MODEL PENELUSURAN BANJIR
METODE MUSKINGUM EXTENDED DAN METODE GABUNGAN O’DONNEL DAN MUSKINGUM-CUNGE PADA SUNGAI SAMIN
DENGAN KETERBATASAN DATA AWLR DI HULU
FLOOD ROUTING MODEL USING MUSKINGUM EXTENDED AND COMBINATION OF O’DONNEL AND MUSKINGUM-CUNGE METHOD ON
SAMIN RIVER WITH LIMITATION OF AWLR DATA IN UPSTREAM
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh :
AGUS SURYONO
NIM I0110008
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2014
MOT
T
O
“Harga kebaikan manusia adalah diukur menurut apa yang telah dilaksanakan / diperbuatnya. “
( Ali Bin Abi Thalib )
Sebaik-baiknya manusia adalah yang berguna bagi sesamanya.
Masa lalu adalah pengalaman bagi masa depan yang lebih baik dan masa depan ada pada ikhtiar dan tawakkal.
Kegagalan adalah keberhasilan yang tertunda. Keberhasilan adalah usaha dan keyakinan kita dalam mencapai sesuatu.
PERSEMBAHAN
ALLAH S.W.T, pemilik dunia dan seisinya.
Ibu, yang telah melahirkan ku. Ibu, yang selama ini telah menyayangi dan mencintai ku. Ibu, yang selama ini telah membesarkan dan mengajari ku. Bapak, yang telah mengajari ku tentang kehidupan. Terima kasih untuk kasih sayang dan bimbingan selama hidupku.
ABSTRAK
Agus Suryono, Sobriyah, dan Siti Qomariyah. 2014. Model Penelusuran Banjir Metode Muskingum Extended dan Metode Gabungan O’Donnel Dan Muskingum-Cunge pada Sungai Samin dengan Keterbatasan Data AWLR di Hulu. Skripsi. Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Model penelusuran banjir merupakan perhitungan hidrograf aliran di suatu lokasi sungai yang didasarkan pada hidrograf aliran di lokasi lain. Datayang dibutuhkan dalam penelusuran banjir Metode Muskingum adalah hidrograf aliran di hulu dan hilir. Syarat agar Metode Muskingum dapat digunakan adalah dengan tidak adanya aliran lateral yang masuk ke sungai utama. Permasalahan yang muncul pada proses penelusuran banjir adalah ketidaktersediaan data hidroraf terukur di hulu-hilir dan adanya aliran lateral. Model penelusuran banjir yang memperhitungkan adanya aliran lateral adalah Metode Muskingum Extended dan Metode Gabungan O’Donnel dan Muskingum-Cunge. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kesesuaian antara hidrograf aliran hasil simulasi dengan pengamatan menggunakan kedua metode tersebut.
Penelitian ini dilakukan dengan cara analitis desktiptif kuantitatif. Analisis dilakukan dengan mengaplikasikan dua metode yaitu metode Muskingum
Extended dan Metode Gabungan O’Donnel dan Muskingum-Cunge pada Sungai Samin. Inflow yang digunakan berupa hidrograf aliran hasil estimasi menggunakan metode HSS Gama 1. Sungai Samin berada di Kabupaten Karanganyar dan Kabupaten Sukoharjo Propinsi Jawa Tengah. Data yang digunakan dalam analisis diperoleh dari Balai Besar Wilayah Sungai Surakarta, Dinas Pengelolaan Sumber Daya Air (PSDA) dan Perum Jasa Tirta 1 Surakarta.
Hasil penelitian penelusuran banjir pada Sungai Samin untuk kejadian 23 April 2011 menggunakan Metode Muskingum Extended dan Metode Gabungan O’Donnel Dan Muskingum-Cunge berturut-turut menghasilkan nilai kesesuaian dengan hasil pengamatan sebesar ∆=32,34%, ∆=13,96%, ∆= 0%,
∆=14,20%, ∆=14,20%, dan ∆=40%. Sedangkan untuk kejadian tanggal 30 April 2011 menghasilkan nilai kesesuaian sebesar ∆=15,36%, ∆=34,04%,
∆=20%, ∆=12,74%, ∆=32,77%, dan ∆=40%. Berdasarkan data yang ada, kedua metode dapat digunakan untuk menghitung besarnya debit puncak, sedangkan untuk menghitung waktu konsentrasi dan besarnya volume di Sungai Samin tidak disarankan.
