7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sungai

Sungai adalah tempat-tempat dan wadah-wadah serta jaringan pengaliran air

mulai dari mata air sampai muara dengan dibatasi kanan dan kirinya sepanjang

pengalirannya oleh garis sempadan (PP No. 38 Tahun 2011, Tentang Sungai).

Sungai sebagai drainase alam mempunyai jaringan sungai dengan penampangnya,

mempunyai areal tangkapan hujan atau disebut Daerah Aliran Sungai (DAS).

Bentuk jaringan sungai sangat dipengaruhi oleh kondisi geologi, kondisi muka

bumi DAS, dan waktu sedimentasi, erosi/gerusan, pelapukan permukaan DAS,

pergerakan berupa tektonik, vulkanik, longsor lokal, dan faktor lainnya.

Berkaitan dengan perilaku sungai secara umum dapat dipahami bahwa sungai

akan mengalirkan debit air yang sering terjadi (frequent discharge) pada saluran

utamanya, sedangkan pada kondisi air banjir, pada saat saluran utamanya sudah

penuh, maka sebagian airnya akan mengalir ke daerah bantarannya, Kaitan banjir

dengan permasalahan yang menyebabkan sungai meluap, antara lain:

a. Berkurangnya luas profil pengaliran penampang basah sungai karena terjadi

pendangkalan dasar sungai oleh pengendapan bahan-bahan padat yang

terbawa air yang berasal dari erosi, longsoran tebing sungai, bahan-bahan

letusan gunung berapi, dan lain sebagainya.

8

b. Rintangan-rintangan terhadap aliran oleh batang-batang pohon yang tumbang

dan menghalang di dalam palung sungai.

c. Meningkatnya debit sungai karena penggundulan hutan-hutan atau

pembukaan tanah di daerah pengalirannya.

d. Rusaknya tanggul-tanggul oleh tanaman, tumbuh-tumbuhan, hewan dan

sebagainya.

e. Semakin tersumbatnya muara sungai karena kurang intensifnya pengerukan,

dan lain sebagainya.

2.2. Banjir

Banjir adalah setiap aliran dengan muka air yang relatif tinggi yang melampaui

tebing sungai sehingga aliran air tersebut menyebar ke dataran sungai dan

menimbulkan masalah pada manusia (Chow, 1989). Suatu genangan air tidak

dikatakan banjir apabila tidak menimbulkan masalah bagi manusia yang tinggal di

daerah genangan tersebut. Artinya, banjir terjadi apabila kapasitas air sungai telah

terlampaui dan air telah menyebar ke dataran banjir, bahkan lebih jauh yang

mengakibatkan terjadinya genangan.

Definisi lain dari istilah Banjir adalah peristiwa yang terjadi ketika aliran air yang

berlebihan merendam daratan. Diakibatkan karena keadaan alur sungai yang

belum stabil atau kapasitas nya lebih kecil dari volume air yang melimpas, bahkan

ada beberapa alur yang dipersempit, pendangkalan dasar sungai dan kelongsoran

tebing sungai, hal ini mengakibatkan berkurangnya kapasitas sungai untuk

menampung air sehinga terjadilah banjir.

9

2.3. Penyebab Banjir

Banjir sungai merupakan peningkatan debit air yang terjadi di badan sungai. Jika

debit air sungai semakin meningkat dan badan sungai tidak mampu lagi

menampung debit air, maka air sungai itu akan melimpah keluar badan sungai

(Kironoto, 2008), Menurut Kodoatie dan Sugiyanto (2002), Faktor penyebab

terjadinya banjir dapat dikelompokkan dalam 2 kategori, yaitu banjir yang

disebabkan oleh sebab-sebab alamiah dan banjir yang diakibatkan oleh tindakan

manusia. Banjir yang disebabkan oleh sebab-sebab alamiah diantaranya curah

hujan, pengaruh fisiografi, erosi dan sedimentasi, kapasitas sungai, kapasitas

drainase yang tidak memadai dan pengaruh air pasang. Sedangkan banjir yang

disebabkan oleh tindakan manusia adalah perubahan kondisi DAS, kawasan

kumuh, sampah, kerusakan bangunan pengendali banjir dan perencanaan sistem

pengendalian banjir tidak tepat.

Menurut Kodoatie dan Sjarief (2006), perubahan tata guna lahan merupakan

penyebab utama banjir dibandingkan dengan yang lainnya, dimana perubahan tata

guna lahan memberikan kontribusi dominan kepada aliran permukaan (run-off).

