BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sungai dan Daerah Aliran Sungai (DAS) Siklus hidrologi adalah pergerakan air di bumi berupa cair dan padat baik proses di atmosfer, tanah dan badan-badan air yang tidak terputus melalui proses kondensasi, presipitasi, evaporasi dan transpirasi (Achmad, 2011). Hasil dari proses siklus hidrologi adalah hujan.

Gambar 2.1 Siklus Hidrologi Sumber : Viessman et. al., 1989

Sebagian air hujan yang mengalir di atas permukaan bumi akan menuju ke tempat – tempat yang lebih rendah karena pengaruh gravitasi, seperti sungai yang terbentuk secara alamiah yang berfungsi sebagai saluran pembuangan yang menampung volume air yang akan dialirkan ke danau atau laut. Sungai yang bermuara di danau atau pantai laut terdiri dari beberapa cabang sungai. Jika memiliki cabang lebih dari dua, maka sungai yang dikatakan sungai utama adalah panjang dan volume airnya lebih besar. Salah satu faktor yang mengakibatkan luapan adalah air hujan yang turun di atas permukaan tanah akan mengalir kembali ke laut melalui berbagai macam cara.

4

Secara kasar cara-cara tersebut dapat dibagi sebagai berikut : -

Disaat hujan turun, air hujan mengalir sepanjang permukaan tanah dan masuk ke sungai. Apabila hujannya deras, maka air yang masuk ke sungai berlebihan dan terjadilah banjir.

-

Sebagian air hujan meresap ke dalam tanah menjadi air tanah atau air pori tanah dan secara lambat mengalir kembali ke sungai pada waktu debit sungai mengecil, sehingga menambah debit sungai atau mengalir dalam bentuk air tanah langsung ke laut (limpasan dan aliran air tanah).

-

Air kembali ke atmosfir dalam bentuk evaporasi atau transpirasi melalui tanaman (evaporasi dan transpirasi).

Proporsi jumlah air yang mengalir dari masing-masing cara sangat berlainan tergantung dari karakteristik hujannya atau sifat-sifat daerah pengaliran. Kegiatan analisa yang menangani perilaku gerakan air baik melalui sungai maupun daerah pengaliran disebut analisa sirkulasi air daerah pengaliran. Sungai adalah jalur aliran air di atas permukaan bumi yang di samping mengalirkan air juga mengangkut sedimen terkandung dalam air sungai tersebut. Sebuah sungai dari hulu sampai ke muaranya secara umum dapat dibagi menjadi empat bagian yang masing-masing memiliki sifat yang berbeda antara satu bagian dengan yang lainnya (Mulyanto, 2010) yaitu bagian hulu, bagian alluvial, bagian yang terpengaruh oleh pasang surut/tidal reach, dan muara sungai/kuala/sungapan atau estuary. a.) Sungai Bagian Hulu -

Sungai jeram/torrential river Pada bagian hulu sungai, tanah dasarnya secara terus-menerus mengalami degradasi (penggerusan) sepanjang masa eksistensinya dan terbentuklah lembah-lembah sungai. Volume sedimen yang sangat besar yang dihasilkan dari keruntuhan tebing-tebing sungai di daerah pegunungan dan tertimbun di dasar sungai tersebut, terangkut ke hilir oleh aliran sungai. Karena di daerah pegunungan kemiringan sungainya curam, gaya tarik aliran airnya cukup besar. Setelah aliran sungai mencapai dataran yaitu pada bagian hilir sungai, maka gaya tariknya sangat menurun. Karena itu ukuran butiran sedimen yang

5

mengendap di hulu sungai lebih besar dari pada di hilir sungai. Hal ini berpengaruh pada morfologi sungai yang terdiri dari luas dan bentuk daerah pengaliran serta kemiringannya yang sangat landai hampir mendekati 0. -

Sungai Jalin/braided river Pada saat terjadi aliran yang besar akan menimbulkan kapasitas transpor sedimen yang bear. Karena dasar aliran masih cukup keras, dan kecepatan aliran sudah menurun, penggerusan akan terjadi ke arah horizontal pada lapisan permukaan lahan yang sudah mulai melapuk. Alur sungai menjadi sangat lebar dengan kedalaman aliran yang relatif dangkal.

b.) Bagian sungai Alluvial Bagian ini akan terjadi perubahan kemiringan dasar sungai/bed slope dari curam menjadi lebih landai. Kecepatan aliran akan menjadi lebih kecil akibat : -

Pada saat terjadi aliran dengan debit besar Sedimen dengan besar butiran yang cukup kasar akan mengendap dan menaikkan elevasi dasar sungai, sedangkan material yang lebih lembut yang masih dapat terangkut akan diteruskan ke hilir. Dasar sungai lama-kelamaan akan meninggi oleh proses pengndapan ini, sehingga akan sering terjadi peluapan air ke atas bantaran, dengan membawa sedimen. Pada saat air surut kembali kedalam alur, sebagian sedimen akan ditinggalkan di atas bantaran, membuatnya bertambah tinggi dan luas, membentuk dataran alluvial. Lama-kelamaan alur sungai pada bagian ini akan mengalir di atas dataran alluvial yang makin luas, yang dibentuk sendiri oleh sungai, sehingga bagian sungai ini disebut bagian sungai alluvial.

-

Pada saat terjadi debit aliran kecil Fluktuasi debit pada bagian sungai alluvial tidak berlangsung cepat. Hidrograf aliran di sini akan berbentuk lebih landai. Berkurangnya debit, akan terjadi pengendapan dari sebagian angkutan sedimen.

