Jornal PenelitianKelompok KONTROL KETINGGIAN AIR DI ATAS MERCU BENDUNG KALI BOYONG SEBAGAI PERINGATAN DINI KETINGGIAN LIMPASAN BANJIR DIKALI CODE YOGYAKARTA OLEH: LUTJITO, M.T. DIDIK PURWANTORO, M.Eng SUDIYONO AD., M.Sc. FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA TAHUN 2014 Dibiayaioleh Dana DIPA PNPB Universitas Negeri YogyakartaTahun Anggaran 2014 Sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan program Penelitian Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Nomor : 1435.c.22/UN34.15/PL/2014 1
Kontrol Ketinggian Air di Atas Mercu Bendung Kali Boyong Sebagai Peringatan Dini ABSTRACT Ketinggian Limpasan Banjir Kali Code Yogyakarta Oleh Lutjito, Sudiyono AD., Didik Purwantoro Kali Code merupakan alur transportasi lahar dan material Gunung Merapi. Endapan material berasal dari material vulkanik Gunung Merapi yang mengendap di sekitar puncak dan lereng gunung serta di palung sungai bagian hulu. Material vulkanik ini jika bercampur dengan air hujan dapat berubah menjadi aliran lahar dingin menuju sungai-sungai yang berhulu di Gunung Merapi. Hal ini jika tidak diantisipasi dengan benar dapat menimbulkan bencana yang dapat membahayakan kehidupan manusia. Oleh karena itu untuk mengurangi besarnya sedimen yang dibawa oleh aliran lahar dan mengurangi kecepatan aliran maka perlu adanya pengendalian banjir pada sungai Boyong dan Code. Pada daerah hilir aliran yang terlewati aliran banjir perlu adanya peringatan kapan banjir akan sampai sehingga masih ada waktu untuk menyelamatkan nyawa dan harta bendanya. Penelitian ini dilakukan selama 6 bulan mulai April 2014 sampai September 2014 di.daerah Aliran Sungai Boyong dan Code dengan mengumpulkan data-data mengenai DAS Boyong dan Code, data curah hujan yang mempengaruhi DAS diambil dari stasiun hujan di Kaliurang, Pakem, Prumpung, Gemawang dan Bedugan dengan data hujan selama 10 tahun Data curah hujan diambil dari Dinas Pengairan Kabupaten Sleman. Dan Dinas Kimpraswil Proyek Serayu-Opak Sedangkan untuk mengetahui dimensi sungai dengan survey di lapangan Berdasarkan hasil penelitian dapat diperoleh hasil bahwa dengan debit banjir rencana Q 100th diperoleh ketinggian banjir tiap-tiap bendung masih aman seperti : bendung Pulowatu dengan selisih tinggi tanggul 0,33 m, untuk bendung Mlati/Gemawang dengan selisih 0,20 m, bendung Mergangsan dengan selisih 0,65 m bendung Tungkak dengan selisih 1,25 m dan terutama didaerah kota seperti Ledok Tukangan, Jambu masih ada selisih tinggi tanggul sebesar 0,25 m. Waktu datangnya banjir dengan kontrol tinggi banjir di bendung Pulowatu masih ada waktu 2 jam untuk sampai ke kota yogyakarta Kata kunci: banjir,bendung, keamanan tinggi tanggul Pendahuluan Di Indonesia banyak sekali terdapat gunung berapi, baik yang masih aktif maupun yang sudah tidak aktif. Gunung berapi teraktif di Indonesia sekarang inia dalah Gunung Merapi. Gunung ini terdapat di sebelah utara Yogyakarta dengan jarak kurang lebih 30 km dan mencakup dua propinsi yaitu Propinsi Jawa Tengah dan Daerah Istimewa Yogyakarta. Ketinggian Gunung Merapi berada pada ketinggian 2968 m di atas permukaan laut. Kali Code merupakan alur transportasi lahar dan material Gunung Merapi. Endapan material berasal dari material vulkanik Gunung Merapi yang mengendap di sekitar puncak dan lereng gunung serta di palung sungai bagian hulu. Material vulkanik ini jika bercampur 2
