LABYRINTH WEIR
SEBAGAI MERCU PELIMPAH UNTUK ANTISIPASI DAMPAK
PERUBAHAN IKLIM DALAM KEAMANAN DAN FUNGSI WADUK
Mamok Suprapto
Program Studi Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami N0. 36, Surakarta Email: mamok_suprapto@yahoo.com; mamokuns@gmail.com
ABSTRAK
Pergantian musim yang tidak jelas, intensitas hujan yang cukup tinggi, banjir dan kekeringan pada banyak daerah yang sebelumnya tidak pernah mengalami bencana tersebut, adalah fenomena alam yang ditengarai sebagai akibat dari perubahan iklim. Salah satu dampak yang cukup merisaukan, khususnya bagi pengelola bendungan, adalah laju kenaikan aras (level) muka air waduk yang cukup cepat. Kenaikan ini dapat membahayakan keamanan bendungan. Konsep baru yang menyangkut infratrsuktur dan operasional bendungan perlu dipikirkan untuk mengantisipasi kejadian ini. Konsep peningkatan kapasitas alir pelimpah (spillway) tanpa mengurangi kapasitas tampung (storage capacity) waduk dikaji dalam penelitian ini. Pelimpah yang ada dianggap tipe Ogee. Peningkatan kapasitas alir pelimpah menggunakan mercu labyrinth weir tanpa menurunkan aras mercu (crest) Ogee. Mercu labyrinth weir dalam penelitiandigunakan 3 (tiga) macam. Namun dalam kesempatan ini hanya ditampilkan mercu labyrinth tipe Gergaji. Percobaan dilakukan di laboratorium dengan menggunakan open flume. Hasil percobaan menunjukkan bahwa pada ketebalan air di hulu spillway yang sama, mercu labyrinth tipe Gergaji mampu memberikan aliran yang lebih besar dibanding aliran pada mercu tipe Ogee. Peningkatan aliran mercu Gergaji tipe-1 adalah 77.82 % dan pada mercu Gergaji tipe-2 adalah 70 %. Masing-masing mercu Gergaji menghasilkan koefisien aliran (Cd) yang berbeda. Koefisien ini selanjutnya dapat digunakan dalam simulasi reservoir routing untuk mendapatkan gambaran mengenai fungsi pengendalian banjir bila digunakan pelimpah mercu labyrinth.
Kata kunci: keamanan waduk, mercu labyrinth, perubahan iklim
1.
PENDAHULUAN
Air merupakan karunia Tuhan YME yang tak ternilai. Air merupakan sumber kehidupan dan sumber penghidupan, karena air merupakan zat yang sangat diperlukan bagi kehidupan di muka bumi ini. Namun, dalam beberapa dekade terkahir, keberadaan air di alam telah mengalami perubahan yang cukup nyata. Perubahan ini ditengarai sebagai dampak dari perubahan iklim (Trenberth dkk., 1995; Susiltyowati, 2006;. Dune dkk., 2008); Perubahan iklim dipengaruhi oleh aktivitas manusia. Perubahan ini memperbesar keragaman iklim pada periode yang cukup panjang (Trenberth dkk., 1995). Perubahan iklim sebagai implikasi dari pemanasan global telah mengakibatkan ketidakstabilan atmosfer di lapisan bawah, terutama dekat permukaan bumi (UNDP-Indonesia (2007). Pemanasan global mengakibatkan perubahan iklim dan kenaikan frekuensi maupun intensitas kejadian cuaca ekstrim. Hal ini memicu perubahan yang signifikan dalam sistem fisik dan biologis seperti, perubahan pola hujan. Beberapa hasil pengamatan dan kajian yang telah dilakukan di Australia menunjukkan bahwa perubahan iklim telah mengubah pola hujan dan mengakibatkan banjir (Deborah Abbs, 2004).
