Keadaan Umum Komplek IPB Sindang Barang II
Penelitian dilakukan di Komplek IPB Sindang Barang II yang terletak di Desa Ciherang, Kecamatan Dramaga, Kabupaten Bogor, Jawa Barat. Luas keseluruhan Komplek IPB Sindang Barang II sebesar ±7.5 ha. Daerah lokasi penelitian memiliki ketinggian 210-215 mdpl dengan kondisi tata guna lahan didominasi oleh pemukiman dan pengerasan jalan oleh aspal. Komplek IPB Sindang Barang II terdiri dari 20 blok dengan total keseluruhan rumah mencapai 202 rumah.
Berdasarkan pengamatan langsung di lapangan didapatkan bahwa sistem drainase cukup baik karena terdapat saluran di setiap jalan namun dimensinya kurang memadai. Saat observasi di lapangan pada saat hujan lebat di beberapa lokasi air meluap dari saluran drainase yang ada, karena kapasitas saluran tidak sesuai dengan volume limpasan. Kedalaman genangan mencapai 15 cm pada lokasi jalanan sebelum mencapai outlet . Keadaan saat banjir dapat dilihat pada Gambar 3.
(Kondisi jalan banjir) (Kedalaman banjir mencapai 15 cm) Gambar 3 Kondisi banjir
Beberapa permasalahan yang ada di cluster ini adalah terdapat sampah di beberapa titik saluran. Hal ini menyebabkan air sulit untuk mengalir ke dalam saluran meskipun tidak terdapat sedimentasi di salurannya. Luasan lahan terbangun lebih banyak dari lahan bervegetasi, sehingga air hujan yang terinfiltrasi ke tanah sedikit dan sebagian besar curah hujan menjadi limpasan. Saluran drainase pada komplek ini berbentuk persegi dan mempunyai 2 outfall .
Analisis Curah Hujan Rencana
Analisis hujan menggunakan data curah hujan harian dari tahun 2004 hingga 2013 milik Stasiun Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG) Dramaga, Bogor. Curah hujan rencana dihitung berdasarkan data curah hujan harian maksimum selama 10 tahun, dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Data curah hujan harian maksimum selama 10 tahun Tahun CH maksimum (mm) 2004 141.6 2005 126.5 2006 136.4 2007 155.5 2008 104.5 2009 115.1 2010 144.5 2011 97.6 2012 123.1 2013 136.8
Berdasarkan data curah hujan harian maksimum tahun 2003-2014, dapat
dihitung nilai hujan rencana dengan menggunakan metoda distribusi probabilitas. Analisis frekuensi dilakukan dengan menggunakan metode distribusi probabilitas yaitu distribusi Normal, distribusi Log Normal, distribusi Log Pearson III, dan distribusi Gumbel (Triatmodjo 2010). Kala ulang yang digunakan untuk menghitung nilai hujan rencana adalah 2, 5, 10, 25, dan 50 tahun. Kala ulang (return period) adalah waktu perkiraan di mana hujan dengan suatu besaran tertentu akan disamai atau dilampaui. Hasil analisis frekuensi curah hujan rencana dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Hasil analisis frekuensi curah hujan rencana (mm) Periode Ulang
(tahun) Normal Log Normal
Log Pearson III Gumbel 2 128.160 126.927 128.764 125.679 5 143.573 143.775 144.132 147.584 10 151.647 153.475 151.709 162.088 25 159.537 163.586 159.351 180.412 50 165.776 172.050 164.011 194.006
Nilai curah hujan rencana dari setiap jenis distribusi memiliki nilai yang berbeda sehingga setiap data hidrologi harus diuji kesesuaiannya dengan sifat masing-masing jenis distribusi tersebut. Jenis distribusi yang sesuai dapat diketahui berdasarkan parameter-parameter statistik data pengamatan. Hal ini dilakukan dengan melakukan tinjauan terhadap syarat batas parameter statistik tiap distribusi dengan parameter data pengamatan. Secara teoritis langkah awal
