PENELUSURAN BANJIR DENGAN METODE NUMERIK DAERAH ALIRAN SUNGAI NGUNGGAHAN WONOGIRI SKRIPSI

Transkripsi

1 PENELUSURAN BANJIR DENGAN METODE NUMERIK DAERAH ALIRAN SUNGAI NGUNGGAHAN WONOGIRI (Flood Routing by Numerical Method on Ngunggahan River Wonogiri) SKRIPSI Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun oleh : HANIF SATRIA WARDANU I PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016

2

3

4 MOTTO MOTTO : Man Jadda Wa Jada Barang siapa yang bersungguh-sungguh akan mendapatkannya. (Rasulullah SAW), YAKIN, IKHLAS, ISTIQOMAH, (TGKH. Muhammad Zainuddin Abdul Madjid), Jadi orang penting itu baik, tapi lebih penting jadi orang baik. (Syekh Ahmad Shohibul Wafa Tajul Arifin q.s), SUCCESS IS MY RIGHT. (Andrie Wongso), Kasih dan perhatian adalah kekuatan! Jika setiap hari kita mau memberikan kasih dan perhatian kepada orang-orang sekeliling kita, hidup akan terasa bahagia dan lebih bermakna. (Andrie Wongso), Beristiqomah dalam melakukan hal. (Anonim).

5 PERSEMBAHAN Al-hamdu lillahi rabbil 'alamin, atas rahmat dan hidayah-nya, saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Karya ini, ku persembahkan untuk: 1. Ibu dan Bapakku,Yitno Sedyo Nugraheni dan Imam Muwardi, yang telah mendukungku dalam segala hal, memberiku motivasi, arahan, pelajaran, doa dalam segala hal serta memberikan cinta kasih sayang yang teramat besar yang tak akan mungkin bisa ku balas dengan apapun. Semoga Allah SWT selalu melindungi dan membalas apa yang telah bapak ibu berikan. Aamiin 2. Adik tersayang yang juga saudara kembarku Hafidh Satria Wardanu yang turut mendoakan dan memberikan semangat. Meskipun kadang juga bertengkar dalam suatu hal. Sukses juga buatmu. Aamiin. 3. Saudara-saudaraku semuanya yang telah memberikan semangat dan dukungannya. 4. Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, MT yang telah memberikan bantuan dan arahan dalam menyelesaikan Skripsi ini. 5. Teman-teman seperjuangan kelompok hidrologi, yang selalu saling membantu, saling bertukar pikiran, dan memberi semangat dalam mengerjakan TA ini. Sukses yaaaa.. 6. Teman-teman Angkatan Teknik Sipil Transfer 2013, yang saling memberi semangat, kebersamaan, dukungan, dan memberikan hal-hal baru. Sukses buat kita semua. Aamiin 7. Semua pihak yang selalu mendukung dan memberi semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini yang tidak bisa disebutkan semua, terima kasih. Semoga Allah SWT memberikan Karunia dan Hidayah -Nya kepada kalian semua. Aamiin yaa Robbal Alamiin

