analisis debit banjir rencana situ lebak...

SEMINAR NASIONAL ke 8 Tahun 2013 : Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013 S 75

ANALISIS DEBIT BANJIR RENCANA SITU LEBAK WANGI, BOGOR JAWA BARAT

Edy Sriyono

Jurusan Teknik Sipil Universitas Janabadra

Jalan Tentara Rakyat Mataram 55-57 Yogyakarta 55231

Email: [email protected]

ABSTRAK

Kondisi Situ Lebak Wangi saat ini sangat memprihatinkan dimana terjadi pendangkalan akibat sedimentasi, dan

penimbunan oleh masyarakat. Hal ini diperparah lagi dengan adanya penyerobotan atas lahan situ sehingga terjadi alih fungsi

menjadi perumahan atau lahan pertanian. Berdasarkan hal-hal tersebut diatas dilaksanakan kegiatan Review Desain Situ

Lebak Wangi. Analisis banjir rencana sangat diperlukan di dalam perencanaan bangunan-bangunan sungai. Hal ini berkaitan

dengan perhitungan debit banjir rencana. Adapun tujuan analisis debit banjir rencana adalah untuk mengevaluasi besarnya

debit banjir rencana Situ Lebak Wangi pada berbagai kala ulang (2, 5, 10, 25, 50, dan 100 tahun), termasuk bentuk

hidrografnya. Nilai debit banjir ini akan menjadi input untuk evaluasi pelimpah, saluran, dan volume yang dapat tertampung

pada situ.

Debit banjir ditetapkan berdasarkan suatu analisis hubungan antara hujan dan aliran (rain fall-run off). Analisis

frekwensi dilakukan terhadap beberapa seri data hujan tahunan, untuk kemudian ditetapkan besarnya hujan rencana. Dari

nilai hujan rencana tersebut, kemudian diperkirakan nilai debit banjirnya. Analisis dilakukan dengan cara menghitung

analisis frewensi dan banjir rencana. Hitungan banjir rencana dilakukan dengan beberapa metode, yaitu: Rasional, Nakayasu,

SCS Unit Hydrograf, dan Haspers. Kemudian untuk keperluan perencanaan situ tersebut dipilih metode yang paling sesuai

untuk kala ulang tertentu.

Berdasarkan hasil analisis debit banjir rencana Situ Lebak Wangi untuk kala ulang 2, 5, 10, 25, 50, dan 100 tahun

berturut-turut adalah 6,5 m3/det; 9,3 m3/det; 11,2 m3/det; 13,8 m3/det; 15,8 m3/det; dan 18,0 m3/det. Hasil analisis ini akan

diperlukan dalam analisis pelimpah, saluran dan pengisian (volume) situ.

Kata kunci: Debit banjir, kala ulang, dan beberapa metode.

PENDAHULUAN

Situ merupakan daerah cekungan yang dapat

menampung air dan bisa juga merupakan bagian

dari sungai yang melebar. Selain berfungsi sebagai

sumber air, situ juga berfungsi sebagai pengendali

banjir, kekeringan serta berfungsi sebagai resapan

untuk meningkatkan ketersediaan air tanah. Situ

juga memiliki manfaat lain yaitu untuk perikanan,

pariwisata dan lain-lain, sehingga keberadaan situ

tersebut bila dikelola dengan baik akan dapat

memberikan nilai tambah bagi daerah sekitar. Situ

Lebak Wangi berada di Desa Pamegarsari RT

02/01, Kecamatan Parung, Kabupaten Bogor,

Propinsi Jawa Barat.

Analisis banjir rencana sangat diperlukan di

dalam perencanaan bangunan-bangunan sungai. Hal

ini berkaitan dengan perhitungan debit banjir

rencana. Apabila sudah terdapat pencatatan debit

banjir pada suatu sungai yang akan dianalisis, maka

besarnya debit banjir ditetapkan berdasarkan

analisis frekwensi dari catatan beberapa seri data

debit banjir maksimum tahunan di sungai tersebut.

Namun jika data tersebut tidak tersedia, maka debit

banjir ditetapkan berdasarkan suatu analisis

hubungan antara hujan dan aliran (rain fall-run off).

Analisis frekwensi dilakukan terhadap beberapa

seri data hujan tahunan, untuk kemudian ditetapkan

besarnya hujan rencana. Dari nilai hujan rencana

tersebut, kemudian diperkirakan nilai debit

banjirnya. Beberapa metode pendekatan yang

sering dipergunakan dalam analisis hidrologi untuk

catchment area yang kecil adalah metode rasional.