Kata Kunci : Sungai Samin, penelusuran banjir, kesesuaian model.
ABSTRACT
Agus Suryono, Sobriyah, dan Siti Qomariyah. 2014. Flood Routing Model Using Muskingum Extended and Combination of O’Donnel and Muskingum-Cunge Method on Samin River with Limitation of AWLR Data in Upstream. MiniThesis. Department of Civil Engineering. Faculty of Engineering. Sebelas Maret University. Surakarta.
Flood Routing Model is a hydrograph flow computation in a downstream stream based on hydrograph flow of an upstream location. The data needed in Muskingum method is a measured hydrograph at the upstream and downstream of a river. Muskingum method can be used if there is no lateral flow that goes into the main river. The problem of flood routing process is the unavailability of measured hydropraph data in the upstream - downstream at same period. The tributary flow into the main river could not be ignored. To obtain the downstream hydrograph flow by calculating the tributary flow into the main river is estimated using the Extended Muskingum method and Muskingum-Cunge Combined Methods and O'Donnel. This research aims to determine the suitability of the result simulation hydrograph and observation hydrograph using both methods.
This research was conducted using the quantitative analytical descriptive by applying two methods, Extended Muskingum and Muskingum-Cunge Combined Methods and O'Donnel. The Inflow used was the estimated result of hydrograph flow from the Gama HSS 1 method. Location of the study was in Karanganyar and Sukoharjo, Central Java Province. Data of Samin river were collected from BPSDA Karanganyar, BBWS Bengawan Solo and Perum Jasa Tirta 1 Surakarta.
The results of flood routing in the Samin river for the event on 23 April 2011 by the Muskingum Extended Method and Muskingum-Cunge Combined Methods and O'Donnel were calibration values of ∆=32,34%, ∆=13,96%, ∆= 0%, ∆=14,20%, ∆=14,20%, and ∆=40%. On 30 April 2011 the result
were in the calibration value of ∆=15,36%, ∆=34,04%, ∆=20%,
∆=12,74%, ∆=32,77%, and ∆=40%. Both methods can be used to
calculate peak rate of flow and not recommended to calculate the peak concentration and volume in Samin river.
Keywords: Samin River, flood routing, suitability models.
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul ”Model Penelusuran Banjir Metode Muskingum Extended dan Metode Gabungan O’Donnel Dan Muskingum-Cunge pada Sungai Samin dengan Keterbatasan Data AWLR di Hulu.” guna memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penyusunan tugas akhir ini dapat berjalan lancar tidak lepas dari bimbingan, dukungan, dan motivasi dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada:
1. Segenap Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Segenap Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret Surakarta.
3. Prof. Dr. Ir. Sobriyah, M.S. selaku dosen pembimbing I. 4. Ir. Siti Qomariyah, M.Sc selaku dosen pembimbing II. 5. Ir. Mukahar, M.S.C.E selaku dosen pembimbing akademik. 6. Dosen Penguji skripsi.
7. Segenap Bapak dan Ibu dosen pengajar di Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
8. Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknik Sipil
9. Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis dengan tulus ikhlas.
Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk perbaikan di masa mendatang.
