Evaluasi Desain Perencanaan Check Dam Batang Suliti Kabupaten Solok Selatan
EVALUASI DESAIN PERENCANAAN CHECK DAM
BATANG SULITI KABUPATEN SOLOK SELATAN
Diajukanuntukmelengkapisyaratpenyelesaian
PendidikanSarjanaTeknikSipil
DEDE OKTRIA SYAFERI
10 0404 110
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
ABSTRAK
Sungai merupakan aliran air yang bermuara ke laut. Aliran air ini secara
alamiah juga mengalirkan sedimen dan polutan yang berdampak terhadap proses
sedimentasi, sehingga berpengaruh terhadap berkurangnya pasokan air untuk
berbagai kebutuhan. Guna mengatasi permasalahan tersebut, maka diperlukan
suatu bangunan penampung sedimen (check dam).
Lokasi penelitian berada di DAS Batang Suliti, Kabupaten Solok Selatan,
Provinsi Sumatera Barat. Daerah ini memiliki curah hujan rata-rata yang cukup
tinggi, dan pada bagian hulu terdapat banyak endapan sedimen, dimana pasca
gempa 30 September 2009 semakin memperparah kondisi DAS Batang Suliti. Pada
tahun 2011 dibangun check dam pengendali sedimen, akan tetapi dibulan Agustus
2012, check dam yang telah dibangun pun roboh. Hal ini disebabkan akibat kondisi
check dam yang tidak mampu menampung sedimen, sehingga dibutuhkan evaluasi
terhadap desain perencanaan check dam Batang Suliti.
Analisis data dimulai dengan analisis hidrologi untuk mendapatkan debit
banjir rencana, lalu dilakukan analisis terhadap potensi erosi dengan metode USLE.
Perhitungan potensi sedimen menggunakan metode Yang’s dan metode Shen and
Hung, sedangkan untuk memperoleh ketinggian main rencana dari tanah dasar
menggunakan perhitungan kapasitas tampungan check dam. Selanjutnya dilakukan
perhitungan detail dan spesifikasi bangunan seperti sub dam, pondasi, dan lantai
(Apron).
Debit banjir rencana menggunakan metode Melchior periode 100 tahun
adalah sebesar 323,29 m3/s, Hasil estimasi erosi yang terjadi pada DAS Batang
Suliti adalah sebesar 28908 ton/Ha/tahun atau sebesar 1382156 m2/tahun. Estimasi
hasil muatan sedimen dengan metode Yang’s adalah sebesar 616.528 m2/tahun,
sedangkan dengan metode Shen and Hung sebesar 803399 m2/tahun. Berdasarkan
analisis sedimen tersebut, untuk memenuhi kriteria kapasitas tampungan check dam
maka direncanakan ketinggian main dam sebesar 3 m dan pondasi sedalam 1,5
meter, dengan kapasitas tampungan dari check dam sebesar 460.412 m3 .
Oleh sebab itu dapat disimpulkan bahwa dengan ketinggian main dam
existing 1,5 meter, diperoleh daya tampung existing check dam sebesar
115.103 m3 tidak mampu menampung sedimen, sehingga dibutuhkan kajian ulang
terhadap dimensi penampang check dam agar dapat menampung potensi endapan
sedimen. Untuk meminimalisir potensi endapan yang terjadi, perlu dilakukan
penanganan penggunaan lahan dan konservasi tanah agar daerah aliran sungai tidak
banyak mengalami erosi. Selain itu perlu dilakukan penanganan teknis seperti
pengerukan (dredging) dan penggelontoran (flushing) sedimen secara rutin dalam
upaya mengurangi volume sedimen pada check dam.
Kata kunci : sedimen, check dam, debit banjir rencana
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, karena berkat Rahmat dan KuasaNya, serta dukungan dari berbagai pihak, sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
Adapun
judul
dari
Tugas
Akhir
ini
adalah
“Evaluasi Desain
Perencanaan Check Dam Batang Suliti Kabupaten Solok Selatan”. Tugas akhir
ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Strata I (S1)
di Bidang Studi Teknik Sumber Daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini jauh dari
kesempurnaan, baik dari segi isi maupun segi bahasa dan cara penyusunannya serta
dari segi teori dan perhitungannya, oleh karena itu bersedia menerima kritikan dan
saran yang membangun demi hasil yang lebih baik.
Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya atas
bimbingan dan bantuan yang diberikan sehingga Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan. Ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada :
1. Ayahanda
Syafrudin
Tanjung,SE
dan
Ibunda
Erita
yang
telah
membesarkan, mendidik, selalu mendukung saya dalam do’a, memberikan
dorongan material, spiritual serta memotivasi saya dengan sabar dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Makmur Ginting, M.Sc selaku dosen pembimbing sekaligus
orang tua bagi penulis yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan
pikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga
selesainya Tugas Akhir ini.
3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc selaku dosen pembanding/penguji
yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ivan Indrawan, ST, MT, selaku dosen pembanding/penguji yang telah
memberikan kritikan dan nasehat yang membangun dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini
5. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc selaku koordinator Bidang Studi Teknik Sumber
Daya Air
6. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik USU.
7. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik USU.
8. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Jurusan teknik Sipil Universitas Sumatera
Utara.
9. Kepada kakak-kakakku tersayang, yang mendukung penyelesaian Tugas Akhir
ini. Drg Desy Purnama Sari M.Kg dan Dewi Meilda Eka Sari SS, MM.
10. Semua sahabat-sahabatku khususnya kepada Ari, Himawan, Rendi, Titok, dan
Haykal yang telah memberikan dukungan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
12. Teman-teman sejawat Teknik Sipil USU 2010 yang telah memberikan
semangat dan bantuan.
13. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dan kemudahan
dalam penyelesaian administrasi.
Semoga Allah SWT membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya
kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan
terima kasih. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, September 2015
Hormat Saya
Dede Oktria Syaferi
10 0404 110
DAFTAR ISI
ABSTRAK
LEMBAR PENGESAHAN
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR NOTASI
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN .....................................................................
1.1
Latar Belakang ..............................................................
1.2
1.3
Perumusan Masalah .......................................................
Pembatasan Masalah ......................................................
1.4
Tujuan ...........................................................................
1.4
Manfaat .........................................................................
TINJAUAN PUSTAKA..............................................................
2.1
Umum ............................................................................
2.2
Daerah Pengaliran Sungai .............................................
2.3
Analisis Hidrologi ..........................................................
2.3.1
2.3.2
Analisis Curah Hujan Rata-rata ......................
2.3.1.1
Metode Rata-rata Aljabar.............. ..
2.3.1.2
Metode Poligon Thiesen................
2.3.1.3
Metode Isohiyet............................ ..
Analisis Curah Hujan Rencana .......................
2.3.2.1
Distribusi Normal.......................... ..
2.3.2.2
Distribusi Gumbel Tipe I................
2.3.2.3
2.3.3
2.3.4
2.4
2.6
Uji Kesesuaian ................................................
2.3.3.1
Uji Chi Kuadrat............................. ..
2.3.3.2
Uji Smirnov Kolmogorov................
Analisis Debit Banjir Rencana ........................
2.3.4.1
Metode Hasper.............................. ..
2.3.4.2
Metode Melchior............................
2.3.4.3
Metode Rasional........................... ..
Erosi ...............................................................................
2.4.1
2.5
Distribusi Log Pearson Tipe III.... ..
Perhitungan Erosi Metode USLE ....................
2.3.1.1
Faktor Erosivitas Hujan................ ..
2.3.1.2
Faktor Erodibilitas Hujan ..............
2.3.1.3
Faktor Panjang kemiringan lereng ..
2.3.1.4
Faktor pengolahan Tanah...............
2.3.1.5
Faktor Konservasi Lahan.............. ..
Sedimentasi ...................................................................
2.5.1
Faktor yang mempengaruhi Sedimentasi ......
2.5.2
Mekanisme Pengangkutan Sedimen ..............
2.5.3
Persamaan Angkutan Sedimen Dasar ............
2.5.3.1
Metode Yang’s.............................. ..
2.5.3.2
Metode Shen and Hung..................
Perencanaan Bangunan Check Dam ..............................
2.6.1
Dasar-dasar Perencanaan ..............................
2.6.2
Fungsi Check Dam ........................................
2.6.3
Manfaat Check Dam.......................................
2.6.4
Pelimpah ........................................................
2.6.5
Kemiringan dan lebar dasar Main Dam ........
2.6.6
Perencanaan Sub Dam dan Apron .................
BAB III
Tinjauan Gerusan lokal Hilir Sub Dam .........
2.6.8
Perhitungan Gaya dan Momen .......................
2.6.9
Analisis Stabilitas Check Dam ......................
GAMBARAN UMUM OBJEK STUDI ...................................
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
BAB IV
2.6.7
Lokasi Check Dam ..........................................................
Topografi .........................................................................
Land Use .........................................................................
Geologi ............................................................................
Hidrologi dan Klimatologi ..............................................
Rancangan Penelitian ......................................................
ANALISIS DATA ......................................................................
4.1
Analisis Hidrologi .........................................................
4.1.1
Data Curah Hujan Harian Maksimum .............
4.1.2
Analisa Curah Hujan Wilayah ............................
4.1.3
Analisa Curah Hujan Rencana ............................
4.1.4
4.1.5
4.2
4.1.3.1
4.1.3.2
Distribusi Normal.......................... ..
Distribusi Log Normal....................
4.1.3.3
Distribusi Gumbel Tipe I.............. ..
4.1.3.4
Distribusi Log Pearson tipe III.......
4.1.3.5
Penentuan Jenis Distribusi............ ..
Uji Kesesuaian ....................................................
4.1.4.1
Uji Chi Kuadrat..............................
4.1.4.2
Uji Smirnov Kolmogorov............. ..
Analisa Debit Banjir Rencana ..........................
4.1.5.1
Metode Hasper.............................. ..
4.1.5.2
Metode Melchior............................
4.1.5.3
Metode Rasional........................... ..
Perencanaan Teknis Check Dam ......................................
4.2.1
Analisis Erosi ....................................................
4.2.1.1
Erosivitas Hujan............................ ..
4.3.1
BAB V
4.2.1.2
Erodibilitas Tanah..........................
4.2.1.3
Panjang dan kemiringan lereng..... ..
4.2.1.4
Penggunaan Lahan..........................
4.2.1.5
Perkiraan Erosi........... .................. ..
Analisis Angkutan Sedimen ..............................
4.2.1.1
Metode Yang’s............................. ..
4.2.1.2
Metode Shen and Hung..................
4.2.1.3
Perbandingan Metode .................. ..
4.3.2
Kapasitas Tampungan Check Dam Existing.....
4.3.3
Evaluasi Perencanaan Check Dam..... ...............
4.3.3.1
Perencanaan Ketinggian Main Dam
4.3.3.2
Perencanaan Dimensi Pelimpah.....
4.3.3.3
Perencanaan kemiringan Main Dam
4.3.3.4
Perencanaan Lebar dasar Main Dam
4.3.3.5
Perencanaan Kedalaman Pondasi...
