ANALISIS DEBIT BANJIR RANCANGAN SUNGAI BABURA DI HILIR KAWASAN KAMPUS USU

Transkripsi

1 ANALISIS DEBIT BANJIR RANCANGAN SUNGAI BABURA DI HILIR KAWASAN KAMPUS USU TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh: ANGGI KURNIAWAN \ Pembimbing: Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2012

2 ABSTRAK Daerah Aliran Sungai (watershed) atau river basin, selanjutnya akan disebut dengan DAS, mengenal pendekatan satu sungai (one river), satu rencana (one plan) dan satu pengelolaan (and one integrated management) yang perlu diwujudkan secara nyata (Sjarief, 2008). Sungai Babura merupakan salah satu dari anak sungai atau Sub DAS dari Sungai Deli (DAS Deli) yang terbentang sepanjang 36,570 km, dari daerah kawasan Sibolangit hingga Kota Medan. Luas catchment area sungai Babura hingga pertemuan Sungai Deli ialah 99 km 2. Metodologi dari Tugas Akhir ini, terdiri dari pengolahan data primer dan sekunder dan menggabungkan keduannya dalam satu softwere presentasi berbentuk video yang menunjukkan keadaan banjir yang terjadi pada Sungai Babura. Untuk menghitung debit banjir rancangan tersebut perlu adanya data curah hujan, peta tata guna lahan, jumlah penduduk di beberapa Kecamatan di Kota Medan, dan Kabupaten Deli Serdang serta data penggunaan konsumsi air. Dari data data tersebut dapat dihitung banjir kala ulang dengan metode Gumbel dan debit buangan domestik (sanitary) penduduk. Kemudian kedua data diolah menjadi data grand total debit banjir kala ulang 2, 3, 5, 10, 25, 50 dan 100 tahun Sungai Babura dengan metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu. Kemudian debit banjir tersebut ditambahkan dengan debit limpasan dari dua Sungai yang berada tidak jauh dari Kampus USU, yaitu Sungai Selayang dan Sungai Putih. Berdasarkan hasil perhitungan debit banjir rancangan maksimum yang diperoleh sebesar 250,41 m 3 /detik dengan kecepatan rata rata aliran sebesar 57,7 cm/detik. Data debit banjir kala ulang 25 dan 100 tahun kemudian dimodelkan dan disimulasikan pada Softwere Hydologic Engineering Center River Analysis System (HEC-RAS) Versi 4.0, dan dapat dilihat sejauh mana pengaruh banjir yang terjadi terutama pada daerah kawasan Kampus USU. Kata kunci: Sungai Babura, Banjir USU, HSS Nakayasu, HEC-RAS i

3 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr.Wb. Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT yang telah memberi karunia kesehatan dan kekuatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat beriring salam, selalu tercurahkan kepada Baginda Rasullah Muhammad SAW yang telah memberi keteladanan tauhid, ikhtiar dan kerja keras sehinggga menjadi panutan dalam menjalankan setiap aktifitas penulis sehari-hari, terkhusus dalam menyelesaikan penulisan Laporan Tugas Akhir ini. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi sekaligus persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana pada Program Studi Stara Satu (S1) Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. Adapun judul skripsi yang diambil oleh penulis adalah: Analisis Debit Banjir Rancangan Sungai Babura Di Hilir Kawasan Kampus USU Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia M.Sc selaku Dosen Pembimbing, yang telah banyak memberikan bimbingan, masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Muhammad Faisal ST, MT, selaku Asisten Dosen Pembimbing, tempat bergantung penulis pada saat pengerjaan Laporan yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan baik tenaga dan pikiran dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik. ii

