Analisa Kapasitas Pengendalian Banjir Dengan Perbandingan Metode Hss, Hec-Hms Dan Hec-Ras Di Daerah Aliran Sungai Sei Sikambing, Kabupaten Deli Serdang

DAFTAR PUSTAKA

Alfredo.H-S.Ang. Konsep-konsep Probabilitas dalam Perencanaan dan Perancangan Rekayasa. Penerbit Erlangga. Jakarta.

Galgani,Gemma. Lasminto,Umboro. 2014, Studi Penanggulangan Banjir Kali Lamong Terhadap Genangan di Kabupaten Gresik. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil.

Iman, Subarkah. 1980, Hidrologi Untuk Perencanaan Bangunan Air. Penerbit Idea Dharma, Bandung.

Kamiana, I Made. 2011, Teknik Perhitungan Debit Rencana Bangunan Air. Graha Ilmu, Yogyakarta.

Kawet,L. Wuisan.E.M. Tangkudung,H. 2013, Studi Perbandingan Antara Hidrograf SCS (Soil Conservation Service) dan Metode Rasional Pada DAS Tikala. Universitas Sam Ratulangi, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil.

Sihotang,Rico. 2011, Analisa Banjir Rancangan Dengan Metode HSS Nakayasu Pada Bendungan Gintung. Universitas Gunadarma, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan.

Soemarto,C.D.1987. Hidrologi Teknik . Usaha Nasional. Surabaya

Sosrodarsono, S.,Masateru Tominaga, Yusuf Gayo. 1985. Perbaikan dan Pengaturan Sungai. PT.Pradinya Paramita. Jakarta.

Suripin.2004. Sistem Drainase Perkotaan Yang Berkelanjutan. Andi. Yogyakarta

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Lokasi Penelitian

Adapun lokasi studi dalam tugas akhir ini adalah di Kecamatan Medan Sunggal. Lokasi studi dari Medan dapat dilalui dengan kendaraan roda 2 (dua) maupun roda (empat) dengan kondisi jalan relatif baik hingga sampai ke lokasi daerah sungai. Jarak tempu dari Medan ±20 menit perjalanan. Sketsa pencapaian lokasi dapat dilihat pada gambar 1.1.

3.2 Alat dan Bahan

Pada tahap ini adalah untuk mengumpulkan alat dan bahan guna untuk melakukan studi pengukuran atau hal teknis lainnya di lokasi studi.

Alat dan bahan untuk keperluan studi ini meliputi:

 Current meter

Berfungsi untuk mengukur kecepatan dengan pengubahan kecepatan linear menjadi kecepetan angular, alat ini berfungsi mengukur arah dan

kecepatan arus.  Theodolite

Salah satu alat ukur ketinggian yang digunakan untuk menentukan tinggi tanah dengan sudut mendatar.

 Meteran

Sebagai patokan pengukuran ketinggian/kedalaman, juga digunakan sebagai titik tembak pada alat theodolite.

 GPS handheld

digunakan untuk menentukan koordinat titik-titik kontrol yang

membangun kerangka dasar nasional untuk survei dan pemetaan di darat.  Stopwatch

Digunakan untuk mengukur waktu dengan sensitifitas yang tinggi.  Kamera digital

Primer

Pada penelitian ini digunakan metode kuantitatif dengan mengumpulkan data-data dari instansi terkait serta melakukan survey dan pengukuran ke daerah studi dengan mengembangkan dan menggunakan model-model matematis seperti HSS, HEC-HMS dan HEC-RAS, adapun rancangan alur penelitian seperti skema dibawah ini.

Gambar 3.2 Diagram Metodologi Penelitian

Analisa Kapasitas Pengendalian Banjir Dengan Perbandingan Metode Hss, Hec-Hms Dan Hec-Ras Di Daerah Aliran Sungai Sei

Sikambing, Kabupaten Deli Serdang Tinjauan Pustaka

Sekunder  Data stasiun Hujan  Data curah hujan harian

maksimum

Analisa HSS Nakayasu dan HSS Snyder Analisa Hidraulik Sungai dengan Metode

HEC-RAS

 Analisa kapasitas tampungan saluran  Analisa muka air banjir rencana

Analisa Hidrologi Sungai dengan Metode HEC-HMS

3.4 Pelaksanaan Penelitian

Setelah data-data social dan teknis diperoleh, kemudian dilakukan analisis data. Analisis data meliputi:

1. Analisis teknis

Setelah didapat debit minimum dan maksimum air sungai, profil memanjang dan melintang sungai, maka akan dapat dianalisa debit banjir rencana dengan perbandingan metode HSS, HEC-HMS, dan HEC-RAS, sehingga dapat disimpulkan kapasitas pengendalian banjir pada sungai seikambing.

2. Analisis non teknis

Hasil yang diperoleh dari analisis data dan pengamatan lokasi dilapangan maka dapat bermanfaat untuk perencanaan bangunan air sebagai upaya alternatif pengendalian banjir secara structural pada daerah aliran sungai Sei Seikambing,

3.5 Variabel yang Diamati

Variabel yang diamati pada studi penelitian tugas akhir ini adalah, sebagai berikut:

 Kecepatan aliran aiar sungai seikambing.

 Kedalaman permukaan sungai pada aliran sungai seikambing.

BAB IV

ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hidrologi Sungai

Masih sering terjadinya banjir di Sungai Deli, kemungkinan besar sungai tersebut telah mengalami penurunan fungsi dan telah terjadi kerusakan pada daerah catchment area atau DAS Deli yang meliputi kerusakan hutan atau adanya perubahan tata guna lahan. Untuk itu pada analisa hidrologi dalam studi ini diperlukan adanya inventarisasi kondisi sungai dan perhitungan banjir rencana dibeberapa titik pengamatan dengan beberapa metode yang telah banyak digunakan di Indonesia. Untuk mendapatkan distribusi curah hujan di seluruh daerah aliran Sungai, maka di berbagai tempat pada suatu daerah aliran sungai tersebut dipasang alat pengukur curah hujan daerah.

4.1.1 Data Stasiun Curah Hujan

Tabel 4.1 Data Curah Hujan Stasiun Pancur Batu

PELAYANAN JASA INFORMASI KLIMATOLOGI DATA CURAH HUJAN BULANAN

Sumber: Stasiun Klimatologi Sampali Medan

4.1.2 Data Curah Hujan Harian Maksimum

Tabel 4.2 Data Curah Hujan Harian Maksimum Stasiun Pancur Batu (mm).

4.1.3 Data Karakteristik DAS (Daerah Aliran Sungai)

Pelaksanaan inventarisasi kondisi sungai dilakukan melalui penelusuran sungai yang menghasilkan gambaran umum panjang sungai dan jumlah jembatan yang menyilang sungai dan bangunan sungai lainnya.

Gambaran panjang sungai :

Adapun karakteristik daerah tinjauan penelitian berada pada daerah jembatan yang menyilang di daerah Deli serdang dengan beberapa permasalahan seperti:

 kemiringan lereng dikawatirkan terlalu curam dan akan rawan longsor pada tempat-tempat yang tidak diberi pelindung tebing. Kemiringan dasar sungai terlalu curam, Pada ruas ini diperlukan pembebasan tanah yang cukup untuk penambahan lebar penampang sungai.

 Diperlukan perkuatan tanggul dengan memasang bronjong ataupun revetment dari beton yang dibagian bawahnya diperkuat dengan tiang pancang sebagai pondasinya.

 Khusus untuk ruas sungai daerah sekitar muara sampai 10 km ke hulu diperlukan pengerukan dasar sungai karena telah terjadi pengendapan yang cukup besar, dan juga normalisasi penampang sungai.

Foto 1. Alat Pengukur Debit Aliran (Curentmeter)

s

Foto 2. Pengukuran Kedalaman Sungai

Foto 5. Pengukuran Tepi Sungai dengan Bak Ukur

4.1.4 Data Tata Guna Lahan

Daerah Studi merupakan daerah urban, persawahan, ladang, perkebunan, daerah rawa dan daerah terbuka. Sedangkan daerah urban meliputi daerah perkampungan, daerah perkantoran dan perdagangan serta daerah industri dan berkonsentrasi di dalam kota Inti/pusat Medan dan sepanjang 2 jalur jalan yaitu jalan Nasional dan jalan Masyarakat, dimana membentang dari sisi Utara ke Selatan dan Timur ke Barat dari Kota Medan pusat. Disamping itu pemukiman baru bertambah di beberapa tempat di luar kota pusat Medan. Sebagian besar sawah dan daerah Rawa menyebar meliputi daerah dataran rendah sungai Deli dan Serdang, dan daerah persawahan juga terdapat dibagian Barat Daya bagian wilayah dari kota Medan, sebagian besar Perkebunan. Jenis tanaman perkebunan terdiri dari karet, kelapa sawit, tembakau, tebu, kelapa dan kopi.

