BAB II STUDI LITERATUR 2.1 Analisa Hidrologi - Evaluasi Perbaikan Saluran Drainase Kampus Universitas Sumatera Utara Tahun 2012

BAB II STUDI LITERATUR

2.1 Analisa Hidrologi

Persoalan drainase berkaitan erat dengan aspek hidrologi yaitu masalah hujan yang merupakan sumber air dimana sistem drainase tidak dapat mengalirkan limpasan air ke tempat pembuangan akhir dan menyebabkan terjadinya genangan. Sedangkan hujan itu sendiri adalah fenomena alam yang terjadi sebagai bentuk keseimbangan jumlah air yang ada dimuka bumi. Desain hidrologi diperlukan sebagai pemanfaatan fenomena hujan yang terjadi untuk mengetahui debit pengaliran yang terjadi sehingga sistem drainase dapat direncanakan.

2.1.1 Siklus Hidrologi

Siklus Hidrologi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 adalah sirkulasi air yang tidak pernah berhenti dari atmosfir ke bumi dan kembali ke atmosfir melalui kondensasi, presipitasi, evaporasi dan transpirasi. Pemanasan air samudera oleh sinar matahari merupakan kunci proses siklus hidrologi tersebut dapat berjalan secara kontinu. Air berevaporasi, kemudian jatuh sebagai presipitasi dalam bentuk hujan, salju, hujan batu, hujan es dan salju (sleet), hujan gerimis atau kabut. Pada perjalanan menuju bumi beberapa presipitasi dapat berevaporasi kembali ke atas atau langsung jatuh yang kemudian diintersepsi oleh tanaman sebelum mencapai tanah. Setelah mencapai tanah, siklus hidrologi terus bergerak secara kontinu dalam tiga cara yang berbeda:

Evaporasi / transpirasi; Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, di tanaman, dan sebagainya • kemudian akan menguap ke angkasa (atmosfer) dan kemudian akan menjadi awan. Pada keadaan jenuh uap air (awan) itu akan menjadi bintik-bintik air yang selanjutnya akan turun (precipitation) dalam bentuk hujan, salju dan es.

Infiltrasi/ perkolasi ke dalam tanah; Air bergerak ke dalam tanah melalui celah-celah dan pori- • pori tanah dan batuan menuju muka air tanah. Air dapat bergerak akibat aksi kapiler atau air dapat berg gerak secara vertikal atau u horizontal di bawah p ermukaan ta anah hingga air tersebut memasuki i kembali sist tem air perm mukaan.

Air Permu ukaan; Air b ergerak di a atas permuka aan tanah dek kat dengan a aliran utama dan danau, makin lan ndai lahan da an makin sed dikit pori-por ri tanah, mak ka aliran per rmukaan sem makin besar. Aliran per rmukaan tan nah dapat dil lihat biasany ya pada daer ah urban. Su ungai-sungai i bergabung satu sama lain dan me embentuk sun ungai utama y yang memba awa seluruh air permuka aan disekitar daerah alir ran sungai m menuju laut. A Air permuka aan, baik yan ng mengalir m maupun yan g tergenang (danau, w waduk, rawa) ), dan sebag gian air baw wah permuk kaan akan te erkumpul da an mengalir membentu uk sungai da an berakhir ke laut. Pro oses perjalan nan air di da aratan itu te rjadi dalam komponen n-komponen logi yang me embentuk sis stem Daerah gai (DAS).

siklus hidrol Aliran Sung Gamb bar 2.1 Siklu s Hidrologi

2.1.2 Analisa C Curah Hujan n Rencana

Hujan merupakan komponen yang sangat penting dalam analisis hidrologi. Pengukuran hujan dilakukan selama 24 jam baik secara manual maupun otomatis, dengan cara ini berarti hujan yang diketahui adalah hujan total yang terjadi selama satu hari. Dalam analisa digunakan curah hujan rencana, hujan rencana yang dimaksud adalah hujan harian maksimum yang akan digunakan untuk menghitung intensitas hujan, kemudian intensitas ini digunakan untuk mengestimasi debit rencana. Untuk berbagai kepentingan perancangan drainase tertentu data hujan yang diperlukan tidak hanya data hujan harian, tetapi juga distribusi jam jaman atau menitan. Hal ini akan membawa konsekuen dalam pemilihan data, dan dianjurkan untuk menggunakan data hujan hasil pengukuran dengan alat ukur otomatis. Dalam perencanaan saluran drainase periode ulang (return period) yang dipergunakan tergantung dari fungsi saluran serta daerah tangkapan hujan yang akan dikeringkan. Menurut pengalaman, penggunaan periode ulang untuk perencanaan:

