JURNAL TEKNIK SIPIL USU
ANALISA DEBIT BANJIR SUNGAI INDRAGIRI DI DESA PASIR KEMILU RENGAT, KABUPATEN INDRAGIRI HULU Marlina Silitonga1 dan Terunajaya2 1
Mahasiswa Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email:
[email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan
ABSTRAK Di Sungai Indragiri Hulu sering terjadi gerusan atau erosi di tebing sungai yang disebabkan oleh banjir. Gerusan atau erosi itu sendiri dapat menyebabkan longsor yang membahayakan pemukiman penduduk di sepanjang pinggir sungai. Untuk itu perlu dibangun bangunan air yang berguna untuk megurangi dampak yang merugikan penduduk tersebut. Dalam perencanaan bangunan ini perlu diketahui data debit banjir dan elevasi muka air banjirnya. Metode penelitian dimulai dengan menganalisis data untuk perhitungan debit banjir sungai yaitu dari segi hidrologi, perhitungan debit banjir dan perhitungan hidrolika. Metode dimulai dari uji konsistensi data hujan tahunan, hujan rencana yaitu rata-rata curah hujan harian maksimum dari lima stasiun pencatat curah hujan,yang dihitung dengan rata-rata aljabar.. Lalu analisa frekuensi dan penetapan distribusi curah hujan dengan menggunakan program Smada. Lalu diuji dengan Chi kuadrat dan Smirnov - Kolmogorov, dimana distribusi yang sesuai adalah distribusi Gumbel, sehingga curah hujan rencana menggunakan distribusi Gumbel. Curah hujan yang dipilih selanjutnya akan dipakai untuk menghitung hidrograf dengan Nakayasu dan Snyder. Setelah didapat hidrograf maka debit puncak diketahui sehingga pemodelan debit banjir dengan program HEC-RAS dapat dilakukan. Dari hasil perhitungan untuk debit banjir rencana (Qp),dengan metode Nakayasu untuk periode ulang 25 tahunan, didapat Q puncak = 2568,98 m3/s. Lalu dilakukan pemodelan muka air banjir dengan HEC-RAS. Hasil HEC-RAS dalam bentuk penampang cross section menunjukkan air sungai sudah melebihi daya tampung penampang sungai akibat debit banjir Q25 tahun. Dengan dilakukan pemodelan sungai dengan debit banjir Q25 tahun, maka elevasi antara dasar sungai dan muka air banjir dapat diketahui, sehingga dapat dibuat perhitungan untuk pembuatan bangunan air. Kata kunci : debit banjir, Hidrograf Nakayasu, HEC-RAS
ABSTRACT River Indragiri Hulu frequent scour or erosion on riverbanks caused by flooding. Scour or erosion itself can cause landslides that endanger settlements along the river banks. For it is necessary to build waterworks useful to decimate the population of the adverse impacts. In planning the building is necessary to know the data and the flood discharge flood water level. Research method starts by analyzing the data for the calculation of flood discharge of the river in terms of hydrology, the calculation of flood discharge and hydraulics calculations. Research method starts by analyzing the data for the calculation of flood discharge of the river in terms of hydrology, the calculation of flood discharge and hydraulics calculations. Method of testing the consistency of the data begins annual rainfall, rain plan which is an average maximum daily rainfall of five rainfall recording station, which is calculated by the average algebra .. Then the analysis and determination of the frequency distribution of rainfall using Smada program. Then tested with Chi square and Smirnov - Kolmogorov, where the corresponding distribution is Gumbel distribution, so the rainfall plan using Gumbel distribution. Rainfall is selected will then be used to calculate the hydrograph with Nakayasu and Snyder. Having obtained the discharge hydrograph peak flood discharge is known that
modeling with HEC-RAS program can be done. From the results of calculations for flood discharge plan (Qp), with Nakayasu method for 25 years return period, obtained Q peak = 2568.98 m3 / s. Then the water level flood modeling conducted by HEC-RAS. HEC-RAS results in the form of cross-section shows the cross section of river water already exceeds the capacity of cross section of the river due to flood discharge Q25 years. With modeling done by river flood discharge Q25 years, the elevation between the river and the flood water level is known, so that calculations can be made for making the building water. Keywords : flood discharge, hydrograph Kanazawa, HEC-RAS
1. Pendahuluan Latar Belakang Banjir disebabkan oleh beberapa peristiwa. Diantaranya peristiwa banjir yang terjadi karena limpasan air banjir dari sungai. Curah hujan yang tinggi mengakibatkan debit air sungai menjadi lebih besar. Debit air sungai yang besar tidak mampu dialirkan oleh alur sungai, atau debit air sungai lebih besar dari kapasitas alur sungai yang ada, sehingga menyebabkan banjir. Dalam penulisan ini, banjir yang terjadi di sungai Indragiri hulu disebabkan oleh curah hujan yang tinggi pada sungai. Akibat banjir itu sendiri adalah terjadinya erosi/ gerusan di pinggir sungai, yang akan berdampak buruk bagi pemukiman warga di pinggir Sungai Indagiri hulu.
