BAB IV ANALISIS HIDROLOGI DAN PERHITUNGANNYA

Transkripsi

1 BAB IV ANALISIS HIDROLOGI DAN PERHITUNGANNYA 4.1 Tinjauan Umum Dalam merencanakan normalisasi sungai, analisis yang penting perlu ditinjau adalah analisis hidrologi. Analisis hidrologi diperlukan untuk menentukan besarnya debit banjir rencana, yang mana debit banjir rencana akan berpengaruh besar terhadap dimensi maupun kestabilan konstruksi yang akan dibangun. Pada perencanaan normalisasi sungai Cirarab ini, data debit harian selama periode 10 tahun yang akan dijadikan dasar perhitungan dalam menentukan debit banjir rencana. Data debit harian selanjutnya akan dipilih untuk menentukan debit harian maksimum tahunan untuk selanjutnya dianalisis menjadi data debit banjir rencana periode ulang tertentu yang kemudian akan diolah menjadi debit banjir rencana. Adapun langkah-langkah dalam analisis hidrologi adalah sebagai berikut : a. Menentukan Daerah Aliran Sungai (DAS) beserta luasnya. b. Menentukan debit harian maksimum tiap tahunnya dari data debit harian dari bendung selama periode 10 tahun. c. Menghitung debit harian maksimum yang mewakili DAS. d. Menganalisis debit banjir rencana dengan periode ulang 5 tahun. e. Menghitung debit banjir rencana berdasarkan besarnya debit banjir rencana diatas pada periode ulang 5 tahun. IV - 1

2 4. Karakteristik Umum DAS Cirarab Hulu sungai Kali Cirarab berada di bagian Utara Kabupaten Bogor sekitar Kecamatan Rumpin. Aliran Kali Cirarab berkelok-kelok, melintasi 3 daerah administrasi, yaitu Kabupaten Bogor, Kabupaten Tangerang dan Kota Tangerang. Sebagian besar Daerah Aliran Sungai (DAS) Cirarab merupakan kawasan budidaya daerah terbangun. Pada DAS Cirarab yang berada di Kota Tangerang terdapat 4 anak sungai / saluran pembuangan yang semuanya bermuara ke Kali Cirarab, yaitu: Kali Cangkring, Kali Sasak, Kali Keroncong, dan Kali Jatake. Keseluruhan DAS Cirarab di Kota Tangerang ini mempunyai daerah tangkapan air (catchment area) seluas km dan luas DAS yang ditinjau dari titik Kecamatan Periuk km. Tabel 4.1. Daerah Lintasan Sungai Cirarab No. Daerah Administrasi Daerah Kecamatan Dominasi Guna Lahan Intensitas 1 Kab. Bogor Parung Panjang Permukiman, perkebunan, ladang Rendah Rumpin Permukiman, perkebunan, ladang Rendah Kab. Tangerang Serpong Permukiman, ladang, lahan kosong Sedang Curug Permukiman Sedang Cikupa Industri Tinggi Sepatan Permukiman, sawah, ladang Sedang 3 Kota Tangerang Jatiuwung Industri, permukiman Sedang Tinggi Periuk Industri, permukiman Tinggi Sumber: RPJMD Kota Tangerang IV -

3 Lokasi DAS dapat dilihat pada gambar 4.1. sebagai berikut : Gambar 4.1 DAS Cirarab, (Sumber : BBWS Ciliwung Cisadane) 4.3 Analisa Debit Banjir Rencana Data Curah Hujan Pada lokasi studi terdapat satu stasiun hujan yang berpengaruh terhadap wilayah DAS Cirarab yaitu Stasiun Klimatologi Pondok Betung. Sehingga dalam analisis hidrologi, data curah hujan diambil dari stasiun penakar hujan tersebut. Data hujan yang digunakan dalam analisa tersebut meliputi data curah hujan harian dengan periode pengamatan tahun 006 sampai dengan tahun 015. IV - 3

4 Tabel 4.. Data Curah Hujan Bulanan No. Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agust Sept Okt Nop Des Sumber: BMKG Tangerang Data Curah Hujan Bulanan (mm) 4.3. Curah Hujan Maksimum Bulanan Daerah Penentuan curah hujan rerata daerah pada studi ini menggunakan metode Rata-rata aljabar. Karena pada lokasi studi hanya terdapat satu stasiun penakar hujan, maka curah hujan rerata daerah diperoleh dari curah hujan harian maksimum. Hasil perhitungan curah hujan maksimum harian rerata daerah dapat dilihat pada Tabel Curah Hujan Rancangan Tabel 4.3. Curah Hujan Maksimum Bulanan No. Tahun CH Maks Sumber : Hasil Analisa Curah hujan rancangan adalah curah hujan terbesar yang mungkin terjadi di suatu daerah dengan peluang tertentu. Dalam studi IV - 4