6

Pengendapan ini akan memperdangkal dan memperkecil penampang aliran sungai c.) Bagian sungai pasang Bagian sungai pasang surut ini terbagi menjadi dua ruas: -

Ruas bagian hulu yang langsung berbatasan dengan bagian sungai alluvial. Pengaruh pasang surut di sini berupa pengembangan terhadap debit dari hulu, pada saat terjadi air pasang di hilir, sehingga terjadi kenaikan tinggi muka air, yang kemudian akan menyurut kembali pada saat air pasang telah surut, dengan demikian terjadi fluktuasi elevasi permukaan air oleh pengaruh pasang surut, tetapi air asin tidak menyusup sampai memasuki ruas ini.

-

Ruas bagian hilir yang langsung dipengaruhi oleh pasang surut air laut. Air asin akan menyusup naik memasuki ruas ini pada saat terjadi air pasang.

d.) Muara/kuala sungai/sungapan (Jawa) atau Estuary Muara sungai adalah pertemuan antara laut dan sungai dan menjadi batas lingkungan/environment air asin dan air tawar. Dalam muara sering akan terjadi perubahan kecepatan aliran air. Pada saat aliran air memasuki muara akan terjadi perubahan/transisi kecepatan aliran yang artinya dari kecepatan aliran tertentu dari hulu ke kecepatan yang mendekati nol dalam laut, sehingga terjadi peredaman energi di dalamnya. Terjadilah pengendapan yang sangat besar dalam muara sehingga alur menjadi sangat dangkal. Untuk mampu melewatkan debit besar yang datang dari hulu, alur dangkal ini akan menjadi sangat melebar. Beberapa fungsi sungai antara lain (Maryono, 2008) : - Fungsi

sungai

sebagai

saluran

Eko-Drainase

(Drainase

Ramah

Lingkungan) Konsep alamiah eko-drainase adalah bagaimana membuang air kelebihan selambat-lambatnya

ke

sungai.

Sehingga

sungai-sungai

alamiah

mempunyai bentuk yang tidak teratur, bermeander dengan berbagai terjunan alamiah, belokan, dan lain-lain. Bentuk-bentuk ini pada hakekatnya berfungsi untuk menahan air supaya tidak dengan cepat

7

mengalir ke hilir serta menahan sedimen. Di samping itu juga dalam rangka memecah/menurunkan energi air tersebut. Maryono (2001) mengusulkan

konsep

Eko-Drainase

adalah

suatu

usaha

membuang/mengalirkan air kelebihan ke sungai dengan waktu seoptimal mungkin sehingga tidak menyebabkan terjadinya masalah kesehatan dan banjir di sungai yang terkait (akibat kenaikan debit puncak dan pemendekan waktu mencapai debit puncak). - Fungsi sebagai saluran irigasi Dalam perencanaan bangunan irigasi teknis, sungai yang ada dapat dipakai

sebagai

saluran

irigasi

teknis,

jika

dari

segi

teknis

memungkinkan. - Fungsi ekologi Sungai dan bantarannya biasanya merupakan habitat yang kaya akan flora dan fauna sekaligus sebgai barometer kondisi ekologi daerah tersebut. Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah daerah yang dibatasi punggung-punggung gunung dimana air hujan yang jatuh pada daerah tersebut akan ditampung oleh punggung gunung tersebut dan akan dilalirkan melalui sungai-sungai kecil ke sungai utama (Asdak, 1995). Pengelolaan sumber daya air DAS dan perencanaan tata guna lahan secara teknis (rekayasa) membutuhkan banyak hal yang sangat kompleks. Proses-proses fisik yang menentukan respon DAS meliputi (Kinori dan Mevorach, 1984) : -

Bentuk geometrik DAS : bentuk, lokasi, panjang sungai, kemiringan dasar, kerapatan sistem drainase.

-

Karakteristik tanah : jenis tanah, ukuran butiran, tekstur, erosivitas tanah.

-

Vegetasi : bentuk penutupan lahan, jenis vegetasi, distribusi vegetasi, intersepsi, transpiration.

-

Hidrologi dan Klimatologi : temperatur, curah hujan (tipe, durasi, waktu, frekuensi, distribusi), laju inflitrasi, perkolasi, kejadian musiman.

-

Hidrolika dan sedimentasi : debit puncak sungai, jenis aliran, kondisi tanah dasar dan tebing, ukuran butiran sedimen, aliran dasar, aliran permukaan,

8

aliran air tanah, kondisi tanah permukaan, sedimentasi lahan dari hasil erosi DAS, transpor sedimen, pengaruh pasang laut. -

Geologi : struktur, fraktur, batuan dasar, jenis material tanah atau lapukan batuan.

-

Tata guna lahan: pengembangan, aktifitas, penggundulan hutan, perubahan tata guna lahan.

2.2 Hidrologi DAS Tujuan

dilakukannya

analisis

hidrologi

adalah

untuk

mengenali

karakteristik hidrologi di DAS dan menganalisis perubahan parameter biofisik DAS

terhadap

aliran

permukaan.

