Jornal PenelitianKelompok
KONTROL KETINGGIAN AIR DI ATAS MERCU BENDUNG KALI BOYONG SEBAGAI PERINGATAN DINI KETINGGIAN LIMPASAN BANJIR DIKALI CODE YOGYAKARTA
OLEH: LUTJITO, M.T. DIDIK PURWANTORO, M.Eng SUDIYONO AD., M.Sc.
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA TAHUN 2014 Dibiayaioleh Dana DIPA PNPB Universitas Negeri YogyakartaTahun Anggaran 2014 Sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan program Penelitian Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Nomor : 1435.c.22/UN34.15/PL/2014 1
Kontrol Ketinggian Air di Atas Mercu Bendung Kali Boyong Sebagai Peringatan Dini Ketinggian Limpasan Banjir Kali Code Yogyakarta Oleh Lutjito, Sudiyono AD., Didik Purwantoro ABSTRACT Kali Code merupakan alur transportasi lahar dan material Gunung Merapi. Endapan material berasal dari material vulkanik Gunung Merapi yang mengendap di sekitar puncak dan lereng gunung serta di palung sungai bagian hulu. Material vulkanik ini jika bercampur dengan air hujan dapat berubah menjadi aliran lahar dingin menuju sungai-sungai yang berhulu di Gunung Merapi. Hal ini jika tidak diantisipasi dengan benar dapat menimbulkan bencana yang dapat membahayakan kehidupan manusia . Oleh karena itu untuk mengurangi besarnya sedimen yang dibawa oleh aliran lahar dan mengurangi kecepatan aliran maka perlu adanya pengendalian banjir pada sungai Boyong dan Code. Pada daerah hilir aliran yang terlewati aliran banjir perlu adanya peringatan kapan banjir akan sampai sehingga masih ada waktu untuk menyelamatkan nyawa dan harta bendanya. Penelitian ini dilakukan selama 6 bulan mulai April 2014 sampai September 2014 di.Daerah Aliran Sungai Boyong dan Code dengan mengumpulkan data-data mengenai DAS Boyong dan Code, data curah hujan yang mempengaruhi DAS diambil dari stasiun hujan di Kaliurang, Pakem, Prumpung, Gemawang dan Bedugan dengan data hujan selama 10 tahun
Data curah hujan diambil dari Dinas Pengairan Kabupaten Sleman. Dan Dinas Kimpraswil Proyek Serayu-Opak Sedangkan untuk mengetahui dimensi sungai dengan survey di lapangan Berdasarkan hasil penelitian dapat diperoleh hasil bahwa dengan debit banjir rencana Q100th diperoleh ketinggian banjir tiap-tiap bendung masih aman seperti : bendung Pulowatu dengan selisih tinggi tanggul 0,33 m, untuk bendung Mlati/Gemawang dengan selisih 0,20 m, bendung Mergangsan dengan selisih 0,65 m bendung Tungkak dengan selisih 1,25 m dan terutama didaerah kota seperti Ledok Tukangan, Jambu masih ada selisih tinggi tanggul sebesar 0,25 m. Waktu datangnya banjir dengan kontrol tinggi banjir di bendung Pulowatu masih ada waktu 2 jam untuk sampai ke kota yogyakarta Kata kunci: banjir,bendung, keamanan tinggi tanggul
Pendahuluan Di Indonesia banyak sekali terdapat gunung berapi, baik yang masih aktif maupun yang sudah tidak aktif. Gunung berapi teraktif di Indonesia sekarang inia dalah Gunung Merapi. Gunung ini terdapat di sebelah utara Yogyakarta dengan jarak kurang lebih 30 km dan mencakup dua propinsi yaitu Propinsi Jawa Tengah dan Daerah Istimewa Yogyakarta. Ketinggian Gunung Merapi berada pada ketinggian 2968 m di atas permukaan laut. Kali Code merupakan alur transportasi lahar dan material Gunung Merapi. Endapan material berasal dari material vulkanik Gunung Merapi yang mengendap di sekitar puncak dan lereng gunung serta di palung sungai bagian hulu. Material vulkanik ini jika bercampur 2
dengan air hujan dapat berubah menjadi aliran lahar dingin menuju sungai-sungai yang berhulu di Gunung Merapi. Aliran lahar ini terdiri dari limpasan langsung yang bercampur dengan abu, pasir, kerikil, dan batu meluncur dengan cepat dan mempunyai daya rusak sangat besar. Bahaya yang ditimbulkan oleh banjir lahar akibat curah hujan yang sangat deras yang terjadi di sekitar / di lereng bagian atas yang mengakibatkan terjadinya aliran lahar letusan meluncur dengan deras dan dapat merusak dan membahayakan segala macam kehidupan yangdilewatinya. Upaya penanggulangan masalah erosi dan sedimentasi telah lama dilakukan di Indonesia dengan menitik beratkan pada upaya pencegahan dengan menggunakan teknologi sederhana berupa penghutanan dan bendung pengendali sedimen. Pada daerah hilir aliran yang terlewati aliran banjir perlu adanya peringatan kapan banjir akan sampai sehingga masih ada waktu untuk menyelamatkan nyawa dan harta bendanya.
