JTRESDA
Journal homepage: https://jtresda.ub.ac.id/
p-ISSN : 2798-3420 I e-ISSN : 2477-6068
*Penulis korespendensi: [email protected]
Analisis Hidrolik Aliran Pelimpah Samping Tipe Gergaji Bendungan Sidan Dengan Uji Model Fisik Skala 1:40
Hydraulic Flow Analysis on the Labyrinth Side Overflow Spillway of the Sidan Dam with Physical Model Testing at a 1:40 Scale
Nathanael Wisely1*, Suwanto Marsudi2, Very Dermawan3
123 Departemen Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya, Jalan Mayjen Haryono No.167, Malang, 65145, Indonesia2
Korespondensi Email : [email protected] DOI:
https://doi.org/10.21776/ub.jtresda.2024.004.02.109
Kata kunci: Pelimpah Samping, Hidrolika, Uji Model, Pelimpah Gergaji
Keywords: Side Spillway, Hydraulics, Model Test, Labyrinth Weirs
Article history:
Received: 22-01-2024 Accepted: 23-04-2024
Abstrak: Bendungan Sidan Provinsi Bali direncanakan menggunakan pelimpah samping tipe gergaji untuk mengalirkan debit banjir. Pelimpah samping memiliki kondisi hidrolik aliran yang kompleks yang sering kali belum teridentifikasi secara jelas. Perhitungan teoritis serta pemodelan fisik dimaksudkan untuk mempelajari dan memeriksa kondisi aliran berdasarkan kaidah- kaidah hidrolik yang berlaku. Sehingga dapat diketahui alternatif desain terbaik dalam upaya menyempurnakan kinerja hidrolik aliran pada pelimpah samping secara menyeluruh. Analisis hidrolik aliran dilakukan menggunakan persamaan momentum dan energi, dan metode tahapan standar pada saluran peluncur.
Pengujian model dilakukan dengan mengukur tinggi muka air dan kecepatan aliran pada bagian saluran yang ditinjau untuk setiap debit banjir rancangan. Hasil pengujian pada model fisik seri ke-2 menunjukan kondisi aliran yang sudah memenuhi kaidah-kaidah hidrolika yang berlaku. Saluran pengarah dapat mengalirkan debit banjir tanpa terjadi aliran balik dengan V < 4m/s dan Fr < 0,4. Efektifitas pelimpah gergaji sudah memuaskan. Saluran samping senantiasa dalam kondisi aliran subkritis. Kondisi aliran pada terowongan peluncur adalah superkritis (Fr > 1) tanpa terjadi transisi aliran subkritis. Efisiensi peredam energi tipe loncatan berkisar antara 73% - 75%.
Abstract: The construction of side spillway using labyrinth weirs is planned to pass the flood discharge at The Sidan Dam, Bali Province. A side spillway has complex hydraulic flow conditions that are often not clearly identified. Theoretical calculations and physical model tests are intended to study and check the flow conditions based on applicable hydraulic principles. So that the best design alternative could be identified in an effort to improve the hydraulic
1300
performance of the side spillway comprehensively.
Hydraulic flow analysis is conducted using momentum and energy equations, and standard step method on the chuteway channel. Model testing is carried out by measuring the water level and flow velocity in a given channel section for each flood discharge. The result of physical model testing on the second series design shows that the overall flow conditions comply with applicable hydraulic principles. The approach channel can pass the floods without causing backflow while the V < 4 m/s and Fr < 0.4. The hydraulic effectiveness of the labyrinth weir is satisfactory. The side channel flow condition remains in subcritical. Flow condition in the chute tunnel remain supercritical (Fr > 1) without undergoing a transition to subcritical flow. The efficiency of the ski jump bucket energy dissipator ranges between 73% - 75%.
1. Pendahuluan
Bendungan Sidan, terletak di Provinsi Bali, kabupaten/kota Badung direncanakan akan memiliki kapasitas sebesar 3.13 juta meter kubik dan diharapkan dapat mengairi lahan seluas 4595 Ha, menyediakan pasokan air baku sebesar 2,14 m³/s, dan menghasilkan listrik sebesar XX MW [1].
Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat melalui Balai Wilayah Sungai Bali-Penida memiliki program membangun dua Bendungan yaitu Bendungan Sidan dan Tamblang dalam upaya memenuhi kekurangan persediaan air. Pembangunan Bendungan Tamblang bertujuan untuk mencukupi keperluan air di Bali Utara, sedangkan Bendungan Sidan untuk mencukupi kebutuhan air di Kabupaten Tabanan, Badung dan Denpasar [2].