Banjir dialami di beberapa daerah di Indonesia dan berakibat pada peningkatan aras (level) muka air waduk yang cukup mengkhawatirkan. Peristiwa jebolnya Situ Gintung adalah akibat adanya peningkatan volume waduk (Triwidodo, 2009). Pada bulan Maret tahun 2010, telah terjadi peningkatan aras muka air waduk Jatiluhur yang cukup mengkhawatirkan. Dari batas titik normal waduk Jatiluhur +107 meter, aras muka air waduk Jatiluhur telah meningkat hingga mencapai +108, 37 meter (Ismoko Widjaya, 2010). Keadaan ini mengkhawatirkan bagi banyak pihak atas resiko yang mungkin timbul.
dimungkinkan. Alternatif ini dipilih karena dapat memanfaatkan spillway yang ada dan tidak mengurangi volume tampungan yang dibutuhkan (Hays dan Taylor, 1970; Lux, F., 1984; Marcelo dkk., 2009;, Tullis dkk.,, 1995) Peningkatan aras muka air waduk yang mengkhawatirkan, menarik untuk dikaji agar peningkatan aras muka air waduk yang melampaui keadaan normal masih tetap aman bagi bendungan. Upaya peningkatan kapasitas spillway tanpa mengurangi volume tampungan merupakan alternatif yang dipilih dalam kajian ini. Peningkatan kapasitas spillway dicermati dalam pengamatan pada percobaan di Laboratorium Hidro, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret. Percobaan dilakukan dengan membandingkan kapasitas alir mercu (crest) spillway tipe Ogee dan kapasitas alir mercu spillway tipe Gergaji pada ketebalan air yang sama di hulu mercu. Pengamatan dilakukan pada percobaan dengan menggunakan openflume dengan prototipe spillway.
2.
MATERI DAN METODE
Mercu
Spillway
Tipe Ogee
Waduk pada umumnya dilengkapi dengan bangunan spillway, yang berfungsi sebagai bangunan pengaman agar tidak terjadi overtoping. Banyak spillway menggunakan mercu tipe Ogee. Tampak atas dan ilustrasi 3D mercu spillway tipe Ogee ditunjukan pada Gambar-1.
Gambar-1. Tampak Atas dan 3D Mercu Spillway Tipe Ogee
Mercu
Spillway
Tipe Gergaji
Mercu spillway tipe Gergaji hakikatnya adalah tipe Ogee yang dimodifikasi pada bagian mercu. Mercu spillway tipe Gergaji merupakan deret mercu bentuk segitiga sama sisi. Dengan demikian, bagian puncak spillway untuk lintasan aliran lebih lebar dari mercu spillway tipe Ogee. Modifikasi ini diharapkan mampu melimpahkan debit lebih besar dibanding dengan mercu spillway tipe Ogee pada ketebalan air yang sama. Keunggulan dari modifikasi spillway tipe Gergaji ini antara lain:
1 Meningkatkan kapasitas alir spillway. Ini membantu mencegah kenaikan abnormal aras muka air waduk. 2 Dapat mengalirkan debit besar dengan ketebalan air diatas mercu yang lebih tipis. Hal ini dapat mengurangi
laju peningkatan arasmuka air waduk.
3 Dengan aras mercu modifikasi spillway dibuat sama dengan aras mercu sebelumnya, maka volume tampungan air tidak berubah.
Bila kapasitas spillway ditingkatkan kemungkinan fungsi pengendalian banjir berkurang. Akan tetapi, peningkatan kapasitas spillway bisa mengurangi laju kenaikan aras muka air, sehingga tubuh bendungan aman. Sketsa mercu spillway Gergaji tipe 1 ditunjukan pada Gambar -2 dan mercu spillway Gergaji tipe 2 pada Gambar-3.
Gambar-2 Mercu Spillway Gergaji tipe 1 Gambar-3 Mercu Spillway Gergaji tipe 2 Menurut Mercelo dkk. (2009), untuk memperkirakan debit yang mengalir melalui spillway dapat menggunakan persamaan klasik dari linear crest weir sebagai berikut:
g
h
L
C
Q
d..
.
.
5 , 1=
(1)dengan: Q = debit (cm3/dt), Cd = koefisien debit, g = percepatan gravitasi (≈ 981 cm/dt2), b = lebar mercu (cm), dan
h = ketebalan air di atas mercu (cm)
Alat Penelitian
Untuk mendapatkan data aliran dilakukan percobaan di Laboratorium Hidro, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Sebelas Maret, Surakarta. Alat utama yang digunakan adalah open flume terbuat dari acrelic dengan ukuran 30 Cm x 30 Cm x 180 Cm. Sketsa rangkaian open flume beserta perlengkapannya ditampilkan dalam Gambar-4.
