evaluasi sistem drainase pada daerah

TINJAUAN PUSTAKA
Gambaran Umum Daerah Irigasi Ular di Kawasan Sumber Rejo
Kawasan Sumber Rejo terletak kecamatan yakni Kecamatan Pagar Merbau,
Kabupaten. Deli Serdang Kabupaten Deli Serdang terletak pada posisi 2°57" Lintang
Utara, 3°16" Lintang Selatan, 98° 27" Bujur Barat dengan luas wilayah 2.497,72 km2
dengan batas wilayah sebagai berikut sebelah utara dengan Selat Sumatera, sebelah
selatan dengan Kabupaten Karo, sebelah timur dengan Kabupaten Serdang Bedagai,
serta sebelah barat berbatasan dengan Kabupaten Karo dan Kabupaten Langkat
(Pemerintahan Kabupaten Deli Serdang, 2008).
Secara geografis terletak pada wilayah pengembangan Pantai Timur Sumatera
Utara serta memiliki topografi, kountur dan iklim yang bervariasi. Kawasan hulu
yang kounturnya mulai bergelomang sampai terjal, berhawa tropis pegunungan,
kawasan dataran rendah yang landai sementara kawasan pantai berhawa tropis
pegunungan.
Kabupaten Deli Serdang terdapat lima Daerah Aliran Sungai (DAS) yaitu DAS
Belawan, DAS Deli, DAS Percut dan DAS Ular dengan luas areal 378.841 Ha yang
kesemuanya bermuara ke Selat Malaka dengan hulunya berada di Kabupaten
Simalungun dan Karo. Pada umumnya sub DAS ini dimanfaatkan untuk mengairi
areal persawahan sebagai upaya peningkatan produksi pertanian.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1. Daerah Aliran Sungai Kabupaten Deli Serdang
Daerah Aliran DAS
Belawan
Sub DAS
Belawan Hulu
Luas Areal
76.003
Keterangan
Sebagian melintasi
Kota Medan dan
Langkat
Belawan Hilir
Deli
Petani
Sebagian melintasi
Wilayah
Kota
Medan
Deli
Babura
Bakala
Sei Sekambing
Percut
Percut Hulu
51.40
Percut Hilir
Belumai
Belumai
75.460
Ular
Bah Karai
127.796
Sebagian melintasi
Wilayah
kab.
Serdang Bedagai
Buaya
Ular
Karang
Perbaungan
Sistem Drainase
Drainase secara umum dapat didefenisikan sebagai suatu tindakan teknis
untukmengurangi kelebihan air yang berasal dari airhujan, rembesan, maupun
kelebihan air irigasi dari suatu kawasan/lahan sehingga fungsi kawasan tidak
terganggu dan lahan dapat difubgsikan secara optimal (Pentardi, 1996)
Universitas Sumatera Utara
Sumber utama dari kelebihan air yang membuat drainase diperlukan pada
bagian tanah irigasi adalah kehilangan akibat rembesan dari reservoar atau saluran
dan kehilangan akibat perkolasi yang dalam dari tanah irigasi. Pemakaian air yang
efisien pada daerah irigasi yang lebih tinggi mengurangi keperluan drainase dari
daerah yang lebih rendah. Penggenangan dari daerah yang lebih rendah sejalan
dengan limpahan sungai dan saluran-saluran drainase alamiah selama periode aliran
maksimum merupakan pembentuk sumber kelebihan air dalam daerah lembah
tertentu dalam daerah kering dari berbagai arah.
Dalam merancang suatu cara pengaliran air pengairan (drainase) agar tidak
terjadi kelebihan pada lahan pertanaman perlu diperhatikan faktor-faktor yang
berpengaruh sebagai berikut :
a. Jenis tanah dari lahan yang akan diberi saluran drainase
b. Kondisi iklim terutama curah hujan
c. Kedalaman permukaan air tanah yang sesuai untuk jenis tanaman yang
dibudidayakan (Israelsen and Hansen, 1962).
Ciri-ciri drainase yang baik yaitu : (1) memberikan kemudahan pembajakan
dan penanaman seawal mungkin, (2) memperpanjang musim tumbuh-tumbuhan, (3)
menyiapkan kelembaban tanah yang lebih berarti dan makanan untuk tanaman
dengan meningkatkan kedalaman tanah untuk daerah akar, (4) membantu ventilasi
tanah, (5) mengurangi erosi tanah dan pengaluran, (6) temperatur tanah lebih tinggi.
