PENERAPAN SUMUR RESAPAN PADA PERENCANAAN DRAINASE WILAYAH DI KECAMATAN TARUTUNG (STUDI KASUS: KAWASAN PERMUKIMAN KELURAHAN HUTATORUAN VII)
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Sipil
Oleh
NOPANDI VALENTINUS PARHUSIP 08 0404 089
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBERDAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Isu krisis air di Indonesia khususnya di wilayah perkotaan akan menjadi kenyataan, apabila upaya pengelolaan sumberdaya air secara terprogram, terpadu dan berkelanjutan, tidak dilakukan secara serius. Untuk itu, implementasi rancang tindak pengelolaan sumberdaya air tanah bukan saatnya lagi untuk ditelaah atau perlu tidaknya dilakukan, akan tetapi upaya pemulihan melalui penerapan sumur resapan merupakan tindakan strategis dalam kancah revitalisasi air tanah. Studi ini bertujuan untuk mengetahui laju infiltrasi dan nilai permeabilitas tanah dalam penentuan dimensi sumur resapan dalam mereduksi debit banjir. Sebagai studi kasus, penelitian ini mengambil lokasi di kawasan permukiman Kelurahan Hutatoruan VII, Kecamatan Tarutung, Kabupaten Tapanuli Utara. Alat yang digunakan dalam pengujian infiltrasi di lapangan adalah single ring infiltrometer. Sampel tanah di lokasi studi juga diambil untuk dilakukan uji permeabilitas yang dilaksanakan di Laboratorium Mekanika Tanah Universitas Sumatera Utara. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh nilai laju infiltrasi konstan (fc) di lokasi studi adalah 17,40 cm/jam, sedangkan nilai koefisien permeabilitas (k) sampel tanahnya adalah 9,704 x 10-4 cm/detik. Berdasarkan dara yang telah dianalisis diperoleh dimensi sumur resapan berpenampang lingkaran dengan diameter 1,5 m, kedalaman 2,55 m dan debit masukan rencana 0,68 x 10-3 m3/detik. Estimasi waktu tunda limpasan air hujan dari atap menuju saluran drainase adalah 1,65 jam. Total debit banjir kawasan permukiman sebelum direncanakan sumur resapan adalah 9,85 m3/detik, dengan penerapan sumur resapan berkurang menjadi 8,7862 m3/detik sehingga terjadi reduksi debit banjir sebesar 10,80%. Untuk debit banjir yang terjadi untuk 1 unit rumah tanpa sumur resapan adalah 0,967 x 10-3 m3/detik, dan dengan penerapan sumur resapan berkurang menjadi 0,117 x 10-3 m3/detik, sehingga terjadi reduksi banjir sebesar 87,90% untuk setiap unit rumah. Kata kunci: Sumur resapan, infiltrasi, permeabilitas
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan anugrah, berkat dan rahmat-Nya hingga terselesaikannya tugas akhir
ini
dengan
judul
“PENERAPAN
SUMUR
RESAPAN
PADA
PERENCANAAN SISTEM DRAINASE WILAYAH DI KECAMATAN TARUTUNG (STUDI KASUS: KAWASAN PERMUKIMAN KELURAHAN HUTATORUAN VII)”. Tugas akhir ini disusun untuk diajukan sebagai syarat dalam ujian sarjana teknik sipil bidang studi teknik sumberdaya air pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak, diantaranya : 1. Bapak Ivan Indrawan, ST. MT, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, masukan, dukungan dan meluangkan waktu dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU. 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU. 4. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc selaku Koordinator Sub Jurusan teknik sumberdaya air, Teknik Sipil USU dan selaku dosen pembanding saya, serta Ibu Emma Patricia Bangun, ST. M.Eng, selaku dosen pembanding saya. 5. Dinas Cipta Karya, Dinas Pertanian dan Perkebunan Kabupaten Tapanuli Utara, Badan Perencanaan Pembangunan Daerah (BAPPEDA) Kabupaten Tapanuli Utara, Kantor Kelurahan Hutatoruan VII, Kecamatan Tarutung, Serta
Universitas Sumatera Utara
Badan Pusat Statistik Kabupaten Tapanuli Utara yang bersedia memberikan data-data yang saya butuhkan dalam mengerjakan tugas akhir ini. 6. Keluargaku yang tercinta, terutama kedua orang tuaku, Bapak N. Parhusip dan Ibu E. Tarigan, SPd, dan adikku (Dina, Richart, Yanti, dan Herianto) serta Sisca Manik atas doa, dan dukungan dalam mengerjakan tugas akhir ini. 7. Buat teman-teman seperjuangan 2008, Richo, Tumpal, Jatendra, Eric, Pardi, Nurul, Aldridge, Frengky, Hermanto, Jevri, Ardi, Mustafa, Boy dan temanteman angkatan 2008 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya. Kepada abang dan kakak senior serta adik-adik 2009, 2010, 2011. 8. Kepada Defrin Situmorang, Marcolowey Simanungkalit, Albert Simanungkalit yang telah bersedia membantu saya dalam penelitian tugas akhir ini. Saya menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya. Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para pembaca. Akhir kata, saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Tuhan memberkati.
