materi drainase tugas besar

TUGAS BESAR “ PERENCANAAN DRAINASE & PENGENDALIAN BANJIR “

Nama : Rohandi S.AkubaNim : 5114 08 061

1.1 Pengertian Drainase

Drainase yang berasal dari bahasa Inggris drainage mempunyai arti, mengalirkan, menguras,

membuang atau mengalihkan air. Dalam bidang teknik sipil, drainase secara umum dapat

didefinisikan sebagai suatu tindakan teknis pengeringan tanah maupun kota yang ditujukan untuk

keamanan konstruksi bangunan, pertanian dan kesehatan lingkungan. Drainase dimaksudkan

untuk mengurangi kelebihan air, baik yang berasal dari air hujan, rembesan, maupun kelebihan air

irigasi dari atau suatu kawasan/lahan, sehingga fungsi kawasan/lahan tidak terganggu. Drainase

dapat juga diartikan sebagai usaha untuk mengontrol kualitas air tanah dalam kaitannya dengan

salinitas. Jadi drainase menyangkut tidak hanya air permukaan tapi juga air tanah .

1.2 Sistem Jaringan Drainase

Secara umum sistem drainase dapat didefinisikan sebagai serangkaian bangunan air yang

dapat berfungsi untuk mengurangi/dan atau membuang kelebihan air dari suatu kawasan atau

lahan, sehingga lahan dapat difungsikan secara optimal.

1.3 Jenis Saluran Drainase

Jenis saluran drainase berupa :

Alamiah (Natural) :

a) Air mengalir di atas tanah (run off) masuk ke selokan-selokan dan dibuang ke sungai.

b) Air hujan masuk ke dalam tanah (infiltrasi) pada tanah yang daya resapnya baik. Tanah

lempung murni (clay) sulit ditembus air.

Drainase alamiah tidak memerlukan bangunan-bangunan, selokan dan lain-lain, sehingga

biayanya murah.

Buatan (Artificial) :

Memerlukan bangunan-bangunan khusus seperti selokan-selokan pasangan batu/beton, pipa-

pipa, pompa air dan lain-lain sebagainya, sehingga biayanya mahal.

Fakultas Teknik-UNG|2011 Hal :Jurusan Teknik Sipil S1|Semester VII



1.4 Permasalahan Drainase

Akar permasalahan banjir di perkotaan berawal dari pertambahan penduduk yang sangat cepat,

urbanisasi baik musiman maupun permanen. Pertambahan penduduk tidak diimbangi dengan

penyediaan sarana dan prasarana perkotaan yang memadai mengakibatkan pemanfaatan lahan

perkotaan menjadi acak-acakan (semraut). Pemanfaatan lahan yang tidak tertib inilah yang

menyebabkan persoalan drainase di perkotaan.

Siklus Hidrologi

Air hujan yang jatuh kebumi sebagian akan mengalir sebagai ”run off” diatas permukaan tanah

dan jalan-jalan men uju ketempat-tempat yang lebih rendah, masuk kesungai, akhirnya ke laut.

Sebagaian akan meresap ke dalam tanah (infiltrasi) menjadi air tanah, sebagaian diserap tanam-

tanaman (intersepsi) sedangkan sebagian kecil menguap (evaporasi dan transpirasi).

Secara keseluruhan jumlah air diplanet bumi adalah tetap dari masa ke masa. Air dibumi

mengalami suatu siklus melalaui serangkaian peristiwa yang berlangsung secara terus menerus.

Serangkaian peristiwa tersebut sdisebut siklus hidrologi (hidrology cycle)

Gambar 2.1 Siklus Hidrologi




Air menguap dari permukaan samudera akibat energi panas matahari. Laju dan jumlah

penguapan bervariasi, terbesar terjadi di dejat equator, dimana radiasi matahari lebih kuat. Uap air

adalah murni, karena pada waktu dibawa naik ke atmosfir kandungan garam ditinggalkan. Uap air

yang dihasilkan dibawa udara yang bergerak. Dalam kondisi yang memungkinkan, uap tersebut

mengalami kondensasi dan membentuk butir-butir air yang akan jatuh kembali sebagai presipitasi

berupa hujan dan atau salju. Presipitasi ada yang jatuh di samudera, di darat dan sebagian langsung

menguap kembali sebelum mencapi permukaan bumi.

