KAJI ULANG SISTEM DRAINASE UNTUK MENGATASI BANJIR GENANGAN DI PERUMAHAN VILLA JOHOR, KEC. MEDAN JOHOR. Elgina Febris Manalu 1, Ir. Terunajaya, M.

Transkripsi

1 KAJI ULANG SISTEM DRAINASE UNTUK MENGATASI BANJIR GENANGAN DI PERUMAHAN VILLA JOHOR, KEC. MEDAN JOHOR Elgina Febris Manalu 1, Ir. Terunajaya, M.Sc 2 1 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan manaluelgina@yahoo.com 2 Staff Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan ABSTRAK Drainase merupakan sebuah sistem yang dibuat untuk menangani persoalan kelebihan air, baik kelebihan air yang berada di atas permukaan tanah maupun di bawah permukaan tanah. Pengendalian banjir merupakan bagian dari pengelolaan sumber daya air yang lebih spesifik untuk mengendalikan debit air, salah satunya melalui peningkatan saluran pembawa atau drainase. Dalam penelitian ini, data curah hujan diperoleh dari Stasiun Polonia selama 20 tahun terakhir. Curah hujan dianalisis dengan menggunakan empat Metode Distribusi; Distribusi Normal, Distribusi Log-Normal, Distribusi Log Pearson-III dan Distribusi Gumbel. Debit rencana dihitung dengan menggunakan Rumus Rasional dan intensitas hujan dengan menggunakan Rumus Mononobe dan mencari dimensi dengan Rumus Manning. Perencanaan sumur resapan dengan menggunakan Metode Sunjoto. Dari perhitungan, diperoleh curah hujan harian maksimum (R 24 ) dengan Distribusi Gumbel yaitu R 24 = 412 mm/jam untuk periode ulang 2 tahun dan R 24 = 513 mm/jam untuk periode ulang 5 tahun. Debit banjir maksimum akibat curah hujan terjadi di Saluran Sekunder-1 yaitu sebesar 0,474 m 3 /detik. Debit air pembuangan atau air kotor maksimum sebesar 0,0033 m 3 /detik pada saluran Tersier-D. Dari hasil analisis diperoleh bahwa dimensi drainase eksisting tidak mampu lagi untuk menampung debit kumulatif maksimum yang terjadi di Perumahan Villa Johor. Solusi paling efektif adalah dengan perencanaan sumur resapan. Sumur resapan dapat menampung maksimum 430 liter dengan dimensi D = 1m dan H = 5,5 m. Kata kunci : banjir perumahan, curah hujan, drainase, sumur resapan 1

2 REVIEW DRAINAGE SYSTEM TO HELP FLOOD PUDDLE OF HOUSING VILLA IN JOHOR, KEC. FIELD JOHOR Drainage is a system created to solve of excess water, excess water that is above ground level and below ground level. Flood control is a part of the management of water resources that are more specific to controlling the flow of water, one of them through the carrier channel or drainage improvement. In this study, rainfall data obtained from Polonia station for 20 years. Rainfall analyzed using four methods Distribution; Normal distribution, Log-Normal Distribution, Distribution Log-Pearson III and Gumbel distribution. Discharge plan is calculated using the Rational formula and the intensity of rainfall using a formula Mononobe and dimensions with Manning formula. From the calculations, the maximum daily rainfall (R24) with a Gumbel distribution is R24 = 412 mm / hour for a return period of 2 years and R24 = 513 mm / hour for a return period of 5 years. The maximum flood discharge due to rainfall occurs in the Secondary Channel-1 is equal to m3/second. Discharge wastewater or sewage to a maximum of m3/second the Tertiary. From the analysis shows that the dimensions of the existing drainage no longer able to accommodate the maximum cumulative discharge occurs in Housing Villa Johor. The most effective solution is to plan well catchment. Infiltration wells can accommodate a maximum of 430 liters with dimensions D = 1 m and H = 5.5 m. Keywords: residential flooding, rainfall, drainage, infiltration wells. 1. PENDAHULUAN Kecamatan Medan Johor adalah salah satu dari 21 kecamatan di Kota Medan. Kecamatan ini merupakan daerah resapan air bagi Kota Medan. Pada tahun 2001, kecamatan ini mempunyai jumlah penduduk sebesar jiwa. Luas wilayahnya adalah 14,58 km² dan kepadatan penduduk jiwa/km². Secara Geografis terletak antara 03 o Lintang Utara dan antara 98 o Bujur Timur. Kecamatan Medan Johor terletak di wilayah selatan Kota Medan dengan batasbatas sebagai berikut: Sebelah Barat berbatasan dengan Kecamatan Medan Selayang Sebelah Timur berbatasan dengan Kecamatan Medan Amplas Sebelah Utara berbatasan dengan Kecamatan Deli Serdang Sebelah Utara berbatasan dengan Kecamatan Medan Polonia Kawasan Medan Johor merupakan salah satu kawasan yang sangat potensial untuk dijadikan areal pemukiman atau perumahan. Salah satu perumahan di dalam kecamatan ini adalah Perumahan Villa Johor. Permasalahan banjir kerap kali terjadi di perumahan ini dalam beberapa tahun terakhir. Masalah ini ditimbulkan akibat curah hujan yang tinggi dan kondisi topografi yang relatif rendah, sedangkan drainase tidak dapat menampung 2

