8

BAB IISTUDI PUSTAKA

2.1 Sistem Penyaliran TambangPengertian dari sistem penyaliran tambang adalah suatu usaha yang diterapkan pada daerah penambangan untuk mencegah, mengeringkan dan mengeluarkan air yang masuk di daerah penambangan.Sumber air yang munculdi daerah penambangan dapat berasal dari air permukaan maupun air bawah tanah. Air permukaan tanah merupakan air yang terdapat dan mengalir diatas permukaan tanah. Jenis air ini meliputi air limpasan permukaan, air sungai, rawa, danau, air buangan, dan mata air. Sedangkan air bawah tanah adalah air yang terdapat dan mengalir dibawah permukaan tanah. Jenis ini meliputi air tanah dan air rembesan. Penanganan masalah air pada tambang terbuka dapat dibedakan menjadi :1. Mine drainage yaitu upaya untuk menegah masuknya air ke daerah penambangan. Hal ini umumnya dilakukan untuk penanganan air tanah dan air yang berasal dari sumber air permukaan, seperti air sungai, rawa, danau dan lainnnya2. Mine dewatering yaitu upaya mengeluarkan air yang berada pada daerah penambangan. Upaya ini terutama untuk menangani air yang berasal dari hujan. Beberapa metode penyaliran mine dewatering antara lain :

a. Sistem Kolam TerbukaSistem ini diterampakan untuk membuang air yang telah masuk ke daerah penambangan. Air dikumpulkan pada sumur, kemudian dipompa keluarb. Cara ParitanPenyaliran dengan cara paritan ini merupakan cara yang paling mudah, yaitu dengan pembuatan paritan pada lokasi penambangan. Pembuatan parit ini bertujuan untuk menampun air limpasan yang menuju lokasi penambangan. Air limpasan akan masuk ke saluran-saluran yang kemudian di alirkan ke suatu kolam penampung atau di buang langsung ke tempat pembuangan dengan memanfaatkan gaya gravitasi.c. Sistem AditCara ini biasanya digunakan untuk penambangan air pada tambang terbuka yang mempunyai banyak jenjang. Saluran horizontal yang dibuat dari tempat kerja menembus shaf yang dibuat disisi bukit untuk pembuangan air yang masuk ke dalam tempat kerja. Pembuangan dengan sistem ini biasanya mahal, disebabkan oleh biaya pembuatan saluran horizontal dan shaf tersebut.

2.1.1 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sistem PenyaliranFaktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam mengkaji suatu sistem penyaliran adalah :a. Curah HujanSumber utama air yang masuk ke dalam lokasi tambang pada tambang terbuka adalah air hujan. Semakin besar air hujan yang masuk ke dalam tambang semakin besar pula air yang harus ditangani. Debit air tambang yang akan dikeluarkan dari daerah tambang tersebut adalah banyaknya air hujan yang jatuh didaerah tangkapan hujan. Besarnya curah hujan dapat dinyatakan sebagai volume air hujan yang jatuh pada suatu areal tertentu (Arsyad 1989), oleh karena itu besarnya curah hujan dapat dinyatakan dalam meter kubik per satuan luas, secara umum dinyatakan dalam tinggi air (mm). Curah hujan 10 mm, berarti tinggi hujan yang jatuh pada areal seluas 1 m2 adalah 10 mm. b. Daerah Tangkapan HujanAir hujan yang jatuh ke bumi sebagian ada yang meresap ke dalam tanah dan sebagian ada yang mengalir di atas permukaan tanah menuju ke tempat yang lebih rendah. Daerah tangkapan hujan adalah daerah tempat air hujan yang mengalir dipermukaan tanah mengumpul dan mengalir menuju tempat yang lebih rendah. Penentuan daerah tangkapan hujan didasarkan peta topografi daerah yang akan diteliti, dan dibatasi oleh pegunungan serta bukit, pada daerah yang rendah akan mengumpulkan air hujan sementara dan dibendung. Pada daerah penelitian, daerah tangkapan hujan meliputi daerah penambangan, daerah yang sudah dan belum ditambang, bukit dan lembah. Kemudian daerah tersebut diukur luasnya dengan menggunakan planimeter atau komputer.c. Air Limpasan Air limpasan adalah bagian dari curah hujan yang mengalir diatas permukaan tanah menuju sungai, danau atau laut. Aliran tersebut terjadi karena curah hujan yang mencapai permukaan bumi tidak dapat terinfiltrasi, baik yang disebabkan oleh intensitas curah hujan yang melampaui kapasitas infiltrasi atau faktor lain misalnya kelerengan, bentuk dan kekompakkan permukaan tanah serta vegetasi Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap air limpasan :1. Curah hujan : kedalaman curah hujan, intensitas curah hujan dan frekuensi curah hujan2. Tanah: jenis dan bentuk topografi3. Tutupan: kepadatan, jenis dan macam vegetasi4. Luar daerah aliran

