ANALISIS POTENSI BANJIR DI REZIM TENGAH SUNGAI DELI DENGAN PEMODELAN HEC-RAS
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
RIZKA AMALIA 13 0404 067
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
ABSTRAK
Banjir merupakan suatu bencana alam yang terjadi karena meluapnya sejumlah debit air dari sungai yang dikarenakan tingginya intensitas curah hujan pada suatu daerah. Di kota Medan terdapat sebuah sungai yang membelah kota yaitu sungai Deli. Sungai Deli terbentang sepanjang 72km dengan cakupan DAS seluas 472,96 km2 mulai dari kabupaten Karo sampai kota Medan. Penelitian ini menggunakan metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu dan HEC-HMS yang berguna untuk membandingkan debit banjir. Data yang diperoleh adalah data primer dan data sekunder.
Tujuan penelitian ini diantaranya untuk Mendapatkan potensi lokasi terkena banjir di kota Medan pada wilayah DAS Sungai Deli. Untuk mendapatkan nilai debit banjir rencana untuk periode ulang 2, 5, 10, 15, 25, 50 dan 100 tahun.
Dalam hasil analisa curah hujan yang digunakan untuk perhitungan intensitas curah hujan adalah nilai distribusi curah hujan Distribusi Log Person III dan penelitian ini lebih fokus terhadap debit banji periode ulang 25 tahun.
Sedangkan dengan menggunakan Hidrograf Satuan Snyder yang didapatkan dari Softwhere HEC-HMS dengan periode ulang 25 Tahun pada jam ke 6 sebesar 78 m3/detik.
Kata Kunci : Banjir, Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu, HEC-HMS, HEC-RAS.
KATA PENGANTAR
Penulis mengucapkan Alhamdulillah, puji dan syukur dipanjatkan kepada kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Shalawat dan salam kepada Baginda Rasulullah, Nabi Muhammad SAW yang telah memberi keteladanan dalam menjalankan segala aktifitas didalam kehidupan ini sehingga tugas akhir penulis dapat terselesaikan dengan baik.
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk melengkapi persyaratan dan mencapai gelar Sarjana Teknik Sipil Bidang Studi Teknik Sumber Daya Air, Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, dengan judul tugas akhir “Analisis Potensi Banjir Sungai Deli Pada Beberapa Titik Di Kota Medan Dengan Pemodelan HEC-RAS”
Dalam penulisan tugas akhir, penulis menghadapi berbagai kendala, maka dari itu, penulis mengucapkan terimakasi yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc., sebagai dosen pembimbing yang telah banyak mendukung, memberi masukan, bimbingan dan menyempatkan waktu untuk tugas akhir penulis dan juga sebagai orang tua yang telah sabar memberikan arahan, saran dan motivasi kepada penulis.
2. Bapak Ir. Medis Surbakti, MT., sebagai Ketua Departemen Teknik SipilFakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Andy Putra Rambe, MBA., sebagaiSekertaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ivan Indrawan, S.T., M.T., dan Bapak Muhammad Faisal, S.T., M.T., sebagai dosen pembanding dan penuji atas saran dan masukkannyauntuk tugas akhir penulis.
5. Bapak/ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada penulis selama masa studi.
6. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini.
7. Teristimewa untuk keluarga, kepada kedua orang tua saya Nurul Azan, S.E., Zulfiana Adona Harahap yang telah memberikan doa, bimbingan, motivasi, semangat dan nasehat kepada saya. Terima kasih juga kepada kedua adik saya, Muhammad Ali Ihsan dan Muhammad Hafizh yang memberi semangat kepada saya untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Terimakasih untuk teman-teman seperjuangan Farras Nasywa, S.T., Top Eleven, Rahmad Hidayat, Alif, Randi, Hafizh, Azizah, Angel, Hendra, Herru Fachrizal dan teman TSA lainnya, dan teman seperjuangan 2013 lainnya yang telah memberikan semangat, dukungan, sertamotivasi untuk tugas akhir ini.
9. Terimakasih untuk Afrina Fadilla, Siti Sarah A M, Dwi Karina Putri, Rezki Tara Viati, Marissa Erina, Rini, Putri Zandiba, Rozy Kurniady, dan Fitra Lufti Azmi yang senantiasa mendukung dan memberi motivasi untuk tugas akhir ini.
10. Terimakasi untuk Kak Reby, kak Icha, Kak Cika, Kak Ellyn, dan Bang Jefrijal yang senantiasa mendukung dan memberi motivasi untuk tugas akhir ini.
11. Terimakasih untuk adik-adik Fachri Hasan, Muammar, Hapsah, Iffat, Niken dan adik-adik 2016 lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnya yang telah membantu dan memberi semangat untuk tugas akhir ini.
Penulis sangat menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun dari para pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik.
Terimakasih saya ucapkan diakhir kata, semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Amin
Medan, Januari 2018
Rizka Amalia
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR NOTASI ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 4
1.3 Tujuan ... 5
1.4 Pembatasan Masalah ... 5
1.5 Manfaat Penelitian ... 6
1.6 Sistematika Penulisan ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Siklus Hidrologi ... 8
2.2 Pengertian Banjir ... 9
2.2.1 Banjir dan Jenisnya ... 10
2.2.2 Tingkat Bahaya Banjir ... 10
2.3 Upaya Penanggulangan Resiko Banjir ... 11
2.4 Daerah Aliran Sungai ... 12
2.4.1 Pengertian Daerah Aliran Sungai ... 12
2.4.2 Bentuk-Bentuk Daerah Aliran Sungai ... 13
A. Bentuk memanjang/ bulu burung ... 13
B. Bentuk radial ... 14
C. Bentuk paralel ... 14
D. Bentuk komplek ... 15
2.5 Catchment Area ... 15
2.6 Tata Guna Lahan ... 15
2.7 Metode Analisis Banjir ... 16
2.8 Analisis Frekuensi ... 16
a. Distribusi normal ... 16
b. Distribusi log normal ... 17
c. Distribusi log person III ... 17
d. Distribusi gumbel ... 18
2.9 Uji Kesesuaian Distribusi ... 19
2.10 Koefisien Limpasan ... 20
2.11 Metode Hidrograf Banjir ... 21
2.12 Metode Perhitungan Debit Banjir ... 22
2.12.1 Hidrograf Satuan Sintetis (HSS) Nakayasu ... 22
2.13 Aplikasi HEC-RAS ... 27
2.13.1 Graphical User Interface ... 28
2.13.2 Analisis Hidraulika ... 28
2.13.3 Penyimpanan Data dan Manajemen Data ... 30
2.13.4 Grafik dan Pelaporan ... 30
2.13.5 HEC-RAS dalam Analisis Potensi Banjir ... 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Deskripsi Penelitian ... 33
3.2 Jenis Penelitian ... 34
3.3 Garis Besar Penelitian ... 36
3.4 Studi Pendahuluan ... 36
3.5 Teknik dan Pengumpulan Data ... 36
3.5.1 Data Primer ... 36
3.5.2 Data Sekunder ... 36
3.5.3 Peralatan yang digunakan ... 37
3.6 Analisis Data ... 37
3.6.1 Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu ... 38
3.6.2 Analisis PotensinBanjir dengan HEC-RAS ... 38
3.7 Penarikan Kesimpulan dan Saran ... 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Hidrologi ... 40
4.2 Penentuan Stasiun Pengamatan Curah Hujan ... 40
4.2.1 Data Curah Hujan Sampali ... 40
4.2.2 Data Curah Hujan Tongkoh ... 41
4.2.3 Data Curah Hujan Helvetia ... 42
4.2.4 Data Curah Hujan Belawan ... 43
4.3 Penentuan Curah Hujan Wilayah ... 45
4.4 Analisis Frekuensi Curah Hujan Periodik ... 47
4.4.1 Metode Distribusi Normal ... 48
4.4.2 Metode Distribusi Log Normal ... 49
4.4.3 DistribusiLog Person III ... 50
4.4.4 Metode Distribusi Gumbel ... 52
4.5 Resume Analisis Frekuensi Distribusi ... 54
4.6 Uji Kecocokan...54