5 ini, metode analisis hujan rancangan yang digunakan adalah metode Log Pearson Tipe III. Langkah-langkah perhitungannya sebagai berikut : 1. Mengubah data curah hujan harian maksimum tahunan dalam bentuk logaritma (sebelumnya data curah hujan telah diurutkan dari kecil ke besar).. Menghitung peluang empiris (P) dalam % dengan rumus Weibull (Soewarno, 1995 : 114): P (%) = m n 1 1 x 100 % = x100 % = 9, Log Xi = Log = Menghitung harga rata-rata ( LogX ) dengan rumus : LogX n i 1 LogXi n dengan : LogX = logaritma hujan rata-rata n = banyaknya data 18.0 LogX Log Xi - LogX = = -0.9 (Log Xi-Log X)3 = Menghitung harga simpangan baku/standar deviasi (dalam log) dengan rumus: IV - 5

6 S S n i 1 0,08 9 ( LogXi LogX ) n 1 S = 0,3 5. Menghitung koefisien kemencengan (dalam log) dengan rumus : n Cs n i1 (0,0) Cs 3 7(0,3) Cs = LogXi LogX n 1 n S 3 3 Untuk perhitungan Distribusi Log Pearson Tipe III dapat dilihat pada Tabel 4.4. Tabel 4.4. Perhitungan Distribusi Log Pearson Tipe III No. Tahun Xi (mm) P (%) Log Xi Log Xi-Log X (Log Xi-Log X) Jumlah Rerata Stand. Dev Koef. Kemencengan (Cs) Sumber : Hasil Analisa IV - 6

7 6. Menghitung logaritma curah hujan rancangan dengan periode ulang tertentu (nilai ekstrim) dengan rumus : Log X = LogX K. ( S. LogX ) dengan : Log X = logaritma besarnya curah hujan untuk periode ulang T tahun LogX = rata-rata dari logaritma curah hujan K = faktor sifat distribusi Log Person Tipe III yang merupakan fungsi koefisien kemencengan (Cs) terhadap kala ulang atau probabilitas (P). Harga K bergantung pada nilai Cs positif atau negatif. Penentuan harga K dilakukan dengan cara interpolasi. S = simpangan baku (standar deviasi) Log X = LogX K. ( S. LogX ) Misal kala ulang 1.01 Tahun = 1,8 + ((-.647) x 0,3) = 1,1 7. Mencari antilog dari Log X untuk mendapatkan curah hujan rancangan dengan kala ulang tertentu : Antilog dari log X (1,00) = 16.7 mm Adapun perhitungan hujan rancangan dengan berbagai kala ulang selengkapnya disajikan pada Tabel 4.5. IV - 7

8 Tabel 4.5. Perhitungan Hujan Rancangan dengan Berbagai Kala Ulang No Tr R rata-rata Std Deviasi Kemencengan Peluang K Curah Hujan Rancangan (tahun) (Log) (log) (Cs) (%) Log mm [1] [] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Sumber : Hasil Analisa Uji Kesesuaian Distribusi Frekuensi Uji kesesuaian distribusi dimaksudkan untuk mengetahui apakah distribusi yang dipilih dapat digunakan atau tidak, untuk serangkaian data yang tersedia. Dalam studi ini, untuk keperluan analisis uji kesesuaian distribusi digunakan dua metode statistik, yaitu Uji Chi Square dan Uji Smirnov Kolmogorov Uji Chi Square Uji Chi Square dimaksudkan untuk menentukan apakah persamaan distribusi peluang yang telah dipilih dapat mewakili dari distribusi statistik sampel data yang dianalisis. Pengambilan keputusan uji ini menggunakan parameter. Parameter :194) : dapat dihitung dengan rumus (Soewarno, 1995 h G il O i E E i i dengan : h = parameter Chi Square terhitung IV - 8

9 G = jumlah sub grup Oi = jumlah nilai pengamatan pada sub grup ke i Ei = jumlah nilai teoritis pada sub grup ke i Adapun langkah-langkah perhitungan dari uji Chi Square adalah sebagai berikut ; 1. Urutkan data pengamatan (dari besar ke kecil atau sebaliknya).. Kelompokkan data menjadi G sub grup dengan persamaan Struges: kelas = 1 + 3,3 log n = 1 + 3,3. Log 10 = 4,3 4 Maka data dibagi menjadi 4 sub grup sehingga interval untuk masing-masing kelas = 5 % 3. Jumlahkan data pengamatan sebesar Oi tiap-tiap sub grup 4. Menghitung frekuensi teoritis Ei Ei = data = kelas 10 4 =,5 5. Tiap-tiap subgrup hitung nilai : O i E E i i =,5.5 = 0,1 6. Menghitung jumlah hitung = G il i Oi Ei E = 3,6 7. Tentukan derajat kebebasan dk = G - R - 1 = = 1 dengan R = (Nilai parameter untuk Chi Square) IV - 9