4 4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 6. Bapak Ir. Teruna Jaya, MSc, Bapak Ivan Indrawan ST, MT, dan Bapak Ir. Boas Hutagalung, MSc selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini. 7. Ibunda Purnawati dan Ayahanda Hanafi, Amd tercinta yang telah banyak berkorban, memberikan motivasi hidup, semangat dan nasehat yang tidak akan pernah terbalaskan, serta kakak-kakakku tersayang, Novika Afriyeni, Amd dan Lily Adri Fani, ST, yang selalu mendo akan dan mendukung penulis setiap saat. 8. Bapak Nadirin, Bang Ucok, Bang Rawi, Bang Roy, Bang Tikno, Bang Joko dan kawan kawan Gang Dipanegara yang telah membantu menyelesaikan survey di lokasi study. 9. Bapak Kepala Dinas Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) Sampali, yang telah membantu penulis dalam menyediakan data curah hujan. 10. Bapak Kepala Dinas Pengembangan Sumber Daya Air Sumatera Utara, yang telah membantu penulis dalam mengajarkan Softwere Google Earth 11. Bapak Kepala Dinas Kehutanan Kota Medan, Kepala Dinas Balai Wilayah Sungai I Sumatera Utara yang telah membantu penulis dalam menyediakan data tata guna lahan dan menyediakan data data sungai Babura. 12. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar dan administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 13. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2007: Maulana, Ijal, Kandar, Yudi, Delfi, Didi, Gorby, Je, Saki, Zul, Juangga, Arsyad Pulsa, Herry, Iwan, Dhani, Vivi, Adean, Putri, Tessa, Titin, serta teman-teman angkatan 2007 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 14. Abang/kakak senior: Abang-abang dan kakak 2004: Bang Mabrur, Bang Ilham, Bang Faisal, Bang Hazian, Bang Aswin, Bang Meyjen, Kak Rhini, Abang-abang dan kakak 2005: Bang Benny, Bang Ucok, Bang Jefri, Bang Nasrul, Bang Batam, Bang Andri Syam, Bang Fauzan dan Kak Tanti, Abang-abang dan kakak 2006, Adik-adik 2008: Ahmad, Fadil, Fuad, Imam, Muadzi, Maulana, Ade iii

5 (Dedek), Uyuy, Aris, Adik-adik 2010: Ikhsan, Reza, Yudha, Diki, Dilla, Cika, Sari, Dara, Melli, Nourah dan lain-lain yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 15. Buat sahabat sahabatku Frissyo Anjola (Mandan), Melky Suhendra (Ajo), Rhino (Si om), Arvina (Ivi), dan Rio serta orang-orang yang penulis sayangi, terima kasih atas penghilang stress selama ini. 16. Rekan rekan Ikatan Mahasiswa Jambi Medan, KAMMI Koms.Teknik USU, Bulletin of Civil Engineering (BUILDING), PEMA FT USU, KOMPOSITS, dan SIMETRIKA yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas dukungan dan do anya. 17. Dan segenap pihak yang belum tersebut di sini terima kasih atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik, semoga Allah membalasnya dengan kebaikan pula. Mengingat adanya keterbatasan yang penulis miliki, maka penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Wassalamu alaikum Wr.Wb. Medan, Juli 2012 Penulis Anggi Kurniawan iv

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Umum Latar Belakang Tujuan Penelitian Pembatasan Masalah Metodologi Penelitian Aspek Pengumpulan Data Aspek Analisis dan Pengolahan Data Sistematika Penulisan Lokasi Penelitian... 8 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Siklus Hidrologi Daerah Aliran Sungai (DAS) Pengertian Sungai Fungsi Sungai Bentuk Bentuk Daerah Aliran Sungai Keadaan Daerah Aliran Sungai Analisis Curah Hujan Kawasan Metode Aritmatik (Aljabar) Metode Thiessen Metode Isohyet Analisis Frekuensi Metode Distribusi Gumbel Metode Distribusi Log Pearson Tipe III Metode Distribusi Normal v

7 2.4.4 Metode Distribusi Log Normal Uji Kecocokan (Goodnes of fittest test) Intensitas Curah Hujan Waktu Konsentrasi Metode Perhitungan Debit Banjir Debit Rancangan Dengan Metode Rasional Metode Hidrograf Banjir Tata Guna Lahan Kependudukan Hydologic Engineering Center River Analysis System (HEC- RAS) Graphical User Interface Analisis Hidraulika Penyimpanan Data dan Manajemen Data Grafik dan Pelaporan BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Lokasi Studi dan Lingkup Kegiatan Penelitian Metodologi Pengolahan Data Primer Pengukuran Penampang Sungai Pengukuran Kecepatan Aliran Pengukuran Elevasi Metodologi Pengolahan Data Sekunder Observasi Data Curah Hujan Uji kecocokaan Menganalisa Debit Banjir Rancangan dengan Metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Menganalisa Debit Banjir Sanitary Menganalisa Debit Banjir Total Pemodelan dan Simulasi Keadaan Banjir Rancangan BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan Data Curah Hujan Kawasan Perhitungan Koefisen Pengaliran Saluran Drainase Primer Perhitungan Frekuensi Curah Hujan Kala Ulang Metode Distribusi Gumbel Metode Distribusi Log Pearson Tipe III vi

