KAJIAN DEBIT LIMPASAN DITINJAU DARI ASPEK TATA GUNA LAHAN DI DAERAH ALIRAN SUNGAI WAMPU

KAJIAN DEBIT LIMPASAN DITINJAU DARI ASPEK TATA GUNA LAHAN DI DAERAH ALIRAN SUNGAI WAMPU Hagai Jasefri Abadi Manurung1 dan Terunajaya2

1

Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl.Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email: [email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl.Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email: [email protected]

ABSTRAK DAS Sei Wampu memiliki fungsi dan peranan yang sangat meningkat setiap tahun, baik dari segi kuantitas maupun kualitasnya. Meningkatnya laju pertumbuhan penduduk akan sejalan dengan laju perkembangan pembangunan di berbagai bidang seperti : perumahan, pertanian dan perkebunan, industri, peternakan dan perikanan, hal ini akan menyebabkan perubahan tata guna lahan dan kebutuhan air, Tuntunan kebutuhan penduduk di berbagai bidang tentunya akan mempengaruhi keseimbangan ketersediaan air, terutama diakibatkan oleh perubahan tata guna lahan di DAS Sei Wampu. Metode penelitian yang digunakan meliputi beberapa tahapan penelitian yaitu pengumpulan berupa data curah hujan, data penutupan lahan, data fisik sungai. Kemudian manganalisa data-data sekunder tersebut untuk memperoleh debit banjir DAS Wampu. Selanjutnya hasil analisa yang diperoleh dibandingkan dengan debit saluran DAS Wampu. Penelitian ini memberikan kesimpulan bahwa debit saluran DAS Wampu mampu menampung debit banjir periode ulang, itu berarti kondisi fisik DAS Wampu dalam keadaan baik. Kata kunci : debit banjir, intensitas hujan, metode rasional

ABSTRACT Sei Wampu watershed functions and roles are greatly increasing every year, both in terms of quantity and quality. The increasing rate of population growth will be in line with the pace of development in various fields such as: housing, agriculture and plantations, industries, animal husbandry and fishery, this will lead to changes in land use and water needs, guidance needs of the population in many areas will certainly affect the balance of availability water, mainly caused by changes in land use in the watershed Sei Wampu. The method used in this research includes several stages of research, namely in the form of rainfall data collection, data land cover, the physical data stream. Then analyzing secondary data to obtain flood discharge Wampu watershed. Further analysis of the results obtained were compared with the discharge channel Wampu watershed. This study concludes that the discharge channel Wampu DAS can accommodate the flood return period discharge, it means that the physical condition of watershed Wampu in good condition. Keywords: flood discharge, rainfall intensity, rational method

1. PENDAHULUAN Curahan hujan, jika tidak tercegat oleh tumbuhan atau oleh permukaan buatan seperti atap atau lantai, jatuh di bumi dan menguap, meresap atau masuk dalam simpanan pada lekuk. Bila semua yang hilang dengan cara itu sudah terpenuhi, mungkin saja ada yang berlebih yang mengalir di atas permukaan tanah ke alur sungai terdekat. Aliran pun menyatu menjadi sungai dan sungai menemukan jalannya ke laut. Bila hujan sangat lebat atau berkelanjutan, atau kedua- duanya, limpasan atau larian yang berlebihan itu menjadi besar dan alur sungai tidak dapat menerima semua air yang datang tiba- tiba itu. Alur tersebut menjadi penuh dan melampaui tepinya dan dengan demikian menimbulkan petaka kepada kegitan manusia.

