EVALUASI PENGENDALIAN BANJIR SUNGAI PADANG TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan sarjana teknik sipil ZULKARNAIN 06 0404 026 Disetujui Oleh: Pembimbing Ir. BOAS HUTAGALUNG, M.SC 194706 21198003 1 00 SUBJURUSAN TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2011 i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Adapun judul dari tugas akhir ini adalah Evaluasi Pengendalian Banjir Sungai Padang. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Strata I (S1) di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Penulis hanya dapat mengucapkan terima kasih atas segala jerih payah, motivasi dan doa yang diberikan hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, terutama kepada : 1. Bapak Ir. Boas Hutagalung M.Sc selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johanes Tarigan sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil,. 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT sebagai sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera utara. 4. Bapak Ir. Sufrizal M.Eng, Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc dan Ibu Emma P. Bangun ST, M.Eng, selaku Dosen Pembanding/Penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 5. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. ii
6. Abang/Kakak pegawai Jurusan kak Lince, bang Zul, mas Bandi, bang Edi, bang Amin, bang Mail 7. Buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya, Tasman dan Rosmini yang telah memberikan motivasi, semangat dan nasehat kepada saya, adik-adik saya Muhammad Harisetiawan dan Abdul Rozak. Terima kasih atas doa yang tidak bosannya yang diberikan kepada saya. 8. Buat Dewi Astuti Mandasari Siregar, yang banyak memberikan motivasi, nasehat dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 9. Buat teman-teman seperjuangan angkatan 2006 Fauzi, Andi, Avril, Ibal, Alfi, Haikal, Anggi, Farqi, Asep, Rivan, Herry, Fahim, Ajir, Afif, Ghafar, Ucup, Tami, Radi, Atta, Khoir, Agung, Angga, Yudi ajo, Syawal, Royhan, Iky, Hanif, Tosek, Budi, Brother, Wynda, Didik, Diana, Any, Irin, Yovanka, Nurul, Ade, abangabang dan kakak senior, serta teman-teman mahasiswa/i angkatan 2006 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahamahan penulis dalam hal ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Juli 2011 Penulis ( ZULKARNAIN ) iii
ABSTRAK Penelitian ini dilakukan untuk mengevaluasi kondisi umum masalah banjir di kota Tebing Tinggi akibat seringnya air meluap di sungai Padang Kota Tebing Tinggi. Oleh karena itu dibuat salah satu solusi penanggulangan masalah banjir dengan mengevaluasi tinggi tanggul sungai Padang Tebing Tinggi. Diharapkan dengan perencanaan tinggi tanggul yang sesuai dengan debit banjir maksimum sungai Padang maka banjir yang selalu terjadi di kota Tebing Tinggi dapat diminimalisasi secara perlahan. Di dalam studi kasus tentang permasalahan banjir sungai Padang Kota Tebing Tinggi ini diawali dengan pengumpulan data primer dan sekunder yang berkenaan dengan lokasi serta inventarisasi data curah hujan dan data kondisi eksisting sungai. Selanjutnya dilakukan analisa frekuensi curah hujan dan dilakukan perhitungan debit banjir rencana dengan metode Mean Annual Flood, melchior dan haspers. Dari hasil analisa debit banjir rancangan, untuk merencanakan tanggul banjir digunakan debit banjir kala ulang 25 tahun dengan metode Mean Annual Flood Q25 = 335,792 m3/detik, sedangkan kombinasi metode Melchior-Log Pearson III Q25 = 450,197 m3/detik dan kombinasi metode Melchior-Haspers Q25 = 519,971 m3/detik, kombinasi metode Haspers-Log Pearson III Q25 = 1.280,405 m3/detik dan kombinasi Haspers-Haspers Q25 = 1.478,847 m3/detik. Hasil perhitungan dengan menggunakan standard step method menunjukkan bahwa terjadi penambahan