PENDEKATAN DAN METODOLOGI PENYUSUNAN MASTER PLAN DRAINASE
5.5 Rencana Pendekatan
5.5.5 Modelling Hidrologi dan Hidrolika pada Sistem Drainase
a. Metodologi Umum
Pemodelan hidrologi untuk pekerjaan ini menggunakan program bantu komputer
Watershed Modelling System (WMS). WMS merupakan sebuah paket program komputer
analisa hidrologi yang didesain untuk model-model hidrologi yang komprehensif untuk suatu daerah aliran yang luas, dan yang menggunakan tiga sumber data yaitu dari GIS, DEMs dan TINs (Triangulated Irregular Netwoks).
Dari peta topografi yang ada dapat diekstrak dalam bentuk-bentuk digital yang selanjutnya dibuat data digital elevation model (DEM) sebagai salah satu input dalam bentuk model hidrologi. Data spasial yang tersimpan adalah data digital, dalam sistem informasi geografi, yang nantinya akan digunakan untuk memprediksi pengaruh banjir pada masa mendatang dalam bentuk luas dan kedalaman genangan.
Data-data lain seperti tata guna lahan, jenis tanah, data hujan digunakan dalam permodelan.
Alasan menggunakan model WMS adalah :
Model hidrologi dibangun dari peta topografi, tata guna lahan dan jenis tanah.
Basin di dalam model dapat dibagi menjadi sub-sub basin yang lebih kecil sehingga lebih akurat.
Tata guna dan jenis tanah dipergunakan untuk menghitung limpasan didaerah serap dan kedap air secara terpisah lalu digabungkan.
Hidrograf aliran dapat diperoleh dititik-titik yang dikehendaki di sepanjang sungai
Dapat dilakukan penelusuran banjir untuk sungai-sungai dengan kemiringan dasar terjal dengan menggunakan pendekatan kinematic wave.
Model WMS berisi modul HEC-1, TR55, TR20 dan modul-modul lainnya.
Model HEC-1 didesain untuk mensimulasikan respon aliran permukaan pada hujan yang jatuh di daerah aliran dengan merepresentasikan daerah aliran sebagai sebuah sistem interkoneksi dari komponen hidrologi dan hidraulik. Setiap komponen memodelkan sebuah
aspek dari proses rainfall-runoff didalam sub basin. Hasil dari proses permodelan adalah perhitungan hidrograf aliran pada lokasi yang diinginkan disepanjang sungai.
Program WMS memiliki beberapa metode untuk penghitungan limpasan, termasuk metode SCS yang telah banyak dipakai. Dalam metode SCS limpasan dari suatu daerah pematusan untuk satu kejadian curah hujan ditentukan dari karakteristik daerah pematusan yang diukur dari peta atau dikaji dari penelitian di lapangan. Parameter utamanya adalah luas daerah pematusan, panjang dan kemiringan aliran dan tata guna lahan. Parameter tata guna lahan meliputi keseimbangan antara komponen serap air dan kedap air serta sifat alamiah komponen serap air.
Penelusuran banjir menggunakan metode hydrologic routing dan bukan persamaan St.
Venant. Input dari routing adalah hidrograf di upstrem yang dihasilkan dari run off tunggal
maupun kombinasi dari sub basin, routing sungai dihulu atau diversi.
Sub basin lokal disepanjang sungai dapat pula menjadi input model yang akan dikombinasikan dengan hidrograf hulu dan akan merambat ke titik outlet terakhir. Hidrograf menjalar ke titik downstream didasarkan pada karakteristik dari saluran atau sungai.
Untuk menggunakan persamaan St. Venant maka asumsi yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Aliran adalah satu dimensi, maksudnya bahwa kecepatan aliran seragam (uniform) dalam suatu tampang, dan kemiringan muka air arah transversalnya horisontal.
2. Distribusi tekanan adalah hidrostatis dimana kurva garis aliran sangat lemah dan akselerasi vertikalnya dapat diabaikan.
3. Bahwa pengaruh kekasaran dinding dan turbulensi dapat diformulasikan sebagai persamaan kekasaran seperti yang dipakai pada aliran permanen.