4.6.1 Penentuan Uji Seberan Metode Distribusi ... 54
4.6.2 Uji Keselarasan Sirnov-Kolmogorov ... 57
4.7 Perhitungan Koefisien Limpasan ... 59
4.7.1 Distribusi Curah Hujan Rancangan ... 60
4.8 Analisis Debit Banjir Rancangan Dengan HSS Nakayasu ... 62
4.8.1 Karakteristik Daerah Aliran Sungai ... 62
4.9 Hasil Analisa Debit Banjir...67
4.10 Perhitungan Debit Inflow/outflow...67
4.11 Potensi Banjir Dengan HEC-RAS ... 68
4.12 Prediksi Daerah Genangan Banjir Dengan GIS ... 72
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 80
5.2 Saran ... 80
DAFTAR PUSTAKA ... 82 LAMPIRAN ... xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus Hidrologi yang berkaitan ... 9
Gambar 2.2 DAS bentuk memanjang ... 13
Gambar 2.3 DAS bentuk radial ... 14
Gambar 2.4 DAS bentuk paralel ... 14
Gambar 2.5 DAS bentuk kompleks ... 15
Gambar 3.1 Lokasi pekerjaan Sungai Deli ... 34
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian ... 36
Gambar 4.1 Polygon Thiessen ... 46
Gambar 4.2 Grafik Unit HSS Nakayasu ... 64
Gambar 4.3 GrafikDebit Banjir HSS Nakayasu ... 67
Gambar 4.4 Tampilan Utama Aplikasi HEC-RAS ... 69
Gambar 4.5 Perhitungan dengan Unsteady Flow Data ... 69
Gambar 4.6 Hasil Run dari Unsteady Flow Data ... 70
Gambar 4.7 Genangan Banjir pada Ras Mapper ... 70
Gambar 4.8 Profil Muka Air Banjir Maksimum ... 71
Gambar 4.9 Nilai Output pada Cross Section ... 71
Gambar 4.10 Peta Daerah Genangan Banjir ... 73
Gambar 4.11 Basin Models ... 74
Gambar 4.12 Meteorologic Model Manager ... 75
Gambar 4.13 Control Specification... 75
Gambar 4.14 Time Series Data ... 76
Gambar 4.15 Compute... ... 76
Gambar 4.16 Results for Run... ... 77
Gambar 4.17 Time-Series Table... ... 77
Gambar 4.18 Grafik Debit Banjir Menggunakan HEC-HMS... ... 79
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Tingkat Bahaya Banjir Menurut Priode Kala Ulang ... 11
Tabel 2.2 Gambaran data tata guna lahan ... 16
Tabel 2.3 Parameter penentu jenis sebaran ... 19
Tabel 2.4 Koefisien aliran permukaan (C) untuk Daerah Urban ... 22
Tabel 4.1 Data Curah Hujan Stasiun Sampali ... 41
Tabel 4.2 Data Curah Hujan Stasiun tongkoh ... 42
Tabel 4.3 Data Curah Hujan StasiunHevetia ... 43
Tabel 4.4 Data Curah Hujan Stasiun Belawan ... 44
Tabel 4.5 Data Curah Hujan Harian Maksimum ... 45
Tabel 4.6 Luas Tangkapan Hujan Tiap Stasiun Pengamatan ... 45
Tabel 4.7 Curah Hujan Harian Maksimum Rata-Rata DAS Deli ... 47
Tabel 4.8 Perhitungan Metode Distribusi Normal ... 48
Tabel 4..9 Curah Hujan Rencana Metode Distribusi Normal ... 49
Tabel 4.10 Metode Distribusi Log Normal ... 49
Tabel 4.11 Curah Hujan Rencana Metode Distribusi Log Normal ... 50
Tabel 4.12 Perhitungan Metode Distribusi Log Person III ... 51
Tabel 4.13Curah Hujan Rencana Metode Distribusi Log Person III ... 52
Tabel 4.14 Perhitungan Metode Distribusi Gumbel ... 52
Tabel 4.15 Nilai Mean dan Reduce Standar Deviation ... 53
Tabel 4.16 Nilai Yt ... 53
Tabel 4.17 Curah Hujan Rencana Metode Distribusi Gumbel ... 53
Tabel 4.18 Resume Data Curah Hujan Rencana ... 54
Tabel 4.19 Uji Kecocokan dengan Dispersi Statik ... 55
Tabel 4.20 Perhitungan Statik Distribusi Curah Hujan ... 56
Tabel 4.21 Parameter Yang Diperlukan Uji Sebaran Metode Logaritma ... 56
Tabel 4.22 Perhitungan Parameter Statik Distribusi Curah Hujan ... 57
Tabel 4.23 Hasil Distribusi Statik ... 58
Tabel 4.24 Hasil Uji Sirnov-Kolmogorov ... 59
Tabel 4.25 Syarat Uji Kecocokan Distribusi Sirnov-Kolmogorov ... 59
Tabel 4.26 Zona Penggunaan Lahan DAS Deli ... 60
Tabel 4.27 Nilai Koefisien Pengaliran DAS Deli ... 60
Tabel 4.28 Intensitas Hujan Dengan Periode Ulang Tertentu... 61
Tabel 4.29 Unit Hidrograf Nakayasu ... 62
Tabel 4.30 Debit Banjir Periode Ulang 25 Tahun... 65
Tabel 4.31 Rekapitulasi Debit Banjir Metode Nakayasu ... 66
Tabel 4.32 Debit Inflow/Outflow 25 Tahun ... 67
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sungai merupakan salah satu sumber daya air yang banyak dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan air baku sehingga keberadaannya sangat penting dalam menunjang kebutuhan manusia.
Seiring dengan perubahan kondisi di wilayah sungai, perubahan tata guna lahan dan pertumbuhan penduduk membuat sungai tidak berfungsi optimal sebagaimana mestinya sehingga akibat dari perubahan tersebut adalah timbulnya bencana khususnya bencana banjir yang menyebabkan banyak kerugian.
Seperti kita ketahui Sungai Deli merupakan sungai yang mengalir melalui inti kota Medan. Sungai ini sering mengalami banjir dan melimpasi bantaran di sekitarnya. Limpasan air terjadi karena tidak cukupnya kapasitas alir air sungai- sungai tersebut. Banjir juga dapat merusak bangunan, lahan pertanian, sarana dan prasarana, lingkungan hidup, serta merusak tata kehidupan masyarakat di kota medan.
Jumlah zat cair yang mengalir melalui tampang lintang aliran tiap satu satuan waktu disebut debit aliran dan diberi notasi Q. Debit aliran biasanya diukur dalam voluma zat cair tiap satuan waktu, sehingga satuannya adalah meter kubik per detik (m3/d) atau satuan yang lain ( liter /detik,liter / menit dsb). (Triadmodjo, Bambang 1993).
Di Indonesia,tercatat 5.590 sungai induk dan 600 diantaranya berpotensi menimbulkan banjir. Daerah rawan banjir yang dicakup sungai-sungai induk ini mencapai 1,4 juta hektar. Dari berbagai kajian yang telah dilakukan, banjir yang
melanda daerah-daerah rawan, pada dasarnya disebabkan tiga hal. pertama, kegiatan manusia yang menyebabkan terjadinya perubahan tata ruang dan berdampak pada perubahan alam. Kedua, peristiwa alam seperti curah hujan sangat tinggi, kenaikan permukaan air laut, badai, dan sebagainya. Ketiga, degradasi lingkungan seperti hilangnya tumbuhan penutup tanah pada catchment area, pendangkalan sungai akibat sedimentasi, penyempitan alur sungai dan sebaginya (Bappenas, 2008).
Daerah Aliran Sungai (DAS) Deli dengan luas 48.162 hektar bermula dari pegunungan Bukit Barisan pada ketinggian 1.725 m di atas permukaan laut hingga pantai Selat Malaka. Sungai Deli dengan panjang 71,91 km mengalir melalui kota Medan yang berada di bagian hilir DAS Deli dengan ketinggian berkisar 0-40 m di atas permukaan laut. Sungai ini merupakan saluran utama yang mendukung drainase kota Medan dengan cakupan luas wilayah pelayanan sekitar 51% dari luas kota Medan.
Panjang sungai adalah panjang yang diukur sepanjang sungai, dari stasiun yang ditinjau atau muara sungai sampai ujung hulunya. Sungai utama adalah sungai terbesar pada daerah tangkapan dan yang membawa aliran menuju muara sungai. Pengukuran panjang sungai dan panjang DAS adalah panjang maksimum aliran limpasan dan debit aliran sungai. Panjang DAS adalah panjang maksimum sepanjang sungai utama dari stasiun yang ditinjau (atau muara) ke titik terjauh dari batas DAS. Panjang pusat berat adalah panjang sungai yang diukur sepanjang sungai dari stasiun yang ditinjau sampai titik terdekat dengan titik berat daerah aliran sungai. Pusat berat DAS adalah pusat berat titik perpotongan dari dua atau lebih garis lurus yang membagi DAS menjadi dua DAS yang kira-kira sama besar (Bambang Triadmodjo. 2008).
