Analisis Tinggi Muka Air dan Daerah Genangan Banjir Sungai Krueng Pase Menggunakan Software Hec-Ras di Kabupaten Aceh Utara

ANALISIS TINGGI MUKA AIR DAN DAERAH GENANGAN BANJIR
SUNGAI KRUENG PASE MENGGUNAKAN SOFTWARE HEC-RAS
DI KABUPATEN ACEH UTARA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Syarat Penyelesaiaan
Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun oleh :

MAULANA RIZQI
10 0404 011

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

LEMBAR PENGESAHAN
ANALISIS TINGGI MUKA AIR DAN DAERAH GENANGAN BANJIR
SUNGAI KRUENG PASE MENGGUNAKAN SOFTWARE HEC-RAS
DI KABUPATEN ACEH UTARA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
dalam menempuh Colloqium Doctum / Ujian Sarjana Teknik Sipil
Dikerjakan oleh:
MAULANA RIZQI
10 0404 011
Pembimbing
Pembimbing I

Pembimbing II

Ir. Syahrizal, M.T.

Ivan Indrawan, S.T., M.T.

NIP. 19611231198811 1 001

NIP. 19761205 200604 1 001

Penguji I

Penguji II

Ir. Alferido Malik

Riza Inanda Siregar, S.T.,M.T.

NIP. 19530504 198103 1 003

NIP. 19900429 2015404 2 004

Mengesahkan:
Ketua Departemen Teknik Sipil

Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
NIP. 19561224 198103 1 002

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

i

ABSTRAK
Kabupaten Aceh Utara adalah Kabupaten langganan banjir yang
diakibatkan oleh Sungai Krueng Pase. Hal ini terus terjadi setiap tahun sehingga
membuat masyarakat resah dan kegiatan perekonomian di daerah tersebut juga
terganggu karena banjir mengenangi area pemukiman, pertanian, perikanan serta
perkebunan. Dengan menganalisis tinggi muka air dan daerah genangan banjir,
maka perencanaan pengendalian banjir dapat dilakukan oleh pemerintah daerah
setempat.
Metodologi yang digunakan untuk mengolah data dalam penulisan ini

adalah metode kuantitatif deskriptif, yaitu metode perhitungan dan penjabaran
hasil pengolahan data lapangan dari lokasi yang ditinjau. Metode yang dilakukan
pada studi ini terlebih dahulu melakukan tinjauan lokasi di sungai krueng pase.
Kemudian mengumpulkan data-data yang berhubungan dengan system sungai dan
menganalisa data curah hujan sedemikian rupa untuk mendapatkan kesimpulan
akhir. Dalam penulisan ini pengolahan data tersebut dianalisis menggunakan
Metode Tahapan Langsung (Direct Step Method) yang kemudian dibandingkan
dengan hasil yang diperoleh dari penggunaan software HEC-RAS 4.0.0.
Berdasarkan hasil perhitungan menggunakan HSS Nakayasu diperoleh
debit banjir sebesar 484,238 m3/dtk untuk kala ulang 100 tahun. Dari analisis
metode tahapan langsung (Direct Step Method) diperoleh tinggi muka air banjir
tertinggi yaitu 11,890 m pada section 20 sedangkan dengan menggunakan
software HEC-RAS 4.0.0 diperoleh tinggi muka air banjir tertinggi yaitu 8,427 m
pada section 19. Untuk luas daerah genangan banjir kala ulang 100 tahun adalah
seluas 8.632.700,5 m2 atau 8.6 km2.
Dari hasil analisis yang dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa tinggi
muka air banjir secara manual lebih tinggi dibandingkan dengan menggunakan
software Hec-Ras serta sungai Krueng Pase memiliki luas daerah genangan banjir
mencapai 8,6 km2.
Kata Kunci : HSS Nakayasu, Hec-Ras, Krueng Pase, Metode Tahapan Langsung,

