BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dengan mengucap puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, akhirnya kami dapat menyelesaikan tugas besar Mata Kuliah Rekayasa Hidrologi SI-2231. Tugas besar ini dimaksudkan agar kami dapat menuntaskan mata kuliah Rekayasa Hidrologi pada semester tiga. Dan pada akhirnya mampu menyelesaikan studi S1 di Program Studi Teknik Sipil, amin. Dalam tugas besar ini kami melakukan tinjauan hidrologi pada gedung Labtek XI ITB. Ada pun secara garis besar meliputi pengolahan data hujan, pengolahan data debit saluran serta desain drainasenya. Disini kami mengaplikasikan apa yang telah kami dapatkan pada kuliah di kelas sehingga akhirnaya dapat diterapkan secara praktis. Kajian hidrologi pada kesempatan kali ini juga dapat menjadi bahan evaluasi apakah drainase existing masih layak ataupun perlu peningkatan kapasitas. Tentunya dalam pengerjaan tugas besar ini kami mendapatkan bimbingan yang sangat membantu. Ucapan terima kasih kami tujukan kepada khususnya dosen mata kuliah Rekayasa Hidrologi kami Bapak Ir. Mulyana Wangsadipura, M.Eng., asisten tugas besar Rekayasa Hidrologi Riski Akbar, petugas Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil serta petugas di Direktorat Sarana dan Prasarana ITB. Demikian semoga tulisan ini dapat bermanfaat, bagi kami pada khususnya dan pada para pembaca pada umumnya.
1.2 Tujuan Tujuan dalam pelaksanaan tugas besar mata kulliah Rekayasa Hidrologi SI- 2231 ini adalah melakukan kajian hidrologi di lokasi studi serta mengevaluasi kondisi drainase eksisting pada lokasi tersebut. 1.3 Sistematika Penulisan BAB I PENDAHULUAN BAB II DESKRIPSI STUDI KASUS BAB III PENGOLAHAN DATA HUJAN BAB IV PENGOLAHAN DEBIT BAB V DESAIN DRAINASE BAB VI SIMPULAN & SARAN 1.4 Ruang Lingkup Ruang lingkup kajian hidrologi adalah area Labtek XI. Cakupan data: Denah ITB As-Built Drawing Curah hujan harian maksimum per tahun untuk 3 stasiun 10 tahun berturutturut.
BAB II DESKRIPSI STUDI KASUS 2.1 Lokasi Studi Labtek XI ITB. Lokasi studi yang ditinjau adalah saluran drainase di wilayah sekitar Gedung Gambar 2. 1 Denah Kampus ITB-Ganesha dan lokasi Labtek XI
Gambar 2. 2 Lokasi Labtek XI (3D) 2.2 Sketsa Daerah Saluran drainase yang diamati dalam tugas besar ini adalah saluran drainase terkecil, yaitu saluran drainase yang terdapat di sebelah tenggara Gedung Labtek ITB. Berdasarkan survei di lapangan secara keseluruhan luas catchment area Daerah Tangkapan Air (DTA) untuk Gedung Labtek XI adalah 1699.2 m 2 untuk atap dan untuk lahan = luas lahan total luas atap = 5051.76-1699.2 = 3352.56 m 2. Catchment area ditentukan berdasarkan luas area untuk mengalirkan air hujan tangkapannya ke saluran drainase sekitar Gedung Labtek XI ITB. Gambar 2. 3 Denah Saluran Gedung Labtek XI ITB
Gambar 2. 4 Denah Atap Gedung Labtek XI ITB 2.3 Data Saluran Eksisting Berikut ini adalah detail dimensi dari saluran drainase wilayah sekitar Labtek XI berdasarkan as built drawing serta pengukuran dan survei langsung di lapangan.
