2.4Debit Banjir
2.4.1 Debit Banjir
Daerah dataran banjir diprediksi berdasarkan debit banjir dengan kala ulang tertentu.Debit banjir dengan kala ulang 100 tahun Q
100
bermakna banjir yang memiliki probabilitas kejadian 0.01 dalam setahun yang akan menggenangi
daerah dataran banjir. Daerah dataranbanjir Q
100
tentu jauh lebih besar dari daerah dataran banjir Q
10
. Mengingat banyak sungai diIndonesia yang tidak dilengkapi dengan alat pengukur debit, maka debit banjir biasanya dihitung berdasarkan
curah hujan dengan menggunakanmetode Gumbel, metode Log Pearson III, untuk pemodelan steady flow. Dan dengan metode hidrograf sintetis Nakayasu, Snyder,
dll untuk pemodelan unsteady flow.
2.4.2 Metode Perhitungan Debit Banjir
Metode Rasional
Besarnya debit rencana dihitung dengan memakai metode Rasional kalau daerah alirannya kurang dari 80 Ha. Untuk daerah yang alirannya lebih luas
sampai dengan 5000 Ha, dapat digunakan metode rasional yang diubah. Untuk luas daerah yang lebih dari 5000 Ha, digunakan hidrograf satuan atau metode
rasional yang diubah. Rumus metode rasional: Q = f x C x I x A 2.22
dimana, C: Koefisien pengaliran, I: Intensitas hujan selama waktu konsentrasi mmjam,
A: Luas daerah aliran km
2
dan f: Faktor konversi = 0,278.
Metode Hidrograf Banjir
Kebanyakan daerah aliran sungai sebagian besar curah hujan akan menjadi limpasan langsung. Aliran semacam ini dapat menghasilkan puncak banjir yang
tinggi. Teori hidrograf satuan menghubungkan hujan netto atau hujan efektif, yaitu sebagian hujan total yang menyebabkan adanya limpasan permukaan,
dengan hidrograf limpasan langsung sehingga merupakan sarana untuk menghitung hidrograf akibat hujan sembarang. Ini dikerjakan atas dasar anggapan
bahwa transformasi hujan netto menjadi limpasan langsung tidak berubah karena waktu time invariant.
Jadi hidrograf tersebut didefinisikan sebagai hubungan antara salah satu unsur aliran terhadap waktu. Berdasarkan definisi tersebut dikenal ada 2 macam
hidrograf, yaitu hidrograf muka air dan hidrograf debit. Hidrograf muka air tidak lain adalah data atau garafik hasil rekaman AWLR Automatic Water Level
Recorder. Sedangkan hidrograf debit, yang dalam pengertian sehari hari disebut hidrograf, diperoleh dari hidrograf muka air dan lengkung debit. Hidrograf
tersusun atas dua komponen, yaitu aliran permukaan, yang berasal dari aliran langsung air hujan, dan aliran dasar base flow. Aliran dasar berasal dari air
tanah yang pada umumnya tidak memberikan respon yang cepat terhadap hujan.
1. Hidrograf Satuan
Hidrograf satuan adalah hidrograf limpasan langsung yang dihasilkan oleh hujan efektif yang terjadi merata diseluruh DAS dan dengan intensitas tetap
selama satu satuan waktu yang ditetapkan, yang disebut hujan satuan. Hujan satuan adalah curah hujan yang lamanya sedimikian rupa sehingga lamanya
limpasan permukaan tidak menjadi pendek, meskipun curah hujan itu menjadi pendek.Periode limpasan dari hujan satuan semuanya adalah kira kira sama dan
tidak ada sangkut pautnya dengan intensitas hujan. Hidrograf satuan merupakan model sederhana yang menyatakan respon
DAS terhadap hujan. Tujuan dari hidrograf satuan adalah untuk memperkirakan hubungan antara hujan efektif dan aliran permukaan. Konsep hidrograf saatuan
pertama kali dikemukakan oleh Sherman pada tahun 1932. Dia menyatakan bahwa suatu sistem DAS mempunyai sifat khas yang menyatakan respon DAS
terhadap suatu masukan tertentu yang berdasarkan 3 prinsip:
1. Pada hujan efektif berintensitas seragam pada suatu daerah aliran tertentu, intensitas hujan yang berbeda tetapi memiliki durasi sama, akan menghasilkan
limpasan dengan durasi sama, meskipun jumlahnya berbeda. Ini merupakan aturan empiris yang mendekati kebenaran.