dengan air hujan dapat berubah menjadi aliran lahar dingin menuju sungai-sungai yang berhulu di Gunung Merapi. Aliran lahar ini terdiri dari limpasan langsung yang bercampur dengan abu, pasir, kerikil, dan batu meluncur dengan cepat dan mempunyai daya rusak sangat besar. Bahaya yang ditimbulkan oleh banjir lahar akibat curah hujan yang sangat deras yang terjadi di sekitar / di lereng bagian atas yang mengakibatkan terjadinya aliran lahar letusan meluncur dengan deras dan dapat merusak dan membahayakan segala macam kehidupan yangdilewatinya. Upaya penanggulangan masalah erosi dan sedimentasi telah lama dilakukan di Indonesia dengan menitik beratkan pada upaya pencegahan dengan menggunakan teknologi sederhana berupa penghutanan dan bendung pengendali sedimen. Pada daerah hilir aliran yang terlewati aliran banjir perlu adanya peringatan kapan banjir akan sampai sehingga masih ada waktu untuk menyelamatkan nyawa dan harta bendanya..gambar1 : Banjir Kali Code 2010 dilihat dri atas Jembatan Jambu Yogyakarta (https://www.google.co.id) KAJIAN PUSTAKA Suatu metode hidrologi umumnya menggunakan satuan DAS sebagai satu kesatuan daerah. Dalam analisis respons, DAS merupakan satu sistem hidrologi dimana terdapat hubungan yang sangat erat antara setiap masukan yang berupa hujan, proses hidrologi DAS, dan keluaran yang berupa debit sungai dan sedimen yang terangkut.setelah memperhatikan proses- proses hidrologi dalam suatu DAS, maka dapat disimpulkan bahwa distribusi curah hujan menjadi aliran langsung selain dipengaruhi oleh sifat fisik permukaan DAS, juga dipengaruhi oleh sifat-sifat hujannya. Mengingat bahwa hujan yang terjadi di daerah beriklim tropika basah mempunyai variasi yang cukup besar menurut ruang dan waktu, maka kajian tentang hubungan hujan dan limpasan serta bagaimana pengaruhnya terhadap respons suatu DAS sangat diperlukan, mengingat pengukuran fenomena hidrologi 3
terutama daerah-daerah yang tidak ada pencatatan data hidrologinya baik karena keterbatasan dana maupun sumberdaya manusianya, maka diperlukan suatu metode korelasi diantara peubah, sehingga dengan adanya suatu metode maka dapat dikurangi pengukuran fenomena hidrologi tersebut secara langsung. Adapun metode metode hidrologi dan hidrolika yang digunakan dalam Kontrol Ketinggian Air di AtasMercu Bendung Kali Boyong Sebagai Peringatan Dini Ketinggian Limpasan Banjir Kali Code Yogyakarta adalah : Metode untuk Analisa Curah Hujan Distribusi Normal Distribusi Log Normal Distribusi Gumbel Distribusi Log Pearson III Metode Debit Banjir Maksimum Metode Rasional Mononobe Metode Weduwen Metode Hasper Metode Manning, untuk perhitungan ketinggian aliran Daerah Pengaliran Jika besar curah hujan dan intensitas hujan selalu tetap maka limpasan yang dinyatakan dengan dalamnya air rata-rata akan sama. Berdasarkan asumsi di atas mengingat aliran per satuan luas tetap maka hidrograf sungai akan sebanding dengan luas daerah pengaliran tersebut. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam suatu luas daerah pengaliran adalah: a. Tata guna lahan eksisting dan pengembangannya di masa mendatang b. Karakteristik tanah dan bangunan di atasnya c. Kemiringan tanah dan bentuk daerah pengaliran Penentuan tinggi kedalaman aliran Dalam menentukan kedalaman aliran sungai digunakan persamaan Manning U 1 R n 2 3 S f 1 2 dimana:u = kecepatan aliran (m/det); n = koeff. Kekasaran Manning; R = jari-jari hidrolik (m); S f = kemiringan garis energi Rumus untuk menentukan kedalaman aliran diatas bendung menggunakan rumus peluapan pada bendung dengan rumus Bundchu Q mbd gd 4
d Gambar 3: bentuk pelimpah Bendung Dimana Q = debit aliran; m = koefisien limpasan; B = lebar pelimpah; d = kedalaman diatas mercu bendung = 2/3 H; g = percepatan grafitasi Lebar efektif pelimpah dihitung berdasar rumus : B = B 0.1 nh Dimana B = lebar sesungguhnya pelimpah; n = jumlah kontraksi; H = tinggi energi 2 U H h 2g Rumus debit untuk pelimpah pada bangunan sabo dam digunakan Q = 2 15 xcx 2gx 3B 1 + 2B 1 xh 1 2/3 Dimana : Q = debit aliran; C = koefisien limpasan; B 1 = lebar dasar pelimpah; B 2 = lebar atas muka air pelimpah; h 1 = kedalaman diatas mercu bendung; g = percepatan grafitasi METODE PENELITIAN Kali Code secara administrative terletak pada dua Kabupaten dan satu Kota Madya yaitu, Kabupaten Sleman, Kabupaten Bantul, dan Kota Madya Yogyakarta. DAS Kali Code luas keseluruhannya adalah sekitar 75,23 Km 2. Sistem Kali Code memiliki panjang total ± 41 km, terdiri dari Kali Code (bagian hilir panjang sungai 17 km dan Kali Boyong (bagian hulu) panjang sungai 24 km,). memanjang dari utara keselatan. Kali Code berhulu dilereng gunung merapi dan bermuara di Sungai Opak. Penelitian ini dilakukan di.daerah Aliran Sungai Boyong dan Code dengan mengambil data curah hujan yang digunakan adalah data dari Dinas Pengairan Kabupaten Sleman selama 10 tahun yaitu dari tahun 2003 sampai tahun 2013 sedangkan stasiun yang digunakan adalah : Kaliurang, Pakem, Prumpung, Gemawang dan Bedugan dan data tersebut diperoleh dari Dinas Pengairan Kabupaten Sleman. Dan Dinas Kimpraswil Proyek Serayu Opak Sedangkan untuk mengetahui dimensi sungai dengan survey di lapangan 5
Gambar 4: DAS Boyong Code (https://www.google.co.id) PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN 1 Analisa Frekuensi Curah Hujan Rencana Pada DAS kali Boyong Code Berdasarkan curah hujan tahunan, perlu ditentukan kemungkinan terulangnya curah hujan harian maksimum tersebut untuk menentukan debit banjir rencana. Suatu kenyataan bahwa tidak semua variat dari suatu variabel hidrologi terletak atau sama dengan nilai rata-ratanya, akan tetapi kemungkinan ada nilai variat yang lebih besar atau lebih kecil dari nilai rata-ratanya. Besarnya derajat dari sebaran variat di sekitar nilai rata-ratanya disebut dengan variasi atau dispersi. Cara mengukur besarnya dispersi adalah dengan pengukuran dispersi. Dari informasi yang diperoleh, curah hujan maksimum tahunan di DAS Boyong - Code dan sekitarnya seperti ditunjukkan pada tabel di bawah Tabel 1. Data Curah maksimum TAHUN CURAH HUJAN HARIAN MAKSIMUM (mm) RH. MAKS KALIURANG PAKEM PRUMPUNG GEMAWANG BEDUGAN (mm) 2003 41 22 76 53 27,64 43,928 2004 57 20 90 160 118 89,000 2005 18 34 107 99 115 74,600 2006 64 33 161 55,5 107 84,100 2007 81,5 35 82 70,5 76 69,000 2008 56 36 73,57 81,55 76 64,624 2009 41 64 50 47 53 51,000 2010 47 32 72,73 81,77 62,78 59,256 2011 36 25 74 38 53 45,200 2012 71 55 90 131,2 55,3 80,500 6
