ANALISIS CURAH HUJAN UNTUK MEMBUAT KURVA
INTENSITY-DURATION-FREQUENCY (IDF) DI KAWASAN RAWAN BANJIR KOTA MEDAN (STUDI KASUS)
Arifin Azhari Harahap1 dan Terunajaya2
1 Mahasiswa Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1
Kampus USU Medan Email:arifinpepi@yahoo.co.id
2Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara,
Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus Usu Medan Email: irteruna@yahoo.com
ABSTRAK
Kegiatan Hujan adalah komponen masukan penting dalam proses hidrologi. Karakteristik hujan di antaranya adalah intensitas, durasi, kedalaman, dan frekuensi. Intensitas berhubungan dengan durasi dan frekuensi dapat diekspresikan dengan kurva Intensity-Duration-Frequency (IDF).Kurva IDF dapat digunakan untuk menghitung banjir rencana. Hujan maksimum menggunakan rata-rata aljabar 11 tahun pengamatan yang berasal dari 2 stasiun yaitu St. Sampali dan St. Polonia. Kemudian dicari pola distribusi curah hujan melalui parameter statistik sebaran normal dan logaritmatik, dan dilakukan analisa rancangan curah hujan metode Log Pearson III dan metode Gumbell.Intensitas dihitung dengan mempergunakan metode Mononobe.Analisa debit banjir rencana menggunakan metode rasional untuk mendapatkan debit puncak aliran banjir di daerah kawasan penelitian rawan banjir tersebut.Kemudian dilakukan analisa perhitungan kapasitas saluran drainase eksiting di daerah penelitian.Intensitas hujan untuk periode ulang 2,5,10 tahun adalah 27,406 mm/jam, 33,214 mm/jam, 37,179 mm/jam untuk di daerah kawasan rawan banjir di jalan Amal.Debit aliran saluran drainase eksisting (Q) daerah jalan Amal adalah 0.305 m3/det dan 1.868 m3/det , sedangkan besaran aliran banjir puncak (Qp) daerah jalan Amal adalah untuk kala ulang 2, 5, 10 tahun adalah 17.87 m3/det, 21.66 m3/det, 24.24 m3/det.Sehingga dapat diperkirakan bahwa besaran aliran banjir tidak dapat ditampung oleh kapasitas saluran drainase eksisting yang ada.
Kata kunci: hujan, intensitas, durasi, frekuensi, debit aliran
ABSTRACT
Rain activity is an important component in the process of hydrologic. Characteristics include rainfall intensity, duration, depth, and frequency. Intensity correspond with the duration and frequency can be expressed by the curve Intensity-Duration-Frequency (IDF). IDF curves can be used to calculate flood plan. The maximum rainfall using algebraic average of 11 years of observations derived from the 2 stations, namely St. Sampali and St. Polonia. Then looking for patterns of rainfall distribution through normal distribution and statistical parameters logaritmatik, and analyzed the design rainfall Log Pearson III method and the Gumbell method.Intensity calculate by using Mononobe method.Analysis calculated using the method of flood discharge plan to use rational methods to obtain flood peak discharge flow in the area research areas prone to the flooding.Then analysis calculations drainage capacity in the eksisting research area.Intensity return period rainfall for 2,5,10 year was 27.406 mm / hour, 33.214 mm / hour, 37.179 mm / h in the area for flood prone areas on the road Amal.Discharge existing drainage flow (Q) Amal street area is 0305 m3/sec and 1,868 m3/sec, while the amount of flood peak flow (Qp) Amal street area for return period rainfall for 2, 5, 10 years is 17.87 m3 / sec, 21.66 m3/sec, 24.24 m3/det.So,it can be estimated that the amount of flood flows can not be accommodated by the existing capacity of the existing drainage system.