Potongan B Potongan A Potongan C Gambar 2. 5 As Built Drawing Labtek XI Gambar 2. 6 Kondisi Eksisting Saluran Dari as built drawing di atas, didapat data sebagai berikut : 1. panjang saluran total = 191.2 m 2. lebar atas saluran (b) = 35.5 cm 3. diamater lingkaran bawah (d) = 28 cm 4. kedalaman saluran (h) = 39 cm sampai 62 cm untuk perhitungan, diasumsikan luas penampang selalu sama, sehingga diambil rata-rata h yakni = cm 5. luas penampang saluran =(b x (h-(0.5d))+(0.5 x π x(0.5d) 2 ) = (35.5 x (50.5-(0.5 x 28)) + (0.5 x π x(0.5 x 28) 2 )
= 1603.626 cm 2 = 160,36 x 10-3 m 2 6. kemiringan saluran yang diukur adalah kemiringan saluran BC, diasumsikan, kemiringan sepanjang saluran adalah sama. kemiringan masing-masing saluran = = = 0.075 7. keliling basah = (2 x h) + (0.5 x π x d) + (b-d) = (2 x 0.505) + (0.5 x π x 0.28) +(0.355 0.28) =1.5248 m 8. bentuk penampang : persegi panjang dengan setengah lingkaran di bagian bawah 9. material saluran : beton 10. kondisi sekitar saluran : taman
BAB III PENGOLAHAN DATA HUJAN 3.1 Data Curah Hujan Dalam pengerjaan tugas besar Rekayasa Hidrologi dan Drainase, kami menggunakan data curah hujan yang ada di stasiun pengamatan curah hujan stasiun Pakar/Dago-PLTA, stasiun Cemara, dan stasiun ITB. Berikut data curah hujan yang diperoleh dari stasiun-stasiun tersebut. Tabel 3. 1 Data Hujan Awal Data yang hilang 3.2 Penaksiran Data Hujan yang Hilang Dalam pengamatan curah hujan di stasiun-stasiun pengamat, seringkali data hujan yang tercatat (teramati) tidak lengkap. Hal ini umumnya disebabkan oleh kerusakan alat, ketidakhadiran pengamat, posisi alat yang dipindah, serta kondisi yang tidak memungkinkan (contohnya dalam kondisi perang). Ada tiga pendekatan atau metode untuk menaksir data hujan yang tidak lengkap, yaitu metode rata-rata Aljabar, metode perbandingan normal (rasio normal), dan metode kebalikan kuadrat jarak. Pada penaksiran data hujan yang hilang kali ini digunakan metode rasio normal. R a =
Dengan : R a = data hujan yang hilang R b = data hujan yang diketahui Ha = rata-rata hujan yang hilang Hb = rata-rata hujan yang diketahui Hasil pengolahan data hujan adalah sebagai berikut : Tabel 3. 2 Data Hujan Lengkap Dari data di atas dapat dihitung parameter-parameter distribusi diantaranya :
1. Deviasi Standar (S) S = n = 10 Tabel 3. 3 Perhitungan Standar Deviasi 2. Koefisien Variasi (Cv) Cv = Tabel 3. 4 Perhitungan Koefisien Variasi 3. Koefisien Kemencengan (Cs) Cs = n = 10
Tabel 3. 5 Perhitungan Koefisien Kemencengan 4. Koefisien Kurtosis (Ck) Ck = n = 10 Tabel 3. 6 Perhitungan Koefisien Kurtosis
Pada perhitungan-perhitungan selanjutnya, data hujan yang digunakan adalah data hujan stasiun ITB. 3.3 Analisis Distribusi Frekuensi Data hujan stasiun ITB yang telah lengkap selanjutnya akan digunakan untuk menghitung curah hujan rencana. Oleh karena itu dibutuhkan distribusi yang tepat untuk menentukan curah hujan rencana yang baik. Jenis distribusi ditetapkan berdasarkan tabel berikut. Tabel 3. 