4.3.3.6
Perencanaan Sub dam dan Apron....
4.3.3.7
Tinjauan Gerusan Hilir Sub dam... ..
4.3.3.8
Perhitungan Gaya dan Momen.......
4.3.3.9
Analisis Stabilitas Check dam....... ..
PENUTUP ....................................................................................
6.1
Kesimpulan ...................................................................
6.2
Saran ..............................................................................
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN-LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai Variabel Reduksi Gauss
Tabel 2.2 Reduced Variated sebagai Fungsi Balik Waktu
Tabel 2.3 Reduced Mean (Yn) & Reduced Standar Deviasi (Sn)
Tabel 2.4 Nilai KTR untuk Distribusi Person III (kemencengan
Negatif)
Tabel 2.5 Nilai KTR untuk Distribusi Persoon III (kemencengan
Negatif)
Tabel 2.6 Nilai ∆kritik Uji Smirnov-Kolgomorov
Tabel 2.7 Nilai Xcr2
Tabel 2.8 Koefisien Aliran C
Tabel 2.9
Kode Struktur Tanah
Tabel 2.10 Kode Permeabilitas Profil Tanah
Tabel 2.11 Nilai M untuk beberapa Tekstur Tanah
Tabel 2.12 Nilai K untuk Berbagai Jenis Tanah
Tabel 2.13 Nilai CP untuk berbagai Macam Penggunaan Lahan
Tabel 2.14 Nilai P untuk berbagai Tindakan Konservasi Tanah
Tabel 2.15 Tinggi Ruang Bebas
Tabel 2.16 Lebar Mercu Sesuai dengan Material dan Hidrologisnya
Tabel 2.17 Koefisien Kekasaran Manning berdasarkan Keadaan Sungai
Tabel 2.18 Berat Isi Pasangan (T/M3)
Tabel 2.19 Koefisien Jenis Tanah untuk Perhitungan Gempa
Tabel 2.20 Percepatan Gempa Dasar (cm/dt2)
Tabel 2.21 Daya Dukung Tanah berdasarkan Jenis Tanah Fondasi
Tabel 2.22 Gaya-Gaya yang Bekerja pada Check Dam berdasarkan
Tinggi Bendung
Tabel 3.1 Kemiringan Lereng Berdasarkan Kondisi Topografi
Tabel 3.2 Data curah hujan harian maksimum
Tabel 4.1 Data Curah Hujan Harian Maksimum
Tabel 4.2 Data Curah Hujan Harian Maksimum Rata-Rata
Tabel 4.3 Perhitungan Log x Curah Hujan
Tabel 4.4 Curah Hujan Metode Distribusi Normal
Tabel 4.5 Curah Hujan Metode Distribusi Log Normal
Tabel 4.6 Curah Hujan Metode Distribusi Gumbel Type I
Tabel 4.7 Hasil Interpolasi Nilai Ktr dari CS
Tabel 4.8 Curah Hujan Metode Distribusi Log Person Type III
Tabel 4.9 Parameter Statistic Untuk Menentukan Jenis Distribusi
Tabel 4.10 Menentukan Nilai Xh Pada Distribusi Normal
Tabel 4.11 Menentukan Nilai Xh Pada Metoda Log Person III
Tabel 4.12 Uji Smirnov Kolmogorov Pada Distribusi Normal
Tabel 4.13 Uji Smirnov Kolmogorov Pada Distribusi Log Person III
Tabel 4.14 Hasil Rekapitulasi Penentuan Distribusi dan Uji Kesesuaian
Tabel 4.15 Hasil Perhitungan Debit Banjir Dengan Metode Hasper
Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Debit Banjir Metode Melchior
Tabel 4.17 Hasil Perhitungan Debit Banjir Metode Rasional
Tabel 4.18 Rekapitulasi Debit Banjir
Tabel 4.19 Tabel Data Pedoman Perencanaan Check Dam
Tabel 4.20 Lokasi Pengamatan Hujan DAS Batang Suliti
Tabel 4.21 Data Curah Huan Rata-rata Stasiun Sungai Ipuh (2005 – 2014 )
Tabel 4.22 Data Curah Huan Rata-rata Stasiun Sungai Ipuh (2005 – 2014 )
Tabel 4.23 Perhitungan Erosivitas Hujan (R) DAS Batang Suliti
Tabel 4.24 Kemiringan lereng dan nilai faktor S pada DAS Batang Suliti
Tabel 4.25 Gaya dan Momen Struktur Main Dam
Tabel 4.26 Gaya dan Momen Sedimen
Tabel 4.27 Gaya dan Momen Air Normal
Tabel 4.28 Gaya dan Momen Air Banjir
Tabel 4.29 Perhitungan Koefisien Gempa Batang Tampo
Tabel 4.30 Koefisien Gempa Berdasarkan pada kondisi Geologi dan
Sekitarnya
Tabel 4.31 Perhitungan Gaya dan Momen Gempa
Tabel 4.32 Gaya dan Momen saat Air Normal sebelum direduksi
Uplift
Tabel 4.33 Gaya dan Momen saat Air Banjir sebelum direduksi Uplift
Tabel 4.34 Rekapitulasi Gaya dan Momen yang bekerja pada Check
Dam
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Check Dam
Gambar 2.2
Metode Polygon Thiessen
Gambar 2.3
Metode Polygon Isohyet
Gambar 2.4
Penampang Tampungan Check Dam
Gambar 2.5
Penampang Main Dam (Tubuh Dam)
Gambar 2.6
Gerusan di Hilir Sub Dam
Gambar 2.7
Sketsa Penampang Check Dam
Gambar 2.8
Sketsa Penampang Main Dam
Gambar 2.9
Peta Zona Gempa Sumbar
Gambar 2.10 Tekanan Sedimen
Gambar 2.11 Gaya Hidrostatis Air Normal