Saluran Kwarter : periode ulang 1 tahun
Saluran Tersier : periode ulang 2 tahun
Saluran Sekunder : periode ulang 5 tahun
Saluran Primer : periode ulang 10 tahun

2.1.3 Analisa Frekuensi Curah Hujan

Distribusi frekuensi digunakan untuk memperoleh probabilitas besaran curah hujan rencana dalam berbagai periode ulang. Dasar perhitungan distribusi frekuensi adalah parameter yang berkaitan dengan analisis data yang meliputi ratarata, simpangan baku, koefisien variasi, dan koefisien skewness (kecondongan atau kemencengan) ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Parameter Statistik

Parameter Sampel Populasi

1 Rata-rata

X X μ E X xf x dx n . Simpangan Baku

/ /

s x x σ E x μ n 1 . (standar deviasi) Koefisien Variasi

CV CV Koefisien

∑

G ᵞ

Skewness

Sumber : (Suripin, 2004, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan)

Dalam ilmu statistik dikenal beberapa macam distribusi frekuensi yang banyak digunakan dalam bidang hidrologi. Berikut ini empat jenis distribusi frekuensi yang paling banyak digunakan dalam bidang hidrologi:

Distribusi Normal - Distribusi Log Normal - Distribusi Pearson Type III - Distribusi Log Person III - Distribusi Gumbel.

2.1.3.1 Distribusi Normal

Distribusi normal atau kurva normal disebut juga distribusi Gauss. Perhitungan curah hujan rencana menurut metode distribusi Normal, mempunyai persamaan sebagai berikut (persamaan 2.1):

atau ......................................(2.1)

di mana: X T = perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T-tahunan, X = nilai rata-rata hitung variat, S = deviasi standar nilai variat,

K T = faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang dan tipe model matematik disrtibusi peluang yang digunakan untuk analisis peluang.

Distribusi Normal memiliki fungsi kerapatan probabilitas pada persamaan 2.1.1:

= exp

. ∞ ∞ .....................(2.1.1) .

. √ .

di mana dan adalah parameter statistik, yang masing-masing adalah nilai rata-rata dan standar

μ σ deviasi dari variat.

Untuk mempermudah perhitungan, nilai faktor frekuensi K T umumya sudah tersedia dalam tabel, disebut sebagai tabel nilai variabel reduksi Gauss (Variable reduced Gauss), seperti ditunjukkan dalam Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Nilai Variabel Reduksi Gauss

Periode No. Peluang KT ulang,T (tahun)

1 1,001 0,999 -3,05 2 1,005 0,995 -2,58 3 1,010 0,990 -2,33 4 1,050 0,950 -1,64 5 1,110 0,900 -1,28 6 1,250 0,800 -0,84 7 1,330 0,750 -0,67 8 1,430 0,700 -0,52 9 1,670 0,600 -0,25 10 2,000 0,500

11 2,500 0,400 0,25 12 3,330 0,300 0,52

13 4,000 0,250 0,67 14 5,000 0,200 0,84 15 10,000 0,100 1,28 16 20,000 0,050 1,64 17 50,000 0,020 2,05 18 100,000 0,010 2,33 19 200,000 0,005 2,58 20 500,000 0,002 2,88 21 1,000,000 0,001 3,09

Sumber

: (Suripin, 2004)

2.1.3.2 Distribusi Log Normal

Dalam distribusi Log Normal data X diubah kedalam bentuk logaritmik Y = log X. Jika variabel acak Y = log X terdistribusi secara normal, maka X dikatakan mengikuti distribusi Log Normal. Untuk distribusi Log Normal perhitungan curah hujan rencana menggunakan persamaan berikut ini (persamaan 2.2):

atau ......................................(2.2)

di mana: Y _T = perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T-tahun, Y = nilai rata-rata hitung variat, S = deviasi standar nilai variat, K T = faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang dan tipe model matematik disrtibusi peluang yang digunakan untuk analisis peluang.

Fungsi kerapatan probabilitas Log Normal adalah persamaan 2.2.1 sebagai berikut:

= . . √ .

. exp .

.........................................(2.2.1) di mana: dan

, .

Persamaan: = k .

= Sehingga didapatkan rumus standard deviasi adalah (persamaan 2.3) sebagai berikut:

∑ ∑

= ; = .....................................(2.3)

di mana: X = besarnya curah hujan dengan periode ulang t, n = jumlah data, log x = curah hujan harian maksimum rata-rata dalam harga logaritmik, k = faktor frekuensi dari Log Normal 2 Parameter, (sebagai fungsi dari koefisien variasi,

C v ; dan periode ulang t), = standard deviasi dari rangkaian data dalam harga logaritmiknya, dan C v =

S koefisien variasi dari Log Normal v Parameter.