Pelimpah (Spillway) merupakan salah satu bangunan pelengkap dari bendungan yang berfungsi sebagai pengaman terhadap bahaya air banjir yang melimpas diatas bendungan (overtopping) [3].
Pelimpah samping Bendungan Sidan Provinsi Bali terdiri atas saluran pengarah, pelimpah gergaji, saluran samping, saluran peluncur berupa terowongan tapal kuda, dan peredam energi tipe loncatan dengan kolam peredaman di hilir. Seringkali kondisi aliran pada sistem pelimpah bendungan, yang dimulai dari saluran pengarah (approach channel) sampai saluran pengarah hilir (escape channel) yang telah direncanakan belum dan atau tidak dapat teridentifikasi dengan baik melalui pendekatan perhitungan analitik dan model matematik [4]. Aliran getar, kavitasi, aliran balik, dan aliran silang merupakan fenomena hidrolik yang memungkinkan untuk terjadi di mana dapat menurunkan efisiensi serta tingkat keamanan hidrolik pelimpah samping. 22% dari kasus kerusakan pada bendungan disebabkan oleh ketidakcukupan kapasitas dan kegagalan operasional pada pelimpah [5].
Oleh karena itu diperlukan pengujian kondisi hidrolik aliran pada pelimpah menggunakan model fisik. Analisis hidrolik aliran dilakukan dengan bangunan model uji, yaitu dengan menirukan desain prototipe bangunan yang dibangun dengan skala tertentu dengan prinsip-prinsip kesebangunan (geometris, dinamis, dan kinematis). Pemodelan skala fisik telah digunakan pada investigasi desain dari suatu struktur hidrolik selama lebih dari 100 tahun [6]. Dan yang terutama, dengan pertimbangan bahwa untuk pelaksanaan konstruksi dari suatu bangunan air yang mempunyai fungsi strategis dan
1301 bernilai ekonomi tinggi, Pemerintah mengeluarkan peraturan perlunya sertifikasi keamanan terhadap suatu desain, salah satu diantaranya adalah melalui uji laboratorium model tes hidrolika.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari kondisi hidrolik aliran serta menganalisis kinerja hidrolik aliran pada bangunan pelimpah samping Bendungan Sidan Provinsi Bali.
Memberikan saran berupa perubahan desain untuk menghasilkan aliran hidrolik yang baik pada pelimpah samping. Sehingga, keamanan desain diharapkan dapat terpenuhi mengingat bendungan merupakan struktur yang penting, beresiko secara finansial, dan berdampak dari aspek sosial.
2. Bahan dan Metode 2.1 Bahan
Proyek Pembangunan. Bendungan Sidan terletak pada Aliran Sungai/Tukad Ayung dan memiliki lokasi Tapak Bendungan dan Genangan di beberapa desa, di tiga kabupaten yaitu: Desa Sidan, Kecamatan Petang, Kabupaten Badung; Desa Buahan Kaja, Kecamatan Payangan, Kabupaten Gianyar; dan Desa Bunutin, Desa Mangani, Desa Langgahan, Kecamatan Kintamani, Kabupaten Bangli. Studi uji model fisik Pelimpah Samping Tipe Gergaji Bendungan Sidan Provinsi Bali berlokasi di Laboratorium Pengembangan Sumber Daya Air Terpadu, Departemen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang.
Model fisik dibangun dengan skala tak terdistorsi (undistorted) 1 : 40. Untuk mendukung pelaksanaan penelitian uji model fisik, fasilitas yang akan digunakan di Laboratorium Sumber Daya Air Terpadu terdiri dari peralatan sebagai berikut:
1. 2 unit pompa listrik, dengan kapasitas debit 150 lt/det per pompa.
2. 1 unit pompa diesel, dengan kapasitas debit 50 lt/det per pompa 3. Tandon air bawah tanah (ground reservoir) kapasitas 1250 m3 4. Tandon atas kapasitas 400 m3.
5. Sistem sirkulasi air antara unit pompa – tandon air dan sistem model tes.
6. Alat ukur waterpass
7. Instrumentasi pengukuran di laboratoriu yaitu meteran taraf (point gauge) dan piezometer serta pengukur debit di tandon air dengan alat ukur debit Rechbox.
8. Instrumentasi pengukuran leveling untuk pencapaian posisi elevasi yang tepat dari model fisik berupa waterpass dan theodolit.
9. 2 Unit Komputer dan 2 unit komputer portable, serta 1 unit printer ukuran A4 dan 1 unit printer ukuran A3.
