ANALISA DEBIT BANJIR KALI NGOTOK RING KANAL KABUPATEN MOJOKERTO DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM HEC-HMS.
ANALISA DEBIT BANJ IR KALI NGOTOK RING KANAL
KABUPATEN MOJ OKERTO
DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM HEC-HMS
TUGAS AKHIR
Diajukan Oleh :
MURMAN SLAMET
0553310101
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL ”VETERAN”
J AWATIMUR
2011
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan
penyusunan proposal tugas akhir ini dengan judul “ ANALISA DEBIT BANJIR KALI
NGONTOK
RING
KANAL
KABUPATEN
MOJOKERTO
DENGAN
MENGGUNAKAN PROGRAM HEC-HMS “.
Penyusunan tugas akhir ini dilakukan guna melengkapi dan memenuhi salah
satu persyaratan untuk menyelesaikan pendidikan Strata Satu ( S1 ) di Fakultas
Teknik Sipil dan Perencanaan UPN ” Veteran ” Jawa Timur.
Dalam menyelesaikan proposal tugas akhir ini penulis banyak mendapat
bimbingan serta bantuan yang sangat bermanfaat untuk menyelesaikannya.
Dan sebagai akhir kata diharapkan agar tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi
penulis khususnya dan para pembaca pada umumnya.
Surabaya, Nopember 2011
Penyusun
i
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
ANALISA DEBIT BANJ IR KALI NGONTOK KABUPATEN
MOJ OKERTO
DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM HEC-HMS
Oleh :
MURMAN SLAMET
0553310101
ABSTRAK
Kali Ngotok Ring Kanal adalah salah satu sungai yang berfungsi sebagai kolektor
dari beberapa sungai seperti Kali Tembelang, Kali Sambong, Kali Jombang Kulon,
Kali Jombang Wetan, Kali Bening, Kali Sewedang, Kali Gunting, Kali Balong dan
Kali Brangkal. Kali Ngotok Ring Kanal ini bertemu dengan Kali Brangkal yang
selanjutnya bermuara ke Kali Brantas di Kota Mojokerto dan lebih ke hilir lagi
terdapat Pintu Air Lengkong. Masalah banjir di DAS Kali Ngotok Ring Kanal sangat
dirasakan oleh masyarakat, khususnya penduduk di sepanjang pertemuan sungai
yang masuk ke Kali Ngotok Ring Kanal. Banjir di lokasi studi terjadi seiring dengan
meningkatnya intensitas hujan. Hal ini terjadi karena aliran air terjebak oleh
ketidakmampuan alur sungai di bagian hilir untuk mengalirkan air ke muara. Dengan
metode Nakayasu Sub DAS I sebesar 256,72 m³/dt pada Q50 Th. Dengan program
HEC-HMS sebagai contoh pada Sub DAS I sebesar 154,60 m³/dt pada Q50 Th. Dari
kedua analisa yang dilakukan diperoleh perbedaan hasil yang berbeda pada analisa
Nakayasu diperoleh hasil sebesar 256,72 m³/dt dan pada program HEC-HMS
diperoleh hasil sebesar 154,60 m³/dt.
Kata kunci : Banjir, DAS, Analisa debit banjir dengan software HEC-HMS
ii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
i
ABSTRAK
ii
DAFTAR ISI
iii
DAFTAR TABEL
v
DAFTAR GAMBAR
ix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang…………………………………………………. 1
BAB II
1.2 Rurumusan Masalah……………………………………………
3
1.3 Maksud dan Tujuan…………………………………………….
3
1.4 Batasan Masalah…………………………………..……………
3
1.5 Lokasi Studi…………………………………..………………...
4
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1 Umum…………………………………………………………..
7
2.2 Curah Hujan…………………………………..………………...
7
2.3 Analisa Frekuensi Curah Hujan Rencana………………………
9
2.4 Analisis Debit Banjir Rencana…………………………………
11
2.5 Menghitung Debit BAjir Rancangan…………………………..
18
2.6 Definisi HEC-HMS…………………………………………….. 21
iii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Pengumpulan Data………………………………………………. 29
3.2 Langkah-langkah Pengerjaan………………………………..….
BAB IV
33
PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA
4.1 Analisa Hidrologi…………………………………..……………
33
4.1.1 Analisa Curah ……………………………………………..
33
4.1.2 Curah Hujan Rata-rata Daerah……………………………
34
4.1.3 Perhitungan Curah Hujan Rencana………………………
51
4.1.4 Perhitungan Distribusi Log Pearson Type III……………
52
4.1.5 Uji Kesesuaian Distribusi………………………………..
55
4.1.6 Analisa Debit Banjir Rencana…………………………….
57
4.1.7 Tataguna Lahan…………………………………..……….
59
4.1.8 Distribusi Hujan dan Curah Hujan Efektif……………….
61
4.1.9 Hidrograf Debit Banjir Rencana………………………….
64
4.2 Perhitungan Hidrograf Dengan HEC-HMS……………………. 101
4.3 Aplikasi Model HEC-HMS…………………………………….
106
4.4 Metode Rasional.......................................................................... 116
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan……………………………………………………..
122
5.2 Saran…………………………………………………………….
123
DAFTAR PUSTAKA
iv
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR TABEL
Tabel :
2.1
Persyaratan Pemilihan Distribusi frekuensi………………………………….. 10
2.2
Nilai K Distribusi Log Pearson type III……………………………………… 15
4.1
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Ploso………………………... 36
4.2
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Jombang…………………….
4.3
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Blimbing……………………. 38
4.4
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Kandangan………………….. 39
4.5
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Kesamben…………………..
40
4.6
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Mojoagung………………….
41
4.7
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Wonosalam…………………. 42
4.8
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Sambiroto…………………... 43
4.9
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Pasinan……………………..
44
4.10
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Tampung……………………
45
4.11
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Kasihan……………………..
46
4.12
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Cakarayam…………………..
47
4.13
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Pugeran……………………… 48
37
4.14 .... Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Pacet………………………... 49
4.15 .... Curah Hujan Maksimum Rata-Rata Kali Ngotok Ring Kanal……………….
50
4.16 .... Perhitungan Penentuan Distribusi…………………………………………....
51
4.17 .... Perhitungan Log Pearson Type III Kali Ngotok Ring Kanal………………..
53
4.18 .... Perhitungan Curah Hujan Das Kali Ngotok Ring Kanal Untuk Beberapa
periode……………………………………………………………………….. 54
v
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4.19 .... Hasil Perhitungan Curah Hujan Rencana……………………………………
55
4.20 .... Perhitungan Dmax Pada Uji Smirnov Kolmogorov DAS kali Ngotok Ring
Kanal………………………………………………………………………...
56
4.21 .... Nilai Koefisien Pengaliran Gabungan Berdasarkan Tataguna Lahan di DAS
Kali Ngotok Ring Kanal……………………………………………………..
60
4.22 .... Perhitungan Nisbah Jam-Jaman………………………………………..........
61
4.23
Perhitungan Curah Hujan Efektif dan Distribusi Hujan Sub DAS I Kali
Ngotok Ring Kanal……………………………………………......................
4.24
Perhitungan Curah Hujan Efektif dan Distribusi Hujan Sub DAS II Kali
Ngotok Ring Kanal……………………………………………....................
4.25
63
Perhitungan Curah Hujan Efektif dan Distribusi Hujan Sub DAS IV Kali
Ngotok Ring Kanal……………………………………………...................
4.27
63
Perhitungan Curah Hujan Efektif dan Distribusi Hujan Sub DAS III Kali
Ngotok Ring Kanal……………………………………………...................
4.26
63
64
Waktu Lengkung Hidrograf Nakayasu sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal
Kondisi Eksisting……………………………………………......................
66
4.28
Hidrograf Banjir Q2 Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal ............................
67
4.29
Hidrograf Banjir Q5 Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal ............................
68
4.30
Hidrograf Banjir Q10 Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal...........................
69
4.31
Hidrograf Banjir Q25Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal ...........................
70
4.32
Hidrograf Banjir Q50 Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal...........................
71
4.33
Hidrograf Banjir Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal ................................
72
4.34
Waktu Lengkung Hidrograf Nakayasu sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal
Kondisi Eksisting……………………………………………......................
vi
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
75
4.35
Hidrograf Banjir Q2 Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal...........................
76
4.36
Hidrograf Banjir Q5 Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal...........................
77
4.37
Hidrograf Banjir Q10 Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal .........................
78
4.38
Hidrograf Banjir Q25 Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal .........................
79
4.39
Hidrograf Banjir Q50 Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal .........................
80
4.40
Hidrograf Banjir Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal ...............................
81
4.41
Waktu Lengkung Hidrograf Nakayasu sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal
Kondisi Eksisting……………………………………………......................
84
4.42
Hidrograf Banjir Q2 Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal .........................
85
4.43
Hidrograf Banjir Q5 Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal .........................
86
4.44
Hidrograf Banjir Q10 Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal ........................
87
4.45
Hidrograf Banjir Q25 Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal ........................
88
4.46
Hidrograf Banjir Q50 Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal ........................
89
4.47
Hidrograf Banjir Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal ..............................
90
4.48 .... Waktu Lengkung Hidrograf Nakayasu sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal
Kondisi Eksisting……………………………………………......................
93
4.49
Hidrograf Banjir Q2 Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal .........................
94
4.50
Hidrograf Banjir Q5 Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal .........................
95
4.51
Hidrograf Banjir Q10 Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal ........................
96
4.52
Hidrograf Banjir Q25 Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal ........................
97
4.53
Hidrograf Banjir Q50 Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal ........................
98
4.54
Hidrograf Banjir Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal ..............................
99
4.55
Pembagian Land Use masing-masing Sub DAS ..........................................
102
4.56
Luas Sub DAS I, harga CNdan % Impervious.............................................
103
vii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4.57
Luas Sub DAS II, harga CNdan % Impervious ...........................................
103
4.58
Luas Sub DAS III, harga CNdan % Impervious ..........................................
103
4.59
Luas Sub DAS IV, harga CNdan % Impervious ..........................................
103
4.60
Input Data subdas .......................................................................................
108
4.61
Rasional .....................................................................................................
116
4.62
Perhitungan Tiga Metode ...........................................................................
116
4.63
Uji Kesesuaian Nash...................................................................................
117
4.64
Uji Nash Q2 ................................................................................................
118
4.65
Uji Nash Q5 ................................................................................................
118
4.66
Uji Nash Q10...............................................................................................
118
4.67
Uji Nash Q25...............................................................................................
119
4.68
Uji Nash Q50...............................................................................................
119
4.69
Uji Nash Q2 ................................................................................................
119
4.70
Uji Nash Q5 ................................................................................................
120
4.71
Uji Nash Q10...............................................................................................
120
4.72
Uji Nash Q25...............................................................................................
120
4.73
Uji Nash Q50...............................................................................................
121
viii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR GAMBAR
Gambar :
1.1
Lokasi Kali Ngotok Ring Kanal.........................................................
5
1.2
DAS Kali Ngotok Ring Kanal ...........................................................
6
2.1
Hidrograf satuan Nakayasu ................................................................
21
2.2
Snyder Unit Hidrograf .......................................................................
26
2.3
SCS Unit Hidrograf ...........................................................................
28
3.1
Diagram Alur Penelitian Metode Nakayasu .......................................
31
3.2
Diagram Alur Penelitian HEC-HMS ..................................................
32
4.1
Luas Sub DAS Kali Ngotok Ring Kanal ............................................
58
4.2
Hidrograf Nakayasu Sub DAS I Kali Kali Ngotok Ring Kanal ..........
73
4.3
Hidrograf Nakayasu Sub DAS II Kali Kali Ngotok Ring Kanal .........
82
4.4
Hidrograf Nakayasu Sub DAS III Kali Kali Ngotok Ring Kanal ........
91
4.5
Hidrograf Nakayasu Sub DAS IV Kali Kali Ngotok Ring Kanal........
100
4.6
Sub DAS Kali Ngotok Ring Kanal ....................................................
101
4.7
Skematik SubDAS Kali Ngotok Ring Kanal Saat Memasukan Data HECHMS .................................................................................................
102
4.8
Hidrograf SubDAS I HasilRunning HEC-HMS .................................
114
4.9
Hidrograf SubDAS II HasilRunning HEC-HMS ................................
114
4.10
Hidrograf SubDAS III HasilRunning HEC-HMS...............................
115
4.11
Hidrograf SubDAS IV HasilRunning HEC-HMS ..............................