Perumusan Masalah Di Sungai Indragiri Hulu sering terjadi gerusan/ erosi di tebing sungai yang disebabkan oleh banjir. Gerusan/ erosi itu sendiri dapat menyebabkan longsor yang membahayakan pemukiman penduduk di sepanjang pinggir sungai. Selain itu erosi juga menyebabkan terjadinya longsor yang memutus akses jalan di Desa Pasir Kemilu. Untuk menghindari terjadinya longsor perlu didirikan bangunan air, yang berguna untuk meminimalkan limpasan air ke tebing sungai. Dalam perencanaan bangunan ini perlu diketahui data debit banjir dan elevasi muka air banjirnya. Dengan memperhatikan permasalahan yang terjadi, serta dampak yang ditimbulkan bagi manusia dan lingkungan sekitar sungai di Kabupaten Indragiri Hulu, maka permasalahan dalam analisa ini dapat dirumuskan sebagai berikut : 1.
Berapakah debit banjir maksimum kala ulang 5, 10, 25, 50 dan 100 tahun di sungai Indragiri Hulu?
2.
Berapakah elevasi muka air banjir untuk setiap periode ulang tersebut diatas?
Tujuan Penelitian Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mendapatkan nilai debit banjir rencana untuk periode ulang 5, 10, 25, 50 dan 100 tahun. Nilai debit banjir rencana tersebut digunakan sebagai acuan dalam perencanaan bangunan air. Manfaat
Dengan adanya perhitungan debit banjir, maka akan didapat nilai debit banjir dan muka air banjir yang bermanfaat untuk perencanaan bangunan air sebagai upaya penanggulangan erosi/ gerusan di tebing sungai Indragiri Hulu.
2. Tinjauan Pustaka 2.1 Konsep Perhitungan Konsep perhitungan didasarkan dari data yang ada, pengalaman, dan kepentingan daerah sekitar Sungai Indragiri. Maka, langkah-langkah dalam perhitungan debit banjir yang harus dilakukan adalah: 1. Analisis distribusi frekuensi curah hujan : a. Distribusi Normal b. Distribusi Log Normal c. Distribusi Log Pearson Type III d. Distribusi Gumbel 2. Uji Kecocokan (Goodnes of fittest test): a.) Metode Smirnov-Kolmogorov Uji kecocokan Smirnov – Kolgomorov sering disebut juga uji kecocokan non parametrik, karena pengujiannya tidak menggunakan fungsi disribusi tertentu. Prosedur pelaksanaannya adalah sebagai berikut: 1). Urutkan data (dari besar ke kecil atau sebaliknya) dan tentukan besarnya peluang dari masingmasing data tersebut
P
m x100% .............................................................................................(2.1) n 1
Dimana: P = Peluang (%) m = Nomor urut data n = Jumlah data 1) Urutkan nilai masing-masing peliuang teoritis dari hasil penggambaran data (persamaan distribusinya) X1 = P’(X1) ........................................................................................................(2.2) X2 = P’(X2) ........................................................................................................(2.3) X3 = P’(X3), dan seterusnya...............................................................................(2.4) 2) Dari kedua nilai peluang tersebut ditentukan selisih terbesar antara peluang pengamatan dengan peluang teoritis. D = maksimum P X m P' X m ...................................................(2.5)