Gambar 2.12 Gaya Hidrostatis Air Banjir
Gambar 3.1
Peta Lokasi check dam Propinsi Sumatera Barat
Gambar 3.2
Peta Wilayah Studi
Gambar 3.3
Peta Catchment Area
Gambar 3.4
Peta Kemiringan Lereng DAS Batang Suliti
Gambar 3.5
Jenis Tanah DAS Batang Suliti
Gambar 3.6
Peta Stasiun Curah Hujan
Gambar 3.7
Skema Rancangan Penelitian
Gambar 4.1
Peta Stasiun Hujan DAS Batang Suliti
Gambar 4.2
Peta Jenis Tanah DAS Batang Suliti
Gambar 4.3
Peta Kemiringan lereng DAS Batang Suliti
Gambar 4.4
Grafik Perbandingan perhitungan Angkutan Sedimen
Gambar 4.5
Kemiringan dan Lebar Dasar Main Dam
Gambar 4.6
Penampang Main Dam dan Sub Dam
Gambar 4.7
Gerusan Lokal di Hilir Sub Dam
Gambar 4.8
Segmen Berat Struktur Main Dam
Gambar 4.9
Penampang Gaya Tekanan Sedimen
Gambar 4.10 Penampang Gaya Tekanan Air Normal
Gambar 4.11 Penampang Gaya Tekanan Air Banjir
Gambar 4.12 Penampang Main Dam yang dipengaruhi Uplift Pressure
Gambar 4.13 Luasan Diagram Uplift Pressure
DAFTAR NOTASI
Ae
= perkiraan besarnya jumlah erosi (ton/ha/tahun)
R
= faktor erosivitas curah hujan tahunan rata-rata (mm)
K
= indeks erodibilitas tanah
LS
= indeks panjang dan kemiringan lereng
C
= indeks pengelolahan lahan
P
= indeks upaya konservasi tanah atau lahan
R
= Erosivitas Curah Hujan Tahunan Rata-rata (mm)
Rm
= Erosivitas Curah Hujan Bulanan (cm)
(Rain)m = Curah hujan bulanan (cm)
K
= Factor erodibilitas tanah
M
= Persentase ukuran partikel
L
= panjang lereng (m)
S
= kemiringan lereng (%), dan
Z
= konstanta yang besarnya bervariasi tergantung besarnya S.
Ct
= konsentrasi sedimen total
d50
= diameter sedimen 50% dari material dasar (mm)
�
= kecepatan jatuh (m/s)
V
= kecepatan aliran (m/s)
Vcr
= kecepatan kritis (m/s)
Ss
= kemiringan saluran
U*
= kecepatan geser (m/s)
B
= lebar saluran (m)
D
= kedalaman saluran (m)
Qs
= muatan sedimen (kg/s)
�
P
= curah hujan rata-rata
Pi
= curah hujan pada masing – masing stasiun
N
= jumlah stasiun
Ai
= luas areal polygon
XT
= curah hujan kala ulang T-tahun (mm)
�
X
= nilai rata-rata hitung variat
S
= Standar Deviasi
XTR
= Curah hujan maksimum dalam PUH TR (mm/jam)
KTR
= Skew curve faktor
��������
S logX = Standar Deviasi dari log Xi
Cs
= Koefisien kemencengan (Skewnes) XI
X2
= Nilai Chi-Kuadrat terhitung
Ef
= Frekuensi (banyak pengamatan) yang diharapkan sesuai dengan
pembagian kelasnya
Of
= Frekuensi yang terbaca pada kelas yang sama
α
= Banyaknya keterikatan (banyaknya parameter), untuk uji Chi-Kudrat
adalah 2.
β
q
U
I
=
=
=
=
Yc
= Tinggi Air diatas Sub Dam
Hc
=
Tinggi Air di Hilir Sub Dam
H
=
Gaya Hidrostatis arah Horizontal
G1
=
G2 = Gaya Hidrostatis arah Vertikal
h1
=
Tinggi Air di hulu Main Dam pada saat Air Normal
h2
=
Tinggi Air di hilir Main Dam pada saat Air Normal
Ux
=
Uplift pressure pada titik tinjauan (t/m2)
hx
=
Ketinggian muka air di Hulu bendung (m)
Lx
=
Panjang creep line sampai titik tinjauan (m)
Lv
=
Panjang creep line sampai titik tinjauan arah vertikal (m)
Lh
=
Panjang creep line sampai titik tinjauan arah horizontal (m)
Koefisien reduksi
Hujan maksimum ( m3 / dtk / km2 )
variabel standar deviasi pada kala ulang T tahun
intensitas hujan (mm/jam)
ΣL
=
Panjang creep line total (m)
∆H
=
Selisih tinggi tekanan (m)
γw
=
Berat isi air (t/m3)
A
=
Luas Diagram Gaya (m2)
F
=
Tekanan air (t/m)
P
=
Benturan oleh batu-batuan (t/m)
h
=
Tinggi aliran sedimen (m)
V
=
Kecepatan aliran sedimen (m/dt)
R
=
Jari-jari baru (m)
D
=
Berat volume dam (t/m2)
∑ MT
=
Jumlah momen tahan (tm)
∑ MG =
Jumlah momen guling (tm)
∑ MV =
Jumlah momen vertikal (tm)
∑ MH =
Jumlah momen horizontal (tm)
∑V
=
Jumlah gaya vertikal (t)
E
=
Eksentrisitas (m)
BATANG SULITI KABUPATEN SOLOK SELATAN
Diajukanuntukmelengkapisyaratpenyelesaian
PendidikanSarjanaTeknikSipil
DEDE OKTRIA SYAFERI
10 0404 110
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
ABSTRAK
Sungai merupakan aliran air yang bermuara ke laut. Aliran air ini secara
alamiah juga mengalirkan sedimen dan polutan yang berdampak terhadap proses
sedimentasi, sehingga berpengaruh terhadap berkurangnya pasokan air untuk
berbagai kebutuhan. Guna mengatasi permasalahan tersebut, maka diperlukan
suatu bangunan penampung sedimen (check dam).