115
ix
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Sungai sebagai salah satu sumber air, keberadaan sungai sangat berpengaruh
terhadap kehidupan sosial masyarakat, karena sungai digunakan untuk kebutuhan
sehari-hari seperti irigasi, mandi, cuci dan air minum. Atas dasar inilah, maka segala
sesuatu yang menyangkut keberadaan dan perubahan sungai serta yang ada di
dalamnya perlu untuk mendapat perhatian.
Kali Ngotok Ring Kanal adalah salah satu sungai yang berfungsi sebagai
kolektor dari beberapa sungai seperti: Kali Tembelang, kali Sambong, kali Jombang
Kulon, kali Jombang Wetan, kali Bening, kali Sewedang, kali Gunting, kali Balong
dan Kkali Brangkal. Kali Ngotok Ring Kanal ini bertemu dengan Kali Brangkal yang
selanjutnya bermuara ke kali Brantas di kota Mojokerto dan lebih ke hilir lagi
terdapat pintu air Lengkong.
Kali Ngotok Ring Kanal mempunyai morfologi sungai yang cukup lurus
dan relatif datar. Tingginya curah hujan dan tingginya muka air sungai kali Brantas
serta kecilnya kapasitas aliran sungai di sepanjang Kali Ngotok Ring Kanal sering
menyebabkan terjadinya back water dan genangan di setiap pertemuan anak-anak
sungai, baik di muara kali Brangkal/kali Ngotok Ring Kanal, maupun pada muara
anak-anak sungai di sepanjang Kali Ngotok Ring Kanal.
1
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
2
Masalah banjir di DAS Kali Ngotok Ring Kanal sangat dirasakan oleh
masyarakat, khususnya penduduk di sepanjang pertemuan sungai yang masuk ke
Kali Ngotok Ring Kanal. Banjir di lokasi studi terjadi seiring dengan meningkatnya
intensitas hujan. Hal ini terjadi karena aliran air terjebak oleh ketidakmampuan alur
sungai di bagian hilirnya untuk mengalirkan air ke muara. Kondisi semacam ini akan
terjadi lebih parah lagi apabila terjadi hujan yang terus menerus, sehingga ketika Kali
Brantas terjadi banjir, kali Ngotok Ring Kanal tidak dapat mengalir dan anak-anak
sungainya juga tidak dapat masuk ke Kali Ngotok Ring Kanal, sehingga
menggenangi daerah-daerah rendah di sekitar anak sungai tersebut. Terjadinya
genangan
banjir
di
beberapa
tempat
juga
dimungkinkan
karena
sistem
pematusan/drainase yang ada (syphon) tidak dapat berfungsi optimal serta terjadinya
penyempitan alur sungai (bottle neck).
HEC-HMS merupakan singkatan dari Hydrologic Engineering Center’s
Hydrologic Enginnering System, merupakan sebuah software yang dikembangkan
oleh Hydrologic Enginnering Center milik US Army Crops of Engineers. Program
HEG-HMS merupakan program komputer untuk menghitung transformasi hujan dan
proses routing pada suatu DAS. Model ini dapat digunakan untuk menghitung limpasan
permukaan serta penelusuran banjir pada suatu daerah aliran sungai, baik itu dalam
kondisi eksisting maupun dalam kondisi terkontrol atau terencana. Berkaitan dengan
kondisi banjir di Kali Ngotok Ring Kanal, maka dapat debit banjir dapat dianalisa
dengan menggunakan program HEC-HMS.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
3
1.2.
Rumusan Masalah
Permasalahan yang dapat ditulis berkenaan dengan banjir yang terjadi di
daerah sekitar Kali Ngotok Ring Kanal adalah sebagai berikut :
1.
Berapa debit banjir rencana pada DAS Kali Ngotok Ring Kanal dengan
metode Nakayasu ?
2.
Berapa debit banjir rencana pada DAS Kali Ngotok Ring Kanal dengan
program HEC-HMS ?
3.
Berapa besar perbandingan debit banjir rencana antara metode Nakayasu
dan program HEC-HMS ?
1.3.
Maksud dan Tujuan
Maksud dan tujuan yang ingin dicapai dari analisa ini adalah :
1.
Mengetahui besar debit banjir rencana dengan metode Nakayasu.
2.
Mengetahui besar debit banjir rencana dengan program HEC-HMS.
3.
Mengetahui perbandingan besarnya debit banjir rencana dari kedua
metode analisis serta membandingkan mana yang lebih efisien untuk
dipakai untuk menganalisis.
1.4.
Batasan Masalah
Dengan adanya permasalahan di atas, maka ruang lingkup pembahasan dalam
laporan tugas akhir ini adalah :
1. Tidak membahas kondisi daerah akibat banjir baik segi materiel maupun
dampak lingkungan.
2. Data yang digunakan adalah data curah hujan dari tahun 1988 - 2010 yang
mempengaruhi DAS pada Kali Ngotok Ring Kanal yaitu Stasiun hujan
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4
Ploso,
Jombang,
Blimbing,
Kandangan,
Kesamben,
Mojoagung,
Wonosalam, Sambiroto, Pasinan, Tampung, Klasihan, Cakarayam,
Pungeran, Pacet.
3. Tidak membahas tentang jenis -jenis kerusakan yang terjadi akibat banjir.
4. Metode Rasional hanya sebagai acuan untuk kedua metode Nakayasu dan
Program HEC-HMS
1.5.
Lokasi Studi
Lokasi studi berada di Kali Daerah Aliran Sungai Kali Ngotok Ring Kanal
secara administratif terletak di wilayah Kabupaten Mojokerto dan Kabupaten
Jombang. Panjang Kali Ngotok Ring Kanal adalah ± 27 km. Secara geografis terletak
pada 07° 26’ 39’’ s/d 07° 32’ 19’’ Lintang Selatan serta 112° 15’ 47’’ s/d 112° 25’
38’’ Bujur Timur. Untuk lebih jelasnya lokasi Kali Ngotok Ring Kanal dapat dilihat
pada Gambar 1.1, sedangkan gambar DAS Kali Ngotok Ring Kanal dapat dilihat
pada Gambar 1.2.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Kab. Jo m b an g
Kali Ngo t o k Rin g Kan al
Kali Gu n t in g
Ka
Kali Bran gk a
Kali Br an t a
5
Gambar 1.1. Lokasi Kali Ngotok Ring Kanal
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
6
PLOSO
DAM LENGKONG BARU
K. B R A N T A
S
DAM MENTURUS
MOJOKERTO
KESAMBEN
K. Watud
akon
goto
K. N
g
k Rin
Kana
l
SAMBIROTO
at
al
MOJOAGUNG
ng
te
u
cir
Ba
n
y
an
Pa
n
ip
Ur
ak
TAMPUNG
B
K.
KASIAN
K.
K.
Ca
t
p ur
K. Cem l
gsa
K . Ban
gk
K. Br an
K. J
ab o
n
K. Gunting
Be
K. Bu j
el
K . Se w
ed an g
PASINAN
K.
JOMBANG
K.
ng
el a
mb
Te
K.
K. J
om
b an
Jo m
gK
u lo n
ba
ng
n in
We
g
t an
DAM JATI MLEREK
el
Pa
k
PUGERAN
K. Landean
K.
n
g
aw
an
ta
uh
t in
Be
ng
K.
Pik
a
n
Ma
K.
K.
BLIMBING
ih
ut
uP
ny
Ba
K. an gir
M
r
K.
go
an
Bo
si r
Pa
K.
K.
ed
K. K
ung
K.
Ge
r
CAKARAYAM
WONOSALAM
K. Pa it
K.
W
K.
K. Kel ero
NGORO
Se
m
bu
un
ng
gu
K.
K. P
Ju r
ang
an g
aj ara
Jer
n
uk
KANDANGAN
K. C
am p
ir
PACET
K. J
arak
inga
n
G. ANJASMORO
G. HARGO WAYANG
G. GENTONG GOWAH
0
2.5
5.0
7.5
10.0 km
PETA SITUASI DAS NGOTOK RING KANAL
Gambar 1.2 DAS Kali Ngotok Ring Kanal
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1.
Umum
Sungai merupakan salah satu sumber air bagi kehidupan yang ada di bumi
baik manusia, hewan dan tumbuhan. Semua makhluk hidup memerlukan air untuk
dapat mempertahankan kelangsungan hidupnya. Sungai mengalir dari hulu ke hilir
bergerak dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Ditinjau dari segi hidrologi,
sungai mempunyai fungsi utama menampung curah hujan dan mengalirkan sampai
ke laut. Daerah dimana sungai memperoleh air merupakan daerah tangkapan hujan
yang biasanya disebut daerah pengaliran sungai ( DPS ). Aliran sungai dihubungkan
oleh suatu jaringan satu arah dimana cabang dan anak sungai mengalir ke dalam
sungai induk yang lebih besar dan membentuk suatu pola, Pola tersebut tergantung
dari kondisi topografi, geologi, iklim yang terdapat di dalam DPS yang
bersangkutan. ( Soewarno, 1991 )
2.2.
Cur ah Hujan
Untuk mendapatkan gambaran mengenai distribusi hujan di seluruh daerah
aliran sungai, maka dipilih beberapa stasiun yang tersebar di seluruh DAS. Stasiun
terpilih adalah stasiun yang berada dalam cakupan areal DAS dan memiliki data
pengukuran iklim secara lengkap. Beberapa metode yang dapat dipakai untuk
menentukan curah hujan rata- rata adalah metode Thiessen, Arithmetik dan Peta
Isohyet. Untuk keperluan pengolahan data curah hujan menjadi data debit diperlukan
data curah hujan bulanan, sedangkan untuk mendapatkan debit banjir rancangan
7
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
8
diperlukan analisis data dari curah hujan harian maksimum. Metode yang umum
dipakai adalah metode Thiessen.
Pada metode Thiessen dianggap bahwa data curah hujan dari suatu tempat
pengamatan dapat dipakai untuk daerah pengaliran di sekitar tempat itu. Metode
perhitungan dengan membuat poligon yang
memotong
tegak lurus
pada
tengah-tengah garis penghubung dua stasiun hujan. Dengan demikian tiap stasiun
penakar Rn akan terletak pada suatu wilayah poligon tertutup An. Perbandingan luas
poligon untuk setiap stasiun yang besarnya An /A. Thiessen memberi rumusan
sebagai berikut:
R=
A1 * R1 + A2 * R2 + ......... + An * Rn
A1 + A2 + ......... + An
............................................
(2.1)
Dimana:
R
:Curah hujan daerah rata-rata
R1, R2, ..., Rn :Curah hujan ditiap titik pos Curah hujan
A1, A2, ..., An :Luas daerah Thiessen yang mewakili titik pos curah hujan
n
:Jumlah pos curah hujan
Pada metode aritmetik dianggap bahwa data curah hujan dari suatu tempat
pengamatan dapat dipakai untuk daerah pengaliran di sekitar tempat itu dengan
merata-rata langsung stasiun penakar hujan yang digunakan. Metode isohyet
menggunakan peta dengan garis-garis yang menghubungkan tempat-tempat dengan
curah hujan yang sama. Besar curah hujan rata-rata bagi daerah seluruhnya didapat
dengan mengalikan CH rata-rata diantara kontur-kontur dengan luas daerah antara
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
9
kedua kontur, dijumlahkan dan kemudian dibagi luas seluruh daerah. CH rata-rata di
antara kontur biasanya diambil setengah harga dari kontur.
2.3.
