Perhitungan Debit dan Luas Genangan Banjir Sungai Babura
PERHITUNGAN DEBIT DAN LUAS GENANGAN BANJIR SUNGAI BABURA TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil
Disusun oleh : DAS Babura adalah sungai yang merupakan cabang dari Sungai Deli. Sungai Babura terbentang sepanjang 36,570 km, dari daerah kawasan Sibolangit hingga Kota Medan. Luas catchment area sungai Babura hingga pertemuan
memberikan manfaat bagi masyarakat terutama Kota Medan, namun seringkali juga mendatangkan bencana, yaitu banjir yang setiap tahun terjadi. Banjir yang terjadi di Kota Medan salah satu kemungkinannya diakibatkan oleh adanya perubahan tataguna lahan di daerah hulu kawasan DAS, kesalahan dalam mengimplementasikan rencana tata ruang Kota Medan, maupun iklim ekstrim yang terjadi akhir-akhir ini.
Penelitian yang dilakukan dalam menyusun tugas akhir ini adalah menghitung debit dan luas genangan banjir sungai Babura dibagian hulu Kec. Medan Johor di titik 270 dengan interval 50 m sampai kehilir di titik 1 di Kec. Medan Barat. Dengan adanya Data primer yang diperoleh dengan cara melakukan pengamatan/ pengukuran langsung di lapangan, dan data sekunder yang diperoleh dari instansi-instansi terkait atau badan-badan tertentu yaitu data curah hujan, peta tata guna lahan dan peta topografi. Maka dari data-data tersebut dapat dihitung banjir kala ulang dengan metode Gumbel dan kemudian data tersebut diolah menjadi data grand total debit banjir menurut periode kala ulang 2, 3, 5, 10, 25, 50 dan 100 tahun sungai Babura dengan Metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu.
Berdasarkan hasil dari perhitungan debit banjir rancangan maksimum pada
3
3
bagian Penampang BB 1 diperoleh Q
25 = 221,63 m /det; Q 50 = 262,15 m /det dan
3 Q 100 = 307,46 m /det, pada bagian Penampang BB 135 diperoleh Q 25 = 216,51
3
3
3
m /det; Q
50 = 256,10 m /det dan Q 100 = 300,37 m /det, dan pada bagian
3
3 Penampang BB270 diperoleh Q 25 = 201,17 m /det; Q 50 = 237,95 m /det dan Q 100
3
= 279,08m /det. Data-data debit banjir kala ulang tersebut diselisihkan dengan kapasitas debit saluran yang dihitung dengan rumus manning untuk memperoleh debit meluap agar dapat memperhitungkan tinggi muka air dan luas genangan banjir. Pada bagian Penampang BB1 menurut periode kala ulang 25 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,24 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,36
2
3
km dan Volume banjir = 0,00027 km ; menurut periode kala ulang 50 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,45 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,38
2
3
km dan Volume banjir = 0,00033 km ; menurut periode kala ulang 100 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,67 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,38
2
3
km dan Volume banjir = 0,00039 km ; Pada bagian Penampang BB 135 menurut periode kala ulang 25 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,08 m dengan luas
2
3
genangan banjir sekitar 0,42 km dan Volume banjir = 0,00025 km menurut periode kala ulang 50 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,32 m dengan luas
2
genangan banjir sekitar 0,43 km dan Volume banjir = 0,0003; menurut periode kala ulang 100 tahun diperoleh tinggi muka air sekitar 1,56 m dengan luas
2
3
genangan banjir sekitar 0,44 km dan Volume banjir = 0,00037 km ; Pada bagian penampang BB270 menurut periode kala ulang 25 tahun diperoleh tinggi muka air
2
sekitar 0,93 m dengan luas genangan banjir sekitar 0.42 km dan Volume Banjir =
3
0,00025 km menurut periode kala ulang 50 tahun diperoleh tinggi muka air
2
3
0,00025 km ; menurut periode kala ulang 100 tahun diperoleh tinggi muka air
2
sekitar 1,23 m dengan luas genangan banjir sekitar 0,44 km dan Volume banjir =
3
0,00037 km
Kata kunci: Sungai Babura, HSS Nakayasu dan Luas Genangan Banjir Sungai Babura. iii
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih-Nya memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan, dan kesempatan kepada penulis, sehingga mampu menyelesaikan laporan tugas akhir dengan topik “ Perhitungan Debit dan Luas Genangan Banjir Sungai Babura .
