Abstrak — Hal terpenting dalam perencanaan waduk selain desain hidrolis bendungan adalah sedimentasi. Sedimen yang mengendap  di  waduk  merupakan  faktor  pembatas  kapasitas tampungan  efektif  waduk,  sehingga  jumlah  sedimen  di  waduk biasa  digunakan  untuk  menetapkan  masa guna waduk. Prediksi sedimentasi  yang  terjadi  pada  waduk  dilakukan  dengan memperhitungkan  besar  laju  sedimentasi  berdasarkan  metode perhitungan  analitik,  namun  untuk  mempermudah  dalam menggambarkan sedimentasi yang terjadi pada waduk dilakukan metode pemodelan menggunakan software HEC-RAS. Program  HEC-RAS  sendiri  merupakan  salah  satu  program pemodelan  analisis  angkutan  sedimen  pada  saluran  maupun sungai.  Tujuannya  adalah  untuk  memprediksi  besar  laju sedimentasi  pada  Waduk  Tugu  dengan  metode  perhitungan analitik  dan  pemodelan  software  HEC-RAS,  kemudian  kedua hasilnya  dibandingkan.  Pada  perhitungan  maupun  pemodelan sedimentasi  menggunakan  HEC-RAS  data  yang  dibutuhkan adalah  data  geometri  sungai,  data  hidrolika,  debit  sungai,  dan parameter  sedimen.  Pemodelan  sedimentasi  dengan  HEC-RAS dilakukan dengan mencoba beberapa model. Pemodelan pertama berupa  sungai  dan  tubuh  bendung.  Pemodelan  kedua  dengan penambahan  ambang  pelimpah.  Pemodelan  ketiga,  sungai  yang dimodelkan  hanya  alur  sungai  bagian  hilir.  Pemodelan  keempat penambahan  culvert  sebagai  saluran  pengambilan.  Pemodelan kelima  dengan  menambah  lateral  inflow  pada  hulu  tubuh bendung  sebagai  alternatif  lain  untuk  memodelkan  saluran pengambilan.  Pemodelan  keenam  sama  dengan  pemodelan keempat  namun  dengan  debit  inflow  pertama  yang  dibesarkan sebagai  asumsi  bahwa  waduk  terisi  penuh  baru  dioperasikan. Perhitungan analitik dihitung dengan  metode total load Laursen yang  juga  digunakan  dalam  pemodelan  HEC-RAS  dan  dihitung pada  penampang  melintang  bagian  hulu.  Hasil  perhitungan analitik  berupa  besar  angkutan  sedimen  yang  kemudian dibandingkan  dengan  pemodelan  HEC-RAS.  Angkutan  sedimen hasil  dari  perhitungan  analitik  cenderung  lebih  kecil  daripada hasil  dari  pemodelan  HEC-RAS,  dimana  perkiraan  besar  laju sedimentasi  dari  metode  pemodelan  HEC-RAS  sebesar  22.000 m 3 /th  sedangkan  laju  sedimentasi  hasil  perhitungan  analitik sebesar  19.400  m 3 /th.  hal  ini  dikarenakan  penyederhanaan geometri  penampang  pada  perhitungan  analitik,  sedangkan geometri pada model lebih detail.
Kata Kunci — Perhitungan Analitik, Sedimentasi, Software HEC- RAS, waduk.

## I. PENDAHULUAN
endungan Tugu terletak di Sungai Keser, Desa Nglinggis, Kecamatan  Tugu,  Kabupaten  Trenggalek,  Propinsi  Jawa Timur.  Secara  geografis  bendungan  ini  terletak  pada  posisi 111°34 ’ -111°37 ’ Bujur Timur  dan  8°1 ’ -8°3 ’ Lintang  Selatan. Luas  daerah  aliran  sungai  di  lokasi  bendungan  sebesar  43,06 km 2 dengan  panjang  sungai  9.295  km.  Bendungan  Tugu
dibangun  dengan  tujuan  sebagai  pengendali  banjir, reservoir (tampungan  air),  pemenuhan  kebutuhan  air  baku,  PLTMH, dan pariwisata serta konservasi air dan hayati (Gambar 1) [1].

