BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN IV.1 Menganalisa Hujan Rencana IV.1.1 Menghitung Curah Hujan Rata rata 1. Menghitung rata - rata curah hujan harian dengan metode aritmatik. Dalam studi ini dipakai data curah hujan harian kota Tangerang dari tiga stasiun pencatat curah hujan Cisalak Baru di mulai dari tahun 1997 sampai dengan tahun 2009 (13 tahun) yang disajikan pada tabel IV.1. Dalam pengolahan data curah hujan ini digunakan curah hujan harian maksimum (mm) tiap tahunnya. Curah Hujan Bulanan (mm) Nama Stasiun Cisalak Baru No Stasiun B. 037 f Elevasi No In Database 37 F Tipe alat Biasa Lintang Selatan - 6. 37. 42 Pemilik BMG Bujur Timur 106. 32. 06 Operator PTP. Tahun Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nop Des Tahunan Total (mm/thn) R 24 (mm) 1997 285 308 91 239 68 23 7 0 6 24 180 158 1389 107 1998 134 290 256 240 134 242 125 53 72 258 161 216 2181 155 1999 649 363 170 215 82 85 65 118 130 342 172 372 2763 165 2000 286 327 207 222 409 98 168 89 55 141 113 153 2268 147 2001 498 445 283 212 178 204 145 57 283 211 167 239 2922 164 2002 644 496 165 467 120 75 223 28 143 43 230 140 2774 134 2003 94 342 140 295 147 10 0 0 169 259 158 444 2058 114 2004 247 347 240 404 235 219 142 0 132 167 276 296 2705 123 2005 338 125 124 41 44 115 70 96 175 105 434 401 2068 170 2006 261 197 213 294 139 52 140 11 32 114 216 464 2133 112 2007 0 0 0 0 0 151 72 76 13 478 128 747 1665 57 2008 240 595 0 226 151 138 6 352 107 236 224 214 2489 109 2009 359 442 126 150 63 203 60 17 102 145 362 48 2077 108 IV-1
Tabel 4.1 Curah Hujan Harian Rata-Rata Tahunan Stasiun Cisalak Baru No Urut Tahun Pengamatan CHH max (mm/hari) 1 1997 107 2 1998 155 3 1999 165 4 2000 147 5 2001 164 6 2002 134 7 2003 114 8 2004 123 9 2005 170 10 2006 112 11 2007 57 12 2008 109 13 2009 108 IV.1.2 Metode Gumbell Hasil pengolahan data dengan metode Gumbell adalah sebagai berikut : 1) Mengurutkan data curah hujan harian maksimum dengan metode rata rata aritmatik dari yang terbesar hingga yang terkecil dari tabel 4.1. Stasiun Cisalak Baru No Urut CHH max (mm/hari) 1 170 2 165 3 164 4 155 5 147 6 134 7 123 8 114 9 112 10 109 11 108 12 107 13 57 IV-2
2) Menghitung nilai prosentase (%) : P = X 1 x 100 = 1 x 100 = 7.14 % X total + 1 13+1 3) Menentukan nilai hujan rata-rata : R r = R total = 1665 = 128.08 X total 13 4) Menentukan selisih curah hujan maksimum terhadap hujan rata-rata : Contoh : (R 1 - R 2 ) 2 = (170 128.08) 2 = 1757.54 5) Sehingga secara tabelaris dengan mengikuti langkah nomor 2,3 dan 4 Untuk urutan berikutnya didapatkan hasilnya sebagai berikut : Tabel 4.5 Perhitungan Curah hujan rata-rata metode Gumbell No Urut CHH max R P(%) i - (R i ) R rata (R i - R rata ) 2 1 170 7.14 41.9231 1757.54 2 165 14.29 36.9231 1363.31 3 164 21.43 35.9231 1290.47 4 155 28.57 26.9231 724.85 5 147 35.71 132.265 17494.16 6 134 42.86 119.265 14224.26 7 123 50.00-5.0769 25.78 8 114 57.14-14.077 198.16 9 112 64.29-16.077 258.47 10 109 71.43-19.077 363.93 11 108 78.57-20.077 403.08 12 107 85.71-21.077 444.24 13 57 92.86-71.077 5051.93 Total 1665 500 226.685 43600.17 6) Menentukan standar deviasi : S x = R i - R r 2 = 43600.17 = 17.40 n 1 13-1 7) Menentukan nilai Y n dan S n yang tergantung pada n (lihat tabel) N = 13 Y n = 0.5070 N = 13 S n = 0.9971 IV-3