10. Kamera dokumentasi
Untuk keperluan studi ini, data-data yang diperlukan adalah sebagai berikut:
1. Data teknis Bendungan Sidan
2. Data debit banjir outflow rancangan Bendungan Sidan 3. Data teknis bangunan uji model fisik
4. Data pengukuran tinggi muka air hasil uji model fisik 5. Data pengukuran tinggi kecepatan aliran hasil uji model fisik 6. Data pengukuran tekanan hidrostatis hasil uji model fisik 7. Dokumentasi uji model fisik
2.2 Metode
Model fisik hidrolik merupakan peniruan bangunan prototipe ke dalam suatu model miniatur dengan skala tertentu, dengan memperhatikan prinsip kesebangunan dan hubungan antar skala parameter yang harus terpenuhi [7]. Desain yang diuji pada studi ini adalah desain seri II, yaitu hasil modifikasi terhadap desain terhadulu. Yaitu terdiri dari saluran pengarah, pelimpah samping tipe gergaji, saluran samping, terowongan peluncur tipe, dan peredam energi tipe loncatan ski jump bucket.
1302
Untuk membantu proses pengukuran yang efektif, model fisik dibagi atas section pengukuran yang terbagi menjadi 2 bagian yaitu saluran pengarah sebanyak 6 section dan saluran samping hulu sampai sungai hilir sebanyak 42 section. Untuk memperoleh data pengukuran akurat yang dapat menggambarkan kondisi aliran pada saluran, pengambilan data diambil pada ruas kiri, kanan.
Model fisik dialiri debit banjir outflow Bendungan Sidan Q10th, Q50th, Q100th, Q1000th dan QPMF. Selanjutnya dilakukan pengukuran terhadap elevasi muka air, tinggi kecepatan, dan tekanan. Analisis hidrolik aliran yang dilakukan pada pelimpah samping Bendungan Sidan meliputi bagian saluran pengarah, pelimpah samping tipe gergaji (labyrinth weir), saluran samping, saluran transisi, terowongan peluncur, dan peredam energi tipe loncatan ski jump bucket. Parameter hidrolik aliran yang telah diukur pada pengujian model fisik selanjutnya dikomparasikan terhadap hasil analisa teoritis.
2.3 Persamaan
Rumus yang digunakan untuk menghitung debit yang melewati pelimpah tipe gergaji adalah sebagai berikut [8]:
( ) √ dengan:
Q = Debit pelimpah gergaji (m3/s) Cd(α°) = koefisien debit Tullis
Lc = Panjang garis tengah puncak bendung gergaji (m) g = percepatan gravitasi (m/s2)
HT = tinggi tekan total diatas pelimpah (m)
Koefisien debit pelimpah gergaji (Cd) dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut [9]:
( ) ( ) ( ) ( ) Pers. 2 Dengan koefisien pada tiap sudut gergaji sebagai berikut:
Tabel 1 : Koefisien perhitungsn debit bendung gergaji menurut Tullis
α 6° 8° 12° 15° 18° 25° 35° 90°
A 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49
B -0,24 1,08 1,06 1,00 1,32 1,51 1,69 1,46
C -1,20 -5,27 -4,43 -3,57 -4,13 -3,83 -4,05 -2,56
D 2,17 6,79 5,18 3,82 4,24 3,40 3,62 1,44
E -1,03 -2,83 -1,97 -1,38 -1,50 -1,05 -1,10 0
Aliran pada dua sisi pelimpah gergaji yang terbentuk oleh suatu besaran sudut akan memiliki dampak tabrakan aliran. Kondisi tersebut disebut nappe interference. Peredaman lokal akan terjadi disebabkan oleh benturan antar aliran yang melimpas pada sisi-sisi gergaji dengan area lintasan yang terbatas. Efek dari kondisi ini dapat menurunkan debit pelimpah gergaji seiring dengan pertambahan tinggi muka air di hulu pelimpah. Length of disturbance (Lde) merupakan panjang zona yang terdampak benturan aliran terhadap panjang sisi gergaji (B). Rasio length of disturbance (Lde) terhadap panjang sisi gergaji (B) sebaiknya kurang dari 0,35, sehingga persamaan dapat ditulis sebagai berikut [10]:
1303 dengan:
Lde = Length of disturbance (m) B = sidewall length (m)
h = tinggi muka air diatas pelimpah (m) e = angka Euler (2,7183)
Persamaan efisiensi pelimpah digunakan dalam membandingkan perilaku hidrolik dari pelimpah gergaji dengan pelimpah konvensional, dan keuntungan-keuntungan yang diperoleh dari peningkatan panjang pelimpah gergaji yang didefinisikan sebagai berikut [11]:
( )
( ) dengan:
ε = Efisiensi pelimpah gergaji ( ) = Koefisien debit pelimpah gergaji ( ) = Koefisien debit pelimpah konvensional L = Panjang pelimpah gergaji (m)