Medan, Juli 2013 Penulis
Nopandi V. Parhusip
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................
i
ABSTRAK ............................................................................................................. iii DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv DAFTAR TABEL .................................................................................................. x DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xiii DAFTAR NOTASI ................................................................................................. xvii BAB
I PENDAHULUAN ................................................................................. 1 1.1. Latar Belakang ............................................................................. 1 1.2. Perumusan Masalah ..................................................................... 2 1.3. Pembatasan Masalah .................................................................... 3 1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................... 4 1.5. Manfaat Penelitian ........................................................................ 4 1.6. Sistematika Penulisan ................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 6 2.1. Sistem Drainase ............................................................................ 6 2.2. Siklus Hidrologi ............................................................................ 11 2.3. Konsep Umum Infiltrasi ................................................................ 12 2.3.1. Defenisi ............................................................................. 12 2.3.2. Faktor yang Mempengaruhi Infiltrasi ............................... 14 2.3.3. Perhitungan Infiltrasi dan Laju Infiltrasi ........................... 18 2.3.4. Pengukuran Infiltrasi ......................................................... 20 2.4. Koefisien Permeabilitas ................................................................ 22
Universitas Sumatera Utara
2.5. Analisis Hidrologi ......................................................................... 25 2.5.1. Perhitungan Parameter Statistik ........................................ 26 2.5.2. Penetuan Jenis Distribusi Data .......................................... 28 2.5.3. Curah Hujan Rencana ........................................................ 30 2.5.4. Analisis Intensitas Curah Hujan ........................................ 36 2.5.5. Analisis Penetuan Metode Perhitungan Intensitas Curah Hujan ..................................................................... 37 2.6. Sumur Resapan ............................................................................. 39 2.6.1. Pengertian .......................................................................... 39 2.6.2. Fungsi Sumur Resapan ...................................................... 40 2.6.3. Prinsip dan Teori Kerja Sumur Resapan ........................... 41 2.6.4. Komponen-komponen Proses Resapan ............................. 43 2.6.5. Perencanaan Dimensi Sumur Resapan .............................. 45 2.6.6. Persyaratan Umum dan Teknis Sumur Resapan ............... 49 2.6.7. Jenis dan Konsruksi Sumur Resapan ................................ 50 2.7. Gambaran Umum Daerah Tinjauan Studi ..................................... 55 2.7.1. Letak Geografis dan Luas Wilayah ................................... 55 2.7.2. Kondisi Fisik Dasar ........................................................... 59 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 63 3.1. Tempat dan Waktu ....................................................................... 63 3.2. Peralatan dan Bahan ...................................................................... 64 3.3. Kerangka Penelitian ...................................................................... 64 3.4. Tahapan Penelitian ....................................................................... 66 3.4.1. Pengumpulan Data ............................................................ 66
Universitas Sumatera Utara