penentuan tipe distribusi dapat dilihat dari parameter-parameter statistik data pengamatan lapangan. Parameter-parameter yang dilakukan adalah Cs, Cv, dan Ck. Untuk menentukan jenis distribusi yang akan digunakan, maka parameter statistik data curah hujan wilayah diperiksa terhadap beberapa jenis distribusi. Hasil perbandingsan parameter statistik data dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Perbandingan parameter distribusi probabilitas Jenis distribusi Persyaratan Hasil Perhitungan
Gumbel Cs=1.14 Cs=0.353 Ck=5.40 Ck=3.304 Normal Cs≈0 Cs=0.353 Ck≈3 Ck=3.304 Log Normal Cs=0.43 Cs=0.353 Ck=3.33 Ck=3.304
Log Pearson III selain dari nilai di atas
Cs=0.353 Ck=3.304
Nilai yang memenuhi syarat berdasarkan Tabel 3 yaitu jenis distribusi Log Pearson III. Jenis distribusi Log Pearson III selanjutnya dilakukan uji kecocokan dengan uji Chi Kuadrat. Uji kecocokan (the goodness of fittest test) dimaksudkan untuk mengetahui apakah pemilihan metode distribusi frekuensi yang digunakan dapat diterima atau ditolak. Uji Chi Kuadrat dimaksudkan untuk menentukan, apakah persamaan distribusi peluang yang telah dipilih dapat mewakili dari distribusi statistik sampel data yang dianalisis. Nilai distribusi yang digunakan untuk pengujian Chi Kuadrat yaitu distribusi Log Pearson III. Hasil pengujian uji Chi Kuadrat dapat dilihat oada Tabel 4.
Tabel 4 Hasil perhitungan uji Chi Kuadrat distribusi Log Pearson III Interval Of Ef Of-Ef (Of-Ef)2/Ef
>2.17 1 2 -1 0.5 2.11 - 2.17 4 2 2 2.0 2.07 - 2.11 2 2 0 0.0 2.03 - 2.07 1 2 -1 0.5 <2.03 2 2 0 0.0 ∑ 10 10 3
Berdasarkan Tabel 4 nilai X2 yang didapatkan sebesar 3. Hal ini menunjukkan pengujian untuk distribusi Log Pearson III dapat diterima karena nilai X2 perhitungan < X2cr yang bernilai 5.991 berdasarkan tabel nilai parameter Chi Kuadrat kritis. Nilai yang digunakan merujuk pada Tabel 2 yaitu 144.132. Nilai tersebut diambil karena menurut KEMENPU untuk analisis saluran drainase saluran pada daerah tangkapan air yang luasnya kurang dari 10 ha digunakan periode ulang 5 tahun.
Evaluasi Model Jaringan Drainase
Komplek IPB Sindang Barang II memiliki 20 blok rumah yang kemudian dibagi menjadi banyak subca tchment . Pembagian subcatchment ini berdasarkan arah aliran saat terjadi runoff . Citra satelit pada software Google Earth digunakan untuk membantu membagi subcatchment dengan pengambilan citra tanggal 5 Mei 2016. Citra satelit dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Citra satelit Komplek IPB Sindang Barang II
Sistem jaringan drainase dimodelkan menggunakan EPA SWMM 5.1, komponen yang diperlukan yaitu subcatchment, junction, conduit , dan outfall
nodes. Setelah pemodelan didapatkan 29 subcatchment, 53 junction, 54 conduit ,
dan 1 outfall nodes . Kondisi Komplek IPB Sindang Barang II merupakan perumahan padat penduduk yang luas dengan tiap subcatchment yang berbeda-beda. Selain pemukiman penduduk, lahan juga diperuntukkan untuk taman, masjid, dan sekolah. Setiap blok rumah bisa terdiri dari satu atau dua subcatchment tergantung pada saluran yang ada di sekitarnya. Luas tiap subcatchment beragam dan satu subcatchment hanya memiliki satu junction dan
conduit sebagai outlet tempat menampungnya aliran. Pemodelan jaringan drainase
Gambar 5 Pemodelan jaringan drainase
Lokasi penelitian merupakan pemukiman padat penduduk yang memiliki daerah impervious lebih dari 80%. Subcatchment yang dibangun rumah atau gedung memiliki nilai impervious 85-95%, sedangkan daerah yang dijadikan lahan kosong atau taman memiliki nilai impervious 10-30%. Dengan demikian semakin tinggi nilai impervious maka semakin besar pula limpasan yang dihasilkan. Nilai properti pada setiap subcatchment dapat dilihat pada Tabel 5.
