Evaluasi Penanggulangan Banjir Di Beberapa Ruas Jalan Kota Tanjung Balai Kabupaten Asahan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Drainase berasal dari kata drainage yang artinya mengeringkan atau
mengalirkan. Drainase merupakan sebuah sistem yang dibuat untuk menangani
persoalan kelebihan air yang berada di atas permukaan tanah maupun air yang
berada di bawah permukaan tanah.
Berdasarkan tujuannya, drainase perkotaan bertujuan untuk pengeringan
atau pengaliran air dari wilayah perkotaan ke sungai yang melintasi wilayah
perkotaan tersebut sehingga wilayah perkotaan tidak digenangi air.(Wesli, 2008)
Prasarana drainase berfungsi untuk mengalirkan air permukaan ke badan
air (sumber air permukaan dan bawah permukaan tanah) atau bangunan resapan.
Selain itu juga berfungsi sebagai pengendali kebutuhan air permukaan dengan
tindakan untuk memperbaiki daerah becek, genangan air dan banjir. Kegunaan
dengan adanya saluran drainase ini adalah untuk mengeringkan daerah becek dan
genangan air sehingga tidak ada akumulasi air tanah, menurunkan permukaan air
tanah pada tingkat yang ideal, mengendalikan erosi tanah, kerusakan jalan dan
bangunan yang ada, mengendalikan air hujan yang berlebihan sehingga tidak
terjadi bencana banjir.(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Drainase dengan sistem jaringan adalah suatu sistem pengeringan atau
pengaliran air pada suatu kawasan yang dilakukan dengan mengalirkan air melalui
sistem tata saluran dengan bangunan-bangunan pelengkapnya. (Wesli, 2008)
22
Universitas Sumatera Utara
Sebagai salah satu sistem dalam perencanaan perkotaan, maka sistem drainase
yang ada dikenal dengan istilah sistem drainase perkotaan. Berikut definisi
drainase perkotaan :
1. Drainase perkotaan yaitu ilmu drainase yang khusus mengkaji kawasan
perkotaan yang erat kaitannya dengan kondisi lingkungan fisik dan
lingkungan sosial budaya yang ada di kawasan kota tersebut.
2. Drainase perkotaan merupakan sistem pengeringan dan pengaliran air dari
wilayah perkotaan yang meliputi kawasan pemukiman, industri dan
perdagangan, sekolah, rumah sakit, lapangan olahraga, lapangan parkir,
instalasi militer, instalasi listrik, telekomunikasi, pelabuhan udara,
pelabuhan laut atau sungai serta fasilitas umum lainnyayang merupakan
bagian dari sarana kota.(Fithriyah Patriotika, 2010)
Bila ditinjau dari segi fisik (hirarki susunan saluran) sistem drainase
perkotaan diklasifikasikan atas saluran primer, sekunder, tersier dan seterusnya.
1. Saluran Primer
Saluran yang memanfaatkan sungai dan anak sungai. Saluran primer
adalah saluran utama yang menerima aliran dari saluran sekunder.
2. Saluran Sekunder
Saluran yang menghubungkan saluran tersier dengan saluran primer
(dibangun dengan beton/plesteran semen).
3. Saluran Tersier
Saluran untuk mengalirkan limbah rumah tangga ke saluran sekunder,
berupa plesteran, pipa, dan tanah.
23
Universitas Sumatera Utara
4. Saluran Kwarter
Saluran kolektor jaringan drainase lokal.
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng., 2004)
Gambar 2.1 Hirarki Susunan Saluran
(Fithriyah Patriotika, 2010, Analisa Sistem Drainase Untuk Menanggulangi
Banjir pada Kecamatan Medan Selayang dan Kecamatan Medan Sunggal)
Keterangan:
a = Saluran primer
b = Saluran sekunder
c = Saluran tersier
d = Saluran kwarter
2.2 Analisa Hidrologi
Untuk menyelesaikan persoalan drainase sangat berhubungan dengan
aspekhidrologi khususnya masalah hujan sebagai sumber air yang akan di alirkan
padasistem drainase dan limpasan sebagai akibat tidak mampunyai sistem
drainasemengalirkan ke tempat pembuangan akhir. Disain hidrologi diperlukan
untukmengetahui debit pengaliran.(Wesli, 2008)
24
Universitas Sumatera Utara
2.2.1 Siklus Hidrologi
Proses-proses yang tercangkup dalam peralihan uap lengas dari laut ke
daratan dan kembali ke laut lagi disebut siklus hidrologi. Bentuk presipitasi yang
jatuh dari atmosfer dapat berupa hujan air, embun, salju, hujan es, dan sebagainya.
Tetapi di Indonesia sumber air utama dari presipitasi adalah hujan air. (Linsley
dan Franzini, 1987)
Presipitasi adalah istilah umum untuk menyatakan uap air yang
menkondensasi dan jatuh dari atmosfir ke bumi dalam segala bentuknyadalam
rangkaian siklus hidrologi.(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Gambar 2.2 Siklus Hidrologi
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Terjadinya hujan diawali sinar matahari yang dipancarkan ke bumi
memanaskan suhu air permukaan laut, danau atau yang terikat pada permukaan
tanah. Kenaikan suhu memacu perubahan wujud cair dari cair menjadi gas.
Molekul air dilepas menjadi gas ini dikenal sebagai proses evaporasi. Air yang
terperangkap dipermukaan tanaman juga berubah wujud
menjadi gas karena
pemanasan sinar matahari, dan proses ini dikenal sebagai transpirasi. Air yang
25
Universitas Sumatera Utara
menguap melalui proses evaporasi dan transpirasi selanjutnya naik ke atmosfer
membentuk uap air. Uap air di atmosfer selanjutnya menjadi dingin dan
terkondensasi membentuk awan. Kondensasi terjadi ketika suhu udara berubah,
sehingga jika udara cukup dingin, uap air terkondensasi menjadi partikel-partikel
di udara membentuk awan. Awan yang terbentuk selanjutnya dibawa oleh angin
mengelilingi bumi, sehingga awan terdistribusi ke seluruh penjuru dunia. Hujan
baru akan terjadi ketika awan sudah tidak mampu lagi menampung air, awan
melepas uap air yang ada di dalam nya ke dalam bentuk presipitasi yang dapat
berupa salju, hujan, dan hujan es. (Indarto, 2012)
Setelah mencapai tanah, siklus hidrologi terus bergerak secara kontinu
dalam tiga cara yang berbeda:
● Evaporasi
:Peristiwa berubahnya air menjadi uap dan bergerak dari
permukaanair ke udara.
● Transpirasi
:Peristiwa penguapan dari tanaman.
● Infiltrasi
:Bilamana curah hujan itu mencapai permukaan tanah maka
Seluruh atau sebagiannya akan diabsorbsi ke dalam tanah.
Bagian yang tidak diabsorbsi akan menjadi limpasan
permukaan (surface runoff ). Kapasitas infiltrasi curah
hujan dari permukaan tanah ke dalam tanah sangat
berbeda-beda yang tergantung pada kondisi tanah di
tempat bersangkutan. (Ir. Suyono Sosrodarsono, 2003)
26
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Analisa 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. Hujan rencana dapat dihitung secara statistik
berdasarkan data curah hujan terdahulu.
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
Penentuan periode ulang juga didasarkan pada pertimbangan ekonomis.
Analisis frekuensi terhadap data hujan yang tersedia dapat dilakukan dengan
beberapa metode antara lain Distribusi Normal, Distribusi Log Normal, Distribusi
Log Person III, dan Distribusi Gumbel. (Wesli, 2008)
2.2.3 Analisa Frekuensi Curah Hujan
Tujuan analisis frekuensi data hidrologi adalah berkaitan dengan besaran
peristiwa-peristiwa ekstrim yang berkaitan dengan frekuensi kejadiannya melalui
penerapan distribusi kemungkinan.
Frekuensi hujan adalah besarnya kemungkinan suatu besaran hujan
disamai atau dilampaui. Sebaliknya, kala ulang (return period) adalah waktu
27
Universitas Sumatera Utara
hipotetik dimana hujan dengan suatu besaran tertentu akan disamai atau
dilampaui.
Distribusi frekuensi digunakan untuk memperoleh probabilitas besaran
curah hujan rencana dalam berbagai periode ulang. Dasar perhitungan distribusi
frekuensi adalahparameter yang berkaitan dengan analisis data yang meliputi ratarata,simpangan baku, koefisien variasi, dan koefisien skewness (kecondongan
ataukemencengan).(Fithryah Patriotika, 2010)
2.2.4 Parameter Sampel Populasi
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 Log Person III
- Distribusi Gumbel.
