i
ANALISA KAPASITAS PENGENDALIAN BANJIR DENGAN PERBANDINGAN METODE HSS, HEC-HMS DAN HEC-RAS DI DAERAH ALIRAN SUNGAI SEI SIKAMBING, KABUPATEN DELI SERDANG
TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh:
Lamhot T Sihotang 10 0404 033
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Ir.Syahrizal MT. NIP.19611231 198811 1 001
Ivan Indrawan ST,MT. NIP.19761205 200604 1 001
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
ii
ABSTRAK
Sungai Sei Sikambing merupakan salah satu anakan sungai atau Sub DAS dari Sungai Deli. Sub DAS Sei Sikambing terbentang sepanjang 4.223,93 ha meliputi Kabupaten/Kota Deli Serdang dan Medan. Pertumbuhan penduduk yang pesat di pinggiran DAS Sei Sikambing merubah fungsi daerah resapan air menjadi daerah berpotesi banjir di Kota Medan. Metodologi Penelitian menggunakan metode kuantitatif dengan pengolahan data primer meliputi data karakteristik dan geometri sungai, data sekunder terdiri dari data stasiun hujan, data curah hujan harian maksimum, dan data karakteristik DAS yang di analisa kedalam metode Hidrograf Satuan Sintetik, HEC-RAS dan Simulasi HEC-HMS. Pada perhitungan debit banjir rancangan diperlukan data curah hujan, data pengukuran sungai, dan kondisi sungai. Berdasarkan data tersebut dapat dihitung hujan rencana kala ulang 2,5,10,20,25 dan 50 tahun dengan analisa distribusi frekuensi curah hujan seperti Distibusi Normal, Distribusi Log Normal, Distribusi Log Pearson III dan Distribusi Gumbel, sehingga dipilih analisa Distribusi Gumbel yang lebih mendekati dan lebih teliti. Berdasarkan pengolahan data dengan metode HSS Nakayasu diperoleh nilai debit banjir puncak (QP) sebesar 0,1294 m3/detik dan Q15 sebesar 1,9412 m3/detik Q25 sebesar 3,2354 m3/detik dan Q50 sebesar 6,4708 m3/detik. Data debit banjir kala ulang 15, 25 dan 50 kemudian dimodelkan dan disimulasikan pada software Hydrologic Engineering Center River Analysis System (HEC-RAS) Versi 4.0 dan The Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) untuk melihat sejauh mana pengaruh banjir yang terjadi pada kawasan sepanjang 1 km sungai seikambing yang dianalisa. Hasil perhitungan analisa dan pembahasan menyimpulkan bahwa debit banjir menyebabkan kenaikan air sungai sebesar 4,03 meter dari bantaran sungai, luapan air sungai dapat mencapai daerah pemukiman warga yang memiliki resiko kerusakan. Hasil simulasi HEC-RAS menyatakan bahwa sungai sekambing memiliki kapasitas pengendalian debit banjir namun sangat rentan terhadap banjir dan erosi tanah.
Kata kunci: Sungai Seikambing, Analisa Banjir, HSS, HEC-RAS, HEC-HMS
Universitas Sumatera Utara
iii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat, dan karunia-Nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU). Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga kepada : 1. Kedua orang tua tercinta, yang selalu memberikan yang terbaik serta tiada henti mengiringi dengan doa dan motivasi yang tidak ternilai. 2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. dan Bapak Ivan Indrawan ST, MT sebagai dosen pembimbing saya, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc. selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber Daya Air. 5. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara,
Universitas Sumatera Utara
iv
6. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc. dan Bapak Ir. Alferido Malik selaku dosen pembanding/penguji atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini. 7.
Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak didiknya termasuk penulis.
8. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Kepada keluarga ku tersayang Pantas Sihotang, Ridwan Sihotang, Yenni Sihotang, serta yang lainnya, terima kasih atas semua dukungan, doa, motivasi, semangat, bimbingan, dan rasa sayangnya untuk penulis. 10. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, sahabat seperjuangan : Yusriawan, Iqbal, Bram, Tria, Abdul, Dice, Akbar, Michael, Agave, Irfan, Dhaka, Irul, Fahmi, Jefrizal, Taufiq, Rizal, Arby, Badia, Aziz, Alfian, Syamsul, Andre, Roni, Andrue, Ivan, Pesalmen, Dwi Puspa, Naurah, Cut Dhara, Mudrikah,
dan seluruh rekan-rekan seperjuangan di kampus
tercinta, atas bantuan, dukungan, dan doa kalian. Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya. Penulis juga menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih memiliki kesalahan dan
kekurangan walaupun penulis telah berusaha
semaksimal mungkin. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus
Universitas Sumatera Utara
v
penulis akan menerima saran dan kritikan yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil.
