r dan l diperlukan untuk mengembangkan metode keandalan. Perhitungan risiko dan keandalan dapat diacu terhadap tahanan dari beban di sekitarnya. Telaah risiko gabungan antara aspek hidrologi dan hidraulika tidak dibahas dalam makalah ini, silakan untuk menggunakan informasi acuan yang tertulis di Daftar Pustaka[Hadhisiswoyo, S., 2006].
3. DATA DAN ANALISIS
Dalam menunjang problema yang dianalisis diperlukan data terkait dengan materi yang akan diajukan, seperti dikemukakan di dalam Abstrak, pertama adalah periode ulang, kedua adalah informasi tentang umur layanan, dan ke tiga adalah asumsi besaran yang menyebabkan adanya penurunan umur layanan sebesar 10 % dan 20 % dari besaran semula. Periode ulang untuk analisis bendung pada umumnya digunakan 100 tahun, namun sebagai bagian yang pernah penulis analisis pada periode ulang 25 dan 50 tahun ternyata menghasilkan tinggi mercu bendung lebih besar dibandingkan dengan hasil analisis mercu bendung dengan periode ulang 100 tahun.
Sebagai kelengkapan data untuk memperhitungkan risiko yang akan dianalisis, dikutip umur layanan dari buku Irrigation Theory and Structures, ditulis oleh Santosh Komar Garg[SKG], The average estimated life of certain hydraulic structures are given below in Table 18.10 page 690, dan ditulis sebagai Tabel 2. untuk berbagai komponen bangunan air sebagai berikut:
Tabel 2. Estimasi umur layanan Bangunan Hidraulik[SKG]
Bangunan Hidraulik Umur layanan N, tahun
1. Dam
a. Krib 25
b. Tanah, beton, batu 150
c. Batuan lepas 60 d. Baja 40 2. Reservoir 75 3. Tangki a. Beton 50 b. Baja 40 c. Kayu 20 4. Terowongan 35 5 Sumur 40-50 6 Turbin 35 7 Pompa 75 8 Saluran 75
Ditetapkan data untuk analisis risiko hidrologi terkait dengan infrastruktur bangunan air yang dianalisis, dikutip umur layanan seperti tertulis pada Tabel 2.a untuk berbagai komponen bendung, sebagai berikut:
Bangunan Hidraulik Umur layanan N, tahun 1. b. Batu 150 d. Baja 40 a. Beton 50 6. Turbin 35 7. Pompa 75 8. Saluran 75
Santosh K.G. menyampaikan informasi terkait dengan faktor pemulihan modal(tidak dibahas) dalam aspek umur layanan, sebagai berikut, For concervative designs the value of N to be taken for calculating capital recovery factor is generally taken as the estimated life or 50 years wichever is less.
Hasil analisis hubungan periode ulang dan umur layanan menggunakan risiko hidrologi adalah sebagai berikut: Tabel 3. Analisis Risiko hidrologi dan Keandalan
No (1) Komponen (2) Umur layanan N tahun (3) Periode ulang (tahun) (4) Risiko hidrologi (5) Kegagalan(Ȓ) (6) Risiko hidrologi akibat penurunan umur layanan(R) Kegagalan(Ȓ) akibat penurunan umur layanan 10% (7) 20% (8) 10% (9) 20% (10) 1. Batu 150 25 1,00 0,00 1,0 0,99 0,00 0,01 50 0,95 0,05 0,93 0,91 0,07 0,09 100 0,78 0,22 0,74 0,70 0,26 0,30 2. Beton 50 25 50 0,87 0,64 0,13 0,36 0,84 0,60 0,55 0,80 0,40 0,16 0,20 0,45 100 0,39 0,61 0,36 0,33 0,64 0,67 3. Baja 40 25 50 0,80 0,55 0,20 0,45 0,77 0,52 0,48 0,73 0,48 0,23 0,27 0,52 100 0,33 0,67 0,30 0,28 0,70 0,72 4. Turbin 35 25 0,76 0,24 0,72 0,68 0,28 0,32 50 0,51 0,49 0,47 0,43 0,43 0,57 100 0,30 0,70 0,27 0,25 0,73 0,75 5. Pompa atau Saluran 75 25 0,95 0,05 0,94 0,91 0,06 0,09 50 0,78 0,22 0,74 0,70 0,26 0,30 100 0,53 0,47 0,49 0,45 0,51 0,55 Tipe 6. Infrastruktur 25 25 0,64 0,36 0,60 0,56 0,40 0,44 7. Infrastruktur 50 50 0,64 0,36 0,60 0,55 0,40 0,45 8. Infrastruktur 100 100 0,63 0,37 0,60 0,55 0,40 0,45
4. PEMBAHASAN
Dalam pelaksanaan pembangunan bendung terkait dengan bahan yang digunakan, tubuh bendung menggunakan pasangan batu pecah atau batu kali, komponen lain dari bendung dapat disebutkan disini bahan beton, baja, untuk pintu pembilas, pintu sadap dan lainnya, beton dapat juga digunakan sebagai tubuh bendung maupun komponen-komponen lainnya, turbin lokal digunakan apabila lokasi bendung juga direncanakan sebagai PLTM, pompa digunakan sebagai unsur penunjang apabila muka air di sungai rendah. Saluran sebagai perangkat untuk membawa aliran air dari intake menuju daerah persawahan yang diberi air.
