perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENELUSURAN BANJIR DENGAN METODE NUMERIK DAERAH ALIRAN SUNGAI NGUNGGAHAN WONOGIRI (Flood Routing by Numerical Method on Ngunggahan River Wonogiri)
SKRIPSI Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun oleh : HANIF SATRIA WARDANU I 1113042
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit to user
2016
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
MOTTO : Man Jadda Wa Jada ´Barang siapa yang bersungguh-sungguh akan mendapatkannya´”. (Rasulullah SAW),
“ YAKIN, IKHLAS, ISTIQOMAH “, (TGKH. Muhammad Zainuddin Abdul Madjid), Jadi orang penting itu baik, tapi lebih penting jadi orang baik . (Syekh Ahmad Shohibul Wafa Tajul Arifin q.s) , SUCCESS IS MY RIGHT. (Andrie Wongso), Kasih dan perhatian adalah kekuatan! Jika setiap hari kita mau memberikan kasih dan perhatian kepada orang-orang sekeliling kita, hidup akan terasa bahagia dan lebih bermakna. (Andrie Wongso), Beristiqomah dalam melakukan hal. (Anonim).
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN Al-hamdu lillahi rabbil 'alamin, atas rahmat dan hidayah-Nya, saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Karya ini, ku persembahkan untuk: 1. Ibu dan Bapakku,Yitno Sedyo Nugraheni dan Imam Muwardi, yang telah
mendukungku dalam segala hal, memberiku motivasi, arahan, pelajaran, doa dalam segala hal serta memberikan cinta kasih sayang yang teramat besar yang tak akan mungkin bisa ku balas dengan apapun. Semoga Allah SWT selalu melindungi dan membalas apa yang telah bapak ibu berikan. Aamiin 2. Adik tersayang yang juga saudara kembarku Hafidh Satria Wardanu yang turut mendoakan dan memberikan semangat. Meskipun kadang juga bertengkar dalam suatu hal. Sukses juga buatmu. Aamiin. 3. Saudara-saudaraku semuanya yang telah memberikan semangat dan dukungannya. 4. Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, MT yang telah memberikan bantuan dan arahan dalam menyelesaikan Skripsi ini. 5. Teman-teman seperjuangan kelompok hidrologi, yang selalu saling membantu, saling bertukar pikiran, dan memberi semangat dalam mengerjakan TA ini. Sukses yaaaa. . 6. Teman-teman Angkatan Teknik Sipil Transfer 2013, yang saling memberi semangat, kebersamaan, dukungan, dan memberikan hal -hal baru. Sukses buat kita semua. Aamiin 7. Semua pihak yang selalu mendukung dan memberi semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini yang tidak bisa disebutkan semua, terima kasih. Semoga Allah SWT memberikan Karunia dan Hidayah -Nya kepada kalian semua. Aamiin yaa Robbal ‘Alamiin
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK Hanif Satria Wardanu, Dr. Rr. Rintis Hadiani, MT dan Ir. Solichin, MT, 2016. Penelusuran Banjir dengan Metode Numerik Daerah Aliran Sungai Ngunggahan Wonogiri. Skripsi, Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Banjir merupakan suatu kejadian yang ditandai dengan naiknya muka air melebihi kapasitas volume tampungan air semisal sungai atau saluran air. Banjir dapat diprediksi dengan melihat fenomena alam seperti curah hujan yang tinggi. Penelusuran banjir dilakukan sebagai upaya untuk mengurangi dampak yang merugikan akibat banjir. Penelusuran banjir dilakukan dengan memperkirakan waktu dan besaran banjir di suatu titik aliran sungai. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui debit banjir rencana pada periode ulang 5 dan 20 tahun, serta mengetahui model matematika penelusuran banjir menggunakan metode numerik. Pada penelitian ini, Daerah Aliran Sungai (DAS) yang digunakan yaitu Sungai Ngunggahan yang berada di Kabupaten Wonogiri. Muara dari Sungai Ngunggahan adalah di Waduk Gajah Mungkur Wonogiri. Penelitian ini menggunakan beberapa metode. Metode yang digunakan untuk mengetahui debit banjir maksimum adalah Hidrograf Santuan Sintetik Soil Conservation Service (SCS). Sedangkan metode yang digunakan untuk perhitungan penelusuran banjir adalah numerik dengan persamaan Saint-Venant. Dalam perhitungannya panjang sungai acuan dibagi menjadi beberapa pias. Data yang digunakan dalam