10 8. Menentukan tabel berdasarkan Tabel Nilai Kritis untuk Uji Chi Square, dengan derajat kepercayaan () dan derajat kebebasan (dk). = 5 % dan dk = 1 tabel = 3, Menyimpulkan hasil perhitungan : hit < tabel maka distribusi terpenuhi Adapun perhitungan selengkapnya disajikan pada Tabel Tabel 4.6. Rekapitulasi Curah Hujan untuk masing-masing Kelas No. Pr K Log X X Batas Kelas Oi Ei (Oi-Ei) /Ei [1] [] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] X < X < < X < X ³ Jumlah Sumber : Hasil Analisa Nilai X Kritis untuk α (derajat kepercayaan) 1% = 6,635 dan 5% = 3,841, sehingga untuk Uji Chi-Square dapat disimpulkan pada Tabel 4.7. Tabel 4.7. Kesimpulan Hasil Uji Chi-Square No. α X tabel X hit Keterangan 1 1% X hit < Distribusi dapat diterima 5% X hit < Distribusi dapat diterima Sumber : Hasil Perhitungan Uji Smirnov Kolmogorof Uji Smirnov Kolmogorof digunakan untuk membandingkan peluang yang paling maksimum antara distribusi empiris dan distribusi teoritis yang disebut maks. IV - 10

11 Langkah-langkah perhitungan uji Smirnov Kolmogorov adalah sebagai berikut : 1. Data diurutkan dari kecil ke besar. Menghitung peluang empiris (Pe) dengan rumus Weibull (Soewarno, 1995 : 114): Pe = m n 1 = = 0, Menghitung peluang teoritis (Pt) dengan rumus : Pt = 1 - Pr Untuk mencari nilai Pr (probabilitas yang terjadi) diinterpolasi dari Tabel Sifat Distribusi Log Pearson Tipe III (Cs Positif). Maka Pt = 1-0,97 = 0, Menghitung simpangan maksimum (maks) dengan rumus : = Pt Pe = 0,073 0, 091 = 0, Menentukan nilai tabel berdasarkan derajat kepercayaan () pada Nilai Kritis untuk Uji Smirnov-Kolmogorof. 6. Menyimpulkan hasil perhitungan, yaitu apabila maks < tabel maka distribusi teoritis yang digunakan untuk menentukan persamaan distribusi dapat diterima, dan apabila maks > tabel maka distribusi teoritis yang digunakan untuk menentukan persamaan distribusi tidak dapat diterima. IV - 11

12 Tabel 4.8 berikut : Perhitungan Uji Smirnov Kolmogorof dapat dilihat pada Tabel 4.8. Uji Smirnov Kolmogorof No Xi (mm) Log Xi Pe K Pr Pt Δ ІPt-PeІ [1] [] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Jumlah Δ max = 0.10 Rerata(LogX) 1.80 Std. Dev(SLogX) 0.30 Cs Sumber : Hasil Analisa Dari perhitungan didapat max = 0,104, berdasarkan tabel Nilai Δ kritis untuk Uji Smirnov Kolmogorof didapat kritis (dengan N = 10) maka keputusan Uji Smirnov Kolmogorof ditabelkan sebagai berikut: Tabel 4.9. Keputusan Uji Smirnov Kolmogorof α Δkritis Δmax Ket diterima diterima diterima diterima Sumber : Hasil Perhitungan Dari hasil perhitungan yang ditabelkan diatas maka Δkritis > Δmax maka distribusi yang digunakan dapat diterima. IV - 1

13 4.4 Analisis Debit Limpasan Penentuan Waktu Konsentrasi (Tc) dan Intensitas Hujan (I) Berikut ini merupakan contoh perhitungan Waktu Konsentrasi (Tc) dan Intensitas Hujan (I) pada DAS Cirarab. Data-data yang digunakan adalah sebagai berikut: Slope lahan (S) = 0,068 Slope sungai = 0,347 Panjang lereng Panjang sungai = 5,530 m = m Angka kekasaran manning (n) = 0,05 R kala ulang 1,01 tahun R kala ulang tahun R kala ulang 5 tahun R kala ulang 10 tahun R kala ulang 5 tahun = mm = 6.58 mm = mm = mm = mm maka : 1. Menghitung To (Overland flow time) To = n 1 0,05 1 x 3,8xLx x = x 3,8x5.30 x x 3 S ,68 60 To = 0.08 jam. Menghitung v (kecepatan aliran) v = 4,918(Ssungai) 1/ v = 4,918 (0,075) 1/ = 1,347 m/det 3. Menghitung Td (Drain flow time) IV - 13