Surakarta, November 2014
Penulis
DAFTAR ISI
Daftar Notasi dan Simbol ... xvii
Bab 1 Pendahuluan ... 1
2.2.3 Hujan Efektif dan Aliran Langsung ... 7
2.2.4 Φ Indeks ... 8
2.2.5 Rating Curve ... 9
2.2.6 Straight Line Method ... 9
Halaman
2.2.7 Hujan Wilayah ... 10
2.2.8 Hidrograf... 11
2.2.9 Hidrograf Satuan Sintetis ... 12
2.2.10 HSS Gama 1 ... 13
2.2.11 Penelusuran Banjir Metode Muskingum ... 15
2.2.12 Metode Muskingum-Cunge ... 17
2.2.13 Metode O’Donnel ... 19
2.2.14 Metode Gabungan O’Donnel dan Muskingum-Cunge ... 20
2.2.15 Metode Muskingum Extended ... 21
2.2.16 Kesesuaian Model ... 23
Bab 3 Metode Penelitian ... 24
3.1 Jenis Penelitian ... 24
3.2 Data ... 24
3.3 Lokasi Penelitian ... 25
3.4 Peralatan yang Digunakan ... 26
3.5 Tahapan Penelitian ... 26
3.5.1 Pengolahan Data Hujan ... 26
3.5.2 Pengolahan Peta Dasar DAS Samin dan Peta Stasiun Hujan. ... 26
3.5.3 Pengolahan Hidrograf Aliran ... 27
3.5.4 Perhitungan Penelusuran Banjir Metode Muskingum Extended ... 27
3.5.5 Perhitungan Penelusuran Banjir Metode Gabungan O’Donnel dan Muskingum-Cunge ... 28
3.6 Diagram Alir ... 29
Bab 4 Analisis Data dan Pembahasan ... 31
4.1 Analisis Data ... 31
4.1.1 Analisis Waktu Konsentrasi... 31
4.1.2 Analisis Data Hujan Otomatis/Automatic Rainfall Recorder (ARR) ... 32
4.1.3 Analisis Hidrograf Terukur ... 33
4.1.4 Analisis Hujan Harian ... 36
4.1.5 Perhitungan ΦIndeks (Phi-Indeks) ... 37
Halaman
4.1.6 Analisis Hujan Wilayah ... 40
4.1.7 Analisis Model HSS Gama 1 ... 43
4.2 Analisis Model Penelusuran Banjir ... 51
4.2.1 Penelusuran Banjir Metode Gabungan O’Donnel dan Muskingum-Cunge ... 51
4.2.2 Penelusuran Banjir Metode Muskingum Extended ... 70
4.3 Kesesuaian Model ... 80
Bab 5 Kesimpulan ... 86
5.1 Kesimpulan ... 86
5.2 Saran ... 87
Daftar Pustaka ... 89 Lampiran A
Lampiran B Lampiran C
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 DAS Samin ... 2
Gambar 2.1 Penentuan Φ indeks ... 9
Gambar 2.2 Straight Line Method ... 9
Gambar 2.3 Poligon Thiessen ... 12
Gambar 2.4 Sketsa Penetapan WF dan RUA ... 14
Gambar 2.5 Inflow, tampungan (S) dan Outflow ... 15
Gambar 2.6 Demonstrasi penelusuran banjir metode O’Donnell ... 19
Gambar 2.7 Demonstrasi penelusuran banjir Metode Gabungan O’Donnel Dan Muskingum-Cunge ... 20
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian ... 25
Gambar 3.2 Diagram Alir Tahapan Penelitian ... 30
Gambar 4.1 Lokasi Stasiun Hujan Matesih ... 32
Gambar 4.2 LokasiStasiun AWLR (Automatic Water Level Record) Peren ... 33
Gambar 4.3 Lokasi Stasiun Hujan Terpilih DAS Samin ... 36
Gambar 4.4 Hasil Perhitungan Φ indeks ... 39
Gambar 4.5 Luas Wilayah Poligon Thiessen ... 40
Gambar 4.6 Pembagian Wilayah Subdas di DAS Samin ... 43
Gambar 4.7 Skema Letak Potongan Sungai yang Memiliki Data Cross Section ... 51
Gambar 4.8 Skema Penelusuran Banjir Metode Gabungan O’Donnel Dan Muskingum-Cunge ... 52
Gambar 4.9 Grafik Hubungan H-Q Subdas 17-9 DAS Samin ... 55
Gambar 4.10 Grafik Hubungan A-Q Subdas 17-9 DAS Samin ... 55
Gambar 4.11 Grafik Hubungan P-Q Subdas 17-9 DAS Samin ... 56
