LEMBAR PENGESAHAN
Yang bertanda tangan dibawah ini, Pembimbing dan Pembanding pada seminar Tugas Akhir yang berjudul :
”Analisa Erosi dan Sedimentasi untuk Perkuatan Tebing dan Normalisasi Sungai Lawe Sigala-gala di Kabupaten Aceh Tenggara”
Dengan ini menerangkan bahwa mahasiswa :
Nama : Maulana Rizal Manurung
NIM : 08 0404 040
Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc
Telah menyelesaikan Tugas Akhir, Untuk diajukan melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil.
Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II
Ivan Indrawan, ST, MT. Riza Inanda Siregar, ST, MT. NIP. 19761205 200604 1 001 NIP. 19900429 2015 1 001
Medan, Agustus 2015 Dosen Pembimbing
ANALISA EROSI DAN SEDIMENTASI UNTUK PERKUATAN
TEBING DAN NORMALISASI SUNGAI LAWE SIGALA-GALA DI
KABUPATEN ACEH TENGGARA
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
MAULANA RIZAL MANURUNG
08 0404 040
Dosen Pembimbing :
Dr. Ir. A. Perwira Mulia, M.Sc
NIP. 19660417 199303 1 004
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Kata drainase berasal dari kata drainage yang artinya mengeringkan atau mengalirkan air. Air merupakan salah satu komponen penting untuk kehidupan semua makhluk hidup dibumi, air juga merupakan kebutuhan dasar manusia yang digunakan untuk kebutuhan minum, mandi, dan kegiatan lainnya. Ada beberapa penyebab yang mengakibatkan air meluap dari aliran sungai atau banjir, dimana penyebabnya adalah terjadinya erosi dan sedimentasi pada aliran sungai. Erosi merupakan terkikisnya permukaan tanah oleh aliran air, akibat terkikisnya permukaan tanah maka aliran sungai terjadi pengendapan sedimentasi pada sungai yang mengakibatkan terjadinya banjir. Pada kasus ini, lokasi yang diteliti oleh peneliti adalah daerah aliran sungai kecamatan lawe sigala-gala, kabupaten Aceh Tenggara.
Kecamatan lawe sigala-gala adalah salah satu dari 16 kecamatan dikabupaten aceh tenggara. Kecamatan lawe sigala-gala berbatasan dengan kecamatan semadam disebelah utara dan kecamatan babulmakmur dibagian selatan. Kecamatan ini berpenduduk sebesar 20.872 jiwa yang luasnya adalah 4.032 Ha dan kepadatan penduduknya 15%. Kecamatan ini merupakan daerah yang sering terjadinya banjir akibat seringnya terjadi erosi yang mengakibatkan penumpukan sedimen pada aliran sungai.
Dalam menghitung terjadinya erosi dan besarnya muatan sedimen yang terdapat pada sungai dilawe sigala-gala digunakan beberapa metode. Metode yang digunakan untuk menghitung terjadinya erosi adalah metode Roughly, rumus ketiga dan Trial n Error. Sedangkan metode yang digunakan untuk menghitung muatan sedimen adalah
dengan menggunakan metode yang’s dan metode Shen and Hung.
Dari hasil perhitungan erosi dengan menggunakan rumus roughly, rumus ketiga dan trial and error, didapat hasil bahwa aliran sungai lawe sigala-gala merupakan aliran yang rentan terjadi erosi. Untuk muatan sedimen, dari hasil perhitungan metode yang
tepat untuk dipakai menghitung penumpukan sedimen adalah metode yang’s,
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karuni-Nya, sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Adapun judul dari tugas akhir ini adalah “Analisa Erosi dan Sedimentasi untuk Perkuatan Tebing dan Normalisasi Sungai Lawe Sigala-gala di Kabupaten Aceh
Tenggara”. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan
pendidikan Strata I (S1) di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Saya menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Ucapan terima kasih saya ucapkan kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU.
3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc selaku dosen pembimbing sekaligus orang tua bagi saya yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan saya hingga selesainya tugas akhir ini. 4. Bapak Ivan Indrawan, ST,MT dan Ibu Riza Inanda Siregar, ST, MT selaku dosen
pembanding/penguji yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
5. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
6. Ayahanda Sudirman Manurung dan Ibunda Tri Salmah yang selalu mendukung saya dalam doa, membimbing dan memotivasi saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 7. Kepada teman-teman dan adik-adikku tersayang, yang selalu mendukung penyelesaian
Tugas Akhir ini.
8. Semua sahabat-sahabatku stambuk 2008 khususnya kepada, M.Hafis, Rumanto, Tofandi, Berry Kurniawan, Riza, Ahmad Safii, Khatab, Alfrendi, Aris, Ibnu, Ucup, Muazzi, Andi yang telah memberikan dukungan dalam pengerjaan tugas akhir.
9. Kepada Dinas Pertanian dan Dinas Pekerjaan Umum Aceh Tenggara yang telah memberikan bantuan dan kemudahan dalam pengambilan data.
Semoga Tuhan membalas dan melimpahkan berkat dan karuni-Nya kepada kita semua
dan atas dukungan yang telah diberikan saya ucapkan terima kasih. Semoga tugas akhir ini
dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Maret 2015 Hormat Saya
Maulana Rizal Manurung
DAFTAR ISI
ABSTRAK
KATA PENGANTAR ……….i
DAFTAR ISI ………..iii
DAFTAR GAMBAR ………....vii
DAFTAR TABEL ………viii
DAFTAR NOTASI ……….x
DAFTAR LAMPIRAN ……….xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………...1
1.2 Perumusan Masalah ………...2
1.3 Batasan Masalah ………2
1.4 Tujuan ………3
1.5 Metode Penelitian ………..4
1.6 Manfaat ………..5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Daerah Aliran Sungai (DAS) ………6
2.1.1 Data Umum DAS ………..6
2.1.2 Karateristik Wilayah Studi ………7
2.1.3 Analisa Hidrologi ………...10
2.2 Erosi………...12
2.2.1 Pengertian Erosi ………...12
2.2.2 Proses Terjadinya Erosi ………..………….16
2.2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Erosi ………18
2.2.5 Perhitungan Erosi…………... ………...22
2.3 Fisik Sedimen ………....23
2.3.1 Pengertian Sedimen ………....23
2.3.2 Sifat-sifat Sedimen ………...23
2.3.3 Ukuran Partikel Sedimen……….23
2.3.4 Rumus-rumus Angkutan Sedimen………...25
2.3.5 Dampak Erosi dan Sedimen……….27
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu… ……….29
3.2 Rancangan Penelitian ……….29
3.3 Pelaksanaan Penelitian ………...31
3.4 Variabel yang diamati……….31
3.5 Biaya Penelitian ………....31
3.6 Jadwal Pengerjaan Skripsi ………32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Curah Hujan……….. ………34
4.1.1 Analisa Curah Hujan Harian Maksimum .………...34
4.1.1.1 Analisa Curah Hujan Distribusi Normal ………....35
4.1.1.2 Analisa Curah Hujan Distribusi Log Normal ………....36
4.1.1.3 Analisa Curah Hujan Distribusi Log Person III ……....37
4.1.1.1 Analisa Curah Hujan Distribusi Gumbel ………...39
4.1.2 Analisa Frekuensi Curah Hujan ………..42
4.1.3 Pemilihan Jenis Distribusi ………...43
4.1.4 Pengujian Kecocokan Jenis Sebaran ……….…..44
4.1.5 Analisa Cacthment Area dan Koefisien Run Off ……….……..46
4.1.7 Analisa Debit Rencana ………...52
4.2 Perhitungan Erosi……… ……….53
4.2.1 Menghitung Cara Roughly ………53
4.2.2 Menghitung Cara Rumus Ketiga ………...53
4.2.3 Menghitung Cara Trial and Error ……….53
4.2.4 Menentukan Jenis Aliran yang Stabil atau tidak Stabil ……....56
4.3 Perhitungan Angkutan Sedimen ………...57
4.3.1.Menghitung Angkutan Sedimen harian, bulanan dan tahunan dengan metode yang’s………...…………...57
4.3.2 Menghitung Angkutan Sedimen harian, bulanan dan tahunan dengan metode Shen and Hung ………....…...……....60