.Gambar1 : Banjir Kali Code 2010 dilihat dri atas Jembatan Jambu Yogyakarta (https://www.google.co.id) KAJIAN PUSTAKA Suatu metode hidrologi umumnya menggunakan satuan DAS sebagai satu kesatuan daerah. Dalam analisis respons, DAS merupakan satu sistem hidrologi dimana terdapat hubungan yang sangat erat antara setiap masukan yang berupa hujan, proses hidrologi DAS, dan keluaran yang berupa debit sungai dan sedimen yang terangkut.Setelah memperhatikan proses- proses hidrologi dalam suatu DAS, maka dapat disimpulkan bahwa distribusi curah hujan menjadi aliran langsung selain dipengaruhi oleh sifat fisik permukaan DAS, juga dipengaruhi oleh sifat-sifat hujannya. Mengingat bahwa hujan yang terjadi di daerah beriklim tropika basah mempunyai variasi yang cukup besar menurut ruang dan waktu, maka kajian tentang hubungan hujan dan limpasan serta bagaimana pengaruhnya terhadap respons suatu DAS sangat diperlukan, mengingat pengukuran fenomena hidrologi 3
terutama daerah-daerah yang tidak ada pencatatan data hidrologinya baik karena keterbatasan dana maupun sumberdaya manusianya, maka diperlukan suatu metode korelasi diantara peubah, sehingga dengan adanya suatu metode maka dapat dikurangi pengukuran fenomena hidrologi tersebut secara langsung. Adapun metode – metode hidrologi dan hidrolika yang digunakan dalam Kontrol Ketinggian Air di AtasMercu Bendung Kali Boyong Sebagai Peringatan Dini Ketinggian Limpasan Banjir Kali Code Yogyakarta adalah : Metode untuk Analisa Curah Hujan
Distribusi Normal
Distribusi Log Normal
Distribusi Gumbel
Distribusi Log Pearson III
Metode Debit Banjir Maksimum
Metode Rasional Mononobe
Metode Weduwen
Metode Hasper
Metode Manning, untuk perhitungan ketinggian aliran
Daerah Pengaliran Jika besar curah hujan dan intensitas hujan selalu tetap maka limpasan yang dinyatakan dengan dalamnya air rata-rata akan sama. Berdasarkan asumsi di atas mengingat aliran per satuan luas tetap maka hidrograf sungai akan sebanding dengan luas daerah pengaliran tersebut. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam suatu luas daerah pengaliran adalah: a. Tata guna lahan eksisting dan pengembangannya di masa mendatang b. Karakteristik tanah dan bangunan di atasnya c. Kemiringan tanah dan bentuk daerah pengaliran Penentuan tinggi kedalaman aliran Dalam menentukan kedalaman aliran sungai digunakan persamaan Manning
U
1 2 3 12 R Sf n
dimana:U = kecepatan aliran (m/det); n = koeff. Kekasaran Manning; R = jari-jari hidrolik (m); Sf = kemiringan garis energi Rumus untuk menentukan kedalaman aliran diatas bendung menggunakan rumus peluapan pada bendung dengan rumus Bundchu Q mBd gd 4
d
Gambar 3: bentuk pelimpah Bendung