elevasi muka air banjir yang sudah tidak mampu lagi untuk ditampung oleh sungai Padang. Berdasarkan hasil analisa permasalahan di atas maka diperlukan penambahan tinggi tanggul supaya dapat menampung debit banjir maksimum sungai Padang. Sebagai langkah tambahan penulis juga menyarankan agar dilakukan pengawasan yang ketat terhadap pemanfaatan tata guna lahan khususnya di bantaran sungai ataupun tanggul agar tidak dipakai dalam mendirikan bangunan ataupun kegiatan yang dapat merusak kelestarian sungai ataupun tanggul sungai Padang Tebing Tinggi. Kata kunci: sungai Padang, standard step method, tanggul banjir iv
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR NOTASI... xii BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1. Uraian Umum... 1 I.2. Latar Belakang... 2 I.3. Tujuan Penulisan... 3 1.4. Batasan Masalah... 3 I.5. Identifikasi Masalah... 4 I.6. Metodologi Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 II.1. Siklus Hidrologi... 6 II.2. Hujan... 7 II.2.1. Pengertian Hujan... 7 II.2.2. Durasi Hujan... 8 II.2.3. Intensitas Curah Hujan... 9 II.2.4. Waktu Konsentrasi... 10 II.2.5. Analisa Data Curah hujan... 11 v
II.2.5.1. Curah Hujan Areal... 11 A. Cara tinggi rata-rata... 11 B. Cara polygon Thiessen... 12 C. Cara Isohyet... 13 II.2.5.2. Distribusi Frekuensi Curah Hujan... 15 A. Distribusi Normal... 15 B. Distribusi Log Normal... 16 C. Distribusi Gumbel... 16 D. Distribusi Log Person III... 17 II.3. Analisa Debit Banjir... 30 A. Metode Haspers... 18 B. Metode Melchior... 19 C. Metode Mean Annual Flood ( MAF )... 19 II.4. Perhitungan Profil Aliran... 21 II.4.1. Metode Integrasi Grafis... 21 II.4.2. Metode Tahapan Langsung... 22 II.4.3. Metode Tahapan Standar... 23 II.5. Tanggul... 25 II.5.1. Perencanaan Struktural Tanggul... 25 II.5.2. Pemeliharaan Tanggul dan Penanggulangan Banjir... 26 II.5.3. Pengaruh Tanggul Terhadap Duga Muka Air Sungai... 27 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 29 III.1. Lokasi Studi Penelitian... 29 III.2. Inventarisasi Data Stasiun Curah Hujan... 30 vi
III.3. Perhitungan Curah Hujan Rencana... 30 A. Parameter statistik sebaran normal... 30 B. Parameter statistik sebaran logaritmatik... 31 III.4. Analisa Debit Banjir... 33 III.4.1 Metode Empiris... 33 A. Metode Haspers... 34 B. Metode Melchior... 34 C. Metode Mean Annual Flood ( MAF )... 35 III.5 Perhitungan Tinggi Muka Air Rencana... 36 III.6 Perencanaan Tanggul... 38 III.6.1 Tinggi Tanggul... 39 BAB IV ANALISIS PEMBAHASAN... 40 IV.1. Analisa Data Curah Hujan... 40 IV.1.1 Analisa Curah Hujan Metode Thiessen... 44 IV.2. Penentuan Pola Distribusi Hujan... 46 A. Parameter statistik sebaran normal... 47 B. Parameter statistik sebaran logaritmatik... 49 IV.3 Perhitungan Curah Hujan Rencana... 52 IV.3.1. Perhitungan Curah Hujan Rencana dengan Metode Log- Pearson Type III... 52 IV. 3.1.1. Perhitungan Logaritma Hujan Rencana... 53 IV.3.2. Perhitungan Curah Hujan Rencana Metode Haspers... 54 IV.4. Perhitungan Debit Banjir... 57 vii
IV.4.1. Perhitungan Debit Banjir Rencana Metode Haspers... 58 A. Sungai Padang... 58 B. Sungai Sibarau... 61 C. Sungai Kelembah... 65 D. Sungai Bahilang... 68 IV.4.2. Perhitungan Debit Banjir Rencana Metode MAF... 72 A. Sungai Padang... 72 B. Sungai Sibarau... 74 C. Sungai Kelembah... 76 D. Sungai Bahilang... 77 IV.4.3. Perhitungan Debit Banjir Rencana Metode Melchior... 79 A. Sungai Padang... 79 B. Sungai Sibarau... 84 C. Sungai Kelembah... 88 D. Sungai Bahilang... 93 IV.5. Perhitungan Tinggi Elevasi Muka Air Banjir... 100 IV.6 Perencanaan Tinggi Tanggul... 105 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 110 V.1 Kesimpulan... 110 V.2 Saran... 110 DAFTAR PUSTAKA... 111 LAMPIRAN viii