Analisa Fr ekuensi Curah Hujan Rencana
Sebagaimana dijelaskan sebelumnya, untuk daerah yang tidak memiliki data
debit banjir maksimum tahunan maka debit banjir rencananya dihitung dengan
metode curah hujan limpasan (rainfall-runoff). Perhitungannya dimulai dari curah
hujan rencana yang dikonversi menjadi curah hujan jam-jaman kemudian dikali
karakteristik daerah aliran sungainya yang dikenal dengan nama hidrograf satuan
atau hidrograf satuan sintetis. Sedangkan curah hujan rencana yang dalam hal ini
adalah curah hujan harian diperoleh dari data curah hujan harian maksimum tahunan
diolah dengan metode analisis frekuensi. Analisis frekuensi data curah hujan rencana
dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa distribusi probabilitas yang banyak
digunakan dalam hidrologi, yaitu : Distribusi Gumbel Tipe I, Distribusi Log Pearson
III, dan Distribusi Normal. Persyaratan pemakaian distribusi tersebut didasarkan
pada nilai Koefisien Skewness dan Koefisien Kurtosis, seperti persyaratan yang
tercantum pada Tabel 2.1.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
10
Tabel 2.1. Persyar atan Pemilihan Distr ibusi Fr ekuensi
Par ameter Data Statistik
Distr ibusi Fr ekwensi
Koefisien Skewness
(Cs)
Gumbel
1.14
Distribusi Normal
-0.015 ≤Cs ≤0.05
Log Pear son type III
Bebas*
Koefisien Kur tosis
(Ck)
5.4
2.7 ≤Ck ≤3.3
1.5 Cs2 + 3
Sumber : Hidrologi Sri Harto BR ; Hidrologi Jilid 1 Soewarno
Bila tidak ada yang mendekati parameter Gumbel dan Distribusi Normal,
Tersedia Tabel -3 ≤Cs ≤3
Curah hujan yang diperlukan untuk rancangan pengendalian banjir adalah
curah hujan rata-rata di seluruh wilayah atau daerah dan dinyatakan dalam ‘mm’.
Untuk daerah yang tidak memiliki data debit banjir maksimum tahunan maka debit
banjir rencananya dihitung dengan metode curah hujan-limpasan (rainfall-runoff).
Perhitungannya dimulai dari curah hujan rencana yang dikonversi menjadi curah
hujan jam-jaman kemudian dikali karakteristik daerah aliran sungainya yang dikenal
dengan nama hidrograf satuan atau hidrograf satuan sintetis. Sedangkan curah hujan
rencana yang dalam hal ini adalah curah hujan harian diperoleh dari data curah hujan
harian maksimum tahunan diolah dengan metode analisis frekuensi. Analisis
frekuensi data curah hujan rencana dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa
distribusi probabilitas yang banyak digunakan dalam hidrologi, yaitu : Distribusi
Gumbel Type I dan Distribusi Log Pearson Type III.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
11
2.4.
Analisis Debit Banjir Rencana
•
Analisis curah hujan dan banjir rancangan
Pada bagian ini akan dijelaskan pengolahan data curah hujan harian sampai
dengan debit banjir rancangan. Metode yang digunakan dan cara pengujiannya juga
dibahas dalam bab ini.
•
Analisis fr ekuensi curah hujan har ian maksimum tahunan
Untuk menghitung debit banjir rancangan dari data curah hujan (Rainfall
Runoff Method), harus dihitung terlebih dahulu besarnya curah hujan rancangan (Rt).
Karena data curah hujan yang mewakili hanya dari satu stasiun hujan (point rainfall),
maka data tersebut dapat dianggap sebagai hujan daerah (area rainfall).
Perhitungan analisis frekuensi dalam pekerjaan ini ditujukan untuk
menghitung curah hujan rencana yang nantinya digunakan untuk menghitung tinggi
muka air rencana. Tinggi muka air rencana ini berpengaruh dalam menentukan tinggi
embung. Ada 6 metode analisis frekuensi yang dipergunakan yaitu : normal, log
normal 2 parameter, log normal 3 parameter, gumbel i, pearson iii dan log pearson
iii. metode dipilih berdasarkan penyimpangan yang terkecil.
•
Pemilihan distribusi
Untuk memperkirakan besarnya debit banjir dengan kala ulang tertentu,
terlebih dahulu data-data hujan didekatkan dengan suatu sebaran distribusi, agar
dalam memperkiraan besarnya debit banjir tidak sampai jauh melenceng dari
kenyataan banjir yang terjadi .
Adapun rumus-rumus yang dipakai dalam penentuan distribusi tersebut antara lain :
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
12
(X - X) 2
n −1
Sd =
S
X
Cv =
n × ∑( Xi - X)
n
(n-1)×(n-2)×S 3
n 2 ×∑( Xi - X)
n
Ck =
= koefisien keragaman ...............................
(2.3)
= koefisien kepencengan...............................
(2.4)
4
i=1
(n-1)×(n-2)×(n-3)×S 4
k =
(2.2)
3
i=1
Cs =
= standar deviasi .........................................
=
koefisien kurtosis.............................
(2.5)
koefisien frekuensi didapat dari tabel pemilihan distribusi berdasarkan
penyimpangan yang terkecil.
• Distribusi normal
Distribusi ini mempunyai probability density function sebagai berikut:
1
P'(X) =
.e
σ 2π
[-(x-µ) 2 ]
2σ 2
....................................................................................
(2.6)
dimana :
σ = varian
µ = rata-rata.
Sifat khas lain distribusi ini yaitu nilai asimetrisnya (Skewnes) hampir sama
dengan nol dan dengan Kurtosis 3.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
13
• Ditribusi Log-Normal
Probabilitas density function distribusi ini adalah :
1nx - µn2
p'(x) =
eksp [ -1/2 [ ] ] ; ( µ> 0 )............................................................
x σn√ 2πσn
dimana :
1 µ4
µn = ln 2
2 µ +σ2
σ 2 + µ 2
µ2
σn2 = ln
besar asimetrinya (skewnes) adalah :
γ = η v3 +3η v
dimana :
ηv =
0.5
σ −σ
−1
e
µ
(
2
n
)
kurtosis (ck ) = η v8 +6η v6 +15η v4 +16η v2 +3
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
(2.7)
14
Dengan persamaan (1), dapat didekati dengan nilai asimetri 3 dan selalu
bertanda positif. atau nilai skewnes cs kira-kira sama dengan tiga kali nilai
koefisien variasi cv.
• Log Pearson Type III
Pada persamaan pearson terdapat 12 buah distribusi, tapi hanya distribusi
log-pearson type III yang digunakan dalam analisis curah hujan maksimum.
Probability density function distribusi ini adalah :
P′( X) = P0′ ( X)( 1+ X/a) e − cx/a ........................................................ (2.8)
c
dengan parameter :
c = 4/β1 - 1
a = ( cµ3c ) /( 2 µ 2 c )
P0′ ( X) = ( nc c+1 ) /( ae c r ( c+1) )
sedangkan :
β 1 = ( µ 32c ) /( µ 23c )
µ .3c
hargarata-rata (mean)
= mode +
standart deviation
= σ + √µ2c
asimetri
γ
2 µ 2c
= 1/2 √β1
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
15
Tabel 2.2 Nilai K Distr ibusi Log Pearson type III
Periode Ulang ( Tahun )
2
5
10
25
50
100
Cs
Peluang ( % )
50
20
10
4
2
1
3.0
-0.396 0.420 1.180 2.278 3.152
4.051
2.5
-0.360 0.518 1.250 2.262 3.048
3.845
2.2
-0.330 0.574 1.284 2.240 2.970
3.705
2.0
-0.307 0.609 1.302 2.219 2.912
3.605
1.8
-0.282 0.643 1.318 2.193 2.848
3.499
1.6
-0.254 0.675 1.329 2.163 2.780
3.388
1.4
-0.255 0.705 1.337 2.128 2.706
3.271
1.2
-0.195 0.732 1.340 2.087 2.626
3.149
1.0
-0.164 0.758 1.340 2.043 2.542
3.022
0.9
-0.148 0.769 1.339 2.018 2.498
2.957
0.8
-0.132 0.780 1.336 1.998 2.453
2.891
0.7
-0.116 0.790 1.333 1.967 2.407
2.824
0.6
-0.099 0.800 1.328 1.939 2.359
2.755
0.5
-0.083 0.808 1.323 1.910 2.311
2.686
0.4
-0.066 0.816 1.317 1.880 2.261
2.615
0.3
-0.050 0.824 1.309 1.849 2.211
2.544
0.2
-0.033 0.830 1.301 1.818 2.159
2.472
0.1
-0.017 0.836 1.292 1.785 2.107
2.400
0.0
0.000
0.842 1.282 1.751 2.054
2.326
-0.1
0.017
0.836 1.270 1.716 2.000
2.252
-0.2
0.033
0.850 1.258 1.680 1.945
2.178
-0.3
0.050
0.853 1.245 1.643 1.890
2.104
-0.4
0.066
0.855 1.231 1.606 1.834
2.029
-0.5
0.083
0.856 1.216 1.567 1.777
1.955
-0.6
0.099
0.857 1.200 1.528 1.720
1.880
-0.7
0.166
0.857 1.183 1.488 1.663
1.806
-0.8
0.132
0.856 1.166 1.448 1.606
1.733
-0.9
0.148
0.854 1.147 1.407 1.549
1.660
-1.0
0.164
0.852 1.128 1.366 1.492
1.588
-1.2
0.195
0.844 1.086 1.282 1.379
1.449
-1.4
0.225
0.832 1.041 1.198 1.270
1.318
-1.6
0.254
0.817 0.994 1.116 1.166
1.197
-1.8
0.282
0.799 0.945 1.035 1.069
1.087
-2.0
0.307
0.777 0.895 0.959 0.980
0.990
-2.2
0.330
0.752 0.844 0.888 0.900
0.905
-2.5
0.360
0.711 0.771 0.793 0.798
0.799
-3.0
0.396
0.636 0.660 0.666 0.666
0.667
Sumber : CD. Soemarto, tahun 1978
200
1000
0.5
4.970
4.652
4.444
4.298
4.147
3.990
3.828
3.661
3.489
3.401
3.312
3.223
3.132
3.041
2.949
2.856
2.763
2.670
2.576
2.482
2.388
2.294
2.294
2.201
2.016
1.926
1.837
1.749
1.664
1.501
1.351
1.216
1.097
0.995
0.907
0.800
0.667
0.1
7.250
6.600
6.200
5.910
5.660
5.390
5.110
4.820
4.540
4.395
4.250
4.105
3.960
3.815
3.670
3.525
3.380
3.235
3.090
2.950
2.810
2.675
2.675
2.540
2.275
2.150
2.035
1.910
1.800
1.625
1.465
1.280
1.130
1.000
0.910
0.802
0.668
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
16
• Uji kesesuaian pemilihan distr ibusi
Untuk mengetahui apakah data tersebut benar sesuai dengan jenis sebaran
teoritis yang dipilih maka perlu dilakukan pengujian lebih lanjut. untuk keperluan
analisis uji kesesuaian dipakai dua metode statistik sebagai berikut:
• Uji smirnov-kolmogorov
Uji
smirnov-kolmogorov
diperoleh
dengan
memplot
data
dan
probabilitasnya dari data yang bersangkutan, serta hasil perhitungan empiris dalam
bentuk grafis. dari kedua hasil pengeplotan, dapat
diketahui penyimpangan
terbesar (∆maks.). Penyimpangan tersebut kemudian dibandingkan dengan
penyimpangan kritis yang masih diijinkan (∆cr), pada proyek ini digunakan nilai
kritis (significant level) α = 5 % nilai kritis ∆ untuk pengujian ini tergantung pada
jumlah data dan α.
• Uji chi kuadrat (x2)
Metode ini sama dengan
metode
smirnov-kolmogorov,
yaitu
untuk
menguji kebenaran distribusi yang dipergunakan pada perhitungan frekuensi
analisis. distribusi dinyatakan benar jika nilai x2 dari hasil perhitungan lebih kecil
dari x2 kritis yang masih diizinkan. metode chi kuadrat diperoleh berdasarkan rumus:
k
( Ef − Of ) 2
1
Ef
X cal = ∑
2
.........................................................
dimana :
x cal
= nilai kritis hasil perhitungan
k
= jumlah data
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
(2.9)
17
ef
= nilai yang diharapkan (expected frequency)
of
= nilai yang diamati (observed frequency)
Batas kritis x2 tergantung pada derajat kebebasan dan α. untuk kasus ini
derajat kebebasan mempunyai nilai yang di dapat dari perhitungan sebagai berikut
dk
= jk - ( p + 1)………………………………………...
(2.10)
dimana :
dk
= derajat kebebasan
jk
= jumlah kelas
p
= faktor keterikatan (untuk pengujian chi kuadrat mempunyai
keterikatan 2)
• Distr ibusi hujan jam-jaman
Distribusi hujan (agihan hujan) jam-jaman ditetapkan dengan cara
pengamatan langsung terhadap data pencatatan hujan jam-jaman pada stasiun yang
paling berpengaruh pada das. Bila tidak ada maka bisa menirukan perilaku hujan
jam-jaman yang mirip dengan daerah setempat pada garis lintang yang sama.
Distribusi tersebut diperoleh dengan pengelompokan tinggi hujan ke dalam range
dengan tinggi tertentu.
