BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Penelitian ini menggunakan tinjauan pustaka dari penelitian-penelitian
sebelumnya yang telah diterbitkan, dan dari buku-buku atau artikel-artikel yang
ditulis para peneliti sebagai berikut.
Eko Sulistianto (Universitas Muhammadiyah Purwokerto,2014) melakukan
penelitian tentang “Analisis Kapasitas Drainase Dengan Metode Rasional di Perumahan Sogra Puri Indah”. Perumahan Sogra Puri Indah apabila terjadi banjir
dengan intensitas yang lama di beberapa saluran tidak mampu menampung
limpasan hujan. Hal ini disebabkan adanya sampah atau sedimentasi yang berupa
rumput dan tanah. Sehingga menyebabkan tidak lancarnya aliran air yang masuk ke
saluran. Metode yang dipakai yaitu metode log normal, log Pearson III, metode
rasional, dan rumus mononobe. Pada Penelitian ini dilakukan tinjauan ulang dengan
menggunakan data curah hujan selama 10 tahun, dengan bentuk penampang
persegi, dari hasil penelitian didapat besarnya curah hujan 119,9 mm, dengan
dimensi saluran lebar (B) = 0,4 m, tinggi (h) = 0,4 m, dan luas penampang (A) =
0,16 m , sedangkan dimensi saluran yang ada sekarang memiliki lebar (b) = 0,35
A. Sistem Drainase
Drainase yang berasal dari bahasa inggris yaitu drainage mempunyai arti
mengalirkan, menguras, membuang, atau mengalihkan air. Secara umum, drainase
dapat didefinisikan sebagai suatu tindakan teknis untuk mengurangi kelebihan air,
baik yang berasal dari hujan, rembesan, maupun kelebihan air irigasi dari suatu
kawasan atau lahan, sehingga fungsi kawasan atau lahan tidak terganggu
(Suripin,2004).
Menurut Haryono (1999), drainase adalah ilmu untuk pengeringan tanah.
Drainase (drainage)berasal dari kata to drain yang berarti mengeringkan atau
mengalirkan air dan merupakan terminologi yang digunakan untuk menyatakan
sistem-sistem yang berkaitan dengan penanganan masalah kelebihan air, baik di
atas maupun di bawah permukiman tanah. Pengertian drainase tidak terbatas pada
teknis pembuangan air yang berlebihan namun lebih luas lagi menyangkut
keterkaitannya dengan aspek kehidupan yang berada didalam kawasan diperkotaan.
Semua hal yang menyangkut kelebihan air yang berada di kawasan kota sudah pasti
dapat menimbulkan permasalahan yang cukup kompleks. Dengan semangkin
kompleksnya permasalahan drainase perkotaan maka di dalam perencaaan dan
pembangunannya tergantung pada kemampuan masing-masing perencana. Dengan
demikian didalam proses pekerjaanya memerlukan kerja sama dengan beberapa ahli
di bidang lain yang terkait.
Sesuai dengan prinsip sebagai jalur pembuangan maka pada waktu hujan,
menimbulkan genangan yang dapat mengganggu aktivitas dan bahkan dapat
menimbulkan kerugian (R. J. Kodoatie, 2005).
Adapun fungsi drainase menurut R. J. Kodoatie adalah :
- Membebaskan suatu wilayah (terutama yang padat dari permukiman) dari
genangan air, erosi, dan banjir.
- Karena aliran lancar maka drainase juga berfungsi memperkecil resiko
kesehatan lingkungan bebas dari malaria (nyamuk) dan penyakit lainnya.
- Kegunaan tanah permukiman padat akan menjadi lebih baik karena terhindar
dari kelembaban.
- Dengan sistem yang baik tata guna lahan dapat dioptimalkan dan juga
memperkecil kerusakan-kerusakan struktur tanah untuk jalan dan bangunan
lainnya.
Menurut R. J. Kodoatie sistem jaringan drainase di dalam wilayah kota
dibagi atas 2 (dua) bagian yaitu:
- Sistem drainase mayor adalah sistem saluran yang menampung dan
mengalirkan air dari suatu daerah tangkapan air hujan (Catchment Area).
Biasanya sistem ini menampung aliran yang berskala besar dan luas seperti
saluran drainase primer.