4.1.5 Rating Curve Debit

Dalam perencanaan dan perhitungan bangunan air, hidrologi merupakan bagian dari analisis yang amat penting, dari sini dapat dianalisis besaran-besaran nilai ekstrim yang terjadi baik itu debit terkecil maupun yang terbesar, karena banyak perhitungan teknis bangunan-bangunan yang didasarkan atas frekuensi nilai-nilai tertentu dari peristiwa-peristiwa ekstrim.

Rumus Pengaliran dalam suatu aliran terbuka ialah:

Q = F.V

Dimana

Q = Besarnya Pengaliran (m3_/detik)

F = Luas basah potongan melintang saluran (m2) V = Kecepatan air rata-rata (m/detik)

Dari pengukuran tinggi air dan debit sebuah Sungai Sei Sikambing didapat daftar sebagai berikut:

Tabel 4.3 Data Tinggi Muka Air dan Debit Aliran Sungai Sei Sikambing

Tinggi air H dalam meter 0 0,5 0,8 1,2 1,7 2,1

Debit Q dalam m3_{/det 1,1 2,8 3,0 3,4 5,6 6,1}

Sumber: Perhitungan

Pengukuran tinggi air hanya dilakukan sampai tinggi air 2,1 meter. Di musim hujan tinggi air dapat mencapai >3,00 meter. Karena itu perlu dibuatkan lengkung teoritis untuk keperluan ekstrapolasi tinggi air dan debit, untuk itu terlebih dahulu perlu diketahui apakah ada korelasi antara tinggi air dan debit.

a) Cara Korelasi

Tabel 4.4 Analisa Perhitungan Angka Korelasi pada Rating Curve

Angka korelasi r sangat mendekati 1 (satu), maka antara H dan Q terdapat korelasi baik.

σ

x =

√

, = 0,05663

σ

y =

√

, = 0,05123

σ

σ

= 0,9046 Ryx = 0,928199 x 0,9046 = 0,8396

Y - 0,424 = 0,8396 ( X – 0,036)

Y = 0,8396X + 0,0302256; 0,0302256 adalah log 1,072 Jadi: log (Q – 1,2) = 0,8396 log H + log 1,072

Persamaan lengkung teoritis menjadi :

Q = 1,072H0,8396 + 1,2 ………...(1) Persamaan (1) dapat juga kita selesaikan dengan metoda kuadrat terkecil dan kita dapatkan:

A = 0,0303 ; maka a = 1,072 n = 0,8396

b) Cara kuadrat terkecil

Kalau lengkung teoritis kita dekati dengan parabola kuadrat terkecil, maka perhitungan menjadi sebagai berikut:

Tabel 4.5 Analisa Perhitungan Angka Kuadrat Terkecil pada Rating Curve

H Q HQ H2 _H2_{Q H}3 _H4 (Sumber:Hasil Perhitungan)

Persamaan parabola: Q = a + b.H + c.H2

Untuk mencari a,b, dan c kita dapatkan tiga persamaan: 21 = 6a + 6,3b + 9,63c

29,16 = 6,3a + 9,63b + 16,539c 48,396 = 9,63a + 16,539b + 30,3459c Dari tiga persamaan itu kita dapatkan:

a = 0,2776 b = 2,9361 c = 5,02

Persamaan parabola menjadi:

Grafik 4.1 Diagram Korelasi Nilai X dan Y pada Rating Curves

(Sumber: Hasil Perhitungan)

4.2. Analisa dan Pembahasan Hidrologi dan Hidraulik Sungai

Untuk mendapatkan gambaran mengenai penyebaran hujan di seluruh daerah, di beberapa tempat dipasang alat penakar hujan. Pada daerah aliran yang kecil kemungkinan hujan terjadi merata di seluruh daerah, tetapi tidak pada daerah aliran yang besar. Hujan yang terjadi pada daerah aliran yang besar tidak sama, sedangkan pos-pos penakar hujan hanya mencatat hujan di suatu titik tertentu, sehingga akan sulit untuk menentukan berapa hujan yang turun di seluruh areal. Untuk itu diperlukan metode untuk memperhitungkan hujan wilayah tersebut, cara ini berdasarkan rata-rata timbang (weighted average). Masing-masing penakar mempunyai daerah pengaruh yang dibentuk dengan menggambarkan garis-garis sumbu tegak lurus terhadap garis penghubung di antara pos penakar.

4.2.1 Analisa Distribusi Frekuensi Curah Hujan

Frekuensi hujan adalah besarnya kemungkinan suatu besaran hujan disamai atau dilampaui. Sebaliknya, kala ulang (return period) adalah waktu perkiraan di mana hujan dengan suatu besaran tertentu akan disamai atau dilampaui. Dalam hal ini kejadian tersebut tidak akan berulang secara teratur setiap kala ulang tersebut, ada kemungkinan selama kurun waktu 10 tahun terjadi hujan 10-tahunan lebih dari satu kali, atau sebaliknya tidak terjadi sama sekali.

Metode yang dipakai ditentukan dengan melihat karakteristik distribusi hujan daerah setempat. Periode ulang yang akan dihitung pada masing – masing metode adalah untuk periode ulang 5, 10, 25 tahun. Dalam tugas akhir ini akan digunakan beberapa distribusi frekuensi yang banyak digunakan dalam bidang hidrologi, yaitu:

1). Distribusi Normal 2). Distribusi Log Normal

3). Distribusi Log Pearson Type III 4). Distribusi Gumbel

Data curah hujan yang tersebut diatas dianalisa dengan menggunakan bantuan perhitungan sofware manual Excel.

4.2.2 Pemilihan Distribusi Frekuensi Curah Hujan

n

deviasi, koefisien kepencengan (skewness) atau Cs, dan koefisien kepuncakan (kurtosis) atau Ck. Berikut merupakan perhitungan frekuensi curah hujan.

a. Distribusi Probabilitas Gumbel

Jika data hujan yang dipergunakan dalam perhitungan adalah berupa sampel (populasi terbatas), maka perhitungan hujan rencana berdasarkan Distribusi Probabilitas Gumbel adalah:

Tabel 4.6 Perhitungan Parameter Statistik

 

 Hitung Nilai Faktor Frekuensi (K)

= ��− �

�

Dengan jumlah data (n) = 10 maka didapat:

= ,

= ,

Dengan periode ulang (T) = 5 Tahun di dapat

� = − ln {− ln

Dicoba untuk nilai hujan rencana periode ulang 5 tahun (X5) adalah;

X5 = X_{+ S} x _{K = 2,9252 + 0,100449} x _{1,0569 = 3,0313 mm}

Maka, nilai hujan rencana untuk periode ulang adalah:

Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Hujan Rencana

Periode Ulang Hujan Rencana

2 173

B. _{Distribusi Probabilitas Normal}

n

Nilai KT dihitung berdasarkan nilai T berdasarkan Table 4.7 :

 Hitung Hujan Rencana dengan Periode Ulang (XT)

Perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang ( T ) adalah: Tabel 4.10 Perhitungan Nilai Hujan Rencana periode ulang, T

C. Distribusi Probabilitas Log Normal

Jika variabel acak Y = Log X terdistribusi secara normal, maka X dikatakan mengikuti distribusi Log normal. PDF (Probability Density Function) untuk distribusi Log normal dapat dituliskan sebagai berikut :

= _{�√ �} � [– − ��

Tabel 4.11 Perhitungan Distribusi Log Normal

Harga-harga G dapat diambil dari tabel hubungan antara koefisien skewness

dengan kala ulang. Sedangkan Nilai Xt didapat dari anti log dari log Xt. Tabel 4.12 Perhitungan Hujan Rencana Log Normal

D. Distribusi Probabilitas Log Pearson Type lll

Secara sederhana fungsi kerapatan peluang distribusi Pearson Type III ini mempunyai persamaan sbagai berikut :

Log = log̅̅̅̅̅̅̅ + .� �

log

�

̅̅̅̅̅̅̅ =

∑ log �

�

= √

log �−log₋

� = �

� � �

=

∑ log �−log

− − � Dimana :

KT = Koefisien frekuensi

Si = Standar deviasi nilai variat

Cs = Koefisien kemencengan

Berikut ini langkah – langkah penggunaan distribusi Log-Pearson Tipe III : - Ubah data ke dalam bentuk logaritmis, X = Log X