3) Berdasarkan tabel nilai kritis (Smirnov – Kolgomorov test) tentukan harga Do. 4) Apabila nilai D lebih kecil dari nilai Do maka distribusi teoritis yang digunakan untuk menentukan persamaan distribusi dapat diterima, tetapi apabila nilai D lebih besar dari nilai Do, maka distribusi teoritis yang digunakan untuk menentukan distribusi tidak dapat diterima. b). Metode Chi-kuadrat Uji chi-kuadrat dimaksudkan untuk menentukan, apakah persamaan distribusi peluang yang telah dipilih dapat mewakili dari distribusi statistik sampel data yang dianalisis. Pengambilan keputusan uji ini menggunakan parameter x2, oleh karena itu disebut dengan uji Chi-Kuadrat. Rumus yang digunakan dalam perhitungan dengan Uji Chi-Kuadrat adalah sebagai berikut : n
χ = 2
O
i 1
Ef
2
f
Ef
.......................................................................................(2.6)
Dimana : χ2 = Parameter Chi-Kuadrat terhitung Ef = Frekuensi yang diharapkan sesuai dengan pembagian kelasnya Of = Frekuensi yang diamati pada kelas yang sama n = Jumlah sub kelompok Derajat nyata atau derajat kepercayaan (α) tertentu yang sering diambil adalah 5%. Derajat kebebasan (Dk) dihitung dengan rumus : Dk = K – (p + 1).....................................................................................................(2.7) K = 1 + 3,3 Log n ..................................................................................................(2.8) Dimana : Dk = Derajat kebebasan P = Banyaknya parameter, untuk uji Chi-Kuadrat adalah 2 K = Jumlah kelas data distribusi n = Banyaknya data Adapun kriteria penilaian hasilnya adalah sebagai berikut: 1) Apabila peluang lebih dari 5 % maka persamaan distribusi teoritis yang digunakan dapat diterima. 2) Apabila peluang lebih kecil dari 1 % maka persamaan distribusi
teoritis yang digunakan
dapat diterima. 3) Apabila peluang berada diantara 1 % - 5 %, maka tidak mungkin mengambil keputusan, perlu penambahan data.
3. Pemilihan Disribusi frekuensi curah hujan yang tepat 4. Debit banjir rencana Debit banjir rencana adalah debit maksimum dari suatu sungai, yang besarnya didasarkan kala ulang atau periode yang telah ditentukan. Probabilitas atau kejadian banjir untuk masa
mendatang dapat diramalkan melalui analisis hidrologi dengan menerapkan metode statistik sesuai parameter hidrologi. Pemilihan banjir rencana untuk bangunan air sangat tergantung pada analisis stastistik dari urutan kejadian banjir, baik berupa debit air dari sungai, maupun curah hujan maksimum. Dalam hal ini penentuan debit banjir dianalisis melalui metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu dan Hidfrograf Satuan Sintetik Snyder. 5. Setelah didapat debit banjir maka dilakukan pemodelan sungai dengan menggunakan HEC-RAS 4.0 Beta. Pemodelan sungai dipakai untuk mengetahui tinggi muka air banjir, yang berguna sebagai acuan untuk menentukan elevasi puncak krib.
2.2 Intensitas Hujan Perhitungan intensitas hujan dilakukan dengan Program Smada. SMADA (Storm Management and Design Aid) adalah suatu program yang berfungsi untuk mengelola aliran sungai melalui analisa hidrologi yang lengkap, untuk memperoleh debit dari curah hujan yang turun pada DAS alur sungai pengamatan.
Gambar 2.1 Pemasukan Data Smada Perhitungan Curah Hujan (Rainfall)
Distribution Analysis: Normal Distribution ---------------Summary of Data--------------First Moment (mean)
97.55
Second Moment
313.20
Skew
0.059
Point
Weibull
Actual
Predicted
Standard
Number 1
Probability 0.0909
Value 70.29
Value 73.92
Deviation 9.337
Dvalue [abs(AVPV)] 3.626
2
0.1818
72.33
81.47
7.561
9.144
3
0.2727
81.18
86.86
6.539
5.676
4
0.3636
89.5
91.39
5.926
1.885
5
0.4545
103.4
95.53
5.633
7.866
6
0.5455
105.6
99.57
5.633
6.034
7
0.6364
110.38
103.71
5.926
6.665
8
0.7273
112.64
108.24
6.539
4.396
9
0.8182
114.68