Lokasi penelitian berada di DAS Batang Suliti, Kabupaten Solok Selatan,
Provinsi Sumatera Barat. Daerah ini memiliki curah hujan rata-rata yang cukup
tinggi, dan pada bagian hulu terdapat banyak endapan sedimen, dimana pasca
gempa 30 September 2009 semakin memperparah kondisi DAS Batang Suliti. Pada
tahun 2011 dibangun check dam pengendali sedimen, akan tetapi dibulan Agustus
2012, check dam yang telah dibangun pun roboh. Hal ini disebabkan akibat kondisi
check dam yang tidak mampu menampung sedimen, sehingga dibutuhkan evaluasi
terhadap desain perencanaan check dam Batang Suliti.
Analisis data dimulai dengan analisis hidrologi untuk mendapatkan debit
banjir rencana, lalu dilakukan analisis terhadap potensi erosi dengan metode USLE.
Perhitungan potensi sedimen menggunakan metode Yang’s dan metode Shen and
Hung, sedangkan untuk memperoleh ketinggian main rencana dari tanah dasar
menggunakan perhitungan kapasitas tampungan check dam. Selanjutnya dilakukan
perhitungan detail dan spesifikasi bangunan seperti sub dam, pondasi, dan lantai
(Apron).
Debit banjir rencana menggunakan metode Melchior periode 100 tahun
adalah sebesar 323,29 m3/s, Hasil estimasi erosi yang terjadi pada DAS Batang
Suliti adalah sebesar 28908 ton/Ha/tahun atau sebesar 1382156 m2/tahun. Estimasi
hasil muatan sedimen dengan metode Yang’s adalah sebesar 616.528 m2/tahun,
sedangkan dengan metode Shen and Hung sebesar 803399 m2/tahun. Berdasarkan
analisis sedimen tersebut, untuk memenuhi kriteria kapasitas tampungan check dam
maka direncanakan ketinggian main dam sebesar 3 m dan pondasi sedalam 1,5
meter, dengan kapasitas tampungan dari check dam sebesar 460.412 m3 .
Oleh sebab itu dapat disimpulkan bahwa dengan ketinggian main dam
existing 1,5 meter, diperoleh daya tampung existing check dam sebesar
115.103 m3 tidak mampu menampung sedimen, sehingga dibutuhkan kajian ulang
terhadap dimensi penampang check dam agar dapat menampung potensi endapan
sedimen. Untuk meminimalisir potensi endapan yang terjadi, perlu dilakukan
penanganan penggunaan lahan dan konservasi tanah agar daerah aliran sungai tidak
banyak mengalami erosi. Selain itu perlu dilakukan penanganan teknis seperti
pengerukan (dredging) dan penggelontoran (flushing) sedimen secara rutin dalam
upaya mengurangi volume sedimen pada check dam.
Kata kunci : sedimen, check dam, debit banjir rencana
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, karena berkat Rahmat dan KuasaNya, serta dukungan dari berbagai pihak, sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
Adapun
judul
dari
Tugas
Akhir
ini
adalah
“Evaluasi Desain
Perencanaan Check Dam Batang Suliti Kabupaten Solok Selatan”. Tugas akhir
ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Strata I (S1)
di Bidang Studi Teknik Sumber Daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini jauh dari
kesempurnaan, baik dari segi isi maupun segi bahasa dan cara penyusunannya serta
dari segi teori dan perhitungannya, oleh karena itu bersedia menerima kritikan dan
saran yang membangun demi hasil yang lebih baik.
Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya atas
bimbingan dan bantuan yang diberikan sehingga Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan. Ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada :
1. Ayahanda
Syafrudin
Tanjung,SE
dan
Ibunda
Erita
yang
telah
membesarkan, mendidik, selalu mendukung saya dalam do’a, memberikan
dorongan material, spiritual serta memotivasi saya dengan sabar dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Makmur Ginting, M.Sc selaku dosen pembimbing sekaligus
orang tua bagi penulis yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan
pikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga
selesainya Tugas Akhir ini.
3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc selaku dosen pembanding/penguji
yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ivan Indrawan, ST, MT, selaku dosen pembanding/penguji yang telah
memberikan kritikan dan nasehat yang membangun dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini
5. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc selaku koordinator Bidang Studi Teknik Sumber
Daya Air
6. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik USU.
7. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik USU.
8. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Jurusan teknik Sipil Universitas Sumatera
Utara.
9. Kepada kakak-kakakku tersayang, yang mendukung penyelesaian Tugas Akhir
ini. Drg Desy Purnama Sari M.Kg dan Dewi Meilda Eka Sari SS, MM.
10. Semua sahabat-sahabatku khususnya kepada Ari, Himawan, Rendi, Titok, dan
Haykal yang telah memberikan dukungan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
12. Teman-teman sejawat Teknik Sipil USU 2010 yang telah memberikan
semangat dan bantuan.
13. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dan kemudahan
dalam penyelesaian administrasi.
Semoga Allah SWT membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya
kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan
terima kasih. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, September 2015
Hormat Saya
Dede Oktria Syaferi
10 0404 110
DAFTAR ISI
ABSTRAK
LEMBAR PENGESAHAN
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR NOTASI
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN .....................................................................
1.1
Latar Belakang ..............................................................
1.2
1.3
Perumusan Masalah .......................................................
Pembatasan Masalah ......................................................
1.4
Tujuan ...........................................................................
1.4
Manfaat .........................................................................
TINJAUAN PUSTAKA..............................................................
2.1
Umum ............................................................................
2.2
Daerah Pengaliran Sungai .............................................
2.3
Analisis Hidrologi ..........................................................
2.3.1
2.3.2
Analisis Curah Hujan Rata-rata ......................
2.3.1.1
Metode Rata-rata Aljabar.............. ..
2.3.1.2
Metode Poligon Thiesen................
2.3.1.3
Metode Isohiyet............................ ..
Analisis Curah Hujan Rencana .......................
2.3.2.1
Distribusi Normal.......................... ..
2.3.2.2
Distribusi Gumbel Tipe I................
2.3.2.3
2.3.3
2.3.4
2.4
2.6
Uji Kesesuaian ................................................
2.3.3.1
Uji Chi Kuadrat............................. ..
2.3.3.2
Uji Smirnov Kolmogorov................
Analisis Debit Banjir Rencana ........................
2.3.4.1
Metode Hasper.............................. ..
2.3.4.2
Metode Melchior............................
2.3.4.3
Metode Rasional........................... ..
Erosi ...............................................................................
2.4.1
2.5
Distribusi Log Pearson Tipe III.... ..
Perhitungan Erosi Metode USLE ....................
2.3.1.1
Faktor Erosivitas Hujan................ ..
2.3.1.2
Faktor Erodibilitas Hujan ..............
2.3.1.3
Faktor Panjang kemiringan lereng ..
2.3.1.4
Faktor pengolahan Tanah...............
2.3.1.5
Faktor Konservasi Lahan.............. ..
Sedimentasi ...................................................................
2.5.1
Faktor yang mempengaruhi Sedimentasi ......
2.5.2
Mekanisme Pengangkutan Sedimen ..............
2.5.3
Persamaan Angkutan Sedimen Dasar ............
2.5.3.1
Metode Yang’s.............................. ..
2.5.3.2
Metode Shen and Hung..................
Perencanaan Bangunan Check Dam ..............................
2.6.1
Dasar-dasar Perencanaan ..............................
2.6.2
Fungsi Check Dam ........................................
2.6.3
Manfaat Check Dam.......................................
2.6.4
Pelimpah ........................................................
2.6.5
Kemiringan dan lebar dasar Main Dam ........
2.6.6
Perencanaan Sub Dam dan Apron .................
BAB III
Tinjauan Gerusan lokal Hilir Sub Dam .........
2.6.8
Perhitungan Gaya dan Momen .......................
2.6.9
Analisis Stabilitas Check Dam ......................
GAMBARAN UMUM OBJEK STUDI ...................................
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
BAB IV
2.6.7
Lokasi Check Dam ..........................................................
Topografi .........................................................................
Land Use .........................................................................
Geologi ............................................................................
Hidrologi dan Klimatologi ..............................................
Rancangan Penelitian ......................................................
ANALISIS DATA ......................................................................
4.1
Analisis Hidrologi .........................................................
4.1.1
Data Curah Hujan Harian Maksimum .............
4.1.2
Analisa Curah Hujan Wilayah ............................
4.1.3
Analisa Curah Hujan Rencana ............................
4.1.4
4.1.5
4.2
4.1.3.1
4.1.3.2
Distribusi Normal.......................... ..
Distribusi Log Normal....................
4.1.3.3
Distribusi Gumbel Tipe I.............. ..
4.1.3.4
Distribusi Log Pearson tipe III.......
4.1.3.5
Penentuan Jenis Distribusi............ ..
Uji Kesesuaian ....................................................
4.1.4.1
Uji Chi Kuadrat..............................
4.1.4.2
Uji Smirnov Kolmogorov............. ..
Analisa Debit Banjir Rencana ..........................
4.1.5.1
Metode Hasper.............................. ..
4.1.5.2
Metode Melchior............................
4.1.5.3
Metode Rasional........................... ..
Perencanaan Teknis Check Dam ......................................
4.2.1
Analisis Erosi ....................................................
4.2.1.1
Erosivitas Hujan............................ ..
4.3.1
BAB V
4.2.1.2
Erodibilitas Tanah..........................
4.2.1.3
Panjang dan kemiringan lereng..... ..
4.2.1.4
Penggunaan Lahan..........................
4.2.1.5
Perkiraan Erosi........... .................. ..
Analisis Angkutan Sedimen ..............................
4.2.1.1
Metode Yang’s............................. ..
4.2.1.2
Metode Shen and Hung..................
4.2.1.3
Perbandingan Metode .................. ..
4.3.2
Kapasitas Tampungan Check Dam Existing.....
4.3.3
Evaluasi Perencanaan Check Dam..... ...............
4.3.3.1
Perencanaan Ketinggian Main Dam
4.3.3.2
Perencanaan Dimensi Pelimpah.....
4.3.3.3
Perencanaan kemiringan Main Dam
4.3.3.4
Perencanaan Lebar dasar Main Dam
4.3.3.5
Perencanaan Kedalaman Pondasi...
4.3.3.6
Perencanaan Sub dam dan Apron....