a. Pemilihan Jenis Sebaran Dari perhitungan besarnya nilai skewness C s dan kurtosis C k dapat ditentukan pemilihan metode penyelesaian untuk menentukan analisis frekuensi sebaran curah hujan. Tabel 2 : Macam distribusi dan kriteria pemilihan No. Jenis distribusi Syarat Hitungan Keterangan 1 Distribusi normal C s 0 C s = -0,08 2 Distribusi log normal 3 C s 3C v + C v s = 0,183 + 1,07 0,09 = 1,25 3 Distribusi Gumbel C s 1,1396 C k 5,4002 C s = - 0,08 C k = 2,68 Dipilih distribusi Gumbel 4 Distribusi log Pearson tipe III C s < 0 C s < 0 b. Perhitungan Frekuensi Curah Hujan Rencaana Dengan Metode Gumbel Tabel 3: Perhitungan dari Nilai Ekstrim Metode Gumbel No tahun X 1 m/(n+1) X i X rerata (X i X rerata) 2 1 2003 43,928 0,0909-22,1928 492,5204 1929,6692 2 2011 45,200 0,1818-20,9208 437,6799 2043,0400 3 2009 51,000 0,2727-15,1208 228,6386 2601,0000 4 2010 59,256 0,3636-6,8648 47,1255 3511,2735 5 2008 64,624 0,4545-1,4968 2,2404 4176,2614 6 2007 69,000 0,5455 2,8792 8,2898 4761,0000 7 2005 74,600 0,6364 8,4792 71,8968 5565,1600 8 2012 80,500 0,7273 14,3792 206,7614 6480,2500 9 2006 84,100 0,8182 17,9792 323,2516 7072,8100 10 2004 89,000 0,9091 22,8792 523,4578 7921,0000 jumlah 661,21 0 2341,8622 46061,4641 X 1 2 mm tahun Gambar 5; grafik kala ulang hujan maksimum metode Gumbel 7
2. Perhitungan Debit Banjir Rencana DAS Boyong - Code a. Perhitungan Banjir Rencana Pada Lokasi Sabo Dam Boyong Tabel 4: debit banjir rencana kali Boyong di sabo Dam Boyong Kala ulang hasper weduwen rasional 5 40,021 21,246 29,464 10 46,066 25,554 33,914 25 53,801 31,299 39,608 50 59,540 35,704 43,833 75 62,875 38,313 46,289 100 65,236 40,180 48,027 M 3 /det Debit banjir bendung Boyong 120 100 80 60 40 20 0 tahun 0 20 40 60 80 100 120 Hasper Weduwen Rasional m 1,50 Tinggi Banjir Sabo Dam Boyong 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 t 0 20 40 60 80 100 Gambar 6: Grafik debit banjir rencana pada kali Boyong di sabo Dam Boyong Dari grafik pada gambar 6, dapat disimpulkan bahwa tinggi banjir pada sabo dam masih aman karena tinggi tanggul banjir pada sabo dam boyong adalah 5,00 m walaupun terjadi aliran debris yang debitnya Q d = 1,2 x Q Gambar 7: Sabo dam di kali Boyong 1. Perhitungan Banjir Rencana Pada Lokasi bendung Pulowatu 8
Dari perhitungan yang dilakukan diperoleh data banjir tahunan yang terjadi dilokasi bendung Pulowatu seperti pada tabel dibawah ini Tabel 16: Kala ulang banjir tahunan bendung Pulowatu Kala ulang hasper weduwen rasional 5 48,810 22,614 38,950 10 56,182 27,254 44,832 25 65,616 33,519 52,361 50 72,615 38,381 57,945 75 76,683 41,284 61,192 100 79,563 43,371 63,490 100 80 60 40 20 0 Debit Banjir Bendung Pulowatu tahun 0 20 40 60 80 100 120 Hasper Weduwen Rasional m 3,00 2,00 1,00 0,00 Tinggi Banjir Bendung Pulowatu 0 20 40 60 80 100 120 140 Gambar 14: Grafik debit banjir rencana pada kali Boyong di bendung Pulowatu Bendung pulowatu di tepi jalan Turi Pakem dimana sedimentasi diatas bendung sudah rata dengan badan bendung dan berfungsi juga sebagai pengaman abutment jembatan, tinggi tanggul pengaman bendung setinggi 2,50m sedangkan tinggi banjir diatas bendung dengan Q 100th =79,563 et masih aman tidak melewati tinggi tanggul seperti ditunjukkan pada gambar 14 Gambar 15: bendung Pulowatu di kali Boyong 2. Perhitungan Banjir Rencana Pada Lokasi bendung Mlati 9