d. Jenis dan Sifat Fisik Air TanahSemua jenis tanah terdiri dari butiran-butiran dan ruang antar butir yang disebut pori-pori. Sebagian besar pori-pori ini satu dengan lainnya saling berhubungan sehingga dapat dilalui oleh air. Peristiwa lengketnya air diantara ruang antar butir atau pori-pori ini disebut rembesan. Sedangkan daya atau kemampuan tanah atau butiran untuk dilalui air disebut permeabilitas. Permeabilitas untuk setiap jenis tanah berbeda satu dengan lainnya. Disuatu tambang terbuka permeabilitas lapisan tanah di daerah tambang tersebut penting sekali diketahui untuk untuk memperkirakan jumlah air yang akan masuk kedalam tambang tersebut. 2.1.2 Dimensi Saluran Penyaliran Dimensi saluran penyaliran dibuat berdasarkan debit total air yang mengalir dan harus dapat menampung debit air limpasan maksimum selama periode ulang hujan yang terjadi.Berbagai bentuk rancangan saluran penyaliran diantaranya adalah persegi panjang, segitiga, atau trapesium. Bentuk saluran penyaliran ini disesuai dengan beberapa faktor, yaitu jenis tanah, kekeran tanah, mampu menampung debit air limpasan, dinding saluran harus kuat agar tidak terjadi penggerusan akibat aliran air. Beberapa data yang digunakan sebagai dasar perhitungan dalam merencanakan sistem penyaliran dalam tambang terbuka adalah :A. Data Curah HujanDalam perencanaan sistem penyaliran untuk air permukaan pada suatu tambang, diperlukan suatu prakiraan hujan, yaitu curah hujan dengan periode ulang tertentu yang ditetapkan sebagai acuan dalam perancangan.Untuk menentukan prakiraan hujan, perlu dilakukan analisis frekuensi dari data curah hujan yang tersedia. Makin lama selang waktu pengukuran akan semakin akurat pula hasil analisis frekuensi. Data curah hujan yang akan dianalisis adalah besarnya curah hujan harian maksimum.B. Periode Ulang HujanPeriode ulang hujan adalah suatu periode tahun dimana hujan dengan tinggi intensitas yang sama kemungkinan dapat terjadi lagi sekali dalam batas periode (tahun). Penetapan periode ulang hujan sebenarnya lebih ditekankan pada masalah yang perlu diambil, sesuai dengan perencanaan.Faktor resiko digunakan apabila terjadi kerusakan pada sistem penyaliran, sehingga tidak membahayakan. Salah satu pertimbangan perencanaan periode ulang hujan adalah resiko yang dapat ditimbulkan bilah curah hujan melebii curah hujan rencana, untuk perancangan sarana penyaliran pada daerah tambang beberapa harga acuan periode ulang hujan terdapat dalam tabel berikut. Tabel 2.1 Periode Ulang Hujan Untuk Sarana Penyaliran Pada Daerah Tambang.Keterangan Periode ulang hujan (tahun)

Daerah terbukaSarana tambangLereng tambang & penimbunanSumuran utamaPenyaliran keliling tambangPemindahan aliran sungai0,52-55-1010-1525100