W = Lebar bentang pelimpah (m)
Bangunan pelimpah samping (side spillway) adalah suatu bangunan pelimpah yang saluran peluncurnya berposisi menyamping terhadap saluran pengatur aliran di hulunya [12]. Aliran pada saluran pelimpah samping secara teoritis didasari atas hukum momentum linear, mengasumsikan bahwa gaya-gaya yang bekerja ketika aliran masuk kedalam saluran adalah hanya searah dengan saluran. Premis ini mengasumsikan bahwa energi keseluruhan yang terjadi teredam ketika memasuki saluran [13]. Untuk menghitung tinggi muka air pada saluran samping dapat digunakan persamaan momentum sebagai berikut [14]:
( )
[ ( )
] dengan :
∆h = perbedaan antara 2 penampang yang ditinjau
= faktor koreksi momentum Q1 = debit pada bagian hulu ( m3/s ) Q2 = debit pada titik yang ditinjau ( m3/s ) V1 = kecepatan pada bagian hulu
V2 = kecepatan titik yang ditinjau ( m3/s) g = percepatan gravitasi
Rumus teoritis kondisi hidrolik aliran pada saluran transisi dapat dihitung dengan pendekatan rumus kekekalan energi antara dua pias, yang secara skematik menggunakan penerapan hukum Bernoulli. Persamaan kekekalan energi pada pias penampang saluran peluncur adalah sebagai berikut [15]:
( )
dengan:
dc = elevasi muka air penampang 1 (m) de = elevasi muka air penampang 2 (m) Vc = kecepatan aliran pada penampang 1 (m) Ve = kecepatan aliran pada penampang 2 (m) hm = kehilangan tinggi akibat gesekan (m) K = koefisien kehilangan tinggi tekan
1304
g = percepatan gravitasi
Gambar 1 : Skema aliran pada saluran transisi
Suatu peredam energi dengan tipe loncatan aliran nya akan membentuk trayektori loncatan menuju kolam peredam (plunge pool). Dalam mengkalkulasi jarak horizontal loncatan air dari ujung bucket menuju titik jatuh loncatan pada muka air kolam peredaman dapat menggunakan rumus sebagai berikut [16]:
√ Pers. 8 dengan:
X = jarak horizontal loncatan dari ujung hilir bucket (m)
Y = tinggi ujjung bucket terhadap muka air setelah loncatan (m), nilai negatif untuk muka air diatas ujung bucket, dan sebaliknya
Hv = tinggi kecepatan sebelum loncatan (m)
= sudut bucket pada bidang horizontal dalam derajat
Sementara untuk menghitung jarak vertikal loncatan air terhadap ujung bucket dapat menggunakan rumus sebagai berikut:
dengan:
= jarak vertikal loncatan air terhadap bibir bucket (m) V2 = kecepatan aktual sebelum loncatan (m/s)
= sudut bucket pada bidang horizontal dalam derajat
Gambar 2 : Skema loncatan hidrolik pada peredam energi tipe bucket
1305 3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Kondisi Hidrolik Aliran Saluran Pengarah dan Pelimpah Gergaji
Perhitungan teoritis kondisi aliran pada saluran pengarah menggunakan persamaan saluran terbuka menggunakan debit banjir rancangan. Sedangkan pada pelimpah gergaji menggunakan rumus debit yang melewati pelimpah gergaji.
Gambar 3 : Saluran pengarah dan pelimpah gergaji Bendungan Sidan Tabel 2 : Kondisi hidrolik aliran saluran pengarah
Kala ulang
Debit outflow
(m3/s)
Elevasi dasar saluran (m)
Elevasi muka air
rata- rata(m)
Tinggi muka air
rata-rata
Kecepatan
rata-rata Froude (Fr)
Syarat hidrolik saluran pengarah Fr ≤ 0,4 V ≤ 4 m/s h (m) V (m/s)
100 tahun 210,50 + 818,00 + 822,85 4,85 0,99 0,14 Memenuhi Memenuhi 1000 tahun 408,85 + 818,00 + 823,36 5,36 1,23 0,17 Memenuhi Memenuhi
PMF 1050,46 + 818,00 + 825,48 7,48 1,11 0,13 Memenuhi Memenuhi
Tabel 3 : Kondisi hidrolik aliran pada pelimpah gergaji
Kala ulang h (m) V (m/s) HT (m) HT/P Cd (15°) Ld L/W ε Q (m3/s)
100 0,83 0,73 0,86 0,21 0,575 0,18 2,60 214% 210,50
1000 1,38 1,29 1,38 0,35 0,547 0,30 2,60 190% 408,85
PMF 3,50 2,39 3,80 0,95 0,369 0,75 2,60 120% 1050,46
Hasil analisa menunjukkan kondisi aliran pada saluran pengarah sudah sesuai kriteria hidrolik aliran. Dengan bilangan Froude kurang dari 4 dan kecepatan aliran kurang dari 4 m/s untuk seluruh debit banjir rancangan. Berikut disajikan Tabel 2 kondisi hidrolik aliran pada saluran pengarah.
