Cover Evaluasi Rancangan Bendung Daerah Irigasi Belutu Kabupaten Serdang Berdagai
EVALUASI RANCANGAN BENDUNG DAERAH IRIGASI BELUTU
KABUPATEN SERDANG BERDAGAI
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
pendidikan sarjana teknik sipil
Disusun Oleh:
POSMA NIKOLAS HUTABARAT
09 0404 054
Dosen Pembimbing
Ir. MAKMUR GINTING, M.Sc.
NIP. 19551201 198103 1005
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
1
ABSTRAK
Bendung merupakan bangunan air sangat penting untuk menunjang
kebutuhan air irigasi terlebih lagi program pemerintah yang ingin mewujudkan
swasembada pangan di Indonesia. Bendung Daerah Irigasi Belutu yang terletak di
Kabupaten Serdang Berdagai, Provinsi Sumatera Utara, diproyeksikan mampu
mengairi Daerah Irigasi Belutu seluas 5.032 Ha.
Evaluasi rancangan bendung pada penelitian ini sendiri mencakup evaluasi
secara hidraulis maupun struktur. Evaluasi secara hidraulis mencakup kebutuhan
air irigasi. Dan evaluasi secara struktur mencakup analisa stabilitas bendung
tersebut.
Dalam pengerjaan tugas akhir ini menggunakan data primer berupa
pengamatan langsung di lapangan guna mengetahui kondisi di lapangan, dan data
sekunder berupa Detail Engineering Design Bendung Daerah Irigasi Sei Belutu,
dan data curah hujan, juga melakukan studi pustaka dari buku maupun jurnal
ilmiah. Parameter evaluasi sendiri diambil dari Kriteria Perencanaan (KP – 02 dan
KP – 06) yang telah ditetapkan oleh Departemen Pekerjaan Umum.
Dari hasil evaluasi secara hidraulis didapat bahwa kebutuhan air irigasi
Daerah Irigasi Belutu sebesar 1,67 Liter/detik/Ha, dengan kebutuhan total irigasi
sebesar 10.085 Liter/detik. Secara struktur, Bendung Daerah Irigasi Belutu pada
saat debit normal tanpa gempa, memiliki angka keamanan terhadap guling (Fg)
2,35, angka keamanan terhadap daya dukung tanah (σ) 8,93 T/m2,dan angka
keamanan terhadap geser (Fs) 4,86. Pada kondisi gempa, memiliki angka
keamanan terhadap guling (Fg) 1,75, angka keamanan terhadap daya dukung
tanah (σ) 12,03 T/m2,dan angka keamanan terhadap geser (Fs) 2,02. Pada saat
debit banjir rencana, kondisi tanpa gempa, memiliki angka keamanan terhadap
guling (Fg) 3,9, angka keamanan terhadap daya dukung tanah (σ) 11,05 T/m2, dan
angka keamanan terhadap geser (Fs) 2,61. Pada kondisi gempa, memiliki angka
keamanan terhadap guling (Fg) 2,52, angka keamanan terhadap daya dukung
tanah (σ) 14,49 T/m2, dan angka keamanan terhadap geser (Fs) 2,49.
Kata Kunci : Bendung, Kebutuhan Air Irigasi, Debit Banjir Rencana, Stabilitas
2
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan yang Maha Esa segala
Kasih, Pertolongan dan rahmat-Nya yang telah memberikan kesehatan dan hikmat
kepada penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan
waktu yang direncanakan.
Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah “Evaluasi Rancangan Bendung
Daerah Irigasi Belutu Kabupaten Serdang Berdagai”. Tugas Akhir ini disusun
sebagai salah satu syarat menempuh jenjang pendidikan strata satu (S-1) pada
Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari
dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis
ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa
pihak yang berperan penting yaitu :
1. Bapak Prof. Dr.Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen
Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Makmur Ginting, M.Sc. selaku dosen pembimbing yang
telah memberikan begitu banyak ilmu yang tak ternilai harganya serta
masukan-masukan, tenaga, pikiran yang dapat membimbing penulis
sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M.Sc. selaku Koordinator Bidang Studi Teknik
Sumber Daya Air Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak/Ibu Dosen Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan banyak sekali ilmu
yang bermanfaat selama penulis menempuh pendidikan di Departemen
Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak/Ibu Staf TU Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,
Universitas, Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dalam
proses administrasi.
3
7. Papa, Drs. T. Hutabarat dan Mama, Roida Adriana Sihombing, karena
tidak henti-hentinya memberikan doa dan dorongan kepada penulis
dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Juga kepada kakak-kakak
tersayang Katherine Magdalena Hutabarat, A.Md.; Sylvia Margareth
Hutabarat, S.T.; dan Lady Patricia Hutabarat, S.T.
8. Balai Wilayah Sungai karena telah memberikan fasilitas berupa data
kepada penulis.
9. Rekan-rekan bidang studi Teknik Sumber Daya Air, Ucok yang telah
menemani ke lokasi proyek, Ronaldianshah, Adi, Saddam, Rozi, Beib,
Les, Asa, Master Khairun, Legend, dan teman-teman lainnya yang
tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
10. Teman-teman sesama Sipil 09, Rag, Tong, Bos, Bere, Sahala Chong
Wei, Pal, Jupin, Junai, Odoy Latiffah, Dewi, Ersa, Su, Chaim, Bram,
Jimmy, Rian, Ryan, Gendut, Agus, Grandong, Tambak Dovakihn,
Arab, Apis, Bambang dan teman-teman lainnya yang tidak bisa penulis
sebutkan satu persatu.
11. Abang mahasiswa stambuk 2006, Erick, Mueq, Paul, Ray, dan lainnya.
Juga kepada adik-adik stambuk 2012, Mayan dan Acong atas
dukungannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak jauh dari
sempurna, maka dari segala saran, masukan dan kritikan yang sifatnya
membangun akan penulis terima dengan tangan terbuka demi perbaikan tugas
akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan berharap semoga
Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua.