Presipitasi yang jatuh di permukaan bumi menyebar ke berbagai arah dengan beberapa cara.

Sebagian akan tertahan sementara di permukaan bumi sebagai es atau salju, atau genangan air, yang

dikenal dengan simpanan depresi. Sebagian air hujan atau lelehan salju akan mengalir ke saluran

atau sungai. Hal ini disebuat aliran limpasan permukaan. Jika permukaan tanah porous, maka

sebagian air akan meresap ke dalam tanah melalui peristiwa yang disebut infiltrasi. Sebagian lagi akan

kembali ke atmosfir melalui penguapan dan transpirasi oleh tanaman (evapotranspirasi).

Di bawah permukaan tanah, pori-pori berisi air dan udara. Daerah ini dikenal sebagai zona

kapiler (vadoze zone), atau zona aerasi. Air yang tgersimpan di zona ini`disebut kelengasan tanah (soil

moisture), atau air kapiler. Pada kondisi tertentu air dapat mengalir secara lateral pada zona kapiler,

proses ini disebut interflow. Uap air dalam zona kapiler dapat juga kembali ke permukaan tanah,

kemudian menguap.

Air yang mengalir dalam saluran atau sungai dapat berrasal dari aliran permukaan atau dari air

tanah yang merembes di dasar sungai. Konstribusi air tanah pada aliran sungau disebut aliran dasar

(baseflow), sementara total aliran disebut debit (runoff). Air yang tersimpan di waduk, danau, dan

sungai disebut air permukaan (surface water).

Dalam kaitannya dengan perencanaan drainase, komponen dalam siklus hidrologi yang

terpenting adalah aliran permukaan. Oleh karena itu , komponen inilah yang ditangani secara baik

untuk menghindari berbagi bencana, khususnya bencana banjir.




Karakteristik Hujan

Presipitasi adalah isitilah umum untuk menyatakan uap air yang mengkondensasi dan jatuh

dari atmosfir ke bumi dalam segala bentunya dalam rangkaian siklus hidrologi. Jika air yang jatuh

berbentuk cair disebut hujan (rainfall) dan jika padat disebut salju (snow).

Hujan merupakan faktor terpenting dalam analisis hidrologi. Intensitas hujan yang tinggi pada

suatu kawasan hunian yang kecil dapat mengakibatkan genangan pada jalan-jalan, tempat parkir, dan

tempat-tempat lainnya karena fasilitas drainase tidak didesain untuk mengalirkan iar akibat intensitas

hujan yang tinggi. Hujan lebat juga dapat mengakibatkan kerusakan tanaman. Sebaliknya, tidak ada

hujan untuk jangka waktu yang lama dapat berakibat mengecilnya aliran siungai dan turunnya air

waduk dan danau. Pendek kata, hujan dengan kejadian ekstrim, baik ekstrim tinggi maupun ekstrim

rendah, dapat menimbulkan bencana bagi mahluk di bumi.

Kejadian hujan dapat dipisahkan menjadi dua grup, yaitu hujan aktual dan hujan rencana.

Kejadian hujan aktual adalah rangkaian data pengukuran di stasiun hujan selama periode tertentu.

Hujan rencana adalah hyetograph hujan yang mempunyai karakteristik terpilih. Hujan rencana bukan

kejdian hujan yang diukur secara aktual dan kenyataannya, hujan yang identik dengan hujan rencana

tidak pernah dan tidak akan pernah terjadi. Namun demikian, kebanyakan hujan rencana mempunyai

karakteristik secara umum sama dengan karakteristik hujan yang terjadi pada masa lalu. Dengan

demikian, menggambarkan karakteristik umum kejadian hujan yang diharapkan terjadi pada masa

mendatang.