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
2.2.4.1 Distribusi Normal
Distribusi normal atau kurva normal disebut juga distribusi Gauss. Fungsi
densitas peluang normal (PDF = Probability Density Function) yang paling
dikenal adalah bentuk bell dan dikenal sebagai distribusi normal. Perhitungan
curah hujan rencana menurut metode distribusi normal, mempunyai persamaan
sebagai berikut:
XT= +
.S
(2.1)
28
Universitas Sumatera Utara
dimana:
KT=
−
(2.2)
dimana:
XT
= perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T-tahun,
= nilai rata-rata hitung variat,
S
= deviasi standar nilai variat,
KT
= faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang dan
tipe model matematik disrtibusi peluang yang digunakan untuk analisis
peluang, seperti ditunjukkan dalam Tabel 2.1
Tabel 2.1 Faktor Frekuensi
No
Periode Ulang T
(tahun)
Peluang
KT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
1,001
1,005
1,010
1,050
1,110
1,250
1,330
1,430
1,670
2,000
2,500
3,330
4,000
5,000
10,000
20,000
50,000
100,000
200,000
500,000
1,000,000
0,999
0,995
0,990
0,950
0,900
0,800
0,750
0,700
0,600
0,500
0,400
0,300
0,250
0,200
0,100
0,050
0,020
0,010
0,005
0,002
0,001
-3,05
-2,58
-2,33
-1,64
-1,28
-0,84
-0,67
-0,52
-0,25
0
0,25
0,52
0,67
0,84
1,28
1,64
2,05
2,33
2,58
2,88
3,09
29
Universitas Sumatera Utara
2.2.4.2 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 rencanamenggunakan persamaan berikut ini:
YT= +
KT=
.S
−
(2.3)
(2.4)
dimana:
YT
= perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T-tahun,
= nilai rata-rata hitung variat,
S
= deviasi standar nilai vatiat,dan
KT
= faktor Frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang dan
tipe model matematik distribusi peluang yang digunakan untuk analisis
peluang.
2.2.4.3 Distribusi Log Person III
Tiga parameter penting dalam Log Person III, yaitu (i) harga rata-rata, (ii)
simpangan baku; dan (iii) koefisien kemencengan.(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Perhitungan curah hujan rencana menurut metode Log Person III,
mempunyai langkah-langkah perumusan sebagai berikut:
- Ubah data dalam bentuk logaritmis, X = Log X
- Hitung harga rata-rata:
log =
=
���
(2.5)
30
Universitas Sumatera Utara
- Hitung Harga Simpangan Baku
S=
(���
=
−
−���
)
,
(2.6)
- Hitung Koefisien Kemencengan:
G=
=
−
���
–���
(2.7)
( − )
- Hitung logritma hujan atau banjir dengan periode ulang T dengan rumus:
log
= log + K.s
(2.8)
dimana:
K=
variabel standar ( standardized variabel) untuk X yang besarnya
tergantung koefisien kemencengan G (Tabel 2.2)
Tabel 2.2 Nilai K untuk Distribusi Log-Person III
31
Universitas Sumatera Utara
2.2.4.4 Distribusi Gumbel
Perhitungan
curah
hujan
rencana
menurut
Metode
Gumbel,
mempunyaiperumusan sebagai berikut:
X=
+ SK
(2.9)
dimana:
= harga rata-rata sampel
S
= standar deviasi (simpangan baku)sampel
Nilai K (faktor probabilitas) untuk harga-harga ekstrim Gumbel dapat
dinyatakan dalam persamaan:
K=
−
(2.10)
dimana:
Yn
= reduced mean yang tergantung jumlah sample/ data n (Tabel 2.3)
Sn
= reduced standard deviation yang juga tergantung pada jumlah sample/
data n (Tabel 2.4)
YTr
= reduced variate, yang dapat dihitung dengan persamaan berikut ini,
= - In – �
−
(2.11)
Untuk menentukan reduced mean Yn pada perhitungan nilai faktor
frekuensi (K) untuk periode ulang T tahun, dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan untuk
menentukan nilai reduced standar deviasi (Sn) dapat dilihat pada Tabel 2.4.
32
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Reduced Mean, Yn
N
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
0.4952
0.5236
0.5362
0.5436
0.5485
0.5521
0.5548
0.5569
0.5586
0.56
1
0.4996
0.5252
0.5371
0.5442
0.5489
0.5524
0.555
0.557
0.5587
0.5602
2
0.5035
0.5268
0.538
0.5448
0.5493
0.5227
0.5552
0.5572
0.5589
0.5603
3
0.507
0.5283
0.5388
0.5453
0.5497
0.553
0.5555
0.5574
0.5591
0.5604
4
0.51
0.5296
0.8396
0.5458
0.5501
0.5533
0.5557
0.5576
0.5592
0.5606
5
0.5128
0.5309
0.5403
0.5463
0.5504
0.5535
0.5559
0.5578
0.5593
0.5607
6
0.5157
0.532
0.541
0.5468
0.5508
0.5538
0.5561
0.558
0.5595
0.5608
7
0.5181
0.5332
0.5418
0.5473
0.5511
0.554
0.5563
0.5581
0.5596
0.5609
8
0.5202
0.5343
0.5424
0.5477
0.5515
0.5543
0.5565
0.5583
0.5598
0.561
9
0.522
0.5353
0.5436
0.5481
0.5518
0.5545
0.5567
0.5585
0.5599
0.5611
7
1.0411
1.1004
1.1339
1.1557
1.1708
1.1824
1.1915
1.1987
1.2049
1.209
8
1.0493
1.1047
1.1363
1.1574
1.1721
1.1834
1.1923
1.1994
1.2055
1.2093
9
1.0565
1.108
1.1388
1.159
1.1734
1.1844
1.193
1.2001
1.206
1.2096
Tabel 2.4 Reduced Standad Deviation, Sn
N
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
0.9496
1.0628
1.1124
1.1413
1.1607
1.1747
1.1854
1.1938
1.2007
1.2065
1
0.9676
1.0696
1.1159
1.1436
1.1623
1.1759
1.1863
1.1945
1.2013
1.2069
2
0.9833
1.0754
1.1193
1.1458
1.1638
1.177
1.1873
1.1953
1.202
1.2073
3
0.9971
1.0811
1.1226
1.148
1.1658
1.1782
1.1881
1.1959
1.2026
1.2077
4
1.0095
1.0864
1.1255
1.1499
1.1667
1.1793
1.189
1.1967
1.2032
1.2081
5
1.0206
1.0915
1.1285
1.1519
1.1681
1.1803
1.1898
1.1973
1.2038
1.2084
6
1.0316
1.0916
1.1313
1.1538
1.1696
1.1814
1.1906
1.198
1.2044
1.2087
Tabel 2.5 memperlihatkan hubungan antara reduced variate dengan periode ulang.
Tabel 2.5 ReducedVariate, YTr
Periode ulang,
Reduced
Reduced
Periode ulang, Tr (tahun)
Tr (tahun)
variate YTR
variate YTR
2
0.3668
100
4,6012
5
1,5004
200
5,2969
10
2,2510
250
5,5206
20
2,9709
500
6,2149
25
3,1993
1000
6,9087
50
3,9028
5000
8,5188
75
4,3117
10000
9,2121
(Suripin, 2004, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan: 52)
33
Universitas Sumatera Utara
2.2.5 Intensitas Hujan
Intensitas hujan adalah tinggi atau kedalaman air hujan per satuan
waktu.Sifat umum hujan adalah makin singkat hujan berlangsung intensitasnya
cenderung makin tinggi dan makin besar periode ulangnya makin tinggi pula
intensitasnya.
Tabel 2.6 Derajat curah hujan dan intensitas curah hujan
Derajat curah
hujan
Intensitas
curah hujan
(mm/jam)
Kondisi
Hujan sangat
lemah
< 1,20
Tanah agak basah atau dibasahi
sedikit
Hujan lemah
1,20 – 3,00
Tanah menjadi basah semuanya,
tetapi sulit membuat puddle
Hujan normal
3,00 – 18,0
Dapat dibuat puddel dan bunyi
hujan kedengaran
18,0 – 60,0
Air tergantung di seluruh
permukaan tanah dan bunyi
keras hujan terdengar berasal
dari genangan
>60,0
Hujan seperti ditumpahkan,
sehingga saluran dan drainase
meluap
Hujan deras
Hujan sangat
deras
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Intensitas hujan diperoleh dengan cara melakukan analisis data hujan
baiksecara
statistik maupun
secara
empiris.
Biasanya
intensitas
hujan
dihubungkan dengan durasi hujan jangka pendek misalnya 5 menit, 30 menit, 60
34
Universitas Sumatera Utara
menit dan jam-jaman.Data curah hujan jangka pendek ini hanya dapat diperoleh
dengan menggunakan alat pencatat hujan otomatis. Apabila data hujan jangka
pendek tidak tersedia, yang ada hanya data hujan harian, maka intensitas hujan
dapat dihitung dengan rumus Mononobesebagai berikut.
I=
(2.12)
dimana:
I
= intensitas hujan (mm/jam)
T
= lamanya hujan (jam)
R24
= curah hujan maksimum harian (selama 24 jam)(mm).
(Wesli, 2008)
2.2.6 Debit Rencana
Nilai rencana yang digunakan pada perencanaan teknik sipil disebut dengan
debit rencana. Besar debit rencana ini ditetapkan dengan suatu nilai debit banjir
disamai atau dilampaui dalam periode ulang T tahun.
Debit rencana adalah debit maksimum yang akan dialirkan oleh saluran
drainase untuk mencegah terjadinya genangan. Untuk drainase perkotaan dan
jalan raya, sebagai debit rencana debit banjir maksimum periode ulang 5 tahun,
yang mempunyai makna kemugkinan banjir maksimum tersebut disamai atau
dilampaui 1 kali dalam 5 tahun atau 2 kali dalam 10 tahun atau 20 kali dalam 100
tahun. Penetapan debit banjir maksimum periode 5 tahun ini berdasarkan
pertimbangan:
a. Resiko akibat genangan yang ditimbulkan oleh hujan relatif kecil dibandingkan
dengan banjir yang ditimbulkan meluapnya sebuah sungai.
