BAB IV HASIL DAN ANALISIS

Transkripsi

1 BAB IV HASIL DAN ANALISIS 4.1 Pengolahan Data Hidrologi Data Curah Hujan Data curah hujan adalah data yang digunakan dalam merencanakan debit banjir. Data curah hujan dapat diambil melalui pengamatan yang dilakukan pada suatu stasiun hujan yang terletak pada suatu daerah. Curah hujan yang turun tercatat setiap hari pada alat ukur hujan yang apabila direkap selama 30 hari akan didapat data curah hujan bulanan. Data curah hujan bulanan yang tercatat selama 12 bulan dirangkum menjadi data curah hujan tahunan. Dalam hal ini diambil data curah hujan maksimum sebagai data untuk perencanaan debit banjir khususnya dalam pengendalian banjir yang terjadi pada suatu daerah yang sering mengalami bencana banjir. Data curah hujan yang terdapat dalam laporan tugas akhir ini bersumber dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Stasiun Klimatologi Pondok Betung. Data yang digunakan adalah data curah hujan tahunan dalam periode 1 dekade (10 tahun terakhir), yaitu pada tahun 2006 hingga tahun Adapun untuk stasiun hujan yang digunakan dalam analisis ini adalah stasiun hujan Stasiun Sepatan sebagai tempat pengukur curah hujan. Data curah hujan tahunan yang didapatkan kemudian ditentukan curah hujan maksimum (Rmax) yang selanjutnya akan digunakan dalam analisis pada tugas akhir ini. Berikut merupakan rekapitulasi data curah hujan tahunan maksimum (R24) dalam satu decade terakhir untuk Stasiun Hujan Sepatan yang mana detail data curah hujan tahunan yang didapatkan dapat dilihat pada Lampiran 1. IV-1

2 Tabel 4.1 Curah Hujan Maksimum (R24) Stasiun Hujan Sepatan No Stasiun Hujan Tahun Rmax (mm) Sepatan Luas Daerah Aliran Sungai (DAS) Daerah aliran sungai (DAS) adalah suatu kawasan yang dibatasi oleh titik-titik tinggi di mana air yang berasal dari air hujan yang jatuh terkumpul dalam kawasan tersebut dan berguna untuk menerima, menyimpan, dan mengalirkan air hujan yang jatuh di atasnya melalui sungai. (wikipedia.com) Luas daerah aliran sungai (DAS) pada Sungai Cirarab adalah sebesar 204,88 km² dengan panjang sungai adalah sebesar 20,9 kilometer Hujan Rencana Metode Normal Dalam analisis data untuk merencanakan curah hujan rencana, ada beberapa metode yang dapat digunakan, salah satunya adalah Metode Normal. Hasil perhitungan distribusi hujan metode normal dengan nilai variabel reduksi Gauss didapatkan curah hujan rencana (X T ) dalam tabel berikut. IV - 2

3 No Stasiun Rmax x Tahun n xi Hujan (mm) (m3/d) S Sepatan , , , s (m3/d) Periode KT XT (mm) Hujan Rencana Metode Gumbel Selain Metode Normal, analisis curah hujan rencana juga dapat dihitung dengan menggunakan Metode Gumbel. Hasil perhitungan distribusi hujan metode gumbel dengan nilai deviasi standar (Sn), reduced mean (Yn), dan juga reduced variate (Yt) yang akhirnya didapatkan hasil analisis berupa curah hujan rencana (X) yang dirangkum ke dalam tabel berikut. IV - 3

4 No Stasiun x s Tahun Rmax(mm) n xi S Hujan (m3/d) (m3/d) Sepatan , Total 1, , Sn Yn Periode Yt K X Hujan Rencana Metode Pearson Tipe III Selain Metode Normal dan Metode Gumbel, analisis curah hujan rencana juga dapat dihitung dengan menggunakan Metode Pearson Tipe III. Metode Pearson Tipe III ini menggunakan analisis koefisien kemiringan (Cs) atau skewness coefficient. Hasil perhitungan distribusi hujan metode pearson tipe III dengan faktor frekuensi (K T ) didapatkan curah hujan rencana (X) dalam tabel berikut. IV - 4

5 No Stasiun Hujan Tahun Rmax x (m3/d) Log x Log xi (Log xi - Log x )^2 (Log xi - Log x )^ Sepatan Total S Log S Periode Cs K X Pengujian Probabilitas Chi Square Pengujian probabilitas chi square digunakan untuk menguji data distribusi sehingga dihasilkan data yang bersifat diskrit dengan uji hipotesis. Uji hipotesis adalah metode pengambilan keputusan yang didasarkan dari analisis data, baik dari percobaan yang terkontrol, maupun dari observasi (tidak terkontrol). Dalam statistik, sebuah hasil dikatakan signifikan jika kejadian tersebut hampir tidak mungkin disebabkan oleh faktor yang kebetulan, sesuai dengan probabilitas yang sudah ditentukan sebelumnya. Keputusan dari uji hipotesis hampir selalu dibuat berdasarkan pengujian hipotesis nol, IV - 5