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ………..63
5.2 Saran ………65
DAFTAR PUSTAKA ………..66
DAFTAR GAMBAR Gambar Uraian
1.1 Tahapan Penelitian Tugas Akhir 3
1.2 Peta Lokasi 4
2.1 Siklus Hidrologi 8
2.2 Diagram Shield 22
2.2 Klasifikasi Tanah Menurut USDA 24
3.1 Tahapan Rencana Pelaksanaan Tugas Akhir 30
3.2 Jadwal pengerjaan Skripsi 32
4.1 Grafik Curah Hujan Maksimum dan periode ulang 41
4.2 Peta Catchment Area 47
4.3 Grafik Intensitas Curah Hujan 50
4.4 Penampang Sungai 66
DAFTAR TABEL Tabel Uraian
2.1 Klasifikasi Ukuran Butir dan Sedimen 24
4.1 Data Curah Hujan 33
4.2 Analisa Distribusi Normal 35
4.3 Analisa Rencana Distribusi Normal 35
4.4 Analisa Distribusi Log Normal 36
4.5 Analisa Rencana Distribusi Log Normal 36
4.6 Analisa Distribusi Log Person III 37
4.7 Analisa Rencana Distribusi Log Person III 38
4.8 Analisa Distribusi Gumbel 39
4.9 Analisa Rencana Distribusi Gumbel 41
4.10 Rekapitulasi Analisa Curah Hujan Rencana Maksimum 41
4.11 Analisa Frekuensi Curah Hujan 42
4.12 Perbandingan Syarat Distribusi dan Hasil Perhitungan 44
4.13 Perhitungan Uji Chi – Kuadrat 46
4.14 Analisa Intensitas Curah Hujan 48
4.15 Kriteria desain hidrologis sistem drainase perkotaan 52
DAFTAR NOTASI
A = erosi
�s = berat jenis sedimen
� = berat jenis ar
g = gravitasi
d = diameter sedimen � = kinematic viscositas
R = erosivitas curah hujan tahunan rata-rata �0 = tegangan geser
d35 = diameter sedimen 35% dari material dasar d50 = diameter sedimen 50% dari material dasar
d65 = diameter sedimen 60% dari material dasar K = indeks erodibilitas tanah
V = kecepatan aliran
S = kemiringan sungai
LS = indeks panjang dan kemiringan lereng
C = indeks pengelolahan lahan
P = indeks upaya konservasi tanah atau lahan Rm = erosivitas curah hujan bulanan
(Rain)m = curah hujan bulanan
A = Luas penampang sungai P = Keliling basah
R = jari-jari hidrolis
Qs = jumlah angkutan sedimen D = kedalaman sungai
� = kecepatan jatuh
M = persentase ukuran partikel OM = persentase bahan organik S = kode struktur tanah P = kelas permeabilitas Z = konstanta
n = koefisien kekasaran manning
ABSTRAK
Kata drainase berasal dari kata drainage yang artinya mengeringkan atau mengalirkan air. Air merupakan salah satu komponen penting untuk kehidupan semua makhluk hidup dibumi, air juga merupakan kebutuhan dasar manusia yang digunakan untuk kebutuhan minum, mandi, dan kegiatan lainnya. Ada beberapa penyebab yang mengakibatkan air meluap dari aliran sungai atau banjir, dimana penyebabnya adalah terjadinya erosi dan sedimentasi pada aliran sungai. Erosi merupakan terkikisnya permukaan tanah oleh aliran air, akibat terkikisnya permukaan tanah maka aliran sungai terjadi pengendapan sedimentasi pada sungai yang mengakibatkan terjadinya banjir. Pada kasus ini, lokasi yang diteliti oleh peneliti adalah daerah aliran sungai kecamatan lawe sigala-gala, kabupaten Aceh Tenggara.
Kecamatan lawe sigala-gala adalah salah satu dari 16 kecamatan dikabupaten aceh tenggara. Kecamatan lawe sigala-gala berbatasan dengan kecamatan semadam disebelah utara dan kecamatan babulmakmur dibagian selatan. Kecamatan ini berpenduduk sebesar 20.872 jiwa yang luasnya adalah 4.032 Ha dan kepadatan penduduknya 15%. Kecamatan ini merupakan daerah yang sering terjadinya banjir akibat seringnya terjadi erosi yang mengakibatkan penumpukan sedimen pada aliran sungai.
Dalam menghitung terjadinya erosi dan besarnya muatan sedimen yang terdapat pada sungai dilawe sigala-gala digunakan beberapa metode. Metode yang digunakan untuk menghitung terjadinya erosi adalah metode Roughly, rumus ketiga dan Trial n Error. Sedangkan metode yang digunakan untuk menghitung muatan sedimen adalah
dengan menggunakan metode yang’s dan metode Shen and Hung.
Dari hasil perhitungan erosi dengan menggunakan rumus roughly, rumus ketiga dan trial and error, didapat hasil bahwa aliran sungai lawe sigala-gala merupakan aliran yang rentan terjadi erosi. Untuk muatan sedimen, dari hasil perhitungan metode yang
tepat untuk dipakai menghitung penumpukan sedimen adalah metode yang’s,
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kata drainase berasal dari kata drainage yang artinya mengeringkan atau mengalirkan. Drainase didefenisikan sebagai sarana dan prasarana yang dibangun sebagai usaha untuk mengalirkan air hujan dan limbah domestik dari satu tempat ke tempat lain pada suatu kawasan. Kelebihan air dapat disebabkan oleh intensitas hujan yang tinggi atau dari akibat durasi hujan yang lama, dan juga dapat diakibatkan oleh meluapnya air sungai.
Kecamatan Lawe Sigala-gala adalah salah satu dari 16 kecamatan di Kabupaten Aceh Tenggara, Nanggroe Aceh Darussalam (NAD), Indonesia. Kecamatan Lawe Sigala-gala berbatasan dengan Kecamatan Semadam di sebelah utara, Kecamatan Babul Makmur di selatan. Kecamatan ini merupakan daerah resapan air. Kecamatan ini mempunyai penduduk sebesar 20.872 jiwa. Luasnya adalah 4.032 Ha dan kepadatan penduduknya adalah 1,5 %.
1.2Perumusan Masalah
Dalam tugas akhir ini, perumusan yang diidentifikasi adalah masalah bahwa Kecamatan Lawe Sigala-gala memiliki daerah tangkapan air (catchment area) yang besar, tetapi dapat diperkirakan kemungkinan terjadinya banjir yang diakibatkan oleh curah hujan yang tinggi. Oleh sebab itu dalam kajian ini penulis akan menganalisa Erosi dan Sedimentasi untuk Perkuatan Tebing dan Normalisasi Sungai Lawe Sigala-gala di Kabupaten Aceh Tenggara, apakah masih dapat menahan banjir, serta membuang air yang berasal dari daerah tangkapan air pada kondisi banjir (curah hujan tinggi).
1.3 Pembatasan Masalah
Permasalahan yang akan penulis identifikasi ataupun di bahas adalah :
a. Perhitungan debit banjir rencana yang didasarkan pada analisa hidrologi dari data
curah hujan yang ada di Aceh Tenggara khususnya di Kecamatan Lawe Sigala-gala.
b. Menganalisa Erosi sungai di Kecamatan Lawe Sigala-gala dengan metode Roughly,
Rumus Ketiga dan Trial Error.
c. Menganalisa Sedimen sungai di Kecamatan Lawe Sigala-gala dengan metode
Yang’s, Shen and Hung dan Englund and Hansen.
d. Lokasi yang akan ditinjau pada penulisan ini adalah khusus bagian Kecamatan
Lawe sigala-gala.
1.4 Tujuan
Sesuai dengan judul tugas akhir ini maksud dari “Analisa Erosi dan Sedimentasi
untuk Perkuatan Tebing dan Normalisasi Sungai Lawe Sigala-gala di Kabupaten Aceh
Tenggara” ini adalah :
a. Memprediksi besaran Q banjir rencana.
c. Memperkirakan besar penumpukan sedimen pada sungai dan berapa lama waktu
pengerukan penumpukan sedimen di sungai tersebut.
1.5 Klimatologi
Dengan adanya kutipan dari buku Badan Pusat Statistik, daerah Kecamatan Lawe Sigala-gala luas areal ±4.032 Ha. Dari hal diatas kita dapat mengetahui bahwa, permasalahan utama drainase sungai adalah terjadinya genangan. Daerah genangan ini mencakup genangan potensial. Hal-hal yang perlu di catat adalah sebagai berikut :
1. Petakan lokasi genangan yang berada dalam area studi.
2. Catat luas, tinggi dan lamanya genangan serta frekuensi dan waktu kejadian dalam satu
tahun untuk masing-masing daerah genangan.
