KAJIAN PENATAAN TOPOGRAFI UNTUK DESAIN SISTEM DRAINASE

KAJIAN PENATAAN TOPOGRAFI UNTUK DESAIN SISTEM DRAINASE

Ratih Indri Hapsari1_{, Rinto Sasongko}2_{, Laili Nahdiyah}3

1,2,3 _{Jurusan Teknik Sipil, Politeknik Negeri Malang}

1_{ratih@polinema.ac.id,} 2_{rintosasongko165@gmail.com,} 3_{lely311@gmail.com}

Abstrak

Studi ini mengkaji dampak dari pola galian timbunan pada pembukaan lahan baru dan efeknya terhadap efisiensi sistem drainase di perumahan tipe menengah. Kawasan pemukiman dengan topografi tanah asli yang terlalu landai maupun curam memerlukan pematangan lahan/land grading. Untuk itu perlu dibuat simulasi pola pematangan lahan yang memenuhi persyaratan aliran saluran drainase namun dengan biaya yang rendah. Curah hujan rancangan dianalisis menggunakan Distribusi Gumbel Tipe-1. Banjir rancangan dihitung dengan Metode Rasional menggunakan metode Kirpich dan Mononobe untuk menganalisis waktu konsentrasi. Formula Manning digunakan untuk merancang dimensi saluran. Alternatif bentuk lahan baru dengan galian dan timbunan tertentu dikaji dengan AutoCAD Civil 3D. Hasil analisis menunjukkan bahwa topografi tanah asli tidak memenuhi persyaratan kecepatan dan sifat aliran saluran terbuka. Simulasi kemiringan lahan memberikan hasil bentuk lahan yang direkomendasikan dengan meminimalkan volume pekerjaan tanah, yaitu kemiringan 0,2% - 1,0% untuk memberikan aliran permukaan yang ideal. Volume pekerjaan tanah adalah 80.247,70 m3 _{galian dan 80.035,77 m}3 _timbunan.

Kata kunci : drainase, saluran terbuka, pematangan lahan, topografi

I. PENDAHULUAN

Land grading bertujuan untuk mengatur ketinggian

permukaan lahan. Pekerjaan ini dilakukan untuk pekerjaan konstruksi seperti fondasi, base course untuk jalan, ataupun pekerjaan drainase permukaan. Drainase merupakan prasarana umum yang berfungsi mengalirkan air permukaan ke badan air (sumber air permukaan dan bawah permukaan tanah), dan memperbaiki atau mengantisipasi genangan, maupun banjir.

Dalam pembangunan sistem drainase kawasan pemukiman, perlu dirancang kemiringan lahan tertentu yang ideal bagi sistem drainase. Saluran drainase yang terlalu landai menyebabkan aliran tidak lancar dan meningkatkan risiko genangan. Sebaliknya, jika kemiringan saluran terlalu curam, saluran drainase akan memiliki aliran yang terlalu deras sehingga menyebabkan gerusan. Kemiringan saluran terbuka yang dirancang dengan mengikuti kemiringan tanah hasil pematangan akan meminimalisasi jumlah bangunan pematah arus.

Pematangan lahan memberikan konsekuensi adanya pekerjaan galian dan timbunan tanah. Tamtomo dan Aghastya [1] menggunakan aplikasi AutoCAD Civil3D untuk perencanaan grading. Fadilah [2] memanfaatkan teknik analis topografi 3D dalam perencanaan galian dan timbunan pada pekerjaan konstruksi jalan. Stewart dan Harrison [3] dan Jiang dan Zhang [4] meneliti karakteristik bentuk rupa bumi dengan daerah tangkapan drainase alami atau sungai. Kajian

kemiringan lahan untuk drainase buatan telah diteliti oleh Schmid dan Luthin [5]. Namun demikian, belum ada penelitian yang mengkaji analisis topografi 3D dalam perencanaan drainase buatan.

Sehubungan dengan ini perlu dilakukan simulasi pematangan lahan yang dapat memberikan desain drainase yang memenuhi persyaratan aliran terbuka, namun dengan biaya galian dan timbunan yang rendah. Dalam penelitian ini diusulkan metode perencanaan pekerjaan tanah dengan berdasarkan pada saluran drainase yang memenuhi kriteria perencanaan. Sebagai perbandingan, direncanakan pula saluran drainase dengan profil tanah eksisting.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Topografi adalah keadaan yang menggambarkan kemiringan lahan, atau kontur lahan [6]. Semakin besar kontur lahan berarti lahan tersebut memiliki ketinggian yang semakin besar dari permukaan laut. Lahan yang baik untuk dikembangkan sebagai area perumahan adalah lahan yang relatif landai, memiliki kemiringan lereng yang kecil, sehingga mempunyai potensi pengembangan yang besar.