35
Universitas Sumatera Utara
b. Luas lahan diperkotaan relatif terbatas apabila ingin direncanakan saluran yang
melayani debit banjir maksimum periode ulang lebih besar dari 5 tahun.
c. Daerah perkotaan mengalami perubahan dalam periode tertentu sehingga
mengakibatkan perubahan pada saluran drainase
(Wesli, 2008)
Perencanaan debit rencana untuk drainase perkotaan dan jalan raya
dihadapi dengan persoalan tidak tersedianya data aliran. Umumnya untuk
menentukan debit aliran akibat air hujan diperoleh dari hubungan rasional antara
air hujan dengan limpasannya (Metode Rasional). Adapun rumusan perhitungan
debit rencana Metode Rasional adalah sebagai berikut:
Q = 0,278 .C .Cs .I . A
(2.13)
Cs =
(2.14)
+
dimana:
Q = Debit rencana dengan periode ulang T tahun (m3/dtk)
C = Koefisien aliran permukaan
Cs = Koefisien tampungan oleh cekungan terhadap debit rencana
I = intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam)
A = luas daerah pengaliran (km2)
Tc = waktu konsentrasi (jam)
Td = waktu aliran air mengakir di dalam saluran dari hulu hingga ke tempat
pengukuran (jam)
Dalam perencanaan saluaran drainase dapat dipakai standar yang telah
ditetapkan, baik debit rencana (periode ulang) dan cara analisis yang dipakai,
tinggi jagaan, struktur saluran, dan lain-lain. Tabel 2.6 berikut menyajikan standar
36
Universitas Sumatera Utara
desain saluran drainase berdasar “Pedoman Drainase Perkotaan dan Standar
Desain Teknis”.
Tabel 2.7 Kriteria Desain Hidrologi Sistem Drainase Perkotaan
Metode
perhitungan debit
banjir
10
2
Rasional
10 – 100
2-5
Rasional
101 – 500
5 – 20
Rasional
> 500
10 - 25
Hidrograf satuan
(Suripin, 2004, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan: 241)
Luas DAS (ha)
Periode ulang
(tahun)
2.2.7 Koefisien Pengaliran ( C )
Air hujan yang turun dari atmosfir jika tidak ditangkap oleh vegetasi atau
oleh permukaan–permukaan buatan seperti atap bangunan atau lapisan kedap air
lainnya, maka akan jatuh ke permukaan bumi dan sebagian akan menguap,
berinfiltrasi, atau tersimpan dalam cekungan – cekungan. Bila kehilangan seperti
cara-cara tersebut telah terpenuhi, maka sisa air hujan akan mengalir langsung di
atas permukan tanah menuju alur aliran terdekat.
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Koefisien pengaliran (runoff coefficient) adalah perbandingan antara
jumlah air hujan yang mengalir atau melimpas di atas permukaan tanah
(surfacerun-off) dengan jumlah air hujan yang jatuh dari atmosfir (hujan total
yang terjadi). Besaran ini dipengaruhi oleh tata guna lahan, kemiringan lahan,
jenis dan kondisi tanah. Pemilihan koefisien pengaliran harus memperhitungkan
kemungkinan adanya perubahan tata guna lahan dikemudian hari. Koefisien
pengaliran mempunyai nilai antara 0 sampai dengan 1 dan bergantung dari jenis
37
Universitas Sumatera Utara
tanah, jenis vegetasi, karakteristik tataguna lahan dan konstruksi yang ada
dipermukaan, dan sebaiknya nilai pengaliran untuk analisisdipergunakan nilai
terbesar atau nilai maksimum.(Wesli, 2008)
38
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.8 Koefisien Limpasan untuk metode Rasional
Deskripsi Lahan/ karakter
Koefisien Limpasan, C
permukaan
Business
Perkotaan
0,70 – 0,95
Pinggiran
0,50 – 0,70
Perumahan
Rumah tunggal
0,30 – 0,50
Multi unit, terpisah
0,40 – 0,60
Multi unit, tergabung
0,60 – 0,75
Perkampungan
0,25 – 0,40
Apartemen
0,50 – 0,70
Industri
Ringan
0,50 – 0,80
Berat
0,60 – 0,90
Perkerasan
Aspal dan beton
0,70 – 0,65
Batu bata, paving
0,50 – 0,70
Atap
0,75 – 0,95
Halaman, tanah berpasir
Datar 2%
0,05 – 0,10
Rata-rata, 2-7%
0,10 – 0,15
Curam, 7%
0,15 – 0,20
Halaman, tanah berat
Datar 2%
0,13 – 0,17
Rata-rata, 2-7%
0,18 – 0,22
Curam, 7%
0,25 – 0,35
Halaman kereta api
0,10 – 0,35
Taman tempat bermain
0,20 – 0,35
Taman, perkuburan
0,10 – 0,25
Hutan
Datar, 0-5%
0,10 – 0,40
Bergelombang 5-10%
0,25 – 0,50
Berbukit, 10-30%
0,30 – 0,60
(Suripin, 2004, Sistem Drainas Pekotaan yang Berkelanjutan: 52)
2.2.8 Waktu Konsentrasi ( Tc )
Waktu konsentrasi adalah waktu yang diperlukan untuk mengalirkan air dari
titik yang paling jauh pada daerah aliran ke titik kontrol yang ditentukan di
39
Universitas Sumatera Utara
bagian hilir suatu saluran. Debit maksimum akan terjadi apabila durasi hujan
harus sama atau lebih besar dari waktu konsentrasi.
Pada prinsipnya waktu konsentrasi dapat dibagi menjadi:
a. Inlet time (to), yaitu waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di atas
permukaan tanah menuju saluran drainase.
b. Conduit time (td), yaitu waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di
sepanjang saluran sampai titik control yang ditentukan di bagian hilir.
Waktu konsentrasi besarnya sangat bervariasi dan dipengaruhi oleh faktorfaktor berikut ini:
a. Luas daerah pengaliran
b. Panjang saluran drainase
c. Kemiringan dasar saluran
d. Debit dan kecepatan aliran
Harga To,Td, dan Tc ditentukan dengan menggunakan rumus seperti berikut ini:
=
+
=
� ,
=
dimana:
(2.15)
�
�
,
(2.16)
(2.17)
�
Tc
= waktu Konsentrasi (jam)
To
= inlet time ke saluran terdekat (menit)
Td
= conduit time sampai ke tempat pengukuran (menit)
n
= angka kekasaran manning
S
= kemiringan lahan (m)
L
= panjang lintasan aliran di atas permukaan lahan (m)
40
Universitas Sumatera Utara
Ls
= panjang lintasan airan di dalam saluran (m)
V
= kecepatan aliran di dalam saluran (m/dtk)
Tabel 2.9 Perkiraan kecepatan air
Kemiringan Rata-rata Dasar Saluran
Kecepatan Rata-rata
(%)
(m/det)
Kurang dari 1
0,40
1–2
0,60
2–4
0,90
4–6
1,20
6 – 10
1,50
10 – 15
2,40
(Wesli, 2008)
2.3 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.
41
Universitas Sumatera Utara
Zat cair yang mengalir pada saluran terbuka mempunyai bidang kontak hanya
pada dinding dan dasar saluran. Saluran terbuka dapat berupa saluran alamiah atau
buatan, yang terdiri dari:
-
Galian tanah dengan atau tanpa lapisan penahan,
-
Terbuat dari pipa, beton, batu, bata atau material lain,
-
Dapat berbentuk persegi, segitiga, trapesium, lingkaran, tapal kuda, atau
tidak beraturan.
Bentuk-bentuk saluran terbuka, baik saluran buatan maupun alamiah yang
dapat kita jumpai diperlihatkan pada Gambar 2.3 berikut.
Gambar 2.3 Bentuk-bentuk saluran buatan dan alamiah
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Pada sistem pengaliran melalui saluran tertutup (pipa flow) seluruh pipa diisi
dengan air sehingga tidak terdapat permukaan yang bebas, oleh karena itu
permukaan tidak secara langsung dipengaruhi oleh tekanan udara luar, saluran
tertutup umumnya digunakan pada daerah yang lahannya terbatas (pasar,
pertokoan), daerah yang lalu lintas pejalan kakinya relatif padat, lahan yang
dipakai untuk lapangan parkir.
42
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan konsistensi bentuk penampang dan kemiringan dasarnya
saluran terbuka dapat diklasifikasikan menjadi:
a. Saluran prismatik (prismatic channel), yaitu saluran yang bentuk
penampang melintang dan kemiringan dasarnya tetap.
Contoh : saluran drainase, saluran irigasi.
b. Saluran non prismatik (non prismatic channel), yaitu saluran yang bentuk
penampang melintang dan kemiringan dasarnya berubah-ubah.
Contoh : sungai.
Aliran pada saluran terbuka terdiri dari saluran alam (natural
channel),seperti sungai-sungai kecil di daerah hulu (pegunungan) hingga sungai
besar dimuara, dan saluran buatan (artificial channel), seperti saluran drainase
tepi jalan,saluran irigasi untuk mengairi persawahan, saluran pembuangan, saluran
untukmembawa air ke pembangkit listrik tenaga air, saluran untuk supplai air
minum,dan saluran banjir. Saluran buatan dapat berbentuk segitiga, trapesium,
segi empat,bulat, setengah lingkaran, dan bentuk tersusun.