Laporan tugas akhir ini disusun sebagai syarat mata kuliah Tugas Akhir bagi semester Akhir Jurusan Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini penulis memperoleh bantuan baik moril maupun materil, secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu perkenankanlah penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini terutama kepada: 1.
Bapak Prof. Dr. Ing Johannes Tarigan, selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil; 2. Bapak Dr. Ir. A. Perwira Mulia, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada saya;
3. Bapak Ir. Makmur Ginting, M.Sc, selaku dosen penguji yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada saya;
4. Bapak Ivan Indrawan,ST, MT , selaku dosen penguji yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada saya;
5. Bapak dan Ibu dosen Jurusan Teknik Sipil; 6.
Orang tua dan saudara-saudari penulis; 7. Asril Zevri ST, MT terima kasih atas saran-saran serta bantuannya dalam perhitungan dan penulisan laporan ini;
8. Teman-teman khususnya buat Arif Dermawan Pasaribu, Johannes Hutauruk, Rachmad Hidayat, Petra Andreas dan rekan-rekan mahasiswa iv
bantuanya dalam perhitungan dan penulisan laporan ini; 9.
Dan segenap pihak yang belum tersebut di sini terima kasih atas jasa- jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun
sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik, semoga Tuhan membalasnya dengan kebaikan pula.
Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis juga menyadari kemungkinan terdapat kekurangan dan khilaf. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan saran-saran dan kritikan yang dapat memperbaiki laporan ini.
Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi siapa pun yang membacanya.
Medan, April 2015 Hormat penulis: BENNY STEVEN NIM: 090424075
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK .................................................................................................................. i
KATA PENGANTAR ............................................................................................... ii
DAFTAR ISI ............................................................................................................ iv
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................... xii
DAFTAR NOTASI................................................................................................. xiii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian ........................................................................ 2
1.3 Manfaat Penelitian ...................................................................... 3
1.4 Metodologi Penelitian................................................................. 3
1.4.1 Analisis Data ………………………………………….. 4
1.5 Pembatasan Masalah…………………………………………….. 5
1.6 Sistematika Penulisan …………………………………………….. 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA......................................................................... 8
2.1 Siklus dan Proses Hidrologi ........................................................ 8
2.1.1 Siklus Hidrologi ………………………. ........................ 8
2.2 Sungai ........................................................................................ 10
2.2.1 Pengertian Sungai ……………………………………….. 10
2.2.2 Bentuk-bentuk daerah aliran sungai …………………… 11
2.3 Daerah Aliran Sungai (DAS)……………………………………… 14
2.4 Banjir ........................................................................................ 15
2.4.1 Pengertian Banjir ............................................................ 15
2.4.2 Berbagai Macam Banjir ................................................. 16
2.4.3 Tingkat Bahaya Banjir ................................................... 17
2.5 Analisis Curah Hujan Kawasan…………………………………… 18
2.5.1 Metode Aritmatik (Aljabar) ......................................... 18
2.5.2 Metode Thiessen……………………………………. ... 19
2.5.3 Metode Isohyet…………… ......................................... 20
2.6 Analisis Frekuensi ...................................................................... 20
2.6.1 Distribusi Gumbel ........................................................ 22
2.6.2 Distribusi Log Pearson Tipe III ..................................... 22
2.6.3 Distribusi Normal ………………………………………. 23
2.6.4 Metode Distribusi Log Normal ………………………. . 23
2.7 Uji kecocokan (Goodnes of fittest test)………….. ...................... 24