Universitas Sumatera Utara
Drainase juga memperbaiki saniter dan kesehatan lingkungan dan membuat daerah
pemukiman lebih menarik (Hansen, dkk, 1992).
Perhitungan Debit
Menurut Chow dan E.Nensi (1997), saluran terbuka adalah suatu saluran
dimana cairan mengalir dengan permukaan bebas yang terbuka terhadap tekanan
atmosfir. Berdasarkan asalnya, saluran terbuka dapat digolongkan menjadi saluran
alami dan saluran buatan. Saluran terbuka dapat berbentuk saluran, talang, terjunan,
dan sebagainya. Bentuk penampang saluran yang biasa dipakai untuk saluran tanah
yang tidak dilapis adalah bentuk trapesium. Hal ini disebabkan karena kemantapan
kemiringan dinding saluran dapat disesuaikan. Bentuk persegi panjang biasa dipakai
untuk saluran yang dibangun dengan bahan yang mantap seperti pasangan batu padas,
logam dan kayu. Penampang segitiga dipakai untuk saluran yang kecil, selokan, dan
penelitian di laboratorium. Sedangkan penampang lingkaran dipakai untuk saluran
pembuang air kotor dan gorong-gorong yang berukuran sedang maupun kecil.
Untuk menghitung debit pada aliran saluran terbuka dapat dihitung dengan
Persamaan Kontinuitas : Q = V x A …...……………………………………….(1)
Dimana :
Q = debit ( m3/det)
V = kecepatan aliran (m/det)
A = luas penampang saluran
.
Universitas Sumatera Utara
Pengukuran debit dapat dilakukan secara langsung maupun tidak langsung.
Secara langsung dengan menggunakan sekat ukur, dan secara tidak langsung dapat
dilakukan dengan mengukur luas saluran dan mengatur aliran air. Kecepatan aliran
air (V) dapat diukur dengan berbagai cara seperti menggunakan metode pelampung,
current meter, atau dengan menggunakan persamaan. Pada penelitian ini kecepatan
aliran air (V) diukur dengan metode pelampung.
Pelampung digunakan sebagai alat pengukur kecepatan aliran, apabila yang
diperlukan adalah besaran kecepatan aliran dengan tingkat ketelitian yang relatif
kecil. Walaupun demikian, cara ini masih dapat digunakan dalam prakteknya.
Metode ini dapat dengan mudah dilakukan walaupun keadaan permukaan air
tinggi, dan selain itu karena dalam pelaksanaannya tidak dipengaruhi oleh kotoran
atau kayu-kayu yang terhanyutkan, maka cara inilah yang sering digunakan. Tempat
yang sebaiknya dipilih untuk pengukuran kecepatan aliran yaitu bagian sungai atau
saluran yang lurus dengan dimensi seragam, sehingga lebar permukaan air dapat
dibagi dalam beberapa bagian dengan jarak lebar antara 0,25 m sampai 3 m atau lebih
tergantung dari lebar permukaan
(Kartasapoetra dan Sutedjo, 1994).
Pada setiap bagian lebar tadi diapungkan suatu pelampung, waktu mengalirnya
pelampung sampai jarak tertentu dicatat/diukur dengan stopwatch, dengan cara
demikian dapat dihitung kecepatan aliran, dan selanjutnya dilakukan perhitungan
debit.
Luas penampang tiap-tiap saluran drainase pada penelitian ini diukur dengan
menggunakan metode 1/3 Simpson yaitu :
Universitas Sumatera Utara
A=
d
(ho − 2∑ hgenap − 4∑ hganjil −hn ) ………………...……………………….. (2)
3
dimana :
A = Luas Penampang (
)
d = jarak lebar (interval) (m)
h = kedalaman / tinggi permukaan air (m)
Curah Hujan Rancangan
Salah satu distribusi dari serangkaian distribusi yang dikembangkan Person
yang menjadi perhatian ahli sunber daya air adalah Log Person Type III, tiga
parameter penting dalam Log Person Type III yaitu: (i) harga rata-rata; (ii) simpangan
baku; dan (iii) koefisien kepencengan.
Berikut ini langkah-langkah penggunaan distribusi Log Person Type III