Pada saluran drainase perkotaan secara umum dikenal ada dua jenis
konstruksi saluran, yaitu:
1. Saluran tanah tanpa lapisan dan
2. Saluran dengan lapisan, seperti pasangan batu, beton, kayu dan baja.
Saluran tanah memiliki kapasitas maksimum yang dibatasi oleh
kemampuan jenis tanah setempat terhadap bahaya erosi akibat aliran terlalu cepat.
Untuk drainase perkotaan dan jalan raya umumnya dipakai saluran dengan,
43
Universitas Sumatera Utara
lapisan. Selain dapat menghindari bahaya erosi, estetika, dan kestabilan terhadap
gangguan dari luar lalu lintas merupakan alasan lain yang menuntut saluran
drainase perkotaan dan jalan raya dibuat dari saluran dengan lapisan.
2.3.1 Sistem Pengaliran Pada Saluran Terbuka
Aliran pada saluran terbuka terdiri dari saluran alam dan saluran buatan.Pada
saluran alam (sungai), variable aliran tidak sangat teratur baik terhadap fungsi
ruang maupun fungsi waktu sehingga analisis aliran sulit diselesaikan secara
analisis dan ntuk menyelesaikannya dilakukan dengan secara empiris.
Sementara itu pada saluran buatan seperti saluran irigasi atau saluran drainase
variable aliran lebih teratur dan cendenrung seragam di sepanjang saluran
sehingga analisis aliran lebih mudah dan lebih sederhana.
2.3.2 Klasifikasi Saluran
Saluran terbuka dapat dilakukan klasifikasi berdasarkan perubahan kedalaman
aliran sesuai dengan perubahan ruang dan waktu sebagai berikut:
1. Aliran Tetap
2. Aliran Tidak Tetap
A. Aliran Tetap (Steady Flow)
Aliran Tetap (steady flow) adalah aliran yang mempunyai kedalaman
konstan (tidak berubah) selama jangka waktu tertentu yang bermakna fungsi
waktu sebagai tolak ukur (indikator). Aliran tetap (steady flow) dapat dibedakan
dalam beberapa golongan yaitu:
44
Universitas Sumatera Utara
1. Aliran Seragam (Uniform flow)
Aliran disebut seragam (uniform flow) apabila variabel aliran seperti
kedalaman, tampang basah, kecepatan dan debit pada setiap tampang
disepanjang aliran tetap (konstan).
2. Aliran Berubah (Varied flow)
Aliran disebut berubah (varied flow) apabila variabel aliran seperti
kedalaman, tampang basah, kecepatan dan debit pada setiap tampang
disepanjang aliran tidak tetap (tidak konstan). Aliran berubah dapat
dibedakan sebagai berikut:
a. Aliran berubah lambat laun (gradually varied)
Yaitu, apabila kedalaman aliran berubah secara lambat laun.
b. Aliran berubah tiba-tiba (rapidly varied)
Yaitu, apabila kedalaman aliran berubah tiba-tiba.
B. Aliran Tidak Tetap (Unsteady flow)
Aliran tidak tetap (Unsteady flow) adalah aliran yang mempunyai
kedalaman berubah-ubah selama jangka waktu tertentu yang bermakna fungsi
waktu sebagai tolak ukur (indikator). Aliran tidak tetap (unsteady flow) dibedakan
dalam beberapa golongan yaitu:
1. Aliran seragam tidak tetap (unsteady uniform flow)
Aliran saluran terbuka dimana alirannya mempunyai permukaan yang
berfluktuasi sepanjang waktu dan tetap sejajar dengan dasar saluran.
Aliran ini jarang dijumpai dalam praktek
45
Universitas Sumatera Utara
2. Aliran berubah tidak tetap ( unsteady varied flow)
Aliran saluran terbuka dimana kedalaman aliran berubah sepanjang waktu
dan ruang. Aliran berubah tidak tetap dapat dibedakan menjadi:
a. Aliran tidak tetap berubah lambat laun
Aliran saluran terbuka di mana kedalaman aliran berubah sepanjang
waktu dan ruang dengan perubahan kedalaman secara lambat laun.
b. Aliran tidak tetap berubah tiba-tiba
Aliran saluran terbuka dimana kedalaman aliran berubah sepanjang
waktu dan ruang dengan perubahan kedalaman secara tiba-tiba.
(Wesli, 2008)
2.4 Bentuk Penampang Saluran
Mengingat bahwa tersedianya lahan merupakan hal yang perlu
dipertimbangkan, maka penampang drainase perkotaan dan jalan raya yang
dianjurkan mengikuti Penampang Hidrolis Terbaik, yaitu suatu penampang yang
memiliki luas terkecil dengan hantaran maksimum.
46
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.10 Unsur Geometrik Penampang Hidrolis Terbaik
No
Penampang Melintang
Luas
Keliling
Jari-jari
(A)
Basah
Hidrolis
(P)
(R)
3/√3.Y2
6/√3.Y
½.Y
4/√3.Y
2Y2
4Y
½.Y
2Y
Y2
4/√2.Y
¼.√2.Y
2Y
π/2.Y2
πY
½.Y
2Y
½.Y
2. √2.Y
Lebar
Puncak
Trapesium
1
(setengah segi enam)
2
Persegi panjang
(setengah bujur sangkar)
Segitiga
3
(setengah bujur sangkar)
4
Setengah Lingkaran
5
Parabola
4/3. √2Y2
8/3. √2.Y
6
Lengkung Hidrolis
1,3959.Y2
2,9836.Y
0,46784.Y 1,917532.Y
(Wesli, 2008)
2.4.1 Bentuk Saluran yang Paling Ekonomis
1. Penampang Berbentuk Persegi yang Paling Ekonomis
Jika B adalah lebar dasar saluran dan h adalah kedalaman air (Gambar
2.4), luas penampang basah A, dan keliling basah P, dapat dituliskan sebagai
berikut:
Gambar 2.4 Penampang berbentuk persegi
47
Universitas Sumatera Utara
A =B.h
(2.18)
P =B +2h
(2.19)
B =2h
(2.20)
h=
(2.21)
Atau
Jari-jari hidraulik R :
R=�=
.
(2.22)
+
Bentuk penampang melintang persegi yang paling ekonomis adalah jika:
h=
atau R =
(2.23)
2. Penampang Berbentuk Trapesium yang Paling Ekonomis
Saluran dengan penampang melintang bentuk trapesium dengan lebar
dasar B, kedalaman aliran h, dan kemiringan dinding 1: m (Gambar 2.6), luas
penampang melintang A dan keliling basah P, dapat dirumuskan sebagai berikut:
Gambar 2.5 Penampang berbentuk Trapesium
A = (B + mh) h
P = B + 2h
B = P-2h
(2.24)
²+
²+
(2.25)
(2.26)
Atau
B= h
(2.27)
A = h2
(2.28)
48
Universitas Sumatera Utara
Penampang trapesium yang paling efisien adalah jika:
m = (1/
), atau = 60o
(2.29)
Tabel 2.11 Unsur-Unsur Geometris Penampang Saluran
(Fithryah, 2010)
2.4.2 Dimensi Saluran
Dimensi saluran harus mampu mengalirkan debit rencana atau dengan kata
lain debit yang dialirkan oleh saluran (Qs) sama atau lebih besar dari debit
rencana (QT) Hubungan ini ditunjukkan sebagai berikut.
Qs ≥QT
(2.30)
49
Universitas Sumatera Utara
Debit suatu penampang saluran (Qs) dapat diperoleh dengan menggunakan
rumus seperti dibawah ini.
Qs =As.V
(2.31)
dimana:
As
= luas penampang saluran (m2)
V
= kecepatan rata-rata aliran di dalam saluran (m/det)
Kecepatan rata-rata aliran di dalam saluran dapat dihitung dengan
menggunakan rumus Manning sebagai berikut:
V=
R=
dimana:
(2.32)
(2.33)
�
V
= kecepatan rata-rata aliran di dalam saluran (m/det)
n
= koefisien kekasaran Manning (Tabel 2.12)
R
= jari-jari hidrolis (m)
S
= kemiringan dasar saluran
As
= luas penampang saluran (m2)
P
= keliling basah saluran (m)
Nilai koefisien kekasaran Manning n, untuk gorong-gorong dan saluran
pasangan dapat dilihat pada Tabel 2.9.
50
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.12 Koefisien Kekasaran Manning
Tipe Saluran
a. Baja
b. Baja pemukaan Gelombang
c. Semen
d. Beton
e. Pasangan batu
f. Kayu
g. Bata
h. Aspal
(Wesli, 2008)
Koefisien Manning (n)
0,011 - 0,014
0,021 - 0,030
0,010 - 0,013
0,011 - 0,015
0,017 - 0,030
0,010 - 0,014
0,011 - 0,015
0,013
Perhitungan dimensi saluran drainase perkotaan dan jalan raya dianjurkan
memperhatikan hal-hal sebagai berikut:
1. Karena alasan teknis dan estetika, saluran direncanakan dengan
lapisan/pasangan tahan erosi.
2. Pada saluran dengan pasangan ini kecepatan aliran maksimum yang dapat
menyebabkan erosi tidak perlu dipertimbangkan. Demikian juga dengan
kecepatan yang dapat mencegah tumbuhnya vegetasi yaitu, Vmin =
0,6m/det dapat juga diabaikan karena dengan asumsi saluran dipelihara
dan dibersihkan.
3. Hendaknya dipakai saluran Penampang Hidrolis Terbaik, yaitu penampang
dengan luas minimum mampu membawa debit maksimum.
