ANALISA KAPASITAS PENGENDALIAN BANJIR DENGAN PERBANDINGAN METODE HSS, HECHMS DAN HEC-RAS DI DAERAH ALIRAN SUNGAI SEI SIKAMBING, KABUPATEN DELI SERDANG Lamhot Trisaputra Sihotang1 dan, Syahrizal2, Ivan Indrawan3 1
2
3
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl.Perpustakaan No,.1 Kampus USU Medan Email :
[email protected]
Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl.Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email :
[email protected]
Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl.Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email :
[email protected] ABSTRAK
Sungai Sei Sikambing merupakan salah satu anakan sungai atau Sub DAS dari Sungai Deli. Sub DAS Sei Sikambing terbentang sepanjang 4.223,93 ha meliputi Kabupaten/Kota Deli Serdang dan Medan. Pertumbuhan penduduk yang pesat di pinggiran DAS Sei Sikambing merubah fungsi daerah resapan air menjadi daerah berpotesi banjir di Kota Medan. Metodologi Penelitian menggunakan metode kuantitatif dengan pengolahan data primer meliputi data karakteristik dan geometri sungai, data sekunder terdiri dari data stasiun hujan, data curah hujan harian maksimum, dan data karakteristik DAS yang di analisa kedalam metode Hidrograf Satuan Sintetik, HEC-RAS dan Simulasi HEC-HMS. Pada perhitungan debit banjir rancangan diperlukan data curah hujan, data pengukuran sungai, dan kondisi sungai. Berdasarkan data tersebut dapat dihitung hujan rencana kala ulang 2,5,10,20,25 dan 50 tahun dengan analisa distribusi frekuensi curah hujan seperti Distibusi Normal, Distribusi Log Normal, Distribusi Log Pearson III dan Distribusi Gumbel, sehingga dipilih analisa Distribusi Gumbel yang lebih mendekati dan lebih teliti. Berdasarkan pengolahan data dengan metode HSS Nakayasu diperoleh nilai debit banjir puncak (QP) sebesar 0,1294 m3/detik dan Q15 sebesar 1,9412 m3/detik Q25 sebesar 3,2354 m3/detik dan Q50 sebesar 6,4708 m3/detik. Data debit banjir kala ulang 15, 25 dan 50 kemudian dimodelkan dan disimulasikan pada software Hydrologic Engineering Center River Analysis System (HEC-RAS) Versi 4.0 dan The Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) untuk melihat sejauh mana pengaruh banjir yang terjadi pada kawasan sepanjang 1 km sungai seikambing yang dianalisa. Hasil perhitungan analisa dan pembahasan menyimpulkan bahwa debit banjir menyebabkan kenaikan air sungai sebesar 4,03 meter dari bantaran sungai, luapan air sungai dapat mencapai daerah pemukiman warga yang memiliki resiko kerusakan. Hasil simulasi HEC-RAS menyatakan bahwa sungai sekambing memiliki kapasitas pengendalian debit banjir namun sangat rentan terhadap banjir dan erosi tanah. Kata kunci: Sungai Seikambing, Analisa Banjir, HSS, HEC-RAS, HEC-HMS ABSTRACT River Sei Sikambing is one fish a river or sub-watershed of the River Deli. Subzone Sei Sikambing stretches covering 4223.93 ha from District/City Deli Serdang and Medan. Rapid population growth in the suburbs Watershed Sei Sikambing change the function of the water catchment areas into potential areas floods in Medan. The methodology of study uses quantitative methods with the processing of primary data include characteristic data and the geometry of the river, secondary data comprising data rainfall station, the maximum daily rainfall data, and the data were analyzed watershed characteristics into Synthetic Unit Hydrograph method, HEC-RAS and Simulation HEC- HMS. In the calculation of the design flood discharge is necessary rainfall data, measurement data stream, and river conditions. Based on these data can be calculated when the rain plan 2,5,10,20,25 and 50 years with a frequency distribution analysis, The distribution of rainfall such as Normal, Log Normal Distribution, Distribution Log
Pearson III and Gumbel distribution, so that the selected analysis Gumbel distribution more closer and more thoroughly. Based on the processing data of Synthetic Unit Hydrograph Nakayasu method obtained value of flood discharge peak (QP) at 0.1294 m3/sec and amounted to Q15 at 1.9412 m3/sec , Q25 at 3.2354 m3/sec and Q50 at 6.4708 m3/sec. Data discharge flood return period of 15, 25 and 50 then modeled and simulated in software hydrologic Engineering Center River Analysis System (HEC-RAS) version 4.0 and the hydrologic Modeling System (HEC-HMS) to see how far the effects of the floods that occurred in the area along 1 km river seikambing analyzed. The calculation result analysis and discussion concluded that the flood discharge river water led to a rise of 4.03 meters of the river banks, river flood water can reach the residential area residents who have a risk of damage. HEC-RAS simulation results stating that sekambing river flood discharge capacity control but are highly vulnerable to flooding and soil erosion. Keywords: Sei Sikambing River, Flood Analysis, HSS, HEC-RAS, HEC-HMS 1.
