BAB V

PERENCANAAN KAPASITAS DAN

PENENTUAN HIDROGRAF OUTFLOW WADUK

5.1. Penentuan Kapasitas Waduk dengan Batasan Qmaks dan Qmin

5.1.1. Data dan Soal

Suatu daerah yang terletak di daerah downstream sering dilanda banjir.

Untuk menanggulanginya, maka direncanakan untuk membangun tanggul. Karena

sungai juga dipergunakan untuk sebagai air minum, maka satu bendungan akan

memberikan kesempatan untuk membangkitkan energi selain menyuplai air

irigasi. Akan tetapi kondisi topografi tidak begitu baik untuk menyimpan air,

disebabkan kapasitas akan terbatas.

Data yang diketahui adalah sebagai berikut :

- Debit sungai tahunan (tahun rata-rata) untuk hari ke-1 dan ke-16 untuk

tiap bulan.

- Kondisi cuaca dilokasi site dam adalah sangat lembab sehingga nilai

evaporasi waduk dapat dikatakan sama dengan presipitasi pada waduk

tersebut.

- Debit outflow yang harus dijaga untuk kebutuhan air di daerah down

stream adalah 150 m3/dt (asumsi sampai debit yang dilepas mendekati 1000

m3/dt)

- Debit maksimum yang dapat dilepas dari waduk agar tidak terjadi banjir di

daerah hilir adalah 1000 m3/dt

Perhitungan yang dilakukan adalah :

1. Tentukan kapasitas waduk rencana yang diperlukan untuk menjamin debit

sebesar kebutuhan air minum di hilir dengan syarat tidak melebihi kapasitas

tampungan banjir di sungai dengan metode Sequent Peak

2. Jelaskan prosedur pengerjaan dan perencanaan.

3. Berikan komentar dari hasil yang didapatkan.

Tabel 5.1. Data Debit Sungai

Bulan TanggalDebit

(m3/dt)

Jan 1 9516 100

Feb 1 4516 86

Mar 1 45716 745

Apr 1 63816 750

Mei 1 20516 450

Jun 1 6116 106

Jul 1 11016 295

Aug 1 7016 79

Sep 1 8516 95

Oct 1 7516 78

Nov 1 14816 650

Dec 1 56016 711

Sumber : Data soal

5.1.2. Langkah Perhitungan

Dari kapasitas yang diambil dari cara coba-coba, diambil kapasitas

tampungan yaitu sebesar 556.68 juta m3. Dengan menggunakan kapasitas waduk

sebesar 556.68 juta m3, dapat diketahui pola operasi waduk yang optimal dengan

debit outflow sebesar 238 m3/dt.

1. Bulan / hari : Januari

2. Hari : 1

3. Inflow : 95 m3/dt

4. Inflow : Inflow x (24 jam x 3600) / 106

: 95 x 24 x 3600 / 106

: 123,120 juta m3

5. Outflow : 150 m3/dt

6. Outflow : Outflow x (24 x 3600) / 106

: 150 x 24 x 15 x 3600 / 106

: 194.40 juta m3

7. Volume : Kapasitas Tampungan + Inflow – Outflow

: 556.68 + 123.120 – 194.40

: 485.40 juta m3

8. Pelimpahan : Volume - Kapasitas Tampungan

: 485.40 – 556.68

: - 71.28 juta m3 (karena tidak melimpah)

: 0

9. Pelimpahan : Pelimpahan / 106

: 0/106

: 0

Kapasitas Tampungan Waduk (Asumsi) = 556.68 juta m3

Tabel 5.2. Perhitungan Pola Operasi Waduk

Bulan TanggalInflow

 Outflow

       Inflow Outflow Volume Pelimpahan Pelimpahan

         ( m3/dt ) (106 m3) ( m3/dt ) (106 m3) (106 m3) (106 m3) ( m3/dt )

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

Jan 1 95 123.12 150 194.40 485.40 0.00 0.0016 100 138.24 150 207.36 416.28 0.00 0.00

Feb 1 45 58.32 150 194.40 280.20 0.00 0.0016 86 104.03 150 181.44 202.78 0.00 0.00

Mar 1 457 592.27 150 194.40 556.68 397.87 307.0016 745 1,029.89 150 207.36 556.68 822.53 595.00

Apr 1 638 826.85 150 194.40 556.68 632.45 488.0016 750 972.00 150 194.40 556.68 777.60 600.00