3 volume air yang terjadi dan faktor kurangnya resapan air juga. Hal ini dapat dilihat dari halaman rumah yang dilapisi beton. Genangan air yang terjadi mencapai cm dan lama genangan paling maksimal bisa surut sampai 6 jam kemudian sehingga mengganggu aktifitas penduduk dan menimbulkan gangguan perekonomian maupun lingkungan. Untuk mengantisipasi masalah-masalah yang terjadi karena keadaan medan yang relatif rendah serta penanganan sistem drainase yang ada, dipertimbangkan dimensi saluran baru ataupun solusi alternatif lain yang dapat mengatasi banjir genangan secara menyeluruh dan terpadu. 2. TINJAUAN PUSTAKA Banjir Banjir adalah suatu kondisi di mana tidak tertampungnya air dalam saluran pembuang (palung sungai) atau terhambatnya aliran air di dalam saluran pembuang, sehingga meluap menggenangi daerah (dataran banjir) sekitarnya.(suripin, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan ). Banyak faktor menjadi penyebab terjadinya banjir. Namun secara umum penyebab terjadinya banjir dapat diklasifikasikan dalam 2 kategori, yaitu banjir yang disebabkan oleh sebab-sebab alami dan banjir yang diakibatkan oleh tindakan manusia. Drainase Drainase berasal dari kata drainage yang artinya mengeringkan atau mengalirkan. Drainase merupakan sebuah sistem yang dibuat untuk menangani persoalan kelebihan air, baik kelebihan air yang berada di atas permukaan tanah maupun air yang berada di bawah permukaan tanah. Analisa Hidrologi Analisis data hidrologi dimaksudkan untuk memperoleh besarnya debit banjir rencana. Debit banjir rencana merupakan debit maksimum rencana di sungai atau saluran alamiah dengan periode ulang tertentu yang dapat dialirkan tanpa membahayakan lingkungan sekitar dan stabilitas sungai. Dalam mendapatkan debit banjir rencana yaitu dengan menganalisis data curah hujan maksimum pada daerah aliran sungai yang diperoleh dari beberapa stasiun hujan terdekat. Analisis Frekuensi dan Probabilitas Dalam ilmu statistik dikenal beberapa macam distribusi frekuensi dan empat jenis distribusi yang banyak digunakan dalam bidang hidrologi adalah: 1) Distribusi Normal, 2) Distribusi Log Normal, 3) Distribusi Log Pearson III, dan 4) Distribusi Gumbel Koefisien Pengaliran Koefisien pengaliran ( runoff coefficient) adalah perbandingan antara jumlah air yang mengalir atau melimpas di permukaan tanah ( surface runoff) dengan jumlah air hujan yang jatuh dari atmosfir. 3