- Hitung harga rata – rata - Hitung harga simpangan baku - Hitung koefisien kemencengan

log X - log͞ X log X - log͞ X² log X - log͞ X³ log X - log͞ X ⁴

0.1709 0.029197 0.004988862 0.00085244939

-0.0100 0.000100 -0.000001003 0.00000001004

-0.2338 0.054640 -0.012772306 0.00298555975

-0.2611 0.068157 -0.017793656 0.00464536934

-0.0406 0.001649 -0.000066950 0.00000271854

0.1855 0.034400 0.006380196 0.00118334673

0.0345 0.001188 0.000040943 0.00000141115

-0.0240 0.000577 -0.000013877 0.00000033349

0.0943 0.008885 0.000837566 0.00007895121

0.1176 0.013831 0.001626645 0.00019130385

-0.0332 0.001103 -0.000036628 0.00000121641

0.213728 -0.016810209 0.00994266988

S.dev Cs Ck

56.85963165 -17.22569208 1.455487722 Sumber: Hasil Perhitungan

Tabel 4.14 Data KT pada Periode Ulang periode ulang, T (tahun) Kᵀ

1.670 -0.25

Tabel 4.15 Data Perhitungan Periode Ulang dengan Probability

Sumber: Hasil Perhitungan

4.2.3 Uji Kecocokan (Goodness of Fittest Test)

Pemeriksaan uji kesesuaian distribusi ini dimaksudkan untuk mengetahui suatu kebenaran hipotesa distribusi frekuensi. Dengan pemeriksaan uji ini akan diketahui :

1. Kebenaran antara hasil pengamatan dengan model distribusi yang diharapkan atau yang diperoleh secara teoritis.

2. Kebenaran hipotesa (diterima/ditolak).

Adapun pemeriksaan/pengujian dstribusi frekuensi dipakai dengan 2 metode sebagai berikut :

4.2.3a Uji Vertikal dengan Metode Chi Square

Uji chi kuadrat digunakan untuk menguji simpangan secara vertikal apakah distribusi pengamatan dapat diterima oleh distribusi teoritis. Perhitungannya dengan menggunakan persamaan (Shahin, 1976 : 186) :



_ 

Jumlah kelas distribusi dihitung dengan rumus (Harto, 181 : 80) :

K = 1 + 3,22 log n

dimana :

OF = nilai yang diamati (observed frequency) EF = nilai yang diharapkan (expected frequency) k = jumlah kelas distribusi

n = banyaknya data

Agar distribusi frekuensi yang dipilih dapat diterima, maka harga X2 < X2cr. Harga X2cr dapat diperoleh dengan menentukan taraf signifikasi  dengan derajat kebebasannya (level of significant) seperti yang disajikan pada tabel berikut.

 Data Curah Hujan Diurutkan dari Besar ke Kecil

Tabel 4.16 Pengurutan Data Curah Hujan dari Besar ke Kecil

Xi (mm) Xi diurutkan dari besar ke kecil (mm)

261 269

 Menghitung Jumlah Kelas  Jumlah Data (n) = 10

 Kelas Distribusi (K) = 1 + 3,3 log n

= 1 + 3,3 log 10

= 4,3 ≈ 5 kelas

 Menghitung Derajat Kebebasan (Dk) dan X2 cr.

Tabel 4.17 Nilai Parameter Chi-Kuadrat Kritis, X²cr (uji satu sisi)

 Menghitung Kelas Distribusi

 Presentasi 60%

P(x) = 60% diperoleh T = 1/Px =1/0,60 = 1,67 tahun  Presentasi 80%

P(x) = 80% diperoleh T = 1/Px =1/0,80 = 1,25 tahun

 Menghitung Interval Kelas

 Distribusi Probabilitas Gumbel.

Dengan jumlah data (n) = 10 maka didapat nilai: Yn = 0,4952

Sn = 0,9497 Yt = -ln – ln −

K = �− �

�

=

�− ,

,

Sehingga:

 T = 5; Yt = 1,4999 maka K = 1,0579  T = 2,5; Yt = 0,6717 maka K = 0,1859  T = 1,67; Yt = 0,0907 maka K = -0,4259  T = 1,25; Yt = -0,4759 maka K = -1,0225

Nilai X͞ = 518,5

Maka Interval Kelas:

Tabel 4.18 Hasil Perhitungan Chi-Kuadrat Kritis

Kelas Interval Ef Of Of - Ef �� − ��

4.2.3b Metode Smirnov-Kolmogorof (secara analitis)

Pengujian distribusi probabilitas dengan Metode Smirnov-Kolmogorov dilakukan dengan langkah-langkah perhitungan sebagai berikut:

1. Urutkan data (Xi) dari besar ke kecil atau sebaliknya.

2. Tentukan peluang empiris masing-masing data yang sudah diurut tersebut P(Xi) dengan rumus tertentu, rumus Weibull misalnya.

P(Xi) = +

�

Keterangan rumus: n = jumlah data;

i = nomor urut data (setelah diurut dari besar ke kecil atau sebaliknya)

3. Tentukan peluang teoritis masing-masing data yang sudah diurut tersebut P’(Xi) berdasarkan persamaan distribusi probabilitas yang dipilih (Gumbel, Normal, dan sebagainya).

4. Hitung selisih (ΔPi) antara peluang empiris dan teoritis untuk setiap data yang sudah diurutkan:

ΔPi = P(Xi) –P’(Xi)

5. Tentukan apakah ΔPi < ΔP kriti, jika ”tidak” artinya Distribusi Probabilitas yang dipilih tidak dapat diterima, demikian sebaliknya.

4.2.4 Debit Banjir Rencana

Debit banjir rencana adalah debit maksimum dari suatu sungai yang besarnya didasarkan kala ulang atau periode tertentu. Probabilitas atau kejadian banjir untuk masa mendatang dapat diramalkan melalui analisis hidrologi dengan menerapkan metode statistik sesuai parameter hidrologi. Pengukuran debit aliran sungai sei sekambingdilakukan dengan current meter (alat ukur arus) dilakukan dengan cara merawas tegak lurus terhadap penampang melintang sungai. Untuk menentukan debit banjir rencana sudah seharusnya untuk mengukur debit normal aliran sungai, pada pengukuran debit normal pada aliran sungai sei sekambing didapatkan debit sebesar:

Tabel 4.19 Analisa Perhitungan Debit Aliran Sungai dengan Current Meter

4.2.4a HSS Nakayasu

Nakayasu (1950) telah menyelidiki hidrograf satuan di Jepang dan

memberikan seperangkat persamaan untuk membentuk suatu hidrograf satuan sebagai

berikut:

1. Waktu kelambatan (time lag, tg), rumusnya:

tg = 0,4 + 0,058 x L; Untuk L > 15 km tg = 0,21 x L0,7 untuk L < 15 km

2. Waktu puncak dan debit puncak hidrograf satuan sintetis dirumuskan sebagai

berikut:

tp = tg + 0,8 Tr

3. Waktu saat debit sama dengan 0,3 kali debit puncak:

T0,3 = α x tg

4. Waktu puncak

tp = tg + 0,8 Tr

5. Debit puncak hidrograf satuan sintetis dirumuskan sebagai berikut:\

Pada analisis sungai seikambing dengan luas sebesar 472 km2 dengan panjang sungai utama L = 35,94 km. Hidrograf satuan DAS ini dengan model HSS Nakayasu dan total hidrograf limpasan langsung jika pada DAS ini terjadi hujan jam-jaman berturut : 25mm, 50mm, dan 15mm.

 Hitung debit bagian lengkungan naik: 0< t < Tp Atau pada bagian 0 < t < 3,975 jam atau dibulatkan 0 < t < 4 jam

 Hitung debit bagian lengkung turun tp < t < t0,3 atau pada bagian 3,975 jam < t < (3,975 + 4,96) jam atau 3,975< t < 8,935 atau dibulatkan 4 < t < 9 jam atau t: 4 s/d 9 jam.

Tabel 4.20 Perhitungan Debit HSS Nakayasu

(Sumber: Hasil Perhitungan)

 Persamaan debit pada bagian turun: t0,3 < t <1,5 t0,3 atau 8,935jam < t < (8,935+7,44) atau 8,935 < t < 16,375 atau dibulatkan: 9< t < 16 atau 9 s/d 16 jam.

 Persamaan debit pada bagian turun: t > 1,5 t0,3 atau t > 16,375 atau dibulatkan t >16, misalnya 18 jam.

