7

BAB II

TINJAUAN KEPUSTAKAAN

2.1 Sistem Polder

Sistem polder adalah suatu cara penanganan banjir dengan kelengkapan

bangunan sarana fisik, yang meliputi saluran drainase, kolam retensi, pompa air, yang

dikendalikan sebagai satu kesatuan pengelolaan. Dengan sistem polder, maka lokasi

rawan banjir akan dibatasi dengan jelas, sehingga elevasi muka air, debit dan volume air

yang harus dikeluarkan dari sistem dapat dikendalikan. Oleh karena itu, sistem polder

disebut juga sebagai sistem drainase yang terkendali.

Sistem ini dipakai untuk daerah-daerah rendah dan daerah yang berupa

cekungan, ketika air tidak dapat mengalir secara gravitasi. Agar daerah ini tidak

tergenang, maka dibuat saluran yang mengelilingi cekungan. Air yang tertangkap dalam

daerah cekungan itu sendiri ditampung di dalam suatu waduk, dan selanjutnya dipompa

ke kolam tampungan.

Sumber: Laporan Akhir Pengendalian Polder Pantai Indah Kapuk, Puslitbang SDA 2005

Gambar 2.1 Sketsa tipikal sistem polder

8

2.2 Karakteristik Sistem Polder

Polder adalah suatu kawasan yang didesain sedemikian rupa dan dibatasi dengan

tanggul sehingga limpasan air yang berasal dari luar kawasan tidak dapat masuk.

Dengan demikian hanya aliran permukaan atau kelebihan air yang berasal dari kawasan

itu sendiri yang akan dikelola oleh sistem polder. Di dalam polder tidak ada aliran

permukaan bebas seperti pada daerah tangkapan air alamiah, akan tetapi dilengkapi

dengan bangunan pengendali pada pembuangannya dengan penguras atau pompa yang

berfungsi mengendalikan kelebihan air. Muka air di dalam sistem polder tidak

bergantung pada permukaan air di daerah sekitarnya karena polder mempergunakan

tanggul dalam operasionalnya sehingga air dari luar kawasan tidak dapat masuk ke

dalam sistem polder.

2.3 Fungsi Polder

Pada awalnya polder dibuat untuk kepentingan pertanian. Tetapi beberapa

dekade belakangan ini sistem polder juga diterapkan untuk kepentingan pengembangan

industri, permukiman, fasilitas umum serta untuk kepentingan lainnya dengan alasan

keamanan.

Fungsi utama polder adalah sebagai pengendali muka air di dalam sistem polder

tersebut. Untuk kepentingan permukiman, muka air di dalam Sistem dikendalikan

supaya tidak terjadi banjir/genangan. Air di dalam sistem dikendalikan sedemikian rupa

sehingga jika terdapat kelebihan air yang dapat menyebabkan banjir, maka kelebihan air

itu dipompa keluar sistem polder.

9

2.4 Elemen-elemen Sistem Polder

Sistem polder terdiri dari jaringan drainase, tanggul, kolam retensi dan badan

pompa. Keempat elemen sistem polder harus direncanakan secara integral, sehingga

dapat bekerja secara optimal.

2.4.1 Jaringan Drainase

Drainase adalah istilah yang digunakan untuk sistem penanganan kelebihan air.

Khusus istilah drainase perkotaan, kelebihan air yang dimaksud adalah air yang berasal

dari air hujan. Kelebihan air hujan pada suatu daerah, dapat menimbulkan masalah yaitu

banjir atau genangan air, sehingga diperlukan adanya saluran drainase yang berfungsi

menampung air hujan dan kemudian mengalirkan air hujan tersebut menuju kolam

penampungan. Dari kolam penampungan tersebut, untuk mengendalikan elevasi muka

air, kelebihan air tersebut harus dibuang melalui pemompaan.

Pada suatu sistem drainase perkotaan terdapat jaringan saluran drainase yang

merupakan sarana drainase lateral berupa pipa, saluran tertutup dan saluran terbuka.

Berdasarkan cara kerjanya saluran drainase terbagi dalam beberapa jenis, yaitu saluran

pemotong, saluran pengumpul dan asaluran pembawa.

a. Saluran Pemotong (interceptor) adalah saluran yang berfungsi sebagai pencegah

terjadinya pembebanan aliran dari suatu daerah terhadap daerah lain di bawahnya.

