EVALUASI TINGGI TANGGUL BANJIR ROB MUARA SUNGAI BELAWAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkap isyarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
FAHRURROZIE 08 0404 161
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK Pada kawasan kota Belawan dengan adanya perubahan tata guna lahan dari daerah resapan air hujan menjadi sebuah kawasan industri , pemukiman dan pelabuhan, sehingga mengakibatkan sering terjadinya banjir normal dan banjir ROB. Untuk mencegah banjir tersebut maka diperlukan evaluasi tinggi banjir terhadap bangunan air yaitu tanggul yang dapat menahan banjir memasuki pemukiman. Untuk menentukan curah hujan rencana menggunakan empat jenis distribusi yang banyak digunakan dalam bidang hidrologi yaitu distribusi Normal, distribusi Log Normal, distribusi Log Person III dan distribusi Gumbel., kemudian diambil nilai curah hujan periode ulang 15 tahun Distribusi Gumbel untuk digunakan pada perhitungan selanjutnya. Dari analisa frekuensi curah hujan berdasarkan empat jenis distribusi dengan periode ulang 15 tahun diperoleh nilai curah hujan Distribusi Normal = 194.43 mm, Distribusi Log Normal = 215.19 mm, Distribusi Log Person III = 206.27 mm, Distribusi Gumbel = 222.41 mm. Lalu dari hasil analisa HEC RAS didapat elevasi muka air banjir sungai Belawan = 1.8m dengan mengambil debit banjir Nakayasu Q15=556.32 m3/detik. Dari analisa elevasi muka air banjir ternyata tinggi tanggul existing lebih rendah sehingga dalam kondisi banjir ROB, tanggul tidak dapat menahan air banjir. Sesuai dari elevasi muka air banjir yang didapat maka perlu dilakukan peninggian tanggul eksisting setinggi 20 cm dengan penambahan free board setinggi 20 cm. maka total tinggi tangul rencana setinggi 40 cm dari elevasi tinggi tanggul eksisting.
Kata kunci : banjir ROB, HEC-RAS, HSS Nakayasu, tanggul
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: “EVALUASI TINGGI TANGGUL BANJIR ROB MUARA SUNGAI BELAWAN ” 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 Ir. Bustamam dan Ibunda Suryani Burhan tercinta, kakak saya Nurul souvanie dan adik saya Muhammad Fahrie yang telah banyak berkorban, memberikan motivasi hidup, semangat dan nasehat.
ii
2. Bapak Ir. Terunajaya, 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. 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. Ibu Emma Patricia Bangun, ST. M.Eng dan Bapak Ivan Indrawan, ST, MT, 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. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2008, Ibnu, Harry, Donat, Coy, Boy, Berry, Imam, Agi, Aris, Muazzi, Khaidir, Mike, M. Hafiz, Siddik, Maulana, Galih, Arthur, Roemanto, Alfrendi, Sandro dan Yazid angkatan 2009, Ari, Risa, Rendra, Barly, Eky, Philip, Mudek, Tandem, Intan, Momon, Wahyu,
iii
Dikaserta teman-teman angkatan 2008 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya, terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 10. 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,
Februari 2015 Penulis,
( Fahrurrozie ) 08 0404 161
iv
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK.................................................................................................................... i KATA PENGANTAR .................................................................................................. ii DAFTAR ISI................................................................................................................. v DAFTAR TABEL......................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... ix DAFTAR NOTASI....................................................................................................... xi BAB I PENDAHULUAN............................................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah ........................................................................................... 2 1.3 Pembatasan Masalah .......................................................................................... 2 1.4 Tujuan ................................................................................................................ 2 1.5 Manfaat .............................................................................................................. 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 4 2.1 Hidrologi ................................................................................................................. 4 2.1.1. Curah Hujan ................................................................................................... 5 2.1.2. Distribusi Frekuensi curah Hujan................................................................... 8 2.2 Metode Perhitungan Debit Banjir ........................................................................... 16 2.2.1 Debit Rancangan Dengan Metode Rasional ................................................... 16 2.2.2 Metode Hidrograf Banjir................................................................................. 16 2.3 Hydrologic Engineering Center River Analysis System (HEC-RAS) ................... 