ANALISIS TINGGI MUKA AIR DAN DAERAH GENANGAN BANJIR SUNGAI KRUENG PASE MENGGUNAKAN SOFTWARE HEC-RAS DI KABUPATEN ACEH UTARA TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Syarat Penyelesaiaan Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
MAULANA RIZQI 10 0404 011
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN ANALISIS TINGGI MUKA AIR DAN DAERAH GENANGAN BANJIR SUNGAI KRUENG PASE MENGGUNAKAN SOFTWARE HEC-RAS DI KABUPATEN ACEH UTARA TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat dalam menempuh Colloqium Doctum / Ujian Sarjana Teknik Sipil Dikerjakan oleh: MAULANA RIZQI 10 0404 011 Pembimbing Pembimbing I
Pembimbing II
Ir. Syahrizal, M.T.
Ivan Indrawan, S.T., M.T.
NIP. 19611231198811 1 001
NIP. 19761205 200604 1 001
Penguji I
Penguji II
Ir. Alferido Malik
Riza Inanda Siregar, S.T.,M.T.
NIP. 19530504 198103 1 003
NIP. 19900429 2015404 2 004
Mengesahkan: Ketua Departemen Teknik Sipil
Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19561224 198103 1 002 BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Universitas Sumatera Utara
i
ABSTRAK Kabupaten Aceh Utara adalah Kabupaten langganan banjir yang diakibatkan oleh Sungai Krueng Pase. Hal ini terus terjadi setiap tahun sehingga membuat masyarakat resah dan kegiatan perekonomian di daerah tersebut juga terganggu karena banjir mengenangi area pemukiman, pertanian, perikanan serta perkebunan. Dengan menganalisis tinggi muka air dan daerah genangan banjir, maka perencanaan pengendalian banjir dapat dilakukan oleh pemerintah daerah setempat. Metodologi yang digunakan untuk mengolah data dalam penulisan ini adalah metode kuantitatif deskriptif, yaitu metode perhitungan dan penjabaran hasil pengolahan data lapangan dari lokasi yang ditinjau. Metode yang dilakukan pada studi ini terlebih dahulu melakukan tinjauan lokasi di sungai krueng pase. Kemudian mengumpulkan data-data yang berhubungan dengan system sungai dan menganalisa data curah hujan sedemikian rupa untuk mendapatkan kesimpulan akhir. Dalam penulisan ini pengolahan data tersebut dianalisis menggunakan Metode Tahapan Langsung (Direct Step Method) yang kemudian dibandingkan dengan hasil yang diperoleh dari penggunaan software HEC-RAS 4.0.0. Berdasarkan hasil perhitungan menggunakan HSS Nakayasu diperoleh debit banjir sebesar 484,238 m3/dtk untuk kala ulang 100 tahun. Dari analisis metode tahapan langsung (Direct Step Method) diperoleh tinggi muka air banjir tertinggi yaitu 11,890 m pada section 20 sedangkan dengan menggunakan software HEC-RAS 4.0.0 diperoleh tinggi muka air banjir tertinggi yaitu 8,427 m pada section 19. Untuk luas daerah genangan banjir kala ulang 100 tahun adalah seluas 8.632.700,5 m2 atau 8.6 km2. Dari hasil analisis yang dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa tinggi muka air banjir secara manual lebih tinggi dibandingkan dengan menggunakan software Hec-Ras serta sungai Krueng Pase memiliki luas daerah genangan banjir mencapai 8,6 km2. Kata Kunci : HSS Nakayasu, Hec-Ras, Krueng Pase, Metode Tahapan Langsung,
Universitas Sumatera Utara
ii
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT yang telah memberi karunia kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Strata Satu (SI) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah: “Analisis Tinggi Muka Air dan Daerah Genangan Banjir Sungai Krueng Pase Menggunakan Software Hec-Ras di Kabupaten Aceh Utara” 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 terimakasih yang sebesarbesarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu: 1. Kepada keluarga besar saya, Ayah saya Jailani Abdullah dan Bunda saya Idawati yang selalu mengirimkan do’a, serta telah bekerja keras untuk menguliahkan semua anaknya. Terimakasih juga kepada kedua kakak saya Maya dan Oya serta adik saya Intan, Kaka dan Aan yang telah memberikan semangat untuk saya agar menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc, selaku Dosen Pembimbing 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. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc selaku Dosen Pembanding I sekaligus
Universitas Sumatera Utara
iii
koordinator sub jurusan Teknik Sumberdaya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Bapak Ir. Alferido Malik selaku Dosen Pembanding II, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini. 5. Kepada kawan seperjuangan angkatan 2010 Teknik Sipil, Dhaka, Iwan, Nuge, Irfan, Akbar, Rizqan, Nardis, Irul, Syahru, Uus, Umri, Lamhot, Tria, Abdul, Cika, Sari, Dwi, Dara, Naurah, Taslim, Hardy, Ijep, Iqbal, Himawan, Titok serta teman-teman angkatan 2010 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terimakasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 6. Kepada kawan terdekat saya dan sahabat saya Muliya, Willi, Fitri, Naula, Nanda, Mojad, Lukman dan Misrina terimakasih sudah memberikan semangat dan membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 7. Bapak/Ibu seluruh staf 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. 9. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini 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
Universitas Sumatera Utara
iv
diharapkan untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih dan semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan,
September 2016 Penulis
Maulana Rizqi 10 0404 011
Universitas Sumatera Utara