4.3.3.7
Tinjauan Gerusan Hilir Sub dam... ..
4.3.3.8
Perhitungan Gaya dan Momen.......
4.3.3.9
Analisis Stabilitas Check dam....... ..
PENUTUP ....................................................................................
6.1
Kesimpulan ...................................................................
6.2
Saran ..............................................................................
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN-LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai Variabel Reduksi Gauss
Tabel 2.2 Reduced Variated sebagai Fungsi Balik Waktu
Tabel 2.3 Reduced Mean (Yn) & Reduced Standar Deviasi (Sn)
Tabel 2.4 Nilai KTR untuk Distribusi Person III (kemencengan
Negatif)
Tabel 2.5 Nilai KTR untuk Distribusi Persoon III (kemencengan
Negatif)
Tabel 2.6 Nilai ∆kritik Uji Smirnov-Kolgomorov
Tabel 2.7 Nilai Xcr2
Tabel 2.8 Koefisien Aliran C
Tabel 2.9
Kode Struktur Tanah
Tabel 2.10 Kode Permeabilitas Profil Tanah
Tabel 2.11 Nilai M untuk beberapa Tekstur Tanah
Tabel 2.12 Nilai K untuk Berbagai Jenis Tanah
Tabel 2.13 Nilai CP untuk berbagai Macam Penggunaan Lahan
Tabel 2.14 Nilai P untuk berbagai Tindakan Konservasi Tanah
Tabel 2.15 Tinggi Ruang Bebas
Tabel 2.16 Lebar Mercu Sesuai dengan Material dan Hidrologisnya
Tabel 2.17 Koefisien Kekasaran Manning berdasarkan Keadaan Sungai
Tabel 2.18 Berat Isi Pasangan (T/M3)
Tabel 2.19 Koefisien Jenis Tanah untuk Perhitungan Gempa
Tabel 2.20 Percepatan Gempa Dasar (cm/dt2)
Tabel 2.21 Daya Dukung Tanah berdasarkan Jenis Tanah Fondasi
Tabel 2.22 Gaya-Gaya yang Bekerja pada Check Dam berdasarkan
Tinggi Bendung
Tabel 3.1 Kemiringan Lereng Berdasarkan Kondisi Topografi
Tabel 3.2 Data curah hujan harian maksimum
Tabel 4.1 Data Curah Hujan Harian Maksimum
Tabel 4.2 Data Curah Hujan Harian Maksimum Rata-Rata
Tabel 4.3 Perhitungan Log x Curah Hujan
Tabel 4.4 Curah Hujan Metode Distribusi Normal
Tabel 4.5 Curah Hujan Metode Distribusi Log Normal
Tabel 4.6 Curah Hujan Metode Distribusi Gumbel Type I
Tabel 4.7 Hasil Interpolasi Nilai Ktr dari CS
Tabel 4.8 Curah Hujan Metode Distribusi Log Person Type III
Tabel 4.9 Parameter Statistic Untuk Menentukan Jenis Distribusi
Tabel 4.10 Menentukan Nilai Xh Pada Distribusi Normal
Tabel 4.11 Menentukan Nilai Xh Pada Metoda Log Person III
Tabel 4.12 Uji Smirnov Kolmogorov Pada Distribusi Normal
Tabel 4.13 Uji Smirnov Kolmogorov Pada Distribusi Log Person III
Tabel 4.14 Hasil Rekapitulasi Penentuan Distribusi dan Uji Kesesuaian
Tabel 4.15 Hasil Perhitungan Debit Banjir Dengan Metode Hasper
Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Debit Banjir Metode Melchior
Tabel 4.17 Hasil Perhitungan Debit Banjir Metode Rasional
Tabel 4.18 Rekapitulasi Debit Banjir
Tabel 4.19 Tabel Data Pedoman Perencanaan Check Dam
Tabel 4.20 Lokasi Pengamatan Hujan DAS Batang Suliti
Tabel 4.21 Data Curah Huan Rata-rata Stasiun Sungai Ipuh (2005 – 2014 )
Tabel 4.22 Data Curah Huan Rata-rata Stasiun Sungai Ipuh (2005 – 2014 )
Tabel 4.23 Perhitungan Erosivitas Hujan (R) DAS Batang Suliti
Tabel 4.24 Kemiringan lereng dan nilai faktor S pada DAS Batang Suliti
Tabel 4.25 Gaya dan Momen Struktur Main Dam
Tabel 4.26 Gaya dan Momen Sedimen
Tabel 4.27 Gaya dan Momen Air Normal
Tabel 4.28 Gaya dan Momen Air Banjir
Tabel 4.29 Perhitungan Koefisien Gempa Batang Tampo
Tabel 4.30 Koefisien Gempa Berdasarkan pada kondisi Geologi dan
Sekitarnya
Tabel 4.31 Perhitungan Gaya dan Momen Gempa
Tabel 4.32 Gaya dan Momen saat Air Normal sebelum direduksi
Uplift
Tabel 4.33 Gaya dan Momen saat Air Banjir sebelum direduksi Uplift
Tabel 4.34 Rekapitulasi Gaya dan Momen yang bekerja pada Check
Dam
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Check Dam
Gambar 2.2
Metode Polygon Thiessen
Gambar 2.3
Metode Polygon Isohyet
Gambar 2.4
Penampang Tampungan Check Dam
Gambar 2.5