Medan,
September 2015
Penulis,
Posma Nikolas Hutabarat
4
DAFTAR ISI
ABSTRAK..........................................................................................
i
KATA PENGANTAR.......................................................................
ii
DAFTAR ISI.......................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR.........................................................................
vii
DAFTAR NOTASI............................................................................
viii
DAFTAR TABEL.............................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN.................................................................
1
1.1. Latar Belakang.................................................................
1
1.2. Perumusan Masalah.........................................................
2
1.3. Tujuan Penelitian ............................................................
3
1.4. Manfaat Penelitian ..........................................................
3
1.5. PembatasanMasalah ........................................................
4
1.6. Metode Penelitian ...........................................................
4
1.7. Kerangka Penelitian ........................................................
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA......................................................
8
2.1. Sungai..............................................................................
8
2.1.1. Definisi Sungai ......................................................
8
2.1.2. Daerah Aliran Sungai (DAS).................................
9
2.2. Banjir ...............................................................................
10
2.3. Curah Hujan Rata-rata Suatu Daerah...............................
13
2.4. Analisis Frekuensi............................................................
16
2.5. Analisis Hujan Rencana ..................................................
18
2.6. Uji Kecocokan .................................................................
22
2.6.1. Uji Chi Kuadrat ...............................................
22
2.6.2. Uji Smirnov-Kolmogorov ................................
24
2.7. Banjir Rencana ................................................................
26
2.7.1. Metode Melchior ..............................................
26
2.7.2. Metode Hasper ................................................
27
2.8. Bendung Pelimpah ..........................................................
28
2.8.1. Pemilihan Lokasi Bendung...............................
28
5
2.8.2. Elevasi crest.......................................................
30
2.8.3. Lebar Bendung..................................................
30
2.8.4. Mercu Bendung ................................................
32
2.8.5. Peredam Energi ................................................
32
2.8.6. Bangunan Pengambilan ....................................
33
2.8.7. Bangunan Penguras ..........................................
36
2.8.8. Kantong Lumpur...............................................
36
2.8.9. Bangunan Pembilas ..........................................
39
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.......................................
42
3.1. Metode Dan Tahapan Penelitian......................................
42
3.2. Hasil Studi Lapangan ......................................................
46
3.2.1. Data Sungai Belutu ...........................................
46
3.2.1.1. Kondisi Hidrologi.................................
46
3.2.1.2. Kondisi Klimatologi.............................
47
3.2.1.3. Kondisi Watershed Sungai Belutu........
47
3.2.2. Bendung Daerah Irigasi Sei Belutu ..................
49
3.2.2.1. Tipe Bendung Daerah Irigasi Sei Belutu
49
3.2.2.2. Lokasi Bendung ...................................
54
3.2.3. Sistem Jaringan Irigasi Daerah Irigasi Sei Belutu
55
BAB IV ANALISIS DAN PERHITUNGAN..................................
58
4.1. Analisis Data Curah Hujan..............................................
58
4.2. Curah Hujan Efektif.........................................................
59
4.3. Evapotranspirasi...............................................................
61
4.4. Analisis Kebutuhan Air Irigasi.........................................
64
4.4.1. Curah Hujan Efektif..........................................
65
4.4.2. Perkolasi dan Infiltrasi.......................................
65
4.4.3. Penggantian Lapisan Air ..................................
65
4.4.4. Pemakaian Konsumtif.......................................
65
4.4.5. Efisiensi Irigasi..................................................
66
4.4.6. Penyiapan Lahan...............................................
67
4.4.7. Pola Tanam .......................................................
69
4.5. Analisis Debit Andalan.........................................
71
6
4.6. Neraca Air.............................................................
73
4.7. Ketinggian Mercu Bendung Sei Belutu...............
75
4.8. Debit Bangunan Pengambilan..............................
77
4.9. Saluran Daerah Irigasi Sei Belutu........................
78
4.10. Analisis Banjir Rencana.....................................
89
4.10.1. Analisis Data Curah Hujan....................
90
4.10.2. Pengujian Chi Kuadrat ..........................
97
4.10.3. Metode Melchior....................................
100
4.10.4. Perhitungan Tinggi Muka Air Maksimum
105
4.11. Menghitung Ketinggian Air di Atas Mercu.......
107
4.12. Analisis Stabilitas Bendung Sei Belutu..............
108
4.12.1. Komponen Gaya Akibat Berat Sendiri..
109
4.12.2. Komponen Gaya Uplift Pressure...........
111
4.12.3. Komponen Gaya Akibat Tekanan Air....
114
4.12.4. Daya Dukung Tanah..............................
116
4.13. Rekapitulasi Stabilitas Struktur..........................
117
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN............................................
126
5.1. Kesimpulan............................................................
126
5.2. Saran.....................................................................
128
7
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1.
Diagram Alir Penelitian
6
Gambar 2.1.
Penampang Melintang Sungai
9
Gambar 2.2.
Hitungan Hujan Dengan Metode Thiessen
15
Gambar 2.3.
Peredam Energi Tipe Tenggelam
32
Gambar 3.1.
Diagram Alir Penelitian
44
Gambar 3.2.
Situasi Watershed Daerah Irigasi Belutu
47
Gambar 3.3.
Potongan Memanjang dan Melintang Bendung Belutu
52
Gambar 3.4.
Lokasi Bendung Terpilih
52
Gambar 3.5.
Situasi dan Inventori Layout D.I. Belutu
53
Gambar 4.1.
Diagram Curah Hujan Rata-rata
57
Gambar 4.2.