Medan, 2015 Hormat Saya
Lamhot
Trisaputra
Sihotang
Universitas Sumatera Utara
vi
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK .......................................................................................................................... i KATA PENGANTAR ............................................................................................................ ii DAFTAR ISI ........................................................................................................................ v DAFTAR TABEL .................................................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................. x DAFTAR NOTASI ............................................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................................... 1 1.1. LatarBelakang............................................................................................................... 1 1.2. PerumusanMasalah ..................................................................................................... 4 1.3 Pembatasan Masalah ................................................................................................... 5 1.4. Tujuan Penelitian ......................................................................................................... 7 1.5 .Manfaat Penelitian....................................................................................................... 7 1.6. Sistematika Penulisan .................................................................................................. 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................................... 9 2.1. Umum .......................................................................................................................... 9 2.2. Konsep Perhitungan ..................................................................................................... 9 2.3. Analisa Distribusi Frekuensi Curah Hujan .................................................................... 10 2.3.1 Metode Distribusi Normal ................................................................................. 12 2.3.2 Metode Distribusi Log Normal ........................................................................... 13 2.3.3 Metode Distribusi Log Pearson III ...................................................................... 14 2.3.4 Metode Distribusi Gumbel Type I Eksternal ...................................................... 14 2.3.5 SMADA (Storm Management and Design Aid) .................................................. 16 2.4. Uji Kecocokan (Goodness of fifttes test)...................................................................... 17
Universitas Sumatera Utara
vii
2.4.1.Uji Chi-kuadrat ................................................................................................... 17 2.4.2 Uji Smirnov-Kolmogorov .................................................................................... 18 2.5. Debit banjir Rencana .................................................................................................... 19 2.5.1. Hidrograf Satuan Sintetis Nakayasu.................................................................. 20 2.5.2. Hidrograf Satuan Sintetis Snyder ...................................................................... 22 2.6. Pemodelan Sungai dengan Menggunakan HEC-RAS.................................................... 24 2.6.1. Profil Muka Air pada Aliran Steady ................................................................... 24 2.6.2. Profil Muka Air pada Aliran Unsteady .............................................................. 25 2.6.3. Konsep Perhitungan Profil Muka Air dalam HEC-RAS....................................... 25 BAB III METODE PENELITIAN............................................................................................. 28 3.1. LokasiPenelitian ........................................................................................................... 28 3.2. Alat dan Bahan ............................................................................................................. 29 3.3. Rancangan Penelitian ................................................................................................... 30 3.4. Metode Penelitian ....................................................................................................... 31 3.5. Variabel yang Diamati .................................................................................................. 31 3.6. Jadwal Penelitian ......................................................................................................... 32 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ....................................................................... 33 4.1. Data Hidrologi Sungai................................................................................................... 33 4.1.1. Data Stasiun Curah Hujan.................................................................................. 33 4.1.2. Data Curah Hujan Harian Maksimum ................................................................ 34 4.1.3. Data Karakteristik DAS (Daerah Aliran Sungai) ................................................. 35 4.1.4. Data Tata Guna Lahan ....................................................................................... 40 4.1.5. Rating Curve Debit ............................................................................................ 40 4.2. Analisa dan Pembahasan Hidrologi dan Hidraulik Sungai ........................................... 41 4.2.1. Analisa Distribusi Frekuensi Curah Hujan ......................................................... 42
Universitas Sumatera Utara
viii
