BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Saluran drainase adalah sebuah jalur khusus yang digunakan untuk mengalirkan atau mengeluarkan air berlebih. Air tersebut dapat dibuang atau dialirkan dengan berbagai cara, baik melalui aliran alami maupun oleh manusia. Saluran drainase ini dapat dianggap sebagai salah satu komponen tambahan pada infrastruktur jalan dalam rangka memenuhi persyaratan teknisnya. Fungsi dari saluran drainase jalan raya adalah untuk mengalirkan air yang bisa mengganggu pengguna jalan, sehingga menjaga permukaan jalan tetap kering.
Aliran air dalam saluran drainase menuju saluran keluar mengikuti topografi jalan raya, sehingga memungkinkan air permukaan untuk mengalir secara alami dengan bantuan gravitasi. Dengan meningkatnya perkembangan suatu daerah, lahan yang tersedia untuk penyerapan air secara alami semakin berkurang karena perubahan fungsi lahan. Saluran drainase juga hadir di jalan raya, dan saluran drainase di jalan raya adalah saluran terbuka yang memanfaatkan gaya gravitasi untuk mengarahkan air ke saluran keluar. Penyebaran aliran dalam saluran drainase menuju saluran keluar ini mengikuti kontur jalan raya, sehingga memudahkan air permukaan mengalir secara alami. Terjadinya genangan air di bagian jalan akan mengganggu aktivitas ekonomi masyarakat yang menggunakan jalan tersebut.
Drainase yang kurang baik dapat mengakibatkan berbagai macam masalah yang bisa merugikan manusia itu sendiri. Salah satunya adalah masalah banjir. Untuk menanggulangi itu maka dibuatlah suatu sistem drainase yang menunjang pengalihan air khususnya pada sistem jalan dan daerah sekitarnya ke tempat lain agar tidak terjadi genangan ataupun banjir. Karena sangat pentingnya drainase untuk kehidupan manusia maka haruslah drainase yang ingin direncanakan ataupun yang telah ada dapat digunakan secara optimal dan dijaga penggunaanya agar drainase dapat
berfungsi secara baik. Serta selalu melakukan pembersihan dan perawatan secara berkala agar drainase dapat digunakan untuk jangka waktu yang lama.
1.2. Tujuan
Adapun tujuan dari tugas besar kali ini sebagai berikut :
1. Dapat mengolah peta kontur, peta tata guna lahan, dan data administrasi jalan.
2. Dapat menganalisis serta menghitung distribusi curah hujan dengan metode Thiessen.
3. Dapat menghitung intensitas curah hujan dalam kala ulang tertentu menggunakan metode Mononobe.
4. Dapat menghitung debit rencana dalam kala ulang tertentu menggunakan metode Rasional.
5. Dapat merencanakan sebuah drainase.
1.3. Manfaat
Adapun manfaat dari tugas besar kali ini sebagai berikut : 1. Dapat memahami perhitungan analisis frekuensi.
2. Dapat memahami perhitungan intensitas curah hujan.
3. Dapat memahami perhitungan debit rencana.
4. Dapat memahami perhitungan analisis hidraulika.
5. Dapat memahami cara mendesain sebuah drainase.
1.4. Batasan Masalah
Adapun Batasan masalah pada penelitian pemabahasan tugas besar drainase ini adalah pada analisis hidrologi, analisis hiodraulika, dan detail engineering design (DED). Gambar DED yang dilampirkan adalah long section, cross section, detail saluran, dan box culvert serta penunjang ( jika diperlukan).
1.5. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan tugas besar Drainase ini sebagai berikut:
1. BAB 1 PENDAHULUAN
Pada bagian ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan, manfaat, ruang lingkup, serta sistematika penulisan pada laporan ini.
2. BAB II LANDASAN TEORI
Pada bagian ini berisi tentang teori-teori dasar yang digunakan. Adapun teoriteori tersebut mencakup pengertian drainase, jenis-jenis saluran drainase, pola jaringan drainase, curah hujan wilayah, analisis hidrologi, waktu konsentrasi, intensitas hujan, tata guna lahan, debit banjir rencana, analisis hidrolika, bentuk saluran drainase serta dimensi saluran.