Pendahuluan
Kota Medan adalah salah satu kota yang sangat pesat pertumbuhannya, dimana daerah pinggiran yang selama ini adalah daerah pertanian ataupun lahan kosong berubah menjadi daerah pemukiman dan perumahan penduduk, yang selama ini merupakan daerah resapan air telah berubah fungsi menjadi penyumbang banjir karena tanah diatas perumahan tersebut tidak lagi menyerap air. Kota Medan dilintasi oleh beberapa sungai termasuk diantaranya Sungai Sei Sikambing. Sungai Sei Sikambing merupakan anak Sungai Deli. Dengan kondisi saat ini, Sungai Sei Sikambing berpotensi menimbulkan banjir di Kota Medan. Peristiwa banjir menjadi permasalahan yang mengganggu aktivitas atau kepentingan manusia. Permasalahan timbul setelah manusia melakukan kegiatan pada daerah dataran banjir. Seperti halnya yang terjadi di pinggir DAS Sei Sekambing, Kabupaten Deli Serdang. Untuk menghindari terjadinya longsor perlu didirikan tanggul atau revetment, yang berguna untuk meminimalkan limpasan air ke tebing sungai. Dalam perencanaan bangunan ini perlu diketahui data debit banjir dan elevasi muka air banjirnya. Pengujian bertujuan menganalisa nilai debit banjir rencana, elevasi muka air, dan luasan daerah resiko banjir. Oleh karena keterbatasan waktu dan luasnya DAS Deli, maka batasan masalah dalam kajian ini yaitu perhitungan debit banjir dan elevasi muka air banjir daerah aliran sungai Sei Seikambing Kabupaten Deli Serdang. Diperlukan beberapa pembatasan masalah pada analisa nilai debit banjir dan elevasi muka air banjirnya, serta luasan lahan kritis di ekosistem DAS Sei Seikambing. 2.