penelitian ini yaitu data sekunder tahun 2002-2014. Hasil analisis dan perhitungan banjir menggunakan pola distribusi hujan Log Pearson III dan metode Hidrograf Satuan Sintetik SCS diperoleh debit inflow maksimum periode ulang 5 dan 20 tahun sebagai berikut: Q5= 265,836 m3 /detik dan Q20= 303,748 m3 /detik. Model penelusuran banjir dengan metode numerik di DAS Ngunggahan menghasilkan model hubungan debit dan elevasi banjir dengan h = 0,036 . Q 0,634 untuk periode ulang 5 tahun dan h = 0,036 . Q 0,635 untuk periode ulang 20 tahun. Model hubungan jarak dan elevasi banjir didapatkan persamaan h = 173,5 . L-0,67 untuk periode ulang 5 tahun dan h = 192,6 . L-0,67 untuk periode ulang 20 tahun. Masing-masing model memberikan keandalan hingga 99%. Kata Kunci : Penelusuran Banjir, Debit Banjir, HSS SCS, Numerik.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT Hanif Satria Wardanu, Dr. Rr. Rintis Hadiani, MT dan Ir. Solichin, MT, 2015. Flood Routing by Numerical Method on Ngunggahan River District Wonogiri. Final Project. Civil Engineering Department of Engineering Faculty of Sebelas Maret University, Surakarta.
Flood is an occurence that marked with the increase in the water exceeds the capacity of volume water reservoir such as a river or water channel. Flood predictable with see natural phenomena such as rainfall. Ther research for flood is done as a means to reduce an adverse impact by flooding. The research for flood is done by estimates the time and the flood in a point the river. The purpose of this study in to find discharge flood plan on the period repeated 5 and 20 years, and knows mathematics model the research for flood use numerical method. This study, river flow areas (DAS) used Ngunggahan river are located of Wonogiri District. This research using several method. The method used to determine the maximum flood flow rate is Soil Conservation Service (SCS) and for flood routing used numerical method of simplification Saint-Venant equation. In computation river reference divided into several section.
The data used in this reserach is secondary data 2002 to 2014 year. Result of analysis and calculation flooding rainfall distribution Log Pearson III patterns and SCS Synthetic Unit Hydrograph method obtained flood return period 5 and 20 years as follows: discharge inflow maximum for the repeated period of 5 year is 265,836 m3 /sec and period of 20 year is 303,748 m3 /sec. Flood routing model by numerical method in Ngunggahan river produce the relationship between the discharge and elevation on the flood in equation h = 0,036 . Q 0,634 for repeated period of 5 year and h = 0,036 . Q 0,635 for repeated period of 20 year. The model relationship between distance and elevation of the flood in equationn h = 173,5 . L-0,67 for repeated period of 20 year dan h = 192,6 . L-0,67 for repeated period of 20 year. Each model equation provide the realibility to 99%. Keywords: Flood Routing, Flood peak discharge, HSS SCS, Numerik Method
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGANTAR Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa
yang telah
melimpahkan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penelitian dengan judul “Penelusuran Banjir dengan Metode Numerik Daerah Aliran Sungai Ngunggahan
Wonogiri”.
Penelitian
ini
merupakan
salah
satu
persyaratan
akademik untuk meraih gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam penyusunan laporan ini, peneliti
banyak menerima bantuan dari berbagai
pihak, oleh karena itu kami ucapkan terima kasih kepada : 1. Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani., MT selaku dosen pembimbing 1 yang telah memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi 2. Ir. Solichin, MT selaku dosen pembimbing 2 yang telah memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi. 3. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil UNS, 4. Seluruh pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu yang telah membantu kelancaran tugas kerja hingga terwujudnya laporan ini.
