1

2. Analisis Keruntuhan Bendungan Menggunakan HEC-RAS

Bimbingan Teknis Analisis Keruntuhan BendunganMakassar 23– 26 September 2019

Narasumber:Bambang Adi Riyanto, M.Eng

Fakultas Teknik Jurusan Sipil UNPAR BandungJalan Ciumbuleuit No. 94 Bandung, Telp. 2033691-92

2

Penelusuran Banjir Melalui Waduk HEC-RAS dapat melakukan penelusuran hidrograf banjir

inflow ke waduk dengan 3 metode:1. Penelusuran banjir aliran tidak tetap 1 dimensi

menggunakan persamaan Saint Venant.2. Penelusuran banjir aliran tidak tetap 2 dimensi

menggunakan persamaan Saint Venant atau persamaan gelombang difusi.

3. Penelusuran banjir di Reservoir (Level pool routing). Secara umum penelusuran banjir aliran tidak tetap akan

lebih akurat dengan dan tanpa keruntuhan bendungan. Muka air melalui waduk dengan bentuk memanjang

akan miring sehingga lebih cocok digunakan cara 1 dan 2, sedangkan waduk dengan bentuk pendek dan lebar, cara 3 cukup baik digunakan.

3

4

Penelusuran Banjir Waduk Untuk mengetahui prosentase kesalahan debit puncak

outflow dari kedua cara tersebut dapat digunakan hasilpenelitian Dr. Fread seperti dilukiskan pada gambarberikut, dimana:Dr : kedalaman waduk rata-rata (ft), kira-2 Dmaks/2Lr : panjang waduk (ft)Tr : waktu kenaikan hidrograf inflow (jam)

5

Penelusuran Banjir Waduk

6

Penelusuran Banjir Tidak Tetap 1 Dimensi

Penelusuran banjir aliran tidak tetap 1 Dimensi melalui waduk memberikan hasil yang paling akurat.

Daerah waduk dimodelkan dengan serangkaian penampang melintang seperti memodelkan sungai pada umumnya atau dapat dimodelkan sebagai tampungan 2 Dimensi (lihat gambar pada slide berikut).

Bendungan dimodelkan sebagai Inline Structure. Hidrograf banjir dapat dimasukkan sebagai kondisi batas hulu

(upstream boundary condition) atau sebagai aliran lateral di titik tertentu di waduk.

7

8

9

Penelusuran Banjir Reservoir (Level Pool Routing)

Pada penelusuran banjir reservoir, waduk dimodelkan sebagai Storage Area.

Storage area dihubungkan ke segmen sungai hilir. Segmen sungai tersebut harus mempunyai 2 penampang melintang yang berada dalam storage area seperti pada slide berikut. Tampang pertama dikaitkan dengan storage area sedangkan tampang kedua dikaitkan dengan bendungan.

Jarak kedua penampang melintang tersebut harus cukup dekat (30 m sampai 60 m) sedemikian rupa sehingga volume tampungan antara kedua penampang tersebut cukup kecil.

Elevasi minimum kedua penampang melintang tersebut harus sama dengan elevasi minimum storage area.

Storage area dimodelkan dengan hubungan El-Volume Bendungan dimodelkan sebagai Inline Structure.

10

Estimasi Parameter Keruntuhan Bendungan

Estimasi lokasi dan dimensi rekahan serta waktu keruntuhanadalah sangat penting dalam pemodelan keruntuhanbendungan.

Parameter rekahan akan langsung mempengaruhi estimasidebit puncak outflow waduk.

Dimensi rekahan dan waktu keruntuhan harus diperkirakanpada setiap skenario keruntuhan yang akan dievaluasi.

Parameter rekahan dapat diperkirakan dengan berbagai caraantara lain: Analisis komparatif (membandingkan dengan bendungan yang runtuh

dengan dimensi, jenis material dan volume tampungan yang kuranglebih sama),

Persamaan regresi, persamaan yang dikembangkan berdasarkan data keruntuhan bendungan yang pernah terjadi, untuk memperkirakan debit puncak outflow, dimensi rekahan dan waktu keruntuhan.

Menggunakan hubungan kecepatan vs besarnya erosi, dan Model komputer berbasis fisik.

Penyebab dan Tipe Keruntuhan Bendungan Dari data sejarah, semua tipe bendungan yang runtuh

diakibatkan oleh satu atau lebih penyebab. Sebagian besar bendungan yang runtuh adalah bendungan

timbunan tanah yang disebabkan oleh tingkat banjir tertentu. Jenis-jenis bendungan adalah:

Bendungan timbunan tanah atau batu (Earthen embankment/rockfill). Bendungan busur dari beton (Concrete arch and multi arch). Bendungan beton gravity (Concrete gravity). Buttress (combination of concrete gravity and arch dam). Steel, timber, and composite materials.

