Waduk dan pengendali banjir - Spada UNS

Waduk dan pengendali banjir

Probability Maximum Flood

Tujuan dari bagian ini adalah untuk secara singkat menentukan langkah-langkah dalam menentukan kemungkinan banjir maksimum (PMF) untuk desain dan analisis bendungan dan perlengkapannya.

Penentuan PMF melibatkan dua langkah dasar:

(1) untuk mensintesis hidrograf aliran masuk ke dalam reservoir dan

(2) untuk memodelkan atau mensimulasikan pergerakan banjir melalui reservoir dan melewati reservoir, bendungan.

2

Tahapan Evaluasi

1. Membagi area drainase menjadi sub area, jika perlu 2. Turunan model limpasan

3. Menentukan kemungkinan curah hujan maksimum (PMP)

4. Menyusun kenaikan PMPrecipitation ke dalam pola curah hujan badai logis yang disebut kemungkinan badai maksimum (PMStorm)

5. Memperkirakan untuk setiap interval waktu kerugian dari curah hujan karena tindakan seperti penahanan permukaan dan infiltrasi di dalam DAS

6. Mengurangi kerugian dari curah hujan untuk memperkirakan nilai kelebihan curah hujan untuk setiap interval waktu

7. Menerapkan nilai kelebihan curah hujan ke model limpasan dari setiap subarea DAS

3

8. Penambahan hidrograf limpasan pada aliran dasar untuk mendapatkan hidrograf sintetis pada setiap sub area

9. Penelusuran banjir untuk setiap sub area

10. Mengarahkan aliran masuk melalui tampungan reservoir, outlet, dan spillways untuk mendapatkan perkiraan elevasi tampungan, debit di bendungan, elevasi tailwater, dll., yang menggambarkan aliran banjir melalui reservoir.

(Ini pada dasarnya adalah proses penghitungan volume air masuk, penyimpanan, dan aliran keluar melalui periode banjir. Jika ada beberapa waduk di DAS, reservoir routing diulang dari reservoir paling atas ke reservoir paling hilir, secara bergantian.)

A. Type Dam

1. Gravity Concrete Dam:

2. Concrete Arch Dam 3. Buttress Dam

4. Earthen Embankment Dam

5

Gravity Concrete Dam

Bagian utama bendungan; Sumber: Wisconsin; Departemen Alam; Sumber Daya, 2012

Bendungan beton gravitasi adalah struktur beton padat yang menggunakan massa (berat) untuk menahan air. Ini membutuhkan beton dalam jumlah besar, terutama pada dasarnya, untuk

memberikan berat yang diperlukan untuk

menahan gaya

hidrostatik yang diberikan oleh air yang ditampung di belakang bendungan.

Concrete Arch Dam

Bendungan besar di Amerika Serikat; Sumber: Biro Reklamasi AS (2012b; 2012c)

Bendungan lengkung beton memiliki desain

kelengkungan yang melengkung melintasi ngarai dan memiliki

abutment yang tertanam di dinding batu yang kokoh.

Gaya hidrostatik

mendorong terhadap kurva lengkungan beton dan menekan material di dalam struktur. Tekanan ini membuat bendungan lebih padat dan menghilangkan tekanan air ke dinding ngarai

Buttress Dam

Bendungan Bartlett; Sumber: Biro Reklamasi AS (2012).

Bendungan beton gravitasi mungkin memiliki

penyangga segitiga yang disebut penopang di sisi hilir untuk memperkuatnya dan untuk mendistribusikan tekanan air ke fondasi.