Gambar 4.12 Grafik Hubungan La-Q Subdas 17-9 DAS Samin... 56
Gambar 4.13 Skema Titik yang Dihitung Besarnya H, P, A, dan La Menggunakan Persamaan H-Q, La-Q, P-Q, dan A-Q ... 57
Gambar 4.14 (a) Besarnya nilai Q1 dan Q2 (b) Besarnya nilai Q3 dan Q4 kejadian tanggal 23 April 2011 ... 62 Gambar 4.15 Besarnya nilai Q5 dan Q6 (b) Besarnya nilai Q7 dan Q8 kejadian
Gambar 4.16 Besarnya nilai Q9 dan Q10 (b) Besarnya nilai Q11 dan Q12 kejadian
Gambar 4.32 Skema Trial xm pada Metode Muskingum Extended ... 71
Gambar 4.33 HidrografPenelusuran Banjir pada Kejadian 30 April 2011 ... 78
Gambar 4.34 HidrografPenelusuran Banjir pada Kejadian 23 April 2011 ... 79
Gambar 4.35 Perbandingan Hidrograf Simulasi dan Hidrograf Pengamatan Metode Gabungan O’Donnel dan Muskingum-Cunge Kejadian
tanggal 23 April 2011 ... 81 Gambar 4.36 Perbandingan Hidrograf Simulasi dan Hidrograf Pengamatan
Metode Gabungan O’Donnel dan Muskingum-Cunge Kejadian
tanggal 30 April 2011 ... 83 Gambar 4.37 Perbandingan Hidrograf Simulasi dan Hidrograf Pengamatan
Metode Muskingum Extended Kejadian tanggal 30 April 2011 ... 84
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Nilai Koefisien Manning Saluran... 23
Tabel 4.1 Data ARR Stasiun Matesih Tanggal 23 April 2011 ... 33
Tabel 4.2 Data ARR Stasiun Matesih Tanggal 30 April 2011 ... 33
Tabel 4.3 Perhitungan Debit Terukur Tanggal 23 April 2011 ... 34
Tabel 4.4 Hidrograf Terukur Terpilih Tanggal 23 April 2011 ... 35
Tabel 4.5 Hidrograf Terukur Terpilih Tanggal 30 April 2011 ... 35
Tabel 4.6 Data Hujan Harian Stasiun Terpilih Tanggal 23 April 2011 ... 36
Tabel 4.7 Data Hujan Harian Stasiun Terpilih Tanggal 30 April 2011 ... 36
Tabel 4.8 Hidrograf Terukur Tanggal 5 Januari 2012 ... 37
Tabel 4.9 Data ARR Tanggal 5 Januari 2012 ... 38
Tabel 4.10 Pembagian Luas Wilayah Stasiun Hujan Terpilih ... 40
Tabel 4.11 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Koefisien Thiessen ... 41
Tabel 4.12 Curah Hujan Wilayah dalam Jam-jaman Tanggal 23 April 2011 ... 43
Tabel 4.13 Curah Hujan Wilayah dalam Jam-jaman Tanggal 30 April 2011 ... 43
Tabel 4.14 Kurva naik HSS GAMA 1 Subdas 9 DAS Samin ... 46
Tabel 4.15 Kurva turun HSS Gama 1 Subdas 9 DAS Samin ... 46
Tabel 4.16. Unit Hidrograf Satuan HSS Gama 1 ... 47
Tabel 4.17 Hidrograf Aliran Metode HSS GAMA 1 Tanggal 23-24 April 2011 di Subdas 9 DAS Samin ... 48
Tabel 4.18 RekapitulasiHidrograf Aliran Metode HSS GAMA 1 Kejadian Tanggal 23 April 2011 di Subdas 1-17 DAS Samin ... 49
Tabel 4.19 RekapitulasiHidrograf Aliran Metode HSS GAMA 1 Kejadian Tanggal 30 April 2011 di Subdas 1-17 DAS Samin ... 50
Tabel 4.20 Jarak dan Slope Tiap Subdas ... 53
Tabel 4.21 Rekapitulasi Nilai Q, A, P, dan La Cross Section Pada Titik 1 Untuk Semua Kejadian... 54
Tabel 4.22 Rekapitulasi Persamaan H-Q, A-Q, P-Q, dan La-Q ... 57
Tabel 4.23 Perhitungan Fisik Saluran pada DAS Samin Kejadian Tanggal 23 April 2011 ... 58
Tabel 4.24 Perhitungan Fisik Saluran pada DAS Samin
Kejadian Tanggal 30 April 2011 ... 59
Tabel 4.25 Perhitungan Q2 untuk Kejadian Tanggal 23 April 2011 ... 61
