Perencanaan Drainase Kawasan Stadion Surajaya Kabupaten Lamongan

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-8

1

Perencanaan Drainase Kawasan Stadion Surajaya Kabupaten Lamongan Brani Bijaksono, Umboro Lasminto,ST. MSc. Dr. Techn Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: [email protected] Abstrak — Stadion Surajaya Kabupaten Lamongan saat ini masih menggunakan sistem drainase atas permukaan dengan permukaan lapangan yang tidak rata, sehingga ketika hujan tiba air tidak dapat mengalir yang menyebabkan terjadinya genangan di permukaan lapangan sepakbola. Untuk mengatasi masalah drainase yang sudah tidak memungkinkan, maka direncanakan sistem drainase bawah permukaan (Sub Surface Drainage ). Dalam perencanaan drainase dengan sistem Sub Surface dilakukan analisa tanah, analisa hidrologi, dan analisa hidrolika. Analisa tanah diperlukan untuk menentukan koefisien permeabilita serta laju infiltrasi tanah. Analisa hidrologi untuk mendapatkan debit saluran rencana, serta analisa hidrolika untuk menentukan jarak, kapasitas, dan dimensi pipa drain. Dari hasil perencanaan sistem drainase Sub Surface, diperoleh hasil untuk pipa drain sejarak 2 m dengan diameter 10 cm dengan pola penyusunan pipa drain adalah tipe sayap sejajar Kata Kunci — Drainase, Hujan, Pipa Drain

I. PENDAHULUAN

S

TADION Surajaya merupakan salah satu stadion sepakbola bertaraf nasional yang berada di Kabupaten Lamongan. Tentu diharapkan, stadion yang menjadi home base klub sepakbola Persela Lamongan ini bisa menjadi kebanggaan dan memberikan prestasi bagi kabupaten Lamongan. Kelangsungan aktifitas di dalam stadion terutama pertandingan sepakbola salah satunya bergantung pada sistem drainase yang ada. Sistem drainase di stadion Surajaya yang tidak memadai menyebabkan air hujan yang turun tidak dapat dialirkan dengan baik dan lancar, sehingga terjadi genangan air yang tinggi dan lama surutnya. Akibatnya, beberapa pertandingan sepakbola yang seharusnya dapat dilaksanakan menjadi tertunda. Hal ini beimbas pada berkurangnya pendapatan stadion yang diperoleh dari dilangsungkannya suatu pertandingan sepakbola. Sistem drainase yang saat ini digunakan di stadion Surajaya adalah sistem surface drainage. Prinsip sistem drainase ini, air hujan yang masuk ke dalam stadion disalurkan dan dibuang ke dalam saluran-saluran yang berada di samping lapangan yang kemudian diteruskan ke saluran pembuang. Namun ketika musim penghujan dalam beberapa tahun terakhir lapangan sepakbola di dalam stadion sering terendam air. Kondisi lapangan yang bergelombang

menyebabkan air hujan tidak segera mengalir ke saluran di sisi lapangan. Selain itu, kondisi jenuh pada tanah akibat ketidakseimbangan antara inflow (aliran masuk) dan outflow (aliran keluar) juga menyebabkan genangan di lapangan. Salah satu upaya untuk mengatasi masalah drainase lapangan Stadion Surajaya yang sudah tidak memungkinkan lagi yaitu dengan merencanakan drainase sistem sub surface drainage. Prinsip dari sistem drainase ini adalah mengalirkan air ke bawah. Air hujan yang ada di lapangan akan merembes ke dalam tanah dengan permeabilitas tertentu kemudian disalurkan melalui pipa-pipa yang berada di bawah lapangan ke saluran pembuang. Jadi keseimbangan antara inflow dan outflow dapat dicapai. Lingkup sistem sub surface drainage antara lain meliputi perencanaan ukuran atau dimensi pipa-pipa drain yang dibutuhkan. Secara umum, beberapa fungsi dari sistem sub surface drainage untuk lapangan sepakbola stadion Surajaya adalah mengumpulkan dan mengalirkan air dari dalam stadion ke saluran pembuang agar tidak terjadi genangan air, dan menurunkan muka air tanah sehingga kondisi tanah tidak jenuh air. II. URAIAN PENELITIAN 1. Studi Literatur Melakukan studi literatur, termasuk review studi yang telah dilakukan untuk memperoleh informasi secara lebih detail terhadap objek studi. 2. Pengumpulan Data Mengumpulkan data-data yang berhubungan dengan perencanaan drainase stadion Surajaya yang meliputi: Data Hujan Data curan hujan yang digunakan berupa curah hujan harian, data ini diperoleh dari Dinas PU Pengairan Jawa Timur. Curah hujan digunakan untuk tinggi hujan rencana dan intesitas hujan dalam perhiutungan analisa hidrologi dimana untuk periode ulangnya digunakan periode ulang 10 tahunan. Data Lay-Out Stadion Data Lay-Out stadion ini didapat dari Dinas PU Cipta Karya Kabupaten Lamongan untuk merencanakan jaringan drainase yang akan melayani kawasan Stadion Surajaya Kabupaten Lamongan.