Keywords: rainfall, intensity, duration, frequency, flow
1. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bencana banjir sudah menjadi langganan setiap tahun pada saat musim penghujan selama puluhan tahun di wilayah Kota Medan meliputi beberapa daerah diantaranya Kecamatan Medan Polonia, Medan Sunggal, Medan Petisah, Medan Tembung, Medan Barat, Medan Timur, dsb.Banjir adalah aliran/genangan air yang menimbulkan kerugian ekonomi atau bahkan menyebabkan kehilangan jiwa. Banjir yang sering terjadi di Kota Medan disebabkan oleh curah hujan yang tinggi dengan durasi waktu yang lama.Sehingga penampang sungai tidak dapat menampung debit air yang terjadi.
Peningkatan ekonomi, eskalasi kuantitas penduduk, menjadi pemicu utama semakin meluasnya hutan beton berupa banyaknya gedung-gedung, ruko (rumah toko) yang dibangun untuk tempat hunian maupun pusat dagang. Sungai dangkal dan disfungsi kanal juga ikut menjadi penyebab air sungai meluap. Kurangnya ruang terbuka hijau (RTH) semakin membuat daya serap air semakin berkurang, belum lagi saluran drainase yang tersumbat.
Kalau gejala penyebab banjir tidak secepatnya ditangani secara serius, maka setiap tahun Kota Medan bakal kebanjiran setiap kali hujan deras melanda. Dan bila hal ini terjadi, maka tidak hanya rugi secara material, tetapi juga menghambat aktifitas masyarakat untuk terus maju dan berkembang serta menjadi barometer bahwa pemerintah dan masyarakat tidak bisa mengatasi masalah banjir yang kerapkali tiap tahun datang.Tidak dapat dipungkiri bahwa kemampuan sungai dalam menampung air menjadi tolok ukur terjadinya banjir. Bila debit air melebihi kapasitas sungai, maka air meluap dan mengakibatkan banjir. Banyak faktor penyebab banjir yang kian nyata menjadi penyebab vital terjadinya banjir di Kota Medan, diantaranya adalah erosi, sedimentasi, perubahan tata guna lahan, tumpukan sampah, jalur drainase, dan semakin kurangnya daya serap pepohonan diakibatkan menyempitnya Ruang Terbuka Hijau (RTH).
Mengenai erosi, badan sungai secara perlahan mengalami erosi terbawa arus sungai hingga mengakibatkan sungai dangkal. Pendangkalan yang terjadi memicu menurunnya daya tampung sungai terhadap air. Hal ini mengakibatkan air meluap dan jadilah banjir.Selain itu, perubahan tata guna lahan untuk pembangunan hutan beton berupa bangunan yang semakin padat, berujung pada semakin habisnya pepohonan dan ruang terbuka hijau untuk dialihfungsikan sebagai bangunan. Otomatis hal ini mengurangi daya serap pepohonan yang mampu menyerap air yang melimpah dari hujan deras atau air pasang yang melebihi kapasitas daya tampung sungai.
Kemudian kurangnya kepedulian warga menjaga lingkungan hijau dengan menanam pohon masih rendah. Demikian juga membuang sampah. Terlihat di tiga sungai besar yang mengalir membelah Kota Medan yaitu Sungai Babura, Sungai Deli, Sungai Bederah banyak sampah dan belum lagi kedalaman sungai yang semakin dangkal sehingga tidak bisa menampung air yang datang sehingga meluap dan mengakibatkan banjir.
2. TINJAUAN PUSTAKA DAN INFORMASI LOKASI STUDI
Banjir di samping diakibatkan intensitas curah hujan yang tinggi namun rusaknya sistem hidrologi di suatu daerah pengaliran sungai dan atau pemanfaatan tata guna tanah yang keliru, memberikan konstribusi yang besar terhadap bencana banjir. Suatu kawasan hutan yang diubah menjadi kawasan pemukiman dengan curah hujan dan kapasitas penampang sungai yang sama, kuantitas debit banjirnya meningkat menjadi 3 sampai 4 kalinya. Hampir di seluruh kota besar di Indonesia, intensitas genangan banjir setiap tahun makin meningkat baik secara kualitatip dan kuantitatip. Padahal investasi penanggulangan banjir sudah triliunan rupiah. Rusaknya tata-guna lahan (man-made) memberikan andil yang sangat besar terhadap kuantitas banjir tersebut.