3. BAB III TINJAUAN PUSTAKA
Tinjauan pustaka berisi data-data yang digunakan dalam pengerjaan tugas besar ini, seperti lokasi, pengumpulan data, peta topografi, dan diagram alir.
4. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bagian ini berisi perhitungan yang dihasilkan dari pengerjaan tugas besar ini disertai dengan analisis yang diperoleh.
5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bagian ini berisi kesimpulan serta saran terkait pengerjaan tugas besar ini.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Pengertian Drainase
Drainase secara umum diartikan sebagai ilmu yang mempelajari upaya untuk mengalirkan air yang berlebihan dalam konteks pemanfaatan tertentu. Dalam bidang teknik sipil, drainase diartikan sebagai rangkaian struktur hidrolik yang fungsinya untuk mengurangi atau membuang kelebihan air pada suatu area atau lahan, sehingga tanah dapat berfungsi secara optimal. Drainase memegang peranan penting dalam mengatur pasokan air untuk pencegahan banjir.
2.2. Jenis-Jenis Saluran Drainase
Jenis-jenis saluran drainase dapat dikelompokkan sebagai berikut:
Jenis - jenis saluran drainase dapat dikelompokkan sebagai berikut:
1. Menurut Cara Terbentuknya
Adapun jenis saluran drainase menurut cara terbentuknya, sebagai berikut:
a. Drainase alamiah (natural drainage)
Terbentuk secara alami, tidak ada unsur campur tangan manusia serta tidak terdapat bangunan-bangunan pelimpah, pasangan batu/beton, gorong-gorong dan lain-lain.
Saluran ini terbentuk oleh gerusan air yang bergerak karena gravitasi yang lambat laun membentuk jalan air yang permanen seperti sungai.
b. Drainase buatan (artificial drainage)
Dibentuk berdasarkan analisis ilmu drainase, untuk menentukan debit akibat hujan, kecepatan resapan air dalam tanah dan dimensi saluran serta memerlukan bangunan- bangunan khusus seperti selokan pasangan batu/beton, gorong-gorong, pipa-pipa dan sebagainya.
2. Menurut Letak Salurannya
Adapun jenis saluran drainase menurut letak salurannya, sebagai berikut:
a. Drainase permukaan tanah (surface drainage)
Saluran drainase yang berada di atas permukaan tanah yang berfungsi untuk
mengalirkan air limpasan permukaan. Analisis alirannya merupakan analisis open channel flow (aliran saluran terbuka).
b. Drainase bawah tanah (subsurface drainage)
Saluran drainase yang bertujuan untuk mengalirkan air limpasan permukaan melalui media di bawah permukaan tanah (pipa-pipa) dikarenakan alasan-alasan tertentu seperti tuntutan artistik, tuntutan fungsi permukaan tanah yang tidak membolehkan adanya saluran dipermukaan tanah seperti lapangan sepak bola, lapangan terbang, taman dan lain-lain.
3. Menurut Fungsinya
Adapun jenis saluran drainase menurut fungsinya, sebagai berikut:
a. Single purpose
Saluran berfungsi mengalirkan satu jenis air buangan saja, misalnya air hujan atau jenis air buangan lain seperti air limbah domestik, air limbah industri dan lain-lain.
b. Multi purpose
Saluran berfungsi mengalirkan beberapa jenis buangan, baik secara bercampur maupun bergantian.
4. Menurut Konstruksinya
Adapun jenis saluran drainase menurut konstruksinya, sebagai berikut:
a. Saluran terbuka
Saluran yang lebih cocok untuk drainase air hujan yang terletak di daerah yang mempunyai luasan yang cukup, ataupun untuk drainase air non-hujan yang tidak membahayakan kesehatan atau mengganggu lingkungan.
b. Saluran tertutup
Saluran yang pada umumnya sering di pakai untuk aliran air kotor (air yang mengganggu kesehatan atau lingkungan) atau untuk saluran yang terletak di tengah kota.