Perhitungan

analisis

hidrologi

akan

menghasilkan curah hujan dan debit banjir rencana periode ulang tertentu yang berpengaruh besar terhadap besarnya debit maksimum maupun kestabilan konstruksi yang akan dibangun. Langkah-langkah dalam analisis hidrologi antara lain : a. Menentukan Daerah Aliran Sungai (DAS) beserta luasnya. b. Menentukan luas pengaruh daerah stasiun-stasiun penakar hujan sungai. c. Menentukan curah hujan maksimum tiap tahunnya dari data curah hujan yang ada. d. Menganalisis curah hujan rencana dengan periode ulang T tahun. e. Menghitung debit banjir rencana berdasarkan besarnya curah hujan rencana di atas pada periode ulang T tahun. Dibutuhkan beberapa data hidrologi untuk mendukung analisis hidrologi, antara lain : 2.2.1

Analisis Curah Hujan Menganalisa kondisi hidrologi sungai dibutuhkan data curah hujan dari

stasiun pengamatan terdekat di sekitarnya. Perhitungan curah hujan ada tiga cara, atara lain : 1.) Cara rata-rata aljabar Cara ini dilakukan dengan pos-pos penakarnya ditempatkan secara merata di areal tersebut, dan hasil penakaran masing-masing pos penakar tidak

9

menyimpang jauh dari nilai rata-rata seluruh pos di seluruh areal. Rumus yang digunakan adalah : R = 1/n (R1 + R2 + ... + Rn )

(2.1)

Keterangan : R = Curah hujan rata-rata daerah (mm) n = jumlah titik-titik (pos-pos) pengamat R1, R2, ..., Rn = curah hujan di tiap titik pengamatan

Gambar 2.2 Perhitungan dengan cara aljabar 2.) Cara poligon Thiessen Cara ini berdasarkan rata-rata timbang. Masing-masing penakar mempunyai daerah pengaruh yang dibentuk dengan menggambarkan garis-garis sumbu tegak lurus terhadap garis penghubung di antara dua buah pos penakar. Stasiun pengamatan minimal tiga stasiun dan penambahan stasiun akan merubah seluruh jaringan. 𝐴 𝑅 + 𝐴 𝑅2 +⋯+ 𝐴𝑛 𝑅𝑛 𝑅̅ = 1 𝐴1 + 𝐴2 +⋯+ 𝐴 1

2

𝑛

𝑅̅

= Curah hujan maksimum rata-rata (mm)

R1, R2, ..., Rn

= curah hujan pada stasiun 1, 2, ..., n (mm)

A1, A2, ..., Rn

= Luas daerah pada poligon 1, 2, ..., n (km2)

(2.2)

Gambar 2.3 Perhitungan dengan cara thiessen

10

3.) Cara Isohyet Cara ini, digambar dulu kontur tinggi hujan yang sama (isohyet). Cara ini juga memerlukan jaringan pos penakar yang relatif padat yang memumngkinkan untuk membuat isohyet. 𝑅̅ =

𝑅1 +𝑅2 𝑅 +𝑅 𝑅 +𝑅 𝐴1 2 3 𝐴2 +⋯+ 𝑛 𝑛−1 𝐴𝑛 2 2 2

𝐴1 +𝐴2 +⋯+𝐴𝑛

(2.3)

Keterangan : 𝑅̅

= Curah hujan maksimum rata-rata (mm)

R1, R2, ..., Rn

= curah hujan pada stasiun 1, 2, ..., n (mm)

A1, A2, ..., Rn

= Luas bagian yang dibatasi oleh isohyet-isohyet (km2)

Gambar 2.4 Perhitungan dengan cara isohyet Cara memilih metode pendekatan Hujan Rata-rata Daerah adalah sebagai berikut (Anonim, 2012):  Berdasarkan jaring-jaring pos hujan



-

Jumlah pos hujan cukup : Metode isohyet, Thiessen, Rata-rata Aritmatik.

-

Jumlah pos hujan terbatas : Metode Thiessen, Rata-rata Aritmatik.

-

Pos hujan tunggal : Metode hujan titik.

Berdasarkan luas DPS -

DPS besar (> 5000 km2) : Metode Isohyet

-

DPS sedang (500 – 5000 km2) : Metode Thiessen

-

DPS kecil (<5000 km2) : Metode rata-rata Aritmatik

 Berdasarkan Topografi DPS -

Berbukit dan tidak beraturan : Metode Isohyet

-

Dataran : Metode Thiessen, rata-rata Aritmatik

Curah hujan rencana adalah curah hujan terbesar yang mungkin terjadi pada suatu daerah tertentu pada periode ulang tertentu, yang dipakai sebagai dasar

11

perhitungan dalam perencanaan suatu dimensi bangunan air. Dalam menganalisa curah hujan rencana, ada beberapa teori yang digunakan antara lain : 1.) Distribusi Log-Person Tipe III Parameter statistik yang digunakan pada distribusi ini adalah harga ratarata, standard deviasi, dan koefisien kepencengan. Untuk menghitung banjir rencana dalam praktek, The Hydrology Comitte of the Water Resources Council, USA, menganjurkan pertama kali mentransformasi data ke nilai-nilai logaritmanya, kemudian menghitung parameterparameter statistiknya. Secara garis besar langkah-langkahnya adalah sebagai berikut (Soemarto, 1995) : a. Ubahlah data banjir tahunan sebanyak n buah tersebut ke dalam harga logaritmanya (X1, X2,...Xn menjadi log X1, log X2,...log Xn) b. Hitung harga rata-ratanya dengan rumus : Log X =

∑𝑛 𝑖=1 𝐿𝑜𝑔 𝑋𝑖 𝑛

(2.4)

c. Hitung harga simpangan baku dengan rumus : S=(

2 ∑𝑛 𝑖=1(log 𝑋𝑖−log 𝑋) 1/2 ) 𝑛−1

(2.5)

d. Hitung koefisien kepencengan dengan rumus : G=(

3 𝑛 ∑𝑛 𝑖=1(log 𝑋𝑖−log 𝑋) 1/2 ) (𝑛−1)(𝑛−2)𝑠3

(2.6)

e. Hitung logaritma hujan atau banjir dengan periode ulang T menggunakan rumus : Log Xt = log X + K . s

(2.7)