Hujan yang jatuh ke tanah, airnya akan menjadi aliran permukaan di atas tanah

dan sebagian meresap ke dalam tanah tergantung kondisi tanahnya. Suatu

kawasan hutan bila diubah menjadi pemukiman maka yang terjadi adalah bahwa

hutan yang bisa menahan run-off cukup besar diganti menjadi pemukiman dengan

resistensi run-off yang kecil. Akibatnya ada peningkatan aliran permukaan tanah

yang menuju sungai dan hal ini berakibat adanya peningkatan debit sungai yang

besar sehingga terjadilah banjir.

10

2.4. Analisis Hidrologi

Analisis hidrologi pada penelitian ini dimaksudkan untuk memperkirakan

besarnya debit banjir dengan kala ulang tertentu pada daerah yang diobservasi.

Debit semacam ini dikenal dengan sebutan debit banjir rancangan yang dihitung

dengan mengolah data debit harian, tetapi karena data debit harian suatu sungai

sulit didapat maka perhitungan debit rancangan dilakukan dengan mentransfer

hujan rancangan menjadi debit rancangan. Langkah perhitungan debit rancangan

dengan mentransfer hujan rancangan adalah sebagai berikut:

a. Melakukan perhitungan hujan rerata DAS

b. Melakukan perhitungan curah hujan rancangan

c. Melakukan perhitungan debit rancangan

Untuk keperluan perencanaan bangunan air, biasanya perhitungan debit rancangan

dilakukan untuk mengetahui debit puncak banjir guna mengukur dimensi

bangunan air. Tetapi untuk keperluan pengendalian banjir, perhitungan debit

rancangan dilakukan untuk mengetahui perilaku debit berdasarkan waktu. Pada

akhirnya analisis hidrologi akan diikuti dengan analisis hidrolika untuk

membandingkan besaran debit dengan kapasitas alir sungai. Dalam perhitungan

debit banjir rencana ada beberapa metode/teori pendekatan diantaranya adalah

metode weduwen, metode Rasional dan metode Nakayasu, dalam penelitian ini

menggunakan salah satu metode (Nakayasu) tanpa harus membandingkan dengan

hasil perhitungan dengan menggunakan metode yang lain. Hal karena dalam

melakukan analisis hidrolika, besaran debit banjir rencana akan digunakan sebagai

11

data input untuk mengetahui hasil pemodelan dengan mode running steady flow

dan unsteady flow.

2.5. Perhitungan Hujan Rerata DAS

Perhitungan hujan rerata DAS yang digunakan yaitu Metode Poligon. Dalam

menghitung curah hujan rerata dengan metode Thiessen, stasiun-stasiun hujan

yang ada di dalam DAS dihubungkan satu sama lain sehingga membentuk

poligon. Dari poligon-poligon tersebut akan terbentuk daerah-daerah hujan yang

diwakili oleh satu stasiun. Prosedur perhitungan curah hujan rata-rata DAS

dengan metode poligon Thiessen adalah sebagai berikut:

a. Hubungkan setiap stasiun hujan dengan garis lurus sehingga membentuk

poligon-poligon segitiga seperti pada gambar 2.1.

b. Tarik garis tegak lurus pada/dan di tengah-tengah poligon-poligon segitiga

seperti pada gambar 2.2.

c. Hitung luas masing-masing daerah hujan seperti pada gambar 2.3.

d. Hitung hujan rata-rata DAS dengan rumus:

A

A.R...A.RR nn 11

........................................................................... (1)

Dimana:

R : hujan rata-rata DAS pada suatu hari (mm).

R1,Rn : hujan yang tercatat di stasiun 1 sampai stasiun n pada hari yang

sama (mm).

n : jumlah stasiun hujan.

A1,An : luas daerah hujan 1 sampai n (km2).

A : luas total DAS (km2).

12

Untuk lebih memperjelas keterangan, berikut ini adalah contoh prosedur

pembuatan poligon 3 stasiun dan perhitungan hujan harian rata-rata di suatu DAS

dengan metode Thiessen.

