PEDOMAN TEKNIS
TATA KELOLA AIR TAMBANG BATUBARA
KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP
2014
P E N G A N TA R
i
D A F TA R I S I
Pengantar
i
Daftar Isi
ii
Daftar Tabel iii
Daftar Gambar
iv
1 Pendahuluan
1
2 Tata Kelola Air Tambang Saat Ini
3 Tata Kelola Air Tambang
3.1 Pengertian Air Tambang
2
7
7
3.2 Daerah Tangkapan Hujan 7
3.3 Curah Hujan 8
3.4 Debit Aliran Permukaan
3.5 Saluran Air
10
18
3.6 Kolam Tampungan Air
24
3.7 Bangunan Ukur Debit Aliran
4 Penutup
25
27
5 Contoh PERENCANAAN Tata Kelola Air Tambang
28
5.1 Contoh Data 28
5.2 Contoh Penetapan Daerah Tangkapan Hujan 28
5.3 Contoh Pengolahan Data Curah Hujan 28
5.4 Contoh Penghitungan Debit Aliran
28
5.5 Contoh Perencanaan Luas Kolam Tampungan Air
ii
28
D A F TA R TA B E L
Tabel 1 Kedalaman hujan maksimum di tambang batubara PT Bukit
Asam, Tanjungenim, Sumatera Selatan
3
Tabel 2 Kedalaman hujan rancangan di tambang batubara PT Bukit
Asam, Tanjungenim, Sumatera Selatan
4
Tabel 3 Koefisien kekasaran dasar saluran menurut Manning
iii
20
D A F TA R G A M B A R
Gambar 1 Alat ukur curah hujan automatik tipe pelampung
2
Gambar 2 Alat ukur curah hujan automatik tipe tipping bucket
2
Gambar 3 Intensity duration curve hujan di tambang batubara PT Bukit
Asam, Tanjungenim, Sumatera Selatan
5
Gambar 4 Contoh tiipikal daerah tangkapan hujan (catchment area)
8
Gambar 5 Alat ukur curah hujan tipe tipping bucket 9
Gambar 6 Skema pemilihan metode perhitungan debit
Gambar 7 Hidrograf Satuan Sintetik Gama I
11
14
Gambar 8 Hidrograf satuan sintetik Nakayasu
16
Gambar 9 Contoh pola distribusi hujan 17
Gambar 10 Contoh pola distribusi hujan ABM 17
Gambar 11 Tampang saluran tipikal
19
Gambar 12 Diagram aliran permanen berubah beraturan (steady
gradually varied flow)
22
Gambar 13 Volume tampungan sebagai fungsi waktu
25
Gambar 14 Bangunan ukur debit aliran jenis peluap ambang tajam
26
Gambar 15 Bangunan ukur debit aliran Crump Weir 27
Gambar 16 Bangunan ukur debit aliran Parshall flume
iv
27
P E D O M A N TATA K E LO L A A I R
TA M B A N G B AT U B A R A
N A S KA H A KA D E M I K P E D O M A N P E N G E LO L A A N A I R TA M B A N G B AT U B A RA
1 PENDAHULUAN
Air tambang adalah air hujan yang turun di kawasan tambang, yang harus
dialirkan keluar kawasan tambang, dan air limbah tambang yang utamanya
adalah air hujan yang turun di daerah produksi, yang harus dialirkan keluar
dari daerah produksi.
Tata kelola air di tambang batubara, dengan demikian, menyangkut
pengelolaan air di dua tempat, yaitu (1) air di daerah produksi dan (2) air di
kawasan tambang.
Air tambang di daerah produksi berasal dari air hujan yang masuk ke dalam
kolam tampungan utama tambang (main sump). Air tanah ke dalam sump
biasanya kecil dan oleh karena itu dianggap telah dicakup dalam air hujan.
Air tambang di kawasan tambang berasal dari air hujan di daerah tangkapan
hujan di luar daerah produksi, misal dari lapangan penumpukan batubara
(stockpile), drainase jalan, lingkungan tambang.
Air tambang, baik air dari daerah produksi maupun air dari kawasan
tambang dikategorikan sebagai air limbah. Air tambang harus diolah
terlebih dulu sebelum dialirkan kembali ke badan air alam untuk memenuhi
baku mutu air menurut Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor … Tahun
…
Pengolahan air limbah tambang batubara dilakukan dengan beberapa cara,
antara lain pengendapan sedimen di kolam pengendap sedimen,
pengolahan keasaman air dengan penambahan kapur untuk menaikkan pH
air, serta percampuran air limbah dengan bahan kimia.
Pengolahan air limbah dilakukan di instalasi pengolah air limbah, yang
umumnya berupa kolam air. Dimensi kolam air ditetapkan sebagai fungsi
kuantitas air tambang yang berasal dari dewatering daerah produksi
maupun air yang berasal dari kawasan tambang. Dimensi kolam air
memperhitungakan tidak hanya kuantitas air tambang yang masuk ke
kolam air (inflow), namun telah memasukkan pula faktor waktu tinggal air
tambang dalam kolam air. Waktu tinggal berkaitan dengan proses
pengubahan air limbah menuju ke air yang memenuhi baku mutu air
sehingga aman untuk dialirkan ke badan air alam. Waktu tinggal air dalam
1
kolam air dicapai dengan membuat lintasan aliran yang panjang. Kolam air
dibagi menjadi sejumlah kompartemen yang saling dihubungkan sedemikian
hingga aliran dalam kolam berkelok-kelok dengan lintasan aliran yang
panjang. Hal ini memfasilitasi waktu tinggal air yang lama dalam kolam air.
Outlet kolam air umumnya berupa ambang. Air melimpas (overflow) keluar
dari kolam air melalui ambang. Pada saat debit aliran air tambang ke dalam
kolam air lebih besar daripada debit rancangan kolam air, ada risiko bahwa
air melimpas ambang, keluar dari kolam air, sebelum waktu tinggal yang
diperlukan untuk proses pengolahan air dicapai. Pada peristiwa seperti ini,
maka kualitas air yang keluar dari kolam belum memenuhi baku mutu air
yang disyaratkan sesuai pasal … Permen LH Nomor … Tahun … Kapasitas
tampung kolam secara keseluruhan masih mampu menampung volume
aliran air tambang sehingga tidak terjadi limpasan air keluar kolam melalui
tanggul kolam. Yang terjadi adalah air kolam yang belum memenuhi syarat
baku mutu melimpas keluar kolam melalui ambang. Permasalahan ini
dicurigai sebagai akibat dari kurang tepatnya perhitungan debit aliran
rancangan yang dipakai sebagai dasar dalam penetapan kapasitas kolam.
Pedoman tata kelola air tambang yang berlaku saat ini mengatur aspek
kualitas air. Pedoman belum mengatur aspek kuantitas air dalam
pengelolaan air tambang. Memperhatikan permasalahan yang dipaparkan
pada paragraf di atas, tampak bahwa aspek kuantitas air, yang berpengaruh
terhadap rancangan kapasitas kolam, pada akhirnya dapat berpengaruh
pula terhadap kualitas air. Aspek kuantitas air diperlukan pula untuk
menjamin bahwa tambahan beban air dari kolam ke badan air alam (sungai)
tidak menyebabkan debit aliran melebihi kapasitas alur sungai tersebut.
Memperhatikan hal ini, maka pedoman tata kelola air tambang perlu
mengatur aspek kuantitas air di samping mengatur aspek kualitas air.
2 TATA KELOLA AIR TAMBANG SAAT INI
Tata kelola air tambang batubara saat ini mengacu pada praktik yang
dilaksanakan di tambang batubara PT Bukit Asam, Tanjungenim, Sumatera
Selatan dan di tambang batubara PT Adaro, Tanjungbara, Kalimantan
Selatan.
Paparan dibatasi pada praktik yang dilaksanakan dalam perhitungan atau
penentuan besaran hujan rancangan yang menjadi dasar dalam
perencanaan tata kelola air tambang, baik yang menyangkut estimasi
volume air yang masuk ke tambang, maupun perencanaan saluran air,
kolam air, serta operasi instalasi pengolah air limbah tambang.
Penentuan hujan rancangan diawali dengan pengukuran curah hujan di
kawasan tambang. Pengukuran curah hujan dilakukan, pada umumnya,
dengan alat ukur hujan automatik di satu atau beberapa stasiun. Foto pada
Gambar 1 menunjukkan salah satu contoh alat ukur yang dipakai di
tambang batubara PT Bukit Asam, Tanjungenim. Tampak bahwa alat ukur
hujan yang dipakai adalah tipe pelampung dengan alat pencatat mekanik
dan medium penyimpanan data berupa kertas grafik. Tipe alat ukur lain
yang lazim digunakan untuk pengukuran curah hujan secara automatik
adalah tipe tipping bucket. Foto pada Gambar 2 menunjukkan contoh alat
2
ukur hujan automatik tipe tipping bucket yang ada di tambang batubara PT
Adaro, Tanjungbara.
 foto alat ukur hujan di Tanjungenim
GAMBAR 1 ALAT UKUR CURAH HUJAN AUTOMATIK TIPE PELAMPUNG
 foto alat ukur hujan tipping bucket
GAMBAR 2 ALAT UKUR CURAH HUJAN AUTOMATIK TIPE TIPPING BUCKET
Pengolahan data curah hujan dibawa ke besaran intensitas hujan atau yang
lebih dikenal sebagai kedalaman hujan, dalam satuan milimeter, per durasi
hujan dalam berbagai satuan waktu, yaitu: 5 menit, 10 menit, 15 menit, 30
menit, 1 jam, 2 jam, 6 jam, 12 jam, 1 hari, 1 bulan, dan 1 tahun. Intensitas
hujan dihitung di setiap stasiun pengukur curah hujan dan kemudian dipilih
nilai maksimum per tahun (annual series) di antara nilai-nilai intensitas
hujan di semua stasiun yang ada di kawasan tambang. Tabel 1 menampilkan
contoh intensitas hujan maksimum di tambang batubara PT Bukit Asam,
Tanjungenim, Sumatera Selatan.
TABEL 1KEDALAMAN HUJAN MAKSIMUM DI TAMBANG BATUBARA PT BUKIT ASAM,
TANJUNGENIM, SUMATERA SELATAN
Tahu
n
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
5
mnt
20
14
13
20
20
13
19
20
19
21
18
20
14
11
10
11
14
18
21
20
21
10
15
13
12
10
11
10
8
9
10
15
10
mnt
27
27
21
31
30
20
34
30
29
32
27
31
26
18
20
22
28
26
34
31
30
21
29
25
23
23
21
17
16
17
20
20
15
mnt
36
31
31
44
39
28
45
38
39
47
41
41
29
22
25
33
38
28
42
41
38
31
40
36
28
32
27
23
20
25
24
30
30
mnt
55
51
54
52
68
39
68
59
47
58
51
55
38
38
41
59
57
55
53
61
53
60
58
51
54
43
53
31
40
50
44
60
1
jam
59
78
78
70
76
74
70
83
78
110
65
101
50
42
61
78
62
73
76
104
78
77
103
102
110
66
91
62
63
80
83
120
Durasi hujan
2
6
jam
jam
86
115
81
90
81
109
77
103
76
85
81
111
108
108
128
162
104
136
143
143
65
113
119
134
77
81
50
69
77
113
85
97
80
102
74
111
80
84
156
171
80
102
98
131
117
133
136
226
137
148
87
98
124
135
74
80
81
142
95
142
93
136
151
198
3
12
jam
154
90
137
110
100
116
108
180
143
156
113
134
81
76
127
97
114
118
96
171
112
131
144
226
160
108
169
80
142
142
136
198
1
hari
154
90
156
110
100
116
108
180
151
156
113
134
138
83
135
97
114
118
99
171
119
131
144
226
167
108
177
80
142
142
136
198
1
bln
497
477
449
500
550
540
573
544
512
684
521
420
507
472
668
355
450
375
471
598
420
584
431
679
607
556
456
460
613
360
410
760
1
thn
2785
3052
3542
3142
3751
2807
3399
3579
3671
3338
3832
3116
2327
2827
3133
1797
2808
2300
2708
2791
2922
3040
2870
3717
2523
3151
2928
2461
3587
2560
2591
15
25
33
52
79
97
21
34
47
68
120
156
8
16
20
31
42
50
4
5
7
9
18
27
n
32
32
32
32
32
32
Catatan:
Kedalaman hujan dinyatakan dalam satuan milimeter.
122
226
69
34
32
130
226
76
35
32
134
226
80
34
32
516
760
355
99
32
3002
3832
1797
487
31
Intensitas hujan tahunan dalamTabel 1selanjutnya diolah dengan metode
analisis frekuensi untuk mendapatkan perkiraan kedalaman hujan yang
memiliki probabilitas kejadian tertentu, atau lebih dikenal sebagai hujan