Dimana Q = debit aliran; m = koefisien limpasan; B = lebar pelimpah; d = kedalaman diatas mercu bendung = 2/3 H; g = percepatan grafitasi Lebar efektif pelimpah dihitung berdasar rumus : B = B’ – 0.1 nH Dimana B’ = lebar sesungguhnya pelimpah; n = jumlah kontraksi; H = tinggi energi
H h
U2 2g
Rumus debit untuk pelimpah pada bangunan sabo dam digunakan 2
2/3
𝑄 = 15 𝑥𝐶𝑥 2𝑔𝑥 3𝐵1 + 2𝐵1 𝑥ℎ1
Dimana : Q = debit aliran; C = koefisien limpasan; B1 = lebar dasar pelimpah; B2 = lebar atas muka air pelimpah; h1 = kedalaman diatas mercu bendung; g = percepatan grafitasi METODE PENELITIAN Kali Code secara administrative terletak pada dua Kabupaten dan satu Kota Madya yaitu, Kabupaten Sleman, Kabupaten Bantul, dan Kota Madya Yogyakarta. DAS Kali Code luas keseluruhannya adalah sekitar 75,23 Km2. Sistem Kali Code memiliki panjang total ± 41 km, terdiri dari Kali Code (bagian hilir panjang sungai 17 km dan Kali Boyong (bagian hulu) panjang sungai 24 km,). memanjang dari utara keselatan. Kali Code berhulu dilereng gunung merapi dan bermuara di Sungai Opak. Penelitian ini
dilakukan di.Daerah Aliran Sungai Boyong dan Code dengan
mengambil data curah hujan yang digunakan adalah data dari Dinas Pengairan Kabupaten Sleman selama 10 tahun yaitu dari tahun 2003 sampai tahun 2013 sedangkan stasiun yang digunakan adalah : Kaliurang, Pakem, Prumpung, Gemawang dan Bedugan dan data tersebut diperoleh dari Dinas Pengairan Kabupaten Sleman. Dan Dinas Kimpraswil Proyek Serayu
Opak Sedangkan untuk mengetahui dimensi sungai dengan survey di lapangan
5
Gambar 4: DAS Boyong – Code (https://www.google.co.id) PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN 1 Analisa Frekuensi Curah Hujan Rencana Pada DAS kali Boyong – Code Berdasarkan
curah
hujan
tahunan,
perlu
ditentukan
kemungkinan terulangnya curah hujan
harian maksimum tersebut untuk menentukan debit banjir rencana. Suatu kenyataan bahwa tidak semua variat dari suatu variabel hidrologi terletak atau sama dengan nilai rata-ratanya, akan tetapi kemungkinan ada nilai variat yang lebih besar atau lebih kecil dari nilai rata-ratanya. Besarnya derajat dari sebaran variat di sekitar nilai rata-ratanya disebut dengan variasi atau dispersi. Cara mengukur besarnya dispersi adalah dengan pengukuran dispersi. Dari informasi yang diperoleh, curah hujan maksimum tahunan di DAS Boyong - Code dan sekitarnya seperti ditunjukkan pada tabel di bawah
Tabel 1. Data Curah maksimum TAHUN
CURAH HUJAN HARIAN MAKSIMUM (mm)
RH.MAKS
GEMAWANG
BEDUGAN
(mm)
76
53
27,64
43,928
90
160
118
89,000
34
107
99
115
74,600
64
33
161
55,5
107
84,100
2007
81,5
35
82
70,5
76
69,000
2008
56
36
73,57
81,55
76
64,624
2009
41
64
50
47
53
51,000
2010
47
32
72,73
81,77
62,78
59,256
2011
36
25
74
38
53
45,200
2012
71
55
90
131,2
55,3
80,500
KALIURANG
PAKEM
PRUMPUNG
2003
41
22
2004
57
20
2005
18
2006
6
a.
