PERHITUNGAN DEBIT DAN LUAS GENANGAN BANJIR SUNGAI BABURA
TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil
Disusun oleh :
BENNY STEVEN 090424075
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
ABSTRAK DAS Babura adalah sungai yang merupakan cabang dari Sungai Deli. Sungai Babura terbentang sepanjang 36,570 km, dari daerah kawasan Sibolangit hingga Kota Medan. Luas catchment area sungai Babura hingga pertemuan Sungai Deli ialah 99 km2. Sungai Babura menyediakan potensi air yang besar dan memberikan manfaat bagi masyarakat terutama Kota Medan, namun seringkali juga mendatangkan bencana, yaitu banjir yang setiap tahun terjadi. Banjir yang terjadi di Kota Medan salah satu kemungkinannya diakibatkan oleh adanya perubahan tataguna lahan di daerah hulu kawasan DAS, kesalahan dalam mengimplementasikan rencana tata ruang Kota Medan, maupun iklim ekstrim yang terjadi akhir-akhir ini. Penelitian yang dilakukan dalam menyusun tugas akhir ini adalah menghitung debit dan luas genangan banjir sungai Babura dibagian hulu Kec. Medan Johor di titik 270 dengan interval 50 m sampai kehilir di titik 1 di Kec. Medan Barat. Dengan adanya Data primer yang diperoleh dengan cara melakukan pengamatan/ pengukuran langsung di lapangan, dan data sekunder yang diperoleh dari instansi-instansi terkait atau badan-badan tertentu yaitu data curah hujan, peta tata guna lahan dan peta topografi. Maka dari data-data tersebut dapat dihitung banjir kala ulang dengan metode Gumbel dan kemudian data tersebut diolah menjadi data grand total debit banjir menurut periode kala ulang 2, 3, 5, 10, 25, 50 dan 100 tahun sungai Babura dengan Metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu. Berdasarkan hasil dari perhitungan debit banjir rancangan maksimum pada bagian Penampang BB 1 diperoleh Q25 = 221,63 m3/det; Q50 = 262,15 m3/det dan Q100 = 307,46 m3/det, pada bagian Penampang BB 135 diperoleh Q25 = 216,51 m3/det; Q50 = 256,10 m3/det dan Q100 = 300,37 m3/det, dan pada bagian Penampang BB270 diperoleh Q25 = 201,17 m3/det; Q50 = 237,95 m3/det dan Q100 = 279,08m3/det. Data-data debit banjir kala ulang tersebut diselisihkan dengan kapasitas debit saluran yang dihitung dengan rumus manning untuk memperoleh debit meluap agar dapat memperhitungkan tinggi muka air dan luas genangan banjir. Pada bagian Penampang BB1 menurut periode kala ulang 25 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,24 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,36 km2 dan Volume banjir = 0,00027 km3; menurut periode kala ulang 50 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,45 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,38 km2 dan Volume banjir = 0,00033 km3 ; menurut periode kala ulang 100 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,67 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,38 km2 dan Volume banjir = 0,00039 km3; Pada bagian Penampang BB 135 menurut periode kala ulang 25 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,08 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,42 km2 dan Volume banjir = 0,00025 km3 menurut periode kala ulang 50 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,32 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,43 km2 dan Volume banjir = 0,0003; menurut periode kala ulang 100 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,56 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,44 km2 dan Volume banjir = 0,00037 km3 ; Pada bagian penampang BB270 menurut periode kala ulang 25 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 0,93 m dengan luas genangan banjir sekitar 0.42 km2 dan Volume Banjir = 0,00025 km3 menurut periode kala ulang 50 tahun diperoleh tinggi muka air
i
sekitar 1,07 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,43 km2 dan Volume banjir = 0,00025 km3 ; menurut periode kala ulang 100 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,23 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,44 km2 dan Volume banjir = 0,00037 km3 Kata kunci: Sungai Babura, HSS Nakayasu dan Luas Genangan Banjir Sungai Babura.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
kasih-Nya
memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan, dan kesempatan
kepada
penulis, sehingga mampu menyelesaikan laporan tugas akhir dengan topik “ Perhitungan Debit dan Luas Genangan Banjir Sungai Babura . Laporan tugas akhir ini disusun sebagai syarat mata kuliah Tugas Akhir bagi semester Akhir Jurusan Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini penulis memperoleh bantuan baik moril maupun materil, secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu perkenankanlah penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini terutama kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing Johannes Tarigan, selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil; 2. Bapak Dr. Ir. A. Perwira Mulia, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada saya; 3. Bapak Ir. Makmur Ginting, M.Sc, selaku dosen penguji yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada saya; 4. Bapak Ivan Indrawan,ST, MT , selaku dosen penguji yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada saya; 5. Bapak dan Ibu dosen Jurusan Teknik Sipil; 6. Orang tua dan saudara-saudari penulis; 7. Asril Zevri ST, MT terima kasih atas saran-saran serta bantuannya dalam perhitungan dan penulisan laporan ini; 8. Teman-teman khususnya buat Arif Dermawan Pasaribu, Johannes Hutauruk, Rachmad Hidayat, Petra Andreas dan rekan-rekan mahasiswa
iii
ekstention yang ikut membantu, baik dukungan, saran-saran serta bantuanya dalam perhitungan dan penulisan laporan ini; 9. Dan segenap pihak yang belum tersebut di sini terima kasih atas jasajasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik, semoga Tuhan membalasnya dengan kebaikan pula.
Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis juga menyadari kemungkinan terdapat kekurangan dan khilaf. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan saran-saran dan kritikan yang dapat memperbaiki laporan ini. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi siapa pun yang membacanya. Medan,
April 2015
Hormat penulis:
BENNY STEVEN NIM: 090424075
iv
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK.................................................................................................................. i KATA PENGANTAR ............................................................................................... ii DAFTAR ISI ............................................................................................................ iv DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ ix DAFTAR TABEL ................................................................................................... xii DAFTAR NOTASI................................................................................................. xiii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xv BAB I
PENDAHULUAN ..................................................................................
1
1.1
Latar Belakang ...........................................................................
1
1.2
Tujuan Penelitian........................................................................
2
1.3
Manfaat Penelitian ......................................................................
3
1.4
Metodologi Penelitian.................................................................
3
1.4.1
Analisis Data ………………………………………….. 4
1.5
Pembatasan Masalah…………………………………………….. 5
1.6
Sistematika Penulisan …………………………………………….. 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA......................................................................... 2.1
2.2
2.3
8
Siklus dan Proses Hidrologi ........................................................
8
2.1.1
8
Siklus Hidrologi ………………………. ........................
Sungai ........................................................................................
10
2.2.1
Pengertian Sungai ……………………………………….. 10
2.2.2
Bentuk-bentuk daerah aliran sungai …………………… 11
Daerah Aliran Sungai (DAS)……………………………………… 14
iv
2.3.1 2.4
2.5
2.6
Pengertian DAS…………………………………….. .....
14
Banjir ........................................................................................
15
2.4.1
Pengertian Banjir ............................................................
15
2.4.2
Berbagai Macam Banjir .................................................
16
2.4.3
Tingkat Bahaya Banjir ...................................................
17
Analisis Curah Hujan Kawasan…………………………………… 18 2.5.1
Metode Aritmatik (Aljabar) .........................................
18
2.5.2
Metode Thiessen……………………………………. ...
19
2.5.3
Metode Isohyet…………… .........................................
20
Analisis Frekuensi ......................................................................
20
2.6.1
Distribusi Gumbel ........................................................
22
2.6.2
Distribusi Log Pearson Tipe III.....................................
22
2.6.3
Distribusi Normal ………………………………………. 23
2.6.4
Metode Distribusi Log Normal ………………………. .
23
2.7
Uji kecocokan (Goodnes of fittest test)………….. ...................... 24
2.8
Intensitas Curah Hujan………….. .............................................. 25
2.9
Waktu Konsentrasi .....................................................................
26
2.10
Analisis Debit Banjir ..................................................................
27
2.10.1 Debit Banjir…. ..............................................................
27
2.10.2 Metode Perhitungan Debit Banjir …………………………27 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...........................................................
34
3.1.
Lokasi Penelitian ........................................................................
34
3.2
Metodologi Pengolahan Data ......................................................
36
3.2.1
36
Data Profil Sungai…. ....................................................
v
3.2.2
Observasi Data Curah Hujan ………………………… ..
36
3.2.3
Uji Kecocokan (Goodness of Fittest Test) ……………… 37
3.2.4
Menganalisa Debit Banjir Rancangan dengan Metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu…………………. .. . 37
3.3
Metode Perhitungan Tinggi Muka Air Banjir dengan Menggunakan Rumus Manning dan Perhitungan Luas Genangan Banjir. ..........