Hidrologi adalah ilmu yang berhubungan dengan air fisika dan persitindakan dengan lingkungannya, termasuk hubungannya dengan makhluk hidup [7]. Secara keseluruhan jumlah air di planet bumi ini relatif tetap dari masa ke masa. Air bumi mengalami suatu siklus melalui serangkaian peristiwa

yang berlangsung terus-menerus, di mana kita tahu kapan dan dari mana berawalnya dan kapan pula akan berakhir. Serangakaian peristiwa tersebut dinamakan siklus hidrologi [8]. Drainase merupakan saluran permukaan yang berfungsi mengalirkan limpasan permukaan menuju sungai terdekat.

III. METODOLOGI

A. Daerah Studi

Suatu lahan yang akan dikembangkan sebagai kawasan pemukiman dengan luas 17 hektar diangkat sebagai daerah kajian untuk penelitian ini. Elevasi tanah asli di daerah ini berada pada rentang 1 sampai 6 meter di atas permukaan laun (DPL) yang menunjukkan topografi yang relatif datar. Gambar 1 menunjukkan foto udara daerah studi.

B. Data

Data yang digunakan dalam kajian ini adalah data hidrologi yaitu curah hujan harian dari tiga stasiun penakar curah hujan terdekat, yaitu Stasiun hujan Porong, Krembung dan Kludan 10 tahun terakhir. Data ini diperoleh dari Dinas Pekerjaan Umum Kabupaten Sidoarjo dan digunakan untuk menghitung Debit Banjir Rancangan. Untuk merencanakan jaringan drainase diperlukan peta situasi dan topografi. Peta ini diperoleh dari pengembang kawasan perumahan dengan interval 1 m. Gambar 2 menunjukkan peta situasi dan Gambar 3 menunjukkan peta topografi.

C. Analisis Hidrologi dan Hidrolika

Langkah awal dalam merencanakan sistem drainase adalah pemukiman adalah analisis hidrologi. Analisis ini terdiri atas perhitungan curah hujan rancangan, waktu konsentrasi, intensitas curah hujan, dan debit banjir rancangan. Sebelum perhitungan curah hujan rancangan, dilakukan penyiapan data hujan yang terdiri atas uji konsistensi dan perhitungan curah hujan daerah. nya terlebih dahulu. Curah hujan rancangan dianalisis dengan metode Distribusi Gumbel tipe 1 [9]:

𝑥"= 𝑥̅ + &'()'*_+* , S (1)

Gambar 1 Foto udara daerah kajian

Gambar 2 Situasi daerah kajian

Gambar 3 Peta topografi eksisting daerah studi

Di mana:

xt = curah hujan rancangan dengan kala ulang t tahun

𝑥̅ = nilai rata – rata aritmatik hujan kumulatif

Yt = reduced variate, merupakan fungsi dari kala ulang Yn = nilai yang tergantung pada “n”

Sn = standar deviasi yang merupakan fungsi dari “n”

Kesesuaian data dengan Distribusi Gumbel tipe 1 diuji dengan metode Chi-square dan Smirnov-Kolmogorof.

Setelah didapatkan curah hujan rancangan, dilakukan perhitungan waktu air hujan mengalir dari permukaan ke saluran atau yang disebut waktu konsentrasi (menit). Waktu konsentrasi dihitung dengan Metode Kirpich. Selanjutnya intensitas hujan dihitung dengan metode Mononobe (mm/jam). Debit banjir rancangan dianalisis menggunakan metode Rasional [8]

Di mana:

Q = Debit limpasan (m³/dt) C = Koefisien pengaliran I = Intensitas hujan (mm/jam) A = Luas daerah pengaliran (m2₎

Setelah didapatkan debit saluran drainase, hidrolika setiap saluran di analisis, sehingga akan didapatkan dimensi saluran yang direncanakan. Analisa tersebut menggunakan prinsip hidrolika saluran terbuka dengan Manning formula pada Persamaan 5 [10].

V = 0_*× R34× S53 (3)

Di mana:

R = jari-jari hidrolis (m) n = koefisien kekasaran saluran S = kemiringan dasar saluran V = kecepatan aliran (m/dt)

Kontrol aliran yang harus dilakukan adalah kecepatan aliran berada pada rentang 0,2 – 3 m/dt dan sifat aliran adalah sub-kritis yang ditunjukkan dengan bilangan Froude kurang dari 1.