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-8 Peta Tata Guna Lahan Peta tata guna lahan ini didapat dari BAPPEDA pemerintah kabupaten Lamongan dimana peta ini digunakan untuk mengetahui penggunaan lahan yang ada di Kabupaten Lamongan sehingga dapat menentukan banyaknya air yang mampu diserap oleh tanah. Dalam perhitungan analisa hidrologi digunakan untuk mengetahui koefisien pengaliran (C). 3. Tahap analisa Untuk mengetahui permasalahan dan perencanaan sistem drainase perlu dilakukan analisa meliputi : a. Analisa Tanah Menentukan porositas, permeabilitas, serta laju infiltrasi tanah. b. Analisa Hidrologi Menghitung debit banjir dengan menggunakan data hujan harian maksimum dari Dinas Pengairan. c. Analisa Hidrolika Analisa kapasitas saluran berdasarkan debit saluran yang direncanakan. Menentukan dimensi saluran dengan memperhatikan debit maksimum yang terjadi Melakukan analisa profil muka air pada saluran yang direncanakan.

e 1 e

Atau k

Q ixA

dimana : Q k I

= Debit (discharge per unit time) = Koefisien permeabilitas (Coefficient of permeability) = miring hidrolis (hydraulic gradient) =

selisihhead l int asan

h1

h2 L

A = luas bidang masa tanah tegak lurus arah aliran. Namun untuk penentuan secara kasar koefisien permeabilitas material dapat menggunakan tabel 4.2 di bawah ini : Tabel 3.2. Perkiraan Harga k Jenis tanah Harga k (mm/jam) Coarse gravely sand 10 – 50 Medium sand 1–5 Sandy loam/ fine sand 1–3 Loam/ clay loam/ clay well structured 0.5 – 2 Very fine sandy loam 0.2 – 0.5 Clay loam/ clay, poorly structured 0.02 – 0.2 < 0.002

Pada permukaan lapangan sepakbola digunakan jenis tanah coarse gravely sand, maka koefisien permeabilitas diambil harga k = 50 mm/jam Angka Pori 0,8

Pasir lepas dengan butiran seragam (loose uniform sand) Pasir padat dengan butiran seragam 0,45 (dense uniform sand) Pasir berlanau yang lepas dengan butiran 0,65 bersudut (loose angular-grained silty sand) Pasir berlanau yang padat dengan butiran 0,4 bersudut (dense angular-grained silty sand) Lempung kaku (stiff clay) 0,6 Lempung lembek (soft clay) 0,9-1,4 Tanah (loess) 0,9 Lempung organik lembek (soft organic 2,5-3,2 clay) Glacial till 0,3 *) sumber : Braja M. Das, Mekanika Tanah Pada permukaan lapangan sepakbola digunakan jenis tipe pasir padat dengan butiran seragam, maka diambil harga angka pori (e) = 0,45 , sehingga porositas (ne) dapat dicari dengan menggunakan rumus :

ne

Q = k. i. A

No biopores *) sumber : Masduki, Drainase Perkotaan

III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Analisa Tanah 3.1.1. Porositas Tanah Tabel 3.1. Harga Angka Pori e Tipe tanah

