ANALISIS PENELUSURAN DEBIT BANJIR PADA DAERAH ALIRAN SUNGAI (DAS) PERCUT DENGAN HSS DAN MUSKINGUM PROPOSAL TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil Rizky Utama 09 0404 019 Dosen Pembimbing Ir. Makmur Ginting, M.Sc NIP. 19551201 198103 1 005 BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014
ABSTRAK Banjir merupakan salah satu peristiwa alam yang seringkali terjadi. Banjir dapat terjadi karena curah hujan yang tinggi, intensitas, atau kerusakan akibat penggunaan lahan yang salah. Sungai Percut merupakan salah satu dari beberapa sungai yang ada di kota Medan yang termasuk daerah rawan banjir pada saat musim penghujan dating, salah menyebabkan perubahan tata guna lahan di sekitar aliran sungai precut. Banjir yang akan terjadi dapat dicegah maupun diantisipasi dengan cara normalisasi sungai atau dengan membangun struktur pengendali banjir dan lain sebagainya. Namun, selain dapat dicegah banjir juga dapat diprediksi menggunakan teknik penelusuran secara hidrologis meliputi keseimbangan aliran masuk (inflow), aliran keluar (outflow) dan volume penyimpanan (storage) dengan melakukan proses penelusuran banjir Metode Muskingum dimana perhitungan debit banjir menggunakan hidrograf satuan HSS Nakayasu. Berdasarkan hasil perhitungan didapat debit masuk (inflow) maksimum yang terbesar adalah 1029,795 m 3 /s, sementara debit keluar (outflow) maksimum yang terbesar adalah 843,006 m 3 /s dengan storage yang dihasilkan dari analisis pada waktu t = 2 jam adalah sebesar 2268,290 m 3 /detik. Hasil analisis metode Muskingum tersebut adalah untuk mengetahui berapa debit keluar yang akan terjadi setelah ditelusuri sepanjang sungai dimulai dari Hulu sampai dengan hilir yang dimana nantinya debit keluar tersebut dapat dijadikan prakiraan debit banjir yang kemungkinan akan terjadi dalam jangka waktu tertentu yang dapat dijadikan dasar untuk mengantisipasi banjir jangka pendek sesuai dengan tujuan dilakukannya analisa ini. Kata kunci: Banjir, Muskingum, HSS Nakayasu
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Allah SWT, karena atas rahmat karunia-nya, serta dukungan dari berbagai pihak, sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Sholawat dan Salam tidak lupa pula saya curahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW, yang telah membawa kita menuju alam yang terang benderang akan ilmu pengetahuan seperti saat ini. Tugas Akhir ini berjudul ANALISIS PENELUSURAN DEBIT BANJIR PADA DAERAH ALIRAN SUNGAI (DAS) PERCUT DENGAN HSS DAN MUSKINGUM Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat menempuh jenjang pendidikan Strata Satu (S-1) pada Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, tentunya tidak dapat terlepas dari segala hambatan dan rintangan, namun berkat bantuan moril maupun materil dari berbagai pihak serta dukungan dan saran dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Untuk tidak berlebihan kiranya dalam kesempatan ini saya mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Makmur Ginting,M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan begitu banyak ilmu yang tak ternilai harganya serta masukan-masukan, tenaga, pikiran yang dapat membimbing saya sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.