Ubah kedalam bentuk logaritmis, X = logX

Hitung harga rata-rata :
n
log X =

∑ log X
i =1
i
n
Hitung harga simpangan baku :
2 
 n
 ∑ (log X i − log X 

S =  i =1
n −1




0,5
Universitas Sumatera Utara

Hitung koefisien kepencengan :
n
n∑ (log X i − log X )
G=

3
i =1
(n − 1)(n − 2)s 3
Hitung logaritma hujan atau banjir dengan periode ulang T dengan rumus :
Log X T = log X + K.s
Dimana K adalah variable standar (standardized variable) untuk X yang
besarnya tergantung koefisien kepencengan G (Suripin, 2004).
Waktu Konsentrasi
Waktu konsentrasi suatu daerah tangkapan air adalah waktu yang dibutuhkan
oleh air untuk mengalir dari titik terjauh di permukaan tanah dari daerah tersebut ke
titik pengeluaran, dimana saat itu tanah telah menjadi jenuh dan cekungan-cekungan
kecil sudah tergenang air ( Schwab dkk, 1997). Untuk menghitung waktu konsentrasi
dapat digunakan rumus Flow Through Time and Dermot sebagai berikut :
 L 
Tc = 1,67. 10-3  S 


0, 7
………………………………….…………...……(3)
dimana : Tc = waktu konsentrasi (jam)
L = panjang saluran (m)
S = Kemiringan saluran (m/m)
Universitas Sumatera Utara
Intensitas Curah Hujan
Intensitas adalah jumlah hujan yang dinyatakan dalam tinggi hujan tiap satuan
waktu. Besarnya intensitas hujan berbeda-beda tergantung dari lamanya curah hujan
dan frekuensi kejadiannya. Untuk menghitung nilai I dari data hujan harian
digunakan persamaan Mononobe dengan nilai t sama dengan Tc. Persamaan
Mononobe dinyatakan sebagai berikut:
R  24 
I = 24  
24  Tc 
2/3
……………………………….……...…………………...(4)
dimana I adalah intensitas curah hujan selama waktu Tc (mm/jam), Tc adalah waktu
konsentrasi (jam), dan
adalah curah hujan dalam 24 jam (mm).
Lama waktu hujan adalah lama waktu berlangsungnya hujan,dalam hal ini dapat
mewakili total curah hujan atau periode hujan yang singkat dari curah hujan yang
relative seragam. Untuk menentukan nilai intensitas hujan biasanya menggunakan
data curah hujan untuk daerah penelitian yang terdiri atas lama hujan dan interval
waktu hujan.
Intensitas hujan adalah jumlah hujan persatuan waktu. Untuk mendapatkan nilai
intensitas hujan di suatu tempat maka alat penakar hujan yang digunakan harus
mampu mencatat besarnya volume hujan dan waktu mulai berlangsungnya hujan
sampai hujan tersebut berhenti. Intensitas hujan atau ketebalan hujan per satuan
waktu lazimnya dalam satuan milimeter per jam. Data intensitas hujan biasanya
Universitas Sumatera Utara
dimanfaatkan untuk perhitungan-perhitungan prakiraan besarnya erosi, debit puncak
(banjir), perencanaan drainase, dan bangunan air lainnya
(Asdak, 1995).
Perhitungan debit banjir dengan metode rasional memerlukan data intensitas
curah hujan. Intensitas curah hujan adalah ketinggian curah hujan yang terjadi pada
kurun waktu dimana air tersebut terkonsentrasi. Intensitas curah hujan dinotasikan
dengan huruf I dengan satuan mm/jam (Loebis, dkk, 1993).
Pendugaan Debit Puncak Limpasan Permukaan
Limpasan didefenisikan sebagai bagian curah hujan yang membuat aliran
kearah saluran, sungai-sungai, danau, atau laut sebagai aliran permukaan atau aliran
bawah tanah. Istilah limpasan sering diartikan sebagai aliran permukaan (run off)
(Schwab, et. all, 1966).
Sosrodarsono dkk, (2003) menyatakan limpasan adalah air yang mencapai
sungai tanpa mencapai permukaan air tanah, yakni curah hujan yang dikurangi
dengan besarnya infiltrasi, air yang tertahan, dan besarnya genangan. Limpasan
permukaan merupakan bagian yang penting dari puncak banjir.
Ada 3 cara untuk memperkirakan debit puncak yaitu :
1. Cara Statistik (Probabilistik)
2. Cara Satuan hidrograf
3. Cara Empiris (Whistler, Rasional, dll)
Pada penelitian ini digunakan cara empiris yaitu dengan menggunakan metode
rasional. Metode ini sudah dipakai sejak pertengahan abad 19 dan merupakan metoda
Universitas Sumatera Utara
yang paling sering dipakai untuk perencanaan banjir daerah perkotaan. Walaupun
banyak yang mengkritik akurasinya, namum metoda ini tetap dipakai karena
kesederhanaannya. Metoda ini dipakai untuk DAS yang kecil. Metoda ini juga
menunjukkan parameter-parameter yang dipakai metoda perkiraan banjir lainnya