D. Analisis Pola Pematangan Lahan

Elevasi tanah yang direncanakan berdasarkan elevasi rencana pada saluran drainase. Perhitungan tersebut dilakukan bersamaan dengan perhitungan dimensi saluran drainase, dengan menetapkan kemiringan antara dua titik saluran drainase. Setelah dilakukan penetapan kemiringan dan dimensi hitung dengan trial-error, maka nilai kecepatan aliran, selisih debit dan bilangan Froude harus sesuai. Alternatif bentuk lahan baru dengan galian dan timbunan tertentu dikaji dengan AutoCAD Civil 3D [11] menggunakan peta topografi yang ditunjukkan di Gambar 3. Volume galian dan timbunan juga dihitung menggunakan fasilitas dalam aplikasi ini. Selanjutnya anggaran biaya pekerjaan tanah dihitungan dengan analisa harga satuan pekerjaan dikalikan volume tersebut.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Desain Sistem Drainase

Hasil analisis data hujan menunjukkan bahwa pola hujan harian maksimum tahunan sesuai dengan sebaran Gumbel tipe 1 dengan nilai koefisien kepencengan -1,063 dan koefisien kepuncakan 3,916. Berdasarkan perhitungan, didapatkan curah hujan rancangan untuk kala ulang 5 tahun adalah 104,987 mm/hari.

Jaringan dan arah aliran saluran drainase direncanakan sesuai letak sungai dan elevasi tanah eksisting terendah. Pada kawasan studi, sungai terletak di sebelah timur, dan elevasi tanah eksisting terendah berada di sebelah utara, sehingga arah aliran air pada saluran drainase dominan ke utara dan timur.

Intensitas hujan dan debit limpasan dihitung pada setiap saluran, dengan sumber limpasan jalan dan bangunan. Suatu contoh diberikan pada Gambar 4. Saluran dengan panjang 99,50

meter, memiliki luas tangkapan air dari jalan 572.125 m2 _dan dari bangunan 726.350 m2_.

Gambar 4 Tata letak jaringan drainase (atas) dan detail saluran drainase nomor 4-5

TABEL 1WAKTU KONSENTRASI, INTENSITAS, DAN DEBIT LIMPASAN

Waktu

Konsentrasi Intensitas Hujan Q (Jam) (m/dt) (m3_/dt)

Maks 0.140 0.000153983 1.7007 Min. 0.017 0.000037425 0.0010

Waktu konsentrasi untuk sumber limpasan berupa jalan dengan nilai koefisien hambatan (nd) lapisan aspal beton 0.013, kecepatan aliran (V) permukaan beton 1.5 sebesar 0.036 jam. Untuk sumber limpasan berupa bangunan dengan koefisien hambatan yang berbeda, yaitu lapisan kedap air dengan nilai 0.020 waktu konsentrasinya sebesar 0.034 jam. Selanjutnya, intensitas hujan dihitung dan menghasilkan nilai 0.000094 m/d dan 000097 m/s untuk jalan dan bangunan. Dengan nilai koefisien pengaliran untuk kawasan bisnis pinggiran sebesar 0.7, maka debit limpasan dari bangunan adalah sebesar 0.049

m3/dt. Debit limpasan dari jalan adalah sebesar 0.032 m3/dt debit yang menghasilkan debit saluran terbuka drainase sebesar 1,701 m3/dt. Waktu konsentrasi, intensitas curah hujan, dan debit limpasan pada disajikan Tabel 1.

Tabel 2 menunjukkan dimensi saluran rencana dimana semua saluran dirancang dengan slope 0,2 – 1,0%. Slope ini memberikan hasil kecepatan aliran sifat aliran yang memenuhi kriteria perencanaan saluran terbuka. Dari Tabel 2 diketahui bahwa kecepatan aliran dan jenis aliran berada pada kisaran 2,5 – 0,6 m/dt dan bilangan Froude 0,89 – 0,32. Selanjutnya dengan kemiringan yang telah ditentukan, dilakukan analisis elevasi tanah.

B. Penataan Pola Pematangan Lahan

Setelah diketahui elevasi semua titik saluran drainase, dilakukan penggambaran garis kontur berdasarkan dengan AutoCAD Civil 3D. Prosesnya adalah dengan input elevasi dan koordinat titik-titik saluran drainase yang telah dihitung sebelumnya. Peta topografi dengan elevasi hasil rencana ini (alternatif 1) disajikan pada Gambar 5.