3. Catat penyebab genangan apakah disebabkan karena hujan atau karena tidak dapat
1.5 Metode Penelitian
Gambar 1.1 Tahapan Pengerjaan Tugas Akhir Data Primer :
Skema jaringan drainase
Data Sekunder :
1. Data curah hujan 2. Topografi
3. Catchment Area
Analisa Eksisting
Analisa Solusi
Kesimpulan dan Saran Mulai
Survei
Selesai Data Sungai :
1. Lebar 2. Panjang 3. Tikungan
Data Aliran :
1. Q Banjir Rencana 2. Erosi
1.6 Manfaat
Penulisan tugas akhir ini diharapkan bermanfaat :
a. Untuk menghindari dampak banjir, erosi yang besar dan penumpukan sedimen
khususnya di sungai Lawe sigala-gala dari dampak genangan air hujan yang
merugikan.
b. Sebagai bahan referensi bagi siapa saja yang membacanya khususnya bagi
mahasiswa yang menghadapi masalah yang sama.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Daerah Aliran Sungai (DAS) 2.1.1 Data Umum DAS
Air merupakan salah satu komponen penting untuk kehidupan semua makhluk
hidup di bumi, air juga merupakan kebutuhan dasar manusian yang digunakan untuk
kebutuhan minum, mandi, mencuci dan kegiatan lainnya. Keberadaan air di bumi ini terdistribusi dan bergerak dalam suatu siklus hidrologi yang terjadi oleh energi alamiah. Siklus hidrologi terjadi melalui proses penguapan yaitu air menjadi uap, penguapan ini bergantung pada 2 faktor penting yaitu suhu udara dan besarnya kandungan uap air yang ada di udara. Semakin tinggi suhu udara semakin banyak uap air diserap oleh udara semakin kecil persentasi uap air di udara semakin banyak uap air dapat diserap udara.
Selain memiliki manfaat yang besar bagi kelangsungan makhluk hidup di bumi, air juga memiliki potensi bahaya yang besar. Negara Indonesia terletak di wilayah tropis basah yang kaya akan curah hujan, akibat tingginya curah hujan ini Indonesia memiliki potensi rawan banjir. Hujan adalah suatu proses alamiah siklus air yaitu air dalam bentuk cair dan turun ke permukaan bumi sebagai air hujan. Penyebab masalah banjir terjadi akibat kenaikan suhu bumi, perubahan iklim, gangguan pengaliran air hujan di dalam sungai, pengurangan luas permukaan tanah yang menyerap air karena banyak berdirinya bangunan dan terjadinya kerusakan hutan.
2.1.2 Karateristik Wilayah Studi . Letak Geografis
Pemerintahan pada kecamatan Lawe Sigala-gala mempunyai luas wilayah seluas ± 4.032 Ha. Batas wilayah secara administrasi adalah sebagai berikut :
Sebelah Utara berbatasan dengan Kecamatan Semadam Sebelah Selatan berbatasan dengan Kecamatan Babul Makmur Sebelah Barat berbatasan dengan Kecamatan Babul Rahmah Sebelah Timur berbatasan dengan Gunung Bahorok
Tofografi dalam daerah pengaliran
Kondisi topografi seperti corak, elevasi, gradient, arah pengaliran dan lain-lain dari daerah pengaliran mempunyai pengaruh terhadap sungai dan hidrologi daerah pengaliran tersebut. Corak daerah pengaliran adalah faktor bentuk yakni perbandingan panjang sungai utama terhadap lebar rata-rata daerah pengaliran.
Jika faktor bentuk menjadi lebih kecil dengan kondisi skala daerah pengaliran yang sama maka hujan lebat yang merata akan berkurang dengan perbandingan yang sama sehingga kemungkinan terjadi banjir akan kecil. Elevasi daerah pengaliran dan elevasi rata-rata mempunyai hubungan dengan infiltrasi, limpasan permukaan, kelembaban dan pengisian air tanah. Gradien daerah pengaliran adalah salah satu faktor penting yang mempengaruhi waktu mengalirnya aliran permukaan, waktu konsentrasi dan mempunyai hubungan langsung terhadap debit banjir. Arah daerah pengaliran mempunyai pengaruh terhadap kehilangan evaporasi dan transpirasi karena mempengaruhi kapasitas panas yang diterima dari matahari.
Gambar 2.1 Siklus Hidrologi
Masalah banjir atau genangan yang terjadi pada lokasi tertentu dan penyebab banjir atau genangan tersebut dapat berasal dari kota itu sendiri, akibat kurang berfungsinya saluran drainase yang ada, juga berasal dari luar kota disebabkan meluapnya sungai sekitarnya akibat terlalu mengalir air hujan dari bagian hulu. Besarnya kerugian tergantung besaran genangan meliputi luas, frekuensi, tinggi dan lamanya genangan, tetapi yang paling menentukan besarnya kerugian adalah nilai kegiatan yang ada dalam lokasi tersebut. Pendekatan umum mengenai penentuan alternatif pemecahan masalah drainase bertitik tolak dari penyebab utama timbulnya banjir/genangan itu sendiri.
Ditinjau dari segi fungsi pelayanan sistem drainase diklasifikasi menjadi sistem drainase utama (major drainage sistem) dan sistem drainase lokal (minor drainage sistem).
a. Sistem Drainase Utama
Yang termasuk dalam sistem drainase utama adalah saluran primer, sekunder dan tersier
beserta bangunan kelengkapannya yang melayani kepentingan sebagian besar warga
b. Sistem Drainase Lokal
Yang merupakan dalam sistem drainase local adalah sistem saluran awal yang melayani
suatu kawasan kota tertentu seperti kompleks permukiman, areal pasar, perkantoran, areal
industry dan komersial. Sistem ini melayani area lebih kecil dari 10 Ha.
Bila ditinjau dari segi fisik (hirarki susunan saluran), sistem dainase diklasifikasikan atas saluran primer, sekunder, tersier dan seterusnya.
a. Sistem Saluran Primer Adalah saluran utama yang menerima masukan aliran dari saluran
sekunder dimensi saluran relatif besar. Akhir saluran primer adalah badan penerima air.
b. Sistem Saluran Sekunder Adalah saluran terbuka atau tertutup yang berfungsi menerima
aliran air dan saluran tersier dan limpasan air permukaan sekitarnya, dan meneruskan aliran
ke saluran primer. Dimensi saluran tergantung pada debit yang dialirkan.
c. Sistem Saluran Tersier Adalah saluran drainase yang menerima air dari sistem drainase
lokal dan menyalurkannya ke saluran sekunder.
2.1.3 Analisa Hidrologi
Dalam Perencanaan berbagai macam bangunan air, seperti persoalan drainase dan bangunan pengendalian banjir diperlukan Analisa Hidrologi khususnya masalah hujan sebagai sumber air yang akan dialirkan pada sistem drainase dan limpasan sebagai akibat tidak mampunyai sistem drainase mengalirkan ke tempat pembuangan akhir. Disain hidrologi diperlukan untuk mengetahui debit pengaliran.
Dalam menentukan dimensi penampang dari berbagai bangunan pengairan misalnya saluran drainase diperlukan suatu penentuan besar debit rencana. Untuk itu perlu diketahui faktor-faktor yang digunakan untuk menganalisa debit rencana:
Data Curah Hujan
dengan analisa frekuensi terhadap data curah hujan harian maksimum tahunan, dengan lama pengamatan sekurang-kurangnya 10 tahun.
Koefisien Limpasan
Limpasan merupakan gabungan antara aliran permukaan, aliran-aliran yang tertunda pada cekungan-cekungan dan aliran permukaan (surface flow). Dalam perencanaan drainase bagian air hujan yang menjadi perhatian adalah aliran permukaan (surface runoff), sedangkan untuk pengendalian banjir tidak hanya aliran permukaan tetapi limpasan (runoff).
Faktor – faktor yang berpengaruhi limpasan aliran pada saluran atau sungai tergantung dari berbagai macam faktor secara bersamaan. Faktor yang berpengaruh secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu :
Faktor meteorologi yaitu karateristik hujan seperti intensitas hujan, durasi hujan dan distribusi hujan.
Karateristik DAS meliputi luas dan bentuk DAS, topografi dan tata guna lahan.
Ketetapan dalam menentukan besarnya debit air sangatlah penting dalam penentuan dimensi saluran. Disamping penentuan luas daerah pelayanan drainase dan curah hujan rencana, juga dibutuhkan besaran harga koefisien pengaliran (C).
2.2 Erosi
2.2.1 Pengertian Erosi
Kata erosi berasal dari bahasa Latin, erosio atau erodere yang berarti menggerogoti atau menggali. Istilah erosi pertama kali digunakan dalam bidang geologi untuk menggambarkan bentuk lubang yang diakibatkan oleh air, terkikisnya material padat oleh air hujan. Istilah erosi itu sendiri digunakan pada abad ke-19, sedangkan istilah erosi tanah diperkenalkan kemudian, pada abad ke-20.
Erosi adalah terkikisnya permukaan tanah oleh aliran air, angin, es atau perantara geologi lainnya, termasuk diantaranya proses gravitasi. Secara umum erosi dapat diartikan sebagai perusakan tanah oleh kegiatan air dan angin. Para ahli yang lain menyebutkan erosi sebagai perusakan tanah, selain oleh kegiatan alam juga oleh organisme.
Erosi juga dapat disebut sebagai pengikisan atau kelongsoran, merupakan proses penghanyutan tanah oleh desakan-desakan atau kekuatan air dan angin, baik yang berlangsung secara alamiah atau perbuatan manusia. Pengertian erosi yang lain menyebutkan bahwa erosi adalah hilangnya atau terkikisnya tanah atau bagian-bagian tanah dari suatu tempat yang diangkat oleh air atau angin ke tempat lain.