DAS adalah wilayah tangkapan air hujan yang akan mengalir melalui sungai yang bersangkutan. Daerah Aliran Sungai merupakan daerah yang dimanasemua airnya mengalir ke dalam sungai yang dimaksudkan. Daerah ini umumnya dibatasi oleh topografi yang berarti ditetapkan berdasarkan aliran air permukaan. DAS Sei Wampu memiliki fungsi dan peranan yang sangat meningkat setiap tahun, baik dari segi kuantitas maupun kualitasnya, sehingga pembangunan di Daerah Aliran Sungai pertumbuhannya sangat pesat, hal ini tentunya akan sangat berpengaruh terhadap keseimbangan Sumber Daya Air di DAS Sei Wampu. Meningkatnya laju pertumbuhan penduduk akan sejalan dengan laju perkembangan pembangunan di berbagai bidang seperti : perumahan, pertanian dan perkebunan, industri, peternakan dan perikanan, hal ini akan menyebabkan perubahan tata guna lahan dan kebutuhan air. Tuntunan kebutuhan penduduk di berbagai bidang tentunya akan mempengaruhi keseimbangan ketersediaan air, terutama diakibatkan oleh perubahan tata guna lahan di DAS Sei Wampu.

1.1 Dasar Teori Hidrologi adalah ilmu yang berkaitan dengan air bumi, terjadinya, peredaran dan distribusinya, sifat-sifat kimia dan fisikanya dan reaksi dengan lingkungannya, termasuk hubungannya dengan makhluk-makhluk hidup. Siklus hidrologi merupakan proses pengaliran air dan perubahannya menjadi uap air mengembun kembali menjadi air yang berlangsung terus menerus tiada henti-hentinya. Siklus hidrologi adalah suatu rangkaian proses yang terjadi dengan air yang terdiri dari penguapan, presipitasi, infiltrasi dan pengaliran keluar (outflow).

1.1.1 Analisis Frekuensi Analisis frekuensi adalah suatu analisa data hidrologi dengan menggunakan statistika yang bertujuan untuk memprediksi suatu besaran hujan atau debit dengan masa ulang tertentu. Analisis frekuensi dapat dilakukan dengan data yang diperoleh dari data baik data hujan maupun data debit. Analisis frekuensi ini didasarkan pada sifat statistik data yang tersedia untuk memperoleh probabilitas besaran hujan (debit) di masa yang akan datang. Data hujan yang dimaksud adalah data hujan rata-rata DAS, data hujan dari masing-masing stasiun hujan.

1.1.2 Intensitas Hujan Intensitas hujan adalah jumlah hujan per satuan waktu. Intensitas hujan (mm/jam) dapat diturunkan dari data curah hujan harian (mm) empiris menggunakan metode mononobe, intensitas curah hujan (I) dalam rumus rasional dapat dihitung berdasarkan rumus : 𝑅

24 2/3

𝐼 = 24 (1) 24 𝑡 dengan R = curah hujan rancangan setempat(mm), t = lamanya curah hujan (jam), I = intensitas curah hujan (mm/jam)

1.1.3 Perhitungan Debit Banjir Metode Rasional Untuk menentukan debit aliran pada penelitian tugas akhir ini digunakan metode Rasional yang diubah. Rumus ini adalah rumus yang tertua dan yang terkenal diantara rumus- rumus empiris. Bentuk umum rasional ini adalah sebagai berikut Q = 0,00277 C *i *A dengan Q = Debit banjir maksimum (m3/detik), C = Koefisien limpasan, i selama waktu tiba dari banjir (mm/jam), A = Daerah pengaliran (Ha)

1.1.4 Koefisien Pengaliran/ Koefisien Limpasan (C)

(2) = Intensitas curah hujan rata-rata

Tabel 1. Nilai Koefisien Aliran untuk berbagai penggunaan lahan Penggunaan Lahan atau Bentuk Struktur Hutan Tropis Hutan Produksi Semak Belukar Sawah-sawah Jalan Aspal Daerah Permukiman Bangunan Padat Bangunan Terpencar Atap Rumah Jalan Tanah Lapis keras kerikil batu pecah Lapis keras beton Taman, Halaman Tanah Lapang, Tegalan Kebun, Ladang

Nilai C (%) <3 5 7 15 95 50 – 70 70 – 90 30 – 70 70 – 90 13 – 50 35 – 70 70 – 90 5 – 25 10 – 30 0 – 20