2.3. Pola Jaringan Drainase
Jaringan drainase adalah saluran-saluran drainase yang saling berhubungan membentuk suatu jaringan saluran drainase dan pola tersebut dibedakan menjadi:
1. Jaringan Drainase Siku
Dibuat di daerah yang mempunyai topografi sedikit lebih tinggi dari sungai. Sungai sebagai saluran pembuang akhir berada akhir berada di tengah kota.
Gambar 2.1. Pola Jaringan Drainase Siku
Sumber: Yulianur, 2003
2. Jaringan Drainase Paralel
Jaringan yang memiliki saluran utama sejajar dengan saluran cabangnya. Biasanya memiliki jumlah cabang yang cukup banyak dan pendek-pendek. Apabila terjadi perkembangan kota, saluran akan menyesuaikan
Gambar 2.2. Pola Jaringan Drainase Paralel
Sumber: Yulianur, 2003
3. Jaringan Drainase Grid Iron
Jaringan ini diperuntukkan untuk daerah dimana sungainya terletak pinggir kota dengan skema pengumpulan pada drainase cabang sebelum masuk kedalam saluran utama.
Gambar 2.3. Pola Jaringan Drainase Grid Iron
Sumber: Yulianur, 2003
4. Jaringan Drainase Radial
Jaringan ini memiliki pola menyebarkan aliran pada pusat saluran menuju luar ke berbagai arah. Pola drainase ini untuk dibuat pada daerah berbukit.
Gambar 2.4. Jaringan Drainase Radial
Sumber: Yulianur, 2003
5. Jaringan Drainase Alamiah
Sama seperti jaringan drainase siku, hanya saja pada pola alamiah ini beban sungainya lebih besar. Dimana sungai sebagai saluran utama berada di tengah kota namun jaringan saluran cabang tidak selalu berbentuk siku terhadap saluran utama.
Gambar 2.5. Pola Jaringan Drainase Alamiah
Sumber: Yulianur, 2003
6. Jaringan Drainase Jaring-Jaring
Jaringan ini mempunyai saluran-saluran pembuangan mengikuti arah jalan raya. Jaringan ini sangat cocok untuk daerah dengan topografi datar.
Gambar 2.6. Pola Jaringan Drainase Jaring – Jaring
Sumber: Yulianur, 2003
2.4. Analisis Hidrologi
Hidrologi mempelajari kehadiran dan gerakan air di alam yang meliput berbagai bentuk air, yang menyangkut perubahan-perubahannya antara keadaan cair, padat dan gas dalam atmosfer, di atas maupun di bawah permukaan tanah. Di dalamnya tercakup pula air laut yang merupakan sumber dan penyimpanan air yang mengaktifkan penghidupan di planet bumi ini. Hidrologi juga dapat di artikan sebagai ilmu yang mempelajari air dalam segala bentuknya (cairan, gas, padat) pada, dalam, dan di atas permukaan tanah. Gerakan air laut menguap keudara di bantu oleh matahari yang kemudian jatuh ke permukaan tanah lagi sebagai hujan atau dalam
bentuk presipitasi, dan akhirnya mengalir ke laut kembali disebut siklus hidrologi.
hidrologi diberi batasan sebagai suksesi tahapan-tahapan yang dilalui air dari atmosfer ke bumi dan kembali lagi ke atmosfer.
2.4.1. Pengisian Data Curah Hujan
2.4.2. Curah Hujan Wilayah
Hujan merupakan sebuah proses terjadinya kondensasi uap air, yang terjadi di atmosfer menjadi butiran- butiran air yang kemudian jatuh ke permukaan tanah.
Hujan biasanya terjadi karena adanya pendinganan udara atau bertambahnya uap air di udara. Indonesia memiliki daerah yang dilalui garis khatulistiwa dan sebagian besar daerah di Indonesia merupakan daerah tropis, walaupun demikian beberapa daerah di Indonesia memiliki intensitas hujan yang cukup besar.