Gambar 2.1. (a) Proses Pembuatan Poligon Thiessen Tahap I

(b) Proses Pembuatan Poligon Thiessen Tahap II

(c) Proses Pembuatan Poligon Thiessen Tahap III

2.6. Perhitungan Curah Hujan Rancangan

Perhitungan curah hujan rencana akan dilakukan terhadap data curah hujan harian

maksimum tahunan dan akan dihitung dengan kala ulang 2 tahun, 5 tahun, 10

tahun dan 20 tahun, Metode yang digunakan untuk melakukan analisis

distribusi/sebaran data curah hujan harian terhadap nilai rata-rata tahunannya

dalam periode ulang tertentu antara lain adalah menggunakan:

a. Distribusi Gumbel

Persamaan empiris untuk distribusi Gumbel

X = KSxX . ................................................................................ (2)

13

K = Sn

YnYT

................................................................................... (3)

YT = –

Tr

Tr 1lnln

.................................................................. (4)

untuk T 20, maka Y = ln T

Dimana:

X : nilai X untuk kala ulang tertentu

X : nilai rata-rata hitung data X

Sx : simpangan baku data X

YT : nilai reduksi data dari variabel yang diharapkan terjadi pada

Periode ulang tertentu

Yn : nilai rata-rata dari reduksi data, nilainya tergantung dari jumlah

data (n) dan dapat dilihat pada tabel 1

Sn : deviasi standar dari reduksi data, nilainya tergantung dari jumlah

data (n) dan dapat dilihat pada tabel 2

Tabel 2,1, Hubungan Reduksi Data Rata-rata (Yn) dengan Jumlah Data (n)

N Yn n Yn n Yn n Yn

10 0,4952 33 0,5388 56 0,5508 79 0,5567

11 0,4996 34 0,5396 57 0,5511 80 0,5569

12 0,5035 35 0,5402 58 0,5515 81 0,5570

13 0,5070 36 0,541 59 0,5518 82 0,5572

14 0,5100 37 0,5418 60 0,5521 83 0,5574

15 0,5128 38 0,5424 61 0,5524 84 0,5576

16 0,5157 39 0,543 62 0,5527 85 0,5578

17 0,5181 40 0,5436 63 0,553 86 0,5580

18 0,5202 41 0,5442 64 0,5533 87 0,5581

19 0,5220 42 0,5448 65 0,5535 88 0,5583

20 0,5236 43 0,5453 66 0,5538 89 0,5585

21 0,5252 44 0,5458 67 0,554 90 0,5586

22 0,5268 45 0,5463 68 0,5543 91 0,5587

23 0,5283 46 0,5468 69 0,5545 92 0,5589

24 0,5296 47 0,5473 70 0,5548 93 0,5591

14

N Yn n Yn n Yn n Yn

25 0,5309 48 0,5477 71 0,5550 94 0,5592

26 0,5320 49 0,5481 72 0,5552 95 0,5593

27 0,5332 50 0,5485 73 0,5555 96 0,5595

28 0,5343 51 0,5489 74 0,5557 97 0,5596

29 0,5353 52 0,5493 75 0,5559 98 0,5598

30 0,5362 53 0,5497 76 0,5561 99 0,5599

31 0,5371 54 0,5501 77 0,5563 100 0,5600

32 0,5380 55 0,5504 78 0,5565

Sumber : Triatmojo, 2008

Tabel 2,2, Hubungan antara Deviasi Standar (Sn) dan Reduksi Data dengan

Jumlah Data (n)

N Sn n Sn n Sn n Sn

10 0,9496 33 1,1226 56 1,1696 79 1,1930

11 0,9676 34 1,1255 57 1,1708 80 1,1938

12 0,9833 35 1,1285 58 1,1721 81 1,1945

13 0,9971 36 1,1313 59 1,1734 82 1,1953

14 1,0095 37 1,1339 60 1,1747 83 1,1959

15 1,0206 38 1,1363 61 1,1759 84 1,1967

16 1,0316 39 1,1388 62 1,1770 85 1,1973

17 1,0411 40 1,1413 63 1,1782 86 1,1980

18 1,0493 41 1,1436 64 1,1793 87 1,1987

19 1,0565 42 1,1458 65 1,1803 88 1,1994

20 1,0628 43 1,1480 66 1,1814 89 1,2001

21 1,0696 44 1,1499 67 1,1824 90 1,2007

22 1,0754 45 1,1519 68 1,1834 91 1,2013

23 1,0811 46 1,1538 69 1,1844 92 1,2020

24 1,0864 47 1,1557 70 1,1854 93 1,2026

25 1,0915 48 1,1574 71 1,1863 94 1,2032

26 1,0961 49 1,1590 72 1,1873 95 1,2038

27 1,1004 50 1,1607 73 1,1881 96 1,2044

28 1,1047 51 1,1623 74 1,1890 97 1,2049

29 1,1086 52 1,1638 75 1,1898 98 1,2055

30 1,1124 53 1,1658 76 1,1906 99 1,2060

31 1,1159 54 1,1667 77 1,1915 100 1,2065

32 1,1193 55 1,1681 78 1,1923

Sumber : Triatmojo, 2008

b. Distribusi Log-Pearson III

Metoda Log Pearson Type III ini mempunyai persamaan sebagai berikut:

Ln Rt = SGRiLn ............................................................................ (5)

15

RtLogeRt ............................................................................................... (6)

3

3

))(2)(1( Snn

RiLnRiLnnCs

........................................................................ (7)

4

42

))(3)(2)(1( Snnn

RiLnRiLnnCk

................................................................. (8)

1

2

n

RiLnRiLnS

........................................................................ (9)

Dimana:

Ln Ri : Logaritma hujan (dengan bilangan dasar e)

RiLn : Rerata Hujan logaritma

G : Faktor frekwensi yang merupakan fungsi dari probalilitas (periode

ulang) dan koefisien kemencengan (skewness)

Cs : Nilai Skewness

Ck : Nilai Kurtosis

S : Standart Deviasi

Rt : Curah hujan rencana pada periode ulang t

Tabel 2,3, Faktor Frekwensi (G) (Kemencengan Negatif)

Skew return period in years

Coefficient 2 5 10 25 50 100 200

CS exceedence probability

50 20 10 4 2 1 0,5

-0,1 0,017 0,846 1,270 0,716 2,000 2,252 2,482

-0,2 0,033 0,850 1,258 1,680 1,945 2,178 2,388

-0,3 0,050 0,853 1,245 1,643 1,890 2,104 2,294

-0,4 0,066 0,855 1,231 1,606 1,834 2,029 2,201

-0,5 0,083 0,856 1,216 1,567 1,777 1,955 2,108

-0,6 0,099 0,857 1,200 1,528 1,720 1,880 2,016

-0,7 0,116 0,857 1,183 1,488 1,663 1,806 1,926

-0,8 0,132 0,856 1,166 1,448 1,606 1,733 1,837

16

Skew return period in years

Coefficient 2 5 10 25 50 100 200

CS exceedence probability

50 20 10 4 2 1 0,5

-0,9 0,148 0,854 1,147 1,407 1,549 1,660 1,749

-1 0,164 0,852 1,128 1,366 1,492 1,588 1,664

-1,1 0,180 0,848 1,107 1,324 1,435 1,518 1,581

-1,2 0,195 0,844 1,086 1,282 1,379 1,449 1,501

-1,3 0,210 0,838 1,064 1,240 1,324 1,383 1,424

-1,4 0,225 0,832 1,041 1,198 1,270 1,318 1,351

-1,5 0,240 0,825 1,018 1,157 1,217 1,256 1,282

-1,6 0,254 0,817 0,994 1,116 1,166 1,197 1,216

-1,7 0,268 0,808 0,970 1,075 1,116 1,140 1,155

-1,8 0,282 0,799 0,945 1,035 1,069 1,087 1,097

-1,9 0,294 0,788 0,920 0,996 1,023 1,037 1,044

-2 0,307 0,777 0,895 0,959 0,980 0,990 0,995

-2,1 0,319 0,765 0,969 0,923 0,939 0,946 0,949

-2,2 0,330 0,752 0,844 0,888 0,900 0,905 0,907

-2,3 0,341 0,739 0,819 0,855 0,864 0,867 0,869

-2,4 0,351 0,725 0,795 0,823 0,830 0,832 0,833

-2,5 0,360 0,711 0,771 0,793 0,798 0,799 0,800

-2,6 0,368 0,696 0,747 0,764 0,768 0,769 0,769

-2,7 0,376 0,681 0,724 0,738 0,740 0,740 0,741

-2,8 0,384 0,666 0,702 0,712 0,714 0,714 0,714

-2,9 0,390 0,651 0,681 0,683 0,689 0,690 0,690

-3 0,396 0,636 0,666 0,666 0,666 0,667 0,667

Sumber : Triatmodjo, 2008

Tabel 2,4, Faktor Frekwensi (G) (kemencengan positif)