Berdasarkan analisis terhadap risiko hidrologi, dengan periode ulang, umur layanan, dan penurunan kualitas bahan bangunan yang digunakan dalam pembangunan bendung dan komponen-komponennya, telah ditelaah dengan umur layanan Tabel 3 di atas, pada kolom(3), periode ulang pada kolom(4), risiko hidrologi pada kolom(5), dan keandalan sesuai dengan kualitas yang menghasilkan umur layanan pada kolom(6), risiko hidrologi akibat penurunan kualitas bahan dalam pelaksanaan dengan prediksi 10% di kolom(7), dengan prediksi 20 % pada kolom(8), keandalan dengan penurunan kualitas bahan dan pelaksanaan, sebesar 10 % pada kolom (9), dan sebesar 20 % pada kolom(10)
Nampak dalam Tabel 3 di atas jenis bahan dengan periode ulang kecil, umur layanan lama dengan periode ulang kecil risiko hidrologi selalu besar dan sebaliknya keandalan kecil. Demikian pula apabila terjadi penurunan umur layanan akibat adanya penurunan kualitas bahan yang digunakan juga berlaku kaidah yang sama, bandingkan hasil analisis nomor urut 1 material batu, dan nomor urut 5 saluran.
Tabel 3.a Hasil analisis risiko dan kegagalan bahan batu dalam aspek hidrologi 1. Batu 150
25 1,00 0,00 1,0 0,99 0,00 0,01
50 0,95 0,05 0,93 0,91 0,07 0,09
100 0,78 0,22 0,74 0,70 0,26 0,30
Tabel 3.b Hasil analisis risiko dan kegagalan saluran dalam aspek hidrologi 5. Saluran 75
25 0,95 0,05 0,94 0,91 0,06 0,09
50 0,78 0,22 0,74 0,70 0,26 0,30
100 0,53 0,47 0,49 0,45 0,51 0,55
Analisis ini merupakan telaah berdasarkan aspek yang terkait dengan umur layanan, periode ulang dalam hidrologi, dari telaah yang dilakukan untuk segala jenis infrastruktur bangunan air, dengan periode ulang sama dengan umur layanan, suatu tetapan umur layanan 25 tahun, periode ulang 25 tahun, memberikan risiko hidrologi sebesar 0,64 atau 64 % dan kegagalan sebesar 0,36 atau 36 %; sedangkan tetapan umur layanan 50 tahun, periode ulang 50 tahun, memberikan risiko hidrologi sebesar 0,64 atau 64 % dan kegagalan sebesar 0,36 atau 36 %; dan tetapan umur layanan 100 tahun, periode ulang 100 tahun, memberikan risiko hidrologi sebesar 0,63atau 63 % dan kegagalan sebesar 0,37 atau 37 % ketiga analisis memberikan hasil yang tidak jauh berbeda(dua analisis sama, satu analisis tidak jauh beda).
Tabel 3.c Hasil analisis risiko dan kegagalan infrastruktur bangunan air dalam aspek hidrologi
6. Infrastruktur 25 25 0,64 0,36 0,60 0,56 0,40 0,44
7. Infrastruktur 50 50 0,64 0,36 0,60 0,55 0,40 0,45
8. Infrastruktur 100 100 0,63 0,37 0,60 0,55 0,40 0,45
Demikian pula untuk kondisi terjadinya penurunan kualitas bahan, 10 % dengan suatu tetapan umur layanan semula 25 tahun, periode ulang 25 tahun, risiko hidrologi sebesar 0,60 atau 60 % dan keandalan sebesar 0,40 atau 40 %; sedangkan dengan umur layanan 50 tahun, periode ulang 50 tahun, risiko hidrologi sebesar 0,60atau 60 % dan keandalan sebesar 0,40 atau 40 %; dan suatu tetapan umur layanan 100 tahun, periode ulang 100 tahun, risiko hidrologi sebesar 0,60 atau 60 % dan keandalan sebesar 0,40 atau 40 % ketiga analisis memberikan hasil yang tidak jauh berbeda(dua analisis sama, satu analisis tidak jauh beda).
