PERENCANAAN DAN PENGELOLAAN WADUK

BAB I

PENDAHULUAN

A.            Umum

Air merupakan kebutuhan manusia yang paling utama, terutama untuk memenuhi kebutuhan jasmaniahnya. Dewasa ini kebutuhan manusia akan air terus meningkat dan tidak hanya untuk konsumsi jasmani tetapi sudah meliputi kebutuhan yang lebih luas lagi. Keterkaitan kebutuhan dan ketersediaan akan air membutuhkan manajemen yang luas tepat sehingga usia guna air dapat lama.

Kebutuhan air yang sangat kompleks menimbulkan beberapa kendala-kendala dalam mengelolahnya, sehingga bisa-bisa disebut sistem yang tidak dapat dipisahkan dengan keberadaan manusia. Salah satu cara untuk mengelolah air yaitu melalui waduk. Kegunaan waduk secara umum yaitu menampung air.Waduk dalam kegunaannya dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu waduk serba guna dan waduk tunggal guna. Waduk serba guan adalah kegunaan waduk untuk berbagai keperluan, misalnya PLTA, air minum, irigasi dan lain-lain. Waduk tunggal guna hanya untuk satu keperluan saja.

B.             Latar Belakang dan Tujuan

Kapasitas suatu waduk seringkali membuat masalah dalam operasionalnya, untuk mengantisipasi masalah berikut maka diupayakan suatu metode penentuan kapasitas tampungan waduk untuk menghasilkan pengoperasian waduk secara optimal.Dalam tugas kami mencoba menganalisa tampungan waduk untuk keperluan PLTA saja.Hal ini selain untuk memenuhi tuntutan tugas yang diberikan, juga untuk memudahkan dalam menganalisa model yang ada.

C.            Lingkup Pembahasan

Pembahasan dalam tugas ini adalah merencanakan kapasitas tampungan (tampungan mati dan tampungan aktif) dari suatu waduk yang berfungsi mensuplai  kebutuhan air  PLTA dengan menggunakan data debit inflow selama setahun dan melakukan simulasi operasi waduk selama setahun untuk memeriksa apakah kapasitas tampungan yang sudah direncanakan sudah selesai.

D.            Definisi Istilah

a.       Tampungan aktif (Active Storage)

Tampungan aktif suatu waduk adalah jumlah air yang ditampung di atas muka air terendah pintu pengambilan (off take). Jadi tampungan ini sama dengan volume total air yang ditampung di kurangi volume tampungan mati.

b.      Tampungan mati

Tampungan mati adalah tampungan yang selalu tetap dalam waduk yang gunanya untuk menampung sedimen yang lewat.

c.       Pelepasan (Release)

Pelepasan adalah volume air yang dilepaskan secara terkendali dari suatu waduk selama kurun waktu tertentu.

d.      Limpahan (Spill out)

Limpahan dianggap sebagai aliran air yang tidak terkendali dari waduk dan hanya terjadi kalau air yang ditampung dalam waduk melebihi tinggi muka air maksimum.

e.       Simulasi waduk

Suatu ancangan dalam pemecahan model-model perencanaan dengan meniru kelakuan sistem yang bersangkutan.

BAB II

LANDASAN PENGERJAAN

A.            Tampungan Mati

Dalam menentukan tampungan mati dapat dilakukan beberapa cara sehingga didapatkan hasil yang fungsional dan ekonomis. Langkah-langkah dalam perhitungan seperti berikut.

1.       Estimasikan tampungan aktif

2.       Hitung volume inflow setahun

3.       Estimasikan tampungan mati

4.       Lakukan perhitungan volume sedimen yang terendah dan sisa tampungan mati selama usia waduk

5.       Apabila pada usia guna tampungan mati  = 0 maka perhitungan untuk sementara dikatakan memenuhi syarat.

B.             Tampungan Aktif

Metode yang digunakan dalam perhitungan tampungan aktif in adalah metode kurva massa dan kehilangan air diabaikan dulu. Langkah-langkah yang dapat dilakukan dalam pengerjaan hitungan adalah sebagai berikut.

1.       Dari beban puncak dan faktor beban minimum dapat dihitung daya minimum yang dapat dibangkitkan.

2.       Estimasi kedalam air di tailarace.

3.       Estimasikan head P.L.T.A. dimana m.a.w. diasumsikan selalu dalam keadaan tampungan aktif penuh.

4.       Hitung debit  P.L.T.A.

5.       Akumulasi volume debit inflow dan debit outflow minimum selama setahun dan plot pada grafik kurva massa dan hitung tampungan yang dibutuhkan.

6.       Cek tampungan aktif yang didapatkan dengan tampungan aktif yang diestimasikan kalau sama atau selisihnya tidak lebih 10% dianggap sudah memenuhi syarat.