2

0.45 = 0,31 1 0.45

3.1.2. Koefisien Permeabilitas Tanah Perhitungan penentuan harga koefisien permeabilitas tanah :

3.1.3. Laju Infiltrasi Tanah Tabel. 3.3. Laju Infiltrasi Jenis tanah

Total infiltrasi (mm)

Laju infiltrasi (mm/jam)

Coarse textured soil

150 – 300

50 – 100

Medium textured soil

30 – 100

10 – 50

30 - 70

1 - 10

Fine textured soil

*) sumber : Masduki, Drainase Perkotaan Pada permukaan lapangan sepakbola digunakan jenis tanah coarse textured soil, maka laju infiltrasi diambil harga v = 100 mm/jam 3.2. Analisa Hidrologi 3.2.1. Analisa Curah Hujan Rata-Rata Data yang digunakan adalah data hujan selama 10 tahun mulai tahun 2001 hingga tahun 2010.

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-8 Tabel 3.4. Data curah hujan harian maksimum Stasiun Lamongan

3 YT = -ln.ln

= -ln.ln

YT = -ln.ln

= -ln.ln

= 1.4999 = 2.2504

g. Menghitung K (dengan periode ulang 2, 5, 10 ) :

*) Sumber : Dinas Pekerjaan Umum Pengairan Surabaya. 3.2.2. Analisa Curah Hujan Maksimum Harian Rencana Dalam pengerjaan tugas akhir ini, analisa curah hujan maksimum harian rencana menggunakan metode Gumbel dan metode Log Pearson Tipe III kemudia di ambil hasil yang rasional. 1. Metode Gumbel, langkah-langkah perhitungan sebagai berikut : a. Menyusun data curah hujan harian Stasiun Lamongan dari yang terbesar ke yang terkecil. Adapun curah hujan yang terbesar terjadi pada tahun 2002 yaitu tercatat 129 mm dan curah hujan terkecil terjadi pada tahun 2008 sebesar 50 mm. (tabel 3.5. kolom 3 ) b. Menghitung harga rata-rata curah hujan ( ) (kolom 3.5. kolom 4) c. Menghitung kuadrat dari selisih curah hujan dengan curah hujan rata-rata (x- )2. (tabel 3.5. kolom 5). Tabel 3.5. Perhitungan Tinggi Hujan Rencana Metode Gumbel

K=

=

= -0.1355

K=

=

= 1.0580

K=

=

= 1.8483

h. Menghitung hujan rencana periode ulang 2, 5, 10 : XT = + σ.K X2 = 83.2 + 28.82 ( -0.1355) = 79.29 mm X5 = 83.2 + 28.82 ( 1.0580) = 113.69 mm X10 = 83.2 + 28.82 ( 1.8483) = 136.47 mm 2. Metode Log Pearson Tipe III, langkah-langkah perhitungan sebagai berikut : a. Menyusun data curah hujan Stasiun Lamongan dari yang terbesar ke yang terkecil. Adapun curah hujan yang terbesar terjadi pada tahun 2002 yaitu tercatat 129 mm dan curah hujan terkecil terjadi pada tahun 2008 sebesar 50 mm. (tabel 5.2. kolom 3 ) b. Merubah sejumlah n data curah hujan (R1,R2,R3,….Rn) ke dalam bentuk logaritma, sehingga menjadi log R1, log R2, log R3, ….log Rn. Kemudian dinyatakan sebagai : xi = log Ri .(Tabel 3.6 kolom 4) c. Menghitung besarnya harga rata-rata besaran logaritma tersebut dengan persamaan : = (Tabel 3.6 kolom 5) d. Mengitung besarnya harga deviasi rata-rata dari besaran log tersebut, dengan persamaan : Sd = = = 0.1456 e. Mengitung harga skew coefficient (koefisien asimetri) dari besaran logaritma di atas dengan persamaan : Cs =

*) sumber : Hasil Perhitungan d. Menghitung harga standart deviasi data hujan : N = 10 tahun = 83.2 mm σ=