Pengambilan data hujan dilakukan dengan cara

annual maximum series, yaitu mengambil data

hujan harian maksimum pada setiap tahun untuk

setiap stasiun hujan.

METODE ANALISIS

1. Analisis Frekwensi Hujan

Harto (1993) dan Triatmodjo (2009)

menjelaskan bahwa analisis frekwensi hujan

digunakan untuk menentukan periode ulang hujan

rencana yang tertentu, yaitu menunjukkan

kemungkinan besarnya curah hujan akan tersamai

atau terlampaui selama periode waktu tertentu.

Beberapa sebaran yang akan digunakan dalam

melakukan analisis frekwensi antara lain adalah:

sebaran Normal, sebaran Log Normal, sebaran Log

Pearson III dan sebaran Gumbel. Untuk memilih

jenis sebaran yang sesuai terhadap suatu seri data

tertentu, perlu diselidiki parameter-parameter

statistiknya.

Yr =Y

N

i

S =

( )X X

N

i

i

N

1

2

1

Cv = S

Yr



Cs = N

N N SY Yi r( )( )

( )

1 2 3

3

Ck = N

N N N SY Yi r

2

4

4

1 2 3( )( )( )( )

dengan :

Yi = data hujan R24 maksimum pada tahun ke-i

Yr = rata-rata dari suatu seri data hujan

N = jumlah data hujan

S = standar deviasi

Cv = koefisien variasi

Cs = koefisien asimeteri

Ck = koefisien kurtosis

Penelitian jenis sebaran dilakukan dengan

mencocokan nilai parameter-parameter statistik

tersebut dengan syarat-syarat dari masing-masing

jenis sebaran. Adapun syarat-syarat tersebut adalah:

1). Distribusi normal:

Cs ≈ 0 dan Ck ≈ 3. Sifat lainnya: P ( X - S) =

15,87 %, P(X) = 50 %, dan P(X + S) = 84,14 %

2). Distribusi Log Normal:

Cs ≈ 3Cv, dan Cs selalu positif

3). Distribusi Gumbel:

Cs = 1,1396 dan Ck = 5,4002

4). Distribusi Log Pearson III:

Apabila data statistik tidak menunjukkan

distribusi manapun.

Untuk mengetahui kesesuaian distribusi yang

digunakan, dilakukan 2 pengujian yaitu pengujian

Smirnov Kolmogorov dan pengujian Chi Kuadrat

a) Uji Smirnov Kolmogorov

Pengujian ini dilakukan dengan membandingkan

kemungkinan untuk tiap varian dari distribusi

empiris dan distribusi teoritisnya akan terdapat

perbedaan () tertentu.

Maks = P (X) - P (Xi) < cr

dengan :

Maks = perbedaan maksimum antara data hujan

dengan garis teoritis

P (X) = probabilitas dari distribusi hujan empiris

P (Xi) = probabilitas dari distribusi hujan teoritis

cr = perbedaan maksimum yang diijinkan

Distribusi dikatakan sesuai jika dari pengujian

diperoleh harga-harga Maks lebih kecil dari cr

b) Uji Chi-Kuadrat (X2)

Pengujian ini didasarkan pada jumlah

pengamatan yang diharapkan pada pembagian

kelas, dan ditentukan terhadap jumlah data

pengamatan yang terbaca di dalam kelas

tersebut:

X2 =

22)(

crXEf

OfEf

dengan :

X2 = harga Chi-kuadrat terhitung

X cr

2= harga Chi-kuadrat kritik

Ef = frekwensi yang diharapkan

Of = frekwensi yang terbaca

Distribusi dikatakan sesuai jika dari pengujian

diperoleh harga-harga X2 lebih kecil dari X cr

2

2. Debit Banjir Rencana

a. Metode Rasional

Debit rencana metode rasional dihitung

dengan menggunakan rumus:

Q = 0,278 x C x I x A

dengan :

Q = debit puncak banjir (m3/det)

C = koefisien aliran

I = intensites hujan selama waktu tiba banjir

(mm/jam)

A = luas DPS (km2), diukur dari peta topografi

Koefisien aliran diperkirakan dengan berda-

sarkan pada tabel mononobe (Sosrodarsono dan

Takeda, 1981). Apabila tersedia data aliran koefisien

aliran dapat ditentukan dengan membandingkan

antara aliran langsung yang diakibatkan oleh hujan

pada suatu periode banjir dengan jumlah curah hujan

rata-rata pada DAS yang bersangkutan. Intensitas

hujan selama waktu tiba banjir dihitung dengan

menggunakan rumus (Loebis, 1992):