38
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN .........................................................
41
4.1.
Kondisi DAS Babura ..................................................................
41
4.2
Perhitungan Data Curah Hujan Kawasan ………………… ........
41
4.3
Perhitungan Koefisien Pengaliran Sungai Babura…. ..................
45
4.4
Perhitungan Frekuensi Curah hujan Kala Ulang…. .....................
47
4.4.1
Metode Distribusi Gumbel……………………………..
48
4.4.2
Metode Distribusi Log Pearson Tipe III…………….. ....
49
4.4.3
Metode Distribusi Normal…………………………….. .
50
4.4.4
Metode Distribusi Log Normal………………………....
51
4.5
Uji Kecocokan (Godness of Fit test) ………………… ...............
53
4.6
Debit Banjir Rancangan Metode Hidrograf Sintetik Nakayasu Sungai Babura……………………………………………………… 54
4.7
4.8.
Perhitungan Kapasitas Debit Saluran dan Lebar Genangan .........
76
4.7.1
Pada bagian penampang BB 270 ..........……………….
76
4.7.2
Pada bagian penampang BB 108 ……...….……………
82
4.7.3
Pada bagian penampang BB 1. ……… ………………… 88
Perhitungan Luas Genangan Banjir .............................................
94
vi
4.8.1. Periode Ulang Q25 diantara Bagian Penampang BB 270 ke penampang BB 135 .........................................................
94
4.8.2. Periode Ulang Q25 diantara Bagian Penampang BB 135 ke penampang BB 1 .............................................................
95
4.8.3. Periode Ulang Q50 diantara Bagian Penampang BB 270 ke penampang BB 135 .........................................................
96
4.8.4. Periode Ulang Q50 diantara Bagian Penampang BB 135 ke penampang BB 1 .............................................................
97
4.8.5. Periode Ulang Q100 diantara Bagian Penampang BB 270 ke penampang BB 135 .........................................................
98
4.8.6. Periode Ulang Q100 diantara Bagian Penampang BB 135 ke penampang BB 1 ............................................................. 4.9.
99
Perhitungan Volume Banjir ........................................................ 100 4.9.1. Periode Ulang Q25 diantara Bagian Penampang BB 270 ke penampang BB 135 ......................................................... 100 4.9.2. Periode Ulang Q25 diantara Bagian Penampang BB 135 ke penampang BB 1 ............................................................. 100 4.9.3. Periode Ulang Q50 diantara Bagian Penampang BB 270 ke penampang BB 135 ......................................................... 100 4.9.4. Periode Ulang Q50 diantara Bagian Penampang BB 135 ke penampang BB 1 ............................................................. 101 4.9.5. Periode Ulang Q100 diantara Bagian Penampang BB 270 ke penampang BB 135 ......................................................... 101
vii
4.9.6. Periode Ulang Q100 diantara Bagian Penampang BB 135 ke penampang BB 1 ............................................................. 101 4.9.
Perhitungan Tinggi Muka air dengan Menggunakan Autocad ..... 102
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 111 5.1.
Kesimpulan ................................................................................ 111
5.2
Saran .......................................................................................... 112
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 114
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1:
Bagan alir penelitian ……………… ....................................................
6
Gambar 2.1:
Proses siklus hidrologi .........................................................................