51
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Drainase berasal dari kata drainage yang artinya mengeringkan atau
mengalirkan. Drainase merupakan sebuah sistem yang dibuat untuk menangani
persoalan kelebihan air yang berada di atas permukaan tanah maupun air yang
berada di bawah permukaan tanah.
Berdasarkan tujuannya, drainase perkotaan bertujuan untuk pengeringan
atau pengaliran air dari wilayah perkotaan ke sungai yang melintasi wilayah
perkotaan tersebut sehingga wilayah perkotaan tidak digenangi air.(Wesli, 2008)
Prasarana drainase berfungsi untuk mengalirkan air permukaan ke badan
air (sumber air permukaan dan bawah permukaan tanah) atau bangunan resapan.
Selain itu juga berfungsi sebagai pengendali kebutuhan air permukaan dengan
tindakan untuk memperbaiki daerah becek, genangan air dan banjir. Kegunaan
dengan adanya saluran drainase ini adalah untuk mengeringkan daerah becek dan
genangan air sehingga tidak ada akumulasi air tanah, menurunkan permukaan air
tanah pada tingkat yang ideal, mengendalikan erosi tanah, kerusakan jalan dan
bangunan yang ada, mengendalikan air hujan yang berlebihan sehingga tidak
terjadi bencana banjir.(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Drainase dengan sistem jaringan adalah suatu sistem pengeringan atau
pengaliran air pada suatu kawasan yang dilakukan dengan mengalirkan air melalui
sistem tata saluran dengan bangunan-bangunan pelengkapnya. (Wesli, 2008)
22
Universitas Sumatera Utara
Sebagai salah satu sistem dalam perencanaan perkotaan, maka sistem drainase
yang ada dikenal dengan istilah sistem drainase perkotaan. Berikut definisi
drainase perkotaan :
1. Drainase perkotaan yaitu ilmu drainase yang khusus mengkaji kawasan
perkotaan yang erat kaitannya dengan kondisi lingkungan fisik dan
lingkungan sosial budaya yang ada di kawasan kota tersebut.
2. Drainase perkotaan merupakan sistem pengeringan dan pengaliran air dari
wilayah perkotaan yang meliputi kawasan pemukiman, industri dan
perdagangan, sekolah, rumah sakit, lapangan olahraga, lapangan parkir,
instalasi militer, instalasi listrik, telekomunikasi, pelabuhan udara,
pelabuhan laut atau sungai serta fasilitas umum lainnyayang merupakan
bagian dari sarana kota.(Fithriyah Patriotika, 2010)
Bila ditinjau dari segi fisik (hirarki susunan saluran) sistem drainase
perkotaan diklasifikasikan atas saluran primer, sekunder, tersier dan seterusnya.
1. Saluran Primer
Saluran yang memanfaatkan sungai dan anak sungai. Saluran primer
adalah saluran utama yang menerima aliran dari saluran sekunder.
2. Saluran Sekunder
Saluran yang menghubungkan saluran tersier dengan saluran primer
(dibangun dengan beton/plesteran semen).
3. Saluran Tersier
Saluran untuk mengalirkan limbah rumah tangga ke saluran sekunder,
berupa plesteran, pipa, dan tanah.
23
Universitas Sumatera Utara
4. Saluran Kwarter
Saluran kolektor jaringan drainase lokal.
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng., 2004)
Gambar 2.1 Hirarki Susunan Saluran
(Fithriyah Patriotika, 2010, Analisa Sistem Drainase Untuk Menanggulangi
Banjir pada Kecamatan Medan Selayang dan Kecamatan Medan Sunggal)
Keterangan:
a = Saluran primer
b = Saluran sekunder
c = Saluran tersier
d = Saluran kwarter
2.2 Analisa Hidrologi
Untuk menyelesaikan persoalan drainase sangat berhubungan dengan
aspekhidrologi khususnya masalah hujan sebagai sumber air yang akan di alirkan
padasistem drainase dan limpasan sebagai akibat tidak mampunyai sistem
drainasemengalirkan ke tempat pembuangan akhir. Disain hidrologi diperlukan
untukmengetahui debit pengaliran.(Wesli, 2008)
24
Universitas Sumatera Utara
2.2.1 Siklus Hidrologi
Proses-proses yang tercangkup dalam peralihan uap lengas dari laut ke
daratan dan kembali ke laut lagi disebut siklus hidrologi. Bentuk presipitasi yang
jatuh dari atmosfer dapat berupa hujan air, embun, salju, hujan es, dan sebagainya.
Tetapi di Indonesia sumber air utama dari presipitasi adalah hujan air. (Linsley
dan Franzini, 1987)
Presipitasi adalah istilah umum untuk menyatakan uap air yang
menkondensasi dan jatuh dari atmosfir ke bumi dalam segala bentuknyadalam
rangkaian siklus hidrologi.(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Gambar 2.2 Siklus Hidrologi
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Terjadinya hujan diawali sinar matahari yang dipancarkan ke bumi
memanaskan suhu air permukaan laut, danau atau yang terikat pada permukaan
tanah. Kenaikan suhu memacu perubahan wujud cair dari cair menjadi gas.
Molekul air dilepas menjadi gas ini dikenal sebagai proses evaporasi. Air yang
terperangkap dipermukaan tanaman juga berubah wujud
menjadi gas karena
pemanasan sinar matahari, dan proses ini dikenal sebagai transpirasi. Air yang
25
Universitas Sumatera Utara
menguap melalui proses evaporasi dan transpirasi selanjutnya naik ke atmosfer
membentuk uap air. Uap air di atmosfer selanjutnya menjadi dingin dan
terkondensasi membentuk awan. Kondensasi terjadi ketika suhu udara berubah,
sehingga jika udara cukup dingin, uap air terkondensasi menjadi partikel-partikel
di udara membentuk awan. Awan yang terbentuk selanjutnya dibawa oleh angin
mengelilingi bumi, sehingga awan terdistribusi ke seluruh penjuru dunia. Hujan
baru akan terjadi ketika awan sudah tidak mampu lagi menampung air, awan
melepas uap air yang ada di dalam nya ke dalam bentuk presipitasi yang dapat
berupa salju, hujan, dan hujan es. (Indarto, 2012)
Setelah mencapai tanah, siklus hidrologi terus bergerak secara kontinu
dalam tiga cara yang berbeda:
● Evaporasi
:Peristiwa berubahnya air menjadi uap dan bergerak dari
permukaanair ke udara.
● Transpirasi
:Peristiwa penguapan dari tanaman.
● Infiltrasi
:Bilamana curah hujan itu mencapai permukaan tanah maka
Seluruh atau sebagiannya akan diabsorbsi ke dalam tanah.
Bagian yang tidak diabsorbsi akan menjadi limpasan
permukaan (surface runoff ). Kapasitas infiltrasi curah
hujan dari permukaan tanah ke dalam tanah sangat
berbeda-beda yang tergantung pada kondisi tanah di
tempat bersangkutan. (Ir. Suyono Sosrodarsono, 2003)
26
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Analisa 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. Hujan rencana dapat dihitung secara statistik
berdasarkan data curah hujan terdahulu.
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
Penentuan periode ulang juga didasarkan pada pertimbangan ekonomis.
Analisis frekuensi terhadap data hujan yang tersedia dapat dilakukan dengan
beberapa metode antara lain Distribusi Normal, Distribusi Log Normal, Distribusi
Log Person III, dan Distribusi Gumbel. (Wesli, 2008)
2.2.3 Analisa Frekuensi Curah Hujan
Tujuan analisis frekuensi data hidrologi adalah berkaitan dengan besaran
peristiwa-peristiwa ekstrim yang berkaitan dengan frekuensi kejadiannya melalui
penerapan distribusi kemungkinan.
Frekuensi hujan adalah besarnya kemungkinan suatu besaran hujan
disamai atau dilampaui. Sebaliknya, kala ulang (return period) adalah waktu
27
Universitas Sumatera Utara
hipotetik dimana hujan dengan suatu besaran tertentu akan disamai atau
dilampaui.
Distribusi frekuensi digunakan untuk memperoleh probabilitas besaran
curah hujan rencana dalam berbagai periode ulang. Dasar perhitungan distribusi
frekuensi adalahparameter yang berkaitan dengan analisis data yang meliputi ratarata,simpangan baku, koefisien variasi, dan koefisien skewness (kecondongan
ataukemencengan).(Fithryah Patriotika, 2010)
2.2.4 Parameter Sampel Populasi
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 Log Person III
- Distribusi Gumbel.
