4 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Drainase
Drainase merupakan saluran air yang terdapat di permukaan tanah maupun di dalam tanah. Ada 2 (dua) cara terbentuknya drainase, yang pertama dengan cara alami dimana drainase terbentuk akibat aliran air yang terus menerus ada sehingga mengikis permukaan tempat air mengalir. Yang kedua adalah buatan manusia. Bagi Gunadarma (1997), secara universal drainase diartikan selaku ilmu yang mendalami cara untuk menderaikan air berlebih untuk suatu tujuan pendayagunaan tertentu.
2.1.1. Sistem Drainase
Bagi Suripin (2004), secara lazim pengertian sistem drainase adalah sekelompok bangunan air yang berguna selaku pengontrol air berlebih pada suatu daerah, supaya lahan dapat diaplikasikan dengan maksimal.
Saluran resipien, saluran kolektor, saluran pengangkut, saluran utama, dan badan air penerima adalah segmen dari bangunan dalam sistem drainase.
1. Saluran Resipien (saluran interceptor), berguna untuk menanggulangi pembebanan aliran dari sebuah lokasi akan lokasi lain yang lebih rendah.
Saluran ini lazimnya didirikan dan ditata pada segmen yang cenderung selevel dengan garis kontur. Hasil yang dibawa dari saluran ini lazimnya singgah di saluran pengumpul ataupun pembawa, bahkan langsung di sungai alami.
2. Saluran Kolektor (saluran collector), berguna untuk outlet berupa debit dari saluran drainase dengan ukuran lebih kecil yang selanjutnya akan dibawa menuju saluran pembawa.
3. Saluran Pengangkut (saluran conveyor), berguna untuk mengangkut air tolakan dari sebuah lokasi menuju tempat pembuangan tanpa membahayakan lokasi yang dilewati.
Jika dilihat dari eksistensinya, jaringan drainase tergolong menjadi 2 (dua) sistem, yaitu:
1. Drainase Alami
Drainase alami terbuat dengan proses alamiah betahun-tahun lamanya, dimana air mengalir terus menerus sehingga mengikis permukaan tanah. Salah satu contoh dari drainase ini adalah sungai dan simpang sungainya yang membuat sebuah jaringan aliran.
2. Drainase Buatan
Drainase buatan merupakan drainase tidak alami, dimana keberadaannya adalah hasil buatan manusia yang bertujuan selaku usaha untuk melengkapi kekurangan dari drainase alami dalam tugasnya sepagai pengatur aliran air yang berlebihan. Dilihat dari kedua sistem jaringan drainase yang telah disebutkan, baik drainase alami maupun drainase buatan merupakan kesatuan pengawasan yang bekerja secara berdampingan. Ditinjau dari kegunaannya, saluran drainase terbagi menjadi:
a) Single Purpose; drainase yang memiliki tugas untuk menderaikan aliran homogen atau hanya satu jenis aliran, misalnya hanya air hujan.
b) Multi-purpose; drainase yang memiliki tugas untuk menderaikan aliran heterogen atau berbagai jenis aliran, secara bersamaan maupun bergiliran.
Selanjutnya, bagi bentuk bangunnya, saluran drainase terbagi menjadi : 1. Drainase saluran terbuka
Saluran ini lazimnya diaplikasikan untuk drainase air hujan yang berada di lokasi yang lapang. Bisa juga untuk drainase air bukan hujan yang tidak berbahaya bagi kesehatan maupun lingkungan, misalnya limbah.
2. Drainase saluran tertutup
Saluran ini lazimnya diaplikasikan untuk aliran air kotor atau limbah yang berbahaya bagi kesehatan maupun lingkungan di sekitarnya. Saluran yang sering kali mengaplikasikan bentuk saluran tertutup adalah saluran yang berada di lokasi perkotaan.
Dalam kenyataan di lapangan, perencanaan saluran drainase sering kali menggunakan saluran terbuka. Terdapat berbagai ragam bangun penampang melintang yang bisa diaplikasikan pada perencanaan saluran drainase, antara lain,
persegi panjang, trapesium, segi tiga, lingkaran, parabola, persegi panjang sisi dibulatkan, dan segitiga dasar dibulatkan.
2.2. Analisa Hidrologi
Subarkah (1980) berpendapat bahwa pada proses perencanaan bangunan air di bidang pengairan, analisa hidrologi memegang peran penting baik bagi perancangan bangunan air maupun perancangan drainase. Data-data hidrologi mampu memberikan informasi mengenai keadaan lapangan sehingga besarnya debit rencana selaku basis perencanaan bangunan air dapat dilihat oleh perencana.