Saluran ini biasanya dibangun dan diletakkan pada bagian yang relatif sejajar dengan

bangunan kontur.

b. Saluran Pengumpul (collector) adalah saluran yang berfungsi sebagai pengumpul

debit yang diperoleh dari saluran drainase yang lebih kecil dan akhirnya akan dibuang ke

saluran pembawa. Letak saluran pembawa ini di bagian terendah lembah ini suatu

10

daerah sehingga secara efektif dapat berfungsi sebagai pengumpul dari anak cabang

saluran yang ada.

c. Saluran Pembawa (conveyor). adalah saluran yang berfungsi sebagai pembawa

air buangan dari suatu daerah ke lokasi pembuangan tanpa membahayakan daerah yang

dilalui. Sebagai contoh adalah saluran banjir kanal atau sudetan-sudetan atau saluran by

pass yang bekerja khusus hanya mengalirkan air secara cepat sampai ke lokasi

pembuangan.

Untuk menjamin berfungsinya saluran drainase secara baik, diperlukan bangunan-

bangunan pelengkap di tempat-tempat tertentu. Jenis bangunan pelengkap itu adalah :

a. Bangunan Silang; misalnya gorong-gorong atau siphon

b. Bangunan Pintu Air ; misalnya pintu geser atau pintu otomatis

c. Bangunan peresap (infiltrasi ) misalnya sumur resapan

Semua bangunan yang disebutkan di atas tidak selalu harus ada pada setiap

jaringan drainase. Keberadaannya tergantung pada kebutuhan setempat yang biasanya

dipengaruhi oleh fungsi saluran, tuntutan akan kesempurnaan jaringannya, dan kondisi

lingkungan. Gambar ilustrasi mengenai jaringan drainase dalam sistem polder dapat

dilihat pada Gambar 2.2.

(Basic concepts of polders, Prof.dr.E.Schultz)

Gambar 2.2 Skema jaringan drainase pada sistem polder

11

2.4.2 Tanggul

Tanggul merupakan suatu batas yang mengelilingi suatu badan air atau

daerah/wilayah tertentu dengan elevasi yang lebih tinggi daripada elevasi di sekitar

kawasan tersebut, yang bertujuan untuk melindungi kawasan tersebut dari limpasan air

yang berasal dari luar kawasan. Dalam bidang perairan, laut dan badan air merupakan

daerah yang memerlukan tanggul sebagai pelindung di sekitarnya. Jenis – jenis tanggul,

antara lain : tanggul alamiah, tanggul timbunan, tanggul beton dan tanggul infrastruktur.

Tanggul alamiah yaitu tanggul yang sudah terbentuk secara alamiah dari

bentukan tanah dengan sendirinya. Contohnya bantaran sungai di pinggiran sungai

secara memanjang. Tanggul timbunan adalah tanggul yang sengaja dibuat dengan

menimbun tanah atau material lainnya, di pinggiran wilayah. Contohnya tanggul

timbunan batuan di sepanjang pinggiran laut. Tanggul beton merupakan tanggul yang

sengaja dibangun dari campuran perkerasan beton agar berdiri dengan kokoh dan kuat.

Contohnya tanggul bendung, dinding penahan tanah ( DPT ).

Tanggul infrastruktur merupakan sebuah struktur yang didesain dan dibangun

secara kuat dalam periode waktu yang lama dengan perbaikan dan pemeliharaan secara

terus menerus, sehingga seringkali dapat difungsikan sebagai sebuah tanggul, misal jalan

raya.

2.4.3 Kolam Retensi

Kolam retensi merupakan suatu cekungan atau kolam yang dapat menampung

atau meresapkan air didalamnya, tergantung dari jenis bahan pelapis dinding dan dasar

kolam. Kolam retensi dapat dibagi menjadi 2 macam, yaitu kolam alami dan kolam non

alami.

12

Kolam alami yaitu kolam retensi yang berupa cekungan atau lahan resapan yang

sudah terdapat secara alami dan dapat dimanfaatkan baik pada kondisi aslinya atau

dilakukan penyesuaian. Pada umumnya perencanaan kolam jenis ini memadukan fungsi

sebagai kolam penyimpanan air dan penggunaan oleh masyarakat dan kondisi

lingkungan sekitarnya. Kolam jenis alami ini selain berfungsi sebagai tempat

penyimpanan, juga dapat meresapkan pada lahan atau kolam yang pervious, misalnya

lapangan sepak bola ( yang tertutup oleh rumput ), danau alami, seperti yang terdapat

di taman rekreasi dan kolam rawa

Kolam non alami yaitu kolam retensi yang dibuat sengaja didesain dengan

bentuk dan kapasitas tertentu pada lokasi yang telah direncanakan sebelumnya dengan

lapisan bahan material yang kaku, seperti beton. Pada kolam jenis ini air yang masuk ke

dalam inlet harus dapat menampung air sesuai dengan kapasitas yang telah direncanakan

sehingga dapat mengurangi debit banjir puncak (peak flow) pada saat over flow,

sehingga kolam berfungsi sebagai tempat mengurangi debit banjir dikarenakan adanya

penambahan waktu kosentrasi air untuk mengalir dipermukaan. Kapasitas kolam retensi

yang dapat menampung volume air pada saat debit banjir puncak, dihitung dengan

persamaan umum seperti di bawah ini :