Dari pengertian erosi tersebut diatas dapat disimpulkan bahwa erosi adalah proses hilangnya atau terkikisnya tanah oleh suatu faktor atau pengaruh yang berasal dari alam ataupun organisme. Erosi pada dasarnya proses perataan kulit bumi. Proses ini terjadi dengan penghancuran, pengangkutan dan pengendapan. Di alam ada dua penyebab utama yang aktif dalam proses ini yakni air dan angin. Akan tetapi dengan adanya aktifitas manusia dialam, maka manusia menjadi faktor yang sangat penting dalam mempengaruhi erosi.
oleh air yang tergenang dan pemindahan (pengangkutan) butir-butir tanah oleh percikan hujan dan penghancuran struktur tanah diikuti pengangkutan butir-butir tanah tersebut oleh air yang mengalir dipermukaan tanah.
Dua sebab utama terjadinya erosi adalah karena sebab alamiah dan aktivitas manusia. Erosi alamiah dapat terjadi karena adanya pembentukan tanah dan proses yang terjadi untuk mempertahankan keseimbangan tanah secara alami. Sedangkan erosi karena ativitas manusia disebabkan oleh terkelupasnya lapisan tanah bagian atas akibat cara bercocok tanam yang tidak mengindahkan kaidah-kaidah konservasi tanah atau kegiatan pembangunan yang bersifat merusak keadaan fisik tanah.
Ada beberapa jenis erosi tanah yang disebabkan oleh air hujan yang umum dijumpai di daerah tropis, yaitu:
1. Erosi Percikan
(splash erosion) adalah proses terkelupasnya partikel-partikel tanah sebagian atas oleh tenaga kinetik air hujan bebas atau sebagai air lolos. Tenaga kinetik tersebut ditentukan oleh dua hal, massa dan kecepatan jatuhan air. Tenaga kinetik bertambah besar dengan bertambahnya besar diameter air hujan dan jarak antara ujung daun penetas (driptis) dan permukaan tanah (pada proses erosi di bawah tegakan vegetasi).
2. Erosi Kulit
bersama-sama dengan pengendapan sedimen di atas permukaan tanah, menyebabkan turunnya laju infiltrasi karena pori-pori tanah tertutup oleh kikisan partikel tanah. Bentang lahan dengan komposisi lapisan permukaan tanah atas yang rentan/lepas terletak diatas lapisan bawah permukaan yang solid merupakan bentang lahan dengan potensi terjadinya erosi kulit besar. Besar kecilnya tenaga penggerak terjadinya erosi kulit ditentukan oleh kecepatan dan kedalaman air limpasan.
3. Erosi Alur
Erosi alur adalah pengelupasan yang diikuti dengan pengangkutan partikel-partikel tanah oleh aliran air limpasan yang terkonsentrasi di dalam saluran-saluran air. Hal ini terjadi ketika air limpasan masuk ke dalam cekungan permukaan tanah, kecepatan air limpasan meningkat dan akhirnya terjadilah transport sedimen. Tipe erosi alur umumnya dijumpai pada lahan-lahan garapan dan dibedakan dari erosi parit (gully erosion) dalam hal erosi alur dapat diatasi dengan pengerjaan/pencangkulan tanah. Dalam hubungannya dengan faktor-faktor penyebab erosi ditegaskan bahwa tipe erosi ini terbentuk oleh tanah yang kehilangan daya ikat partikel-partikel tanah sejalan dengan meningkatnya kelembapan tanah di tempat tersebut. Kelembapan tanah yang berlebihan akan mengakibatkan tanah longsor. Bersama dengan longsornya tanah, kecepatan air limpasan ini mengangkut sedimen hasil erosi dan ini menandai awal dari terjadinya erosi parit.
4. Erosi Parit
dibagian atas hamparan tanah miring yang berlangsung dalam waktu relatif singkat akibat adanya air limpasan yang besar. Kedalaman erosi parit ini menjadi berkurang pada daerah yang kurang terjal. Erosi parit bersambungan berawal dari terbentuknya gerusan-gerusan permukaan tanah oleh air limpasan kearah tempat yang lebih tinggi dan cenderung berbentuk jari-jari tangan. Pada tahap awal, proses pembentukan erosi parit tampak mempunyai kecenderungan kearah keseimbangan dinamis. Pada tahap lanjutan, proses pembentukan erosi parit tersebut akan kehilangan karekteristik dinamika perkembangan gerusan-gerusan pada permukaan tanah oleh aliran air dan pada akhirnya terbentuk pola aliran-aliran kecil atau besar yang bersifat permanen. Namun demikian, proses pembentukan erosi parit tidak selalu beraturan seperti yang disebut diatas. Pada kondisi tertentu, terutama oleh perubahan-perubahan geologis karena pengaruh aktivitas manusia, proses erosi parit tidak pernah sampai pada tahap lanjutan.
5. Erosi Tebing
2.2.2 Proses Terjadinya Erosi
Permukaan kulit bumi akan selalu mengalami proses erosi. Pengikisan dan penimbunan sering terjadi di suatu tempat. Peristiwa ini terjadi secara alamiah dan berlangsung secara lambat, sehingga akibat yang ditimbulkan baru muncul setelah berpuluh bahkan beratus tahun kemudian. Proses pengikisan kulit bumi secara alamiah ini disebut sebagai erosi alam atau dikenal sebagai erosi geologi karena merupakan bagian dari siklus geologi. Penyebab erosi geologi semata-mata oleh proses alam tanpa adanya campur tangan manusia. Pada tahap erosi geologi, alam akan mampu membentuk keseimbangan dinamis, sehingga ketebalan tanah tetap stabil. Dengan adanya aktivitas manusia, keseimbangan ini akan terganggu, karena pada umumnya aktivitas manusia akan mempercepat laju erosi (accelerated erosion). Pada tahap ini manusia harus sudah mulai mengendalikan supaya laju erosi tidak melebihi batas yang dapat diterima (acceptable limit erosion).
Kemampuan yang kurang dari tanah untuk menginfiltrasikan air ke lapisan tanah yang lebih dalam, baik pada waktu hujan atau dengan adanya air yang mengalir ke permukaan, laju aliran akan terjadi di permukaan tanah sambil mengangkut atau menghanyutkan partikel-partikel tanah. Dengan tidak dapat ditembusnya (non permeability) tanah oleh air karena pori-pori tanah kemungkinan tertutup, makin banyak air yang mengalir dipermukaan makin banyak pula partikel-partikel tanah yang terangkut atau hanyut terus mengikuti aliran air ke sungai melakukan sedimentasi atau terus dilanjutkan ke muara atau laut dan lazimnya melakukan pembentukan tanah-tanah baru di sekitarnya atau di pantai-pantai.
tanah akan hancur terpecah menjadi partikel yang lebih kecil oleh percikan air hujan. Partikel tanah tersebut akan terbawa oleh arus untuk diendapkan ditempat lain. Sebagian partikel tanah yang berukuran lebih kecil akan masuk ke pori-pori tanah, sehingga partikel tanah tersebut akan menyumbat infiltrasi air hujan ke dalam tanah. Air hujan yang tidak terinfiltrasi ke dalam tanah akan menjadi aliran permukaan. Aliran permukaan akan menjadi lebih besar karena pori-pori tanah tertutup partikel tanah yang menghambat proses infiltrasi air hujan. Dengan meningkatnya aliran permukaan maka daya gerusan air terhadap tanah akan menguat sehingga bagian atas tanah (top soil) akan mudah terkikis.
2.2.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Erosi
Pada dasarnya erosi adalah akibat dari interaksi kerja antara faktor iklim, topografi, tumbuh-tumbuhan dan manusia terhadap lahan. adapun faktor-faktor tersebut antara lain:
1. Iklim
Kemampuan hujan untuk menimbulkan erosi atau menyebabkan erosi di sebut daya erosi atau erosivitas hujan.
2. Topografi
Kemiringan lereng dan panjang lereng adalah dua unsur topografi yang paling berpengaruh terhadap aliran permukaan dan erosi. Selain memperbesar jumlah aliran permukaan, makin curamnya lereng juga memperbesar kecepatan aliran permukaan dengan demikian memperbesar energi angkut air. Kecepatan air limpasan yang besar umumnya ditentukan oleh kemiringan lereng yang tidak terputus dan panjang serta terkonsentrasi pada saluran-saluran sempit yang mempunyai potensi besar terjadinya erosi alur dan erosi parit. Kedudukan lereng juga menentukan besar kecilnya erosi. Lereng bagian bawah lebih mudah tererosi daripada lereng bagian atas karena momentum air limpasan lebih besar dan kecepatan dan terkonsentrasi ketika mencapai lereng bagian bawah.