2. Pada hujan efektif berintensitas seragam pada suatu daerah aliran tertentu, intensitas hujan yang berbeda tetapi memiliki durasi sama, akan menghasilkan
hidrograf limpasan, dimana ordinatnya pada sembarang waktu memiliki proposi yang sama dengan proposi intensitas hujan efektif. Dengan kata lain,
ordinat hidrograf satuan sebanding dengan volume hujan efektif yang menimbulkannya. Hal ini berarti bahwa hujan sebanyak n kali lipat dalam
satuan waktu tertentu akanmenghasilkan suatu hidrograf dengan ordinat sebesar n kali lipat.
3. Prinsip superposisi dipakai pada hidrograf yang dihasilkan oleh hujan efektif berintensitasseragam yang memiliki periode periode yang berdekatan atau
tersendiri. Jadi, hidrograf yang merepresentasikan kombinasi beberapa kejadian aliran permukaan adalah jumlah dari ordinat hidrograf tunggal yang
member kontribusi. Ketiga asumsi ini secara tidak langsung menyatakan bahwa tanggapan
DAS terhadap hujan adalah linier, walaupun sebenarnya kurang tepat. Namun demikian, penggunaan hidrograf satuan telah banyak memberikan hasil yang
memuaskan untuk berbagai kondisi. Sehingga, teori hidrograf satuan banyak dipakai dalam menentukan debit atau banjir rencana.
2. Hidrograf satuan sintetik
Sebagaimana diuraikan sebelumnya bahwa untuk menurunkan hidrograf satuan diperlukan rekaman data limpasan dan data hujan, padahal sering kita
jumpai ada beberapa DAS tidak memiliki sama sekali catatan limpasan. Dalam kasus ini, hidrograf satuan diturunkan berdasarkan data-data dari sungai pada
DAS yang sama atau DAS terdekat yang mempunyai karakteristik yang sama. Karakteristik atau parameter daerah pengaliran tersebut terlebih dahulu perlu
dicari waktu, lebar dasar, luas, kemiringan, panjang, koefisien limpasan dan lain
sebagainya. Hasil dari penurunan hidrograf satuan ini dinamakan hidrograf satuan sintetik HSS. Ada tiga jenis hidrograf satuan sintetis, yaitu:
1. Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu
2. Hidrograf Satuan Sintetik Snyder
3. Hidrograf Satuan Sintetik Gama I
4. Hidrograf Satuan Sintetik SCS
Dalam penelitian ini hanya akan dibahas mengenai Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu. Hidrograf tersebut penulis rasa cocok dengan kedaan lokasi
studi yaitu DAS Deli dan DAS Belawan khususnya untuk sungai-sungai utama pada kedua DAS tersebut yaitu Sungai Deli, Sungai Babura dan Sungai Belawan.
3. Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu
Stasiun pengukur debit dantinggi muka air sungai stasiun hidrometri pada umumnya hanya dipasang di tempat tempat tertentu yang dipandang oleh
pengelolanya mempunyai arti yang cukup penting. Hal tersebut disebabkan karena tidak mungkin memasang stasiun hidrometri disembarang tempat dan biaya
pemasangannya juga tidak murah. Hingga pada saat dibutuhkan untuk analisis data tidak tersedia, atau tersedia dalam jangka waktu yang sangat pendek.
Untuk mengatasi hal ini sebenarnya di Indonesia telah dikenal dan banyak digunakan berbagai cara untuk memperkirakan banjir rancangan yang didasarkan
atas persamaan rasional. Cara ini mengandalkan data curah hujan sebagai dasar hitungan. Namun dari penelitian terbukti bahwa metode seperti Melchior, Der
Weduwen dan Haspers mempunyai penyimpangan yang berkisar antara 2 - 80, dengan penyimpangan rata rata berturut turut sebesar 89, 85 dan 56.
Selain itu tercatat pula bahwa 77 dari kasus yang ditinjau menunjukkan perkiraan lebih overestimated. Cara-cara rasional untuk memperkirakan banjir
yang mendapatkan kritikan tajam, karena pemakaian koefisien limpasan runoff coefficient mengundang subjektivitas yang sangat besar dan merupakan salah
satu faktor penyebab penyimpangannya. Penyebab lainnya adalah koefisien reduksi reduction coefficient.