8) Menentukan variasi fungsi kala ulang Y t (lihat tabel) Variasi fungsi kala ulang 2 Thn Y t = 0.367 9) Menentukan hujan rencana kala ulang K t = Y t - Y n = 0.367-0.5070 = - 0.140 S n 0.9971 R t = R r + (K t x S x ) R 2thn = 128.08+ (-0.140 x 17,40) = 126.39 10) Sehingga secara tabelaris dengan mengikuti langkah nomor 8 s/d 10 Untuk urutan berikutnya didapatkan hasilnya sebagai berikut : Tabel 4.6 Hasil kala ulang metode Gumbell Kala ulang Y t K t R t (Tahun) (mm) 2 0.367-0.140 125.63 5 1.500 0.996 145.41 10 2.250 1.748 158.49 25 3.199 2.700 175.05 50 3.902 3.405 187.32 100 4.600 4.105 199.50 IV.1.3 Metode Log Pearson III Hasil pengolahan data dengan metode Gumbell adalah sebagai berikut : 1) Mengurutkan data curah hujan harian maksimum dengan metode rata rata aritmatik dari yang terbesar hingga yang terkecil dari tabel 4.1 Stasiun Cisalak Baru No Urut CHH max (mm/hari) 1 170 2 165 3 164 4 155 5 147 6 134 7 123 IV-4
8 114 9 112 10 109 11 108 12 107 13 57 2) Menghitung logaritma curah hujan maksimum (log R i ) : Log R 1 = log(170) = 2.230 3) Menghitung harga tengahnya (log R) : Log R = Log R = 27.17 = 2.090 n 13 4) Log R Log R = 2.230 2.090 = 0.140 5) (Log R Log R) 2 = (0.140) 2 = 0.0196 6) (Log R Log R) 3 = (0.095) 3 = 0.0027 7) Sehingga secara tabelaris dengan mengikuti langkah nomor 2 s/d 6 Untuk urutan berikutnya didapatkan hasilnya sebagai berikut : Tabel 4.7 Perhitungan curah hujan rata-rata metode Log Pearson III No Urut CHH max (R i ) Log R i Log R i - Log R (Log Ri - Log R) 2 (Log Ri - Log R) 3 1 170 2.230 0.140 0.020 0.003 2 165 2.217 0.127 0.016 0.002 3 164 2.185 0.095 0.009 0.001 4 155 2.190 0.100 0.010 0.001 5 147 2.167 0.077 0.006 0.000 6 134 2.127 0.037 0.001 0.000 7 123 2.090 0.000 0.000 0.000 8 114 2.057-0.033 0.001 0.000 9 112 2.049-0.041 0.002 0.000 10 109 2.037-0.053 0.003 0.000 11 108 2.033-0.057 0.003 0.000 12 107 2.029-0.061 0.004 0.000 13 57 1.756-0.198 0.039-0.008 Total 1665 27.17 0.133 0.114-0.001 IV-5
8) Menentukan standar deviasi (S x ) : S x = LogR i - LogR 2 = 0.186 = 0.036 n 1 13-1 9) Menghitung koefisien asimetri (C s ) : C s = n. ( Log R Log R)3 = 13 x (-0.001) = - 2.11 3 (n 1)(n 2)S x 12 x 11 x (0.036) 3 10) Menentukan faktor kekerapatan K f (lihat tabel) Dengan data C s = - 0.462 dan kala ulang 2 secara interpolasi didapatkan harga K : 0.319 11) Menentukan hujan rencana kala ulang (R t ) : LogR t = LogR + K.S x LogR 2 = 2.090 + (0.319 x 0.036) = 2.101 R 2 = 10 2,101 = 126.32 mm 12) Sehingga secara tabelaris dengan mengikuti langkah nomor 3 s/d 11 didapatkan hasilnya sebagai berikut : Tabel 4.8 Hasil Kala ulang metode Log Pearson III Kala ulang Log R K (Tahun) Log R t R t (mm) 2 2.090 0.319 2.101 126.32 5 2.090 0.765 2.118 131.08 10 2.090 0.870 2.121 132.23 25 2.090 0.924 2.123 132.82 50 2.090 0.940 2.124 133.00 100 2.090 0.948 2.124 133.08 IV.1.4 Resume Hujan Rata-rata Metode Gumbell dan Metode Log Pearson III. Dengan cara yang sama dihitung pula data dari dua stasiun lainnya,yaitu IV-6
stasiun Pasir Jaya dan stasiun Empang Baru. Hasil hitungan rata-rata dari 2 stasiun lainnya seperti pada tabel berikut. Menghitung hujan rata-rata dilakukan dengan metode aritmatik. IV.2 Menganalisa Intensitas Hujan Menghitung intensitas curah hujan (I) menggunakan hasil analisa distribusi frekuensi yang sudah dirata-rata, menggunakan rumus Monobe sebagai berikut : I t = R t x 24 24 t 2/3 Tabel 4.9 Resume Hujan Rata-rata Metode Gumbell dan Metode Log Pearson III Stasiun Metode Hujan Rencana (mm/hari) dengan kala ulang Hujan Analisa 2 Thn 5 Thn 10 Thn 25 Thn 50 Thn 100 Thn Stasiun Cisalak Baru Gumbell 125.63 145.41 158.49 175.05 187.32 199.50 LogPearson III 126.32 131.08 132.23 132.82 133.00 133.08 Rata-rata (mm/hari) 125.98 138.24 145.36 153.94 160.16 166.29 Dimana : Rt = hujan rencana untuk berbagai kala ulang (mm) t = waktu konsentrasi (jam), untuk satuan dalam menit, t dibagi 60. It = Intensitas hujan untuk berbagai kala ulang (mm/jam) 1) Menghitung intensitas hujan (I t ) menggunakan hasil rata-rata dari metode Gumbell dan metode Log Pearson III (lihat tabel 4.9), analisa intensitas hujan dengan berbagai kala ulang. Contoh perhitungan : Dengan interval 2 tahun diperoleh hujan rencana untuk berbagai kala ulang sebesar 125.98 mm/hari (lihat tabel 4.9). Maka untuk waktu t = 10 menit didapatkan intensitas hujan sebesar : IV-7