C.            Simulasi Operasi Waduk

Dalam menghitung simulasi operasi waduk, maka kehilangan diperhitungkan.Dalam tahap ini apabila tampungan aktif pada tahap 1 dan 2 memenuhi syarat dan sesuai dengan asumsi bahwa m.a.w pada awal tahun adalah pada keadaan tampungan aktif penuh. Syarat pada kondisi perhitungan ini adalah apabila m.a.w. pada akhir tahun harus sama dengan awal tahun. Beberapa pedoman yang dipakai adalah sebagai berikut.

-          Prioritas pertama : penuhi kebutuhan P.L.T.A (faktor beban minum)

-          Prioritas kedua : Usahakan m.a.w. berada pada keadaan tampungan aktif penuh

-          Prioritas ketiga  : Tingkat  produksi P.L.T.A. ( batas maksimum adalah beban puncak )

-          Apabila ketiga Prioritas di atas terpenuhi dan masih ada kelebihan air, maka kelebihan ini akan dibuang ( spill out )

-          Operasi dianggap gagal apabila m.a.w. turun sampai di bawah tampungan aktif.

Langkah-langkah yang digunakan dalam perhitungan adalah :

1.      Estimasikan tampungan waduk akhir periode dan ambil nilai yang sama dengan Tampungan Akhir periode yang terkontrol.

2.      Hitung elevasi maw. rerata estimasi (kolom 5).

3.      Estimasikan elevasi maw di tailrace dengan menganggap kedalaman aliran
2 meter.

4.      Rencanakan Inflow yang masuk berdasarkan data hujan harian maksimum.

5.      pada evaluasi maw rerata estimasi hitung luas dan volume kehilagam maw.

6.      Hitung Volume total air yang tersedia yaitu volume tampungan aktif ( kolom 2,3 ) ditambah volume debit Infow dikurangi dengan kehilangan maw.

7.      Hitung debit outflow PLTA minimum yaitu debit yang dibutuhkan untuk memenuhi faktor beban minimum pada tinggi jatuh estimasi.

8.      Hitung tampungan waduk mula-mula : Total air tersedia dikurangi Outflow minimum.

9.      Hitung tampungan waduk akhir periode yang terkontrol yaitu apabila tampungan waduk mula-mula> = tampungan aktif trial maka tampungan waduk = tampungan aktif. Apabila tampungan waduk mula-mula < tamp. aktif maka tampungan waduk = tampungan  mula-mula.

10.  Hitung selisih antara tampungan mula-mula dan tampungan akhir periode terkontrol. Apabila sisa 1 air tersedia > tampungan aktif maka sisa 2 yang tersedia sisa 1 – tampungan aktif. Apabila sisa 1 tersedia <= tampungan aktif,
maka sisa 2 = 0

11.  Hitung debit outflow terkontrol yang sebenarnya = debit outflow minimum + selisih tampungan mula-mula dan tampungan akhir periode terkontrol. Apabila hasilnya > debit outflow maksimum, maka debit outflow terkontrol yang sebenarnya = debit outflow maksimum, maka debit outflow terkontrol yang sebenarnya = outflow maksimum dan kelebihan sebagai spill outflow.

12.  Dengan nilai sebenarnya dan tampungan waduk pada awal dan akhir periode maka hitung elevasi maw, kedalaman aliran dan elevasi m.a.w di tailrace dan tinggi jatuh.

13.  Hitung energi PLTA hasil bangkitan selama periode ini.

14.  Lakukan perhitungan di atas untuk semua periode.

15.  Cek kolom 18, 19 apabila tampungan waduk akhir periode minimum sekitar 0 dan tidak negatif dan tampungan waduk kembali ke awal maka tampungan waduk telah memenuhi syarat.

D.            Beberapa Rumus Yang Dipakai

Dalam perhitungan ini dipakai beberapa rumus pendekatan yang dapat memenuhi syarat dan beberapa persamaan polynomial.

§  Trap Efisiensi

Te =100 x [ 1-1/(1+a.R) ]^n

Dimana :

Te    =    Trap efisiensi

        =    prosentase sedimen yang mengendap

R     =    Rasio perbandingan kapasitas waduk dengan volume inflow tahan.

a      =    diambil besarnya sama dengan 100

n      =    diambil besarnya sama dengan 1.5

§  Kapasitas waduk

V = a₁ .H¹ +a₁.H²+ a₃.H³

A = a₁ + 2. a₂ .H + 3. a₃ .H²

Dimana :

V     =    kapasitas waduk (juta m³)

A     =    luasan muka air di waduk

H     =    tinggi diukur dari dasar waduk (m)

a₁, a₂, a₃ = koefisien

§  Daya bangkitan

              P=9.8.E_PLTA.Q .Head

Dimana :

P            =  daya bangkitan (kw)

E_PLTA     =  Efisiensi PLTA

Q           =  debit pembangkit PLTA (m³/dt)