Persamaan rasional hanya dianjurkan untuk DAS kecil kurang dari 80 hektar atau untuk DAS yang memiliki unsur unsur penyusun yang seragam.Dalam
perancangan diharapkan perkiraan banjir rancangan yang menyimpang sekecil mungkin. Sudah barang tentu perkiraan yang tepat tidak akan dapat diharapkan,
karena proses pengalihragaman hujan menjadi banjir merupakan proses alam yang sangat kompleks yang tidak dapat diungkapkan dengan persamaan matematik
secara tuntas. Cara lain yang lebih baik hampir seluruhnya menuntut ketersediaan data
pengukuran sungai yang memadai. Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu ini merupakan salah satu upaya untuk mengatasi kesulitan kesulitan tersebut. Cara ini
dapat digunakan disembarang lokasi yang dikehendaki dalam suatu DAS tanpatergantung ada atau tidaknya data pengukuran sungai. Akan tetapi, perlu
ditegaskan bahwa kegiatan hidrometrik masih tetap merupakan pilihan utama, sehingga walaupun telah ditemukan cara pendekatan yang akan banyak mengatasi
masalah kelangkaan data, namun prioritas pengukuran sungai ditempat mutlak masih diperlukan. Hidrograf satuan ini secara sederhana dapat disajikan sebagai
berikut pada gambar 2.12.
Gambar 2.12 Kurva Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Nakayasu 1950 telah menyelidiki hidrograf satuan di Jepang dan
memberikan seperangkat persamaan untuk membentuk suatu hidrograf satuan sebagai berikut:
1. Waktu kelambatan t
g
, rumusnya: untuk L 15
� :
�
= 0,4 + 0, 058 ��2.23
untuk L 15 � :
�
= 0,21 ��
0,7
2.24 2.
Waktu puncak dan debit puncak hidrograf satuan sintetis dirumuskan sebagai berikut:
=
�
+ 0,8 2.25
3. Waktu saat debit sama dengan 0,3 kali debit puncak:
0,3
= ��
�
2.26 4.
Waktu puncak =
�
+ 0,8 2.27
5. Debit puncak hidrograf satuan sintetis dirumuskan sebagai berikut:
=
1 3,6
��� �
1 0,3
� �
0,3
2.28 6.
Bagian lengkung naik 0 t tp =
�
2,4
2.29 7.
Bagian lengkung turun Jika
0,3
= �0,3
− 0,3
2.30 Jika
0,3
= �0,3
− + 0,5 � 0,3 1,5
� 0,3
2.31 Jika
1,5
0,3
= �0,3
− + 1,5 � 0,3 2
� 0,3
2.32
Dari sudut limpasan langsung semua hujan yang tidak memberikan sumbangan terhadap terjadinya banjir dipandang sebagai kehilangan. Kehilangan
tersebut terdiri atas:
1. Air hujan yang tersangkut didahan pohon dan tumbuhan interception
2. Tampungan di cekungan depression storage
3. Pengisian lengas tanah replenisment of soil moisture
4. Pengisian air tanah recharge dan
5. Evapotranspirasi
2.5Analisis Hidraulika
Analisis hidrolika bertujuan untuk menentukan acuan yang digunakan dalam menentukan dimensi hidrolis dari saluran drainase maupun bangunan
pelengkap lainnya dimana aliran air dalam suatu saluran dapat berupa aliran saluran terbuka maupun saluran tertutup.