Keterangan : Xt

= Curah hujan dengan periode ulang tahun

Log x

= Rata-rata log curah hujan harian maksimum

G

= Faktor penyimpangan

Cs

= Koefisien penyimpangan

S

= Simpangan baku

12

Tabel 2.1 Harga K untuk Distribusi Log Pearson III

Sumber : Soemarto, 1987

2.) Distribusi Gumbel Untuk menghitung curah hujan rencana dengan metode distibusi Gumbel digunakan persamaan distribusi frekuensi empiris sebagai berikut (Soemarto, 1999) : 𝑆

XT = 𝑋̅ + 𝑆 (YT – Yn) 𝑛

(2.8)

13

∑(𝑋𝑖− 𝑋̅)2

S=√

𝑛−1

(2.9)

Hubungan antara periode ulang T dengan YT dapat dihitung dengan rumus : Untuk T ≥ 20, maka Y = ln T YT = -ln (-ln

𝑇−1 𝑇

)

(2.10)

Keterangan : XT = Nilai hujan rencana dengan data ukur T tahun (mm) 𝑋̅ = Nilai rata-rata hujan (mm) S = Deviasi standar (simpangan baku) YT =Niali reduksi variat (reduced variate) dari variabel yang diharapkan terjadi pada periode ulang T tahun Yn = Niali rata-rata dari reduksi variat (reduce mean) nilainya tergantung dari jumalah data (n) Sn = Deviasi standar dari reduksi variant (reduced standart deviation) nilainya tergantung dari jumlah data (n) Tabel 2.2 Reduced Mean Yn

Sumber : Soemarto, 1987

14

Tabel 2.3 Reduced Standard Deviation Sn

Sumber : Soemarto, 1987)

Tabel 2.4 Reduced Variate YT Periode

Reduced

Ulang (Tahun)

Variate

2

0,3665

5

1.4999

10

2.2502

20

2.9606

25

3.1985

50

3.9019

100

4.6001

200

5.2960

500

6.2140

1000

6.9190

5000

8.5390

10000

9.9210

Sumber : Soemarto, 1987

3.) Distribusi Log Normal Jika variabel Y = log X terdistribusi secara normal, maka X dikatakan mengikuti distribusi Log Normal. PDF untuk distribusi Log Normal dapat dituliskan dalam bentuk rata-rata dan simpangan bakunya, sebagai berikut : 1

P(X) = 𝑋𝜎√2𝜋 exp(−

(𝑌−𝜇𝑦)2 2𝜎𝑦 2

)

X>0

(2.9)

Keterangan : P(X)

= Peluang Log Normal

X

= nilai variabel pengamatan

15

σy

= deviasi standard nilai variabel y

μy

= nilai rata-ratapopulasi y Apabila nilai P(X) digambarkan pada kertas, maka peluang

logaritnik akan merupakan persamaan garis lurus, sehingga dapat dinyatakan sebagai model matematik dengan persamaan : YT = μ + KTσ

(2.10)

Yang dapat didekati dengan YT = Y + KT S KT =

(2.11)

YT − Y

(2.12)

𝑆

Keterangan : YT

= perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang Ttahunan

Y

= nilai rata-rata hitung variat

S

= deviasi standard nilai variat

KT

= faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang dan tipe modal matematik distribusi peluang yang digunakan untuk analisis peluang.

Setelah pemilihan jenis distribusi dilakukan maka langkah selanjutnya yaitu mencari debit banjir rencana. Tabel 2.5 Standard Variabel Kt T (tahun)

Kt

T (tahun)

Kt

T (tahun)

Kt

1

-1,86

20

1,89

90

3,34

2

-0,22

25

2,10

100

3,45

3

0,17

30

2,27

110

3,53

4

0,44

35

2,41

120

3,62

5

0,64

40

2,54

130

3,70

6

0,81

45

2,65

140

3,77

7

0,95

50

2,75

150

3,84

8

1,06

55

2,86

160

3,91

9

1,17

60

2,93

170

3,97

10

1,26

65

3,02

180

4,03

11

1,35

70

3,08

190

4,09

16

12

1,43

75

3,60

200

4,14

13

1,50

80

3,21

221

4,24

14

1,57

85

3,28

240

4,33

15

1,63

90

3,33

260

4,42

Sumber : Soewarno, 1995

Tabel 2.6 Syarat pemilihan distribusi frekuensi. Jenis Sebaran

Kriteria

Log Normal

Cs = 3 Cv + Cv3 Cv ≈ 0,06

Log Pearson Type III

Cs ≠ 0 Cv ≈ 0,3 Cs = 1,14

Gumbel

Ck = 5,4 Sumber : CD Soemarto, 1999

2.2.2

Uji Keselarasan Distribusi Untuk menjamin bahwa pendekatan empiris benar-benar bisa diwakili oleh

kurva teoristis, perlu dilakukan uji kesesuaian distribusi, yang biasa dikenal sebagai testing of goodness of fit. Ada dua jenis uji keselarasan yaitu uji keselarasan chi square dan Smirnov Kolmogorof. Pada tes ini biasanya yang diamati adalah hasil perhitungan yang diharapkan. A. Uji Keselarasan Chi Square Prinsip pengujian dengan metode ini didasarkan pada jumlah pengamatan yang diharapkan pada pembagian kelas, dan ditentukan terhadap jumlah data pengamatan yang terbaca di dalam kelas tersebut, atau dengan membandingkan nilai chi square (X2) dengan nilai chi square kritis (X2cr). Uji keselarasan chi square menggunakan rumus (Soewarno,1995): X2 = ∑𝑁 𝑖=1

(𝑂𝑖−𝐸𝑖)2 𝐸𝑖

(2.13)