I t = R t x 24 24 t 2/3 I t = 125.98 x 24 24 10 / 60 2/3 = 144.19 mm / jam 2) Sehingga secara tabelaris dengan mengikuti langkah nomor 1, untuk interval waktu berikutnya didapatkan hasil sebagai berikut : Tabel 4.10 Analisa Intensitas Hujan (mm/jam) t 125.98 138.24 145.36 153.94 160.16 166.29 (Menit) It 2 Tahun It 5 Tahun It 10 Tahun It 25 Tahun It 50 Tahun It 100 Tahun 10 144.19 158.23 166.38 176.19 183.32 190.34 20 90.86 99.71 104.84 111.03 115.51 119.94 30 69.34 76.09 80.01 84.73 88.15 91.53 40 57.22 62.79 66.02 69.91 72.74 75.52 50 49.34 54.15 56.93 60.29 62.73 65.13 60 43.67 47.92 50.39 53.36 55.52 57.65 70 39.42 43.26 45.49 48.17 50.12 52.04 80 36.06 39.57 41.61 44.06 45.85 47.60 90 33.33 36.58 38.46 40.73 42.38 44.00 100 31.07 34.10 35.86 37.97 39.51 41.02 120 27.51 30.18 31.74 33.61 34.97 36.31 140 24.83 27.25 28.65 30.34 31.56 32.77 160 22.73 24.94 26.23 27.77 28.90 30.00 180 21.00 23.04 24.23 25.66 26.69 27.72 200 19.58 21.49 22.59 23.92 24.89 25.84 220 18.37 20.16 21.20 22.45 23.36 24.25 240 17.32 19.01 19.99 21.17 22.02 22.87 IV.3 Analisa Debit Banjir IV.3.1 Metode Rasional Debit rencana dihitung dengan metode rasional atau metode rasional yang telah dimodifikasi dengan hidrograf satuan untuk daerah perkotaan. Beberapa asumsi menggunakan metode rasional adalah : IV-8
1. Curah hujan terjadi dengan intensitas yang tetap dalam jangka waktu tertentu, setidaknya sama dengan waktu konsentrasi. 2. Limpasan lansung mencapai maksimum ketika durasi hujan dengan intensitas tetap, sama dengan waktu konsentrasi. 3. Koefisien run oƒƒ tetap selama durasi hujan. 4. Luas Das tidak berubah selama durasi hujan. (Wanielista, 1990). Rumus umum Metode Rasional : Qp = 0,278 C.I.A dimana : Qp C I = Debit puncak banjir (m 3 /det) = Koefisien pengaliran = Intensitas hujan (mm/jam) A = Luas Daerah Aliran (km 2 ) Konstanta 0,278 adalah faktor konversi debit puncak ke satuan dalam m3/detik IV.3.2 Metode Rasional Modifikasi Digunakan metode rasional modifikasi yang merupakan pengembangan dari metode rasional untuk intensitas curah hujan yang lebih lama dari waktu konsentrasi. Metode ini telah dikembangkan sehingga konsep metode rasional ini dapat menghasilkan hidrograf untuk memperhitungkan koefisien limpasan, koefisien tampungan, intensitas hujan dan luas daerah aliran dalam menghitung debit limpasan. Maka rumus rasional termodifikasi (jika daerah pengaliran lebih dari 0,8 km) adalah sebagai berikut (Subarkah, 1980:197). Rumus Metode Rasional Modifikasi : IV-9
Q P = 0,278 Cs.C.I.A Dimana : Qp = Debit puncak banjir (m 3 /det) Cs = Koefisien tampungan (storage coefficient) Cs = 2tc 2tc + td tc td = waktu konsentrasi (menit). = waktu pengaliran air yang mengalir di dalam saluran sampai titik yang ditinjau (menit). to = waktu yang diperlukan air untuk mengalir melalui permukaan tanah ke saluran terdekat(menit). C I = koefisien pengaliran = Intensitas hujan (mm/jam) A = Luas Daerah Aliran (km 2 ) V = kecepatan air di dalam saluran dalam meter per-menit. 1) Menghitung waktu konsentrasi (tc), waktu konsentrasi adalah waktu yang dibutuhkan air untuk mengalir dari titik terjauh daerah tangkapan hujan ke saluran keluar (outlet) atau waktu yang dibutuhkan oleh air dari awal curah hujan sampai terkumpul serempak mengalir ke saluran keluar (outlet). Metode kirpich yang digunakan untuk menghitungnya. Dimana : t c = 0.87 L 2 0.385 1000 x S IV-10