Tinjauan Pustaka
Banjir adalah aliran air yang relatif tinggi, dimana air tersebut melimpah terhadap beberapa bagian sungai. Ketika sungai melimpah, air menyebar pada dataran banjir dan pada umumnya mendatangkan masalah pada manusia. Yang dimaksud banjir adalah fenomena terjadinya luapan air yang mengalir akibat kapasitas penampang Sungai yang tidak dapat menampung debit air yang mengalir di atasnya. Selanjutnya aliran yang melimpah tersebut menyebar pada bantaran banjir yang pada umumnya sudah dihuni atau diberdayakan oleh manusia. Konsep perhitungan didasarkan dari data yang ada, pengalaman, dan kepentingan daerah sekitar Sungai Sei Seikambing. Maka, langkah-langkah dalam perhitungan debit banjir yang harus dilakukan adalah: 1. Analisis distribusi frekuensi curah hujan : 2. Uji Kecocokan (Goodnes of fittest test): a. Uji Chi-kuadrat b. Uji Smirnov- Kolmogorov 3. Pemilihan Disribusi frekuensi curah hujan yang tepat 4. Debit banjir rencanakan 5. Setelah didapat debit banjir maka dilakukan pemodelan sungai dengan menggunakan HEC-RAS 4.0 Beta. 6. Model hidrologi dengan program HEC-HMS dirancang untuk mensimulasikan proses hujan-limpasan dari sistem aliran. Distribusi frekuensi yang banyak digunakan dalam bidang hidrologi, yaitu: 1). Distribusi Gumbel 2). Distribusi Normal 3). Distribusi Log Normal 4). Distribusi Log Pearson Type III
Uji kesesuaian (the goodness of fittes test) dimaksudkan untuk mengetahui kebenaran analisis curah hujan, terhadap simpangan data vertikal maupun simpangan data horizontal. Maka, diketahui apakah pemilihan metode distribusi frekuensi yang digunakan, dalam perhitungan curah hujan dapat diterima atau ditolak. Pengujian parameter yang sering dipakai adalah: 1). Uji Chi-kuadrat 2). Uji Smirnov-Kolmogorov Analisis debit banjir yang biasa dipakai yaitu Rasional dan Empiris. Metode empiris yang dikenal seperti, Hidrograf satuan sintetis Nakayasu, Hidrograf satuan sintetis Snyder dan Hidrograf Satuan Gama I, disamping dapat menunjukan besarnya debit puncak, cara ini juga dapat menggambarkan kronologis peningkatan dan penurunan debit seperti kondisi kenyataan. Dalam tugas akhir ini akan digunakan Hidrograf satuan sintetis Nakayasu dan Hidrograf satuan sintetis Snyder. Dalam perencanaan sungai digunakan program HEC-RAS (Hydrologic Engineering System-River Analysis System). HEC-RAS adalah sebuah sistem yang didesain untuk penggunaan yang interaktif dalam lingkungan yang bermacam-macam. Ruang lingkup HEC-RAS adalah menghitung profil muka air dengan pemodelan aliran steady dan unsteady, serta penghitungan pengangkutan sedimen. Element yang paling penting dalam HEC-RAS adalah tersedianya geometri saluran, baik memanjang maupun melintang. Dengan adanya HEC-RAS maka tinggi muka air diketahui, yang berguna sebagai acuan untuk menentukan elevasi puncak krib. 3.
Metode Penelitian
Pada penelitian ini digunakan metode kuantitatif dengan mengumpulkan data-data dari instansi terkait serta melakukan survey dan pengukuran ke daerah studi dengan mengembangkan dan menggunakan model-model matematis seperti HSS, HEC-HMS dan HEC-RAS. Pada tahap ini adalah untuk mengumpulkan alat dan bahan guna untuk melakukan studi pengukuran atau hal teknis lainnya di lokasi studi. Alat dan bahan untuk keperluan studi ini meliputi:
Current meter Berfungsi untuk mengukur kecepatan dengan pengubahan kecepatan linear menjadi kecepetan angular, alat ini berfungsi mengukur arah dan kecepatan arus. Theodolite Salah satu alat ukur ketinggian yang digunakan untuk menentukan tinggi tanah dengan sudut mendatar. Meteran Sebagai patokan pengukuran ketinggian/kedalaman, juga digunakan sebagai titik tembak pada alat theodolite. GPS handheld digunakan untuk menentukan koordinat titik-titik kontrol yang membangun kerangka dasar nasional untuk survei dan pemetaan di darat. Stopwatch Digunakan untuk mengukur waktu dengan sensitifitas yang tinggi. Kamera digital Digunakan untuk merekam gambar pada kondisi sebenarnya.
Setelah data-data social dan teknis diperoleh, kemudian dilakukan analisis data. Analisis data meliputi: Analisis teknis Setelah didapat debit minimum dan maksimum air sungai, profil memanjang dan melintang sungai, maka akan dapat dianalisa debit banjir rencana dengan perbandingan metode HSS, HEC-HMS, dan HEC-RAS, sehingga dapat disimpulkan kapasitas pengendalian banjir pada sungai seikambing. Analisis non teknis Hasil yang diperoleh dari analisis data dan pengamatan lokasi dilapangan maka dapat bermanfaat untuk perencanaan bangunan air sebagai upaya alternatif pengendalian banjir secara structural pada daerah aliran sungai Sei Seikambing.