yang memiliki kala ulang tertentu. Hubungan antara probabilitas hujan dan
kala ulang hujan adalah bahwa probabilitas kedalaman hujan melebihi
kedalaman hujan berkala-ulang T tahun adalah 1/T dalam periode waktu
satu tahun. Konsep probabilitas dan kala ulang hujan adalah konsep yang
lazim dipakai dalam estimasi atau prakiraan kedalaman hujan. Dalam
analisis frekuensi, hujan maksimum tahunan dianggap mengikuti suatu
distribusi probabilitas teoretis tertentu. Distribusi probabilitas teoretis yang
sering dipakai di bidang hidrologi, antara lain, adalah Distribusi Gumbel,
Distribusi Log Normal, Distribusi Log Pearson Tipe III, atau Distribusi Normal.
Di tambang batubara PT Bukit Asam, Tanjungenim, distribusi data hujan
maksimum tahunan dianggap mengikuti Distribusi Gumbel. Dengan asumsi
ini, maka nilai-nilai kedalaman hujan dalam berbagai kala ulang kejadian
dapat dihitung dan diperoleh (Tabel 2). Nilai-nilai ini kemudian ditampilkan
dalam bentuk grafik hubungan antara kedalaman hujan dan kala ulang
hujan untuk setiap durasi hujan pada Tabel 1, yang dikenal sebagai intensity
duration curve (IDF).Gambar 3 menampilkan IDF curah hujan di tambang
batubara PT Bukit Asam, Tanjungenim.
TABEL 2 KEDALAMAN HUJAN RANCANGAN DI TAMBANG BATUBARA PT BUKIT ASAM,
TANJUNGENIM, SUMATERA SELATAN
Kala
Durasi hujan
ulang
5
10
15
30
1
2
6
[tahu
mnt
mnt
mnt
mnt
jam
jam
jam
n]
2
21
33
46
67
117
152
221
5
25
38
54
76
136
180
256
10
28
42
59
82
148
198
279
20
31
45
63
88
160
215
301
25
32
46
65
89
163
220
308
50
34
49
70
95
175
237
329
100
37
53
74
100
186
254
351
Catatan:
Kedalaman hujan dinyatakan dalam satuan milimeter.
12
jam
1
hari
1
bln
1
thn
221
256
279
302
309
331
353
221
255
278
300
307
328
349
745
845
911
975
995
1057
1119
3758
4252
4580
4894
4994
5301
5606
Nilai-nilai hujan pada IDF menjadi dasar untuk penghitungan estimasi
kuantitas air yang masuk ke daerah produksi dan ke kawasan tambang.
Estimasi volume air yang masuk ke daerah produksi, sebagai dasar dalam
perencanaan main sump, mengacu pada nilai curah hujan tahunan kala
ulang dua tahun. Sebagai contoh, data di tambang batubara PT Bukit Asam,
Tanjungenim, curah hujan tahunan yang memiliki kala ulang dua tahun
adalah 3758 mm (lihatTabel 2).
4
GAMBAR 3INTENSITY DURATION CURVE HUJAN DI TAMBANG BATUBARA PT BUKIT
ASAM, TANJUNGENIM, SUMATERA SELATAN
Estimasi Debit Aliran Permukaan
Perancangan Saluran Air
5
Perancangan dan Operasi Kolam Tampungan Air
6
3 TATA KELOLA AIR TAMBANG
3.1 PENGERTIAN AIR TAMBANG
Air tambang adalah air hujan yang turun di kawasan tambang dan air
limbah tambang. Kawasan tambang dapat dibedakan menjadi daerah
produksi dan daerah di dalam kawasan tambang yang bukan daerah
produksi. Kedua jenis air tambang dikelola untuk dapat didaya-gunakan atau
dialirkan ke badan air penerima.
Asal air tambang pada dasarnya adalah air hujan yang turun di daerah
tangkapan hujan kawasan tambang. Air hujan akan mengalir dalam dua
bentuk, yaitu aliran permukaan (direct run-of) dan aliran air tanah
(groundwater flow).Sebagian besar air tambang mengalir dalam bentuk
aliran permukaan. Aliran air tanah lazimnya hanya merupakan bagian kecil
dari air tambang. Sebagian air tanah ini pun, pada akhirnya berubah
menjadi bagian dari aliran permukaan.
Air hujan, yang menjadi air tambang, mengalami degradasi kualitas air
karena berinteraksi dengan bukaan lahan dan udara. Sebelum dialirkan
(dibuang) ke badan air penerima, air tambang harus dioleh agar memenuhi
baku mutu air limbah tambang sesuai Permen KLH Nomor … Permen ini
mengatur aspek kualitas air limbah tambang dalam tata kelola air tambang,
yang memberikan syarat kualitas air tambang yang dibolehkan untuk
dialirkan ke badan penerima air.
Selain memperhatikan kualitas air, tata kelola air tambang harus pula
mempertimbangkan aspek kuantitas air. Beban kuantitas air merupakan
faktor penting dalam berbagai segi pengelolaan air tambang. Kapasitas
instalasi pengolah air limbah tambang merupakan fungsi kuantitas air.
Penghitungan kuantitas air menjadi salah satu faktor penting dalam desain
teknis instalasi pengolah air limbah dan fasilitas pendukung tata kelola air
tambang, utamanya penetapan dimensi dan operasi instalasi pengolah air
limbah dan saluran air.
Karena sumber paling hulu dari air tambang adalah air hujan, maka
penghitungan kuantitas air tambang selaiknya dirunut dari penghitungan
kuantitas air hujan. Kesulitan yang lazim ditemui dalam memperkirakan
kuantitas air hujan adalah sifat sebaran hujan yang tidak rata, baik di sisi
waktu kejadian hujan (temporal distribution), maupun di sisi lokasi hujan
(spatial distribution). Penghitungan kuantitas air hujan, sebagai prediksi
masukan pada instalasi pengolah air limbah tambang maupun pada fasilitas
penunjang operasi tambang (kolam dan saluran air) menjadi langkah
pertama dan utama dalam penetapan kuantitas air tambang yang akan
dikelola.
Pedoman ini memberikan arahan dalam penghitungan kuantitas air
tambang untuk perencanaan tata kelola air tambang, utamanya yang
berkaitan dengan kapasitas dan operasi instalasi pengolah air limbah
7
tambang, serta kapasitas fasiltas penunjangnya, seperti kolam dan saluran
air.
3.2 DAERAH TANGKAPAN HUJAN
Daerah tangkapan hujan (catchment area) adalah kawasan atau daerah
yang merupakan asal air limpasan permukaan yang mengalir ke tempat
atau titik yang menjadi tinjauan. Titik tinjauan ini dikenal sebagai titik
kontrol (control point), yang lazimnya adalah titik hilir tempat air keluar dari
daerah tangkapan hujan. Titik kontrol tidak selalu merupakan titik paling
hilir. Titik kontrol adalah lokasi tempat debit aliran ingin dihitung atau diukur.
Sketsa pada Gambar 4 menampilkan contoh tipikal daerah tangkapan hujan.
GAMBAR 4 CONTOH TIIPIKAL DAERAH TANGKAPAN HUJAN (CATCHMENT AREA)
Metode penetapan daerah tangkapan hujan, atau cara deliniasi daerah
tangkapan hujan, dilakukan dengan observasi lapangan dengan
memperhatikan topografi kawasan dan alur saluran aliran air yang ada di
kawasan tersebut, baik alur alam maupun alur buatan. Pada umumnya,
aliran air mengikuti kontur lahan. Sifat topografi kawasan yang paling
mencolok sebagai batas daerah tangkapan hujan adalah lahan tertinggi.
Deliniasi daearah tangkapan hujan dilakukan pada peta topografi kawasan.
Peta topografi yang dipakai untuk deliniasi batas daerah tangkapan hujan
hendaknya menampakkan dengan jelas kontur lahan. Peta topografi dengan
selang kontur 1 meter merupakan peta yang ideal untuk melakukan
deliniasi daerah tangkapan hujan. Pada kawasan yang luas (lebih daripada
50 km2), peta dengan selang kontur sampai 2.5 meter telah mencukupi
untuk keperluan deliniasi daerah tangkapan hujan.
Daerah tangkapan hujan harus diketahui untuk setiap fasilitas terkait tata
kelola air tambang. Setiap instalasi pengolah air limbah harus dilengkapi
dengan informasi mengenai daerah tangkapan hujan. Hal yang sama
berlaku pula untuk setiap kolam pengumpul (sump), saluran air buatan,
serta alur alam yang ada di kawasan tambang. Pada kawasan yang akan
mengalami perubahan karena operasi tambang harus dilengkapi dengan
informasi mengenai daerah tangkapan hujan saat ini,daerah tangkapan
hujan selama masa perubahan kawasan, serta daerah tangkapan hujan
setelah perubahan kawasan.
3.3 CURAH HUJAN
3.3.1 JENIS DAN PENEMPATAN ALAT UKUR CURAH HUJAN
Curah hujan dapat diukur dengan memasang alau ukur hujan (rainfall
station) baik manual maupun otomatik. Alat ukur hujan manual dibaca
sehari sekali (biasanya setiap jam 07:00 pagi). Curah hujan yang tercatat
selanjutnya disebut sebagi hujan satu hari (hujan harian). Alat ukur curah
hujan otomatis, sebaiknya tipe tipping bucket dengan ketelitian 0.1 mm dan
8
dapat mencatat kedalaman curah hujan sesuai interval yang diinginkan
misal setiap 5 menit. Alat ukur ini minimal dilengkapi dengan data logger.
Alat ukur hujan ditempatkan merata di DAS, apabila hanya satu stasiun di
tempatkan di tengah DAS.
GAMBAR 5 ALAT UKUR CURAH HUJAN TIPE TIPPING BUCKET
3.3.2 METODE PENGOLAHAN DATAHUJAN
Pengolahan data hujan terdiri dari pengolahan kedalaman hujan durasi
pendek (kurang dari 1 hari), dan durasi panjang mulai hujan harian hingga
bulanan. Kumulatif hujan selama durasi hujan (misal 1 hari) selanjutnya
disebut hujan untuk durasi tersebut (hujan harian). Demikian pula untuk
durasi hujan yang lain misal hujan dua harian adalah kumulatif hujan
selama dua hari.
Data hujan yang diperoleh dari stasiun pencatat curah hujan adalah hujan
titik di lokasi tersebut. Untuk suatu kawasan, maka perlu dihitung hujan
kawasan atau hujan rata-rata kawasan dari data hujan di stasiun yang
berada di dekat dan di dalam kawasan tersebut. Perhitungan hujan kawasan
(DAS) dapat dilakukan dengan metode polygon Thiessen atau rata-rata
aljabar
Seri data hujan untuk analisis hujan rancangan dengan metode statistic
(analisis frekuensi) diperoleh dari hasil analisis hujan DAS/kawasan.
Pemilihan seri data hujan dapat dilakukan dengan dua pendekatan yaitu
annual maximum series dan partial series atau peok over threshold (POT).
Pendekatan dengan annual maximum series bila data hujan tersedia paling
tidak 20 tahun data. Dalam satu tahun dari hasil rata-rata hujan di ambil
satu nilai yang maksimum. Bila data hujan kurang dari 20 tahun dan lebih
9
dari 10 tahun, pemilihan data dilakukan dengan cara POT atau partial series.
Pemilihan dilakukan dengan menetapkan ambang batas bawah tertentu
(misal kedalaman hujan yang telah menyebabkan banjir). Semua data hasil
analisis hujan di atas besaran ambang tersebut dipilih dan selanjutnya di
urutkan dari besar ke kecil untuk memilih 20 seri data terbesar.
Hasil analisis frekuensi tersebut berupa hujan rancangan. Khusus untuk
hujan rancangan durasi pendek, selanjutnya digambarkan dalam kurva
intensitas-durasi dan frekuensi atau sering disebut sebagai kurva IDF. Kurva
ini selanjutnya digunakan untuk analisis debit dengan metode rasional.
3.4 DEBIT ALIRAN PERMUKAAN
3.4.1 DEBIT AIR TAMBANG
Debit aliran permukaan akibat hujan dapat dihitung dengan Metode
Rasional dengan persamaan berikut:
QT  0.278Ci i ,T A
 