(Sumber : Kamiana I made Buku ajaran drainase, 2014)Dari tabel diketahui bahwa Periode Ulang Hujan untuk beberapa daerah adalah berbeda satu dengan yang lainnya.C. Hujan Rencana Dalam perencanaan sistem penyaliran untuk air permukaan pada suatu tambang, hujan rencana merupakan kriteria utama. Hujan rencana adalah hujan maksimum yang mungkin terjadi selama umur dari sarana penirisan tersebut. Periode ulang hujan adalah hujan maksimum yang diharapkan terjadi pada setiap n tahun. Jika suatu data curah hujan mencapai harga tertentu (x) yang diperkirakan terjadi satu kali dalam n tahun, maka n tahun dapat dianggap sebagai periode ulang dari x. Perhitungan periode ulang dapat dilakukan dengan beberapa metode, tetapi metode yang paling banyak dipakai di Indonesia adalah Metode Extreem Gumbel atau lebih lazim disebut Metode Gumbel.Distribusi GumbelTahapan-tahapan perhitungan dengan menggunakan metode Gumbel adalah :a. Tentukan rata-rata curah hujan (X) maksimum dengan rumus :X = Keterangan :CH= Curah hujan harian maksimumn = jumlah tahunb. Tentukan standar deviasi dengan rumus :Sx = c. Tentukan koreksi variansi dengan rumus :Yt = -ln Keterangan :T = Periode Ulang Hujand. Tentukan koreksi rata-rata dengan rumus :Yn = -ln YN =

Keterangan :m = Nomor urut (1 s.d n)n = Jumlah tahun curah hujane. Tentukan koreksi simpangan dengan rumus :Sn =

f. Tentukan curah hujan rencana dengan rumus :R24 = +

Keterangan :R24 atau CHR = Curah Hujan Maksimum Harian Selama 24 Jam (mm) = Curah Hujan Rata-Rata (mm)Sx= Standar DeviasiSn= Simpangan TereduksiYn= Rata-Rata TereduksiYt= VariansiD. Intensitas Curah HujanIntensitas curah hujan adalah jumlah air hujan yang jatuh dalam areal tertentu dalam jangka waktu yang relatif sangat singkat dinyatakan dalam mm/dtk, mm/mnt atau mm/jam. Intensitas curah hujan biasanya dinotariskan dengan huruf I dengan satuan mm/jam, yang artinya tinggi/kedalaman yang terjadi adalah sekian mm dalam periode waktu satu jam. Hubungan antara intensitas hujan, lama hujan,dan frekuensi hujan biasanya dinyatakan dengan lengkung Intensitas-Durasi-Frekuensi (IDF = Intensity Duration Frequency Curve), diperlukan data hujan jangka pendek, misalnya 5 menit, 10 menit, 30 menit, 60 menit dan jam-jaman untuk membentuk lengkung IDF. Untuk itu hanya didapat dari data pengamatan curah hujan otomatis.Seandainya curah hujan harian didaerah penelitian diketahui tidak terdistribusi merata setiap tahun, maka menurut Mononobe (1992), Intensitas curah hujan dapat dihitung dengan rumus perkiraan intensitas curah hujan untuk waktu lama waktu hujan sembarang yang dihitung dari data curah hujan harian yaitu :I = Keterangan :I = Intensitas curah hujan (mm/jam)t = Lama waktu hujan (jam)R24= Curah hujan harian maksimum (mm)Pengelompokkan keadaan dan intensitas curah hujan berdasarkan pada lamanya hujan yang turun pada satuan waktu tertentu dan banyaknya curah hujan yang turun.Tabel 2.2 Hubungan Antara Derajat Curah Hujan dan Intensitas Curah HujanDerajat HujanIntensitas hujan (mm/menit)Kondisi

Hujan lemah0,02-0,05Tanah basah semua

Hujan normal0,05-0,25Bunyi hujan terdengar

Hujan deras0,25-1,00Air tergenang diseluruh permukaan dan terdengar bunyi dari genangan

Hujan sangat deras>1,00Hujan seperti ditumpahkan dan seluran pengairan meluap

Sumber : Sayoga, 1993 dalam Suwandhi, 2004 : 10

E. Air Limpasan (run off)Debit air limpasan ditentukan oleh struktur tanah dalam daerah pengaliran. Debit dari air limpasan ini digunakan untuk perencanaan sistem penyaliran daerah pengaliran dengan menggunakan Metode Rasional. Q = 0,00278 x C x I x AKeterangan :Q = debit air limpasan (m3/detik)C= koefisien limpasan I= intensitas curah hujan (mm/jam)A= luas daerah tangkapan hujan (ha)