3.975 4.969 21.2787 531.9678 1063.9355 319.1807

4.000 4.969 21.1502 528.7551 1057.5103 317.2531

0,0000 5,0000 10,0000 15,0000 20,0000 25,0000

0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000

0,0000 50,0000 100,0000 150,0000 200,0000 250,0000 300,0000 350,0000

0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000

0,0000 100,0000 200,0000 300,0000 400,0000 500,0000 600,0000

0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000

0,0000 200,0000 400,0000 600,0000 800,0000 1000,0000 1200,0000

0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000

0,0000 200,0000 400,0000 600,0000 800,0000 1000,0000 1200,0000

0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000

4.2.4b HSS Snyder

Snyder (1938) mendapatkan dan mengembangkan hidrograf satuan DAS di Amerika Serikat yang berukuran 30 sampai 30.000 km2 _{dengan menghubungkan} unsure-unsur hidrograf satuan dengan karakteristik DAS akibat hujan 1 cm.

Unsur-unsur hidrograf satuan yang dimaksud adalah:

o _{Debit puncak (Qp, m}3_/dt).

o _{Waktu dasar (Tb/ jam).}

o _{Durasi hujan (tr , jam).}

Karakteristik DAS yang dimaksud adalah: o _{Luas DAS (A,km}2₎

o _{Panjang aliran utama (L, km).}

o _{Jarak antara titik berat DAS dengan outlet yang diukur di sepanjang aliran} utama (Lc, km).

Gambar 4.4 Hidrograf satuan Snyder Standar (tp = 5,5 tr) (Sumber:

Kamiana, I Made 2011)

Pada analisis sungai seikambing dengan luas sebesar 24,27 ha dengan panjang sungai utama L = 1 km. Jarak antara outlet ke titik pada sungai yang terdekat dengan titik pusat (Lc) = 1 km. Hidrograf satuan DAS tersebut memiliki satuan jika durasi hujan tR = 12 jam; nilai Ct = 2,5 dan Cp = 0,4.

Hidrograf Satuan Snyder adalah sebagai berikut :

4.2.5 Pemodelan Kapasitas Pengendalian Banjir Sungai Sei Sekambing

Untuk pemodelan keadaan banjir digunakan data primer/data lapangan yang telah diolah sebelumnya menjadi data geometrik sungai dalam cross section, long section, jarak tiap cross section,dan elevasi sungai,yang dipadu dengan debit grand total periode ulang yang diinput ke dalam software HEC-RAS maupun HEC-HMS .

4.2.5a Analisa Pengendalian Banjir Sungai dengan Metode HEC-RAS

HEC-RAS merupakan program aplikasi untuk memodelkan aliran di sungai,River Analysis System (RAS), dibuat oleh Hydrologic Engineering Center (HEC) yang merupakan satuan kerja di bawah US Army Corps of Engineers (USACE). HEC-RAS merupakan model satu dimensi aliran permanen maupun tak-permanen (steady and unsteady one-dimensional flow model).

Penggunaan Aplikasi HEC-RAS

Gambar 4.6. Layar utama HEC-RAS

langkah-langkah pemodelan dalam HEC-RAS, yaitu: 1) pembuatan sebuah project,

4) melakukan hitungan hidraulik,

5) menampilkan hasil hitungan dalam bentuk grafik, 6) menampilkan hasil hitungan dalam bentuk tabel.  Pembuatan File Project

 Pilih menu File | New Project ….

 Klik tombol Default Project Folder di kanan atas, klik tombol Create Folder  di sisi bawah layar, dan tuliskan nama folder “Sederhana”.

 Tuliskan judul Project “Saluran lurus tampang trapesium” dan nama file Project “sederhana” di tempat yang telah disediakan. HEC-RAS akan menambahkan ekstensi .prj pada nama file Project tersebut.

 Klik tombol OK pada layar konfirmasi. Gambar 4.7. Layar Konfirmasi HEC-RAS

 Pengaturan Awal Program

Pengaturan yang sebaiknya dilakukan antara lain Program Setup | Default Project Folder,- Default Project Parameters | Expansion and Contraction

Coef …, serta Unit System.

Unit System. Sistem satuan yang dipakai dalam HEC-RAS dapat

Untuk mengubahnya, klik pada menu Options | Unit System | System International (Metric System). Pengubahan sistem satuan yang telah

ditetapkan pada suatu project, dari US Customary ke SI atau sebaliknya, selalu dapat dilakukan dengan memakai menu Options | Convert Project Units.

Data sungai yang akan dihitung:

o _{Profil muka air aliran majemuk (unsteady flow) di sungai sepanjang 1000 m,} o _{Kemiringan dasar sungai 0.001,}

o Kemiringan talud kanan dan kiri masing-masing 1:1. o _{Koefisien Manning n = 0.03}

o _{Debit Q = 2,08 m}3_{/s dan 3,01 m}3_/s o _{Muka air berada 2 m di atas dasar sungai.}

NOMOR PATOK

lebar sungai (m)

Station (m) Permukaan Sungai (m)

KEDALAMAN TINGGI

Gambar 4.9. Geometric Data Sungai Seikambing

Tabel 4.23 Analisa Muka Air Hasil Running HEC-RAS

deliserdang 179 Q15 1.94 0.6 1.8 1.86 0.62 3.14 5.02 0.25

deliserdang 170 Q25 3.24 0.4 3 3.01 5.50E-05 0.25 12.9 10.57

4.2.5b Analisa Hidrologi Sungai dengan Metode HEC-HMS

Model hidrologi dengan program HEC-HMS dirancang untuk mensimulasikan proses hujan-limpasan dari sistem aliran. Program ini dirancang agar dapat diaplikasikan dalam luasan tertentu untuk merepresentasikan proses hidrologi Daerah Aliran Sungai.

Secara garis besar, prosedur penggunaan software HEC-HMS adalah sebagai berikut ini.

1. Membuat suatu project baru (new project) 2. Membuat HMS Component Models

a. Basin Model

3. Membuat Time Series Data, seperti: a. Data Hujan

b. Data debit

4. Membuat Paired data (jika diperlukan), seperti: 5. Membuat Basin Models

6. Memilih dan mengisi Basin Models 7. Mengisi Meteorologic Models

13.Melakukan Calibration (Untuk mengolah data debit)

Adapun data-data hidrologi yang akan dianalisa pada penampang sungai seikambing adalah:

Data-data tersebut diambil dari perhitungan sungai berdasarkan analisa Hidrograf Satuan Sintetik Snyder. Berdasarkan nilai Tp dan qp, maka ordinat HSS Snyder DAS dihitung seperti tabel (4.18).

0.1 0.000 1.4 0.750

0.1 0.015 1.5 0.660

0.2 0.075 1.6 0.560

0.3 0.160 1.8 0.420

0.4 0.280 2.0 0.320

0.5 0.430 2.2 0.240

0.6 0.600 2.4 0.180

0.7 0.770 2.6 0.130

0.8 0.890 2.8 0.098

0.9 0.970 3.0 0.075

1.0 1.000 3.5 0.036

1.1 0.980 4.0 0.018

1.2 0.920 4.5 0.009

1.3 0.840 5.0 0.004

(Sumber: Hasil Perhitungan)

Grafik 4.7 Grafik Hujan Hasil Analisa HEC-HMS

Perhitungan simulasi debit dari sistem aliran, maka nilai q dan t diinput kedalam program HEC-HMS. Membuat Time Series Data untuk pengamatan debit aliran sungai Seikambing dapat dilihat pada grafik (4.7);

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perhitungan analisa dan pembahasan HSS Nakayasu dan HSS Snyder serta simulasi Software Hydrologic Engineering Center River Analysis System (HEC-RAS) Versi 4.0 dan The Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) dapat disimpulkan bahwa:

1. Debit banjir rencana maksimum Sungai Seikambing adalah Qp sebesar 0,1294 m3/detik

Q15 sebesar 1,9412 m3/detik Q25 sebesar 3,2354 m3/detik Q50 sebesar 6,4708 m3/detik

2. Pada debit banjir Q50 menyebabkan air sungai naik setinggi 4,03 meter dari bantaran sungai, pada keadaan ini luapan air sungai dapat mencapai daerah pemukiman warga walaupun tinggi air yang meluap sekitaran 0,5 meter atau selutut orang dewasa namun juga memiliki resiko kerusakan

3. Hasil Simulasi HEC-RAS menyatakan bahwa Sungai Seikambing memiliki kapasitas pengendalian debit banjir antara:

Qp≤ QS < Q50

5.2 Saran

1. Diharapkan Sungai dibangun bangunan pengendalian banjir seperti tanggul dan sungai buatan pada sisi kanan dan kiri sungai yang berguna menjaga fungsi sungai.