dengan
C
I(t,T)
(mm/jam),
A
QT
: debit aliran untuk kala ulang T tahun (m 3/s)
: koefisien limpasan,
: intensitas hujan untuk durasi t dengan kala ulang T tahun
: luas DAS (km2),
Koefisien limpasan merupakan prosentasi air hujan yang menjadi limpasan.
Semakin tinggi nilai koefisien limpasan, maka akan semakin besar volume
air hujan yang menjadi limpasan. Besarnya koefisien limpasan dipengaruhi
oleh jenis tanah, tutupan lahan dan kemiringan lahan seperti terlihat pada
tabel berikut (Chow et al., 1988).
tabel nilai c
Untuk perencanaan dimensi saluran drainasi, saluran pembawa air limbah
dari sump pit ke settling pond, durasi hujan dapat didekati dengan waktu
konsentrasi yaitu waktu yang diperlukan oleh air hujan yang jatuh di bagian
hulu hingga sampai ke titik kontrolnya. Waktu konsentrasi dapat dihitung
dengan persamaan Kirpich (misal Chow et al., 1988)
tc  0.0663L0.77 S0.385 [jam]
dengan
S
L
: panjang sungai utama (km),
: kemiringan.
Intensitas hujan untuk durasi hujan t, dapat ditentukan berdasarkan kurva
IDF hasil analisis frekuensi data hujan otomatik durasi pendek. Apabila IDF
10
tidak tersedia karena terbatasnya data hujan otomatik, kurva IDF dapat
dibuat berdasarkan rumus empiris Haspers (PU, 1989?).