- Sistem drainase minor adalah sistem saluran dan bangunan pelengkap drainase
yang menampung dan mengalirkan air dari daerah tangkapan hujan dimana
sebagian besar di dalam wilayah kota, contohnya seperti saluran atau selokan
air hujan di sekitar bangunan. Dari segi kontruksinya sistem ini dapat
B. Perencanaan Saluran Drainase
Saluran drainase harus direncanakan untuk dapat melewatkan debit rencana
dengan aman. Perencanaan teknis saluran drainase menurut Suripin mengikuti
tahapan-tahapan meliputi: menentukan debit rencana, menentukan jalur saluran,
merencanakan profil memanjang saluran, merencanakan penampang melintang
saluran, mengatur dan merencanakan bangunan-bangunan serta fasilitas sistem
drainase.
1. Bentuk Penampang Saluran
Bentuk-bentuk saluran untuk drainase tidak jauh berbeda dengan
saluran irigasi pada umumnya. Dalam perancangan dimensi saluran harus
diusahakan dapat membentuk dimensi yang ekonomis, sebaliknya dimensi
yang terlalu kecil akan menimbulkan permasalahan karena daya tamping
yang tidak memedai. Adapun bentuk-bentuk saluran antara lain :
a. Trapesium
Pada umumnya saluran ini terbuat dari tanah akan tetapi tidak menutup
kemungkinan dibuat dari pasangan batu dan beton. Saluran ini memerlukan
cukup ruang. Berfungsi untuk menampung dan menyalurkan limpasan air
hujan serta air buangan domestik dengan debit yang besar.
b. Persegi
Saluran ini terbuat dari pasangan batu dan beton. Bentuk saluran ini
tidak memerlukan banyak ruang dan areal. Berfungsi untuk menampung dan
menyalurkan limpasan air hujan serta air buangan domestik dengan debit
yang besar.
Gambar 2.2 Penampang Persegi
c. Segitiga
Saluran ini sangat jarang digunakan tetap mungkin digunakan dalam
kondisi tertentu.
d. Setengah Lingkaran
Saluran ini terbuat dari pasangan batu atau dari beton dengan cetakan
yang telah tersedia. Berfungsi untuk menampung dan menyalurkan limpasan
air hujan serta air buangan domestik dengan debit yang besar.
Gambar 2.4 Penampang Setengah Lingkaran
C. Debit Hujan
Perhitungan debit hujan untuk saluran drainase di daerah perkotaan dapat
dilakukan dengan menggunakan rumus rasional atau hidrograf satuan. Dalam
perencanaan saluran drainase dapat dipakai standar yang telah ditetapkan, baik
periode ulang dan cara analisis yang dipakai, tinggi jagaan, struktur saluran, dan
lain-lain.
Tabel 2.1 Kriteria Desain Hidrologi Sistem Drainase Perkotaan
Luas DAS (ha) Periode ulang (tahun) Metode perhitungan debit hujan
< 10 2 Rasional
10 –100 2 –5 Rasional
D. Periode ulang dan Analisis Frekuensi
Periode ulang adalah waktu perkiraan dimana hujan dengan suatu
besaran tertentu akan disamai atau dilampaui. Besarnya debit hujan untuk
fasilitas drainase tergantung pada interval kejadian atau periode ulang yang
dipakai. Dengan memilih debit dengan periode ulang yang panjang dan
berarti debit hujan besar, kemungkinan terjadinya resiko kerusakan menjadi
menurun, namun biaya konstruksi untuk menampung debit yang besar
meningkat. Sebaliknya debit dengan periode ulang yang terlalu kecil dapat
menurunkan biaya konstruksi, tetapi meningkatkan resiko kerusakan akibat
banjir.
Sedangkan frekuensi hujan adalah besarnya kemungkinan suatu
besaran hujan disamai atau dilampaui. Dalam ilmu statistik dikenal beberapa
macam distribusi frekuensi dan empat jenis distribusi yang banyak digunakan
dalam bidang hidrologi, antara lain :
Distribusi Normal
Distribusi normal disebut pula distribusi Gauss. Secara sederhana,
persamaan distribusi normal dapat ditulis sebagai berikut :
XT = X̅ + KT x S ... (2.1)
Dengan :
XT = perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang
T-tahunan
̅ = nilai rata-rata hitung variat
KT = faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode
ulang.