yaitu koefisien run off, intensitas hujan, dan luas DAS. Kurva frekuensi intensitaslamanya dipakai untuk perhitungan limpasan (run off) dengan rumus rasional untuk
perhitungan debit puncak (Dumairy, 1992).
Aliran pada saluran atau sungai tergantung dari beberapa faktor. Dalam
kaitannya dengan limpasan, faktor yang berpengaruh secara umum dapat
dikelompokkan menjadi 2 kelompok, yakni faktor meteorologi dan karakteristik
daerah tangkapan saluran atau daerah aliran sungai (DAS).
Faktor-faktor meteorologi yang berpengaruh pada limpasan terutama adalah
karakteristik hujan yang meliputi intensitas hujan, durasi hujan, dan distribusi curah
hujan, sedangkan faktor-faktor karakteristik daerah tangkapan saluran atau daerah
aliran sungai (DAS) meliputi bentuk dan panjang saluran, jenis tanah, tata guna lahan,
kemiringan lahan dan sebagainya.
Pengaruh tata guna lahan pada aliran permukaan dinyatakan dalam koefisien
aliran permukaan (C), yaitu bilangan yang menampilkan perbandingan antara
besarnya aliran permukaan dan besarnya curah hujan. Angka koefisien aliran
permukaan itu merupakan salah satu indikator untuk menentukan kondisi fisik suatu
DAS. Nilai C berkisar antara 0 – 1. Nilai C = 0 menunjukkan bahwa semua air hujan
terintersepsi dan terinfiltrasi ke dalam tanah, sebaliknya untuk nilai C = 1
Universitas Sumatera Utara
menunjukkan bahwa air hujan mengalir sebagai aliran permukaan. Pada DAS yang
baik harga C mendekati nol dan semakin rusak suatu DAS maka harga C semakin
mendekati satu (Kodoatie dan Syarief, 2005).
Untuk menduga dan mengetahui basarnya debit puncak limpasan permukaan
dapat digunakan metode rasionalkarena lebih sempurna, mudah dimengerti dan sering
digunakan pada daerah yang luasan relatif kecil dan curah hujan yang
dianggapseragam. Metode rasional dikembangkan dari beberapa asumsi yaitu::
1. Curah hujan terjadi dengan intensitas yang seragam selama paling sedikit sama
dengan waktu konsentrasi suatu daerah tangkapan air.
2. Curah hujan terjadi dengan intensitas yang seragam pada seluruh tangkapan air.
Metode rasionaldapat dinyatakan dalam bentuk persamaan:
Q=0,002778 CIA..........................................................................................(5)
Dimana C adalah koefisien limpasan, I adalah intensitas hujan rata-rata untuk
limpasan permukaan yang lamanya setara dengan waktu konsentrasi (mm/jam), A
adalah luas daerah tangkapan air (Ha)
(Schwab et.al., 1997).
Koefisien limpasan ( C ) dapat dinyatakan sebagai perbandingan antara tinggi
aliran dengan tinggi hujan. Harga C berubah sesuai dengan perubahan penggunaan
lahan. Harga C dapat dilihat pada Tabel 2
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2. Harga koefisien limpasan
Penutup Lahan
Hutan Lahan Kering Sekunder
Belukar
Hutan Tanaman Industtri
Hutan Rawa Sekunder
Perkebunan
Pertanian Lahan Kering
Pertanian Lahan Kering Campur
Pemukiman
Sawah
Tambak
Terbuka
Perairan
Harga “ C “
0,03
0,07
0,05
0,15
0,40
0,10
0,10
0,60
0,15
0,05
0,20
0,05
Pada penelitian ini untuk memperoleh nilai debit puncak (Q) nilai A yang
digunakan ≠ luas DAS melainkan A = luas daerah tangkapan saluran drainase pada
daerah Irigasi Ular di Kawasan Sumber Rejo Kabupaten Deli Serdang.
Koefisien limpasan merupakan variabel yang paling menentukan debit banjir.
Pemilihan harga C yang tepat memerlukan pengalaman hidrologi yang luas. Faktor
utama yang memepengaruhi C adalah laju infiltrasi tanah atau persentase lahan kedap
air, kemiringan lahan, tanaman penutup tanah, dan intensitas hujan.
Koefisien limpasan juga tergantung pada sifat dan kondisi tanah. Laju infiltrasi
menurun pada hujan yang terus-menerus dan juga dipengaruhi oleh kondisi
kejenuhan air sebelumnya. Faktor lain yang mempengaruhi nilai C yaitu air tanah,
derajat kepadatan tanah, porositas tanah dan simpanan depresi (Suripin,2004).
Jika daerah sekitar saluran terdiri dari berbagai macam penggunaan lahan
dengan koefisien aliran permukaan yang berbeda, maka C dapat dihitung dengan
persamaan berikut :
Universitas Sumatera Utara
n
∑C A
C=
i =1
i
i
∑A
………………………………………………………............(6)
i
dimana :
= luas lahan dengan jenis penutup lahan i
C i = koefisien aliran permukaan jenis penutup tanah i
n = jumlah jenis penutup lahan
Universitas Sumatera Utara