tc = waktu konsentrasi (jam). L = panjang sungai / saluran dari hulu sampai titik yang diambil debitnya (km) S = kemiringan daerah saluran / sungai = H / L 2) Waktu konsentrasi dapat juga dihitung dengan membedakannya menjadi 2 komponen yaitu : tc = to + td (menit) Dengan : to = 2 x 3,28 x L x n 3 S Nilai dari (to) juga dapat ditentukan dengan menggunakan gambar di bawah ini, ( Subarkah, 1980; 197). IV-11
Q (m 3 /det) ------------------------------------ ------------------------------------ Bab IV Analisis dan Pembahasan td = Ls (menit) 60 x V Dimana : n = angka kekasaran permukaan lahan (lihat tabel) S = kemiringan lahan (didapat dari H / L = 2.5 m/1800 m) L = panjang lintasan aliran diatas permukaan lahan (m) Ls = panjang lintasan aliran di dalam saluran / sungai (m) V = kecepatan aliran didalam saluran (m/detik) Q P ----------------------- Waktu (menit) Gambar 1 : Skematik Unit Hidrograph yang sudah dimodifikasi IV-12
Q (m 3 /det) ----------------------------------- ----------------------------------- ----------------------------------- ----------------------------------- Bab IV Analisis dan Pembahasan Q P ----------------------- Waktu (menit) Gambar 2 : Skematik Unit Hidrograph modifikasi dengan te > tc Koefisien Aliran Permukaan ( C ) No Jenis Daerah Koefisien C 1 Daerah perdagangan Perkotaan 0,70-0,90 Pinggiran (down town) 0,50-0,70 2 Pemukiman Perumahan satu keluarga 0,30-0,50 Perumahan berkelompok, terpisah-pisah 0,40-0,60 Perumahan berkelompok, bersambungan 0,60-0,75 Suburban 0,25-0,40 Daerah apartemen 0,50-0,70 3 Industri Daerah industri ringan 0,50-0,80 Daerah industri berat 0,60-0,90 4 Taman, pekuburan 0,10-0,25 5 Tempat bermain 0,20-0,35 6 Daerah stasiun kereta api 0,20-0,40 7 Daerah belum diperbaiki 0,10-0,30 8 Jalan 0,70-0,95 9 Bata Jalan, hamparan 0,75-0,85 Atap 0,75-0,95 IV-13
IV.3.3 Perhitungan Hidrograf Banjir IV.3.3.1 Hidrograf Banjir Metode Rasional Dipakai analisa debit banjir saluran drainase hujan periode ulang 25 tahunan dengan data perencanaan sebagai berikut : Luas catchmen area (A) = 36.86 Ha = 0.368 km 2 Koefisien pengaliran = 0.70 (Perumahan Padat) Hujan kala ulang 25 tahunan (Rt) = 153,94 mm/hari (tabel 4.9) Panjang saluran (L) = 1800 m Beda ketinggian hulu dengan hilir ( H) = 2.5 m 1) Menghitung Debit Air Yang Masuk a. Kecepatan aliran rata - rata : V = 72 H 0.6 = 72 2.5 0.6 = 1.4 m/s L 1800 b. Waktu pengaliran sepanjang saluran : td = L = 1800 = 21 menit 60V 60 x 1,4 c. Waktu konsentrasi : tc = 0.87 L 2 0.385 = 0.87 x 1.8 2 0.385 = 2.03 jam 1000 x S 1000 x 0.00139 d. Intensitas hujan : I t = R t x 24 2/3 24 t I t = 153,94 x 24 24 2.03 2/3 = 33.29 mm / jam e. Debit air yang masuk : IV-14
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 ------------------- Q (m 3 /det) Bab IV Analisis dan Pembahasan Q in = 0,278 C x I x A = 0,278 x 0,70 x 33.29 x 0,3686 = 2,39 m 3 / det 2) Dari data yang diperoleh untuk hidrograf aliran masuk seperti yang terlihat pada gambar 3 dibawah ini. Data yang digunakan : Waktu pengaliran sepanjang saluran (td) = 21 menit Waktu konsentrasi (tc) = 121 menit Hujan rencana kala ulang 25 tahunan (Rt) = 153,94 mm/hari Debit air yang masuk = 2,39 m 3 /det 5 4-3 2 0,1 Qin = 2,39 m 3 /det ---------------------------------------- 1 tc t (menit) tc + td Gambar 3 : Grafik Hidrograph aliran masuk Kolom 1 Waktu kumulatif untuk soal ini diasumsikan berselang setiap 10 menit. Kolom 2 IV-15
