TUGAS AKHIR ANALISIS KAPASITAS TAMPUNGAN SALURAN CAKUNG DRAIN HILIR TERHADAP HUJAN SESAAT 2013 DAN 2014
Disusun Oleh :
MUHAMMAD ARIF BANJARAN SARI 20100110005
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA 2014
i
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
ANALISIS KAPASITAS TAMPUNGAN SALURAN CAKUNG DRAIN HILIR TERHADAP HUJAN SESAAT 2013 DAN 2014
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Oleh :
MUHAMMAD ARIF BANJARAN SARI 20100110005 Telah disetujui dan disahkan oleh :
Puji Harsanto, S.T., M.T., Ph.D. Dosen Pembimbing I
Yogyakarta,
Surya Budi Lesmana, S.T., M.T. Dosen Pembimbing II
Yogyakarta,
Jazaul Ikhsan, S.T., M.T., Ph.D. Dosen Penguji
Yogyakarta, ii
HALAMAN MOTTO Dan tegakkanlah keseimbangan itu dengan adil dan janganlah kamu mengurangi keseimbangan itu (Q.S Ar-Rahman : 9) Bahagialah orang yang dapat menjadi tuan untuk dirinya, menjadi kusir untuk nafsunya dan menjadi kapten untuk bahtera hidupnya (Ali Bin Abi Thallib) Orang-orang yang suka berkata jujur mendapatkan tiga hal, kepercayaan, cinta, dan rasa hormat (Ali Bin Abi Thallib) Janganlah takut untuk bermimpi. “Jika Anda ingin merebut Vienna, rebut Vienna” (Napoleon Bonaparte). Melalui mimpi menjadikan dirimu lebih baik berfikirlah bahwa mimpi itu akan terwujud karena “Tidak ada yang mudah, tapi tidak ada yang tidak mungkin” (Napoleon Bonaparte) Jika kamu menginginkan ilmu dan kebijaksanaan sebesar kamu menginginkan udara, kamu tidak harus meminta seseorang untuk memberikannya padamu. Ilmu seperti udara. Kamu bisa mendapatkannya di mana pun dan kapan pun. (Socrates)
iii
HALAMAN PERSEMBAHAN
TUGAS AKHIR INI KHUSUS DIPERSEMBAHKAN KEPADA ORANGORANG YANG MENANTIKAN SELESAINYA TUGAS AKHIR INI. TERUTAMA KEDUA ORANG TUA SYAHLAN IS ENTIN KARTINI TERIMA KASIH ATAS SEGALA BIAYA DAN DUKUNGAN SELAMA EMPAT TAHUN LIBURAN DI TEKNIK SIPIL UMY
iv
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusun dapat melaksanakan tugas akhir dan menyusun laporan tugas akhir. Sholawat serta salam kami ucapkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga serta sahabat–sahabatnya yang telah membawa kita dari zaman kebodohan menuju alam yang penuh ilmu pengetahuan seperti sekarang ini. Penulisan laporan tugas akhir ini dimaksudkan untuk memenuhi persyaratan kurikulum guna menyelesaikan studi Strata 1 pada jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Selama melaksanakan tugas akhir, maupun dalam menyelesaikan laporan penyusun banyak menerima kritik dan saran, dukungan dan bimbingan serta petunjuk-petunjuk yang senantiasa sangat bermanfaat tak lupa saya ucapkan banyak terima kasih kepada : 1.
Kedua orang tua, Bapak Syahlan IS dan Ibu Entin Kartini yang menjadi motivasi terbesar untuk menyelesaikan tugas akhir ini dan yang selalu menantikan selesainya tugas akhir ini.
2.
Puji Harsanto, Ph.d., selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan selama pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini.
3.
Surya Budi Lesmana, S.T., MT., selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan selama pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini.
4.
Jaza’ul Ikhsan, Ph.d., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan koreksi pada laporan tugas akhir ini.
v
5.
Seluruh staf dan karyawan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta atas semua bantuannya dalam memperlancar proses tugas akhir ini.
6.
Kakak Mas Bahtiar, Mas Aris, Mas Fajar, Mas Nday, Mas Salim, Mba Nia, Mba Ari, Mba Dewi serta 10 Keponakan yang menjadi motivasi untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
7.