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 .......................................................................................... 3 1.3. Tujuan Penelitian. ............................................................................................. 4 1.4. Pembatasan Masalah ......................................................................................... 4 1.5. Manfaat Penelitian . .......................................................................................... 4 1.6. Sistematika Penulisan . ..................................................................................... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................ 6 2.1. Tinjauan Umum ................................................................................................ 6 2.2. Analisa Hidrologi .............................................................................................. 6 2.2.1 Siklus Hidrologi ....................................................................................... 6 2.2.2 Analisa Curah Hujan Rencana................................................................. 8 2.2.3 Analisa Frekuensi Curah Hujan .............................................................. 9 2.2.3.1 Distribusi Normal ....................................................................... 9 2.2.3.2 Distribusi Log Normal ................................................................ 10 2.2.3.3 Distribusi Log Pearson III ........................................................... 11 2.2.3.4 Distribusi Gumbel ....................................................................... 14
v Universitas Sumatera Utara
2.2.4 Uji Distribusi Probabilitas ...................................................................... 16 2.2.4.1 Metode Chi-Kuadrat .................................................................. 16 2.2.4.2 Metode Smirnov-Kolmogorof ................................................... 19 2.3. Intensitas Hujan Rencana.................................................................................. 20 2.4. Waktu Konsentrasi ............................................................................................ 21 2.5. Koefisien Aliran Pengaliran.............................................................................. 22 2.6. Perhitungan Debit Banjir Hidrograf Satuan Sintesis Nakayasu........................ 23 2.7. Prediksi Tinggi Muka Air Banjir Rencana Manual .......................................... 26 2.8. Prediksi Tinggi Muka Air Banjir Rencana dengan Hec-Ras ............................ 28 2.8.1 Graphical User Interface .......................................................................... 29 2.8.2 Penyimpanan Data dan Manajemen Data ................................................ 30 2.8.3 Grafik dan Pelaporan................................................................................ 31 BAB III METODE PENELITIAN............................................................................ 37 3.1.Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................ 37 3.2.MetodePenelitian................................................................................................ 40 3.3. Variabel yang Diamati ...................................................................................... 45 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN .................................................. 46 4.1.Analisis Hidrologi .............................................................................................. 46 4.1.1. Distribusi Normal ................................................................................... 47 4.1.2. Distribusi Log Normal ........................................................................... 49 4.1.3. Distribusi Log Pearson III ...................................................................... 50 4.1.4. Distribusi Gumbel................................................................................... 55 4.2.Uji Distribusi Probabilitas.................................................................................. 58 4.2.1. Metode Chi-Kuadrat ............................................................................... 58
vi Universitas Sumatera Utara
4.2.2. Metode Smirnov – Kolmogorof (Secara Analitis) .................................63 4.3. Analisis Intensitas Hujan...................................................................................72 4.4. Analisis Debit Banjir HSS Nakayasu ...............................................................74 4.5. Menghilang Tinggi Profil Muka Air Banjir Rencana .......................................76 4.5.1. Tinggi Muka Air Banjir Rencana Manual ..............................................76 4.5.2. Perhitungan Profil Muka Air Banjir Menggunakan Software Hec-Ras 4.0 ............................................................................................90 4.5.3. Perbandingan Tinggi MukaAir Banjir Manual VS Hec-Ras..................101 4.6. Analisa Daerah Genangan Banjir Sungai Krueng Pase ....................................103 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................104 5.1. Kesimpulan .......................................................................................................104 5.2. Saran..................................................................................................................105 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................106 LAMPIRAN…………………………………………………………………………..