23 2.3.1. Graphical User Interace.................................................................................. 24 2.3.2. Analisis Hidraulika......................................................................................... 24 2.3.3. Penyimpanan Data dan Manajemen Data ...................................................... 26 2.3.4. Grafik Dan Pelaporan..................................................................................... 27 2.4. Banjir ROB ........................................................................................................... 28 2.5. Pasang Surut .......................................................................................................... 29 2.6. Tanggul .................................................................................................................. 38 BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................... 43 3.1 Lokasi Penelitian..................................................................................................... 43 3.2 Metode Penelitian ................................................................................................... 45
v
3.3 Variabel yang Diamati ............................................................................................ 49 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN .................................................... 50 4.1 Analisis Hidrologi................................................................................................... 50 4.1.1 Analisa Curah Hujan Harian Maksimum............................................................. 50 4.2 Analisa Hidrologi.................................................................................................... 54 4.3 Penentuan Pola Distribusi Hujan ............................................................................ 57 4.3.1. Analisa Frekuensi Curah Hujan ..................................................................... 67 4.4 Pemilihan Jenis Distribusi ...................................................................................... 69 4.4.1. Menentukan Nilai Chi-Kuadrat...................................................................... 70 4.5 Perhitungan Debit Banjir ........................................................................................ 73 4.6 Pasang Surut ........................................................................................................... 79 4.7 Pengukuran Penampang Muara Sungai Belawan ................................................... 83 4.7 Tinggi Muka Air Banjir Sungai Belawan Dengan HEC-RAS ............................... 84 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 87 5.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 87 5.2 Saran ................................................................................................................ 87 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 88 LAMPIRAN.................................................................................................................. 89
vi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Nilai Variabel Reduksi Gauss ..................................................................9 Tabel 2.2 Nilai K untuk DIstribusi Log Normal ...................................................... 11 Tabel 2.3 Standar Deviasi (Yn) untuk Distribusi Gumbel........................................ 12 Tabel 2.4 Reduksi Variat (YTr) sebagai Fungsi Periode Ulang Gumbel.................. 13 Tabel 2.5 Reduksi Standar Deviasi (Sn) untuk Distribusi Gumbel .......................... 13 Tabel 2.6 Nilai K untuk distribusi Log Pearson....................................................... 15 Tabel 2.7 Elevasi muka air pasang dan surut ........................................................... 33 Tabel 4.1 Data Curah Hujan Harian Stasiun Pancur Batu .......................................51 Tabel 4.2 Data Curah Hujan Harian Stasiun Bulu Cina........................................... 52 Tabel 4.3 Data Curah Hujan Harian Stasiun Belawan.............................................53 Tabel 4.4 Curah Hujan Kawasan Areal Tiap Stasiun DAS Sungai Belawan ..........55 Tabel 4.5 Curah Hujan Harian Maksimum Rata Rata DAS Sungai Belawan ......... 56 Tabel 4.6 Rangking Curah Hujan Harian Maksimum Rata Rata DAS Sungai Belawan.................................................................................................................... 56 Tabel 4.7 Curah Hujan DAS Sungai Belawan Dengan Distribusi Normal.............. 58 Tabel 4.8 Curah Hujan Kala Ulang Dengan Distribusi Normal .............................. 58 Tabel 4.9 Analisa Curah Hujan DAS Sungai Belawan Dengan Distribusi Log Normal .................................................................................................................................. 59 Tabel 4.10 Curah Hujan Kala Ulang Dengan Distribusi Log Normal ..................... 60
vii