Keterangan : X2 = Harga chi square terhitung Oi = Jumlah nilai pengamatan pada sub kelompok ke-i Ei = Jumlah nilai teoritis pada sub kelompok ke-i

17

N = Jumlah data Suatu distrisbusi dikatakan selaras jika nilai X2 hitung < X2 kritis. Dari hasil pengamatan yang didapat dicari penyimpangannya dengan chi square kritis paling kecil. Untuk suatu nilai nyata tertentu (level of significant) yang sering diambil adalah 5 %. Derajat kebebasan ini secara umum dihitung dengan rumus sebagai berikut (Soewarno,1995) : Dk = K – (P + 1)

(2.14)

Keterangan : Dk = Derajat kebebasan P = Nilai untuk distribusi Metode Gumbel, P = 1 Adapun kriteria penilaian hasilnya adalah sebagai berikut : 

Apabila peluang lebih dari 5% maka persamaan dirtibusi teoritis yang digunakan dapat diterima.



Apabila peluang lebih kecil dari 1% maka persamaan distribusi teoritis yang digunakan dapat diterima.



Apabila peluang lebih kecil dari 1%-5%, maka tidak mungkin mengambil keputusan, perlu penambahan data.

B. Uji Smirnov-Kolmogorof Uji keselarasan Smirnov-Kolmogorof, sering juga disebut uji keselarasan non parametrik (non parametrik test), karena pengujiannya tidak menggunakan fungsi distribusi tertentu. Prosedurnya adalah sebagai berikut ; Rumus yang dipakai : 𝛼=

𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑃(𝑥)

-

𝑃(𝑥)

(2.15)

∆𝐶𝑟

Tabel 2.7 Nilai Delta Kritis untuk Uji Keselarasan Smirnov-Kolmogorof α derajat kepercayaan

Jumlah data 0,20

0,10

0,05

0,01

5

0,45

0,51

0,56

0,67

10

0,32

0,37

0,41

0,49

15

0,27

0,30

0,34

0,40

20

0,23

0,26

0,29

0,36

25 0,21 Sumber : Soewarno, 1995

0,24

0,27

0,32

18

Tabel 2.8 Nilai Delta Kritis untuk Uji Keselarasan Smirnov-Kolmogorof (lanjutan) 30

0,19

0,22

0,24

0,29

35

0,18

0,20

0,23

0,27

40

0,17

0,19

0,21

0,25

45

0,16

0,18

0,20

0,24

50

0,15

0,17

0,19

0,23

1,22/n

1,36/n

1,63/n

n 50 1,07/n Sumber : Soewarno, 1995

2.2.3

Analisis Debit Banjir Rencana Debit banjir rencana adalah debit maksimum yang mungkin terjadi pada

suatu daerah dengan peluang kejadian tertentu. Dari hasil perhitungan curah hujan rata-rata maksimum perlu ditentukan kemungkinan terulangnya curah hujan harian maksimum guna menentukan debit banjir rencana. Besarnya debit yang direncanakan akan mengalir pada suatu penampang sungai berkaitan dengan kebutuhan bangunan sungai. Salah satu persamaan dasar analisis debit banjir rencana adalah Persamaan Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu. Qp =

𝑐 .𝐴 .𝑅𝑜 3,6 .(0,3𝑇𝑝+𝑇0,3)

(2.13)

Keterangan : c

= Koefisien pengaliran

A

= Luas daerah pengaliran (km2)

Ro

= Curah hujan satuan

Qp

= Debit banjir rencana

Tp

= Tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak banjir (jam).

T0,3

= Waktu yang diperlukan pada penurunan debit puncak sampai menjadi 30% dari debit puncak.

2.3 Banjir dan Pengendalian Banjir Banjir adalah suatu keadaan sungai dimana aliran sungai tidak tertampung oleh palung sungai, sehingga terjadi limpasan dan atau genangan pada lahan yang semestinya kering (Aryadi, 2011). Penyebab serta prioritasnya banjir dan genangan yang terjadi di suatu lokasi antara lain (Kodoatie dan Roestam, 2005) : 19

Tabel 2.9 Penyebab Banjir dan Prioritasnya No.

Penyebab Banjir

Penyebab oleh Alasan Mengapa Prioritas

alam atau aktifitas manusia

Debit Puncak naik dari 5 sampai 35 kali karena air yang 1.

Perubahan tata

meresap ke dalam tanah sedikit mengakibatkan aliran air

guna lahan

permukaan (run off) menjadi besar dan terjadi erosi yang

Manusia

berakibat sedimentasi. 2.

3.

Sampah

Erosi dan Sedimentasi

Kawasan kumuh 4.

di sepanjang sungai/drainase

Sungai atau drainase tersumbat dan jika air melimpah keluar karena daya tampung saluran berkurang .

Manusia

Akibat perubahan tata guna lahan, terjadi erosi yang berakibat sedimentasi masuk ke sungai sehingga daya

Manusia dan alam

tampung sungai berkurang. Dapat merupakan penghambat aliran, maupun daya tampung sungai. Masalah kawasan kumuh dikenal sebagai faktor penting terhadap masalah banjir di

Manusia

perkotaan. Sistem pengendalian banjir memang dapat mengurangi kerusakan akibat banjir kecil sampai sedang, tapi

5.

Perencanaan

mungkin dapat menambah kerusakan selama banjir yang

sistem

besar. Misal: bangunan tanggul sungai yang tinggi.

pengendalian

Limpasan pada tanggul waktu banjir melebihi banjir

banjir tidak tepat

rencana menyebabkan keruntuhan tanggul, kecepatan air

Manusia

sangat besar, yang melalui bobolnya tanggul sehingga menimbulkan banjir yang besar. Pada musim penghujan, curah hujan yang tinggi akan mengakibatkan banjir di sungai dan bilamana melebihi 6.