Skew return period in years

Coefficient 2 5 10 25 50 100 200

CS exceedence probability

50 20 10 4 2 1 0,5

3 -0,396 0,420 1,180 2,278 3,152 4,051 4,970

2,9 -0,390 0,440 1,195 2,277 3,134 4,013 4,909

2,8 -0,384 0,460 1,210 2,275 3,114 3,973 4,847

2,7 -0,376 0,479 1,224 2,272 3,093 3,932 4,783

2,6 -0,368 0,499 1,238 2,267 3,071 3,889 4,718

2,5 -0,360 0,518 1,250 2,262 3,048 3,845 4,652

2,4 -0,510 0,537 1,262 2,256 3,023 3,800 4,584

2,3 -0,341 0,555 1,274 2,248 2,997 3,753 4,515

2,2 -0,330 0,574 1,284 2,240 2,970 3,705 4,444

2,1 -0,319 0,592 1,294 2,230 2,942 3,656 4,372

2,0 -0,307 0,609 1,302 2,219 2,912 3,605 4,298

1,9 -0,294 0,627 1,310 2,207 2,881 3,553 4,223

17

Skew return period in years

Coefficient 2 5 10 25 50 100 200

CS exceedence probability

50 20 10 4 2 1 0,5

1,8 -0,282 0,643 1,318 2,193 2,848 3,499 4,147

1,7 -0,268 0,660 1,324 2,179 2,815 3,444 4,069

1,6 -0,254 0,675 1,329 2,163 2,780 3,388 3,990

1,5 -0,240 0,690 1,333 2,146 2,743 3,330 3,910

1,4 -0,225 0,705 1,337 2,128 2,706 3,271 3,828

1,3 -0,210 0,719 1,339 2,108 2,666 3,211 3,745

1,2 -0,195 0,732 1,340 2,087 2,626 3,149 3,661

1,1 -0,180 0,745 1,341 2,066 2,585 3,087 3,575

1,0 -0,164 0,758 1,340 2,043 2,542 3,022 3,489

0,9 -0,148 0,769 1,339 2,018 2,498 2,957 3,401

0,8 -0,132 0,780 1,336 1,993 2,453 2,891 3,312

0,7 -0,116 0,790 1,333 1,967 2,407 2,824 3,223

0,6 -0,099 0,800 1,328 1,939 2,359 2,755 3,132

0,5 -0,083 0,808 1,323 1,910 2,311 2,686 3,041

0,4 -0,066 0,816 1,317 1,880 2,261 2,615 2,949

0,3 -0,050 0,824 1,309 1,849 2,211 2,544 2,856

0,2 -0,033 0,830 1,301 1,818 2,159 2,472 2,763

0,1 -0,017 0,836 1,292 1,785 2,107 2,400 2,670

0,0 0,000 0,842 1,282 1,751 2,054 2,326 2,576

Sumber : Triatmodjo, 2008

Dalam rangka penentuan distribusi apa yang akan dipakai dalam perhitungan

hujan rancangan, perlu diketahui dulu nilai skewness (Cs) dan kurtosis (Ck) dari

data yang bersangkutan dan dihitung dengan rumus:

3

1

3

))(2)(1(

nSnn

RRinCs

................................................................................ (10)

4

1

42

))(3)(2)(1(

nSnnn

RRinCk ..................................................................... (11)

Dimana:

R : Rerata Aljabar

S : Simpangan baku

18

Cs : Koefisien skewness

Ck : Koefisien kurtosis

Xi : Data hujan harian maksimum ke i (1,2,3,……,n)

n : Jumlah data

Ketentuan yang berlaku dalam penentuan distribusi ini adalah:

a. Distribusi Gumbel

Cs = 1,1396 dan Ck = 5,4002

b. Distribusi Log Pearson III

Tidak ada sifat khas, distribusi ini bisa digunakan jika dari hasil pengujian,

ternyata harga Cs dan Ck dari data yang diuji tidak sesuai dengan sifat-sifat

khas sebaran jenis distribusi lainnya.

2.7. Perhitungan Debit Banjir Rancangan

Sebelum menghitung debit banjir rancangan maka diperlukan menghitung hujan

rancangan terlebih dahulu. Untuk keperluan pengalihragaman data hujan ke

besaran debit banjir (hidrograf banjir) dengan metode hidrograf satuan, diperlukan

data hujan jam-jaman. Distribusi hujan jam-jaman dapat diperoleh dengan

menggunakan metode mononobe. Persamaan Metode Mononobe sebagai berikut:

3

2

24

t

24

24

RI

.................................................................................................. (12)

Dimana:

R24 : Curah hujan maksimum dalam 24 jam (mm)

T : Durasi hujan (jam)