=

= 28.82

e. Menghitung nilai standart deviasi reduced variated: Sn =

=

= 0.9496

f. Menghitung harga YT (dengan T = 2, 5, 10) : YT = -ln.ln

= -ln.ln

= 0.3665

Cs = = 0.3708 f. Berdasarkan harga skew coefficient yang diperoleh dan harga periode ulang (T) yang ditentukan, selanjutnya dapat dihitung harga dari Kx dengan menggunakan tabel 3.8 g. Menghitung besarnya harga logaritma dari masingmasing data curah hujan untuk suatu periode ulang tertentu dengan persamaan : xT= + Kx.Sd (Tabel 3.8. kolom 5) h. Perkiraan harga hujan harian maksimum : RT = antilog xT (mm/24 jam). (Tabel 3.8. kolom 6)

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-8 Tabel 3.6. Perhitungan Tinggi Hujan Rencana Metode Log Pearson III

4

3.2.3. Uji Kecocokan Untuk menentukan kecocokan (The Goodness of Fit Test) distribusi dari sample data terhadap fungsi distribusi peluang yang diperkirakan dapat menggambarkan/mewakili distribusi frekwensi tersebut diperlukan pengujian parameter. Pengujian parameter yang akan disajikan adalah : - Uji Chi-Kuadrat (Chi-Square) - Smirnov – Kolmogorov Tabel 3.10. Kesimpulan Hasil Uji Kecocokan Chi-Kuadrat dan Smirnov Kolmogorov

*) sumber : Hasil Perhitungan

*) sumber : Hasil Perhitungan

3.2.4. Analisa Debit Banjir Rencana 3.2.4.1. Metode Rasional Dengan dasar pemikiran bahwa apabila air hujan jatuh dengan jumlah per satuan waktu yang tetap pada suatu permukaan kedap air, maka laju limpasan dari permukaan tanah akan sama dengan laju curah hujan. Untuk menghitung debit banjir di kawasan stadion dengan luas kurang dari 150 ha maka dipakai Metode Rasional, yaitu :

Tabel 3.7 Nilai K Log Pearson Tipe III Tahun

Cs 2

5

10

3

-0.36

0.42

1.1800

2.5

-0.36

0.518

1.2500

2.2

-0.33

0.574

1.2840

2

-0.307

0.609

1.3020

1.8

-0.282

0.643

1.3180

1.6

-0.254

0.675

1.3290

Q

1.4

-0.225

0.705

1.3370

1.2

-0.195

0.732

1.3400

1

-0.164

0.758

1.3400

0.9

-0.148

0.768

1.3390

0.8

-0.132

0.78

1.3360

0.7

-0.116

0.79

1.3330

0.6

-0.099

0.8

1.3280

0.5

-0.083

0.808

1.3230

0.4

-0.066

0.816

1.3170

0.3708

-0.055

0.822

1.3113

0.3

-0.05

0.824

1.3090

0.2

-0.033

0.83

1.3010

0.1

-0.017

0.836

1.2920

Dimana : Q = debit banjir (m3/detik) C = koefisien pengaliran I = intesitas hujan untuk periode ulang tertentu (mm/jam) A = area yang akan dipatuskan (km2) 3.2.4.2. Waktu Konsentrasi (tc) Waktu konsentrasi (tc) adalah lamanya air yang mengalir sepanjang saluran dari hulu saluran sampai di hilir saluran. tc = to+ tf dimana : to = waktu yang dibutuhkan untuk mengalir di permukaan untuk mencapai inlet (overland flow time, inlet time). tf = waktu yang diperlukan untuk mengalir di sepanjang saluran a. Perumusan untuk menghitung t o: Rumus Kerby (1959)

*) Sumber : Hidrologi jilid I, Soewarno, hal 219 Tabel 3.8. Curah Hujan Periode Ulang