Analisa kondisi hidrolik aliran yang terjadi diatas pelimpah dilakukan untuk debit banjir Q100th, Q1000th
QPMF. Hasil analisa menunjukkan tinggi muka air maksimum terjadi ketika QPMF. Dengan nilai HT/P = 0,95 dan Ld = 0,75. Pada kondisi ini terjadi aliran tenggelam (submerging flow) pada pelimpah gergaji.
1306
Gambar 4 : Profil aliran saluran pengarah (approach channel)
Gambar 5 : Rating curve pelimpah gergaji dan pelimpah linear (W=60 m, L=152 m)
Efisiensi pelimpah gergaji berikisar antara 120%-214%, dengan kata lain tidak terjadi penurunan kapasitas pengaliran untuk setiap debit banjir yang dijalankan. Dengan pengertian untuk lebar bentang (W) dan tinggi muka air (h) yang sama, pelimpah gergaji mampu mengalirkan debit banjir dengan suatu nilai pelipatan. Hal tersebut digambarkan pada Gambar 5 Rating curve pelimpah gergaji Bendungan Sidan dan pelimpah linear.
3.2 Kondisi Hidrolik Aliran Saluran Samping
Analisa dimulai dari titik kontrol hidrolik saluran samping yang ditandai dengan section 5 (lihat Gambar 5). Selanjutnya analisa menggunakan persamaan momentum dan persamaan energi pada saluran transisi dengan memperhitungan kehilangan tinggi yang berlaku.
Tabel 4 : Kondisi aliran pada titik kontrol hidrolis saluran samping
Kala ulang Q (m3/s) C L (m) H (m)
100 210,50 1,16 19 4,49
1000 408,85 1,24 19 6,71
PMF 1050,46 1,31 19 12,11
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50
0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00
Tinggi muka air (H)
Debit (m3/s)
Gergaji Linear
1307 Tabel 5 : Analisa kondisi hidrolik aliran pada saluran samping
Kala
ulang Section h (m) El. MA v (m/s) Fr
2/3 Ho PMF
(m)
Tinggi jagaan (m)
Syarat hidrolik saluran samping Subkritis Aliran tenggelam
(h > 2/3 Ho QPMF) (Fr<1)
100 tahun
1 3,59 + 812,96 1,41 0,24 2,43 11,47 memenuhi aman
2 4,64 + 812,85 2,38 0,35 2,43 11,58 memenuhi aman
3 5,34 + 812,43 3,20 0,44 2,43 12,01 memenuhi aman
4 5,38 + 812,47 3,20 0,44 2,43 11,97 memenuhi aman
1000 tahun
1 11,03 + 820,40 2,95 0,28 2,43 4,03 memenuhi aman
2 12,56 + 820,77 3,00 0,27 2,43 3,66 memenuhi aman
3 13,62 + 820,71 2,38 0,21 2,43 3,73 memenuhi aman
4 13,43 + 820,52 1,94 0,17 2,43 3,92 memenuhi aman
PMF
1 15,83 + 825,20 1,23 0,10 2,43 -0,77 memenuhi
tidak aman (excessive submergence) 2 16,92 + 825,13 1,58 0,12 2,43 -0,7 memenuhi
3 18,01 + 825,09 1,69 0,13 2,43 -0,66 memenuhi 4 17,90 + 824,99 2,05 0,15 2,43 -0,55 memenuhi
Hasil analisa menunjukkan kondisi aliran ketika memasuki saluran samping adalah subkritis untuk setiap debit banjir rancangan. Kondisi aliran saluran samping sudah memenuhi syarat hidrolis h
< 2/3 Ho QPMF. Kondisi aliran normal terjadi ketika Q100th. Tetapi ketika QPMF., tinggi muka air pada saluran samping melebihi 2/3 kali tinggi muka air di hulu pelimpah (dengan garis referensi yang sama). Sehingga secara teoritis dapat disimpulkan terjadi aliran ternggelam secara berlebihan (excessive submergence) pada saluran samping ketika QPMF.
