Abstrak — Stadion Surajaya Kabupaten Lamongan saat ini masih menggunakan sistem drainase atas permukaan dengan permukaan lapangan yang tidak rata, sehingga ketika hujan tiba air tidak dapat mengalir yang menyebabkan terjadinya genangan di permukaan lapangan sepakbola. Untuk mengatasi masalah drainase yang sudah tidak memungkinkan, maka direncanakan sistem drainase bawah permukaan (Sub Surface Drainage ).
Dalam perencanaan drainase dengan sistem Sub Surface dilakukan analisa tanah, analisa hidrologi, dan analisa hidrolika. Analisa tanah diperlukan untuk menentukan koefisien permeabilita serta laju infiltrasi tanah. Analisa hidrologi untuk mendapatkan debit saluran rencana, serta analisa hidrolika untuk menentukan jarak, kapasitas, dan dimensi pipa drain.
Dari hasil perencanaan sistem drainase Sub Surface, diperoleh hasil untuk pipa drain sejarak 2 m dengan diameter 10 cm dengan pola penyusunan pipa drain adalah tipe sayap sejajar
Kata Kunci — Drainase, Hujan, Pipa Drain
I. PENDAHULUAN
TADION Surajaya merupakan salah satu stadion sepakbola bertaraf nasional yang berada di Kabupaten Lamongan. Tentu diharapkan, stadion yang menjadi home base klub sepakbola Persela Lamongan ini bisa menjadi kebanggaan dan memberikan prestasi bagi kabupaten Lamongan.
Kelangsungan aktifitas di dalam stadion terutama pertandingan sepakbola salah satunya bergantung pada sistem drainase yang ada. Sistem drainase di stadion Surajaya yang tidak memadai menyebabkan air hujan yang turun tidak dapat dialirkan dengan baik dan lancar, sehingga terjadi genangan air yang tinggi dan lama surutnya. Akibatnya, beberapa pertandingan sepakbola yang seharusnya dapat dilaksanakan menjadi tertunda. Hal ini beimbas pada berkurangnya pendapatan stadion yang diperoleh dari dilangsungkannya suatu pertandingan sepakbola.
Sistem drainase yang saat ini digunakan di stadion Surajaya adalah sistem surface drainage. Prinsip sistem drainase ini, air hujan yang masuk ke dalam stadion disalurkan dan dibuang ke dalam saluran-saluran yang berada di samping lapangan yang kemudian diteruskan ke saluran pembuang. Namun ketika musim penghujan dalam beberapa tahun terakhir lapangan sepakbola di dalam stadion sering terendam air. Kondisi lapangan yang bergelombang
menyebabkan air hujan tidak segera mengalir ke saluran di sisi lapangan. Selain itu, kondisi jenuh pada tanah akibat ketidakseimbangan antara inflow (aliran masuk) dan outflow (aliran keluar) juga menyebabkan genangan di lapangan.
Salah satu upaya untuk mengatasi masalah drainase lapangan Stadion Surajaya yang sudah tidak memungkinkan lagi yaitu dengan merencanakan drainase sistem sub surface drainage. Prinsip dari sistem drainase ini adalah mengalirkan air ke bawah. Air hujan yang ada di lapangan akan merembes ke dalam tanah dengan permeabilitas tertentu kemudian disalurkan melalui pipa-pipa yang berada di bawah lapangan ke saluran pembuang. Jadi keseimbangan antara inflow dan outflow dapat dicapai.
Lingkup sistem sub surface drainage antara lain meliputi perencanaan ukuran atau dimensi pipa-pipa drain yang dibutuhkan. Secara umum, beberapa fungsi dari sistem sub surface drainage untuk lapangan sepakbola stadion Surajaya adalah mengumpulkan dan mengalirkan air dari dalam stadion ke saluran pembuang agar tidak terjadi genangan air, dan menurunkan muka air tanah sehingga kondisi tanah tidak jenuh air.
II. URAIAN PENELITIAN 1. Studi Literatur
Melakukan studi literatur, termasuk review studi yang telah dilakukan untuk memperoleh informasi secara lebih detail terhadap objek studi.