120t
1
  t 600.0008
i i ,T 60
60
 


RT
dengan
t
RT

2


 260 R  
T

: hujan harian dengan kala ulang T tahun,
: durasi hujan (menit).
3.4.2 DEBIT BADAN AIR PENERIMA/SUNGAI
Transformasi hujan menjadi aliran/perhitungan debit aliran di badan sungai
penerima air tambang dapat diperkirakan dengan beberapa metode
tergantung dari ketersediaan data, luas DAS hasil yang diingnkan. Prosedur
pemilihan metode dapat dilihat pada skema berikut.
GAMBAR 6 SKEMA PEMILIHAN METODE PERHITUNGAN DEBIT
3.4.3 ANALISIS FREKUENSI
Perhitungan banjir dengan analisis frekuensi (statistik) dibutuhkan data
sekurang-kurangnya 10 tahun. Pemilihan seri data dapat dilakukan dengan
AMS atau POT (PS) seperti uraian di atas (sub bab…). Besarnya debit banjir
selanjutnya dihitung dengan persamaan:
QT  Q sQ KT
dengan
11
3
QT
:
debit dengan kala ulang T tahun (m /s),
X
:
debit rerata dari seri data terpilih (m3/s),
KT
:
faktor frekuensi dengan besaran tergantung jenis
distribusi probabilitas dan kala ulang,
sQ
:
simpangan baku dari seri data terpilih (m3/s),
3.4.4 METODE HIDROGRAF SATUAN
Besarnya debit dengan metode hidrograf satuan dapat dihitung dengan
persamaan:
nm
Qn   Pe,mUnm1
m1
Dengan Qn
: debit pada waktu ke-n (m3/s)
Pe
: kedalaman hujan efektif (mm)
U
: ordinat hidrograf satuan
M
: lama hujan efektif
N
: waktu
Hujan efektif adalah kedalaman hujan yang menjadi limpasan permukaan
yaitu kedalaman hujan dikurangi dengan kehilangan hujan akibat adanya
infiltrasi, pengisian cekungan dll. Besarnya kehilangan air hujan dapat
diperkirakan dengan metode Φ-indeks dimana laju kehilangan dianggap
konstan, selanjutnya hujan efektif dihitung dengan persamaan berikut:
Pe  P
Dengan Pe
: kedalaman hujan efektif (mm)
P
: kedalaman hujan (mm)