Bendungan semacam itu biasanya ditempatkan dalam kategori terpisah dari bendungan gravitasi beton dan disebut bendungan penopang

Earthen Embankment Dam

Bendungan Prosser Creek; Sumber: Biro Reklamasi AS (2012a)

Lebih dari 50% dari total volume tanggul tanah bendungan atau

bendungan urugan terdiri dari material tanah yang dipadatkan. Bendungan tanah yang besar memiliki inti tanah liat yang kedap air, atau bahan lain dengan permeabilitas rendah, yang mencegah air reservoir merembes dengan cepat melalui atau di bawah fondasi struktur. Sebagian besar bendungan tanah besar juga memiliki saluran air yang dipasang di sepanjang kaki hilir sungai bendungan

B. Tampungan Waduk (reservoir Storage)

3 komponen utama

(1) tampungan mati untuk pengumpulan sedimen, (2) tampungan aktif atau

tampungan konservasi untuk hasil yang kuat dan sekunder, dan (3) tampungan banjir untuk

mengurangi kerusakan akibat banjir di hilir.

Zona waduk

Penyimpanan matiatau tidak aktif = kapasitas di bagian bawah reservoir yang dicadangkan untuk akumulasi sedimen selama umur reservoir yang

diantisipasi.

Penyimpanan aktifadalah penyimpanan antara bagian atas kolam penyimpanan mati dan elevasi permukaan air reservoir normal.

Kapasitas penyimpanan aktif kadang- kadang disebut sebagai kolam konservasi aktif atau

penyimpanan konservasi.

Tampungan banjiradalah tampungan antara bagian atas kolam konservasi dan ketinggian air maksimum yang diizinkan di waduk.

Penyimpanan ini dicadangkan untuk

pengendalian banjir dan biasanya tidak digunakan.

11 Freeboard adalah perbedaan elevasi antara puncak

bendungan dan ketinggian air maksimum yang diizinkan di reservoir.

C. Hidro-power

1. Impulse-turbine system

2. Reaction-turbine system

Impulse-turbine system

Lester A. Pelton (1829–1908),

Dalam turbin impuls, pancaran air bebas mengenai elemen berputar, yang disebut runner, yang terkena tekanan atmosfer.

Putaran dalam turbin impuls kadang-kadang disebut roda impuls atau roda Pelton.

Persamaan

• Nosel dianggap sebagai bagian integral dari turbin impuls, sehingga head netto atau head efektif pada turbin sama dengan head statis dikurangi head loss, h_L Head yang masuk ke nosel dikeluarkan dalam empat cara:

(1) energi hilang dalam gesekan fluida di nosel, yang dikenal sebagai nozzle loss;

(2) energi yang hilang dalam gesekan fluida akibatbucket pada putaran turbin;

(3) energi kinetik akibat air pada putaran bucket, dan (4) energi digunakan untuk memutarbucket.

di mana

• k_jadalah koefisiennozzle head-loss yang bergantung pada geometri nozzle,

• V_jadalah kecepatan pancaran,

• kadalah koefisienbucket friction loss,

• v₂adalah kecepatan air relatif terhadap ember pada saat keluar dari ember , dan V₂adalah kecepatan absolut air keluar bucket. Nilai khas k berada dalam kisaran 0,2-0,6.

Impulse-turbine

memiliki serangkaian bucket terpisah yang terletak di sekitar perimeter.

Impulse turbine Source: Capture 3D, Inc., Costa Mesa, CA, and GOM mbH, Braunschweig, Germany (2012)

Reaction Turbines System

Francis Turbine

Turbin pompa yang digunakan pada fasilitas penyimpanan yang dipompa sangat mirip dalam desain dan konstruksi dengan turbin Francis.

Turbin pompa terhubung ke generator motor, yang berfungsi sebagai motor atau generator,

tergantung pada mode pompa atau turbin yang digunakan.

17

dimanaadalah berat jenis air.

Menariknya, untuk pipa tertentu, ada diameter jet unik yang akan memberikan daya maksimum ke jet, disebut power of the jet, P_jet.

Dengan bertambahnya ukuran bukaan nosel,

• laju aliran, Q, meningkat

• sedangkan kecepatan pancaran, V_j, berkurang;

maka ada beberapa ukuran menengah bukaan nosel yang akan memberikan daya maksimum ke jet.

• efisiensi hidrolik, _T, dari turbin impuls adalah rasio daya yang diberikan ke bucket turbin dengan daya dalam aliran di awal masuk ke nosel.