Penyusun menyadari keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penyusun miliki sehingga masih ada kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, untuk itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun khususnya dan pembaca umumnya. Surakarta, Januari 2016
Penyusun
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...............................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN ..............................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN ...............................................................
iii
MOTTO ....................................................................................................
iv
PERSEMBAHAN ...................................................................................
v
ABSTRAK ..............................................................................................
vi
PENGANTAR .........................................................................................
viii
DAFTAR ISI...........................................................................................
xiii
DAFTAR TABEL...................................................................................
xiv
DAFTAR GAMBAR..............................................................................
xv
DAFTAR NOTASI ..................................................................................
xvi
BAB 1
BAB 2
PENDAHULUAN 1.1.
Latar Belakang ...........................................................
1
1.2.
Rumusan Masalah .........................................................
2
1.3.
Batasan Masalah ...........................................................
3
1.4.
Tujuan Penelitian ...........................................................
3
1.5.
Manfaat Penelitian ........................................................
3
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1.
Tinjauan Pustaka .....................................................
4
2.2.
Dasar Teori .............................................................
7
2.2.1.
Data ............................................................
8
2.2.2.
Daerah Aliran Sungai ................................
8
2.2.3.
Hujan .........................................................
9
2.2.4.
Menambah Data Hujan yang Hilang dalam Tahun Tertentu ..............................
9
2.2.5.
Kualitas Data Hujan ................................
10
2.2.6.
Uji Kepanggahan .....................................
10
2.2.7.
Hujan Wilayah .........................................
12
2.2.8.
Pengukuran Dispersi ................................ commit to user
13
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2.2.9.
Pengujian Kecocokan Sebaran .................
13
2.2.10. Curah Hujan Rancangan ..........................
15
2.2.11. Analisis Pola Hujan ..................................
15
2.2.12. Perhitungan Debit Banjir .........................
16
2.2.13. Penulusuran Banjir Metode Numerik ......
18
2.2.13.1. Penelusuran Banjir Metode Numerik ..................................
19
2.2.14. Persamaan Debit ........................................
20
2.2.15. Model Banjir .............................................
20
2.2.15.1. Model Hubungan Debit dengan Tinggi Muka Air ......................
20
2.2.15.2. Model Hubungan Jarak dengan
BAB 3
Tinggi Muka Air .......................
21
2.2.16. Model Banjir ..............................................
21
METODOLOGI 3.1.
Metode Penelitian .....................................................
23
3.2.
Data ...........................................................................
23
3.3.
Lokasi Penelitian .....................................................
23
3.4.
Peralatan yang Digunakan .......................................
24
3.5.
Tahapan Penelitian ...................................................
24
3.5.1.
Pengolahan Data Hujan .............................
24
3.5.2.
Pengolahan Hujan Periode Ulang .............
25
3.5.3.
Pengolahan Hidrograf Debit ......................
25
3.5.4.
Perhitungan Penelusuran Banjir Metode
3.6.
Numerik .....................................................
25
3.5.5.
Analisis Model ..........................................
25
3.5.6.
Verifikasi Model .......................................
26
Diagram Alir Penelitian ...........................................
27
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
BAB 4
digilib.uns.ac.id
ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1.
Data Hujan ................................................................
31
4.2.
Uji Kepanggahan Data Hujan ..................................
32
4.3.
Hujan Wilayah ..........................................................
35
4.4.
Perhitungan Parameter Statistik ................................
38
4.5.
Curah Hujan Rancangan ............................................
41
4.6.
Data Fisik Daerah Aliran Sungai Ngunggahan .........
43
4.7.
Analisis Pola Hujan ....................................................
43
4.8.
Debit Banjir Rencana .................................................
45
4.9.
Penulusuran Banjir Metode Numerik .........................
54
4.10. Penyelesaian Model ...................................................
58
4.10.1. Model Hubungan Debit dan Tinggi Muka Air ..............................................................
58
4.10.2. Model Hubungan Jarak dan Tinggi Muka Air ...............................................................
62
4.11. Verifikasi Model .......................................................
65
4.11.1. Model Hubungan Debit dan Tinggi Muka Air ...............................................................
65
4.11.2. Model Hubungan Debit dan Tinggi Muka Air ..............................................................
BAB 5
69
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1.
Kesimpulan ..............................................................
71
5.2.
Saran .........................................................................
72
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................