Nilai KT dapat dilihat pada Tabel 2.2 nilai variabel reduksi Gauss
sebagai berikut :
Tabel 2.2 Nilai Variabel Reduksi Gauss
No Periode Peluang KT No Periode Peluang KT
(Sumber: Bonnier, 1980 dalam Suripin, 2004)
Distribusi Log Normal
Jika variabel acak Y = log X terdistribusi secara normal, maka X
dikatakan mengikuti distribusi Log Normal. Persamaan distribusi log normal
dapat ditulis dengan :
YT = Y + KT x S ... (2.2)
Dengan :
YT = perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang
T-tahunan
= nilai rata-rata hitung variat
S = deviasi standar nilai variat
KT = faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode
ulang.
Nilai KT dapat dilihat pada Tabel 2.2 nilai variabel reduksi Gauss.
Distribusi Log Person III
Persamaan distribusi Log-Person III hampir sama dengan persamaan
distribusi Log Normal, yaitu sama-sama mengkonversi ke dalam bentuk
logaritma.
YT = Y + KT x S ... (2.3)
Dimana besarnya nilai KT tergantung dari koefisien kemencengan G.
Tabel 2.3 memperlihatkan harga KT untuk berbagai nilai kemencengan G.
Tabel 2.3 Nilai KT untuk Distribusi Log-Person III
Interval kejadian (periode ulang)
Koef. 1,0101 1,2500 2 5 10 25 50 100
G Persentase perluang terlampaui
99 80 50 20 10 4 2 1
Bentuk dari persamaan distribusi Gumbel dapat ditulis sebagai berikut:
Besarnya faktor frekuensi dapat ditentukan dengan rumus berikut :
Tr = Periode tahun berulang (tahun)
X = Curah hujan maksimum rata – rata selama tahun pengamatan
Tabel 2.5 Reduced standard deviation (Sn)
Periode Ulang Reduced Variate Periode Ulang Reduced Variate
Tr (tahun) Ytr Tr (tahun) YTr
Sebelum menganalisis data hujan dengan salah satu distribusi di atas, perlu
pendekatan dengan parameter-parameter statistik untuk menentukan
distribusi yang tepat digunakan. Parameter-parameter tersebut meliputi:
Tabel 2.7 Karakteristik Distribusi Frekuensi
Jenis distribusi frekuensi Syarat distribusi
Distribusi Normal Cs = 0 dan Ck = 3
Distribusi Log Normal Cs >0 dan Ck >3
Distribusi Gumbel Cs = 1,139 dan Ck =5,402
Distribusi Log-Person III Cs antara 0 –0,9
Sumber: Soewarno, 1995
Pengujian Kecocokan Jenis Sebaran
Pengujian kecocokan sebaran berfungsi untuk menguji apakah sebaran
yang dipilih dalam pembuatan duration curve cocok dengan sebaran
empirisnya.
- Uji 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 ini menggunakan parameter X2
yang dihitung dengan rumus :
X2 = ∑ (𝑂𝐹− 𝐸𝑓)2
𝐸𝑓
𝐺 𝑖=1
Dimana :
X2 = harga chi-kuadrat
G = jumlah sub-kelompok
Of = frekuensi yang terbaca pada kelas yang sama
Prosedur perhitungan chi-kuadrat sebagai berikut :
1. Urutkan data pengamatan dari yang terbesar ke data yang terkecil
atau sebaliknya
2. Hitung jumlah kelas yang ada (k) = 1 + 3,322 log n
3. Hitung nilai Ef = jumlah data (n) / jumlah kelas (k)
4. Tentukkan 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 untuk yang sering diambil sebesar 5 %
dengan parameter derajat kebebasan
Rumus Derajat Kebebasan :
Dk = k – R – 1
Dimana :
Dk = derajat kebebasan
k = jumlah kelas
Tabel 2.8 Uji chi-kuadrat
6 7,84080 10,64464 12,59159 16,81189 18,54758 22,45774
7 9,03715 12,01704 14,06714 18,47531 20,27774 24,32189
8 10,21885 13,36157 15,50731 20,09024 21,95495 26,12448
9 11,38875 14,68366 16,91898 21,66599 23,58935 27,87716
10 12,54886 15,98718 18,30704 23,20925 25,18818 29,58830
- Uji Smirnov-kolmogorov
Untuk menilai besarnya penyimpangan maka dibuat batas kepercayaan
dari hasil perhitungan XT dengan uji Kolmogorov. Uji
Smirnov-Kolmogorov sering juga disebut juga uji kecocokan non parametik, karena
pengujiannya tidak menggunakan fungsi distribusi tertentu. Prosedur
pelaksanaannya adalah sebagai berikut :
Urutkan data (dari besar ke kecil atau sebaliknya) dan tentukan
besarnya peluang dari masing-masing data tersebut.