Tabel 1. Koefisien aliran menurut mononobe

Pengaliran dan sungai Kondisi

Daerah

Harga dari

C

Daerah pegunungan tersier

Daerah Pegunungan kwarter

Tanah bergelombang dan hutan

Tanah dataran yang ditanami

Persawahan yang dialiri

Sungai di daerah pegunungan

Sungai Kecil di dataran

Sungai besar yang lebih dari

setengah daerah pengalirannya

terdiri dari dataran

0,75 - 0,90

0,70 - 0,80

0,50 - 0,75

0,45 - 0,60

0,70 - 0,80

0,75 - 0,85

0,45 - 0,75

0,50 - 0,75

67,024

24

T

RI

Untuk dapat menghitung intensitas curah

hujan terlebih dahulu harus menghitung waktu tiba

banjir dengan menggunakan rumus Bayern sebagai

berikut

T = W

L (jam)

W = 72

6,0

L

H(km/jam)

dengan :

T = Waktu tiba banjir (jam)

L = panjang segmen sungai dari titik terjauh dalam

DAS sampai dengan titik yang ditinjau (m)

W = Kecepatan banjir (km/jam)

H = hujan rencana



b. Metode Nakayasu

Persamaan umum hidrograf satuan sintetik

Nakayasu adalah sebagai berikut (Soemarto, 1987),

dan dikoreksi untuk nilai waktu puncak banjir

dikalikan 0,75 dan debit puncak banjir dikalikan 1,2

untuk penyesuaian dengan kondisi di Indonesia.

Rumus dari hidrograf satuan Nakayasu adalah :

Qp =

3,0p T0,3T3,6

RoA1,2

dengan:

Qp = Debit puncak banjir (m3 / det)

Ro = Hujan satuan (mm)

TP = Tenggang waktu dari permulaan hujan sampai

puncak banjir (jam)

T0,3 = Waktu yang diperlukan oleh penurunan debit,

dari debit puncak sampai menjadi 30 % dari

debit puncak

Untuk menentukan Tp dan T0,3, digunakan

pendekatan rumus:

Tp = Tg + 0,8 Tr

T0,3 = x Tg

Untuk daerah pengaliran biasa α = 2

Untuk hidrograf dengan lengkung naik lambat dan

lengkung turun cepat α = 1.5

Untuk hidrograf naik cepat dan turun lambat α = 3

Tg adalah time lag yaitu waktu antara hujan sampai

debit puncak banjir (jam). Tg dihitung dengan

ketentuan sebagai berikut:

Sungai dengan panjang lebih dari 15 km, maka

Tg = 0,40 + 0,058 L

Sungai dengan panjang kurang dari 15 km, maka

Tg = 0,21 L 0,70

a = parameter hidrograf

tr = satuan waktu hujan (1 jam)

Persamaan hidrograf:

Pada waktu naik

t Tp : Qt =

2,4

PT

tQmaks

Pada kurva turun :

0 t (Tp + T0,3) : Qt =

3,03,0T

Tt

p

p

Q

(Tp + T0,3 (Tp + T0,3 + T0,32) :

Qt =

3,0

3,0

5,13,0

T

TTt

p

p

Q

t (Tp + T0,3 + 1,5 T0,3) : Qt =

t

pQ 3,0

c. Metode SCS Unit Hidrograf

Metode ini dikembangkan oleh U.S. Soil

Conservation Service, di daerah pertanian (Carbit,

1992) dan memberikan hasil cukup baik jika dipakai

pada daerah pengaliran yang luasnya kecil atau

sedang (10 s/d 600 km2). Hubungan antara hujan

limpasan dinyatakan dengan persamaan sebagai

berikut:

Qp =

pt

IA..08,2

Tc = 5,0

7,0

8,0

.1900

9100

..155

S

CNL

LP = 0,6 . tc

tp = Lp + D/2

T = 5 . tp

dengan :

Qp = debit puncak, (m3/dt)

A = luas daerah pengaliran, (Km2)

tP = waktu untuk mencapai puncak, (jam)

S = kemiringan lahan (%)

CN = curve number untuk kondisi lahan

L = panjang lintasan terjauh, (m)

Lp = waktu dari pusat hujan hingga debit puncak, (jam).

Te = waktu konsentrasi, (jam)

D = 0,133 Te (durasi hujan yang menghasilkan

hidrograf satuan, jam)

I = hujan yang mengakibatkan aliran permukaan,

(cm)

Nilai CN ditetapkan dengan mempertimbang-

kan kondisi hidrologis tanah, tata guna lahan dan

kemiringan topografi tanah.

