Analisis Arus Balik Air pada Saluran Drainase Primer Ngestiharjo dan Karangwuni Kabupaten Kulonprogo AWAL

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user Skripsi

Oleh : Chandra Wibisono

I.0111021

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2015

(2)

(3)

(4)

commit to user

vi

PRAKATA

Segala puji syukur penyusun panjatkan ke hadirat Tuhan yang Maha Esa yang

masih melimpahkan rahmat dan berkah-Nya, sehingga penyusun dapat

menyelesaikan skripsi dengan judul “ Analisis Arus Balik Air pada Saluran

Drainase Primer Ngestiharjo dan Karangwuni Kabupaten Kulonprogo ”

guna memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di

program studi Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam kesempatan ini tidak lupa penyusun menyampaikan terima kasih kepada

pihak-pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuan dalam menyelesaikan

Skripsi ini, yaitu kepada:

1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret beserta staff.

2. Pimpinan Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas

Maret beserta staff.

3. Wibowo, ST, DEA selaku Ketua Program S1 Regular Prodi Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret beserta staff

4. Ir. Adi Yusuf Muttaqien, M.T., selaku dosen pembimbing I.

5. Dr. Ir. RR Rintis Hadiani, M.T, selaku dosen pembimbing II.

6. Orang tua yang telah memberi dukungan baik moral maupun material.

7. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Regular Angkatan 2011.

8. Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungannya.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih memiliki kekurangan. Oleh karena itu

kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan. Penulis

berharap laporan skripsi ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis

pada khususnya.

Surakarta, Oktober 2015

(5)

commit to user

vii

ABSTRAK

Chandra Wibisono, Adi Yusuf Muttaqien, dan Rintis Hadiani, 2015. Analisis

Arus Balik Air pada Saluran Drainase Primer Ngestiharjo dan Karangwuni Kabupaten Kulonprogo. Skripsi. Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik.

Universitas Sebelas Maret. Surakarta.

Sungai merupakan tempat aliran air besar dan memanjang yang mengalir secara terus menerus dari hulu ke hilir yang dapat dimanfaatkan makhluk hidup. Sungai dapat berfungsi dengan baik apabila dalam keadaan stabil. Apabila keadaan sungai tidak terpelihara dan tidak ada penanganan khusus, sungai dapat menimbulkan bencana banjir yang dapat merugikan manusia. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencegah terjadinya banjir dengan cara mengetahui profil muka air permukaan saluran drainase dan arus balik air. Profil muka air yang diketahui dapat digunakan sebagai acuan dalam melakukan perbaikan dan pengaturan tata ruang saluran serta pertimbangan untuk pembangunan bangunan air akibat dari meluapnya air melebihi tanggul yang ada.

Penelitian ini dilakukan pada dua saluran drainase primer di daerah Wates yaitu saluran drainase primer Ngestiharjo dan Karangwuni, yang selalu terancam bahaya banjir akibat dari pertemuan di muara saluran dengan sungai Serang. Analisis profil muka air saluran akan dilakukan dengan menggunakan metode

tahapan langsung dan program Hydrolic Engineering Center – River Analysis

System (HEC-RAS). Debit yang digunakan dalam perhitungan adalah debit maksimum yang terjadi di saluran drainase primer Ngestiharjo dan Karangwuni, dimana perhitungannya diambil dari data hujan antara tahun 2004-2013.

Saluran drainase primer Ngestiharjo dan Karangwuni termasuk pada penggolongan pola aliran permukaan landai / profil M (Mild) karena kemiringan dasar saluran lebih besar dari kemiringan kritis. Nilai yn maksimum pada saluran drainase Ngestiharjo terjadi pada bulan Desember yaitu 2,174 m, dengan nilai yc lebih kecil yaitu 1,436 m. Sedangkan nilai yn maksimum pada saluran drainase Karangwuni juga terjadi pada bulan Desember yaitu sebesar 2,107 m, dengan nilai yc lebih kecil yaitu 1,453 m. Pola aliran ini terjadi dikarenakan pada hilir saluran drainase primer Ngestiharjo dan Karangwuni terendam dalam Sungai Serang yang pada bulan tertentu kedalaman airnya lebih besar. Hasil perhitungan arus balik air menunjukan bahwa arus balik air terbesar pada saluran drainase Ngestiharjo terjadi pada bulan Januari dengan panjang 1347 m. Sedangkan pada saluran drainase Karangwuni, arus balik air terbesar juga terjadi pada bulan Agustus dengan panjang 1034,32 m. Berdasarkan hasil analisis dengan program HEC-RAS, dapat dilihat bahwa profil muka air yang terjadi lebih tinggi dibandingkan tanggul di sekitar. Oleh karena itu, diperlukan perencanaan pintu Klep pada titik pertemuan antara saluran drainase primer Ngestiharjo dan Karangwuni dengan sungai Serang dan perbaikan tanggul di sepanjang saluran, sehingga banjir akibat arus balik air atau akibat dari bertambahnya kedalaman air normal saluran yang terjadi pada saat musim hujan dapat dihindari.