Saluran Terbuka
Pada saluran terbuka terdapat permukaan air yang bebas, permukaan bebas ini dapat dipengaruhi oleh tekanan udara luar secara langsung. Kekentalan dan
gravitasi mempengaruhi sifat aliran pada saluran terbuka.Saluran terbuka umumnya digunakan pada daerah yang:
Lahan yang masih memungkinkan luas Lalu lintas pejalan kakinya relatif jarang
Beban di kiri dan kanan saluran relatif ringan
Beberapa rumusan yang digunakan dalam menentukan dimensi saluran: Kecepatan dalam saluran Chezy
V = C RI
2.33
dimana: V
= kecepatan rata-rata mdetik C
= koefesien Chezy
R
= jari-jari hidrolis m
I
= kemiringan atau gradien dari dasar saluran Koefesien C dapat diperoleh dengan menggunakan salah satu dari pernyataan
berikut:
Kutter:
0, 0015 1 23 +
s n
C = 23 + 0, 00155
n 1+
s R
2.34
Manning:
1 6
1 C =
R R
2.35
Bazin: 87
C = m
1+ R
2.36
dimana: V
= kecepatan mdetik C
= koefesien Chezy m
12
detik
R
= jari-jari hidraulis m S
= kemiringan dasar saluran mm
n
= koefesien kekasaran Manning detikm
13
m
= koefesien kekasaran, harganya tergantung jenis bahan saluran Debit aliran bila menggunakan rumus Manning
2 1
3 2
1 Q = A × V =
× R × I × A n
m
3
detik 2.37
Kondisi debit aliran berfluktuasi sehingga perlu memperhatikan kecepatan aliran. Diupayakan agar pada saat debit pembuangan kecil masih dapat
mengangkutsedimen, dan pada keadaan debit besar terhindar dari bahaya erosi. Penampang saluran
Penampang saluran yang paling ekonomis adalah saluran yang dapat melewatkandebit maksimum untuk luas penampang basah, kekasaran dan
kemiringan dasartertentu. Berdasarkan persamaan kontinuitas, tampak jelas bahwa untuk luas penampang melintang tetap, debit maksimum dicapai jika kecepatan
aliran maksimum. Dari rumus Manning maupun Chezy dapat dilihat bahwa untuk kemiringan dasar dan kekasaran tetap, kecepatan maksimum dicapai jika jari-jari
hidraulik R maksimum. Selanjutnya untuk penampang tetap, jari-jari hidraulik maksimum keliling
basah, P minimum. Kondisi seperti itu yang telah kita pahami tersebut memberi
jalan untuk menentukan dimensi penampang melintang saluran yang ekonomis untuk berbagai macam bentuk seperti tampang persegi dan tampang trapesium.
1. Penampang persegi paling ekonomis
Pada penampang melintang saluran berbentuk persegi dengan lebar dasar B dan kedalaman air h, luas penampang basah A = B x h dan keliling basah P.
Maka bentuk penampang persegi paling ekonomis adalah jika kedalaman setengah dari lebar dasar saluran atau jari-jari hidrauliknya setengah dari kedalaman air.
Gambar 2.13 Penampang saluran persegi Untuk bentuk penampang persegi yang ekonomis:
A = B× h
2.38
P = B + 2h
2.39
B = 2h
atau
B h =
2
2.40
Jari-jari hidraulik R:
A B× h
R = =
P B + 2h
2.41 B
h
2. Penampang saluran trapesium paling ekonomis
Luas penampang melintang A dan keliling basah P, saluran dengan penampangmelintang bentuk trapesium dengan lebar dasar b, kedalaman h dan
kemiringan dinding 1: m gambar 2.6 dapat dirumuskan sebagai berikut:
Gambar 2.14 Penampang saluran trapesium
A = B + mh h
2.42
2
P = B + 2h m +1 2.43
2
B = P - 2h m +1 2.44 Penampang trapesium paling ekonomis adalah jika kemiringan dindingny
m = 1 3 atau
o
θ = 60 . Dapat dirumuskan sebagai berikut:
2 B =
h 3 3
2.45
2
A = h 3 2.46
Kemiringan dinding saluran m berdasarkan kriteria Luas penampang
A b +
= mh h
m
2
Keliling basah
2
P b + 2h 1+ m
= m
Jari-jari hidrolis
A R =
P
m Kecepatan aliran
2 1
3 2
1 V =
× R × I n
mdetik
B h
1 m
mh mh
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian ini berada pada wilayah Daerah Aliran Sungai DAS yaitu DAS Deli tepatnya pada sungai-sungai yang melewati Kota Medan yaitu
Sungai Deli pada DAS Deli Gambar 3.1. Secara administrasi sebagian besar kedua wilayah DAS tersebut berada di kabupaten Deli Serdang dan Kota Medan.