Dapat dilihat pada Tabel 5 ukuran luas subcatchment sangat beragam. Luas yang beragam ini menentukan besarnya limpasan yang terjadi dan selanjutnya mengalir ke junction. Subcatchment yang paling luas yaitu S4. Subc atchment S4 merupakan lahan yang digunakan untuk rumah blok C dan terdiri dari 7 rumah. Total seluruh luas S4 adalah 0.389 ha dan berpotensi menyumbang limpasan paling besar. Subcatchment yang paling kecil adalah S29. Subcatchment S29 merupakan lahan yang difungsikan untuk lapangan bermain dengan luas mencapai 0.072 ha.
Air hujan hanya sedikit yang diserap tanah pada tiap subcatchment dan sebagian besar akan menjadi limpasan karena tidak terserap tanah. Air limpasan dari tiap subcatchment akan mengalir ke junction. Junction berfungsi mengumpulkan air limpasan dan menampungnya sebelum dialirkan ke conduit .
Conduit akan meneruskan aliran air yang diterima junction sebelumnya, conduit
juga akan bertemu dengan junction berikutnya yang menjadi titik temu antar saluran. Nilai kemiringan tiap conduit bergantung pada panjang saluran dan juga elevasi pada junction.
Tabel 5 Nilai properti subcatchment Subcatchment Blok Luas (ha) Impervious (%) Node Pengeluaran Saluran Pengeluaran S1 A 1-7 0.302 90 J1 C1 S2 B 1-5 0.206 90 J2 C3 S3 Lahan Kosong 0.078 20 J3 C4 S4 C 1-7 0.389 90 J4 C5 S5 D 1-5 0.103 95 J5 C7 S6 D 6-10 0.103 90 J14 C15 S7 E 1-7 0.153 90 J16 C16 S8 E 8-14 0.153 90 J17 C17 S9 F 1-7 0.153 90 J18 C18 S10 F 8-14 0.153 90 J19 C19 S11 G 1-7 0.153 90 J20 C20 S12 G 8-14 0.153 90 J21 C21 S13 H 1-3 0.089 90 J22 C26 S14 H 4-6 0.089 90 J23 C25 S15 Masjid 0.238 70 J15 C27 S16 K 6-10 0.109 90 J25 C30 S17 K 1-5 0.109 90 J29 C34 S18 J 6-10 0.109 90 J27 C33 S19 J 1-5 0.109 90 J31 C37 S20 I 9-16 0.164 90 J33 C39 S21 J 1-8 0.164 90 J34 C41 S22 P 1-7 0.105 90 J40 C46 S23 R 1-5 0.113 90 J45 C52 S24 R 6-10 0.113 90 J46 C54 S25 S 1-5 0.113 90 J47 C55 S26 S 6-10 0.113 90 J48 C57 S27 T 1-10 0.240 90 J52 C60 S28 U 1-9 0.152 90 J49 C58 S29 Lap. Bermain 0.072 20 J36 C42
Komponen lain yang digunakan yaitu rain gage yang berguna untuk memberi hujan rencana kepada model jaringan drainase yang telah dibuat. Simulasi aliran dilakukan dengan menggunakan data curah hujan yang ditentukan dari analisis curah hujan rencana. Data yang dipakai untuk rain gage yaitu 144.13 mm. Data disimulaikan pada time series menggunakan pola distribusi hujan 3
jam. Pada jam ke-2 merupakan nilai curah hujan tertinggi.