Curah hujan

tebing sungai maka akan timbul banjir atau genangan termasuk bobolnya tanggul. Data curah hujan

Alam

menunjukkan maksimum kenaikan debit puncak antara 2 sampai 3 kali.

20

Tabel 2.10 Penyebab Banjir dan Prioritasnya (lanjutan) Fisiografi atau geografi fisik sungai seperti bentuk,

7.

Pengaruh fisiografi

fungsi dan kemiringan DAS, kemiringan sungai, geometrik hidrolik (bentuk penampang seperti lebar,

Alam dan manusia

kedalaman, potongan memanjang, material dasar sungai), lokasi sungai, dll. Pengurangan kapasitas aliran banjir pada sungai dapat disebabkan oleh pengendapan berasal dari erosi DAS

8.

Kapasitas sungai

dan erosi tanggul sungai yang berlebihan dan

Manusia dan alam

sedimentasi di sungai itu karena tidak adanya vegetasi penutup dan adanya penggunaan lahan yang tidak tepat. Kapasitas 9.

drainase yang tidak memadai

Karena perubahan tata guna lahan maupun berkurangnya tanaman/vegetasi serta tindakan manusia mengakibatkan pengurangan kapasitas saluran/sungai sesuai

Manusia

perencanaan yang dibuat Drainase perkotaan dan pengembangan pertanian pada

10.

Drainase Lahan

daerah bantuan banjir akan mengurangi kemampuan

Manusia

bantaran dalam menampung debit air yang tinggi

11.

Bendung dan bangunan air

Kerusakan 12.

bangunan pengendali banjir

Bendung dan bangunan lain seperti pilar jembatan dapat meningkatkan elevasi muka air banjir karena efek aliran

Manusia

balik (backwater) Pemeliharaan yang kurang memadai dari bangunan pengendali banjir sehingga menimbulkan kerusakan dan akhirnya tidak berfungsi dapat meningkatkan kuantitias

Manusia dan Alam

banjir Air Pasang memperlambat aliran sungai ke laut. Waktu

13.

Pengaruh air pasang

banjir bersamaan dengan air pasang tinggi maka tinggi genangan atau banjir menjadi besar karena terjadi aliran

Alam

balik (backwater). Hanya pada daerah pantai seperti Pantura, Jakarta dan Semarang

Sumber : Kodoatie dan Roestam

Peranan sungai akan lebih baik bila diikuti dengan perbaikan dan pengembangan sungai. Setiap sungai memiliki sifat khusus setempat, oleh karena itu petode pelaksanaan cenderung berbeda. Metode yang diterapkan di hulu

21

sungai tidak akan sama dengan metode yang diterapkan di bagian hilirnya. Perencanaan persungaian dapat dibedakan dalam beberapa jenis antara lain (Sosrodarsono, 1985): a. Perencanaan perbaikan b. Perencanaan pemanfaatan air sungai c. Perencanaan pengembangan ilayah sungai d. Perencanaan perbaikan dan pelestarian lingkungan sungai e. Perencanaan lalu lintas sungai Untuk perencanaan perbaikan dan pengaturan sungai, ada beberapa hal yang perlu diketahui antara lain : -

Debit banjir rencana Debit banjir rencana pada setiap profil sungai ditetapkan setelah diadakan perhitungan statistik dari data yang tercatat disesuaikan dengan tingkat pengamanan banjir yang diinginkan.

-

Pemilihan beberapa alternatif Apabila peta alokasi debit banjir rencana sudah diperoleh, maka setiap ruas sungai ditentukan tinggi muka air, bentuk potongan memanjang dan melintang serta tinggi tanggulnya dengan memperlihatkan sungai dalam keadaan semula.

-

Bentuk Profil sungai Agar dapat diperoleh alur yang stabil, maka dalam rangka perbaikan dan pengaturan sungai supaya diusahakan pembentukan profil ganda. Kedua sisi sungai diberi bantaran agar bagian yang dilalui air hanya pada saat banjir.

-

Muara Sungai Muara sungai adalah ruas terakhir dari sebah sungai yang paling banyak masalahnya, antara lain perubahan muka air yang intensif oleh pengaruh pasang-surut muka air laut, terbentuknya gosong-gosong pasir yang dapat merintangi kelancaran arus sungai, adanya pengaruh air dan terjadinya gelombang yang besar oleh tiupan angin laut. Penetapan elevasi muka air rencana di muara sungai haruslah dengan memperhatikan hal-hal sebagai berikut :

22



Suatu elevasi muka air di muara yang disesuaikan dengan debit banjir rencana dan elevasi muka air rencana pada ruas sungai sebelah hulunya.



Elevasi muka air rencana di muara sungai haruslah dengan memperhitungkan adanya gelombang pasang, akibat gempa bumi (tsunami) dan ombak laut.

Upaya pengendalian dan perlindungan sungai sudah dimulai cukup lama dilakukan, namun belum seimbang dengan kebutuhannya. Pengendalian banjir dapat dilakukan dalam berbagai cara dengan mempertimbangkan secara keseluruhan dan mencari sistem yang optimal. Berdasarkan prinsip pemeliharaan sungai yang memerlukan pemeliharaan adalah :  Sungai yang sudah berfungsi sebagai sumber daya air yang berfungsi sosial, ekonomi dan lingkungan.  Sungai yang telah menimbulkan masalah banjir, perlu upaya dan usaha pengamatan. Beberapa cara penanganan banjir akan diuraikan sebagai berikut : 1. Normalisasi Alur Sungai dan Tanggul Normalisasi sungai merupakan usaha untuk memperbesar kapasitas dari pengaliran sungai itu sendiri. Penanganan banjir dengan cara ini dapat dilakukan pada hampir seluruh sungai di bagian hilir. Faktor-faktor yang perlu pada cara penanganan ini adalah penggunaan penampang ganda dengan debit dominan untuk penampang bawah, perencanaan alur stabil terhadap proses erosi dan sedimentasi dasar sungai maupun erosi tebing dan elevasi muka air banjir.