Seluruh keluarga besar yang di Lampung yang menjadi motivasi penulis dan yang menanti selesainya tugas akhir ini.
8.
Teman satu tim tugas akhir, Sherly Devianti atas kerja sama yang sangat baik dan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
9.
Teman hidup, Aulia Oryza Kurniasari yang selalu menemani dan memberi motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
10.
Teman-teman angkatan Teknik Sipil 2010, kalian sangat luar biasa. Kebersamaan ini akan selalu saya berikan tempat spesial dalam kehidupan saya.
Semoga Allah SWT memberikan balasan yang baik atas segala bantuan dan motivasi yang diberikan. Harapan saya selaku penyusun, semoga laporan ini dapat bermanfaat nantinya sebagai referensi dalam bidang Teknik Sipil dan terutama untuk kelanjutan studi penyusun.
Yogyakarta, 10 April 2014
Penyusun
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................
ii
HALAMAN MOTTO ...............................................................................
iii
HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................
iv
KATA PENGANTAR ...............................................................................
v
DAFTAR ISI ..............................................................................................
vii
DAFTAR TABEL ......................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
x
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................
xii
INTISARI .................................................................................................. xiii BAB I
PENDAHULUAN A. Latar Belakang Penelitian .........................................................
1
B. Tujuan Penelitian ......................................................................
3
C. Manfaat Penelitian ............ .......................................................
3
D. Batasan Masalah .......................................................................
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Tinjauan Umum ........................................................................
5
B. HEC-RAS 4.1.0 .........................................................................
6
C. Aliran Tak Permanen (unsteady flow) ......................................
7
D. Persamaan Aliran Tak Permanen ............ .................................
7
BAB III
LANDASAN TEORI
A. Karakteristik Daerah Aliran Sungai (DAS) ..............................
15
B. Topografi ..................................................................................
18
C. Curah Hujan Wilayah ...............................................................
20
D. Intensitas Durasi Frekuensi (IDF) .............................................
23
E. Hidrograf ..................................................................................
25
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
A. Lokasi Penelitian ......................................................................
28
B. Pengumpulan Data ....................................................................
29
vii
C. Analisis Hidrologi .................................................. ..................
30
D. Analisis Hidraulika .................................................. .................
31
E. Simulasi dengan HEC-RAS 4.1.0 2010 ....................................
31
F. Bagan Alir Penelitian ................................................................
32
BAB V
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
A. Analisis Hidrologi .....................................................................
35
B. Analisa Hidraulik dengan Menggunakan Permodelan HEC-RAS 4.1.0 ..........................................................................
46
C. Analisa Kapasitas Tampang Saluran .........................................
59
D. Analisa Kecepatan Aliran dan Kerentanan Terhadap Erosi ......
66
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan ................................................................................
68
B. Saran .........................................................................................
69
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
viii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1
Angka manning yang digunakan ...........................................
Tabel 5.1
Data curah hujan harian maksimum bulan januari tahun 2013 dan 2014
10
..............................................................................
35
Tabel 5.2
Hasil perhitungan hujan rata-rata Poligon Thiessen ...............
37
Tabel 5.3
Hasil perhitungan kurva naik ( 0 ˂ t ˂ Tp ) ............................
41
Tabel 5.4
Hasil perhitungan kurva turun ( Tp ˂ t ˂ Tp + T0.3 ) .............
42
Tabel 5.5
Hasil perhitungan kurva turun ( Tp ˂ t ˂ Tp + T0.3 + 1.5 T0.3 ) ..............................................
42
Tabel 5.6
Ordinat hidrograf DAS Cakung ..............................................
43
Tabel 5.7
Hubungan Debit dengan Tinggi Jagaan Saluran
Tabel 5.8
Pembuang................................................................................
63
Kecepatan Aliran Saluran Cakung Drain ................................
65
ix
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1 Peta prakiraan daerah potensi banjir 2013 DKI Jakarta ........
2
Gambar 3.1 Daerah aliran sungai (DAS) ...................................................
16
Gambar 3.2 Panjang sungai........................................................................
17
Gambar 3.3 Profil memanjang sungai ........................................................
18
Gambar 3.4 Metode Poligon Thiessen ......................................................