Dari data yang telah disusun dalam range tinggi hujan tersebut dipilih
distribusi tinggi hujan rancangan dengan berdasarkan analisis frekuensi dan frekuensi
kemunculan tertinggi pada distribusi hujan jam-jaman tertentu. Selanjutnya
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
18
prosentase hujan tiap jam terhadap tinggi hujan total pada distribusi hujan yang
ditetapkan. Dari hasil analisis ini ditetapkan hujan jam-jaman di lokasi perencanaan
yaitu untuk
studi ini dipilih distribusi 6 jam yang didistribusikan dengan cara
mononobe. besar rasio sebaran hujan dapat dilihat pada grafik berikut.
2.5.
Menghitung Debit Banjir Rancangan
• Metode Rasional
Metode rasional dapat menggambarkan hubungan antara debit dengan
besarnya curah hujan untuk DAS dalam luas sampai 500 ha. debit banjir dapat
dihitung berdasarkan parameter hujan dan karakteristik DAS, dengan rumus umum
berikut:
Qp =
,
C I A............................................................................
(2.11)
dimana :
Qp = debit puncak banjir (m3/det).
C
= koefisien aliran.
I
= intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam).
A
= luas daerah pengaliran sungai (km2).
Waktu konsentrasi adalah selang waktu antar permulaan hujan dan saat
seluruh areal DAS nya ikut berperan pada pengaliran sungai. Salah satu rumus yang
digunakan adalah :
tc = 0,0195L0.77 x s-0.385.................................................................
(2.12)
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
19
dengan :
tc
= waktu konsentrasi (menit).
L
= panjang lereng (m).
s
= kemiringan lereng (m/m).
• Metode Nakayasu
Persamaan umum hidrograf satuan
sintetik
Nakayasu
adalah
sebagai
berikut (Soemarto, 1987), dan dikoreksi untuk nilai waktu puncak banjir dikalikan
0,75 dan debit puncak banjir dikalikan 1,2 untuk menyesuaikan dengan kondisi di
indonesia.
=
,
( ,
,)
.......................................................................
(2.13)
dimana:
Qp
= debit puncak banjir (m3 /dt)
R0
= hujan satuan (mm)
Tp
= tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak banjir
(jam)
T0.3
= waktu yang diperlukan oleh penurunan debit, dari debit puncak
sampai menjadi 30 % dari debit puncak
Tp
= tg + 0,8 tr ..........................................................................
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
(2.14)
20
Tg
= 0,21 × l 0,7
→ l < 15 km.......................
(2.15)
Tg
= 0,4 + 0,058 × l
→ l > 15 km .......................
(2.16)
t0.3
= α× tg……………………………………......................
dimana :
L
= panjang alur sungai (km)
Tg
= waktu konsentrasi (jam)
Tr
= satuan waktu hujan diambil 0.25 jam
α
= untuk daerah pengaliran biasa diambil nilai 2
Persamaan hidrograf satuannya adalah:
a.
pada kurva naik
0≤t≤t
b.
qt = ( t / tp )2,4 x qp
pada kurva turun
tp< t ≤ tp + t0,3
Qt = Qp × 0,3
t - Tp
T
0.3
t-Tp + 0.5 T0.3
1.5T0.3
tp +t , < t ≤ t +2,5t
Q t = Q p ×0.,3
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
(2.17)
21
i
t
Tr
0.8Tr
Tg
Q (m^3/dt)
T (jam)
Tp
T0.3
1.5 T0.3
Gambar 2.1 Hidrograf satuan Nakayasu
2.6.
Definisi HEC-HMS
Salah satu model transformasi hujan menjadi aliran khususnya untuk aliran
rendah (lowflow) adalah model HEC-HMS. Model ini merupakan model hidrologi
numerik yang dikembangkan oleh Hydrologic Engenering Centre (HEC) dari Us
Army Corps Of Engeneers. Program HEC-HMS merupakan program komputer
untuk menghitung transformasi hujan dan proses reuting pada suatu sistem DAS.
Model ini dapat
digunakan untuk menghitung volume runof, direct runnoff,
baseflow dan channel flow. Seperti yang dijelaskan dalam buku “Hydrologic
Modeling System (HEC-HMS) Technical Reference Manual”, program HEC-HMS
ini merupakan program komputer untuk menghitung pengalihragaman hujan dan
proses routing pada suatu sistem DAS.Software ini dikembangkan oleh Hydrologic
Engeneering Centre (HEC) dari US Army Corps Of Engineers. Dalam software
HEC-HMS terdapat fasilitas kalibrasi maupun simulasi model distribusi, model
menerus dan kemampuan membaca data GIS.
•
Metode perhitungan volume limpasan
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
22
HEC-HMS mengapa bahwa semua daratan dan perairan yang berada dalam
suatu DAS dapat dikatagori menjadi:
-Lapisan lolos air (pervious surface), dan
-Lapisan kedap air (directly-connected impervious surface)
Lapisan lolos air adalah lapisan tanah yang mudah ditembus atau dilalui oleh
air. Lapisan kedap air adalah bagian dari DAS yang memberikan konstribusi berupa
limpasan langsung tanpa memperhitungkan infiltrasi, evaporasi ataupun jenis
kehilangan volume laianya. Sedangkan jatuhnya air hujan pada lapisan yang kedap
air juga merupakan limpasan.
Didalam pemodelan HEC-HMS ini, terdapat beberapa metode perhitungan
limpasan (runoff) yang dapat di gunakan, yaitu (HEC-HMS Technical Reference
Manual, 2008:38): The initial and constant-rate loss model, the deficit and constantrate loss model, the SCS curve number (CN) loss model (composite or gridded), dan
the Green and Ampt loss model.
Pada masing-masing model, terjadinya ditentukan pada masing-masing
interval waktu. Kedalaman sisa dikenal sebagai kelebihan hujan. Kedalaman ini
berdasar atas suatu daerah aliran air, yang sudah dapat mewakili dan menunjukan
suatu volume aliran.
• The Initial And Constant Rate Loss Model dan Deficit And Constant Rate
Loss Model
Konsep dasar dari initialand constant rate adalah angka potensial maksimum
timbulnya hujan, fc, adalah konstanta sepanjang kejadian hujan, jadi dengan
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
23
demikian, jika pt adalah kedalaman MAP selama suatu interval waktu t dalam t+∆t,
yaitu persamaan sebagai berikut :
Pet =
....................................................................
(2.18)
Dalam initial loss, di dalam topografi atau batas air, air disimpan di pada
akhirnya menyusut atau menguap, kerugian ini menyebabkan aliran balik. Sehingga
persamaanya menjadi.
0
−
0
pet =
∑
∑
∑
>
>
<
>
<
.............................................
(2.19)
SCS (1986) menggolongkan lahan atas dasar daya infiltrasi, dan skaggs dan khaleel
(1982) sudah menggolongkan perkiraan-perkiraan laju infiltrasi untuk masingmasing lahan.
• Limpasan SCS Cur ve Number (CN)
Metode perhitungan dari soil Conservation Service (SCS) curve number (CN)
beranggapan hujan yang menghasilkan limpasan yang merupakan fungsi dari hujan
komulatif , tata guna lahan, jenis tanah serta kelembaban. Model perhitungan adalah
sebagai berikut (HEC-HMS Technical Reference Manual, 2000:40):
Pe =
(
– )
................................................................................................
dengan,
Pe = Hujan komulatif pada waktu t
P = Kedalaman hujan komulatif pada waktu t
Ia = Kehilangan mula-mula (initial loss)
S
= Kemampuan penyimpanan maksimum
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
(2.20)
24
Hubungan antara nilai kemampuan penyimpanan maksimum dengan nilai
dari karakteristik DAS yang diwakili oleh nilai CN (curve number) adalah sebagai
berikut :
.
S=
.
S=
( English Unit ) .................................................................
(2.21)
( Metric Unit ) ...............................................................
(2.22)
Nilai dari CN (curve number) bervariasi dari 100 (untuk permukaan yang
digenangi air) hingga sekitar 30 (untuk permukaan tak kedap air dengan nilai
infiltrasi tinggi).
• The Green And Ampt Loss Model
Infiltrasi Green dan Ampt dalam HEC-HMS adalah suatu model konsep dari
infiltrasi air hujan di suatu batas air. Menurut EM 1110-2-1417 “Pengangkutan dari
curah hujan yang diterobos melalui profil tanah dan infiltrasi adalah yang diatur oleh
richards equation kombinasi satu bentuk aliran tak-jenuh dari hukum darcy hukum
kekekalan massa.
EM 1110-2-1417 menguraikan secara detil bagaimana model green dan ampt
dikombinasikan dan memecahkan persamaan rumus-rumus. Secara ringkas, model
menghitung hujan/timbulnya kerugian di bidang yang dapat tembus pada interval
waktu adalah:
ft = K
(∅
)
................................................................................
(2.23)
Dimana ft =kerugian selama periode t; k=daya hantar hidraulik yang dipenuhi: (Ø i)
= defisit embun volume; sf = pembasahan berhadapan pengisapan ; dan ft =
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
25
kerugian komulatif pada waktu t. Kelebihan hujan/timbulnya di bidang yang dapat
tembus adalah perbedaan di dalam MAP selama epriode waktu.
Seperti yang diterapkan di HEC-HMS, model Green dan Ampt memasukan suatu
abstraksi yang awal. Parameter Estimasinya adalah sebagai berikut :
•
Metode Per hitungan Hidrogr af Satuan Sintetis
Dalam permodelan menggunakan HEC-HMS ini, disediakan beberapa pilihan
metode yang dapat digunakan untuk perhitungan hidrograf satuan. Metode-metode
yang ada antara lain adalah (HEC-HMS Technical Reference Manual, 2000:56) :
Hidrograf satuan sintetis Snyder dan Hidrograf satuan SCS (Soil Conservation
Service)
•
Hidr ograf Satuan Sintetis Snyder
Tahun 1938, Snyder menerbitkan suatu uraian Unit Hidrograf parametrik
yang dikembangkan untuk analisa dari daerah aliran sungai parameter Unit Hidrograf
dari karakteristik-karakteristik suatu batas air. HEC-HMS memasukan di dalamnya
satu implementasi Snyder Unit Hidrograf. Snyder menggabarkan suatu patokan Unit
Hidrograf, tr adalah curah hujan dalam jangka waktu, tp adalah berhubungan dengan
aliransungai yang tertinggal :
tp = 5,5tr..............................................................................................
(2.24)
Kelajuan adalah perbedaan di dalam waktu puncak Unit Hidrograf dan waktu
yang berhubungan dengan pusat luasan dari kelebihan curah huja. Dengan demikian,
jika jangka waktu itu ditetapkan, kelajuan (dan karena adanya waktu puncak Unit
Hidrograf) dari rumus Snyder Unit Hidrograf dapat ditemukan.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
26
i
tr
Debit per unit
Kedalaman hujan yang
t ertinggal
t
Gambar 2.2 Snyder Unit Hidrograf
Persamaan rumus yang berikut dapat digunakan untuk
menggambarkan
waktu puncak Unit Hidrograf waktu dan jangka waktu Unit Hidrograf :
T pR =
−
............................................................................
(2.25)
Dimana tr = jangka waktu Unit Hidrografyang diinginkan; dan tpR = kelajuan
dari Unit Hidrograf yang digunakan. Untuk permaslahan dasar, Snyder menemukan
bahwa Unit Hidrograf tertinggal dan mencapai puncak per unit dari kelebihan hujan
per bidang unit dari batas air yang terkait oleh :
=
Dimana Up = puncak dari standar Unit Hidrograf; A = bidang batas drainasi;
Cp = koefisien puncak Unit Hidrograf; dan C = konversi tetap (275 untuk SI atau
640 untuk satuan kaki). Untukdurasi yang berbeda puncak Unit Hidrograf QpR
ditetapkan sebagai berikut :
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
27
=
•
Hidr ograf Satuan SCS
Model SCS Unit Hidrograf adalah suatu Unit Hidrograf yang berdimensi ,
yang dicapai puncak tunggal Unit Hidrograf. Hal ini ditunjukkan di dalam gambar
3.2.