2.1.3.3 Distribusi Pearson Type III

Secara sederhana fungsi kerapatan peluang distribusi Pearson Type III adalah pada persamaan 2.4 berikut:

x t = x i + K T .S i ........................................................................(2.4)

di mana: x i = data ke-i, S i = standar deviasi , C s = koefisien skewness, K T = faktor sifat distribusi Pearson Type III.

2.1.3.4 Distribusi Log Pearson Type III

Secara sederhana fungsi kerapatan peluang distribusi Pearson Type III ini ditunjukkan pada persamaan 2.5 sebagai berikut:

= . ....................................................................(2.5)

∑

S i = standar deviasi = C _s = koefisien skewness = .

di mana: x _i = data ke-i, S i = standar deviasi , C s = koefisien skewness, n = jumlah data K T = koefisien frekuensi.

2.1.3.5 Distribusi Gumbel Type I Ekstremal

Metoda distribusi Gumbel banyak digunakan dalam analisis frekuensi hujan yang mempunyai rumus yang ditunjukkan pada persamaan 2.6:

R t = R + K.S x K = (y t - y n )/S n Y t = - (0,834 + 2,303 log t/(t-1)) .......................................(2.6)

di mana: R t = curah hujan untuk periode ulang t tahun (mm), R = curah

1 hujan maksimum rata-rata,

S x = standar deviasi, K = faktor frekuensi, S n , Y n = faktor pengurangan deviasi standar rata-rata sebagai fungsi dari jumlah data.

2.1.4 Intensitas Curah Hujan

Intensitas curah hujan adalah jumlah curah hujan dalam satu satuan waktu, umpamanya mm/ jam untuk curah hujan jangka pendek, dan besarnya intensitas curah hujan tergantung pada lamanya

curah hujan. Beberapa rumus yang menyatakan hubungan antara intensitas dan lamanya curah hujan adalah sebagai berikut:

1. Prof. Talbot: ........................................................................................................(2.7)

2. Prof. Sherman:

..........................................................................................................(2.8)

3. Dr. Ishiguro: .......................................................................................................(2.9)

√ 4.

Mononobe: /

............................................................................................(2.10)

Rumus Mononobe sering dugunakan di Jepang, digunakan untuk menghitung intensitas curah hujan setiap berdasarkan data curah hujan harian. dimana: I = intensitas curah hujan (mm/jam), t = lamanya curah hujan (menit), untuk rumus Mononobe dalam(jam), a;b; a ; n = tetapan,

R = curah hujan yang mungkin terjadi berdasarkan masa ulang tertentu (curah hujan maximum dalam 24 jam - mm).

Harga-harga tetapan untuk setiap rumus intensitas curah hujan tersebut adalah sebagai berikut:

1. Cara Prof. Talbot: ′

di mana: = ............................................... (2.7.1)

. b =

(2.7.2) ..................................................

2. Cara Prof. Sherman: – .

di mana: a = (2.8.1) ......................

. – n = ............................. (2.8.2)

3. Cara Dr. Ishiguro: √

√ – √ (2.9.1) di mana: a = ..........................................

√ – √ n = (2.9.2) ...............................................

Harga N pada rumus di atas adalah banyaknya harga “t” (lamanya curah hujan) yang ditinjau, misalnya untuk t = 5 menit, 10 menit, 15menit, 30 menit, 60 menit, 120 menit, 360 menit, 720 menit maka : N = 8.

Untuk memudahkan menghitung besar tetapan-tetapan di atas digunakan

Tabel 2.3 sebagai berikut:Tabel 2.3 Tabulasi Besar Tetapan.

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 No t I I. . t I ² I ² . . t log t log

I log t. log I

(log t) ² √t r√ I ² √ 1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. Ʃ

Sumber : (Martua Simbolon, 1988)

2.1.5 Pengolahan Data Hujan

1. Hujan Rerata Daerah Aliran

a. Cara rata-rata aljabar …

..................................................(2.11) di mana: R = curah hujan daerah, n = jumlah pos pengamatan, R , R , R = curah hujan tiap pos pengamatan.

b. Metode Thiessen

R =

… … .................................

...............(2.12) di mana: R = curah hujan daerah, R , R , R = curah hujan tiap pos pengamatan, A , A , A = luas daerah tiap pos pengamatan

Gambar 2.2 Contoh Poligon Thiessen (Wesli, 2008)

c. Metode Isohyet …

R = ........................................................................(2.13) … di mana: R = curah hujan daerah,

R , R , R = curah hujan rata-rata pada area A , A , A ; A , A , A = luas area antara garis isohyt (topografi).

