ANALISA KAPASITAS TAMPUNGAN PENYIMPANAN AIR DI CATCHMENT AREA DANAU TOBA DZIKRATUL HAYATI SIREGAR

Transkripsi

1 ANALISA KAPASITAS TAMPUNGAN PENYIMPANAN AIR DI CATCHMENT AREA DANAU TOBA TUGAS AKHIR DZIKRATUL HAYATI SIREGAR BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK USU

2 ABSTRAK Penurunan muka air normal Danau Toba terkait pemanfatan air oleh beberapa kegiatan Industri, pertanian dan pariwisata telah menjadi perhatian dari para ilmuan maupun masyarakat, khususnya yang sadar lingkungan. Sudah beberapa penyelidikan dilakukan, maupun penelitian untuk mengetahui berbagai hubungan antara kondisi iklim, alam (land use) dan pemanfaatan air Danau tersebut. Dilakukannya studi analisa kapasitas penyimpanan Catchment area (DTA) Danau Toba sehubungan keterkaitan kemampuan DTA menyimpan air untuk mensuplai kebutuhan terhadap air Studi ini dilakukan dengan menganalisa data pada wilayah Daerah Tampungan Air Danau Toba seluas 3.584,21 km² selama 15 tahun yaitu periode tahun Data tersebut berupa data curah hujan ( ), data tinggi muka air, data iklim, dan data debit air yang keluar dari danau ke sungai Asahan serta suplesi air dari regulating Lau Renun yang beroperasi sejak tahun Analisa Tampungan Penyimpanan Air di Catchment Area Danau Toba dengan menganalisa air yang masuk (inflow) dan air yang keluar (outflow) menggunakan metode perhitungan neraca air (water balance) untuk suatu resevoir. Pada perhitungan yang dilakukan juga digunakan metode F.J. Mock untuk mendapatkan nilai dari variabel yang dibutuhkan pada perhitungan neraca air. Dari hasil analisa curah hujan yang dilakukan, curah hujan sangat dipengaruhi kondisi iklim. Pada perhitungan menunjukkan keadaan tidak stabil, ditandai besarnya fluktuasi curah hujan dan tidak memiliki siklus intensitas curah hujan yang teratur. Kondisi iklim di DTA Danau Toba berpengaruh pada tata guna lahan di DTA Danau Toba. Dari total luas sub catchment Danau Toba yaitu 2471,7969 Km 2, yang masih berupa hutan alami hanya sebesar 27,76 % (652,63 Km 2 ), ± 50 % berupa ladang, hutan tanaman industri dan semak belukar, 13,72 % (322,56 Km 2 ) lahan gundul dan ± 10 % sisanya berupa persawahan.dimana tingginya penyinaran dapat terjadi akibat berkurangnya luas lahan untuk hutan sehingga temperatur udara meningkat. Berkurangnya areal hutan yang cukup besar untuk wilayah DTA Danau Toba mengakibatkan sedikitnya air yang tertampung sebagai air cadangan pada saat curah hujan rendah, dan terjadi kehilangan (runoff) cukup besar pada curah hujan tinggi. Potensi Danau Toba dalam memenuhi kebutuhan air sangat besar bila dimanfaatkan dan dikelola secara optimal. Volume tampungan berdasarkan elevasi tertinggi dan terendah yang diizinkan adalah 905 m dpl 902,4 m dpl = 2,6 m, jika dikalikan dengan volume Danau Toba 1112,41 km² maka debit air yang tersedia adalah m³. Catchment area Danau Toba tidak menyimpan air hujan secara optimal, salah satu penyebabnya adalah penggundulan hutan. Kondisi ini merupakan dampak besar menurunnya muka air normal danau akibat berkurangnya daerah resapan di DTA Danau Toba.