Universitas Sumatera Utara

ii

KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT yang telah memberi
karunia kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas
Akhir ini. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan
studi pada Program Studi Strata Satu (SI) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah:
“Analisis Tinggi Muka Air dan Daerah Genangan Banjir Sungai Krueng Pase
Menggunakan Software Hec-Ras di Kabupaten Aceh Utara”
Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak
terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh
karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesarbesarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu:
1. Kepada keluarga besar saya, Ayah saya Jailani Abdullah dan Bunda saya
Idawati yang selalu mengirimkan do’a, serta telah bekerja keras untuk
menguliahkan semua anaknya. Terimakasih juga kepada kedua kakak
saya Maya dan Oya serta adik saya Intan, Kaka dan Aan yang telah

memberikan semangat untuk saya agar menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc, selaku Dosen
Pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan yang sangat
bernilai, masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan
pikiran dalam membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc selaku Dosen Pembanding I sekaligus

Universitas Sumatera Utara

iii

koordinator sub jurusan Teknik Sumberdaya Air Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Bapak Ir. Alferido
Malik selaku Dosen Pembanding II, atas saran dan masukan yang
diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.
5. Kepada kawan seperjuangan angkatan 2010 Teknik Sipil, Dhaka, Iwan,
Nuge, Irfan, Akbar, Rizqan, Nardis, Irul, Syahru, Uus, Umri, Lamhot,
Tria, Abdul, Cika, Sari, Dwi, Dara, Naurah, Taslim, Hardy, Ijep, Iqbal,

Himawan, Titok serta teman-teman angkatan 2010 yang tidak dapat
disebutkan seluruhnya terimakasih atas semangat dan bantuannya selama
ini.
6. Kepada kawan terdekat saya dan sahabat saya Muliya, Willi, Fitri, Naula,
Nanda, Mojad, Lukman dan Misrina terimakasih sudah memberikan
semangat dan membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Bapak/Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
8. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini
kepada penulis.
9. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya
dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga
Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis

miliki, maka

penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna.
Oleh karena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca

Universitas Sumatera Utara

iv

diharapkan untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih dan semoga laporan Tugas
Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.

Medan,

September 2016
Penulis

Maulana Rizqi
10 0404 011

Universitas Sumatera Utara

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. Latar Belakang .................................................................................................. 1
1.2. Perumusan Masalah .......................................................................................... 3
1.3. Tujuan Penelitian. ............................................................................................. 4
1.4. Pembatasan Masalah ......................................................................................... 4
1.5. Manfaat Penelitian . .......................................................................................... 4
1.6. Sistematika Penulisan . ..................................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................ 6
2.1. Tinjauan Umum ................................................................................................ 6
2.2. Analisa Hidrologi .............................................................................................. 6
2.2.1 Siklus Hidrologi ....................................................................................... 6
2.2.2 Analisa Curah Hujan Rencana................................................................. 8
2.2.3 Analisa Frekuensi Curah Hujan .............................................................. 9

2.2.3.1 Distribusi Normal ....................................................................... 9
2.2.3.2 Distribusi Log Normal ................................................................ 10
2.2.3.3 Distribusi Log Pearson III ........................................................... 11
2.2.3.4 Distribusi Gumbel ....................................................................... 14

v
Universitas Sumatera Utara

2.2.4 Uji Distribusi Probabilitas ...................................................................... 16
2.2.4.1 Metode Chi-Kuadrat .................................................................. 16
2.2.4.2 Metode Smirnov-Kolmogorof ................................................... 19
2.3. Intensitas Hujan Rencana.................................................................................. 20
2.4. Waktu Konsentrasi ............................................................................................ 21
2.5. Koefisien Aliran Pengaliran.............................................................................. 22
2.6. Perhitungan Debit Banjir Hidrograf Satuan Sintesis Nakayasu........................ 23
2.7. Prediksi Tinggi Muka Air Banjir Rencana Manual .......................................... 26
2.8. Prediksi Tinggi Muka Air Banjir Rencana dengan Hec-Ras ............................ 28
2.8.1 Graphical User Interface .......................................................................... 29
2.8.2 Penyimpanan Data dan Manajemen Data ................................................ 30
2.8.3 Grafik dan Pelaporan................................................................................ 31