2. Pembuatan Alur Pengendali Banjir (Flood Way) Pembuatan Flood way dimaksudkan untuk mengurangi debit banjir pada alur sungai lama dan mengalirkannya melalui flood way. Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam perencanaan pembuatan flood way adalah :  Sulit tidaknya dilaksanakan normalisasi sesuai dengan debit design pada alur lama yang melewati kota.

23

 Sulit tidaknya pembebasan tanah apabila dilakukan normalisasi atau flood way.  Kondisi alur lama yang berbelok-belok terlalu jauh untuk menuju ke laut sangat tidak menguntungkan dari segi hidrologis.  Terdapatnya jalur untuk alur baru yang lebih pendek menuju ke laut dengan menggunakan sungai kecil yang ada.  Tidak terganggunya pemanfaatan sumber daya air yang ada.  Besar kecilnya dampak negatif (sosial-ekonomi).

3. Pembuatan Retarding Basin Pada pembuatan retarding basin, daerah depresi sangat diperlukan untuk menampung volume air banjir yang akan datang dari hulu, untuk sementara waktu dan kemudian melepaskan kembali saat banjir surut. Daerah cekungan atau depresi yang dapat digunakan untuk kolam banjir harus memperhatikan hal-hal sebagai berikut :  Daerah cekungan yang akan digunakan sebagai daerah retensi harus merupakan

darrah

yang

tidak

efektif

pemanfaatannya

dan

produktifitasnya rendah.  Pemanfaatan retarding basin harus bermanfaat dan efektif untuk daerah yang ada di bagian hilirnya.  Daerah tersebut harus mempunyai potensi dan efektif untuk dijadikan sebagai daerah retensi.  Daerah tersebut harus mempunyai area atau volume tampungan yang besar.

4. Waduk pengendali banjir Waduk yang mempunyai faktor tampungan yang besar berpengaruh terhadap aliran air di hilir waduk. Waduk dapat merubah pola inflow-outflow hidrograf. Pengendalian banjir dengan waduk biasanya hanya dapat dilakukan pada bagian huludan biasanya diakitkan dengan pengembangan sumber daya air.

24

Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam pembangunan waduk antara lain :  Fungsi waduk untuk pengendali banjir agar mendapatkan manfaat yang lebih besar harus didesain atau dilengkapi dengan pintu pengendali banjir, sehingga penurunan debit banjir di hilir waduk akan lebih besar atau perubahan antara inflow dan outflow hidrograf yang besar.  Alokasi volume waduk untuk pengendali banjir berbanding lurus dengan penurunan outflow hidrograf banjir di hilir waduk atau dengan kata lain semakin besar volume waduk maka semakin besar pula penurunan outflow hidrograf banjir di hilir waduk.  Operasional dan pemeliharaan dari waduk yang mempunyai pintu pengendali banjir memerlukan biaya yang besar tetap akan menurunkan atau memperkecil biaya normalisasi dan pemeliharaan dari sungai di bagian hilir waduk.  Untuk menjaga keandalan pintu pen gendali banjir sebaiknya pengoperasian dari pintu pengendali banjir dilakukan secara otomatis dan dilengkapi dengan operasi secara manual (untuk keadaan darurat).  Pada waktu multi purpose perlu adanya analisa inflow-outflow hidrograf untuk mengetahui seberapa besar pengaruh waduk terhadap debit banjir di hilir waduk.  Diperlukan penelusuran banjir atau flood routing yang dimaksudkan untuk mengetahui karakteristik hidrograf outflow atau keluaran uang sangat diperlukan dalam pengendalian banjir. Namun, ada solusi yang juga perlu diperhatikan dengan menggunakan konsep pembangunan sungai ramah lingkungan. Konsep tersebut berbeda dengan konsep konvensional penanganan masalah sungai yang selama ini banyak dianut seperti pembuatan talud, dinding parapet, pembangunan tanggul, pelurusan, sudetan, relokasi sungai, pembangunan bendung tanpa fishway, dll. Konsep kesimbangan adalah upaya yang perlu dilakukan dalam penanganan sungai sehingga tidak mengganggu keseimbangan yang sudah ada. Justru keseimbangan tersebut perlu