DAFTAR TABEL Tabel Uraian Hal 2.1 Faktor Reduksi AFR 20 2.2 Grown Factor 20 3.1 Kesesuaian Data Curah Hujan Terhadap Jenis Sebaran 32 3.2 Faktor Reduksi AFR 36 3.3 Grown Factor 36 4.1. Data Curah Hujan Harian Maksimum Stasiun Kebun Rambutan 41 4.2. Data Curah Hujan Harian Maksimum Stasiun Kebun Pabatu 42 4.3. Data Curah Hujan Harian Maksimum Stasiun Gunung Pamela 43 4.4. Luasan Poligon Thiessen 44 4.5. Curah Hujan Rata-rata Harian Maksimum Metode Poligon Thiessen 45 4.6. Urutan Peringkat Curah Hujan Harian Maksimum Rata-Rata Metode Poligon Thiessen. 46 4.7. Parameter Statistik dengan Sebaran Normal 47 4.8. Parameter Statistik dengan Sebaran Logaritmatik 49 4.9. Kesesuaian Data Curah Hujan Terhadap Jenis Sebaran 51 4.10. Harga k untuk Distribusi Log Pearson III 52 ix
4.11. Nilai K Untuk Harga Cs = 0,084 53 4.12. Ringkasan Hujan Rancangan Periode Ulang 2, 5, 10, 25 Tahun Metode Log Pearson III 54 4.13. Standar Variabel ( ) 55 4.14. Tabel Perhitungan Curah Hujan Rencana Metode Haspers 55 4.15. Ringkasan Hujan Rancangan Periode Ulang 2, 5, 10, 25 Tahun Metode Haspers 57 4.16. Ringkasan Hujan Rancangan Periode Ulang 2, 5, 10, 25 Tahun Metode Log Pearson III dan metode Haspers 57 4.17. Ringkasan debit banjir sungai Padang metode Haspers-Haspers 60 4.18. Ringkasan debit banjir sungai Padang metode Haspers- Log Pearson III 61 4.19. Ringkasan debit banjir sungai Sibarau metode Haspers-Haspers 64 4.20. Ringkasan debit banjir sungai Sibarau metode Haspers -Log Pearson III 65 4.21. Ringkasan debit banjir sungai Kelembah metode Haspers-Haspers 67 4.22. Ringkasan debit banjir sungai Kelembah metode Haspers -Log Pearson III 68 4.23. Ringkasan debit banjir sungai Bahilang metode Haspers-Haspers 71 x
4.24. Ringkasan debit banjir sungai Bahilang metode Haspers -Log Pearson III 72 4.25. Data curah hujan maksimum rata-rata setiap stasiun 72 4.26. Grown Factor 74 4.27. Hubungan F dengan I 1 80 4.28. Ringkasan debit banjir sungai metode MAF 98 4.29. Ringkasan debit banjir sungai metode Melchior - Log Pearson III 98 4.30 Ringkasan debit banjir sungai metode Melchior-Haspers 98 4.31. Ringkasan debit banjir sungai metode Haspers- Log Pearson III 99 4.32. Ringkasan debit banjir sungai metode Haspers-Haspers 99 4.33. Perbandingan debit banjir ( Q 25 ) hasil evaluasi dengan debit banjir master plan pengendalian banjir Kota Tebing Tinggi 99 4.34. Perhitungan Tinggi Energi (H 1 ) dengan Metode Tahapan Standar 103 4.35. Tinggi Jagaan Standard Tanggul 105 4.36. Perencanaan tinggi tanggul 105 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar Uraian Hal 2.1 Siklus Hidrologi 7 2.2 DAS dengan tinggi rata-rata 12 2.3 DAS dengan perhitungan curah hujan poligon Thiessen 13 2.4 DAS dengan perhitungan curah hujan Isohyet 14 3.1 Peta Lokasi Studi 26 3.2 Perencanaan Tinggi Tanggul 35 4.1 Pembagian stasioning sungai Padang 95 4.2 Gambaran besar debit di setiap sungai 97 4.3 potongan melintang sungai eksisting, lebar sungai 50 m 105 xii
DAFTAR NOTASI A = luas daerah pengaliran B = lebar saluran C k = koefisien kurtosis C s = koefisien skewness C v = koefisien variansi d = tinggi curah hujan rata rata F = luas elips H = tinggi muka air rencana H d = tinggi tanggul rencana H f = tinggi jagaan i = intensitas curah hujan K = faktor frekuensi yang merupakan fungsi dari periode ulang L = panjang sungai P = keliling basah sungai Q max = debit banjir maksimum R = jari-jari hidrolis sungai xiii
Rt = curah hujan periode ulang S = kemiringan sungai S f = kemiringan gesek S x = simpangan baku t c = waktu konsentrasi v = kecepatan aliran sungai X r X T = nilai rerata curah hujan = besarnya curah hujan rancangan untuk periode ulang pada T tahun y = kedalaman aliran Z = tinggi muka air pada penampang melintang = koefisien pengaliran β = koefisien reduksi = standar variabel xiv