Tabel 17: Kala ulang banjir tahunan bendung Mlati Kala ulang hasper weduwen rasional 5 61,821 27,456 47,874 10 71,158 32,898 55,105 25 83,106 40,251 64,358 50 91,971 45,970 71,223 75 97,123 49,391 75,213 100 100,771 51,855 78,037 120 100 80 60 40 20 0 Debit Banjir Bendung Mlati tahun 0 20 Hasper 40 60 80 Weduwen 100 120 Rasional m 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Tinggi Banjir Bendung Mlati 0 20 40 60 80 100 120 140 Gambar 16: Grafik debit banjir rencana pada kali Code di bendung Mlati Bendung Mlati di desa Gemawang dimana sedimentasi diatas bendung sudah rata dengan badan bendung dan berfungsi juga sebagai pengaman selokan Mataram sebab pada badan bendung tersebut dibangun gorong-gorong untuk aliran selokan Mataram, tinggi tanggul pengaman bendung setinggi 3,00m sedangkan tinggi banjir diatas bendung dengan Q 100th = 100,771 et masih aman tidak melewati tinggi tanggul seperti ditunjukkan pada gambar 16 Gambar 17: bendung Mlati di kali Code 10
3. Perhitungan Banjir Rencana Pada Lokasi bendung Mergangsan Tabel 18: Kala ulang banjir tahunan bendung Mergangsan Kala ulang hasper weduwen rasional 5 66,852 30,509 57,559 10 76,949 36,473 66,252 25 89,870 44,517 77,377 50 99,456 50,766 85,630 75 105,027 54,503 90,427 100 108,972 57,195 93,823 Debit Banjir Bendung Mergangsan 120 100 80 60 40 20 0 tahun 0 50 100 150 Hasper Weduwen Rasional m 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Tinggi Banjir Bendung Mergangsan 0 50 100 150 200 250 Gambar 18: Grafik debit banjir rencana pada kali Code di bendung Mergangsan Bendung Mergangsan dimana sedimentasi diatas bendung sudah hampir sama dengan badan bendung dandisitu terdapat lahan penambangan pasir, tinggi tanggul pengaman bendung setinggi 3,00m sedangkan tinggi banjir diatas bendung dengan Q 100th = 108,972 et masih aman tidak melewati tinggi tanggul seperti ditunjukkan pada gambar 18 Gambar 19: bendung Mergangsan di kali Code 4. Perhitungan Banjir Rencana Pada Lokasi bendung Tungkak Tabel 19: Kala ulang banjir tahunan bendung Tungkak 11
Kala ulang hasper weduwen rasional 5 67,822 31,262 60,369 10 78,065 37,348 69,486 25 91,174 45,552 81,154 50 100,898 51,922 89,811 75 106,551 55,731 94,842 100 110,553 58,473 98,404 120 100 80 60 40 20 0 Debit Banjir Bendung Tungkak tahun 0 50 100 150 Hasper Weduwen Rasional m 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Tinggi Banjir Bendung Tungkak 0 50 100 150 200 250 300 Gambar 20: Grafik debit banjir rencana pada kali Code di bendung Tungkak Bendung Tungkak dimana sedimentasi diatas bendung sudah hampir sama dengan badan bendung dandisitu terdapat lahan penambangan pasir, tinggi tanggul pengaman bendung setinggi 3,00m sedangkan tinggi banjir diatas bendung dengan Q 100th = 110,553 et masih aman tidak melewati tinggi tanggul seperti ditunjukkan pada gambar 20 A. Pembahasan Gambar 21: bendung Tungkak di kali Code 12