2. Pengumpulan Data
Mengumpulkan data-data yang berhubungan dengan perencanaan drainase stadion Surajaya yang meliputi:
Data Hujan
Data curan hujan yang digunakan berupa curah hujan harian, data ini diperoleh dari Dinas PU Pengairan Jawa Timur. Curah hujan digunakan untuk tinggi hujan rencana dan intesitas hujan dalam perhiutungan analisa hidrologi dimana untuk periode ulangnya digunakan periode ulang 10 tahunan.
Data Lay-Out Stadion
Data Lay-Out stadion ini didapat dari Dinas PU Cipta Karya Kabupaten Lamongan untuk merencanakan jaringan drainase yang akan melayani kawasan Stadion Surajaya Kabupaten Lamongan.
Perencanaan Drainase
Kawasan Stadion Surajaya
Kabupaten Lamongan
Brani Bijaksono, Umboro Lasminto,ST. MSc. Dr. Techn
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: umboro_hydro@yahoo.com
Peta Tata Guna Lahan
Peta tata guna lahan ini didapat dari BAPPEDA pemerintah kabupaten Lamongan dimana peta ini digunakan untuk mengetahui penggunaan lahan yang ada di Kabupaten Lamongan sehingga dapat menentukan banyaknya air yang mampu diserap oleh tanah. Dalam perhitungan analisa hidrologi digunakan untuk mengetahui koefisien pengaliran (C).
3. Tahap analisa
Untuk mengetahui permasalahan dan perencanaan sistem drainase perlu dilakukan analisa meliputi : a. Analisa Tanah
Menentukan porositas, permeabilitas, serta laju infiltrasi tanah.
b. Analisa Hidrologi
Menghitung debit banjir dengan menggunakan data hujan harian maksimum dari Dinas Pengairan.
c. Analisa Hidrolika
Analisa kapasitas saluran berdasarkan debit saluran yang direncanakan.
Menentukan dimensi saluran dengan memperhatikan debit maksimum yang terjadi Melakukan analisa profil muka air pada saluran
yang direncanakan.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Analisa Tanah
3.1.1. Porositas Tanah Tabel 3.1. Harga Angka Pori e
Tipe tanah Angka
Pori Pasir lepas dengan butiran seragam
(loose uniform sand)
0,8 Pasir padat dengan butiran seragam (dense uniform sand)
0,45 Pasir berlanau yang lepas dengan butiran
bersudut (loose angular-grained silty sand)
0,65 Pasir berlanau yang padat dengan butiran
bersudut (dense angular-grained silty sand)
0,4
Lempung kaku (stiff clay) 0,6
Lempung lembek (soft clay) 0,9-1,4
Tanah (loess) 0,9
Lempung organik lembek (soft organic clay)
2,5-3,2
Glacial till 0,3
*) sumber : Braja M. Das, Mekanika Tanah
Pada permukaan lapangan sepakbola digunakan jenis tipe pasir padat dengan butiran seragam, maka diambil harga angka pori (e) = 0,45 , sehingga porositas (ne) dapat dicari dengan menggunakan rumus :
e
e
n
e1
1
0
.
45
45
.
0
= 0,313.1.2. Koefisien Permeabilitas Tanah
Perhitungan penentuan harga koefisien permeabilitas tanah :
Q = k. i. A Atau
ixA
Q
k
dimana :Q = Debit (discharge per unit time)
k = Koefisien permeabilitas (Coefficient of
permeability)
I = miring hidrolis (hydraulic gradient) =
L
h
h
asan
l
head
selisih
1 2int
A = luas bidang masa tanah tegak lurus arah aliran.