Diagram Evapotranspirasi Bulanan dan Harian
61
Gambar 4.3.
Peta Situasi Rencana Bendung, dan Intake
73
Gambar 4.4.
Contoh Saluran Terbuka Irigasi
76
Gambar 4.5.
Skematik Saluran Daerah Irigasi Sei Belutu
87
Gambar 4.6.
Grafik Curah Hujan Stasiun Bangun Bandar, Silinda,
Gunung Monako
89
Gambar 4.7.
Grafik Luas Curah Hujan Melchior
101
Gambar 4.8.
Pembagian Pias Bendung
107
Gambar 4.9.
Pembagian Pias Akibat Gaya Bendung Pada
Kondisi Normal
112
Gambar 4.10. Pertambahan Gaya Pada Kondisi Banjir Rencana
113
Gambar 4.11. Pertambahan Gaya Pada Kondisi Banjir Rencana
113
8
DAFTAR NOTASI
α
= Harga Koefisien tanah penutup
A
= Luas areal irigasi (Ha)
Ab
= Luas catchment di lokasi yang ditinjau (Km2)
As
= Luas catchment di lokasi AWLR (Km2)
a
= Panjang sumbu panjang (Km)
B
= Harga faktor berat
b
= Lebar dasar saluran
b
= Panjang sumbu pendek (Km)
Bt
= Lebar bendung (m)
Be
= Lebar efektif bendung (m)
χ2
= Chi kuadrat
c
= Koefisien tanaman
Cb
= Harga koefisien rembesan Blight’s
Cw
= Harga koefisiean rembesan Lane’s
Cd
= Koefisien debit
C0
= Koefisien debit yang merupakan fungsi dari H1/r
C1
= Koefisien debit yang merupakan fungsi dari P/ H1
9
C2
= Koefisien debit yang merupakan fungsi dari P/ H1 dan kemiringan hulu
CH
= Curah hujan (mm)
Ck
= Koefisien Kurtosis
Cs
= Koefisien Skewnes
Cv
= Koefisien variasi
DR
= Kebutuhan air untuk irigasi (l/dt/ha)
ΔH
= variasi tinggi muka air di jaringan utama di hulu bangunan sadap tersier
e
= Efisiensi Irigasi
e
= Nilai eksentristitas
Eloss = Kehilangan akibat evporasi (mm3/hari)
E
= Evaporasi (mm/hari)
Ea
= Tegangan aktif (Ton)
Ep
= Tegangan pasif (Ton)
Et
= Evapotranspirasi (mm/hari)
Etc
= Penggunaan konsumtif (mm/hari)
Eto
= Evapotranspirasi acuan (mm/hari)
Eo
= Evaporasi air terbuka (mm/hari)
ea
= Tekanan uap jenuh (mbar)
10
ed
= Tekanan uap nyata (mbar)
f(u)
= Fungsi pengaruh kecepatan angin (km/hari)
f(ed)
= Fungsi tekanan uap nyata
f(n/N) = Fungsi rasio lama penyinaran
f(T’)
= Fungsi temperatur
F
= Luas Elips Melchior (Km2)
g
= Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)
H
= Ketinggian mercu bendung (m)
h
= Tingggi muka air (m)
hc
= Kedalaman air kritis (m)
hf
= Kehilangan tinggi energi (m)
h100
= kedalaman air rencana di saluran primer atau sekunder padà bangunan
sadap (m)
H100
= Tinggi muka air pada debit banjir rencana kala ulang 100 tahun (m)
I
= Kemiringan rata-rata saluran
Ir
= Kebutuhan air irigasi di tingkat persawahan (mm/hari)
K
= Koefisien kekasaran saluran (m1/3/detik)
K
= Koefisien reduksi untuk periode ulang
11
Ka
= Koefisien konstraksi pangkal bendung
Ka
= Koefisien tegangan aktif
Kh
= Koefisien gempa
Kp
= Koefisien konstraksi pilar
Kp
= Koefisien tegangan pasif
L
= Panjang bendung; panjang saluran (m)
Lp
= Masa penyiapan lahan (hari)
M
= Kebutuhan air untuk mengganti kehilangan akibat evaporasi dan
perkolasi di sawah yang sudah dijenuhkan (mm/hari)
m
= Kemiringan talud
Ma
= Momen aktif (T.m)
Mg
= Momen guling (T.m)
Mp
= Momen pasif (T.m)
Mt
= Momen Tahan (T.m)
n
= Banyaknya pengamatan
n
= Perbandingan lebar saluran terhadap tinggi muka air
NFR
= Kebutuhan air irigasi di sawah (mm/hari)
n/N
= Rasio lama penyinaran
12
N
= Lama penyinaran maksimum
Φ
= Sudut geser tanah (°)
P
= Keliling basah (m)
P
= Perkolasi (mm/hari)
%Lose = Persentasi air yang hilang akibat kebutuhan air irigasi (%)
Q
= Debit aliran (m3/detik)
q
= Perbandingan debit persatuan luas
Qa
= Tegangan maksimum izin (T/m2)
Qu
= Tegangan maksimum batas (T/m2)
Qmax = Debit maksimum yang dapat ditampung di saluran
Qb
= Debit di lokasi bendung (m3/detik)
Qs
= Debit di lokasi AWLR (m3/detik)
Qsisa = Debit yang tersisa setelah pengambilan air (m3/detik)
Q100
= Debit banjir rencana pada kala ulang 100 tahun
Q10
= Debit banjir rencana pada kala ulang 10 tahun
Q2
= Debit banjir rencana pada kala ulang 2 tahun
Q5
= Debit banjir rencana pada kala ulang 5 tahun
Q50
= Debit banjir rencana pada kala ulang 50 tahun
13
R
= Jari-jari hidraulis (m)
Reff
= Curah hujan effektif (mm/hari)
Rn
= Radiasi netto (mm/hari)
Rns
= Radiasi gelombang pendek (mm/hari)
Rnl
= Radiasi netto gelombang panjnag
Rs
= Radiasi gelombang pendek (mm/hari)
R50
= Curah hujan efektif 50% (mm/hari)
R80
= Curah hujan effektif 80% (mm/hari)
S
= Kebutuhan air untuk penjenuhan ditambah dengan lapisan air (mm)
Sn
= Simpangan baku terhadap n buah sampel
T
= Waktu penyiapan lahan (hari),
t
= suhu udara rata-rata bulanan (0C)
t
= Waktu (detik)
Tc
= Harga waktu ulang konsentrasi
To
= Harga awal waktu ulang konsentrasi
V
= Kecepatan aliran (m/detik)
W
= Faktor koreksi terhadap radiasi temperatur
WLR = Pengganti lapisan air (mm/hari)
14
X
= Curah Hujan rencana (mm)
�
X
= Curah hujan rata-rata (mm)
γ
= Berat isi tanah (T/m3)
15
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Menentukan Variable Standart yang besarnya
tergantung pada G
20
Tabel 2.2.