Berikut adalah segmen-segmen hidrologi yang wajib dibahas, diantaranya:
2.2.1. Curah Hujan Regional/ Wilayah
Subarkah (1980) menyatakan banjir besar akan ada jika ada hujan dengan intensitas tinggi ada di sungai secara merata dan dalam waktu yang lama. Agar mendapat gambaran mengenai penyebaran curah hujan di sepanjang aliran sungai dipasang alat penakar hujan. Penyebaran curah hujan di setiap lokasi juga tidak merata dimana sebuah lokasi bisa jadi memiliki curah hujan yang lebih tinggi dibanding lokasi yang lain Sehingga dari itu, semakin banyak alat penakar hujan dipasang di daerah aliran sungai, semakin akurat angka hasil pengukuran curah hujan tersebut.
Salah satu metode pendekatan adalah dengan mengambil angka pertengahan hujan di sebuah daerah dengan periode tertentu, misalnya satu hari, satu bulan maupun satu tahun. Menentukan curah hujan pertengahan pada sebuah lokasi dapat menggunakan rumus:
𝑋!" = ∑ $%! ... (2.1) Dimana:
Xrt : tinggi curah hujan pertengahan Xi : total tinggi curah hujan tertinggi n : total data curah hujan
2.2.2. Penyebaran Frekuensi
Sosrodarsono (1987) berpendapat bahwa distrbusi curah hujan merupakan satu hal penting dalam perencanaan. Penyebaran curah hujan yang ada tidak sama setiap waktunya, misalnya curah hujan per tahun, per bulan, per 24 jam dan per jam.
Suripin (2004) menyatakan untuk menetapkan penyebaran frekuensi yang sebanding dengan data yang tersaji untuk merancang curah hujan rancangan adalah dengan dilakukan. Curah hujan rancangan lazimnya direncanakan untuk kala ulang 2, 5, 10, 20, atau 25 tahun. Data-data penunjang dilakukannya analisa frekuensi adalah data curah hujan serta data debit. Beberapa tipe disribusi frekuensi yang lazim diaplikasikan pada hidrologi adalah penyebaran Gumbel, penyebaran Log Pearson Type III, penyebaran Log Normal, dan penyebaran Normal. Di bawah adalah persyaratan yang harus dipenuhi untuk memilih penyebaran frekuensi.
Tabel 2.1 Syarat Pemilihan Penyebaran Frekuensi Penyebaran
Frekuensi
Ck Cs
Gumbel 5,4002 1,1396
Normal 3,0000 0,0000
Log Pearson III Bebas Bebas
Log Normal - 3. Cv
Sumber: Suripin, 2004
Angka koefisien variasi (Cs) dan koefisien kurtosis diperoleh dari persamaan:
• Pertengahan: 𝑋!" = ∑ $%! ... (2.4)
• Standar deviasi: 𝑆& = $∑($%(*!($"#)$ ... (2.5)
• Koefisien variasi: 𝐶𝑠 =(%(*)×(%(-)×.% × ∑($!($"#)%&% ... (2.6)
• Koefisien kurtosis: 𝐶𝑘 =(%(*)×(%(-)×(%(/)×.% × ∑($!($"#)' &' ... (2.7)
• Koefisien variasi: 𝐶𝑣 = $.&
"# ... (2.8) Dimana:
n : total data
Xi : data ke i
Xrt : pertengahan data
Sd : standar deviasi
2.2.2.1. Metode Penyebaran E.J. Gumbel Type I
Bagi Gumbel (1941) masalah yang berkaitan dengan angka-angka eksesif berasal dari masalah air berlebih yang tidak mampu ditangani. Gumbel mengemukakan besaran-besaran eksesif X1, X2, X3, …, Xn, dimana data representatifnya berangka sama dan X adalah variabel bersirkulasi eksponensial, jadi peluang kumulatifnya:
𝑃(𝑋) = 𝑒(0()(+(,) ... (2.9) Dimana:
P(X) : peluang
X : variabel berpenyebaran eksponensial e : bilangan alam, e = 2,7182818
a : konstanta
Waktu kembali antar 2 (dua) pengamatan tetap, yaitu:
𝑇𝑟(𝑋) =*(1($)* ... (2.10) Dimana:
Tr(X) : waktu kembali
P(X) : peluang
Bagi Soemarto (1986), para ahli teknik begitu memperhatikan masalah pengekangan banjir sehingga mengutasehinggan waktu kembali Tr(X) dibanding peluang P(X), sehingga dari itu:
𝑋2 = 𝑏 −3*𝐼𝑛 4−𝐼𝑛2!($)(*2!($) 5 ... (2.11) Atau
𝑌"= −𝐼𝑛 4−𝐼𝑛2!($)(*
2!($) 5 ... (2.12) Dimana:
XT : variat X
a, b : konstanta
Tr (X) : waktu kembali
Yt : reduksi variat
Bagi saran Chow dalam Soemarto (1986), variat X yang mengimplikasikan deret hidrologi dengan acak bisa diwakilkan dengan persamaan:
𝑋2 = 𝑋7 + 𝐾 × 𝑆& ... (2.13) Dimana:
XT : variat yang terekstrapolasi, yaitu angka curah hujan rancangan dalam kala ulang pada T tahun
X< : angka pertengahan
Sd : standar deviasi
K : faktor frekuensi, yaitu fungsi kala ulang dan tipe penyebaran frekuensi
Faktor frekuensi K untuk angka-angka eksesif Gumbel dinyatakan dengan persamaan:
𝐾 =4#.(4.