=

to = 1,44 x dimana : l = jarak titik terjauh ke inlet (m) nd = koefisien setara koefisien kekasaran s = kemiringan medan b. Perhitungan tf : *) sumber : Hasil Perhitungan

tf

Tabel 3.9. Hasil Analisa Curah Hujan Rencana Metode

R2

R5

R10

Gumbel

79.29

113.69

136.47

Log Pearson Tipe III 77.58 *) sumber : Hasil Perhitungan

104.07

122.64

L saluran V saluran

dimana : tf = waktu konsentrasi di saluran (menit) Lsaluran = panjang saluran (m) vsaluran = kecepatan aliran di saluran (m/dt) 3.2.4.3. Intensitas Hujan (I) Untuk menghitung intensitas curah hujan digunakan Rumus Mononobe :

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-8

Rumus Mononobe :

I

R24 24 24 t

2/3

Dimana : I = intensitas curah hujan (mm/jam) R24 = curah hujan maksimum dalam 24 jam (mm) t = waktu konsentrasi (jam) 3.2.4.4. Koefisien Pengaliran (C) Koefisien C untuk suatu wilayah permukiman dimana jenis permukaannya lebih dari satu macam, diambil harga rataratanya dengan rumus seperti dibawah ini : CiAi A

Crata-rata =

dimana : Ci = Koefisien pengaliran untuk bagian daerah yang ditinjau dengan satu jenis permukaan. Ai = Luas bagian daerah 3.3. Analisa Hidrolika 3.3.1. Sub Surface Drainage 3.3.1.1. Jarak Pipa Drain Pandang suatu sistem drainase dimana jarak antara pipa L meter, diatas impervious layer setinggi a. dan b adalah ketinggian maksimum water table diatas impervious layer. Hukum Darcy : Qy = K.y.

dy dx

Dimana : Qy = debit yang melewati penampang y. per unit panjang. Permukaan x

L

y

b

a

5 Gambar 3.2. Sket definisi penentuan kemampuan pipa Daya resap tanah : q1 = n.Vi = laju infiltrasi (mm/hari). Vi = kecepatan resap (mm/hari), searah S n = porositas Data – data dari perancanaan : - Kedalaman pipa = 0.8 m - Jarak antar pipa drain =2m - Panjang pipa drain = 41 m - Laju infiltrasi tanah = 100 mm/jam - Porositas tanah = 0.31 Penentuan kapasitas pipa drain : H = 0.8 m q1 = 100 mm/jam, n = 0.31 Kecepatan resap : Vi =

q1 100 = = 322.58 mm/jam n 0.31

h = 0.8 m = 800 mm L=2m P = 41 m

H 0 .5 L

tan

= 38.660 Sin = 0.39 Debit yang dialirkan oleh pipa untuk setiap satuan luas permukaan tanah : q = 4/5.n.Vi. sin²α. = 4/5 x 0.31 x 322.58 x 0.39 = 31.22 x 2.784 = 86.916 l/dt.ha Untuk panjang pipa 41 m dengan jarak pipa 2 m, debit yang dialirkan adalah : Q = q.L.P 2

= 86.916 x 2 x 41 x

Lap. Kedap air

Gambar 3.1. Sket definisi penentuan jarak pipa drain Data-data perencanaan : - Jarak impervious layer terhadap permukaan tanah = 5 m - Kedalaman pipa dari permukaan tanah = 0.8 m - Koefisien permeabilitas tanah K = 50 mm/jam - Laju infiltrasi tanah v = 100 mm/jam - Selisih muka air tanah maksimum = 0.3 m Dengan menggunakan rumus Dupuit : K = 5 cm/jam : v = 10 cm/jam a = 5 – 0.8 = 4.2 m b = 4.2 + 0.3 = 4.5 m L=2

K b² a ² v

=2

5 4.5² 4.2² = 2.28 m 10

Jadi, jarak antar pipa drain dipakai 2 m 3.3.1.2. Kapasitas Pipa Drain Vi Sin

Vi Sin

Vi S

S L

H

0.8 = 0.8 0.5 x 2

1 = 0.713 l/dt 10000

Jadi, kapasitas pipa drain subsurface drainage di lapangan sepakbola adalah 0.713 l/dt. 3.3.1.3. Diameter Pipa Drain Dari hasil perhitungan dan grafik dan gambar Elemen Hidrolik saluran penampang pipa diperoleh :

4. 5. 6.