SCS menyatakan bahwa puncak Unit Hidrograf dan waktu puncak Unit
Hidrograf terkait oleh :
Up = C
Dimana A = daerah aliran air; dan C = konversi tetap (208 di Si dan 484 di
dalam sistem kaki). Waktu puncak (juga yang dikenal sebagai waktu kenaikan)
terkait pada j
KABUPATEN MOJ OKERTO
DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM HEC-HMS
TUGAS AKHIR
Diajukan Oleh :
MURMAN SLAMET
0553310101
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL ”VETERAN”
J AWATIMUR
2011
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan
penyusunan proposal tugas akhir ini dengan judul “ ANALISA DEBIT BANJIR KALI
NGONTOK
RING
KANAL
KABUPATEN
MOJOKERTO
DENGAN
MENGGUNAKAN PROGRAM HEC-HMS “.
Penyusunan tugas akhir ini dilakukan guna melengkapi dan memenuhi salah
satu persyaratan untuk menyelesaikan pendidikan Strata Satu ( S1 ) di Fakultas
Teknik Sipil dan Perencanaan UPN ” Veteran ” Jawa Timur.
Dalam menyelesaikan proposal tugas akhir ini penulis banyak mendapat
bimbingan serta bantuan yang sangat bermanfaat untuk menyelesaikannya.
Dan sebagai akhir kata diharapkan agar tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi
penulis khususnya dan para pembaca pada umumnya.
Surabaya, Nopember 2011
Penyusun
i
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
ANALISA DEBIT BANJ IR KALI NGONTOK KABUPATEN
MOJ OKERTO
DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM HEC-HMS
Oleh :
MURMAN SLAMET
0553310101
ABSTRAK
Kali Ngotok Ring Kanal adalah salah satu sungai yang berfungsi sebagai kolektor
dari beberapa sungai seperti Kali Tembelang, Kali Sambong, Kali Jombang Kulon,
Kali Jombang Wetan, Kali Bening, Kali Sewedang, Kali Gunting, Kali Balong dan
Kali Brangkal. Kali Ngotok Ring Kanal ini bertemu dengan Kali Brangkal yang
selanjutnya bermuara ke Kali Brantas di Kota Mojokerto dan lebih ke hilir lagi
terdapat Pintu Air Lengkong. Masalah banjir di DAS Kali Ngotok Ring Kanal sangat
dirasakan oleh masyarakat, khususnya penduduk di sepanjang pertemuan sungai
yang masuk ke Kali Ngotok Ring Kanal. Banjir di lokasi studi terjadi seiring dengan
meningkatnya intensitas hujan. Hal ini terjadi karena aliran air terjebak oleh
ketidakmampuan alur sungai di bagian hilir untuk mengalirkan air ke muara. Dengan
metode Nakayasu Sub DAS I sebesar 256,72 m³/dt pada Q50 Th. Dengan program
HEC-HMS sebagai contoh pada Sub DAS I sebesar 154,60 m³/dt pada Q50 Th. Dari
kedua analisa yang dilakukan diperoleh perbedaan hasil yang berbeda pada analisa
Nakayasu diperoleh hasil sebesar 256,72 m³/dt dan pada program HEC-HMS
diperoleh hasil sebesar 154,60 m³/dt.
Kata kunci : Banjir, DAS, Analisa debit banjir dengan software HEC-HMS
ii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
i
ABSTRAK
ii
DAFTAR ISI
iii
DAFTAR TABEL
v
DAFTAR GAMBAR
ix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang…………………………………………………. 1
BAB II
1.2 Rurumusan Masalah……………………………………………
3
1.3 Maksud dan Tujuan…………………………………………….
3
1.4 Batasan Masalah…………………………………..……………
3
1.5 Lokasi Studi…………………………………..………………...
4
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1 Umum…………………………………………………………..
7
2.2 Curah Hujan…………………………………..………………...
7
2.3 Analisa Frekuensi Curah Hujan Rencana………………………
9
2.4 Analisis Debit Banjir Rencana…………………………………
11
2.5 Menghitung Debit BAjir Rancangan…………………………..
18
2.6 Definisi HEC-HMS…………………………………………….. 21
iii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Pengumpulan Data………………………………………………. 29
3.2 Langkah-langkah Pengerjaan………………………………..….
BAB IV
33
PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA
4.1 Analisa Hidrologi…………………………………..……………
33
4.1.1 Analisa Curah ……………………………………………..
33
4.1.2 Curah Hujan Rata-rata Daerah……………………………
34
4.1.3 Perhitungan Curah Hujan Rencana………………………
51
4.1.4 Perhitungan Distribusi Log Pearson Type III……………
52
4.1.5 Uji Kesesuaian Distribusi………………………………..
55
4.1.6 Analisa Debit Banjir Rencana…………………………….
57
4.1.7 Tataguna Lahan…………………………………..……….
59
4.1.8 Distribusi Hujan dan Curah Hujan Efektif……………….
61
4.1.9 Hidrograf Debit Banjir Rencana………………………….
64
4.2 Perhitungan Hidrograf Dengan HEC-HMS……………………. 101
4.3 Aplikasi Model HEC-HMS…………………………………….
106
4.4 Metode Rasional.......................................................................... 116
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan……………………………………………………..
122
5.2 Saran…………………………………………………………….
123
DAFTAR PUSTAKA
iv
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR TABEL
Tabel :
2.1
Persyaratan Pemilihan Distribusi frekuensi………………………………….. 10
2.2
Nilai K Distribusi Log Pearson type III……………………………………… 15
4.1
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Ploso………………………... 36
4.2
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Jombang…………………….
4.3
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Blimbing……………………. 38
4.4
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Kandangan………………….. 39
4.5
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Kesamben…………………..
40
4.6
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Mojoagung………………….
41
4.7
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Wonosalam…………………. 42
4.8
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Sambiroto…………………... 43
4.9
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Pasinan……………………..
44
4.10
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Tampung……………………
45
4.11
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Kasihan……………………..
46
4.12
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Cakarayam…………………..
47
4.13
Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Pugeran……………………… 48
37
4.14 .... Curah Hujan Maksimum Berdasarkan Stasiun Pacet………………………... 49
4.15 .... Curah Hujan Maksimum Rata-Rata Kali Ngotok Ring Kanal……………….
50
4.16 .... Perhitungan Penentuan Distribusi…………………………………………....
51
4.17 .... Perhitungan Log Pearson Type III Kali Ngotok Ring Kanal………………..
53
4.18 .... Perhitungan Curah Hujan Das Kali Ngotok Ring Kanal Untuk Beberapa
periode……………………………………………………………………….. 54
v
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4.19 .... Hasil Perhitungan Curah Hujan Rencana……………………………………
55
4.20 .... Perhitungan Dmax Pada Uji Smirnov Kolmogorov DAS kali Ngotok Ring
Kanal………………………………………………………………………...
56
4.21 .... Nilai Koefisien Pengaliran Gabungan Berdasarkan Tataguna Lahan di DAS
Kali Ngotok Ring Kanal……………………………………………………..
60
4.22 .... Perhitungan Nisbah Jam-Jaman………………………………………..........
61
4.23
Perhitungan Curah Hujan Efektif dan Distribusi Hujan Sub DAS I Kali
Ngotok Ring Kanal……………………………………………......................
4.24
Perhitungan Curah Hujan Efektif dan Distribusi Hujan Sub DAS II Kali
Ngotok Ring Kanal……………………………………………....................
4.25
63
Perhitungan Curah Hujan Efektif dan Distribusi Hujan Sub DAS IV Kali
Ngotok Ring Kanal……………………………………………...................
4.27
63
Perhitungan Curah Hujan Efektif dan Distribusi Hujan Sub DAS III Kali
Ngotok Ring Kanal……………………………………………...................
4.26
63
64
Waktu Lengkung Hidrograf Nakayasu sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal
Kondisi Eksisting……………………………………………......................
66
4.28
Hidrograf Banjir Q2 Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal ............................
67
4.29
Hidrograf Banjir Q5 Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal ............................
68
4.30
Hidrograf Banjir Q10 Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal...........................
69
4.31
Hidrograf Banjir Q25Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal ...........................
70
4.32
Hidrograf Banjir Q50 Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal...........................
71
4.33
Hidrograf Banjir Sub DAS I Kali Ngotok Ring Kanal ................................
72
4.34
Waktu Lengkung Hidrograf Nakayasu sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal
Kondisi Eksisting……………………………………………......................
vi
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
75
4.35
Hidrograf Banjir Q2 Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal...........................
76
4.36
Hidrograf Banjir Q5 Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal...........................
77
4.37
Hidrograf Banjir Q10 Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal .........................
78
4.38
Hidrograf Banjir Q25 Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal .........................
79
4.39
Hidrograf Banjir Q50 Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal .........................
80
4.40
Hidrograf Banjir Sub DAS II Kali Ngotok Ring Kanal ...............................
81
4.41
Waktu Lengkung Hidrograf Nakayasu sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal
Kondisi Eksisting……………………………………………......................
84
4.42
Hidrograf Banjir Q2 Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal .........................
85
4.43
Hidrograf Banjir Q5 Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal .........................
86
4.44
Hidrograf Banjir Q10 Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal ........................
87
4.45
Hidrograf Banjir Q25 Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal ........................
88
4.46
Hidrograf Banjir Q50 Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal ........................
89
4.47
Hidrograf Banjir Sub DAS III Kali Ngotok Ring Kanal ..............................
90
4.48 .... Waktu Lengkung Hidrograf Nakayasu sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal
Kondisi Eksisting……………………………………………......................
93
4.49
Hidrograf Banjir Q2 Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal .........................
94
4.50
Hidrograf Banjir Q5 Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal .........................
95
4.51
Hidrograf Banjir Q10 Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal ........................
96
4.52
Hidrograf Banjir Q25 Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal ........................
97
4.53
Hidrograf Banjir Q50 Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal ........................
98
4.54
Hidrograf Banjir Sub DAS IV Kali Ngotok Ring Kanal ..............................
99
4.55
Pembagian Land Use masing-masing Sub DAS ..........................................
102
4.56
Luas Sub DAS I, harga CNdan % Impervious.............................................
103
vii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4.57
Luas Sub DAS II, harga CNdan % Impervious ...........................................
103
4.58
Luas Sub DAS III, harga CNdan % Impervious ..........................................
103
4.59
Luas Sub DAS IV, harga CNdan % Impervious ..........................................
103
4.60
Input Data subdas .......................................................................................
108
4.61
Rasional .....................................................................................................
116
4.62
Perhitungan Tiga Metode ...........................................................................
116
4.63
Uji Kesesuaian Nash...................................................................................
117
4.64
Uji Nash Q2 ................................................................................................
118
4.65
Uji Nash Q5 ................................................................................................
118
4.66
Uji Nash Q10...............................................................................................
118
4.67
Uji Nash Q25...............................................................................................
119
4.68
Uji Nash Q50...............................................................................................
119
4.69
Uji Nash Q2 ................................................................................................
119
4.70
Uji Nash Q5 ................................................................................................
120
4.71
Uji Nash Q10...............................................................................................
120
4.72
Uji Nash Q25...............................................................................................
120
4.73
Uji Nash Q50...............................................................................................
121
viii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR GAMBAR
Gambar :
1.1
Lokasi Kali Ngotok Ring Kanal.........................................................
5
1.2
DAS Kali Ngotok Ring Kanal ...........................................................
6
2.1
Hidrograf satuan Nakayasu ................................................................
21
2.2
Snyder Unit Hidrograf .......................................................................
26
2.3
SCS Unit Hidrograf ...........................................................................
28
3.1
Diagram Alur Penelitian Metode Nakayasu .......................................
31
3.2
Diagram Alur Penelitian HEC-HMS ..................................................
32
4.1
Luas Sub DAS Kali Ngotok Ring Kanal ............................................
58
4.2
Hidrograf Nakayasu Sub DAS I Kali Kali Ngotok Ring Kanal ..........
73
4.3
Hidrograf Nakayasu Sub DAS II Kali Kali Ngotok Ring Kanal .........
82
4.4
Hidrograf Nakayasu Sub DAS III Kali Kali Ngotok Ring Kanal ........
91
4.5
Hidrograf Nakayasu Sub DAS IV Kali Kali Ngotok Ring Kanal........
100
4.6
Sub DAS Kali Ngotok Ring Kanal ....................................................
101
4.7
Skematik SubDAS Kali Ngotok Ring Kanal Saat Memasukan Data HECHMS .................................................................................................
102
4.8
Hidrograf SubDAS I HasilRunning HEC-HMS .................................
114
4.9
Hidrograf SubDAS II HasilRunning HEC-HMS ................................
114
4.10
Hidrograf SubDAS III HasilRunning HEC-HMS...............................
115
4.11
Hidrograf SubDAS IV HasilRunning HEC-HMS ..............................