Terbatasnya peningkatan kapasitas sungai Deli karena banyaknya bangunan, baik bangunan perumahan, perkantoran maupun industri di sepanjang sungai. Dimana luas daerah genangan ± 9.000 ha yang terdiri dari daerah industri, pemukiman dan areal transportasi. Semua ini terjadi disebabkan akibat penampang sungai/anak sungai melalui daerah potensial tersebut semakin kecil disebabkan tingginya tingkat pertumbuhan penduduk, bertambahnya aliran permukaan, kerusakan daerah tangkapan air di hulu sungai, dan kurangnya tingkat
kesadaran masyarakat dimana sering membuang sampah ke sungai/anak sungai dan sangat minimnya biaya operasi serta pemeliharaan untuk bangunan drainase yang sudah ada.
HEC-RAS dikembangkan oleh United States Army Corps of Engineers (USACE). HEC-RAS merupakan software gratis dengan tampilan grafis yang dapat memudahkan penggunanya dalam studi banjir (Quiroga et al, 2016).
Penelitian terdahulu yang mengintegrasikan antara Sistem Informasi Grafis (SIG) dan HECRAS telah dilakukan oleh Tate et al (2002) untuk memetakan floodplain di wilayah Waller Creek,Texas. HEC-RAS juga digunakan oleh Sole et al (2007) untuk memperoleh peta risiko banjir di wilayah Basilicata, Italia dengan mengakuisisi profil permukaan air sesuai dengan kala ulang banjir 30, 200, dan 500 tahun. Heimhuber et al (2015) menggunakan SIG dan HEC-RAS untuk menentukan daerah risiko banjir di wilayah Onaville, Haiti.
Secara struktural langkah-langkah untuk mengurangi banjir dilakukan dengan pemeliharaan tanggul, bendungan, maupun dengan mendesain bangunan anti banjir (Kryžanowski et al, 2014; Neuvel and Van Den Brink, 2009). Namun, cara ini dianggap tidak cukup dalam mengendalikan banjir (Stevens and Hanschka, 2014). Bahaya dan kerugian banjir dapat dicegah dan diminimalisir
dengan memberikan informasi yang akurat kepada masyarakat tentang risiko banjir melalui peta risiko banjir (Demir dan Kisi, 2016). Pengetahuan tentang risiko banjir dapat membantu keputusan dalam rencana pengembangan dan penggunaan lahan, perencanaan strategi tanggap darurat, pemilihan tempat pembuangan limbah, pedoman pengembangan infrastuktur dan pemeliharaan infrastruktur air misalnya waduk, tanggul, ataupun drainase.
Dalam menghitung debit banjir rencana yang berasal dari data curah hujan diperlukan pengontrolan dengan menggunakan data debit terukur dari sungai tersebut. Luas dataran banjir dapat menjadi acuan umtuk menghitung potensi kerugian yang disebabkan oleh banjir di DAS Deli.
Dalam menggunakan metode empiris dari pengolahan data curah hujan seringkali terdapat penyimpangan hasil dengan data debit banjir rencana hasil data debit terukur sehingga perlu adanya kajian ketelitian agar nantinya dapat diperoleh data debit banjir rencana yang sesuai dengan keadaan sebenarnya di lapangan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, yang menjadi perumusan masalah adalah :
1. Berapakah debit banjir maksimum kala ulang 2, 5, 10, 15, 25, 50 dan 100 tahun di sungai Deli?
2. Berapakah besar debit banjir yang terjadi di Sungai Deli?
1.3 Tujuan
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Mendapatkan potensi lokasi terkena banjir di kota Medan pada wilayah DAS Sungai Deli.
2. Untuk mendapatkan nilai debit banjir rencana untuk periode ulang 2, 5, 10, 15, 25, 50 dan 100 tahun.
1.4 Pembatasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah :
1. Menghitung curah hujan dengan data harian maksimum 2006-2015 dari empat stasiun penakar curah hujan yaitu: Stasiun Sampali, Stasiun Tongkoh, Stasiun Helvetia, dan Stasiun Belawan
2. Menganalisis frekuensi distribusi curah hujan kala ulang 2, 5, 10, 15, 25, 50, dan 100 tahun.
3. Menghitung Debit Banjir dengan menggunakan Hidrograf Satuan Sintetis Nakayasu
4. Menganalisis potensi banjir dengan meng-input data profil sungai, curah hujan, dan karakteristik sungai dengan menggunakan HEC-RAS.
5. Mengintegrasikan output dari HEC-RAS dengan peta Administrasi Kota Medan
6. Penelitian ini tidak membahas lama genangan banjir
7. Pemetaan Daerah terkena banjir hanya menggunakan Debit Banjir dari perhitungan HSS Nakayasu
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan pada penelitian ini adalan sebagai berikut :
1. Bagi penulis: Menjadi database dalam manajamen pengendalian banjir 2. Bagi akademik: Menjadi dasar pertimbangan bagi perencana tata kota dan
pemerintah dalam membatasi penggunaan lahan untuk tujuan pengendalian banjir di Kota Medan.
3. Bagi masyarakat: Memberikan informasi kepada masyarakat tentang daerah yang berpotensi tergenang banjir di Sungai Deli.
1.6 Sistematika Penulisan
Adapun tahapan sistematika penulisan tugas akhir ini adalah :
Bab I. Pendahuluan
Merupakan bingkai studi atau rancangan yang akan dilakukan meliputi tinjauan umum, latar belakang, ruang lingkup permasalahan, pembatasan masalah, tujuan, manfaat ,dan sistematika penulisan.
Bab II. Tinjauan Pustaka
Bab ini menguraikan tentang teori yang berhubungan dengan penelitian agar dapat memberikan gambar model dan metode analisis yang akan digunakan dalam menganalisa masalah.
Bab III. Metodologi Penelitian dan Karakteristik Pelaksanakan Penelitian
Bab ini menguraikan tentang metode yang akan digunakan dan rencana kerja dari penelitian serta mendeskripsikan lokasi penelitian.
Bab IV. Analisis Pembahasan
Bab ini merupakan analisa tentang permasalahan, evaluasi dan perhitungan terhadap masalah yang ada pada penelitian.
Bab V. Kesimpulan dan Saran
Merupakan kesimpulan dari butir–butir hasil analisa dan pembahasan yang telah dilakukan. Kesimpulan juga disertai dengan rekomendasi saran yang ditujukan untuk penelitian selanjutnya atau untuk penerapan hasil penelitian di lapangan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Siklus Hidrologi
Siklus hidrologi memegang peran penting bagi kelangsungan hidup organisme bumi. Melalui siklus ini, ketersediaan air di daratan bumi dapat tetap terjaga mengingat teraturnya suhu lingkungan, cuaca, hujan dan keseimbangan ekosistem bumi dapat tercipta karena proses siklus hidrologi ini.
Air di bumi antara lain meliputi yang ada di atmosfir, di atas permukaan tanah dan di bawah permukaan tanah . Jumlah air di bumi kurang lebih berjumlah 1400 x = 1400 x , yang terdiri dari :
1. Air laut : 97%
2. Air tawar : 3%, yang meliputi :
a. Salju, es, gletser : 75%
b. Air tanah : 24%
c. Air danau : 0,3%
d. Butir-butir daerah tak jenuh :0,065%
e. Awan, kabut, embun, hujan : 0,035%
f. Air sungai : 0,030%
Siklus hidrologi merupakan rangkaian proses berpindahnya air permukaan bumi dari suatu tempat ke tempat lainnya hingga kembali ke tempat asalnya. Air naik ke udara dari permukaan laut atau dari daratan melalui evaporasi. Air di atmosfer dalam bentuk uap air atau awan bergerak dalam massa yang besar i atas benua dan dipanaskan oleh radiasi tanah.
Panas membuat uap air lebih naik lagi sehingga cukup tinggi dan dingin untuk terjadi kondensasi. Uap air berubah jadi embun dan seterusnya jadi hujan atau salju. Curahan (precipitation) turun ke bawah, ke daratan atau langsung ke laut. Air yang tiba di daratan kemudian mengalir di atas permukaan sebagai sungai, terus kembali ke laut.
(Limantara,L.M., 1986).
Gambar 2.1 Siklus Hidrologi yang berkaitan 2.2 Pengertian Banjir
Menurut Undang-undang No.24 Tahun 2007 bencana banjir adalah peristiwa yang mengancam dan mengganggu kehidupan dan penghidupan masyarakat.
Besarnya pasokan air banjir diidentifikasi dari besarnya curah hujan (sebagai masukan sistem DAS) dan karakteristik daerah tangkapan air (catchment area).