1.1.5 Perhitungan Debit Banjir Metode Haspers Metode Haspers yang digunakan untuk menghitung debit maksimum dirumuskan sebagai berikut: Qmaks = α x β x I x A dengan Qmaks = debit maksimum (m3/detik), α = koefisien pengaliran, β = koefisien reduksi, I = intensitas hujan (m3/det/km2), A= luas daerah pengaliran (km2)

(3)

1.1.6 Kapasitas Saluran Perhitungan kapasitas saluran dipengaruhi oleh kecepatan aliran dan luas penampang saluran. Q=VxA dengan Q = debit Saluran (m3/det), A = luas penampang sungai (m2), V= kecepatan aliran (m/det)

(4)

2.METODOLOGI Dalam penelitian, data merupakan hal yang memiliki peranan penting sebagai alat penelitian hipotesis pembuktian untuk mencapai tujuan penelitian.Data yang dibutuhkan pada dasarnya dibagi dalam dua kelompok yaitu data primer dan data sekunder. Data primer ini diperoleh dengan cara melakukan pengamatan/ pengukuran langsung di lapangan. Sedangkan data sekunder diperloleh dari instansi-instansi terkait atau badan-badan tertentu.

2.1 Analisis Data Data yang telah dikumpulkan kemudian diolah dalam suatu perhitungan untuk memperoleh hasil penelitian yang selanjutnya akan diambil kesimpulan dari tujuan penulisan ini. Adapun cara analisis penelitian ini adalah: 1. Menganalisa curah hujan yaitu dengan mengambil data curah hujan maksimum tiap tahun. 2. Menghitung curah hujan rata-rata dengan menggunakan metode Poligon Thiessen. 3. Menganalisa frekuensi dan probabilitas curah hujan dengan menggunakan empat jenis distribusi yang digunakan dalam bidang hidrologi yaitu Distribusi Normal, Distribusi Log Normal, Distribusi Log Person III, dan Distribusi Gumbel. 4. Menguji hasil distribusi sampel data yang dipilih dengan uji kecocokan Chi-Kuadrat dan Smirnovv-Kolmogorov dengan tujuan persamaan distribusi frekuensi sampel data yang dipilih dapat diterima atau tidak. 5. Menghitung waktu konsentrasi, waktu yang diperlukan untuk mengalirkan air dari titik yang paling jauh pada daerah aliran ke titik kontrol yang ditentukan di bagian hilir suatu saluran. 6. Menghitung luas Catchment area (A) 7. Menganalisa tata guna lahan yang ada. Selanjutnya dari tata guna lahan tersebut dapat ditentukan nilai koefisien limpasannya/ runoff coefficient (C) 8. Menganalisa debit limpasan dengan menggunakan rumus rasional. 9. Membandingkan hasil analisa dengan metode Haspers. 10.Memberikan kesimpulan dan saran

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Analisa Data Curah Hujan No 1 2 3

Stasiun Curah Hujan Kwala Bingei Bahorok Kuta Gadung Total

Tabel 2. Luasan Poligon Thiessen Luas Catchment Area (km2) (Ai) 692,931 1.745,022 1.723,381 4.161,751

Faktor Thiessen 0,1665 0,4193 0,4141 1

Tabel 3. Data Curah Hujan Tahunan Tiap Stasiun Dengan Faktor Thiessen

Koef Thiessen 1

Sta. 2

Koef Thiessen 2

Sta. 3

Tahun

Sta. 1

2002

96

0,4141

160

0,4193

85

0,1665

120,994

2003

63

0,4141

155

0,4193

74

0,1665

103,401

2004

200

0,4141

159

0,4193

70

0,1665

161,144

2005

110

0,4141

163

0,4193

76

0,1665

126,551

2006

70

0,4141

158

0,4193

122

0,1665

115,549

2007

100

0,4141

121

0,4193

77

0,1665

104,966

2008

71

0,4141

183

0,4193

98

0,1665

122,45

2009

74

0,4141

149

0,4193

120

0,1665

113,099

2010

70

0,4141

130

0,4193

86

0,1665

97,815

2011

76

0,4141

115

0,4193

60

0,1665

89,6811

Tabel 4. Curah Hujan Harian Maksimum Tahun

Curah Hujan Rata-rata Maksimum (mm)