Curah hujan (mm) merupakan ketinggian air hujan yang jatuh pada tempat yang datar dengan asumsi tidak menguap, tidak meresap, dan tidak mengalir. Curah hujan 1 (satu) mm artinya adalah air hujan setinggi 1 (satu) mm yang jatuh (tertampung) pada tempat yang datar seluas 1 m2 dengan asumsi tidak ada yang menguap, mengalir dan meresap. Curah hujan 1 (satu) mm artinya dalam luasan satu meter persegi pada tempat yang datar, tertampung air setinggi satu milimeter atau tertampung air sebanyak satu liter
2.4.3. Analisis Frekuensi
Analisis frekuensi merupakan data kemungkinan untuk terjadinya suatu peristiwa
hidrologi dalam bentuk debit atau curah hujan rencana yang berfungsi sebagai dasar perhitungan rencana hidrologi untuk antisipasi setiap kemungkinan yang akan terjadi.
Analisis frekuensi data curah hujan dapat dilakukan dengan beberapa metode antara lain:
a. Distribusi Normal
Distribusi normal mempunyai koefisien kemencengan (coefficient of skewness) atau CS = 0. Perhitungan dengan distribusi normal secara praktis dapat didekati dengan persamaan sebagai berikut:
XT =
X
+ k . S (2.1)S =
√
n-1∑
(Xi- )2 (2.2)Keterangan:
XT = Perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T
X
= Nilai rata-rata curah hujanK = Faktor frekuensi/ nilai variabel reduksi Gauss S = Standar deviasi
Xi = Curah hujan pada tahun i n = Jumlah data
b. Distribusi Log Normal
Distribusi Log Normal merupakan hasil transformasi dari distribusi normal, yaitu dengan mengubah varian X menjadi nilai logaritmik varian X.
Log XT = Log
X
+ k . S Log X (2.3)XT = 10 Log XT (2.4)
S Log X =
√ ∑(logn−1Xi−log)2 (2.5)
Keterangan:
XT = Perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T
Log
X
= Nilai rata-rata curah hujanK = Faktor frekuensi/nilai variabel reduksi Gauss SLog X = Standar deviasi
Log Xi = Curah hujan pada tahun i
n = Jumlah data
c. Distribusi Gumbel
Distribusi Gumbel digunakan untuk analisis data maksimum, misalnya untuk analisis frekuensi banjir. Distribusi Gumbel mempunyai koefien kecondongan (coefisien of skwennes) atau CS = 1,139 dan koefisien kurtosis (coefficient curtosis) atau Ck <
4,002. Rumus dari distribusi Gumbel dapat ditulis sebagai berikut:
XT =
X
+ k . Sx (2.6)Yt=−ln [ - lnTr-1
Tr ¿ (2.7)
k= Yt-Yn
Sn
(2.8)
Keterangan:
XT = Perkiraan curah hujan yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T
X
= Nilai rata-rata curah hujanK = Faktor frekuensi/nilai variabel reduksi Gauss Sx = Standar deviasi
Yt = Reduced variated Tr = Kala ulang
Yn = Nilai rata-rata reduced variate Sn = Reduced standard deviation d. Distribusi Log Pearson III
Distribusi Log Pearson III digunakan untuk analisis variabel hidrologi dengan nilai varian minimum, misalnya analisis frekuen-si distribusi dari debit minimum (low flows). Distribusi Log Pearson III mempunyai koefisien kecondongan (Coefficient of Skewness) atau Cs (Koefisien Kepencengan) ≠ 0 (Handajani, 2015). Setelah pemilihan jenis sebaran wilayah yang dilakukan, maka langkah kerja yang selanjutnya dilakukan yaitu mencari curah hujan rencana periode ulang 2, 5, 10, 20, 25, 50 dan 100 tahun.