DISTRIBUSI FREKUENSI CURAH HUJAN
standard Deviasi
1 -n ) X -X ( = S 2 i d (1)koefisien variasi
X
S
=
C
V d (2)koefisien skewness
3 d n 1 = i i 3 S 2) -(n 1) -(n X -X n = CS
(3)koefisien kurtosis
4 n 1 = i 4 2 S 3) -(n 2) -(n 1) -(n X -Xi n = CK d
(4)Untuk menganalisis probabilitas curah hujan biasanya dipakai beberapa macam distribusi yaitu: Distribusi Normal
Distribusi Log-Normal Distribusi Log-Person III Distribusi Gumbell
UJI DISTRIBUSI FREKUENSI CURAH HUJAN
Uji distribusi frekuensi dimaksudkan untuk mengetahui apakah jenis distribusi yang dipilih sudah tepat, yaitu :
1.Kebenaran antara hasil pengamatan dengan model distribusi yang diharapkan atau yang diperoleh secara teoritis. 2.Kebenaran hipotesa (diterima atau ditolak). Hipotesa adalah rumusan sementara mengenai suatu hal yang dibuat untuk menjelaskan hal tersebut dan menuntun atau mengarahkan penelitian selanjutnya.
Dalam Penelitian ini dilakukan uji kesesuaian distribusi yang berguna untuk mengetahui apakah data yang ada sesuai dengan jenis sebaran teoritis yang dipilih, maka perlu dilakukan pengujian lebih lanjut. Pengujian ini dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu Uji Chi Square dan Uji Smirnov Kolmogorov.
Uji Chi – Square
Uji chi - square digunakan untuk menguji distribusi pengamatan, apakah sampel memenuhi syarat distribusi yang diuji atau tidak. Adapun prosedur perhitungan uji chi square adalah sebagai berikut (Soewarno, 1995 : 194) :
1. Menghitung jumlah kelas dengan rumus:
k = 1 + 3,22 log n (5) 2. Membuat kelompok-kelompok kelas sesuai dengan jumlah kelas.
3. Menghitung frekuensi pengamatan Oj = n / jumlah kelas.
4. Mencari besarnya curah hujan yang masuk dalam batas kelas (Ej). 5. Menghitung 2 hitung dengan rumus :
j k 1 j 2 j j hit 2 E ) E -O (
(6)6. Menentukan 2 cr dari tabel dengan menentukan taraf signifikan () dan derajat kebebasan ().
Menyimpulkan hasil perhitungan apabila 2 hitung < 2cr maka distribusi terpenuhi dan apabila nilai 2 hitung > 2 cr maka distribusi tidak terpenuhi.
Uji Smirnov-Kolmogorov
Pengujian ini digunakan untuk mengetahui simpangan horisontal terbesar antara data perhitungan dengan data teoritis. Uji Smirnov Kolmogorov sering juga disebut uji kecocokan non-parametic, karena pengujiannya tidak menggunakan fungsi distribusi tertentu. Uji simpangan ini dikatakan berhasil jika simpangan horizontal yang dinyatakan dengan Δmaks < Δkritis (teoritis).