Mei 1 205 265.68 150 194.40 556.68 71.28 55.0016 450 622.08 150 207.36 556.68 414.72 300.00

Jun 1 61 79.06 150 194.40 441.33 0.00 0.0016 106 137.38 150 194.40 384.31 0.00 0.00

Jul 1 110 142.56 150 194.40 332.47 0.00 0.0016 295 407.81 150 207.36 532.92 0.00 0.00

Agust 1 70 90.72 150 194.40 429.24 0.00 0.0016 79 109.21 150 207.36 331.08 0.00 0.00

Sep 1 85 110.16 150 194.40 246.84 0.00 0.0016 95 123.12 150 194.40 175.56 0.00 0.00

Okt 1 75 97.20 150 194.40 78.36 0.00 0.0016 78 107.83 150 207.36 KOSONG 0.00 0.00

Nov 1 148 191.81 150 194.40 KOSONG 0.00 0.0016 650 898.56 150 207.36 556.68 691.20 500.00

Des 1 560 725.76 150 194.40 556.68 531.36 410.0016 711 982.89 150 207.36 556.68 775.53 561.00

Sumber : Hasil perhitungan, 2015

Dari tabel didapatkan pelimpahan maksimum sebesar 600.00 m3/dt, dengan

kapasitas tampungan waduk 556.68 juta m3, karena pelimpahan

( 600) < 1000 m3/dt (soal), maka waduk rencana baik untuk dibangun.

5.2. Penentuan Hidrograf Outflow

5.2.1. Data dan Soal

Penelusuran banjir merupakan hidrograf di suatu titik pada suatu aliran

atau bagian sungai yang didasarkan atas pengamatan hidrograf di titik lain.

Diketahui fasilitas pelepasan suatu bendungan berupa bangunan pelimpah tidak

berpintu dan tidak berpilar.

Data yang dipergunakan adalah :

- Data hidrograf inflow : grafik 5.1 (soal)

- Data lengkung kapasitas waduk : grafik 5.2 (soal)

- Koefisien pengaliran (C) : 1,7 m1/2/dt

- Lebar puncak spillway : 16 m

- Elevasi puncak spillway : 180 m

Perhitungan yang dilakukan :

1. Gambarkan kurva lengkung

debit di atas spillway kemudian tentukan hidrograf outflow waduk secara

analitis dan grafis.

2. Berikan komentar dan

kesimpulan dari hasil yang anda dapatkan

5.2.2. Langkah Penyelesaian Dengan Metode Flood Routing Melewati

Pelimpah

a. Cara analitis

1. Waktu = 1 jam

2. ΔT = selisih waktu = 1 jam

3. Debit inflow = terlampir

4. Debit inflow rata-rata = terlampir

5. Volume inflow = Debit inflow rata-rata * 3600 dt

6. Asumsi elevasi muka air akhir = terlampir

7. Debit Outflow = C * L * H 3/2

8. Debit Outflow rata-rata = terlampir

9. Volume Outflow = debit outflow rata-rata * 3600 dt

10. Perubahan tampungan = Volume Inflow – Volume Outflow

5.2.3. Tabel Perhitungan dan Grafik

Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel dan grafik.

Tabel 5.3. Hidrograf Inflow

Periode QInflow

(jam) ( m3/dt )0 11.7201 39.7632 180.0783 517.9194 958.4535 872.9026 725.3307 578.5488 458.2919 369.88810 307.83011 261.35212 224.07813 192.86714 166.24415 143.53416 124.16117 109.26618 97.55719 87.68820 79.15121 71.57422 64.84823 58.87824 53.578

Sumber : Data soal

Tabel 5.4. Lengkung Kapasitas Waduk Wonorejo

Elevasi Volume(m) ( 106 m3 )114 0.00120 0.59130 4.83140 14.25150 29.52167 50.52170 77.30180 110.35190 150.12200 185.79

Sumber : Data soal

Dengan cara interpolasi antara elevasi dan volume tampungan waduk,

maka didapatkan volume tampungan waduk pada crest weir 110,35 juta m3.