V = ∫t

0

(Q in – Q out) dt (2.1)

Dengan : V = volume kolam

t = waktu awal air masuk ke dalam inlet

t0 = waktu air keluar dari outflow

Qin = debit inflow

Qout = debit outflow

13

2.4.4 Stasiun Pompa

Di dalam stasiun pompa terdapat pompa yang digunakan untuk mengeluarkan air

yang sudah terkumpul dalam kolam retensi atau junction jaringan drainase ke luar

cakupan area. Prinsip dasar kerja pompa adalah menghisap air dengan menggunakan

sumber tenaga, baik itu listrik atau diesel/solar. Air dapat dibuang langsung ke laut atau

sungai/banjir kanal yang bagian hilirnya akan bermuara di laut. Biasanya pompa

digunakan pada suatu daerah dengan dataran rendah atau keadaan topografi atau kontur

yang cukup datar, sehingga saluran-saluran yang ada tidak mampu mengalir secara

gravitasi. Jumlah dan kapasitas pompa yang disediakan di dalam stasiun pompa harus

disesuaikan dengan volume layanan air yang harus dikeluarkan. Pompa yang

menggunakan tenaga listrik, disebut dengan pompa jenis sentrifugal, sedangkan pompa

yang menggunakan tenaga diesel dengan bahan bakar solar adalah pompa submersible.

2.5 Drainase Perkotaan

Dalam bidang teknik sipil, drainase secara umum dapat didefinisikan sebagai

suatu tindakan teknis untuk mengurangi kelebihan air, baik yang berasal dari air hujan,

rembesan, maupun kelebihan air irigasi dari suatu kawasan atau lahan, sehingga fungsi

kawasan tersebut tidak terganggu. Drainase sering diabaikan dan seringkali

direncanakan seolah-olah bukan pekerjaan yang penting. Pekerjaan drainase merupakan

pekerjaan yang rumit dan kompleks. Memerlukan biaya, tenaga, dan waktu yang lebih

besar dibandingkan dengan pekerjaan pengendalian banjir.

Saat ini drainase sudah menjadi salah satu infrastruktur perkotaan yan sangat

penting. Kualitas manajemen suatu kota dapat dilihat dari kualitas sistem drainase yang

ada. Sistem drainase yang baik dapat membebaskan kota dari genangan air. Genangan

14

air yang menyebabkan lingkungan yang tidak sehat. Menjadi sarang nyamuk, sumber

penyakit, sehingga menurunkan kualitas lingkungan dan kesehatan masyarakat.

2.5.1 Drainase Jalan Raya

Salah satu aspek terpenting dalam perencanaan jalan raya adalah melindungi

jalan dari air permukaan tanah dan air tanah. Genangan air di permukaan jalan

memperlambat kendaraan dan memberikan andil terjadinya kecelakaan akibat

terganggunya pandangan oleh cipratan dan semprotan air. Jika air memasuki struktur

jalan, perkerasan dan tanah dasar menjadi lemah, dan hal ini akan mengakibatkan

konstruksi jalan lebih peka terhadap kerusakan akibat lalu lintas.

Sampai saat ini, faktor drainase jalan belum mendapatkan perhatian yang cukup

dari para ahli jalan. Terdapat kesalahan persepsi bahwa sistem drainase jalan yang baik

tidak diperlukan lagi jika ketebalan didesain berdasarkan kondisi jenuh. Dengan semakin

meningkatnya beban yang diterima oleh jalan. Air dapat menyebabkan kerusakan pada

perkerasan jalan.

Berdasarkan fungsinya, drainase jalan dibedakan menjadi drainase permukaan

dan drainase bawah permukaan. Drainase permukaan ditunjukkan untuk menghilangkan

air hujan dari permukaan jalan sehingga lalu lintas dapat melaju dengan aman dan

efisien. Drainase bawah permukaan berfungsi untuk mencegah masuknya air kedalam

struktur jalan atau menangkap dan mengeluarkan air dari struktur jalan.

15

Drainase Permukaan

Sistem drainase permukaan pada jalan raya mempunyai tiga fungsi

utama, yaitu:

1. Membawa air hujan dari permukaan jalan ke pembuangan air.

2. Menampung air tanah dan air permukaan yang mengalir menuju lahan.

3. Membawa air melewati alignment jalan secara terkendali.

Dua fungsi pertama dikendalikan oleh komponen drainase memanjang,

sementara fungsi ketiga memerlukan bangunan drainase melintang, seperti

culvert, gorong-gorong, dan jembatan.