X1 = P(X1)
X2 = P(X2)
X3 = P(X3)dan seterusnya
Urutkan nilai masing-masing peluang teoritis dari hasil pengambaran
data (persamaan distribusinya).
X1= P’(X1)
X3= P’(X3)dan seterusnya
Dari kedua nilai peluang tersebut, tentukan selisih terbesarnya antar
peluang pengamatan dengan peluang teoritis.
Dmaksimum = P(Xn) –P’(Xn) ………...…..(2.11)
Berdasarkan Tabel 2.8 nilai kritis (Smirnov-Kolmogorov test) tentukan
harga Do.
Tabel 2.9 Nilai kritis Do untuk uji Smirnov-Kolmogorov
N
Derajat kepercayaan (α)
0,20 0,10 0,05 0,01
Sumber: Bonnier, 1980 dalam Suripin, 2004
Apabila nilai Dmaksimum lebih kecil dari Do, maka distribusi teoritis
yang digunakan untuk menentukan persamaan distribusi dapat diterima.
Apabila Dmaksimum lebih besar dari Do, maka secara teoritis pula distribusi
E. Intensitas Hujan
Intensitas hujan adalah tinggi atau kedalaman air hujan per satuan waktu.
Sifat umum hujan adalah makin singkat hujan berlangsung, intensitasnya
cenderung makin tinggi dan makin besar periode ulangnya makin tinggi pula
intensitasya. Seandainya data hujan yang diketahui hanya hujan harian, maka oleh
Mononobe dirumuskan sebagai berikut:
R24 = curah hujan maksimum harian dalam 24 jam (mm)
T0 = waktu in-let (menit)
TD = waktu aliran dalam saluran (menit)
L0 = jarak titik terjauh ke fasilitas drainase (m)
L = panjang saluran (m)
nd = Angka kekerasan permukaan lahan (tabel)
S = kemiringan daerah pengaliran atau kemiringan tanah
Kirpich (1940) dalam Suripin (2004) mengembangkan rumus dalam
memperkirakan waktu komsentrasi, dalam hal ini durasi hujan diasumsikan sama
dengan waktu waktu konsentrasi.
Rumus waktu konsentrasi tersebut ditulis sebagai berikut :
tc = (0,87 𝑥 𝐿 2
1000 𝑥 𝑆0)
0,385
...(2.13)
Dengan : tc = waktu konsentrasi (jam)
L = Panjang saluran utama (km)
S0 = kemiringan rata-rata saluran
F. Koefisien Aliran Permukaan
Koefisien aliran permukaan didefisinikan sebagai nisbah antara puncak aliran
permukaan terhadap intensitas hujan. Faktor utama yang mempengaruhi koefisien
adalah laju infiltrasi tanah, kemiringan lahan, tanaman penutup tanah, dan intensitas
hujan. Selain itu juga tergantung pada sifat dan kondisi tanah, air tanah, derajad
kepadatan tanah, porositas tanah, dan simpanan depresi. Untuk besarnya nilai
Tabel 2.10 Nilai Koefisien aliran metode rasional
G. Metode Rasional
Metode untuk memperkirakan laju aliran permukaan puncak yang umum
dipakai adalah metode Rasional USSCS (1973). Model ini sangat simpel dan
dengan ukuran kecil kurang dari 300 ha. Model ini tidak dapat menerangkan
hubungan curah hujan dan aliran permukaan dalam bentuk hidrograf. Persamaan
metode rasional dapat ditulis dalam bentuk:
Q = 0,002778 x C x I x A ...(2.14)
Dengan : Q = laju aliran permukaan (debit) puncak (m3/dt)
C = koefisien aliran permukaan (0 ≤ C ≤ 1)
I = intensitas hujan (mm/jam)
A = luas DAS (m2)
H. Penampang Melintang Saluran
Pada umumnya tipe aliran melalui saluran terbuka adalah turbulen, karena
kecepatan aliran dan kekasaran dinding relatif besar. Aliran melalui saluran terbuka
akan turbulen apabila angka Reynolds Re> 2.000 dan laminer apabila Re < 500.