8 4.4.3 Metode Distribusi Normal Metode Distribusi Log Normal Uji Kecocokan (Goodnes of fittest test) Debit Buangan Domestik Penduduk (Sanitary) Debit Banjir Rancangan Metode Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Pemodelan Keadaan Banjir Sungai Babura Setelah Penambahan Debit Sungai Putih dan Selayang BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1: Bagan alir penelitian... 6 Gambar 1.2: (a) Peta Kota Medan, (b) Outlet USU bagian depan, (c) Outlet USU bagian belakang... 8 Gambar 2.1: Daur siklus hidrologi... 9 Gambar 2.2: DAS bentuk memanjang Gambar 2.3: DAS bentuk radial Gambar 2.4: DAS bentuk paralel Gambar 2.5: DAS bentuk komplek Gambar 2.6: Bagan ilustrasi respon das akibat masukan berupa hujan Gambar 2.7: Aljabar Gambar 2.8: Polygon thiessen Gambar 2.9: Metode isohyet Gambar 2.10: Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu Gambar 2.11: Tampilan HEC-RAS Gambar 3.1: Peta lokasi studi (google earth) Gambar 3.2: Pembagian lebar sungai Gambar 3.3: Contoh hasil pengukuran profil sungai Gambar 3.4: Pengukuran profil sungai (cross section) Gambar 3.5: Contoh pembagian lebar sungai Gambar 3.6: Alat pengukur kecepatan arus sungai (current meter) Gambar 3.7: Contoh format hitungan debit Gambar 3.8: Pengukuran kecepatan arus sungai dengan current meter Gambar 3.9: (a) Receiver GPS dan (b) Controller GPS Gambar 4.1: Polygon thiessen Sungai Babura Gambar 4.2: Sebaran kelerengan lahan viii

10 Gambar 4.3: Subsistem Drainase Kota Medan Gambar 4.4: Skema Jaringan Sungai dan Saluran Drainase Gambar 4.5: Daerah tangkapan sungai sungai di Kota Medan dan sekitarnya Gambar 4.6: Peta Rencana Tata Ruang Kota Medan Gambar 4.7: Kondisi eksisting Sungai Putih di Pembangunan Gambar 4.8: Kondisi eksisting Sungai Selayang di Jalan Abdul Hakim Gambar 4.9: Proyek Peningkatan Jaringan Drainase Proyek MUDP I dan II Gambar 4.10: Skema debit banjir kala ulang 20 tahun pada Sungai Selayang dan Sungai Putih Gambar 4.11: Grafik metode gumbel Gambar 4.12: Grafik metode log pearson tipe III Gambar 4.13: Grafik metode distribusi normal Gambar 4.14: Grafik metode distribusi log normal Gambar 4.15: Grafik resume frekuensi curah hujan harian Gambar 4.16: Batas-batas daerah sempadan sungai Gambar 4.17: Grafik hidrograf satuan sintetik Nakayasu Gambar 4.18: Grafik hidrograf satuan sintetik Nakayasu Sungai Babura Gambar 4.19: Profil muka air di hilir kawasan Kampus USU Gambar 4.20: Profil muka air di sepanjang Sungai Babura saat banjir Gambar 4.21: Profil kecepatan aliran di sepanjang Sungai Babura Gambar 4.22: Kurva ukur debit di hilir kawasan Kampus USU Gambar 4.23: Gambar perspektif terjadinya banjir di Sungai Babura kawasan Kampus USU Gambar 4.24: Hidrograf satuan sintetik Nakayasu periode 100 tahun Gambar 4.25: Sifat-sifat hidraulik di hilir kawasan Kampus USU Gambar 4.26: Output hasil hitungan rinci di hilir kawasan Kampus USU ix