6 ABSTRAK Hanif Satria Wardanu, Dr. Rr. Rintis Hadiani, MT dan Ir. Solichin, MT, Penelusuran Banjir dengan Metode Numerik Daerah Aliran Sungai Ngunggahan Wonogiri. Skripsi, Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Banjir merupakan suatu kejadian yang ditandai dengan naiknya muka air melebihi kapasitas volume tampungan air semisal sungai atau saluran air. Banjir dapat diprediksi dengan melihat fenomena alam seperti curah hujan yang tinggi. Penelusuran banjir dilakukan sebagai upaya untuk mengurangi dampak yang merugikan akibat banjir. Penelusuran banjir dilakukan dengan memperkirakan waktu dan besaran banjir di suatu titik aliran sungai. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui debit banjir rencana pada periode ulang 5 dan 20 tahun, serta mengetahui model matematika penelusuran banjir menggunakan metode numerik. Pada penelitian ini, Daerah Aliran Sungai (DAS) yang digunakan yaitu Sungai Ngunggahan yang berada di Kabupaten Wonogiri. Muara dari Sungai Ngunggahan adalah di Waduk Gajah Mungkur Wonogiri. Penelitian ini menggunakan beberapa metode. Metode yang digunakan untuk mengetahui debit banjir maksimum adalah Hidrograf Santuan Sintetik Soil Conservation Service (SCS). Sedangkan metode yang digunakan untuk perhitungan penelusuran banjir adalah numerik dengan persamaan Saint-Venant. Dalam perhitungannya panjang sungai acuan dibagi menjadi beberapa pias. Data yang digunakan dalam penelitian ini yaitu data sekunder tahun Hasil analisis dan perhitungan banjir menggunakan pola distribusi hujan Log Pearson III dan metode Hidrograf Satuan Sintetik SCS diperoleh debit inflow maksimum periode ulang 5 dan 20 tahun sebagai berikut: Q5= 265,836 m 3 /detik dan Q20= 303,748 m 3 /detik. Model penelusuran banjir dengan metode numerik di DAS Ngunggahan menghasilkan model hubungan debit dan elevasi banjir dengan h = 0,036. Q 0,634 untuk periode ulang 5 tahun dan h = 0,036. Q 0,635 untuk periode ulang 20 tahun. Model hubungan jarak dan elevasi banjir didapatkan persamaan h = 173,5. L -0,67 untuk periode ulang 5 tahun dan h = 192,6. L -0,67 untuk periode ulang 20 tahun. Masing-masing model memberikan keandalan hingga 99%. Kata Kunci : Penelusuran Banjir, Debit Banjir, HSS SCS, Numerik.

7 ABSTRACT Hanif Satria Wardanu, Dr. Rr. Rintis Hadiani, MT dan Ir. Solichin, MT, Flood Routing by Numerical Method on Ngunggahan River District Wonogiri. Final Project. Civil Engineering Department of Engineering Faculty of Sebelas Maret University, Surakarta. Flood is an occurence that marked with the increase in the water exceeds the capacity of volume water reservoir such as a river or water channel. Flood predictable with see natural phenomena such as rainfall. Ther research for flood is done as a means to reduce an adverse impact by flooding. The research for flood is done by estimates the time and the flood in a point the river. The purpose of this study in to find discharge flood plan on the period repeated 5 and 20 years, and knows mathematics model the research for flood use numerical method. This study, river flow areas (DAS) used Ngunggahan river are located of Wonogiri District. This research using several method. The method used to determine the maximum flood flow rate is Soil Conservation Service (SCS) and for flood routing used numerical method of simplification Saint-Venant equation. In computation river reference divided into several section. The data used in this reserach is secondary data 2002 to 2014 year. Result of analysis and calculation flooding rainfall distribution Log Pearson III patterns and SCS Synthetic Unit Hydrograph method obtained flood return period 5 and 20 years as follows: discharge inflow maximum for the repeated period of 5 year is 265,836 m 3 /sec and period of 20 year is 303,748 m 3 /sec. Flood routing model by numerical method in Ngunggahan river produce the relationship between the discharge and elevation on the flood in equation h = 0,036. Q 0,634 for repeated period of 5 year and h = 0,036. Q 0,635 for repeated period of 20 year. The model relationship between distance and elevation of the flood in equationn h = 173,5. L -0,67 for repeated period of 20 year dan h = 192,6. L -0,67 for repeated period of 20 year. Each model equation provide the realibility to 99%. Keywords: Flood Routing, Flood peak discharge, HSS SCS, Numerik Method

8 PENGANTAR Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat-nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penelitian dengan judul Penelusuran Banjir dengan Metode Numerik Daerah Aliran Sungai Ngunggahan Wonogiri. Penelitian ini merupakan salah satu persyaratan akademik untuk meraih gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam penyusunan laporan ini, peneliti banyak menerima bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu kami ucapkan terima kasih kepada : 1. Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani., MT selaku dosen pembimbing 1 yang telah memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi 2. Ir. Solichin, MT selaku dosen pembimbing 2 yang telah memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi. 3. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil UNS, 4. Seluruh pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu yang telah membantu kelancaran tugas kerja hingga terwujudnya laporan ini. Penyusun menyadari keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penyusun miliki sehingga masih ada kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, untuk itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun khususnya dan pembaca umumnya. Surakarta, Januari 2016 Penyusun