. ... (2.14) Dimana:
Yt : reduksi variat selaku fungsi kala ulang T
Yn : reduksi pertengahan selaku fungsi dari banyaknya data n Sn : reduksi standar deviasi selaku fungsi dari banyaknya data n
Dengan mensubstitusi kedua rumus di atas, sehingga didapatkan:
𝑋2 = 𝑋7 +4#.(4.
. × 𝑆& ... (2.15)
2.2.2.2. Metode Penyebaran Normal
Bagi Suripin (2004), analisa frekuensi curah hujan dapat dilakukan melalui pengaplikasian metode normal dengan rumus:
𝑋2 = 𝑋7 + 𝑘 × 𝑆& ... (2.16) Dimana:
XT : besarnya curah hujan rancangan kala T tahun
X< : pertengahan data = ∑!.%$! Sd : standar deviasi = $∑($%(*!($5)$
k : variabel reduksi Gauss
Angka variabel reduksi Gauss dapat ditentukan tergantung kala ulang T tahun yang diaplikasikan, tabel di bawah menyajikan angka k untuk beberapa kala ulang.
Tabel 2.2 Angka Variabel Reduksi Gauss Kala Ulang T
(tahun) Peluang k Kala Ulang T
(tahun) Peluang k
1,001 0,999 -3,05 3,33 0,3 0,52
1,005 0,995 -2,58 4 0,25 0,67
1,01 0,99 -2,33 5 0,2 0,84
1,05 0,95 -1,64 10 0,1 1,28
1,11 0,9 -1,28 20 0,05 1,64
1,25 0,8 -0,84 50 0,2 2,05
1,33 0,75 -0,67 100 0,01 2,33
1,43 0,7 -0,52 200 0,005 2,58
1,67 0,6 -0,25 500 0,002 2,88
2 0,5 0 1000 0,001 3,09
2,5 0,4 0,25
Sumber: Suwarno, 1995
2.2.2.3. Metode Penyebaran Log Normal
Suripin (2004) merumuskan untuk menggunakan perasamaan berikut jika analisa frekuensi dilakukan dengan metode penyebaran Log Normal:
𝐿𝑜𝑔 𝑋2 = 𝐿𝑜𝑔 𝑋!" + 𝑘 × 𝑆& ... (2.17) Dimana:
Log XT : besarnya curah hujan rencana untuk kala T tahun Log Xrt : pertengahan data = ∑ 678$% !
Sd : standar deviasi = $∑(978 $%(*!(978 $"#)$
k : variabel reduksi Gauss (angka k dapat ditentukan melalui tabel 2.2)
2.2.2.4. Metode Penyebaran Log Pearson Type III
Metode penyebaran Log Pearson Type III sering diaplikasikan pada analisa hidrologi, khususnya pada analisa data tertinggi (keadaan meluap) dan terendah (debit minimum) dengan bilangan eksesif. Jika angka curah hujan harian tertinggi dari data hujan sudah diperoleh, metode ini dapat diaplikasikan untuk menghitung angka curah hujan rancangan yang ada pada kala ulang T tahun. (Soemarto, 1987)
Beberapa persamaan yang diaplikasikan dalam pengoperasian metode Log Pearson Type III adalah selaku:
𝐿𝑜𝑔 𝑋: = 𝐿𝑜𝑔𝑋7 + 𝐺 × 𝑆& ... (2.18) 𝐿𝑜𝑔𝑋7 =% ∑.!/0%678$! ... (2.19) 𝑆& = $∑.!/0(678$%(*!(678;̅)$ ... (2.20) 𝐶= =∑(%(*)(%(-)×..!/0(678$!(678;̅)&%$ ... (2.21) Dimana:
Log X : angka logaritma dari X dengan kala ulang T tahun Log X< : angka pertengahan dari Log X
Sd : standar deviasi
G : faktor frekuensi, yaitu fungsi dari kala ulang dan koefisien serong
Cs : koefisien serong (asimitris)
Tabel 2.3 Angka K Untuk Penyebaran Log Pearson III
Interval kejadian (Recurrence interval), tahun (periode ulang)
1,0101 1,2500 2 5 10 25 50 100
Koef. G Persentase peluang terlampaui (Percent chance of being exceeded)
99 80 50 20 10 4 2 1