Tabel 5.5. Lengkung Kapasitas Waduk Tugu di Atas Pelimpah

Elevasi Volume(m) ( 106 m3 )180 0185 19.88190 39.765195 57.6015

Sumber : Data soal

Gambar 5.1 Lengkung KapasitasWaduk Wonorejo

Contoh Perhitungan :

Untuk elevasi +180.15 m

[1] Elevasi muka air = +180.15 m

[2] Tinggi muka air = Elevasi muka air – Elevasi crest spillway

= +180.15 – (+180.00)

= 0.15 meter

[3] Koefisien pengaliran (C) = 1.7 (didapat dari soal)

[4] Lebar efektif (L) = 16.00 meter (didapat dari soal)

[5] Q pelimpah = C * L * H 3/2

= 1.7 x 16.00 x (0.15)3/2

= 1.580 m3/dt

[6] Tampungan (S) = 596,475 m3

(didapat dari hasil interpolasi lengkung kapasitas

Waduk Wonorejo pada elevasi yang ditinjau)

[7] Tampungan (S) = 596,475 m3 / 3600 detik

= 166 m3/dt

[8] Q/2 = 1.580 / 2 m3/dt

= 0.790 m3/dt

[9] ψ = Tampungan (S) – Q/2

= 165.69 m3/dt - 0.790 m3/dt

= 164.90 m3/dt

[10] φ = Tampungan (S) + Q/2

= (165.69 + 0.790 ) m3/dt

= 166.48 m3/dt

Untuk perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada tabel 5.6

Tabel 5.6. Fungsi Tampungan Waduk Wonorejo

Elevasi Tinggi MA, H Lebar Efektif, L Q pelimpah Q rata (Q/ 2) Y j

(m) (m) (m) (m3/ dt) (m3) (m3/ dt) (m3/ dt) (m3/ dt) (m3/ dt)[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]

180.00 0.00 1.70 16.00 0.000 - - 0.000 - - 180.15 0.15 1.70 16.00 1.580 596,475 166 0.790 165 166 180.30 0.30 1.70 16.00 4.469 1,192,950 331 2.235 329 334 180.45 0.45 1.70 16.00 8.211 1,789,425 497 4.105 493 501 180.60 0.60 1.70 16.00 12.641 2,385,900 663 6.321 656 669 180.75 0.75 1.70 16.00 17.667 2,982,375 828 8.833 820 837 180.90 0.90 1.70 16.00 23.224 3,578,850 994 11.612 983 1,006 181.05 1.05 1.70 16.00 29.265 4,175,325 1,160 14.633 1,145 1,174 181.20 1.20 1.70 16.00 35.755 4,771,800 1,326 17.878 1,308 1,343 181.35 1.35 1.70 16.00 42.665 5,368,275 1,491 21.332 1,470 1,513 181.50 1.50 1.70 16.00 49.970 5,964,750 1,657 24.985 1,632 1,682 181.65 1.65 1.70 16.00 57.649 6,561,225 1,823 28.825 1,794 1,851 181.80 1.80 1.70 16.00 65.687 7,157,700 1,988 32.843 1,955 2,021 181.95 1.95 1.70 16.00 74.066 7,754,175 2,154 37.033 2,117 2,191 182.10 2.10 1.70 16.00 82.775 8,350,650 2,320 41.387 2,278 2,361 182.25 2.25 1.70 16.00 91.800 8,947,125 2,485 45.900 2,439 2,531 182.40 2.40 1.70 16.00 101.131 9,543,600 2,651 50.566 2,600 2,702 182.55 2.55 1.70 16.00 110.759 10,140,075 2,817 55.380 2,761 2,872 182.70 2.70 1.70 16.00 120.674 10,736,550 2,982 60.337 2,922 3,043 182.85 2.85 1.70 16.00 130.869 11,333,025 3,148 65.434 3,083 3,213 183.00 3.00 1.70 16.00 141.335 11,929,500 3,314 70.668 3,243 3,384 183.15 3.15 1.70 16.00 152.067 12,525,975 3,479 76.033 3,403 3,555 183.30 3.30 1.70 16.00 163.057 13,122,450 3,645 81.529 3,564 3,727 183.45 3.45 1.70 16.00 174.300 13,718,925 3,811 87.150 3,724 3,898 183.60 3.60 1.70 16.00 185.790 14,315,400 3,977 92.895 3,884 4,069 183.75 3.75 1.70 16.00 197.522 14,911,875 4,142 98.761 4,043 4,241 183.90 3.90 1.70 16.00 209.491 15,508,350 4,308 104.746 4,203 4,413 184.05 4.05 1.70 16.00 221.693 16,104,825 4,474 110.846 4,363 4,584 184.20 4.20 1.70 16.00 234.122 16,701,300 4,639 117.061 4,522 4,756 184.35 4.35 1.70 16.00 246.776 17,297,775 4,805 123.388 4,682 4,928 184.50 4.50 1.70 16.00 259.650 17,894,250 4,971 129.825 4,841 5,100 184.65 4.65 1.70 16.00 272.740 18,490,725 5,136 136.370 5,000 5,273 184.80 4.80 1.70 16.00 286.043 19,087,200 5,302 143.021 5,159 5,445 184.95 4.95 1.70 16.00 299.555 19,683,675 5,468 149.778 5,318 5,617 185.10 5.10 1.70 16.00 313.274 20,280,150 5,633 156.637 5,477 5,790 185.25 5.25 1.70 16.00 327.196 20,876,625 5,799 163.598 5,635 5,963 185.40 5.40 1.70 16.00 341.318 21,473,100 5,965 170.659 5,794 6,135