Gambar 2.3 Contoh Garis Isohyt Topografi (Sri Harto, 1993)

Dalam hal area Kampus USU ini tidak dipakai area DPL (di atas permukaan laut) karena berada dalam luasan daerah yang kecil yang dipakai hanya area lokal saja walaupun daerahnya lebih tinggi maka digunakan elevasi galian dan timbunan.

2.1.6 Banjir Rencana

Banjir rencana tidak boleh kita tetapkan terlalu kecil agar jangan terlalu sering terjadi ancaman pengrusakan bangunan atau daerah di sekitarnya. Tetapi juga tidak boleh terlalu besar sehingga ukuran bangunan tidak ekonomis. Jatuhnya hujan terjadi menurut suatu pola dan suatu siklus tertentu. Hanya kadang-kadang terjadi penyimpangan-penyimpangan pada pola itu tetapi biasanya kembali pada pola yang teratur. Untuk menentukan banjir rencana dalam perencanaan selluran drainase, perlu diadakan pertimbangan-pertimbangan hidro ekonomis yang didasarkan pada:

Besarnya kerugian yang akan diderita jika terjadi banjir dan sering tidaknya kerusakan itu terjadi.

Maka dari pertimbangan ini adalah pentingnya objek yang harus diamankan, misalnya suatu daerah pemukiman penduduk atau perkantoran di dalam kota umumnya dinilai lebih penting dari pada suatu daerah kosong di pedesaan. Kerugian yang diakibatkan genangan air banjir di derah perkotaan dapat berupa kerugian harta benda, terganggunya arus lalu-lintas dan terganggunya kegiatan penduduk. Sedangkan genangan air yang terjadi di daerah pedesaan mungkin hanya mengakibatkan terputusnya hubungan lau-lintas kendaraan selama beberapa waktu, yang umumnya tidak begitu besar pebgaruhnya pada kehidupan rakyat setempat.

Umur ekonomis bangunan Besarnya banjir rencana juga harus disesuaikan terhadapa umur ekonomis bangunan,

umpamanya umur ekonomis suatu saluran drainase selama 10 tahun, tentunya tidak akan

dibangun terhadap banjir rencana 20 tahun yang mungkin tidak akan pernah terjadi selama

umur bangunan itu.

Biaya pembangunan

Pertambahan biaya pembangunan untuk suatu saluran drainase akan sebanding dengan besarnya banjir rencana yang ditetapkan untuk pembangunan saluran drainase tersebut. Untuk menentukan banjir rencana yang akan diterapkan dalam studi ini, diambil pertimbangan berdasarkan ketentuan-ketetntuan mengenai masa ulang dan analisa frekwensi untuk pembangunan saluran drainase.

Umpamanya di inggris digunakan masa ulang 2 tahun untuk sebagian besar saluran drainase, masa ulang 5 tahun diterapkan pada daerah yang mudah diserang banjir dan masa ulang 10 tahun atau 25 tahun diterapkan pada sluran-saluran di pusat kota. Gorong-gorong jalan utama umumnya didasarkan pada banjir rencana 50 sampai 100 tahun, dan 25 tahun untuk jalan-jalan yang kurang penting.

Untuk daerah Kampus USU Medan saluran-salurannya direncanakan terhadap masa ulang banjir 5 atau 10 tahun. Masa ulang yang akan diterapkan pada saluran drainase suatu daerah tertentu dipengaruhi juga oleh karakteristik curah hujan di daerah tersebut. Dalam menentukan banjir rencana diadakan analisa frekwensi. Sasaran utama dari analisa frekwensi dimaksud adalah untuk mengetahui probalbilitas terjadinya banjir selama N tahun dalam masa ulang Tr tahun. Dalam hal ini interval masa ulang atau disebut juga return period dinyatakan dengan Tr yang mana merupakan wktu rata-rata berlangsung antara dua kejadian yang disamai atau dilalui. Atau dengan kata lain N tahun kejadian adalah merupakan kejadian yang diharapkan untuk disamai melebihi rata-rata setiap N tahun dalam masa ulang Tr tahun.

Jika P X x merupakan probabilitas bahwa x akan disamai atau kurang dari, maka P X x merupakan probabilitas bahwa x akan disamai atau kurang dari n tahun kejadian berulang.

= Kejadian yang sama atau kurang dari: Umpamanya untuk banjir dengan masa ulang tahun 10 tahun maka probabilitas terjadinya banjir untuk 2 tahun seekali adalah: =

, . % Dengan kata lain untuk perencanaan dengan masa ulang 10 tahun maka probabilitas banjir untuk 2 tahun sekali adalah 19 %.