9 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN PENGESAHAN... MOTTO... PERSEMBAHAN... ABSTRAK... PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR NOTASI... i ii iii iv v vi viii xiii xiv xv xvi BAB 1 BAB 2 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 3 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Dasar Teori Data Daerah Aliran Sungai Hujan Menambah Data Hujan yang Hilang dalam Tahun Tertentu Kualitas Data Hujan Uji Kepanggahan Hujan Wilayah Pengukuran Dispersi... 13

10 Pengujian Kecocokan Sebaran Curah Hujan Rancangan Analisis Pola Hujan Perhitungan Debit Banjir Penulusuran Banjir Metode Numerik Penelusuran Banjir Metode Numerik Persamaan Debit Model Banjir Model Hubungan Debit dengan Tinggi Muka Air Model Hubungan Jarak dengan Tinggi Muka Air Model Banjir BAB 3 METODOLOGI 3.1. Metode Penelitian Data Lokasi Penelitian Peralatan yang Digunakan Tahapan Penelitian Pengolahan Data Hujan Pengolahan Hujan Periode Ulang Pengolahan Hidrograf Debit Perhitungan Penelusuran Banjir Metode Numerik Analisis Model Verifikasi Model Diagram Alir Penelitian... 27

11 BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Hujan Uji Kepanggahan Data Hujan Hujan Wilayah Perhitungan Parameter Statistik Curah Hujan Rancangan Data Fisik Daerah Aliran Sungai Ngunggahan Analisis Pola Hujan Debit Banjir Rencana Penulusuran Banjir Metode Numerik Penyelesaian Model Model Hubungan Debit dan Tinggi Muka Air Model Hubungan Jarak dan Tinggi Muka Air Verifikasi Model Model Hubungan Debit dan Tinggi Muka Air Model Hubungan Debit dan Tinggi Muka Air BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN LAMPIRAN A 1. Data Curah Hujan Tiga Stasiun (Eromoko, Wuryantoro, Kedunguling) 2. Tabel Nilai Persentil dari Distribusi t 3. Peta Lokasi Penelitian DAS Ngunggahan

12 LAMPIRAN B 1. Tabel Hasil Penelusuran Banjir Numerik 2. Tabel Perhitungan Model Banjir LAMPIRAN C 1. Coefficient of Skewness Log Pearson III (Asimetri Coefficient Positive) 2. Coefficient of Skewness Log Pearson III (Asimetri Coefficient Negative)

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Novelty Penelitian Model Penelusuran Banjir... 6 Tabel 2.2. Nilai Kritik Q/ n dan R/ n Tabel 2.3. Parameter Statistik untuk Menentukan Jenis Distribusi Tabel 2.4. Nilai Kritis Do untuk Uji Smirnov- Kolmogorov Tabel 2.5. Pengelompokan Tanah Hidrologi Tabel 2.6. Modifikasi Angka-angka Kurve Limpasan untuk Jawa (AMC II) Tabel 4.1. Data Hujan Tahunan Stasiun Hujan DAS Ngunggahan Tabel 4.2. Uji Kepanggahan Pada Stasiun Pencatat Hujan Eromoko Tabel 4.3. Uji Kepanggahan Pada Stasiun Pencatat Hujan Wuryantoro Tabel 4.4. Uji Kepanggahan Pada Stasiun Pencatat Hujan Kedunguling Tabel 4.5. Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan dengan Acuan Stasiun Eromoko Tabel 4.6. Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan dengan Acuan Stasiun Wuryantoro Tabel 4.7. Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan dengan Acuan Stasiun Kedunguling Tabel 4.8. Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan DAS Ngunggahan Tabel 4.9. Uji pemilihan Sebaran yang Sesuai Tabel Syarat Pemilihan Jenis Distribusi Tabel Uji Smirnov Kolmogorov Tabel Perhitungan Nilai Log X Tabel Nilai G Sesuai dengan Skala Ulangnya Masing-masing Tabel Hasil Perhitungan Logaritma Debit Tabel Hasil Perhitungan Anti Log Q... 43