Drainase Bawah Permukan

Drainase bawah permukaan terutama berfungsi untuk menampung dan

membuang air yang masuk ke dalam struktur jalan, sehingga tidak sampai

menimbulkan kerusakan pada jalan. Pencegahan masuknya air ke dalam struktur

perkerasan memerlukan penangkap air tanah (interceptor) dan penutup

permukaan kekerasan. Pengaruh daya merusak air tanah telah mendapat

perhatian yang memadai dari para ahli jalan dengan membuat penangkap air

tanah, sedangkan pengaruh penutup permukaan untuk mencegah infiltrasi air

hujan kurang mendapatkan perhatian. Akibatnya adalah banyaknya air yang

memasuki struktur perkerasan.Untuk meminimalkan infiltrasi air permukaan ke

dalam perkerasan, diperlukan sistem drainase permukaan yang baik.

2.5.2 Drainase Pemukiman

Pada pembukaan suatu lahan pemukiman perlu disediakan tempat untuk

sarana drainase. Ketinggian tanah untuk perumahan harus cukup tinggi, untuk

16

mengantisipasi bila terjadi penurunan tanah pada rumah dan agar aliran drainase dapat

mengalir menjauhi rumah. Kemiringan lahan di daerah pemukiman harus mempunyai

kemiringan minimum 2%.

Untuk mengurangi resiko terjadinya genangan dan untuk mempertahankan tinggi

muka air tanah, di daerah perumahan diperlukan adanya sumur-sumur resapan. Beberapa

hal yang perlu dihindari pada waktu membuat sumur resapan adalah:

Sumur resapan hanya menampung air hujan saja.

Tidak membangun sumur resapan di dekan septic tank atau daerah

bekas timbunan sampah.

Tidak mengganggu kestabilan bangunan yang ada.

Tidak membangun di daerah yang tanahnya tidak stabil atau mudah

longsor.

2.6 Perencanaan Drainase Perkotaan

2.6.1 Tahapan Perencanaan Drainase Perkotaan

Dalam penanganan suatu proyek drainase diperlukan prosedur pengembangan.

Prosedur pengembangan proyek drainase perkotaan berbeda untuk setiap proyek,

bergantung pada besar kecilnya skala proyek. Namun secara garis besar tahapan siklus

proyek masih sama, yaitu:

1. Tahap Survei – Inventarisasi Data

2. Tahap Perencanaan Tata Letak Sistem Drainase

3. Tahap Perancangan Teknis

4. Tahap Pelaksanaan / Implementasi Konstruksi

5. Tahap Operasi dan Pemeliharaan

17

Perbedaan antara perencanaan dan perancangan di sini adalah jika perencanaan

menghasilkan kerangka sistem atau konsep jaringan, sedangkan perancangan

menghasilkan desain detail.

Dalam tahap perencanaan terdapat langkah-langkah yang harus dilakukan yaitu :

1. Survei Lapangan dan Pengumpulan Data

Pada tahapan survei ini dilakukan pengukuran-pengukuran, pencatatan situasi

baik jaringan beserta fasilitasnya maupun daerah-daerah genangan dan akibatnya.

Inventarisasi jaringan drainase dan fasilitasnya serta kondisi pada saat itu harus pula

dilakukan. Sebagai penunjang yang diperlukan dalam proses perencanaan saluran

drainase memerlukan data peta-peta topografi, tataguna lahan, kemampuan tanah,

luas tanah, situasi dan layout pengembangan, data dan peta sistem drainase yang ada

secara mikro dan makro, data dan peta daerah genangan, data kependudukan sosial

ekonomi, batas administrasi, data peraturan dan kewenangan, data hidrologi dan data

lain.

2. Sistem Drainase yang Ada Secara Makro dan Mikro

Studi sistem drainase yang ada secara makro dan mikro dilakukan untuk

mendapatkan konfigurasi sistem yang ada pada saat itu yang nantinya dapat

dimanfaatkan untuk rencana yang baru. Secara makro dilakukan supaya rencana

mikro tidak terlepas dari rencana keseluruhan. Jika terpisah mungkin hasil rencana

tidak optimal seperti tinggi muka air drainase pembawa lebih rendah dari tinggi

muka air dan badan sungai yang mengakibatkan air tidak dapat dialirkan.

3. Perumusan Masalah dan Penyelesaiannya

Masalah-masalah yang ada dirumuskan secara rinci dan dibuat prioritas yang

paling mendesak untuk segera ditangani. Beberapa alternatif penanganan

18

dirumuskan dan disusun sesuai dengan penyelesaian urutan prioritas masalah yang

mendesak untuk segera ditangani.

4. Penentuan Batasan Layanan Drainase

Batas layanan ditentukan berdasarkan kondisi lapangan, tata guna lahan, peta

situasi dengan mempertimbangkan prospek pengembangan, keadaan kontur tanah,

badan air, perlengkapan drainase yang telah ada, dinding tutupan dan sarana jalan

yang ada.