2.8 Intensitas Curah Hujan………….. .............................................. 25
2.9 Waktu Konsentrasi ..................................................................... 26
2.10 Analisis Debit Banjir .................................................................. 27
2.10.1 Debit Banjir…. .............................................................. 27
2.10.2 Metode Perhitungan Debit Banjir ………………………… 27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................... 34
3.1. Lokasi Penelitian ........................................................................ 34
3.2 Metodologi Pengolahan Data ...................................................... 36
3.2.1 Data Profil Sungai…. .................................................... 36
3.2.3 Uji Kecocokan (Goodness of Fittest Test) ……………… 37
3.2.4 Menganalisa Debit Banjir Rancangan dengan Metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu…………………. .. . 37
3.3 Metode Perhitungan Tinggi Muka Air Banjir dengan Menggunakan Rumus Manning dan Perhitungan Luas Genangan Banjir. .......... 38
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ......................................................... 41
4.1. Kondisi DAS Babura .................................................................. 41
4.2 Perhitungan Data Curah Hujan Kawasan ………………… ........ 41
4.3 Perhitungan Koefisien Pengaliran Sungai Babura…. .................. 45
4.4 Perhitungan Frekuensi Curah hujan Kala Ulang…. ..................... 47
4.4.1 Metode Distribusi Gumbel…………………………….. 48
4.4.2 Metode Distribusi Log Pearson Tipe III…………….. .... 49
4.4.3 Metode Distribusi Normal…………………………….. . 50
4.4.4 Metode Distribusi Log Normal……………………….... 51
4.5 Uji Kecocokan (Godness of Fit test) ………………… ............... 53
4.6 Debit Banjir Rancangan Metode Hidrograf Sintetik Nakayasu Sungai Babura……………………………………………………… 54
4.7 Perhitungan Kapasitas Debit Saluran dan Lebar Genangan ......... 76
4.7.1 Pada bagian penampang BB 270 ..........………………. 76
4.7.2 Pada bagian penampang BB 108 ……...….…………… 82
4.7.3 Pada bagian penampang BB 1. ……… ………………… 88
4.8. Perhitungan Luas Genangan Banjir ............................................. 94
penampang BB 135 ......................................................... 94
4.9.1. Periode Ulang Q
penampang BB 1 ............................................................. 101
50 diantara Bagian Penampang BB 135 ke
4.9.4. Periode Ulang Q
penampang BB 135 ......................................................... 100
50 diantara Bagian Penampang BB 270 ke
4.9.3. Periode Ulang Q
penampang BB 1 ............................................................. 100
25 diantara Bagian Penampang BB 135 ke
4.9.2. Periode Ulang Q
diantara Bagian Penampang BB 270 ke penampang BB 135 ......................................................... 100
25
4.9. Perhitungan Volume Banjir ........................................................ 100
4.8.2. Periode Ulang Q
4.8.6. Periode Ulang Q 100 diantara Bagian Penampang BB 135 ke penampang BB 1 ............................................................. 99
diantara Bagian Penampang BB 270 ke penampang BB 135 ......................................................... 98
100
4.8.5. Periode Ulang Q
penampang BB 1 ............................................................. 97
50 diantara Bagian Penampang BB 135 ke
4.8.4. Periode Ulang Q
penampang BB 135 ......................................................... 96
50 diantara Bagian Penampang BB 270 ke
4.8.3. Periode Ulang Q
penampang BB 1 ............................................................. 95
25 diantara Bagian Penampang BB 135 ke
4.9.5. Periode Ulang Q 100 diantara Bagian Penampang BB 270 ke penampang BB 135 ......................................................... 101
penampang BB 1 ............................................................. 101
4.9. Perhitungan Tinggi Muka air dengan Menggunakan Autocad ..... 102
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 111
5.1. Kesimpulan ................................................................................ 111
5.2 Saran .......................................................................................... 112
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 114
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1: Bagan alir penelitian ……………… ...................................................