Nilai kolom ini adalah aliran air yang masuk, bila waktu kumulatif = 10 menit ; maka Aliran masuk = 0,25 Kolom 3 Nilai pada kolom ini diperoleh dengan cara merata-ratakan nilai aliran masuk. Contoh : Untuk memperoleh nilai pada kolom 3; (0,25 + 0,5) / 2= 0,375 Kolom 4 Nilai pada kolom ini merupakan nilai selang waktu dari kolom 1. Nilai selang waktunya (At) adalah 10 menit = 10 x 60 = 600 detik. Kolom 5 Nilai pada kolom ini diperoleh dengan merata-rata nilai Aliran masuk x At Contoh : 0,125 x 600 = 75 Kolom 6 Diperoleh dengan menjumlahkan nilai volume. Contoh : Pada baris ke-3. Diperoleh dari: 0 + 75 + 225 = 300 Kumulatif Waktu (menit) Tabel 4.11 Kumulatif aliran masuk Qin dimensi tc Rata-rata Aliran Aliran Volume Masuk At (m 3 Masuk (M 3 ) /det) (m3/det) Kumulatif Volume 1 (m 3 ) 0 0 0 600 0 0 10 0.198 0.099 600 59 59 20 0.395 0.296 600 178 237 30 0.593 0.494 600 296 533 40 0.790 0.691 600 415 948 50 0.988 0.889 600 533 1481 60 1.185 1.086 600 652 2133 70 1.383 1.284 600 770 2904 80 1.580 1.481 600 889 3792 90 1.778 1.679 600 1007 4800 100 1.975 1.876 600 1126 5926 110 2.173 2.074 600 1244 7170 120 2.370 2.271 600 1363 8533 IV-16
121 2.390 2.380 600 1428 9961 130 2.239 2.314 600 1389 11350 140 2.070 2.154 600 1293 12642 150 1.902 1.986 600 1192 13834 160 1.734 1.818 600 1091 14924 170 1.565 1.649 600 990 15914 180 1.397 1.481 600 889 16803 190 1.229 1.313 600 788 17590 200 1.060 1.145 600 687 18277 210 0.892 0.976 600 586 18863 220 0.724 0.808 600 485 19348 230 0.555 0.640 600 384 19731 240 0.387 0.471 600 283 20014 250 0.219 0.303 600 182 20196 260 0.050 0.135 600 81 20277 263 0.000 0.025 600 15 20292 270 0.000 0.000 600 0 20292 3) Perhitungan kapasitas inflow kritis dengan mencoba (trial & error) model hidrograf kondisi embung / kolam retensi kritis tc > td Dengan data : kala ulang 25 tahunan dengan tc = 150 menit; maka I = R t x 24 2/3 = 153,94 x 24 24 t 24 150/60 2/3 = 28.97 mm/jam Qin = 0.278 C.I.A = 0.278 x 0.70 x 28.97 x 0.3686 = 2.08 m 3 / det 4) Untuk hidrograph aliran masuknya dapat dilihat pada gambar dibawah ini. IV-17
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 ------------------ ------------------ ------------------ ------------------ Q (m 3 /det) Bab IV Analisis dan Pembahasan 5 4 0,1 3 2 Qin = 2,08 m 3 /det ------------------------------------ 1 tc t (menit) te tc + td Gambar 4 : Grafik Hidrograph bila terjadi waktu kritis 5) Hitung kumulatif volume aliran masuknya dari grafik hydrograph diatas, hasilnya seperti terlihat pada tabel berikut : Kumulatif Waktu (menit) Tabel 4.12 Kumulatif aliran masuk Qin dimensi tc kritis (te > tc) Rata-rata Aliran Aliran Volume Masuk At (m 3 Masuk (M 3 ) /det) (m3/det) Kumulatif Volume 2 (m 3 ) 0 0 0 600 0 0.0 10 0.172 0.086 600 52 51.6 20 0.344 0.258 600 155 206.3 30 0.516 0.430 600 258 464.1 40 0.688 0.602 600 361 825.1 50 0.860 0.774 600 464 1289.3 53 0.911 0.627 600 376 1665.7 60 1.031 0.971 600 583 2248.5 70 1.203 1.117 600 670 2918.9 80 1.375 1.289 600 774 3692.4 90 1.547 1.461 600 877 4569.1 100 1.719 1.633 600 980 5549.0 IV-18
110 1.891 1.805 600 1083 6631.9 120 2.063 1.977 600 1186 7818.0 121 2.080 2.071 600 1243 9060.9 130 2.080 2.071 600 1243 10303.7 140 2.080 2.080 600 1248 11551.7 150 2.080 2.080 600 1248 12799.7 160 1.958 2.019 600 1212 14011.2 170 1.837 1.898 600 1139 15149.8 180 1.715 1.776 600 1066 16215.3 190 1.593 1.654 600 993 17207.9 200 1.472 1.533 600 920 18127.5 210 1.350 1.411 600 847 18974.1 220 1.229 1.289 600 774 19747.7 230 1.107 1.168 600 701 20448.3 240 0.985 1.046 600 628 21075.9 250 0.864 0.924 600 555 21630.6 260 0.742 0.803 600 482 22112.3 270 0.620 0.681 600 409 22521.0 280 0.499 0.560 600 336 22856.7 290 0.377 0.438 600 263 23119.5 300 0.255 0.316 600 190 23309.2 310 0.134 0.195 600 117 23426.0 320 0.012 0.073 600 44 23469.8 321 0.000 0.006 600 4 23473.4 330 0.000 0.000 600 0 23473.4 IV.3.3.2 Hidrograf Banjir Metode Rasional Modifikasi Dipakai analisa debit banjir saluran drainase hujan periode ulang 25 tahunan dengan data perencanaan sebagai berikut : Luas catchmen area (A) = 36.86 Ha = 0.3686 km 2 Koefisien pengaliran = 0.70 (Perumahan Padat) Hujan kala ulang 25 tahunan (Rt) = 153,94 mm/hari (tabel 4.9) Waktu awal (to) = 32 menit Waktu konsentrasi (tc) = 53 menit Panjang saluran (L) = 1800 m IV-19