6 yaitu untuk menjawab pertanyaan yang mengasumsikan hipotesis nol adalah benar. ( Uji Chi Square dilakukan terhadap ketiga metode distribusi hujan, yaitu Metode Normal, Metode Gumbel, dan Metode Pearson Tipe III. Hasil pengujian chi square menunjukkan bahwa metode Pearson Tipe III-lah yang memenuhi uji probabilitas dengan langkah-langkah sebagai berikut. Hipotesis 0 = Tidak ada perbedaan curah hujan pengamatan dan curah hujan yang diharapkan. Hipotesis 1 = Ada perbedaan curah hujan pengamatan dan curah hujan yang diharapkan. Derajat Signifikansi = 0,005 Tabel 4.9 Curah Hujan Rencana Metode Pearson Tipe III Periode KT XT (mm) Jumlah Populasi (k) = 6 Derajat Kebebasan (df) = k 1 = 6 1 = 5 Aturan Keputusan: Tolak H0 dan terima H1 jika X 2 hitung > X 2 tabel Terima H0 dan tolak H1 jika X 2 hitung < X 2 tabel Batas-batas Daerah Penolakan: X 2 tabel (0,005;5) = 16,7496 IV - 6

7 Tabel 4.10 Menghitung X 2 hitung Periode fo (mm) fe (mm) (fo-fe) (mm) (fo-fe)² (mm)² (fo-fe)² / fe (mm) , TOTAL X 2 hitung = 14,6745 X 2 tabel = 16,7496 X 2 hitung < X 2 tabel Kesimpulan: Terima H0 dan tolak H1 jika X 2 hitung < X 2 tabel Maka, hipotesis 0 diterima (memenuhi) bahwa tidak ada perbedaan curah hujan pengamatan dan curah hujan yang diharapkan sehingga untuk pengolahan data selanjutnya digunakan data curah hujan rencana metode Pearson Tipe III Hidrograf Banjir Pada tugas akhir ini dilakukan analisis dengan hidrograf banjir yaitu : 1. Hidrograf Banjir Nakayashu, dengan langkah-langkah sebagai berikut : a. Menentukan Luas DAS Sungai Cirarab No Nama DAS Nama Sungai A (km²) A (m²) L (km) 1 CIRARAB Sungai Cirarab ,880, IV - 7

8 b. Menentukan nilai waktu konsentrasi (Tg) No Nama DAS L (km) Tg (jam) 1 CIRARAB > c. Menentukan nilai satuan waktu dari curah hujan (Tr) No Nama DAS Tg(jam) Tr 1 CIRARAB d. Menentukan waktu permulaan banjir sampai puncak hidrograf banjir (Tp) No Nama DAS Tg (jam) Tr Tp (jam) 1 CIRARAB e. Menentukan waktu dari puncak banjir sampai 0.3 kali puncak banjir (T0.3) No Nama DAS α Tg (jam) T0,3 (jam) 1.5 T0.3 (jam) 0.5 T0.3 (jam) 2 T0.3 (jam) 1 CIRARAB f. Menentukan nilai hidrograf untuk tiap interval tertentu No Nama DAS C A (km 2 ) R0 Tp (jam) T0.3 (jam) Qp (m3/dtk) 1 CIRARAB g. Mengkonvolusi hidrograf satuan dengan menggunakan Metode Mononobe. Berikut konvolusi hidrograf dengan Metode Mononobe: IV - 8

9 Periode X DISTRIBUSI HUJAN JAM-JAMAN UNTUK DURASI 6 JAM t (jam) R T (mm/jam) Distribusi Hujan (%) 1 0,55 R 24 55,03% 2 0,35 R 24 14,30% 3 0,26 R 24 10,03% 4 0,22 R 24 7,99% 5 0,19 R 24 6,75% 6 0,17 R 24 5,90% t (jam) R T (mm/jam) Distribusi Hujan (%) ,03% ,30% ,03% ,99% ,75% ,90% JUMLAH h. Menentukan hidrograf limpasan yang selanjutnya debit pada hidrograf limpasan IV - 9 tersebut digunakan sebagai input data debit banjir rencana pada software HEC