Simulasi selanjutnya dilakukan untuk melihat respon aliran air. Simulasi menghasilkan kualitas yang cukup baik dengan dan nilai continuity error flow
routing adalah 0.00%. Nilai simulasi kurang baik jika nilai continuity error
mencapai 10%. Setelah simulasi dilakukan, terlihat bahwa terjadi limpasan di beberapa lokasi. Hal ini berarti aliran air di saluran melebihi kapasitas. Pada
simulasi jam ke-2 ada beberapa saluran yang debitnya melebihi kapasitas seharusnya karena pada jam ke-2 terjadi puncak intensitas hujan. Simulasi model pada jam ke 2 dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 Hasil simulasi model
Hasil simulasi menunjukkan warna yang berbeda pada tiap komponen. Warna biru menunjukkan kondisi paling aman karena debit yang mengalir pada saluran lebih kecil dari kapasitas saluran. Kapasitas saluran masih pada kondisi saluran aktual sesuai dengan debit aliran jika saluran menunjukkan warna biru, biru muda, hijau, atau pun kuning. Warna merah pada saluran C1, C3, C6, dan C8 menunjukkan dari hasil simulasi, aliran yang terjadi melebihi kapasitas normal. Luapan yang terjadi pada keempat saluran tersebut merupakan hasil akumulasi dari saluran-saluran sebelumnya. Limpasan yang terjadi pada subcatchment juga cukup besar sehingga meningkatkan limpasan yang masuk ke saluran. Hasil simulasi untuk limpasan pada tiap subcatchment dapat dilihat pada Tabel 6.
Selain total infiltrasi, total limpasan, dan debit puncak, hasil simulasi juga menunjukkan nilai parameter lain yang menunjang hasil simulasi. Di bagian
subcatchment terdapat ringkasan limpasan pada subcatchment . Terdapat informasi
untuk bagian node yaitu uraian nilai kedalaman node, debit yang masuk ke node, kondisi banjir pada node. Untuk kategori saluran, pada status laporan dapat dilihat ringkasan aliran saluran dan kondisi banjir di saluran. Hasil simulasi setelah program selesai dijalankan dengan berhasil dapat dilihat pada Lampiran 2.
Tabel 6 Hasil simulasi limpasan subcatchment Subcatchment Total Hujan
(mm) Total Infiltrasi (mm) Debit Puncak Limpasan (m3/detik) S1 144.13 0.23 0.06 S2 144.13 0.23 0.04 S3 144.13 1.89 0.01 S4 144.13 0.23 0.07 S5 144.13 0.11 0.02 S6 144.13 0.23 0.02 S7 144.13 0.23 0.03 S8 144.13 0.23 0.03 S9 144.13 0.23 0.03 S10 144.13 0.23 0.03 S11 144.13 0.23 0.03 S12 144.13 0.23 0.03 S13 144.13 0.22 0.02 S14 144.13 0.22 0.02 S15 144.13 0.71 0.04 S16 144.13 0.22 0.02 S17 144.13 0.22 0.02 S18 144.13 0.22 0.02 S19 144.13 0.22 0.02 S20 144.13 0.23 0.03 S21 144.13 0.23 0.03 S22 144.13 0.22 0.02 S23 144.13 0.22 0.02 S24 144.13 0.22 0.02 S25 144.13 0.22 0.02 S26 144.13 0.22 0.02 S27 144.13 0.23 0.05 S28 144.13 0.23 0.03 S29 144.13 1.88 0.01
Hasil simulasi menunjukkan dari 144.13 mm curah hujan rencana, hanya
sedikit yang mampu diserap dan sisanya mengalir sebagai runoff . Total infiltrasi paling besar terjadi pada S3 yang merupakan lahan kosong sebesar 1.89 mm, sementara yang paling rendah nlainya pada S5 yaitu sebesar 0.11 mm. Nilai infiltrasi yang besar terjadi karna daerah impervious pada lahan kosong lebih sedikit. Nilai debit puncak limpasan terjadi pada S4 yaitu sebesar 0.07 m3/detik. Untuk lebih rinci meninjau pergerakan debit rencana pada S4, dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7 Besar limpasan pada S4
Besar limpasan sangat mempengaruhi kepada aliran yang terjadi. Seperti yang sudah dijelaskan menurut Gambar 6, ada 4 saluran yang meluap. Hal ini disebabkan debit aliran yang dihasilkan oleh limpasan-limpasan sebelumnya terlalu besar sehingga saluran tidak bisa menampungnya. Sangat wajar terjadi pada simulasi menghasilkan data seperti itu karena letak keempat saluran yang meluap berada di ujung mengarah ke outfall node . Keempat saluran berada di ruas jalan yang berbeda, C3 di ruas sebelah kiri, sementara C1, C6, C8 di ruas sebelah kanan. Secara lengkap debit tiap saluran disajikan pada Gambar 8 dan Gambar 9.