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
2.2.4.1 Distribusi Normal
Distribusi normal atau kurva normal disebut juga distribusi Gauss. Fungsi
densitas peluang normal (PDF = Probability Density Function) yang paling
dikenal adalah bentuk bell dan dikenal sebagai distribusi normal. Perhitungan
curah hujan rencana menurut metode distribusi normal, mempunyai persamaan
sebagai berikut:
XT= +
.S
(2.1)
28
Universitas Sumatera Utara
dimana:
KT=
−
(2.2)
dimana:
XT
= perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T-tahun,
= nilai rata-rata hitung variat,
S
= deviasi standar nilai variat,
KT
= faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang dan
tipe model matematik disrtibusi peluang yang digunakan untuk analisis
peluang, seperti ditunjukkan dalam Tabel 2.1
Tabel 2.1 Faktor Frekuensi
No
Periode Ulang T
(tahun)
Peluang
KT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
1,001
1,005
1,010
1,050
1,110
1,250
1,330
1,430
1,670
2,000
2,500
3,330
4,000
5,000
10,000
20,000
50,000
100,000
200,000
500,000
1,000,000
0,999
0,995
0,990
0,950
0,900
0,800
0,750
0,700
0,600
0,500
0,400
0,300
0,250
0,200
0,100
0,050
0,020
0,010
0,005
0,002
0,001
-3,05
-2,58
-2,33
-1,64
-1,28
-0,84
-0,67
-0,52
-0,25
0
0,25
0,52
0,67
0,84
1,28
1,64
2,05
2,33
2,58
2,88
3,09
29
Universitas Sumatera Utara
2.2.4.2 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 rencanamenggunakan persamaan berikut ini:
YT= +
KT=
.S
−
(2.3)
(2.4)
dimana:
YT
= perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T-tahun,
= nilai rata-rata hitung variat,
S
= deviasi standar nilai vatiat,dan
KT
= faktor Frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang dan
tipe model matematik distribusi peluang yang digunakan untuk analisis
peluang.
2.2.4.3 Distribusi Log Person III
Tiga parameter penting dalam Log Person III, yaitu (i) harga rata-rata, (ii)
simpangan baku; dan (iii) koefisien kemencengan.(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Perhitungan curah hujan rencana menurut metode Log Person III,
mempunyai langkah-langkah perumusan sebagai berikut:
- Ubah data dalam bentuk logaritmis, X = Log X
- Hitung harga rata-rata:
log =
=
���
(2.5)
30
Universitas Sumatera Utara
- Hitung Harga Simpangan Baku
S=
(���
=
−
−���
)
,
(2.6)
- Hitung Koefisien Kemencengan:
G=
=
−
���
–���
(2.7)
( − )
- Hitung logritma hujan atau banjir dengan periode ulang T dengan rumus:
log
= log + K.s
(2.8)
dimana:
K=
variabel standar ( standardized variabel) untuk X yang besarnya
tergantung koefisien kemencengan G (Tabel 2.2)
Tabel 2.2 Nilai K untuk Distribusi Log-Person III
31
Universitas Sumatera Utara
2.2.4.4 Distribusi Gumbel
Perhitungan
curah
hujan
rencana
menurut
Metode
Gumbel,
mempunyaiperumusan sebagai berikut:
X=
+ SK
(2.9)
dimana:
= harga rata-rata sampel
S
= standar deviasi (simpangan baku)sampel
Nilai K (faktor probabilitas) untuk harga-harga ekstrim Gumbel dapat
dinyatakan dalam persamaan:
K=
−
(2.10)
dimana:
Yn
= reduced mean yang tergantung jumlah sample/ data n (Tabel 2.3)
Sn
= reduced standard deviation yang juga tergantung pada jumlah sample/
data n (Tabel 2.4)
YTr
= reduced variate, yang dapat dihitung dengan persamaan berikut ini,
= - In – �
−
(2.11)
Untuk menentukan reduced mean Yn pada perhitungan nilai faktor
frekuensi (K) untuk periode ulang T tahun, dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan untuk
menentukan nilai reduced standar deviasi (Sn) dapat dilihat pada Tabel 2.4.
32
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Reduced Mean, Yn
N
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
0.4952
0.5236
0.5362
0.5436
0.5485
0.5521
0.5548
0.5569
0.5586
0.56
1
0.4996
0.5252
0.5371
0.5442
0.5489
0.5524
0.555
0.557
0.5587
0.5602
2
0.5035
0.5268
0.538
0.5448
0.5493
0.5227
0.5552
0.5572
0.5589
0.5603
3
0.507
0.5283
0.5388
0.5453
0.5497
0.553
0.5555
0.5574
0.5591
0.5604
4
0.51
0.5296
0.8396
0.5458
0.5501
0.5533
0.5557
0.5576
0.5592
0.5606
5
0.5128
0.5309
0.5403
0.5463
0.5504
0.5535
0.5559
0.5578
0.5593
0.5607
6
0.5157
0.532
0.541
0.5468
0.5508
0.5538
0.5561
0.558
0.5595
0.5608
7
0.5181
0.5332
0.5418
0.5473
0.5511
0.554
0.5563
0.5581
0.5596
0.5609
8
0.5202
0.5343
0.5424
0.5477
0.5515
0.5543
0.5565
0.5583
0.5598
0.561
9
0.522
0.5353
0.5436
0.5481
0.5518
0.5545
0.5567
0.5585
0.5599
0.5611
7
1.0411
1.1004
1.1339
1.1557
1.1708
1.1824
1.1915
1.1987
1.2049
1.209
8
1.0493
1.1047
1.1363
1.1574
1.1721
1.1834
1.1923
1.1994
1.2055
1.2093
9
1.0565
1.108
1.1388
1.159
1.1734
1.1844
1.193
1.2001
1.206
1.2096
Tabel 2.4 Reduced Standad Deviation, Sn
N
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
0.9496
1.0628
1.1124
1.1413
1.1607
1.1747
1.1854
1.1938
1.2007
1.2065
1
0.9676
1.0696
1.1159
1.1436
1.1623
1.1759
1.1863
1.1945
1.2013
1.2069
2
0.9833
1.0754
1.1193
1.1458
1.1638
1.177
1.1873
1.1953
1.202
1.2073
3
0.9971
1.0811
1.1226
1.148
1.1658
1.1782
1.1881
1.1959
1.2026
1.2077
4
1.0095
1.0864
1.1255
1.1499
1.1667
1.1793
1.189
1.1967
1.2032
1.2081
5
1.0206
1.0915
1.1285
1.1519
1.1681
1.1803
1.1898
1.1973
1.2038
1.2084
6
1.0316
1.0916
1.1313
1.1538
1.1696
1.1814
1.1906
1.198
1.2044
1.2087
Tabel 2.5 memperlihatkan hubungan antara reduced variate dengan periode ulang.
Tabel 2.5 ReducedVariate, YTr
Periode ulang,
Reduced
Reduced
Periode ulang, Tr (tahun)
Tr (tahun)
variate YTR
variate YTR
2
0.3668
100
4,6012
5
1,5004
200
5,2969
10
2,2510
250
5,5206
20
2,9709
500
6,2149
25
3,1993
1000
6,9087
50
3,9028
5000
8,5188
75
4,3117
10000
9,2121
(Suripin, 2004, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan: 52)
33
Universitas Sumatera Utara
2.2.5 Intensitas Hujan
Intensitas hujan adalah tinggi atau kedalaman air hujan per satuan
waktu.Sifat umum hujan adalah makin singkat hujan berlangsung intensitasnya
cenderung makin tinggi dan makin besar periode ulangnya makin tinggi pula
intensitasnya.
Tabel 2.6 Derajat curah hujan dan intensitas curah hujan
Derajat curah
hujan
Intensitas
curah hujan
(mm/jam)
Kondisi
Hujan sangat
lemah
< 1,20
Tanah agak basah atau dibasahi
sedikit
Hujan lemah
1,20 – 3,00
Tanah menjadi basah semuanya,
tetapi sulit membuat puddle
Hujan normal
3,00 – 18,0
Dapat dibuat puddel dan bunyi
hujan kedengaran
18,0 – 60,0
Air tergantung di seluruh
permukaan tanah dan bunyi
keras hujan terdengar berasal
dari genangan
>60,0
Hujan seperti ditumpahkan,
sehingga saluran dan drainase
meluap
Hujan deras
Hujan sangat
deras
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Intensitas hujan diperoleh dengan cara melakukan analisis data hujan
baiksecara
statistik maupun
secara
empiris.
Biasanya
intensitas
hujan
dihubungkan dengan durasi hujan jangka pendek misalnya 5 menit, 30 menit, 60
34
Universitas Sumatera Utara
menit dan jam-jaman.Data curah hujan jangka pendek ini hanya dapat diperoleh
dengan menggunakan alat pencatat hujan otomatis. Apabila data hujan jangka
pendek tidak tersedia, yang ada hanya data hujan harian, maka intensitas hujan
dapat dihitung dengan rumus Mononobesebagai berikut.
I=
(2.12)
dimana:
I
= intensitas hujan (mm/jam)
T
= lamanya hujan (jam)
R24
= curah hujan maksimum harian (selama 24 jam)(mm).
(Wesli, 2008)
2.2.6 Debit Rencana
Nilai rencana yang digunakan pada perencanaan teknik sipil disebut dengan
debit rencana. Besar debit rencana ini ditetapkan dengan suatu nilai debit banjir
disamai atau dilampaui dalam periode ulang T tahun.
Debit rencana adalah debit maksimum yang akan dialirkan oleh saluran
drainase untuk mencegah terjadinya genangan. Untuk drainase perkotaan dan
jalan raya, sebagai debit rencana debit banjir maksimum periode ulang 5 tahun,
yang mempunyai makna kemugkinan banjir maksimum tersebut disamai atau
dilampaui 1 kali dalam 5 tahun atau 2 kali dalam 10 tahun atau 20 kali dalam 100
tahun. Penetapan debit banjir maksimum periode 5 tahun ini berdasarkan
pertimbangan:
a. Resiko akibat genangan yang ditimbulkan oleh hujan relatif kecil dibandingkan
dengan banjir yang ditimbulkan meluapnya sebuah sungai.