Suatu keadaan dapat dikatakan banjir jika air yang meluap dan tertahan pada suatu wilayah yang rendah mencapai tinggi muka air 30 hingga > 200 cm. Tingkat ancaman hujan terhadap besarnya banjir tergantung dari hujan harian maksimum yang merata terjadi pada daerah tangkapan air tersebut. Sedangkan karakteristik daerah tangkapan air dipilah antara parameter penyusun alami (relatif sulit dikelola) dan penyusun manajemen (mudah dikelola). Parameter atau faktor alami
yang mempengaruhi air banjir dari daerah tangkapan air, bentuk DAS dan gradien sungai.
Faktor manajemen adalah penggunaan/penutupan lahan. Kondisi hutan merupakan salah satu unsur dari manajemen penutupan lahan yang berpengaruh terhadap banjir (Paimin dkk, 2009).
2.2.1 Banjir dan jenisnya
Jenis banjir terbagi berdasarkan lokasi sumber aliran permukaan dan berdasarkan
mekanisme terjadinya banjir (M. Syahril, 2009) yaitu:
1. Berdasarkan lokasi sumber aliran permukaannya:
a) Banjir Kiriman (banjir bandang): Banjir yang diakibatkan oleh tingginya curah hujan
didaerah hulu sungai.
b) Banjir lokal: banjir yang terjadi karena volume hujan setempat yang melebihi kapasitas pembuangan disuatu wilayah.
2. Berdasarkan mekanisme banjir tediri atas 2 jenis yaitu:
a) Regular Flood: Banjir yang diakibatkan oleh hujan
b) Irregular Flood: Banjir yang diakibatkan oleh selain hujan, seperti tsunami, gelombang pasang, dan hancurnya bendungan.
2.2.2 Tingkat Bahaya Banjir
Tingkat kerawanan daerah yang terkena banjir (kebanjiran) diidentifikasi dari karakter
wilayahnya seperti bentuk lahan, lereng kiri-kanan sungai, meandering, pebendungan alami, dan adanya bangunan pengendali banjir. Bentuk lahan (landform) dari sistem lahan seperti dataran aluvial, lembah aluvial, kelokan
sungai, dan rawa-rawa merupakan daerah yang rentan terkena banjir karena merupakan daerah rendah atau cekungan dengan lereng (Paimin dkk, 2009).
Tingkat bahaya banjir menurut periode kala ulang dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Tingkat Bahaya Banjir Menurut Periode Kala Ulang
Kelas Kala Ulang Debit Banjir Daerah Rawan Banjir
1 Q50 – Q100 Sangat Tinggi
2 Q30 – Q50 Tinggi
3 Q10 – Q30 Sedang
4 Q1 – Q10 Rendah
Sumber: Zevri, 2014
2.3 Upaya Penanggulangan Risiko Banjir
Pentingnya memahami suatu bencana khususnya bencana banjir di wilayah perkotaan
merupakan langkah awal dalam mengurangi kerugian dari segala aspek. Prinsip pengoleloaan risiko banjir terdiri atas 12 tahapan, yaitu
1. Memahami jenis, sumber, aset-aset yang ter ekspose dan kerentanan banjir.
2. Rancangan untuk pengolahan banjir harus dapat menyesuaikan dengan perubahan dan ketidakpastian di masa depan.
3. Urbanisasi yang berjalan cepat membutuhkan pengolahan risiko banjir secara terintegrasi dengan rancangan kota rutin dan tata laksana.
4. Starategi terintegrasi membutuhkan penggunaan tindakan-tindakan struktural dan non-struktural dan cara pengukuran yang tepat untuk mendapatkan hasil yang seimbang secara tepat.
5. Tindakan-tindakan struktural dengan rekayasa tinggi dapat menyebabkan transfer risiko di hilir dan di hulu.
6. Kemungkinan untuk meniadakan risiko banjir secara keseluruhan adalah mustahil.
7. Banyak tindakan pengelolahan banjir memiliki keuntungan berganda di atas peran mereka mengelola banjir.
8. Sangat penting untuk mempertimbangkan konsekuensi sosial dan ekologis secara lebih luas dalam pembiayaan pengelolahan banjir.
9. Kejelasan mengenai siapa yang bertanggung jawab untuk konstruksi dan pengelolahan program-program risiko banjir sangat perlu. Implementasi tindakantindakan pengelolahan risiko banjir memerlukan kerjasama dari para pemangku kepentingan.
10. Perlu adanya komunikasi yang berlangsung secara terus menerus untuk meningkatkan kesadaran dan memperkuat kesiapan.
2.5 Daerah Aliran Sungai
2.5.1 Pengertian Daerah Aliran Sungai
Daerah Aliran sungai (DAS) merupakan ruang dimana sumber daya alam terutama vegetasi, tanah dan air, berada dan tersimpan serta tempat hidup manusia dalam memanfaatkan sumberdaya alam tersebut untuk memenuhi kebutuhan hidupnya. Sebagai wilayah, DAS juga dipandang sebagai ekosistem dari daur air, sehingga DAS di definisikan sebagai suatu wilayah daratan yang merupakan satu kesatuan dengan sungai dan anak-anak sungainya, yang berfungsi menampung, menyimpan, dan mengalirkan air yang berasal dari curah hujan ke danau atau ke laut secara alami. Batas di darat merupakan pemisah topografi dan batas dilaut sampai dengan daerah perairan yang masih terpengaruh aktivitas daratan (UU No.7 Tahun 2004).
Dengan demikian DAS merupakan satuan wilayah alami yang memberikan manfaat produksi serta memberikan pasokan air melalui sungai, air tanah, dan
2.6 Catchment Area
Suatu kesatuan wilayah tata air yang terbentuk secara alamiah, dimana air akan mengalir melalui sungai dan anak sungai disebut daerah aliran sungai (DAS). Dalam istilah bahasa inggris disebut Catchment Area, Watershed, atau River Basin.
Fungsi pokok sungai adalah untuk mengalirkan kelebihan air dari permukaan tanah, sedangkan fungsi lainnya adalah dapat digunakan untuk kesejahteraan manusia, seperti sumber air minum, PLTA, pengairan, transportasi air, untuk meninggikan tanah yang rendah dan mengatur suhu tanah. Menurut peraturan perundangan yang ada, fungsi sungai adalah:
a. Sungai sebagai sumber air yang merupakan salah satu sumber daya alam yang mempunyai fungsi serba guna bagi kehidupan manusia.
b. Sungai harus dilindungi dan dijaga kelestariannya, ditingkatkan fungsi dan pemanfaatannya, dan dikendalikan daya rusaknya terhadap lingkungan.
2.7 Tata Guna Lahan
Tata guna lahan ialah pengarahan penggunaan lahan dengan kebijakan dan program tata keruangan untuk memperoleh manfaat total sebaik-baiknya secara berkelanjutan dari daya dukung tiap bagian lahan yang tersediakan.
Oleh karena itu daya dukung lahan dapat dikembangkan dengan teknologi sampai batas layak menurut ukuran efisiensi penggunaan masukan dan ambang keseimbangan lahan selaku sistem, tataguna lahan dapat dirancang dengan berbagai skenario tingkat teknologi yang diterapkan. Istilah tata guna menunjukkan fungsi-kemanfaatan yang bersifat dinamis-aktif. Daerah studi kecuali Pusat kota Medan. Gambaran data Tata guna lahan dapat disimak pada Tabel 2.2 berikut ini :
Tabel 2.2 Gambaran data Tata guna lahan No. Jenis Pengguna Lahan Luas ( km2
)
Prosentasi % 1
2 3 4 5 6 7
Persawahan Perkebunan Permukiman
Perkantoran & Perdagangan Pabrik /Industri
Rawa
Daerah Terbuka
200 182 173 19 10 42 280
22,1 20,1 19,1 2,1 1,1 4,6 30,0
Jumlah 906 100
2.8 Metode Analisis Banjir 2.8.1 Analisis Frekuensi
Sistem hidrologi biasanya dipengaruhi oleh peristiwa yang luar biasa (ekstrim), seperti hujan lebat, banjir dan kekeringan. Peristiwa berbanding terbalik dengan frekuensi kejadiannya. Peristiwa yang luar biasa ekstrim kejadiannya sangat langka. Tujuan dari analisis frekuensi data hidrologi untuk melihat kaitan besarnya peristiwa dengan frekuensi kejadiannya. Data hidrologi yang dianalisis bersifat independent dan terdistribusi secara acak dan bersifat statistik.
Untuk mendapatkan perbedaan panjang data yang dipergunakan dalam analisis frekuensi akan menghasilkan perkiraan hujan dengan kala ulang tertentu.