Beda ketinggian hulu dengan lokasi studi ( H) = 2.5 m 1) Menghitung Debit Air Yang Masuk a. Kecepatan aliran rata - rata : V = 72 H 0.6 = 72 2.5 0.6 = 1.4 m/s L 1800 b. Waktu pengaliran sepanjang saluran : td = L = 1800 = 21 menit 60V 60 x 1,4 c. Waktu konsentrasi : tc = to + td = 32 + 21 = 53 menit d. Koefisien tampungan : Cs = 2tc = 2 x 53 = 0.83 2tc + td (2x53) + 21 e. Intensitas hujan : I t = R t x 24 2/3 24 t I t = 153,94 x 24 24 53/60 = 57.97 mm / jam 2/3 f. Debit air yang masuk : Q in = 0,278 C x Cs x I x A = 0,278 x 0,83 x 0,70 x 57.97 x 0,3686 = 3,45 m 3 / det 2) Dari data yang diperoleh untuk hidrograf aliran masuk seperti yang terlihat pada gambar 3 dibawah ini. Data yang digunakan : Waktu pengaliran sepanjang saluran (td) = 21 menit Waktu konsentrasi (tc) = 53 menit IV-20
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Q (m 3 /det) ----------------------------- ----------------------------- Bab IV Analisis dan Pembahasan Hujan rencana kala ulang 25 tahunan (Rt) = 153,94 mm/hari Debit air yang masuk = 3,45 m 3 /det 5 4 3 0,1 Qin = 3,45 m 3 /det ------------------------- 2 1 to td t (menit) tc tc + td Gambar 5 : Grafik Hidrograph aliran masuk Kolom 1 Waktu kumulatif untuk soal ini diasumsikan berselang setiap 10 menit. Kolom 2 Nilai kolom ini adalah aliran air yang masuk, bila waktu kumulatif = 10 menit ; maka Aliran masuk = 0,25 Kolom 3 Nilai pada kolom ini diperoleh dengan cara merata-ratakan nilai aliran masuk. Contoh : Untuk memperoleh nilai pada kolom 3; (0,25 + 0,5) / 2= 0,375 Kolom 4 Nilai pada kolom ini merupakan nilai selang waktu dari kolom 1. Nilai selang waktunya (At) adalah 10 menit = 10 x 60 = 600 detik. IV-21
Kolom 5 Nilai pada kolom ini diperoleh dengan merata-rata nilai Aliran masuk x At Contoh : 0,125 x 600 = 75 Kolom 6 Diperoleh dengan menjumlahkan nilai volume. Contoh : Pada baris ke-3. Diperoleh dari: 0 + 75 + 225 = 300 Kumulatif Waktu (menit) Tabel 4.13 Kumulatif aliran masuk Qin dimensi tc Rata-rata Aliran Aliran Volume Masuk At (m 3 Masuk (M 3 ) /det) (m3/det) Kumulatif Volume 1 (m 3 ) 0 0 0 600 0 0 10 0.651 0.325 600 195 195 20 1.302 0.976 600 586 781 30 1.953 1.627 600 976 1758 40 2.604 2.278 600 1367 3125 50 3.255 2.929 600 1758 4882 53 3.450 3.352 600 2011 6893 60 3.124 3.287 600 1972 8866 70 2.657 2.891 600 1734 10600 80 2.191 2.424 600 1455 12055 90 1.725 1.958 600 1175 13229 100 1.259 1.492 600 895 14125 110 0.793 1.026 600 615 14740 120 0.326 0.559 600 336 15076 127 0.000 0.163 600 98 15173 130 0.000 0.000 600 0 15173 3) Perhitungan kapasitas inflow kritis dengan mencoba (trial & error) model hidrograf kondisi embung / kolam retensi kritis tc > td Dengan data : kala ulang 25 tahunan dengan tc = 100 menit; maka I = 37.97 mm / jam (lihat tabel 4.10) Cs = 2tc = 2 x 100 = 0.90 2tc + td (2x100) + 21 IV-22
