digilib.uns.ac.id analisis arus · pdf fileterus menerus dari hulu ke hilir yang dapat...
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Skripsi
Oleh :
Chandra Wibisono
I.0111021
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
ANALISIS ARUS BALIK AIR PADA SALURAN DRAINASE PRIMER
NGESTIHARJO DAN KARANGWUNI KABUPATEN KULONPROGO
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
PRAKATA
Segala puji syukur penyusun panjatkan ke hadirat Tuhan yang Maha Esa yang
masih melimpahkan rahmat dan berkah-Nya, sehingga penyusun dapat
menyelesaikan skripsi dengan judul “ Analisis Arus Balik Air pada Saluran
Drainase Primer Ngestiharjo dan Karangwuni Kabupaten Kulonprogo ”
guna memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di
program studi Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam kesempatan ini tidak lupa penyusun menyampaikan terima kasih kepada
pihak-pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuan dalam menyelesaikan
Skripsi ini, yaitu kepada:
1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret beserta staff.
2. Pimpinan Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret beserta staff.
3. Wibowo, ST, DEA selaku Ketua Program S1 Regular Prodi Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret beserta staff
4. Ir. Adi Yusuf Muttaqien, M.T., selaku dosen pembimbing I.
5. Dr. Ir. RR Rintis Hadiani, M.T, selaku dosen pembimbing II.
6. Orang tua yang telah memberi dukungan baik moral maupun material.
7. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Regular Angkatan 2011.
8. Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungannya.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih memiliki kekurangan. Oleh karena itu
kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan. Penulis
berharap laporan skripsi ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis
pada khususnya.
Surakarta, Oktober 2015
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
ABSTRAK
Chandra Wibisono, Adi Yusuf Muttaqien, dan Rintis Hadiani, 2015. Analisis
Arus Balik Air pada Saluran Drainase Primer Ngestiharjo dan Karangwuni
Kabupaten Kulonprogo. Skripsi. Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik.
Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Sungai merupakan tempat aliran air besar dan memanjang yang mengalir secara
terus menerus dari hulu ke hilir yang dapat dimanfaatkan makhluk hidup. Sungai
dapat berfungsi dengan baik apabila dalam keadaan stabil. Apabila keadaan
sungai tidak terpelihara dan tidak ada penanganan khusus, sungai dapat
menimbulkan bencana banjir yang dapat merugikan manusia. Tujuan dari
penelitian ini adalah untuk mencegah terjadinya banjir dengan cara mengetahui
profil muka air permukaan saluran drainase dan arus balik air. Profil muka air
yang diketahui dapat digunakan sebagai acuan dalam melakukan perbaikan dan
pengaturan tata ruang saluran serta pertimbangan untuk pembangunan bangunan
air akibat dari meluapnya air melebihi tanggul yang ada.
Penelitian ini dilakukan pada dua saluran drainase primer di daerah Wates yaitu
saluran drainase primer Ngestiharjo dan Karangwuni, yang selalu terancam
bahaya banjir akibat dari pertemuan di muara saluran dengan sungai Serang.
Analisis profil muka air saluran akan dilakukan dengan menggunakan metode
tahapan langsung dan program Hydrolic Engineering Center – River Analysis
System (HEC-RAS). Debit yang digunakan dalam perhitungan adalah debit
maksimum yang terjadi di saluran drainase primer Ngestiharjo dan Karangwuni,
dimana perhitungannya diambil dari data hujan antara tahun 2004-2013.