2004

161,1437

2005

126,5509

2008

122,45

2002

120,9941

2006

115,5494

2009

113,0991

2007

104,9658

2003

103,4008

2010

97,815

2011

89,6811

3.1.1 Analisa Frekuensi

Koef Thiessen 3

Curah Hujan Rata-rata Tahunan

Tabel 5. Analisis Frekuensi Hujan DAS Wampu Tahun

Xi Max

X2

( X - 𝑿 )2

( X - 𝑿 )3

( X - 𝑿 )4

1

2004

161,1437

25967,292

2077,418

94686,007

4315665,105

2

2005

126,5509

16015,13

120,69

1325,888

14566,076

3

2008

122,45

14994,003

47,403

326,371

2247,066

4

2002

120,9941

14639,572

29,475

160,023

868,783

5

2006

115,5494

13351,664

0,000

0,000

0,000

6

2009

113,0991

12791,406

6,081

-14,994

36,974

7

2007

104,9658

11017,819

112,343

-1190,746

12620,959

8

2003

103,4008

10691,725

147,968

-1799,909

21894,458

9

2010

97,815

9567,774

315,062

-5592,359

99264,379

10

2011

89,6811

8042,7

669,976

-17341,59

448868,215

137079,086

3526,417

70558,681

4916032,015

No

Ʃ

1155,65

𝑋

115,565

3.1.2 Uji Chi Kuadrat Tabel 6. Hitungan X2Cr Ei

Oi

(Oi-Ei)2

(Oi-Ei)2/Ei

1,9103 < Xi < 1,9951

2,5

2

0,25

0,1

1,9951 < Xi < 2,0800

2,5

4

2,25

0,9

2,0800 < Xi < 2,1648

2,5

3

0,25

0,1

2,1648 < Xi < 2,2496

2,5

1

2,25

0,9

10

10

Nilai Batas Tiap Kelas

Jumlah

2

3.1.3 Uji Smirnov – Kolmogorov Tabel 7. Uji Smirnov – Kolmogorov Stasiun di DAS Wampu No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tahun

Xi Max

m

𝑷=

𝒎 (𝒏 + 𝟏)

P (X)

𝒌=

(𝑿 − 𝑿) 𝑺𝒙

P'(X)