Pada perencanaan ini, dihitung elevasi dengan dua alternatif untuk mendapatkan elevasi optimal dengan mempertimbangkan segi biaya. Alternatif kedua dihitung dari alternatif pertama dengan menurunkan elevasi sebesar 0.1 – 1.0 m. Dari hasil trial-error didapatkan bahwa penuruan elevasi sebesar 0.8 meter memberikan volume total yang terkecil. 4, dan untuk alternatif 2 disajikan pada Gambar 6. Elevasi tertinggi dan terendah dari hasil simulasi elevasi tanah dengan dua alternatif ini disajikan pada Tabel 3.

Gambar 5 Peta topografi dengan elevasi hasil rencana alternatif 1

TABEL 2DIMENSI SALURAN, KECEPATAN ALIRAN, DAN SIFAT ALIRAN SALURAN DRAINASE DENGAN SLOPE RENCANA

Kedalaman air Lebar sal. Slope Rencana Kecepatan aliran Froude (m) (m) (%) (m/dt) Maks. 0.8 1.0 0.2 2.5 0.89 Min. 0.4 0.5 1.0 0.6 0.32

Gambar 6 Peta topografi dengan elevasi hasil rencana alternatif 2

TABEL 3ELEVASI TANAH HASIL ANALISIS

Alternatif 1 Alternatif 2 Max 7,490 6,690 Min 2,374 1,574

Setelah didapatkan garis kontur rencana, dilakukan perhitungan volume galian dan timbunan. Prosedurnya adalah membuka file kontur eksisting dan kontur rencana dengan format dan resolusi yang sama. Selanjutnya dilakukan crop kontur terlebih dahulu pada kontur rencana agar volume galian dan timbunan yang dihasilkan sesuai dengan area perencanaan. Hasil dari crop kontur diatur agar secara otomatis tergambar pada file kontur eksisting.

Analisa selisih elevasi antara kontur eksisting dan kontur rencana digambarkan seperti pada Gambar 7 untuk alternatif 1 dan Gambar 8 untuk alternatif 2. Warna hijau menunjukkan area dengan galian, warna merah muda-ungu menunjukkan area dengan timbunan. Untuk alternatif 1 dan alternatif 2 tersebut, dilakukan perhitungan volume galian dan timbunan. Hasil analisis volume ditunjukkan pada Tabel 4. Perhitungan menunjukkan bahwa alternatif 2 lebih efisien dengan volume galian 80.245,70 m3 _{yang dapat dimanfaatkan untuk timbunan} sebesar 80.305,77 m3_{. Selisih dari keduanya adalah 60,07 m}3 yaitu berupa pendatangan material dari borrow area yang digunakan untuk tambahan timbunan.

C. Perbandingan Biaya Konstruksi

Anggaran biaya konstruksi saluran drainase dan biaya pekerjaan tanah diperhitungkan dan ditunjukkan pada Tabel 5. Dari tabel ini diketahui biaya uang dibutuhkan untuk pembangunan saluran drainase, pekerjaan galian, pekerjaan timbunan, dan pendatangan material tambahan untuk timbunan dari borrow area adalah Rp35.288.020.000,00 untuk alternatif

N LI NG GE DRAWN TE LA NE TITLE KN MA CHECKED NOTE PO PARAF IK RI N LI NG GE TITLE TE LA DRAWN NE KN MA CHECKED NOTE PO PARAF IK RI

1 dan Rp19.315.084.000,00 untuk alternatif 2. Sehingga berdasarkan perhitungan ini, alternatif 2 direkomendasikan sebagai desain pematangan lahan.

Gambar 7 Peta galian dan timbunan alternatif 1 (warn a hijau-biru menunjukkan area dengan g alian, warna merah muda-ungu menunjukkan area dengan timbunan)

Gambar 8 Peta galian dan timbunan alternatif 2 (warna hijau-biru menunjukkan area dengan galian, warna merah muda-ungu menunjukkan area dengan timbunan)

TABEL 4ANALISIS VOLUME UNTUK DUA ALTERNATIF ELEVASI RENCANA

Volume galian Volume timbunan Selisih

(m3_{) (m}3_{) (m}3₎

Alternatif 1 32.712,76 164.702,88 _(Timbunan) 131.990,12

Alternatif 2 80.245,7 80.305,77 _(Timbunan) 60,07 TABEL 5ANGGARAN BIAYA PEMBANGUNAN SALURAN DRAINASE DAN

PEKERJAAN TANAH

Biaya (Rp.) Alternatif 1 35.288.020.000,00 Alternatif 2 19.315.084.000,00

D. Pendekatan Terpadu untuk Perencanaan Sistem Drainase Pemukiman dan Pematangan Lahan pada Kawasan Baru

Metode perencanaan sistem drainase yang diuraikan di studi ini berbeda dengan perencanaan konvensional. Perencanaan ini sesuai untuk dilakukan pada daerah baru yang akan dibuka sebagai daerah pemukiman baru. Pendekatan ini mengusulkan perencanaan pekerjaan tanah dan desain saluran drainase secara terpadu. Diharapkan hal ini dapat memberikan biaya konstruksi yang lebih ekonomis. Gambar 9 menunjukkan diagram langkah kerja untuk desain drainase dengan mempertimbangkan penataan topografi lahan.