3 KATA PENGANTAR Alhamdulillah sebagai ekspresi syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat meyelesaikan tugas akhir ini, yang diajukan untuk memenuhi syarat dalam ujian sarjana Teknik Sipil bidang studi Keairan pada Fakultas Teknik. Salawat dan salam tak lupa pula hamba haturkan kepada Sang inspirator nabi Muhammad SAW, yang telah membawa banyak perubahan dan kebaikan bagi seluruh umat manusia. Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah Analisa Kapasitas Tampungan Penyimpanan Air di Catchment Area Danau Toba. Penulis telah berusaha dengan seluruh daya upaya dalam menyelesaikan tugas akhir ini, namun penulis menyadari masih banyak kekurangan. Keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pengalaman merupakan penyebab dari ketidaksempurnaan tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari Bapak dan Ibu dosen serta rekan rekan mahasiswa demi kemajuan penulis nantinya. Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi- tingginya atas bimbingan dan bantuan yang diberikan untuk terselesaikannya tugas akhir ini kepada:

4 Teristimewa untuk kedua orang tua yang penulis hormati dan sayangi Ayahanda M. Ridwan Siregar, SH dan Ibunda Dewi Anna Hasibuan, yang telah membesarkan, mendidik, memberikan dorongan baik material, spiritual serta semangat dengan sabar dan kasih sayang yang tidak dapat dibalas jasa dan pengorbanannya. Hanya Allah SWT yang dapat membalasnya. Bapak Ir. Boas Hutagalung, M.Sc selaku pembimbing I yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis. Bapak Ivan Indrawan, ST selaku pembimbing II yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis. Bapak Prof. Dr. Ing. Johanes Tarigan sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil,. Bapak Ir. Terunajaya, MSc, sebagai sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. Bapak/Ibu dosen dan seluruh pegawai di lingkungan Departemen Tenik Sipil,. Sebagai hamba yang tak luput dari kesalahan, penulis menyadari bahwa tugas akhir yang telah selesai ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karenanya, dengan ikhlas hati penulis menerima kritik dan saran demi perbaikan ke depan nantinya. Harapan penulis, agar kiranya tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, Dzikratul Hayati Siregar

5 DAFTAR ISI ABSTRAK i KATA PENGANTAR. iii DAFTAR ISI. vi DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR NOTASI... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Uraian Umum Latar Belakang Maksud dan Tujuan Penulisan Ruang Lingkup Permasalahan Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum Siklus Hidrologi Siklus Hidrologi Tertutup... 14

6 Siklus Hidrologi Terbuka Daerah Aliran Sungai Defenisi Daerah Aliran Sungai Faktor Pembentuksn Sub Sistem Presipitasi Tipe Presipitasi Klasifikasi Genetik Klasifikasi Bentuk Curah Hujan Daerah ( Area Rainfall) Evapotranspirasi Air Bawah Permukaan Kelembaban Tanah Infiltrasi Proses Terjadinya Infiltrasi dan Pergerakan Air Faktor-faktor yang Mempengaruhi Infiltrasi Pengukuran Infiltrasi Air tanah...50

7 BAB III GAMBARAN KONDISI DAERAH TANGKAPAN AIR DANAU TOBA 3.1. Letak dan Luas Topografi Jenis Tanah Iklim Tipe Iklim Curah Hujan Suhu kelembapan Udara Serta Evaporasi Kondisi Hidrologi Danau Toba Penggunaan / Pemanfaatan Lahan dan Penutupan Lahan Hutan Alam/ Hutan Rapat Hutan Tanaman Industri, Hutan Jarang/ Ringan, Kebun Campuran Semak, Belukar Muda, Resam dan Tanaman Semusim Lahan terbuka Sawah Habitat, Flora dan Fauna Habitat Daratan. 60

8 Hutan Alam/ Hutan Rapat Hutan Tanaman Industri, Hutan Jarang/ Ringan, Kebun Campuran Semak, Belukar Muda, Resam dan Tanaman Semusim Habitat Lahan terbuka Habitat Persawahan Habitat Perairan Danau Toba.. 62 BAB IV METHODOLOGI PENELITIAN 4.1. Pengumpulan Data Analisa Data Curah Hujan Daerah (Rainfall) Evapotranspirasi Terbatas Debit Inflow Danau Toba Menghitung Debit Danau Menghitung Debit Daratan Debit outflow Danau Toba Kapasitas Tampungan DTA Danau Toba. 74