2. Melihat data simulasi pada kondisi sungai seikambing jika direncanakan pembangunan tanggul penahan banjir sebaiknya mencapai kondisi Q50 dimana air sungai meluap pada ketinggian 4,03 meter sehingga dalam mengatisipasi banjir diperlukan tanggul setinggi 4,5 meter.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Umum

Banjir adalah aliran air yang relatif tinggi, dimana air tersebut melimpah terhadap beberapa bagian sungai. Ketika sungai melimpah, air menyebar pada dataran banjir dan pada umumnya mendatangkan masalah pada manusia. Yang dimaksud banjir adalah fenomena terjadinya luapan air yang mengalir akibat kapasitas penampang Sungai yang tidak dapat menampung debit air yang mengalir di atasnya. Selanjutnya aliran yang melimpah tersebut menyebar pada bantaran banjir yang pada umumnya sudah dihuni atau diberdayakan oleh manusia.

2.2. Konsep Perhitungan

Debit banjir air sungai yang besar mengakibatkan tergerusnya tebing Sungai. Debit banjir yang dihitung adalah debit banjir maksimum dengan periode ulang 5, 10, 25 dan 50 tahun di daerah aliran sungai yang mencakupdaerah aliran Sungai Sei Sekambing, kabupaten Deli Serdang. Konsep perhitungan didasarkan dari data yang ada, pengalaman, dan kepentingan daerah sekitar Sungai Sei Seikambing. Maka, langkah-langkah dalam perhitungan debit banjir yang harus dilakukan adalah:

1. Analisis distribusi frekuensi curah hujan : 2. Uji Kecocokan (Goodnes of fittest test):

a. Uji Chi-kuadrat

3. Pemilihan Disribusi frekuensi curah hujan yang tepat 4. Debit banjir rencana

Debit banjir rencana adalah debit maksimum dari suatu sungai, yang besarnya didasarkan kala ulang atau periode yang telah ditentukan. Probabilitasatau kejadian banjir untuk masa mendatang dapat diramalkan melalui analisis hidrologi dengan menerapkan metode statistik sesuai parameter hidrologi. Pemilihan banjir rencana untuk bangunan air sangat tergantung pada analisis stastistik dari urutan kejadian banjir, baik berupa debit air dari sungai, maupun curah hujan maksimum. Dalam hal ini penentuan debit banjir dianalisis melalui metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu dan Hidfrograf Satuan Sintetik Snyder.

5. Setelah didapat debit banjir maka dilakukan pemodelan sungai dengan menggunakan HEC-RAS 4.0 Beta. Pemodelan sungai dipakai untuk mengetahui tinggi muka air banjir, yang berguna sebagai acuan untuk menentukan elevasi puncak krib.

6. Model hidrologi dengan program HEC-HMS dirancang untuk mensimulasikan proses hujan-limpasan dari sistem aliran. Program ini dirancang agar dapat diaplikasikan dalam luasan tertentu untuk merepresentasikan proses hidrologi Daerah Aliran Sungai.

2.3. Analisis Distribusi Frekuensi Curah Hujan

dilampaui. Dalam hal ini kejadian tersebut tidak akan berulang secara teratur setiap kala ulang tersebut. Misalnya, hujan dengan kala-ulang 10-tahunan, tidak berarti akan terjadi sekali setiap 10 tahun, akan tetapi ada kemungkinan dalam jangka 1000 tahun akan terjadi 100 kali kejadian hujan 10-tahunan. Ada kemungkinan selama kurun waktu 10 tahun terjadi hujan 10-tahunan lebih dari satu kali, atau sebaliknya tidak terjadi sama sekali.

Data hujan yang digunakan adalah data curah hujan harian maksimum. Pada penulisan ini digunakan beberapa metode distribusi yang umum dipakai untuk memperkirakan curah hujan dengan tahun periode ulang tertentu. Metode yang dipakai nantinya harus ditentukan dengan melihat karakteristik distribusi hujan daerah setempat. Periode ulang yang akan dihitung pada masing – masing metode adalah untuk periode ulang 5, 10, 25 tahun. Dalam tugas akhir ini akan digunakan beberapa distribusi frekuensi yang banyak digunakan dalam bidang hidrologi, yaitu:

1). Distribusi Gumbel 2). Distribusi Normal 3). Distribusi Log Normal

4). Distribusi Log Pearson Type III

2.3.1. Metode Distribusi Normal

Distribusi normal atau kurva normal disebut pula distribusi Gauss. Fungsi densitas peluang normal (PDF = Probability Density Function) yang paling dikenal adalah bentuk bell dan dikenal sebagai distribusi normal. Formula distribusi normal dapat dituliskan dalam bentuk rata – rata dan simpangan bakunya, sebagai berikut:

=

P(X) = Fungsi densitas peluang normal X = Variabel acak kontinu

µ = Rata-rata nilai X

σ = Simpangan baku dari nilai X

dimana μ dan σ adalah parameter statistik, yang masing – masing adalah nilai

rata–rata dan standar deviasi dari variant. Analisa kurva normal cukup

menggunakan parameter statistik μ dan σ. Bentuk kurvanya simetris terhadap X =

μ dan grafiknya selalu di atas sumbu datar X, serta mendekati sumbu datar X, dan

Standart deviasi (S) =

√

∑ �− ̅ �

�=

−

..

….………...(2.5) Dimana :

XT = Perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T- tahunan

̅ = Nilai rata-rata hitung variat S = Deviasi standart nilai variat

KT = Faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang dan tipe model matematik distribusi peluang yang digunakan untuk analisis peluang.

2.3.2. Metode Distribusi Log Normal

Jika variabel acak Y = Log X terdistribusi secara normal, maka X dikatakan mengikuti distribusi Log normal. PDF (Probability Density Function) untuk distribusi Log normal dapat dituliskan sebagai berikut :

=

_{�√ �}

� [–

− �� � = Standar deviasi dari nilai variat Y

2.3.3. Metode Distribusi Log Pearson III

Secara sederhana fungsi kerapatan peluang distribusi Pearson Type III ini mempunyai persamaan sbagai berikut :

Log = log̅̅̅̅̅̅̅ + .� � ……….(2.8)

log

�

�

= √

log �−log₋ ……….(2.10)

� = � � � � = ∑ log �−log

− − � ...……….(2.11)

Dimana :

KT = Koefisien frekuensi Si = Standar deviasi nilai variat

Cs = Koefisien kemencengan

Berikut ini langkah – langkah penggunaan distribusi Log-Pearson Tipe III : - Ubah data ke dalam bentuk logaritmis, X = Log X

- Hitung harga rata – rata - Hitung harga simpangan baku - Hitung koefisien kemencengan

- Hitung logaritma hujan atau banjir dengan periode ulang T

2.3.4. Metode Distribusi Gumbel Type I Eksternal

Standart deviasi ( = √∑ �− ̅

, = Faktor pengurangan deviasi standar rata – rata sebagai fungsi dari jumlah data.

Untuk menentukan jenis sebaran yang akan digunakan, maka parameter statistik data curah hujan wilayah diperiksa terhadap beberapa jenis sebaran sebagai berikut :

Tabel 2.1 Persyaratan Parameter Statistik Suatu Distribusi

No Distribusi Persyaratan

1 Gumbel

4 Log Pearson III Selain dari nilai diatas

(Sumber: Kamiana, I Made 2011) Dimana :

(Ck) = Koefisien kurtosis

2.4. Uji Kecocokan (Goodness of fittest test)

Uji kesesuaian (the goodness of fittes test) dimaksudkan untuk mengetahui kebenaran

analisis curah hujan, terhadap simpangan data vertikal maupun simpangan data

horizontal. Maka, diketahui apakah pemilihan metode distribusi frekuensi yang

digunakan, dalam perhitungan curah hujan dapat diterima atau ditolak. Pengujian

parameter yang sering dipakai adalah:

1). Uji Chi-kuadrat

2). Uji Smirnov-Kolmogorov

2.4.1. Uji Chi-kuadrat

Uji Chi-kuadrat dimaksudkan untuk menentukan, apakah persamaan distribusi peluang yang telah dipilih dapat mewakili dari distribusi statistik sampel data yang dianalisis. Pengambilan keputusan uji ini menggunakan parameter x2, oleh karena itu disebut dengan uji Chi-Kuadrat. Rumus yang digunakan dalam perhitungan dengan Uji Chi-Kuadrat adalah sebagai berikut :

= ∑ ��−��

��

�= ………..(2.18)

Keterangan rumus :

χ2 = Parameter Chi-Kuadrat terhitung

N = Jumlah sub kelompok

2.4.2. Uji Smirnov- Kolmogorov

Uji kecocokan Smirnov – Kolgomorov sering disebut juga uji kecocokan non parametrik, karena pengujiannya tidak menggunakan fungsi disribusi tertentu. Prosedur pelaksanaannya adalah sebagai berikut:

1) Urutkan data (dari besar ke kecil atau sebaliknya) dan tentukan besarnya peluang dari masing-masing data tersebut :

= 2) Urutkan nilai masing-masing peliuang teoritis dari hasil penggambaran data

(persamaan distribusinya)

X1 = P’(X1) ...(2.23)

X2 = P’(X2) ...(2.24)

X3 = P’(X3), dan seterusnya ...(2.25)

D = maksimum [ − ′ ] ………...(2.26) 4) Berdasarkan tabel nilai kritis (Smirnov – Kolgomorov test) tentukan harga

Do.