73
LAMPIRAN LAMPIRAN A 1. Data Curah Hujan Tiga Stasiun (Eromoko, Wuryantoro, Kedunguling) 2. Tabel Nilai Persentil dari Distribusi t 3. Peta Lokasi Penelitian DAS Ngunggahan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LAMPIRAN B 1. Tabel Hasil Penelusuran Banjir Numerik 2. Tabel Perhitungan Model Banjir
LAMPIRAN C 1. Coefficient of Skewness Log Pearson III (Asimetri Coefficient – Positive) 2. Coefficient of Skewness Log Pearson III (Asimetri Coefficient – Negative)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL Tabel 2.1.
Novelty Penelitian Model Penelusuran Banjir ........................
6
Tabel 2.2.
Nilai Kritik Q/√𝑛 dan R/√ 𝑛 ……………………....................
11
Tabel 2.3.
Parameter Statistik untuk Menentukan Jenis Distribusi ........
13
Tabel 2.4.
Nilai Kritis Do untuk Uji Smirnov- Kolmogorov ...................
14
Tabel 2.5.
Pengelompokan Tanah Hidrologi ...........................................
17
Tabel 2.6.
Modifikasi Angka-angka Kurve Limpasan untuk Jawa (AMC II) .................................................................................
17
Tabel 4.1.
Data Hujan Tahunan Stasiun Hujan DAS Ngunggahan........
31
Tabel 4.2.
Uji Kepanggahan Pada Stasiun Pencatat Hujan Eromoko ...
32
Tabel 4.3.
Uji Kepanggahan Pada Stasiun Pencatat Hujan Wuryantoro ..............................................................................................
Tabel 4.4.
Uji Kepanggahan Pada Stasiun Pencatat Hujan Kedunguling ...............................................................................................
Tabel 4.5.
37
Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan dengan Acuan Stasiun Kedunguling............................................................
Tabel 4.8.
36
Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan dengan Acuan Stasiun Wuryantoro ...........................................................
Tabel 4.7.
34
Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan dengan Acuan Stasiun Eromoko ...................................................................
Tabel 4.6.
33
37
Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan DAS Ngunggahan ........................................................................
38
Tabel 4.9.
Uji pemilihan Sebaran yang Sesuai ....................................
38
Tabel 4.10.
Syarat Pemilihan Jenis Distribusi ......................................
39
Tabel 4.11.
Uji Smirnov Kolmogorov ...................................................
39
Tabel 4.12.
Perhitungan Nilai Log X.....................................................
41
Tabel 4.13.
Nilai G Sesuai dengan Skala Ulangnya Masing-masing ...
42
Tabel 4.14.
Hasil Perhitungan Logaritma Debit ...................................
42
Tabel 4.15.
Hasil Perhitungan Anti Log Q ............................................
43
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
Tabel 4.16.
digilib.uns.ac.id
Hasil Perhitungan Intensitas Hujan dengan Modified Mononobe ..........................................................................
43
Tabel 4.17.
Hasil Analisis Alternating Black Method Q5 ...................
44
Tabel 4.18.
Hasil Analisis Alternating Black Method Q20 .................
44
Tabel 4.19.
Variabel/parameter DAS Ngunggahan Metode SCS .......
45
Tabel 4.20.
Variabel Pokok DAS Ngunggahan Metode SCS .............
48
Tabel 4.21.
Unit Hidrograf SCS ..........................................................
48
Tabel 4.22.
Hidograf Aliran Metode SCS Periode Ulang 5 Tahun .....
51
Tabel 4.23.
Hidograf Aliran Metode SCS Periode Ulang 20 Tahun ...
52
Tabel 4.24.
Rekapitulasi Hasil Perhitungan Metode SCS ....................
53
Tabel 4.25.
Pembagian Panjang Sungai Menjadi Pias-pias ..................
55
Tabel 4.26.
Debit dan Tinggi Muka Air Maksimum Q5 .....................
60
Tabel 4.27.
Debit dan Tinggi Muka Air Maksimum Q20 ....................
61
Tabel 4.28.
Jarak dan Tinggi Muka Air Maksimum Q5 ......................
63
Tabel 4.29.
Jarak dan Tinggi Muka Air Maksimum Q20 ......................
63
Tabel 4.30.
Interval Kepercayaan Model dengan Signifikan 1% (Q5)...
66
Tabel 4.31.
Interval Kepercayaan Model dengan Signifikan 1% (Q20) ..
66
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1.
Metode Poligon Thiessen......................................................
13
Gambar 3.1.