Karakteristik hujan yang perlu ditinjau dalam analisis dan perencanaan hidrologi meliputi :

Intensitas i, adalah laju hujan = tinggi air persatuan waktu, misalnya mm/menit, mm/jam,

atau mm/hari.

Lama waktu (durasi) t, adalah panjang waktu dimana hujan turun dalam menit atau jam.

Tinggi hujan d, adalah jumlah atau kedalaman hujan yang terjadi selama durasi hujan, dan

dinyatakan dalam ketebalan air di atas permukaan datar, dalam mm.




Frekuensi adalah frekuensi kejadian dan biasanya dinyatakan dengan kala ulang (return

period) T, misalnya sekali dalam 2 tahun.

Luas adalah luas geografis daerah sebaran hujan.

Hubungan antara intensitas, durasi dan tinggi hujan dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

d=∫0

t

dt≈∑0

t

i .Δt

Sedang intensitas rata-rata i dapat dirumuskan sebagai berikut :

i=dt

Analisis Hujan

Data hujan yang diperoleh dari penakar hujan merupakan hujan yang terjadi hanya pada satu

temisekitar kawasan tersebut n/atau dpat atau titik saja (point rainfal) . Mengingat hujan sangat

bervariasi terhadap tempat (space), maka untuk kawasan yang luas, satu alat penakar hujan belum

dapat menggambarkan hujan wilayah tersebut. Dalam hal ini diperlukan hujan kawasan yang

diperoleh dari harga rata-rata curah hujan beberapa stasiun penakar hujan yang ada di dalam

dan/atau di sekitar kawasan tersebut

Ada tiga macam cara yang umum digunakan dalam menghitung hujan rata-rata kawasan : 1)

rata-rata aljabar, 2) poligon thiessen, dan 3) Isohyet.

a. Metode Rata-rata Aljabar

Tinggi rata – rata curah hujan didapatkan dengan mengambil rata – rata hitung (arithmetic

mean) pengukuran hujan di pos – pos penakar hujan di dalam areal tersebut. Jadi

d=d1+d2+d3+.. .+dn

n=∑i=1

n d in




dengan : d = Tinggi curah hujan rata – rata

d1, d2…dn = Tinggi curah hujan pada pos penakar 1, 2, … n

n = Banyaknya pos penakar.

b. Poligon Thiessen

Cara ini berdasarkan rata – rata timbang (weight average). Masing – masing penakar

mempunyai daerah pengaruh yang dibentuk dengan menggambarkan garis – garis sumbu tegak lurus

terhadap garis penghubung diantara dua buah pos penakar (lihat gambar 2.2)

2

A2 3

1

A1 A3

4

A5 A4 A7

A6

5 6 7

Gambar 2.2 Mengukur tinggi curah hujan dengan cara polygon Thiessen

d=A1 d1+A2d2+A3d3+.. . .. .. .+An dn

n=∑i=1

n A id iA




Jika

A iA

=pi merupakan persentase luas pada pos i yang jumlahnya untuk seluruh luas adalah

100%, maka :

d=∑i=1

n

p id i

dengan A = Luas areal

d = Tinggi curah hujan rata – rata areal

d1, d2, d3…dn = Tinggi curah hujan di pos 1, 2, 3,…, n

A1, A2, A3..., An = Luas daerah pengaruh pos 1, 2,3,…, n

∑i=1

n

pi = Jumlah persentase luas = 100%

c). Cara Isohyet

Dengan cara ini, kita harus menggambarkan dulu kontur tinggi hujan yang sama (isohyet), seperti

terlihat pada gambar 2.3

10mm A3 57mm

A1 20mm 45mm A5 A6

A2 A4 42mm

36mm 51mm

do = d1 = d2 = d3 = 10mm 20mm 30mm 40mm




Gambar 2.3 Gambar kontur tinggi hujan

Kemudian luas bagian diantara isohyet – isohyet yang berdekatan diukur, dan nilai rata –