Table 2.4 berikut ini menunjukan probabilitas terjadinya banjir selama N tahun dalam masa ulang Tr tahun.Tabel 2.4 Probabilitas Banjir.

Jumlah tahun Rata-rata periode ulang Tr, dalam tahun dalam periode

20 50 100 200 500 1000 1 20

2 1 0,5 0,2 0,1 2 36

2 1 0,4 0,2 3 49

6 3 1,5 0,6 0,3 5 67

10 5 2,5 1 0,5 10 89

1 20 99

2 30 99,8

3 60 - 99,8

100 99,4

200 98,2

500 99,3

1000

99.3

63 Bila tidak tertulis, % probabilitasnya 99,9 Sumber: (Martua Simbolon, 1988)

2.1.7 Koefisien Pengaliran (C)

Koefisien pengaliran (C) adalh perbandingan antara jumlah aliran (run off) dengan jumlah curah hujan. Sehingga disingkat dengan:

C =

Persentase angka pengaliran berangsur-angsur bertambah selama hujan berlangsung, juga harga koefisien pengaliran tersebut berbeda-beda, yang mana hal ini dapat disebabkan antara lain:

1. Faktor meteorologi, yang mencakup: a.

Curah hujan b.

Intersepsi c. Evaporasi d.

Transpirasi 2. Faktor daerah, yang mencakupi: a.

Karakteristik daerah pengaliran b.

Faktor fisik, yaitu antara lain: ‐ Penggunaan tanah (land use) ‐ Jenis tanah ‐ Kondisi topografi

Dapat dimengerti betapa sukar untuk menentukan besarnya pengaruh dari setiap faktor itu sendiri-sendiri. Berhubung dengan itu mungkin diperhitungkan semua faktor secara sendiri-sendiri.

Pemilihan koefisien pengaliran harus memperhitungkan kemungkinan adanya perubahan tataguna lahan dikemudian hari karena dalam hal ini pengaruh koefisien pengaliran sangat besar dalam menentukan besarnya aliran disuatu tempat daerah tertentu berdasarkan jenis daerah aliran tersebut, koefisien pengaliran secara umum diperlihatkan Table 2.5 berikut ini:

Tabel 2.5 Koefisien Aliran (C) secara umum.

Tipe Daerah Aliran Kondisi Koefisien Aliran C

Rerumputan Tanah pasir, datar, 2% 0.05 - 0.10 Tanah pasir, rata-rata, 2-7% 0.10 - 0.15

Tanah pasir, curam, 7% 0.15 - 0.20 Tanah gemuk, datar, 2% 0.13 - 0.17 Tanah gemuk, rata-rata, 2-7% 0.18 - 0.22 Tanah gemuk Curam, 7% 0.25 - 0.35

Business Daerah Kota lama 0.75 - 0.95 Daerah pinggiran 0.50 - 0.70

Perumahan Daerah "Single family" 0.30 - 0.50 "Multi units" terpisah-pisah 0.40 - 0.60 "Multi units" tertutup 0.60 - 0.75 "Suburban" 0.25 - 0.40 Daerah rumah apartemen 0.50 - 0.70

Tipe Daerah Aliran Kondisi Koefisien Aliran C

Industri Daerah ringan 0.50 - 0.80 Daerah berat 0.60 - 0.90

Pertamanan, kuburan 0.10 - 0.25 Tempat bermain

0.20 - 0.35 Halaman kereta api

0.20 - 0.40 Daerah yang tidak

0.10 - 0.30 Jalan Bersapal 0.70 - 0.95

Beton 0.80 - 0.95 Batu 0.70 - 0.85

Untuk berjalan dan naik 0.70 - 0.85 Atap

0.70 - 0.95

Sumber : (Wesli, 2008)

Pada perencanaan drainase di Kampus USU Medan, digunakan koefisien pengaliran pada

Tabel 2.6 dengan alasan-alasan sebagia berikut:

1. Harga-harga koefisien run off (koefisien pengaliran pada Tabel 2.6 merupakan

hasil yang disurvey (diselidiki) pada sebagian daerah di Amerika Serikat.

2. Harga-harga koefisien pada Tabel 2.6 tidak tergantung pada lamanya hujan.

3. Harga-harga koefisien pengaliran pada Tabel 2.6 sangat sesuai untuk studi kasus ini, karena persentase daerah kedap dapat disurvey di lapangan.