Daerah tropis vulkanik dengan topografi bergelombang dan curah hujan tinggi sangat potensial untuk terjadinya erosi dan tanah longsor. Oleh karena itu, dalam program konservasi tanah dan air di daerah tropis, usah-usaha pelandaian permukaan tanah seperti pembuatan teras di lahan-lahan pertanian, peruntukan tanah-tanah dengan kemiringan lereng besar untuk kawasan lindung seringkali dilakukan. Usaha tersebut dilakukan terutama untuk menghindari terjadinya erosi yang dipercepat dan meningkatnya tanah longsor.
3. Vegetasi
Pengaruh vegetasi terhadap erosi adalah menghalangi air hujan agar tidak jatuh langsung di permukaan tanah, sehingga kekuatan untuk menghancurkan tanah sangat kurang. Adapun pengaruh vegetasi penutup tanah terhadap erosi adalah sebagai berikut:
1. Melalui fungsi melindungi permukaan tanah dari tumbuhan air hujan 2. Menurunkan kecepatan air limpasan
4. Mempertahankan kemantapan kapasitas tanah dalam menyerap air.
Dalam meninjau vegetasi terhadap mudah tidaknya tanah tererosi, harus dilihat apakah vegetasi penutup tanah tersebut mempunyai struktur tajuk yang berlapis sehingga dapat menurunkan kecepatan terminal air hujan dan memperkecil diameter tetesan air hujan. Telah dikemukakan bahwa yang lebih berperan dalam menurunkan besarnya erosi adalah tumbuhan bawah karena ia merupakan stratum vegetasi terakhir yang akan menentukan besar kecilnya erosi percikan. Dengan kata lain, semakin rendah dan rapat tumbuhan bawah semakin efektif pengaruh vegetasi dalam melindungi permukaan tanah terhadap ancaman erosi karena ia akan menurunkan besarnya tumbukan tetesan air hujan ke permukaan tanah. Oleh karena itu dalam melaksanakan program konservasi tanah dan air melalui vegetasi, sistem pertanaman (tanah pertanian) dan pengaturan struktur tegakan (vegetasi hutan) diusahakan agar tercipta struktur pelapisan tajuk yang serapat mungkin.
4. Tanah
Tipe tanah mempunyai kepekaan terhadap erosi yang berbeda-beda. Kepekaan erosi tanah yaitu mudah tidaknya tanah tererosi adalah fungsi berbagai interaksi sifat-sifat fisik dan kimia tanah. Sifat-sifat-sifat tanah yang mempengaruhi kepekaan erosi adalah sifat-sifat tanah yang mempengaruhi laju infiltrasi, permeabilitas, dan kapasitas menahan air dan sifat-sifat tanah yang mempengaruhi ketahanan struktur tanah disperse
dan pengikisan oleh butir-butir hujan yang jatuh dan aliran permukaan. 5. Manusia
dalam DAS yang berlebihan akan mengganggu keseimbangan DAS. Faktor ini juga berkaitan dengan penggunaan lahan yaitu bentuk-bentuk intervensi manusia terhadap lahan dalam rangka memenuhi kebutuhan hidupnya baik materil maupun spiritual. Faktor-faktor yang berkenaan dengan fungsi manusia dalam kaitannya dengan erosi antara lain:
Luas tanah pertanian yang diusahakan
Sistem pengusaha tanah
Status pengusahaan tanah
Tingkat pengetahuan dan keterampilan
Harga hasil usaha tani
Ikatan hutan
Pasar dan sumber keperluan usaha tani
Infrastruktur dan fasilitas kesejahteraan dan
Mentalitas manusia itu sendiri
Meskipun faktor-faktor tersebut dapat diprediksi menggunakan teknologi canggih yang berkembang saat ini, tapi fenomena alam merupakan rahasia alam yang sangat sulit untuk diprediksi dengan tepat. Wischemeier & smith dalam Asdak (1995)
menyebutkan bahwa ada empat faktor utama yang dianggap terlibat dalam proses erosi, keempat faktor tersebut yaitu iklim, sifat tanah, topografi, dan vegetasi penutup tanah.
2.2.4 Perhitungan Erosi
Dalam Perhitungan Erosi dapat digunakan dengan tiga cara, yaitu: 1. Menghitung dengan cara Roughly
2. Menghitung dengan cara rumus ketiga 3. Menghitung dengan cara trial and error
Gambar 2.2 Diagram Shield (Sumber : Buku Sediment Transport)
2.3 FISIK SEDIMEN 2.3.1 Pengertian Sedimen
Dalam kamus besar bahasa Indonesia kata sedimen adalah benda padat berupa serbuk yang terpisah dari cairan dan mengendap didasar bejana. Sedangkan dalam ilmu alam, kata sedimen digunakan sebagai material yang lepas dari permukaan bumi, yang dihasilkan dari pelapukan bebatuan dan kemudian terbawa karena angin, air atau es. 2.3.2 Sifat-sifat Sedimen
penting di dalam mempelajari proses erosi dan sedimentasi. Sifat-sifat tersebut adalah ukuran partikel dan distribusi butir sedimen, rapat massa, bentuk, kecepatan endap, tahanan terhadap erosi, dan sebagainya. Di antara beberapa sifat tersebut, distribusi ukuran butir adalah yang paling penting.
2.3.3 Ukuran Partikel Sedimen
Sedimen diklasifikasikan berdasarkan ukuran butir menjadi lempung, lumpur, pasir, kerikil, koral (pebble), cobble, dan batu (boulder). Berdasarkan klasifikasi yang akan di jelaskan tersebut pasir mempunyai diameter antara 0,063 dan 2,0 mm yang selanjutnya dibedakan menjadi 5 (lima) kelas. Sedangkan material sangat halus seperti lumpur dan lempung berdiameter di bawah 0,063 mm yang merupakan sedimen kohesif. Bisa dilihat di Tabel 2.9 klasifikasi ukuran butir dan sedimen dan Gambar 2.3 klasifikasi tanah menurut USDA.
Tabel 2.1 Klasifikasi Ukuran Butir dan Sedimen
Klasifikasi Diameter Partikel
Gambar 2.3 Klasifikasi Tanah Menurut USDA
2.3.4. Rumus - Rumus Angkutan Sedimen
Rumus-rumus yang dipakai dalam perhitungan angkutan sedimen adalah persamaan-persamaan Yang’s, Engelund and Hansen, dan Shen and Hung.
A. Persamaan Yang's
Yang’s (1973) mengusulkan formula transportasi sedimen berdasarkan konsep
unit aliran listrik, yang dapat dimanfaatkan untuk prediksi materi keseluruhan tempat tidur konsentrasi diangkut dalam flumes tempat tidur pasir dan sungai. Persamaan
Yang’s dapat ditulis sebagai berikut:
Log Ct = 5,435-0,286 . log - 0,457 . log
+
Gw = � . W . D . V
Qs = Ct . Gw
Keterangan : Ct : Konsentrasi Sedimen Total (ppm)
d50 : Diameter sedimen 50% dari material dasar (mm)
w : Kecepatan Jatuh (m/s)
v : Viskositas kinematik (m2/s)
V : Kecepatan Aliran (m/s)
Vcr : Kecepatan Kritis (m/s)
U* : Kecepatan Geser (m/s)
W : Lebar dasar Sungai (m)
D : Kedalaman Sungai (m)
Qs : Muatan Sedimen (kg/s)
B. Engelund and Hansen
Engelund and Hansen (1967) persamaan Engelund-Hansen didasarkan pada pendekatan tegangan geser. Persamaan Engelund and Hansen dapat ditulis sebagai berikut:
�
Qs = W x qs
Dimana, � tegangan geser (kg/m2), dan Qs = muatan sedimen (kg/s).
Dimana :
� Tegangan geser (kg/m2)
Qs = Muatan Sedimen (kg/s)
C. Shen and Hungs
Shen dan Hung (1971) diasumsikan bahwa transportasi sedimen adalah begitu kompleks sehingga tidak menggunakan bilangan Reynolds, bilangan Froude, kombinasi ini dapat ditemukan untuk menjelaskan transportasi sedimen dengan semua kondisi. Shen & Hung mencoba untuk menemukan variabel yang dominan yang mendominasi laju transportasi sedimen, mereka merekomendasikan kemunduran persamaan berdasarkan 587 set data laboratorium. Persamaan Shen dan Hung dapat ditulis sebagai berikut:
Log Ct = - 107404.459 + 324214.747 . Y – 326309.589 . Y2 + 109503.872 . Y3 Gw = � * W * D * V
Qs = Ct . Gw Dengan
�
di mana :
Ct = kosentrasi sedimen total
V = kecepatan aliran (m/s)
= kecepatan jatuh (m/s)
S = kemiringan sungai
W = lebar sungai (m)
D = kedalaman sungai (m)
Qs = muatan sedimen (kg/s)
2.3.5 Dampak Erosi dan Sedimentasi
A. Pengaruh Erosi Terhadap Perkuatan Tebing Sungai
Seperti yang telah diuraikan, erosi dan sedimentasi yang diakibatkan oleh pergerakan air (daerah dengan curah hujan tinggi) meliputi beberapa proses. Terutama meliputi proses pelepasan, penghanyutan/pengangkutan dan pengendapan daripada partikel-partikel tanah yang terjadi akibat tumbukan percikan air hujan dan aliran permukaan.