Nilai Reduce Variate berdasarkan banyak tahun
21
Tabel 2.3.
Nilai Reduce Variate sebagai fungsi balik waktu
22
Tabel 2.4.
Nilai Kritis Untuk Distribusi Chi-Kuadrat
23
Tabel 2.5.
Nilai Kritis Do Untuk Uji Smirnov – Kolmogorov
26
Tabel 2.6.
Nilai Ka dan Kp
31
Tabel 3.1.
Data Curah Hujan Stasiun Bangun Bandar, Silinda,
Gunung Monako
46
Tabel 3.2.
Kondisi Iklim Bulanan Sei Belutu
47
Tabel 3.3.
Kondisi Bangunan Irigasi Sei Belutu
57
Tabel 4.1.
Tabel Curah Hujan Setengan Bulanan Stasiun
Bangun Bandar, dan Gunung Monako
56
Tabel 4.2.
Data Curah Hujan Rata-rata
57
Tabel 4.3.
Perhitungan Curah Hujan Efektif
58
Tabel 4.4.
Data Evapotranspirasi D.I. Sei Belutu
59
Tabel 4.5.
Radiasi Ekstra terrestrial (Ra), mm/hari
60
Tabel 4.6.
Pengaruh Suhu Udara Pada Panjang Gelombang
Radiasi f(T)
60
Tabel 4.7.
Tekanan Uap Jenuh (ea), mbar
60
Tabel 4.8.
Harga Faktor Berat (B)
60
Tabel 4.9.
Rekapitulasi Harga Eto
61
Tabel 4.10.
Koefisien Tanaman Menurut Penman Modifikasi FAO
64
Tabel 4.11.
Analisis Kebutuhan Air Selama Penyiapan Lahan (LP)
66
Tabel 4.12.
Pola Tanam Alternatif I (Tanam September I)
68
Tabel 4.13.
Pola Tanam Alternatif II (Tanam September II)
68
Tabel 4.14.
Pola Tanam Alternatif III (Tanam Oktober I)
69
16
Tabel 4.15.
Debit Tengah Bulanan di Lokasi AWLR (Pekan Selasa)
70
Tabel 4.16.
Debit Tengah Bulanan Catchment Area Sei Belutu
70
Tabel 4.17.
Analisa Debit Andalan Sei Belutu
71
Tabel 4.18.
Neraca Air Alternatif I
72
Tabel 4.19.
Neraca Air Alternatif II
72
Tabel 4.20.
Neraca Air Alternatif III
72
Tabel 4.21.
Luas Area yang Dapat Diari
73
Tabel 4.22.
Tabel Saluran Daerah Irigasi Sei Belutu
77
Tabel 4.23.
Data Curah Hujan Stasiun Bangun Bandar, Silinda,
Gunung Monako
88
Tabel 4.24.
Data Curah Hujan Maksimum
89
Tabel 4.25.
Statistik Sebaran Normal
90
Tabel 4.26.
Statistik Sebaran Log Normal
92
Tabel 4.27.
Kesesuaian data curah hujan terhadap jenis sebaran
94
Tabel 4.28.
Pengurutan data curah hujan dari besar ke kecil
95
Tabel 4.29.
Tabel batas Kelas Distribusi Gumbel
97
Tabel 4.30.
Perhitungan Nilai χ2 untuk Distribusi Gumbel
97
Tabel 4.31.
Probabilitas Hujan Periode Ulang Distribusi Gumbel
98
Tabel 4.32.
Harga Koefisien α
Tabel 4.33.
Perkiraan Intensitas Hujan Harian Menurut Melchior
100
Tabel 4.34.
Perhitungan harga Qo
102
Tabel 4.35.
Perhitungan Debit Banjir Melchior
102
Tabel 4.36.
Data Debit Banjir Rencana dan Muka Air Sungai
103
Tabel 4.37.
Hasil Perhitungan Debit Banjir Rencana dan Muka
Air Sungai
Tabel 4.38.
Tabel 4.39.
99
104
Tabel Koordinat dan Input Dimensi Pembagian
Pias Bendung
107
Rekapitulasi Gaya Akibat Berat Bendung dan Gempa
108
17
Tabel 4.40.
Rembesan dan Tekanan Air (Lane) Pada Kondisi
Normal
Tabel 4.41.
109
Rembesan dan Tekanan Air (Lane) Pada Kondisi Banjir
Rencana
111
Tabel 4.42.
Perhitungan Gaya Pada Kondisi Normal
112
Tabel 4.43.
Perhitungan Gaya Pada Kondisi Banjir Rencana
113
Tabel 4.44.
Parameter Keamanan Struktur
116
Tabel 4.45.