Namun untuk penentuan secara kasar koefisien permeabilitas material dapat menggunakan tabel 4.2 di bawah ini :
Tabel 3.2. Perkiraan Harga k
Jenis tanah Harga k
(mm/jam)
Coarse gravely sand 10 – 50
Medium sand 1 – 5
Sandy loam/ fine sand 1 – 3
Loam/ clay loam/ clay well structured 0.5 – 2
Very fine sandy loam 0.2 – 0.5
Clay loam/ clay, poorly structured 0.02 – 0.2
No biopores < 0.002
*) sumber : Masduki, Drainase Perkotaan
Pada permukaan lapangan sepakbola digunakan jenis tanah coarse gravely sand, maka koefisien permeabilitas diambil harga k = 50 mm/jam
3.1.3. Laju Infiltrasi Tanah Tabel. 3.3. Laju Infiltrasi
Jenis tanah Total infiltrasi (mm)
Laju infiltrasi (mm/jam) Coarse textured soil 150 – 300 50 – 100 Medium textured soil 30 – 100 10 – 50 Fine textured soil 30 - 70 1 - 10
*) sumber : Masduki, Drainase Perkotaan
Pada permukaan lapangan sepakbola digunakan jenis tanah coarse textured soil, maka laju infiltrasi diambil harga v = 100 mm/jam
3.2. Analisa Hidrologi
3.2.1. Analisa Curah Hujan Rata-Rata
Data yang digunakan adalah data hujan selama 10 tahun mulai tahun 2001 hingga tahun 2010.
Tabel 3.4. Data curah hujan harian maksimum Stasiun Lamongan
*) Sumber : Dinas Pekerjaan Umum Pengairan Surabaya.
3.2.2. Analisa Curah Hujan Maksimum Harian
Rencana
Dalam pengerjaan tugas akhir ini, analisa curah hujan maksimum harian rencana menggunakan metode Gumbel dan metode Log Pearson Tipe III kemudia di ambil hasil yang rasional.
1. Metode Gumbel, langkah-langkah perhitungan sebagai berikut :
a. Menyusun data curah hujan harian Stasiun Lamongan dari yang terbesar ke yang terkecil. Adapun curah hujan yang terbesar terjadi pada tahun 2002 yaitu tercatat 129 mm dan curah hujan terkecil terjadi pada tahun 2008 sebesar 50 mm. (tabel 3.5. kolom 3 ) b. Menghitung harga rata-rata curah hujan ( ) (kolom
3.5. kolom 4)
c. Menghitung kuadrat dari selisih curah hujan dengan curah hujan rata-rata (x- )2. (tabel 3.5. kolom 5). Tabel 3.5. Perhitungan Tinggi Hujan Rencana Metode Gumbel
*) sumber : Hasil Perhitungan
d. Menghitung harga standart deviasi data hujan : N = 10 tahun
= 83.2 mm
σ = = = 28.82
e. Menghitung nilai standart deviasi reduced variated:
Sn = = = 0.9496
f. Menghitung harga YT (dengan T = 2, 5, 10) : YT = -ln.ln = -ln.ln = 0.3665
YT = -ln.ln = -ln.ln = 1.4999
YT = -ln.ln = -ln.ln = 2.2504
g. Menghitung K (dengan periode ulang 2, 5, 10 ) :
K = = = -0.1355
K = = = 1.0580
K = = = 1.8483
h. Menghitung hujan rencana periode ulang 2, 5, 10 :
XT = + σ.K X2 = 83.2 + 28.82 ( -0.1355) = 79.29 mm X5 = 83.2 + 28.82 ( 1.0580) = 113.69 mm X10 = 83.2 + 28.82 ( 1.8483) = 136.47 mm
2. Metode Log Pearson Tipe III, langkah-langkah perhitungan sebagai berikut :
a. Menyusun data curah hujan Stasiun Lamongan dari yang terbesar ke yang terkecil. Adapun curah hujan yang terbesar terjadi pada tahun 2002 yaitu tercatat 129 mm dan curah hujan terkecil terjadi pada tahun 2008 sebesar 50 mm. (tabel 5.2. kolom 3 )
b. Merubah sejumlah n data curah hujan (R1,R2,R3,….Rn) ke dalam bentuk logaritma, sehingga menjadi log R1, log R2, log R3, ….log Rn. Kemudian dinyatakan sebagai : xi = log Ri .(Tabel 3.6 kolom 4)
c. Menghitung besarnya harga rata-rata besaran logaritma tersebut dengan persamaan :
= (Tabel 3.6 kolom 5)
d. Mengitung besarnya harga deviasi rata-rata dari besaran log tersebut, dengan persamaan :
Sd = = = 0.1456
e. Mengitung harga skew coefficient (koefisien asimetri) dari besaran logaritma di atas dengan persamaan :
Cs =
Cs = = 0.3708