Gambar 8 Profil aliran node J3-J5
Gambar 8 dan Gambar 9 menunjukkan air meluap setelah mendapat akumulasi dari saluran sebelumnya. Saluran C3 air meluap memenuhi kapasitas saluran padahal terlihat pada gambar, saluran C4 belum memenuhi kapasitasnya. Begitu juga yang terjadi pada gambar kedua. Pada saat air melewati saluran C10 dan C9 air belu meluap, tetapi mulai saluran C8 air sudah meluap. Air yang meluap melalui saluran C8, C6, dan C1 langsung menuju outfall node .
Gambar 9 Profil aliran node J9-OUT1
Setelah mengetahui terjadi limpasan di empat saluran maka rancangan dimensi baru sangat dibutuhkan untuk mengoptimalkan kapasitas saluran. Saluran yang meluap terjadi karena kapitas saluran yang disimulasikan ternyata lebih besar dari kapasitas saluran aktual yang ada. Perbandingan kapasitas saluran simulasi dan kapasitas aktual dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7 Perbandingan kapasitas saluran
Saluran h awal (m) h desain (m) Qmax aktual (m3/det) Qmax simulasi (m3/det) C1 0.5 0.6 0.288 0.311 C3 0.5 0.6 0.288 0.293 C6 0.3 0.4 0.269 0.348 C8 0.5 0.6 0.407 0.418
Saluran C1, C3, C6, dan C8 meluap karena nilai kapasitas yang bisa
ditampungnya lebih kecil disbanding kapasitas yang akan terjadi setelah disimulasikan. Maka dari itu saluran perlu diperbaiki dengan mengubah dimensinya. Dimensi saluran harus diperbesar agar dapat menampung kapasitas yang diprediksikan akan terjadi. Perhitungan nilai dimensi baru tiap saluran disajikan pada Lampiran 4. Saluran C1, C3, dan C8 dimensinya diperbesar menjadi 0.4 m x 0.6 m, sedangkan untuk saluran C6 dimensi menjadi 0.4 m x 0.4 m. selain memperbesar dimensi saluran, daerah outlet juga harus diperdalam lagi sekitar 0.5 m agar air tidak terlalu lama menumpuk di saluran. Setelah outlet dan saluran didesain ulang, nilai-nilai tersebut kembalikan disimulasikan ke dalam aplikasi. Hasil simulasi setelah didesain ulang dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10 Simulasi model setelah didesain ulang
Gambar 10 menunjukkan hasil simulasi setelah dimensi saluran diperbesar dan outlet diperdalam. Saluran C1, C3, C6, dan C8 tidak lagi meluap setelah dimensinya diperbesar. Dengan demikian simulasi yang dilakukan agar keempat saluran tersebut tidak meluap dikatakan berhasil.