Berbagai penyebab keruntuhan bendungan: Banjir Piping/seepage (internal and underneath the dam). Longsoran (Landslide) Gempa bumi (Earthquake). Kegagalan pondasi (Foundation failure). Kegagalan peralatan (Equipment failure/malfunction (gates,. Etc)).

Penyebab dan Tipe Keruntuhan Bendungan Kegagalan struktur (Structural failure). Kerusakan bagian hulu bendungan (Ustream dam failure). Penurunan muka air secara cepat (Rapid drawdown of pool). Sabotase (Sabotage). Diruntuhkan (Planned removal).

Estimasi Parameter Rekahan Dalam seluruh analisis keruntuhan bendungan, parameter

rekahan mengandung ketidak pastian paling besar. HEC-RAS mempunyai 2 metode keruntuhan bendungan:

User Entered Data, perlu dimasukkan semua parameter keruntuhan (dimensi rekahan, waktu keruntuhan, perkembangan rekahan dsb.)

Simplified Physical, perlu dimasukkan data hubungankecepatan dan breach downcutting dan perlebaran rekahan(breach widening relationship)

User Entered Data Method Location : as dari rekahan (centerline stationing of the breach

in the dam) Failure Mode : overtopping or piping. Shape : bottom elevation, bottom width, left and right side

slope H : V. Time : critical breach development time. Triger Mechanism : pool elevation, pool elevation plus

duration, or clock time. Weir and Piping Coefficients : untuk menghitung limpasan

(weir flow) dan orifice coefficient untuk menghitung piping. Failure Location : lokasi keruntuhan. Failure Mode : mekanisme pemicu terbentuk dan

berkembangnya rekahan. Overtopping failure dimulai daripuncak bendungan dan berkembang sampai maksimumsedangkan piping failure mode dapat dimulai pada elevasimana saja.

User Entered Data Method Critical Breach Development Time :

Overtopping Failure : saat proses erosi bergerak ke hulusepanjang sisi hilir bendungan (Lihat Gambar 5C-D).

Piping Failure : saat sejumlah aliran air dan material yang cukup besar keluar melalui lubang piping.

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

Simplified Physical Breaching Method Max Possible Bottom Width : batas maksimum lebar dasar

rekahan. Lebar sesungguhnya tergantung dari hubungankecepatan dan tingkat erosi sera kondisi hidraulik aliranmelalui rekahan.

Min Possible Bottom Elev: untuk membatasi seberapadalam erosi dapat terjadi pada saat proses terbentuknyarekahan.

Starting Notch Width or Initial Piping Diameter : padakasus overtopping pengguna diminta memasukkan lebarrekahan awal. Pada kasus piping pengguna dimintamemasukkan diameter piping.

Mass Wasting Feature: Opsi ini memungkinkan penggunauntuk memodelkan lubang di bendungan atau tanggul padaawal terjadinya rekahan.

Velocity versus Downcutting and Widening Erosion Rates

37

Physically-Based Breach Computer Models Beberapa model computer telah dibuat untuk memodelkan

proses rekahan menggunakan rumus angkutan sedimen, stabilitas lereng dan kondisi hidraulik.

Ringkasan model-model tersebut sesuai daftar yang dibuat oleh Wahl (1998) diberikan pada Tabel 4.

Secara umum model yang dikembangkan didasarkan pada rumus angkutan sedimen dasar.

39

40

Peak Flow Equations and Envelope Curves

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

Downstream Flood Routing/Modeling Issues Pemodelan banjir akibat bendungan runtuh adalah salah

satu pemodelan aliran tidak tetap yang paling sulit. Dalam HEC-RAS, pengguna dapat memodelkan daerah

hilir sebagai berikut: Kombinasi aliran 1 Dimensi di sungai dan Storage Area, Kombinasi aliran 1 Dimensi di sungai, Storage Area dan

aliran 2 Dimensi. Aliran 2 Dimensi.

Ada banyak hal yang harus dipertimbangkan untukmemodelkan bendungan runtuh. Beberapa isu utamaadalah: Jarak antar penampang melintang Interval waktu perhitungan Koefisien Manning, n Tampungan di bagian hilir, percabangan sungai dan tanggul

Downstream Flood Routing/Modeling Issues

Pemodelan jembatan dan gorong-gorong Pemodelan sungai yang curam Terjunan di sungai Kondisi awal perhitungan (aliran rendah) Kondisi batas hilir (Downstream Boundary Conditions).

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

Bimbingan Teknis Analisis Keruntuhan BendunganMakassar 23 – 26 September 2019