Rekapitulasi Analisis Stabilitas Struktur Bendung
123
18
KABUPATEN SERDANG BERDAGAI
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
pendidikan sarjana teknik sipil
Disusun Oleh:
POSMA NIKOLAS HUTABARAT
09 0404 054
Dosen Pembimbing
Ir. MAKMUR GINTING, M.Sc.
NIP. 19551201 198103 1005
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
1
ABSTRAK
Bendung merupakan bangunan air sangat penting untuk menunjang
kebutuhan air irigasi terlebih lagi program pemerintah yang ingin mewujudkan
swasembada pangan di Indonesia. Bendung Daerah Irigasi Belutu yang terletak di
Kabupaten Serdang Berdagai, Provinsi Sumatera Utara, diproyeksikan mampu
mengairi Daerah Irigasi Belutu seluas 5.032 Ha.
Evaluasi rancangan bendung pada penelitian ini sendiri mencakup evaluasi
secara hidraulis maupun struktur. Evaluasi secara hidraulis mencakup kebutuhan
air irigasi. Dan evaluasi secara struktur mencakup analisa stabilitas bendung
tersebut.
Dalam pengerjaan tugas akhir ini menggunakan data primer berupa
pengamatan langsung di lapangan guna mengetahui kondisi di lapangan, dan data
sekunder berupa Detail Engineering Design Bendung Daerah Irigasi Sei Belutu,
dan data curah hujan, juga melakukan studi pustaka dari buku maupun jurnal
ilmiah. Parameter evaluasi sendiri diambil dari Kriteria Perencanaan (KP – 02 dan
KP – 06) yang telah ditetapkan oleh Departemen Pekerjaan Umum.
Dari hasil evaluasi secara hidraulis didapat bahwa kebutuhan air irigasi
Daerah Irigasi Belutu sebesar 1,67 Liter/detik/Ha, dengan kebutuhan total irigasi
sebesar 10.085 Liter/detik. Secara struktur, Bendung Daerah Irigasi Belutu pada
saat debit normal tanpa gempa, memiliki angka keamanan terhadap guling (Fg)
2,35, angka keamanan terhadap daya dukung tanah (σ) 8,93 T/m2,dan angka
keamanan terhadap geser (Fs) 4,86. Pada kondisi gempa, memiliki angka
keamanan terhadap guling (Fg) 1,75, angka keamanan terhadap daya dukung
tanah (σ) 12,03 T/m2,dan angka keamanan terhadap geser (Fs) 2,02. Pada saat
debit banjir rencana, kondisi tanpa gempa, memiliki angka keamanan terhadap
guling (Fg) 3,9, angka keamanan terhadap daya dukung tanah (σ) 11,05 T/m2, dan
angka keamanan terhadap geser (Fs) 2,61. Pada kondisi gempa, memiliki angka
keamanan terhadap guling (Fg) 2,52, angka keamanan terhadap daya dukung
tanah (σ) 14,49 T/m2, dan angka keamanan terhadap geser (Fs) 2,49.
Kata Kunci : Bendung, Kebutuhan Air Irigasi, Debit Banjir Rencana, Stabilitas
2
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan yang Maha Esa segala
Kasih, Pertolongan dan rahmat-Nya yang telah memberikan kesehatan dan hikmat
kepada penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan
waktu yang direncanakan.
Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah “Evaluasi Rancangan Bendung
Daerah Irigasi Belutu Kabupaten Serdang Berdagai”. Tugas Akhir ini disusun
sebagai salah satu syarat menempuh jenjang pendidikan strata satu (S-1) pada
Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari
dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis
ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa
pihak yang berperan penting yaitu :
1. Bapak Prof. Dr.Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen
Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Makmur Ginting, M.Sc. selaku dosen pembimbing yang
telah memberikan begitu banyak ilmu yang tak ternilai harganya serta
masukan-masukan, tenaga, pikiran yang dapat membimbing penulis
sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M.Sc. selaku Koordinator Bidang Studi Teknik
Sumber Daya Air Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak/Ibu Dosen Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan banyak sekali ilmu
yang bermanfaat selama penulis menempuh pendidikan di Departemen
Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak/Ibu Staf TU Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,
Universitas, Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dalam
proses administrasi.
3
7. Papa, Drs. T. Hutabarat dan Mama, Roida Adriana Sihombing, karena
tidak henti-hentinya memberikan doa dan dorongan kepada penulis
dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Juga kepada kakak-kakak
tersayang Katherine Magdalena Hutabarat, A.Md.; Sylvia Margareth
Hutabarat, S.T.; dan Lady Patricia Hutabarat, S.T.
8. Balai Wilayah Sungai karena telah memberikan fasilitas berupa data
kepada penulis.
9. Rekan-rekan bidang studi Teknik Sumber Daya Air, Ucok yang telah
menemani ke lokasi proyek, Ronaldianshah, Adi, Saddam, Rozi, Beib,
Les, Asa, Master Khairun, Legend, dan teman-teman lainnya yang
tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
10. Teman-teman sesama Sipil 09, Rag, Tong, Bos, Bere, Sahala Chong
Wei, Pal, Jupin, Junai, Odoy Latiffah, Dewi, Ersa, Su, Chaim, Bram,
Jimmy, Rian, Ryan, Gendut, Agus, Grandong, Tambak Dovakihn,
Arab, Apis, Bambang dan teman-teman lainnya yang tidak bisa penulis
sebutkan satu persatu.
11. Abang mahasiswa stambuk 2006, Erick, Mueq, Paul, Ray, dan lainnya.
Juga kepada adik-adik stambuk 2012, Mayan dan Acong atas
dukungannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak jauh dari
sempurna, maka dari segala saran, masukan dan kritikan yang sifatnya
membangun akan penulis terima dengan tangan terbuka demi perbaikan tugas
akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan berharap semoga
Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua.