10 RAS. Berikut grafik hidrograf limpasan periode ulang 50 tahun dengan rincian debit limpasan dapat dilihat pada Lampiran 2. DAS Cirarab: Gambar 4.1 Hidrograf Nakayashu Periode Ulang 50 Tahun DAS Cirarab 2. Hidrograf Banjir SCS Berdasarkan SNI nomor 2415 tahun 2016 pasal berikut adalah prosedur dalam perhtiungan hidrograf satuan sintetis (Synthetic Unit Hydrograph) dengan langkah-langkah sebagai berikut: a. Mencari beda tinggi ( H) b. Mencari kemiringan sungai (Sloope) c. Menghitung waktu konsentrasi (Tc) Tc = 0,01947 x L 0.77 x S IV - 10

11 d. Mencari waktu keterlambatan (Time lag) tp = 0.6 x Tc e. Mencari waktu naik Tp = tr/2 + tp, dengan tr = 6 jam f. Mencari puncak hidrograf satuan (Qp) Qp = C x A / Tp Berikut langkah-langkah perhitungan hidrograf satuan SCS : Hasil Perhitungan Hidrograf SCS 1 H = 1.01 m 2 S = m 3 C = Tc = 136 Jam 5 tp = 82 Jam 6 tr = 6 Jam 7 Tp = 85 Jam 8 Qp = 5.01 m³/detik g. Setelah didapatkan nilai tp dan Qp maka nilai tersebut dikonversikan kepada koefisien SCS (Bambang, 2008) : No. T/Pr T Q/Qp Q (m3/s) IV - 11

12 h. Mengkonvolusi hidrograf satuan dengan Metode Mononobe. Berikut hasil konvolusi hidrograf dengan Metode Mononobe pada periode rencana 50 tahun: DISTRIBUSI HUJAN JAM-JAMAN UNTUK DURASI 6 JAM t (jam) R T (mm/jam) Distribusi Hujan (%) 1 0,55 R 24 55,03% 2 0,35 R 24 14,30% 3 0,26 R 24 10,03% 4 0,22 R 24 7,99% 5 0,19 R 24 6,75% 6 0,17 R 24 5,90% IV - 12

13 t (jam) R T (mm/jam) Distribusi Hujan (%) ,03% ,30% ,03% ,99% ,75% ,90% JUMLAH i. Menentukan hidrograf limpasan yang selanjutnya debit pada hidrograf limpasan tersebut digunakan sebagai input data debit banjir rencana pada software HEC- RAS. Berikut grafik hidrograf limpasan periode ulang 50 tahun: DAS Cirarab: Gambar 4.2 Hidrograf SCS Periode Ulang 50 Tahun DAS Cirarab IV - 13

14 SATUAN HIDROGRAF SATUAN NAKAYASHU SCS Waktu Puncak (Tp) jam Debit Puncak (Qp) m³ Berdasarkan hasil analisis perhitungan kedua hidrograf tersebut maka dipilih metode hidrograf banjir dengan menggunakan Metode Nakayashu, karena pada metode nakayashu memiliki debit puncak yang lebih tinggi yang dapat digunakan dalam perencanaan debit banjir rencana. 4.2 Analisis Hidrolika Input Data Dalam melakukan program HEC-RAS perlu disiapkan data awal seperti panjang sungai, lebar sungai, koefisien manning, kondisi eksisting sungai apakah jembatan atau tidak, kondisi hulu sungai, jumlah anak sungai yang ada, kondisi pasang surut, serta debit sungai yang direncanakan. Panjang Sungai 20.9 km Lebar Sungai 11.5 m Koefisien Manning 0.02 Debit Rencana 50 tahun Jembatan Tidak Ada Anak Sungai Tidak Ada Hulu Sungai Hidrograf Hilir Sungai Normal IV - 14

15 4.2.2 Simulasi Kondisi Eksisting Data hidrologi yang telah dianalisis kemudian diolah dengan menggunakan software HEC-RAS dan dihasilkan simulasi banjir seperti berikut. a. Steady Flow Gambar 4.3 Profil Muka Air Banjir Metode Steady Flow b. Unsteady Flow Gambar 4.4 Profil Muka Air Banjir Metode Unsteady Flow IV - 15

16 Hasil simulasi banjir menggunakan bantuan software HEC-RAS baik pada metode Steady Flow maupun pada metode Unsteady Flow menunjukkan bahwa terjadi banjir pada Sungai Cirarab dengan ketinggian banjir mencapai lebih dari 12 meter pada debit banjir puncak yang telah direncanakan. Pada metode Steady Flow didapatkan elevasi tertinggi sebesar 14,32 meter sedangkan pada metode Unsteady Flow didapatkan elevasi tertinggi sebesar 14,42 meter. Oleh karena itu perlu dilakukan simulasi untuk penanganan banjir pada Sungai Cirarab tersebut. Berikut adalah gambar potongan melintang pada Sungai Cirarab: Gambar 4.5 Cross Section Hulu Sungai Metode Steady Flow IV - 16