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 ----------------------------- ----------------------------- ------------------------------ ------------------------------ Q (m 3 /det) Bab IV Analisis dan Pembahasan Qin = 0.278 C.Cs.I.A = 0.278 x 0.70 x 0.90 x 37.97 x 0.3686 = 2.45 m 3 / det 4) Untuk hidrograph aliran masuknya dapat dilihat pada gambar dibawah ini. 0,5 0,4 0,1 0,3 ----------------- Qin = 2,45 m 3 /det 0,2 0,1 tc t (menit) tc + td Gambar 6 : Grafik Hidrograph bila terjadi waktu kritis 5) Hitung kumulatif volume aliran masuknya dari grafik hydrograph diatas, hasilnya seperti terlihat pada tabel berikut : Kumulatif Waktu (menit) te Tabel 4.14 Kumulatif aliran masuk Qin dimensi tc kritis (te > tc) Rata-rata Aliran Aliran Volume Masuk At (m 3 Masuk (M 3 ) /det) (m3/det) Kumulatif Volume 2 (m 3 ) 0 0 0 600 0 0 10 0.462 0.231 600 139 139 20 0.925 0.693 600 416 555 30 1.387 1.156 600 693 1248 40 1.849 1.618 600 971 2219 50 2.311 2.080 600 1248 3467 53 2.450 1.687 600 1012 4479 60 2.450 2.450 600 1470 5949 70 2.450 2.450 600 1470 7419 80 2.450 2.450 600 1470 8889 IV-23
90 2.450 2.450 600 1470 10359 100 2.450 2.450 600 1470 11829 110 2.248 2.349 600 1409 13239 120 2.045 2.146 600 1288 14526 130 2.248 2.146 600 1288 15814 140 2.045 2.146 600 1288 17102 150 1.438 1.741 600 1045 18147 160 1.235 1.336 600 802 18949 170 1.033 1.134 600 680 19629 180 0.830 0.931 600 559 20188 190 0.628 0.729 600 437 20625 200 0.425 0.526 600 316 20941 210 0.223 0.324 600 194 21135 220 0.020 0.121 600 73 21208 221 0.000 0.010 600 6 21214.3 230 0.000 0.000 600 0.000 21214.3 IV-24
Kumulatif aliran (m3/det) Bab IV Analisis dan Pembahasan 25000 Rasional Rasional dengan Te > Tc 20000 Rasional modifikasi Rasional modifikasi dengan Te > Tc 15000 10000 5000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 110 120 130 140 150 160 Waktu (Menit) Gambar 7 : Grafik Hidrograph Aliran Air Yang Masuk 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 IV-25
6) Analisa Kapasitas Tampung Embung : Dari Perhitungan diatas didapat aliran air yang masuk metode rasional 23473.4 m 3 dan metode rasional modifikasi 21214.3 m 3. Luas area untuk perencanaan Embung di daerah tersebut adalah 4660 m 2, berikut denah dan detail dari desain embung. Embung Pondok Arum Catchment Area Gambar 8 : Lokasi Embung IV-26
Gambar 9 : Denah Embung Gambar 10 : Detail Embung IV-27
Perhitungan volume tampungan : Vstorage = (A H) = (4660 m 2 6,00 m) = 27.960 m 3 Vbanjir rencana = 23.473,4 m 3 (diambil yang terbesar) Vstorage efektif = 0,85 Vstorage = 0,85 27.960 = 23766 m 3 Jadi untuk kapasitas tampungan dari desain embung masih dapat menampung volume banjir rencana, karena volume efektif tampungan lebih besar dari volume banjir trencana (23.766 m 3 > 23.473,4 m3). IV.4 Analisa Dimensi Saluran 1) Jenis Saluran A. Saluran Bentuk Trapesium Rumus yang digunakan : Ae = ( b + m.h )h P = b + 2h (1 +m2 ) R = Ae P Di mana : B = lebar saluran (m) h = dalamnya air (m) m = perbandingan kemiringan talud Gambar 11 : Saluran bentuk trapesium IV-28
R = jari jari hidrolis (m) P = Keliling basah saluran (m) Ae = Luas Penampang basah (m2) B. Saluran Bentuk Segi Empat Rumus yang digunakan : Ae = ( B x H ) P = B + 2H R = A / P Dimana : B = lebar saluran (m) h = dalamnya air ( m ) R = jari jari hidrolis ( m ) A = Luas Penampang basah (m2) P = Keliling basah saluran (m) 2) Kapasitas Saluran Perhitungan dimensi saluran digunakan rumus kontinuitas dan rumus Manning, sebagai berikut (Edisono, 1997) : Dimana : Q = V.A V = 1.R 2/3.S 1/2 n IV-29
Q = Debit pengaliran (m 3 /dtk) V = Kecepatan rata (m/dtk) A = Luas penampang basah saluran (m 2 ) n = Koefisien kekasaran Manning R = Jari-jari hidraulis (m) S = Kemiringan dasar saluran Koefisien kekasaran dinding (n) Tipe saluran n Lapisan beton 0,017 0,029 Pasangan batukali diplester 0,020 0,025 Saluran dari alam 0,025 0,045 3) Kemiringan Talud A. Kemiringan Talud Saluran Tanah. Kemiringan talud disesuaikan dengan karakteristik tanah setempat yang pada umumnya berkisar antara 1 : 1,5 s/d 1 : 4. Kemiringan Talud Bahan dari Tanah Kemiringan Bahan Tanah Talud (m = H/V) Batu 0,25 Lempung kenyal, geluh 1-2 Lempung pasir, tanah kohesif 1,5-2,5 Pasir lanauan 2-5 Gambut kenyal 1-2 1-2 Gambut lunak 3-4 3-4 Tanah dipadatkan dengan baik 1-1,5 IV-30