Pemilihan Jenis Sebaran Dari perhitungan besarnya nilai skewness Cs dan kurtosis Ck dapat ditentukan pemilihan
metode penyelesaian untuk menentukan analisis frekuensi sebaran curah hujan. Tabel 2 : Macam distribusi dan kriteria pemilihan No. 1 2
Jenis distribusi Distribusi normal Distribusi log normal
3
Distribusi Gumbel
4
Distribusi log Pearson tipe III
Syarat Hitungan Cs ≈ 0 Cs = -0,08 Cs ≈ 3Cv + Cv3Cs = 0,183 + 1,07 ≈ 0,09 = 1,25 Cs ≤ 1,1396 Cs = - 0,08 Ck ≤ 5,4002 Ck = 2,68 Cs < 0 Cs < 0
Keterangan
Dipilih distribusi Gumbel
b. Perhitungan Frekuensi Curah Hujan Rencaana Dengan Metode Gumbel Tabel 3: Perhitungan dari Nilai Ekstrim Metode Gumbel No
tahun
1
2003
43,928
0,0909
-22,1928
(Xi – X 2 rerata) 492,5204
2
2011
45,200
0,1818
-20,9208
437,6799
2043,0400
3
2009
51,000
0,2727
-15,1208
228,6386
2601,0000
4
2010
59,256
0,3636
-6,8648
47,1255
3511,2735
5
2008
64,624
0,4545
-1,4968
2,2404
4176,2614
6
2007
69,000
0,5455
2,8792
8,2898
4761,0000
7
2005
74,600
0,6364
8,4792
71,8968
5565,1600
8
2012
80,500
0,7273
14,3792
206,7614
6480,2500
9
2006
84,100
0,8182
17,9792
323,2516
7072,8100
10
2004
89,000
0,9091
22,8792
523,4578
7921,0000
0
2341,8622
46061,4641
jumlah
X1
m/(n+1)
Xi – X rerata
661,21
X12 1929,6692
mm
tahun
Gambar 5; grafik kala ulang hujan maksimum metode Gumbel
7
2. Perhitungan Debit Banjir Rencana DAS Boyong - Code a. Perhitungan Banjir Rencana Pada Lokasi Sabo Dam Boyong Tabel 4: debit banjir rencana kali Boyong di sabo Dam Boyong Kala ulang
hasper
weduwen
rasional
5
40,021
21,246
29,464
10
46,066
25,554
33,914
25
53,801
31,299
39,608
50
59,540
35,704
43,833
75
62,875
38,313
46,289
100
65,236
40,180
48,027
M3/det Debit banjir bendung Boyong 120 100 80 60 40 20 0 tahun 0 20 Hasper
40 60 80 Weduwen
100 120 Rasional
m
Tinggi Banjir Sabo Dam Boyong
1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00
m3/dt 0
20
40
60
80
100
Gambar 6: Grafik debit banjir rencana pada kali Boyong di sabo Dam Boyong Dari grafik pada gambar 6, dapat disimpulkan bahwa tinggi banjir pada sabo dam masih aman karena tinggi tanggul banjir pada sabo dam boyong adalah 5,00 m walaupun terjadi aliran debris yang debitnya Qd = 1,2 x Q
Gambar 7: Sabo dam di kali Boyong
1. Perhitungan Banjir Rencana Pada Lokasi bendung Pulowatu 8
Dari perhitungan yang dilakukan diperoleh data banjir tahunan yang terjadi dilokasi bendung Pulowatu seperti pada tabel dibawah ini Tabel 16: Kala ulang banjir tahunan bendung Pulowatu
m3/d
100 80 60 40 20 0
Kala ulang
hasper
weduwen
rasional
5
48,810
22,614
38,950
10
56,182
27,254
44,832
25
65,616
33,519
52,361
50
72,615
38,381
57,945
75
76,683
41,284
61,192
100
79,563
43,371
63,490
Debit Banjir Bendung Pulowatu
m 3,00
Tinggi Banjir Bendung Pulowatu
2,00 1,00 tahun
0 20 Hasper
40
60 80 100 120 Weduwen Rasional
0,00
m3/d 0
20 40 60 80 100 120 140
Gambar 14: Grafik debit banjir rencana pada kali Boyong di bendung Pulowatu Bendung pulowatu di tepi jalan Turi Pakem dimana sedimentasi diatas bendung sudah rata dengan badan bendung dan berfungsi juga sebagai pengaman abutment jembatan, tinggi tanggul pengaman bendung setinggi 2,50m sedangkan tinggi banjir diatas bendung dengan Q100th =79,563 m3/det masih aman tidak melewati tinggi tanggul seperti ditunjukkan pada gambar 14