3,0 -0,667 -0,636 -0,396 0,420 1,180 2,278 3,152 4,051 2,8 -0,714 -0,666 -0,384 0,460 1,210 2,275 3,114 3,973 2,6 -0,769 -0,696 -0,368 0,499 1,238 2,267 3,071 2,889 2,4 -0,832 -0,725 -0,351 0,537 1,262 2,256 3,023 3,800 2,2 -0,905 -0,752 -0,330 0,574 1,284 2,240 2,970 3,705 2,0 -0,990 -0,777 -0,307 0,609 1,302 2,219 2,192 3,605 1,8 -1,087 -0,799 -0,282 0,643 1,318 2,193 2,848 3,499 1,6 -1,197 -0,817 -0,254 0,675 1,329 2,163 2,780 3,388 1,4 -1,318 -0,832 -0,225 0,705 1,337 2,128 2,706 3,271 1,2 -1,449 -0,844 -0,195 0,732 1,340 1,087 2,626 3,149 1,0 -1,588 -0,852 -0,164 0,758 1,340 2,043 2,542 3,022 0,8 -1,733 -0,856 -0,132 0,780 1,336 1,993 2,453 2,891 0,6 -1,880 -0,857 -0,099 0,800 1,328 1,939 2,359 2,755 0,4 -2,029 -0,855 -0,066 0,816 1,317 1,880 2,261 2,615 0,2 -2,178 -0,850 -0,033 0,830 1,301 1,818 2,159 2,472 0,0 -2,326 -0,842 0,000 0,842 1,282 1,751 2,051 2,326 -0,2 -2,472 -0,830 0,033 0,850 1,258 1,680 1,945 2,178 -0,4 -2,615 -0,816 0,066 0,855 1,231 1,606 1,834 2,029 -0,6 -2,755 -0,800 0,099 0,857 1,200 1,528 1,720 1,880 -0,8 -2,891 -0,780 0,132 0,856 1,166 1,488 1,606 1,733 -1,0 -3,022 -0,758 0,164 0,852 1,128 1,366 1,492 1,588 -1,2 -2,149 -0,732 0,195 0,844 1,086 1,282 1,379 1,449 -1,4 -2,271 -0,705 0,225 0,832 1,041 1,198 1,270 1,318 -1,6 -2,388 -0,675 0,254 0,817 0,994 1,116 1,166 1,197 -1,8 -3,499 -0,643 0,282 0,799 0,945 1,035 1,069 1,087 -2,0 -3,605 -0,609 0,307 0,777 0,895 0,959 0,980 0,990
-2,2 -3,705 -0,574 0,330 0,752 0,844 0,888 0,900 0,905 -2,4 -3,800 -0,537 0,351 0,725 0,795 0,823 0,830 0,832 -2,6 -3,889 -0,490 0,368 0,696 0,747 0,764 0,768 0,769 -2,8 -3,973 -0,469 0,384 0,666 0,702 0,712 0,714 0,714 -3,0 -7,051 -0,420 0,396 0,636 0,660 0,666 0,666 0,667
Sumber: Suripin, 2004
2.2.3. Tes Kesebandingan Penyebaran
Untuk menentukan apakah sebuah data sebanding dengan metode penyebaran yang dipilih, wajib dilakukan pengetesan lebih lanjut setelah penggambaran pada kertas probabilitas selesai dilakukan. Pengetesan seringnya dilakukan dengan 2 (dua) jenis tes kesebandingan dengan melakukan plotting terlebih dahulu. Langkah-langkahnya adalah selaku berikut:
1. Menyusun dari besar ke kecil data curah hujan tertinggi harian pertengahan setiap tahunnya.
2. Hitung peluangmya dengan menggunakan rumus Weibull:
𝑃 =%?*> × 100% ... (2.22) Dimana:
P : peluang (%)
m : nomor urut data dari seri yang diurutkan
n : banyaknya data
2.2.3.1. Tes Smirnov Kolmogorow
Tes kesebandingan Smirnov Kolomogrov yang juga dikenal dengan tes kesebandingan non-parametik ini tidak memerlukan fungsi penyebaran khusus, tetapi berfokus pada kurva dan plotting data pada kertas probabilitas. Dari hasil plotting tersebut akan dilihat jarak distorsi setiap titik data terhadap kurva. Jarak distorsi tertinggi disebut angka ∆maks dengan peluang mendapat angka lebih kecil dari angka ∆kritik, sehingga metode penyebaran frekuensi yang dipilih dapat diaplikasikan. Angka ∆kritik didapat dari tabel 2.4 selaku berikut.