115
ix
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Sungai sebagai salah satu sumber air, keberadaan sungai sangat berpengaruh
terhadap kehidupan sosial masyarakat, karena sungai digunakan untuk kebutuhan
sehari-hari seperti irigasi, mandi, cuci dan air minum. Atas dasar inilah, maka segala
sesuatu yang menyangkut keberadaan dan perubahan sungai serta yang ada di
dalamnya perlu untuk mendapat perhatian.
Kali Ngotok Ring Kanal adalah salah satu sungai yang berfungsi sebagai
kolektor dari beberapa sungai seperti: Kali Tembelang, kali Sambong, kali Jombang
Kulon, kali Jombang Wetan, kali Bening, kali Sewedang, kali Gunting, kali Balong
dan Kkali Brangkal. Kali Ngotok Ring Kanal ini bertemu dengan Kali Brangkal yang
selanjutnya bermuara ke kali Brantas di kota Mojokerto dan lebih ke hilir lagi
terdapat pintu air Lengkong.
Kali Ngotok Ring Kanal mempunyai morfologi sungai yang cukup lurus
dan relatif datar. Tingginya curah hujan dan tingginya muka air sungai kali Brantas
serta kecilnya kapasitas aliran sungai di sepanjang Kali Ngotok Ring Kanal sering
menyebabkan terjadinya back water dan genangan di setiap pertemuan anak-anak
sungai, baik di muara kali Brangkal/kali Ngotok Ring Kanal, maupun pada muara
anak-anak sungai di sepanjang Kali Ngotok Ring Kanal.
1
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
2
Masalah banjir di DAS Kali Ngotok Ring Kanal sangat dirasakan oleh
masyarakat, khususnya penduduk di sepanjang pertemuan sungai yang masuk ke
Kali Ngotok Ring Kanal. Banjir di lokasi studi terjadi seiring dengan meningkatnya
intensitas hujan. Hal ini terjadi karena aliran air terjebak oleh ketidakmampuan alur
sungai di bagian hilirnya untuk mengalirkan air ke muara. Kondisi semacam ini akan
terjadi lebih parah lagi apabila terjadi hujan yang terus menerus, sehingga ketika Kali
Brantas terjadi banjir, kali Ngotok Ring Kanal tidak dapat mengalir dan anak-anak
sungainya juga tidak dapat masuk ke Kali Ngotok Ring Kanal, sehingga
menggenangi daerah-daerah rendah di sekitar anak sungai tersebut. Terjadinya
genangan
banjir
di
beberapa
tempat
juga
dimungkinkan
karena
sistem
pematusan/drainase yang ada (syphon) tidak dapat berfungsi optimal serta terjadinya
penyempitan alur sungai (bottle neck).
HEC-HMS merupakan singkatan dari Hydrologic Engineering Center’s
Hydrologic Enginnering System, merupakan sebuah software yang dikembangkan
oleh Hydrologic Enginnering Center milik US Army Crops of Engineers. Program
HEG-HMS merupakan program komputer untuk menghitung transformasi hujan dan
proses routing pada suatu DAS. Model ini dapat digunakan untuk menghitung limpasan
permukaan serta penelusuran banjir pada suatu daerah aliran sungai, baik itu dalam
kondisi eksisting maupun dalam kondisi terkontrol atau terencana. Berkaitan dengan
kondisi banjir di Kali Ngotok Ring Kanal, maka dapat debit banjir dapat dianalisa
dengan menggunakan program HEC-HMS.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
3
1.2.
Rumusan Masalah
Permasalahan yang dapat ditulis berkenaan dengan banjir yang terjadi di
daerah sekitar Kali Ngotok Ring Kanal adalah sebagai berikut :
1.
Berapa debit banjir rencana pada DAS Kali Ngotok Ring Kanal dengan
metode Nakayasu ?
2.
Berapa debit banjir rencana pada DAS Kali Ngotok Ring Kanal dengan
program HEC-HMS ?
3.
Berapa besar perbandingan debit banjir rencana antara metode Nakayasu
dan program HEC-HMS ?
1.3.
Maksud dan Tujuan
Maksud dan tujuan yang ingin dicapai dari analisa ini adalah :
1.
Mengetahui besar debit banjir rencana dengan metode Nakayasu.
2.
Mengetahui besar debit banjir rencana dengan program HEC-HMS.
3.
Mengetahui perbandingan besarnya debit banjir rencana dari kedua
metode analisis serta membandingkan mana yang lebih efisien untuk
dipakai untuk menganalisis.
1.4.
Batasan Masalah
Dengan adanya permasalahan di atas, maka ruang lingkup pembahasan dalam
laporan tugas akhir ini adalah :
1. Tidak membahas kondisi daerah akibat banjir baik segi materiel maupun
dampak lingkungan.
2. Data yang digunakan adalah data curah hujan dari tahun 1988 - 2010 yang
mempengaruhi DAS pada Kali Ngotok Ring Kanal yaitu Stasiun hujan
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4
Ploso,
Jombang,
Blimbing,
Kandangan,
Kesamben,
Mojoagung,
Wonosalam, Sambiroto, Pasinan, Tampung, Klasihan, Cakarayam,
Pungeran, Pacet.
3. Tidak membahas tentang jenis -jenis kerusakan yang terjadi akibat banjir.
4. Metode Rasional hanya sebagai acuan untuk kedua metode Nakayasu dan
Program HEC-HMS
1.5.
Lokasi Studi
Lokasi studi berada di Kali Daerah Aliran Sungai Kali Ngotok Ring Kanal
secara administratif terletak di wilayah Kabupaten Mojokerto dan Kabupaten
Jombang. Panjang Kali Ngotok Ring Kanal adalah ± 27 km. Secara geografis terletak
pada 07° 26’ 39’’ s/d 07° 32’ 19’’ Lintang Selatan serta 112° 15’ 47’’ s/d 112° 25’
38’’ Bujur Timur. Untuk lebih jelasnya lokasi Kali Ngotok Ring Kanal dapat dilihat
pada Gambar 1.1, sedangkan gambar DAS Kali Ngotok Ring Kanal dapat dilihat
pada Gambar 1.2.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Kab. Jo m b an g
Kali Ngo t o k Rin g Kan al
Kali Gu n t in g
Ka
Kali Bran gk a
Kali Br an t a
5
Gambar 1.1. Lokasi Kali Ngotok Ring Kanal
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
6
PLOSO
DAM LENGKONG BARU
K. B R A N T A
S
DAM MENTURUS
MOJOKERTO
KESAMBEN
K. Watud
akon
goto
K. N
g
k Rin
Kana
l
SAMBIROTO
at
al
MOJOAGUNG
ng
te
u
cir
Ba
n
y
an
Pa
n
ip
Ur
ak
TAMPUNG
B
K.
KASIAN
K.
K.
Ca
t
p ur
K. Cem l
gsa
K . Ban
gk
K. Br an
K. J
ab o
n
K. Gunting
Be
K. Bu j
el
K . Se w
ed an g
PASINAN
K.
JOMBANG
K.
ng
el a
mb
Te
K.
K. J
om
b an
Jo m
gK
u lo n
ba
ng
n in
We
g
t an
DAM JATI MLEREK
el
Pa
k
PUGERAN
K. Landean
K.
n
g
aw
an
ta
uh
t in
Be
ng
K.
Pik
a
n
Ma
K.
K.
BLIMBING
ih
ut
uP
ny
Ba
K. an gir
M
r
K.
go
an
Bo
si r
Pa
K.
K.
ed
K. K
ung
K.
Ge
r
CAKARAYAM
WONOSALAM
K. Pa it
K.
W
K.
K. Kel ero
NGORO
Se
m
bu
un
ng
gu
K.
K. P
Ju r
ang
an g
aj ara
Jer
n
uk
KANDANGAN
K. C
am p
ir
PACET
K. J
arak
inga
n
G. ANJASMORO
G. HARGO WAYANG
G. GENTONG GOWAH
0
2.5
5.0
7.5
10.0 km
PETA SITUASI DAS NGOTOK RING KANAL
Gambar 1.2 DAS Kali Ngotok Ring Kanal
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1.
Umum
Sungai merupakan salah satu sumber air bagi kehidupan yang ada di bumi
baik manusia, hewan dan tumbuhan. Semua makhluk hidup memerlukan air untuk
dapat mempertahankan kelangsungan hidupnya. Sungai mengalir dari hulu ke hilir
bergerak dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Ditinjau dari segi hidrologi,
sungai mempunyai fungsi utama menampung curah hujan dan mengalirkan sampai
ke laut. Daerah dimana sungai memperoleh air merupakan daerah tangkapan hujan
yang biasanya disebut daerah pengaliran sungai ( DPS ). Aliran sungai dihubungkan
oleh suatu jaringan satu arah dimana cabang dan anak sungai mengalir ke dalam
sungai induk yang lebih besar dan membentuk suatu pola, Pola tersebut tergantung
dari kondisi topografi, geologi, iklim yang terdapat di dalam DPS yang
bersangkutan. ( Soewarno, 1991 )
2.2.
Cur ah Hujan
Untuk mendapatkan gambaran mengenai distribusi hujan di seluruh daerah
aliran sungai, maka dipilih beberapa stasiun yang tersebar di seluruh DAS. Stasiun
terpilih adalah stasiun yang berada dalam cakupan areal DAS dan memiliki data
pengukuran iklim secara lengkap. Beberapa metode yang dapat dipakai untuk
menentukan curah hujan rata- rata adalah metode Thiessen, Arithmetik dan Peta
Isohyet. Untuk keperluan pengolahan data curah hujan menjadi data debit diperlukan
data curah hujan bulanan, sedangkan untuk mendapatkan debit banjir rancangan
7
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
8
diperlukan analisis data dari curah hujan harian maksimum. Metode yang umum
dipakai adalah metode Thiessen.
Pada metode Thiessen dianggap bahwa data curah hujan dari suatu tempat
pengamatan dapat dipakai untuk daerah pengaliran di sekitar tempat itu. Metode
perhitungan dengan membuat poligon yang
memotong
tegak lurus
pada
tengah-tengah garis penghubung dua stasiun hujan. Dengan demikian tiap stasiun
penakar Rn akan terletak pada suatu wilayah poligon tertutup An. Perbandingan luas
poligon untuk setiap stasiun yang besarnya An /A. Thiessen memberi rumusan
sebagai berikut:
R=
A1 * R1 + A2 * R2 + ......... + An * Rn
A1 + A2 + ......... + An
............................................
(2.1)
Dimana:
R
:Curah hujan daerah rata-rata
R1, R2, ..., Rn :Curah hujan ditiap titik pos Curah hujan
A1, A2, ..., An :Luas daerah Thiessen yang mewakili titik pos curah hujan
n
:Jumlah pos curah hujan
Pada metode aritmetik dianggap bahwa data curah hujan dari suatu tempat
pengamatan dapat dipakai untuk daerah pengaliran di sekitar tempat itu dengan
merata-rata langsung stasiun penakar hujan yang digunakan. Metode isohyet
menggunakan peta dengan garis-garis yang menghubungkan tempat-tempat dengan
curah hujan yang sama. Besar curah hujan rata-rata bagi daerah seluruhnya didapat
dengan mengalikan CH rata-rata diantara kontur-kontur dengan luas daerah antara
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
9
kedua kontur, dijumlahkan dan kemudian dibagi luas seluruh daerah. CH rata-rata di
antara kontur biasanya diambil setengah harga dari kontur.
2.3.