4. Bapak/Ibu Dosen Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang bermanfaat selama saya menempuh pendidikan di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 6. Bapak/Ibu Staf TU Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan bantuan dalam proses administrasi selama saya menempuh pendidikan di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 7. Teristimewa di hati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya, Ibu Fauziah, Ba. dan Bapak Ir. Masri yang telah memberikan doa, motivasi, semangat dan nasihat kepada saya. Terima kasih yang tak terhingga atas segala pengorbanan, cinta, kasih sayang, dan doa yang tiada batas untuk saya. Adikku Kharisma Putra yang banyak membantu dan mendukung saya selama ini terima kasih atas doanya. 7. Teman mahasiswa seperjuangan 2009, terutama buat Yusuf Aulia Lubis, Muhammad Nur Irsyad, Khibran Samudra, Hafiz Maulana Lida, Muhammad Rizky Tamba, Muhammad Fakhru Rozi, Muhammad Fandhu al addiat, Bawar Aboma, Teuku Diputra Kerliansyah, Bambang Kennedy, Gustara Iqbal, Muhammad Reza, Aulia Rahman Hutasuhut, Fatahur Rahman, Irwan Sakti Lubis, Perkasa Damanik, Willy BJS, Muhammad Taufik, Ryan Pramana, Muhammad Junaidi, Posma Nikholas, Hans Fredrik, Sandy Prawira Sinaga, makasih ya dan buat stambuk 2009 yang tidak bisa di ketik satu-satu. 8. Abang dan Kakak mahasiswa stambuk 2006, 2007, 2008 yang telah banyak membantu memberikan informasi maupun memberikan dukungan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Adik-adik mahasiswa stambuk 2010, 2011, 2012 yang telah banyak membantu memberikan dukungan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, sehingga saya mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menambah pengetahuan dan wawasan saya di masa depan. Akhirnya saya berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi saya dan rekan-rekan serta adik-adik di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Medan, 2015 Rizky Utama (09 0404 019)
DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR GRAFIK... DAFTAR TABEL... i ii v viii ix xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Identifikasi Masalah... 4 1.3 Pembatasan Masalah... 4 1.4 Tujuan Penelitian... 5 1.5 Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1 Umum... 7 2.2 Hubungan Antara Curah Hujan dan Limpasan... 8 2.2.1... Curah Hujan Pada Suatu Daerah... 9 2.2.2... Komponen Limpasan... 10
2.3 Cara Menghitung Debit Banjir Rencana... 10 2.3.1... Cara Rasional... 10 2.3.2... Cara Empiris... 12 2.3.3... Hidrograf Satuan dan Analisi Distribusi Hujan... 13 2.4 Hujan Periode Ulang dan Uji Kecocokan... 16 2.4.1... Uji Chi-Kuadrat... 17 2.4.2... Uji Smirnov Kolmogorof... 18 2.5 Hidrograf Satuan Sintetis (HSS)... 19 2.5.1... HSS Nakayasu... 20 2.5.2... HSS Snyder...... 23 2.5.3... HSS SCS... 24 2.5.4... HSS Gama 1... 25 2.6 Penelusuran Banjir (flood routing)... 28
2.6.1... Metode Muskingum... 29 2.6.2... Penentuan Konstanta Penelusuran... 32 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 36 3.1 Metodologi dan Tahapan Penelitian... 36 3.1.1... Rancangan Penelitian... 37 3.1.2... Pelaksanaan Penelitian... 38 3.1.3... Prosedur Penelitian... 38 3.2 Tempat dan Waktu... 40 3.3 Deskripsi dan Kondisi DAS Percut... 43 3.3.1... Letak Geografis dan Luas Watershed Sei Percut... 43 3.3.2... Kondisi Topografi Watershed Sei Percut... 44 3.3.3... Kondisi Tata Guna Lahan... 45 3.4 Kondisi Hidrologi Sei Percut... 48 3.4.1... Keadaan Iklim... 48
3.4.2... Curah Hujan... 49 BAB IV ANALISIS DAN PERHITUNGAN... 54 4.1 Analisa Distribusi Frekuensi... 55 4.2 Uji Distribusi Probabilitas... 72 4.2.1... Metode Chi-Kuadrat ( )... 72 4.3 Intensitas Hujan Rencana Metode Log Pearson Type III... 75 4.4 Menghitung Debit Puncak Metode Nakayasu... 75 4.5 Perhitungan Inflow-Outflow DAS Percut dengan Metode Muskingum... 112 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 125 5.1 Kesimpulan... 125 5.2 Saran... 126 DAFTAR PUSTAKA... xiv LAMPIRAN...