5. Identifikasi Daerah Layanan

Dalam upaya perencanaan sistem drainase ada tiga hal yang perlu

diidentifikasikan berkaitan dengan daerah layanan. Ketiga hal tersebut adalah

karakteristik daerah layanan, tata guna lahan, dan prospek pengembangan lahan.

6. Penentuan Tata Letak dan Pembagian Daerah Layanan

Pembagian daerah layanan sangat menentukan dimensi saluran dan fasilitasnya.

Di daerah perkotaan yang telah tertata dengan baik, pembagian daerah layanan tidak

mengalami kesulitan. Biasanya batas daerah berdasarkan jalan. Di kanan kiri jalan

biasanya ada saluran untuk mengalirkan air yang jatuh di jalan, Hal ini dimaksudkan

agar jalan dapat lebih tahan lama dari kerusakan-kerusakan yang diakibatkan oleh

hujan.

Dengan penataan tata ruang yang baik pembagian daerah layanan dapat digolongkan

menurut jenisnya:

- Daerah pemukiman

- Daerah perdagangan dan industri

- Daerah persawahan

- Daerah rawa dan hutan bakau

19

Jika daerah tidak tertata rapi, pembagian berdasarkan lokasi yang berdekatan,

dengan luas area hampir sama satu sama lain tergantung kondisi lapangan. Tata letak

jaringan dilakukan setelah daerah layanan terbagi dengan baik. Pada tahap ini

dikategorikan jenis salurannya yaitu:

- Drainase lokal dari blok-blok yang sudah dibagi sebelumnya

- Drainase pengumpul, menerima pembuangan dari beberapa drainase pengumpul

- Drainase pembawa, yang membawa air dari big collector drain ke badan air

Dalam penentuan tata letak ini juga direncanakan fasilitas drainasenya, misalnya

layout melewati saluran lain dapat digunakan talang atau sifon, dan jika melewati jalan

dapat digunakan gorong-gorong.

2.6.2 Kriteria Desain

Dalam mendesain saluran pada sistem jaringan drainase harus memenuhi

beberapa kriteria yaitu antara lain :

1. Kecepatan aliran

Hal yang dipertimbangkan dalam penentuan kecepatan aliran yang

diijinkan pada suatu saluran adalah faktor sedimentasi dan erosi/gerusan pada

saluran. Kecepatan aliran yang sangat lambat akan menyebabkan sedimen yang

terapung di air akan mengendap dan mendorong pertumbuhan tanaman air dan

ganggang. Sedangkan kecepatan aliran yang besar dan membawa sedimen

abrasif akan mengakibatkan penggerusan pada saluran, namun hal ini tergantung

pula pada bahan saluran tersebut.

Umumnya batas kecepatan minimum dan maksimum yang diijinkan adalah :

20

Vmin = 0,3 m/d

Vmax = 1,5 m/d

2. Ambang Bebas (tinggi jagaan)

Ambang bebas adalah jarak antara permukaan tertinggi saluran dengan

permukaan air pada saluran. Ambang bebas harus disediakan sebagai

kewaspadaan untuk menghadapi penimbunan sedimen, sampah dan gerakan

ombak pada saluran. Tinggi ambang bebas yang ditentukan, yaitu:

ambang bebas = 0,5 m untuk 1,0 < Q = 2,0 m3/s

ambang bebas = 0,7 m untuk 6,0 < Q = 10,0 m3/s

ambang bebas = 0,9 m untuk 15,0 < Q = 50,0 m3/s

ambang bebas = 1,2 m untuk 50,0 < Q = 150,0 m3/s

ambang bebas = 1,5 m untuk Q = 150,0 m3/s

2.6.3 Kriteria Desain Standar Debit Banjir Rencana

Upaya pengendalian banjir dengan wujud fisik dan non fisik harus mampu

melewatkan debit banjir yang besarnya lebih kecil atau sama dengan debit banjir

rencana dengan aman. Besarnya debit banjir rencana umumnya didefinisikan sebagai

besarnya debit dengan periode ulang tertentu. Prosedur standar untuk memilih debit

banjir rencana merupakan kriteria utama yang sangat dibutuhkan oleh perencana dan

teknisi sistem pengendalian banjir dalam merencanakan bangunan pengendali banjir.

Pemilihan debit banjir rencana dapat dilakukan dengan 2 metode. Metode

pertama dengan menggunakan standar debit banjir rencana yang berlaku umum di

seluruh wilayah Indonesia, yaitu debit banjir rencana dengan periode ulang minimum.