D

2004

161,1437

1

0,090909

0,909091

2,303

0,9894

0,08

2005

126,5509

2

0,181818

0,818182

0,555

0,7105

0,108

2008

122,45

3

0,272727

0,727273

0,348

0,635

0,092

2002

120,9941

4

0,363636

0,636364

0,274

0,6083

0,028

2006

115,5494

5

0,454545

0,545455

-0,001

0,496

0,049

2009

113,0991

6

0,545455

0,454545

-0,125

0,4502

0,004

2007

104,9658

7

0,636364

0,363636

-0,535

0,2963

0,067

2003

103,4008

8

0,727273

0,272727

-0,615

0,26925

0,003

2010

97,815

9

0,818182

0,181818

-0,897

0,1867

0,005

2011

89,6811

10

0,909091

0,090909

-1,308

0,0955

0,005

Ʃ

1155,65

𝑋

115,565

Sx

19,794

3.1.4 Analisis Hujan Rancangan Tabel 8. Perhitungan Metode Log Pearson Type III

No 1 2 3 4 5

Tahun

Log Xi –Log 𝑿

Log 𝑿

(Log Xi-Log 𝑋 )2

(Log Xi-Log 𝑋 )3

Xi Max

Log Xi

2004

161,144

2,207213

2,062826

0,144387008

0,020847608

0,003010124

2005

126,551

2,102265

2,062826

0,039438914

0,001555428

6,13444E-05

2008

122,45

2,087959

2,062826

0,025132466

0,000631641

1,58747E-05

2002

120,994

2,082764

2,062826

0,01993787

0,000397519

7,92568E-06

2006

115,549

2,062768

2,062826

-5,8628E-05

3,43735E-09

-2,01528E-13

6

2009

113,099

2,053459

2,062826

-0,00936717

8,7744E-05

-8,21913E-07

7

2007

104,966

2,021048

2,062826

-0,04177850

0,001745443

-7,2922E-05

2003

103,401

2,014524

2,062826

-0,04830242

0,002333124

-0,000112696

2010

97,815

1,990405

2,062826

-0,07242086

0,005244782

-0,000379832

2011

89,6811

1,952701

2,062826

-0,11012539

0,012127603

-0,001335557

-0,05315673

0,044970895

0,00119344

8 9 10 Ʃ 𝑋

1155,65 115,565

Tabel 9 Harga-harga K (Koefisien Pearson) untuk periode ulang tertentu T 2 5 10 25 50 100

Cs 0,471 0,471 0,471 0,471 0,471 0,471

K -0,0825 0,808 1,3225 1,9095 2,3100 2,685

Tabel 4.10 Hujan Rencana Periode Ulang dengan Metode Log Pearson III T 2 5 10 25 50 100

Cs

K

0,471

-0,0825

0,471

0,808

0,471

1,3225

2,062826

0,471

1,9095

2,062826

0,471

2,31

0,471

2,685

Log Xr 2,062826 2,062826 2,062826

2,062826

Sx

Log XT

Xt

0,0706

2,057002

114,0255

0,0706

2,119871

131,7866

0,0706

2,156195

143,2831

0,0706

2,197637

157,6293

0,0706

2,225912

168,2334

0,0706

2,252387

178,8082

3.2 Menghitung Intensitas curah hujan Tabel 11. Intensitas Hujan Periode Ulang T Tahun Hujan Periode Ulang

t (Jam)

I (mm / jam)

2

24,238

4,720

5

24,238

5,455

10

24,238

5,931

25

24,238

6,525

50

24,238

6,964

100

24,238

7,401

3.3 Menganalisa Penutupan Lahan Tabel 12. Penutupan Lahan pada DAS Wampu Penutupan Lahan Awan Belukar Rawa Hutan Lahan Kering Sekunder Hutan Lahan Kering Primer Hutan Mangrove Sekunder Hutan Tanaman Perkebunan Pemukiman Pertanian Lahan Kering Pertanian Lahan kering Campur Rawa Sawah Semak/ Belukar Tambak Tanah Terbuka Tubuh Air Total DAS Wampu

Luas (Ha) 677,64 3.523,48 85.336,67 45.454,76 278,80 1.589,56 44.022,39 4.715,46 112.548,87 85.866,22 125,02 7.642,11 17.282,76 3.948,44 2.776,33 386,68 416.175,19

C 0,07 0,05 0,05 0,01 0.05 0,25 0,6 0,25 0,25 0,01 0,15 0,07 0,01 0,2 0,01

3.4 Menghitung Debit Banjir dengan Metode rasional Tabel 13. Debit Banjir Periode Ulang T Tahun Hujan Periode Ulang

t (Jam)

I (mm / jam)

C

A (Ha)

Debit Banjir m3/det

2

24,238

4,72

0,172

416.175,19

939,27

0,172

416.175,19

1.085,54

0,172

416.175,19

1.180,26

0,172

416.175,19

1.298,46

0,172

416.175,19

1.385,82

0,172

416.175,19

1.472,79

5 10 25 50 100

24,238 24,238 24,238 24,238 24,238

5,455 5,931 6,525 6,964 7,401

3.5 Menghitung Debit Banjir dengan Metode Haspers Tabel 14. Perhitungan Intensitas Curah Hujan dengan Metode Haspers T

Rt

Tc

I 3

Periode Ulang (Tahun) 2

Curah Hujan (mm)

(jam)

(m /det/km2)