35
Universitas Sumatera Utara
b. Luas lahan diperkotaan relatif terbatas apabila ingin direncanakan saluran yang
melayani debit banjir maksimum periode ulang lebih besar dari 5 tahun.
c. Daerah perkotaan mengalami perubahan dalam periode tertentu sehingga
mengakibatkan perubahan pada saluran drainase
(Wesli, 2008)
Perencanaan debit rencana untuk drainase perkotaan dan jalan raya
dihadapi dengan persoalan tidak tersedianya data aliran. Umumnya untuk
menentukan debit aliran akibat air hujan diperoleh dari hubungan rasional antara
air hujan dengan limpasannya (Metode Rasional). Adapun rumusan perhitungan
debit rencana Metode Rasional adalah sebagai berikut:
Q = 0,278 .C .Cs .I . A
(2.13)
Cs =
(2.14)
+
dimana:
Q = Debit rencana dengan periode ulang T tahun (m3/dtk)
C = Koefisien aliran permukaan
Cs = Koefisien tampungan oleh cekungan terhadap debit rencana
I = intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam)
A = luas daerah pengaliran (km2)
Tc = waktu konsentrasi (jam)
Td = waktu aliran air mengakir di dalam saluran dari hulu hingga ke tempat
pengukuran (jam)
Dalam perencanaan saluaran drainase dapat dipakai standar yang telah
ditetapkan, baik debit rencana (periode ulang) dan cara analisis yang dipakai,
tinggi jagaan, struktur saluran, dan lain-lain. Tabel 2.6 berikut menyajikan standar
36
Universitas Sumatera Utara
desain saluran drainase berdasar “Pedoman Drainase Perkotaan dan Standar
Desain Teknis”.
Tabel 2.7 Kriteria Desain Hidrologi Sistem Drainase Perkotaan
Metode
perhitungan debit
banjir
10
2
Rasional
10 – 100
2-5
Rasional
101 – 500
5 – 20
Rasional
> 500
10 - 25
Hidrograf satuan
(Suripin, 2004, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan: 241)
Luas DAS (ha)
Periode ulang
(tahun)
2.2.7 Koefisien Pengaliran ( C )
Air hujan yang turun dari atmosfir jika tidak ditangkap oleh vegetasi atau
oleh permukaan–permukaan buatan seperti atap bangunan atau lapisan kedap air
lainnya, maka akan jatuh ke permukaan bumi dan sebagian akan menguap,
berinfiltrasi, atau tersimpan dalam cekungan – cekungan. Bila kehilangan seperti
cara-cara tersebut telah terpenuhi, maka sisa air hujan akan mengalir langsung di
atas permukan tanah menuju alur aliran terdekat.
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Koefisien pengaliran (runoff coefficient) adalah perbandingan antara
jumlah air hujan yang mengalir atau melimpas di atas permukaan tanah
(surfacerun-off) dengan jumlah air hujan yang jatuh dari atmosfir (hujan total
yang terjadi). Besaran ini dipengaruhi oleh tata guna lahan, kemiringan lahan,
jenis dan kondisi tanah. Pemilihan koefisien pengaliran harus memperhitungkan
kemungkinan adanya perubahan tata guna lahan dikemudian hari. Koefisien
pengaliran mempunyai nilai antara 0 sampai dengan 1 dan bergantung dari jenis
37
Universitas Sumatera Utara
tanah, jenis vegetasi, karakteristik tataguna lahan dan konstruksi yang ada
dipermukaan, dan sebaiknya nilai pengaliran untuk analisisdipergunakan nilai
terbesar atau nilai maksimum.(Wesli, 2008)
38
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.8 Koefisien Limpasan untuk metode Rasional
Deskripsi Lahan/ karakter
Koefisien Limpasan, C
permukaan
Business
Perkotaan
0,70 – 0,95
Pinggiran
0,50 – 0,70
Perumahan
Rumah tunggal
0,30 – 0,50
Multi unit, terpisah
0,40 – 0,60
Multi unit, tergabung
0,60 – 0,75
Perkampungan
0,25 – 0,40
Apartemen
0,50 – 0,70
Industri
Ringan
0,50 – 0,80
Berat
0,60 – 0,90
Perkerasan
Aspal dan beton
0,70 – 0,65
Batu bata, paving
0,50 – 0,70
Atap
0,75 – 0,95
Halaman, tanah berpasir
Datar 2%
0,05 – 0,10
Rata-rata, 2-7%
0,10 – 0,15
Curam, 7%
0,15 – 0,20
Halaman, tanah berat
Datar 2%
0,13 – 0,17
Rata-rata, 2-7%
0,18 – 0,22
Curam, 7%
0,25 – 0,35
Halaman kereta api
0,10 – 0,35
Taman tempat bermain
0,20 – 0,35
Taman, perkuburan
0,10 – 0,25
Hutan
Datar, 0-5%
0,10 – 0,40
Bergelombang 5-10%
0,25 – 0,50
Berbukit, 10-30%
0,30 – 0,60
(Suripin, 2004, Sistem Drainas Pekotaan yang Berkelanjutan: 52)
2.2.8 Waktu Konsentrasi ( Tc )
Waktu konsentrasi adalah waktu yang diperlukan untuk mengalirkan air dari
titik yang paling jauh pada daerah aliran ke titik kontrol yang ditentukan di
39
Universitas Sumatera Utara
bagian hilir suatu saluran. Debit maksimum akan terjadi apabila durasi hujan
harus sama atau lebih besar dari waktu konsentrasi.
Pada prinsipnya waktu konsentrasi dapat dibagi menjadi:
a. Inlet time (to), yaitu waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di atas
permukaan tanah menuju saluran drainase.
b. Conduit time (td), yaitu waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di
sepanjang saluran sampai titik control yang ditentukan di bagian hilir.
Waktu konsentrasi besarnya sangat bervariasi dan dipengaruhi oleh faktorfaktor berikut ini:
a. Luas daerah pengaliran
b. Panjang saluran drainase
c. Kemiringan dasar saluran
d. Debit dan kecepatan aliran
Harga To,Td, dan Tc ditentukan dengan menggunakan rumus seperti berikut ini:
=
+
=
� ,
=
dimana:
(2.15)
�
�
,
(2.16)
(2.17)
�
Tc
= waktu Konsentrasi (jam)
To
= inlet time ke saluran terdekat (menit)
Td
= conduit time sampai ke tempat pengukuran (menit)
n
= angka kekasaran manning
S
= kemiringan lahan (m)
L
= panjang lintasan aliran di atas permukaan lahan (m)
40
Universitas Sumatera Utara
Ls
= panjang lintasan airan di dalam saluran (m)
V
= kecepatan aliran di dalam saluran (m/dtk)
Tabel 2.9 Perkiraan kecepatan air
Kemiringan Rata-rata Dasar Saluran
Kecepatan Rata-rata
(%)
(m/det)
Kurang dari 1
0,40
1–2
0,60
2–4
0,90
4–6
1,20
6 – 10
1,50
10 – 15
2,40
(Wesli, 2008)
2.3 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.
41
Universitas Sumatera Utara
Zat cair yang mengalir pada saluran terbuka mempunyai bidang kontak hanya
pada dinding dan dasar saluran. Saluran terbuka dapat berupa saluran alamiah atau
buatan, yang terdiri dari:
-
Galian tanah dengan atau tanpa lapisan penahan,
-
Terbuat dari pipa, beton, batu, bata atau material lain,
-
Dapat berbentuk persegi, segitiga, trapesium, lingkaran, tapal kuda, atau
tidak beraturan.
Bentuk-bentuk saluran terbuka, baik saluran buatan maupun alamiah yang
dapat kita jumpai diperlihatkan pada Gambar 2.3 berikut.
Gambar 2.3 Bentuk-bentuk saluran buatan dan alamiah
(Dr. Ir. Suripin, M. Eng. , 2004)
Pada sistem pengaliran melalui saluran tertutup (pipa flow) seluruh pipa diisi
dengan air sehingga tidak terdapat permukaan yang bebas, oleh karena itu
permukaan tidak secara langsung dipengaruhi oleh tekanan udara luar, saluran
tertutup umumnya digunakan pada daerah yang lahannya terbatas (pasar,
pertokoan), daerah yang lalu lintas pejalan kakinya relatif padat, lahan yang
dipakai untuk lapangan parkir.
42
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan konsistensi bentuk penampang dan kemiringan dasarnya
saluran terbuka dapat diklasifikasikan menjadi:
a. Saluran prismatik (prismatic channel), yaitu saluran yang bentuk
penampang melintang dan kemiringan dasarnya tetap.
Contoh : saluran drainase, saluran irigasi.
b. Saluran non prismatik (non prismatic channel), yaitu saluran yang bentuk
penampang melintang dan kemiringan dasarnya berubah-ubah.
Contoh : sungai.
Aliran pada saluran terbuka terdiri dari saluran alam (natural
channel),seperti sungai-sungai kecil di daerah hulu (pegunungan) hingga sungai
besar dimuara, dan saluran buatan (artificial channel), seperti saluran drainase
tepi jalan,saluran irigasi untuk mengairi persawahan, saluran pembuangan, saluran
untukmembawa air ke pembangkit listrik tenaga air, saluran untuk supplai air
minum,dan saluran banjir. Saluran buatan dapat berbentuk segitiga, trapesium,
segi empat,bulat, setengah lingkaran, dan bentuk tersusun.