Untuk kondisi terjadinya penurunan kualitas bahan, 20 % suatu tetapan umur layanan 25 tahun, periode ulang 25 tahun, risiko hidrologi sebesar 0,56 atau 56 % dan keandalan sebesar 0,44 atau 44 %; sedangkan dengan umur layanan 50 tahun, suatu tetapan umur layanan 50 tahun, periode ulang 50 tahun, risiko hidrologi sebesar 0,55 atau 55 % dan keandalan sebesar 0,45 atau 45 %; dan untuk umur layanan 100 tahun, suatu tetapan umur layanan 100 tahun, periode ulang 100 tahun, risiko hidrologi sebesar 0,55atau 55 % dan keandalan sebesar 0,45 atau 45 % ketiga analisis memberikan hasil yang tidak jauh berbeda(satu analisis tidak jauh beda, dua analisis sama).
Chow dan kawan-kawan, menyampaikan suatu pengembangan terhadap rumusan risiko kegagalan hidrologi dituliskan, Ȓ= 1-[1-P(X ≥ xT)]n untuk n yang besar dinyatakan dalam seri , 1-(1-1/T)n ≈ 1-e-n/T dan apabila T= n
risiko dinyatakan dalam 1-e-1= 0,632 atau sebesar 63,20 % mendekati besaran 63 % sampai dengan 64 % seperti
dinyatakan dalam Tabel 3. baris 6, 7, dan 8[Chow, et al].
Berdasarkan gambaran tersebut di atas nyata bahwa terdapat hubungan harmonis antara umur layanan dan periode ulang yang tetap apabila besarannya sama, sejalan dengan hasil analisis pada Tabel 3.c dengan tingkat kegagalan sebesar 36 persen, penurunan kualitas 10 % kegagalan 40 %, dan penurunan kualitas 20 % tingkat kegagalan 45 %.
5. SIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil analisis dan uraian-uraian pada bab 3 dan 4 diambil simpulan sebagai berikut:
Simpulan
1. Dalam pembangunan infrastruktur bangunan air, pengawasan atau kontrol yang diawali sejak pemilihan bahan harus dilakukan dengan baik agar risiko dari aspek hidrologi tidak menyebabkan kegagalan dari infrastruktur yang dibangun meningkat;
2. Berdasarkan hasil analisis umur layanan makin tinggi dengan periode ulang rendah, risiko hidrologi tinggi dan kegagalan menjadi rendah;
3. Berdasarkan hasil analisis makin besar periode ulang, risiko hidrologi menurun, dan kegagalan meningkat; 4. Berdasarkan hasil analisis, infrastruktur bangunan air yang memiliki umur layanan dan periode ulang yang
Saran
1. Penurunan umur layanan dalam makalah ini diprediksi, sebesar 10 % dan 20 % dengan asumsi adanya ketidaktelitian dalam memilih bahan yang digunakan dan kurang baiknya kualitas pelaksanaan, diperlukan
dilakukan penelitian terhadap permasalahan terjadinya penurunan terhadap umur layanan.
DAFTAR PUSTAKA
Baban, R., (1995): Design of Diversion Weir Small Scale Weir in Hot Climate, McGrawHill, New York, Chow, venTe, David R. Maidment, LarryW.Mays,(1988): Applied Hydrology, McGraw-Hill International Edition, Civil Engineering Series, New York, Toronto.
Hadhisiswoyo, S.(2006). “Risiko Hidrologi Hidraulika dalam Analisis Bendung dan Partisipasi Masyarakat” dipresentasikan di Pertemuan Ilmiah Tahunan (PIT) XXIII HATHI, Prosiding ISBN 978-979-15616-4-8, Manado – 10 – 12 November 2006.
Garg, Santosh Komar (1975): Irrigation Theory and Structures, McGraw Hill, New Delhi. Mays, Larry W.,(2004), Waterresources Engineering, John Wiley & Sons(Asia)
![Tabel 2. Estimasi umur layanan Bangunan Hidraulik [SKG]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4947594.3487301/3.913.259.677.696.971/tabel-estimasi-umur-layanan-bangunan-hidraulik-skg.webp)