Semakin panjang data yang digunakan, maka akan memberikan hasil yang semakin baik (Harto Sri, 1993).
a. Distribusi normal
Distribusi normal disebut pula distribusi Gauss. Secara sederhana, persamaan distribusi normal dapat ditulis sebagai berikut:
XT = X + KT.S (2.1)
di mana:
XT = Perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T- tahunan II-15
X = Nilai rata-rata hitung variat S = Deviasi standar nilai variat
KT = Faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang.
a. 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 sebagai berikut :
log XT = log ̅+ (KT x S) (2.2) di mana:
XT = Intensitas curah hujan dengan periode ulang tahun.
X = Curah hujan rata - rata S = Deviasi standar nilai variat
KT = Faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang.
a. Distribusi Log Person III
Parameter statistik yang diperlukan pada perhitungan Log Person III ada 3 yaitu: harga rata-rata (mean), penyimpangan baku (Standard deviation) dan koefisien swekness. Terdapat 12 buah distribusi Pearson, tetapi hanya distribusi Log Person III yang dipakai dalam analisis hidrologi. Tidak ada syarat untuk distribusi ini, disebut Log Person III karena memperhitungkan 3 parameter fisik (Limantara Lili, 2010).
*∑ ( )
+ (2.3) ∑ ( )
( )( )( ) (2.4)
̅ (2.5) dimana:
XT = Curah hujan rencana Cs = Koefisien kemiringan S = Standar deviasi
K = Variabel standar untuk X yang besarnya tergantung dari nilai Cs
d. Distribusi Gumbel
Jika data yang digunakan dalam perhiungan berupa sampel maka pertihungan hujan rencana berdasarkan distribusi gumbel dilakukan dengan rumus seperti berikut:
*∑ ( ̅)
+ (2.6) ̅ ( ) (2.7)
dimana:
YTr = Reduced variate
S = Standar deviasi data hujan
Sn = Standar deviasi yang juga tergantung pada jumlah sampel Yn = Reduced mean yang tergantung jumlah sampel
Xi = Curah hujan harian maksimum setiap tahun ̅T = Curah hujan harian maksimum rata-rata XT = curah hujan rencana
Dari parameter data curah hujan skala normal, dapat diestimasi distribusi yang cocok dengan curah hujan tertentu. Ketentuan dalan pemilihan distribusi dapat dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2 parameter Penentu Jenis Sebaran
Jenis Sebaran Syarat
Normal Cs = 0 Ck = 3
Log Normal Cs = 0,763 Ck = 3
Log Pearson III Cs 0 Ck = 1,5 Cs + 3
Ck = 3,873
Gumbel Cs < 1,1396 Ck < 5.4002
Sumber: Limantara Lili, 2010.
Jika didalam perhitungan mendapatkan semua jenis sebaran memenuhi syarat maka yang dipilih adalah metode yang mendekati parameter.
2.9 Uji Kesesuaian Distribusi
Uji kesesuaian distribusi adalah uji untuk mengukur apakah data tersebut memiliki distribusi normal sehingga dapat digunakan kedalam statistik parametrik, cara yang biasa digunakan dalam masalah ini adalah Smirnov-Kormogorov. Uji Smirnov-Kolmogorov adalah uji distribusi terhadap penyimpangan data ke arah horizontal untuk mengetahui suatu data sesuai dengan jenis sebaran teoritis yang dipilih atau tidak (Putri Zandiba). Sebelum melakukan uji kesesuaian terlebih dahulu dilakukan plotting data dengan tahapan sebagai berikut (Limantara Lili, 2010).
1. Data hujan harian maksimum tahunan disusun dari besar kecil.
2. Hitung probabilitasnya dengan rumus weilbull (Harto Sri, 1993).
(2.8) dimana:
p =Probabilitas ( ) m =Nomor urut data n =Jumlah data
3. Plotting data debit (X) dengan probabilitas P.
4. Tarik garis durasi dengan mengambil 2 titik pada metode Gumbel (Gris teoritis berupa garis lurus) dan 3titik pada metode Log Pearson III (garis teroritis berupa garis lengkung kecuali untuk Cs = 0 garis teoritis berupa garis lurus).
Persamaan yang dapat digunakan adalah:
[ ] (2.9) dimana:
=Selisih maksimum antara peluang empiris dan teoritis =Peluang empiris
=Peluang teoritis
=Simpangan kritis 2.9.1 Koefisien Limpasan
Koefisien C didefinisikan sebagai nisbah anara laju puncak aliran permukaan terhadap intensitas hujan. Faktor utama yang mempengaruhi nilai C adalah laju infiltrasi tanah, tanaman penutup tanah dan intensitas hujan (Arsyad, 2006). Faktor utama yang mempengaruhi koefisien adalah laju infiltrasi tanah, kemiringan tanah, tanaman penurup tanah, dan intensitas hujan. Selain itu juga tergantung pada sifat dan kondisi tanah, air tanah, derajat kepadatan tanah, porositas tanah, dan tingkat kejenuhan tanah (Suripin, 2004).
Daya infiltrasi menentukan besarnya air hujan yang dapat diserap kedalam tanah. Sekali air hujan tersebut masuk kedalam tanah maka tidak dapat diuapkan kembali dan tetap akan berada dibawah permukaan tanah yang akan mengalir sebagai air tanah. Aliran ai tanah sangat lambat, makin besar daya infiltrasi mengakibatkan limpasan
permukaan makin kecil sehingga debit puncaknya akan lebih kecil (Soemarto, 1995).
Metode rasional untuk menghitung debit puncak yang ditimbulkan sering digunakan dalam drainase perkotaan. Parameter hidrologi yang diperhitungkan adalah intensitas hujan, durasi hujan, frekuensi hujan, luas DAS, kehilangan air dan konsentrasi aliran. Metode rasional didasarkan pada persamaan berikut :
Q = 0,278 CIA (2.10) dimana:
Q :debit puncak I :intensitas hujan A :luas daerah tangkapan
C :koefisien aliran yang tergantung pada jenis permukaan lahan
Nilai koefisien limpasan berdasarkan SNI 03-2415-1991 dapat dilihat pada Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Koefisien Aliran Permukaan (C) untuk Daerah Urban
Jenis Daerah Koefisien C
Daerah Perdagangan
Kota 0.70-0.95
Sekitar Kota 0.50-0.70
Daerah Pemukiman
Satu Rumah 0.30-0.50
Banyak Rumah, terpisah 0.40-0.50
Banyak Rumah, rapat 0.60-0.75
Pemukiman, pinggiran kota 0.25-0.40
Apartemen 0.50-0.70
Daerah Industri
Ringan 0.50-0.80
Padat 0.60-0.90
Lapangan, Kuburan dan sejenisnya 0.10-0.25 Halaman, jalan kereta api dan
sejenisnya
0.20-0.35
Lahan tidak terpelihara 0.10-0.30
Sumber: Badan Standardisasi Nasional, 1991
2.10 Metode Hidrograf Banjir
Seperti yang diketahui sebagian besar curah hujan akan manjadi limpasan langsung. Aliran semacam ini mengahasilkan debit puncak banjir yang tinggi.
Teori hidrograf satuan ini menghubungkan hujan netto atau hujan effektif, yaitu sebagian huajan total yang menyebabkan adanya limpasan permukaan, hidrograf 2.11 Metode Perhitungan Debit Banjir
Dengan adanya perhitungan debit banjir, maka akan didapat nilai debit banjir dan muka air yang bermanfaat untuk perencanaan bangunan air sebagai upaya penanggulangan banjir di sungai deli. Besarnya debit rencana dapat dihitunga dengan menggunakan metode Rasional kalau daerah alirannya kurang dari 80 Ha. Untuk daerah yang alirannya lebih luas sampai dengan 5000 Ha, digunakan hidrograf satuan atau metode rasional yang diubah. Rumus metode rasional adalah sebagai berikut :
2.11.1 Hidrograf Satuan Sintetis (HSS) Nakayasu
Hidrograf Satuan Sintetis (HSS) Nakayasu, memerlukan beberapa parameter dalam analilis antara lain:
1. Tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak hujan hidrograf (Time to Peak Magnitude), Tp.
2. Tenggang waktu dari titik berat hujan sampai titik berat hidrograf (Time Lag), tg.
3. Tenggang waktu hidrograf (Time Base of Hydrograph), TB.
4. Luas daerah pengaliran (Cathmen Area), A.
5. Panjang alur sungai utama terpanjang (length of the Longest Channel), L
6. Koefisien Pengaliran (Runn off Coefficient), C
Rumus penunjang yang dilakukan dalam analisis Hss Nakayasu adalah sebagai berikut:
(2.11)
(2.12) dimana:
Tp = Tenggang waktu (time lag) dari permulaan hujan sampai ppuncak banjir (jam)
Tg = Waktu konsentrasi hujan (jam)
T0,3 = Waktu yang diperlukan oleh penurunan debit, dari debit puncak sampai menjadi 30% dari debit puncak (jam)
Cara menghitung tg
Jika L 15 Km, maka tg = 0,40 + 0,058 L (2.13) L 15 Km, maka tg = 0,21L0.7 (214) dimana:
= Parameter hidrograf tg = 0,5 x tg sampai 1 x tg catatan:
1. Daerah pengaliran biasa = 2
2. Bagian naik hidrograf yang lambat dan bagian menurun yang cepat: = 1,5
3. Bagian naik hidrograf yang cepat dan bagian menurun yang lambat: = 3
4. Menurut pengalaman dan penelitian yang telah dilakukan, untuk mendapatkan hasil yang akurat dan sesuai dengan kondisi DAS di Indonesia, perlu dilakukan kalibrasi parameter: tersebut
a. Debit Puncak Banjir
( (2.14) dimana:
Qp = Q maks, merupakan debit puncak banjir (m3/det) C = Koefisien aliran
A = Luas DAS (sampai ke outlet)(Km2) R0 = Hujan satuan (mm)
Tp = Tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak banjir (jam) T0,3 = Waktu yang diperlukan oleh penurunan drbit, dari debit puncak sampai
menjadi 30% dari debit puncak (jam) b. Persamaan Hidrograf Satuan:
1. Pada Kurva Naik
(
) (2.15) 2. Pada Kurva Turun
( )
( ) ( )
( )
(2.16) 2.12 Aplikasi HEC-RAS
HEC-RAS merupakan program aplikasi untuk pemodelan aliran terbuka seperti drainase, sungai, dan penampang saluran terbuka lainnya. River Analysis System (RAS), dibuat oleh Hydrologic Engineerin Center (HEC) yang merupakan satuan kerja di bawah US Army Corps of Engineer Center (USACE). HEC-RAS dapat menyajikan merupakan pemodelan satu dimensi aliran tunak maupun tak-tunak (steady and unsteady onedimensional flow model). HEC-RAS memiliki empat komponen model satu dimensi yaitu:
1. Hitungan profil muka air aliran tunak 2. Simulasi aliran tak-tunak
3. Hitungan angkutan sedimen 4. Hitungan kualitas air
Dalam pemodelan, input HEC-RAS untuk pemodelan keempat tersebut dapat memakai data geometri yang sama, routine hitungan hidraulika yang sama, serta beberapa fitur desain hidraulik yang dapat diakses setelah hitungan profil muka air dilakukan. HEC-RAS merupakan program aplikasi yang mengintegrasikan fitur graphical user interface, analisis hidraulik, manajemen dan penyimpanan data, grafik, serta pelaporan.
2.12.1 Graphical User Interface
Interface ini berfungsi sebagai penghubung antara pemakai dan HEC-RAS. Graphical interface dibuat untuk memudahkan pemakaian HEC-RAS dengan tetap mempertahankan efisiensi.
Melalui graphical interface ini, dimungkinkan untuk melakukan hal-hal berikut:
1. Manajemen file
2. Memasukkan data serta mengeditnya 3. Melakukan analisis hidraulik
4. Menampilkan data masukan maupun hasil analisis dalam bentuk tabel dan grafik
5. Penyusunan laporan 6. Mengakses on-line help
2.12.2 Analisis Hidraulika
Steady Flow Water Surface Component. Modul ini berfungsi untuk menghitung profil muka air aliran permanen berubah beraturan (steady gradually varied flow). Program ini mampu memodelkan jaringan sungai, sungai dendritik, maupun sungai tunggal. Regime aliran yang dapat dimodelkan adalah aliran sub-kritik, super-kritik, maupun campuran antara keduanya. Modul aliran HEC-RAS mampu memperhitungkan pengaruh berbagai hambatan aliran, seperti jembatan (bridges), gorong-gorong (culverts), bendung (weirs), ataupun hambatan dibantaran sungai.
Unsteady Flow Simulation. Modul ini mampu mensimulasikan aliran tak- permanen satu dimensi pada sungai yang memiliki alur kompleks. Semula, modul aliran tak-permanen HEC-RAS hanya dapat diaplikasikan pada aliran sub-kritik dan mensimulasikan regime aliran campura (sub-kritik, super-kritik, loncat air, dan drawdowns). Fitur spesial modul aliran tak- permanen mencakup analisis dam-break, limpasan melalui tanggul dan tanggul jebol, pompa, operasi dam navigasi, serta aliran tekan dalam pipa.
Sediment Transport/Movable Boundary Computations. Modul ini mampu mensimulasikan transport sediment satu dimensi (simulasi perubahan
dasar sungai) akibat gerusan atau deposisi dalam waktu yang cukup panjang (umumnya tahunan, namun dapat pula dilakukan simulasi perubahan dasar sungai akibat sejumlah banjir tunggal). Potensi transpor sedimen dihitung berdasarkan fraksi ukuran butir sedimen sehingga memungkinkan simulasi armoring dan sorting. Fitur utama modul transport sediment mencakup kemampuan untuk memodelkan suatu jaring (network) sungai, dredging, berbagai alternatif tanggul, dan pemakaian berbagai persamaan (empiris) transport sediment.
Modul transport sediment dirancang untuk mensimulsikan trend jangka panjang gerusan dan deposisi yang diakibatkan oleh perubahan frekuensi dan durasi debit atau muka air, ataupun perubahan geometri sungai. Modul ini dapat pula dipakai untuk memprediksi deposisi didalam resevoir, desain kontraksi untuk keperluan navigasi, akibat banjir, serta mengkaji sedimentasi disuatu saluran.
Water Quality Analysis. Modul ini dapat dipakai untuk melakukan analisis kualitas air di sungai. HEC-RAS versi 4.0 Beta saat ini baru dapat dipakai untuk melakukan analisis temperatur air. Versi ini akan dapat dipakai untuk melakukan simulasi transpor berbagai konstituen kualitas air.
2.12.3 Penyimpanan Data dan Manajemen Data
Penyimpanan data dilakukan ke dalam “flat” files (format ASCII dan biner), serta file HEC-DSS. Data masukan dari pemakai HEC-RAS disimpan kedalam file-file yang dikelompokkan menjadi: project, plan, geometry, steady flow, unsteady flow, dan sediment data. Hasil keluaran model disimpan kedalam binary file. Data dapat ditransfer dari HEC-RAS ke program aplikasi lain melalui HEC-DSS file.
Manajemen data dilakukan melalui user interface. Pemakai diminta
untuk menuliskan satu nama file untuk project yang sedang dia buat.
HEC-RAS akan menciptakan beberapa file secara automatik (file-file:
plan, geometry, steady flow, unsteady flow, output, etc). Dan menamainya sesuai dengan nama file project yang dituliskan oleh pemakai. Penggantian nama file, pemindahan lokasi penyimpanan file, penghapusan file dilakukan oleh pemakai melalui interface; operasi tersebut dilakukan berdasarkan project-by-project. Penggantian nama, pemindahan lokasi penyimpanan, ataupun penghapusan file yang dilakukan dari luar HEC-RAS (dilakukan langsung pada folder), biasanya akan menyebabkan kesulitan pada saat pemakaian HEC-RAS mengingat pengubahan tersebut kemungkinan besar tidak dikenali oleh HEC-RAS. Oleh karena itu, operasi atau modifikasi file-file harus dilakukan melalui perintah dari dalam HEC-RAS.
2.12.4 Grafik dan Pelaporan
Fasilitas grafik yang disedikan oleh HEC-RAS mencakup grafik X-Y alur sungai, tampang lintang, rating curves, hidrograf, dan grafik- grafik lain yang merupakan plot X-Y berbagai variabel hidraulik.
HEC-RAS menyediakan pula fitur 3D beberapa tampang lintang sekaligus. Hasil keluaran model dapat pula ditampilkan dalam bentuk tabel. Pemakai dapat memilih antara tabel yang telah disediakan oleh HEC-RAS atau membuat/mengedit tabel sesuai kebutuhan. Grafik dan tabel dapat ditampilkan di layar, dicetak, atau dicopy ke clipboard untuk dimasukkan kedalam program aplikasi lain (word processor, spreadsheet). Fasilitas pelaporan pada HEC-RAS dapat berupa pencetakan data masukan dan keluaran hasil pada printer atau plotter.
Dalam penggunaan program HEC-RAS, yang perlu diperhatikan yaitu input data untuk HEC-RAS. Setiap data yang berhubungan dengan kondisi kajian sudah tentu merupakan input pada pemodelan. Data geometri untuk model saluran dan bangunan air menggunakan data lapangan hasil survei dan data ketinggian elevasi. Data perhitungan hidrologi berupa data debit banjir dengan periode ulang tertentu.