4. Bahwa kemiringan dasar saluran cukup kecil dan mendekati nol sehingga cosinus sudut dapat dianggap sama dengan satu.
5. Bahwa kerapatan massa dari air selalu konstan.
Sebagai alat bantu analisa profil muka air digunakan program HEC-RAS versi 3.1.3 untuk kondisi aliran steady (tanpa pasang surut) dan unsteady (dengan pengaruh pasang surut). Prosedur perhitungan didasarkan pada penyelesaian persamaan aliran satu dimensi melalui saluran terbuka. Aliran satu dimensi ditandai dengan besarnya kecepatan yang sama pada seluruh penampang atau digunakan kecepatan rata-rata.
b. Periode ulang Rencana
Periode ulang untuk perencanaan bagian-bagian komponen sistem diberikan dalam Tabel berikut.
Tabel 5.1 Periode Ulang untuk Perencanaan
Jenis Saluran Pematusan Periode Ulang (tahun)
Keterangan
Basin Drainage 10 – 50 Sungai Manggar, Sungai Somber
Saluran Primer 5 – 10 Sungai Sepinggan, Sungai Ampal, Klandasan I, Klandsan II, Pandansari
Saluran Sekunder 2 – 5
Saluran Tersier 2
c. Perkiraan Limpasan – CN
Metode SCS pernah dikembangkan di Amerika Serikat dan sebaiknya metode ini tidak diterapkan dimanapun juga tanpa pertimbangan yang teliti atas kecocokan bermacam-macam kategori tata guna lahannya. Pada studi penyusunan Master Plan Drainase Kota Surabaya telah dilakukan kajian dan penyesuaian angka perkiraan limpasan CN berdasarkan tata guna lahan, tipe tanah dan prosentase kedap air untuk wilayah perkotaan di Indonesia sehingga diperoleh harga CN yang telah disesuaikan seperti pada tabel berikut :
Tabel 5.2 Performa Masukan Data –Persentase Kedap Air dan Nomor Kurva CN
Kode Kedap Air Serap Air
% CN
Wil. Pemukiman (dgn. Kepadatan Penduduk)
50-150 orang/ha (kawasan perum.baru) H1 85 74 50-150 orang/ha (kawasan perum. Lama) H2 70 74
150-250 orang/ha H3 85 79
250-350 orang/ha H4 90 84
Lebih dari 350 orang/ha H5 95 88
Lahan terbuka
Rerumputan (>75%) O1 0 74
Campuran (wil.rerumputan 25-75%) O2 0 79
Lain-lain
Industri, perdagangan & bisnis C 95 88
Fasilitas umum/Kampus P 70 79
Jalan Utama dan Areal Parkir, dll R 100
TOTAL / RATA-RATA 85 78
Sumber : Surabaya Drainage Master Plan
Faktor utama untuk menentukan CN adalah tipe tanah, tipe penutup permukaan, kondisi hidrologi dan kondisi aliran. Faktor lain adalah apakah outlet dari area kedap air mengalir langsung ke sistem drainase (terkoneksi) atau apakah aliran mengalir melalui lahan serap air secara merata sebelum masuk ke sistem drainase. Parameter lain yang diperlukan untuk metode SCS adalah panjang dan kemiringan limpasan permukaan rata-rata, dan koefisien kekasaran (koefisien Manning).
d. Analisa dan Data Curah Hujan
Di kota Balikpapan terdapat hanya satu stasiun penakar hujan milik Badan Meteorologi dan Geofisika Balikpapan yang berlokasi di depan Bandar Udara Sepinggan. Data hujan yang akan digunakan dalam analisa hidrologi untuk menghitung tinggi hujan rencana adalah data hujan harian periode tahun 1975 – 2005 yang diperoleh dari Pemeriksaan hujan (rainfall
observartion) oleh Badan Meterorologi dan Geofisika Departemen Perhubungan Indonesia di
Jakarta.
Hujan rencana dengan periode ulang tertentu dihitung dengan metode Gumbel atau metode Log Pearson Tipe III.
Distribusi hujan rencana dapat ditentukan dengan menganalisa distribusi hujan dominan dari data hujan jam-jaman.
Untuk tujuan-tujuan penetapan distribusi hujan mangkus rencana, dapat menggunakan kurva-kurva IDF (Intensitas-Durasi-Frekuensi) dari angka-angka curah hujan rencana.