D

Q d/D n S

= 0.713 103 m3/dt = 0.5 = 0.013 (Tabel 2.3) = 0.003

d Gambar 3.3. Penampang lingkaran pipa drain Penyelesaian dengan menggunakan grafik Elemen Hidrolik (terdapat dalam lampiran) :

d = 0.5 D q Q 0.5

q = 0.5 Q 0.713E 3 = 1.426E – 3 m3/dt Q 0.5

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-8

1/ 4 D 2 = 1/4D R D 1 2/3 Q V .A 1 / 4D S 1/ 2 1 / 4 D 2 n 1 2/3 = 1 / 4 D 0.0031 / 2 1 / 4 D 2 = 1.313 D8/3 0.013 3/8 1.426E 3 D = 0.077 m ≈ 0.10 m 1.313 A P

Jadi, Diameter pipa drain di lapangan sepakbola dipakai 10 cm 3.3.1.4. Profil Muka Air Berikut hasil analisa muka air di saluran utama :

6 telah dilakukan di kawasan Stadion Surajaya Kabupaten Lamongan, dapat diambil kesimpulan bahwa : 1. Ada beberapa faktor yang mengakibatkan terjadinya genangan di wilayah studi, antara lain : - Kondisi permukaan lapangan sepakbola yang bergelombang menyebabkan air di atas lapangan sulit untuk mengalir ke saluran di samping lapangan dan sebagian tertahan di atas lapangan sepakbola. - Ketidakseimbangan antara inflow dan outflow menyebabkan kondisi jenuh pada tanah, sehingga air akan sulit untuk meresap ke dalam tanah. 2. Dengan mengacu pada faktor di atas, maka sistem dranase eksisting pada lapangan sepakbola yaitu Surface Drainage, perlu diterapkan sistem Subsurface Drainage. 3. Dari perencanaan Sub Surface Drainage pada lapangan sepakbola, diperoleh hasil sebagai berikut : - Lapisan drain setebal 0.8 m dengan jenis tanah Coarse Gravely Sand dengan laju infiltrasi sebesar 100 mm/jam. - Pipa drain dengan jarak antar pipa 2 m dengan diameter 10 cm. Saran Beberapa saran dalam pengerjaan sistem Sub Surface Drainage adalah : 1. Sebaiknya dilakukan tes laboratorium untuk menentukan jenis tanah yang digunakan pada lokasi studi. 2. Sebaiknya dilakukan pengukuran supaya dapat mengetahui apakah gambar eksisting sesuai dengan kondisi saat ini atau tidak. DAFTAR PUSTAKA [1] [2]

[3] [4] [5] [6]

[7]

[8] [9] [10]

IV. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil berbagai analisa dan perencanaan drainase yang

Anggrahini, Hidrolika Saluran Terbuka, CV Citra Media, Surabaya, 1996 Badan Perencanaan Pembangunan Daerah Lamongan, Laporan Akhir Sementara, Master Plan Jaringan Drainase Di Wilayah Kota Lamongan, Kabupaten Lamongan, 1999 Cedergren, Harry R., Drainage of Highway and Airfield Pavements, John Wiley & Sons, 1974, New York. Chow, Ven Te, Handbook of Applied Hydrology, McGraw-Hill, New York, NY, 1964 Das, Braja M, Mekanika Tanah, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1985. Fair, M.Gordon, Geyer, John C, Okun, Daniel A, Water and Wastewater Engineering, Volume 1, John Wiley and Sons, Inc, New York, 1966 Horonjeff, Robert dan Mc Kelvey, Francis X, Planning and Design of Airports, Third edition, McGraw-Hill inc., 1983 Linsley, R.K., et al., Applied Hydrology, Tata McGrawHill, New Delhi, 1975 Soewarno, Hidrologi, Aplikasi Metode Statistik untuk Analisa Data, NOVA, Bandung, 1995. Subramanya, Engineering Hydrology, Tata McGrawHill Publishing Company Limited, New Delhi, 1988

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-8

7

LAMPIRAN S

Skema jaringan

U

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-8

8

Elemen hidrolik saluran penampang lingkaran/pipa