: laju kehilangan konstan (mm/jam).
Nilai laju kehilangan konstan (Φ-indeks) merupakan nilai rerata dari Φindeks hasil analisis pasangan data hujan-aliran dengan persamaan berikut:
m
P
  m1
m
tll
m
Dengan
tll
: tinggi limpasan langsung yaitu total hujan efektif atau
total hujan yang menjadi limpasan (mm)
M
: durasi hujan
12
Selain metode Φ-indeks, besarnya hujan efektif untuk waktu i, dapat
dihitung dengan metode SCS-CN (Chow et al., 1988):
 PI 
P 
2
a
P I S
 0 ; P  I
e
a
a
Dengan
Pe
: total hujan efektif (mm)
Ia
: kehilangan air hujan awal (=0.2 S), mm
S
:retensi maksimum potensial (mm).
Besarnya S dapat dihitung dengan persamaan berikut:
 1000

10 x25.4(mm)
 CN

S
Dimna CN adalah Curve Number dengan nilai antara 0-100. Nilai CN
dipengaruhi oleh jenis tanah, tutupan lahan seperti pada Tabel berikut ini.
- tabel CN
3.4.5 METODE HIDROGRAF SATUAN TERUKUR DAN SINTETIK
Selain besaran debit puncak limpasan seperti pada metode analisis
frekuensi dan metode rasional, metode unit hidrograf dapat memberikan
volume dalam bentuk hidrograf secara keseluruhan. Hidrograf satuan
adalah hidrograf limpasan langsung yang dihasilkan oleh hujan efektif satu
satuan yang terjadi merata di DAS dengan intensitas konstan. Terdapat dua
jenis hidrograf satuan yaitu hidrograf satuan terukur dan hidrograf satuan
sintetis. Apabila tersedia data pasangan hujan- hidrograf aliran, maka
digunakan hidrograf satuan terukur. Apabila pasangan data hujan-hidrograf
aliran tidak tersedia, dapat digunakan teori hidrograf satuan sintetis.
Hidrograf satuan terukur diturunkan dari data pasangan hujan-hidrograf
aliran.Sebaiknya jumlah pasangan data-hujan aliran tidak kurang dari 10
buah. Penurunan hidrograf satuan dapat dilakukan dengan metode
polynomial atau metode Collins. Dalam setiap DAS hanya terdapat satu
hidrograf satuan yang representative yang mewakili DAS tersebut. Untuk itu
perlu dilakukan perataan terhadap hasil penurunan hidrograf satuan.
Perataan dilakukan dengan merata-ratakan besaran pokok suatu hidrograf
satuan yaitu debit puncak, waktu puncak dan waktu dasarnya. Bentuk
hidrografnya baik sisi naik dan sisi resesi sedapat mungkin mewakili bentuk
hidrograf satuan yang ada dengan tinggi limpasan sama dengan satu
satuan (1mm).
Hidrograf satuan sintetik (HSS) dapat diturunkan dari data peta topografi
dengan skala sekurang-kurangnya 1:50.000. Beberapa HSS dapat digunakan
untuk perhitungan banjir rancangan seperti HSS Gama I (Sri Harto, 2009)
dan Nakayasu.
13
Hidrograf satuan sintetik Gama I dapat dihitung dengan persamaan berikut:
3

L 
TR  0,43
  1,0665 SIM  1,2775
 100SF 
Qp  0,1836A0,5886 TR0,4008 JN0,2381
TB 27,4132TR0,1457S0,0986SN0,7344 RUA0,2574
Selain persamaan di atas, untuk penggambaran hidrograf satuan dan
penerapannya, diperlukan persamaan berikut (Sri Harto, 2009):
3

L 
TR  0,43
  1,0665 SIM  1,2775
 100SF 
Qp  0,1836A0,5886 TR0,4008 JN0,2381
TB 27,4132TR0,1457S0,0986SN0,7344 RUA0,2574
GAMBAR 7HIDROGRAF SATUAN SINTETIK GAMA I
dengan
TR
: waktu puncak (jam)
14
Qp
: debit puncak (m3/s)
TB
: waktu dasar (jam)
SF
: faktor sumber yaitu perbandingan antara jumlah panjang
sungai-sungai tingkat satu dengan panjang sungai semua tingkat
SN
: frekuensi sumber yaitu perbandingan antara jumlah pangsa
sungai tingkat satu dengan jumlah pangsa sungai semua tingkat
WF
: faktor lebar yaitu perbandingan lebar DAS yang diukur di titik
di sungai yang berjarak 0,75L dan di titik di sungai yang berjarak 0,25 L dari
titik control.
L
: panjang sungai utama/terpanjang (km)
RUA : luas DAS sebelah hulu relative yaitu berbandingan antara luas
DAS sebelah hulu dan luas DAS. Luas DAS sebelah hulu dibatasi oleh batas
DAS dan garis tegak lurus terhadap garis yang ditarik dari titik control
dengan titik di sungai terdekat dengan titik berat DAS.
SIM
: faktor simetri yaitu perkalian antara WF dan RUA
JN
: jumlah pertemuan sungai yaitu jumlah pangsa sungai-sungai
tingkat satu dikurangi satu.
D
: kerapatan jaringan kuras yaitu jumlah panjang sungai semua
tingkat per satuan luas DAS.
Hidrograf satuan sintetik Nakayasu dapat dihitung dengan persamaan
berikut:
Qp 
ARo
3.6(0.3Tp T0.3 )
Tp t g 0.8tr
t g  0.21L0.7
untuk L 15km
t g  0.40.058L untuk L15km
tr  0.5t g sampai t g
T0.3  t g dengan 1.53.0
dengan:
Qp
: debit puncak (m3/s)
Ro
: hujan satuan (mm)
Tp
: waktu puncak (jam)
T0.3
: waktu yang diperlukan dari Qp sampai 0.3 Qp
15
Selain persamaan di atas, untuk penggambaran hidrograf satuan Nakayasu
(Gambar….), diperlukan persamaan berikut:
2.4
 t
Qa Qp  

