ANALISIS TINGGI MUKA AIR DAN DAERAH GENANGAN BANJIR ROB MUARA SUNGAI DELI MENGGUNAKAN SOFTWARE HEC-RAS TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
YUSRIAWAN
100404026
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
ABSTRAK Kondisi hilir Sungai Deli dipengaruhi oleh pasang surut muara Sungai Deli apabila terjadi kondisi pasang yang sangat tinggi dapat memberikan dampak banjir terhadap daerah pemukiman disekitar muara Sungai Deli. Untuk mencegah banjir tersebut maka diperlukan analisis lebih lanjut mengenai tinggi muka air banjir ROB pasang muara sungai deli. Metode penelitian yang digunakan yaitu metode kuantitatif dan data yang digunakan adalah data sekunder kemudian dianalisis berdasarkan analisis hidrologi dan analisis hidrolika. Dalam hasil analisa nilai pasang surut yang digunakan untuk perhitungan tinggi muka air banjir ROB adalah nilai pasang surut maksimum dan nilai curah hujan yang digunakan untuk perhitungan debit banjir adalah nilai curah hujan log person III. Metode Admiralty digunakan untuk menghitung pasang surut dan menghitung debit banjir Sungai Deli dengan metode HSS Nakayasu, tinggi muka air banjir ROB dan daerah genangan dianalisa dengan menggunakan software HEC RAS. Dari hasil analisa dan perhitungan diperoleh elevasi pasang maksimum = 270 cm dan dengan metode HSS Nakayasu diperoleh debit banjir maksimum dengan periode kala ulang Q25 = 606,654 m3/det, Q50 = 670,073 m3/det, dan Q100 = 733,032 m3/det. Dengan menggunakan Software Hecrass diperoleh elevasi muka air banjir ROB (pasang) tinggi muka air banjir ROB dengan kala ulang Q25 =0,4 m, Q50 = 1,5 m dan Q100 = 1,8 m dan menimbulkan luas genangan yang terjadi dengan periode kala ulang Q25 = 1.200.970,19 m2, Q50= 8.988.025,22 m2 dan Q100=.9.463.059,968 m2. Kata kunci : banjir ROB, HEC-RAS, HSS Nakayasu, Admiralty.
i
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT yang telah memberi karunia kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam ke atas Baginda Rasullah Muhammad SAW yang telah memberi keteladanan tauhid, ikhtiar dan kerja keras sehingga menjadi panutan dalam menjalankan setiap aktifitas kami sehari-hari, karena sungguh suatu hal yang sangat sulit yang menguji ketekunan dan kesabaran untuk tidak pantang menyerah dalam menyelesaikan penulisan ini. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah: ANALISIS TINGGI MUKA AIR DAN DAERAH GENANGAN BANJIR ROB MUARA SUNGAI DELI MENGGUNAKAN SOFTWARE HEC-RAS Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1. Ayahanda M.yusuf dan Ibunda Sri Ningsih tercinta, kakak saya Sri Wahyuni, Yusnika Sari dan yang telah banyak berkorban, memberikan motivasi hidup, semangat dan nasehat.
ii
2. Bapak Ivan Indrawan ST,MT yang telah banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Bapak Ir.Teruna Jaya M.Sc dan Bapak Ir.Alferido Malik selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini. 7. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 8. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada penulis. (Kak Lince, Kak Dina, Kak Dewi, Bang Zul, Bang Edi dan Bang Amin). 9. Kepada abangda Asril Zevri, ST, MT, yang bersedia membantu dalam mengerjakan skripsi saya, terima kasih atas bantuanya selama ini. 10. Kepada kawan-kawan Asisten Laboratorium Hidrolika, Dicky, Rizky tandem, Reno, Rico, Dhika, Wahyu, Barly, Arief Gumit, Anshar, terima kasih atas semangat dan bantuanya selama ini.