Penampang Main Dam (Tubuh Dam)
Gambar 2.6
Gerusan di Hilir Sub Dam
Gambar 2.7
Sketsa Penampang Check Dam
Gambar 2.8
Sketsa Penampang Main Dam
Gambar 2.9
Peta Zona Gempa Sumbar
Gambar 2.10 Tekanan Sedimen
Gambar 2.11 Gaya Hidrostatis Air Normal
Gambar 2.12 Gaya Hidrostatis Air Banjir
Gambar 3.1
Peta Lokasi check dam Propinsi Sumatera Barat
Gambar 3.2
Peta Wilayah Studi
Gambar 3.3
Peta Catchment Area
Gambar 3.4
Peta Kemiringan Lereng DAS Batang Suliti
Gambar 3.5
Jenis Tanah DAS Batang Suliti
Gambar 3.6
Peta Stasiun Curah Hujan
Gambar 3.7
Skema Rancangan Penelitian
Gambar 4.1
Peta Stasiun Hujan DAS Batang Suliti
Gambar 4.2
Peta Jenis Tanah DAS Batang Suliti
Gambar 4.3
Peta Kemiringan lereng DAS Batang Suliti
Gambar 4.4
Grafik Perbandingan perhitungan Angkutan Sedimen
Gambar 4.5
Kemiringan dan Lebar Dasar Main Dam
Gambar 4.6
Penampang Main Dam dan Sub Dam
Gambar 4.7
Gerusan Lokal di Hilir Sub Dam
Gambar 4.8
Segmen Berat Struktur Main Dam
Gambar 4.9
Penampang Gaya Tekanan Sedimen
Gambar 4.10 Penampang Gaya Tekanan Air Normal
Gambar 4.11 Penampang Gaya Tekanan Air Banjir
Gambar 4.12 Penampang Main Dam yang dipengaruhi Uplift Pressure
Gambar 4.13 Luasan Diagram Uplift Pressure
DAFTAR NOTASI
Ae
= perkiraan besarnya jumlah erosi (ton/ha/tahun)
R
= faktor erosivitas curah hujan tahunan rata-rata (mm)
K
= indeks erodibilitas tanah
LS
= indeks panjang dan kemiringan lereng
C
= indeks pengelolahan lahan
P
= indeks upaya konservasi tanah atau lahan
R
= Erosivitas Curah Hujan Tahunan Rata-rata (mm)
Rm
= Erosivitas Curah Hujan Bulanan (cm)
(Rain)m = Curah hujan bulanan (cm)
K
= Factor erodibilitas tanah
M
= Persentase ukuran partikel
L
= panjang lereng (m)
S
= kemiringan lereng (%), dan
Z
= konstanta yang besarnya bervariasi tergantung besarnya S.
Ct
= konsentrasi sedimen total
d50
= diameter sedimen 50% dari material dasar (mm)
�
= kecepatan jatuh (m/s)
V
= kecepatan aliran (m/s)
Vcr
= kecepatan kritis (m/s)
Ss
= kemiringan saluran
U*
= kecepatan geser (m/s)
B
= lebar saluran (m)
D
= kedalaman saluran (m)
Qs
= muatan sedimen (kg/s)
�
P
= curah hujan rata-rata
Pi
= curah hujan pada masing – masing stasiun
N
= jumlah stasiun
Ai
= luas areal polygon
XT
= curah hujan kala ulang T-tahun (mm)
�
X
= nilai rata-rata hitung variat
S
= Standar Deviasi
XTR
= Curah hujan maksimum dalam PUH TR (mm/jam)
KTR
= Skew curve faktor
��������
S logX = Standar Deviasi dari log Xi
Cs
= Koefisien kemencengan (Skewnes) XI
X2
= Nilai Chi-Kuadrat terhitung
Ef
= Frekuensi (banyak pengamatan) yang diharapkan sesuai dengan
pembagian kelasnya
Of
= Frekuensi yang terbaca pada kelas yang sama
α
= Banyaknya keterikatan (banyaknya parameter), untuk uji Chi-Kudrat
adalah 2.
β
q
U
I
=
=
=
=
Yc
= Tinggi Air diatas Sub Dam
Hc
=
Tinggi Air di Hilir Sub Dam
H
=
Gaya Hidrostatis arah Horizontal
G1
=
G2 = Gaya Hidrostatis arah Vertikal
h1
=
Tinggi Air di hulu Main Dam pada saat Air Normal
h2
=
Tinggi Air di hilir Main Dam pada saat Air Normal
Ux
=
Uplift pressure pada titik tinjauan (t/m2)
hx
=
Ketinggian muka air di Hulu bendung (m)
Lx
=
Panjang creep line sampai titik tinjauan (m)
Lv
=
Panjang creep line sampai titik tinjauan arah vertikal (m)
Lh
=
Panjang creep line sampai titik tinjauan arah horizontal (m)
Koefisien reduksi
Hujan maksimum ( m3 / dtk / km2 )
variabel standar deviasi pada kala ulang T tahun
intensitas hujan (mm/jam)
ΣL
=
Panjang creep line total (m)
∆H
=
Selisih tinggi tekanan (m)
γw
=
Berat isi air (t/m3)
A
=
Luas Diagram Gaya (m2)
F
=
Tekanan air (t/m)
P
=
Benturan oleh batu-batuan (t/m)
h
=
Tinggi aliran sedimen (m)
V
=
Kecepatan aliran sedimen (m/dt)
R
=
Jari-jari baru (m)
D
=
Berat volume dam (t/m2)
∑ MT
=
Jumlah momen tahan (tm)
∑ MG =
Jumlah momen guling (tm)
∑ MV =
Jumlah momen vertikal (tm)
∑ MH =
Jumlah momen horizontal (tm)
∑V
=
Jumlah gaya vertikal (t)
E
=
Eksentrisitas (m)