• Efisiensi keseluruhan, , dari turbin impuls kurang dari efisiensi hidraulik, T

• Tadalah torsi yang dikirim ke poros oleh turbin, dan

adalah kecepatan sudut putaran

Reaction Turbines

Ada 2 type

the American engineer James B. Francis (1815– 1892),

1. the Francis turbine and 2. the axial-flow

turbine, also called a propeller turbine.

Francis turbine Source: ANDRITZ (2012)

Reaction Turbines

Ada 2 type

the Austrian engineer Viktor Kaplan (1876–1934),

1. the Francis turbine and 2. the axial-flow

turbine, also called a propeller turbine.

Kaplan axial flow turbine Source: U.S. Army Corps of Engineers, (2005g).

Extraction of hydropower

Environmental factors that affect fur color

di mana

Heffsama dengan energi spesifik hulu,

y₁+ V₁²/2g ditambah, datum (el.dasar)

z, adalah massa jenis air, dan gadalah percepatan gravitasi.

Waduk dan pengendali banjir

Syarat Hidrologi khusus (Hoggan, 1997)

1. Studi Areal banjir. Banjir periode ulang 10, 100, dan 500 tahun.

2. Evaluasi alternatif penggunaan lahan. Analisis berbagai kejadian banjir (frekuensi berbeda) untuk tata guna lahan terhadap potensi bahaya banjir, kerusakan akibat banjir, dan dampak lingkungan.

3. Evaluasi tindakan memperkecil kerugian akibat banjir. Analisis berbagai kejadian banjir (frekuensi berbeda) untuk menentukan pengurangan kerusakan akibat banjir yang terkait dengan aliran desain tertentu.

4. Studi desain. Analisis kejadian banjir spesifik untuk mengukur fasilitas untuk menentukan factor aman terhadap kerusakan (failure).

5. Studi operasi. Evaluasi suatu sistem untuk memastikan penggunaan sesuai banjir rencana.

Pembagian areal sungai

Waananen et al. (1977) Profil sungai dan lembah

Komponen hidrologi dan hidrolika pada floodplain analyzis

Click to edit master text style

Sungai dan Sempadan Sungai

Areal banjir dan Bantaran sungai (Floodways and Floodway Fringes)

26

Sempadan sungai

• Atau (riparian zone) adalah zona penyangga antara ekosistem perairan (sungai) dan daratan.

• sesungguhnya secara alami terbentuk sendiri, sebagai zona transisi antara ekosistem daratan dan ekosistem perairan (sungai).

• Sempadan sungai yang cukup lebar dengan banyak kehidupan tetumbuhan (flora) dan binatang (fauna) di dalamnya merupakan cerminan tata guna lahan yang sehat pada suatu wilayah.

• Hilangnya sempada sungai berdampak pada terjadinya gerusan talud→

mengancambangunan/fasum lain→dangkal/landau→kapasitas menurun→rentan banjir

Pemeriksaan sempadan

• Untuk menentukan tepi palung sungai pada ruas sungai ini perlu dibuat bantuan bidang horizontal

menyinggung atau memotong bidang lengkung tebing sungai.

• Garis potong kedua bidang tersebut merupakan garis tepi palung sungai

• potongan melintangnya yang sangat landai atau membentuk lengkungan cembung

• Untuk ruas sungai bertangggul, perlu diperhatikan bahwa fungsi tanggul adalah untuk membatasi aliran debit banjir tertentu sesuai dengan yang direncanakan pada tahap desain

• Ibukota Kabupaten/Kota untuk

mengalirkan debit rencana (Q10 – Q20 )

• Ibukota Provinsi untuk mengalirkan debit rencana (Q20 – Q50);

• Ibukota Negara/Metropolitan untuk

sempadan, perlu dipertimbangkan

• kemungkinan adanya peningkatan tanggul dengan memperlebar bantaran sehingga tepi luar kaki tanggul juga ikut bergeser ke luar,