(6)

commit to user

viii

ABSTRACT

Chandra Wibisono, Adi Yusuf Muttaqien, and Rintis Hadiani, 2015. Backwater

Analysis on Primary Drainage Channel Ngestiharjo and Karangwuni Kulonprogo Regency. Thesis. Civil Engineering Department. Engineering

Faculty. Sebelas Maret University. Surakarta.

River is a place of large and extend watercourse that flowing continuously from upstream to downstream that it can be utilized by human being. River can function well if it is in a stable condition. If the state of the river is not specially maintained and handled, It can cause flood for harming humans. The aim of this study is to prevent flood by knowing the water surface profile of watercourse and backwater. Water surface profiles are used as a reference in the improvement and arrangement the channel as well as the consideration for the construction of waterworks as result of overflowing water exceeds the existing embankment.

This research was conducted in two primary drainage channel in the area Wates is the primary watercourse of Ngestiharjo and Karangwuni, that is always in danger of flooding as a result of the meeting in the mouth of the channel by the Serang. Watercourse surface profile analysis was done by using the direct step method and program of Hydrolic Engineering Center - River Analysis System (HEC-RAS). The calculation was used the maximum discharge that occuring in the primary watercourse of Ngestiharjo and Karangwuni, where the calculation was taken from rainfall data between the years 2004-2013.

Primary watercourse of Ngestiharjo and Karangwuni include to the watercourse pattern classification of sloping surface / profile of M (Mild) for basic slope of the channel is greater than the critical slope. The yn maximum for the watercourse of Ngestiharjo occurs in December is 2,174 m, with smaller value of yc is 1,436 m. While the maximum value of yn for watercourse of Karangwuni also occurs in December. It is 2,107 m, with smaller value of yc is 1,453 m. This watercourse pattern occurs because downstream of the primary watercourse of Ngestiharjo and Karangwuni are submerged in Serang River that in a certain month has greater water depths. The calculation result shows that the biggest backwater flow of watercourse of Ngestiharjo occurs in January with a length of 1347 m. While the watercourse of Karangwuni, the largest backwater flow also occurs in August with a length of 1034.32 m. Based on the analysis by HEC-RAS program, it can be seen that the water level that occurred profile higher than the dike around. Therefore, it is needed planning of doors Klep at the meeting point between the primary watercourse of Ngestiharjo and Karangwuni with the Serang and it repairs embankments along the channel, so that the floods are caused by the reverse flow of water or as a result of increasing water depth normal channels that occur during the rainy season can be avoided

(7)

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... iv

PRAKATA ... vi

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ... 5

2.2 Landasan Teori ... 6

2.2.1 Kualitas Data Hujan... 6

2.2.2 Hujan Wilayah ... 7

2.2.3 Analisis Debit dengan Metode Rasional ... 8

2.2.4 Prinsip Dasar Aliran ... 10

2.2.5 Aliran Tunak Berubah Beraturan ... 12

2.2.6 Kedalaman Air Normal ... 15

2.2.7 Kedalaman Air Kritis... 16

2.2.8 Klasifikasi Profil Muka Air ... 18

(8)

commit to user

x

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian ... 25

3.2 Perhitungan Debit Aliran Sungai ... 26

3.3 Lokasi Penelitian ... 26

3.4 Metode Perhitungan Pola Aliran ... 27

3.4.1 Hydrologic Engineering Center – River Analysis Sistem (HEC-RAS) ... 27

3.4.2 Metode Tahapan Langsung ... 28

3.5 Diagram Alir Penelitian ... 30

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Penyiapan Data ... 32

4.2 Uji Kepanggahan Data Hujan ... 33

4.3 Hujan Wilayah ... 35

4.4 Analisis Debit ... 37

4.5 Analisis Arus Balik Air ... 40

4.5.1 Menghitung Kedalaman Air Kritis ... 40

4.5.2 Menghitung Kedalaman Air Normal ... 42

4.5.3 Analisis dengan Metode Tahapan Langsung ... 44

4.5.4 Analisis dengan HEC-RAS 4.1.0 ... 54

4.6 Pembahasan ... 62

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 64

5.2 Saran ... 65

DAFTAR PUSTAKA ... xvi

(9)

commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Metode Polygon Thiessen ... 8

Gambar 2.2 Penurunan Persamaan Aliran Berubah Beraturan ... 13

Gambar 2.3 Profil Muka Air ... 15

Gambar 2.4 Lengkung Energi Spesifik ... 17

Gambar 2.5 Hubungan Q-y untuk Energi Spesifik Konstan ... 17

Gambar 2.6 Bagian Saluran untuk Menurunkan Metode Tahapan Langsung .... 21

Gambar 3.1 Lokasi Penelitian ... 26

Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian ... 31

Gambar 4.1 Kurva Massa Ganda tiga stasiun hujan tahun 2004-2013 ... 35

Gambar 4.2 Poligon Thiessen DAS Serang... 36

Gambar 4.3 Profil muka air pada saluran drainase Ngestiharjo ketika terjadi arus balik air ... 48