Dari perhitungan ketinggian banjir yang terjadi di kali Boyong sampai kali Code dengan mengambil debit banjir rencana Q 100th diperoleh ketinggian banjir tiap-tiap bendung seperti ditunjukkan tabel 20 di bawah. Tabel 20: ketinggian air banjir di kali Boyong dan kali Code lokasi Tinggi q 100th Tinggi air Kondisi tanggul (m) (m 3 /m/d) banjir (m) talud pulowatu 2,5 4,42 1,9 aman Mlati/Gemawang 3 7,465 2,8 aman Mergangsan 2 2,658 1,35 aman Tungkak 3 3,948 1,75 aman kota 2,5 7,265 2,25 aman 8 7 6 5 4 3 2 1 0 pulowatu Mlati Mergangsan Tungkak kota debit banjr per satuan lebar sungai tinggi tanggul tingggi air banjir Gambar 22: Grafik hubungan debit banjir persatuan lebar sungai dengan tingggi tanggul dan tinggi air banjir et 120 100 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 km Metode Hasper Metode Weduwen Metode Rasional Gambar 23: Hubungan peningkatan debit banjir terhadap panjang sungai 13
Untuk menghitung waktu datangnya banjir sampai di kota yogyakarta digunakan persamaan Q = A x U U = 1 1 n xr2 3xS 2 o Dengan mengambil lebar sungai di daerah perkotaan selebar rata-rata 15,00 m diperoleh kedalaman air banjir 2,25 sedangkan ketinggian talud rata-rata 2,50 m seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Sedangkan untuk mengontrol waktu sampai banjir apabila terjadi hujan di daerah hulu sungai Boyong dipakai bendung Pulowatu sebagai titik kontrol dimana jarak bendung pulowatu sampai kota kurang lebih 18 km. Dengan mengambil Q 100th dan lebar rata-rata sungai 20,00m diperoleh waktu tempuh banjir sampai di daerah kota kurang-lebih 2 jam, sehingga masih ada waktu untuk peringatan kepada warga yang tinggal di bantaran kali Code. Gambar 24: Kali Code dilihat dari atas jembatan Jambu (https://www.google.co.id) KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah dipaparkan di depan, maka disimpulkan sebagai berikut: 1. Berdasarkan hasil penelitian dapat diperoleh hasil bahwa dengan debit banjir rencana Q 100th diperoleh ketinggian banjir tiap-tiap bendung masih aman seperti : bendung Pulowatu dengan selisih tinggi tanggul 0,33 m, untuk bendung Mlati/Gemawang dengan selisih 0,20 m, bendung Mergangsan dengan selisih 0,65 m bendung Tungkak dengan selisih 1,25 m dan terutama didaerah kota seperti Ledok Tukangan, Jambu masih ada selisih tinggi tanggul sebesar 0,25 m, sehingga masih aman terhadap limpasan air banjir. 14
2. Dengan mengambil Q 100th dan lebar rata-rata sungai 20,00 m diperoleh waktu tempuh banjir sampai di daerah kota kurang-lebih 2 jam, sehingga masih ada waktu untuk peringatan kepada warga yang tinggal di bantaran kali Code. DAFTAR pustaka Garde, R. J., and Ranga Raju, K. G., 1977, Mechanics of Sediment Transportation and Alluvial Streams Problems, Wiley Eastern Limited, New Delhi. Suripin. (2004). Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan, Penerbit Andi, Jogyakarta. Sri Harto Br.(1993), Analisis Hidrologi., PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta Soewarno, (1991), Hidrologi,Pengukuran dan Pengolahan Data Aliran Sungai, Nova, Bandung Soemarto, CD.(1987), Hidrologi Teknik, Usaha nasional, Surabaya Triadmodjo,B, (2010), Hidrologi Terapan, Beta Offset, Yogyakarta. Wesli. (2008). Drainase Perkotaan. Yogyakarta : Graha Ilmu. 15