113.63
7.561
1.054
10
0.9091
115.5
121.18
9.337
5.684
Dmax
9.144
---------------Predictions--------------Exceedence Probability 0.995
Return Period 200
Calculated Value 143.144
Standard Deviation 15.466
0.990
100
138.729
14.174
0.980
50
133.905
12.786
0.960
25
128.540
11.286
0.900
10
120.234
9.098
0.800
5
112.442
7.314
0.667
3
105.182
6.095
0.500
2
97.550
5.597
Gambar 2.2 Keluaran Smada Perhitungan Curah Hujan (Rainfall) 3. Hasil dan pembahasan Hasil Curah hujan yang dicari dengan program Smada: Tabel 3.1 Hasil Perhitungan Frekuensi Curah Hujan Harian (mm) PERIODE ULANG 100 50 25 10 5 3 2
NORMAL 155.8774 149.0031 141.3591 129.523 118.4202 108.0745 97.2002
LOG NORMAL 170.3869 158.9352 147.1029 130.4956 116.6255 105.0314 94.0852
CURAH HUJAN PEARSON T III 171.8164 160.1404 147.9946 130.8572 116.5355 104.6335 93.5376
LOG PEARSON T III 183.7046 170.0338 155.9922 136.4455 120.2862 106.9127 94.4156
GUMBEL 211.9932 192.468 172.7975 146.2824 125.297 108.6305 93.6011
Dari tabel diatas maka dapat disimpulkan bahwa untuk menghitung curah hujan kala ulang digunakan Metode Gumbel karena memiliki curah hujan yang maksimum. Agar data tersebut dapat digunakan maka, perlu di uji kecocokannya dengan menggunakan Metode Smirnov-Kolmogorof dan Chi kuadrat. Tabel 4.3 Uji Distribusi Smirnov-Kolmogorof Pada Keluaran Smada Uji Distribusi Dmax hasil uji Do syarat (<) Hasil korelasi uji
Normal
Log Normal
Log Pearson Tipe III
Gumbel
13,2715 41
11,8459 41
5,7237 41
5,0204 41
Diterima
Diterima
Diterima
Diterima
Tabel 4.4 Uji Chi kuadrat (Rekapitulasi nilai χ2 dan χ2cr) Distribusi Probabilitas χ² terhitung Normal 1 Log Normal 1 Log Pearson tipe III 1 Gumbel 2 Dari hasil uji diatas dapat disimpulkan
χ²cr 5,9910 5,9910 5,9910 5,9910 bahwa data
Keterangan Diterima Diterima Diterima Diterima curah hujan kala ulang yang digunakan
pada perhitungan debit banjir kala ulang ialah hasil perhitungan dengan menggunakan distribusi Gumbel. 3.1 Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Perhitungan Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu dilakukan sebagai berikut : Luas daerah sungai Indragiri (A) = 10790,183 km2 Panjang Sungai (L) = 445,7 km Koef. Pengaliran DAS (CW DAS) = 0.33 (hasil perhitungan) Panjang sungai L > 15 km; Tg = 0,4 +0,058L, maka : Tg = 0,4 + 0,058 x 445,7 = 26,251 jam Syarat: Tr = 0,5 Tg - 1,0 Tg Tr = 0,7 . Tg = 0,7 . 26,251 = 13,125 jam Koefisien pembanding diambil = 2, karena daerah pengalirannya biasa. T0,3 = . Tg = 2 . 26,251 = 52,50 jam Peak time (Tp) = Tg + (0,8 . Tr)
= 26,251 + (0,8 . 13,125) = 36,75 jam Curah hujan spesifik (R0) = 1 mm Debit puncak (Qp) = (A/3,6) . (Ro/(0,3 . Tp + T0,3 )) . CWDAS = (10790,183 /3,6) . (1/(0,3. 36,75 + 52,50)) . 0,33 = 15,57 m 3 /dt Base Flow (QB) = 0,5 . Qp = 0,5 . 15,57 = 7,78 m 3 /dt Data Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu dapat dilihat pada perhitungan berikut: Untuk lengkung naik
:t
Tp
t 36,75 jam Untuk lengkung turun I : Tp t Tp + T0,3 36,75 t 36,75 + 52,50 36,75 jam t 89,25 jam Untuk lengkung turun II : Tp + T0,3 t Tp + T0,3 + 1,5 . T0,3 36,75 + 52,50 t 36,75 + 52,50 + 1,5 . 52,50 89,25 jam t 168 jam Untuk lengkung turun III : t Tp + T0,3 + 1,5 . T0,3 t 36,75 + 52,50 + 1,5 . 52,50 t 168 jam
3.2 Hidrograf Satuan Sintetik Snyder Perhitungan Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu dilakukan sebagai berikut: Luas (A) = 10.790,183 km2 Panjang sungai utama (L) = 445,7 km