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1: Tabel nilai P kritis Smirnov-kolmogrov (Kamiana, 2011) Tabel 2.2: Sebaran Tingkat Kemiringan Lahan Tabel 2.3: Zona Penggunaan Lahan Tabel 4.1: Luas Areal pengaruh stasiun hujan Daerah Aliran Sungai Babura Tabel 4.2: Rangking Curah Hujan Harian Maksimum Tabel 4.3: Data Hasil Perhitungan Curah Hujan Harian Maksimum Tabel 4.4: Anak anak DAS Deli Tabel 4.5: Anak anak DAS Serdang Tabel 4.6: Zona Penggunaan Lahan DAS Babura Tabel 4.7: Nilai Koefisen Pengaliran pada DAS Babura Tabel 4.8: Curah Hujan Regional Harian Maksimum Tabel 4.9: Hasil Perhitungan dengan metode Gumbel Tabel 4.10: Hasil Perhitungan dengan metode Log Pearson Tipe III Tabel 4.11: Hasil Perhitungan dengan metode Normal Tabel 4.12: Hasil Perhitungan dengan metode Log Normal Tabel 4.13: Resume Perhitungan Frekuensi Curah Hujan Harian Tabel 4.14: Curah Hujan Harian Maksimum Metode Gumbel Tabel 4.15: Uji Distribusi Frekuensi Curah Hujan Tabel 4.16: Standar Kebutuhan Air Rumah Tangga Tabel 4.17: Daerah Pengaliran Sungai Babura Tabel 4.18: Pertumbuhan Penduduk Tabel 4.19: Debit Sanitary Penduduk Tabel 4.20: Persamaan Lengkung Hidrograf Nakayasu Tabel 4.21: Unit Hidrograf Nakayasu Sungai Babura x

12 Tabel 4.22: Perhitungan Hidrograf Satuan (UH) Tabel 4.23: Perhitungan grand total debit berdasarkan periode ulang Tabel 4.24: Resume grand total debit Tabel 4.25: Rekomendasi periode ulang untuk desain banjir dan genangan Tabel 4.26: Kondisi Sungai Selayang dan Sungai Putih Tabel 4.27: Debit banjir Total Maksimum Sungai Babura Tabel 4.28: Perhitungan kecepatan aliran dengan Current Meter Tabel 4.29: Perhitungan kecepatan aliran dengan Current Meter xi

13 DAFTAR NOTASI A = Luas penampang basah/daerah (m 2 /km 2 ) b = Lebar penampang basah (m) C = Tetapan (0,40) C 0 D = Konsentrasi aliran sungai (mg/l) = Kedalaman (m) G h I T i netto K K T L n P Q Q i Q n Q p q R R e1 r S S f S n S o T = Koefisien kemencengan = Tinggi penampang basah (m) = Kemiringan dasar sungai = Intensitas curah hujan dengan periode ulang T tahun = Hujan efektif (mm) = Variabel standar untuk R yang besarnya tergantung dari nilai G = Faktor frekuensi = Jarak penampang/ panjang saluran (m) = Angka kekasaran Manning untuk kondisi tanah = Keliling basah (m) = Debit sungai (m 3 /s) = Total debit banjir pada jam ke i akibat limpasan hujan efektif (m 3 /det). = Debit pada saat jam ke n (m 3 /det) = Debit puncak (m 3 /det) = Besar aliran larutan garam (l/detik) = Curah hujan rata-rata wilayah atau daerah = Hujan rencana efektif jam ke 1 (mm/jam) = Jari jari hidraulis (m) = Standar deviasi data hujan =Kemiringan garis energi = Reduced standar deviation yang juga tergantung pada jumlah sampel/data = Kemiringan dasar saluran = Waktu (s) xii

14 T r t dur t p t 0,3 UH 1 = Durasi hujan (jam) = Waktu durasi (jam) = Waktu puncak (jam) = Waktu saat debit sama dengan 0,3 kali debit puncak (jam) = Ordinat hidrograf satuan V = Volume (mm 3 ) v X X T Y n Y Tr = Kecepatan aliran (m/s) = Nilai rata-rata hitung sampel = Perkiraan nilai yang diharapkan akan terjadi dengan periode ulang = Reduced mean yang tergantung jumlah sampel/data n = Reduced variate 1,5 t 0,3 = Waktu saat debit sama dengan 0,32 kali debit puncak (jam) σn a Δx = Kekentalan dinamik = Kedalaman tangkai/ dalamnya air (m) = Standar deviasi dari populasi x = Sudut kemiringan permukaan air = Bagian saluran sepanjang Δx µ x = Harga rata rata dari populasi x α = Koefisien, nilainya antara 1,5 3,0 = Koefisen xiii

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran I: Lampiran II: Lampiran III: Lampiran IV: Foto-foto Dokumentasi Lapangan Data Hasil Survey (Geometric) Data Curah Hujan dan Data Jumlah Penduduk Surat surat Terkait Tugas Akhir xiv