Analisa Fr ekuensi Curah Hujan Rencana
Sebagaimana dijelaskan sebelumnya, untuk daerah yang tidak memiliki data
debit banjir maksimum tahunan maka debit banjir rencananya dihitung dengan
metode curah hujan limpasan (rainfall-runoff). Perhitungannya dimulai dari curah
hujan rencana yang dikonversi menjadi curah hujan jam-jaman kemudian dikali
karakteristik daerah aliran sungainya yang dikenal dengan nama hidrograf satuan
atau hidrograf satuan sintetis. Sedangkan curah hujan rencana yang dalam hal ini
adalah curah hujan harian diperoleh dari data curah hujan harian maksimum tahunan
diolah dengan metode analisis frekuensi. Analisis frekuensi data curah hujan rencana
dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa distribusi probabilitas yang banyak
digunakan dalam hidrologi, yaitu : Distribusi Gumbel Tipe I, Distribusi Log Pearson
III, dan Distribusi Normal. Persyaratan pemakaian distribusi tersebut didasarkan
pada nilai Koefisien Skewness dan Koefisien Kurtosis, seperti persyaratan yang
tercantum pada Tabel 2.1.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
10
Tabel 2.1. Persyar atan Pemilihan Distr ibusi Fr ekuensi
Par ameter Data Statistik
Distr ibusi Fr ekwensi
Koefisien Skewness
(Cs)
Gumbel
1.14
Distribusi Normal
-0.015 ≤Cs ≤0.05
Log Pear son type III
Bebas*
Koefisien Kur tosis
(Ck)
5.4
2.7 ≤Ck ≤3.3
1.5 Cs2 + 3
Sumber : Hidrologi Sri Harto BR ; Hidrologi Jilid 1 Soewarno
Bila tidak ada yang mendekati parameter Gumbel dan Distribusi Normal,
Tersedia Tabel -3 ≤Cs ≤3
Curah hujan yang diperlukan untuk rancangan pengendalian banjir adalah
curah hujan rata-rata di seluruh wilayah atau daerah dan dinyatakan dalam ‘mm’.
Untuk daerah yang tidak memiliki data debit banjir maksimum tahunan maka debit
banjir rencananya dihitung dengan metode curah hujan-limpasan (rainfall-runoff).
Perhitungannya dimulai dari curah hujan rencana yang dikonversi menjadi curah
hujan jam-jaman kemudian dikali karakteristik daerah aliran sungainya yang dikenal
dengan nama hidrograf satuan atau hidrograf satuan sintetis. Sedangkan curah hujan
rencana yang dalam hal ini adalah curah hujan harian diperoleh dari data curah hujan
harian maksimum tahunan diolah dengan metode analisis frekuensi. Analisis
frekuensi data curah hujan rencana dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa
distribusi probabilitas yang banyak digunakan dalam hidrologi, yaitu : Distribusi
Gumbel Type I dan Distribusi Log Pearson Type III.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
11
2.4.
Analisis Debit Banjir Rencana
•
Analisis curah hujan dan banjir rancangan
Pada bagian ini akan dijelaskan pengolahan data curah hujan harian sampai
dengan debit banjir rancangan. Metode yang digunakan dan cara pengujiannya juga
dibahas dalam bab ini.
•
Analisis fr ekuensi curah hujan har ian maksimum tahunan
Untuk menghitung debit banjir rancangan dari data curah hujan (Rainfall
Runoff Method), harus dihitung terlebih dahulu besarnya curah hujan rancangan (Rt).
Karena data curah hujan yang mewakili hanya dari satu stasiun hujan (point rainfall),
maka data tersebut dapat dianggap sebagai hujan daerah (area rainfall).
Perhitungan analisis frekuensi dalam pekerjaan ini ditujukan untuk
menghitung curah hujan rencana yang nantinya digunakan untuk menghitung tinggi
muka air rencana. Tinggi muka air rencana ini berpengaruh dalam menentukan tinggi
embung. Ada 6 metode analisis frekuensi yang dipergunakan yaitu : normal, log
normal 2 parameter, log normal 3 parameter, gumbel i, pearson iii dan log pearson
iii. metode dipilih berdasarkan penyimpangan yang terkecil.
•
Pemilihan distribusi
Untuk memperkirakan besarnya debit banjir dengan kala ulang tertentu,
terlebih dahulu data-data hujan didekatkan dengan suatu sebaran distribusi, agar
dalam memperkiraan besarnya debit banjir tidak sampai jauh melenceng dari
kenyataan banjir yang terjadi .
Adapun rumus-rumus yang dipakai dalam penentuan distribusi tersebut antara lain :
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
12
(X - X) 2
n −1
Sd =
S
X
Cv =
n × ∑( Xi - X)
n
(n-1)×(n-2)×S 3
n 2 ×∑( Xi - X)
n
Ck =
= koefisien keragaman ...............................
(2.3)
= koefisien kepencengan...............................
(2.4)
4
i=1
(n-1)×(n-2)×(n-3)×S 4
k =
(2.2)
3
i=1
Cs =
= standar deviasi .........................................
=
koefisien kurtosis.............................
(2.5)
koefisien frekuensi didapat dari tabel pemilihan distribusi berdasarkan
penyimpangan yang terkecil.
• Distribusi normal
Distribusi ini mempunyai probability density function sebagai berikut:
1
P'(X) =
.e
σ 2π
[-(x-µ) 2 ]
2σ 2
....................................................................................
(2.6)
dimana :
σ = varian
µ = rata-rata.
Sifat khas lain distribusi ini yaitu nilai asimetrisnya (Skewnes) hampir sama
dengan nol dan dengan Kurtosis 3.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
13
• Ditribusi Log-Normal
Probabilitas density function distribusi ini adalah :
1nx - µn2
p'(x) =
eksp [ -1/2 [ ] ] ; ( µ> 0 )............................................................
x σn√ 2πσn
dimana :
1 µ4
µn = ln 2
2 µ +σ2
σ 2 + µ 2
µ2
σn2 = ln
besar asimetrinya (skewnes) adalah :
γ = η v3 +3η v
dimana :
ηv =
0.5
σ −σ
−1
e
µ
(
2
n
)
kurtosis (ck ) = η v8 +6η v6 +15η v4 +16η v2 +3
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
(2.7)
14
Dengan persamaan (1), dapat didekati dengan nilai asimetri 3 dan selalu
bertanda positif. atau nilai skewnes cs kira-kira sama dengan tiga kali nilai
koefisien variasi cv.
• Log Pearson Type III
Pada persamaan pearson terdapat 12 buah distribusi, tapi hanya distribusi
log-pearson type III yang digunakan dalam analisis curah hujan maksimum.
Probability density function distribusi ini adalah :
P′( X) = P0′ ( X)( 1+ X/a) e − cx/a ........................................................ (2.8)
c
dengan parameter :
c = 4/β1 - 1
a = ( cµ3c ) /( 2 µ 2 c )
P0′ ( X) = ( nc c+1 ) /( ae c r ( c+1) )
sedangkan :
β 1 = ( µ 32c ) /( µ 23c )
µ .3c
hargarata-rata (mean)
= mode +
standart deviation
= σ + √µ2c
asimetri
γ
2 µ 2c
= 1/2 √β1
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
15
Tabel 2.2 Nilai K Distr ibusi Log Pearson type III
Periode Ulang ( Tahun )
2
5
10
25
50
100
Cs
Peluang ( % )
50
20
10
4
2
1
3.0
-0.396 0.420 1.180 2.278 3.152
4.051
2.5
-0.360 0.518 1.250 2.262 3.048
3.845
2.2
-0.330 0.574 1.284 2.240 2.970
3.705
2.0
-0.307 0.609 1.302 2.219 2.912
3.605
1.8
-0.282 0.643 1.318 2.193 2.848
3.499
1.6
-0.254 0.675 1.329 2.163 2.780
3.388
1.4
-0.255 0.705 1.337 2.128 2.706
3.271
1.2
-0.195 0.732 1.340 2.087 2.626
3.149
1.0
-0.164 0.758 1.340 2.043 2.542
3.022
0.9
-0.148 0.769 1.339 2.018 2.498
2.957
0.8
-0.132 0.780 1.336 1.998 2.453
2.891
0.7
-0.116 0.790 1.333 1.967 2.407
2.824
0.6
-0.099 0.800 1.328 1.939 2.359
2.755
0.5
-0.083 0.808 1.323 1.910 2.311
2.686
0.4
-0.066 0.816 1.317 1.880 2.261
2.615
0.3
-0.050 0.824 1.309 1.849 2.211
2.544
0.2
-0.033 0.830 1.301 1.818 2.159
2.472
0.1
-0.017 0.836 1.292 1.785 2.107
2.400
0.0
0.000
0.842 1.282 1.751 2.054
2.326
-0.1
0.017
0.836 1.270 1.716 2.000
2.252
-0.2
0.033
0.850 1.258 1.680 1.945
2.178
-0.3
0.050
0.853 1.245 1.643 1.890
2.104
-0.4
0.066
0.855 1.231 1.606 1.834
2.029
-0.5
0.083
0.856 1.216 1.567 1.777
1.955
-0.6
0.099
0.857 1.200 1.528 1.720
1.880
-0.7
0.166
0.857 1.183 1.488 1.663
1.806
-0.8
0.132
0.856 1.166 1.448 1.606
1.733
-0.9
0.148
0.854 1.147 1.407 1.549
1.660
-1.0
0.164
0.852 1.128 1.366 1.492
1.588
-1.2
0.195
0.844 1.086 1.282 1.379
1.449
-1.4
0.225
0.832 1.041 1.198 1.270
1.318
-1.6
0.254
0.817 0.994 1.116 1.166
1.197
-1.8
0.282
0.799 0.945 1.035 1.069
1.087
-2.0
0.307
0.777 0.895 0.959 0.980
0.990
-2.2
0.330
0.752 0.844 0.888 0.900
0.905
-2.5
0.360
0.711 0.771 0.793 0.798
0.799
-3.0
0.396
0.636 0.660 0.666 0.666
0.667
Sumber : CD. Soemarto, tahun 1978
200
1000
0.5
4.970
4.652
4.444
4.298
4.147
3.990
3.828
3.661
3.489
3.401
3.312
3.223
3.132
3.041
2.949
2.856
2.763
2.670
2.576
2.482
2.388
2.294
2.294
2.201
2.016
1.926
1.837
1.749
1.664
1.501
1.351
1.216
1.097
0.995
0.907
0.800
0.667
0.1
7.250
6.600
6.200
5.910
5.660
5.390
5.110
4.820
4.540
4.395
4.250
4.105
3.960
3.815
3.670
3.525
3.380
3.235
3.090
2.950
2.810
2.675
2.675
2.540
2.275
2.150
2.035
1.910
1.800
1.625
1.465
1.280
1.130
1.000
0.910
0.802
0.668
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
16
• Uji kesesuaian pemilihan distr ibusi
Untuk mengetahui apakah data tersebut benar sesuai dengan jenis sebaran
teoritis yang dipilih maka perlu dilakukan pengujian lebih lanjut. untuk keperluan
analisis uji kesesuaian dipakai dua metode statistik sebagai berikut:
• Uji smirnov-kolmogorov
Uji
smirnov-kolmogorov
diperoleh
dengan
memplot
data
dan
probabilitasnya dari data yang bersangkutan, serta hasil perhitungan empiris dalam
bentuk grafis. dari kedua hasil pengeplotan, dapat
diketahui penyimpangan
terbesar (∆maks.). Penyimpangan tersebut kemudian dibandingkan dengan
penyimpangan kritis yang masih diijinkan (∆cr), pada proyek ini digunakan nilai
kritis (significant level) α = 5 % nilai kritis ∆ untuk pengujian ini tergantung pada
jumlah data dan α.
• Uji chi kuadrat (x2)
Metode ini sama dengan
metode
smirnov-kolmogorov,
yaitu
untuk
menguji kebenaran distribusi yang dipergunakan pada perhitungan frekuensi
analisis. distribusi dinyatakan benar jika nilai x2 dari hasil perhitungan lebih kecil
dari x2 kritis yang masih diizinkan. metode chi kuadrat diperoleh berdasarkan rumus:
k
( Ef − Of ) 2
1
Ef
X cal = ∑
2
.........................................................
dimana :
x cal
= nilai kritis hasil perhitungan
k
= jumlah data
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
(2.9)
17
ef
= nilai yang diharapkan (expected frequency)
of
= nilai yang diamati (observed frequency)
Batas kritis x2 tergantung pada derajat kebebasan dan α. untuk kasus ini
derajat kebebasan mempunyai nilai yang di dapat dari perhitungan sebagai berikut
dk
= jk - ( p + 1)………………………………………...
(2.10)
dimana :
dk
= derajat kebebasan
jk
= jumlah kelas
p
= faktor keterikatan (untuk pengujian chi kuadrat mempunyai
keterikatan 2)
• Distr ibusi hujan jam-jaman
Distribusi hujan (agihan hujan) jam-jaman ditetapkan dengan cara
pengamatan langsung terhadap data pencatatan hujan jam-jaman pada stasiun yang
paling berpengaruh pada das. Bila tidak ada maka bisa menirukan perilaku hujan
jam-jaman yang mirip dengan daerah setempat pada garis lintang yang sama.
Distribusi tersebut diperoleh dengan pengelompokan tinggi hujan ke dalam range
dengan tinggi tertentu.