4 C = Q R Keterangan: C = Koefisien pengaliran Q = Jumlah limpasan R = Jumlah curah hujan Perhitungan Koefisien Tampungan (Cs) Efek tampungan oleh cekungan terhadap debit rencana diperkirakan dengan koefisien tampungan yang diperoleh dengan rumus: C s = 2 t c 2t c +t d Dimana: Cs = koefisien tampungan Tc = waktu konsentrasi (jam) Td = waktu aliran air mengalir di dalam saluran dari hulu hingga ke tempat pengukuran (jam). Perhitungan Waktu Konsentrasi Waktu konsentrasi (t c ) suatu DAS adalah waktu yang diperlukan oleh air hujan yang jatuh untuk mengalir dari titik terjauh sampai ke tempat keluaran DAS (titik kontrol) setelah tanah menjadi jenuh dan depresi-depresi kecil terpenuhi. t o = 2 3 x 3,28 x L x n S menit dimana: t d = L s 60 V (menit) t c = to + td t o = waktu yang diperlukan air untuk mengalir di permukaan lahan sampai saluran terdekat, dan t d = waktu perjalanan dari pertama masuk saluran sampai titik keluaran n = koefisien kekasaran Manning, untuk aspal dan beton = 0,013 S = perbandingan dari selisih tinggi antara tempat terjauh dan tempat pengamatan, diperkirakan sama dengan kemiringan rata-rata dari daerah aliran V = kecepatan aliran di dalam saluran (m/detik) L = Jarak aliran terjauh di atas tanah hingga saluran terdekat (m) Ls = Jarak yang ditempuh aliran di dalam saluran ke tempat pengukuran (m). Analisis Intensitas Curah Hujan Intensitas hujan adalah tinggi atau kedalaman air hujan per satuan waktu. Rumus Mononobe Apabila data hujan jangka pendek tidak tersedia, yang ada hanya data hujan harian, maka intensitas hujan dihitung dengan rumus: 4

5 I = dimana : I = intensitas hujan (mm/jam) t = lamanya hujan (jam) R 24 = curah hujan maksimum harian (selama 24 jam) (mm) Rumus Rasional Ada banyak rumus rasional yang dibuat secara empiris yang dapat menjelaskan hubungan antara hujan dengan limpasannya, diantaranya adalah: Q = 0,278.C.Cs.I.A di mana: Q = Debit (m 3 /det) C = Koefisien aliran Cs = Koefisien Tampungan I = Intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam) A = Luas daerah aliran (km²) Perencanaan Dimensi Saluran Untuk menentukan dimensi saluran drainase dalam hal ini, diasumsikan bahwa kondisi aliran air adalah dalam kondisi normal ( steady uniform flow) di mana aliran mempunyai kecepatan konstan terhadap jarak dan waktu (Suripin, 2000). Rumus yang sering digunakan adalah rumus Manning. Q = V. A V = 1 n R⅔ I ½ Q = debit banjir rencana yang harus dibuang lewat saluran drainase (m 3 /dt) V = Kecepatan aliran rata-rata (m/dt) A = (b + mh).h =Luas potongan melintang aliran (m 2 ) R = A/P = jari-jari hidrolis (m) P = b + 2h(m2 +1)1/2 = keliling basah penampang saluran (m) b = lebar dasar saluran (m) h = kedalaman air (m) I = kemiringan energi/ saluran n = koefisien kekasaran Manning m = kemiringan talud saluran ( 1 vertikal : m horisontal) Sumur Resapan Sumur resapan merupakan skema sumur atau lubang pada permukaan tanah yang dibuat untuk menampung air hujan agar dapat meresap ke dalam tanah. Metode yang digunakan untuk perencanaan dimensi sumur resapan, antara lain: Secara teoritis, volume dan efisiensi sumur resapan dapat dihitung berdasarkan keseimbangan air yang masuk ke dalam sumur dan air yang meresap ke dalam tanah (Sunjoto, 1988) dan dapat dituliskan sebagai berikut: H = Q FK 1- e FKT πr 2 Dimana: H = tinggi muka air di dalam sumur (m) 5