Sedangkan metode kedua, yaitu dengan menggunakan debit banjir rencana optimum

21

yang didapat dari hasil analisa kelayakan ekonomi yang sangat tergantung pada kondisi

sosial dan ekonomi suatu daerah. Periode ulang minimum untuk menentukan besarnya

debit banjir rencana pengendalian banjir, drainase perkotaan dan drainase di dataran

banjir dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Rekomendasi periode ulang minimum banjir rencana untuk proyek

pengendalian banjir

Sistem Berdasarkan: Tahap Tahap Saluran Tipe proyek pengendalian banjir Awal Akhir

Jumlah penduduk

Sungai -Proyek mendesak 5 10 -Proyek baru 10 25 Proyek peningkatan -Untuk daerah pedesaan atau perkotaan dengan Jumlah penduduk kurang dari 2 juta jiwa 25 50 -Untuk perkotaan dengan Jumlah penduduk lebih dari 2 juta jiwa 25 100 Sistem saluran -Pedesaan 2 5 drainase utama -Perkotaan dengan jumlah penduduk kurang (luas DPS > 500 ha) dari 500 ribu jiwa 5 10 -Perkotaan dengan jumlah penduduk antara 500 ribu s/d 2 juta jiwa 5 10 -Perkotaan dengan jumlah penduduk lebih besar dari 2 juta jiwa 10 25 Sistem saluran -Pedesaan 1 2 drainase sekunder -Perkotaan dengan jumlah penduduk kurang (luas DPS < 500 ha) dari 500 ribu jiwa 2 5 -Perkotaan dengan jumlah penduduk antara 500 ribu s/d 2 juta jiwa 2 5 -Perkotaan dengan jumlah penduduk lebih besar dari 2 juta jiwa 5 10 Sistem saluran pedesaan dan perkotaan 1 2 drainase tersier (luas DPS < 10 ha)

Sumber: Kriteria Desain Bangunan Pengendali Banjir, Puslitbang Sumber Daya Air

2.7 Program XP-SWMM

XP-SWMM merupakan suatu paket program model simulasi yang

mampu mengkombinasikan GIS (arcview), Auto Cad, dengan Storm Water

Management Model (SWMM), yang dapat mensimulasikan kualitas dan

22

kuantitas air, aliran permukaan air, aliran bawah permukaan dan penelusuran

aliran di saluran serta analisis masalah-masalah yang berhubungan dengan

hidrologi dan hidrolika sekaligus. GIS (Geography Information System) dan

Auto Cad digunakan untuk mempermudah proses pemasukan data dengan

digitasi peta berikut informasinya. Setelah itu digunakan simulasi dilanjutkan

dengan menggunakan paket program SWMM.

Pertama kali program ini dibuat pada tahun 1971 dan sudah mengalami

perkembangan dan modifikasi, sampai memiliki beberapa versi. SWMM

memiliki peran yang besar untuk menjadi sebuah paket program analisis

hidrologi dan hidrolika sekaligus yang paling relevan dalam aplikasi praktek

dalam dunia hidroteknik sekarang ini. Program XP SWMM ini mempunyai

kapasitas dengan tujuan untuk mendesain saluran, perencanaan dan

penggambaran masalah drainase dan masalah – masalah yang berhubungan

dengan perairan lainnya.

23

Gambar 2.3 Pemakaian Background Layer dalam XP SWMM

2.7.1 Metode Perhitungan Blok Runoff

Simpanan Cekungan

Simpanan cekungan dipergunakan untuk asumsi bahwa tidak ada aliran

permukaan yang terjadi sebelum seluruh cekungan penuh. Secara otomatis, 25 %

daerah kedap air (kecuali dinyatakan oleh pemakai) dinyatakan mempunyai

simpanan cekungan nol, untuk menstimulasikan limpasan segera.

Air pada simpanan cekungan di daerah tidak kedap, dapat habis oleh

infiltrasi. Nilai simpanan cekungan yang berbeda dapat diberikan untuk daerah

kedap pada setiap sub daerah layanan, sama halnya dengan nilai presentase

kedap air dengan simpanan cekungan no. l.

24

Aliran Permukaan (Overland Flow)

Aliran permukaan didefinisikan sebagai pergerakan air melalui

permukaan tanah sebelum dan sesudah mencapai saluran. Meskipun berada di

dalam daerah tangkapan di daerah pedalaman/pedesaan, volume limpasan

dipengaruhi oleh curah hujan – infiltrasi – proses aliran permukaan.

Untuk lebih memahami proses konversi kejadian hujan menjadi limpasan

permukaan pada blok runoff, rumus limpasan permukaan yang digunakan dapat

dijabarkan secara singkat sebagai berikut.

Rainfall – ( infiltrasi + evaporasi ) = overland (2.2)

Besarnya debit aliran permukaan pada pemodelan SWMM Blok Runoff

dihitung dengan konsep nonlinear reservoir. Teknik nonlinier reservoir ini

merupakan gabungan persamaan Continuity Lumped dengan persamaan Manning

untuk aliran permukaan.