25

dimanfaatkan dalam rangka pengembangan sekaligus konservasi (Maryono, 2003). Konsep drainase konvesnsional (lama) menekankan pada upaya membuang atau mengatuskan air kelebihan, dalam hal ini air hujan secepat-cepatnya ke sungai. Konsep ini jika ditinjau lebih jauh akan menimbulkan dampak negatif yang sangat besar. Dengan diatuskannya air kelebihan ke sungai kemudian ke laut akan menyebabkan berbagai dampak negatif diantaranya (Maryono, 2003) : f. Konservasi air di kawasan yang didrain rendah, dengan kata lain terjadi penurunan resapan air permukaan ke dalam tanah. g. Banjir di bagian hilir di musim hujan, karena akumulasi air drainase yang dibuang secepat-cepatnya ke sungai. Sedang pada musim kemarau terjadi kekeringan, karena tidak ada supali air dari air tanah ke dan dari sungai. h. Fluktuasi debit sungai dan termasuk air tanah yang terkait akan sangat tinggi pada musim hujan dan kemarau. Hal ini dapat meningkatkan kelongsoran tanah. i. Fluktuasi alamiah debit dan muka air sungai berubah, sehingga dapat mengganggu ekosistem atau ekologi sepanjang sungai. j. Muka air tanah akan cenderung turun karena infiltrasi rendah. Penurunan ini membawa akibat pada gangguan ekologi dan juga dimungkinkan terjadi penurunan muka tanah (land subsidence). Pada musim penghujan seluruh air permukaan didrain dan juga pada musim kemarau. Akibat proses ini muka air tanah turun terbentuk ruang-ruang kosong dalam struktur tanah. Ruang kosong dalam tanah ini memungkinkan terjadinya penurunan tanah diatasnya. 2.4 Hidraulika Aliran Sungai Menggunakan Program HEC-RAS HEC-RAS adalah singkatan dari Hydraulic Engineering Centre-River Analysis System). Program ini dibuat oleh Hydrologic Engineering Center (HEC) yang merupakan satu divisi dalam Institute for Water Resources (WR), di bawah US Army Corps of Engineers (USACE). HEC-RAS merupakan model satu dimensi aliran permanen maupun tak permanen (steady and unsteady one

26

dimensional flow model). Program ini memiliki empat komponen model satu dimensi, antara lain :

1. Hitungan profil muka air aliran permanen 2. Simulasi aliran tak permanen 3. Hitungan transpor sedimen 4. Hitungan kualitas air Adapun tampilan utama pada HEC-RAS adalah sebagai berikut :

Gambar 2.5 Tampilan Layar Utama HEC-RAS Sumber : Panduan HEC-RAS, 2010



Perhitungan penampang HEC-RAS (manual) Sungai biasanya mempunyai luas tampang yang berubah dan berbentuk

non prismatis. Kehilangan energi pada saluran tersebut adalah kehilangan energi karena gesekan dasar atau karena perubahan bentuk tampang. Kehilangan energi tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut: Y2 + Z2 +

𝛼2 𝑉22 2𝑔

= Y1 + Z1 +

𝛼1 𝑉12 2𝑔

+ he

(2.14)

Dimana : Y1, Y2 = tinggi tekanan (m) Z1, Z2 = tinggi tempat (m) V12/2g , V22/2g = tinggi kecepatan (m) α1 , α2 = koefisien kecepatan he = kehilangan energi (m)

27

Gambar 2.6 Persamaan rumus energi Sumber : Panduan HEC-RAS, 2010

Kehilangan tinggi energi terdiri dari 2 bagian yaitu nilai kritis dan kehilangan kuat tekan. Berikut adalah persamaan rumus kehilangan tinggi energi : 2

2

𝛼 𝑉 𝛼 𝑉 he = L𝑆̅𝑓 + C [ 2 2 − 1 1 ] 2𝑔 2𝑔

(2.15)

Keterangan : L

= panjang reach

𝑆̅𝑓

= kemiringan gesekan

C

= koefisien kehilangan ekspansi atau kontraksi

Jarak L dihitung dengan : L=

𝐿𝑙𝑜𝑏 𝑄̅𝑙𝑜𝑏 + 𝐿𝑐ℎ 𝑄̅𝑐ℎ +𝐿𝑟𝑜𝑏 𝑄̅𝑟𝑜𝑏 𝑄̅𝑙𝑜𝑏 + 𝑄̅𝑐ℎ +𝑄̅𝑟𝑜𝑏

(2.16)

Dimana : Llob, Lch, Lrob = jarak cross section untuk overbank kiri, tengah dan kanan Qlob, Qch, Qrob = debit rata-rata untuk overbank kiri, tengah dan kanan

Gambar 2.7 Jarak cross section Sumber : Panduan HEC-RAS, 2010

28

Cara Pengerjaan HEC-RAS dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir berikut. Mulai

Penyiapan tempat

Peta situasi tampang lintang, tampang memanjang, struktur hidraulik

Komputer program aplikasi

Peniruan geometri sungai/saluran

Peniruan aliran

Debit muka air

Pengukuran atau hitungan kecepatan dan kedalaman aliran Presentasi dan interpretasi hasil hitungan

Gambar 2.8 Diagram alir penggunaan Model HEC-RAS 4.1.0 

Penyiapan Tempat Langkah awal dalam simulasi aliran adalah menyiapkan tempat yang akan dipakai untuk membuat model. Pada model fisik, penyiapan tempat mencakup utamanya pembersihan tempat, penyediaan material, penyiapan peralatan sirkuit hidraulik, serta penyiapan alat ukur. Sedangkan pada model matematik, penyiapan tempat mencakup penyediaan memori serta folder tempat penyimpanan model, input, dan output.



Peniruan Geometri Geometri sungai ditirukan dengan mempertahankan ukuran sesuai dengan ukuran sungai sesungguhnya (skala 1 : 1). Data yang dibutuhkan untuk menirukan geometri ini antara lain adalah peta situasi alur sungai, gambar tampang melintang dan memanjang sungai, serta gambar-gambar bangunan atau struktur hidraulik yang ada di sepanjang alur sungai.

29



Peniruan Aliran Debit dialirkan sesuai dengan besaran sesungguhnya di prototipe (skala debit adalah 1:1).



Pengukuran atau Hitungan Kecepatan dan Kedalaman Aliran Kecepatan dan kedalaman aliran merupakan dua parameter yang ingin diketahui dan dikaji.



Presentasi dan Interpretasi Hasil Variabel aliran yang diukur atau dihitung ditampilkan dalam bentuk grafik atau tabel.

30