3.4.2. Pengolahan/Analisis Data ................................................. 70 3.4.3. Penyajian Data ................................................................... 72 3.4.4. Prosedur Evaluasi Lokasi untuk Sumur Resapan .............. 72 3.4.5. Memberikan Kesimpulan dan Saran ................................. 72 BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN .............................................. 73 4.1. Analisis Infiltrasi ......................................................................... 73 4.1.1. Hasil Pengukuran Laju Infiltrasi ....................................... 73 4.1.2. Analisis Hasil Pengukuran Laju Infiltrasi dengan Metode Horton .................................................................. 76 4.2. Uji Permeabilitas ........................................................................... 81 4.3. Analisis Hidrologi ......................................................................... 85 4.3.1. Curah Hujan Harian Maksimum ....................................... 85 4.3.2. Plotting Data ...................................................................... 88 4.3.3. Uji Chi Kuadrat (Chi Square) ............................................ 90 4.3.4. Uji Keselarasan Smirnov-Kolmogorof.............................. 92 4.3.5. Analisis Intensitas Curah Hujan ........................................ 94 4.3.6. Analisis Penentuan Metode Perhitungan Intensitas Curah Hujan ...................................................................... 99 4.4. Koefisien Pengaliran ..................................................................... 109 4.5. Perencanaan Sumur Resapan ........................................................ 110 4.6. Pengurangan Debit Banjir akibat Sumur Resapan ........................ 114 4.7. Spesifikasi Perencanaan Sumur Resapan ...................................... 116 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 147 5.1. Kesimpulan .................................................................................. 119
Universitas Sumatera Utara
5.2. Saran .............................................................................................. 120 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ xxi LAMPIRAN ........................................................................................................... xxii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
River Side Polder, Kolam Konservasi, dan Drainase Resapan .... 9
Gambar 2.2
Siklus Hidrologi ........................................................................... 11
Gambar 2.3
Posisi Sumur Resapan dalam Siklus Hidrologi ............................ 12
Gambar 2.4
Grafik Hubungan t dan Log (fo-fc) .............................................. 20
Gambar 2.5
Infiltrometer ................................................................................. 21
Gambar 2.6
Alat Constant Head Permeability Test......................................... 23
Gambar 2.7
Skema Proses Alat Falling Head Permeability............................ 24
Gambar 2.8
Konstruksi Sumur Resapan .......................................................... 40
Gambar 2.9
Skema Aliran dalam Sumur ......................................................... 47
Gambar 2.10
Sumur Resapan Dangkal Berbentuk Bulat dengan Menggunakan Talang Air Hujan ........................................................................ 51
Gambar 2.11
Sumur Resapan Dangkal Berbentuk Bulat dengan Menggunakan Saluran Terbuka .......................................................................... 51
Gambar 2.12
Sumur Resapan Dangkal Berbentuk Bulat Melalui Pemboran .... 52
Gambar 2.13
Sumur Resapan Kolektif di Bahu Jalan........................................ 53
Gambar 2.14
Sumur Resapan Kolektif Berbentuk Kolam Resapan .................. 53
Gambar 2.15
Perspektif Sumur Resapan ........................................................... 55
Gambar 2.16
Peta Kecamatan Tarutung Menurut Desa/Kelurahan ................... 56
Gambar 2.17
Peta Topografi Kecamatan Tarutung ........................................... 61
Gambar 2.18
Peta Jenis Tanah Kecamatan Tarutung ........................................ 61
Gambar 3.1
Lokasi Pengukuran Laju Infiltrasi ................................................ 63
Gambar 3.3
Kerangka Penelitian ..................................................................... 65