Hal ini memungkinkan untuk memperkirakan intensitas hujan untuk beberapa durasi sesuai dengan keperluan analisa. Kurvanya dapat diperkirakan ke durasi-durasi yang lebih pendek atau lebih panjang, namun hal ini bisa menjadi penyebab atas ketidakpastian yang semakin besar.
Lengkung durasi intensitas biasanya dalam bentuk sbb:
I = a / (t + b)c
dimana:I = Intensitas curah hujan t = durasi
a, b, c adalah bilangan konstan.
Nilai-nilai konstan tergantung pada frekuensi kejadian dan satuan yang digunakan. Biasanya paling menguntungkan kalau waktunya dalam menit dan intensitasnya dalam mm/jam.
Intensitas curah hujan rencana untuk tiap periode ulang telah dianalisa untuk
menentukan nilai ‘penyesuaian terbaik’ terhadap parameter a, b, dan c. Kriteria yang diambil
adalah untuk meminimalkan kesalahan nilai absolut rata-rata dalam perkiraan intensitas; ini ditambahkan pada kesalahan-kesalahan RMS (root-mean-square = rata-rata kuadrat terkecil).
e. Pengaruh Pasang Surut
Sungai-sungai di Balikpapan umumnya mengalirkan air ke laut. Oleh karena itu dalam analisa perlu mempertimbangkan kombinasi antara banjir dari sungai dan pasang surut laut. Meskipun dua peristiwa tersebut adalah hal yang berdiri sendiri, tetapi kemungkinan penggabungan dari keduanya merupakan produk dari kemungkinan-kemungkinan individual. Dengan demikian, jika standar rencana untuk saluran adalah 5 tahun periode ulang maka hal ini akan menjadi terlalu ekstrim untuk mengkombinasikan elevasi pasang 5 tahun dengan banjir 5 tahun. Perencanaan hendaknya mempertimbangkan dua kombinasi berikut:
limpasan yang ekstrim dengan kondisi pasang normal. limpasan normal dengan kondisi pasang ekstrim.
Elevasi tanggul saluran rencana, ditetapkan berdasarkan pada elevasi muka air yang lebih tinggi dari kedua kombinasi di atas.
f. Konstruksi dan Verifikasi Model Hidrolik
Model hidrologi dibangun atas dasar data-data primer hasil survei langsung di lapangan dan data sekunder sebagai pendukung. Model hidrologi dibangun dari peta topografi dan tata guna lahan dari hasil pemotretan udara, peta jaringan sungai/saluran, data jenis tanah, data hujan, data penampang sungai atau saluran. Model hidrologi menghasikan hidrograf-hidrograf banjir di titik-titik yang kita inginkan di sepanjang sungai. Selain itu dengan model hidrologi dapat pula dilakukan penelusuran banjir pada sungai-sungai dengan kemiringan dasar terjal dengan pendekatan kinematic wave.
Model hidraulik dibangun dengan menggunakan peta jaringan sungai dan saluran, data penampang memanjang dan melintang sungai, koefisien kekasaran penampang sungai dan bangunan-bangunan air yang ada didalam sungai maupun saluran. Input atau boundary hulu model hidraulik adalah hidrograf hasil permodelan hidrologi sedangkan boundary hilir model dapat berupa elevasi permukaan air di badan air dari sungai yang dimodelkan dan dapat berupa elevasi permukaan air laut, sungai besar, danau, bosem atau reservoir.
Model akan dikalibrasi atau diverifikasi dengan data pengukuran sehingga hasil permodelan sedapat mungkin mendekati hasil pengukuran dilapangan. Namun bila data yang tersedia dan dapat diperoleh dilapangan terbatas maka proses kalibrasi akhirnya akan diperkirakan, dan didasarkan pada elevasi banjir yang pernah terjadi (historis) pada bangunan-bangunan utama dan luas areal banjir.
Model akan dipakai untuk limpasan sekarang dan masa mendatang dan untuk kondisi jaringan pematusan saat ini dan kondisi pemeliharaan yang ditingkatkan sebagai berikut:
Kondisi yang ada (muka endapan saat ini)
Kondisi yang ada (dengan peningkatan kondisi pemeliharaan yang diproyeksikan)
Kondisi yang akan datang (dengan perubahan-perubahan dalam tata guna lahan yang diproyeksikan dan peningkatan prasarana drainase yang diusulkan)