iii
11. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2010, Tria NR, MJP, MIP, JAP, Fahmi, Ari BM, Lamhot, Naurah, Dwi Puspa MH, AJB, Bram Jaya, Dice Dachi, serta teman-teman angkatan 2010 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya, terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki, maka penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Medan,
Agustus 2015 Penulis,
( YUSRIAWAN ) 10 0404 026
iv
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK ................................................................................................................... i KATA PENGANTAR................................................................................................. ii DAFTAR ISI ............................................................................................................... v DAFTAR TABEL ....................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR................................................................................................... x DAFTAR NOTASI ..................................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang .................................................................................................. 1 1.2. Perumusan Masalah .......................................................................................... 2 1.3 Tujuan Penelitian. .............................................................................................. 2 1.4. Pembatasan Masalah ......................................................................................... 3 1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................................ 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................ 4 2.1. Hidrologi ........................................................................................................... 4 2.2. Banjir ROB ....................................................................................................... 5 2.3. Pasang Surut...................................................................................................... 6 2.3.1 Metode Analisa Pasang Surut.................................................................. 8 2.4. Curah Hujan ...................................................................................................... 11 2.4.1. Distribusi Frekuensi Curah Hujan .......................................................... 14 2.5. Uji Frekuensi Curah Hujan ............................................................................... 21 2.5.1. Uji Chi Kuadrat ...................................................................................... 21 2.5.2. Uji Smirnov Kolmogorf.......................................................................... 22 2.5.3. Intensitas Curah Hujan .......................................................................... 23
v
2.5.4. Waktu Konsentrasi ................................................................................. 24 2.5.5. Koefisien Limpasan................................................................................ 25 2.6. Metode Perhitungan Debit Banjir ..................................................................... 26 2.6.1. Debit Rancangan dengan Metode Rasional........................................... 26 2.6.2. Metode Hidrograf Banjir ....................................................................... 26 2.7. Prediksi Tinggi Muka Air Banjir dengan HEC - RAS...................................... 33 2.7.1. Graphical User Interface........................................................................ 34 2.7.2. Penyimpanan Data dan Manajemen Data.............................................. 34 2.7.3. Grafik dan Pelaporan ............................................................................. 35 BAB III METODE PENELITIAN............................................................................ 41 3.1. Lokasi Penelitian............................................................................................... 41 3.2. Metode Penelitian.............................................................................................. 42 3.2. Jadwal Penelitian............................................................................................... 44 3.3. Variabel yang Diamati ...................................................................................... 46 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN .................................................. 47 4.1. Perhitungan Pasang Surut dengan Metode Admiralty ...................................... 47 4.2. Perhitungan Curah Hujan Kawasan DAS Deli ................................................. 50 4.3. Perhitungan Koefisien Pengaliran DAS Deli .................................................... 55 4.4. Perhitungan Frekuensi Curah Hujan Kala Ulang DAS Deli............................. 58 4.4.1. Metode Distribusi Gumbel ..................................................................... 59 4.4.2. Metode Distribusi Log Pearson Tipe III ................................................. 61 4.4.3. Metode Distribusi Normal....................................................................... 64 4.4.4. Metode Distribusi Log Normal............................................................... 66 4.5. Analisa Hidrologi .............................................................................................. 69 4.5.1. Analisa Frekuensi Curah Hujan.............................................................. 69 vi