• sehingga sempadan sungai disesuaikan dengan debit rencana tanggul di atas

• Besaran debit rencana tersebut ditentukan dengan

mempertimbangkan tingkat kemajuan ekonomi kawasan yang akan dilindungi

karakter spesifik sungai, misalnya palungnya mudah berubah (di daerah delta), berkelok-kelok (meandering), berjalin (braided), membawa pasir (agradasi), dan aliran lahar dingin , dll

• sempadan sungai untuk ruas sungai yang berubah dinamis perlu diambil lebih lebar sesuai dengan perkiraan antisipasi setempat

• sungaimeanderdan braidedagar tepi palung ditentukan dari batas terluar perubahan alur

• sungai yang mengalami agradasi dan sungai yang membawa aliran lahar dingin agar diambil jarak sempadan yang lebih lebar berdasarkan pengalaman luapan yang pernah terjadi

sungai di daerah rawan banjir dan daerah urban

• perlu kegiatan peningkatan kapasitas alur sesuai debit banjir rencana

• penentuan tepi palung sungai harus mempertimbangkan dimensi palung sungai sesuai debit rencana pada waktu yang akan datang

runtuh

• Penentuan tepi palung sungai untuk kondisi yang demikian ini harus memperhitungkan kemungkinan terjadinya longsoran dengan mengambil tepi palung sungai berjarak cukup aman dari tepi longsoran

• Misalnya dengan menempatkan tepi palung sungai membentuk kemiringan/tangent 1:2 (vertikal:horizontal) dari dasar sungai

sungai dengan jalan raya di tepi palung sungai

• Terhadap kondisi yang telah telanjur tersebut ketentuan lebar sempadan tetap tidak berubah meskipun terpotong oleh keberadaan jalan

• Jika terjadi keruntuhan tebing sungai yang mengganggu atau merusak kondisi jalan, maka pada kesempatan pertama harus ditinjau alternatif perbaikan jalan dengan menggeser trase jalan menjauhi palung sungai sesuai ketentuan lebar sempadan

sungai dengan lahan basah (wetlands) di tepi palung sungai

• fungsi lahan basah mirip dengan fungsi sempadan, justru lebih lengkap lagi yaitu memiliki fungsi

membersihkan/menetralkan bahan pencemar, maka sempadan sungai dalam kondisi ini tidak perlu lagi ditetapkan

• lahan basah yang ada di tepi sungai harus dijaga dan dilindungi keberadaannya sungai dengan tebing tinggi dan palung sungai membentuk huruf V

• Jika tebing terlalu tinggi dan agak landai, tepi palung sungai dapat ditentukan di tempat perubahan kemiringan ketika kemiringan tebing sungai

FLOOD-CONTROL ALTERNATIVES

Tujuan

• Tindakan Struktural

• Tindakan Non Struktural

• mengurangi atau mengurangi akibat negatif dari banjir.

• Tindakan alternatif yang memodifikasi limpasan banjir biasanya disebut sebagai fasilitas pengendalian banjir dan terdiri dari struktur rekayasa atau modifikasi.

Struktural

1. Flood-Control Reservoir: digunakan untuk menyimpan air banjir untuk dilepaskan setelah kejadian banjir, mengurangi besarnya debit puncak.

2. Diversion: digunakan untuk mengalihkan atau memotong aliran banjir dari pusat kerusakan untuk mengurangi arus puncak di pusat kerusakan.

3. Levees and Floodwalls (parapet): digunakan untuk menahan aliran banjir dari daerah dataran banjir dimana kerusakan dapat terjadi. Tanggul pada dasarnya memodifikasi ketiga hubungan fungsional.

4. Channel Modifications: (channel improvement) dilakukan untuk meningkatkan karakteristik saluran pembawa; dengan variasi debit dan memperhatikan dampak menurunnya he stage-discharge relationship.