Tabel 4.11 Analisa Curah Hujan DAS Sungai Belawan Dengan Distribusi Log Pearson III ................................................................................................................ 62 Tabel 4.12 Curah Hujan Kala Ulang Dengan Distribusi Log Pearson III ...............63 Tabel 4.13 Analisa Curah hujan DAS Sungai Belawan Dengan Distribusi Gumbel ..................................................................................................................................65 Tabel 4.14 Curah Hujan Kala Ulang Dengan Distribusi Gumbeln.......................... 66 Tabel 4.15 Analisa Frekuensi Curah Hujan ............................................................. 68 Tabel 4.16 Uji Parameter Statistik untuk Menentukan Jenis Sebaran ..................... 70 Tabel 4.17 Perhitungan Metode Chi-Kuadrat .......................................................... 72 Tabel 4.18 Resume Distribusi Curah Hujan Kala Ulang DAS Sungai Belawan ..... 73 Tabel 4.19 Distribusi Curah Hujan .......................................................................... 75 Tabel 4.20 Perhitungan Unit Hidrograf Debit Banjir............................................... 76 Tabel 4.21 Debit Banjir Kala Ulang DAS Sungai Belawan Dengan Metode Nakayasu Gumbel..................................................................................................................... 78 Tabel 4.22 HAsil Pengamatan Pasang surut di S. Belawan 15 Juli 2014- 29Juli 2014 .................................................................................................................................. 79 Tabel 4.23 Elevasi Muka Air pasang di Sungai Belawan ........................................ 82 Tabel 4.24 Resume Tinggi Banjir ROB DAS Sungai BElawan dengan Debit Banjir Periode Kala Ulang ..................................................................................................86
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Siklus Hidrologi ................................................................................... 4 Gambar 2.2 Polygon Thiessen pada DAS................................................................ 6 Gambar 2.3 Peta Isohyet .......................................................................................... 7 Gambar 2.4 Hidrograf Satuan SIntetik Nakayasu.................................................... 21 Gambar 2.5 Tampilan HEC-RAS 4.0 ...................................................................... 27 Gambar 2.6 Perubahan Jarak Dari Bulan Ke Bumi ................................................. 31 Gambar 2.7 Inklinasi Orbit Bulan Terhadap Orbit Bumi ........................................ 33 Gambar 2.8 Pelischaal (Rambu Pengamatan Pasang Surut) di 2 lokasi .................. 34 Gambar 2.9 Pengikatan (levelling) peilschaal ......................................................... 35 Gambar 2.10 Pekerjaan Pengikatan (levelling) pelischaal menggunakan Zeiss ni-2 Waterpass ................................................................................................................. 36 Gambar 2.11 Bagan Alir Perhitungan Dan Peramalan Perilaku PAsang Surut Laut 61 Gambar 3.1 Peta TAnggul Eksisting pada Muara Sungai Belawan ........................43 Gambar 3.2 Tanggul Eksisting yang Dijadikan Kedai.............................................44 Gambar 3.3 Tanggul Eksisting yang Menjadi Bagian Dari Beberapa Rumah Warga ..................................................................................................................................44 Gambar 3.4 Tanggul Eksisting yang Dijadikan Tempat Pembuangan Sampah ......45 Gambar 3.5 Tahapan Penelitian Tugas Akhir ..........................................................46 Gambar 4.1 Polygon Thiesen DAS Sungai Belawan...............................................55 Gambar 4.2 Pasang Surut Muara Sungai Belawan ..................................................81
ix
Gambar 4.3 Penampang Muara Sungai Belawan.....................................................83 Gambar 4.4 Kondisi BAnjir Muara Sungai Belawan dengan Q15 tahun ................84 Gambar 4.5 Kondisi BAnjir Muara Sungai Belawan dengan Q15 tahun ................81
x
DAFTAR NOTASI
An
= luas daerah pengaruh pos penakar hujan (km2)
A
= luas total DAS (km2)
A
= Luas daerah aliran (km2)
B
= lebar sungai normal
Cs
= Koefisien kemencengan
C
= Koefisien pengaliran,
C
= koefisien Chezy
C
= kohesi
d
= tinggi curah hujan rata-rata
dn
= hujan pada pos penakar hujan (mm)
f
= sudut antara setiap garis tengah irisan
f
= sudut geser dalam
f
= Faktor konversi = 0,278
H
= kedalaman air rata-rata
I
= Intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam)
I
= kemiringan permukaan air sungai
I
= panjang busur lingkaran galiner (m)
K
= Variabel reduksi
Log X = Harga rata – rata dari data q
= tegangan kompresive vertical
Q
= Debit
SF
= factor keamanan (safety factor)
Sx
= Standard Deviasi
Sn
= Reduced standard deviation sebagai fungsi dari banyak data N
t
= tegangan geser persatuan luas (t/m2)
W
= tegangan oleh gaya berat irisan vertical persatuan lebar (t/m)
XT
= Variate yang diekstrapolasikan, yaitu besarnya curah hujan rencana untuk
xi
periode ulang T tahun. X
= Harga rata–rata
YT
= Reduced variate sebagai fungsi dari periode ulang T
Yn
= Reduced mean sebagai fungsi dari banyak data (N)
xii