Beberapa parameter yang diperlukan dapat dilihat pada Gambar 2.3 di dalam

sebuah daerah tangkapan “reservoir” dengan memperlihatkan hubungan antara

aliran yang masuk (inflow) dan aliran yang keluar (outflow), atau kehilangan.

( Wayne C.Huber, October 1992)

Gambar 2.4 Konsep Nonlinear dari Subcatchment Blok Runoff

25

Infiltrasi

Persamaan Green-Ampt telah dikembangkan untuk meresapkan kelebihan air

pada permukaan. Persamaan yang digunakan adalah:

Untuk F < Fs

Untuk i > Ks, f = i dan tidak ada perhitungan untuk i ≤ Ks

(2.13)

Untuk F ≥ Fs

(2.14)

(2.15)

Dengan : f = laju infiltrasi (ft/detik)

fp = kapasitas infiltrasi (ft/s)

i = intensitas hujan (ft/s)

F = volume infiltrasi kumulatif yang terjadi (ft)

Fs = volume infiltrasi kumulatif yang dibutuhkan agar permukaan

jenuh (ft)

S = isapan kapiler rata-rata (ft)

IMD = kekurangan kelembaban awal yang terjadi (ft/ft)

Ks = konduktifitas hidraulik tanah jenuh (ft/s)

Persamaan di atas menunjukkan bahwa volume hujan yang dibutuhkan agar

permukaan jenuh tergantung pada nilai intensitas hujan yang terjadi. Untuk i> Ks, nilai

1

.

−=

s

s

KiIMDSF

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

=

FIMDSKf

ff

sp

p

.1

26

fs dihitung dan dibandingkan dengan volume hujan yang diresapkan untuk kejadian ini.

Hanya jika F ≥ Fs kondisi ini dihitung lagi dengan menggunakan persamaan kedua.

Ketika hujan yang terjadi intensitasnya kurang dan sama dengan Ks , semua

curah hujan diresapkan dan digunakan hanya untuk memperbaiki kekurangan

kelembaban awal, IMD. Kumulatif infiltrasi tidak dirubah untuk intensitas hujan yang

rendah seperti ini. (relatif terhadap konduktivitas hidraulik tanah jenuh, Ks).

Persamaan menunjukkan bahwa kapasitas infiltrasi setelah permukaan jenuh

tergantung pada volume yang diinfiltrasikan, tergantung pada laju infiltrasi pada langkah

sebelumnya. Untuk menghindari kesalahan numerik selama tahapan waktu, persamaan

Green-Ampt diintegralkan, dengan fp diganti menjadi dF/dt:

)1ln(.1)2ln(.2)12( CFCFCFCFttKs ++−+−=− (2.16)

Dengan : C = IMD . S (ft)

T = waktu (second)

1,2 = notasi awal dan akhir interval waktu

Volume infiltrasi selama tahapan waktu (t2 - t1) adalah (t2 – t1) x i jika

permukaan belum jenuh dan (F2 – F1) jika kejenuhan telah terjadi sebelumnya dan

ketersediaan air di permukaan cukup. Ketika hujan berhenti (dibawah kapasitas

infiltrasi) maka sejumlah air yang tertampung di permukaan diizinkan untuk meresap

dan menambah volume komulatif infiltrasi.

Untuk menghitung besarnya infiltrasi ini dibutuhkan 3 (tiga) parameter sebagai

masukan data, yaitu:

27

1. Suct, atau tinggi penyerapan kapiler rata-rata.

2. Hydcon, atau konduktivitas hidraulik tanah jenuh.

3. SMDMAX, atau kekurangan kelembaban awal tanah.

Tabel 2.4 Parameter Infiltrasi Green-Ampt

Jenis tanah

Nilai IMD

tanah

Nilai Suct

(cm) Konduktivitas Hidrolik K

(cm/jam)

Pasir 0,34 10,16 11,78

Lanau pasiran 0,33 20,32 2,99

Pasiran lanau 0,32 30,48 1,09

Lanau 0,31 20,32 0,34

Lempung lanau

pasiran 0,26 - 0,15

Lempung lanauan 0,24 25,4 0,1

Lempung 0,21 17,78 0,03 Sumber : EPA, SWMM Windows Interface User's Manual, 1998

Gambar 2.5 Pemakaian Metode Runoff pada Program XP SWM

28

2.7.2 Metode Perhitungan Blok Hidrolik

Penelusuran Aliran

Elemen aliran pada saluran mencakup gorong-gorong dan pipa, termasuk selokan

dalam daerah tangkapan drainase perkotaan. Ketika dan setelah terjadinya hujan, aliran

tidak tunak terjadi pada elemen ini. Terdapat dua jenis pendekatan yang dapat dilakukan

dalam menyelesaikan masalah saluran aliran tak tunak, yaitu pendekatan dari segi

hidrolika. Bentukan ini berdasarkan pada konsep kolam penyimpanan atau reservoir.