9 . BAB V ANALISA DAN PEMBAHASAN 5.1. Analisa Curah hujan Analisa Kondisi Iklim Hubungan Kondisi Curah Hujan Dengan Iklim Analisa Tata Guna Lahan (Land Use) Analisa Evapotranspirasi Analisa Debit Inflow Danau Toba Debit Presipitasi yang langsung ke Danau Toba Debit Presipitasi yang Jatuh ke Permukaan Daratan Daerah Tangkapan Danau Toba Suplesi Air dari PLTA Lau Renun Debit Outflow Danau Toba Kapasitas Tampungan Danau Toba BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 : Klasifikasi air irigasi berdasarkan nilai SAR : Nilai Kc berbagai nilai D 2 /D : Nilai K untuk berbagai nilai α : Nilai Kb untuk berbagai nilai α : Nilai Kb untuk berbagai nilai R/D : Luas catchment stasiun curah hujan : Tabel data curah hujan rata-rata bulanan Thiessen : Data curah hujan bulan rata-rata Thiessen : Perhitungan debit andalan rata-rata dengan mnetode DR. FJ. MOCK : Perhitungan evapotranspirasi dengan metode Pennman : Analisa kebutuhan air selama penyiapan lahan : Koefisien tanaman untuk padi dan palawija

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 : Kondisi partikel tanah saat normal (sebelum terjadinya kenaikan tegangan air pori) : Kondisi partikel tanah saat menerima getaran (saat terjadinya kenaikan tegangan air pori) : Bangunan yang Ambles karena hilangnya daya dukung tanah akibat likuifaksi : Tangki yang muncul ke permukaan tanah tekanan tekanan ke atas akibat likuifaksi : Peta zona gempa dipermukaan tanah tahun : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun : Grafik Faktor reduksi, rd (Seed and Idriss, 1971)... 33

12 2.9 : Grafik Hubungan antar Cyclic Stress Ratio ( ' σ τ cyc v )dengan (N 1 ) 60 untuk magnitude gampa, M 7,5 (Seed et al) : Rancangan Bandar Udara Medan Baru : Peta Lokasi Bandar Udara Medan baru : Asumsi Kejadian gempa menurut Gumble : Proses Pengambilan sampel tanah serta Uji SPT tanah dengan menggunakan Bor Mesin : Bagan prosedur penelitian : Lokasi pengambilan data lapisan tanah :Sampel tanah yang mengandung fosil kerang : Grafik Percepatan gempa pada lapisan tanah lokasi III : Grafik Percepatan gempa pada lapisan tanah lokasi IV : hubungan antara CSR dan CRR pada Grafik Seed et al (lokasi III) : hubungan antara CSR dan CRR pada Grafik Seed et al (lokasi IV)... 78

13 DAFTAR NOTASI Notasi a max C b C r = Percepatan gempa maksimum = Korelasi diameter borelog. = Panjang rod CRR = Cyclic Resistant Ratio CSR = Cyclic Stress Ratio CSR M = CSR pada magnetude = M Dr e E m g = Relatif Density = Angka Pori = Efesiensi hammer = Grafitasi Gmax = Modulus Geser maksimum Gs h H Ko LL M = Specific Grafity (Berat jenis tanah) = Kedalaman fokus = Tebal Lapisan Tanah = Koefisien tekanan tanah dalam = Liquid Limit = Magnetude Gempa MMI = Modified Mercally Intensity M w = Momen magnetude gempa N SPT = hasil test SPT (N) 60 = Nilai N SPT yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian lapangan OCR = Over Consolidated Ratio

14 PGA = Peak Ground Acceleration, dalam gal (1g = 1000 gal) PI = Indeks Plastisitas R = Jarak Hipocentre (Km), R 2 = r o + h 2 rd r o = Faktor Reduksi = Jarak terdekat dari lokasi ke proyeksi vertikal dari gempa akibat aktivitas pada permukaan tanah (epicentre) SPT T w α β = Standard Penetration Test = Periode Ulang = Kadar Air = Jumlah gempa rata rata pertahun (Metode Gumble) = Parameter yang menyatakan hubungan antara distribusi gempa dengan magnetude (Metode Gumble) γ γ sat γ w τ cyc = Berat isi tanah = Berat isi Jenuh Tanah = Berat isi air = Tegangan geser rata rata σ 0 = Tegangan efektif octahedral = ( σ v + 2K0σ v) 1 3 σ' v σ v μ = Tegangan vertikal efektif = Tegangan vertikal total = Tegangan air pori