Log XT = Log
X
+ k . S Log X (2.9)XT = 10 Log XT (2.10)
Keterangan:
XT = Perkiraan curah hujan yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T
Log
X
= Nilai rata-rata curah hujank = Faktor frekuensi/nilai variabel reduksi Gauss S Log = Standar deviasi
2.4.4. Uji Kecocokan Distribusi
Uji kecocokan distribusi (distribution fit test) adalah sebuah metode statistik yang digunakan untuk menguji apakah data yang diamati sesuai dengan distribusi probabilitas tertentu. Dalam konteks drainase, uji kecocokan distribusi digunakan untuk mengevaluasi apakah data yang diperoleh dari pengukuran atau pengamatan dalam sistem drainase. Terdapat beberapa uji kecocokan distribusi yang umum digunakan, di antaranta ;
1. Uji Chi-Square
Pengujian ini digunakan untuk menguji simpangan tegak lurus yang ditentukan dengan persamaan berikut:
K = 1 + ( 3,322 × Log n ) (2.11)
Dk = K - ( P + 1 ) (2.12)
EF = n k
(2.13)
∆ Xt = Log Xi max - Log Xi min K-1
(2.14)
Maks tiap Kelas = Log Xi min + EF (2.15)
Keterangan:
K = Jumlah Kelas Dk = Derajat Kebebasan
P = Nilai Untuk Distribusi Normal dan Binomial P=2 dan Poisson P=1 n = Jumah Data
Xi = Nilai Varian Ke-1 (mm)
EF = Jumlah Nilai Teoritis pada Sub Kelompok Ke-1 2. Uji Smirnov Kalmogorov
Pengujian ini digunakan untuk pengujian simpangan secara mendatar atau horizontal, yang ditentukan dengan persamaan berikut:
P (x) = m n +1
(2.16)
P (x <) = 1 - P (x) (2.17)
P’ (x) = m n - 1
(2.18)
P' (x <) (2.19)
Keterangan:
P (x) = Posisi Data x Menurut Sebaran Teoritis P’ (x) = Posisi Data x Menurut Sebaran Empiris 2.4.5. Intensitas Hujan
Untuk dapat menentukan debit banjir rencana, perlu diperoleh harga satuan Intensitas Hujan. Intensitas curah hujan merupakan jumlah curah hujan yang dinyatakan dalam tingginya intsensitas hujan atau volume hujan tiap satuan waktu, yang terjadi pada
satu kurun waktu air hujan terkonsentrasi. Besarnya intensitas curah hujan berbeda- beda tergantung dari lamanya curah hujan dan frekuensi kejadiannya. Untuk menghitung intensitas curah hujan, dapat digunakan beberapa rumus empiris sebagai berikut;
I = R24
24 ×
(
24t)
23 (2.20)Keterangan:
I = Intensitas hujan (mm/jam), R24 = Curah hujan maksimum (mm), t = Lama hujan (jam)
2.4.6. Debit Banjir Rencana
Debit banjir rencana adalah debit yang dipakai sebagai dasar untuk perhitungan bangunan air yang akan direncanakan dan merupakan debit terbesar yang mungkin terjadi di suatu daerah dengan peluang kejadian tertentu. Metode yang digunakan untuk menghitung debit rencana pada saluran drainase adalah metode Rasional. Bentuk umum rumus metode Rasional adalah sebagai berikut:
Q = 0,278. C. I. A (2.12)
Keterangan:
Q = Debit aliran (m3/detik) C = Koefisien aliran
I = Intensitas curah hujan (mm/jam) A = Luas daerah (km2)
2.5. Analisis Hidraulika
Hidraulika adalah bagian dari ilmu yang mempelajari perilaku air baik dalam keadaan diam atau yang disebut hidrostatika maupun dalam keadaan bergerak atau disebut hidrodinamika. Untuk mengetahui kerakteristik suatu aliran air sungai dengan lebar penampang yang besar memerlukan pendekatan beberapa pengamatan dengan melakukan pengukuran. Aliran air dalam sungai sangat beragam dan dipengaruhi
oleh beberapa faktor diantaranya adalah debit sungai yang tergantung pada daerah aliran sungai tersebut. Faktor kemiringan sungai yang dapat digunakan sebagai petunjuk tingkat kecepatan aliran. Kemudian faktor lebar penampang sungai yang dapat mempengaruhi kecepatan arus.
Dalam ilmu hidraulika dapat digunakan untuk menganalisis serta identifikasi suatu aliran yaitu tinggi muka air dan kecepatan aliran. Hidrolika juga digunakan dalam menganalisa koefisien manning atau koefisien kekasaran saluran pada sisi kiri, sisi kanan, dan dasar saluran atau sungai. Analisa koefisien manning didasarkan pada tinggi muka air dan kecepatan aliran permukaan hasil pengamatan di lapangan.