C Tampungan, S

Sumber : Hasil perhitungan,2015

Contoh Perhitungan Tabel 5.7 :

Untuk periode jam ke-1

[1] Periode = Jam ke-1

[2] Inflow = 39.763 m3/dt (didapat dari soal)

[3] Inflow rerata = (Inflown + Inlown-1) / 2

= (39.763 + 11.720) / 2

= 25.74 m3/dt

[4] ψ = 988 m3/dt

(didapat dari hasil interpolasi hubungan antara debit inflow dan ψ pada tabel

5.6)

[5] φ = [3] + [4]

= (25.74 + 988) m3/dt

= 1,014 m3/dt

[6] Tinggi muka air (H) = 0.907 meter

(didapat dari hasil interpolasi hubungan antara H dan φ pada tabel 5.6)

[6] Elevasi MAW = Elevasi crest spillway + Tinggi muka air

= +180.00 + 0.907

= + 180.907 m

[7] Total Outflow = 23.522 m3/dt

(didapat dari hasil interpolasi hubungan antara tinggi muka air di atas pelimpah

dengan Qpelimpah pada tabel 5.6)

Untuk perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada tabel 5.7 Perhitungan

Penelusuran Banjir Melalui Pelimpah

Tabel 5.7. Perhitungan Penelusuran Banjir Melalui Pelimpah

Periode Inflow Inflow rata2 Y j H El. MAW

Total Outflow

(jam) (m3/dt) (m3/dt) (m3/dt) (m3/dt) (m) (m) (m3/dt)[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