19

Selanjutnya perhitungan debit rancangan dapat dilakukan dengan beberapa

metode yaitu sebagai berikut:

a. Metode Rational

Bentuk persamaan dasar analisis debit banjir rencana (design flood) Metode

Rational adalah sebagai berikut :

V = 72

6.0

L

H

................................................................................ (13)

r = 24

R,

3/2

24

t

............................................................................ (14)

t = V

L

............................................................................................ (15)

Q = α , r , ( A / 3,6 ) ........................................................................ (16)

Dimana:

Q : debit banjir rencana periode ulang T (tahun)

t : waktu konsetrasi (jam)

R : curah hujan harian maksimum (mm)

r : intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/hari)

V : kecepatan perambatan banjir (mm/hari)

: koefesien limpasan air hujan

L : Panjang sungai (km)

H : beda tinggi antara titik terjauh dan mulut catchment (km)

b. Metode Der Weduwen

Rumus banjir Der Weduwen didasarkan pada rumus berikut :

Qn = , , qn , A ............................................................................. (17)

=

7qβ

4.11

n

............................................................................ (18)

20

= A120

A9t

1t120

............................................................................ (19)

qn = 1.45t

67.65 .

240

R n

............................................................................ (20)

t = 0,25 L Q-0,125

I-0,25

.................................................................... (21)

Dimana:

Qn : debit banjir (m3/dt) dengan periode ulang n tahun

Rn : curah hujan maksimum harian (mm/hari) dengan periode ulang n

tahun

: koefisien limpasan air hujan

: koefisien pengurangan luas untuk curah hujan di daerah aliran sungai

qn : luasan curah hujan m3/dt,km

2 dengan periode ulangan tahun

A : luas daerah aliran, km2 sampai 100 km

2

T : lamanya hujan, jam

L : panjang sungai, km

I : kemiringan sungai atau medan,

c. Metode Nakayasu

Adapun tahapan perhitungan debit banjir dengan Metode Nakayasu adalah

sebagai berikut :

1. Perhitungan distribusi hujan rencana

Distribusi hujan rencana dihitung berdasarkan rumus (12) yaitu metode

mononobe.

21

2. Waktu Konsentrasi

Waktu konsentrasi dihitung dengan rumus :

Tg = 0,4 + 0,058 L ........................................................................ (22)

3. Satuan Waktu dari Curah Hujan

Satuan waktu dari curah hujan dihitung dengan rumus :

Tr = (0,5 sampai 1 ) Tg ................................................................ (23)

4. Waktu Permulaan Banjir Sampai Puncak Hidrograf Banjir dan Debit

Puncak Banjir

a). Waktu permulaan banjir sampai puncak hidrograf banjir dihitung

dengan rumus:

Tp = Tg + 0,8 Tr ........................................................................ (24)

b). Debit puncak banjir dihitung dengan rumus:

)3,0(6,3 3,0TTp

RACQp t

............................................................. (25)

c). Debit banjir pada 0 < T < Tp

Pada saat 0 < T < Tp , kurva hidrograf banjir mempunyai bagian

lengkung naik dan debitnya dihitung dengan rumus :

4,2

Tp

TQpQa

....................................................................... (26)

d). Waktu Dari Puncak Hidrograf Banjir Sampai 0,3 Debit Puncak

Banjir Dan 0,09 Debit Puncak Banjir

1). Waktu dari puncak hidrograf banjir sampai 0,3 debit puncak

banjir dihitung dengan rumus:

T0,3 = α Tg .......................................................................... (27)

22

Pada saat Tp < T < (Tp + T0,3) ; kurva hidrograf banjir

mempunyai lengkung turun dengan debit banjir dihitung

menggunakan rumus :

3,03,01

T

TpT

d QpQ .............................................................. (28)

2). Waktu dari 0,3 debit puncak banjir sampai 0,09 debit puncak

banjir dihitung dengan rumus :

T0,09 = 1,5 T0,3 ..................................................................... (29)

Pada saat (Tp + T0,3) < T < (Tp + 2,5 T0,3) ; kurva hidrograf

banjir mempunyai lengkung turun dengan debit banjir dihitung

menggunakan rumus :

3,0

3.0

5.1

3.0

2 3,0T

TTpT

d QpQ ..................................................... (30)

3). Waktu setelah 0,09 debit puncak banjir dihitung dengan rumus :

Pada saat T > (Tp + 2,5 T0,3) ; kurva hidrograf banjir

mempunyai lengkung turun dengan debit banjir dihitung

menggunakan rumus :

3,0

3.0

2

3.0

3 3,0T

TTpT

d QpQ ..................................................... (31)

2.8. Aliran Dasar (Base Flow)

Aliran dasar (baseflow) didefinisikan sebagai aliran yang berasal dari

groundwater. Mengetahui besarnya aliran dasar menjadi salah satu hal terpenting

untuk pengembangan strategi manajemen air khususnya pada musim kering. Hal

ini karena aliran dasar (baseflow) merupakan komponen dari aliran debit yang

berkontribusi besar pada saat musim kemarau.