Medan,
September 2015
Penulis,
Posma Nikolas Hutabarat
4
DAFTAR ISI
ABSTRAK..........................................................................................
i
KATA PENGANTAR.......................................................................
ii
DAFTAR ISI.......................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR.........................................................................
vii
DAFTAR NOTASI............................................................................
viii
DAFTAR TABEL.............................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN.................................................................
1
1.1. Latar Belakang.................................................................
1
1.2. Perumusan Masalah.........................................................
2
1.3. Tujuan Penelitian ............................................................
3
1.4. Manfaat Penelitian ..........................................................
3
1.5. PembatasanMasalah ........................................................
4
1.6. Metode Penelitian ...........................................................
4
1.7. Kerangka Penelitian ........................................................
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA......................................................
8
2.1. Sungai..............................................................................
8
2.1.1. Definisi Sungai ......................................................
8
2.1.2. Daerah Aliran Sungai (DAS).................................
9
2.2. Banjir ...............................................................................
10
2.3. Curah Hujan Rata-rata Suatu Daerah...............................
13
2.4. Analisis Frekuensi............................................................
16
2.5. Analisis Hujan Rencana ..................................................
18
2.6. Uji Kecocokan .................................................................
22
2.6.1. Uji Chi Kuadrat ...............................................
22
2.6.2. Uji Smirnov-Kolmogorov ................................
24
2.7. Banjir Rencana ................................................................
26
2.7.1. Metode Melchior ..............................................
26
2.7.2. Metode Hasper ................................................
27
2.8. Bendung Pelimpah ..........................................................
28
2.8.1. Pemilihan Lokasi Bendung...............................
28
5
2.8.2. Elevasi crest.......................................................
30
2.8.3. Lebar Bendung..................................................
30
2.8.4. Mercu Bendung ................................................
32
2.8.5. Peredam Energi ................................................
32
2.8.6. Bangunan Pengambilan ....................................
33
2.8.7. Bangunan Penguras ..........................................
36
2.8.8. Kantong Lumpur...............................................
36
2.8.9. Bangunan Pembilas ..........................................
39
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.......................................
42
3.1. Metode Dan Tahapan Penelitian......................................
42
3.2. Hasil Studi Lapangan ......................................................
46
3.2.1. Data Sungai Belutu ...........................................
46
3.2.1.1. Kondisi Hidrologi.................................
46
3.2.1.2. Kondisi Klimatologi.............................
47
3.2.1.3. Kondisi Watershed Sungai Belutu........
47
3.2.2. Bendung Daerah Irigasi Sei Belutu ..................
49
3.2.2.1. Tipe Bendung Daerah Irigasi Sei Belutu
49
3.2.2.2. Lokasi Bendung ...................................
54
3.2.3. Sistem Jaringan Irigasi Daerah Irigasi Sei Belutu
55
BAB IV ANALISIS DAN PERHITUNGAN..................................
58
4.1. Analisis Data Curah Hujan..............................................
58
4.2. Curah Hujan Efektif.........................................................
59
4.3. Evapotranspirasi...............................................................
61
4.4. Analisis Kebutuhan Air Irigasi.........................................
64
4.4.1. Curah Hujan Efektif..........................................
65
4.4.2. Perkolasi dan Infiltrasi.......................................
65
4.4.3. Penggantian Lapisan Air ..................................
65
4.4.4. Pemakaian Konsumtif.......................................
65
4.4.5. Efisiensi Irigasi..................................................
66
4.4.6. Penyiapan Lahan...............................................
67
4.4.7. Pola Tanam .......................................................
69
4.5. Analisis Debit Andalan.........................................
71
6
4.6. Neraca Air.............................................................
73
4.7. Ketinggian Mercu Bendung Sei Belutu...............
75
4.8. Debit Bangunan Pengambilan..............................
77
4.9. Saluran Daerah Irigasi Sei Belutu........................
78
4.10. Analisis Banjir Rencana.....................................
89
4.10.1. Analisis Data Curah Hujan....................
90
4.10.2. Pengujian Chi Kuadrat ..........................
97
4.10.3. Metode Melchior....................................
100
4.10.4. Perhitungan Tinggi Muka Air Maksimum
105
4.11. Menghitung Ketinggian Air di Atas Mercu.......
107
4.12. Analisis Stabilitas Bendung Sei Belutu..............
108
4.12.1. Komponen Gaya Akibat Berat Sendiri..
109
4.12.2. Komponen Gaya Uplift Pressure...........
111
4.12.3. Komponen Gaya Akibat Tekanan Air....
114
4.12.4. Daya Dukung Tanah..............................
116
4.13. Rekapitulasi Stabilitas Struktur..........................
117
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN............................................
126
5.1. Kesimpulan............................................................
126
5.2. Saran.....................................................................
128
7
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1.
Diagram Alir Penelitian
6
Gambar 2.1.
Penampang Melintang Sungai
9
Gambar 2.2.
Hitungan Hujan Dengan Metode Thiessen
15
Gambar 2.3.
Peredam Energi Tipe Tenggelam
32
Gambar 3.1.
Diagram Alir Penelitian
44
Gambar 3.2.
Situasi Watershed Daerah Irigasi Belutu
47
Gambar 3.3.
Potongan Memanjang dan Melintang Bendung Belutu
52
Gambar 3.4.
Lokasi Bendung Terpilih
52
Gambar 3.5.
Situasi dan Inventori Layout D.I. Belutu
53
Gambar 4.1.
Diagram Curah Hujan Rata-rata
57
Gambar 4.2.
Diagram Evapotranspirasi Bulanan dan Harian
61
Gambar 4.3.
Peta Situasi Rencana Bendung, dan Intake
73
Gambar 4.4.