9
Gambar 2.2:
DAS bentuk memanjang ...................................................................... 12
Gambar 2.3:
DAS bentuk radial ............................................................................... 12
Gambar 2.4:
DAS bentuk paralel .............................................................................. 13
Gambar 2.5:
DAS bentuk komplek ........................................................................... 13
Gambar 2.6:
Aljabar ................................................................................................. 19
Gambar 2.7:
Polygon Thiessen ................................................................................. 19
Gambar 2.8:
Metode Isohyet .................................................................................... 20
Gambar 2.9:
Kurva Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu ........................................... 32
Gambar 3.1:
Peta Lokasi Penelitian .......................................................................... 35
Gambar 3.2:
Contoh Kapasitas debit saluran ............................................................ 38
Gambar 3.3:
Contoh Kapasitas debit meluap ............................................................ 39
Gambar 3.4:
Contoh Luas Genangan Banjir ............................................................. 40
Gambar 4.1:
Polygon Thiessen DAS Babura ............................................................ 43
Gambar 4.2:
Peta Rencana Tata Ruang Kota Medan................................................. 46
Gambar 4.3:
Grafik Metode Gumbel ........................................................................ 48
Gambar 4.4:
Grafik Metode Log Pearson Tipe III ................................................... 49
Gambar 4.5:
Grafik Metode Distribusi Normal......................................................... 50
Gambar 4.6:
Grafik Metode Distribusi Log Normal ................................................. 51
Gambar 4.7:
Grafik Resume Frekuensi Curah Hujan Kala Ulang DAS Babura ......... 52
Gambar 4.8:
Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu bagian Hilir ...................... 57
Gambar 4.9:
Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Menurut Periode Ulang di bagian Hilir Sungai Babura .............................................................. 61
Gambar 4.10:
Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu bagian Tengah .................. 64
ix
Gambar 4.11:
Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Menurut Periode Ulang di bagian Tengah Sungai Babura .......................................................... 68
Gambar 4.12:
Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu bagian Hulu ...................... 71
Gambar 4.13:
Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Menurut Periode Ulang di bagian Hulu Sungai Babura .............................................................. 75
Gambar 4.14: Penampang Saluran Dibagian Tengah (BB270).................................... 76 Gambar 4.15: Debit Tergenang Q25 di bagian Tengah ( BB 270) ................................ 77 Gambar 4.16: Debit Tergenang Q50 di bagian Tengah ( BB 270) ................................ 79 Gambar 4.17: Debit Tergenang Q100 di bagian Tengah ( BB 270) ............................... 80 Gambar 4.18:
Penampang Saluran di Bagian Tengah (BB 135) .................................. 82
Gambar 4.19:
Debit Tergenang Q25 di bagian Tengah (BB 135) ................................. 83
Gambar 4.20:
Debit Tergenang Q50 di bagian Tengah (BB 135) ................................. 85
Gambar 4.21:
Debit Tergenang Q100 di Bagian Tengah (BB135) ................................ 86
Gambar 4.22:
Penampang Saluran di Bagian Hilir (BB 1) .......................................... 88
Gambar 4.23:
Debit Tergenang Q25 di Bagian Hilir (BB1) .......................................... 89
Gambar 4.24:
Debit Tergenang Q50 di Bagian Hilir (BB1) .......................................... 91
Gambar 4.25:
Debit Tergenang Q100 di Bagian Hilir (BB1) ........................................ 92
Gambar 4.26:
Luas genangan Q25 diantara Penampang BB 270 ke BB 135................. 94
Gambar 4.27: Luas genangan Q25 diantara Penampang BB 135 ke BB 1 .................... 95 Gambar 4.28: Luas genangan Q50 diantara Penampang BB 270 ke BB 135................. 96 Gambar 4.29:
Luas genangan Q50 diantara Penampang BB 135 ke BB 1 .................... 97
Gambar 4.30:
Luas genangan Q100 diantara Penampang BB 270 ke BB 135 ............... 98
Gambar 4.31:
Luas genangan Q100 diantara Penampang BB 135 ke BB 1 ................... 99