6 F = adalah faktor geometrik (m) Q = debit air masuk (m 3 /detik) T = waktu pengaliran (detik) K = koefisien permabilitas tanah (m/dt) R = jari-jari sumur (m) Faktor geometrik tergantung pada berbagai keadaan, dan secara umum dapat dinyatakan dalam persamaan: Q o = F. K. H 3. METODE PENELITIAN Penelitian dimulai pada tanggal 10 November 2013 di semester gasal tahun ajaran dan studi kasus dilaksanakan pada kawasan Perumahan Villa Johor, Kelurahan Gedung Johor, Kecamatan Medan Johor, Medan. Letak geografis perumahan ini antara 3 31'25.48" Lintang Utara 98 39'57.42" Bujur Timur. Outlet air dari Perumahan Villa Johor menuju ke Sungai Babura. Penelitian dilakukan sesuai dengan diagram alir penelitian berikut. Mulai Pengumpulan Data Data Curah Hujan Peta Topografi Kondisi Drainase Eksisting Analisa Frekuensi Curah Hujan Rencana Perhitungan Catchment Area Debit Rencana Tidak Dimensi Saluran Dimensi Rencana > Dimensi Eksisting Ya Dimensi Rencana Pembahasan Kesimpulan Gambar 1. Diagram Alir Penelitian 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Curah Hujan Harian Maksimum Analisa curah hujan rencana dengan menggunakan empat distribusi frekuensi, yaitu: Distribusi Normal, Distribusi Log Normal, Distribusi Log- Pearson III, dan Distribusi Gumbel. Data curah hujan selama 20 tahun terakhir 6

7 ( ) diperoleh dari Badan Meteorologi dan klimatologi Stasiun Polonia, Medan. Tabel.1 Perhitungan Distribusi Hujan dengan Empat Metode No Periode Ulang (T) Log Log-Pearson Normal Tahun Normal III Gumbel Analisis Intensitas Curah Hujan Untuk saluran drainase primer curah hujan rencana yang diperkirakan untuk 5 tahunan sedangkan untuk saluran drainase sekunder diambil curah hujan rencana untuk 2 tahunan, sehingga didapatlah analisa perhitungan intensitas dan waktu konsentrasi. Tabel 2 Perhitungan Intensitas Hujan No Nama Drainase Fungsi Saluran tc (menit) tc (jam) R 24 (mm/jam) I (mm/jam) 1 Sekunder-1 Sekunder Sekunder-2 Sekunder Sekunder-3 Tersier Sekunder-4 Tersier Tersier-A Tersier Tersier-B Tersier Tersier-C Tersier Tersier-D Tersier Analisis Debit Rencana Analisis debit banjir rencana dengan menggunakan Metode Rasional. Metode ini digunakan karena DAS relatif kecil, yaitu kurang dari 300 ha. Perhitungan debit rencana akan dibagi-bagi berdasarkan tipe perumahan di setiap bloknya. Contoh Perhitungan Debit Rencana Nama Drainase = Tersier-A (Perumahan Tipe 100/160) Jumlah Rumah = 7 unit Luasan= 160 m² x 7 = 1120 m² = 0,00112 km² C = 0,479 Cs = 0,712 I Q = 901,57 mm/jam = 0,278 x 0,479 x 0,712 x 901,57 mm/jam x 0,112 km² = 0,096 m³/detik = 9,6 liter/detik Analisis Debit Air Kotor Debit air kotor diperhitungkan sebagai berikut: Debit air buangan tiap orang = 300 lt/orng/hari 7