## Gambar 1.  Denah Rencana Bendungan Tugu Trenggalek.
Perencanaan  bendungan  selain  desain  hidrolis  bendungan salah  satu  hal  penting  yang  harus  diperhatikan  adalah sedimentasi. Konsekuensi dari penampungan air sungai adalah ikut  tertampungnya  sedimen  yang  terbawa  oleh  air.  Sedimen yang  mengendap  di  waduk  merupakan  salah  satu  faktor pembatas  kapasitas  tampungan  efektif  waduk,  sehingga jumlah sedimen di  waduk biasa digunakan untuk  menetapkan masa guna waduk [2].
Prediksi  laju  sedimentasi  yang  terjadi  pada  tampungan bendungan  dilakukan  dengan  metode  perhitungan  analitik angkutan  sedimen  yang  telah  ada,  dan  untuk  mempermudah dalam  menggambarkan  profil  muka  air  dan  sedimentasi  yang terjadi pada bendungan  maka  digunakan software HEC-RAS. Program HEC-RAS merupakan salah satu program pemodelan analisis  hidrolika  aliran  pada  saluran  maupun  sungai  yang memiliki  empat  perhitungan  hidrolika  satu  dimensi  dimana salah satunya adalah hitungan transpor sedimen [3].

## II. METODOLOGI
Langkah-langkah yang dilakukan dalam memprediksi laju sedimentasi pada Waduk Tugu adalah sebagaimana Gambar 2 berikut.

## Laju Sedimentasi pada Tampungan Bendungan Tugu Trenggalek
Faradilla Ayu Rizki Shiami, Umboro Lasminto, dan Wasis Wardoyo Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) e-mail : umboro_lasminto@ce.its.ac.id
B
Gambar 2.  Diagram Alir Prediksi Laju Sedimentasi.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pemodelan dengan Software HEC-RAS
1. Data Geometri
Data geometri awal berupa data kontur dengan format dwg. File  geometri  yang  dibutuhkan  adalah  berformat  xyz  agar dapat diinputkan  ke software Global Mapper untuk  mendapat koordinat cross section sungai. Langkah pertama, file tersebut di-export  ke  format  dxf  dengan software Autocad.  Kemudian dengan software DXF2XYZ file diconvert ke format xyz. Data kontur berformat xyz yang dimasukkan ke Global Mapper dan akan tampak pada Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 3.  Kontur Sungai pada Global Mapper.
Gambar 4.  Hasil cross section pada salah satu river station
Data setiap cross section dimasukkan ke HEC-RAS dengan parameter  lain  yang  dibutuhkan  seperti  jarak  antar  cross section,  koefisien  Manning,  dan  stuktur  melintang  sungai dalam  hal  ini  adalah  bendungan.  Setelah  semua  data dimasukkan  maka  geometric  data  pada  HEC-RAS  akan tampak pada Gambar 5.
Gambar 5.  Tampilan Geometric Data pada software HEC-RAS.

## 2. Data Quasi-Unsteady Flow
Data  yang  dimasukkan  pada flow  series merupakan  data debit  bulanan  selama  34  tahun  dari  tahun  1976-2009  dengan computation increment setiap 24 jam (Gambar 6). Sedangkan kondisi batasan untuk daerah hulu diatur normal depth . Selain itu  juga  diperlukan  data  temperatur  yang  diasumsikan  pada suhu normal 25 ° C.
Gambar 6.  Hydrograh Flow Series Data.
3. Data Sedimen
Data sedimen adalah data ukuran butiran (Gambar 7).
Gambar 7.  Data ukuran butir sedimen.
Gambar 8.  Profile Plot Reach 1 pada tahun ke 34. Gambar 9.  Profile Plot Reach 2 pada tahun ke 34.
Gambar 10.  Profile Plot Reach 3 pada tahun ke 34.
Gambar 11.  Profile Plot Reach 1 Tahun ke 34 Setelah Penambahan Pelimpah.
Gambar 12.  Profile Plot Reach 2 Tahun ke 34 Setelah Penambahan Pelimpah.
