EVALUASI FUNGSI BENDUNG DAN FLOODWAY SUNGAI DELI- PERCUT DALAM MITIGASI BANJIR DI KOTA MEDAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil Disusun oleh: M. KHAIRUL SYAHPUTRA 09 0404 115 BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
ABSTRAK Bencana banjir di kota Medan sebagian besar terjadi di sepanjang Sungai Deli. Sungai ini merupakan saluran utama yang mendukung drainase kota Medan dengan cakupan luas wilayah yang besar di Kota Medan. Peningkatan kapasitas sungai Deli sangat terbatas dikarenakan banyaknya bangunan, baik bangunan perumahan, perkantoran maupun industri di sepanjang sungai. Salah satu upaya untuk mengontrol bencana banjir tersebut adalah dengan membuat floodway. Floodway tersebut direncanakan menghubungkan Sungai Deli dengan Sungai Percut dengan panjang + 3.800 m, dengan tujuan agar debit Sungai Deli yang besar dapat dialihkan ke Sungai Percut. Namun pada kenyataannya masih sedikit debit dari Sungai Deli yang masuk ke floodway tersebut, sehingga dilakukan evaluasi fungsi bendung dan floodway. Pada evaluasi bendung dan floodway ini dilakukan dengan cara menghubungkan tinggi muka air banjir dengan debit banjir pada periode ulang tertentu dengan menggunakan rating curve. Dari hasil analisa dapat dilihat bahwa debit Sungai Deli akan masuk ke floodway pada saat debit sebesar 114,8044 m 3 /det dan baru akan melewati puncak mercu floodway pada saat debit sebesar 289,755 m 3 /det atau saat ketinggian muka air ± 1,5 m di atas mercu Bendung Deli. Hal ini menunjukkan bahwa Medan Floodway Control dapat berfungsi, namun fungsinya masih belum optimal dikarenakan elevasi mercu yang terlalu tinggi sehingga hanya sedikit debit dari Sungai Deli yang dapat dialihkan ke Sungai Percut. Kata Kunci: Banjir, floodway, rating curve i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepadaallah 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 EVALUASI FUNGSI BENDUNG DAN FLOODWAY SUNGAI DELI-PERCUT DALAM MITIGASI BANJIR DI KOTA MEDAN Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat menempuh jenjang pendidikan Strata Satu (S-1) pada Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas SumateraUtara. 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 ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas SumateraUtara. 2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 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,, yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang bermanfaat selama saya menempuh pendidikan di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas SumateraUtara. ii
6. Bapak/Ibu Staf TU Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,, yang telah memberikan bantuan dalam proses administrasi selama saya menempuh pendidikan di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas SumateraUtara. 7. Buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya, Ibu Arnita, dan Bapak Ahmad Thamrin 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. Kakak-kakak saya Melda Safitri dan Tika Destia yang banyak membantu dan mendukung saya selama ini terima kasih atas doanya. 8. Yang istimewa di hati, Giovanny Ramadhani Ginting, yang selama ini tidak hentinya memberi dukungan semangat agar terselesaikannya tugas akhir. Terima kasih yang sebesar-besarnya karena selalu ada buat saya. 9. Teman mahasiswa seperjuangan 2009, Rizky Utama, Perkasa Damanik, Teuku Diputra Kerliansyah, M. Nur Irsyad, Hafiz Maulana Lida, M. Fandhu Al-Addiat, Yusuf Aulia Lubis, M. Rizki Tamba, M. Fakhrurozi, Khairun Nazli, Posma Nikolas, Satya Anugrah Akbar, Benny Pradana dan buat stambuk 2009 yang lain yang tidak bisa di sebutkan satu persatu. 10. Adik-adik mahasiswa stambuk 2012 yang telah banyak membantu memberikan dukungan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 11. Untuk Bang Jefri, Bang Maijen, Bang Yogi, Bang Faisal, Pak Posma, Bu Ani dan semua pihak yang telah membantu terselesaikannya 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,. iii