ratanya dihitung sebagai nilai rata – rata timbang nilai kontur, sebagai berikut :

d=

d0+d1

2A1+

d1+d2

2A2+. .. .+

dn−1+dn2

An

A1+A2+. .. .+An=∑i=1

n

d i−1+d i

2A i

dengan A = A1 + A2 +A3 + …. + An = Luas areal total

d = Tinggi curah hujan rata – rata areal

d0 , d1 ,. .. . , dn = Curah hujan pada isohyet 0, 1, 2, …, n

A1 , A2 ,. .. . , An = Luas bagian areal yang dibatasi oleh isohyet –

isohyet yang bersangkutan.

Analisis Frekuensi dan Probabilitas

Tujuan analisis frekuensi data hidrologi adalah berkaitan peristiwa – peristiwa ekstrim yang

berkaitan dengan frekuensi kejadiannya melalui penerapan distribusi kemungkinan.

Frekuensi hujan adalah kemungkinan suatu besaran hujan disamai atau dilampaui. Sebaliknya,

kala ulang (return period) adalah waktu hipotetik dimana hujan dengan suatu besaran tertentu akan

disamai atau dilampaui. Dalam hal ini tidak terkandung pengertian bahwa kejadian tersebut akan

berulang secara teratur setiap kala ulang tersebut.

Analisis frekuensi diperlukan seri data hujan yang diperoleh dari pos penakar hujan, baik yang

manual maupun yang otomatis. Analisis frekuensi ini didasarkan pada sifat statistik data kejadian yang

telah lalu untuk memperoleh probabilitas besaran hujan di masa yang akan dating. Dengan anggapan




bahwa sifat statistik kejadian hujan yang akan dating masih sama dengan sifat statistik kejadian masa

lalu.

Terdapat dua macam seri data yang dipergunakan dalam analisis frekuensi, yaitu :

a). Data maksimum tahunan : tiap tahun diambil satu besaran maksimum yang dianggap

berpengaruh pada analisis selanjutnya. Seri data seperti ini dikenal dengan seri data maksimum

(maximum annual series). Jumlah data dalam seri akan sama dengan panjang data yang tersedia.

Dalam cara ini, besaran data maksimum kedua dalam suatu tahun yang mungkin lebih besar dari

besaran data maksimum dalam tahun yang lain tidak diperhitungkan pengaruhnya dalam analisis,

karena dianggap kurang realistis. Apalagi perhitungan permulaan tahun hidrologi ada yang berdasar

musim dan ada pula yang mengikuti kalender masehi.

0 Tahun Hidrologi

Tahun Kalender

Puncak banjir tahunan (tahun hodrologi)

Puncak banjir sekunder yang lebih besar dari puncak tahunan.

Gambar 2.4 Kejadian – kejadian banjir seri durasi parsial dan durasi tahunan

b). Seri parsial : dengan menetapkan suatu besaran tertentu sebagai batas bawah, selanjutnya

semua besaran dan data yang lebih besar dari batas bawah tersebut diambil dan dijadikan bagian seri

data untuk kemudian dianalisis seperti biasa.

Dalam ilmu statistik dikenal beberapa macam distribusi frekuensi dan empat jenis distribusi yang

banyak digunakan dalam bidang hidrologi adalah

a. Distribusi Normal.




b. Distribusi Log Normal

c. Distribusi Log-Person III, dan

d. Distribusi Gumbel.

dalam statistik dikenal beberapa parameter yang berkaitan dengan analisis data yang meliputi :

1). Rata – rata

X−=1n∑i=1

n

X i

2). Standar Deviasi.

S=[ 1n∑i−1

n

(X i−X−

)2 ]3). Koefisien Variasi

Cv=S

X−

4). Koefisien Kepencengan.