Dan table berikut ini (Tabel 2.6) menunjukan besarnya koefisien pengaliran berdasarkan persentase permukaan yang kedap, dengan waktu konsentrasi ( t )

Tabel 2.6 Koefisien pengaliran berdasarkan persentase permukaan yang kedap, ………… . dengan waktu konsentrasi.

t Persentase permukaan yang kedap _c 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 0,149 0,189 0,229 0,269 0,309 0,350 0,390 0,430 0,470 0,510 0,550 20 0,236 0,277 0,318 0,360 0,401 0,442 0,483 0,524 0,566 0,607 0,648 30 0,287 0,329 0,372 0,414 0,457 0,499 0,541 0,584 0,626 0,669 0,711 45 0,334 0,377 0,421 0,464 0,508 0,551 0,594 0,638 0,681 0.73 0.768 t Persentase permukaan yang kedap _c 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

60 0,371 0,415 0,458 0,502 0,546 0,590 0,633 0,677 0,721 0,764 0,808 75 0,398 0,442 0,486 0,530 0,574 0,618 0,661 0,705 0,749 0,793 0.837 90 0,422 0,465 0,509 0,552 0,596 0,639 0,682 0,736 0,769 0,813 0,856 105 0,445 0,487 0,530 0,572 0,615 0,657 0,699 0,742 0,784 0,827 0,869

120 0,463 0,505 0,546 0,588 0,629 0,671 0,713 0,754 0,796 0,837 0,879 135 0,479 0,521 0,561 0,601 0,642 0,683 0,724 0,765 0,805 0,846 0,887 150 0,495 0,535 0,574 0,614 0,654 0,694 0,733 0,775 0,813 0,852 0,892 180 0,522 0,560 0,598 0,636 0,674 0,713 0,751 0,789 0,827 0,865 0,903

Sumber : (Civil Enginerring Hand Book, Urguhart L. C)

2.1.8 Koefisien Tampungan Daerah yang memiliki cekungan untuk menampung air hujan relatif mengalirkan lebh

sedikit air hujan dibandingkan dengan daerah yang tidak memiliki cekungan sama sekali. Efek

tampungan oleh cekungan ini terhadap debit rencana diperkirakan dengan koefisien

tampungan yang diperoleh dengan rumus berikut ini.

........................................................................................ (2.14)

di mana: C s = koefisien tampungan, T c = waktu konsentrasi (jam), T d = waktu aliran air mengalir di dalam saluran dari hulu hingga ke tempat pengukuran (jam).

2.1.9 Waktu Konsentrasi

Waktu konsentrasi pada daerah pengaliran adalah waktu yang dibutuhkan air untuk mengalir dari daerah yang terjauh ke suatu pembuang (outlet) tertentu, yang diasumsikan bahwa lamanya hujan sama dengan waktu konsentrasi pada semua bagian daerah pengaliran dimana air hujan berkumpul bersama-sama untuk mendapatkan suatu debit yang maksimum pada outlet.

Waktu konsentasi terdiri dari 2 (dua) bagian: a.

Waktu pemasukan (inlet time) atau time of entry yaitu waktu yang dibutuhkan oleh aliran permukaan untuk masuk ke saluran.

Waktu pengaliran (conduit time) yaitu waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di sepanjang saluran sampai titik kontrol yang ditentukan di bagian hilir.pada saluran.

Gambar 2.4 Contoh Saluran A – B pada suatu daerah pengaliran (Suyono, 1976)

Pada Gambar 2.4, terlihat sebuah saluran drainase melintasi diagonal A- B pada sebuah daerah pengaliran. Bila hujan jatuh pada titik A maka hujan tersebut akan segera mengalirkan ke titik B dan seterusnya, demikian juga halnya air hujan yang jatuh di sekitar titik A akan masuk ke saluran dan seterusnya sampai di titik B.

Dari gambaran ini dapat dijelaskan adalah waktu pemasukan adalah waktu yang dibutuhkan air hujan dari titik terjauh masuk ke titik pengaliran misalnya titik A, sedangkan waktu pengaliran adalah waktu yang dibutuhkan oleh air dalam perjalanan dari titik A ke B. Waktu pemasukan (inlet time) dipengaruhi oleh: 1.

Kekasaran permukaan daerah pengaliran.

2. Kejenuhan daerah pengaliran.

3. Kemiringan daerah pengaliran.

4. Sisi dari bagian daerah atau jarak areal pembagi ke saluran.

5. Susunan atap/ perumahan yang ada pada daerah tersebut.

Dalam hal ini untuk curah hujan yang berasal dari atap, perkerasan halaman ataupun jalan yang langsung masuk kesaluran, waktu pemasukannya tidak lebih dari 5 menit. Pada daerah komersial yang relatif datar, waktu pemasukan yang dibutuhkan sekitar 10 samapi 15 menit, dan pada daerah pemukiman penduduk yang relatif datar waktu yang dibutuhkan sekitar 20 sampai 30 menit.