4.2.2. Pemilihan Distribusi Frekuensi Curah Hujan ..................................................... 43 a. Distribusi probabilitas Gumbel ...................................................................... 43 b. Distribusi Probabilitas Normal ...................................................................... 46 c. Distribusi Probabilitas Log Normal ................................................................ 48 d. Distribusi Probabilitas Log Pearson Type III .................................................. 49 4.2.3. Uji Kecocokan (Goodness of Fittest Test).......................................................... 51 a. Uji Vertikal dengan Metode Chi Square ........................................................ 51 b. Metode Smirnov-Kolmogorof (secara analitis) ............................................. 56 4.2.4 Debit Banjir Rencana .......................................................................................... 57 a. HSS Nakayasu ................................................................................................ 58 b. HSS Snyder .................................................................................................... 67 4.2.5 Pemodelan Kapasitas Pengendalian Banjir Sungai Sei Sekambing .................... 70 a. Analisa Pengendalian Banjir Sungai dengan Metode HEC-RAS..................... 70 b. Analisa Hidrologi Sungai dengan Metode Hec-HMS ..................................... 89 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................................... 93 5.1. Kesimpulan ........................................................................................................................ 93 5.2. Saran ................................................................................................................................ 94 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 95
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1 Luas Sub DAS di DAS Deli Berdasarkan Wilayah Administrasi ............................ ............................................................................................................................................ 2 Tabel 2.1 Persyaratan Parameter Statistik Suatu Distribusi ............................................ ............................................................................................................................................ 1 6 Tabel 2.2 Tabel Nilai Kritis (Smirnov-Kolgomorov test) ...................................................... ............................................................................................................................................ 1 9 Tabel 2.3 Tabel Kondisi Daerah Aliran Sungai..................................................................... ............................................................................................................................................ 2 2 Tabel 4.1 Data Curah Hujan Stasiun Pancur Batu ............................................................... 34 Tabel 4.2 Data Curah Hujan Harian Maksimum Stasiun Pancur Batu ................................ 35 Tabel 4.3 Perhitungan Parameter Statistik ......................................................................... 42 Tabel 4.4 Reduce Variate (Yt).............................................................................................. 45 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Hujan Rencana ....................................................................... 45 Tabel 4.6 Perhitungan Nilai Hujan Rencana........................................................................ 47
Universitas Sumatera Utara
x
Tabel 4.7 Perhitungan Distribusi Log Normal ..................................................................... 48 Tabel 4.8 Perhitungan Hujan Rencana Log Normal ............................................................ 49 Tabel 4.9 Perhitungan Distribusi frekuensi Log Person Type 3........................................... 50 Tabel 4.10 Data Periode Ulang ........................................................................................... 50 Tabel 4.11 Data Perhitungan Periode Ulang dengan Probability ....................................... 51 Tabel 4.12 Pengurutan Data Curah Hujan dari Besar ke Kecil ........................................... 52 Tabel 4.13 Nilai Parameter Chi-Kuadrat Kritis, X²cr ........................................................... 53 Tabel 4.14 Hasil Perhitungan Chi-Kuadrat Kritis ................................................................. 55 Tabel 4.15 Perhitungan Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu ................................... 61 Tabel 4.16 Data Pengukuran Sungai ................................................................................... 73 Tabel 4.17 Output Hasil Hitungan Rinci Sungai Seikambing ............................................... 86 Tabel 4.18 Analisa Muka Air Hasil Running HEC-RAS Sungai Seisekambing ....................... 87 Tabel 4.19 Perhitungan nilai t dan q pada HSS Snyder ....................................................... 90
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1.1 Daerah Aliran Sungai Sei Sekambing............................................................... ............................................................................................................................................ 6 Gambar 2.1 Penampang HEC-RAS ..................................................................................... ............................................................................................................................................ 2 6 Gambar 2.2 Masukan Data Cross Section Sungai............................................................. ............................................................................................................................................ 2 7 Gambar 2.3 keluaran Data Cross Section Sungai.............................................................. ............................................................................................................................................ 2 7 Gambar 3.1 Gambaran Lokasi Studi.................................................................................... ............................................................................................................................................ 2 8 Gambar 3.2 Diagram Metodologi Penelitian ...................................................................... 30 Gambar 4.1 HSS nakayasu .................................................................................................. 59 Grafik 4.1 Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu pada Q ............................................. 62 Grafik 4.2 Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu pada Q15......................................... 63 Grafik 4.3 Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu pada Q25......................................... 64