Contoh Saluran Terbuka Irigasi
76
Gambar 4.5.
Skematik Saluran Daerah Irigasi Sei Belutu
87
Gambar 4.6.
Grafik Curah Hujan Stasiun Bangun Bandar, Silinda,
Gunung Monako
89
Gambar 4.7.
Grafik Luas Curah Hujan Melchior
101
Gambar 4.8.
Pembagian Pias Bendung
107
Gambar 4.9.
Pembagian Pias Akibat Gaya Bendung Pada
Kondisi Normal
112
Gambar 4.10. Pertambahan Gaya Pada Kondisi Banjir Rencana
113
Gambar 4.11. Pertambahan Gaya Pada Kondisi Banjir Rencana
113
8
DAFTAR NOTASI
α
= Harga Koefisien tanah penutup
A
= Luas areal irigasi (Ha)
Ab
= Luas catchment di lokasi yang ditinjau (Km2)
As
= Luas catchment di lokasi AWLR (Km2)
a
= Panjang sumbu panjang (Km)
B
= Harga faktor berat
b
= Lebar dasar saluran
b
= Panjang sumbu pendek (Km)
Bt
= Lebar bendung (m)
Be
= Lebar efektif bendung (m)
χ2
= Chi kuadrat
c
= Koefisien tanaman
Cb
= Harga koefisien rembesan Blight’s
Cw
= Harga koefisiean rembesan Lane’s
Cd
= Koefisien debit
C0
= Koefisien debit yang merupakan fungsi dari H1/r
C1
= Koefisien debit yang merupakan fungsi dari P/ H1
9
C2
= Koefisien debit yang merupakan fungsi dari P/ H1 dan kemiringan hulu
CH
= Curah hujan (mm)
Ck
= Koefisien Kurtosis
Cs
= Koefisien Skewnes
Cv
= Koefisien variasi
DR
= Kebutuhan air untuk irigasi (l/dt/ha)
ΔH
= variasi tinggi muka air di jaringan utama di hulu bangunan sadap tersier
e
= Efisiensi Irigasi
e
= Nilai eksentristitas
Eloss = Kehilangan akibat evporasi (mm3/hari)
E
= Evaporasi (mm/hari)
Ea
= Tegangan aktif (Ton)
Ep
= Tegangan pasif (Ton)
Et
= Evapotranspirasi (mm/hari)
Etc
= Penggunaan konsumtif (mm/hari)
Eto
= Evapotranspirasi acuan (mm/hari)
Eo
= Evaporasi air terbuka (mm/hari)
ea
= Tekanan uap jenuh (mbar)
10
ed
= Tekanan uap nyata (mbar)
f(u)
= Fungsi pengaruh kecepatan angin (km/hari)
f(ed)
= Fungsi tekanan uap nyata
f(n/N) = Fungsi rasio lama penyinaran
f(T’)
= Fungsi temperatur
F
= Luas Elips Melchior (Km2)
g
= Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)
H
= Ketinggian mercu bendung (m)
h
= Tingggi muka air (m)
hc
= Kedalaman air kritis (m)
hf
= Kehilangan tinggi energi (m)
h100
= kedalaman air rencana di saluran primer atau sekunder padà bangunan
sadap (m)
H100
= Tinggi muka air pada debit banjir rencana kala ulang 100 tahun (m)
I
= Kemiringan rata-rata saluran
Ir
= Kebutuhan air irigasi di tingkat persawahan (mm/hari)
K
= Koefisien kekasaran saluran (m1/3/detik)
K
= Koefisien reduksi untuk periode ulang
11
Ka
= Koefisien konstraksi pangkal bendung
Ka
= Koefisien tegangan aktif
Kh
= Koefisien gempa
Kp
= Koefisien konstraksi pilar
Kp
= Koefisien tegangan pasif
L
= Panjang bendung; panjang saluran (m)
Lp
= Masa penyiapan lahan (hari)
M
= Kebutuhan air untuk mengganti kehilangan akibat evaporasi dan
perkolasi di sawah yang sudah dijenuhkan (mm/hari)
m
= Kemiringan talud
Ma
= Momen aktif (T.m)
Mg
= Momen guling (T.m)
Mp
= Momen pasif (T.m)
Mt
= Momen Tahan (T.m)
n
= Banyaknya pengamatan
n
= Perbandingan lebar saluran terhadap tinggi muka air
NFR
= Kebutuhan air irigasi di sawah (mm/hari)
n/N
= Rasio lama penyinaran
12
N
= Lama penyinaran maksimum
Φ
= Sudut geser tanah (°)
P
= Keliling basah (m)
P
= Perkolasi (mm/hari)
%Lose = Persentasi air yang hilang akibat kebutuhan air irigasi (%)
Q
= Debit aliran (m3/detik)
q
= Perbandingan debit persatuan luas
Qa
= Tegangan maksimum izin (T/m2)
Qu
= Tegangan maksimum batas (T/m2)
Qmax = Debit maksimum yang dapat ditampung di saluran
Qb
= Debit di lokasi bendung (m3/detik)
Qs
= Debit di lokasi AWLR (m3/detik)
Qsisa = Debit yang tersisa setelah pengambilan air (m3/detik)
Q100
= Debit banjir rencana pada kala ulang 100 tahun
Q10
= Debit banjir rencana pada kala ulang 10 tahun
Q2
= Debit banjir rencana pada kala ulang 2 tahun
Q5
= Debit banjir rencana pada kala ulang 5 tahun
Q50
= Debit banjir rencana pada kala ulang 50 tahun
13
R
= Jari-jari hidraulis (m)
Reff
= Curah hujan effektif (mm/hari)
Rn
= Radiasi netto (mm/hari)
Rns
= Radiasi gelombang pendek (mm/hari)
Rnl
= Radiasi netto gelombang panjnag
Rs
= Radiasi gelombang pendek (mm/hari)
R50
= Curah hujan efektif 50% (mm/hari)
R80
= Curah hujan effektif 80% (mm/hari)
S
= Kebutuhan air untuk penjenuhan ditambah dengan lapisan air (mm)
Sn
= Simpangan baku terhadap n buah sampel
T
= Waktu penyiapan lahan (hari),
t
= suhu udara rata-rata bulanan (0C)
t
= Waktu (detik)
Tc
= Harga waktu ulang konsentrasi
To
= Harga awal waktu ulang konsentrasi
V
= Kecepatan aliran (m/detik)
W
= Faktor koreksi terhadap radiasi temperatur
WLR = Pengganti lapisan air (mm/hari)
14
X
= Curah Hujan rencana (mm)
�
X
= Curah hujan rata-rata (mm)
γ
= Berat isi tanah (T/m3)
15
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Menentukan Variable Standart yang besarnya
tergantung pada G
20
Tabel 2.2.