Waktu pengaliran (time of flow) tergantung pada perbandingan panjang saluran dan kecepatan aliran. Menurut rumus empiris dari Kirpich yang diasumsikan dari rumus Manning untuk koefisien kekasaran rata-rata dan jari-jari hidraulis yang berlaku umum adalah pada persamaan 2.15 sebagai berikut:

.............................................................................(2.15) ,

√

di mana: t = waktu pengaliran (menit), L = panjang saluran yang ditinjau dari inlet (pemasukan) sampai ke tampang yang ditinjau

(m), s = slope (kemiringan daerah pengaliran).

Maka waktu konsentrasi = waktu pemasukan + waktu pengaliran atau: ............................................................................................(2.16)

2.1.10 Perhitungan Debit Untuk menghitung debit rencana pada studi ini dipakai perhitungan dengan metode Rasional.

Metode Rasional adalah salah satu metode untuk menentukan debit aliran permukaan yang diakibatkan oleh curah hujan, yang umumnya merupakan suatu dasar untuk merencanakan debit saluran drainase.

Adapun asumsi dari metode Rasional adalah pengaliran maksimum terjadi kalau lama waktu curah hujan sama dengan lama waktu konsentrasi daerah alirannya. Secara matematis dapat ditulis dalam persamaan 2.17 sebagai berikut:

, . . ..................................................................................(2.17) di mana: Q = debit dalam m / det,

A = luasan daerah aliran dalam Ha, I = intensitas curah hujan dalam mm/ jam, C = angka pengaliran.

Rumus di atas berlaku untuk daerah yang luas pengalirannya tidak lebih dari 80 Ha, sedangkan untuk daerah yang luas pengalirannya lebih besar dari 80 Ha maka rumus rasional di atas harus dirubah menjadi:

, . . . ........................................................................(2.17.1) di mana: Q = debit dalam m / det,

A = luasan daerah aliran dalam Ha, I = intensitas curah hujan dalam mm/ jam, C = angka pengaliran, = koefisien tampungan .

.....................................................................................................(2.18) di mana: Cs = koefisien tampungan, = waktu konsentrasi (jam),

= waktu aliran air mengalir did lam saluran dari hulu hingga ke tempat pengukuran

T (jam).

2.2 Analisa Hidrolika

Zat cair dapat diangkut dari suatu tempat lain melalui bangunan pembawa alamiah maupun buatan manusia. Bangunan pembawa ini dapat terbuka maupun tertutup bagian atasnya. Saluran yang tertutup bagian atasnya disebut saluran tertutup (closed conduits), sedangkan yang terbuka bagian atasnya disebut saluran terbuka (open channels). Pada sistem pengaliran melalui saluran terbuka terdapat permukaan air yang bebas (free surface) di mana permukaan bebas ini dipengaruhi oleh tekanan udara luar secara langsung, saluran terbuka umumnya digunakan pada lahan yang masih memungkinkan (luas), lalu lintas pejalan kakinya relatif jarang, beban kiri dan kanan saluran relatif ringan.

Berdasark kan konsisten nsi bentuk p penampang d dan kemiring gan dasarnya a saluran ter rbuka dapat diklas ifikasikan m menjadi: a. Saluran pr rismatik (pris ), yaitu sa aluran yang b bentuk penam mpang

smatic chann nel melintang dan kemirin ngan dasarny ya tetap.

Contoh : s saluran drain ase, saluran irigasi.

b. Saluran no on prismatik (non prisma ) , yaitu salura an yang bent tuk

atic channel penampan ng melintang dan kemirin ngan dasarny ya berubah-ub bah.

Contoh : s sungai. Aliran pad da saluran te erbuka terdir ri dari salura an alam (natu ural channel l ), seperti su ungai-sungai kecil di daerah h hulu (pegunu ungan) hing gga sungai b besar di mu uara, dan sal aluran buatan n (artificial

chann nel ), seperti saluran dra inase tepi j alan, salura n irigasi un ntuk mengai iri persawah han, saluran

pembu uangan, salu uran untuk m membawa air r ke pemban ngkit listrik t tenaga air, sa aluran untuk k supply air minum m, dan salur ran banjir. S Saluran buata an dapat be rbentuk segi itiga, trapesi ium, segi em mpat, bulat, seteng gah lingkaran n, dan bentu uk tersusun ( (Gambar 2.5 5) dengan un nsur geometr risny dapat d dilihat pada Tabel 2.7.