4.5.2. Jenis Distribusi ....................................................................................... 70 4.5.3. Uji Sebaran Smirnov - Kolmogorv......................................................... 71 4.6. Perhitungan Intensitas Hujan Jam – jaman ....................................................... 74 4.7. Debit Banjir Rancangan Metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Sungai Deli ....................................................................................................... 76 4.7.1. Hidrograf Satuan Nakayasu.................................................................... 78 4.8. Debit Banjir DAS Sungai Deli.......................................................................... 84 4.8.1. Tinggi Pasang Surut Muara Deli ............................................................ 85 4.8.2. Pengukuran Penampang Muara Sungai Deli ......................................... 86 4.8.3. Tinggi Muka Air Banjir Muara Sungai Deli dengan HEC-RAS............. 90 4.9. Analisa Daerah Genangan Banjir Rob Muara Sungai Deli............................... 93 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 97 5.1. Kesimpulan ....................................................................................................... 97 5.2. Saran................................................................................................................. 98 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 99 LAMPIRAN………………………………………………………………………….. 100
vii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Nilai Variabel Reduksi Gauss ............................................................... 15 Tabel 2.2 Nilai K untuk DIstribusi Log Normal ................................................... 16 Tabel 2.3 Standar Deviasi (Yn) untuk Distribusi Gumbel...................................... 17 Tabel 2.4 Reduksi Variat (YTr) sebagai Fungsi Periode Ulang Gumbel................. 18 Tabel 2.5 Reduksi Standar Deviasi (Sn) untuk Distribusi Gumbel......................... 18 Tabel 2.6 Nilai K untuk distribusi Log Pearson III ............................................... 20 Tabel 2.8 Tabel ∆P Smirnov Kolmogrov (Kamiana, 2011)................................... 23 Tabel 2.9 Nilai Koefisien Limpasan ..................................................................... 25 Tabel 4.1 Data Pasang Surut Sungai Deli (01 Desember – 31 Desember 2013) ............................................................................................................................ 47 Tabel 4.2 Elevasi Muka Air Pasang Sungai Deli .................................................. 49 Tabel 4.3 Luas Areal Pengaruh Stasiun Hujan Daerah Aliran Sungai Deli............ 51 Tabel 4.4 Data Curah Hujan Bulanan dan Harian Maksimum Stasiun Belawan ............................................................................................... 51 Tabel 4.5 Data Curah Hujan Bulanan dan Harian Maksimum Stasiun Pancur Batu ..................................................................................................... 52 Tabel 4.6 Data Curah Hujan Bulanan dan Harian Maksimum Stasiun Patumbak ............................................................................................ 52 Tabel 4.7 Perhitungan Curah Hujan Regional Harian Maksimum DAS Deli ........ 54 Tabel 4.8 Zona Penggunaan Lahan DAS Deli ...................................................... 56
viii
Tabel 4.9 Nilai Koefisien Pengaliran di DAS Deli................................................ 57 Tabel 4.10 Rangking Curah Hujan Regional Harian Maksimum DAS Deli…….. 58 Tabel 4.11 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Gumbel................... 59 Tabel 4.12 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Gumbel .................. 60 Tabel 4.13 Analisa Curah Hujan dengan Distribusi Log Pearson III ..................... 61 Tabel 4.14 Hasil Perhitungan dengan Metode Log Pearson Tipe III ..................... 62 Tabel 4.15 Analisa Curah Hujan Metode Distribusi Normal ................................. 64 Tabel 4.16 Analisa Curah Hujan Metode Distribusi Normal ................................. 65 Tabel 4.17 Analisa Curah Hujan dengan Metode Distribusi Log Normal.............. 66 Tabel 4.18 Analisa Curah Hujan dengan Metode Distribusi Log Normal.............. 66 Tabel 4.19 Resume Perhitungan Frekuensi Curah Hujan Kala Ulang DAS Deli .. 68 Tabel 4.20 Analisa Frekuensi Curah Hujan .......................................................... 69 Tabel 4.21 Uji parameter statistik untuk menentukanjenis sebaran 2014............... 71 Tabel 4.22 Perhitungan Uji Smirnov Kolmogorov................................................ 72 Tabel 4.23 Nilai D kritis untuk Uji Keselarasan Smirnov-Kolmogorov ................ 73 Tabel 4.24 Perhitungan Analisa Intensitas Curah Hujan ....................................... 75 Tabel 4.25 Parameter Untuk Menghitung HSS Nakayasu ..................................... 78 Tabel 4.26 Hujan Efektif Daerah Pengaliran ....................................................... 78 Tabel 4.27 Tabel Hasil Perhitungan HSS Nakayasu ............................................. 81 Tabel 4.28 Debit Banjir HSS Nakayasu DAS Sungai Deli Log Pearson III……… 84 Tabel 4.29 Elevasi Pasang Surut Muara Sungai Deli…………………………….... 85 Tabel 4.30 Resume Tinggi Banjir Rob DAS Sungai Deli dengan Debit Banjir Periode Kala Ulang……………………………………………………. 93