 Tp 
 tT 
p

Qd1 0.3Qp

 T 
 0.3 
 Qd1 Qp 0.3
 tT 0.5T 
p
0.3


0.3Qp Qd2 0.32Qp  Qd2 Qp 0.3


1.5T0.3

 tT 1.5T 
p
0.3

0.3 Qp Qd3
2

 Qd3 Qp 0.3

2.0T0.3



GAMBAR 8 HIDROGRAF SATUAN SINTETIK NAKAYASU
Dalam transformasi hujan dan aliran dengan metode hidrograf satuan,
selain besaran hujan rancangan, diperlukan pula pola distribusi hujannya.
Pola distribusi hujan dapat diperoleh dari analisis hujan otomatik. Contoh
pola distribusi hujan disajikan dalam gambar berikut.
16
GAMBAR 9 CONTOH POLA DISTRIBUSI HUJAN
Apabila data hujan otomatik tidak diperoleh, pola distribusi hujan dapat
ditentukan sembarang. Namun demikian ada suatu pola yang sering
digunakan yaitu alternating block method (ABM) (Chow et al., 1988), seperti
contoh gambar berikut ini.
GAMBAR 10 CONTOH POLA DISTRIBUSI HUJAN ABM
Pola distribusi hujan ABM dapat ditentukan apabila diketahui besaran hujan
rancangan dan lama hujannya. Hujan rancangan harian diubah kedalam
intensitas hujan durasipendek dengan persamaan Mononobe berikut:
 R   24  n
It   24 


 24   t 
dengan: It
R24
: intensitas hujan pada waktu t (mm/jam)
: hujan harian rencana (mm)
17
n
: konstanta
Durasi hujan dapat didekati dengan lama hujan dominan yang terjadi di
daerah yang ditinjau. Apabila informasi tersebut tidak ada, durasi hujan
dapat didekati dengan waktu konsentrasi (tc) yang dapat dihitung dengan
peramaan Kirpich berikut (Chow et al., 1988):
tc 0.0663L0.77 S0.385 ( jam)
dengan tc
: waktu konsentrasi (jam)
L
: panjang sungai utama (km)
S
: rerata kemiringan DAS.
3.5 SALURAN AIR
3.5.1 JENIS SALURAN AIR
Tata saluran air meliputi berbagai saluran air yang ada di kawasan tambang,
antara lain saluran drainase air hujan, pipa yang mengalirkan air dari main
sump keluar daerah produksi (pipa dewatering), saluran pengantar dari
outlet pipa dewatering ke kolam IPAL tambang, saluran pengantar dari
outlet kolam IPAL ke badan air penerima (sungai), sungai, serta saluran
pengalih atau pengganti sebagian atau seluruh badan air (diversion
channel).
Setiap analisis aliran air di saluran mencakup pula aliran melalui struktur
hidraulik yang ada di saluran, antara lain jembatan, gorong-gorong,
bendung, pintu air, atau pompa. Analisis aliran memperhatikan pula adanya
kawasan genangan, seperti misal kolam, kolam detensi, kolam retensi,
kolam IPAL.
Aliran air di saluran dibedakan antara aliran di saluran terbuka dan aliran
dalam pipa. Aliran di saluran terbuka (open channel flow) adalah aliran yang
memiliki muka air. Tekanan di permukaan air adalah tekanan atmosfer.
Aliran dalam pipa terjadi manakala aliran memenuhi seluruh tampang basah
saluran sehingga aliran tidak memiliki muka air. Pada aliran dalam pipa,
tekanan di setiap titik di saluran lebih besar daripada tekanan atmosfer.
Aliran dalam pipa dijumpai pada dewatering. Di luar itu, hampir semua
aliran di tambang masuk dalam kategori aliran di saluran terbuka.
Lingkup bahasan pada pedoman ini adalah aliran di saluran terbuka.
Pedoman ini memberikan arahan untuk melakukan analisis aliran di saluran
terbuka dan dalam mendesain saluran. Di tambang, saluran dapat
dibedakan menjadi saluran sederhana dan jaring saluran. Saluran sederhana
adalah saluran tunggal dan tidak memiliki struktur hidraulik di sepanjang
alurnya.
3.5.2 SALURAN SEDERHANA
Persamaan Aliran
18
Aliran di saluran dapat dinyatakan dalam hubungan sederhana antara debit
aliran, dimensi saluran, dan kecepatan aliran:
Q AV
Dalam persamaan tersebut, Q adalah debit aliran [m3/s], A adalah luas
tampang aliran [m2], dan V adalah kecepatan aliran [m/s].
Dalam tata kelola air tambang, tantangan tugas yang dihadapi adalah
penyediaan saluran untuk mengalirkan air dengan debit Q yang telah
ditetapkan.
Luas tampang aliran A mengikuti bentuk dan dimensi tampang lintang
saluran. Tampang saluran persegi-panjang dan trapesium merupakan dua
bentuk tampang saluran yang paling sering dipakai.
1
h
m
b
b
GAMBAR 11 TAMPANG SALURAN TIPIKAL
Kecepatan aliran bergantung pada kemiringan saluran pada arah aliran dan
material saluran. Salah satu persamaan yang sering dipakai dalam praktik
adalah Persamaan Manning:
1
V  Rh2 3Se1 2
n
Dalam persamaan tersebut, Se adalah kemiringan garis energi, Rh adalah
radius hidraulik, dan n adalah koefisien kekasaran dasar saluran menurut
Manning, atau sering dituliskan secara ringkas sebagai koefisien Manning.
Jika debit konstan dan tampang lintang tidak banyak berubah, maka aliran
di saluran akan memiliki kecepatan dan kedalaman yang sama di sepanjang
saluran, yang dikenal sebagai aliran seragam-permanen (steady uniform
flow). Pada aliran seperti ini, kemiringan garis energi sama dengan
kemiringan dasar saluran, So.
1
V  Rh2 3So1 2
n
Radius hidraulik adalah rasio antara luas tampang aliran A dan keliling
tampang aliran P.
Saluran persegi panjang:
19
Rh 
A bh

P b2h
Saluran trapesium:
Rh 


bmh h
A

P b2h 1m2
Koefisien kekasaran dasar saluran menurut Manning merupkan fungsi
material pembentuk saluran. Tabel 3 memberikan nilai n untuk berbagai
jenis dasar saluran yang lazim ada di tambang batubara.
TABEL 3 KOEFISIEN KEKASARAN DASAR SALURAN MENURUT MANNING
Jenis dasar saluran
Saluran beton
Saluran bata lapis mortar
Saluran pasangan batu diberi semen
Saluran tanah, bersih
Saluran tanah
Saluran dengan dasar batu dan tebing
rumput
Saluran pada galian batu padas
n
0.013
0.015
0.025
0.022
0.030
0.040
0.040
Apabila dasar saluran berupa tanah biasa, koefisien kekasaran dasar saluran
dapat pula diperkirakan berdasarkan diameter butir dasar saluran mengikuti
persamaan Strickler:
16
 R 
1
K s   26 h 