Saluran drainase primer Ngestiharjo dan Karangwuni termasuk pada
penggolongan pola aliran permukaan landai / profil M (Mild) karena kemiringan
dasar saluran lebih besar dari kemiringan kritis. Nilai yn maksimum pada saluran
drainase Ngestiharjo terjadi pada bulan Desember yaitu 2,174 m, dengan nilai yc
lebih kecil yaitu 1,436 m. Sedangkan nilai yn maksimum pada saluran drainase
Karangwuni juga terjadi pada bulan Desember yaitu sebesar 2,107 m, dengan nilai
yc lebih kecil yaitu 1,453 m. Pola aliran ini terjadi dikarenakan pada hilir saluran
drainase primer Ngestiharjo dan Karangwuni terendam dalam Sungai Serang yang
pada bulan tertentu kedalaman airnya lebih besar. Hasil perhitungan arus balik air
menunjukan bahwa arus balik air terbesar pada saluran drainase Ngestiharjo
terjadi pada bulan Januari dengan panjang 1347 m. Sedangkan pada saluran
drainase Karangwuni, arus balik air terbesar juga terjadi pada bulan Agustus
dengan panjang 1034,32 m. Berdasarkan hasil analisis dengan program HEC-
RAS, dapat dilihat bahwa profil muka air yang terjadi lebih tinggi dibandingkan
tanggul di sekitar. Oleh karena itu, diperlukan perencanaan pintu Klep pada titik
pertemuan antara saluran drainase primer Ngestiharjo dan Karangwuni dengan
sungai Serang dan perbaikan tanggul di sepanjang saluran, sehingga banjir akibat
arus balik air atau akibat dari bertambahnya kedalaman air normal saluran yang
terjadi pada saat musim hujan dapat dihindari.
Kata kunci : arus balik air, banjir, tahapan langsung, HEC-RAS
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
ABSTRACT
Chandra Wibisono, Adi Yusuf Muttaqien, and Rintis Hadiani, 2015. Backwater
Analysis on Primary Drainage Channel Ngestiharjo and Karangwuni
Kulonprogo Regency. Thesis. Civil Engineering Department. Engineering
Faculty. Sebelas Maret University. Surakarta.
River is a place of large and extend watercourse that flowing continuously from
upstream to downstream that it can be utilized by human being. River can
function well if it is in a stable condition. If the state of the river is not specially
maintained and handled, It can cause flood for harming humans. The aim of this
study is to prevent flood by knowing the water surface profile of watercourse and
backwater. Water surface profiles are used as a reference in the improvement and
arrangement the channel as well as the consideration for the construction of
waterworks as result of overflowing water exceeds the existing embankment.
This research was conducted in two primary drainage channel in the area Wates is
the primary watercourse of Ngestiharjo and Karangwuni, that is always in danger
of flooding as a result of the meeting in the mouth of the channel by the Serang.
Watercourse surface profile analysis was done by using the direct step method and
program of Hydrolic Engineering Center - River Analysis System (HEC-RAS).
The calculation was used the maximum discharge that occuring in the primary
watercourse of Ngestiharjo and Karangwuni, where the calculation was taken
from rainfall data between the years 2004-2013.
Primary watercourse of Ngestiharjo and Karangwuni include to the watercourse
pattern classification of sloping surface / profile of M (Mild) for basic slope of the
channel is greater than the critical slope. The yn maximum for the watercourse of
Ngestiharjo occurs in December is 2,174 m, with smaller value of yc is 1,436 m.
While the maximum value of yn for watercourse of Karangwuni also occurs in
December. It is 2,107 m, with smaller value of yc is 1,453 m. This watercourse
pattern occurs because downstream of the primary watercourse of Ngestiharjo and
Karangwuni are submerged in Serang River that in a certain month has greater
water depths. The calculation result shows that the biggest backwater flow of
watercourse of Ngestiharjo occurs in January with a length of 1347 m. While the
watercourse of Karangwuni, the largest backwater flow also occurs in August
with a length of 1034.32 m. Based on the analysis by HEC-RAS program, it can
be seen that the water level that occurred profile higher than the dike around.