Variabel yang diamati pada studi penelitian tugas akhir ini adalah, sebagai berikut: Kecepatan aliran aiar sungai seikambing. Kedalaman permukaan sungai pada aliran sungai seikambing. Potensi banjir dari sungai sebagai analisa upaya pengendalian banjir secara structural pada daerah aliran sungai Seikambing. 4.
Analisa dan Pembahasan
4.1
Data Hidrologi Sungai
Masih sering terjadinya banjir di Sungai Deli, kemungkinan besar sungai tersebut telah mengalami penurunan fungsi dan telah terjadi kerusakan pada daerah catchment area atau DAS Deli yang meliputi kerusakan hutan atau adanya perubahan tata guna lahan. Untuk itu pada analisa hidrologi dalam studi ini diperlukan adanya inventarisasi kondisi sungai dan perhitungan banjir rencana dibeberapa titik pengamatan dengan beberapa metode yang telah banyak digunakan di Indonesia. Untuk mendapatkan distribusi curah hujan di seluruh daerah aliran Sungai, maka di berbagai tempat pada suatu daerah aliran sungai tersebut dipasang alat pengukur curah hujan daerah. Adapun beberapa data hidrologi sungai yang dibutuhkan:
Data Stasiun Curah Hujan Data Curah Hujan Harian Maksimum Data Karakteristik DAS (Daerah Aliran Sungai) Data Tata Guna Lahan Rating Curve Debit
Pemilihan Distribusi Frekuensi Curah Hujan a. Distribusi Probabilitas Normal b. Distribusi Probabilitas Log Normal c. Distribusi Probabilitas Log Pearson Type III d. Distribusi probabilitas Gumbel Uji Kecocokan (Goodness of Fittest Test) Uji Vertikal dengan Metode Chi Squar Uji chi kuadrat digunakan untuk menguji simpangan secara vertikal apakah distribusi pengamatan dapat diterima oleh distribusi teoritis.
•
Menghitung Jumlah Kelas Jumlah Data (n) Kelas Distribusi (K)
•
= 10
Menghitung Derajat Kebebasan (Dk) dan X2cr. Parameter (p) Derajat Kebebasan (Dk) Nilai X2cr dengan Jumlah Data (n) Adalah
= 1 + 3,3 log n = 1 + 3,3 log 10 = 4,3 ≈ 5 kelas =2 = K - (p + 1) = 5 – (2 + 1) = 2 = 10, α = 5% dan Dk = 2 = 5,9910
Berdasarkan semua Distribusi Probabilitas memiliki nilai X2 < X2cr , namun Distribusi yang di pilih dalam menganalisis seri data hujan adalah Distribusi Gumbel. Debit Banjir Rencana a. HSS Nakayasu Pada analisis sungai seikambing dengan luas sebesar 472 km2 dengan panjang sungai utama L = 35,94 km. Hidrograf satuan DAS ini dengan model HSS Nakayasu dan total hidrograf limpasan langsung jika pada DAS ini terjadi hujan jam-jaman berturut : 25mm, 50mm, dan 15mm. Hitung tg,Tr , tp dan t0,3 Untuk tg = 0,4 + 0,058 x L untuk L > 15 km tg = 0,4 + 0,058 x L
Tr
tp
t0,3
Qp •
•
•
= 0,4 + 0,058 x 35,94 = 2,48452 jam = 0,75 x tg = 0,75 x 2,48452 = 1,86339 jam = tg + 0,8 x Tr = 2,48452 + 0,8 x 1,86339 = 3,975 jam = α x tg = 2 x 2,48452 = 4,96904 jam = 21,27871 m3/det.