Gambar 4.4 Profil muka air pada saluran drainase Karangwuni ketika terjadi arus balik air ... 51

Gambar 4.5 Pengaturan Sistem Satuan... 54

Gambar 4.6 Pembuatan File Project ... 54

Gambar 4.7 Pembuatan Skema Sungai... 55

Gambar 4.8 Input data Cross Section ... 56

Gambar 4.9 Input data hidrolika plan pertama ... 57

Gambar 4.10 Input data hidrolika plan kedua ... 58

Gambar 4.11 Plan pertama (profil muka air saat terjadi arus balik air dengan elevasi muka air maksimum) ... 59

Gambar 4.12 Plan kedua (profil muka air saluran drainase Ngestiharjo dalam keadaan normal) ... 59

Gambar 4.13 Hasil Cross Section ... 60

Gambar 4.14 Cross Section Output Table ... 60

Gambar 4.15 Profile plot saluran drainase Ngestiharjo ... 61

(10)

commit to user

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien Aliran Permukaan untuk metode Rasional ... 9

Tabel 2.2 Nilai Koefisien Manning ... 12

Tabel 2.3 Jenis Profil Aliran pada Saluran Prismatis ... 18

Tabel 4.1 Data Hujan Bulanan Tahun 2004 ... 32

Tabel 4.2 Data kurva massa ganda stasiun hujan Borowarea dibandingkan dengan kumulatif rerata stasiun Hargorejo dan stasiun Plaosan (tahun 2004-2013) ... 33

Tabel 4.3 Data kurva massa ganda stasiun hujan Hargorejo dibandingkan dengan kumulatif rerata stasiun hujan Borowarea dan Plaosan (tahun 2004-2013) ... 34

Tabel 4.4 Data kurva massa ganda stasiun hujan Plaosan dibandingkan dengan kumulatif rerata stasiun hujan Borowarea dan Hargorejo (tahun 2004-2013) ... 34

Tabel 4.5 Nilai R2 masing-masing stasiun ... 35

Tabel 4.6 Nilai koefisien Thiessen (Ct) ... 36

Tabel 4.7 Hujan Wilayah Maksimum DAS Serang bulanan antara tahun 2004-2013 ... 37

Tabel 4.8 Intensitas Hujan jam-jaman Mononobe ... 38

Tabel 4.9 Perhitungan Intensitas, kedalaman dan kenaikan curah hujan pada bulan Januari - Desember ... 38

Tabel 4.10 Debit Saluran Drainase Ngestiharjo pada bulan Januari - Desember ... 39

Tabel 4.11 Debit Saluran Drainase Karangwuni pada bulan Januari - Desember ... 40

Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Kedalaman dan Kemiringan Kritis Saluran Drainase Ngestiharjo ... 41

Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Kedalaman dan Kemiringan Kritis Saluran Drainase Karangwuni ... 42

Tabel 4.14 Hasil perhitungan kedalaman air saluran drainase Ngestiharjo ... 43

(11)

commit to user

xiii

Tabel 4.16 Ketinggian air dan debit maksimum sungai Serang antara

tahun 2011-2013 ... 45

Tabel 4.17 Perhitungan profil muka air saat terjadi arus balik air pada

saluran drainase Ngestiharjo di bulan Januari ... 46

Tabel 4.18 Perhitungan profil muka air saat terjadi arus balik air pada

saluran drainase Karangwuni di bulan Januari ... 49

Tabel 4.19 Hasil analisis arus balik air pada saluran drainase Ngestiharjo... 52

(12)

commit to user

xiv

DAFTAR NOTASI

A Luas tampang basah (m2)

D Kedalaman hidrolik (m)

Fr Angka Froude

g Gravitasi (g = 9,81 m/s2₎

n Koefisien Manning

P Keliling basah

Q Debit (m3_/s)

B Lebar (m)

R Jari – jari Hidrolik (m)

Re Bilangan Reynolds

v Kecepatan aliran rerata (m/s)

E Energi spesifik

ΔE Selisih energi spesifik

Sf Kemiringan gesekan

��

̅̅̅ Kemiringan gesek rata-rata

So Kemiringan dasar saluran

T Lebar penampang saluran pada permukaan bebas (m)

y Tinggi muka air (m)

yn Tinggi muka air normal (m)

yc Tinggi muka air kritis (m)

Δx Panjang bagian saluran (m)

(13)

commit to user

xv

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A Perhitungan Profil Muka Air Saluran Drainase Primer

Ngestiharjo Saat Terjadi Arus Balik Air Menggunakan

Metode Tahapan Langsung

LAMPIRAN B Perhitungan Profil Muka Air Saluran Drainase Primer

Karangwuni Saat Terjadi Arus Balik Air Menggunakan

Metode Tahapan Langsung

LAMPIRAN C Hasil Analisis Program HEC-RAS 4.1.0 Pada Saluran

Drainase Primer Ngestiharjo

LAMPIRAN D Hasil Analisis Program HEC-RAS 4.1.0 Pada Saluran

Drainase Primer Karangwuni