Tabel 2.4 Angka Do Untuk Tes Smirnov Kolmogorow
n a
0,20 0,10 0,05 0,01
5 0,45 0,51 0,56 0,67
10 0,32 0,37 0,41 0,49
15 0,27 0,30 0,34 0,40
20 0,23 0,26 0,29 0,36
25 0,21 0,24 0,27 0,32
30 0,19 0,22 0,24 0,29
35 0,18 0,20 0,23 0,27
40 0,17 0,19 0,21 0,25
45 0,16 0,18 0,20 0,24
50 0,15 0,17 0,19 0,23
𝑛 > 50 1,07
√𝑛
1,22
√𝑛
1,36
√𝑛
1,63
√𝑛 Sumber: Triadmodjo, 2008
2.2.3.2. Tes Chi-Square
Bagi Soemarto (1986) pengetesan ini diaplikasikan untuk mengetahui simpangan-simpangan secara vertikal yang ditentukan dengan rumus selaku berikut:
𝑋- = ∑%"B*(7@(A@)A@ $ ... (2.23) Dimana:
X2 : angka Chi-kuadtrat terhitung
Ef : banyak data yang diharapkan sebanding dengan pembagian kelasnya
Of : banyak data yang terbaca pada kelas yang sama n : total sub kelompok dalam satu grup
Angka X2 yang didapat harus kurang dari angka X2cr (Chi-kuadrat kritis), untuk suatu derajat nyata tertentu lazimnya diambil 5%. Derajat kebebasan dikalkulasikan dengan persamaan:
𝐷𝐾 = 𝐾 − (𝛼 + 1) ... (2.24)
Dimana:
DK : derajat kebebasan
K : total kelas
a : total ketertarikan (parameter), untuk tes Chi-Kuadrat adalah 2 Angka X2cr didapat dari tabel 2.5.
Tabel 2.5 Angka Kritis Untuk Penyebaran Chi-Kuadrat Derajat
Kebebasan
Angka X2
0,10 0,05 0,025 0,01 0,005
1 2,70554 3,84146 5,02390 6,63489 7,87940 2 4,60518 5,99148 7,37778 9,21035 10,59653 3 6,25139 7,81472 9,34840 11,34488 12,83807 4 7,77943 9,48773 11,14326 13,27670 14,86017 5 9,23635 11,07048 12,83249 15,08632 16.74965 6 10,64464 12,59158 14,44935 16,81187 18,54751 7 12,01703 14,06713 16,01277 18,47532 20,27774 8 13,36156 15,50731 17,53454 20,09016 21,95486 9 14,68366 16,91896 19,02278 21,66605 23,58927 10 15,98717 18,30703 20,48320 23,20929 25,18805 11 17,27501 19,67515 21,92002 24,72502 26,75686 12 18,54934 21,02606 23,33666 26,21696 28,29966 13 19,81193 22,36203 24,73558 27,68818 29,81932 14 21,06414 23,68478 26,11893 29,12116 31,31943 15 22,30712 26,29622 27,48836 30,57795 32,80149 16 23,54182 26,29622 28,84532 31,99986 34,26705 17 24,76903 27,58710 30,19098 33,40872 35,71838 18 25,98942 28,86932 31,52641 34,80524 37,15639 19 27,20356 30,14351 32,85234 36,19077 38,58212 20 28,41197 31,41042 34,16958 37,56627 39,99686 21 29,61509 32,67056 35,47886 38,93223 41,40094
22 30,81329 33,92446 36,78068 40,28945 44,18139 23 32,00689 35,17246 38,07561 41,63833 44,18139 24 33,19624 36,41503 39,36406 42,97978 45,55836 25 34,38158 37,65249 40,64650 44,31401 46,92797 26 35,56316 38,88513 41,92314 45,64164 48,28978 27 36,74123 40,11327 43,19452 46,96284 49,64504 28 37,91591 41,33715 44,46079 48,27817 50,99356 29 39,08748 42,55695 45,72228 49,58783 52,33550 30 40,25602 43,77295 46,97922 50,89218 53,67187 Sumber: Triadmodjo, 2008
2.2.4. Intensitas Hujan
Suripin (2004) berpendapat bahwa intensitas curah hujan adalah tingginya curah hujan disuatu lokasi yang ada dalam satuan waktu tertentu. Pada data curah hujan harian, intensitas hujan dapat dihitung dengan rumus Mononobe. Rumus ini diaplikasikan apabila data hujan jangka pendek tidak tersedia dan hanya ada data hujan harian.