BAB III METODE PENELITIAN............................................................................ 37
3.1.Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................ 37
3.2.MetodePenelitian................................................................................................ 40
3.3. Variabel yang Diamati ...................................................................................... 45
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN .................................................. 46
4.1.Analisis Hidrologi .............................................................................................. 46
4.1.1. Distribusi Normal ................................................................................... 47
4.1.2. Distribusi Log Normal ........................................................................... 49
4.1.3. Distribusi Log Pearson III ...................................................................... 50
4.1.4. Distribusi Gumbel................................................................................... 55
4.2.Uji Distribusi Probabilitas.................................................................................. 58
4.2.1. Metode Chi-Kuadrat ............................................................................... 58

vi
Universitas Sumatera Utara

4.2.2. Metode Smirnov – Kolmogorof (Secara Analitis) .................................63
4.3. Analisis Intensitas Hujan...................................................................................72
4.4. Analisis Debit Banjir HSS Nakayasu ...............................................................74
4.5. Menghilang Tinggi Profil Muka Air Banjir Rencana .......................................76
4.5.1. Tinggi Muka Air Banjir Rencana Manual ..............................................76
4.5.2. Perhitungan Profil Muka Air Banjir Menggunakan Software
Hec-Ras 4.0 ............................................................................................90
4.5.3. Perbandingan Tinggi MukaAir Banjir Manual VS Hec-Ras..................101
4.6. Analisa Daerah Genangan Banjir Sungai Krueng Pase ....................................103
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................104
5.1. Kesimpulan .......................................................................................................104
5.2. Saran..................................................................................................................105
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................106
LAMPIRAN…………………………………………………………………………..

vii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Nilai Variabel Reduksi Gauss .................................................................. 12
Tabel 2.2 Nilai K untuk distribusi Log Pearson III.................................................. 13
Tabel 2.3 Standar Deviasi (Yn) untuk Distribusi Gumbel........................................ 15
Tabel 2.4 Reduksi Standar Deviasi (Sn) untuk Distribusi Gumbel .......................... 15
Tabel 2.5 Reduksi Variat (YTr) sebagai Fungsi Periode Ulang Gumbel.................. 15
Tabel 2.6 Tabel nilai parameter Chi-Kuadrat Kritis, χ

2

cr .........................................

18

Tabel 2.7 Tabel ∆P kritis Smirnov Kolmogorof ..................................................... 20
Tabel 2.8 Nilai Koefisien Pengaliran C ................................................................... 22
Tabel 3.1 Data Sekunder .......................................................................................... 38
Tabel 4.1 Data Curah Hujan Harian Maksimum Stasiun Meteorologi
Lhokseumawe ......................................................................................... 46
Tabel 4.2 Curah Hujan Maksimum Tahunan........................................................... 47
Tabel 4.3 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Normal....................... 47
Tabel 4.4 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Normal...................... 48
Tabel 4.5 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Log Normal ............... 49
Tabel 4.6 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Log Normal ............... 49
Tabel 4.7 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Log Pearson III.......... 52
Tabel 4.8 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Log Pearson III.......... 52
Tabel 4.9 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Gumbel...................... 55
Tabel 4.10 Analisa Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Gumbel.................... 55
Tabel 4.11 Rekapitulasi Analisa Curah Hujan Rencana Maksimum ....................... 57
Tabel 4.12 Pengurutan data hujan dari besar kekecil............................................... 59