Gambar 15: bendung Pulowatu di kali Boyong
2. Perhitungan Banjir Rencana Pada Lokasi bendung Mlati 9
Tabel 17: Kala ulang banjir tahunan bendung Mlati
m3/d 120
Kala ulang
hasper
weduwen
rasional
5
61,821
27,456
47,874
10
71,158
32,898
55,105
25
83,106
40,251
64,358
50
91,971
45,970
71,223
75
97,123
49,391
75,213
100
100,771
51,855
78,037
Debit Banjir Bendung Mlati
Tinggi Banjir Bendung Mlati
m 4,00
100 3,00
80 60
2,00
40
1,00
20 0 0 20 Hasper
tahun 40 60 80 100 120 Weduwen Rasional
0,00
m3/d
0
20 40 60 80 100 120 140
Gambar 16: Grafik debit banjir rencana pada kali Code di bendung Mlati Bendung Mlati di desa Gemawang dimana sedimentasi diatas bendung sudah rata dengan badan bendung dan berfungsi juga sebagai pengaman selokan Mataram sebab pada badan bendung tersebut dibangun gorong-gorong untuk aliran selokan Mataram, tinggi tanggul pengaman bendung setinggi 3,00m sedangkan tinggi banjir diatas bendung dengan Q100th = 100,771 m3/det masih aman tidak melewati tinggi tanggul seperti ditunjukkan pada gambar 16
Gambar 17: bendung Mlati di kali Code
10
3. Perhitungan Banjir Rencana Pada Lokasi bendung Mergangsan Tabel 18: Kala ulang banjir tahunan bendung Mergangsan
m3/d
120 100 80 60 40 20 0
Kala ulang
hasper
weduwen
rasional
5
66,852
30,509
57,559
10
76,949
36,473
66,252
25
89,870
44,517
77,377
50
99,456
50,766
85,630
75
105,027
54,503
90,427
100
108,972
57,195
93,823
Debit Banjir Bendung Mergangsan
Tinggi Banjir Bendung Mergangsan
m
2,50 2,00 1,50 1,00
tahun
0 Hasper
50
100 Weduwen
150 Rasional
0,50 m3/d
0,00 0
50
100
150
200
250
Gambar 18: Grafik debit banjir rencana pada kali Code di bendung Mergangsan Bendung Mergangsan dimana sedimentasi diatas bendung sudah hampir sama dengan badan bendung dandisitu terdapat lahan penambangan pasir, tinggi tanggul pengaman bendung setinggi 3,00m sedangkan tinggi banjir diatas bendung dengan Q100th = 108,972 m3/det masih aman tidak melewati tinggi tanggul seperti ditunjukkan pada gambar 18
Gambar 19: bendung Mergangsan di kali Code 4. Perhitungan Banjir Rencana Pada Lokasi bendung Tungkak Tabel 19: Kala ulang banjir tahunan bendung Tungkak 11
m3/d
Kala ulang
hasper
weduwen
rasional
5
67,822
31,262
60,369
10
78,065
37,348
69,486
25
91,174
45,552
81,154
50
100,898
51,922
89,811
75
106,551
55,731
94,842
100
110,553
58,473
98,404
Debit Banjir Bendung Tungkak
120 100 80 60 40 20 0
m
Tinggi Banjir Bendung Tungkak
4,00 3,00 2,00 1,00
tahun
0 Hasper
50
100 Weduwen
150 Rasional
m3/d
0,00 0
50
100 150 200 250 300
Gambar 20: Grafik debit banjir rencana pada kali Code di bendung Tungkak Bendung Tungkak dimana sedimentasi diatas bendung sudah hampir sama dengan badan bendung dandisitu terdapat lahan penambangan pasir, tinggi tanggul pengaman bendung setinggi 3,00m sedangkan tinggi banjir diatas bendung dengan Q100th = 110,553 m3/det masih aman tidak melewati tinggi tanggul seperti ditunjukkan pada gambar 20
Gambar 21: bendung Tungkak di kali Code A. Pembahasan
12