Universitas Sumatera Utara
xii
Grafik 4.4 Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu pada Q50......................................... 65 Grafik4.5 Debit Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu pada Q,Q15,Q25,Q50 ...................... 66 Gambar 4.2 Posisi L dan Lc pada suatu DAS ........................................................................ 67 Gambar
4.3
Hidrograf
satuan
Snyder
Standar
(tp
=
5,5
t r)
............................................................................................................................................ 6 8 Gambar
4.4
Hidrograf
satuan
Snyder
jika
tp
≠
5,5
tr
............................................................................................................................................ 6 8 Gambar
4.5
Layar
Utama
HEC-RAS
............................................................................................................................................ 7 0 Gambar
4.6
Layar
Konfirmasi
HEC-RAS
............................................................................................................................................ 7 1 Gambar
4.7
Peta
Sungai
Sei
Sekambing
............................................................................................................................................ 7 2 Gambar
4.8
Geometric
Data
Sungai
Seikambing
............................................................................................................................................ 7 4 Gambar
4.9
Cross
Section
22
tampang
melintang
sungai
............................................................................................................................................ 7 5
Universitas Sumatera Utara
xiii
Gambar 4.10 Perspective Plot Geometric Data Sungai Seikambing pada Debit Puncak (Qp) ............................................................................................................................................ 7 6 Gambar 4.11 Perspective Plot Geometric Data Sungai Seikambing pada Debit 15mm (Q15) ............................................................................................................................................ 7 7 Gambar 4.12 Perspective Plot Geometric Data Sungai Seikambing pada Debit 15mm (Q25) ............................................................................................................................................ 7 8 Gambar 4.13 Perspective Plot Geometric Data Sungai Seikambing pada Debit 15mm (Q50) ............................................................................................................................................ 7 9 Gambar 4.14 Cross Section Geometric Data Sungai Seikambing pada Tampang SK.188 (Hulu) ............................................................................................................................................ 8 0 Gambar 4.15 Cross Section Geometric Data Sungai Seikambing pada Tampang SK.167 (Hilir) ............................................................................................................................................ 8 1 Gambar 4.16
Profile Plot Geometric Data Sungai Seikambing terhadap Qp, Q15, Q25
dan
Q50
............................................................................................................................................ 8 2 Gambar 4.17 terhadap
General Profile Plot – Velocities pada Aliran Sungai Seisekambing debit
aliran
Universitas Sumatera Utara
xiv
............................................................................................................................................ 8 3 Gambar 4.18
Grafik Analisis Rating Curve pada Daerah Hulu Sungai (SK.188)
............................................................................................................................................ 8 4 Gambar 4.19
Grafik Analisis Rating Curve pada Daerah Hilir Sungai (SK.167)
............................................................................................................................................ 8 5 Grafik
4.6
Grafik
Hujan
Hasil
Analisa
HEC-HMS
............................................................................................................................................ 9 1 Grafik
4.7
Grafik
Analisa
Debit
dari
HEC-HMS
............................................................................................................................................ 9 2
Universitas Sumatera Utara
xv
DAFTAR NOTASI
An
= luas daerah pengaruh pos penakar hujan (km2)
A
= Luas daerah aliran (km2)
C
= Koefisien pengaliran
D
= tinggi curah hujan rerata daerah (mm)
dn
= hujan pada pos penakar hujan (mm)
d
= tinggi curah hujan rata-rata,
d1, d2 . . . dn
= tinggi curah hujan pada pos penakar 1, 2, . . . , n,
I
= Intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam).
I
= kemiringan permukaan air sungai
i
= Nomor urut data setelah diurut dari besar ke kecil
JK
= jumlah kelas
K
= Variabel reduksi
L
= Panjang saluran utama
Ls
= Panjang lintasan aliran di dalam saluran/sungai (m)
Log X
= Harga rata – rata dari data
Log XT
= Variate diekstrapolasikan
n
= Angka kekasaranManning
n
= Jumlah data
n
= banyak pos penakaran.
R24
= Curah hujan maksimum dalam 24 jam (mm)
S
= Kemiringan rata-rata saluran utama dalam m/m
Universitas Sumatera Utara
xvi
Sn
= Reduced standard deviation sebagai fungsi dari banyak
data So
= tinggi muka air laut rerata
Sx
= Standard Deviasi
t
= waktu
tc
= waktu konsentrasi
(t0)
= Inlet time
(td)
= Conduit time
Tk
= periode komponen ke k
tn
= waktu pengamatan tiap jam
X
= Harga rata – rata dari data
XT
= Variate yang diekstrapolasikan
X
= Harga rata–rata dari data
YT
= Reduced variate sebagai fungsi dari periode ulang T
Yn
= Reduced mean sebagai fungsi dari banyak data (N)
Universitas Sumatera Utara