Air hanya akan mengalir di permukaan tanah apabila jumlah air hujan lebih besar
daripada kemampuan tanah untuk menginfiltrasi air ke lapisan yang lebih dalam. Dengan
menurunnnya porositas tanah, karena sebagian pori-pori tertutup oleh partikel tanah yang
halus, maka laju infiltrasi akan semakin berkurang, akibatnya aliran air di permukaan akan
semakin bertambah banyak. Aliran air di permukaan mempunyai akibat yang penting. Lebih
banyak air yang mengalir di permukaan tanah maka lebih banyak tanah yang terkikis dan
terangkut banjir yang dilanjutkan terus ke sungai untuk akhirnya diendapkan. Lebih lanjut
tetesan air hujan ini dapat menimbulkan pembentukan lapisan tanah keras pada lapisan
permukaan. Akibatnya dapat menyetop sama sekali laju infiltrasi sehingga aliran
permukaan semakin berlimpah. Dari uraian ini jelas bahwa pengaruh erosi ini dapat
pengaruh erosi pada tebing sungai dapat digunakan berbagai jenis bangunan penahan sungai,
seperti halnya dalam kasus ini PemKab Aceh Tenggara memilih untuk menggunakan jenis
bronjong (Susunan Batu Kali) untuk jenis penahan tebing sungai.
B. Pengaruh Sedimentasi Terhadap Normalisasi Sungai
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan waktu
Penelitian untuk penulisan skripsi ini berlangsung pada 30 Mei 2014 sampai dengan selesai yang dilakukan di Kecamatan Lawe Sigala-gala, Kabupaten Aceh Tenggara, Provinsi NAD.
3.2 Rancangan Penelitian
Dalam tugas akhir ini metode penelitian yang digunakan yaitu metode pengumpulan dan analisa data. Data yang digunakan adalah data primer dan data sekunder, kemudian data tersebut dianalisis berdasarkan analisis hidrologi dan analisis hidrolika kemudian di evaluasi berdasarkan nilai debit saluran eksisting dengan nilai debit saluran rencana.
Kegunaan data curah hujan pada analisa hidrologi meliputi perhitungan curah hujan
maksimum suatu wilayah, Perhitungan nilai intensitas hujan daerah aliran sungai serta
perhitungan debit banjir rencana pada suatu penampang drainase dipengaruhi oleh iklim
yang berupa kelembaban udara, besarnya nilai evaporasi akibat lamanya penyinaran sinar
matahari, kondisi permukaan tanah dan jenis vegetasi yang terdapat didalamnya.
Keseluruhan faktor diatas dapat memberikan gambaran terhadap besaran curah hujan yang
Tahapan-tahapan penelitian yang ditunjukan dengan panah disajikan pada Gambar 3.1 berikut ini :
Gambar 3.1 Tahapan Penelitian Tugas Akhir Data curah
hujan
Analisa Eksisting
Analisa Solusi
Kesimpulan dan Saran Mulai
Survei Lokasi
Selesai 4. Lebar
5. Panjang 6. Tikungan
Data Aliran Skema jaringan
drainase
Topografi Catchment Area Data Sekunder : Data Primer :
Gambar Skema
Data Sungai
Q Banjir Rencana
Sedimen Erosi
3.3 Pelaksanaan Penelitian
Pertama-tama melakukan pensurveian di daerah lokasi aliran sungai atau disebut dengan menganalisa data primer, kemudian menganalisa data sekunder, yaitu menghitung curah hujan rata-rata, topograpi dan Catchment Area. Selanjutnya menganalisa kondisi Eksisting
Analisa Kondisi Eksisting mencakup kepada bentuk aliran sungai, seperti lebar, panjang dan bentuk tikungan pada aliran sungai tersebut. Analisa Kondisi Eksisting tidak mencakup kepada bentuknya saja, melainkan kepada Debit penampang banjir, erosi dan sedimen.
Setelah menganalisa kondisi eksisting, maka langkah berikutnya yaitu menganalisa solusinya.
3.4 Variabel yang diamati
Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Data curah hujan dari stasiun pencatat curah hujan dengan rentang waktu pengamatan selama 15 tahun terakhir yang diperoleh dari Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika aceh tenggara.
2. Peta administrasi Kota kutacane, peta jaringan drainase, peta pembagian
catcment area.
3. Data kondisi eksisting drainase di Kecamatan Lawe sigala-gala.
3.6 Jadwal Pengerjaan Skripsi
No kegiatan
2015
Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus 1 Pengajuan judul
2 Penyusunan proposal 3 Survei awal 4 Evaluasi proposal
5 Pelaksanaan penelitian 6 Pengolahaan data,
analisis, dan penyusunan
laporan 7 Seminar hasi
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Curah Hujan
Kegunaan data curah hujan pada analisa hidrologi meliputi perhitungan curah hujan maksimum suatu wilayah, Perhitungan nilai intensitas hujan daerah aliran sungai serta perhitungan debit banjir rencana pada suatu penampang drainase dipengaruhi oleh iklim yang berupa kelembaban udara, besarnya nilai evaporasi akibat lamanya penyinaran sinar matahari, kondisi permukaan tanah dan jenis vegetasi yang terdapat didalamnya. Keseluruhan factor diatas dapat memberikan gambaran terhadap besaran curah hujan yang jatuh dan mengalir diatas permukaan tanah.
Frekuensi hujan adalah besarnya kemungkinan suatu besaran hujan disertakan atau dilalui. Analisis frekuensi diperlukan seri data hujan yang diperoleh dari pos penakar hujan baik yang manual maupun yang otomatis. Analisa frekuensi ini didasarkan pada sifat statistik data kejadian yang telah lalu untuk memperoleh probabilitas besaran hujan yang akan datang masih sama dengan sifat statistik kejadian hujan masa lalu.
4.1.1. Analisa Curah Hujan Harian Maksimum
Data curah hujan yang diperoleh dari badan meterologi dan geofisika Aceh Tenggara selama 15 tahun terakhir akan dianalisis terhadap 4 (empat) metode analisa distribusi frekuensi hujan yang ada. Dimana data curah hujan ini dapat kita lihat pada tabel 4.1 dihalaman 46.
4.1.1.1 Analisa Curah Hujan Distribusi Normal
Tabel 4.2 Analisa Curah Hujan Distribusi Normal
Jumlah 417,98 2208,339
̅ 27,86
Tabel 4.3 Analisa Curah Hujan Rencana Dengan Distribusi Normal
No Periode ulang (T) tahun KT ̅ S Curah hujan (XT) (mm)
Untuk mengetahui nilai dari analisa curah hujan distribusi log normal dan analisa curah hujan rencana distribusi log normal dapat kita lihat pada tabel 4.4 dan tabel 4.5.
Tabel 4.4 Analisa Curah Hujan Dengan Distribusi Log Normal
No Tahun Curah hujan (mm)
Tabel 4.5 Analisa Curah Hujan Rencana Dengan Distribusi Log Normal
LogXT=Log ̅ T = 2 tahun
Log XT = 1,41 + (0x 0.152) Log XT = 1,41
XT = 25,703 mm
4.1.1.3. Analisa Curah Hujan Distribusi Log Person III
Distribusi Log Person III merupakan hasil transformasi dari distribusi person III dengan menggantikan data menjadi nilai logaritmik. Untuk mengetahui nilai-nilai dari Analisa curah hujan dan analisa curah hujan rencana dapat kita lihat pada tabel 4.6 dan tabel 4.7.
Tabel 4.6 Analisa Curah Hujan dengan Distribusi Log Person III
Dari data-data di atas di dapat :
̅
Tabel 4.7. Analisa Curah Hujan Rencana Dengan Distribusi Log Person III
No
4.1.1.4. Analisa Curah Hujan Distribusi Gumbel
Tabel 4.8. Analisa Curah Hujan Dengan Distribusi Gumbel
Untuk periode ulang (T) 2 tahun YTR = 0,3668
Untuk periode ulang (T) 5 tahun YTR = 1,5004
̅
Untuk periode ulang (T) 10 tahun YTR = 2,2510
̅
Untuk periode ulang (T) 20 tahun YTR = 2,9709
̅
Untuk periode ulang (T) 50 tahun YTR = 3,9028
̅
Untuk periode ulang (T) 100 tahun YTR = 4,6012
Tabel 4.9 Analisa Curah Hujan Rencana Dengan Distribusi Gumbel
Tabel 4.10.Rekapitulasi Analisa Curah Hujan Rencana Maksimum
No Periode ulang (T) tahun
Normal Log normal Log person III Gumbel
1 2 27,86 25,703 23,757 38,662
Dan selanjutnya hasil anaisis dapat dilihat pada grafik berikut :
Dari hasil analisa distribusi frekuensi hujan dengan berbagai metode terlihat bahwa metode distribusi Gumbel yang paling ekstrim sehingga data inilah yang digunakan untuk analisa berikutnya.