Nilai Reduce Variate berdasarkan banyak tahun
21
Tabel 2.3.
Nilai Reduce Variate sebagai fungsi balik waktu
22
Tabel 2.4.
Nilai Kritis Untuk Distribusi Chi-Kuadrat
23
Tabel 2.5.
Nilai Kritis Do Untuk Uji Smirnov – Kolmogorov
26
Tabel 2.6.
Nilai Ka dan Kp
31
Tabel 3.1.
Data Curah Hujan Stasiun Bangun Bandar, Silinda,
Gunung Monako
46
Tabel 3.2.
Kondisi Iklim Bulanan Sei Belutu
47
Tabel 3.3.
Kondisi Bangunan Irigasi Sei Belutu
57
Tabel 4.1.
Tabel Curah Hujan Setengan Bulanan Stasiun
Bangun Bandar, dan Gunung Monako
56
Tabel 4.2.
Data Curah Hujan Rata-rata
57
Tabel 4.3.
Perhitungan Curah Hujan Efektif
58
Tabel 4.4.
Data Evapotranspirasi D.I. Sei Belutu
59
Tabel 4.5.
Radiasi Ekstra terrestrial (Ra), mm/hari
60
Tabel 4.6.
Pengaruh Suhu Udara Pada Panjang Gelombang
Radiasi f(T)
60
Tabel 4.7.
Tekanan Uap Jenuh (ea), mbar
60
Tabel 4.8.
Harga Faktor Berat (B)
60
Tabel 4.9.
Rekapitulasi Harga Eto
61
Tabel 4.10.
Koefisien Tanaman Menurut Penman Modifikasi FAO
64
Tabel 4.11.
Analisis Kebutuhan Air Selama Penyiapan Lahan (LP)
66
Tabel 4.12.
Pola Tanam Alternatif I (Tanam September I)
68
Tabel 4.13.
Pola Tanam Alternatif II (Tanam September II)
68
Tabel 4.14.
Pola Tanam Alternatif III (Tanam Oktober I)
69
16
Tabel 4.15.
Debit Tengah Bulanan di Lokasi AWLR (Pekan Selasa)
70
Tabel 4.16.
Debit Tengah Bulanan Catchment Area Sei Belutu
70
Tabel 4.17.
Analisa Debit Andalan Sei Belutu
71
Tabel 4.18.
Neraca Air Alternatif I
72
Tabel 4.19.
Neraca Air Alternatif II
72
Tabel 4.20.
Neraca Air Alternatif III
72
Tabel 4.21.
Luas Area yang Dapat Diari
73
Tabel 4.22.
Tabel Saluran Daerah Irigasi Sei Belutu
77
Tabel 4.23.
Data Curah Hujan Stasiun Bangun Bandar, Silinda,
Gunung Monako
88
Tabel 4.24.
Data Curah Hujan Maksimum
89
Tabel 4.25.
Statistik Sebaran Normal
90
Tabel 4.26.
Statistik Sebaran Log Normal
92
Tabel 4.27.
Kesesuaian data curah hujan terhadap jenis sebaran
94
Tabel 4.28.
Pengurutan data curah hujan dari besar ke kecil
95
Tabel 4.29.
Tabel batas Kelas Distribusi Gumbel
97
Tabel 4.30.
Perhitungan Nilai χ2 untuk Distribusi Gumbel
97
Tabel 4.31.
Probabilitas Hujan Periode Ulang Distribusi Gumbel
98
Tabel 4.32.
Harga Koefisien α
Tabel 4.33.
Perkiraan Intensitas Hujan Harian Menurut Melchior
100
Tabel 4.34.
Perhitungan harga Qo
102
Tabel 4.35.
Perhitungan Debit Banjir Melchior
102
Tabel 4.36.
Data Debit Banjir Rencana dan Muka Air Sungai
103
Tabel 4.37.
Hasil Perhitungan Debit Banjir Rencana dan Muka
Air Sungai
Tabel 4.38.
Tabel 4.39.
99
104
Tabel Koordinat dan Input Dimensi Pembagian
Pias Bendung
107
Rekapitulasi Gaya Akibat Berat Bendung dan Gempa
108
17
Tabel 4.40.
Rembesan dan Tekanan Air (Lane) Pada Kondisi
Normal
Tabel 4.41.
109
Rembesan dan Tekanan Air (Lane) Pada Kondisi Banjir
Rencana
111
Tabel 4.42.
Perhitungan Gaya Pada Kondisi Normal
112
Tabel 4.43.
Perhitungan Gaya Pada Kondisi Banjir Rencana
113
Tabel 4.44.
Parameter Keamanan Struktur
116
Tabel 4.45.
Rekapitulasi Analisis Stabilitas Struktur Bendung
123
18