114,025

26,15

1,211

5

131,786

26,15

1,400

10

143,283

26,15

1,522

25

157,629

26,15

1,674

50

168,233

26,15

1,787

100

178,808

26,15

1,899

3.6 Analisa Penampang Sungai

7,5m m 27 m

15 m 142 m Gambar 1. Penampang Melintang Sungai Wampu Hilir

Tabel 15. Perbandingan Debit Banjir dengan Debit Saluran Hujan Periode Ulang

Q Banjir (m3/s)

Q Saluran (m3/s)

2

939,27

5

1.085,54

5.177,287

10

1.180,26

5.177,287

25

1.298,46

50

1.385,82

100

1.472,79

5.177,287

5.177,287 5.177,287 5.177,287

4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 kesimpulan Dari hasil perhitungan, maka dapat disimpulkan : 1. Pola distribusi curah hujan yang tepat untuk DAS Wampu adalah distribusi Log Pearson III. 2. Hujan rencana dengan periode ulang 2, 5, 10, 25, 50, 100 tahun, berturut-turut adalah sebesar 114,02 mm; 131,78 mm; 143,28 mm; 157,62 mm; 168,23 mm; 178,80 mm. 3. Waktu konsentrasi diperlukan oleh air hujan untuk mengalir dari titik terjauh (hulu) ke tempat keluaran DAS (hilir) sebesar 24,238 jam.

4. 5. 6. 7.

Intensitas hujan dengan waktu konsentrasi dengan periode ulang 2, 5, 10, 25, 50, 100 tahun adalah sebesar 4,72 mm/jam; 5,45 mm/jam; 5,93 mm/jam; 6,52 mm/jam; 6,96 mm/jam; 7,40 mm/jam. Dari hasil penelitian diperoleh nilai koefisien limpasan (C) sebesar 0,172. Debit banjir DAS Wampu dengan periode ulang 2, 5, 10, 25, 50, 100 tahun berturut-turut adalah sebesar 939,27 m3/s; 1.085,54 m3/s; 1.180,26 m3/s; 1.298,46 m3/s; 1.385,82 m3/s; 1.472,79 m3/s. Debit saluran DAS Wampu sebesar 5.177,287 m3/s, mampu untuk menampung debit banjir periode ulang.

4.2 Saran 1. 2. 3.

Untuk mendapatkan hasil perhitungan curah hujan yang lebih akurat sebaiknya digunakan stasiun penakar hujan yang lebih banyak. Dalam penelitian selanjutnya diharapkan banyak faktor yang diperhitungkan lagi dalam menentukan nilai koefisien limpasan. Pengelolaan DAS harus dikoordinasikan dengan berbagai pihak agar tabulasi data (sebagai contoh: data curah hujan dan data tata guna lahan) lebih akurat.

DAFTAR PUSTAKA Asdak Chay, 2004, Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta. Linsley Ray K, 1989, Hidrologi Untuk Insinyur, Erlangga, Jakarta. Linsley Ray K, 1985, Teknik Sumber Daya Air Jilid 1, Erlangga, Jakarta. Linsley Ray K, 1985, Teknik Sumber Daya Air Jilid 2, Erlangga, Jakarta. Wilson, E.M, 1993, Hidrologi Teknik, Penerbit ITB Bandung, Bandung. Soemarto, C. D, 1995, Hidrologi Teknik, Erlangga, Bandung. Br, Sri Harto., 1993. Analisis Hidrologi. Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama. Jakarta. Seyhan, Ersin., 1990. Dasar-dasar Hidrologi. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Soemarto, C. D., 1995. Hidrologi Teknik. Penerbit Erlangga. Jakarta. Sostrodarsono, Suyono., 1983. Hidrologi Untuk Pengairan. Penerbit Pradnya Paramita. Jakarta. Suripin., 2004. Sistem Drainase Perkotaan Yang Berkelanjutan. Penerbit Andi. Yogyakarta. Manurung, Hagai, 2013 Kajian Debit Limpasan Ditinjau Dari Aspek Tata Guna Lahan di Daerah Aliran Sungai Wampu, Tugas Akhir, Departemen Teknik Sipil USU, Medan.