Gambar 4.32: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q25tahun di penampang BB 270 ..... 102 Gambar 4.33: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q50tahun di penampang BB 270 ..... 103 Gambar 4.34: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q100tahun di penampang BB 270 .... 104 Gambar 4.35: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q25tahun di penampang BB 135 ..... 105
x
Gambar 4.36: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q50tahun di penampang BB 135 ..... 106 Gambar 4.37: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q100tahun di penampang BB 135 .... 107 Gambar 4.38: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q25tahun di penampang BB 1 ......... 108 Gambar 4.39: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q50tahun di penampang BB 1 ......... 109 Gambar 4.40: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q100tahun di penampang BB 1 ........ 110
xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1:
Tingkat Bahaya Banjir ......................................................................... 18
Tabel 2.2:
Tabel Nilai ∆ Kritis Smirnov-Kolmogrov (Kamiana, 2011) ................ 25
Tabel 4.1:
Data Curah Hujan Bulanan dan Harian Maksimum (mm)..................... 42
Tabel 4.2:
Luas areal pengaruh stasiun hujan Daerah Aliran Sungai Babura ......... 44
Tabel 4.3:
Nilai Koefisien Pengaliran Sungai Babura............................................ 45
Tabel 4.4:
Tabel Ranking Curah Hujan Regional Harian Maksimum (mm) .......... 47
Tabel 4.5:
Hasil Perhitungan dengan Metode Gumbel .......................................... 48
Tabel 4.6:
Hasil Pehitungan Metode Log Pearson Tipe III .................................... 49
Tabel 4.7:
Hasil Perhitungan Metode Distribusi Normal ....................................... 50
Tabel 4.8:
Hasil Perhitungan Metode Distribusi Log Normal ................................ 51
Tabel 4.9:
Resume Perhitungan Frekuensi Curah Hujan Kala Ulang DAS Babura ................................................................................................. 52
Tabel 4.10:
Uji Distribusi Frekuensi Curah Hujan Kala Ulang DAS Babura ........... 53
Tabel 4.11:
Persamaan Lengkung Hidrograf Nakayasu ........................................... 56
Tabel 4.12:
Distribusi Curah Hujan Rencana Sungai Babura bagian Hilir ............... 58
Tabel 4.13:
Perhitungan Hidrograf Satuan (UH) pada bagian Hilir ......................... 59
Tabel 4.14:
Total Debit Menurut Periode Kala Ulang pada bagian Hilir ................. 60
Tabel 4.15:
Distribusi Curah Hujan Rencana Sungai Babura bagian Tengah ........... 65
Tabel 4.16:
Perhitungan Hidrograf Satuan (UH) pada bagian Tengah ..................... 66
Tabel 4.17:
Total Debit Menurut Periode Kala Ulang pada bagian Tengah ............. 67
Tabel 4.18:
Distribusi Curah Hujan Rencana Sungai Babura bagian Hulu............... 72
Tabel 4.19:
Perhitungan Hidrograf Satuan (UH) pada bagian Tengah ..................... 73
Tabel 4.20:
Total Debit Menurut Periode Kala Ulang pada bagian Tengah ............. 74
xii
DAFTAR NOTASI
A
= Luas penampang basah/daerah (m2/km2)
b
= Lebar penampang basah (m)
C
= Tetapan (0,40)
C0
= Konsentrasi aliran sungai (mg/I)
D
= Kedalaman (m)
G
= Koefisien kemencengan
h
= Tinggi penampang basah (m)
I
= Kemiringan dasar sungai
IT
= Intensitas curah hujan dengan periode ulang T tahun
inetto
= Hujan efektif (mm)
K
= Variabel standar untuk R yang besarnya tergantung dari nilai G
KT
= Faktor frekuensi
L
= Jarak penampang/panjang saluran (m)
n
= Angka kekasaran manning untuk kondisi tanah
P
= Keliling basah (m)
Q
= Debit saluran (m3/det)
Qb
= Aliran dasar (m3/det)
Qi
= Total debit banjir pada jam ke i akibat limpasan hujan efektif (m3/det)
Qn
= Debit pada saat jam ke n (m3/det)
Qp
= Debit puncak (m3/det)
q
= Besar aliran larutan garam (l/det)
R
= Curah hujan rata-rata wilayah
Rel
= Hujan rencana efektif jam ke 1 (mm/jam)
r
= jari-jari hidraulis (m)
xiii
S
= Standar deviasi data hujan
Sf
= Kemiringan garis energi
Sn
= Reduced standar deviation yang tergantung pada jumlah sampel/data
So
= Kemiringan dasar saluran
T
= Waktu (s)
Tr
= Durasi hujan (jam)
tp
= Waktu puncak (jam)
t0,3
= Waktu saat debit sama dengan 0,3 kali debit puncak (jam)
UH1
= Ordinat hidrograf satuan
V
= Volume (mm3)
v
= Kecepatan aliran (m/s)
X
= Nilai rata-rata hitung sampel
XT
= Perkiraan nilai yang diharapkan akan terjadi dengan periode ulang
Yn
= Reduced mean yang tergantung jumlah sampel/data n
YTr
= Reduced variate
1,5 t0,3 = Waktu saat debit sama dengan 0,32 kali debit puncak (jam) πd
= Kekentalan dinamik
λ
= Kedalaman tangkai/ dalamnya air
n
= Standar deviasi dari populasi x
a
= Sudut kemiringan permukaan air
∆x
= Bagian saluran sepanjang ∆x
α
= Koefisien, nilainya antara 1,5-3,0
γ
= Koefisien
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Data Curah Hujan.................................................................................................................
xvi