6 Gambar 2.1: Proses siklus hidrologi .........................................................................
9 Gambar 2.2: DAS bentuk memanjang ...................................................................... 12 Gambar 2.3: DAS bentuk radial ............................................................................... 12 Gambar 2.4: DAS bentuk paralel .............................................................................. 13 Gambar 2.5: DAS bentuk komplek ........................................................................... 13 Gambar 2.6: Aljabar ................................................................................................. 19 Gambar 2.7: Polygon Thiessen ................................................................................. 19 Gambar 2.8: Metode Isohyet .................................................................................... 20 Gambar 2.9: Kurva Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu ........................................... 32 Gambar 3.1: Peta Lokasi Penelitian .......................................................................... 35 Gambar 3.2: Contoh Kapasitas debit saluran ............................................................ 38 Gambar 3.3: Contoh Kapasitas debit meluap ............................................................ 39 Gambar 3.4: Contoh Luas Genangan Banjir ............................................................. 40 Gambar 4.1: Polygon Thiessen DAS Babura ............................................................ 43 Gambar 4.2: Peta Rencana Tata Ruang Kota Medan................................................. 46 Gambar 4.3: Grafik Metode Gumbel ........................................................................ 48 Gambar 4.4: Grafik Metode Log Pearson Tipe III ................................................... 49 Gambar 4.5: Grafik Metode Distribusi Normal ......................................................... 50 Gambar 4.6: Grafik Metode Distribusi Log Normal ................................................. 51 Gambar 4.7: Grafik Resume Frekuensi Curah Hujan Kala Ulang DAS Babura ......... 52 Gambar 4.8: Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu bagian Hilir ...................... 57 Gambar 4.9: Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Menurut Periode Ulang di bagian Hilir Sungai Babura .............................................................. 61 Gambar 4.10: Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu bagian Tengah .................. 64
di bagian Tengah Sungai Babura .......................................................... 68 Gambar 4.12: Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu bagian Hulu ...................... 71 Gambar 4.13: Grafik Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Menurut Periode Ulang di bagian Hulu Sungai Babura .............................................................. 75 Gambar 4.14: Penampang Saluran Dibagian Tengah (BB270) .................................... 76 Gambar 4.15: Debit Tergenang Q
25 di bagian Tengah ( BB 270) ................................ 77
Gambar 4.16: Debit Tergenang Q
50 di bagian Tengah ( BB 270) ................................ 79
Gambar 4.17: Debit Tergenang Q 100 di bagian Tengah ( BB 270) ............................... 80 Gambar 4.18: Penampang Saluran di Bagian Tengah (BB 135) .................................. 82 Gambar 4.19: Debit Tergenang Q di bagian Tengah (BB 135) ................................. 83
25 Gambar 4.20: Debit Tergenang Q 50 di bagian Tengah (BB 135) ................................. 85
Gambar 4.21: Debit Tergenang Q 100 di Bagian Tengah (BB135) ................................ 86 Gambar 4.22: Penampang Saluran di Bagian Hilir (BB 1) .......................................... 88 Gambar 4.23: Debit Tergenang Q di Bagian Hilir (BB1) .......................................... 89
25 Gambar 4.24: Debit Tergenang Q 50 di Bagian Hilir (BB1) .......................................... 91
Gambar 4.25: Debit Tergenang Q 100 di Bagian Hilir (BB1) ........................................ 92 Gambar 4.26: Luas genangan Q diantara Penampang BB 270 ke BB 135 ................. 94
25 Gambar 4.27: Luas genangan Q 25 diantara Penampang BB 135 ke BB 1 .................... 95
Gambar 4.28: Luas genangan Q
50 diantara Penampang BB 270 ke BB 135 ................. 96
Gambar 4.29: Luas genangan Q diantara Penampang BB 135 ke BB 1 .................... 97
50 Gambar 4.30: Luas genangan Q 100 diantara Penampang BB 270 ke BB 135 ............... 98