f. Berdasarkan harga skew coefficient yang diperoleh dan harga periode ulang (T) yang ditentukan, selanjutnya dapat dihitung harga dari Kx dengan menggunakan tabel 3.8
g. Menghitung besarnya harga logaritma dari masing-masing data curah hujan untuk suatu periode ulang tertentu dengan persamaan :
xT= + Kx.Sd (Tabel 3.8. kolom 5) h. Perkiraan harga hujan harian maksimum :
Tabel 3.6. Perhitungan Tinggi Hujan Rencana Metode Log Pearson III
*) sumber : Hasil Perhitungan
Tabel 3.7 Nilai K Log Pearson Tipe III
2 5 10 3 -0.36 0.42 1.1800 2.5 -0.36 0.518 1.2500 2.2 -0.33 0.574 1.2840 2 -0.307 0.609 1.3020 1.8 -0.282 0.643 1.3180 1.6 -0.254 0.675 1.3290 1.4 -0.225 0.705 1.3370 1.2 -0.195 0.732 1.3400 1 -0.164 0.758 1.3400 0.9 -0.148 0.768 1.3390 0.8 -0.132 0.78 1.3360 0.7 -0.116 0.79 1.3330 0.6 -0.099 0.8 1.3280 0.5 -0.083 0.808 1.3230 0.4 -0.066 0.816 1.3170 0.3708 -0.055 0.822 1.3113 0.3 -0.05 0.824 1.3090 0.2 -0.033 0.83 1.3010 0.1 -0.017 0.836 1.2920 Tahun Cs
*) Sumber : Hidrologi jilid I, Soewarno, hal 219
Tabel 3.8. Curah Hujan Periode Ulang
*) sumber : Hasil Perhitungan
Tabel 3.9. Hasil Analisa Curah Hujan Rencana
Metode R2 R5 R10
Gumbel 79.29 113.69 136.47
Log Pearson Tipe III 77.58 104.07 122.64
*) sumber : Hasil Perhitungan
3.2.3. Uji Kecocokan
Untuk menentukan kecocokan (The Goodness of Fit Test) distribusi dari sample data terhadap fungsi distribusi peluang yang diperkirakan dapat menggambarkan/mewakili distribusi frekwensi tersebut diperlukan pengujian parameter. Pengujian parameter yang akan disajikan adalah :
- Uji Chi-Kuadrat (Chi-Square) - Smirnov – Kolmogorov
Tabel 3.10. Kesimpulan Hasil Uji Kecocokan Chi-Kuadrat dan Smirnov Kolmogorov
*) sumber : Hasil Perhitungan
3.2.4. Analisa Debit Banjir Rencana 3.2.4.1. Metode Rasional
Dengan dasar pemikiran bahwa apabila air hujan jatuh dengan jumlah per satuan waktu yang tetap pada suatu permukaan kedap air, maka laju limpasan dari permukaan tanah akan sama dengan laju curah hujan. Untuk menghitung debit banjir di kawasan stadion dengan luas kurang dari 150 ha maka dipakai Metode Rasional, yaitu :
Q =
Dimana :
Q = debit banjir (m3/detik) C = koefisien pengaliran
I = intesitas hujan untuk periode ulang tertentu (mm/jam) A = area yang akan dipatuskan (km2)
3.2.4.2. Waktu Konsentrasi (tc)
Waktu konsentrasi (tc) adalah lamanya air yang mengalir sepanjang saluran dari hulu saluran sampai di hilir saluran. tc = to+ tf
dimana :
to = waktu yang dibutuhkan untuk mengalir di permukaan
untuk mencapai inlet (overland flow time, inlet time). tf = waktu yang diperlukan untuk mengalir di sepanjang
saluran
a. Perumusan untuk menghitung to:
Rumus Kerby (1959)
to = 1,44 x
dimana :
l = jarak titik terjauh ke inlet (m) nd = koefisien setara koefisien kekasaran s = kemiringan medan b. Perhitungan tf : saluran saluran f
V
L
t
dimana :tf = waktu konsentrasi di saluran (menit)
Lsaluran = panjang saluran (m)
vsaluran = kecepatan aliran di saluran (m/dt) 3.2.4.3. Intensitas Hujan (I)
Untuk menghitung intensitas curah hujan digunakan Rumus Mononobe :
Rumus Mononobe : 3 / 2 24
24
24
t
R
I
Dimana :I = intensitas curah hujan (mm/jam)
R24 = curah hujan maksimum dalam 24 jam (mm)
t = waktu konsentrasi (jam)
3.2.4.4. Koefisien Pengaliran (C)
Koefisien C untuk suatu wilayah permukiman dimana jenis permukaannya lebih dari satu macam, diambil harga rata-ratanya dengan rumus seperti dibawah ini :
Crata-rata = A CiAi
dimana :
Ci = Koefisien pengaliran untuk bagian daerah yang ditinjau dengan satu jenis permukaan.