Therefore, it is needed planning of doors Klep at the meeting point between the
primary watercourse of Ngestiharjo and Karangwuni with the Serang and it
repairs embankments along the channel, so that the floods are caused by the
reverse flow of water or as a result of increasing water depth normal channels that
occur during the rainy season can be avoided
Keywords: backwater, flood, direct step, HEC-RAS
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................... iii
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ........................... iv
PRAKATA ................................................................................ vi
ABSTRAK ................................................................................ vii
DAFTAR ISI ................................................................................. ix
DAFTAR GAMBAR ..................................................................... xi
DAFTAR TABEL ......................................................................... xii
DAFTAR NOTASI ........................................................................ xiv
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................. xv
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ......................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah .................................................................. 3
1.3. Batasan masalah ..................................................................... 3
1.4. Tujuan Penelitian .................................................................... 3
1.5. Manfaat Penelitian .................................................................. 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka .................................................................... 5
2.2 Landasan Teori ....................................................................... 6
2.2.1 Kualitas Data Hujan....................................................... 6
2.2.2 Hujan Wilayah ............................................................... 7
2.2.3 Analisis Debit dengan Metode Rasional ....................... 8
2.2.4 Prinsip Dasar Aliran ...................................................... 10
2.2.5 Aliran Tunak Berubah Beraturan .................................. 12
2.2.6 Kedalaman Air Normal ................................................. 15
2.2.7 Kedalaman Air Kritis..................................................... 16
2.2.8 Klasifikasi Profil Muka Air ........................................... 18
2.2.9 Analisis Pola Aliran ....................................................... 21
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian ................................................................... 25
3.2 Perhitungan Debit Aliran Sungai ............................................ 26
3.3 Lokasi Penelitian .................................................................... 26
3.4 Metode Perhitungan Pola Aliran ............................................ 27
3.4.1 Hydrologic Engineering Center – River Analysis Sistem
(HEC-RAS) ................................................................... 27
3.4.2 Metode Tahapan Langsung ........................................... 28
3.5 Diagram Alir Penelitian .......................................................... 30
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Penyiapan Data ....................................................................... 32
4.2 Uji Kepanggahan Data Hujan ................................................. 33
4.3 Hujan Wilayah ........................................................................ 35
4.4 Analisis Debit ......................................................................... 37
4.5 Analisis Arus Balik Air .......................................................... 40
4.5.1 Menghitung Kedalaman Air Kritis ............................... 40
4.5.2 Menghitung Kedalaman Air Normal ............................ 42
4.5.3 Analisis dengan Metode Tahapan Langsung ................ 44
4.5.4 Analisis dengan HEC-RAS 4.1.0 ................................ 54
4.6 Pembahasan ............................................................................ 62
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ............................................................................. 64
5.2 Saran ....................................................................................... 65
DAFTAR PUSTAKA .................................................................... xvi
LAMPIRAN
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Metode Polygon Thiessen .............................................................. 8
Gambar 2.2 Penurunan Persamaan Aliran Berubah Beraturan .......................... 13
Gambar 2.3 Profil Muka Air ............................................................................... 15
Gambar 2.4 Lengkung Energi Spesifik ............................................................... 17
Gambar 2.5 Hubungan Q-y untuk Energi Spesifik Konstan .............................. 17
Gambar 2.6 Bagian Saluran untuk Menurunkan Metode Tahapan Langsung .... 21
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian ............................................................................. 26
Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian ................................................................... 31
Gambar 4.1 Kurva Massa Ganda tiga stasiun hujan tahun 2004-2013 ............... 35
Gambar 4.2 Poligon Thiessen DAS Serang......................................................... 36
Gambar 4.3 Profil muka air pada saluran drainase Ngestiharjo ketika
terjadi arus balik air ......................................................................... 48
Gambar 4.4 Profil muka air pada saluran drainase Karangwuni ketika
terjadi arus balik air ......................................................................... 51