Tabel Perhitungan Debit HSS Nakayasu
T 0.500 1.000 2.000 3.000 3.975 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 11.000 12.000 13.000 14.000 15.000 16.000 17.000 18.000 19.000 20.000
t0,3 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969 4.969
Q 2.6766 5.3531 10.7063 16.0594 21.2787 21.1502 16.5992 13.0274 10.2242 8.0242 6.3262 5.3826 4.5797 3.8966 3.3154 2.8209 2.4001 2.0421 1.7375 1.4784 1.2578 1.0702
Q25 66.9142 133.8284 267.6567 401.4851 531.9678 528.7551 414.9793 325.6854 255.6054 200.6051 158.1548 134.5646 114.4931 97.4154 82.8850 70.5220 60.0030 51.0530 43.4380 36.9588 31.4461 26.7556
Hitung debit bagian lengkungan naik: 0< t < Tp Atau pada bagian 0 < t < 3,975 jam atau dibulatkan 0 < t < 4 jam Hitung debit bagian lengkung turun tp < t < t0,3 atau pada bagian 3,975 jam < t < (3,975 + 4,96) jam atau 3,975< t < 8,935 atau dibulatkan 4 < t < 9 jam atau t: 4 s/d 9 jam. Persamaan debit pada bagian turun: t0,3 < t <1,5 t0,3 atau 8,935jam < t < (8,935+7,44) atau 8,935 < t < 16,375 atau 16 atau 9 s/d 16 jam.
Q50 133.8284 267.6567 535.3135 802.9702 1063.9355 1057.5103 829.9586 651.3708 511.2109 401.2102 316.3095 269.1291 228.9861 194.8308 165.7701 141.0440 120.0060 102.1060 86.8760 73.9177 62.8922 53.5113
Q15 40.1485 80.2970 160.5940 240.8911 319.1807 317.2531 248.9876 195.4112 153.3633 120.3631 94.8929 80.7387 68.6958 58.4492 49.7310 42.3132 36.0018 30.6318 26.0628 22.1753 18.8677 16.0534
dibulatkan: 9< t <
•
Persamaan debit pada bagian turun: t > 1,5 t0,3 atau t > 16,375 atau dibulatkan t >16, misalnya 18 jam.
25.0000 20.0000 15.0000 10.0000 5.0000 0.0000 0.000
5.000 10.000 15.000 20.000 Grafik Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu pada Q
25.000
350.0000 300.0000 250.0000 200.0000 150.0000 100.0000 50.0000 0.0000 0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
Grafik Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu pada Q15 600.0000 500.0000 400.0000 300.0000 200.0000 100.0000 0.0000 0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
Grafik Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu pada Q25
25.000
1200.0000 1000.0000 800.0000 600.0000 400.0000 200.0000 0.0000 0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
Grafik Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu pada Q50 1200.0000 1000.0000 800.0000 600.0000 400.0000 200.0000 0.0000 0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
Grafik Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu pada Q, Q15,Q25, Q50 b. HSS Snyder Pada analisis sungai seikambing dengan luas sebesar 24,27 ha dengan panjang sungai utama L = 1 km. Jarak antara outlet ke titik pada sungai yang terdekat dengan titik pusat (Lc) = 1 km. Hidrograf satuan DAS tersebut memiliki satuan jika durasi hujan tR = 12 jam; nilai Ct = 2,5 dan Cp = 0,4. Hidrograf Satuan Snyder adalah sebagai berikut : 1.
Jika tp = 5,5 tr (jam) atau hidrograf satuan standar: tp = 0,75 Ct (L x Lc)0,3 = 0,75 x 2,5 x (1x1)0,3 = 1,875 jam tr = tp/5,5 = 1,875/5,5 = 0,34 jam TP = 0,5 tr + tp = 0,5 (0,34) + (1,875) = 2,045 jam qP = 2,75 x (CP/tp) = 2,75 x (0,4/1,875) = 0,586 m3/detik/km2cm QP = qP x A = 0,586 x 0,2427 = 0,1422 m3/detik/cm Tb = 72 +3 x tP
= 72 + 3x 1,875 = 77,625 jam = 1,22 x qPR-1,08 = 1,22 x 0,58 0,586-1,08 = 2,172 jam W50% = 2,14 x qPR-1,08 = 2,14 x 0,586-1,08 = 3,811 jam W75%
Pemodelan Kapasitas Pengendalian Banjir Sungai Sei Sekambing
Analisa Pengendalian Banjir Sungai dengan Metode HEC HEC-RAS Analisa Hidrologi Sungai dengan Metode Hec Hec-HMS
Perspective Plot Geometric Data Sungai Seikambing
Cross Section Geometric Data Sungai Seikambing
Grafik Hujan Hasil Analisa HEC HEC-HMS
Grafik Analisa Debit dari HEC HEC-HMS
5.