7 Karakteristik Distribusi No Distribution Characteristic 1 Normal Cs = 0, Ck = 3 2 Log Normal Cs = 3Cv 3 Gumbel Cs = 1.1396, Ck = 5.4002 4 Log Pearson III Flexible Dari tabel di atas, maka ditetapkan dsitribusi yang dipakai pada data curah hujan tugas besar ini adalah distribusi Log Pearson III. Berikut tabel distribusi Log Pearson III. Tabel 3. 8 Perhitungan Distribusi Log Pearson Tipe III 3.4 Debit Banjir Dengan distribusi Log Pearson III, curah hujan banjir periode ulang 2, 10, 25, 50, 100, dan 200 dapat ditentukan dengan rumus berikut : log x Tr = (log x)rata-rata + S log K Tr Hasil perhitungan Debit Banjir disajikan dalam tabel berikut :
Tabel 3. 9 Perhitungan Debit Banjir 3.5 Intensity Duration Curve (IDC) Untuk menggambar kurva IDC, kami menggunakan rumus Mononobe. Alasan dipilihnya Mononobe. 24 ( ) Keterangan: I t = Intensitas curah hujan (mm/jam) = Lamanya curah hujan (jam) R 24 = Curah hujan maksimum dalam 24 jam (mm) = X Tr Tabel 3. 10 Perhitungan Intensitas Banjir
Intensitas Intensitas Banjir 600.00 500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00 0 100 200 300 400 t (menit) Tr = 2 Tr = 10 Tr = 25 Tr = 50 Tr = 100 Tr = 200 Gambar 3. 1 Kurva Intensitas Banjir (Intensity Duration Curve (IDC))
BAB IV PENGOLAHAN DEBIT BANJIR 4.1 Teori Dasar Dalam hidrologi, analisa debit dilakukan untuk memperoleh debit banjir rencana atau debit andalan rencana. Debit banjir rencana diperlukan untuk memperhitungkan tingkat kemanan bangunan yang ingin direncanakan, dalam hal ini tinggi rendahnya tingkat keamanan yang diinginkan ditujukan dengan besar kecilnya periode ulang yang dipakai. Debit andalan rencana diperlukan untuk memperhitungkan tingkat kepercayaan yang dapat dipegang dalam merencanakan fasilitas suplai air. Pengolahan debit memiliki beberapa metode diantaranya: a. Analisa debit berdasarkan pengukuran b. Analisa debit berdasarkan metode sintetis Pada umumnya analisis debit digunakan metode yang kedua karena lebih mudah dilakukan dibanding metode yang pertama. Analisa debit berdasarkan metode debit sintetis dikembangkan untuk menghitung debit banjir berdasarkan data karakteristik DAS yang mempengaruhi interaksi antara hujan-das-runoff. Debit yang akan dihitung dipengaruhi beberapa hal yaitu : a. Koefisien Runoff Koefisien runoff menggambarkan rasio antara volume air hujan dan volume air akibat direct runoff. b. Waktu konsentrasi Waktu konsentrasi merupakan waktu terlama yangdibutuhkan oleh air hujan yang telah jatuh diatas DAS untuk mencapai titik outlet. Waktu konsentrasi dibedakan atas dua bagian Waktu pemasukan = waktu yang dibutuhkan air hujan untuk mengalir dari titik jatuhnya ke sistem drainase Rumus perhitungannya adalah : t { 2 3 x3,28 xlx nd } s 0,167
t = Waktu pemasukan (menit) L= Jarak dari titik jatuh hujan kedrainase S=Kemiringan lahan daerah tangkapan hujan Nd= Koefisien retardasi mendekati n Manning Formulasi ini cukup akurat untuk intensitas curah hujan sekitar 500mm/jam Waktu Pengaliran = waktu yangdibutuhkan air hujan dari titik jatuhnya disungai ketitik kontrol. Waktu pengaliran dapat diperolah dari pendekatan dengan membagi panjang upstream maksimum dari saluran drainase denga kecepatan rata-rata pada saluran tersebut. Kecepatan rata-rata dapat diperoleh dengan pengukuran langsung atau dengan metode analisis v 1 R n 2/3 I 1/ 2 V = Kecepatan aliran rata-rata (m/det) R = Jari-jari hidraulis saluran (m) I = Kemiringan enerji air n = Koefisien kekasaran manning Dengan demikian waktu pengaliran dapat didekati dengan formulasi ts L v Ts = Waktu pengaliran (det) L = Panjang saluran/sungai (m) V = Kecepatan Aliran (m/det) Setelah mendapatkan waktu konsentrasi, maka digunakan pada analisis debit digunakan metode rasional. Metode rasional merupakan pengembangan dari Q CIA