Panjang antara titik berat daerah sungai dengan pelepasan (Lc) = 225,85 km tr =6 jam .Ct= 1,40; Cp = 0,75 (1) tp = 0,75 Ct (L. Lc)0,3 tp = 0,75 (1,4)(L. Lc)0,3 = 0,75 (1,4)(445,7. 225,85)0,3 = 33,26 jam (2) Tp = tp + 0,5 tr Tp = tp + 0,5.6 = 33,26+ 0,5. 6 = 36,26 jam (3) qp = 0,278 (Cp/ Tp) = 0,278 (0,75/ 36,26) = 0,001408 m3/dtk/mm (4) Qp = qp . A = 0,001408 (10.790,183) = 15,1138 m3/dtk/mm Ordinat- ordinat hidrograf satuan dihitung dengan persamaan Alexeyev, yaitu Y = Q/ Qp dan X = t/ Tp . Y=
, dimana
0,101281,
dan , maka Y=
3.3 Pemodelan Keadaan Banjir Sungai Indragiri dengan HEC RAS Hasil running HEC RAS dalam bentuk penampang cross section dapat dilihat pada gambar 4.3. Tampak air (biru) sudah melebihi daya tampung penampang sungai akibat debit banjir Q25 tahun. Titik berwarna merah menunjukkan titik daya tampung maksimal pada sungai tersebut. .03
.03
.03
20
Legend EG 07NOV2012 2400 WS 07NOV2012 2400 Ground Bank Sta
18
Elevation (m)
16
14
12
10 10600
10700
10800
10900
11000 Station (m)
11100
11200
11300
4.Kesimpulan Berdasarkan hasil pembahasan dan analisa data dari tugas akhir yang berjudul “Analisa Debit Banjir Sungai Indragiri di desa Pasir Kemilu Rengat, Kabupaten Indragiri Hulu” di atas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Analisa distribusi curah hujan dengan menggunakan software smada dianggap dapat mendekati hasil perhitungan manual Excel dengan menggunakan Metode Distribusi Gumbel tipe I dengan selisih hitung rata-rata 2,19% (untuk kala ulang 25 tahun). Perhitungannya: 2. Dari hasil perhitungan diatas untuk debit banjir rencana (Qp) untuk periode ulang 25 tahunan, didapat Q puncak = 2568.98 m3/s. 3.
Hasil running HEC-RAS dalam bentuk penampang cross section, menunjukkan air sudah melebihi daya tampung penampang sungai akibat debit banjir Q25 tahun. Dengan didapatnya debit banjir Q25 tahun, maka elevasi antara dasar sungai dan muka air banjir dapat diketahui, sehingga dapat dibuat perhitungan untuk pembuatan bangunan air. Dari gambar 4.4 dapat dilihat elevasi muka air banjir untuk Q25 tahun adalah +19 meter dari dasar sungai.
5.Daftar Pustaka Mochammad, Fadlun. 2010, Analisis Pengendalian Sedimen Di Sungai Deli Dengan Model HEC-RAS. Universitas Sumatera Utara, MT Pengelolaan Sumber Daya Alam & Lingkungan. Mohammad, Farid. 2007, Pemodelan Dua Dimensi Aliran Banjir Pada Daerah Perkotaan. Institut Teknologi Bandung, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil. Sitanggang, Ramos P. 2011, Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak dengan Metode Rasional pada DAS Bah Bolon Kabupaten Simalungun. Universitas Sumatera Utara, Fakultas Pertanian. Suripin. 2004, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan. Penerbit Andi, Yogyakarta. Suroso.2006, Kajian Kapasitas Sungai Logawa dalam Menampung Debit Banjir Menggunakan Program HEC-RAS. Universitas Soedirman Purwokerto, Jurusan Teknik Sipil. Soemarto, C.D. 1995, Hidrologi Teknik. Penerbit Erlangga, Jakarta. Soewarno. 2000, Hidrologi Operasional. Penerbit PT Citra Aditya Bakti, Bandung. Teknika, Widya. 2012, Analisis Debit Banjir Pada Daerah Aliran Sungai Untuk Desain Dan Evaluasi Kapasitas Tampung Bangunan Air. Universitas Widyagama Malang, Jurusan Teknik Sipil. Tominaga, Masateru. 1985, Perbaikan dan Pengaturan Sungai. Penerbit PT Pradnya Paramita, Jakarta. Zulfikar, Radia. 2007, Kajian Debit dan Muka Air Banjir Sungai Meureubo Kabupaten Aceh Barat. Institut Teknologi Bandung