Gambar 9 Langkah-langkah desain drainase dan pematangan lahan pemukiman terpadu LI NG GE N DRAWN TE LA NE TITLE KN MA CHECKED NOTE PARAF PO IK RI LI NG GE N DRAWN TE LA NE TITLE KN MA CHECKED NOTE PARAF PO IK RI Analisis hidrologi

Penentuan kecepatan aliran rencana

Perencanaan kemiringan dasar saluran

Perencanaan kemiringan dasar saluran

Penentuan elevasi simpul-simpul saluran

Interpolasi kontur dengan aplikasi topografi

Penataan topografi untuk penyesuaian dengan perumahan

V. KESIMPULAN

Kajian ini mengusulkan metode desain sistem drainase pada suatu kawasan baru dengan cara menyesuaikan bentuk topografi lahan dengan hasil perencanaan. Dalam contoh kasus yang diuraikan pada studi ini, untuk daerah studi seluas 17 hektar dan dengan curah hujan rancangan 5 tahun 104,987 mm/hari, dimensi saluran terbuka drainase berada pada rentang 0,5 m x 0,6 m dan 1,0 m x 1,0 m. Diusulkan dua alternatif pematangan lahan untuk kawasan ini yang memberikan kondisi hidrolis saluran terbuka drainase yang memenuhi persyaratan. Dari kedua alternatif ini, direkomendasikan alternatif 2 dimana elevasi tanah memiliki dengan kemiringan 0,20% - 1,0%. Volume timbunan untuk alternatif ini lebih besar dari volume galian dengan selisih sebesar 60,07 m3_{. Alternatif ini} membutuhkan anggaran biaya sebesar Rp19.315.084.000,00 atau lebih efisien Rp15.972.936.000,00 daripada alternatif 1.

Dalam perencanaan ini, topografi yang didesain adalah yang ideal untuk perencanaan saluran drainase. Namun, belum dilakukan kajian bagaimana kewajarannya untuk penataan kavling-kavling rumah. Untuk pengembangan lebih lanjut dari penelitian ini, perlu dilakukan kajian dengan beberapa alternatif. Untuk mendapatkan hasil galian timbunan yang minimal, perlu dilakukan optimasi dengan program linear atau dinamik.

REFERENSI

[1] A. A. Wahyu Tamtomo Adi, "Penggunaan tTotal Station dan AutoCAD Civil 3D untuk perencanaan grading," Jurnal Perkeretaapian Indonesia, I(1), pp. 149-159, 2017. [2] A. Fadillah, "Pemanfaatan Teknik Analisis Topografi 3D dalam Perencanaan Galian dan Timbunan pada Jalan," Universitas Sriwijaya, Palembang Indonesia, 2016. [3] G. H. Stewart dan J. B. J. Harrison, “Plant communities,

landforms, and soils of a geomorphically active drainage basin, Southern Alps, New Zealand,” New Zealand Journal of Botany, 25(3), 1987.

[4] L. Jiang and Z. Zhang, “Altitude-area analysis on the drainage landform in the Luzhongnan mountainous region,” Journal of Shandong Normal University (Natural Science), 2003-01, 2003.

[5] P. Schmid dan J. Luthin “The drainage of sloping lands,” Journal of Geophysical Research, 69(8), 1964.

[6] S. M Sastra dan E. Marlina, “Perencanaan dan pengembangan perumahan,” Yogyakarta: Andy, 2006. [7] E. M. Wilson. “Hidrologi Teknik.” Bandung: ITB, 1993. [8] Suripin, Sistem drainase yang berkelanjutan, Yogyakarta:

Andi, 2004.

[9] C. D. Soemarto, Hidrologi teknik, Surabaya: Usaha Nasional, 1986.

[10] V. T. Chow, Hidrolika saluran terbuka, Jakarta: Erlangga, 1986.

[11] Autodesk, Autocad Civil 3D 2011, San Rafael: Autodesk, Inc., 2010.