Adapun besarnya hujan yang mengakibatkan

aliran langsung dihitung dengan menggunakan

persamaan berikut.

I = SP

SP

.8,0

.2,02

S = 2,54

10

1000

CN

dengan :

P = hujan selama durasi tertentu (D), (cm)

S = retensi maksimum yang mungkin terjadi, (cm)

d. Metode Haspers

Persamaan untuk menghitung debit banjir

berdasarkan persamaan:

T = 0,1.L0,8

.I-0,3

= 7,0

7,0

.075,01

.012,01

A

A

1 = 1 +

15

10.7.32

1,0

t

t t

. 12

75,0A

Qo = t

p

.6,3

P = 2)2)(260(008,01

.

tRt

Rt

untuk t < 2

jam



P = 1t

tR

untuk 2 jam < t < 19 jam

P = 0,707.R. 1t untuk 19 jam < t < 30 hari

Q = ..Qo.A

dengan :

A = Luas Das (km2).

Q = debit banjir (m3/dt)

L = panjang sungai (km).

I = kemiringan dasar sungai.

R = hujan rencana sesuai dengan periode ulang.

= koefisien run off

= koefisien reduksi.

DATA TERSEDIA

1. Data Hujan

Untuk perencanaan Situ Lebak Wangi,

dipakai data hujan dari Stasiun Kahuripan. Data

hujan harian maksimun tahunan setelah diurutkan

dari kecil ke besar dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 2. Hujan harian maksimum tahunan (mm) Stasiun Kahuripan tahun 1995 – 2009 setelah diurutkan.

66 70 71 76 80 80 83 90 104 128 147 150 160 163 172

2. Data Peta Topografi

Gambar 1. DAS Situ Lebak Wangi.

Situ Lebak Wangi mempunyai DAS seluas

96,7 Ha atau 0,97 km2, dengan panjang alur aliran

adalah 2.287 m atau 2,3 km. Perbedaan elevasi

bagian hulu dengan bagian hilir mencapai 10 m.

Kemiringan rata-rata topografi kawasan di

sekitarnya adalah 0,43%.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Analisis Frekwensi Hujan

Nilai parameter statistik data hujan adalah:

N = 15, Y rerata = 109.33, Sd = 39.29, Cv = 0.36,

Cs = 0.47, dan Ck = 2.01.

Berdasarkan nilai parameter statistik

tersebut diatas, maka distribusi hujan cenderung

mendekati ke sebaran Log Pearson III atau

distribusii normal.

Perhitungan parameter statistik data Stasiun

Kahuripan (Log Pearson III).

N = 15, LogYr = 2.013, Sd = 0,154, Cv = 0.076, Cs

= 0,285, Ck = 1.898.

Tabel 3. Pencocokan parameter statistik data hujan.

Jenis

Sebaran Syarat

Hitu

ngan

Sya

rat Ket.

Sebaran

Normal

Cs ≈ 0 0.47 0.00 Tidak

Ck ≈ 3 2.01 3.00 Tidak

Sebaran

Log

Normal

Cs ≈ 3 Cv 0.47 1.08 Tidak

Cs/Cv ≈ 3 1.31 3.00 Tidak

Sebaran

Gumbel

Cs ≈ 1,1396 0.47 1.14 Tidak

Ck ≈ 5,41 2.01 5.41 Tidak

Sebaran

Log

Person

III

yang tidak

termasuk

sebaran

diatas

Berdasarkan pengujian Smirnov Kolmogorof,

mak = 0,17 sementara kritik = 0,34 distribusi hujan

memenuhi syarat karena mak.< kritik.dan berdasarkan

pengujian Chi Square, mak = 2,13 sementara kritik.=

5,99 distribusi hujan memenuhi syarat karena

mak.< kritik.

Tabel 4. Hujan rencana (mm) di DAS Situ Lebak

Wangi

Periode Ulang (tahun)

2 5 10 20 50 100

101 138 164 198 225 253

2. Debit Banjir Rencana

a. Metode Rasional

W = 72

6,0

L

H = 72 x (0,0043)

0,6 = 2,75 km/jam

T = 0,83 jam.