Flood-Control Reservoir

Hubungan fungsional dasar alternative reduksi flood-damage

Reservoir

Diversion

Diversion

Levees and Floodwalls (parapet)

Levees and Floodwalls (parapet)

41

Channel Modifications

Tanggul dan tembok penahan banjir adalah tindakan pengurangan kerusakan yang efektif dalam keadaan berikut (Korps Insinyur Angkatan Darat AS, 1996a):

1. Kerusakan properti dikelompokkan secara geografis.

2. Diharapka Tingkat perlindungan yang tinggi, dengan sedikit kerusakan.

3. Melindungi Berbagai properti, termasuk infrastruktur, struktur, isi, dan properti

pertanianuntuk lokasi modifikasi saluran dengan biaya ekonomi, lingkungan, dan sosial yang wajar.

4. real estat yang memadai dengan nilai ekonomi yang sesuai untuk kondisi saluran, lingkungan, dan sosial.

5. Nilai ekonomi dari real estate terlindungi sesuai biaya yang dikeluarkan.

42

Channel Modification

43

Channel Modification

Non Struktural

1. Nonstructural measures. Tindakan nonstruktural digunakan untuk memodifikasi potensi kerusakan struktur dan fasilitas permanen untuk mengurangi kerentanan banjir untuk mengurangi potensi kerusakan.

2. Flood proofing. Tindakan nonstruktural meliputi pencegahan banjir, peringatan banjir, dan berbagai jenis alternatif pengendalian penggunaan lahan.

3. Langkah-langkah ini dicirikan oleh nilainya dalam mengurangi penggunaan dataran banjir yang tidak bijaksana di masa depan atau potensial.

4. Dari tindakan nonstruktural yang disebutkan di atas, hanya penahan banjir yang memiliki potensi untuk mengubah potensi kerusakan yang ada

Non Struktural measures

• Digunakan untuk memodifikasi potensi kerusakan struktur permanen dan fasilitas dalam rangka mengurangi kerawanan banjir untuk mengurangi potensi kerusakan.

• Tindakan nonstruktural meliputi pencegahan banjir, peringatan banjir, dan berbagai jenis alternatif pengendalian penggunaan lahan. Langkah-langkah ini dicirikan oleh nilainya dalam mengurangi penggunaan dataran banjir yang tidak bijaksana di masa depan atau potensial. Dari tindakan nonstruktural yang disebutkan di atas, hanya penahan banjir yang memiliki potensi untuk mengubah potensi kerusakan yang ada

Nonstructural measures

47

Flood proofing

➢ Pengendalian banjir terdiri dari serangkaian tindakan nonstruktural yang dirancang untuk memodifikasi potensi kerusakan struktur individu yang rentan terhadap kerusakan banjir.

➢ Langkah-langkah ini termasuk

• meninggikan struktur,

• waterproofing dinding eksterior, dan

• penataan ulang ruang kerja struktural.

➢ Pemeriksaan banjir sangat diperlukan pada analisis fasilitas baru, dan hanya mengubah the stage-damage relation

Flood proofing

49

A flood-warning-preparedness plan (FWP plan)→ mitigasi banjir

➢ A flood-warning-preparedness plan (FWP plan)mengurangi kerusakan akibat banjir dengan memberikan kesempatan kepada masyarakat untuk bertindak sebelum tahap banjir meningkat ke tingkat yang merusak.

➢ Manfaat mitigasi menurangi kerusakan akibat genangan, berkurangnya biaya pembersihan, berkurangnya biaya gangguan layanan karena matinya utilitas dan membuat persiapan, dan berkurangnya biaya akibat bahaya kesehatan.

➢ Selain itu, rencana FWP dapat mengurangi gangguan sosial dan risiko terhadap kehidupan penduduk di pemukiman.

FWP plan

51

Pengendalian Banjir

Pengendalian banjir terdiri dari serangkaian tindakan nonstruktural yang dirancang untuk memodifikasi potensi kerusakan struktur individu yang rentan terhadap kerusakan banjir.

Langkah-langkah ini termasuk

• meninggikan struktur,

• waterproofing dinding eksterior, dan

• penataan ulang ruang kerja struktural.