5) Apabila nilai D lebih kecil dari nilai Do maka distribusi teoritis yang digunakan untuk menentukan persamaan distribusi dapat diterima, tetapi apabila nilai D lebih besar dari nilai Do, maka distribusi teoritis yang digunakan untuk menentukan distribusi tidak dapat diterima.

Tabel 2.2 Tabel Nilai Kritis (Smirnov-Kolgomorov test)

N (Sumber: Suripin, 2004, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan : 59)

Banjir terjadi karena volume air yang mengalir di sungai per satuan waktu melebihi kapasitas pengaliran alur sungai, sehingga menimbulkan luapan. Debit banjir adalah besarnya aliran sungai yang diukur dalam satuan (m3/dtk) pada waktu banjir. Debit banjir rencana adalah debit maksimum dari suatu sungai yang besarnya didasarkan kala ulang atau periode tertentu.

Probabilitas atau kejadian banjir untuk masa mendatang dapat diramalkan melalui analisis hidrologi dengan menerapkan metode statistik sesuai parameter hidrologi. Dalam pemilihan banjir rencana untuk bangunan air sangat tergantung pada analisis stastistik dari urutan kejadian banjir baik berupa debit air dari sungai maupun curah hujan maksimum. Beberapa pertimbangan antara lain : besarnya kerugian yang akan diderita jika bangunan mengalami kerusakan dan sering tidaknya kerusakan terjadi, umur ekonomis bangunan dan biaya pembangunan.

Analisis debit banjir yang biasa dipakai yaitu Rasional dan Empiris. Formula yang berdasarkan rumus Rasional adalah Melchior, Haspers dan Rasional Jepang. Perhitungan debit banjir metode ini hanya untuk mengetahui besarnya debit maksimum (puncak), tanpa menunjukan kronologis penaikan serta penurunan debit yang terjadi. Sementara itu metode empiris yang dikenal seperti, Hidrograf satuan sintetis Nakayasu, Hidrograf satuan sintetis Snyder dan Hidrograf Satuan Gama I, disamping dapat menunjukan besarnya debit puncak, cara ini juga dapat menggambarkan kronologis peningkatan dan penurunan debit seperti kondisi kenyataan. Dalam tugas akhir ini akan digunakan Hidrograf satuan sintetis Nakayasu dan Hidrograf satuan sintetis Snyder.

Untuk memprediksi unit hidrograf dari suatu DAS berdasarkan data-data karakteristik fisik DAS sungai yang bersangkutan, dapat digunakan metode unit hidrograf sintetik. Salah satu metode yang umum dipakai adalah metode Nakayasu. Rumus dari hidrograf satuan sintetik Nakayasu adalah sebagai berikut:

=

�.�.

, , �+ ,

………(2.27)

Dimana:

Qp = debit puncak banjir (m3/det) Ro = hujan satuan (mm)

Tp = tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak banjir (jam)

T0,3 = waktu yang diperlukan oleh penurunan debit, dari puncak sampai

30% dari debit puncak

A = luas daerah pengaliran sampai outlet C = koefisien pengaliran

2.5.1.1. Intensitas Curah Hujan dan Hujan Efektif

Karena data hujan yang ada hanya data hujan harian, maka untuk memperoleh

debit banjir rencana harus melaluitahapan penentuan distribusi hujan harian dalam

bentuk jam-jaman. Dengan anggapan hujan yang terjadi berlangsung 6 jam sehari, maka distribusi tersebut adalah sebagai berikut :

a. Rata-rata hujan dari awal hingga jam ke-T

= . − − ₋ ……….(2.29) Dimana:

RT = intensitas curah hujan pada jam t (mm/jam) t = waktu (jam)

f = koefisien pengaliran sungai

RT = intensitas curah hujan pada jam t (mm/jam) 2.5.2. Hidrograf Satuan Sintetis Snyder

Hidrograf Satuan Sintetis Snyder merupakan pengembangan rumus dengan

koefisien-koefisien empirik yang menghubungkan unsur-unsur hidrograf satuan

dengan karakteristik DAS.

Hidrograf satuan tersebut ditentukan dengan cukup baik pada tinggi d = 1 cm,

dan dengan ketiga unsur lain, yaitu Qp (m3/ detik), Tp, serta tr (jam). Unsur – unsur

hidrograf tersebut dihubungkan dengan:

A = luas daerah pengaliran (km2) L = Panjang aliran utama (km)

Lc = Jarak antara titik berat daerah pengaliran dengan pelepasan (outlet) Dengan unsur – unsur tersebut rumus-rumusnya adalah sebagai berikut:

Qp = Debit puncak (m3/det/cm)

tp = Waktu antara titik berat curah hujan hingga mencapai puncak hidrograf Tp = Waktu yang diperlukan antara permulaan hujan hinggai mencapai

puncak hidrograf

Koefisien – koefisien Ct dan Cp harus ditentukan secara empirik, karena besarnya berubah-ubah antara daerah yang satu dengan daerah yang lain. Dalam sistem metrik besarnya Ct antara 0,75 dan 3,00, sedangkan Cp berada antara 0,90 hingga 1,40, dimana bila nilai Cp mendekati nilai terbesar maka nilai Ct akan mendekati nilai terkecil, demikian pula sebaliknya. Snyder hanya membuat model untuk untuk menghitung debit puncak dan waktu yang diperlukan untuk mencapai puncak dari suatu hidrograf saja, sehingga untuk mendapatkan lengkung hidrografnya memerlukan waktu untuk menghitung parameter-parameternya.

2.6. Pemodelan Sungai dengan Menggunakan HEC-RAS

Dalam perencanaan sungai digunakan program HEC-RAS (Hydrologic

Engineering System-River Analysis System). HEC-RAS adalah sebuah sistem yang

didesain untuk penggunaan yang interaktif dalam lingkungan yang

bermacam-macam. Ruang lingkup HEC-RAS adalah menghitung profil muka air dengan

pemodelan aliran steady dan unsteady, serta penghitungan pengangkutan sedimen.

Element yang paling penting dalam HEC-RAS adalah tersedianya geometri saluran,

baik memanjang maupun melintang. Dengan adanya HEC-RAS maka tinggi muka air

diketahui, yang berguna sebagai acuan untuk menentukan elevasi puncak krib.

2.6.1. Profil Muka Air Pada Aliran Steady

Dalam bagian ini HEC-RAS memodelkan suatu sungai dengan aliran steady

subkritis, superkritis ataupun campuran sehingga didapat profil muka air yang

diinginkan. Konsep dasar dari perhitungan adalah menggunakan persamaan energi

dan persamaan momentum. Kehilangan energi juga di perhitungkan dalam simulasi

ini dengan menggunakan prinsip gesekan pada saluran, belokan serta perubahan

penampang, baik akibat adanya jembatan, gorong-gorong ataupun bendung pada

saluran atau sungai yang ditinjau.

2.6.2. Profil Muka Air Pada Aliran Unsteady

Pada sistem pemodelan ini, HEC-RAS mensimulasikan aliran unsteady pada jaringan saluran terbuka. Awalnya aliran unsteady hanya di disain untuk memodelkan aliran subkritis, tetapi versi tebaru dari HEC-RAS yaitu versi 4.0

Beta dapat juga untuk memodelkan aliran superkritis, kritis, subkritis ataupun

campuran, serta loncatan hidrolik. Selain itu penghitungan kehilangan energi pada

gesekan saluran, belokan serta perubahan penampang juga diperhitungkan.