8 = 0, lt/org/jam = 0, m 3 /org/detik Analisis Debit Kumulatif Dari debit banjir rencana dan debit air kotor, didapat total debit air yang mengalir di Perumahan Villa Johor. Debit kumulatif didapat berdasarkan arah aliran air yang mengalir di perumahan yang didapat dari site plan). Saluran : Sekunder 4 Debit Air yang mengalir di saluran sekunder-4 berasal dari setengah debit di saluran Tersier-D dan debit di Saluran Sekunder-4 Debit aliran air hujan(q1) di Tersier D : 14.8 liter/detik Debit aliran air kotor(q2) : 0,16 liter/detik Debit di Saluran Sekunder-4 : 69 liter/detik Debit total = Q1 + Q2 = ( /2) = 143 liter/detik Tabel 3 Perhitungan Debit Kumulatif No Nama Drainase Fungsi Saluran Debit Air Kotor (liter/detik) Debit Air Hujan (liter/detik) Debit kumulatif (liter/detik) Debit Kumulatif (m3/detik) 1 Sekunder-1 Sekunder Sekunder-2 Sekunder Sekunder-3 Sekunder Sekunder-4 Sekunder Tersier-A Tersier Tersier-B Tersier Tersier-C Tersier Tersier-D Tersier Perencanaan Dimensi Saluran Perhitungan untuk saluran Sekunder-1 - Panjang lintasan aliran di dalam saluran/sungai (Ls) = 104 m - Kemiringan tanah asli = Qs = QT 8 ⁴ = m³, elevasi 2-elevasi 1 L s = 0,002 m 8, ⁴ = m³ V⁴ = 3.06 m/detik V = 1.32 m/detik Setelah nilai kecepatan aliran V = 1,32 m/detik diketahui, maka kedalaman aliran Y dapat dihitung dengan persamaan numeris:. /,, / Y = 2 = 2 = 0,5 m /, / 8

9 Kemudian berdasarkan hubungan antara lebar dan kedalaman aliran pada penampang hidrolis terbaik bentuk persegi panjang diperoleh dasar saluran B: B = 2 Y = 2 X 0,5 = 1 m Tinggi Jagaan (F) diambil F = 30% Y= 30% X 0,5 = 0,15 m Kontrol: Debit Saluran (Qs) A = B.Y = 0,5 X 1 = 0,5 m² V = 1,32 m/detik Qs = A.V = 0,5 X 1,32 = 0,66 m³/detik Jadi, dimensi saluran yang direncanakan: Lebar Saluran (B) = 1 m Tinggi Aliran (Y) =0,5 m Tinggi Jagaan (F) = 0,15 m Perbandingan Dimensi Hasil Perhitungan dan Dimensi Eksisting Tabel 4 Perbandingan Dimensi Drainase Hasil Perhitungan dan Eksisting Dimensi Saluran No Nama Hasil Drainase Perhitungan Eksisting B (cm) H (cm) B (cm) H (cm) 1 Sekunder Sekunder Sekunder Sekunder Tersier-A Tersier-B Tersier-C Tersier-D Perencanaan Sumur Resapan Perencanaan sumur resapan dibagi berdasarkan tipe rumah di wilayah studi, yaitu: Tipe 100/160, Tipe 48/90, Tipe 64/105, dan Tipe 73/120 Debit air yang masuk dari atap rumah Perhitungan debit air yang masuk dari atap rumah Tipe 100/160 Q masuk =0,278. C s. C. I. A Q masuk =0,278. 0,712. 0,8. 901,57.0,0006=0,023 m3 s Perhitungan debit air yang masuk dari atap rumah Tipe 48/90 Q masuk =0,278. C s. C. I. A Q masuk =0,278. 0,7. 0,8.900,92.0,00090=0,013 m3 s 9