4.1.2 Analisa Frekuensi Curah Hujan
Analisa frekuensi curah hujan diperlukan untuk menentukan jenis sebaran (distribusi). Perhitungan analisa frekuensi curah hujan selengkapnya dapat dilihat pada tabel 4.11 berikut ini.
Tabel 4.11 analisa frekuensi Curah hujan
No Tahun Xi (Xi-X) (Xi-X)2 (Xi-X)3 (Xi-X)4
1 2006 17,19 -10,67 113,96 -1216,59 12987,51 2 2011 17,8 -10,06 101,31 -1019,72 10263,91 3 2008 19,15 -8,71 75,95 -661,99 5769,47 4 2007 20,33 -7,53 56,78 -427,86 3224,11 5 2002 21,66 -6,20 38,50 -238,94 1482,72 6 2004 21,66 -6,20 38,50 -238,94 1482,72 7 1998 22,52 -5,34 28,57 -152,73 816,39 8 2000 24,28 -3,58 12,85 -46,08 165,24
9 1997 27,42 -0,44 0,19 -0,08 0,03
10 2001 28,26 0,39 0,15 0,06 0,02
11 2003 29,92 2,05 4,22 8,67 17,82
12 2005 29,92 2,05 4,22 8,67 17,82
13 1999 33,12 5,25 27,61 145,08 762,39
14 2010 36,5 8,63 74,55 643,77 5558,81
15 2009 68,25 40,38 1630,92 65864,21 2659904
Jumlah 417,98 2208,339 62667,522 2702453
X 27,86
Dari hasil perhitungan diatas selanjutnya ditentukan jenis sebaran yang sesuai dalam penentuan jenis sebaran diperlukan factor-factor sebagai berikut:
√∑ ̅
1. Koefisien Kemencengan (Cs)
∑ ̅
2. Koefisien Kurtosis (Ck)
∑ ̅
3. Koefisien Variasi (Cv)
̅
4.1.3 Pemilihan Jenis Distribusi
Dalam statistik terdapat beberapa jenis sebaran (distribusi), diantaranya yang sering digunakan dalam hidrologi adalah :
1. Distribusi Gumbel 2. Distribusi Log Normal 3. Distribusi Log-Person tipe III 4. Distribusi Normal
Tabel 4.12 perbandingan syarat distribusi dan hasil perhitungan
No Jenis Distribusi Syarat Hasil Perhitungan
1 Gumbel Cs ≤ 1,1396
Ck ≤ 5,4002
0.112 < 1,1396 0,139 < 5,4002 2 Log Normal Cs = 3 Cv + Cv2
Cs = 0,8325
0.112 < 0,8325
3 Log-Person tipe III Cs ≈ 0 0.112 > 0
4 Normal Cs = 0 0,112 ≠ 0
Berdasarkan perbandingan hasil perhitungan dan syarat di atas, maka dapat dipilih jenis distribusi yang memenuhi syarat, yaitu Distribusi Log Person III.
4.1.4 Pengujian Kecocokan Jenis Sebaran
Pengujian kecocokan sebaran berfungsi untuk menguji apakah sebaran yang dipilih dalam pembuatan duration curve cocok dengan sebaran empirisnya. Dalam hal ini menggunakan metode Chi-kuadrat. Uji Chi-kuadrat (uji kecocokan) diperlukan untuk mengetahui apakah data curah hujan yang ada sudah sesuai dengan jenis sebaran (distribusi) yang dipilih. Pengambilan keputusan uji ini menggunakan parameter X2 yang dihitung dengan rumus :
∑( )
di mana :
X2 = harga chi-kuadrat, G = jumlah sub kelompok,
Of = frekuensi yang terbaca pada kelas yang sama,
Prosedur perhitungan chi-kuadrat adalah sebagai berikut :
1. Urutkan data pengamatan dari data yang besar ke data yang kecil atau sebaliknya.
2. Hitung jumlah kelas yang ada (k) = 1 + 3,322 log n. Dalam pembagian kelas disarankan agar masing-masing kelas terdapat empat buah data pengamatan. 3. Hitung nilai Ef = jumlah data (n)/jumlah kelas (k)
4. Tentukan nilai Of untuk masing-masing kelas
5. Hitung nilai X2 untuk masing-masing kelas kemudian hitung nilai total X2 6. Nilai X2 dari perhitungan harus lebih kecil dari nilai X2 dari tabel untuk
derajat nyata tertentu yang sering diambil sebesar 5 % dengan parameter derajat kebebasan.
Rumus Derajat Kebebasan : dk = k - R -1
dimana :
dk = derajat kebebasan k = jumlah kelas
R = banyaknya keterikatan
(nilai R = 2 untuk distribusi normal dan binomial, nilai R = 1 untuk distribusi poisson dan gumbel).
Perhitungan Chi-kuadrat :
1. Jumlah Kelas (k) = 1 + 3,322 log n = 1 + 3,322 log 15
= 4,90 ≈ diambil nilai 5 kelas
2. Derajat Kebebasan (dk) = k - R - 1 = 5 - 1 - 1 = 3
3. Ef = n / k = 15 / 3 = 5
4. Dx = (Xmax – Xmin) / (k – 1) Dx = (68,25–17,19) / (5 – 1)
= 12,76
5. Xawal = Xmin – (0,5×Dx) = 17,19 – (0,5× 12,76) = 10,81
6. Tabel dibawah ini dapat dilihat untuk perhitungan X2 Tabel 4.13 perhitungan uji Chi-kuadrat
No Nilai batasan Of Ef (Of - Ef)2 (Of - Ef)2/ Ef
1 68.215 ≤ X ≥ 83.785 2 5 9 1,8
2 83.785 ≤ X ≥ 99.355 4 5 1 0,2
3 99.355 ≤ X ≥114.925 3 5 4 0,8
4 114.925≤ X ≥130.495 1 5 16 3,2
Jumlah 6,00
Dari hasil perhitungan di atas didapat nilai X2 sebesar 6,00 yang kurang dari nilai X2 pada tabel uji Chi-Kuadrat yang besarnya adalah 7,815. Maka dari pengujian kecocokan penyebaran Distribusi Gumbel dapat diterima.
4.1.5 Analisa Cacthment Area dan Koefisien Run Off
Factor-faktor yang mempengaruhi sebelum menganalisa debit rencana suatu daerah/kawasan yang akan ditinjau perlu diperkirakan terlebih dahulu seperti daerah tangkapan hujan (cacthment area dan koefisien Run off) pada kawasan tersebut. Faktor utama yang mempengaruhinya adalah laju infiltrasi tanah atau persentase lahan kedap air, kemiringan lahan, tanaman penutup tanah dan lain-lain. Untuk Daerah di kedua kecamatan ini karakter permukaan tanahnya bervariasi dari daerah perdagangan padat dan sedang, perumahan/perkantoran padat dan sedang serta kawasan hutan.
dikaitkan dengan daerah catchment area sesuai dengan sub drainase yang dimaksud. Dalam hal ini telah ditentukan nilai dari koefisien limpasan terhadap kondisi karakter permukaannya yaitu :
C1 = 0.07 Kawasan Perumahan/Perkantoran Sedang C2 = 0.93 Kawasan perkebunan dan hutan yang curam
Salah satu perhitungan Cacthment Area dan Koefisien Run Off daerah kec. Lawe sigala-gala adalah sebagai berikut :
Koefisien run off = C1+C2
= 0.07 + 0.93 = 1 C rata-rata = 1/5
= 0.2
Gambar 4.2 Peta Catchment Area
4.1.6 Analisa Waktu Konsentrasi dan Intensitas
Waktu yang diperlukan oleh hujan yang jatuh untuk mengalir dari titik terjauh sampai ketempat keluarannya (titik control) disebut dengan Waktu konsentrasi suatu daerah aliran . dimana setelah tanah menjadi jenuh dan tekanan – tekanan kecil terpenuhi. Dalam hal ini diasumsikan bahwa jika durasi hujan sama dengan waktu
Lawe Sigala-gala 2
Aliran Lawe Sigala-gala
Pemukiman
konsentrasi maka setiap bagian daerah aliran secara serentak telah menyumbangkan aliran terhadap titik kontrol.
Intensitas hujan adalah tinggi atau kedalaman air hujan persatuan waktu. Sifat umum hujan adalah semakin singkat hujan berlangsung, intensitasnya cenderung makin tinggi dan makin besar periode ulangnya makin jauh pula intensitasnya.