Tabel 2.3 Harga Koefesien LimpasanKemiringanJenis lahanc

< 3 %DatarSawah, rawa0,2

Hutan, perkebunan0,3

Perumahan 0,4

3% - 5%SedangHutan, perkebunan0,4

Perumahan0,5

Semak-semak agak jarang0,6

Lahan terbuka, daerah timbunan0,7

15%CuramHutan0,6

Perumahan0,7

Semak-semak agak jarang0,8

Lahan terbuka, daerah tambang0,9

Sumber : Rudy Sayoga, 1993 dalam Suwandhi, 2004 : 10F. Air Tanah (Mata Air)Untuk memperkirakan debit pemasukan dari air tanah menggunakan cara perhitungan volume parit aliran yang berbentuk persegi panjang, dengan perhitungan panjang rata-rata persegi panjang, lebar rata-rata persegi panjang, dan kedalaman rata-rata pada parit aliran. Sehingga didapatkan volume air keluar yang digunakan untuk menghitung debit pemasukan dari air tanah, setelah itu menguji kecepatan aliran pada parit penyaliran menggunakan pelampung yang dibatasi dengan jarak dan waktu tempuh.

Debit pemasukan dari air tanah menggunakan rumus :V = P x L x TKeterangan :V = Volume air di parit aliran (m3)P= Panjang rata-rata parit aliran (m)L= Lebar rata-rata parit aliran (m)T= Kedalaman rata-rata parit aliran (m) Setelah menghitung volume rata-rata, maka Debit pemasukan air tanah dapat dihitung menggunakan rumus :Q = Keterangan :Q = Debit pemasukan air tanah (m3/dtk) t = Waktu tempuh (Detik)2.1.3 Sumuran (Sump) Sumuran (Sump) berfungsi sebagai tempat penampungan air limpasan sebelum dipompa keluar tambang dan dapat berfungsi sebagai pengendap lumpur alami. Dengan demikian dimensi sumuran ini sangat tergantung dari jumlah air yang masuk serta keluar dari sumuran (Suwandi, 2004:12). Dalam pelaksanaan kegiatan penambangan biasanya dibuat sumuran sementara yang disesuaikan dengan keadaan kemajuan medan kerja (front) penambangan. Jumlah air yang masuk kedalam sumuran merupakan jumlah air yang dialirkan oleh saluran-saluran, jumlah limpasan permukaan yang langsung mengalir kesumuran serta curah hujan yang langsung jatuh kesumuran. Sedangkan jumlah air yang keluar dapat dianggap sebagai yang berhasil dipompa, karena penguapan dianggap tidak terlalu berarti. Dengan melakukan optimalisasi antara input (masukan) dan output (keluaran), maka dapat ditentukan volume dari sumuran.