Gambar 4.5 Pengaturan Sistem Satuan................................................................ 54
Gambar 4.6 Pembuatan File Project ................................................................... 54
Gambar 4.7 Pembuatan Skema Sungai................................................................ 55
Gambar 4.8 Input data Cross Section .................................................................. 56
Gambar 4.9 Input data hidrolika plan pertama .................................................... 57
Gambar 4.10 Input data hidrolika plan kedua ..................................................... 58
Gambar 4.11 Plan pertama (profil muka air saat terjadi arus balik air
dengan elevasi muka air maksimum) ............................................ 59
Gambar 4.12 Plan kedua (profil muka air saluran drainase Ngestiharjo
dalam keadaan normal) ................................................................. 59
Gambar 4.13 Hasil Cross Section ....................................................................... 60
Gambar 4.14 Cross Section Output Table .......................................................... 60
Gambar 4.15 Profile plot saluran drainase Ngestiharjo ..................................... 61
Gambar 4.16 Profile Output Table ..................................................................... 62
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Koefisien Aliran Permukaan untuk metode Rasional ......................... 9
Tabel 2.2 Nilai Koefisien Manning ..................................................................... 12
Tabel 2.3 Jenis Profil Aliran pada Saluran Prismatis .......................................... 18
Tabel 4.1 Data Hujan Bulanan Tahun 2004 ........................................................ 32
Tabel 4.2 Data kurva massa ganda stasiun hujan Borowarea dibandingkan
dengan kumulatif rerata stasiun Hargorejo dan stasiun Plaosan
(tahun 2004-2013) ............................................................................... 33
Tabel 4.3 Data kurva massa ganda stasiun hujan Hargorejo dibandingkan
dengan kumulatif rerata stasiun hujan Borowarea dan Plaosan
(tahun 2004-2013) ............................................................................... 34
Tabel 4.4 Data kurva massa ganda stasiun hujan Plaosan dibandingkan
dengan kumulatif rerata stasiun hujan Borowarea dan Hargorejo
(tahun 2004-2013) ............................................................................... 34
Tabel 4.5 Nilai R2 masing-masing stasiun .......................................................... 35
Tabel 4.6 Nilai koefisien Thiessen (Ct) ............................................................... 36
Tabel 4.7 Hujan Wilayah Maksimum DAS Serang bulanan antara tahun
2004-2013 ............................................................................................ 37
Tabel 4.8 Intensitas Hujan jam-jaman Mononobe .............................................. 38
Tabel 4.9 Perhitungan Intensitas, kedalaman dan kenaikan curah hujan pada
bulan Januari - Desember ................................................................... 38
Tabel 4.10 Debit Saluran Drainase Ngestiharjo pada bulan
Januari - Desember ............................................................................ 39
Tabel 4.11 Debit Saluran Drainase Karangwuni pada bulan
Januari - Desember ............................................................................ 40
Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Kedalaman dan Kemiringan Kritis Saluran
Drainase Ngestiharjo ......................................................................... 41
Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Kedalaman dan Kemiringan Kritis Saluran
Drainase Karangwuni ........................................................................ 42
Tabel 4.14 Hasil perhitungan kedalaman air saluran drainase Ngestiharjo ......... 43
Tabel 4.15 Hasil perhitungan kedalaman air saluran drainase Karangwuni ....... 44
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
Tabel 4.16 Ketinggian air dan debit maksimum sungai Serang antara
tahun 2011-2013 ................................................................................ 45
Tabel 4.17 Perhitungan profil muka air saat terjadi arus balik air pada
saluran drainase Ngestiharjo di bulan Januari ................................... 46
Tabel 4.18 Perhitungan profil muka air saat terjadi arus balik air pada
saluran drainase Karangwuni di bulan Januari .................................. 49
Tabel 4.19 Hasil analisis arus balik air pada saluran drainase Ngestiharjo.......... 52
Tabel 4.20 Hasil analisis arus balik air pada saluran drainase Karangwuni ....... 53
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiv
DAFTAR NOTASI
A Luas tampang basah (m2)
D Kedalaman hidrolik (m)
Fr Angka Froude
g Gravitasi (g = 9,81 m/s2)
n Koefisien Manning
P Keliling basah
Q Debit (m3/s)
B Lebar (m)
R Jari – jari Hidrolik (m)
Re Bilangan Reynolds
v Kecepatan aliran rerata (m/s)
E Energi spesifik
ΔE Selisih energi spesifik
Sf Kemiringan gesekan
𝑆𝑓̅̅ ̅ Kemiringan gesek rata-rata
So Kemiringan dasar saluran
T Lebar penampang saluran pada permukaan bebas (m)
y Tinggi muka air (m)
yn Tinggi muka air normal (m)
yc Tinggi muka air kritis (m)
Δx Panjang bagian saluran (m)
x Panjang saluran (m)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A Perhitungan Profil Muka Air Saluran Drainase Primer
Ngestiharjo Saat Terjadi Arus Balik Air Menggunakan
Metode Tahapan Langsung
LAMPIRAN B Perhitungan Profil Muka Air Saluran Drainase Primer
Karangwuni Saat Terjadi Arus Balik Air Menggunakan
Metode Tahapan Langsung
LAMPIRAN C Hasil Analisis Program HEC-RAS 4.1.0 Pada Saluran
Drainase Primer Ngestiharjo
LAMPIRAN D Hasil Analisis Program HEC-RAS 4.1.0 Pada Saluran
Drainase Primer Karangwuni
LAMPIRAN E Surat-surat Skripsi