14 Td = Lsungai 3600v = *1,347 Td = 7.37 jam 4. Menghitung Tc (Waktu konsentrasi) Tc = To + Td Tc = = jam 5. Menghitung intensitas hujan metode Mononobe 1. Berdasarkan Data DAS Cirarab b) R Tc, dengan R untuk kala ulang 1,01 th = mm = m 3 /det c) R Tc, dengan R untuk kala ulang th = 6.58 mm = m 3 /det d) R Tc, dengan R untuk kala ulang 5 th = mm = m3/det e) R Tc, dengan R untuk kala ulang 10 th = mm = m3/det IV - 14

15 f) R Tc, dengan R untuk kala ulang 5 th = mm = m3/det. Berdasarkan Data DAS Cirarab yang ditinjau a. R Tc, dengan R untuk kala ulang 1,01 th = mm 315,17 5,68 = 5.3 m3/det b. R Tc, dengan R untuk kala ulang th = mm 736,30 5,68 = m3/det c. R Tc, dengan R untuk kala ulang 5 th = mm 875,34 5,68 = m3/det d. R Tc, dengan R untuk kala ulang 10 th = mm 930,8 5,68 = m3/det e. R Tc, dengan R untuk kala ulang 5 th = mm 97,09 5,68 = m 3 /det IV - 15

16 4.4. Analisis Debit Limpasan Dengan Metode Rasional Analisis debit limpasan pada studi ini menggunakan persamaan debit limpasan rasional. Rumus yang digunakan berdasarkan persamaan debit limpasan rasional yaitu: Q = 0,78. C. I. A Data-data pada DAS Cirarab yang dipakai dalam perhitungan adalah sebagai berikut : 1. DAS Cirarab Luas DAS = 161 km Intensitas hujan (I) = mm Nilai C rata-rata didapatkan = 0,45 Perhitungan debit limpasan permukaan (Q1,01) pada lokasi DAS Cirarab adalah sebagai berikut: Q1,01 = 0,78 x 0,45 x x 161 Q1,01 = m3/detik. DAS Cirarab yang ditinjau (Kec. Periuk) Luas DAS = km Intensitas hujan (I) = mm Nilai C rata-rata didapatkan = 0,45 Perhitungan debit limpasan permukaan (Q1,01) pada lokasi DAS sungai adalah sebagai berikut: Q1,01 = 0,78 x 0,45 x x Q1,01 = m3/detik IV - 16

17 No. Kala Ulang Rekapitulasi hasil perhitungan debit limpasan permukaan DAS Cirarab dan DAS sungai yang Ditinjau disajikan pada tabel berikut ini. Tabel Debit limpasan DAS Cirarab Intensitas Hujan (mm) Luas DAS 161 km² 5 5 th Sumber: Hasil Analisis Luas Penampang Sungai Cirarab Bentuk penampang sungai didapat dari salah satu potongan melintang pada gambar 4.1 gambar potongan melintang: 1. Luas Penampang CP.0 CP.1. Ketinggian rata rata sungai Luas DAS km² Q Rasional (m3/det) Luas DAS 161 km² Luas DAS km² 1 1,01 th th th th h = m m = b = m Luas Penampang (A) = (b+m.h).h 1 m b Bentuk penampang trapezoid (Lampiran 6) h = m Keliling Basah (P) = b + h (m +1) 0.5 = m Jari jari Hidrolis (R) = A P =.44 m IV - 17

18 Kecepatan Aliran (V) = 1 x n R 3xS 1 =.867 m/det Debit Sungai Q1 Q = A x V = x.867 = m 3 /det. Luas Penampang CP.00 CP.01. Ketinggian rata rata sungai h = m m = m h b = m Luas Penampang (A) = (b+m.h).h b Bentuk penampang trapezoid (Lampiran 7) = m Keliling Basah (P) = b + h (m +1) 0.5 =.046 m Jari jari Hidrolis (R) = A P =.618 m Kecepatan Aliran (V) = 1 x n R 3xS 1 = m/det Debit Sungai Q1 Q = A x V = x.867 = m 3 /det IV - 18