22
Gambar 3.5 Metode isohyet .......................................................................
23
Gambar 3.6 Kurva IDF ..............................................................................
24
Gambar 3.7 Hidrograf Satuan Sintetis Metode Nakayashu .......................
27
Gambar 4.1 Peta lokasi penelitian ..............................................................
28
Gambar 4.2 Stasiun Hujan .........................................................................
29
Gambar 4.3 Bagan alir penelitian...............................................................
31
Gambar 4.4 Bagan alir analisis hidrologi ...................................................
32
Gambar 4.5 Bagan alir analisis hidraulika .................................................
33
Gambar 5.1 Saluran Cakung Drain ............................................................
35
Gambar 5.2 Poligon Thiessen DAS Cakung ..............................................
36
Gambar 5.3 Kurva Intensitas Durasi Frekuensi .........................................
39
Gambar 5.4 Hidrograf satuan DAS Cakung ..............................................
43
Gambar 5.5 Hidrograf banjir rancangan ....................................................
44
Gambar 5.6 Kotak dialog utama HEC-RAS 4.1 ........................................
45
Gambar 5.7 Membuat project baru ............................................................
46
Gambar 5.8 Membuat nama project ...........................................................
46
Gambar 5.9 Select SI units .........................................................................
47
Gambar 5.10 Input data geometri.................................................................
47
Gambar 5.11 add/edit backgorund ...............................................................
48
Gambar 5.12 Background earth Cakung Drain ............................................
49
Gambar 5.13 Membuat nama sungai dan piasnya .......................................
49
Gambar 5.14 Skematik jaringan Cakung Drain ...........................................
50
Gambar 5.15 Icon cross section ...................................................................
50
x
Gambar 5.16 Add a new cross section .........................................................
51
Gambar 5.17 Kotak dialog input cross section ............................................
51
Gambar 5.18 Cross section stasiun 520 .......................................................
52
Gambar 5.19 Mendefinisikan kondisi batas .................................................
53
Gambar 5.20 Boundary condition ................................................................
53
Gambar 5.21 Initial condition ......................................................................
53
Gambar 5.22 Input flow data flow hydrograph dan stage hydrograph Cakung Drain .........................................................................
54
Gambar 5.23 Icon perform an unsteady simulation .....................................
55
Gambar 5.24 Unsteady flow analysis...........................................................
56
Gambar 5.25 Eksekusi pada Hec-Ras ..........................................................
56
Gambar 5.26 Icon menampilkan hasil simulasi pada Hec-Ras ....................
57
Gambar 5.27 Potongan memanjang eksisting cakung drain debit banjir 2013 .......................................................................................
58
Gambar 5.28 Potongan memanjang desain cakung drain debit banjir 2013 .......................................................................................
58
Gambar 5.29 Perencanaan dimensi melintang saluran desain .....................
59
Gambar 5.30 Potongan memanjang eksisting cakung drain debit banjir 2014 .......................................................................................
60
Gambar 5.31 Potongan memanjang desain cakung drain debit banjir 2014 .......................................................................................
60
Gambar 5.32 Debit Banjir 2013 ...................................................................
61
Gambar 5.33 Debit Banjir 2014 ...................................................................
62
Grafik 5.1 Hubungan diameter sediment dengan kecepatan ...................