Tahapan pengujian ini adalah:
1. Mengurutkan data dari kecil ke besar.
2. Menghitung peluang empiris dengan memasukkan nomor urut data mulai dari data terkecil sampai dengan data terbesar dengan persamaan:
1 n m Pe (7)
3. Mencari nilai K dengan rumus:
d S
x xi
K (log log ) (8)
4. Mencari harga KTr melalui Tabel Distribusi Log Pearson Type III.
5. Menghitung nilai Pt: 100 / ) 100 ( Tr t K P (9)
6. Menghitung selisih Pe dan Pt:
t
e P
P maks
(10)
7. Mencari besarnya simpangan teoritis (Δkritis) melalui tabel Smirnov Kolmogorov (hubungan antara jumlah data
8. Membandingkan nilai Δmaks dengan Δkritis. Jika Δmaks < Δkritis berarti uji ini berhasil dan jika Δmaks < Δkritis berarti
gagal.
INTENSITY-DURATION-FREQUENCY (IDF)
Dalam proses pengalihragaman hujan menjadi aliran ada beberapa sifat hujan yang penting untuk diperhatikan, antara lain adalah intensitas hujan (I), lama waktu hujan (t), kedalaman hujan (d), frekuensi (f) dan luas daerah pengaruh hujan (A) (Soemarto1987). Komponen hujan dengan sifat-sifatnya ini dapat dianalisis berupa hujan titik maupun hujan ratarata yang meliputi luas daerah tangkapan (chatment) yang kecil sampai yang besar. Analisis hubungan dua parameter hujan yang penting berupa intensitas dan durasi dapat dihubungkan secara statistik dengan suatu frekuensi kejadiannya.
Seandainya data curah hujan yang ada adalah data curah hujan harian, maka untuk menghitung intensitas hujan dapat digunakan metode Mononobe (Joesron Loebis 1992) sebagai berikut :
3 / 2 24 24 24 I c t R (11)
PERHITUNGAN DEBIT BANJIR RENCANA
Rumus Metode RasionalQp = 0,002778.C.I.A (12)
PERHITUNGAN KAPASITAS
Kapasitas saluran. Menurut Haryono (1999). Kapasitas rencana saluran dihitung dengan menggunakan rumus Manning, yang merupakan dasar dalam menentukan dimensi saluran , yaitu sebagai berikut :
(13) (14) (15) Penurunan rumus perhitungan luas penampang basah saluran (F) :
(16)
Penurunan rumus perhitungan keliling basah saluran (P) :
(17)
3. METODE PENELITIAN
Gambar 1 menjelaskan secara skematik lingkup dan tahapan penelitian.
4. PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA
Tabel 1 Curah Hujan Daerah Kota Medan
HUJAN RANCANGAN
Distribusi terpilih untuk Hujan Rancangan yang memenuhi kedua uji tersebut diatas adalah Log Pearson Tipe III. Hasil hitungan analisis frekuensi Hujan Rancangan untuk beberapa kala ulang tersebut dapat dilihat pada Tabel berikut:
Tabel 2 Hasil Analisis Frekuensi Hujan Rancangan
Sumber : Hasil Perhitungan, 2012
INTENSITAS CURAH HUJAN RANCANGAN
Tabel 3 Intensitas Curah Hujan Rancangan Jam-Jaman untuk berbagai periode ulang Tahun Stasiun Hujan Rerata
Sampali Polonia 2001 165.60 164.70 165.15 2002 98.60 74.60 86.6 2003 150.50 97.60 124.05 2004 122.80 100.20 111.5 2005 116.00 87.90 101.95 2006 111.80 124.80 118.3 2007 134.50 88.20 111.35 2008 90.00 82.40 86.2 2009 102.50 115.40 108.95 2010 80.00 72.40 76.2 2011 98.00 83.00 90.50
Gambar 2 Kurva Intensity – Duration - Frequency
PERHITUNGAN DEBIT BANJIR RENCANA