Tabel 4.26 Perhitungan Q34 untuk Kejadian Tanggal 23 April 2011 ... 64
Tabel 4.27 Perhitungan Q2 untuk Kejadian Tanggal 30 April 2011 ... 66
Tabel 4.28 Perhitungan Q34 untuk Kejadian Tanggal 30 April 2011 ... 69
Tabel 4.29 Rekapitulasi Perhitungan Trial Nilai xm untuk Kejadian 23 April 2011 ... 71
Tabel 4.30 Rekapitulasi Perhitungan Trial Nilai xm untuk Kejadian 30 April 2011 ... 71
Tabel 4.31 Perhitungan Nilai k untuk Sungai Utama dengan Inflow Hasil Perhitungan HSS Gama 1 pada Kejadian 23 April 2011 ... 73
Tabel 4.32 Perhitungan Nilai k untuk Sungai Utama dengan Inflow Hasil Perhitungan HSS Gama 1 pada Kejadian 30 April 2011 ... 74
Tabel 4.33 Perhitungan Outflow Hilir pada Kejadian 30 April 2011 ... 77
Tabel 4.34 Perhitungan Outflow Hilir pada Kejadian 23 April 2011 ... 79
Tabel 4.35 Hidrograf Terukur untuk Kejadian Tanggal 23 April 2011 ... 80
Tabel 4.36 Hidrograf Terukur untuk Kejadian Tanggal 30 April 2011 ... 80
Tabel 4.37 Kesesuaian Hidrograf Hasil Simulasi Model Penelusuran Banjir Metode Gabungan O’Donnel dan Muskingum-Cunge dengan data Hidrograf terukur pada Tanggal 23 April 2011 ... 81
Tabel 4.38 Kesesuaian Hidrograf Hasil Simulasi Model Penelusuran Banjir Metode Muskingum Extended dengan data Hidrograf terukur pada Tanggal 23 April 2011 ... 82
Tabel 4.39 Kesesuaian Hidrograf Hasil Simulasi Model Penelusuran Banjir Metode Metode Gabungan O’Donnel dan Muskingum-Cunge dengan data Hidrograf terukur pada Tanggal 30 April 2011 ... 83
Tabel 4.40 Kesesuaian Hidrograf Hasil Simulasi Model Penelusuran Banjir Metode Muskingum Extended dengan data Hidrograf terukur pada Tanggal 30 April 2011 ... 78
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL
Tr = Waktu terjadinya hujan
Q = Debit (m3/s)
P1 = Parameter yang menggambarkan karakteristik tanah permukaan p1,p2,…pn = Hujan di stasiun 1,2,…n
TR = Waktu naik (jam)
L = Panjang sungai (km)
SF = Faktor sumber yaitu perbandingan antara jumlah panjang sungai tingkat 1 dengan jumlah panjang sungai semua tingkat
SIM = Faktor simetri ditetapkan sebagai hasil kali antara faktor lebar (WF) dengan luas relatif DAS sebelah hulu (RUA)
WF = Faktor lebar adalah perbandingan antara lebar DPS yang diukur dari titik di sungai yang berjarak ¾ L dan lebar DPS yang di-ukur dari titik yang berjarak ¼ L dari titik tempat pengukuran
TR = Waktu naik (jam)
JN = Jumlah pertemuan sungai
TB = Waktu dasar (jam)
S = Landai sungai rata-rata
SN = Frekuensi sumber yaitu perbandingan antara jumlah segmen sungai sungai tingkat 1 dengan jumlah sungai semua tingkat
Qp = Debit puncak (m3/s)
q = Q/La = Debit aliran per unit lebar saluran
v = Kecepatan gelombang kinematik
= Lebar atas saluran
S = Kemiringan dasar saluran
I = Debit aliran di hilir pertemuan sungai pada waktu ke i,
∆Q = Beda waktu mencapai puncak antara pengamatan dan simulasi,
Qpp = Debit puncak pengamatan (m3/s),
Qps = Debit puncak simulasi (m3/s),
Vp = Volume aliran pengamatan (m3)
Vs = Volume aliran simulasi (m3)
tcp = Waktu puncak pengamatan (jam)
tcs = Waktu puncak simulasi (jam)