Gambar 13.  Profile Plot Reach 3 Tahun ke 34 Setelah Penambahan Pelimpah.
Gambar 14.  Profile Plot tahun ke 34dari Pemodelan Ketiga.
Gambar 15.  Profile Plot  Tahun ke-1 dari Pemodelan Keempat.
Gambar 17.  Profile Plot  Tahun ke-34 dari Pemodelan Kelima.
Gambar 18.  Profile Plot  Tahun ke-1 dari Pemodelan Keenam.
Gambar 19.  Profile Plot  Tahun ke-34 dari Pemodelan Keenam.
1. Pemodelan  keempat  dimodelkan  dengan  penambahan saluran pengambilan berbentuk lingkaran dengan diameter 1  meter  pada station bendungan.  Penambahan  saluran pengambilan ini dimodelkan dengan input culvert pada RS bendungan, dengan cara memilih menu culvert pada kotak editor Inline  Structure  Data .  Pada Sediment  Data juga dilakukan  perubahan  pada Max  Depth menjadi  0  m.  Pada pemodelan  ini input  culvert dimaksudkan  agar  ada kecepatan  pada  daerah  hilir  sehingga  terjadi  sedimentasi hingga  bagian  hilir. Output dari  pemodelan  ini  tampak sedimentasi  lebih  ke  hilir  pada  bagian  sebelumnya  namun pada running waktu  pertama  air  waduk  turun,  sedangkan pada  prinsipnya  air  waduk  diisi  dulu  hingga  penuh  lalu kemudian dioperasikan (Gambar 15 dan Gambar 16) 2. Pemodelan  kelima  dengan  memasukkan  debit  lateral  pada
River Station hulu bendungan yaitu River Station 13. Besar debit  lateral  yaitu  besar  debit  pengambilan  namun  dengan tanda  negatif,  sebagai  penanda  pengganti  saluran pengambilan  yaitu  -0,7  m3/dt.  Sedangkan  saluran pengambilan  yang  dimodelkan  dengan circular  culvert pada  pemodelan  sebelumnya  tidak  digunakan  dalam pemodelan kelima ini (Gambar 17).
3. Pemodelan keenam dilakukan dengan memodelkan saluran pengambilan  sebagaimana  pemodelan  keempat,  namun yang  membedakan  adalah  pada  data flow  series debit pertama diperbesar hingga 100 m3/detik. Hal ini dilakukan dengan  asumsi  air  waduk  diisi  dulu  sampai  penuh  baru dioperasikan.  Sehingga  model  pada  profil  pertama  berupa waduk  yang  penuh  airnya.    Pemodelan  keenam  di
menghasilkan output yang  tidak  berbeda  jauh  dari pemodelan  keempat,  dimana  sedimentasi  terjadi  hingga hampir di hulu bendungan (Gambar 18 dan Gambar 19) Pada pemodelan ini dipilih metode angkutan sedimen fungsi Laursen  data variabel dari persamaan ini tersedia dan  kondisi diameter  sedimen  yang  ada  sesuai  dengan  Laursen  yang diperuntukkan untuk pasir halus sampai lanau.

## B. Output Running Sediment Analysis
4. Pemodelan pertama terlihat sedimentasi yang terjadi hanya pada reach hulu,  sedangkan  pada reach bagian  hilir (setelah  percabangan)  tidak  terjadi  sedimentasi.  Hal  ini dikarenakan  kecepatan  pada reach tersebut  bernilai  nol, sehingga  tidak  ada  pula  sedimentasi  pada reach tersebut (Gambar 8-10).
5. Pada  pemodelan  kedua  ini  dimodelkan  pelimpah  dengan cara  merubah  elevasi  tubuh  bendungan  sesuai  elevasi ambang  pelimpah  yaitu  +251,00  dan  pada station sepanjang lebar ambang yaitu 22 meter dengan tujuan agar kecepatan di bagian hulu tersebut tidak bernilai nol, namun ternyata output yang terjadi masih sama dengan pemodelan pertama  dimana  tidak  ada  sedimentasi  di reach hilir(Gambar 11-13) 6. Pemodelan  ketiga dimodelkan dengan reach hilir saja, hal ini  dengan  maksud    bahwa  tidaknya  adanya  pada pemodelan  sebelumnya  dikarenakan  percabangan  yang ada.  Hasil  pemodelan  ini  tampak  sedimen  namun  sangat kecil dan hanya pada bagian  hulu, sedangkan pada bagian hilir  yang  dekat  dengan  bendungan  tidak  ada  sedimentasi (Gambar 14).