n
 d35 
Ks dikenal sebagai koefisien kekasaran Strikckler, d35 adalah diameter butir
material dasar saluran pada 0.35 percentile (35% butir material dasar
saluran berdiameter lebih kecil daripada d35).
Kecepatan aliran dapat pula dihitung dengan Persamaan Chezy:
V  C Rh So
Hubungan antara koefisien Chezy C dan koefisien Manning n adalah:
1
C Rh1 6
n
Langkah Perancangan Saluran Sederhana
1) Tetapkan alur saluran sesuai dengan asal dan tujuan aliran, serta
memperhatikan situasi dan kemiringan lahan.
2) Apabila kemiringan saluran besar, pertimbangkan untuk melindungi
dasar saluran dengan material yang mampu mencegah erosi.
20
3) Perkirakan nilai koefisien kekasaran dasar saluran dengan
menggunakan tabel koefisien Manning atau persamaan Strickler.
4) Tetapkan bentuk dan lebar tampang saluran.
5) Dengan masukan data debit aliran, hitung kedalaman aliran. Bentuk
persamaan adalah persamaan non-linear. Kedalaman aliran h dicari
dengan bantuan program aplikasi spreadsheet.
6) Tambahkan 0.5 meter atau lebih kepada kedalaman aliran untuk
menetapkan kedalaman saluran.
3.5.3 JARING SALURAN
Jaring saluran adalah saluran yang memiliki alur jamak yang saling
berhubungan dan membentuk satu kesatuan aliran. Dua atau lebih alur
saluran bersambung di pertemuan atau percabangan alur (junction).
Saluran beralur tunggal digolongkan sebagai jaring saluran apabila
memenuhi salah satu atau semua kondisi berikut:
1) tampang saluran atau kemiringan saluran beragam,
2) ada struktur atau bangunan hidraulik di saluran (jembatan, goronggorong, bendung, pintu air, pompa, dsb),
3) saluran berhubungan dengan kolam (kolam detensi, kolam retensi,
kawasan genangan).
Aliran Berubah Beraturan
Analisis aliran pada jaring saluran dan desain jaring saluran dilakukan
dengan memandang bahwa aliran di jaring saluran adalah aliran permanen
berubah beraturan (steady gradually varied flow). Pada aliran ini, berlaku
persamaan energi:
Y2  Z2 
  V22
2g
Y1  Z1 
1 V12
2g
he
Arti variabel-variabel dalam persamaan di atas adalah:
Y1, Y2
Z1, Z2
V1, V2
1,  2
g
he
=
=
=
=
=
=
kedalaman aliran,
elevasi dasar saluran,
kecepatan rata-rata (debit dibagi luas tampang basah),
koefisien,
percepatan gravitasi,
kehilangan tinggi energi.
Kehilangan (tinggi) energi, he, di antara dua tampang lintang terdiri dari dua
komponen, yaitu kehilangan energi karena gesekan (friction losses) dan
kehilangan energi karena perubahan tampang (contraction or expansion
losses). Kehilangan energi antara tampang 2 dan 1 dihitung dengan
persamaan berikut:
  V22 1 V12
he  LSf C

2g
2g
Dalam persamaan di atas,
21
L
Sf
C
=
panjang penggal saluran antar kedua tampang yang diberi
bobot menurut debit,
=
kemiringan garis energi (gesekan) antar kedua tampang,
=
koefisien kehilangan energi akibat perubahan tampang
(kontraksi atau ekspansi).
GAMBAR 12 DIAGRAM ALIRAN PERMANEN BERUBAH BERATURAN (STEADY GRADUALLY
VARIED FLOW)
Hitungan aliran berubah beraturan ditujukan untuk menemukan posisi
(elevasi) muka air di suatu tampang. Hitungan dilakukan dengan cara iterasi
menggunakan kedua persamaan di atas. Langkah hitungan dipaparkan pada
paragraf di bawah ini.
Langkah Hitungan Aliran Berubah Beraturan.
1) Tentukan (asumsikan) elevasi muka air di tampang hulu (atau
tampang hilir apabila aliran superkritik).
2) Berdasarkan elevasi muka air tersebut, hitung kapasitas angkut total
dan tinggi kecepatan.
3) Dengan nilai yang diperoleh pada langkah kedua, hitung kemiringan
garis energi (friction slope), Sf dan selesaikan persamaan kehilangan
energi untuk memperoleh kehilangan energi, he.
4) Dengan nilai-nilai yang diperoleh pada langkah kedua dan ketiga,
selesaikan persamaan aliran berubah beraturan untuk Y2 dan hitung
elevasi muka air di tampang hulu.
5) Bandingkan elevasi muka air di tampang hulu yang diperoleh dari
langkah keempat tersebut dengan elevasi muka air yang ditetapkan
pada langkah pertama.
6) Ulangi langkah pertama hingga kelima hingga elevasi muka air
konvergen dengan toleransi kesalahan 0.003 m.
Simulasi Aliran dengan Bantuan Model Hidrodinamika
22
Langkah hitungan aliran berubah beraturan pada jaring saluran merupakan
langkah hitungan iteratif. Walau hitungan dapat dilakukan secara “manual”
dengan bantuan program aplikasi spreadsheet, namun hitungan akan
menjadi tidak efisien apabila dilakukan secara “manual”. Ditambah lagi,
hitungan dengan cara ini akan menjadi terlalu sulit dilakukan apabila ada
struktur atau bangunan di saluran. Pemakaian program aplikasi komputer
model hidrodinamika sangat disarankan untuk keperluan analisis aliran di
jaring saluran.
Salah satu model hidrodinamika yang disarankan untuk dipakai dalam
melakukan simulasi aliran di jaring saluran adalah HEC-RAS, akronim dari
Hydrologic Engineering Center River Analysis System. HEC-RAS dibuat oleh
US Army Corps of Engineers. HEC-RAS dapat diperoleh secara gratis
dengan mengunduhnya dari situsweb
http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/.
Kemampuan HEC-RAS antara lain adalah melakukan simulasi aliran di jaring
saluran dengan berbagai konfigurasi jaring saluran, antara lain jaring
saluran yang memiliki pertemuan dan percabangan, serta memiliki berbagai
jenis struktur hidraulik seperti jembatan, gorong-gorong, bendung, bendung
gerak, pintu air, stasiun pompa, pelimpah samping, kawasan genangan.
Untuk jaring saluran atau saluran yang memiliki struktur hidraulik (goronggorong, jembatan, bendung, terjunan, tanggul, pintu air, kawasan retensi
atau detensi, dan berbagai jenis struktur hidraulika yang mungkin ada di
jaring saluran), perancangan tata saluran dan dimensi saluran didasarkan
pada aliran tak-seragam. Perancangan saluran harus dibantu dengan
program aplikasi komputer yang mampu menyimulasikan aliran di jaring
saluran dan struktur hidraulik. HEC-RAS pun mampu melakukan simulasi
aliran tak permanen (unsteady flow). Kemampuan ini diperlukan untuk
melakukan simulasi aliran banjir di badan air penerima (sungai).
3.5.4 BADAN AIR PENERIMA (SUNGAI)
Badan air penerima merupakan ujung hilir dari instalasi pengolah air limbah
tambang dan biasanya berupa sungai. Aliran dari instalasi pengolah air
limbah tambang merupakan beban aliran tambahan bagi badan air
penerima. Beban tambahan ini tidak boleh menyebabkan aliran di sungai
menjadi lebih besar daripada kapasitas angkut sungai atau menyebabkan
peningkatan risiko genangan banjir.
Untuk memeriksa pengaruh air tambang kepada aliran di badan air
penerima, khususnya apabila tingkat besaran (order of magnitude) debit
aliran air tambang dua tingkat di bawah tingkat besaran debit badan air
penerima, maka harus dilakukan kajian aliran yang mencakup aliran di
jaring saluran dan di badan air penerima tersebut. Kajian aliran atau
penelusuran banjir (flood routing) menggunakan hidrograf debit kala ulang
50-tahun di badan air penerima.
Persamaan Aliran Penelusuran Banjir
Penelusuran banjir harus dilakukan melalui penyelesaian persamaan aliran
tak permanen (unsteady flow). Persamaan aliran tak permanen (satu
23
dimensi) di saluran dan sungai dikenal sebagai Persamaan Saint Venant,
yang terdiri dari persamaan konservasi massa (persamaan kontinuitas) dan
persamaan momentum.
Persamaan kontinuitas
A Q