viii
Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.13 Analisis Uji Distribusi Probabilitas Chi-Kuadrat Distribusi Normal..... 60
Tabel 4.14 Analisis Uji Distribusi Probabilitas Chi-Kuadrat Distribusi
Log Normal ............................................................................................ 60
Tabel 4.15 Analisis Uji Distribusi Probabilitas Chi-Kuadrat Distribusi
Log Pearson III....................................................................................... 61
Tabel 4.16 Analisis Uji Distribusi Probabilitas Chi-Kuadrat Distribusi Gumbel.... 61
Tabel 4.17 Perhitungan nilai X2 untuk distribusi Normal ........................................ 61
Tabel 4.18 Perhitungan nilai X2 untuk distribusi Log Normal................................. 62
Tabel 4.19 Perhitungan nilai X2 untuk distribusi Log Pearson III ........................... 62
Tabel 4.20 Perhitungan nilai X2 untuk distribusi Gumbel ....................................... 62
Tabel 4.21 Rekapitulasi nilai X2 dan X2cr ............................................................... 62
Tabel 4.22 Perhitungan Uji Distribusi dengan Metode Smirnov-Kolgomorof
untuk Distribusi Normal......................................................................... 63
Tabel 4.23 Perhitungan Uji Distribusi dengan Metode Smirnov-Kolgomorof
untuk Distribusi Log Normal ................................................................. 65
Tabel 4.24 Perhitungan Uji Distribusi dengan Metode Smirnov-Kolgomorof
untuk Distribusi Log Pearson III............................................................ 67
Tabel 4.25 Perhitungan Uji Distribusi dengan Metode Smirnov-Kolgomorof
untuk Distribusi Gumbel ........................................................................ 69
Tabel 4.26 Rekapitulasi Simpangan Maksimum Δ P  Keseluruhan
Distribusi Probabilitas............................................................................ 71
Tabel 4.27 Analisis Curah Hujan Rencana dengan Distribusi Log Pearson III....... 72
Tabel 4.28 Perhitungan Analisis Intensitas Curah Hujan ........................................ 73
Tabel 4.29 Unit Hidrograf........................................................................................ 75

ix
Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.30 Distribusi Curah Hujan Rencana Log Pearson III ................................ 75
Tabel 4.31 Rekapitulasi Debit Puncak Berbagi Periode Ulang ............................... 76
Tabel 4.32 Perhitungan Tinggi Energi Muka Air dengan Metode Tahapan
Langsung ................................................................................................ 85
Tabel 4.33 Resume Tinggi Banjir Sungai Krueng Pase dengan Debit Banjir
Periode Kala Ulang Menggunakan Hec-Ras.......................................... 99
Tabel 4.34 Perbandingan Tinggi Muka Air Banjir Manual vs Hec-Ras Q100 ..........101

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 SiklusHidrologi .................................................................................... 8
Gambar 2.2 Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu .................................................... 25
Gambar 2.3 Asumsi Penampang Trapesium ............................................................ 27
Gambar 2.4 Penampang Trapesium ......................................................................... 27
Gambar 2.5 Sketsa Profil Aliran .............................................................................. 28
Gambar 2.6 TampilanMenu Utama HEC-RAS 4.0 ................................................. 31
Gambar 2.7 Tampilan menu geometri data ……………………………………...... 32
Gambar 2.8 Menu Cross Section Pada Geometri Data……………………………. 33
Gambar 2.9 Tampilan Data Cross Section ………………………………………... 34
Gambar 2.10 Unsteady Data dimasukkan data debit banjir hasil perhitungan HSS
Nakayasu…………………………………………………………….. 34
Gambar 2.11 Unsteady Flow Data yang dimasukkan data hasil perhitungan........... 35
Gambar 2.12 Tampilan Compute Data Unsteady Flow Analysis…………………. 36
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian .................................................................................. 37
Gambar 3.2 Diagram alur pengerjaan dan pelaksanaan Tugas Akhir...................... 40
Gambar 3.3 Prosedur perhitungan muka air banjir dengan cara HEC-RAS............. 43
Gambar 3.4 Prosedur perhitungan muka air banjir dengan cara manual ................. 44
Gambar 4.1 Grafik Curah Hujan Rencana Maksimum dan Periode Ulang ............. 58
Gambar 4.2 Grafik Intensitas Hujan.……………………………………………… 74
Gambar 4.3 Asumsi Penampang Trapesium ............................................................ 77
Gambar 4.4 Penampang Trapesium ......................................................................... 77
Gambar 4.5 Sketsa Profil Aliran .............................................................................. 80