𝐼 =C-D$'× G-D"H
$
% ... (2.25) Dimana:
I : intensitas curah hujan (mm/jam)
t : waktu konsentrasi (jam)
R24 : curah hujan tertinggi harian selama 24 jam (mm)
Waktu konsentrasi (tc) merupakan waktu yang diperlukan oleh air hujan yang jatuh untuk mengalir dari titik terjauh pada lokasi pengaliran sampai ke titik pembuangan. Rumus yang dapat diaplikasikan untuk memperkirakan waktu konsentrasi bagi Suhardjono (1984):
𝑡E = 𝑡7 + 𝑡& ... (2.26) Dimana:
tc : waktu konsentrasi (jam)
to (inlet time) : waktu yang diperlukan air untuk mengalir melalui permukaan tanah keseluruhan terdekat (menit)
𝑡7 = G-/× 3,28 × 𝐿 × %
√=H ... (2.27)
td (conduct time) : waktu untuk mengalir dalam saluran ke tempat yang diukur (menit). Besaran td ditentukan dengan ruas sebanding dengan kondisi salurannya. Untuk saluran alami, sifat hidroliknya sulit untuk ditentukan, sehingga td ditentukan dengan perkiraan aliran dapat dimodifikasi berdasarkan angka kekasaran dinding saluran bagi Manning, Chezy atau yang lainnya yang tertera dalam tabel berikut.
Tabel 2.6 Kecepatan Pertengahan Saluran Berdasarkan Kemiringan Saluran Kemiringan
Pertengahan Dasar Saluran
(%)
Kecepatan Pertengahan
(m/det)
Kemiringan Pertengahan Dasar Saluran
(%)
Kecepatan Raa- rata (m/det)
<1 0,40 4 – 6 1,20
1 – 2 0,60 6 – 10 1,50
2 – 4 0,90 10 – 15 2,40
Sumber: Wesli, 2008
Lantas dikontrol dengan menggunakan rumus 𝑡& = 𝐿 𝑉O ... (2.28)
L : panjang saluran (m)
V : kecepatan pertengahan saluran (m/detik)
2.2.5. Debit Banjir Rancangan
Untuk memperoleh kapasitas saluran drainase, langkah pertama yang harus dilakukan adalah menghitung total air hujan dan air kotor yang akan dibuang melalui saluran drainase. Debit banjir rencana merupakan langkah dasar untuk merencanakan pengamanan bahaya banjir pada suatu lokasi dengan penerapan angka-angka kemungkinan adanya banjir yang besar. Secara teori, banjir rencana
ini hanya berlaku pada satu penampang (penampang kontrol) di suatu ruas sungai, jadi pada sepanjang ruas sungai akan didapatkan hasil banjir rencana yang berbeda- beda.
Salah satu metode yang diaplikasikan guna menghitung debit banjir rancangan adalah Metode Rasional. Dalam daerah perkotaan, kehilangan air bisa dikatakan sedikit dan karena waktu konsentrasi yang singkat sehingga debit keseimbangan seringkali dicapai. Metode Rasional sampai saat ini masih diaplikasikan dengan baik untuk memperkirakan banjir di daerah perkotaan.
Perhitungan debit banjir rencana menggunakan Metode Rasional menggunakan rumus:
𝑄 = 𝐶 × 𝐼 × 𝐴 ... (2.29) Dan jika diaplikasikan rumus matriks, sehingga rumusnya menjadi:
𝑄3G = 0,278 × 𝐶 × 𝐼 × 𝐴 ... (2.30) Dimana:
Qah : debit rencana (m3/det)
C : koefisien pengalian
I : intensitas hujan pertengahan selama waktu tiba banjir (mm/jam)
A : luas daerah pengaliran (km2) 0,278 : faktor konversi
Bagi Suhardjono (1984), jika daerah pengaliran dengan luas area kurang dari 50 km2, kapasitas pengalirannya ditentukan menggunakan Metode Rasional.
Tetapi jika daerah pengaliran memiliki luas area lebih dari 50 km2, kapasitas pengalirannya ditentukan dengan Metode Hidrograf Satuan Sintetis.
2.2.6. Koefisien Pengaliran (C)
Koefisien pengaliran merupakan suatu perbandingan antara luasan area hujan yang membentuk sebuah limpasan langsung dengan total hujan yang ada.
(Supirin, 2004). Koefisien aliran ditentukan sebanding dengan keadaan permukaan.
Jika DAS terdiri dari berbagai macam penggunaan lahan dengan koefisien aliran
permukaan yang berbeda, sehingga angka koefisien yang diaplikasikan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
𝐶 =% ∑.!/0∑ IH!×I!
! ... (2.31) Dimana:
Ai : luas lahan ke-1 (m2), dengan i = 1, 2, …, n Ci : koefisien limpasan i = 1, 2, …, n
Untuk menggambarkan lahan maupun karakter permukaan terhadap koefisien limpasan, disajikan tabel 2.7.