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3
Single Ring Infiltrometer ............................................................... 67
Gambar 3.4
Alat Uji Falling Head Permeability .............................................. 69
Gambar 4.1
Dimensi Single Ring Infiltrometer ................................................ 73
Gambar 4.2
(a) Pembersihan Lahan, (b) Pelat Pelapis Ring Infiltrometer, (c) Pengamatan Laju Infiltrasi .......................................................... 75
Gambar 4.3
Grafik Log (fo-fc) terhadap Waktu Metode Horton.................... 77
Gambar 4.4
Grafik f(t) Horton ........................................................................ 80
Gambar 4.5
Proses Pengujian Falling Head Permeability di Laboratorium ..... 82
Gambar 4.6
Hasil Plotting Log Pearson Tipe III Curah Hujan Kecamatan Tarutung, Kabupaten Tapanuli Utara ............................................ 90
Gambar 4.7
Grafik Intensitas Hujan Metode Van Breen dengan Metode Talbot, Ishiguro, dan Sherman PUH 5 Tahun ............................... 105
Gambar 4.8
Grafik Intensitas Hujan Metode Hasper dengan Metode Talbot, Ishiguro, dan Sherman PUH 5 Tahun ........................................... 107
Gambar 4.9
Kurva IDF Daerah Perencanaan.................................................... 108
Gambar 4.10
Grafik Efisiensi Debit Banjir 1 Unit Rumah di Lokasi Studi ....... 114
Gambar 4.11
Grafik Efisiensi Debit Banjir Total di Lokasi Studi...................... 115
Gambar 4.12
Debit Banjir dengan Berbagai Periode Ulang Hujan (PUH) ........ 116
Gambar 4.13
Skema Perencanaan Sumur Resapan ............................................ 118
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Tekstur Tanah dengan Kecepatan Infiltrasi .................................... 17
Tabel 2.2
Harga Koefisien Permeabilitas pada Umumnya ............................. 22
Tabel 2.3
Hasil Perhitungan Parameter Statistik............................................. 28
Tabel 2.4
Nilai Δ Kritis untuk Uji Keselarasan Smirnov-Kolmogorov .......... 30
Tabel 2.5
Nilai Variabel Reduksi Gauss (K) .................................................. 31
Tabel 2.6
Faktor Frekuensi K untuk Distribusi Log Normal .......................... 32
Tabel 2.7
Harga Reduced Variate pada Periode Ulang Hujan T Tahun ......... 33
Tabel 2.8
Reduced Mean (Yn) ........................................................................ 34
Tabel 2.9
Standar Deviasi dari reduksi Variasi (Sn) ....................................... 34
Tabel 2.10
Faktor Frekuensi K Distribusi Log Pearson Tipe III ...................... 35
Tabel 2.11
Nilai Koefisien aliran Permukaan (C) untuk Berbagai Permukaan . 44
Tabel 2.12
Jarak Minimum Sumur Resapan Air Hujan Terhadap Bangunan... 50
Tabel 2.13
Luas Wilayah Dirinci per Kelurahan/Desa di Kecamatan Tarutung .......................................................................................... 56
Tabel 2.14
Jumlah Penduduk dan Rumah Tangga Menurut Desa/Kelurahan .. 58
Tabel 2.15
Ketinggian dan Kondisi Kemiringan Lereng Di Kecamatan Tarutung .......................................................................................... 59
Tabel 2.16
Banyaknya Hari Hujan dan Curah Hujan per Bulan 2011 .............. 60
Tabel 2.17
Penggunaan
Lahan
di
Kecamatan
Tarutung
Menurut
Desa/Kelurahan Tahun 2011 .......................................................... 62 Tabel 4.1
Hasil Perhitungan Laju Infiltrasi pada Lokasi Permukiman ........... 76
Tabel 4.2
Hasil Analisis Laju Infiltrasi pada Lokasi Penelitian ...................... 79
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.3
Data Hasil Perhitungan pada Pengujian Falling Head Permeability Tanah di Laboratorium .............................................. 83
Tabel 4.4
Curah Hujan Kecamatan Tarutung .................................................. 85
Tabel 4.5
Perhitungan Statistik Curah Hujan Tahunan ................................... 86
Tabel 4.6
Perhitungan Parameter Statistik Distribusi Curah Hujan ................ 87
Tabel 4.7
Perhitungan Statistik (Logaritma) Curah Hujan Tahunan............... 87
Tabel 4.8
Perhitungan Parameter Statistik Log Distribusi Curah Hujan ........ 87
Tabel 4.9
Hasil Uji Distribusi Statistik ........................................................... 88