hidrograf rasional, digunakan untuk menetapkan besarnya debit banjir dalam perencanaan sarana drainase untuk tangkapan yang kecil. Q= Besarnya debit banjir maksimum C= Koefisien pengaliran I = Intensitas hujan selama waktu konsentrasi (tc) A = Luas Catchment Area 4.2 Debit Banjir Luas daerah tangkapan untuk saluran yang berada di sekitar Gedung Labtek XI adalah 1699.2 m 2 untuk atap dan untuk lahan = luas lahan total luas atap = 5051.76-1699.2 = 3352.56 m 2. C yang kami gunakan untuk menentukan debit atap dan lahan yang berupa dak beton adalah 0.8. 4.2.1 Perhitungan Debit Banjir Atap Waktu pemasukan t l akan didapatkan memalui persamaan berikut: t l 2 x3,28xlx 3 n d S 0,167 2 x3,28x37.885x 3 0.013 0.0001 0,167 131.077 detik Dengan : t l = waktu pemasukan L = panjang lintasan pemasukan (1/2 diagonal atap) =37.885 m nd = koefisien hambat, untuk beton = 0.013 S = kemiringan permukaan = 0.0001 (asumsi)
Waktu pengaliran t l akan didapatkan memalui persamaan berikut: t s L V L R n i 95.6 2 2 1 3 3 1 0.025 0.013 0.01 459.665 det ik Dengan : ts = waktu pengaliran L = panjang lintasan pengaliran (1/2 keliling atap) = 95.6 m n = koefisien hambat, untuk taman = 0.013 R = jari-jari hidrolis = luas penampang / keliling basah = 0.005 / 0.2 = 0.025 (asumsi penampang talang berbentuk segi empat dengan lebar 10 cm dan tinggi 5 cm) i = kemiringan saluran = 0.001 (asumsi) Setelah diketahui t ; dan t s maka, besarnya t c adalah: t c = t l + t s = 1.467 + 8.517 = 9,984 menit Melalui t c tersebut, maka bisa didapatkan debit pada daerah tangkapan berdasarkan intensitas yang telah dihitung pada bab 3, dengan Q = CIA, yang bisa dilihat dari tabel berikut periode (tahun) intensitas (mm/jam) debit (m 3 /s) 2 98,1802 0,0245 5 120,3640 0,0300 10 131,9831 0,0329 25 145,7108 0,0363 50 154,2329 0,0385 100 161,9643 0,0404 200 168,9929 0,0421
Debit dari lahan lain tidak diperhitungkan karena kontur pada daerah sekitar Labtek XI tidak memungkinkan air untuk masuk ke saluran drainase wilayah tersebut, air dari lahan lain tersebut akan langsung masuk ke drainase jalan raya. 4.3 Kapasitas Drainase Kapasitas drainase dapat dihitung dengan persamaan berikut: 2 3 1 1 m Q VA ( R i) A ( 0,10517 0,075)0,16036 0,75268 n 0,013 s Perbandingan debit banjir dan kapasitas drainase untuk menentukan banjir atau tidak banjir. Hasilnya dapat dilihat dari tabel berikut: 2 3 3 Periode (Tahun) QB m 3 /s QS m 3 /s ket 2 0,475516 Tidak banjir 5 0,607421 Tidak banjir 10 0,627137 Tidak banjir 0,752671439 25 0,636994 Tidak banjir 50 0,644975 Tidak banjir 100 0,652016 Tidak banjir 200 0,475516 Tidak banjir Dari tabel di atas bisa kita lihat bahwa tidak akan terjadi banjir karena drainase mampu menampung debit banjir.