Tabel 6 : Analisa aliran balik (backwater) saluran transisi (B=6,7 m) Kala
ulang
Q
(m3/s) Y(m) q7
(m2/s) yc7
(m) E7
(m) yc8
(m)
qmax
(m2/s)
Bmax
(m) Keterangan 100 210,5 7,85 16,71 3,05 8,08 5,38 39,13 5,379 B>Bmax (normal) 1000 408,85 9,73 32,45 4,75 10,29 6,86 56,31 7,260 B<Bmax (Backwater) PMF 1050,46 13,85 83,37 8,91 15,69 10,46 106,00 9,910 B<Bmax (Backwater)
Tabel 7 : Kondisi aliran pada saluran transisi akibat efek backwater
Kala ulang Q (m3/s) qmax (m2/s) Yc (m) Emin (m)
1000 tahun 408,85 61,02 7,24 10,86
PMF 1050,46 156,78 13,58 20,37
Pada saluran transisi terjadi backwater, yang berakibat pada naiknya muka air pada saluran.
Aliran balik dapat terjadi akibat konfigurasi saluran transisi yang menyempit di hilir saluran samping, sehingga terjadi perubahan rezim aliran akibat penyempitan lebar saluran. Rezim aliran berubah secara alami yang kemudian dilakukan perhitungan ulang dengan titik kontrol hidrolik pada hilir saluran (lihat Tabel 7). Profil aliran pada pelimpah samping Bendungan Sidan disajikan pada Gambar 6 sebagai berikut:
1308
Gambar 6 : Profil aliran saluran samping 3.3 Kondisi Hidrolik Aliran Terowongan Peluncur
Aliran disepanjang terowongan peluncur dihitung menggunakan persamaan tahapan standar dengan titik kontrol hidrolis pada hulu/inlet terowongan. Berikut disajikan tabel kondisi aliran sebelum memasuki terowongan peluncur.
Tabel 8 : Kondisi inlet terowongan saluran peluncur
Kala ulang Q (m3/s) H (m)
Diameter (D)
(m) H/D Kondisi aliran
100 210,5 7,99 6,5 1,23 Transisi
1000 408,85 10,91 6,5 1,68 Tertekan
PMF 1050,46 20,47 6,5 3,15 Tertekan
Hasil analisa didapatkan aliran transisi yang terjadi ketika H/D = 1,2 – 1,5 pada inlet terowongan ketika Q1000th. Sedangkan aliran tertekan (H/D>1,5) terjadi pada Q1000th dan QPMF. Berikut hasil analisa tinggi muka air dan kecepatan pada terowongan saluran peluncur.
1309 Gambar 7 : Profil aliran terowongan peluncur section 8 – 18
Gambar 8 : Profil aliran terowongan peluncur section 9 – 28
Tabel 9 : Hasil perhitungan tinggi muka (h) air dan kecepatan (V) terowongan peluncur
Section Q100th Q1000th QPMF
h (m) V (m) Fr h (m) V (m) Fr h (m) V (m) Fr
8 5,33 7,23 1,00 6,50 8,00 1,00 6,50 16,50 2,07
9 3,40 11,99 2,08 4,23 13,41 2,08 5,60 18,00 2,43
10 2,87 14,88 2,80 3,63 16,09 2,70 4,98 20,07 2,87
11 2,58 17,13 3,40 3,29 18,23 3,21 4,60 21,83 3,25
12 2,39 19,05 3,94 3,05 20,07 3,67 4,32 23,40 3,60
13 2,24 20,75 4,42 2,87 21,71 4,09 4,10 24,84 3,92
14 2,13 22,28 4,87 2,73 23,21 4,48 3,92 26,17 4,22
15 2,04 23,68 5,30 2,61 24,59 4,86 3,77 27,42 4,51
16 1,96 24,98 5,70 2,52 25,87 5,21 3,64 28,60 4,78
17 2,11 22,56 4,96 2,72 23,33 4,52 3,99 25,62 4,10
18 2,12 22,45 4,93 2,73 23,24 4,49 4,00 25,56 4,08
19 2,12 22,36 4,90 2,73 23,16 4,47 4,01 25,49 4,07
20 2,13 22,26 4,87 2,74 23,09 4,45 4,02 25,43 4,05
21 2,14 22,16 4,84 2,75 23,01 4,43 4,03 25,37 4,04
22 2,14 22,07 4,81 2,75 22,93 4,41 4,03 25,30 4,02
23 2,15 21,97 4,78 2,76 22,85 4,39 4,04 25,24 4,01
24 2,16 21,88 4,76 2,77 22,78 4,37 4,05 25,18 3,99
25 2,16 21,79 4,73 2,78 22,70 4,35 4,06 25,11 3,98
26 2,17 21,69 4,70 2,78 22,63 4,33 4,07 25,05 3,97
27 1,06 21,97 6,80 1,48 22,97 6,02 2,39 25,48 5,27
28 1,07 21,80 6,72 1,50 22,79 5,95 2,42 25,09 5,14
1310
Hasil perhitungan yang dilakukan pada terowongan peluncur menunjukkan kondisi aliran pada terowongan saluran peluncur sudah cukup baik. Aliran tidak tertekan dan senantiasa berada dalam kondisi superkritis tanpa terjadi transisi menuju sub kritis, hal ini tervalidasi berdasarkan kondisi pada uji model. Sehingga pada terowongan saluran peluncur loncatan air tidak terjadi.Pengukuran tekanan hidrostatis menggunakan piezometer yang terpasang pada saluran peluncur dan menunjukan nilai positif sehingga tidak terjadi aliran kavitasi pada saluran untuk setiap variasi debit yang dijalankan.