66
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Tabel hasil simulasi HEC-RAS Lampiran 2. Foto lokasi penelitian Lampiran 3. Lembar monitoring
xii
INTISARI Banjir merupakan bencana alam dengan frekuensi paling tinggi dan menimbulkan kerugian yang besar. Salah satu kota yang sering menjadi langganan banjir setiap tahun adalah Jakarta. Peran Ibukota Republik Indonesia yang melekat pada Jakarta menimbulkan pertumbuhan penduduk dan pembangunan yang begitu cepat, sehingga perubahan tata guna lahan yang semula wilayah resapan menjadi rumput beton dengan gedung tinggi menjulang. Banjir besar yang terjadi di Jakarta pada 2 tahun terakhir ini yaitu banjir tahun 2013 dan 2014 menimbulkan cukup banyak kerugian bahkan banjir 2013 tercatat merendam istana negara. Dalam upaya pengendalian banjir, pemerintah DKI Jakarta telah melakukan upaya baik struktural maupun non struktural. Salah satunya adalah saluran drainase cakung atau dikenal dengan Cakung Drain yang terdapat di wilayah Jakarta Utara. Saluran Cakung drain hilir yang dianalisis memiliki panjang ± 8,605 km dengan lebar berkisar 20 m. Berdasarkan peta daerah banjir jakarta 2013, wilayah disekitar cakung drain masih terdapat genangan. Sehingga diperlukan permodelan hidraulika untuk mengetahui kapasitas tampungan saluran, evaluasi fluktuasi muka air banjir, serta mengetahui tingkat kerentanan erosi dasar saluran terhadap hujan 2013 dan 2014. Salah satu program aplikasi hidraulika untuk memodelkan aliran satu dimensi pada sungai atau saluran adalah HEC-RAS 4.1.0. Metode penelitian dilakukan dengan membandingkan kondisi eksisting dan kondisi rencana. Data curah hujan yang digunakan adalah curah hujan maksimum harian 2013 dan 2014 diperoleh dari BMKG Tanjung Priok, BMKG Kemayoran, dan SH. Pulo Gadung. Parameter yang digunakan pada analisis hidraulika adalah tinggi muka air dan kecepatan aliran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa curah hujan harian maksimum ratarata pada tahun 2013 adalah 183 mm/hari dengan debit puncak mencapai 738,066 m3/dtk pada jam ke-4. Sedangkan pada tahun 2014 mengalami penurunan dengan curah hujan harian maksimum adalah 73 mm/hari dengan debit puncak 279,686 m3/dtk pada jam ke-4. Berdasarkan hasil simulasi software HEC-RAS 4.1.0 saluran Cakung Drain baik eksisting maupun desain tidak mampu menampung debit banjir 2013. Namun, mampu menampung debit banjir 2014 dalam kondisi desain. Sehingga diperlukan peningkatan kapasitas saluran cakung drain dengan meninggikan tanggul 0,65-2,50 m. Kata kunci : Cakung Drain, Curah hujan harian, Debit banjir, HEC-RAS 4.1.0, Kapasitas tampungan saluran
xiii
ABSTRACT Flood is a natural disaster with the highest frequency and caused big harm. One of the cities which often become flooded every year is Jakarta. The role of the Indonesian capital city which is attached to Jakarta caused population growth and development rapidly, so that changes in land use which is originally absorption area becomes a concrete lawn with tall buildings. Major floods in Jakarta in the last 2 years ie 2013 and 2014 caused massive losses even flood in 2013 was recorded soak the presidential palace. In effort to control the flood, Jakarta government has made efforts to both structural and non-structural. One is Cakung Drainage channel known as Cakung Drain located in North Jakarta. The downstream of Cakung drain channel which is analyzed has ± 8.605 km in length with a width ranging from 20 m. Based on Jakarta flood area maps in 2013, the area around the Cakung drain still has puddle. So it needed hydraulic modeling to determine the capacity of the channel, the evaluation of the fluctuations flood water, as well as determine the level of vulnerability of erosion basis channel to rain in 2013 and 2014. One of the hydraulic application program for modeling one-dimensional flow in a river or channel is HEC-RAS 4.1.0. The research method is done by comparing the existing conditions and planning conditions. Rainfall data which is used are the daily maximum rainfall in 2013 and 2014 that obtained from BMKG Tanjung Priok, BMKG Kemayoran, and SH. Pulogadung. Parameters which is used in the hydraulic analyzes are water level and flow velocity. The results showed that the average of maximum daily rainfall in 2013 was 183 mm / day with a peak discharge reached 738.066 m3/second at 4th hour. While in 2014 has decreased by a maximum daily rainfall was 73 mm / day with a peak discharge at 279.686 m3/second 4th hour. Based on the simulation results of the HEC-RAS 4.1.0 software Cakung Drain channels both existing and design are not able to accommodate the flood discharge in 2013. However, it is able to accommodate the flood discharge in 2014 under the design conditions. So it is necessary to increase the channel capacity of the drain by raising Cakung dike from 0.65 to 2.50 m. Key word: Cakung Drain, Capacity of channel, Daily rainfall, Flood discharge, HEC-RAS 4.1.0.
xiv