C s=n∑i=1

n

(X i−X−

)3

(n−1 )(n−2)S3

5). Koefisien Kurtosis.

Ck=n2∑i=1

n

(X i−X−

)4

(n−1 )(n−2 )(n−3 )S4




a). Distribusi Normal.

Distribusi normal atau kurva normal disebut pula distribusi Gauss. Fungsi densitas peluang

normal (PDF = probability density function) yang paling dikenal adalah bentuk bell dan dikenal sebagai

distribusi normal. Dalam pemakaian praktis, untuk keperluan perhitungan dapat dibuat tabel,

sedangkan untuk perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T – tahunan dapat

dilihat pada rumus berikut :

XT=X−

+KT .S

dengan :

XT = Perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T-tahunan

X−

= Nilai rata – rata hitung variat.

S = Deviasi standar nilai variat.

KT = Faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang dan tipe model

matematik distribusi peluang yang digunakan untuk dianalisis peluang.

. .Nilai faktor frekuensi frekuensi KT umumnya sudah tersedia dalam tabel untuk mempermudah

perhitungan, seperti ditunjukkan dalam tabel II.2 yang umum disebut sebagai tabel nilai variabel

reduksi (Variable reduced Gauss).

b). Distribusi Log Normal




Jika variabel acak Y = log X terdistribusi secara normal, maka X dikatakan mengikuti distribusi

Log Normal.

Y T=Y−+KT .S

dengan :

Y T = Perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T-tahunan

Y−

= Nilai rata – rata hitung variat.

S = Deviasi standar nilai variat.

KT = Faktor frekuensi, merupakan fungsi dari peluang atau periode ulang dan tipe model

matematik distribusi peluang yang digunakan untuk dianalisis peluang.

c). Distribusi Log-Person III

Salah satu distribusi yang dikembangkan Person adalah Log-Person Type III (LP.III).

Berikut langkah – langkah penggunaan distribusi Log-Person Type III :

- Ubah data ke dalam bentuk logaritmis, X = log X

- Hitung harga rata – rata :

Log X

−=∑i=1

n

log X i

n

- Hitung harga simpangan baku :




s=[∑i=1

n

( log X i−log X−

)2

n−1 ]0,5

- Hitung koefisien kemencengan :

G=n∑i=1

n

( log X i−log X−

)3

( n−1 )(n−2 )s3

- Hitung logaritma hujan atau banjir dengan periode ulang T dengan rumus :

LogXT=log X−

+K . s

dimana K adalah variabel standar (standardized variable) untuk X yang besarnya tergantung koefisien

kemencengan G. Tabel II.3 memperlihatkan harga K untuk berbagai nilai kemencengan G.

d), Distribusi Gumbel

Gumbel menggunakan harga ekstrim untuk menunjukkan bahwa dalam deret harga – harga

ekstrim X1, X2, X3, …, Xn mempunyai fungsi distribusi eksponensial ganda. Yang dapat dihitung dengan

rumus berikut :

XTr=b+1aY Tr

dengan :

a=SnS dan

b=X−

−Y n .S

Sn




Yn = Reduced mean yang tergantung jumlah sampel / data n (tabel II.4)Sn = Reduced standard deviation yang juga tergantung pada jumlah sample / data n (tabel

II.5)YTr =Reduced variate(tabel II.6)

Pemilihan jenis sebaran

1). Distribusi Normal

Cs≈0 Cs (kecil sekali, mis : Cs ± 0,1)

Ck≈3 S2 (jarang digunakan)

2). Distribusi Log Normal (2 Parameter).

Cs≈3Cv , atau

CsCv

≈3(Cs selalu +)

3). Distribusi Gumbel

Apabila Cs yang relatif tinggi.

Gumbel murni : Cs = 1.1396

Ck = 5.4

4). Distribusi Log-Person III

Yang tidak termasuk ketiga sebaran diatas.

Plotting pada kertas garis lengkung.

Memberikan garis lengkung.


materi drainase tugas besar

Documents