17 Gambar 4.6 Cross Section Tengah Sungai Metode Steady Flow Gambar 4.7 Cross Section Hilir Sungai Metode Steady Flow IV - 17

18 Gambar 4.8 Cross Section Hulu Sungai Metode Unsteady Flow Gambar 4.9 Cross Section Tengah Sungai Metode Unsteady Flow IV - 18

19 Gambar 4.10 Cross Section Hilir Sungai Metode Unsteady Flow Berikut adalah hasil output HEC-RAS pada Sungai Cirarab: Gambar 4.11 Hasil Output HEC-RAS Metode Steady Flow IV - 19

20 Gambar 4.12 Hasil Output HEC-RAS Metode Unsteady Flow Penanganan Banjir Penanganan banjir yang direncanakan melalui bantuan software HEC-RAS dilakukan dengan cara menormalisasikan sungai dengan beberapa desain hingga pada akhirnya didapatkan desain yang sesuai untuk penanganan banjir Sungai Cirarab. Normalisasi sungai merupakan salah satu cara untuk menggali sedimen yang ada di dasar sungai agar sungai memiliki kapasitas maksimum dalam menampung debit banjir sungai. Selain normalisasi sungai ada juga desain yang dapat dilakukan dengan cara membuat tanggul pada eksisting kedua penampang sungai. Berikut merupakan ulasan-ulasan mengenai penanganan banjir pada Sungai Cirarab di Kabupaten Tangerang. IV - 20

21 1. Desain Normalisasi 10x10 meter Gambar 4.13 Desain Normalisasi 10x10 meter Dengan desain normalisasi 10x10 dihasilkan tinggi profil muka air banjir: Gambar 4.14 Profil Muka Air Banjir Desain Normalisasi 10x10 meter Hal tersebut menunjukkan bahwa Sungai Cirarab masih mengalami banjir. IV - 21

22 2. Desain Normalisasi 15x15 meter Gambar 4.15 Desain Normalisasi 15x15 meter Dengan desain normalisasi 15x15 dihasilkan tinggi profil muka air banjir: Gambar 4.16 Profil Muka Air Banjir Desain Normalisasi 15x15 meter Hal tersebut menunjukkan bahwa Sungai Cirarab masih mengalami banjir. IV - 22

23 3. Desain Normalisasi 20x15 meter Gambar 4.17 Desain Normalisasi 15x15 meter Dengan desain normalisasi 20x15 dihasilkan tinggi profil muka air banjir: Gambar 4.18 Profil Muka Air Banjir Desain Normalisasi 20x15 meter Hal tersebut menunjukkan bahwa Sungai Cirarab masih mengalami banjir. IV - 23

24 Dari ketiga desain normalisasi tidak didapatkan desain normalisasi sungai yang dapat memberikan solusi untuk penangan banjir pada Sungai Cirarab mengingat kondisi riil Sungai Cirarab yang berada di sekitar pemukiman warga. Oleh karena itu langkah selanjutnya yang dapat dilakukan adalah dengan desain perencanaan tanggul yang diberikan pada eksisting tertinggi kedua penampang sungai, yang mana kedalaman sungai digali kembali rata-rata sedalam 8 (delapan) meter pada setiap penampang sungai untuk dapat menampung debit banjir rencana tersebut. Tanggul yang akan didesain pada eksisting penamang sungai adalah setinggi 2 (dua) hingga 4 (empat) meter sehingga dihasilkan profil muka air seperti gambar berikut sebagai solusi untuk penanganan banjir pada Sungai Cirarab di Kabupaten Tangerang. Gambar 4.19 Profil Muka Air Banjir Desain Tanggul IV - 24

25 Gambar 4.20 Grafik Tanggul Sisi Kanan Eksisting Penampang Sungai Cirarab Gambar 4.21 Grafik Tanggul Sisi Kiri Eksisting Penampang Sungai Cirarab IV - 25

26 Gambar 4.22 Grafik Penambahan Tanggul pada Kedua Penampang Sungai Cirarab Penambahan tanggul minimal berkisar 2,15 meter dan penambahan tanggul maksimal antara 3,6 hingga 4,2 meter sehingga didapatkan penambahan rata-rata tanggul sebesar 3,23 meter pada kondisi eksisting penampang Sungai Cirarab. Ada pun output data yang didapat setelah desain penambahan tanggul terdapat dalam tabel berikut. IV - 26

27 IV - 27