Salah satu hal penerapan pendekatan yang dapat dilakukan adalah dengan

melakukan penelusuran aliran, yaitu sebuah prosedur analisis untuk mengetahui jejak

aliran air pada suatu sistem hidrologi, dengan beberapa kejadian hujan sebagai input.

Untuk hydrologic routing input I (t), output Q(t), dan tampungan (storage) S (t)

berhubungan dengan persamaan kontinuitas:

Q(t)I(t)dtds

−= (2.3)

Dari konsep nonlinier reservoir yang merupakan penggabungan dari persamaan

kontinuitas dengan Manning , maka ditetapkan rumus kontinuitas dapat ditulis untuk

sebuah area adalah :

QiAtdA

tv * −×=

∂∂

=∂∂ (2.4)

Dengan : V = A . d = volume air pada daerah layanan (m3)

d = tinggi air (m)

29

t = waktu (second)

A = luas daerah layanan ( m2 )

i*= curah hujan bersih = intensitas hujan dikurangi

evaporasi, infiltrasi, (m/s)

Q = debit aliran di saluran (m3/s)

Volume aliran permukaan per meter lebar sub daerah layanan

diperhitungkan berdasarkan persamaan Manning sebagai berikut :

21

32 sy

n1q = (2.5)

Dengan : q = debit aliran permukaan per meter lebar (m3/s/m)

n = koefisien kekasaran Manning

y = kedalaman aliran (m) = d - dp

s = kemiringan lahan (mm/mm )

Debit aliran permukaan ini dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

qwQ ×= P

W Q

Gambar 2.6 Sketsa Konversi Aliran permukaan

30

maka debit aliran dirumuskan sebagai berikut :

1/22/3 Sdp)(d )n1( WQ −= (2.6)

Dengan : Q = debit aliran permukaan (m3/s)

q = debit aliran permukaan per meter lebar (m3/s/m)

W = Lebar daerah layanan (m)

dp = tinggi depression storage (m)

s = kemiringan daerah tangkapan (m/m)

Sedangkan rumus gelombang kinematik mengasumsikan bahwa limpasan

persatuan lebar dari daerah tangkapan adalah sebagai berikut :

Persamaan Kinematic Wave :

q=+dtdA

dxdQ (2.7)

Ql = a ×Am (2.8)

Dengan: QL = Aliran per satuan lebar daerah tangkapan (m3/s)

A = Kedalaman air (m)

a, m = parameter gelombang kinematik

Dengan mensubstitusi persamaan 2.7 dan 2.8 maka di dapat

q=++dxdA 1)-m A(a.m

dtdA (2.9)

Mendapatkan nilai koefisien n dapat dihitung dengan persamaan :

5)43210( mnnnnnn ++++= (2.10)

31

Gambar 2.7 Pemakaian Metode Kinematic Wave

Tabel 2.3 Nilai Koefisien Kekasaran Manning (n) untuk Saluran

Keadaan Saluran Nilai Bahan Tanah n0 0,020 Pembentuk Batu pecah 0,025 Kerikil halus 0,024 Kerikil kasar 0,028 Derajat Sangat kecil n1 0,000 ketidakaturan Sedikit 0,005 Sedang 0,010 Besar 0,020 Variasi Betahap n2 0,000

Penampang Kadang-kadang berganti 0,005

melintang saluran Sering berganti 0,010-0,015 Efek relatif dari Dapat diabaikan n3 0,000 hambatan Kecil 0,010-0,015 Cukup 0,020-0,030 Besar 0,040-0,060 Tetumbuhan Rendah n4 0,005-0,010 Sedang 0,010-0,025 Tinggi 0,025-0,050 Sangat tinggi 0,050-0,100 Derajat kelokan Kecil m5 1,000 Cukup 1,150 Besar 1,300

Sumber : Hidrolika Saluran Terbuka, 1997 Ven Te Chow

32

Waktu Konsentrasi

Waktu konsentrasi adalah waktu yang dibutuhkan oleh air untuk bergerak dari

titik terjauh mencapai titik tertentu di hilir.

Waktu konsentrasi pada aliran permukaan adalah sebagai berikut :

=Tc ( L )1-m (2.11)

a x i*(m-1)

Dengan : Tc = waktu konsentrasi

L = panjang daerah tangkapan

i* = intensitas hujan

a, m = parameter gelombang kinematik

Nilai a dan m tergantung dari perhitungan aliran seragam pada aliran normal.

a = 1,49 x S1/2 (2.12)

n m = 5/3