## C. Perhitungan Analitik
Angkutan  sedimen  total  pada  tugas  ini  dihitung menggunakan  persamaan  Laursen  sebagaimana  yang  sudah dijelaskan  sebelumnya,  bahwa  rumus  ini  dipilih  karena  data dari  variabel  yang  dibutuhkan  tersedia  dan  ukuran  diameter sedimen  sesuai  dengan  persamaan  ini  dimana  untuk  ukuran partikel jenis pasir hingga lanau. Konsentrasi sedimen dengan metode Laursen dihitung dengan persamaan berikut [4]:
C = . γ ( d D ) ⁄ ( τ′ τ ci − ) f ( U ∗ ω i ) dimana γ = berat jenis air di   = ukuran partikel sedimen berpresentase i% D   = kedalaman rata-rata
τ' = tegangan geser τci = tegangan geser kritis U*  = kecepatan geser ωi = kecepatan jatuh partikel sedimen ukuran i Dengan  penyederhanaan  geometri  sungai  diasumsikan berbentuk trapesium (Gambar 20) dengan data sebagai berikut Lebar sungai B= 145 m Kemiringan tebing sungai=m= 1 Ukuran partikel median = d50= 0.181 mm Kemiringan = S= 0,0032 Rapat masa sedimen= ρs= 2731 kg/m3 Luas penampang basah  A=(b+mh)h
= , + × , × , = , 𝑓𝑡 Keliling basah  P=b+2h√(m^2+1) = , + × , √ + =
, 𝑓𝑡 Jari-jari hidrolis,  R=A/P=894,878/481,021=1,86 ft Nilai R yang mendekati nilai h menunjukkan bahwa saluran tergolong  saluran  lebar  sekali  ( wide  channel )  yang  jika  lebar sungai 5 hingga 10 kali kedalaman airnya maka besar jari-jari hidrolisnya sama dengan kedalaman alirannya [5].
Kecepatan rata-rata, V=Q/A=2530,296/894,878=2,828 ft/s
Gambar 20.  Potonngan Melintang RS31.
Gambar  21.      Grafik  Perbandingan  Angkutan  Sedimen  per  Tahun  dan Hubungan ukuran diameter dan kecepatan jatuh.
Gambar 22.  Diagram Shield. Gambar 23.  Fungsi f(U*/ωi) berdasarkan Laursen .
KeofisienManning 𝑛 = . ⁄ × . ⁄
,
= .
Kecepatan  jatuh  dari  Gambar  21.  Untuk  diameter  0,181 mm,  suhu  air  25C,  dan  shape  factor  diasumsikan  0,7  karena pasir alami maka diperoleh kecepatan jatuh= ω= 27 cm/s Kecepatan geser  U*=√(g.D.S)=0.443
Angka Reynold, R = 𝑈 ∗ . υ = , × , × − , × − = .
Tegangan geser dihitung dengan persamaan
τ′ = ρ D ⁄ =0.587 lb/ft2
dimana τ' = tegangan geser ρ = berat jenis air V = kecepatan aliran d_50= ukuran partikel sedimen berpresentase 50% D = kedalaman rata-rata τc dari diagram Shielddiperoleh besar τ*=0.035 (Gambar22)
Tegangan geser krits, i τ c = τ ∗ ( γ − γ ). d = , ,
− ,
. , . − = . lb/dt2
Sedangkan parameter f ∗ ω i diperoleh dari Gambar 23
Dimana ∗ ω i = , , = .