Dari data yang telah disusun dalam range tinggi hujan tersebut dipilih
distribusi tinggi hujan rancangan dengan berdasarkan analisis frekuensi dan frekuensi
kemunculan tertinggi pada distribusi hujan jam-jaman tertentu. Selanjutnya
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
18
prosentase hujan tiap jam terhadap tinggi hujan total pada distribusi hujan yang
ditetapkan. Dari hasil analisis ini ditetapkan hujan jam-jaman di lokasi perencanaan
yaitu untuk
studi ini dipilih distribusi 6 jam yang didistribusikan dengan cara
mononobe. besar rasio sebaran hujan dapat dilihat pada grafik berikut.
2.5.
Menghitung Debit Banjir Rancangan
• Metode Rasional
Metode rasional dapat menggambarkan hubungan antara debit dengan
besarnya curah hujan untuk DAS dalam luas sampai 500 ha. debit banjir dapat
dihitung berdasarkan parameter hujan dan karakteristik DAS, dengan rumus umum
berikut:
Qp =
,
C I A............................................................................
(2.11)
dimana :
Qp = debit puncak banjir (m3/det).
C
= koefisien aliran.
I
= intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam).
A
= luas daerah pengaliran sungai (km2).
Waktu konsentrasi adalah selang waktu antar permulaan hujan dan saat
seluruh areal DAS nya ikut berperan pada pengaliran sungai. Salah satu rumus yang
digunakan adalah :
tc = 0,0195L0.77 x s-0.385.................................................................
(2.12)
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
19
dengan :
tc
= waktu konsentrasi (menit).
L
= panjang lereng (m).
s
= kemiringan lereng (m/m).
• Metode Nakayasu
Persamaan umum hidrograf satuan
sintetik
Nakayasu
adalah
sebagai
berikut (Soemarto, 1987), dan dikoreksi untuk nilai waktu puncak banjir dikalikan
0,75 dan debit puncak banjir dikalikan 1,2 untuk menyesuaikan dengan kondisi di
indonesia.
=
,
( ,
,)
.......................................................................
(2.13)
dimana:
Qp
= debit puncak banjir (m3 /dt)
R0
= hujan satuan (mm)
Tp
= tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak banjir
(jam)
T0.3
= waktu yang diperlukan oleh penurunan debit, dari debit puncak
sampai menjadi 30 % dari debit puncak
Tp
= tg + 0,8 tr ..........................................................................
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
(2.14)
20
Tg
= 0,21 × l 0,7
→ l < 15 km.......................
(2.15)
Tg
= 0,4 + 0,058 × l
→ l > 15 km .......................
(2.16)
t0.3
= α× tg……………………………………......................
dimana :
L
= panjang alur sungai (km)
Tg
= waktu konsentrasi (jam)
Tr
= satuan waktu hujan diambil 0.25 jam
α
= untuk daerah pengaliran biasa diambil nilai 2
Persamaan hidrograf satuannya adalah:
a.
pada kurva naik
0≤t≤t
b.
qt = ( t / tp )2,4 x qp
pada kurva turun
tp< t ≤ tp + t0,3
Qt = Qp × 0,3
t - Tp
T
0.3
t-Tp + 0.5 T0.3
1.5T0.3
tp +t , < t ≤ t +2,5t
Q t = Q p ×0.,3
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
(2.17)
21
i
t
Tr
0.8Tr
Tg
Q (m^3/dt)
T (jam)
Tp
T0.3
1.5 T0.3
Gambar 2.1 Hidrograf satuan Nakayasu
2.6.
Definisi HEC-HMS
Salah satu model transformasi hujan menjadi aliran khususnya untuk aliran
rendah (lowflow) adalah model HEC-HMS. Model ini merupakan model hidrologi
numerik yang dikembangkan oleh Hydrologic Engenering Centre (HEC) dari Us
Army Corps Of Engeneers. Program HEC-HMS merupakan program komputer
untuk menghitung transformasi hujan dan proses reuting pada suatu sistem DAS.
Model ini dapat
digunakan untuk menghitung volume runof, direct runnoff,
baseflow dan channel flow. Seperti yang dijelaskan dalam buku “Hydrologic
Modeling System (HEC-HMS) Technical Reference Manual”, program HEC-HMS
ini merupakan program komputer untuk menghitung pengalihragaman hujan dan
proses routing pada suatu sistem DAS.Software ini dikembangkan oleh Hydrologic
Engeneering Centre (HEC) dari US Army Corps Of Engineers. Dalam software
HEC-HMS terdapat fasilitas kalibrasi maupun simulasi model distribusi, model
menerus dan kemampuan membaca data GIS.
•
Metode perhitungan volume limpasan
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
22
HEC-HMS mengapa bahwa semua daratan dan perairan yang berada dalam
suatu DAS dapat dikatagori menjadi:
-Lapisan lolos air (pervious surface), dan
-Lapisan kedap air (directly-connected impervious surface)
Lapisan lolos air adalah lapisan tanah yang mudah ditembus atau dilalui oleh
air. Lapisan kedap air adalah bagian dari DAS yang memberikan konstribusi berupa
limpasan langsung tanpa memperhitungkan infiltrasi, evaporasi ataupun jenis
kehilangan volume laianya. Sedangkan jatuhnya air hujan pada lapisan yang kedap
air juga merupakan limpasan.
Didalam pemodelan HEC-HMS ini, terdapat beberapa metode perhitungan
limpasan (runoff) yang dapat di gunakan, yaitu (HEC-HMS Technical Reference
Manual, 2008:38): The initial and constant-rate loss model, the deficit and constantrate loss model, the SCS curve number (CN) loss model (composite or gridded), dan
the Green and Ampt loss model.
Pada masing-masing model, terjadinya ditentukan pada masing-masing
interval waktu. Kedalaman sisa dikenal sebagai kelebihan hujan. Kedalaman ini
berdasar atas suatu daerah aliran air, yang sudah dapat mewakili dan menunjukan
suatu volume aliran.
• The Initial And Constant Rate Loss Model dan Deficit And Constant Rate
Loss Model
Konsep dasar dari initialand constant rate adalah angka potensial maksimum
timbulnya hujan, fc, adalah konstanta sepanjang kejadian hujan, jadi dengan
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
23
demikian, jika pt adalah kedalaman MAP selama suatu interval waktu t dalam t+∆t,
yaitu persamaan sebagai berikut :
Pet =
....................................................................
(2.18)
Dalam initial loss, di dalam topografi atau batas air, air disimpan di pada
akhirnya menyusut atau menguap, kerugian ini menyebabkan aliran balik. Sehingga
persamaanya menjadi.
0
−
0
pet =
∑
∑
∑
>
>
<
>
<
.............................................
(2.19)
SCS (1986) menggolongkan lahan atas dasar daya infiltrasi, dan skaggs dan khaleel
(1982) sudah menggolongkan perkiraan-perkiraan laju infiltrasi untuk masingmasing lahan.
• Limpasan SCS Cur ve Number (CN)
Metode perhitungan dari soil Conservation Service (SCS) curve number (CN)
beranggapan hujan yang menghasilkan limpasan yang merupakan fungsi dari hujan
komulatif , tata guna lahan, jenis tanah serta kelembaban. Model perhitungan adalah
sebagai berikut (HEC-HMS Technical Reference Manual, 2000:40):
Pe =
(
– )
................................................................................................
dengan,
Pe = Hujan komulatif pada waktu t
P = Kedalaman hujan komulatif pada waktu t
Ia = Kehilangan mula-mula (initial loss)
S
= Kemampuan penyimpanan maksimum
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
(2.20)
24
Hubungan antara nilai kemampuan penyimpanan maksimum dengan nilai
dari karakteristik DAS yang diwakili oleh nilai CN (curve number) adalah sebagai
berikut :
.
S=
.
S=
( English Unit ) .................................................................
(2.21)
( Metric Unit ) ...............................................................
(2.22)
Nilai dari CN (curve number) bervariasi dari 100 (untuk permukaan yang
digenangi air) hingga sekitar 30 (untuk permukaan tak kedap air dengan nilai
infiltrasi tinggi).
• The Green And Ampt Loss Model
Infiltrasi Green dan Ampt dalam HEC-HMS adalah suatu model konsep dari
infiltrasi air hujan di suatu batas air. Menurut EM 1110-2-1417 “Pengangkutan dari
curah hujan yang diterobos melalui profil tanah dan infiltrasi adalah yang diatur oleh
richards equation kombinasi satu bentuk aliran tak-jenuh dari hukum darcy hukum
kekekalan massa.
EM 1110-2-1417 menguraikan secara detil bagaimana model green dan ampt
dikombinasikan dan memecahkan persamaan rumus-rumus. Secara ringkas, model
menghitung hujan/timbulnya kerugian di bidang yang dapat tembus pada interval
waktu adalah:
ft = K
(∅
)
................................................................................
(2.23)
Dimana ft =kerugian selama periode t; k=daya hantar hidraulik yang dipenuhi: (Ø i)
= defisit embun volume; sf = pembasahan berhadapan pengisapan ; dan ft =
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
25
kerugian komulatif pada waktu t. Kelebihan hujan/timbulnya di bidang yang dapat
tembus adalah perbedaan di dalam MAP selama epriode waktu.
Seperti yang diterapkan di HEC-HMS, model Green dan Ampt memasukan suatu
abstraksi yang awal. Parameter Estimasinya adalah sebagai berikut :
•
Metode Per hitungan Hidrogr af Satuan Sintetis
Dalam permodelan menggunakan HEC-HMS ini, disediakan beberapa pilihan
metode yang dapat digunakan untuk perhitungan hidrograf satuan. Metode-metode
yang ada antara lain adalah (HEC-HMS Technical Reference Manual, 2000:56) :
Hidrograf satuan sintetis Snyder dan Hidrograf satuan SCS (Soil Conservation
Service)
•
Hidr ograf Satuan Sintetis Snyder
Tahun 1938, Snyder menerbitkan suatu uraian Unit Hidrograf parametrik
yang dikembangkan untuk analisa dari daerah aliran sungai parameter Unit Hidrograf
dari karakteristik-karakteristik suatu batas air. HEC-HMS memasukan di dalamnya
satu implementasi Snyder Unit Hidrograf. Snyder menggabarkan suatu patokan Unit
Hidrograf, tr adalah curah hujan dalam jangka waktu, tp adalah berhubungan dengan
aliransungai yang tertinggal :
tp = 5,5tr..............................................................................................
(2.24)
Kelajuan adalah perbedaan di dalam waktu puncak Unit Hidrograf dan waktu
yang berhubungan dengan pusat luasan dari kelebihan curah huja. Dengan demikian,
jika jangka waktu itu ditetapkan, kelajuan (dan karena adanya waktu puncak Unit
Hidrograf) dari rumus Snyder Unit Hidrograf dapat ditemukan.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
26
i
tr
Debit per unit
Kedalaman hujan yang
t ertinggal
t
Gambar 2.2 Snyder Unit Hidrograf
Persamaan rumus yang berikut dapat digunakan untuk
menggambarkan
waktu puncak Unit Hidrograf waktu dan jangka waktu Unit Hidrograf :
T pR =
−
............................................................................
(2.25)
Dimana tr = jangka waktu Unit Hidrografyang diinginkan; dan tpR = kelajuan
dari Unit Hidrograf yang digunakan. Untuk permaslahan dasar, Snyder menemukan
bahwa Unit Hidrograf tertinggal dan mencapai puncak per unit dari kelebihan hujan
per bidang unit dari batas air yang terkait oleh :
=
Dimana Up = puncak dari standar Unit Hidrograf; A = bidang batas drainasi;
Cp = koefisien puncak Unit Hidrograf; dan C = konversi tetap (275 untuk SI atau
640 untuk satuan kaki). Untukdurasi yang berbeda puncak Unit Hidrograf QpR
ditetapkan sebagai berikut :
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
27
=
•
Hidr ograf Satuan SCS
Model SCS Unit Hidrograf adalah suatu Unit Hidrograf yang berdimensi ,
yang dicapai puncak tunggal Unit Hidrograf. Hal ini ditunjukkan di dalam gambar
3.2.
SCS menyatakan bahwa puncak Unit Hidrograf dan waktu puncak Unit
Hidrograf terkait oleh :
Up = C
Dimana A = daerah aliran air; dan C = konversi tetap (208 di Si dan 484 di
dalam sistem kaki). Waktu puncak (juga yang dikenal sebagai waktu kenaikan)
terkait pada j