xi
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.6 Grafik Tinggi Muka Air Banjir Secara Manual ................................... 89
Gambar 4.7 Alur Sungai Krueng Pase ..................................................................... 91
Gambar 4.8 Tabel Input Data Cross section ... ....................................................... 91
Gambar 4.9 Tabel Input Debit ……… .................................................................... 92
Gambar 4.10 Eksekusi Data .....................................................................………... 93
Gambar 4.11 Gambar Simulasi Tinggi Muka Air ..........................………………. 93
Gambar 4.12 Simulasi Profil Aliran Sungai Krueng Pase .......................……….... 94
Gambar 4.13 Penampang Memanjang Maksimum Q100 Sungai Krueng Pase……. 94
Gambar 4.14 Penampang Memanjang Maksimum Q50 Sungai Krueng Pase …….. 95
Gambar 4.15 Penampang Memanjang Maksimum Q25 Sungai Krueng Pase …….. 95
Gambar 4.16 Penampang Melintang Maksimum Q100 Muara Krueng Pase …...…. 96
Gambar 4.17 Kondisi Banjir Penampang Muara Sungai Krueng Pase
dengan Q100 tahun.........................................................................…. 96
Gambar 4.18 Kondisi Banjir Penampang Muara Sungai Krueng Pase
dengan Q50 tahun.........................................................................…. 97
Gambar 4.19 Kondisi Banjir Penampang Muara Sungai Krueng Pase
dengan Q25 tahun.........................................................................…. 98
Gambar 4.20 Grafik Tinggi Muka Air Banjir Menggunakan Hec-Ras.................. 100
Gambar 4.21 Grafik Tinggi Muka Air Banjir Secara Manual Vs Hec-Ras............ 102
Gambar 4.22 Daerah Genangan Banjir Kala Ulang 100 Tahun............................. 103

xii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI
η (tn )

= elevasi pasang surut sebagai fungsi waktu

фk

= fase komponen ke k, pada saat t=0

ω k

= frekuensi komponen ke k

An

= luas daerah pengaruh pos penakar hujan (km2)

A

= Luas daerah aliran (km2)

Akdan Bk

= konstanta harmonic

C

= Koefisien pengaliran

Cs

= Koefisien kemencengan

Ck(x) dan φ k (x)

= amplitudo dan fasa konstanta harmonic

C-kdan φ -k

= conjugate kompleksnya

Ck

= amplitudo komponen ke k

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,

DK

= derajat kebebasan

F

= Faktor konversi = 0,278

F

= bilangan Formazhl

I

= Intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam).

I

= kemiringan permukaan air sungai

I

= panjangbusurlingkarangaliner (m)

I

=Nomor urut data setelah diurut dari besar ke kecil

JK

= jumlah kelas

xiii
Universitas Sumatera Utara

K

= Variabel reduksi

K

= jumlah konstituen yang harus ditentukan

K1 dan O1

= konstanta pasang surut harian utama

L

= Panjang saluran utama dari hulu sampai penguras (km)

Ls

= Panjang lintasan aliran di dalam salura/sungai (m)

Log X

= Harga rata – rata dari data

Log XT

= Variate diekstrapolasikan

M2 dan S2

= konstanta pasang surut ganda utama

n

= Angka kekasaranManning

n

= Jumlah data

n

= banyak pos penakaran.

P

= faktor keterikatan

R24

= Curah hujan maksimum dalam 24 jam (mm)

S

= Kemiringan rata-rata saluran utama dalam m/m

Sn

= Reduced standard deviation sebagai fungsi dari data N

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

W

= tegangan oleh gaya berati vertical persatuan lebar (t/m)

xiv
Universitas Sumatera Utara

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)

xv
Universitas Sumatera Utara