diperoleh f ∗ ω i =
Konsentrasi Sedimen, C = ,   × , , × − , ⁄ × , , − ×
= , lb/ft= 2217 ppm= 2.217 kg/m 3
Debit muatan sedimen per satuan lebar penampang 𝑞𝑡 = 𝑞 × 𝐶𝑡 = , × ,
= , kg/s/m
D. Perbandingan Pemodelan HEC-RAS dengan Perhitungan

## Analitik
Dari  tabel  1  dan  grafik  diatas  (Gambar  21)  terlihat  bahwa konsentrasi  sedimen  hasil  perhitungan  analitik  cenderung lebih kecil dibanding hasil pemodelan dengan HEC-RAS. Hal ini dikarenakan pada perhitungan analitik ada penyederhanaan geometri seperti bentuk cross section sungai, lebar penampang melintang,  kemiringan  tebing  sungai,  dan  kemiringan  sungai. Sedangkan pada HEC RAS geometri sungai lebih detail.
Tabel 1.
Nilai angkutan sedimen hasil perhitungan analitik dan pemodelan HEC-RAS dalam satuan ton
(Sumber: Hasil Perhitungan)

## IV. KESIMPULAN
1. Berikut  merupakan  pemodelan  yang  dilakukan  untuk angkutan  sedimen  pada  Bendungan  Tugu  menggunakan model HEC-RAS antara lain:
a. Pemodelan  pertama,  memodelkan  geometri  sungai dengan  tiga reach di  daerah  genangan  sebagai river station dan  bendungan  pada  inline  structure  dengan hasil sedimentasi hanya terjadi di reach hulu.
b. Pemodelan  kedua,  memodelkan  sama  sebagaimana model  pertama  namun  dengan  penambahan  pelimpah pada inline  structure ,  yang  kemudian  hasil  sedimen tetap terjadi di hulu saja meski sedimentasi yang terjadi lebih besar dan lebih ke hulu.
c. Pemodelan  ketiga,  memodelkan  sebagaimana  model kedua, namun dua reach daerah hulu dihapus sehingga hanya  ada  satu reach hilir. Output sedimentasi  pada model ini hanya pada bagian hulu tampungan dan kecil nilainya.
d. Pemodelan keempat, dilakukan sama dengan pemodelan  ketiga  dengan  penambahan culvert pada inline  structure sebagai  saluran  pengambilan  dan perubahan max depth menjadi 0 m pada sediment data karena  merupakan  model  sedimentasi.  Hasil  model  ini adalah sedimentasi yang terjadi berjalan hampir sampai ke  bagian  hilir  namun  muka  air  turun  setinggi  elevasi culvert dari  waktu  pertama  dikarenakan  besar outflow
Tahun Pemodelan
HEC-RAS
Perhitungan Analitik Tahun Pemodelan HEC-RAS Perhitungan Analitik 1976 32,155.11 34,548.14 1993 15,984.83 11,654.97 1977 32,072.08 27,268.98 1994 21,951.97 18,703.11 1978 32,122.00 25,692.63 1995 56,023.15 59,205.80 1979 25,131.88 21,686.00 1996 50,575.14 59,491.25 1980 12,987.67 9,557.29 1997 31,926.42 26,014.58 1981 19,329.06 13,795.08 1998 18,923.52 14,216.15 1982 8,593.45 12,473.53 1999 24,980.11 20,149.22 1983 19,932.01 14,272.05 2000 21,234.18 15,031.50 1984 15,036.31 10,990.13 2001 19,929.14 14,226.57 1985 9,501.15 7,263.92 2002 36,849.29 34,280.19 1986 10,036.71 7,604.86 2003 47,413.37 65,030.10 1987 11,416.59 8,508.96 2004 18,995.40 14,398.85 1988 13,707.39 10,121.84 2005 16,973.48 12,490.87 1989 20,503.68 14,569.09 2006 16,753.80 12,114.69 1990 17,269.35 12,473.53 2007 18,407.37 13,240.14 1991 19,567.64 14,104.56 2008 33,162.06 30,130.76 1992 25,821.65 20,329.45 2009 13,847.10 10,174.95
yang lebih dominan.