Tabel 2.7 Angka Koefisien Aliran (C)
Tipe Daerah Aliran Jenis Tanah Harga C
Perumputan Tanah pasir, dasar, 2% 0,05 – 0,10 Tanah pasir, pertengahan, 2 – 7% 0,10 – 0,15 Tanah pasir, curam, 7% 0,15 – 0,20 Tanah gemuk, dasar, 2% 0,13 – 0,17 Tanah gemuk, pertengahan, 2 – 7% 0,18 – 0,22 Tanah gemuk, curam, 7% 0,25 – 0,35
Bisnis Daerah kota lama 0,75 – 0,95
Daerah pingguran 0,50 – 0,70
Perumahan Daerah “Single Family” 0,30 – 0,50
“Multi Units”, terpisah-pisah 0,40 – 0,60
“Multi Units”, tertutup 0,60 – 0,75
“Suburban” 0,25 – 0,40
Daerah rumah-rumah apartemen 0,50 – 0,70
Industri Daerah ringan 0,50 – 0,80
Daerah berat 0,60 – 0,90
Jalan Beraspal 0,70 – 0,95
Beton 0,80 – 0,95
Batu 0,70 – 0,85
Pertamanan, kuburan 0,10 – 0,25
Tempat bermain 0,20 – 0,35
Halaman kereta api 0,20 – 0,40
Daerah yang tidak dikerjakan 0,10 – 0,30
Untuk berjalan dan naik kuda 0,75 – 0,85
Atap 0,75 – 0,95
Sumber: Suripin, 2004
2.3. Analisa Hidrolika
Debit air hujan yang ada pada sebuah daerah harus segera dialirkan supaya tidak menggenang. Agar mampu menderaikannya, dibutuhkan saluran yang mampu menyambut dan menyalurkan air tersebut ke wadah penampungan yang sebanding dengan total debit. Wadah penampung tersebut dapat berbentuk sungai maupun kolam retensi dengan kapasitas pengaliran dari sebuah saluran yang berdasar pada bentuk, kemiringan dan kekasaran saluran. Dalam merencanakan bentuk saluran dan sistem jaringan drainase, dilakukan dengan analisa hidrolika.
Selain itu, perencanaan debit dan penetapan dimensi saluran perumahan dilakukan suaya mempu mengatasi genangan yang diakibatkan oleh debit banjir dengan suatu kala ulang.
Pada hubungannya dengan pengendalian banjir, analisa hidrolika berguna untuk mengetahui profil muka air, dalam keadaan terisi (eksisting) ataupun dalam keadaan perencanaan. Untuk menunjang analisa perencanaan agar mendapatkan patokan desain yang handal, dibutuhkan keabsahan data dan teknik hitungan yang mewakili. (Suripin, 2004)
2.3.1. Tipe Aliran
Suripin (2004) menyatakan bahwa saluran drainase lazimnya termasuk aliran terbuka dimana air dipermukaan memiliki tekanan yang sama dengan tekanan pada atmosfer. Aliran terbuka dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis tergantung perubahan kedalaman aliran berbanding dengan ruang dan waktu.
Berdasarkan ruang dan jenis, aliran dibedakan menjadi:
1. Aliran seragam, yaitu kondisi dimana kedalaman air pada setiap potongan melintang sama.
2. Aliran tidak seragam, yaitu kondisi dimana kedalaman air pada setiap potongan melintangnya berbeda.
Berdasarkan waktu, tipe aliran dibedakan menjadi:
1. Aliran tetap, yaitu kondisi dimana kedalaman air tidak berganti atau tetap dalam waktu tertentu.
2. Aliran tidak tetap, yaitu kondisi dimana kedalaman aliran berganti seiring berjalannya waktu.
Untuk memudahkan pengerjaan persamaan aliran, sehingga aliran dalam drainase dianggap mempunyai tipe aliran seragam. Berikut merupakan karakteristik aliran seragam, diantaranya:
1. Kedalaman aliran (h), luas penampang basah (A), kecepatan aliran, juga debit aliran (V) selalu sama pada tiap penampang saluran tetap.
2. Garis energi dan dasar saluran selalu linier.
Berdasarkan sebuah pertimbangan, pada beberapa permasalahan aliran seragam, debit dianggap tetap sepanjang segmen saluran yang lurus atau bersifat berkelanjutan. Hal tersebut dapat diperlihatkan lewat persamaan kontinuitas berikut:
𝑄 = 𝐴*× 𝑉* = 𝐴-× 𝑉- ... (2.32) Dimana:
A : luas basah basah penampang (m2) V : kecepatan aliran pada saluran (m/det)
2.3.2. Kecepatan Aliran
Bagi Suripin (2004), kecepatan aliran harus memenuhi ketentuan dimana angkanya lebih kecil dari kecepatan tertinggi dan tidak boleh melewati kecepatan tertinggi yang diizinkan dengan menyesuaikan tipe dan jenis material saluran tertinjau. Hal tersebut ditujukan agar adanya penumpukan (sediemen) dan erosi pada saluran. Penyelesaian kecepatan aliran seragam memiliki 3 (tiga) cara yang terkenal, yaitu:
1. Rumus Chezy 2. Rumus Stickler 3. Rumus Manning
Tabel 2.8 berikut menyajikan besaran kecepatan tertinggi yang diizinkan untuk macam-macam material saluran.