DAFTAR GAMBAR HAL Gambar 2.1. Bentuk Hidrograf Satuan Sintetis Nakayasu 21 Gambar 2.2. Bentuk Hidrograf Satuan Sintetis SCS 25 Gambar 2.3. Penentuan nilai WF 26 Gambar 2.4. Penentuan RUA (Relative Upstream Area) 27 Gambar 2.5. Bentuk Hidrograf Satuan Sintetis Gama I 28 Gambar 2.6. Hubungan antara inflow (I) dan outflow (D) 32 Gambar 2.7. Hubungan antara air memasuki dan meninggalkan storage 33 Gambar 2.8. Hubungan antara akumulasi storage dengan waktu 33 Gambar 2.9 Nilai storage x = 0,1 sampai x = 0,3 34 Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian 39 Gambar 3.2. Banjir Sungai Percut 41 Gambar 3.3. Banjir Di Pemukiman Sei Percut 41 Gambar 3.4. Banjir Di Pemukiman Waraga Sei Percut Kab. Deli Serdang 42 Gambar 3.5. Kondisi Sungai Percut 42 Gambar 3.6. Lokasi DAS percut medan 44 Gambar 3.7. Peta penggunaan Lahan DAS Percut 47
DAFTAR GRAFIK HAL Grafik 4.1 Periode Ulang 2 Tahun 84 Grafik 4.2 Periode Ulang 5 Tahun 88 Grafik 4.3 Periode Ulang 10 Tahun 92 Grafik 4.4 Periode Ulang 20 Tahun 96 Grafik 4.5 Periode Ulang 25 Tahun 100 Grafik 4.6 Periode Ulang 50 Tahun 104 Grafik 4.7 Periode Ulang 100 Tahun 108 Grafik 4.8 Hidrograf Nakayasu Berbagai Kala Ulang 109 Grafik 4.9. Hydrograf Inflow-Outflow T = 2 Tahun 112 Grafik 4.10. Hydrograf Storage T = 2 Tahun 113 Grafik 4.11. Hydrograf Inflow-Outflow T = 5 Tahun 113 Grafik 4.12. Hydrograf Storage T = 5 Tahun 113 Grafik 4.13. Hydrograf Inflow-Outflow T = 10 Tahun 114 Grafik 4.14. Hydrograf Storage T = 10 Tahun 114 Grafik 4.15. Hydrograf Inflow-Outflow T = 20 Tahun 115 Grafik 4.16. Hydrograf Storage T = 20 Tahun 115 Grafik 4.17. Hydrograf Inflow-Outflow T = 50 Tahun 115 Grafik 4.18. Hydrograf Storage T = 50 Tahun 116 Grafik 4.19. Hydrograf Inflow-Outflow T = 100 Tahun 116 Grafik 4.20. Hydrograf Storage T = 100 Tahun 116
Grafik 4.21. Grafik hubungan S dan xi + (1-x)O untuk x = 0 sampai x = 0.5 T = 2 Tahun 117 Grafik 4.22. Grafik hubungan S dan xi + (1-x)O untuk x = 0 sampai x = 0.5 T = 5 Tahun 118 Grafik 4.23. Grafik hubungan S dan xi + (1-x)O untuk x = 0 sampai x = 0.5 T = 10 Tahun 121 Grafik 4.24. Grafik hubungan S dan xi + (1-x)O untuk x = 0 sampai x = 0.5 T = 20 Tahun 122 Grafik 4.25. Grafik hubungan S dan xi + (1-x)O untuk x = 0 sampai x = 0.5 T = 50 Tahun 123 Grafik 4.26. Grafik hubungan S dan xi + (1-x)O untuk x = 0 sampai x = 0.5 T = 100 Tahun 124
DAFTAR TABEL HAL Tabel 2.1 Persyaratan parameter statistik suatu distribusi 14 Tabel 3.1 Data Kondisi DAS Percut 45 Tabel 3.2 Data Penggunaan Lahan Pada DAS Percut 46 Tabel 3.3 Data curah hujan harian Sampali kab. Deli serdang 51 Tabel 3.4 Data curah hujan harian Polonia. Kota Medan 52 Tabel 3.5. Data curah hujan harian Tanjung Morawa Kab. Deli Serdang 53 Tabel 4.1 Data curah hujan harian Sampali Kab. Deli Serdang dalam millimeter 55 Tabel 4.2 Data Harian curah Hujan Stasiun Polonia Dalam Milimeter 56 Tabel 4.3 Data Harian curah Hujan Stasiun Tj. Morawa Dalam Milimeter 57 Tabel 4.4 Data Tahun 2004 58 Tabel 4.5 Data Tahun 2005 59 Tabel 4.6 Data Tahun 2006 60 Tabel 4.7 Data Tahun 2007 61 Tabel 4.8 Data Tahun 2008 62 Tabel 4.9 Data Tahun 2009 63 Tabel 4.10 Data Tahun 2010 64 Tabel 4.11 Data Tahun 2011 65
Tabel 4.12 Data Tahun 2012 66 Tabel 4.13 Data Tahun 2013 67 Tabel 4.14 Curah Hujan Harian Stasiun I, II, dan III 68 Tabel 4.15 Perhitungan Curah Hujan 69 Tabel 4.16 Persyaratan Distribusi 71 Tabel 4.17 Pengurutan Curah Hujan 72 Tabel 4.18 Distribusi Log Pearson Type III Pada Berbagai Periode 74 Tabel 4.19 Perhitungan nilai untuk distribusi Log Pearson Type III 74 Tabel 4.20 Perhitungan Intensitas Hujan Rencana Metode Log Pearson Type III 75 Tabel 4.21 Tabel Koefesien Pengaliran DAS Percut (Cw DAS) 76 Tabel 4.22 Input Unit Hidrograf sub DAS Sei Percut 77 Tabel 4.23 Distribusi Curah Hujan Rencana (Log Pearson Type III) 78 Tabel 4.24 HSS Nakayasu Debit Unit Hidrograf 78 Tabel 4.25 Hidrograf Nakayasu T = 2 tahun 81 Tabel 4.26 Hidrograf Nakayasu T = 5 tahun 85 Tabel 4.27 Hidrograf Nakayasu T = 10 tahun 89 Tabel 4.28 Hidrograf Nakayasu T = 20 tahun 93 Tabel 4.29 Hidrograf Nakayasu T = 25 tahun 97 Tabel 4.30 Hidrograf Nakayasu T = 50 tahun 101 Tabel 4.31 Hidrograf Nakayasu T = 100 tahun 105 Tabel 4.32 Debit Banjir Rencana Metode Nakayashu 111