Gambar-5. Langkah Penelitian
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengamatan aliran untuk semua tipe mercu spillway untuk beragam ketebalan air di hulu mercu selama penelitian disajikan dalam Tabel-1.
Tabel 1. Debit Pada Mercu Ogee, Mercu Gergaji Tipe 1Mercu Gergaji Tipe 2 No. H Mercudi Hulu Qhb OgeeMercu
Qhb Mercu Gergaji Tipe 1 Peningkatan Tipe 1 Qhb Mercu Gergaji Tipe 2 Peningkatan Tipe 2 (cm) (cm3/dt) (cm3/dt) (cm3/dt) (%) (cm3/dt) (cm3/dt) (%) 1 0.75 17.03 - - - - 2 1.00 90.58 70.40 - - 56.38 - - 3 1.25 172.32 154.87 - - 124.56 - - 4 1.50 230.89 325.95 95.05 41.17 298.51 67.61 29.28 5 1.75 299.04 512.30 213.25 71.31 473.48 174.44 58.33 6 2.00 430.11 746.27 316.16 73.51 722.02 291.91 67.87 7 2.25 600.24 1067.25 467.00 77.80 1010.10 409.86 68.28 8 2.50 784.31 1394.70 610.39 77.82 1333.33 549.02 70.00
Nilai numerik dalam Tabel-1 disajikan dalam bentuk grafik seperti yang ditunjukkan dalam Gambar-6 untuk hubungan ketebalan air dan debit, dan dalam Gambar-7 untuk hubungan ketebalan air dan nilai koefisien debit (Cd).
Gambar-6. Hubungan Ketebalan Air dengan Debit pada Semua Tipe Mercu
Gambar-7. Hubungan Ketebalan Air dengan Nilai Cd pada Semua Tipe Mercu
Pada Tabel 1 dapat diketahui perbedaan debit pelimpas air mercu Ogee dengan mercu Gergaji tipe 1 dan tipe 2. Debit minimum mercu Ogee sebesar 17.03 cm3/dt terjadi ketika ketebalan air 0.75 cm dan debit maksimum sebesar
Debit (cm 3 /dt)
H (cm)
mercu ogee expon mercu ogee mercu gergaji tipe 1 expon mercu gergaji tipe 1 mercu gergaji tipe 2 CdH (cm)
mercu ogee expon mercu ogee mercu gergaji tipe 1 expon mercu gergaji tipe 1mercu Gergaji tipe 1 dan tipe 2. Hal ini disebabkan karena perbedaan lebar penampang aliran. Pada mercu Ogee lebar penampang 18 cm dan pada mercu Gergaji 36 cm. Perbedaan lebar penampang ini mempengaruhi debit air yang dialirkan. Debit air yang dialirkan mercu Gergaji lebih besar dibanding dengan debit air yang dialirkan mercu Ogee.
Kenaikan kemampuan mengalirkan air bersifat relatif, karena pada ketebalan tertentu debit air yang dialirkan mencapai maksimum dan akan mengalami penurunan saat ketebalan tertentu. Hal ini perlu dikaji lebih lanjut untuk mengetahui model mercu lain agar didapat peningkatan kapasitas spillway.
4.
KESIMPULAN
Berdasarkan analisis yang dilakukan dalam penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Variasi debit yang diperoleh pada ketebalan air 0.25 cm hingga 2.5 cm pada spillway tipe Ogee adalah 17, 02 cm3/dt hingga 784.31 cm3/dt.
2. Nilai Cd yang dihasilkan tidak linear, dari 0.09 hingga 0.65.
3. Dari hasil pengamatan, didapat adanya peningkatan debit maksimum 77.82 % pada mercu Gergaji tipe 1 dan 70.00 % pada mercu Gergaji tipe 2.
5.
UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terimakasih disampaikan kepada Pengelola Laboratorium Hidro, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan kesempatan untuk penelitian ini. Ucapakan terimakasih juga disampaikan kepada Yuliana Sabilla Widya Iswara yang telah membantu penelitian ini sejak awal hingga selesai.
DAFTAR PUSTAKA
Deborah Abbs (2011), The Effect of Climate Change on the Intensity of Extreme Rainfall Events,