Tabel 2.8 Kecepatan Izin Saluran Jenis material Kecepatan aliran
yang dizinkan (m/det)
Jenis material Kecepatan aliran yang diizinkan
(m/det)
Pasir halus 0,45 Kerikil kasar 1,20
Lempung kepasiran
0,50 Batu-batu besar 1,50
Lanau aluvial 0,60 Pasangan batu 1,50
Kerikil halus 0,75 Beton 1,50
Lempung kokoh 0,75 Beton bertulang 1,50
Lempung padat 1,10
Sumber: Hasmar, 2002
2.3.3. Tinggi Jagaan Saluran
Pada Kriteria Perencanaan (KP) 03, jika sebuah jaringan pembuang primer juga memiliki tugas untuk menderaikan aliran air hujan dari area bukan sawah dan juga harus melindungi dari banjir, besaran angka tinggi jagaan berkisar antara 0,1 sampai 0,4 m.
2.3.4. Kemiringan Saluran dan Talud
Pesyaratan kemiringan talud untuk sebuah saluran memiliki peraturan yang serupa dengan syarat saluran irigasi, yaitu harus memiliki kemiringan yang lebih landai jika diprediksi aliran rembesan akan mengalir ke dalam saluran.
2.3.5. Dimensi Saluran
Bagi Chow (1992), penentuan dimensi saluran drainase dilakukan dengan menyesuaikan dengan bentuk saluran yang dipilih sebanding dengan keperluan yang memerhatikan angka keekonomisannya. Yang dimaksud dengan ekonomis adalah drainase yang mampu menderaikan debit terbesar dengan luasan basah tertentu. Pemilihan dimensi saluran drainase yang paling hemat didapatkan dengan cara menurunkan secara matematis bentuk saluran.
Dalam perencanaan suatu saluran drainase yang tepat dan berangka ekonomis, berikut beberapa hal yang perlu diperhatikan:
1. Ketepatan guna hidrolis saluran 2. Sensibilitas saluran
3. Hemat biaya
2.3.6. Saluran Bentuk Segi Empat
Gambar 2.1 Penampang Saluran Segi empat
Chow (1992) berpendapat bahwa penampang saluran menggunakan bentuk segi empat, dengan cara penyelesaian seperti berikut:
𝐴 = 𝑏 × ℎ ... (2.33) 𝑃 = 𝑏 × 2ℎ ... (2.34)
Untuk kapasitas saluran dapat dihitung dengan rumus Manning, dengan:
𝑉 =%*× 𝑅- /⁄ × 𝑆* -⁄ ... (2.35) 𝑄 = 𝐴 × 𝑉 ... (2.36) 𝑅 =I1 ... (2.37) Dimana:
A : luas penampang basah (m2)
P : keliling basah (m)
R : jari-jari hidrolik (m)
V : kecepatan pertengahan aliran dalam saluran (m/det)
n : koefisien manning
Q : debit (m3/det)
Tabel 2.9 Angka Koefisien Manning (n) yang sering diaplikasikan No Tipe saluran dan jenis material Harga n
Minimum Nominal Tertinggi
1
Beton
• Gorong-gorong lurus dan bebas dari kotoran
• Gorong-gorong dengan lengkung dan sedikit kotoran/gangguan
• Beton dipoles
• Saluran pembuangan dengan bak kontrol
0,010
0,011
0,11
0,013
0,011
0,013
0,12
0,015
0,013
0,014
0,14
0,017
2
Tanah, lurus, dan berseragam
• Bersih baru
• Bersih telah melapuk
• Berkerikil
• Berumput pendek, sedikit tanaman pengganggu
0,016
0,018
0,022
0,022
0,018
0,022
0,025
0,027
0,020
0,025
0,030
0,033
3
Saluran alam
• Bersih lurus
• Bersih berkelok-kelok
0,025
0,033
0,030
0,040
0,033
0,045
• Banyak tanaman pengganggu
• Dataran banjir berumput pendek-tinggi
• Saluran belukar
0,050
0,025
0,035
0,070
0,030
0,050
0,080
0,035
0,070 Sumber: Suripin 2004