Dari perhitungan ketinggian banjir yang terjadi di kali Boyong sampai kali Code dengan mengambil debit banjir rencana Q100th diperoleh ketinggian banjir tiap-tiap bendung seperti ditunjukkan tabel 20 di bawah. Tabel 20: ketinggian air banjir di kali Boyong dan kali Code
pulowatu
Tinggi tanggul (m) 2,5
q100th (m3/m/d) 4,42
Tinggi air banjir (m) 1,9
Kondisi talud aman
Mlati/Gemawang
3
7,465
2,8
aman
Mergangsan
2
2,658
1,35
aman
Tungkak
3
3,948
1,75
aman
kota
2,5
7,265
2,25
aman
lokasi
8 7 6 5 4 3 2 1 0 pulowatu
Mlati
Mergangsan
debit banjr per satuan lebar sungai
Tungkak
tinggi tanggul
kota tingggi air banjir
Gambar 22: Grafik hubungan debit banjir persatuan lebar sungai dengan tingggi tanggul dan tinggi air banjir m3/det
120 100 80 60 40 20 0 0
5
Metode Hasper
10
15
20
25
Metode Weduwen
30
35
40 km
Metode Rasional
Gambar 23: Hubungan peningkatan debit banjir terhadap panjang sungai
13
Untuk menghitung waktu datangnya banjir sampai di kota yogyakarta digunakan persamaan Q=AxU
𝑈=
1 1 2 𝑥𝑅 3 𝑥𝑆𝑜 2 𝑛
Dengan mengambil lebar sungai di daerah perkotaan selebar rata-rata 15,00 m diperoleh kedalaman air banjir 2,25 sedangkan ketinggian talud rata-rata 2,50 m seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Sedangkan untuk mengontrol waktu sampai banjir apabila terjadi hujan di daerah hulu sungai Boyong dipakai bendung Pulowatu sebagai titik kontrol dimana jarak bendung pulowatu sampai kota kurang lebih 18 km. Dengan mengambil Q100th dan lebar rata-rata sungai 20,00m diperoleh waktu tempuh banjir sampai di daerah kota kurang-lebih 2 jam, sehingga masih ada waktu untuk peringatan kepada warga yang tinggal di bantaran kali Code.
Gambar 24: Kali Code dilihat dari atas jembatan Jambu (https://www.google.co.id) KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah dipaparkan di depan, maka disimpulkan sebagai berikut: 1. Berdasarkan hasil penelitian dapat diperoleh hasil bahwa dengan debit banjir rencana Q100th diperoleh ketinggian banjir tiap-tiap bendung masih aman seperti : bendung Pulowatu dengan selisih tinggi tanggul 0,33 m, untuk bendung Mlati/Gemawang dengan selisih 0,20 m, bendung Mergangsan dengan selisih 0,65 m bendung Tungkak dengan selisih 1,25 m dan terutama didaerah kota seperti Ledok Tukangan, Jambu masih ada selisih tinggi tanggul sebesar 0,25 m, sehingga masih aman terhadap limpasan air banjir.
14
2. Dengan mengambil Q100th dan lebar rata-rata sungai 20,00 m diperoleh waktu tempuh banjir sampai di daerah kota kurang-lebih 2 jam, sehingga masih ada waktu untuk peringatan kepada warga yang tinggal di bantaran kali Code. DAFTAR pUSTAKA Garde, R. J., and Ranga Raju, K. G., 1977, “ Mechanics of Sediment Transportation and Alluvial Streams Problems”, Wiley Eastern Limited, New Delhi. Suripin. (2004). Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan, Penerbit Andi, Jogyakarta. Sri Harto Br.(1993), Analisis Hidrologi., PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta Soewarno, (1991), Hidrologi,Pengukuran dan Pengolahan Data Aliran Sungai, Nova, Bandung Soemarto, CD.(1987), Hidrologi Teknik, Usaha nasional, Surabaya Triadmodjo,B, (2010), Hidrologi Terapan, Beta Offset, Yogyakarta. Wesli. (2008). “Drainase Perkotaan”. Yogyakarta : Graha Ilmu.
15