Ai = Luas bagian daerah
3.3. Analisa Hidrolika 3.3.1. Sub Surface Drainage 3.3.1.1. Jarak Pipa Drain
Pandang suatu sistem drainase dimana jarak antara pipa L meter, diatas impervious layer setinggi a. dan b adalah ketinggian maksimum water table diatas impervious layer. Hukum Darcy : Qy = K.y.
dx
dy
Dimana :Qy = debit yang melewati penampang y. per unit panjang.
Gambar 3.1. Sket definisi penentuan jarak pipa drain Data-data perencanaan :
- Jarak impervious layer terhadap permukaan tanah = 5 m - Kedalaman pipa dari permukaan tanah = 0.8 m
- Koefisien permeabilitas tanah K = 50 mm/jam - Laju infiltrasi tanah v = 100 mm/jam
- Selisih muka air tanah maksimum = 0.3 m Dengan menggunakan rumus Dupuit : K = 5 cm/jam : v = 10 cm/jam a = 5 – 0.8 = 4.2 m b = 4.2 + 0.3 = 4.5 m L = 2
b
²
a
²
v
K
= 24
.
5
²
4
.
2
²
10
5
= 2.28 m Jadi, jarak antar pipa drain dipakai 2 m3.3.1.2. Kapasitas Pipa Drain
Gambar 3.2. Sket definisi penentuan kemampuan pipa Daya resap tanah :
q1 = n.Vi = laju infiltrasi (mm/hari).
Vi = kecepatan resap (mm/hari), searah S n = porositas
Data – data dari perancanaan : - Kedalaman pipa = 0.8 m - Jarak antar pipa drain = 2 m - Panjang pipa drain = 41 m - Laju infiltrasi tanah = 100 mm/jam - Porositas tanah = 0.31
Penentuan kapasitas pipa drain : H = 0.8 m q1 = 100 mm/jam, n = 0.31 Kecepatan resap : Vi =
n
q1
=31
.
0
100
= 322.58 mm/jam h = 0.8 m = 800 mm L = 2 m P = 41 m tanL
H
5
.
0
0
.
5
2
8
.
0
x
= 0.8 = 38.660 Sin2 = 0.39Debit yang dialirkan oleh pipa untuk setiap satuan luas permukaan tanah :
q = 4/5.n.Vi. sin²α.
= 4/5 x 0.31 x 322.58 x 0.39 = 31.22 x 2.784
= 86.916 l/dt.ha
Untuk panjang pipa 41 m dengan jarak pipa 2 m, debit yang dialirkan adalah :
Q = q.L.P = 86.916 x 2 x 41 x
10000
1
= 0.713 l/dt
Jadi, kapasitas pipa drain subsurface drainage di lapangan sepakbola adalah 0.713 l/dt.
3.3.1.3. Diameter Pipa Drain
Dari hasil perhitungan dan grafik dan gambar Elemen Hidrolik saluran penampang pipa diperoleh :
4.