Tabel 4.10
Perhitungan Peringkat Periode Ulang Kecamatan Tarutung, Kabupaten Tapanuli Utara ............................................................... 89
Tabel 4.11
Pengurutan Data Hujan dari Besar ke Kecil .................................... 91
Tabel 4.12
Perhitungan Metode Chi Kuadrat .................................................... 92
Tabel 4.13
Uji Smirnov-Kolmogorov dengan Distribusi Log Pearson Tipe III ..................................................................................................... 93
Tabel 4.14
Perhitungan Curah Hujan Rencana Metode Log Pearson Tipe III ..................................................................................................... 94
Tabel 4.15
Perhitungan Intensitas Curah Hujan Metode Van Breen ................ 95
Tabel 4.16
Perhitungan Intensitas Curah Hujan Metode Hasper Der Weduwen ......................................................................................... 96
Tabel 4.17
Uji Kecocokan Intensitas Hujan Metode Van Breen dengan Metode Talbot, Sherman, dan Ishiguro PUH 5 Tahun .................... 102
Tabel 4.18
Variabel Persamaan Talbot, Sherman, dan Ishiguro ....................... 102
Tabel 4.19
Uji Kecocokan Intensitas Hujan Hasper dengan Metode Talbot, Sherman, dan Ishiguro PUH 5 Tahun ................................. 103
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.20
Variabel Persamaan Talbot, Sherman, dan Ishiguro ....................... 103
Tabel 4.21
Selisih Intensitas Hujan Metode Van Breen dengan Metode Talbot, Sherman, dan Ishiguro PUH 5 Tahun ................................. 104
Tabel 4.22
Selisih Intensitas Hujan Hasper dengan Metode Talbot, Sherman, dan Ishiguro PUH 5 Tahun.............................................. 106
Tabel 4.23
Intensitas Curah Hujan untuk PUH Berdasarkan Metode Van Breen dengan Pola Talbot ............................................................... 107
Tabel 4.24
Koefisien Pengaliran (C) ................................................................. 109
Tabel 4.25
Jarak Minimum Sumur Resapan Air Hujan terhadap Bangunan .... 110
Tabel 4.26
Efisiensi Debit Banjir Menggunakan Sumur Resapan (PUH 2 Tahun).............................................................................................. 115
Tabel 4.27
Debit Banjir dengan Berbagai Periode Ulang Hujan (PUH)…… 116
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI C
= Koefisien pengaliran permukaan, yang besarnya < 1
Ck
= Koefisien Kurtosis
Cs
= Koefisien Skewness
Cv
= Koefisien variasi
DK
= Derajat kebebasan
A
= Luas bidang tangkapan hujan (ac atau ha)
Efi
= Banyaknya frekuensi yang diharapkan pada dta ke-i
As
= Luas penampang sampel tanah (cm2)
F
= Faktor Geometrik (m)
f(t)
= Laju infiltrasi nyata (cm/jam)
fc
= Laju infiltrasi tetap (cm/jam)
f0
= Laju infiltrasi awal (cm/jam)
H
= Tinggi muka air dalam sumur (m)
h1
= Ketinggian mula-mula air pada interval waktu tertentu (cm)
h2
= Ketinggian mula-mula air pada interval waktu tertentu (cm)
I
= Intensitas hujan (mm/jam)
IT
= Intensitas hujan pada PUH tahun (mm/jam)
K
= Koefisien permeabilitas tanah (cm/detik)
k
= konstanta
kc
= Faktor konversi (kc ≈ 0,00278 dari ha-mm/jam ke m3/detik)
L
= Panjang sampel tanah (cm)
Log XT
= Nilai logaritma curah hujan dengan periode ulang tertentu = Nilai logaritma rata-rata curah hujan
Universitas Sumatera Utara
M
= Nomor urut data
N
= Jumlah data
Ofi
= Frekuensi yang terbaca pada kelas yang sama pada data ke-i
P(Xm)
= Data yang diranking dari data terbesar ke data terkecil
Q
= Debit banjir (cfs atau m3/detik)
Qall
= Debit banjir total (m3/detik)
Qmasuk
= Debit air yang masuk ke sumur resapan (m3/detik)
Qresapan
= Debit air yang tertampung di dalam sumur resapan (m3/detik)
Qtertampung = Debit air yang tertampung di dalam sumur resapan (m3/detik) R
= Jari-jari sumur resapan rencana (m)
R24
= Curah hujan harian maksimum (mm/24jam)
RT
= Curah hujan harian maksimum PUH tahun (mm/24jam)
Sd
= Standar deviasi
T
= Waktu yang diperlukan untuk pengisian sumur resapan (jam)
t
= Durasi waktu hujan (menit)
V
= Volume/kapasitas sumur resapan (m3)
X2
= Harga Chi Square = Curah hujan rata-rata (mm)
XT
= Curah hujan dengan periode ulang tahun (mm)
Universitas Sumatera Utara