2.6.3. Konsep Penghitungan Profil muka air dalam HEC-RAS

Dalam HEC-RAS penampang sungai atau saluran ditentukan terlebih dahulu,

kemudian luas penampang akan dihitung. Untuk mendukung fungsi saluran sebagai

penghantar aliran maka penampang saluran di bagi atas beberapa bagian. Pendekatan

yang dilakukan HEC-RAS adalah membagi area penampang berdasarkan dari nilai n

(koefisien kekasaran manning) sebagai dasar bagi pembagian penampang.

Setiap aliran yang terjadi pada bagian dihitung dengan menggunakan persamaan

Manning :

= . / ……….(2.34)

Dimana :

K = nilai pengantar aliran pada unit n = koefisien kekasaran manning A = luas bagian penampang

R = jari-jari hidrolik

Perhitungan nilai K dapat dihitung berdasarkan kekasaran manning yang

dimiliki oleh bagian penampang, terlihat seperti di gambar (2.1):

Gambar 2.1 Penampang HEC-RAS

Setelah penampang ditentukan maka HEC-RAS akan menghitung profil muka air.

Konsep penghitungan profil permukaan air berdasarkan persamaan energi yaitu:

+ +� � = + +� � + ℎ ……….(2.36)

Dimana :

Y1, Y2 = tinggi kedalaman pada cross-section 1 dan 2 ( m ) z1, z2 = elevasi dasar saluran pada cross-section 1 dan 2 ( m ) V = kecepatan aliran

α _{= koefisien kecepatan} he = energy head loss

Tinggi energi yang hilang (he) diantara 2 cross-section disebabkan oleh kehilangan

akibat gesekan dan kehilangan akibat penyempitan atau pelebaran. Persamaan tinggi

Gambar 2.2 Masukan Data Cross Section Sungai

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kota Medan adalah salah satu kota yang sangat pesat pertumbuhannya, dimana daerah pinggiran yang selama ini adalah daerah pertanian ataupun lahan kosong berubah menjadi daerah pemukiman dan perumahan penduduk, yang selama ini merupakan daerah resapan air telah berubah fungsi menjadi penyumbang banjir karena tanah diatas perumahan tersebut tidak lagi menyerap air. Kota Medan dilintasi oleh beberapa sungai termasuk diantaranya Sungai Sei Sikambing. Sungai Sei Sikambing merupakan anak Sungai Deli. Dengan kondisi saat ini, Sungai Sei Sikambing berpotensi menimbulkan banjir di Kota Medan.

Banyak warga yang bermukim di pinggir menyebabkan seringnya terjadi gerusan/ erosi di tebing sungai yang disebabkan oleh banjir. Gerusan/ erosi itu sendiri dapat menyebabkan longsor yang membahayakan pemukiman penduduk di sepanjang pinggir sungai. Selain itu erosi juga dapat menyebabkan terjadinya longsor yang memutus akses jalan. Aliran/genangan air dapat terjadi karena adanya luapan-luapan pada daerah di kanan atau kiri sungai akibat alur sungai yang tidak memiliki kapasitas yang cukup bagi debit aliran yang lewat.

Berdasarkan hasil analisa Sistem Informasi Geografis dan Check Lapangan maka DAS Seikambing berdasarkan wilayah administrasinya adalah sebagai berikut: Tabel 1.1 Luas Sub DAS Sei Sikambing Berdasarkan Wilayah Administrasi

Sub DAS Kabupaten/

Kota Kecamatan Luas (Ha)

Sei Sikambing Deli Serdang Sunggal 24.27

Medan - 4,199.65

Total Sub DAS Sei

Sikambing 4,223.93

(Sumber: Badan Wilayah Sungai Medan) 1.2. Perumusan Masalah

Peristiwa banjir menjadi permasalahan yang mengganggu aktivitas atau kepentingan manusia. Permasalahan timbul setelah manusia melakukan kegiatan pada daerah dataran banjir. Seperti halnya yang terjadi di pinggir DAS Sei Sekambing, Kabupaten Deli Serdang.

Untuk menghindari terjadinya longsor perlu didirikan tanggul atau revetment, yang berguna untuk meminimalkan limpasan air ke tebing sungai. Dalam perencanaan bangunan ini perlu diketahui data debit banjir dan elevasi muka air banjirnya. Dengan memperhatikan permasalahan yang terjadi, serta dampak yang ditimbulkan bagi manusia dan lingkungan sekitar sungai, maka permasalahan dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut :

1. Berapakah debit banjir maksimum kala ulang 5, 10, 25 dan 50 tahun di DAS Sei Sekambing (Sunggal)?

2. Berapakah elevasi muka air banjir untuk setiap periode ulang tersebut diatas?

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan menganalisa nilai debit banjir rencana, elevasi muka air, dan luasan daerah resiko banjir adalah sebagai berikut:

1. Untuk mengetahui debit banjir maksimum kala ulang 5,10, 25 dan 50 tahun di DAS Sei Sekambing (sunggal).

2. Untuk mengetahui elevasi muka air banjir pada skala periode ulang 5,10,25 dan 50 tahun di DAS Sei Sekambing (sunggal).

3. Untuk mengetahui seberapa luas lahan yang beresiko banjir.

1.4. Pembatasan Masalah

Untuk memperoleh hasil pembahasan yang maksimal maka perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Oleh karena keterbatasan waktu dan luasnya DAS Deli, maka batasan masalah dalam kajian ini yaitu perhitungan debit banjir dan elevasi muka air banjir daerah aliran sungai Sei Seikambing Kabupaten Deli Serdang.

Pada analisa nilai debit banjir dan elevasi muka air banjirnya, serta luasan lahan kritis di ekosistem DAS Sei Seikambing tersebut, diperlukan beberapa pembatasan masalah sebagai berikut:

a. Analisa pembahasan masalah debit banjir hanya pada daerah aliran sungai sei sekambing, kabupaten deli serdang.

c. Pada daerah sekitaran sungai yang menjadi tempat analisa banjir dilakukan batasan luasan lahan yang beresiko banjir hanya pada daerah sepanjang sungai yang menjadi tempat daerah studi.

Gambar 1.1 Daerah Aliran Sungai Sei Sikambing (Sumber: https://elsaridiza.wordpress.com/2015/06/12/pelestarian-daerah-aliran-sungai-das-deli/)

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Menambah wawasan dan penerapan ilmu pengetahuan bagi penulis. 2. Sebagai mutu pembelajaran bagi pihak-pihak yang membutuhkan.

3. Dengan adanya perhitungan debit banjir, maka akan didapat nilai debit banjir dan muka air banjir yang bermanfaat untuk perencanaan bangunan air sebagai upaya alternatif pengendalian banjir secara structural pada daerah aliran sungai Sei Seikambing, Kabupaten Deli Serdang.

1.6. Sistematika Penulisan

Untuk memperjelas tahapan yang dilakukan dalam tugas akhir ini, penulisan tugas akhir ini dikelompokkan ke dalam 5 (lima) bab dengan sistematika penulisan tugas akhir sebagai berikut:

Bab I. Pendahuluan

Bab ini merupakan bingkai studi atau rancangan yang akan dilakukan, meliputi tinjauan umum, latar belakang, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika penulisan.

Bab II. Tinjauan Pustaka

Bab ini menguraikan tentang teori yang berhubungan dengan penelitian, agar dapat memberikan gambar model dan metode analisis yang akan digunakan dalam menganalisa masalah.

Bab III. Metodologi Penelitian

Bab IV. Analisa dan Pembahasan

Bab ini merupakan analisa dan perhitungan terhadap masalah yang ada di lokasi penelitian.

Bab V. Kesimpulan dan Saran

ABSTRAK

Sungai Sei Sikambing merupakan salah satu anakan sungai atau Sub DAS dari Sungai Deli. Sub DAS Sei Sikambing terbentang sepanjang 4.223,93 ha meliputi Kabupaten/Kota Deli Serdang dan Medan. Pertumbuhan penduduk yang pesat di pinggiran DAS Sei Sikambing merubah fungsi daerah resapan air menjadi daerah berpotesi banjir di Kota Medan.

Metodologi Penelitian menggunakan metode kuantitatif dengan pengolahan data primer meliputi data karakteristik dan geometri sungai, data sekunder terdiri dari data stasiun hujan, data curah hujan harian maksimum, dan data karakteristik DAS yang di analisa kedalam metode Hidrograf Satuan Sintetik, HEC-RAS dan Simulasi HEC-HMS.