e. Pemodelan  kelima,  merupakan  alternatif  lain  dari model  keempat.  Model  ini  sama  dengan  model  ketiga namun pada cross section hulu bendungan dimasukkan lateral  flow  series dimana  debitnya  merupakan  debit pengambilan  yang  bertanda  negatif. Output yang dihasilkan  hampir  sama  dengan  pemodelan  ketiga, dimana sedimentasi kecil pada bagian hulu.
f. Pemodelan kelima merupakan lanjutan dari pemodelan keempat,  namun  besar  debit  awal  dibesarkan  dengan asumsi  bahwa  waduk  diisi  terlebih  dahulu  hingga penuh  baru  dioperasikan.  Hasil  pemodelan  ini  tidak berbeda jauh dengan pemodelan keempat namun muka air waduk tidak turun di awal.
2. Perhitungan  analitik  dihitung  menggunakan  metode  total load  Laursen  yang  sama  digunakan  dalam  pemodelan HEC-RAS.  Perhitungan  analitik  dilakukan  pada river station hulu.  Hasil  dari  perhitungan  analitik  adalah konsentrasi  sedimen  dan  debit  angkutan  sedimen, sedangkan  yang  dibandingkan  dengan  pemodelan  HEC- RAS  adalah  besar  angkutan  sedimen.  Besar  angkutan sedimen  hasil  perhitungan  analitik  cenderung  lebih  kecil dibanding  pemodelan  HEC-RAS,  dimana  perkiraan  besar laju  sedimentasi  dari  metode  pemodelan  HEC-RAS sebesar  22.000  m3/th  sedangkan  laju  sedimentasi  hasil perhitungan analitik sebesar 19.400 m3/th. Perbedaan hasil ini  dikarenakan  pada  perhitungan  analitik  terdapat penyederhanaan  geometri  seperti  penampang  melintang, kemiringan  tebing  sungai,  kemiringan  sungai,  dan  lain sebagainya.  Sedangkan  pada  HEC  RAS  meski  geometri sungai lebih detail, pemodelan masih berupa satu dimensi. 3. Keterbatasan  pemodelan  angkutan  sedimen  menggunakan HEC-RAS antara lain:
a. Pemodelan  ini  merupakan  analisis  satu  dimensi,  yang
artinya  kecepatan  aliran  di  satu  penampang  melintang merupakan kecepatan rata-rata, sedangkan kenyataannya  dalam  satu  penampang  melintang kecepatan aliran dapat berbeda-beda. Hal ini menyebabkan  sedimentasi  yang  tergambarkan  tidak sesuai dengan teori yang ada.
b. Diperlukannya  data  yang  lebih  lengkap  dibanding  jika menghitung  secara  analitik  seperti  data  suhu  air,  data geometri,  dan  data  hubungan  debit  dengan  konsentrasi sedimen.
Kelebihan  pemodelan  angkutan  sedimen  menggunakan HEC-RAS antara lain:
a. Memiliki  tingkat  akurasi  yang  baik  terutama  dari  segi geometri sungai.
b. Besar sedimentasi setiap waktunya dapat dilihat dengan jelas  baik  berupa  gambar,  grafik  maupun  tabel besarnya sedimentasi.
c. Untuk  menyimulasikan  sedimentasi  pada  bendungan menggunakan software HEC-RAS,  apabila  terdapat alternatif  desain  maka  dapat  disimulasikan  dengan cepat.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Dep.PU  Balai  Besar  Wilayah  Sungai  Brantas, “ Laporan  Akhir Pekerjaan  Proyek  Pembangunan  Bendungan  Tugu, ” Trenggalek,
2010.
[2] Dep.PU  Dirjen  Sumber  Daya  Air, “ Pedoman  Pengelolaan Sedimentasi Waduk, ” Jakarta, 2004.
[3] Hydrologic Engineering Center, “ HEC-RAS River Analysis System, Application Guide, Version 5.0, February 2016. U.S. Army Cormps of Engineers, ” Davis, 2016.
[4] C.  T.  Yang, Sediment  Transport  Theory  and  Practice .  New  York,
1996.
[5] Anggrahini, Hidrolika Saluran Terbuka . Surabaya, 1997.