Medan, Oktober 2015 M. Khairul Syahputra (09 0404 115) iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR GRAFIK... DAFTAR TABEL... i ii v x xii xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 3 1.3 Pembatasan Masalah... 3 1.4 TujuanPenelitian... 3 1.5 SistematikaPenulisan... 4 BAB II KONDISI EKSISTING... 5 2.1 Gambaran Umum Medan Floodway Control... 5 2.2 Debit Pada Floodway... 5 2.3 Lokasi Penelitian... 7 2.4 Data Teknis Bendung dan Floodway... 9 2.4.1 Data Sungai... 9 2.4.2 Data Floodway Deli-Percut... 9 2.4.3 Data Bendung Deli... 10 2.5 Kondisi Bendung dan Floodway Saat Ini... 10 v
2.5.1 Floodway Deli-Percut... 10 2.5.2 Bendung Deli... 14 BAB III TINJAUAN PUSTAKA... 16 3.1 Umum... 16 3.2 Siklus Hidrologi... 16 3.3 Hujan... 18 3.3.1 Pengertian Hujan... 18 3.3.2 Karakteristik Hujan... 19 3.3.2.1 Durasi Hujan... 19 3.3.2.2 Intensitas Curah Hujan... 20 3.3.2.3 Waktu Konsentrasi... 21 3.3.3 Curah Hujan Rencana... 21 3.3.3.1 Cara Tinggi Rata-Rata... 21 3.3.3.2 Cara Poligon Thiessen... 22 3.3.3.3 Cara Isohyet... 23 3.3.4 Distribusi Frekuensi Curah Hujan Rencana... 24 3.3.4.1 Distribusi Normal... 25 3.3.4.2 Distribusi Log Normal... 26 3.3.4.3 Distribusi Log Pearson III... 26 3.3.4.4 Metode Gumbel... 28 3.3.5 Uji Keselarasan Distribusi... 32 3.3.5.1 Uji Keselarasan Chi Square... 32 3.3.5.2 Uji Keselarasan Smirnov Kolmogrov... 34 3.4 Analisa Debit Banjir Rencana... 35 3.4.1 Metode Rasional... 36 vi
3.4.2 Metode Haspers... 36 3.4.3 Metode Melchior... 38 3.4.4 Metode Weduwen... 39 3.4.5 Hidrograf Satuan Sintetis (HSS) Gama I... 40 3.4.6 HSS Snyder... 43 3.5 Aspek Hidrolika... 44 3.5.1 Elemen Geometri... 45 3.5.1.1 Luas Tampang Basah... 45 3.5.1.2 Keliling Tampang Basah... 46 3.5.1.3 Radius Hidrolik... 46 3.5.1.4 Kedalaman Normal... 46 3.5.1.5 Kedalaman Kritis... 47 3.5.1.6 Lebar Muka Air... 47 3.5.2 Kriteria Aliran... 48 3.5.3 Aliran laminer dan Turbulen... 48 3.5.4 Aliran Subkritis, Kritis dan Superkritis... 49 3.5.5 Momentum pada Saluran Terbuka... 50 3.5.6 Hydraulic Jump (Loncatan Air)... 51 3.5.7 Energi Spesifik... 52 3.5.8 Kehilangan Energi... 53 3.6 Bendung Pelimpah... 54 3.6.1 Umum... 54 3.6.2 Klasifikasi Bendung... 54 3.6.3 Bentang Bendung... 56 3.6.4 Perencanaan Mercu Bulat... 56 vii
3.6.5 Peredam Energi... 59 3.6.6 Kolam Olak... 60 3.6.6.1 Kolam Olak Tipe USBR... 61 3.6.6.2 Kolam Olak Vlughter... 63 3.7 Sabo Dam... 64 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN DAN ANALISIS... 68 4.1 Metodologi Penelitian... 68 4.1.1 Metode Evaluasi... 68 4.1.1.1 Metode Pengumplan Data Primer... 68 4.1.1.2 Pengumpulan Data Sekunder... 68 4.1.2 Pengolahan Data... 69 4.1.3 Kesimpulan... 69 4.1.4 Bagan Alir Tugas Akhir... 69 4.2 Analisis Data... 70 4.2.1 Pos Duga Air Sungai Deli-Simeme... 70 4.2.1.1 Data Debit Harian Maksimum Tahunan... 70 4.2.1.2 Analisa Debit Banjir Rencana... 70 4.2.1.3 Pemilihan Jenis Sebaran... 78 4.2.1.4 Pengujian Keselarasan Sebaran... 79 4.2.1.4.1 Chi Square Test... 79 4.2.1.4.2 Uji Sebaran Smirnov Kolmogrov... 80 4.2.2 Pos Duga Air Sungai Deli-Helvetia... 81 4.2.2.1 Data Debit Harian Maksimum Tahunan... 81 4.2.2.2 Analisa Debit Banjir Rencana... 81 4.2.2.3 Pemilihan Jenis Sebaran... 89 viii
4.2.2.4 Pengujian Keselarasan Sebaran... 89 4.2.2.4.1 Chi Square Test... 89 4.2.2.4.2 Uji Sebaran Smirnov Kolmogrov... 90 4.3 Hubungan Tinggi Muka Air dengan Debit... 93 4.3.1 Bendung Deli... 93 4.3.2 Bendung Floodway... 101 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 104 5.1 Kesimpulan... 104 5.2 Saran... 105 DAFTAR PUSTAKA... xv LAMPIRAN... ix