Peta DAS Bengawan Solo Hulu 3........................................
24
Gambar 4.1.
Poligon Thiessen DAS Ngunggahan Tiga Satasiun Hujan ..
35
Gambar 4.2.
Grafik Distribusi Hujan 5 Tahunan .....................................
44
Gambar 4.3. Grafik Distribusi Hujan 20 Tahunan .....................................
45
Gambar 4.4.
Grafik Hidrograf Satuan Sintetis SCS .................................
50
Gambar 4.5.
Grafik Hidrograf Aliran SCS Kala Ulang ............................
54
Gambar 4.6.
Sketsa Perhitungan Pias Ke-1 ..............................................
55
Gambar 4.7.
Skema Kotak Hasil Penelusuran Banjir Metode Numerik ...
57
Gambar 4.8.
Hidrograf Hubungan Inflow dan Outflow pada Perhitungan Penelusuran Banjir Q5 Pias Ke-1 .....................
58
Sketsa Perhitungan Iterasi Pias Ke-2 ....................................
59
Gambar 4.10. Sketsa Tinggi Muka Air Maksimum (h) Tiap Pias Q5 .........
60
Gambar 4.9.
Gambar 4.11. Sketsa Debit Maksimum dan Tinggi Muka Air Maksimum (h) Tiap Pias Q20 ..................................................................
60
Gambar 4.12. Grafik Hubungan Elevasi Maksimum dengan Debit Maksimum Q5 .......................................................................
61
Gambar 4.13. Grafik Hubungan Elevasi Maksimum dengan Debit Maksimum Q20 .......................................................................
62
Gambar 4.14. Grafik Hubungan Jarak dan Tinggi Muka Air Maksimum Q5 ........................................................................
64
Gambar 4.15. Grafik Hubungan Jarak dan Tinggi Muka Air Maksimum Q20 .....................................................................
64
Gambar 4.16. Interval Kepercayaan Tinggi Muka Air Rata-rata Penelusuran Q5 ......................................................................
64
Gambar 4.17. Interval Kepercayaan Tinggi Muka Air Rata-rata Penelusuran Q20 ...................................................................
64
Gambar 4.18. Grafik Interval Kepercayaan Model Q5 ...............................
68
Gambar 4.19. Grafik Interval Kepercayaan Model Q20 ............................. commit to user
68
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR NOTASI 𝑆𝑘∗ Yi Y Dy ni P PN
= = = = = = =
Aw AN NNgunggahan X Cs Cv Ck Xi X S G K X1 ,X2,X3 P D0 A R0 I R24 S CN P Pe L A Tc Tp qp Q β ∆t ∆x N P S0 i
= =
= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =
Nilai komulatif penyimpangan, Data hujan ke-i, Data hujan rerata –i, Deviasi standar, Jumlah data, Hujan wilayah (mm), Hujan masing- masing stasiun pencatat hujan (mm), Luas wilayah (Km2 ), Luas masing- masing poligon (Km2 ), Jumlah stasiun pencatat hujan, Tinggi hujan rerata, Koefisien skewness, Koefisien variasi, Koefisien kurtosis, Data hujan ke-i, Data hujan rerata –i, Standar deviasi, Koefisien kemencengan, Variabel standar untuk X menurut G, Data- data, Peluang terjadinya, Nilai Kritis, Derajat Kepercayaan, Luas DAS (km2 ), Hujan satuan (= 1 mm), Intensitas Hujan, tinggi hujan rancangan dalam 24 jam, infiltrasi maksimum yang mungkin terjadi (cm), curve number kedalaman hujan (mm), kedalaman hujan efektif (mm), panjang sungai (km), luas area (km2 ), waktu konsentrasi (menit), waktu puncak (jam), debit puncak (in), debit puncak limpasan (m3 /detik), koefisien momentum , interval waktu (detik), interval jarak (meter), koefisien kekasaran manning, lebar permukaan atas sungai (meter), kemiringan commit (slope) to dasar useraliran, step jarak,
perpustakaan.uns.ac.id
j R tp µ
= = = =
digilib.uns.ac.id
step wantu, jari-jari hidrolis, nilai t dari daftar distribusi pada p = ½ (1+ɤ) dan dk = n-1 rata-rata hitung kondisi sebenarnya.
commit to user