Pemodelan dibuat dengan memanfaatkan data debit berdasarkan kurva hidrograf untuk mengetahui pergerakan air. Data kecepatan air sesaat yang tercatat dan sudah dianalisis secara hidrolis dapat menjadi input pada syarat batas.
2.12.5 HEC-RAS dalam Analisis Potensi Banjir
Dalam permasalahan banjir hal utama yang harus diketahui adalah sampai setinggi mana profil muka air yang dihasilkan oleh debit banjir sehingga dapat menggenangi daerah di sekitar sungai tersebut. Maka dari itu dengan menggunakan program HEC-RAS dapat diprediksi sampai setinggi mana profil muka air banjir yang terjadi. Hasil daripada prediksi tersebut dapat ditampilkan menurut periode ulang tahunan baik itu Q25 sampai Q100 yang terjadi sepanjang daerah aliran sungai baik itu di badan sungai, bantaran sungai bagian kiri dan kanan, sampai daerah dataran tinggi yaitu daerah pemukiman dan fasilitas-fasilitas infrastruktur yang ada disekitar sungai. Dengan adanya simulasi pemodelan seperti ini banjir dapat dianalisa dan dapat memprediksi banjir tahunan yang sering terjadi akibat curah hujan yang sangat tinggi dan akibat saluran penampang sungai yang tidak dapat menampung debit banjir yang melebihi kapasitas tampang saluran.
Gambar 3.1. Lokasi Pekerjaan Sungai Deli
3.2 Jenis Penelitian
Penelitian ini merupakan penelitian survei deskriptif untuk mengetahui daerah yang tergolong dalam zona rawan banjir di Kota Medan akibat pengaruh Daerah Akiran Sungai (DAS) Deli.
Analisis deskriptif dilaksanakan dengan pendekatan kuantitatif. Analisis kuantitatif diperlukan dalam menganalisis data curah hujan dan data profil sungai untuk mengetahui potensi banjir yang terjadi, kemudian akan diinput ke software HEC-RAS yang memberikan pemodelan berupa tinggi banjir dan dataran banjir yang terjadi. Peta Daerah Aliran Sungai (DAS) Deli, Peta Administrasi Kota Medan, Peta Bangunan Kota Medan dan Digital Elevation Model (DEM) merupakan hal yang sangat mendukung dalam melakukan prediksi genangan banjir.
Mulai
Studi Pendahuluan -Latar Belakang -Tujuan
-Ruang Lingkup
Pengumpulan Data
Data Primer -Debit Sesaat -Foto Dokumentasi
Data Skunder
-Peta Tata Guna Lahan -Peta Profil Sungai -Curah Hujan Harian Maksimum 10 tahun
Analisis Distribusi Hujan -Distribusi Normal -Distribusi Log Normal -Distribusi Log Person III -Distribusi Gumbel
Analisis Pemodelan Hidrograf Banjir Rencana
-Metode Nakayasu
Analisis Genangan Banjir
Menentukan Q kapasitas s.Deli Survey Lapangan Ke Kawasan Banjir Sungai Deli Q kap> QBanjir Q kap< QBanjir
Analisis Daerah Genangan Banjir Berdasarkan Kondisi
Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian 3.3 Garis Besar Penelitian
Berdasarkan pada gambar 3.1, studi penelitian dapat dibagi kedalam beberapa tahapan/langkah sebagai berikut:
3.3.1 Studi Pendahuluan
Berupa pengumpulan literatur mengenai penelitian yang sama di lokasi berbeda dan sumber lain yang berkaitan dengan penelitian.
3.4 Teknik dan Pengumpulan Data 3.4.1 Data Primer
Data primer adalah data yang langsung diambil dari objeknya oleh peneliti berupa tanya jawab atau wawancara dengan pejabat pembuat Komitmen Perencanaan dan Program Balai Basar Wilayah Sungai Deli Sumatera Utara. Dan berdasarkan masyarakat sekitar bahwa sering terjadi banjir di daerah Sungai Deli. Adapun data primer yang terdiri dari :
1. Pengukuran dimensi sungai pada beberapa titik sungai deli 2. Pengamatan kondisi eksisting sungai
3. Survey kondisi lokasi terkena banjir di beberapa titik DAS deli 4. Survey pengukuran debit eksisting
3.4.2 Data Sekunder
Data sekunder adalah data yang diambil oleh peneliti secara tidak langsung dari objeknya berupa data tertulis tersebut berupa gambar penampang melintang Sungai Deli, gambar situasi Sungai Deli, peta DAS (Daerah Aliran Sungai) Deli, data curah hujan, data potongan melintang Sungai Deli. Adapun data skunder yang terdiri dari :
1. Peta tata guna lahan
Kesimpulan Dan Saran
selesai
2. Peta profil sungai deli
3. Data curah hujan harian maksimum 10 tahun terakhir 4 stasiun 3.4.3 Peralatan yang digunakan
Dalam melakukan penelitian ini dibutuhkan alat untuk menunjang mendapatkan data dilapangan, seperti :
1. Current meter 2. Pelampung 3. Bak ukur
4. Meteran (5m, 30m, 50m) 5. Tali (45 meter)
6. Sepatu Booth 7. Kayu patok
8. Cat (merah,hitam,putih) 9. Perekat (lakban hitam) 10. Batu besar
3.5 Analisis Data
Metode yang digunakan dalam menganalisis data pada penelitian yaitu data yang telah dikumpulkan kemudian diolah dalam perhitungan yang ada, dengan cara hidrograf satuan syntetis snyder dan metode nakayasu.
3.5.1 Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu
Perhitungan debit banjir rancangan menggunakan metode Nakayasu. Unsur hidrograf tersebut dihubungkan dengan debit puncak banjir, koefisien pengaliran, hujan satuan, luas DAS, tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak banjir, waktu yang diperlukan oleh penurunan debit, dan satuan waktu hujan.
3.5.2 Hidrograf satuan Sintetik Snyder
Metode ini membutuhkan rumus empiris dengan koefisien-koefisien empiris yang menghubungkan unsur-unsur hidrograf satuan dengan karakteristik daerah pengaliran. Unsur hidrograf tersebut dihubungkan dengan luas daerah pengaliran, panjang aliran utama dan jarak antara titik berat daerah pengaliran dengan pelepasan yang diukur sepanjang aliran utama.
3.5.3 Analisis Potensi Banjir dengan HEC-RAS
Data sungai baik itu Long Section, Cross Section maupun kemiringan dan elevasi sungai kemudian akan diolah dengan debit banjir pada SoftwareHydroligic Engineering Centre River Analysis System (HEC-RAS) Versi 5.0 Output dari hasil pengolahan data tersebut dapat ditunjukkan dengan simulasi terjadinya potensi banjir tahunan pada SoftwareHydroligic Engineering Centre River Analysis System (HEC-RAS) Versi 5.0 tersebut adalah sebagai berikut:
1. Buka SoftwareHydroligic Engineering Centre River Analysis System (HEC- RAS) Versi 5.0 hingga muncul tampilan awal;
2. Membuat Model Hidraulik:
a. Membuat projek baru
b. Memasukkan Digital Elevation Model (DEM) dan aliran sungai (stream) dalam format shape file sebagai dasar untuk menggambar alliran sungai c. Gambar aliran sungai sesuai dengan gambar dasar yang sudah dimasukkan
sebelumnya kemudian klik dua kali dan tentukan nama sungainya
d. Memasukkan data profil melintang sungai beserta koefisien manning dan koefisien ekspansi
e. Memasukkan data debit banjir rancangan yang sebelumnya dihitung dengan Hidrograf Sintetik Nakayasu
f. Memasukkan data aliran sebagai kondisi batas (Steady Flow Data) g. Simpan data tersebut
3. Running and save project dan keluar dari program.
3.6 Penarikan Kesimpulan dan Saran
Setelah memperoleh hasil dari pengolahan data dan analisis data maka peneliti mampu menarik kesimpulan yang merupakan jawaban dari pertanyaan ilmiah yang ada pada tujuan penelitian. Setelah itu peneliti mampu memberikan kontribusi berupa saran kepada pembaca mengenai hambatan dan solusi yang berhubungan dengan masalah pada peneliti.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Hidrologi
Analisis hidrologi bertujuan untuk mengetahui besarnya debit banjir rancangan yang nantinya akan menjadi masukan pada aplikasi HEC-RAS. Debit yang dianalisa adalah debit banjir dengan periode ulang 2, 5, 10, 15, 20, 25, 50, dan 100. Metode perhitungan debit banjir dilakukan dengan data curah hujan yang dikonversi menjadi limpasan permukaan.