Sungai Deli merupakan salah satu induk sungai pada Satuan Wilayah Sungai SWS Belawan Belumai Ular dengan 5 lima anak sungai. Panjang
sungai sekitar 73 Km dengan luas basin 402 Km2. Sungai Deli beserta anak dan ranting sungainya mengalir dari Kabupaten Karo, Kabupaten Deli Serdang dan
melintasi Kota Medan sebelum bermuara ke Selat Malaka. Bagian hulu sungai pada umumnya berada di Kabupaten Karo dan Kabupaten Deli Serdang,
sedangkan bagian tengah dan hilir berada di Kota Medan. DAS Daerah Aliran Sungai Deli merupakan Daerah Aliran Sungai di
Provinsi Sumatera Utara dengan luas 47,298.01 Ha. Daerah Aliran Sungai Deli terbentang antara 3° 13 35,50 sd 3° 47 06,05 garis Lintang Utara dan
meridian 98° 29 22,52 sd 98° 42 51,23 Bujur Timur. Secara administrasi DAS Deli berada pada 3 tiga Kabupaten yaitu
Kabupaten Karo seluas 1,417.65 Ha 3 , Kabupaten Deli Serdang seluas 29,115.20 Ha 61.56 dan Kota Medan seluas 16,765.16 ha 35.45 . Adapun
Batas DAS Deli adalah:
Sebelah Utara : Daerah Aliran Sungai Belawan
Sebelah Selatan : Daerah Aliran Sungai Wampu
Sebelah Barat : Daerah Aliran Sungai Belawan
Sebelah Timur : Daerah Aliran Sungai Batang Kuis
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian
3.2
Data dan Alat Penelitian
Data Sekunder adalah data yang diperoleh dari instansi-instansi yang terkait dalam penelitian ini. Adapun data sekunder dalam penelitian ini adalah:
Data curah hujan bulanan dan harian maksimum 10 tahun di DAS Deli, tahun 2003-2012 yang diperoleh dari Badan Metereologi Klimatologi dan
Geofisika BMKG Sampali Medan. Data kependudukan Kota Medan diperoleh dari BPS Kota Medan tahun
2012. Peta digital DAS Deli diperoleh dari BPDAS Sei Wampu Ular tahun 2012.
Peta digital Kota Medan dan tata guna lahan diperoleh dari BAPPEDA
PROVSU 2010. Data Primer adalah data yang diperoleh langsung di lapangan secara
pengamatan, peninjauan, dan pengukuran profil sungai. Adapun data sekunder dalam penelitian ini:
1. Data profil memanjang Long Section sungai per 100- 300 meter dan
melintang Cross Section sungai per 1 meter hingga mencapai bantaran sungai 20 meter.
2. Data elevasi dan kemiringan sungai per 100- 300 meter.
Dalam penelitian ini data primer tidak langsung diperoleh di lapangan, tetapi diperoleh dari Balai Wilayah Sungai Sumatera-II BWSS-II yang mengukur
langsung di lapangan pada tahun 2010.
3.3 Bagan Alir Penelitian
Gambar 3.2 Bagan Alir Penlitian
MULAI Perumusan Masalah
Studi Pustaka Pengumpulan Data
Data Primer:
Elevasi
Cross Section
Kemiringan
Long Section Data Sekunder:
Titik Stasiun Pengamatan
Curah Hujan
Curah Hujan Maksimun 10 Tahun
Peta DAS
Analisis Curah Hujan Kawasan dan
Analisis Curah Hujan Periode Ulang
Kesimpulan dan Saran
SELESAI Uji Kecocokan dengan Metode Smirnov
Kolmogorov Perhitungan Nilai Keofisien
Limpasan Analisa Debit Banjir Rancangan
Analisa Perhitungan Tinggi Muka Air dan Luas Daerah Genangan
3.4 Metodologi Pengolahan Data
Metode penelitian dilakukan dengan pengumpulan data-data seperti data profil sungai, data curah hujan dan data peta-peta pendukung yaitu: Peta Daerah
Aliran Sungai DAS, peta kota Medan. Data profil sungai dan data curah hujan digunakan untuk analisa debit banjir menurut periode kala ulang dan untuk
menganalisa potensi banjir yang memberikan pemodelan berupa tinggi banjir dan dataran banjir yang terjadi.
3.4.1 Data Profil Sungai
Kategori