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan Dari hasil perhitungan analisa dan pembahasan HSS Nakayasu dan HSS Snyder serta simulasi Software Hydrologic Engineering Center River Analysis System (HEC-RAS) Versi 4.0 dan The Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) dapat disimpulkan bahwa: 1. 2. 3.
Debit banjir rencana maksimum Sungai Seikambing adalah Qp sebesar 0,1294 m3/detik, Q15 sebesar 1,9412 m3/detik, Q25 sebesar 3,2354 m3/detik, Q50 sebesar 6,4708 m3/detik Pada debit banjir Q50 menyebabkan air sungai naik setinggi 4,03 meter dari bantaran sungai, pada keadaan ini luapan air sungai dapat mencapai daerah pemukiman warga walaupun tinggi air yang meluap sekitaran 0,5 meter atau selutut orang dewasa namun juga memiliki resiko kerusakan Hasil Simulasi HEC-RAS menyatakan bahwa Sungai Seikambing memiliki kapasitas pengendalian debit banjir, namun sangat rentan terhadap Banjir dan erosi tanah melihat dari kontur sungai dan kondisi limbah.
5.2 Saran 1. 2. 3.
Diharapkan Sungai dibangun bangunan pengendalian banjir seperti tanggul dan sungai buatan pada sisi kanan dan kiri sungai yang berguna menjaga fungsi sungai. Pembangunan tanggul penahan banjir sebaiknya mencapai kondisi Q50 dimana air sungai meluap pada ketinggian 4,03 meter sehingga dalam mengatisipasi banjir diperlukan tanggul setinggi 4,5 meter. Masyarakat harus tetap menjaga lingkungan aliran sungai untuk meminimalkan resiko banjir. Daftar Pustaka Alfredo.H-S.Ang. Konsep-konsep Probabilitas dalam Perencanaan dan Perancangan Rekayasa. Penerbit Erlangga. Jakarta. Galgani,Gemma. Lasminto,Umboro. 2014, Studi Penanggulangan Banjir Kali Lamong Terhadap Genangan di Kabupaten Gresik. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil. Iman, Subarkah. 1980, Hidrologi Untuk Perencanaan Bangunan Air. Penerbit Idea Dharma, Bandung. Kamiana, I Made. 2011, Teknik Perhitungan Debit Rencana Bangunan Air. Graha Ilmu, Yogyakarta. Kawet,L. Wuisan.E.M. Tangkudung,H. 2013, Studi Perbandingan Antara Hidrograf SCS (Soil Conservation Service) dan Metode Rasional Pada DAS Tikala. Universitas Sam Ratulangi, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil. Sihotang,Rico. 2011, Analisa Banjir Rancangan Dengan Metode HSS Nakayasu Pada Bendungan Gintung. Universitas Gunadarma, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Soemarto,C.D.1987. Hidrologi Teknik . Usaha Nasional. Surabaya Sosrodarsono, S.,Masateru Tominaga, Yusuf Gayo. 1985. Perbaikan dan Pengaturan Sungai. PT.Pradinya Paramita. Jakarta. Suripin.2004. Sistem Drainase Perkotaan Yang Berkelanjutan. Andi. Yogyakarta Syahputra, Ichsan. 2015, Kajian Hidrologi dan Analisa Kapasitas Tampang Sungai Krueng Langsa Berbasis HEC-HMS dan HEC-RAS. Universitas Abulyatama, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil.