G Gambar 2.5 B Bentuk-ben ntuk Profil S Saluran

2.2.1 Kriteria Teknis Sal luran Drain nase

draina sesuai Tabel

knis saluran apat bekerja

n drainase, uran drainas dalah sebaga

an: muka tanah dak menimb h aliran bah: muka tanah njang lintasa yang dapat gelontoran empat pemb ganggu este

n dilayani si n dilayani kan penyaki otoran yang khir

nase air huja rendah dari at, namun ti besar searah nase air limb rendah dari as air sepan eh binatang n atau pengg sampai ke t u atau mengg

Dalam pe ase untuk air i dengan fung a.

aluran drain cana lebih r ngsung cepa luran memb aluran drain cana lebih r mari kualita h dicapai ole pengenceran ecara cepat s ebarkan bau

Ada proses p ersangkut se idak menye

kriteria tek se tersebut da ai berikut:

ria teknis sa Muka air ren Aliran berlan Kapasitas sal ria teknis sa Muka air ren idak mence idak mudah

it g ada dapat

M 2. Ti 3. Ti 4. A te

Kriter 1.

M 2. A 3. K b.

Kriter 1.

h yang akan bulkan eros h yang akan annya t menyebark sehingga ko buangan akh etika.

5. Ti

ang Saluran uatan salura ikan agar sal se tersebut ad

unsur Geomet dan pelaksan ir limbah per ria teknis sal

2.7 Unsur-u erencanaan d hujan dan ai gsinya. kriter

tris Penampa anaan pembu rlu di perhati luran drainas

2.2.2 Dimensi Tampang Saluran

Dimensi tampang saluran (Gambar 2.6) adalah berdasarkan debit aliran yang harus di tampung oleh saluran tersebut. Didalam perencanaan ini hubungan debit dengan dimensi tampang ditentukan berdasarkan rumus Manning:

/ /

(2.19) V = ........................................................................... .

/ /

...............................................................................(2.20) . .

Gambar 2.6 Tampang Trapesium (Suripin, 2004) di mana: A = luas tampang basah saluran,

R = jari-jari hidrolis = A/P, P = keliling basah, S = kemiringan dasar saluran, n = koefisien kekasaran Manning.

Didalam menggunakan rumus Manning harga dari koefisien kekasaran n adalah merupakan suatu harga pendekatan berdasarkan eksperimen. Selanjutnya berdasarakan penyelidikan Robert E.

Horton harga n adalah seperti yang terdapat pada Tabel 2.8 berikut:

Tabel 2.8 Koefisien Kekasaran Manning.

JENIS SALURAN NORMAL MAX. Saluran tanah dengan permukaan bersih 0,018 0,020 Saluran tanah yang bersih setelah hujan 0,022* 0,025 Saluran tanah yang berkerikil dan bersih 0,025 0,030 Saluran tanah yang ditumbuhi rumput pendek 0,027 0,030 Saluran dengan lining beton 0,013* 0,015 Gorong-gorong dalam keadaan baik 0,011 0,013 Gorong-gorong yang mengalami belokan 0,013* 0,014

Sumber : (Design of small dam and Bureau of Reclamation, Washington DC)

2.2.3 Dimensi Sumur Resapan

Sumur resapan merupakan salah satu solusi untuk mendukung sistem drainase agar berfugsi secara optimal dengan mengupayakan limpasan air yang dihasilkan oleh atap bangunan untuk tidak langsung dialirkan ke saluran melainkan terlebih dahulu dialirkan ke dalam sumur resapan. Limpasan air yang mengalir pada sumur resapan akan meresap kedalam tanah terlebih dahulu sebelum memenuhi volume sumur. Jika sumur tidak mampu menampung debit air lebih lanjut, maka pada saat itu kelebihan debit akan dialirkan ke sistem drainase.

Dimensi sumur resapan secara umum dapat dilihat pada persamaan 2.21 sebagai berikut : ...............................................................(2.21) di mana: H = kedalaman (m), ₃ Q = debit rencana (m /detik),

T = durasi hujan dominan (detik) F = faktor geometrik (dapat dilihat di lampiran), K = nilai permeabilitas (m/detik), ₂ s = luas penampang sumur (m ) Sedangkan untuk volume sumur resapan didapat setelah memasukkan nilai pada persamaan 2.21 di atas kedalam persamaan 2.22 berikut:

......................................................................................(2.22) ₃

di mana : v = volume sumur resapan (m ) H = kedalaman sumur resapan (m) R = jari-jari rencana sumur resapan (m)

BAB II STUDI LITERATUR 2.1 Analisa Hidrologi - Evaluasi Perbaikan Saluran Drainase Kampus Universitas Sumatera Utara Tahun 2012