Intensitas hujan selama waktu konsentrasi (I) pada jalan Amal yang dihitung dengan menggunakan rumus Mononobe, dengan menggunakan rumus (2-53) yaitu :
1.Untuk kala ulang 2 Tahun
nilai tc diambil dari hasil perhitungan lapangan
2.Untuk kala ulang 5 Tahun
nilai tc diambil dari hasil perhitungan lapangan
3.Untuk kala ulang 10 Tahun
nilai tc diambil dari hasil perhitungan lapangan
perhitungan analisis hidrologi untuk besaran debit puncak aliran banjir daerah Jalan Amal dapat dihitung dengan rumus yaitu :
kala ulang 2 tahun Qp = 0,278.C.I.A
Qp = 0,278 x 0.60 x 27.406 mm/jam x 3.91km2 Qp = 17.87 m3/det
kala ulang 5 tahun Qp = 0,278.C.I.A
Qp = 0,278 x 0.60 x 33.214 mm/jam x 3.91 km2 Qp = 21.66 m3/det
kala ulang 10 tahun Qp = 0,278.C.I.A
Qp = 0,278x 0.60 x 37.179 mm/jam x 3.91 km2 Qp = 24.24 m3/det
PERHITUNGAN KAPASITAS SALURAN DRAINASE EKSISTING
Berdasarkan hasil penelitian di lingkungan didapat data-data penampang saluran drainase di daerah sekitar Jalan Amal seperti terlihat pada tabel :
Tabel 4 Data Kondisi Saluran Drainase Jalan Amal
No Nama
Saluran
Ukuran Saluran Panjang
Saluran (m) Kondisi Saluran Eksisting Atas (m) Bawah (m) Tinggi (m)
1 Jalan Amal (section 1) 1,00 0,75 0,70 1.300 Beton cor
2 Jalan Amal (section 2) 1,3 1,00 1,20 1.300 Beton Cor
Sumber : Data Pengukuran di Daerah Penelitian
Gambar penampang saluran eksisting dari hasil penelitian pada daerah sekitar Jalan Amal seperti terlihat pada gambar :
Section 1` = 430 m
Gambar 4 Penampang Saluran Eksisting Section 2` = 870 m
Gambar 6 Sketsa Tempat Penelitian
perhitungan debit saluran eksisting (Q) daerah jalan Amal dapat dihitung dengan menggunakan rumus yaitu : Untuk gambar 4.9 :
Untuk gambar 4.10 :
Tabel 5 Hasil perhitungan Q (Eksisting) dan Qp di jalan Amal
No
Q(Eksisting ) di jalan Amal
Qp di jalan Amal
2 Tahun 5 Tahun 10 Tahun 1. Section 1 = 0.305 m3/det 17.87 m3/det 21.66 m3/det 24.24 m3/det 2. Section 2 = 1.868 m3/det 17.87 m3/det 21.66 m3/det 24.24 m3/det
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perhitungan dan evaluasi terhadap karakteristik hujan di daerah Kawasan Rawan Banjir di DAS Sungai Deli Kota Medan yang bertujuan untuk membuat Kurva Intensity-Duration-Frequency, maka dapat disimpulkan berbagai hal sebagai berikut :
1. Berdasarkan analisis frekuensi untuk curah hujan rerata maksimum harian di wilayah studi ternyata hujan rancangan untuk periode ulang 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, dan 100 tahun adalah 102,86; 124,64; 139,52; 145,72; 152,19; 158,96; 161,84; 167,75; 173,87; 189,21 mm/jam untuk di daerah kawasan rawan banjir DAS sungai Deli.Periode Ulang tersebut dibuat kedalam kurva IDF, kemudian dimanfaatkan untuk menghitung dan menentukan debit banjir rencana pada perencanaan bangunan pengendali banjir.
2. Intensitas berhubungan dengan durasi dan frekuensi dapat diekspresikan dengan kurva Intensity-Duration-Frequency (IDF).
3. Berdasarkan perhitungan yang diperoleh dari tempat penelitian saluran drainase, maka Intensitas hujan untuk periode ulang 2,5,10 tahun adalah 27,406 mm/jam, 33,214 mm/jam, 37,179 mm/jam untuk di daerah kawasan rawan banjir di jalan Amal.