Gambar 4.31: Luas genangan Q 100 diantara Penampang BB 135 ke BB 1 ................... 99 Gambar 4.32: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q 25tahun di penampang BB 270 ..... 102 Gambar 4.33: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q 50tahun di penampang BB 270 ..... 103 Gambar 4.34: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q 100tahun di penampang BB 270 .... 104 Gambar 4.35: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q 25tahun di penampang BB 135 ..... 105
Gambar 4.36: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q di penampang BB 135 ..... 106 Gambar 4.37: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q 100tahun di penampang BB 135 .... 107 Gambar 4.38: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q 25tahun di penampang BB 1 ......... 108 Gambar 4.39: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q 50tahun di penampang BB 1 ......... 109 Gambar 4.40: Perhitungan Tinggi Muka air Banjir Q 100tahun di penampang BB 1 ........ 110
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1: Tingkat Bahaya Banjir ......................................................................... 18 Tabel 2.2: Tabel Nilai
∆ Kritis Smirnov-Kolmogrov (Kamiana, 2011) ................ 25 Tabel 4.1: Data Curah Hujan Bulanan dan Harian Maksimum (mm)..................... 42 Tabel 4.2: Luas areal pengaruh stasiun hujan Daerah Aliran Sungai Babura ......... 44 Tabel 4.3: Nilai Koefisien Pengaliran Sungai Babura............................................ 45 Tabel 4.4: Tabel Ranking Curah Hujan Regional Harian Maksimum (mm) .......... 47 Tabel 4.5: Hasil Perhitungan dengan Metode Gumbel .......................................... 48 Tabel 4.6: Hasil Pehitungan Metode Log Pearson Tipe III .................................... 49 Tabel 4.7: Hasil Perhitungan Metode Distribusi Normal ....................................... 50 Tabel 4.8: Hasil Perhitungan Metode Distribusi Log Normal ................................ 51 Tabel 4.9: Resume Perhitungan Frekuensi Curah Hujan Kala Ulang DAS
Babura ................................................................................................. 52 Tabel 4.10: Uji Distribusi Frekuensi Curah Hujan Kala Ulang DAS Babura ........... 53 Tabel 4.11: Persamaan Lengkung Hidrograf Nakayasu ........................................... 56 Tabel 4.12: Distribusi Curah Hujan Rencana Sungai Babura bagian Hilir ............... 58 Tabel 4.13: Perhitungan Hidrograf Satuan (UH) pada bagian Hilir ......................... 59 Tabel 4.14: Total Debit Menurut Periode Kala Ulang pada bagian Hilir ................. 60 Tabel 4.15: Distribusi Curah Hujan Rencana Sungai Babura bagian Tengah ........... 65 Tabel 4.16: Perhitungan Hidrograf Satuan (UH) pada bagian Tengah ..................... 66 Tabel 4.17: Total Debit Menurut Periode Kala Ulang pada bagian Tengah ............. 67 Tabel 4.18: Distribusi Curah Hujan Rencana Sungai Babura bagian Hulu............... 72 Tabel 4.19: Perhitungan Hidrograf Satuan (UH) pada bagian Tengah ..................... 73 Tabel 4.20: Total Debit Menurut Periode Kala Ulang pada bagian Tengah ............. 74
DAFTAR NOTASI
A= Aliran dasar (m
/det)
3
Q p = Debit puncak (m
/det)
3
Q n = Debit pada saat jam ke n (m
/det)
3
Q i = Total debit banjir pada jam ke i akibat limpasan hujan efektif (m
/det)
3
Q b
= Luas penampang basah/daerah (m
/det)
3
K = Variabel standar untuk R yang besarnya tergantung dari nilai G K T = Faktor frekuensi L = Jarak penampang/panjang saluran (m) n = Angka kekasaran manning untuk kondisi tanah P = Keliling basah (m) Q = Debit saluran (m
= Hujan efektif (mm)
i netto
= Intensitas curah hujan dengan periode ulang T tahun
I T
b = Lebar penampang basah (m) C = Tetapan (0,40) C = Konsentrasi aliran sungai (mg/I) D = Kedalaman (m) G = Koefisien kemencengan h = Tinggi penampang basah (m) I = Kemiringan dasar sungai
)
2
/km
2
q = Besar aliran larutan garam (l/det) R = Curah hujan rata-rata wilayah R el = Hujan rencana efektif jam ke 1 (mm/jam) r = jari-jari hidraulis (m)
S = Standar deviasi data hujan S f
= Kekentalan dinamik
γ
= Koefisien, nilainya antara 1,5-3,0
α
= Bagian saluran sepanjang ∆x
a = Sudut kemiringan permukaan air ∆x
= Standar deviasi dari populasi x
n
= Kedalaman tangkai/ dalamnya air
λ
πd
= Kemiringan garis energi
= Waktu saat debit sama dengan 0,32 kali debit puncak (jam)
0,3
X T = Perkiraan nilai yang diharapkan akan terjadi dengan periode ulang Y n = Reduced mean yang tergantung jumlah sampel/data n Y Tr = Reduced variate 1,5 t
v = Kecepatan aliran (m/s) X = Nilai rata-rata hitung sampel
)
3
V = Volume (mm
= Ordinat hidrograf satuan
1
S n = Reduced standar deviation yang tergantung pada jumlah sampel/data S o = Kemiringan dasar saluran T = Waktu (s) T r = Durasi hujan (jam) t p = Waktu puncak (jam) t 0,3 = Waktu saat debit sama dengan 0,3 kali debit puncak (jam) UH
= Koefisien