Data-data yang digunakan dalam menganalisa debit banjir adalah sebagai berikut:
1. Data Curah Hujan Harian Maksimum 10 Tahun Terakhir.
2. Luas Catchment Area (Tangkapan Air).
4.2 Penentuan Stasiun Pengamatan Curah Hujan
Analisa curah hujan digunakan untuk menghitung besarnya pengaruh hujan yang berada di sekitar catchment area atau tangkapan air. Data curah hujan diperoleh dari tiga stasiun penakar curah hujan yang berada dibagian hulu hingga hilir dari Daerah Aliran Sungai (DAS) Deli. Adapun 3 stasiun penakar curah hujan yaitu:
1. Stasiun Curah Hujan Sampali, tahun 2006-2015(10 tahun terakhir)
2. Stasiun Curah Hujan tongkoh, tahun 2006-2015(10 tahun terakhir) 3. Stasiun Curah Hujan Helvetia, tahun 2006-2015(10 tahun terakhir)
4.
Stasiun Curah Hujan Belawan, tahun 2006-2015 (10 tahun terakhir) 4.2.1 Data Curah Hujan SampaliLokasi Pengamatan : Stasiun Curah Hujan Sampali, Kab. Deli Serdang Koordinat : 3,6217 LU, 98,7146 BT
Data Curah Hujan Stasiun Sampali dapat di lihat pada tabel 4.1
Tabel 4.1 Data Curah Hujan Stasiun Sampali (mm)
Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul
2006 77 50 78 87 73 58 40 2007 85 14 6 77 89 56 70 2008 19 14 29 68 55 24 76 2009 103 4 44 57 58 31 58 2010 71 48 401 24 20 47 69 2011 78 35 64 64 39 40 54 2012 40 50 42 57 83 65 65 2013 29 66 53 63 27 39 58 2014 20 22 35 31 46 49 34 2015 42 46 10 12 39 11 86 Rata - rata 56,4 34,9 76,2 54 52,9 42 61
Agt Sep Okt Nov Des Jumlah Rmax
48 110 90 59 112 882 112
63 78 135 82 95 850 135
89 61 90 82 26 633 90
49 97 61 50 19 631 103
48 40 41 66 80 955 401
98 59 58 63 60 712 98
46 60 75 60 33 676 83
33 32 70 21 111 602 111
91 66 41 57 165 657 165
50 52 76 90 43 557 90
61,5 65,5 73,7 63 74,4 715,5 138,8
(Sumber : Stasiun Klimatologi Kelas I Sampali, 2017)
4.2.2 Data curah huajn tongkoh
Lokasi pengamatan : Stasiun Curah Hujan Tongkoh, Kab. Karo Koordinat : 3,202 LU, 98,54032 BT
Data Curah hujan Stasiun Tongkoh dapat dolihat pada tabel 4.2
Tabel 4.2 Data Curah Hujan Stasiun Sampali (mm)
Sumber: Stasiun Klimatologi Kelas I Sampali, 2017 Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul
2006 0 62 27 114 50 46 19 2007 50 112 37 44 68 64 36 2008 23 49 84 66 18 45 61 2009 81 35 60 94 47 27 15 2010 70 44 46 79 58 46 56 2011 77 49 32 67 80 75 5 2012 13 45 88 62 38 25 95 2013 49 91 45 54 64 47 25 2014 40 19 45 113 24 37 8 2015 70 43 12 76 45 60 13 Rata - rata 47,3 54,9 47,6 76,9 49,2 47,2 33,3
Agt Sep Okt Nov Des Jumlah Rmax
42 49 85 55 50 599 114
44 27 76 38 53 649 112
78 57 57 42 50 630 84
20 32 91 53 59 614 94
58 53 17 94 77 698 94
122 40 49 54 56 706 122
40 31 145 84 44 710 145
40 75 95 135 107 827 135
43 28 85 81 66 589 113
46 41 67 101 36 610 101
53,3 43,3 76,7 73,7 59,8 663,2 111,4
4.2.3 Data Curah Hujan Helvetia
Lokasi Pengamatan : Stasiun Pengamatan Curah Hujan Helvetia, Kota Medan Koordinat : 3,642 LU. 98,638 BT
Data Curah hujan Stasiun Helvetia dapat dilihat pada tabel 4.3
Tabel 4.3 Data Curah Hujan Stasiun Helvetia (mm)
(Sumber : Stasiun Klimatologi Kelas I Sampali, 2017) Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul
2006 42 20 39 43 53 53 22
2007 42 6 0 18 60 10 46
2008 9 0 25 40 35 71 87
2009 82 0 38 113 31 41 75 2010 15 65 30 33 10 67 52 2011 45 45 35 47 30 30 45 2012 40 25 40 55 47 5 53 2013 14 49 25 25 51 27 14 2014 20 16 29 30 47 70 30 2015 59 45 10 52 37 30 67 Rata - rata 36,8 27,1 27,1 45,6 40,1 40,4 49,1
Agt Sep Okt Nov Des Jumlah Rmax
32 60 28 29 76 497 76
65 52 21 65 76 461 76
39 39 69 75 76 565 87
88 68 69 53 36 694 113
28 84 35 40 25 484 84
50 53 60 45 25 510 60
10 97 68 72 30 542 97
30 35 78 30 57 435 78
65 47 47 47 59 507 70
42 42 69 63 63 579 69
44,9 57,7 54,4 51,9 52,3 527,4 81
4.2.4 Data Curah Hujan Belawan
Lokasi Pengamatan : Stasiun Pengamatan Curah Hujan Stamar Belawan, KotaMedan
Koordinat : 88 LU. 98,715 BT
Data Curah hujan Stasiun Belawan dapat dilihat pada Tabel 4.4
Tabel 4.4 Data Curah Hujan Stasiun Belawan (mm)
(Sumber : StasiunKlimatologi Kelas I Sampali, 2017) Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul
2006 66 20 60 84 56 97 90 2007 50 51 31 35 0 40 58 2008 17 9 95 22 38 0 115 2009 74 34 136 30 68 48 72 2010 42 18 21 43 23 62 71 2011 36 2 54 46 28 62 39 2012 45 60 119 19 88 17 26 2013 50 54 7 114 44 0 76 2014 21 59 7 92 63 49 38
2015 58 0 2 11 81 75 32
Rata - rata 45,9 30,7 53,2 49,6 48,9 45 61,7
Agt Sep Okt Nov Des Jumlah Rmax
115 118 88 47 396 1237 396
63 100 98 103 79 708 103
137 94 95 109 190 921 190
92 87 57 96 36 830 136
51 39 53 59 101 583 101
49 46 45 50 123 580 123
40 58 37 51 55 615 119
67 56 65 54 64 651 114
85 100 39 31 81 665 100
77 69 63 57 43 568 81
77,6 76,7 64 65,7 116,8 735,8 146,3
Data curah hujan
maksimum yang diperoleh dari Stasiun Klimatologi Kelas I pada keempat lokasi stasiun curah hujan pada DAS deli seperti berikut:
Tabel 4.5 Data Curah Hujan Harian Maksimum DAS Deli
(Sumber : Analisa dan Perhitungan, 2017) 4.3 Penentuan Curah Hujan Wilayah
Penelitian ini menggunakan Metode polygon Thiessen dengan memperhitungkan pengaruh di daerah tiap-tiap pengamatan di masing-masing stasiun mempunyai daerah yang dibentuk dengan garis-garis stasiun.
Data yang digunakan adalah data curah hujan harian maksimum dari keempat stasiun pengamatan curah hujan yaitu stasiun Sampali, Tongkoh,
Tahun Stasiun Curah Hujan
Sampali Tongkoh Helvetia Belawan
2006 112 114 76 396
2007 135 112 76 103
2008 90 84 87 190
2009 103 94 113 136
2010 401 94 84 101
2011 98 122 60 123
2012 83 145 97 119
2013 111 135 78 114
2014 165 113 70 100
2015 90 101 69 81
Helvetia dan Belawan. Luas pengaruh stasiun hujan terhadap DAS Deli ditunjukkan pada tabel 4.6 pada gambar 4.1 dibawah ini:
Tabel 4.6 Luas Tangkapan Hujan Tiap-tiap Stasiun Pengamatan Nama Stasiun Hujan Presentase
(%)
Luas DAS ( )
Sampali 12,54651556 59,34
Tongkoh 28,37026387 134,18
Helvetia 51,76336265 244,82
Belawan 7,319857916 34,62
Total 100 472,96
(Sumber : BPDAS Wampu Sei Ular, 2017)
Gambar 4.1 Polygon Thiessen DAS Deli