4. Berdasarkan perhitungan yang diperoleh maka debit aliran saluran drainase eksisting (Q) daerah jalan Amal adalah 0.305 m3/det dan 1.868 m3/det , sedangkan besaran aliran banjir puncak (Qp) daerah jalan Amal adalah 17.87 m3/det untuk kala ulang 2 tahun,21.66 m3/detuntuk kala ulang 5 tahun,24.24 m3/det untuk kala ulang 10 tahun.Sehingga dapat diperkirakan bahwa besaran aliran banjir tidak dapat ditampung oleh kapasitas saluran drainase eksisting yang ada.
SARAN
Berdasarkan hasil penelitian ini maka beberapa saran atau masukan dapat disampaikan kepada instansi-instansi yang terkait dengan perencanaan dan pemeliharaan sungai :
1. Kepada Balai Wilayah Sungai –II Sumatera Utara dan Badan Klimatologi Meteorologi dan Geofisika agar menyediakan informasi karakteristik intensitas hujan yang dapat diperoleh setiap saat.
2. Kepada Balai Wilayah Sungai –II Sumatera Utara dan Badan Klimatologi Meteorologi dan Geofisika agar menambah stasiun hujan sehingga informasi curah hujan di Kota Medan lebih akurat.
3. Besaran debit aliran saluran drainase eksisting (Q) harus lebih besar dari besaran aliran banjir puncak (Qp) agar bisa menampung air pada aliran saluran drainase di jalan Amal.
4. Saluran drainase yang ada saat ini tidak dapat menampung debit aliran sehingga terjadi pelimpasan kekanan dan kiri lahan, jadi perlu dilakukan perencanaan ulang pada saluran drainase di jalan Amal.
5. Normalisasi saluran sampai ke muara dan juga normalisasi sungai Sei Badera agar air yang di tampung lebih banyak dan saluran drainase dan sungai menjadi lebih lancar.
6. Membuat alternatif pembuangan seluruh air di daerah sungai sei Badera menuju sungai Belawan sehingga dapat mengurangi kapasitas air yang ditampung di sungai sei Badera.
DAFTAR PUSTAKA
Asdak, C. (1995). Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Gadjah Mada University Press, Yogyakarta. Haryono dalam Suria, Asniadi.(2007).Kajian Sistem Drainase Terhadap Lahan Akibat Curah Hujan ; studi kasus :
Jalan Sudirman Ujung Kota Langsa. Tesis Magister Arsitek.
Joesron Loebis. (1992). Banjir Rencana Untuk Bangunan Air. Departemen Pekerjaan Umum. Kamiana, Made I.(2011). Teknik Perhitungan Debit Rencana Bangunan Air.Yogyakarta: Graha Ilmu
Linsley, RK, Franzini, JB, Sasongko, D. (1991). Teknik Sumber Daya Air Jilid 1. Jakarta : Penerbit Erlangga. Linsley, RK, Franzini, JB, Sasongko, D. (1991). Teknik Sumber Daya Air Jilid 2. Jakarta : Penerbit Erlangga. Linsley, RK, Kohler MA, Paulitos, JLH.(1975).Hidrologi Untuk Insinyur.
Seyhan, Ersin. (1990). Dasar-dasar Hidrologi. Yogyakarta : Gadjah Mada University Press. Soemarto, CD. (1995). Hidrologi Teknik. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Sosrodarsono, Suyono, Takeda, Kensaku. (1976). Hidrologi Untuk Pengairan. Jakarta : PT. Pradnya Paramita. Sri Harto Br. (1993). Analisis Hidrologi. PT Gramedia, Jakarta.
Subarkah, Imam. (1980). Hidrologi Untuk Perencanaan Bangunan Air. Bandung: Idea Dharma. Suripin.(2004). Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan. Yogyakarta: Andi Offset Wesli. (2008). Drainase Perkotaan. Yogyakarta : Graha Ilmu.