Head     =  tinggi jatuh efektif

              =  el. mav – el. muka air saluran tailrace – kehilangan tinggi tekanan

§  Tinggi aliran di tailrace

        T    =  (Q/C)^(1/1.4)

Dimana  :

Q     =    debit aliran (m³/dt)

C     =    koefisien

T      =    kedalaman aliran di tailrace (m)

maks

min

↑ Q (m3/dt)

18

22

24

→ t (jam)

 

Grafik Hubungan Waktu dan Debit

Guna Memenuhi Kebutuhan Beban Puncak

BAB III

KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan dapat diambil kesimpulan bahwa dalam kondisi dimana muka air waduk (maw) yang ada, dengan berbagai asumsi se bagai berikut:

§  Operasi waduk adalah memenuhi kebutuhan PLTA dengan faktor beban minimum pada tiap periode harus dipenuhi.

§  Muka air waduk selalu pada keadaan tampungan aktif penuh atau diusahakan demikian, dan

§  Operasi waduk dianggap gagal apabila maw turun sampai dibawa tampungan  aktif.

Dapat kita besarnya tampungan mati dan tampungan aktif waduk serta dengan memakai metode simulasi kita dapat menentukan besarnya tampungan akhir, kedalam elevasi maw, tinggi jatuh, tinggi tailrace dan energi PLTA dapat dilihat pada rekapitulasi terlampir.

FLOWCHART TAMPUNGAN MATI

Start

Inflow setahun Inflow sedimen Usia guna waduk a = 100 n = 1.5

Tamp. aktif est. Tamp. mati est.

tamp. total est. = tamp. mati est. + tamp. aktifrerata est.

trap. efisiensi = (1-1/(1+a.R)) n * 100

vol. end. = Te * inf. Sedimen setahun

vol. tamp. mati = Tamp. mati est. – vol. end

Tampungan. Mati = 0 di akhir usia guna ?

End

T

Y

A

 

Start

Beban puncak, Fak.beban min. Eff. PLTA, C, El. dasar T.Race El. dasar waduk

Daya min. rerata = fak. beban * beban puncak

El. muka air T. Race= H T.Race est. (≤ 2)+ El. dasar T. Race

Head= El. maw rerata – ma T.Racererata

Qmin =

End

T

Y

Plot kurva masa (Qminakum. ~ Qinf. Akum.)

Tampungan aktif dicari dari simpangan terbesar, dari kurva masa

A

Tamp. aktif est. > tamp. aktif hasil kurva masa

El. maw rerata = el. dasar waduk + h. air waduk

FLOWCHART TAMPUNGAN AKTIF

start

tamp. waduk aktif est., el. dasar T.Race, eff. PLTA, kehilangan, el. dasar waduk, koef. C, beban puncak, kurva masa, lengkung luas, lengkung kapasitas

est. tamp. waduk pada akhir periode

el. maw ~ diperoleh dari lengkung kapasitas

el. ma. rerata = (elN + elN+1) : 2

el. ma T.Race = el. dasar T.Race + h est. T.Race ( ≤ 2)

Tinggi jatuh = el. maw           el. ma T.Race

Qmin =

Qmin =

A (luas waduk) (Didapat dari data el. maw)

Vol. kehilangan = koef. Kehilangan * luas waduk

B

1

FLOWCHART SIMULASI OPERASI WADUK

Apakah tamp. Waduk mula-mula > tamp. Aktif est.

Tot. air tersedia = tamp. Waduk + Qinf. - kehilangan

1

Tamp. waduk mula-mula = tot. air tersedia – Qinput min

tamp. waduk akhir periode terkontrol = tamp. aktif  estimasi

Check tamp. waduk minimum ~ 0

tamp. waduk akhir periode terkontrol = tamp. waduk mula-mula

B

2

Yup

No

Yup

No

 

3

2

Apakah tamp.   mula-mula >  Tamp. aktif

Beda tamp. waduk mula2 tamp. waduk akhir terkontrol = 0

Beda tw.mula2& t. akt. Terkontrol = t. waduk mula2 –  t. akt. terkontrol

Debit outflow Max <  Q outflowmin+ Beda T.mula & t. akt. terkontrol

Debit outflow. sebenarnya Qout min + beda T. mula & T. akt. trkontr

Debit outf. sebenarnya = debit outflow max.

Spillout = (debit outf. min. + beda T. mula2 & T. akt. trkntr) – debit outf. max

El. maw sebenarnya pada saat St + 1

Yup

No

Yup

No

 

3

El. maw rerata =

H T.Race =

El. ma.T.Race = El. dasar T.Race + H T.Race

Tinggi jatuh = El. maw rerata – El. maw T.Race

Daya PLTA = 9,8*eff. PLTA*Q*H Enersi PLTA = 9,8 * eff. PLTA * Q * H * t (4 jam)

End