Pada saluran drainase perkotaan secara umum dikenal ada dua jenis
konstruksi saluran, yaitu:
1. Saluran tanah tanpa lapisan dan
2. Saluran dengan lapisan, seperti pasangan batu, beton, kayu dan baja.
Saluran tanah memiliki kapasitas maksimum yang dibatasi oleh
kemampuan jenis tanah setempat terhadap bahaya erosi akibat aliran terlalu cepat.
Untuk drainase perkotaan dan jalan raya umumnya dipakai saluran dengan,
43
Universitas Sumatera Utara
lapisan. Selain dapat menghindari bahaya erosi, estetika, dan kestabilan terhadap
gangguan dari luar lalu lintas merupakan alasan lain yang menuntut saluran
drainase perkotaan dan jalan raya dibuat dari saluran dengan lapisan.
2.3.1 Sistem Pengaliran Pada Saluran Terbuka
Aliran pada saluran terbuka terdiri dari saluran alam dan saluran buatan.Pada
saluran alam (sungai), variable aliran tidak sangat teratur baik terhadap fungsi
ruang maupun fungsi waktu sehingga analisis aliran sulit diselesaikan secara
analisis dan ntuk menyelesaikannya dilakukan dengan secara empiris.
Sementara itu pada saluran buatan seperti saluran irigasi atau saluran drainase
variable aliran lebih teratur dan cendenrung seragam di sepanjang saluran
sehingga analisis aliran lebih mudah dan lebih sederhana.
2.3.2 Klasifikasi Saluran
Saluran terbuka dapat dilakukan klasifikasi berdasarkan perubahan kedalaman
aliran sesuai dengan perubahan ruang dan waktu sebagai berikut:
1. Aliran Tetap
2. Aliran Tidak Tetap
A. Aliran Tetap (Steady Flow)
Aliran Tetap (steady flow) adalah aliran yang mempunyai kedalaman
konstan (tidak berubah) selama jangka waktu tertentu yang bermakna fungsi
waktu sebagai tolak ukur (indikator). Aliran tetap (steady flow) dapat dibedakan
dalam beberapa golongan yaitu:
44
Universitas Sumatera Utara
1. Aliran Seragam (Uniform flow)
Aliran disebut seragam (uniform flow) apabila variabel aliran seperti
kedalaman, tampang basah, kecepatan dan debit pada setiap tampang
disepanjang aliran tetap (konstan).
2. Aliran Berubah (Varied flow)
Aliran disebut berubah (varied flow) apabila variabel aliran seperti
kedalaman, tampang basah, kecepatan dan debit pada setiap tampang
disepanjang aliran tidak tetap (tidak konstan). Aliran berubah dapat
dibedakan sebagai berikut:
a. Aliran berubah lambat laun (gradually varied)
Yaitu, apabila kedalaman aliran berubah secara lambat laun.
b. Aliran berubah tiba-tiba (rapidly varied)
Yaitu, apabila kedalaman aliran berubah tiba-tiba.
B. Aliran Tidak Tetap (Unsteady flow)
Aliran tidak tetap (Unsteady flow) adalah aliran yang mempunyai
kedalaman berubah-ubah selama jangka waktu tertentu yang bermakna fungsi
waktu sebagai tolak ukur (indikator). Aliran tidak tetap (unsteady flow) dibedakan
dalam beberapa golongan yaitu:
1. Aliran seragam tidak tetap (unsteady uniform flow)
Aliran saluran terbuka dimana alirannya mempunyai permukaan yang
berfluktuasi sepanjang waktu dan tetap sejajar dengan dasar saluran.
Aliran ini jarang dijumpai dalam praktek
45
Universitas Sumatera Utara
2. Aliran berubah tidak tetap ( unsteady varied flow)
Aliran saluran terbuka dimana kedalaman aliran berubah sepanjang waktu
dan ruang. Aliran berubah tidak tetap dapat dibedakan menjadi:
a. Aliran tidak tetap berubah lambat laun
Aliran saluran terbuka di mana kedalaman aliran berubah sepanjang
waktu dan ruang dengan perubahan kedalaman secara lambat laun.
b. Aliran tidak tetap berubah tiba-tiba
Aliran saluran terbuka dimana kedalaman aliran berubah sepanjang
waktu dan ruang dengan perubahan kedalaman secara tiba-tiba.
(Wesli, 2008)
2.4 Bentuk Penampang Saluran
Mengingat bahwa tersedianya lahan merupakan hal yang perlu
dipertimbangkan, maka penampang drainase perkotaan dan jalan raya yang
dianjurkan mengikuti Penampang Hidrolis Terbaik, yaitu suatu penampang yang
memiliki luas terkecil dengan hantaran maksimum.
46
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.10 Unsur Geometrik Penampang Hidrolis Terbaik
No
Penampang Melintang
Luas
Keliling
Jari-jari
(A)
Basah
Hidrolis
(P)
(R)
3/√3.Y2
6/√3.Y
½.Y
4/√3.Y
2Y2
4Y
½.Y
2Y
Y2
4/√2.Y
¼.√2.Y
2Y
π/2.Y2
πY
½.Y
2Y
½.Y
2. √2.Y
Lebar
Puncak
Trapesium
1
(setengah segi enam)
2
Persegi panjang
(setengah bujur sangkar)
Segitiga
3
(setengah bujur sangkar)
4
Setengah Lingkaran
5
Parabola
4/3. √2Y2
8/3. √2.Y
6
Lengkung Hidrolis
1,3959.Y2
2,9836.Y
0,46784.Y 1,917532.Y
(Wesli, 2008)
2.4.1 Bentuk Saluran yang Paling Ekonomis
1. Penampang Berbentuk Persegi yang Paling Ekonomis
Jika B adalah lebar dasar saluran dan h adalah kedalaman air (Gambar
2.4), luas penampang basah A, dan keliling basah P, dapat dituliskan sebagai
berikut:
Gambar 2.4 Penampang berbentuk persegi
47
Universitas Sumatera Utara
A =B.h
(2.18)
P =B +2h
(2.19)
B =2h
(2.20)
h=
(2.21)
Atau
Jari-jari hidraulik R :
R=�=
.
(2.22)
+
Bentuk penampang melintang persegi yang paling ekonomis adalah jika:
h=
atau R =
(2.23)
2. Penampang Berbentuk Trapesium yang Paling Ekonomis
Saluran dengan penampang melintang bentuk trapesium dengan lebar
dasar B, kedalaman aliran h, dan kemiringan dinding 1: m (Gambar 2.6), luas
penampang melintang A dan keliling basah P, dapat dirumuskan sebagai berikut:
Gambar 2.5 Penampang berbentuk Trapesium
A = (B + mh) h
P = B + 2h
B = P-2h
(2.24)
²+
²+
(2.25)
(2.26)
Atau
B= h
(2.27)
A = h2
(2.28)
48
Universitas Sumatera Utara
Penampang trapesium yang paling efisien adalah jika:
m = (1/
), atau = 60o
(2.29)
Tabel 2.11 Unsur-Unsur Geometris Penampang Saluran
(Fithryah, 2010)
2.4.2 Dimensi Saluran
Dimensi saluran harus mampu mengalirkan debit rencana atau dengan kata
lain debit yang dialirkan oleh saluran (Qs) sama atau lebih besar dari debit
rencana (QT) Hubungan ini ditunjukkan sebagai berikut.
Qs ≥QT
(2.30)
49
Universitas Sumatera Utara
Debit suatu penampang saluran (Qs) dapat diperoleh dengan menggunakan
rumus seperti dibawah ini.
Qs =As.V
(2.31)
dimana:
As
= luas penampang saluran (m2)
V
= kecepatan rata-rata aliran di dalam saluran (m/det)
Kecepatan rata-rata aliran di dalam saluran dapat dihitung dengan
menggunakan rumus Manning sebagai berikut:
V=
R=
dimana:
(2.32)
(2.33)
�
V
= kecepatan rata-rata aliran di dalam saluran (m/det)
n
= koefisien kekasaran Manning (Tabel 2.12)
R
= jari-jari hidrolis (m)
S
= kemiringan dasar saluran
As
= luas penampang saluran (m2)
P
= keliling basah saluran (m)
Nilai koefisien kekasaran Manning n, untuk gorong-gorong dan saluran
pasangan dapat dilihat pada Tabel 2.9.
50
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.12 Koefisien Kekasaran Manning
Tipe Saluran
a. Baja
b. Baja pemukaan Gelombang
c. Semen
d. Beton
e. Pasangan batu
f. Kayu
g. Bata
h. Aspal
(Wesli, 2008)
Koefisien Manning (n)
0,011 - 0,014
0,021 - 0,030
0,010 - 0,013
0,011 - 0,015
0,017 - 0,030
0,010 - 0,014
0,011 - 0,015
0,013
Perhitungan dimensi saluran drainase perkotaan dan jalan raya dianjurkan
memperhatikan hal-hal sebagai berikut:
1. Karena alasan teknis dan estetika, saluran direncanakan dengan
lapisan/pasangan tahan erosi.
2. Pada saluran dengan pasangan ini kecepatan aliran maksimum yang dapat
menyebabkan erosi tidak perlu dipertimbangkan. Demikian juga dengan
kecepatan yang dapat mencegah tumbuhnya vegetasi yaitu, Vmin =
0,6m/det dapat juga diabaikan karena dengan asumsi saluran dipelihara
dan dibersihkan.
3. Hendaknya dipakai saluran Penampang Hidrolis Terbaik, yaitu penampang
dengan luas minimum mampu membawa debit maksimum.
51
Universitas Sumatera Utara