Hubungan antara intensitas hujan, lamanya hujan dan frekuensi hujan biasanya dinyatakan dalam lengkung Intensitas-Durasi-Frekuensi (IDF) yaitu Intensity, Duration, Frequency Curve). Diperlukan data hujan jangka pendek misalnya 5 menit, 10 menit, 30 menit, 60 menit dan jam-jaman untuk membentuk lengkung IDF. Data hujan jenis ini hanya dapat diperoleh dari stasiun penakar otomatis, selanjutnya berdasarkan hujan jangka pendek tersebut lengkung IDF dapat dibuat. Dari tabel dibawah dan divariasikan terhadap waktu konsentrasi serta fungsi dari drainase itu sendiri (primer atau sekunder). Untuk saluran drainase primer curah hujan rencana yang diperkirakan untuk 5 tahunan sedangkan untuk saluran drainase sekunder diambil curah hujan rencana untuk 2 tahunan, sehiingga didapatlah analisa perhitungan intensitas dan waktu konsentrasi pada tabel 4.14.
No T curah hujan distribusi gumbel diatas sebagai berikut :
Untuk Periode Ulang (T) 2 Tahun
Untuk Periode Ulang (T) 5 Tahun
Untuk Periode Ulang (T) 10 Tahun
Untuk Periode Ulang (T) 50 Tahun
Untuk Periode Ulang (T) 100 Tahun
Dari Analisa Diatas Dapat Digambarkan Kurva IDR Sebagai Berikut :
Perhitungan Analisa Waktu Konsentrasi dan Intensitas Hujan Rencana dengan menggunakan rumus Dr.Mononobe adalah sebagi berikut :
V = 72 x (H/L)0.6
t = L/V
( )
Keterangan :
L = panjang saluran (m)
S = kemiringan rata-rata saluran (m)
V = kecepatan aliran di dalam saluran (m/detik) t = waktu (menit)
I= intensitas hujan (mm/jam)
Salah satu contoh Perhitungan waktu kosentrasi dan intensitas hujan rencana daerah kecamatan Lawe sigala-gala.
Metode Dr.Mononobe
V = 72 x (H/500)0.6
= 72 x (1/500)0.6
= 1,729
t = L/V
= 500/1,729
= 289,184
( )
Aliran pada saluran atau sungai tergantung pada dari berbagai faktor-faktor secara bersamaan. Dalam perencanaan saluran drainase dapat dipakai standar yang telah ditetapkan, baik debit rencana (Periode Ulang) dan cara analisis yang dipakai Dalam kaitannya dengan limpasan, faktor yang berpengaruh secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu :
• Faktor Meteorologi yaitu karateristik hujan seperti intensitas hujan, durasi hujan dan
distribusi hujan
• Karateristik DAS meliputi luas dan bentuk DAS, topografi dan tata guna lahan.
Perhitungan debit rencana saluran drainase didaerah perkotaan dapat dilakukan dengan menggunakan rumus rasional. Tabel berikut ini menyajikan standar desain saluran drainase berdasarkan Pedoman Drainase Perkotaan dan Standar Desain Teknis.
Tabel 4.15. kriteria desain hidrologis sistem drainase perkotaan.
Luas DAS (ha) Periode ulang (tahun) Metode perhitungan debit banjir
<10 2 Rasional
10-100 2-5 Rasional
101-500 5-10 Rasional
>500 10-25 Hidrograf satuan
(suripin, sistem drainase yang berkelanjutan )
Dari hasil analisa terhadap data yang diperoleh besar debit rencana untuk masing-masing saluran dapat dicari dengan menggunakan metode Rasional seperti perhitungan di bawah ini.
Qp = 0,278 C x I x A
Keterangan
Salah satu contoh perhitungan debit rencana kecamatan Lawe Sigala-gala dengan data sebagai berikut :
I = 0,307 mm/jam C = 0.2
A = 57 Ha
Maka penyelesaian nya adalah sebagai berikut : Qp = 0,278C x I x A
= 0,278 x 0.2 x 0,307 x 57 = 9,421 m3 / det
4.2 Perhitungan Erosi
4.2.1 Menghitung dengan cara Roughly
Untuk diameter 0,04608 mm, dengan mengansumsi �
�
�
4.2.2 Menghitung dengan cara Rumus Ketiga (
�
� )
(
)
Untuk maka diketahui �
�
�
4.2.3 Menghitung dengan cara Trial and Error
a. Iterasi 1 :
Untuk maka didapat � �
� � �
�
b. Iterasi 2 :
Untuk maka didapat � �
� � �
�
c. Iterasi 3 :
Untuk maka didapat � �
� � �
�
d. Iterasi 4 :
Untuk maka didapat � �
� � �
e. Iterasi 5 :
Untuk hasil dari perhitungan diameter lainnya dapat dilihat pada tabel 4.16.
No Diameter Roughly Ketiga Trial & Error
4.2.4 Menentukan Jenis Aliran yang Stabil atau Tidak stabil Syarat :
� � Stabil
� � Incidient Motion � � Erosi
Untuk diameter d = 0,04608 ; d = 0,03322 ; d = 0,02393 � �
Dimana D = 2 m dan S = 0,025 m � �
= (9,8 x 1000) . 2 . 0,025 = 490
Untuk d = 0,04608 ; � � �
d = 0,03322 ; � � �
d = 0,02393 ; � � �
4.3 Perhitungan Angkutan Sedimen
4.3.1 Menghitung Angkutan Sedimen Harian, Bulanan dan Tahunan dengan Metode Yang’s
Diketahui data-data sebagai berikut :
Ukuran diameter sedimen (d50) = 0,16 mm
Kemiringan Sungai (s) = 0,00025 Lebar dasar Sungai (W) = 4 m Kedalaman sungai (D) = 2 m
Massa jenis sedimen � = 2657 Kg/m3
Massa jenis air � = 999,45 Kg/m3
Gravitasi (g ) = 9,81 m2/s Kecepatan Jatuh (�) = 0,42 m/s
Viskositas Kinetik (v) = 1,6 x 10-6 m2/s
Diasumsikan nilai debit harian dalam 1 bulan sama setiap harinya, dengan mengambil nilai rata-rata debit perbulan sebagai debit dalam 1 hari dengan debit Q = 12,68 m3/s
Langkah-langkah perhitungan adalah sebagai berikut : 1. Hitung luas penampang (A)
A = W . D + 2 . D2
= 4 . 2 + 2 . 22 = 16 m2
2. Hitung Kecepatan rata-rata (V) V =
=
3. Hitung Keliling Basah (P) P = W + √ . D
= 4 + 2√ . 2 = 12,944 m
4. Hitung Jari-jari Hidrolik (R) R =
=
= 1,236 m
5. Hitung kecepatan geser (U*) U* = (g . R . S)0.5
= (9,81 . 1,236 . 0,00025)0,5 = 0,06 m/s
6. Hitung nilai bilangan Reynold (Re) Re =
=
= 6
7. Hitung Harga parameter kecepatan keritis
+ 0,66
+ 0,66
4,141 m/s
8. Hitung konsentrasi sedimen total (Ct)
Log Ct = 5,435-0,286 . log - 0,457 . log
+
= 5,435-0,286 . log
- 0,457 . log
= (5,248 – 0,057 ) + (1,531-0,039) .log (0,004-0,002) = 5,191+ 1,492 x -2,698
Ct = 1,165 ppm = 14,62 ppm 9. Hitung volume berat air (Gw) Gw = � . W . D . V
= 999,45 . 4 . 2 . 0,792 = 6316,52 kg/s
10. Hitung muatan sedimen (Qs)
Qs = Ct . Gw
= 14,622 x 6316,52 = 0,092 kg/s
= 0,092.
= 7,979 ton/hari
Untuk itu, muatan sedimen untuk bulan Januari tahun 1997 adalah :
Qs = 7,979 x 31 hari
Qs = 247,378 ton/bulan
4.3.2 Menghitung Angkutan Sedimen Harian, Bulanan dan Tahunan dengan Metode Shen dan Hung
Diketahui data-data sebagai berikut :
Ukuran diameter sedimen (d50) = 0,16 mm
Kemiringan Sungai (s) = 2,5 x 10-4 Lebar dasar Sungai (W) = 4 m Kedalaman sungai (D) = 2 m
Massa jenis sedimen � = 2657 Kg/m3
Massa jenis air � = 999,45 Kg/m3
Gravitasi (g ) = 9,81 m2/s Kecepatan Jatuh (�) = 0,045 m/s
Diasumsikan nilai debit harian dalam 1 bulan sama setiap harinya, dengan mengambil nilai rata-rata debit perbulan sebagai debit dalam 1 hari dengan debit Q = 12,68 m3/s
Langkah-langkah perhitungan adalah sebagai berikut : 1. Hitung luas penampang (A)
A = W . D + 2 . D2
= 4 . 2 + 2 . 22 = 16 m2
2. Hitung Kecepatan rata-rata (V) V = =
= 0,79 m/s 3. Hitung Keliling Basah (P) P = W + √ . D