DAFTAR GAMBAR HAL Gambar 2.1. Skema Debit Banjir... 7 Gambar 2.2. Lokasi Floodway Deli-Percut... 7 Gambar 2.3. Catchment Area Sungai Deli... 8 Gambar 2.4. Catchment Area MFC... 9 Gambar 2.5. Mercu Pelimpah Floodway... 11 Gambar 2.6. Sampah pada Pintu Air... 11 Gambar 2.7. Kolam Olak Floodway... 12 Gambar 2.8. Kondisi Saluran Floodway... 12 Gambar 2.9. Pertemuan Aliran Floodway dengan Sungai Percut pada Bagian Hilir Floodway... 13 Gambar 2.10. Tampak Samping Mercu Pelimpah Floodway... 13 Gambar 2.11. Bendung Deli... 14 Gambar 2.12. Pintu Air pada Bendung Deli... 14 Gambar 2.13. Tampak Samping Bendung Deli... 15 Gambar 3.1. DAS dengan Tinggi Rata-rata... 22 Gambar 3.2. DAS dengan Perhitungan Curah Hujan Poligon Thiessen 23 Gambar 3.3. DAS dengan Perhitungan Curah Hujan Isohyet... 24 Gambar 3.4. Penentuan Nilai WF... 41 Gambar 3.5. Penentuan RUA... 42 Gambar 3.6. Bentuk Hidrograf Satuan Sintesis Gama I... 43 Gambar 3.7. Penampang Memanjang dan Melintang Saluran Terbuka. 45 Gambar 3.8. Prinsip Kesetimbangan Gaya-gaya dalam Aliran Air x
pada Saluran dengan Kemiringan Dasar Saluran... 50 Gambar 3.9. Loncat Air... 51 Gambar 3.10. Persamaan Momentum yang Digunakan dalam Loncat Air 52 Gambar 3.11. Persamaan Energi dalam Saluran Terbuka Berubah Beraturan... 53 Gambar 3.12. Kehilangan Energi pada Loncat Air... 53 Gambar 3.13. Lebar Efektif Mercu... 56 Gambar 3.14. Harga-harga Koefisien C0 untuk Bendung Ambang Bulat sebagai Fungsi Perbandingan H1/r... 58 Gambar 3.15. Koefisien C1 sebagai Fungsi Perbandingan p/h1... 58 Gambar 3.16. Harga-harga Koefisien C2 untuk Bendung Mercu Tipe Ogee dengan Muka Hulu Melengkung... 58 Gambar 3.17. Tipe Mercu Bulat... 59 Gambar 3.18. Kondisi Aliran di Atas Mercu... 60 Gambar 3.19. Kolam Olak Tipe USBR I... 61 Gambar 3.20. Kolam Olak Tipe USBR II... 62 Gambar 3.21. Kolam Olak Tipe USBR III... 62 Gambar 3.22. Kolam Olak Tipe USBR IV... 63 Gambar 3.23. Kolam Olak Tipe Vlughter... 64 Gambar 3.24. Koefisien Debit Untuk Aliran di Atas Mercu... 67 Gambar 4.1. Bagan Alir Langkah-langkah Pembuatan Tugas Akhir... 69 xi
DAFTAR GRAFIK HAL Grafik 4.1 Rating Curve Bendung Deli... 100 Grafik 4.2 Hubungan Debit di Atas Mercu dengan Tinggi Muka Air Pada Bendung Floodway... 103 xii
DAFTAR TABEL HAL Tabel 3.1. Menentukan Variabel Standar yang Besarnya Tergantung pada G... 28 Tabel 3.2. Standar Deviasi Yn... 31 Tabel 3.3. Reduksi Variate YT... 31 Tabel 3.4. Reduksi Standar Deviasi Sn... 31 Tabel 3.5. Nilai Kritis Untuk Distribusi Chi Square... 34 Tabel 3.6. Delta Kritis Untuk Uji Keselarasan Smirnov Kolmogrof.. 35 Tabel 3.7. Koefisien Limpasan... 36 Tabel 3.8. Konstanta untuk perhitungan submerged dan unsubmerged flow... 66 Tabel 4.1. Data debit harian maksimum tahunan Pos Deli-Simeme.. 70 Tabel 4.2. Parameter statistik untuk Distribusi Gumbel... 71 Tabel 4.3. statistik untuk Distribusi Log Normal dan Log Pearson III... 73 Tabel 4.4. Debit Periode Ulang Distribusi Gumbel... 77 Tabel 4.5. Debit Periode Ulang Distribusi Log Normal... 77 Tabel 4.6. Debit Periode Ulang Distribusi Log Pearson III... 78 Tabel 4.7. Perhitungan Uji Chi Kuadrat... 79 Tabel 4.8. Perhitungan Uji Smirnov-Klomogrov... 80 Tabel 4.9. Data debit harian maksimum tahunan Pos Deli-Helvetia.. 81 Tabel 4.10. Parameter statistik untuk Distribusi Gumbel... 81 Tabel 4.11. statistik untuk Distribusi Log Normal dan xiii
Log Pearson III... 83 Tabel 4.12. Debit Periode Ulang Distribusi Gumbel... 87 Tabel 4.13. Debit Periode Ulang Distribusi Log Normal... 88 Tabel 4.14. Debit Periode Ulang Distribusi Log Pearson III... 88 Tabel 4.15. Perhitungan Uji Chi Kuadrat... 90 Tabel 4.16. Perhitungan Uji Smirnov-Klomogrov... 90 Tabel 4.17. Hubungan Tinggi Muka Air dengan Debit pada Kondisi Unsubmerged Flow... 94 Tabel 4.18. Hubungan Tinggi Muka Air dengan Debit pada Kondisi Submerged Flow... 96 Tabel 4.19. Hubungan Tinggi Muka Air dengan Debit pada Kondisi Overtopping Flow... 98 Tabel 4.20. Hubungan Tinggi Muka Air dengan Debit di Atas Mercu... 102 xiv