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Siklus Hidrologi................................................................................ 4 Gambar 2.2 Bagan alir perhitungan dan perilaku pasang surut laut ....................... 8 Gambar 2.3 Polygon Thiessen pada DAS ............................................................. 13 Gambar 2.4 Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu ................................................. 31 Gambar 2.5 Tampilan Menu Utama HEC-RAS 4.0 .............................................. 36 Gambar 2.6 Tampilan menu geometri data ……………………………………...... 36 Gambar 2.7 Menu Cross Section Pada Geometri Data……………………………. 37
Gambar 2.8 Tampilan Data Cross Section ………………………………………... 38
Gambar 2.9 Unsteady Data dimasukkan data debit banjir hasil perhitungan HSS Nakayasu…………………………………………………………….. 39
Gambar 2.10 Unsteady Data dimasukkan data hasil perhitungan Metode Admiralty……………………………………………………………. 39
Gambar 2.11 Tampilan Compute Data Unsteady Flow Analysis…………………. 40 Gambar 3.1 Lokasi Penelitian .............................................................................. 41 Gambar 3.2 Lokasi Penelitian .............................................................................. 42 Gambar 3.3 Tahapan Penelitian Tugas Akhir ....................................................... 43 Gambar 4.1 Grafik Pasang Surut dengan menggunakan Metode Admiralty .......... 48 Gambar 4.2 Pengikatan Peilschaal………………………………………………… 49
x
Gambar 4.3 Polygon Thiessen DAS Deli ............................................................. 50 Gambar 4.4 Peta Rencana Tata Ruang Kota Medan ............................................. 55 Gambar 4.5 Grafik Resume Frekuensi Curah Hujan Kala Ulang DAS Deli .......... 68 Gambar 4.6 Batas-Batas Daerah Sempadan Sungai .............................................. 77 Gambar 4.7 Grafik Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu ............................. 82 Gambar 4.8 Grafik Debit Banjir dengan Metode Nakayasu .................................. 83 Gambar 4.9 Elevasi Penampang Memanjang dan Melintang Muara Sungai Deli... 87 Gambar 4.10 Penampang Memanjang Maksimum Q100 Muara Sungai Deli……… 88 Gambar 4.11 Penampang Melintang Maksimum Q100 Muara Sungai Deli………... 89 Gambar 4.12 Kondisi Banjir Muara Sungai Deli dengan Q100 tahun……………….90 Gambar 4.13 Kondisi Banjir Penampang Muara Deli dengan Q100 tahun……….... 91 Gambar 4.14 Kondisi Banjir Penampang Muara Deli dengan Q50 tahun…………. 91 Gambar 4.15 Kondisi Banjir Penampang Muara Deli dengan Q25 tahun…………. 92
xi
DAFTAR NOTASI
η(tn )
= elevasi pasang surut sebagai fungsi waktu
фk
= fase komponen ke k, pada saat t=0
ωk
= frekuensi komponen ke k
An
= luas daerah pengaruh pos penakar hujan (km2 )
A
= Luas daerah aliran (km2)
Ak dan Bk
= konstanta harmonic
C
= Koefisien pengaliran
Cs
= Koefisien kemencengan
Ck(x) dan φk (x) = amplitudo dan fasa konstanta harmonic C-kdan φ-k
= conjugate kompleksnya
Ck
= amplitudo komponen ke k
D
= tinggi curah hujan rerata daerah (mm)
dn
= hujan pada pos penakar hujan (mm)
d
= tinggi curah hujan rata-rata,
d1, d2 . . . dn
= tinggi curah hujan pada pos penakar 1, 2, . . . , n,
DK
= derajat kebebasan
F
= Faktor konversi = 0,278
F
= bilangan Formazhl
I
= Intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam).
I
= kemiringan permukaan air sungai
xii
I
= panjang busur lingkaran galiner (m)
i
= Nomor urut data setelah diurut dari besar ke kecil
JK
= jumlah kelas
K
= Variabel reduksi
K
= jumlah konstituen yang harus ditentukan
K1 dan O1
= konstanta pasang surut harian utama
L
= Panjang saluran utama dari hulu sampai penguras dalam km
Ls
= Panjang lintasan aliran di dalam salura/sungai (m)
Log X
= Harga rata – rata dari data
Log XT
= Variate diekstrapolasikan
M2 dan S2
= konstanta pasang surut ganda utama
n
= Angka kekasaranManning
n
= Jumlah data
n
= banyak pos penakaran.
P
= faktor keterikatan
R24
= Curah hujan maksimum dalam 24 jam (mm)
S
= Kemiringan rata-rata saluran utama dalam m/m
Sn
= Reduced standard deviation sebagai fungsi dari banyak data N
So
= tinggi muka air laut rerata
Sx
= Standard Deviasi
t
= waktu
tc
= waktu konsentrasi
xiii
(t0)
= Inlet time
(td)
= Conduit time
Tk
= periode komponen ke k
tn
= waktu pengamatan tiap jam
W
= teganganolehgayaberatirisan vertical persatuanlebar (t/m)
X
= Harga rata – rata dari data
XT
= Variate yang diekstrapolasikan
X
= Harga rata–rata dari data
YT
= Reduced variate sebagai fungsi dari periode ulang T
Yn
= Reduced mean sebagai fungsi dari banyak data (N)
xiv