Pengamatan dilapangan mendapatkan data debit dan beberapa input nilai angka koefisien kekasaran saluran maka akan diperoleh suatu nilai output berupa nilai tinggi muka air dan kecepatan aliran yang paling mendekati hasil pengamatan yang telah dilakukan. Sehingga, dapat diketahui kemampuan penampang dalam menampung debit rencana agar tidak menjadi penyebab banjir karena ketidakmampuan penampang dalam menampung debit banjir yang terjadi.
2.5.1. Geometri Saluran
Geometrik saluran adalah istilah yang digunakan dalam konteks drainase untuk merujuk pada bentuk dan karakteristik fisik dari saluran air atau drainase yang digunakan untuk mengalirkan air dari satu tempat ke tempat lain. Geometrik saluran mencakup parameter-parameter seperti lebar, kedalaman, tinggi dasar saluran, sudut kemiringan, dan bentuk penampang saluran. Memahami geometrik saluran sangat penting dalam desain, perencanaan, dan manajemen sistem drainase untuk memastikan aliran air yang efisien dan menghindari masalah seperti banjir.
2.5.2. Kecepatan Aliran
Kecepatan aliran pada drainase adalah besaran yang mengukur seberapa cepat air mengalir melalui sistem drainase atau saluran air tertentu. Kecepatan aliran ini biasanya diukur dalam satuan panjang per waktu, seperti meter per detik (m/s) atau kaki per detik (ft/s), tergantung pada sistem satuan yang digunakan. Kecepatan aliran
merupakan salah satu parameter penting dalam analisis dan perencanaan drainase, karena memahami seberapa cepat air mengalir dapat membantu dalam mengantisipasi potensi masalah seperti banjir atau erosi.
2.5.3. Material Penampang Saluran
Material penampang saluran dalam drainase merujuk pada jenis bahan atau material yang membentuk dinding atau dasar saluran drainase. Ini mencakup informasi tentang bahan yang digunakan untuk membuat saluran, seperti beton, tanah liat, batu, atau bahan lainnya. Pemilihan material penampang saluran sangat penting dalam perencanaan dan desain sistem drainase karena material yang digunakan dapat memengaruhi berbagai faktor, termasuk daya tahan, efisiensi, dan biaya konstruksi sistem drainase tersebut.
Namun, dalam perencanaan drainase, perlu mempertimbangkan beberapa faktor yang terkait dengan material penampang saluran, seperti:
1. Kemampuan Material Menahan Erosi: Material yang digunakan untuk penampang saluran harus memiliki kemampuan untuk menahan erosi yang disebabkan oleh aliran air. Jika material tidak tahan terhadap erosi, maka dapat terjadi perubahan bentuk saluran atau bahkan kerusakan yang dapat mengganggu fungsi drainase.
2. Permeabilitas: Permeabilitas material penampang saluran juga penting.
Beberapa saluran drainase dapat dirancang untuk mengizinkan air meresap ke dalam tanah melalui dinding atau dasar saluran. Oleh karena itu, material yang permeabel dapat digunakan dalam kasus-kasus tertentu.
3. Daya Tahan Terhadap Korosi: Jika saluran drainase akan terpapar dengan air yang mengandung zat kimia atau bahan berbahaya, maka material yang tahan terhadap korosi harus dipilih untuk menghindari kerusakan.
4. Biaya Konstruksi: Pemilihan material penampang saluran juga akan memengaruhi biaya konstruksi. Beberapa material mungkin lebih mahal daripada yang lain, jadi ini perlu dipertimbangkan dalam anggaran proyek drainase.
5. Daya Tahan Terhadap Cuaca dan Iklim: Material penampang saluran juga harus dipilih berdasarkan kondisi cuaca dan iklim setempat. Beberapa material mungkin lebih tahan terhadap perubahan suhu, kelembaban, atau faktor cuaca lainnya.