I =

67,0

83,0

24

24

R= 0,395.R

C = 0,60 (sungai kecil di dataran)



0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

DE

BIT

(m

3/d

t)

Waktu (Jam)

Hidrograf Banjir Metode SCS

2 Th 5 Th 10 Th 25 Th 50 Th 100 Th

Q = 0,278 x C x I x A = 0,278 x 0,60 x 0,395.R x

0,97 = 0,064 x R

Tabel 5. Debit banjir rencana metode rasional

No. Periode Ulang R (mm) Q (m3/dt)

1 2 101 6,5

2 5 138 8,8

3 10 164 10,5

4 20 198 12,7

6 50 225 14,4

7 100 253 16,2

b. Metode Nakayasu

Parameter DAS: Luas = 0,97 km2, Panjang sungai L

= 2,3 km, a = 3, Ro = 1 mm, C = 0,75

Parameter Tg: Tg = 0,21 * (L^0,7) = 0.3762

Parameter tr: tr = 0,75* tg = 0.2822

Parameter Tp: Tp = Tg + 0.8 Tr = 0.6019

Parameter T0.3: T0.3 = a * Tg

T0.3 = 1.1286

Tp + T0.3 = 1.7306

Tp + T0.3 + 1.5 T0.3 = 3.4235

Parameter Qp (debit puncak): Qp = (k A

Ro)/(3,6*(0.3Tp+T0.3)) = 0.154

Mencari Ordinat hidrograf:

0 < t < Tp -- > 0 < t < 3,3776 -- > Qt = Q max

(t/Tp)^2.4

Tp < t < (Tp + T0.3) -- > 3,376 < t < 7,5996 -- > Qt =

Q max (0.3)^(t-Tp/(T0.3))

(Tp + T0.3) < t < (Tp + T0.3 + 1.5 T0.3) -- > 7,5996

< t < 13,9326 -- > Qt = Qmax (0.3)^((t-Tp) + 0.5

T0.3) / 1.5 T0.3)

t > (Tp + 2.5 T0.3) -- > t > 13,9326 -- > Qt = Qmax

(0.3)^((t- Tp) + 1.5 T0.3)/(2 T0.3))

Gambar 2. Hidrograf debit banjir metode Nakayasu.

c. Metode SCS Unit Hidrograf

Gambar 3. Hidrograf banjir metode SCS

d. Metode Haspers

Luas D.A.S. (Km^2) = 0.97

Panjang Alur (Km) = 2.3

Selisih elevasi (m) = 10

Debit kala ulang 2 tahunan = 11.56898 m^3/det






Rekapitulasi hasil hitungan debit banjir

rencana Situ Lebak Wangi dengan beberapa metode

beserta pemilihan debit banjir rencana, dapat dilihat

pada Tabel 7.



Tabel 6. Hidrograf banjir metode SCS

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analisis debit banjir

rencana Situ Lebak Wangi untuk kala ulang 2, 5,

10, 25, 50, dan 100 tahun berturut-turut adalah 6,5

m3/det; 9,3 m

3/det; 11,2 m

3/det; 13,8 m

3/det; 15,8

m3/det; dan 18,0 m

3/det. Hasil analisis ini akan

diperlukan dalam analisis saluran existing dan

pengisian (volume) situ.

DAFTAR PUSTAKA

Harto, S. 1993. Analisis Hidrologi. Gramedia

Pustaka Utama. Jakarta.

Loebis, J. 1992. Banjir Rencana Untuk Bangunan

Air. Penerbit Pekerjaan Umum. Jakarta.

Loftin, M. K. 2004. Standard Hanbook For Civil

Engineers (Water Resources Engineering).

McGraw-Hill.

Mawardi, E. 2007. Desain Hidraulik Bangunan

Irigasi. Penerbit Alfabeta. Bandung.

Mawardi, E. dan Memed, M. 2004. Desain

Hidraulik Bendung Tetap untuk Irigasi

Teknis. Penerbit Alfabeta. Bandung.

Triatmodjo, B. 2009. Hidrologi Terapan. Beta

Offset. Yogyakarta.

Soemarto, C.D. 1987. Hidrologi Teknik. Penerbit

Usaha Nasional. Surabaya.

Sosrodarsono, S. dan Takeda, K., 1981, Bendungan

Type Urugan. Pradnya Paramita. Jakarta.

Tanimoto, T. 1969. Revised and enlarged edition of

the hourly rainfall analysis in Java.

Tabel 7. Rekapitulasi debit banjir Situ Lebak Wangi

No. Periode ulang Rasional Nakayasu SCS Haspers Terpakai

1 2 6.5 7.5 6.5 11.5 6.5

2 5 8.8 10.3 9.3 15.8 9.3

3 10 10.5 12.2 11.2 18.8 11.2

4 25 12.7 14.8 13.8 22.7 13.8

5 50 14.4 16.8 15.8 25.8 15.8

6 100 16.2 18.9 18.0 29 18.0

analisis debit banjir rencana situ lebak...

Documents