Gambar 9 : Grafik kecepatan aliran hasil pengukuran model (section 8 – 28) terowongan peluncur 3.4 Kondisi Hidrolik Aliran Peredam Energi
Analisa hidrolik aliran peredam energi dimaksudkan untuk mengetahui efisiensi desain peredam energi dan karakteristik loncatan air yang dihasilkan. Perhitungan dilakukan menggunakan data perhitungan tinggi muka air sebelum dan sesudah loncatan air terjadi.
Gambar 10 : Profil aliran peredam energi pelimpah samping Bendungan Sidan 0.002.00
4.006.00 10.008.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
K ecepa ta n (m /s)
Section
Q100th Q1000th QPMF
1311 Tabel 10 : Kondisi aliran pada peredam energi tipe loncatan ski jump bucket
Hasil pengukuran karakteristik loncatan air pada model fisik menunjukkan aliran yang teredam dapat ditampung dengan baik pada plunge pool. Dengan panjang loncatan maksimum 60 m dan tinggi loncatan maksimum 26,29 m dari dasar kolam atau 7,29 m jika diukur dari bibir bucket. Efisiensi peredaman energi pada peredam energi tipe loncatan pelimpah samping Bedendungan Sidan sudah cukup baik dengan kisaran antara 73% - 76% pada debit banjir yang dijalankan dengan reduksi energi mencapai 41,2 m ketika QPMF.
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis dan perhitungan pada desain seri ke-2 pelimpah samping Bendungan Sidan dilatarbelakangi rumusan masalah yang telah disusun pada penelitian ini. Dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Kondisi hidrolik aliran saluran pengarah sudah memenuhi parameter hidrolik aliran pada saluran pengarah yaitu kecepatan (V) kurang dari 4 m/s dan bilangan Froude (Fr) kurang dari 0,4 untuk setiap debit banjir rancangan. Sedangkan muka air banjir maksimum berada di elevasi +825,48 m ketika QPMF = 1050,48 m3/s.
2. Desain pelimpah gergaji mampu mengalirkan debit banjir rancangan dan efisiensi hidrolik yang baik. Dengan besar pelipatan kapasitas pengaliran pelimpah gergaji yang berkisar antara 120% - 214%. Ketika kondisi QPMF, pelimpah mengalami aliran tenggelam dan kondisi aliran yang melewati pelimpah gergaji menyerupai aliran pada pelimpah linear, dengan efisiensi pengaliran 120%.
3. Kondisi aliran pada saluran samping sudah cukup baik dengan Fr<1 atau aliran dalam kondisi sub kritis untuk seluruh debit banjir rancangan. Desain pelimpah gergaji tidak mengakibatkan turbulensi aliran secara berlebihan di hilir nya. Pada saluran samping terjadi aliran balik pada saluran samping ketika debit banjir kala ulang 1000 tahun dan PMF dijalankan. Elevasi muka air maksimum pada saluran samping adalah +825,20 m ketika QPMF,. Kondisi tersebut menyebabkan pelimpah gergaji mengalami excessive submergence.
4. Inlet terowongan saluran peluncur berada pada kondisi aliran transisi ketika Q100th dan tertekan ketika Q1000th dan QPMF dengan tinggi muka air maksimum 20,47 m. Tidak terjadi loncatan air didalam terowongan ditandai dengan nilai Froude yang tetap diatas 1 atau aliran tetap dalam kondisi superkritis. Aliran didalam terowongan peluncur selalu dalam kondisi aliran bebas.