Rumus Reynolds dapat ditulis sebagai berikut:
Re = 𝑉 𝑋 𝐿
𝑣 ...(2.15)
Dengan : V = kecepatan aliran (m/dt)
L = panjang karakteristik (m), pada saluran muka air bebas L=R
= kekentalan kinematik (m2/dt)
Nilai R dapat dicari dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
R = 𝐴
𝑃 ...(2.16)
Dengan : R = jari-jari hidraulik (m)
A = luas penampang basah (m2)
Untuk mencari nilai kecepatan aliran dapat menggunakan rumus Manning yang
dapat ditulis sebagai berikut:
V = 1
𝑛 x 𝑅
2 3 x 𝑆0
1
2 ...(2.17)
Dengan: R = jari-jari hidraulik (m)
I = kemiringan dasar saluran
n = koefisien Manning
Nilai koefisien Manning dapat dicari dengan melihat Tabel 2.10 di bawah ini:
Tabel 2.11 Nilai koefisien manning
Untuk mencari debit aliran pada saluran dapat menggunakan rumus :
Qext = V x A ...(2.18)
Dengan: Qext = debit aliran pada saluran (m3/dt)
V = kecepatan aliran (m/dt)
A = luas penampang basah saluran (m2)
Penampang melintang saluran yang paling ekonomis adalah saluran yang
dapat melewatkan debit maksimum untuk luas penampang basah, kekasaran, dan
I. Bentuk Saluran Rencana
Sesuai dengan bentuk eksisting saluran drainase perumahan Purimujur, maka
perencanaan bentuk saluran tetap menggunakan bentuk Persegi, hanya mengubah
dimensi sesuai dengan dibit rencana.
Gambar 2.5 Penampang saluran rencana
Luas penampang melintang, A, dan keliling basah, P, saluran dengan
penampang melintang berbentuk trapesium dengan lebar dasar B, kedalaman air h
(Gambar2.6), dapat dirumuskan sebagai berikut:
A = B x h ...(2.19)
P = B + (2 x h) ...(2.20)
R = 𝐴
𝑃 = 𝐵 𝑥 ℎ
Nilai B pada persamaan (2.21) disubstitusikan ke dalam persamaan (2.19),
Dari persamaan debit aliran tersebut dapat dilihat bahwa apabila harga A, C,
dan if (chezy), atau A, n, dan if (manning) tetap maka debit aliran akan maksimum
apabila harga R (jari-jari hidrolik) adalah maksimum. Karena : R = 𝐴
𝑃, maka untuk
mencapai harga R maksimum dengan luas penampang A tetap maka harga keliling
basah P harus minimum. Untuk mencapai harga P minimum dapat dilakukan
Untuk harga A tetap maka P hanya merupakan fungsi dari h saja {P = f(h)}.
Harga P minimum dicapai apabila 𝑑𝑃
𝑑ℎ = 0
Dari persamaan (2.24) tersebut diatas dapat dicari harga 𝑑𝑃
P = 𝐴
Kembali ke persamaan (2.24),dengan memasukan persamaan (2.25) didapat
:
Jagaan saluran adalah jarak vertikal dari puncak saluran ke permukaan air
pada kondisi rancang. Jarak ini harus cukup untuk mencegah gelombang atan
kenaikan muka air yang melimpah ke tepi. Untuk menghitung sebuah jagaan biasa
menggunakan rumus sebagai berikut :
f = √0,5 ℎ ...(2.28)
Keterangan :
f = Jagaan Saluran (m)