23

Dalam analisa hidrolgi ini, nilai baseflow perlu diketahui karena hasil perhitungan

dalam analisa debit banjir rencana dengan kala ulang tertentu belum

mengakomodir besarnya aliran yang selalu ada dalam suatu sungai, sehingga

diasumsikan sungai tersebut tidak dalam keadaan kering (kosong).

Banyak metode yang dapat digunakan dalam menentukan besarnya aliran dasar,

diantaranya adalah dengan teknik pemisahan baseflow dari hidrograf debit aliran

total dan dengan metode pendekatan yang lebih sederhana, yaitu dengan

pengamatan langsung dilapangan. Dalam analisis ini digunakan pendekatan yang

sederhana yaitu dengan menghimpun data lapangan berupa informasi ketinggian

atau kedalaman rata air di sungai disaat musim kemarau. Dari ketinggian muka air

rata rata tersebut dengan morfologi sungai pada posisi pengamatan tinggu muka

air, dapat dihitung nilai debit yang mengalir sepanjang tahun (baseflow).

2.9. Analisa Hidrolika

Analisa hidrolika dilakukan untuk mengenali dampak terjadinya banjir dan upaya

penanggulangannya, sehingga optimalisasi penampang sungai terhadap debit

banjir dapat dilakukan dengan lebih efisien dan efektif. Untuk keperluan tersebut,

maka diperlukan suatu model pendekatan atau pemodelan banjir yang dapat

mewakili permasalahan yang sedang dihadapi semirip mungkin,

Model pendekatan atau pemodelan banjir ini dapat berupa model

numerik/matematik atau model fisik.

Pada penelitian ini digunakan model numerik untuk menyelesaikan permasalahan

hidrolik. Meski hasil outputnya tidak seakurat jika digunakan model fisik tetapi

model numerik memiliki keunggulan dalam hal penghematan waktu dan tenaga.

24

Model pendekatan atau pemodelan banjir numerik/matematik yang digunakan

dalam penelitian ini dengan bantuan paket program komputer yang disebut Paket

program HEC-RAS yang dibuat dan dikembangkan oleh Hydraulic Engineering

Center, salah satu divisi dari the Institute for Water Resources (IWR), U,S, Army

Corps of Engineer. Program ini merupakan salah satu bagian dari pengembangan

Next Generation (NextGen) dari software Hydrologic Engineering.

2.10. Model Pendekatan atau Pemodelan Banjir

Untuk dapat menganalisis masalah banjir diperlukan alat bantu untuk mengenali

dampak akibat banjir dan mencari upaya penanggulanggannya (Benavides, 2001).

Salah satu alat bantu yang saat ini digunakan untuk menganalisis banjir dilakukan

dengan pemodelan hidrolika sungai adalah HEC-RAS.

HEC – RAS (River Analysis System) merupakan model hidrolika aliran satu

dimensi. Program ini adalah sebuah program yang di dalamnya terintegrasi analisa

hidrolika, dimana pengguna program dapat berinteraksi dengan sistem

menggunakan fungsi Graphic User Interface (GUI). Program ini dapat

menunjukkan perhitungan profil permukaan aliran mantap (steady), termasuk juga

aliran tidak mantap (unsteady), pergerakan sedimen dan beberapa hitungan desain

hidrolika. Dalam terminologi HEC-RAS, sebuah pengaturan file data akan

dihubungkan dengan sistem sungai. Data file dapat dikategorikan sebagai data

plan data, geometric data, steadyflow data, unsteadyflow data, sediment data dan

hydraulic design data (Institut Pertanian Bogor, 2011).

25

Selain menunjukkan profil permukaan aliran, program HEC-RAS juga dapat

digunakan untuk melakukan simulasi untuk model steady maupun unsteady flow,

menganalisis besarnya tampungan untuk kebutuhan pengaturan air, serta desain

infrastruktur bangunan air.