5.
6.
Gambar 3.3. Penampang lingkaran pipa drain
Penyelesaian dengan menggunakan grafik Elemen Hidrolik (terdapat dalam lampiran) :
D
d
= 0.5Q
q
= 0.55
.
0
3
713
.
0
5
.
0
E
Q
q
Q
= 1.426E – 3 m3/dt Permukaan x y b a L Lap. Kedap airL S S Vi Sin Vi Sin Vi H D d Q = 0.713 103 m3/dt d/D = 0.5 n = 0.013 (Tabel 2.3) S = 0.003
D
D
P
A
R
24
/
1
= 1/4D 2 2 / 1 3 / 24
/
1
4
/
1
1
.
D
S
D
n
A
V
Q
=1
/
4
2/30
.
003
1/21
/
4
2013
.
0
1
D
D
= 1.313 D8/3 8 / 3313
.
1
3
426
.
1
E
D
= 0.077 m ≈ 0.10 mJadi, Diameter pipa drain di lapangan sepakbola dipakai 10 cm
3.3.1.4. Profil Muka Air
Berikut hasil analisa muka air di saluran utama :
IV. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari hasil berbagai analisa dan perencanaan drainase yang
telah dilakukan di kawasan Stadion Surajaya Kabupaten Lamongan, dapat diambil kesimpulan bahwa :
1. Ada beberapa faktor yang mengakibatkan terjadinya genangan di wilayah studi, antara lain :
- Kondisi permukaan lapangan sepakbola yang bergelombang menyebabkan air di atas lapangan sulit untuk mengalir ke saluran di samping lapangan dan sebagian tertahan di atas lapangan sepakbola.
- Ketidakseimbangan antara inflow dan outflow menyebabkan kondisi jenuh pada tanah, sehingga air akan sulit untuk meresap ke dalam tanah.
2. Dengan mengacu pada faktor di atas, maka sistem dranase eksisting pada lapangan sepakbola yaitu
Surface Drainage, perlu diterapkan sistem Subsurface Drainage.
3. Dari perencanaan Sub Surface Drainage pada lapangan sepakbola, diperoleh hasil sebagai berikut :
- Lapisan drain setebal 0.8 m dengan jenis tanah Coarse Gravely Sand dengan laju infiltrasi sebesar 100 mm/jam.
- Pipa drain dengan jarak antar pipa 2 m dengan diameter 10 cm.
Saran
Beberapa saran dalam pengerjaan sistem Sub Surface
Drainage adalah :
1. Sebaiknya dilakukan tes laboratorium untuk menentukan jenis tanah yang digunakan pada lokasi studi.
2. Sebaiknya dilakukan pengukuran supaya dapat mengetahui apakah gambar eksisting sesuai dengan kondisi saat ini atau tidak.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anggrahini, Hidrolika Saluran Terbuka, CV Citra Media, Surabaya, 1996
[2] Badan Perencanaan Pembangunan Daerah Lamongan, Laporan Akhir Sementara, Master Plan Jaringan Drainase Di Wilayah Kota Lamongan, Kabupaten Lamongan, 1999
[3] Cedergren, Harry R., Drainage of Highway and Airfield
Pavements, John Wiley & Sons, 1974, New York.
[4] Chow, Ven Te, Handbook of Applied Hydrology, McGraw-Hill, New York, NY, 1964
[5] Das, Braja M, Mekanika Tanah, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1985.
[6] Fair, M.Gordon, Geyer, John C, Okun, Daniel A, Water
and Wastewater Engineering, Volume 1, John Wiley and
Sons, Inc, New York, 1966
[7] Horonjeff, Robert dan Mc Kelvey, Francis X, Planning
and Design of Airports, Third edition, McGraw-Hill
inc., 1983
[8] Linsley, R.K., et al., Applied Hydrology, Tata McGraw-Hill, New Delhi, 1975
[9] Soewarno, Hidrologi, Aplikasi Metode Statistik untuk Analisa Data, NOVA, Bandung, 1995.
[10] Subramanya, Engineering Hydrology, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi, 1988
LAMPIRAN
U S