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Nilai Variabel Reduksi Gauss .................................................................. 12 Tabel 2.2 Nilai K untuk distribusi Log Pearson III.................................................. 13 Tabel 2.3 Standar Deviasi (Yn) untuk Distribusi Gumbel........................................ 15 Tabel 2.4 Reduksi Standar Deviasi (Sn) untuk Distribusi Gumbel .......................... 15 Tabel 2.5 Reduksi Variat (YTr) sebagai Fungsi Periode Ulang Gumbel.................. 15 Tabel 2.6 Tabel nilai parameter Chi-Kuadrat Kritis, χ2cr ......................................... 18 Tabel 2.7 Tabel ∆P kritis Smirnov Kolmogorof ..................................................... 20 Tabel 2.8 Nilai Koefisien Pengaliran C ................................................................... 22 Tabel 3.1 Data Sekunder .......................................................................................... 38 Tabel 4.1 Data Curah Hujan Harian Maksimum Stasiun Meteorologi Lhokseumawe ......................................................................................... 46 Tabel 4.2 Curah Hujan Maksimum Tahunan........................................................... 47 Tabel 4.3 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Normal....................... 47 Tabel 4.4 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Normal...................... 48 Tabel 4.5 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Log Normal ............... 49 Tabel 4.6 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Log Normal ............... 49 Tabel 4.7 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Log Pearson III.......... 52 Tabel 4.8 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Log Pearson III.......... 52 Tabel 4.9 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Gumbel...................... 55 Tabel 4.10 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Gumbel.................... 55 Tabel 4.11 Rekapitulasi Analisa Curah Hujan Rencana Maksimum ....................... 57 Tabel 4.12 Pengurutan data hujan dari besar kekecil............................................... 59
viii Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.13 Analisis Uji Distribusi Probabilitas Chi-Kuadrat Distribusi Normal..... 60 Tabel 4.14 Analisis Uji Distribusi Probabilitas Chi-Kuadrat Distribusi Log Normal ............................................................................................ 60 Tabel 4.15 Analisis Uji Distribusi Probabilitas Chi-Kuadrat Distribusi Log Pearson III....................................................................................... 61 Tabel 4.16 Analisis Uji Distribusi Probabilitas Chi-Kuadrat Distribusi Gumbel.... 61 Tabel 4.17 Perhitungan nilai X2 untuk distribusi Normal ........................................ 61 Tabel 4.18 Perhitungan nilai X2 untuk distribusi Log Normal................................. 62 Tabel 4.19 Perhitungan nilai X2 untuk distribusi Log Pearson III ........................... 62 Tabel 4.20 Perhitungan nilai X2 untuk distribusi Gumbel ....................................... 62 Tabel 4.21 Rekapitulasi nilai X2 dan X2cr ............................................................... 62 Tabel 4.22 Perhitungan Uji Distribusi dengan Metode Smirnov-Kolgomorof untuk Distribusi Normal......................................................................... 63 Tabel 4.23 Perhitungan Uji Distribusi dengan Metode Smirnov-Kolgomorof untuk Distribusi Log Normal ................................................................. 65 Tabel 4.24 Perhitungan Uji Distribusi dengan Metode Smirnov-Kolgomorof untuk Distribusi Log Pearson III............................................................ 67 Tabel 4.25 Perhitungan Uji Distribusi dengan Metode Smirnov-Kolgomorof untuk Distribusi Gumbel ........................................................................ 69 Tabel 4.26 Rekapitulasi Simpangan Maksimum ΔP Keseluruhan Distribusi Probabilitas............................................................................ 71 Tabel 4.27 Analisis Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Log Pearson III....... 72 Tabel 4.28 Perhitungan Analisis Intensitas Curah Hujan ........................................ 73 Tabel 4.29 Unit Hidrograf........................................................................................ 75
ix Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.30 Distribusi Curah Hujan Rencana Log Pearson III ................................ 75 Tabel 4.31 Rekapitulasi Debit Puncak Berbagi Periode Ulang ............................... 76 Tabel 4.32 Perhitungan Tinggi Energi Muka Air dengan Metode Tahapan Langsung ................................................................................................ 85 Tabel 4.33 Resume Tinggi Banjir Sungai Krueng Pase dengan Debit Banjir Periode Kala Ulang Menggunakan Hec-Ras.......................................... 99 Tabel 4.34 Perbandingan Tinggi Muka Air Banjir Manual vs Hec-Ras Q100 ..........101
x Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 SiklusHidrologi .................................................................................... 8 Gambar 2.2 Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu .................................................... 25 Gambar 2.3 Asumsi Penampang Trapesium ............................................................ 27 Gambar 2.4 Penampang Trapesium ......................................................................... 27 Gambar 2.5 Sketsa Profil Aliran .............................................................................. 28 Gambar 2.6 TampilanMenu Utama HEC-RAS 4.0 ................................................. 31 Gambar 2.7 Tampilan menu geometri data ……………………………………...... 32 Gambar 2.8 Menu Cross Section Pada Geometri Data……………………………. 33 Gambar 2.9 Tampilan Data Cross Section ………………………………………... 34 Gambar 2.10 Unsteady Data dimasukkan data debit banjir hasil perhitungan HSS Nakayasu…………………………………………………………….. 34 Gambar 2.11 Unsteady Flow Data yang dimasukkan data hasil perhitungan........... 35 Gambar 2.12 Tampilan Compute Data Unsteady Flow Analysis…………………. 36 Gambar 3.1 Lokasi Penelitian .................................................................................. 37 Gambar 3.2 Diagram alur pengerjaan dan pelaksanaan Tugas Akhir...................... 40 Gambar 3.3 Prosedur perhitungan muka air banjir dengan cara HEC-RAS............. 43 Gambar 3.4 Prosedur perhitungan muka air banjir dengan cara manual ................. 44 Gambar 4.1 Grafik Curah Hujan Rencana Maksimum dan Periode Ulang ............. 58 Gambar 4.2 Grafik Intensitas Hujan.……………………………………………… 74 Gambar 4.3 Asumsi Penampang Trapesium ............................................................ 77 Gambar 4.4 Penampang Trapesium ......................................................................... 77 Gambar 4.5 Sketsa Profil Aliran .............................................................................. 80
xi Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6 Grafik Tinggi Muka Air Banjir Secara Manual ................................... 89 Gambar 4.7 Alur Sungai Krueng Pase ..................................................................... 91 Gambar 4.8 Tabel Input Data Cross section ... ....................................................... 91 Gambar 4.9 Tabel Input Debit ……… .................................................................... 92 Gambar 4.10 Eksekusi Data .....................................................................………... 93 Gambar 4.11 Gambar Simulasi Tinggi Muka Air ..........................………………. 93 Gambar 4.12 Simulasi Profil Aliran Sungai Krueng Pase .......................……….... 94 Gambar 4.13 Penampang Memanjang Maksimum Q100 Sungai Krueng Pase……. 94 Gambar 4.14 Penampang Memanjang Maksimum Q50 Sungai Krueng Pase …….. 95 Gambar 4.15 Penampang Memanjang Maksimum Q25 Sungai Krueng Pase …….. 95 Gambar 4.16 Penampang Melintang Maksimum Q100 Muara Krueng Pase …...…. 96 Gambar 4.17 Kondisi Banjir Penampang Muara Sungai Krueng Pase dengan Q100 tahun.........................................................................…. 96 Gambar 4.18 Kondisi Banjir Penampang Muara Sungai Krueng Pase dengan Q50 tahun.........................................................................…. 97 Gambar 4.19 Kondisi Banjir Penampang Muara Sungai Krueng Pase dengan Q25 tahun.........................................................................…. 98 Gambar 4.20 Grafik Tinggi Muka Air Banjir Menggunakan Hec-Ras.................. 100 Gambar 4.21 Grafik Tinggi Muka Air Banjir Secara Manual Vs Hec-Ras............ 102 Gambar 4.22 Daerah Genangan Banjir Kala Ulang 100 Tahun............................. 103
xii Universitas Sumatera Utara
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)
Akdan 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
I
= panjangbusurlingkarangaliner (m)
I
=Nomor urut data setelah diurut dari besar ke kecil
JK
= jumlah kelas
xiii Universitas Sumatera Utara
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 (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 data N
So
= tinggi muka air laut rerata
Sx
= Standard Deviasi
t
= waktu
tc
= waktu konsentrasi
(t0)
= Inlet time
(td)
= Conduit time
Tk
= periode komponen ke k
tn
= waktu pengamatan tiap jam
W
= tegangan oleh gaya berati vertical persatuan lebar (t/m)
xiv Universitas Sumatera Utara
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)
xv Universitas Sumatera Utara