Pada perhitungan debit banjir rancangan diperlukan data curah hujan, data pengukuran sungai, dan kondisi sungai. Berdasarkan data tersebut dapat dihitung hujan rencana kala ulang 2,5,10,20,25 dan 50 tahun dengan analisa distribusi frekuensi curah hujan seperti Distibusi Normal, Distribusi Log Normal, Distribusi Log Pearson III dan Distribusi Gumbel, sehingga dipilih analisa Distribusi Gumbel yang lebih mendekati dan lebih teliti. Berdasarkan pengolahan data dengan metode HSS Nakayasu diperoleh nilai debit banjir puncak (QP) sebesar 0,1294 m3_{/detik dan Q}

15 sebesar 1,9412 m3/detik Q25 sebesar 3,2354 m3/detik dan Q50 sebesar 6,4708 m3/detik. Data debit banjir kala ulang 15, 25 dan 50 kemudian dimodelkan dan disimulasikan pada software Hydrologic Engineering Center River Analysis System (HEC-RAS) Versi 4.0 dan The Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) untuk melihat sejauh mana pengaruh banjir yang terjadi pada kawasan sepanjang 1 km sungai seikambing yang dianalisa.

Hasil perhitungan analisa dan pembahasan menyimpulkan bahwa debit banjir menyebabkan kenaikan air sungai sebesar 4,03 meter dari bantaran sungai, luapan air sungai dapat mencapai daerah pemukiman warga yang memiliki resiko kerusakan. Hasil simulasi HEC-RAS menyatakan bahwa sungai sekambing memiliki kapasitas pengendalian debit banjir namun sangat rentan terhadap banjir dan erosi tanah.

ANALISA KAPASITAS PENGENDALIAN BANJIR DENGAN PERBANDINGAN METODE HSS, HEC-HMS DAN HEC-RAS DI DAERAH ALIRAN SUNGAI SEI SIKAMBING, KABUPATEN DELI

SERDANG

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil

Disusun oleh:

Lamhot T Sihotang 10 0404 033

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Ir.Syahrizal MT. Ivan Indrawan ST,MT. NIP.19611231 198811 1 001 NIP.19761205 200604 1 001

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Sungai Sei Sikambing merupakan salah satu anakan sungai atau Sub DAS dari Sungai Deli. Sub DAS Sei Sikambing terbentang sepanjang 4.223,93 ha meliputi Kabupaten/Kota Deli Serdang dan Medan. Pertumbuhan penduduk yang pesat di pinggiran DAS Sei Sikambing merubah fungsi daerah resapan air menjadi daerah berpotesi banjir di Kota Medan.

Metodologi Penelitian menggunakan metode kuantitatif dengan pengolahan data primer meliputi data karakteristik dan geometri sungai, data sekunder terdiri dari data stasiun hujan, data curah hujan harian maksimum, dan data karakteristik DAS yang di analisa kedalam metode Hidrograf Satuan Sintetik, HEC-RAS dan Simulasi HEC-HMS.

Pada perhitungan debit banjir rancangan diperlukan data curah hujan, data pengukuran sungai, dan kondisi sungai. Berdasarkan data tersebut dapat dihitung hujan rencana kala ulang 2,5,10,20,25 dan 50 tahun dengan analisa distribusi frekuensi curah hujan seperti Distibusi Normal, Distribusi Log Normal, Distribusi Log Pearson III dan Distribusi Gumbel, sehingga dipilih analisa Distribusi Gumbel yang lebih mendekati dan lebih teliti. Berdasarkan pengolahan data dengan metode HSS Nakayasu diperoleh nilai debit banjir puncak (QP) sebesar 0,1294 m3_{/detik dan Q}

15 sebesar 1,9412 m3/detik Q25 sebesar 3,2354 m3/detik dan Q50 sebesar 6,4708 m3/detik. Data debit banjir kala ulang 15, 25 dan 50 kemudian dimodelkan dan disimulasikan pada software Hydrologic Engineering Center River Analysis System (HEC-RAS) Versi 4.0 dan The Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) untuk melihat sejauh mana pengaruh banjir yang terjadi pada kawasan sepanjang 1 km sungai seikambing yang dianalisa.

Hasil perhitungan analisa dan pembahasan menyimpulkan bahwa debit banjir menyebabkan kenaikan air sungai sebesar 4,03 meter dari bantaran sungai, luapan air sungai dapat mencapai daerah pemukiman warga yang memiliki resiko kerusakan. Hasil simulasi HEC-RAS menyatakan bahwa sungai sekambing memiliki kapasitas pengendalian debit banjir namun sangat rentan terhadap banjir dan erosi tanah.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat, dan karunia-Nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU).

Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga kepada :

1. Kedua orang tua tercinta, yang selalu memberikan yang terbaik serta tiada henti mengiringi dengan doa dan motivasi yang tidak ternilai.

2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. dan Bapak Ivan Indrawan ST, MT sebagai dosen pembimbing saya, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc. selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber Daya Air.

6. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc. dan Bapak Ir. Alferido Malik selaku dosen pembanding/penguji atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.

7. Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak didiknya termasuk penulis.

8. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

9. Kepada keluarga ku tersayang Pantas Sihotang, Ridwan Sihotang, Yenni Sihotang, serta yang lainnya, terima kasih atas semua dukungan, doa, motivasi, semangat, bimbingan, dan rasa sayangnya untuk penulis.

10.Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, sahabat seperjuangan : Yusriawan, Iqbal, Bram, Tria, Abdul, Dice, Akbar, Michael, Agave, Irfan, Dhaka, Irul, Fahmi, Jefrizal, Taufiq, Rizal, Arby, Badia, Aziz, Alfian, Syamsul, Andre, Roni, Andrue, Ivan, Pesalmen, Dwi Puspa, Naurah, Cut Dhara, Mudrikah, dan seluruh rekan-rekan seperjuangan di kampus tercinta, atas bantuan, dukungan, dan doa kalian.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya.

penulis akan menerima saran dan kritikan yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil.

Medan, 2015

Hormat Saya

DAFTAR ISI

2.3. Analisa Distribusi Frekuensi Curah Hujan ... 10

2.3.1 Metode Distribusi Normal ... 12

2.3.2 Metode Distribusi Log Normal ... 13

2.3.3 Metode Distribusi Log Pearson III ... 14

2.3.4 Metode Distribusi Gumbel Type I Eksternal ... 14

2.3.5 SMADA (Storm Management and Design Aid) ... 16

2.4.1.Uji Chi-kuadrat ... 17

2.4.2 Uji Smirnov-Kolmogorov ... 18

2.5. Debit banjir Rencana ... 19

2.5.1. Hidrograf Satuan Sintetis Nakayasu ... 20

2.5.2. Hidrograf Satuan Sintetis Snyder ... 22

2.6. Pemodelan Sungai dengan Menggunakan HEC-RAS ... 24

2.6.1. Profil Muka Air pada Aliran Steady ... 24

2.6.2. Profil Muka Air pada Aliran Unsteady ... 25

2.6.3. Konsep Perhitungan Profil Muka Air dalam HEC-RAS ... 25

BAB III METODE PENELITIAN ... 28

3.1. LokasiPenelitian ... 28

3.2. Alat dan Bahan ... 29

3.3. Rancangan Penelitian ... 30

3.4. Metode Penelitian ... 31

3.5. Variabel yang Diamati ... 31

3.6. Jadwal Penelitian ... 32

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ... 33

4.1. Data Hidrologi Sungai ... 33

4.1.1. Data Stasiun Curah Hujan ... 33

4.1.2. Data Curah Hujan Harian Maksimum ... 34

4.1.3. Data Karakteristik DAS (Daerah Aliran Sungai) ... 35

4.1.4. Data Tata Guna Lahan ... 40

4.1.5. Rating Curve Debit ... 40

4.2. Analisa dan Pembahasan Hidrologi dan Hidraulik Sungai ... 41

4.2.2. Pemilihan Distribusi Frekuensi Curah Hujan ... 43

a. Distribusi probabilitas Gumbel ... 43

b. Distribusi Probabilitas Normal ... 46

c. Distribusi Probabilitas Log Normal ... 48

d. Distribusi Probabilitas Log Pearson Type III ... 49

4.2.3. Uji Kecocokan (Goodness of Fittest Test)... 51

a. Uji Vertikal dengan Metode Chi Square ... 51

b. Metode Smirnov-Kolmogorof (secara analitis) ... 56

4.2.4 Debit Banjir Rencana ... 57

a. HSS Nakayasu ... 58

b. HSS Snyder ... 67

4.2.5 Pemodelan Kapasitas Pengendalian Banjir Sungai Sei Sekambing ... 70

a. Analisa Pengendalian Banjir Sungai dengan Metode HEC-RAS... 70

b. Analisa Hidrologi Sungai dengan Metode Hec-HMS ... 89

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 93

5.1. Kesimpulan ... 93

5.2. Saran ... 94