14 Tabel Hasil Perhitungan Intensitas Hujan dengan Modified Mononobe Tabel Hasil Analisis Alternating Black Method Q Tabel Hasil Analisis Alternating Black Method Q Tabel Variabel/parameter DAS Ngunggahan Metode SCS Tabel Variabel Pokok DAS Ngunggahan Metode SCS Tabel Unit Hidrograf SCS Tabel Hidograf Aliran Metode SCS Periode Ulang 5 Tahun Tabel Hidograf Aliran Metode SCS Periode Ulang 20 Tahun Tabel Rekapitulasi Hasil Perhitungan Metode SCS Tabel Pembagian Panjang Sungai Menjadi Pias-pias Tabel Debit dan Tinggi Muka Air Maksimum Q Tabel Debit dan Tinggi Muka Air Maksimum Q Tabel Jarak dan Tinggi Muka Air Maksimum Q Tabel Jarak dan Tinggi Muka Air Maksimum Q Tabel Interval Kepercayaan Model dengan Signifikan 1% (Q5) Tabel Interval Kepercayaan Model dengan Signifikan 1% (Q20).. 66

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Metode Poligon Thiessen Gambar 3.1. Peta DAS Bengawan Solo Hulu Gambar 4.1. Poligon Thiessen DAS Ngunggahan Tiga Satasiun Hujan.. 35 Gambar 4.2. Grafik Distribusi Hujan 5 Tahunan Gambar 4.3. Grafik Distribusi Hujan 20 Tahunan Gambar 4.4. Grafik Hidrograf Satuan Sintetis SCS Gambar 4.5. Grafik Hidrograf Aliran SCS Kala Ulang Gambar 4.6. Sketsa Perhitungan Pias Ke Gambar 4.7. Skema Kotak Hasil Penelusuran Banjir Metode Numerik Gambar 4.8. Hidrograf Hubungan Inflow dan Outflow pada Perhitungan Penelusuran Banjir Q5 Pias Ke Gambar 4.9. Sketsa Perhitungan Iterasi Pias Ke Gambar Sketsa Tinggi Muka Air Maksimum (h) Tiap Pias Q Gambar Sketsa Debit Maksimum dan Tinggi Muka Air Maksimum (h) Tiap Pias Q Gambar Grafik Hubungan Elevasi Maksimum dengan Debit Maksimum Q Gambar Grafik Hubungan Elevasi Maksimum dengan Debit Maksimum Q Gambar Grafik Hubungan Jarak dan Tinggi Muka Air Maksimum Q Gambar Grafik Hubungan Jarak dan Tinggi Muka Air Maksimum Q Gambar Interval Kepercayaan Tinggi Muka Air Rata-rata Penelusuran Q Gambar Interval Kepercayaan Tinggi Muka Air Rata-rata Penelusuran Q Gambar Grafik Interval Kepercayaan Model Q Gambar Grafik Interval Kepercayaan Model Q

16 DAFTAR NOTASI S k = Nilai komulatif penyimpangan, Yi = Data hujan ke-i, Y = Data hujan rerata i, Dy = Deviasi standar, ni = Jumlah data, P = Hujan wilayah (mm), PN = Hujan masing-masing stasiun pencatat hujan (mm), Aw = Luas wilayah (Km 2 ), AN = Luas masing-masing poligon (Km 2 ), NNgunggahan = Jumlah stasiun pencatat hujan, X = Tinggi hujan rerata, Cs = Koefisien skewness, Cv = Koefisien variasi, Ck = Koefisien kurtosis, Xi = Data hujan ke-i, X = Data hujan rerata i, S = Standar deviasi, G = Koefisien kemencengan, K = Variabel standar untuk X menurut G, X1,X2,X3 = Data- data, P = Peluang terjadinya, D0 = Nilai Kritis, = Derajat Kepercayaan, A = Luas DAS (km 2 ), R0 = Hujan satuan (= 1 mm), I = Intensitas Hujan, R24 = tinggi hujan rancangan dalam 24 jam, S = infiltrasi maksimum yang mungkin terjadi (cm), CN = curve number P = kedalaman hujan (mm), Pe = kedalaman hujan efektif (mm), L = panjang sungai (km), A = luas area (km 2 ), Tc = waktu konsentrasi (menit), Tp = waktu puncak (jam), qp = debit puncak (in), Q = debit puncak limpasan (m 3 /detik), β = koefisien momentum, t = interval waktu (detik), x = interval jarak (meter), N = koefisien kekasaran manning, P = lebar permukaan atas sungai (meter), S0 = kemiringan commit (slope) to dasar user aliran, i = step jarak,

17 j = step wantu, R = jari-jari hidrolis, tp = nilai t dari daftar distribusi pada p = ½ (1+ɤ) dan dk = n-1 µ = rata-rata hitung kondisi sebenarnya.