Perencanaan Hidrolika Mercu Bendung – Bagian Kedua

Sebagai kelanjutan dari artikel sebelumnya mengenai Perencanaan Hidrolika Mercu Bendung – Bagian Pertama maka pada Bagian Kedua ini akan menguraikan komponen dan parameter yang perlu diperhatikan dalam perencanaan hidrolika mercu bendung.

1.      TINGGI ENERGI DAN DEBIT PELIMPAH

Tinggi energi diatas mercu bendung merupakan estimasi kenaikkan muka air pada saat kejadian banjir rancangan di atas mercu bendung dengan adanya halangan air oleh bendung, sehingga dapat direncanakan tinggi abutmet bendung dan tanggul pengaman di hulu mercu setelah ditambah tinggi jagaan.

Debit yang melalui pelimpah adalah debit banjir rancangan dengan kala ulang 100 tahun, dengan ambang tetap tipe pendek dihitung berdasarkan rumus :

                   Q    =   Cd ⅔ (⅔ g)^0,5  b H₁^1,5

dimana       :

              Q    = debit yang melewati pelimpah (m³/detik)

              Cd  =   koef. derbit ( = C_oC₁C₂)

                          C_o= merupakan fungsi dari H₁/r (lihat gambar dibawah)

                          C₁= merupakan fungsi dari p/H₁ (lihat gambar dibawah)

                          C₂= merupakan fungsi dari p/H₁ dan kemiringan muka me (lihat gambar dibawah)

              g     =   percepatan grafitasi (m/detik²)

              b     =   lebar efektif mercu (m)

H₁   =   tinggi energi air di atas mercu

Koefisien Co untuk Tipe Mercu Bulat fungsi dari H₁/r

Koefisien C₁ fungsi dari p/H₁

Koefisien C₂ fungsi dari p/H₁ dan kemiringan muka hulu mercu

Kemiringan muka bagian hulu mercu direncanakan adalah 1 : 0,33 hal ini mengingat tinggi mercu bendung hanya 3,30 m, sehingga diestimasikan kestabilan tubuh bendung akan memenuhi batas minimal angka keamanan. Kemiringan ini dapat diubah-ubah disesuaikan dengan hasil analisis stabilitas bendung terhadap guling dan geser serta gempa.

Hasil perhitungan tinggi energi untuk masing-masing bendung adalah sebagai berikut :

           Q    =   Cd ⅔ (⅔ g)^0,5  b H₁^1,5

Q₁₀₀    =     132,52 m3/det

p          =        3,30 m

r           =        1,00 m

H₁        =        2,00 m

H₁/r     =        2,00                                Co = 1,31

p/ H₁    =        1,65                               C₁  = 1,01

kemiringan muka : 1 : 0,67                C₂  = 1,00

Cd            =   C_oC₁C₂      =  1,33

Check energi negatif :

H₁/r          =   2,00                                 (p/πg)/H₁  = -0.34

jadi p/πg   =   -0,34 x 2,0 = -0,64 > -1, aman dengan pasangan batu

B              =   22,00 m (lebar sebenarnya bendung)

Be            =   20,56 m (lebar efektif bendung)

Qhitung   =   1,33 . ⅔ (⅔ . 9,81)^0,5 . 2,00^1,5 = 132,52 m3/detik ≈ Q₁₀₀

2.      PROFIL MUKA AIR SUNGAI DI SEKITAR HILIR BENDUNG

Profil muka air sungai dibagian hilir bendung merupakan cerminan kondisi elevasi muka air di sungai dibagian hilir yang menjadi salah satu acuan dalam perencanaan tipe dan dimensi kolam olak, dimana kondisi kedalaman air di bagian hilir bendung (y₂) terhadap kedalaman air konjugasi dari kolam olak (y_d) sangat berpengaruh pada karakteristik aliran pada kolam olak dan sesudah kolam olak.

Sedangkan profil muka air di bagian hulu bendung merupakan masukan untuk menafsirkan dan memperkirakan kecepatan aliran datang dan kemampuan/daya angkut material dasar (bed load) yang berguna dalam pemilihan tipe kolam olak.

Jika data mengenai regime sungai pada lokasi rencana bendung belum ada, maka untuk memperoleh gambaran mengenai profil muka air di sekitar bendung dipergunakan metode empiris dengan menggunakan metode tahapan standar (standard step method). Data pendukung dalam metode ini adalah data profil palung sungai yang diambil dari data pengukuran topografi potongan memanjang dan potongan melintang.

Metode tahapan standar digunakan karena pada metode ini telah mempertimbangkan bahwa luas penampang sungai tidaklah konstan sepanjang alur non prismatik yang ditandai dengan bentuk penampang yang tidak beraturan. Didalamnya terdapat kehilangan-kehilangan tinggi tekan (energi) akibat dari gesekan, belokan dan perubahan-perubahan bentuk. Perhitungan dalam metode ini berjalan dari hilir ke arah hulu, dimana diasumsikan bahwa pada titik awal pengaruh turbulensi ataupun loncatan air akibat adanya bendung sudah tidak ada. Yang perlu diperhatikan bahwa pada metode ini bahwa aliran yang terjadi adalah aliran subkritis.

Prinsip dalam metode tahapan standar adalah sebagai berikut :

              h₁ + EL₁ + V₁²/2g = h₂ + EL₂ + V₂²/2g = hf – he

dimana,

              h₁      :      kedalaman air di titik 1

              h₂      :      kedalaman air di titik 2

              EL₁    :      elevasi dasar sungai di titik 1

              EL₂    :      elevasi dasar sungai di titik 2

              V₁      :      kecepatan air di titik 1

              V₂      :      kecepatan air di titik 2

              g        :      percepatan grafitasi

              hf      :      kehilangan akibat gesekan = Sf* . ∆x

              Sf*    :      kemiringan gesekan

              ∆x     :      jarak antar titik

              he      :      k [(V₁² –V₂²)/2g]

              k        :      faktor perubahan bentuk penampang

                              0.10 ~ 0.30 : untuk penyempitan aliran

                              0.20 ~ 0.50 : untuk penyebaran aliran

Sf* dihitung dengan persamaan :

              Sf*    =     (Sf₁ + Sf₂)/2

              Sf₁    =     (V₁² n) / R₁^4/3

              Sf₂    =     (V₂² n) / R₂^4/3

              n        :      koefisien kekasaran Manning

              R       :      jari-jari hidrolis

Contoh perhitungan:

Bersambung ke Bagian Ketiga ......