B. Kemiringan Talud Saluran Pasangan. Kemiringan Talud Bahan dari Pasangan Tinggi Air m h < 0,40 m 0 (dinding tegak vertikal) 0,75 > h > 0,40 m 0,25-0,5 H > 0,75 m 0,50-1,0 4) Tinggi Jagaan (F). Tinggi jagaan minimum untuk saluran dengan pasangan direncanakan = 0,50m. Untuk saluran tanpa pasangan dengan debit tinggi jagaan sebagai berikut : Tinggi jagaan Q F (m) Polder (m) Q < 5 m3/det 0,20 0,30 0,75 1,00 10 m3/det > Q > 5 m3/det 0,30 0,50 1,00 1,25 Q > 10 m3/det 0,70 1,00 1,25 1,50 5) Kemiringan tanah. Kemiringan tanah di tempat dibuatnya fasilitas saluran drainase ditentukan dari hasil pengukuran di lapangan, dihitung dengan rumus : Dimana : i = t 1 t 2 x 100 % L t 1 = tinggi tanah di bagian tertinggi (m) t 2 = tinggi tanah di bagian terendahi (m) IV-31
i % t 1 (m) --------------------------------------------------------- t 2 (m) No SALURAN BUATAN L (m) Gambar 12 : Kemiringan tanah Tipe Saluran Harga n untuk rumus Manning Baik sekali Baik Sedang Jelek 1 Saluran tanah, lurus teratur 0.017 0.02 0.023 0.025 2 Saluran tanah yang dibuat dengan excavator 0.023 0.028 0.03 0.04 3 Saluran pada dinding batuan, lurus, teratur 0.02 0.03 0.033 0.035 4 Saluran pada dinding batuan, tidak lurus, tidak teratur 0.035 0.04 0.045 0.045 5 Saluran batuan yang diledakkan, ada tumbuhtumbuhan 0.025 0.03 0.035 0.04 6 dasar saluran dari tanah, sisi saluran berbatu 0.028 0.03 0.033 0.035 7 Saluran lengkung, dengan kecepatan aliran rendah 0.02 0.025 0.028 0.03 SALURAN ALAM 8 Bersih, lurus tidak berpasir, tidak berlubang 0.025 0.028 0.03 0.033 9 Seperti no.8, tidak ada timbunan atau kerikil 0.03 0.033 0.035 0.04 10 Melengkung bersih, berlubang dan berdinding pasir 0.033 0.035 0.04 0.045 11 Seperti no.10, dangkal tidak teratur 0.04 0.045 0.05 0.055 12 Seperti no.10, berbatu dan ada tumbuh-tumbuhan 0.035 0.04 0.045 0.05 13 Seperti no.10, sebagian berbatu 0.045 0.05 0.055 0.06 14 aliran pelan, banyak tumbuh-tumbuhan dan berlubang 0.05 0.06 0.07 0.08 15 banyak tumbuh-tumbuhan 0.075 0.1 0.125 0.15 SALURAN BUATAN, BETON, ATAU BATU KALI 16 Saluran pasangan batu bata, tanpa penyelesaian 0.025 0.03 0.033 0.035 17 Seperti no.16, tapi dengan penyelesaian 0.017 0.02 0.025 0.03 18 Saluran beton 0.014 0.016 0.019 0.021 19 Saluran beton halus dan rata 0.01 0.011 0.012 0.013 20 Saluran beton pracetak dengan acuan baja 0.013 0.014 0.014 0.015 21 Saluran beton pracetak dengan acuan kayu 0.015 0.016 0.016 0.018 IV-32
6) Desain Saluran. Analisa dimensi saluran digunakan bentuk Trapesium dengan data perencanaan sebagai berikut : Debit Air yang masuk (Qin) = 3.45 m 3 /det Lebar Saluran (B) = 1,5 m Dalamnya air (H) = 1 m Perbandingan kemiringan talud (m) = 1.5 Kemiringan Saluran = 0.0014 Koefisien kekasaran manning = 0.020 Penyelesain : A. Luas penampang basah saluran Ae = (B + m.h) H = (1.5 + 1.5 x 1) x 1 = 3 m 2 B. Keliling basah saluran P = B + 2H (1 +(m 2 ) = 1.5 + 2x1 1+1.5 2 = 5.106 m C. Jari jari hidrolis R = Ae P IV-33
= 3 = 0.587 m 5.106 D. Kecepatan aliran V = 1 x (R) 2/3 x (S) 1/2 n = 1 x (0.587) 2/3 x (0.0014) 1/2 0.020 = 1.312 m/det E. Debit air yang keluar Q = V.A F. Check = 1.312 x 3 = 3.935 m 3 /det Untuk desain penampang saluran embung, debit air yang keluar harus lebih besar dari debit masuknya agar mampu menampung limpasan air dengan rasio embungnya kurang dari satu (R em < 1). R em = Q in 1 Q out < = 3.450 = 0.877 (OK) 3.935 IV-34