5. Kondisi hidrolik aliran pada peredam energi ski jump bucket sudah cukup baik. Efek loncatan aliran dapat diredam dengan baik pada kolam olak dan aliran dalam kondisi tenang ketika memasuki saluran hilir. Panjang horizontal trayektori loncatan air maksimum adalah 60 m dan tinggi loncatan maksimum 26,28 m ketika QPMF. Efisiensi peredaman energi adalah 73% - 76%
dengan reduksi energi mencapai 41,2 m.
Kala ulang
Kondisi sebelum loncatan Kondisi setelah loncatan Reduksi energi
Efisiensi peredam energi h0 (m) V0
(m/s) H0 (m) h1 (m) V1
(m/s) H1
(m) ΔH (m) η
100 2,57 15,93 33,4 7,4 3,2 7,9 25,5 76%
1000 3,70 20,25 42,5 9,5 3,6 10,2 32,3 76%
PMF 4,38 22,54 56,2 14,7 2,2 15,0 41,2 73%
1312
Daftar Pustaka
[1] K.P.P.I.P, “Bendungan Sidan”, 2018 [online]. Available: https://kppip.go.id. [Accessed January 20. 2024]
[2] A. A. N. B. Narendra et al., “Analisis alternatif perencanaan dimensi terowongan pengelak Bendungan Sidan,” PADURAKSA, vol. 10, no. 2, pp. 325–337, 2021, doi:10.22225/pd.10.2.3357.325-337
[3] S. S. Saleh et al., “Kajian karakteristik aliran terhadap bangunan pelimpah pada saluran terbuka,” Jurnal Teknik Hidro, vol. 12, no. 2, pp. 40-53, Agustus, 2019
[4] R. D. Lufira et al., “Uji model fisik bangunan pelimpah Bendungan Saka Gilas dengan skala 1:50,” Jurnal Teknik Pengairan, vol. 10, no. 1, pp. 63-73, Mei. 2019
[5] A. Yildiz and A. Yarar, “Physical modeling of flow over an OGEE spillway and investigation of scale effects by using froude similarity;” in International Symposium “The Emvironment And The Industry”, 2018, pp. 105-110, doi: http://doi.org/10.21698/simi.2018.fp13
[6] S. Y. Kumcu, “Investigation of flow over spillway modeling and comparison between experimental data and CFD analysis,” KSCE Journal of Civil Engineering, Water Engineering, vol. 21, pp. 994-1003, 2017, doi: 10.1007/s12205-016-1257-z
[7] N. Aulia et al., “Kajian hidrolika aliran bangunan pelimpah samping (side channel spillway) Bendungan Beringin Sila Kabupaten Sumbawa,” Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Daya Air (JTRESDA), vol. 1, no. 2, pp. 711-721, 2021
[8] K. Roushangar et al., “Determining discharge coefficient of labyrinth and arced labyrinth weirs using support vector machine,” IWA Publishing, vol. 49, pp. 923-939, 2019, doi: 10.2166/nh.2017.214
[9] O. Bilhan et al., “Experimental investigation of discharge capacity of labyrinth weirs with and without nappe breakers,” World Journal of Mechanics, vol. 6, no. 7, pp. 207-221, 2016, doi:10.4236/wjm.2016.67017
[10] E. D. Mattos-Villarroel et al., "Methodological proposal for the hydraulic design of labyrinth weirs," Water 2023 vol. 15, 2023, doi: 10.3390/w15040722
[11] B. M. Crookston and B. P. Tullis., “Hydraulic design and analysis of labyrinth weirs. I:
Discharge relationship,” Journal of Irrigation and Drainage Engineering, vol. 139, pp. 363- 370, 2013, doi: 0.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000558
[12] S. Sosrodarsono, Bendungan Type Urugan, Pradnya Paramita, Jakarta, 2002
[13] Design of Small Dams, United States Bureau of Reclamation (USBR), Washington DC, 1987 [14] E. Dhitaisma et al., “Uji model hidrolika pelimpah samping Bendungan Surumana,” Jurnal
Teknologi dan Rekayasa Sumber Daya Air (JTRESDA), vol. 04, no. 01, pp. 25-38, 2024 [15] L. Prasetyorini et al., “ A physical hydraulic model test to solve the problem on spillway
dam,” International Journal of GEOMATE, vol. 19, Issue 73, pp. 170-176 [16] Criteria for Hydraulic Design of Bucket Type Energy Dissipator, IS 7365, 2010