0 11.720      0.90

5 180.905 11.720

1 39.763 25.7

4 98

8 1,01

4 0.90

7 180.907 23.522

2180.07

8 109.9

2 99

1 1,10

0 0.98

4 180.984 26.616

3517.91

9 349.0

0 1,07

4 1,42

3 1.25

2 181.252 38.161

4958.45

3 738.1

9 1,36

4 2,10

2 1.78

6 181.786 64.911

5872.90

2 915.6

8 1,94

0 2,85

5 2.39

1 182.391 100.596

6725.33

0 799.1

2 2,59

1 3,39

0 2.84

5 182.845 130.534

7578.54

8 651.9

4 3,07

7 3,72

9 3.19

5 183.195 155.331

8458.29

1 518.4

2 3,45

1 3,96

9 3.42

9 183.429 172.722

9369.88

8 414.0

9 3,70

1 4,11

5 3.60

4 183.604 186.091

10307.83

0 338.8

6 3,88

8 4,22

7 3.70

7 183.707 194.170

11261.35

2 284.5

9 3,99

8 4,28

2 3.76

5 183.765 198.734

12224.07

8 242.7

2 4,06

0 4,30

2 3.79

2 183.792 200.837

13192.86

7 208.4

7 4,08

8 4,29

6 3.79

3 183.793 200.987

14166.24

4 179.5

6 4,09

0 4,26

9 3.77

4 183.774 199.455

15143.53

4 154.8

9 4,06

9 4,22

4 3.73

5 183.735 196.370

16124.16

1 133.8

5 4,02

8 4,16

2 3.68

1 183.681 192.094

17109.26

6 116.7

1 3,96

9 4,08

6 3.61

5 183.615 186.939

18 97.557 103.4

1 3,89

9 4,00

3 3.54

0 183.540 181.227

19 87.688 92.6

2 3,82

0 3,91

3 3.46

0 183.460 175.075

20 79.151 83.4

2 3,73

4 3,81

8 3.37

4 183.374 168.589

21 71.574 75.3

6 3,64

2 3,71

8 3.28

2 183.282 161.740

22 64.848 68.2

1 3,54

4 3,61

3 3.18

4 183.184 154.55223 58.878 61.8 3,44 3,50 3.10 183.103 148.680

6 0 1 3

24 53.578 56.2

3 3,35

3 3,40

9 3.02

2 183.022 142.880 Sumber : Hasil perhitungan,2015

Gambar 5.2 Rating Curve

Sumber : Hasil Perhitungan, 2015

Gambar 5.3 Hidrograf Inflow dan Outflow di atas Spillway

Sumber : Hasil Perhitungan, 2015

5.2.4. Kesimpulan Perhitungan

- Nilai puncak hidrograf inflow (958.453 m3/dt) berbeda relatif besar dengan

nilai puncak hidrograf outflow (200.987 m3/dt) dan perbedaan waktu

mencapai nilai puncak cukup besar sehingga diperlukan waduk yang

memiliki tampungan yang relatif besar.

5.3. Penentuan kapasitas Tandon Air untuk Keperluan Penyediaan Air

Bersih

5.3.1. Data dan Soal

Hitunglah kapasitas tandon air untuk keperluan penyediaan air bersih pada

suatu daerah pemukiman dengan jumlah kepala keluarga 1780, jumlah orang tiap

KK rata-rata 6 orang dan kebutuhan air 180 lt/hari/orang, kemudian prosentase

kebutuhan air bersih rata-rata dalam satu minggu terdapat pada tabel 5.7

(Diasumsikan besarnya inflow = 1,3 x rata-rata outflow)

5.3.2. Langkah Penyelesaian

Diketahui :

Jumlah Kepala Keluarga : 1780 KK

Jumlah Orang Tiap K K : 6 orang

Kebutuhan Air : 180 lt/hr/org

Kebutuhan Air dalam 1 hari = jumlah KK x Jumlah tiap orang KK x

kebutuhan Air

= 1780 x 6 x 180

= 1922400 lt/hr

= 80100 lt/jam

= 1922.4 m3

Outflow = (prosentase / 100) x Kebutuhan air dalam 1 hari

= (3,85 / 100) x 1922.4 m3 = 74.0124 m3

Inflow = 1.3 x outflow rerata

= 1.3 x 93.98133 = 122.1757 m3

Jika inflow – outflow > 0 maka tandon melimpah dan sebaliknya, jika inflow –

outflow < 0 maka tandon kekurangan air.

5.3.3. Tabel Perhitungan

Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 5.8. Perhitungan Kapasitas Tandon Air

Waktu

Prosentase

Outflow Inflow

Kelebihan

Kekurangan Volume

( jam ) (%) ( m3 ) ( m3 ) ( m3 ) ( m3 ) ( m3 )

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]1 3.85 74.012 122.176 48.163   penuh2 2.45 47.099 122.176 75.077   penuh3 5.75 110.538 122.176 11.638   penuh4 6.55 125.917 122.176   3.741 3.7415 4.50 86.508 122.176 35.668   penuh6 6.23 119.766 122.176 2.410   penuh7 2.60 49.982 122.176 72.193   penuh8 5.00 96.120 122.176 26.056   penuh9 6.33 121.688 122.176 0.488   penuh10 2.90 55.750 122.176 66.426   penuh11 2.25 43.254 122.176 78.922   penuh12 4.54 87.277 122.176 34.899   penuh13 4.45 85.547 122.176 36.629   penuh14 3.58 68.822 122.176 53.354   penuh15 3.50 67.284 122.176 54.892   penuh16 5.70 109.577 122.176 12.599   penuh17 4.53 87.085 122.176 35.091   penuh

18 7.43 142.834 122.176   20.65920.6585

9

19 7.53 144.757 122.176   22.58122.5809

920 3.65 70.168 122.176 52.008   penuh21 3.50 67.284 122.176 54.892   penuh22 5.15 99.004 122.176 23.172   penuh23 7.63 146.679 122.176   24.503 24.50324 7.73 148.602 122.176   26.426 26.426

Outfow rata-rata= 93.981Kapasitas Tandon

= 26.426 m3

Sumber : Hasil perhitungan,2015

5.3.4. Kesimpulan Perhitungan

Dari perhitungan didapatkan kapasitas tandon sebesar 26.426 m3