Gambar 2.1 Grafik Penentuan Volume Sumuran Air Tambang

2.1.4 PemompaanPompa dalam penyaliran berfungsi untuk memindahkan air dalam kolam penampungan kemudian disalurkan keluar tambang menuju settling pond. Pemilihan jenis pompa ditentukan berdasarkan : 1.Kecepatan air yang dipompakan 2.Tinggi angkatan dari titik penampungan ke pembuangan 3.Ketinggian tempat pengoperasian pompa 4.Tinggi pompa diatas permukaan air yang akan dipompa 5.Ukuran pipa yang akan digunakan 6.Jumlah , ukuran , jenis, sambungan dan katup Hal hal yang harus diperhatikan dalam pemompaan adalah debit pompa.A. Debit Pompaa. Perhitungan Dengan Rumus (Q = V : t)Untuk memperkirakan debit pemompaan menggunakan cara perhitungan volume parit aliran yang berbentuk persegi panjang, dengan perhitungan panjang rata-rata persegi panjang, lebar rata-rata persegi panjang, dan kedalaman rata-rata pada parit aliran. Sehingga didapatkan volume air keluar yang digunakan untuk menghitung debit pengeluaran pada pompa, setelah itu menguji kecepatan aliran pada parit penyaliran menggunakan pelampung yang dibatasi dengan jarak dan waktu tempuh.Debit pengeluaran pompa menggunakan rumus :V = P x L x TKeterangan :V = Volume air di parit aliran (m3)P = Panjang rata-rata parit aliran (m)L = Lebar rata-rata parit aliran (m)T = Kedalaman rata-rata parit aliran (m) Setelah menghitung volume rata-rata, maka Debit pengeluaran pompa dapat dihitung menggunakan rumus :Q = Keterangan :Q = Debit pengeluaran (m3/dtk) t = Waktu tempuh (Detik)b. Perhitungan Menggunakan Alat Ukur Debit ManualUntuk memperkirakan debit pemompaan dihitung dengan menggunakan alat ukur debit manual, yaitu menggunakan alat ukur berbentuk L seperti terlihat pada Gambar 2.2. Sisi yang pendek berukuran 30 cm dan sisi yang lebih panjang merupakan panjang kekuatan air (X) dinyatakan dalam satuan cm. Ketika air mengalir keluar dari pipa, letakkan sisi L yang penjang pada bagian atas pipa yang ditentukan pada saat sisi yang pendek menyentuh aliran air seperti yang terlihat pada gambar, Kemudian catat nilai X.Keterangan :Nilai a diambil dari nilai E/DE= Ruang kosong di pipa outletD= Diameter pipaNilai b diambil dari diameter pipa yang digunakan.

Gambar 2.2 Perhitungan Menggunakan Alat Ukur Debit Manual

B. PipaPipa adalah saluran tertutup yang digunakan untuk mengalirkan fluida. Pipa untuk keperluan pemompaan biasanya terbuat dari baja, tetapi untuk tambang yang tidak terlalu dalam dapat mengunakan pipa PVC. Pada dasarnya bahan apapun yang digunakan harus memperhatikan kemampuan pipa untuk menekan cairan didalamnya. Sistem perpipaan akan sangat berhubungan erat dengan daya seta head pompa yang dibutuhkan. Hal ini terjadi karena sistem perpipaan tidak akan terlepas dari adanya gaya gesekan pada pipa, belokan, pencabangan, bentuk katup, serta perlengkapan pipa lainnya. Hal ini akan menyebabkan terjadinya kehilangan energi sehinga turunnya tekanan di dalam pipa. Kerugian head yang terjadi pada sistem perpipaan adalah :a. Statistic Head (Hc)Statistic Head adalah besarnya kerugian tinggi tekan yang disebabkan oleh perbedaan tinggi antara tempat penampungan dengan tempat pembuangan atau beda tinggi antara inlet dan outlet.Hc = h2 h1

Dimana :h2 = Elevasi air masuk/ Inleth1 = Elevasi air masuk/ Outletb. Velocity Head (Hv)Velocity Head adalah kerugian tinggi tekan yang diakibatkan oleh kecepatan air yang melalui pompa.Hv = v2 / 2g

Dimana :v = Kecepatan air yang melalui pompa (m/dt)g = Gaya gravitasi bumi (m/dt)Dimana v diperoleh dari persamaan V = Q/AQ debit kemampuan pompa dan

c. Friction Head (Hf)Friction Head adalah kerugian tinggi tekan akibat gesekan air yang melalui pipa dengan dinding pipa, yang dihitung berdasarkan peramaan Darcy-Weisbach.Hf = (f x L x v2 / ( D x 2 x g)

Dimana :F = Faktor kekasaran pipa, memnggunakan diagram moodyD = Diameter dalam pipa (m)V = Kecepatan rata-rata aliran dalam pipa (m/s)L = Panjang pipa (m)G = Percepatan gravitasi (m/s2)d. Shok Los Head (Hl)Shok Los Head adalah kerugian tinggi tekan yang disebabkan oleh perubahan-perubahan mendadak dari geometri pipa, belokan-belokan, katup-katup dan sambungan-sambungan.Hl = (K x v2 / (2 x g)

atauHl = n . f . V2 / 2g

Dimana :K = Koefisien kekasaran pipa yang tergantung pada jari-jari belokan, diameter pipa dan sudut yang dibentuk antara pipa dan bidang datar.n = Jumlah belokanf = 0,964 sin2/2 + 2,047 sin4 /2 = Besar sudut belokan (0)

5