10 Perhitungan debit air yang masuk dari atap rumah Tipe 64/105 Q masuk =0,278. C s. C. I. A Q masuk =0,278. 0,697. 0,8.859,79.0,000105=0,014 m3 s Perhitungan debit air yang masuk dari atap rumah Tipe 73/120 Q masuk =0,278. C s. C. I. A Q masuk =0,278. 0,691. 0,8.645,8.0,00012=0,012 m3 s Perencanaan dimensi sumur resapan Perencanaan Desain dan Dimensi Sumur Resapan pada rumah tipe 100/160 Perencanaan kedalaman sumur resapan dengan metode Sunjoto: Perencanaan desain dan dimensi sumur resapan pada rumah tipe 73/120 Debit air yang masuk dari atap adalah sebesar : =,, (, ) 1 0,012 m3 s, (, ). (, ) H= 2,8 m Debit resapan yang masuk ke dalam sumur resapan: Qresapan = F. K. H Qresapan = 2,75. 0, ,8 Qresapan = 1,155 x 10-5 m 3 /s Debit air yang tertampung dalam sumur resapan: Q tertampung = Q masuk Q resapan = (0,012 ) (1,155 x 10-5 ) = 0,012 m 3 /s Kapasitas (Volume) sumur resapan yang direncanakan: Jari-jari sumur resapan (r) = 0,5 m Kedalaman sumur resapan (H) = 2,8 m Kapasitas sumur resapan (berbentuk lingkaran) adalah: V sumur resapan = π.r 2.H V sumur resapan = π.(1,0) 2.2,8 V sumur resapan =2,198 m 3 =220 liter Waktu (T) yang diperlukan untuk pengisian sumur resapan: T= V sumur resapan Q tertampung T= 2,2 =183 detik=3 menit 0,012 Untuk satu sumur resapan berbentuk lingkaran dengan diameter 1 m dan kedalaman 2,8 m, memiliki kapasitas sumur resapan 220 liter, di mana diperlukan waktu pengisian sumur resapan selama 3 menit sampai air sumur resapan penuh. Sehingga untuk 19 unit rumah tipe 36 dapat mengisi air tanah sebesar: 19 unit x 220 liter/unit = 4180 liter 10

11 5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: Saran 1. Curah hujan harian maksimum (R24) diperoleh dengan menggunakan Distribusi Gumbel. Untuk periode ulang 2 tahun, R24 = 412 mm/jam dan periode ulang 5 tahun, R24 = 513 mm/jam. 2. Debit banjir maksimum akibat curah hujan terjadi di Saluran Sekunder-1 yaitu sebesar 0,474 m3/detik. 3. Debit air kotor maksimum sebesar 0,00033 m3/detik ada di Saluran Tersier-D. Debit ini tidak memberikan pengaruh besar terhadap debit kumulatif yang ada di Perumahan Villa Johor. 4. Dari hasil analisis, diperoleh bahwa dimensi drainase eksisting tidak mampu lagi untuk menampung debit kumulatif yang terjadi di Perumahan Villa Johor. 5. Solusi paling efektif untuk mengatasi banjir genanangan adalah dengan perencanaan sumur resapan. Direncanakan empat buah sumur resapan berdasarkan tipe perumahan. 6. Sumur resapan dapat menampung maksimum 430 liter air dengan dimensi D = 1 m dan H = 5,5 meter. 1. Berdasarkan analisis, diperlukan pembuatan sumur resapan untuk mengatasi banjir genangan di Perumahan Villa Johor. 2. Untuk penelitian selanjutnya, sebaiknya dilakukan di lokasi perumahan berbeda dengan Data Test Permeabilitas Tanah (Data Laboratorium) untuk hasil lebih akurat. 11

12 DAFTAR PUSTAKA B.I.E.Dipl.H, Soemarto Ir. CD, Hidrologi Teknik. ERLANGGA, Jakarta DEA, CES, Bambang Triatmojo.Ir.Dr.Pof,1995. Hidrolika II. BETA Offset,Yogyakarta Herman Widodo Soemitro, Ir ERLANGGA, Jakarta Mekanika Fluida dan Hidraulika. M.Eng, Suripin Ir Dr, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan. ANDI, Yogyakarta SK SNI Tata Cara Perencanaan Teknik Sumur Resapan Air Hujan untuk Lahan Pekarangan. Badan Standar Nasional. Subarkah Imam, Ir Hidrologi Untuk Perencanaan Bangunan Air. Idea Dharma, Bandung Ven Te Chow, Hidrolika Saluran Terbuka. ERLANGGA, Jakarta Wesli, Drainase Perkotaan. GRAHA ILMU, Yogyakarta 12