HEC-RAS pada intinya terdiri dari 3 (tiga) komponen analisa hidraulik 1 (satu)

dimensi (one dimensional computation) yaitu :

1. Simulasi aliran mantap satu dimensi (one dimensional steady flow).

2. Simulasi aliran tidak mantap satu dimensi (one dimensional unsteady flow)

3. Perhitungan pengangkutan pergerakan sedimen.

Diagram alir dibawah ini menunjukkan tentang cara kerja sederhana pemodelan

dengan menggunakan HEC-RAS.

Gambar 2,2, Diagram Alir Pemodelan Hidrolika dengan HEC-RAS

26

2.11. Persamaan Aliran Tidak Permanen Pada HEC-RAS

HEC-RAS membagi alur saluran menjadi tiga bagian, yaitu bantaran kiri, alur

utama dan bantaran kanan. Pada saat air di sungai naik, maka air bergerak

menyamping dan menjauhi alur utama, menggenangi bantaran dan mengisi

tampungan–tampungan yang ada di sepanjang bantaran. Seiring dengan kenaikan

muka air lebih lanjut, air di bantaran mulai mengalir ke hilir dimana aliran di

bantaran ini umumnya menempuh jarak yang lebih pendek daripada aliran di alur

utama. Karena arah utama aliran adalah sepanjang alur utama, aliran dua dimensi

ini sering dapat didekati dengan anggapan aliran satu dimensi. Kawasan genangan

di luar alur utama dapat dimodelkan sebagai kawasan tampungan yang airnya

dapat saling berpindah ke dan dari alur utama. Aliran di bantaran dapat didekati

sebagai aliran melalui alur terpisah dari alur utama (Istiarto, 2012).

Gambar 2.3 Aliran melalui alur utama dan bantaran (Sumber : Istiarto, 2012)

Berbagai cara telah dilakukan untuk memodelkan permasalahan aliran melalui

alur utama dan bantaran. Salah satu cara adalah pengabaian kapasitas angkut

bantaran dan menganggap bahwa bantaran hanya berfungsi sebagai tampungan,

Cara ini cocok untuk sungai-sungai besar yang alurnya dibatasi tanggul dan

bantarannya merupakan kawasan bervegetasi lebat atau merupakan sebuah

kawasan tampungan (off-channel storage).

27

Cara HEC-RAS memodelkan aliran di bantaran didasarkan pada metode yang

awalnya dikembangkan oleh Fread (1976) dan Smith (1978), yang kemudian

dikembangkan lebih lanjut oleh Barkau (1982), Secara garis besar, metode ini

dipaparkan di bawah ini.

Fread (1976) dan Smith (1978) mamandang aliran melalui alur utama dan melalui

bantaran sebagai dua aliran yang melewati dua tampang saluran terpisah serta

menuliskan persamaan kontinuitas dan persamaan momentum untuk masing-

masing tampang tersebut. Penyederhanaan dilakukan dengan menganggap muka

air di kedua tampang saluran pada arah lateral (tegak lurus arah aliran) datar atau

horizontal. Dengan demikian: 1) transfer momentum di antara kedua tampang

dapat diabaikan, dan 2) debit terbagi ke kedua tampang berdasarkan kapasitas

angkut (conveyance) masing-masing tampang yaitu:

.................................................................................................. (32)

Dimana:

Qc = debit aliran melalui alur utama (channel),

Q = debit total aliran,

= Kc / (Kc + Kf)

Kc = kapasitas angkut tampang alur utama,

Kf = kapasitas angkut tampang bantaran,

Dengan anggapan tersebut, maka persamaan aliran satu dimensi dapat

digabungkan menjadi satu kelompok persamaan sebagai berikut:

28

.......... (33)

Dalam kedua persamaan di atas, subskrip c mengacu pada alur utama dan subskrip

f mengacu pada bantaran. Persamaan di atas dijabarkan dengan pendekatan beda

hingga implisit dan persamaan yang diperoleh diselesaikan dengan cara iterasi

Newton-Raphson.

Barkau (1982) menyempurnakan cara penyelesaian di atas dengan menjabarkan

kedua persamaan ke dalam bentuk beda hingga yang penyelesaiannya lebih

efisien dan stabil, HEC-RAS mengadop cara ini. Detail penjabaran bentuk

persamaan beda hingga dan cara atau teknik penyelesaiannya dapat dibaca pada

buku Hydraulic Reference HEC-RAS,(Istiarto, 2012).