 q  0
t x
Persamaan momentum
Q QV
 z


 g A
 Sf   0
t
x
 x

Arti notasi variabel dalam dua persamaan di atas adalah:
A
=
luas total tampang aliran (jumlah luas tampang aliran di alur
utama dan di bantaran),
=
debit aliran,
=
debit lateral per satuan panjang,
=
kecepatan aliran,
=
percepatan gravitasi,
=
jarak, diukur searah aliran,
=
elevasi muka air,
=
waktu,
=
kemiringan garis energi (friction slope), dihitung dengan
Persamaan Manning
Q
qℓ
V
g
x
z
t
Sf
Sf 
n
Rh
n2 QQ
A2Rh2
=
=
koefisien kekasaran Manning,
radius hidraulik.
Penyelesaian persamaan di atas tidak mungkin dilakukan tanpa bantuan
model hidrodinamika. Dalam hal ini, model hidrodinamika HEC-RAS adalah
salah satu model yang disarankan untuk keperluan penelurusan banjir di
badan air penerima (sungai) ini.
Langkah Penelusuran Banjir
1) Lakukan simulasi aliran di badan air penerima dengan beban
hidrograf banjir 50-tahun tanpa beban aliran air tambang.
2) Ulangi simulasi aliran di badan air penerima seperti pada langkah
pertama, ditambah dengan beban aliran dari instalasi pengolah air
limbah.
3) Bandingkan hasil kedua simulasi aliran banjir di atas, khusunya muka
air di kawasan penting (permukiman, fasilitas umum, kota) di sisi hulu
dan hilir badan air penerima.
4) Apabila beban aliran air tambang menunjukkan adanya peningkatan
risiko genangan banjir, lakukan upaya mitigasi genangan banjir.
5) Lakukan simulasi aliran di badan air penerima seperti pada langkah
kedua dengan memperhitungkan upaya mitigasi genangan banjir
yang dipilih.
24
3.6 KOLAM TAMPUNGAN AIR
Menghitung kapasitas/volume tampungan:
Untuk menghitung volume tampungan settling pond, diperlukan informasi
tentang:
a. aliran limpasan hujan/runof
b. aliran dari sump-pit
c. aliran yang keluar dari settling pond
Analisis volume tampungan dapat dilakukan dengan metode behavior
analysis yang didasarkan pada analisis imbangan air dari masukan, keluaran
suatu tampungan, seperti persamaan berikut:
Z t 1  Z t  I t  Q t  Lt
0  Z t 1  S
Dengan Zt+1 : volume tampungan pada saat t+1,
Zt
: volume tampungan pada saat t,
It
: aliran masuk ke kolam (m3)
Qt
: aliran keluar dari kolam (m3)
Lt
: aliran keluar akibat penguapan dan infiltrasi (m 3)
S
: volume tampungan efektif.
Dalam analsis, kehilangan air akibat infiltrasi dan penguapan dapat
diabaikan. Analisi volume tampungan yang dalam sistem pengoperasiannya
harian dalam satu tahun, ada baiknya menggunakan data harian atau
mingguan. Contoh analisis volume tampungan disajikan di Lampiran,
sedang contoh gambar hubungan antara waktu dengan volume tampungan
disajikan pada gambar berikut ini.
25
GAMBAR 13 VOLUME TAMPUNGAN SEBAGAI FUNGSI WAKTU
Metode operasi: pengendalian debit outflow ke badan sungai alam,
monitoring debit
Kapasitas alur sungai atau badan air penerima
Monitoring debit aliran di pertemuan atau hilir outlet titik penaatan dengan
sungai
3.7 BANGUNAN UKUR DEBIT ALIRAN
Bangunan ukur/kontrol debit aliran berfungsi untuk mengukur atau
mengendalikan debit aliran. Bangunan untuk mengukur debit aliran
dipasang di atau sebelum inlet instalasi pengolah air limbah, serta di atau
sesudah outlet instalasi pengolah air limbah. Dalam hal inlet atau outlet
instalasi pengolah air limbah lebih dari satu, maka bangunan ukur debit
harus ditempatkan disetiap inlet dan outlet.
Jenis bangunan ukur debit adalah jenis bendung/peluap atau jenis saluran.
Jenis bendung/peluap cocok dipakai apabila aliran tidak membawa sedimen.
Sedimen berisiko mengisi dasar saluran di sisi hulu bangunan ukur debit
yang akan menganggu kemampuan ukur bangunan. Jenis saluran (flume)
tidak memiliki masalah terhadap sedimen.
Bangunan ukur debit tipe bendung/peluap hendaknya berupa peluap
ambang tajam. Muka air di sisi hilir peluap diupayakan tetap rendah untuk
menjamin terjadinya aliran modular di atas peluap. Aliran di atas peluap
tidak lagi modular apabila tinggi muka air di hilir (diukur dari mercu peluap)
melebihi 2/3 tinggi muka air di hulu peluap.
Besaran debit aliran pada semua bangunan ukur diperoleh dari pembacaan
muka air di hulu mercu peluap. Debit aliran diperoleh dari hubungan antara
elevasi muka air di atas mercu peluap dan debit aliran.
Q CDb 2gH
26
Dalam persamaan di atas, CD adalah koefisien debit aliran melalui peluap
dan H adalah tinggi energi di atas mercu peluap.
Bentuk tampang peluap boleh persegi-panjang, segitiga siku-siku, atau
gabungan keduanya (Gambar 14).
GAMBAR 14 BANGUNAN UKUR DEBIT ALIRAN JENIS PELUAP AMBANG TAJAM
Apabila aliran tidak modular, disarankan untuk memakai bangunan ukur
Crump Weir yang memberikan hasil ukur lebih baik pada kondisi aliran
tenggelam (Gambar 15).
27
GAMBAR 15 BANGUNAN UKUR DEBIT ALIRAN CRUMP WEIR
Bangunan ukur debit jenis saluran adalah Parshall Flume (Gambar 16).
GAMBAR 16 BANGUNAN UKUR DEBIT ALIRAN PARSHALL FLUME
4 PENUTUP
28
5 CONTOH PERENCANAAN TATA KELOLA
AIR TAMBANG
5.1 CONTOH DATA
5.2 CONTOH PENETAPAN DAERAH TANGKAPAN HUJAN
5.3 CONTOH PENGOLAHAN DATA CURAH HUJAN
5.4 CONTOH PENGHITUNGAN DEBIT ALIRAN
5.5 CONTOH PERENCANAAN LUAS KOLAM TAMPUNGAN
AIR
29