BAB IIKAJIAN TEORI

2.1UmumDrainase merupakan sebuah sistem yang dibuat untuk menangani persoalan kelebihan air baik kelebihan air yang berada di atas permukaan tanah maupun air yang berada di bawah permukaan tanah. Kelebihan air dapat disebabkan oleh intensitas hujan yang tinggi atau akibat dari durasi hujan yang lama. Pada musim hujan terjadi kelebihan air berupa limpasan permukaan yang seringkali menyebabkan banjir sehingga manusia mulai berpikir akan kebutuhan sistim saluran yang dapat mengalirkan air lebih terkendali dan terarah dan berkembang menjadi ilmu drainase.Dalam pembahasan lebih lanjut akan di titik beratkan pada materi perencanaan saluran drainase bersumur resapan di lingkungan kampus Undip Tembalang. Drainase bersumur resapan merupakan drainase dengan sistem resapan, yaitu sistem pengeringan atau pengaliran air yang dilakukan dengan meresapkan air ke dalam tanah. Cara resapan ini dapat dilakukan langsung terhadap genangan air di saluran drainase ke dalam tanah atau melalui sumur resapan. Sistem resapan ini sangat menguntungkan bagi usaha konservasi air.

2.2Data HujanHujan merupakan komponen yang sangat penting dalam analisis hidrologi pada perencanaan debit untuk menentukan dimensi saluran drainase. Pengukuran hujan dilakukan selama 24 jam, dengan cara ini berarti hujan yang diketahui adalah hujan total yang terjadi selama satu hari. Untuk berbagai kepentingan perencanaan drainase tertentu, data hujan yang diperlukan tidak hanya data hujan harian, akan tetapi juga distribusi jam-jaman atau menitan. Hal ini membawa konsekuensi dalam pemilihan data, dan dianjurkan untuk menggunakan data hujan hasil pengukuran alat ukur otomatis.

2.2.1Alat Ukur HujanDalam praktek pengukuran hujan terdapat dua jenis alat ukur hujan, yaitu:a. Alat ukur hujan manualData yang diperoleh dari pengukuran dengan menggunakan alat ini adalah data hasil pencatatan oleh petugas pada setiap periode tertentu. Alat pengukur hujan ini berupa corong dan sebuah gelas ukur, yang masing-masing berfungsi untuk menampung jumlah air hujan dalam satu hari (hujan harian).b. Alat ukur hujan otomatisData yang diperoleh berupa data pencatatan secara menerus pada kertas pencatat yang dipasang pada alat ukur. Berdasarkan data hujan ini akan dapat dilakukan analisis untuk memperoleh besaran intensitas hujan.

2.2.2Kondisi Data dan Sifat DataData hujan yang baik sangat diperlukan dalam analisis hidrologi, sedangkan untuk mendapatkan data yang baik tidak mudah. Data hasil pencatatan alat penakar hujan yang tersedia biasanya dalam kondisi tidak menerus. Apabila terputusnya rangkaian data hanya beberapa saat kemungkinan tidak menimbulkan masalah, tetapi untuk kurun waktu yang lama tentu akan menimbulkan masalah di dalam melakukan analisis. Menghadapi kondisi seperti ini, langkah yang dapat dilakukan adalah dengan melihat kepentingan dari sasaran yang dituju, apakah data kosong tersebut perlu diisi kembali.

2.2.3Penentuan Huja KawasanData hujan yang diperoleh dari alat penakar hujan merupakan hujan yang terjadi hanya pada satu tempat atau titik saja. Untuk kawasan yang luas, satu alat penakar hujan belum dapat menggambarkan hujan wilayah tersebut. Diperlukan penentuan hujan kawasan yang diperoleh dari rata-rata curah hujan beberapa stasiun penakar hujan yang ada di dalam dan di sekitar kawasan tersebut.Menurut Suripin (2004), ada tiga macam metode yang umum digunakan untuk mengetahui besarnya curah hujan kawasan pada suatu DAS, yaitu metode rata-rata aljabar, metode poligon Thiessen, dan metode isohyets, yang dapat dilakukan dengan mempertimbangkan faktor-faktor pada Tabel (1.1), Tabel (1.2), dan Tabel (1.3).

Tabel 1.1 Penggunaan Metode Berdasarkan Jumlah Pos Penakar HujanJumlah pos penakar hujan cukupMetode Isohyet, Thiessen atau Rata-rata Aljabar dapat dipakai.

Jumlah pos penakar hujan terbatasMetode Rata-rata Aljabar atau Thiessen.

Pos penakar hujan tunggalMetode hujan titik.

Tabel 1.2 Penggunaan Metode Berdasarkan Luas DASDAS besar (> 5.000 km2)Metode Isohyet

DAS sedang (500 s/d 5.000 km2)Metode Thiessen

DAS kecil (50

(Sumber: Soewarno, 1995)

c. Metode Smirnov-Kolmogorof (secara grafis)Selain cara analitis yang telah diuraikan diatas, pengujian distribusi probabilitas dengan metode Smirnov-Kolmogorof juga dapat dilakukan secara grafis dengan langkah-langkah sebagai berikut:1. Urutkan data () dari besar ke kecil atau sebaliknya.2. Tentukan peluang empiris masing-masing data yang sudah diurutkan P() dengan rumus Weibull misalnya.(2.24)3. Plot masing-masing nilai diatas kertas probabilitas sebagai absis dan nilai sebagai ordinat yang sudah diskala sedemikian rupa sehingga menjadi titik-titik koordinat.4. Kemudian di atas sebaran titik-titik koordinat tersebut ditarik kurva atau garis teoritis. Persamaan garis teoritis merupakan persamaan distribusi probabilitas yang telah dihitung.5. Hitung nilai peluang teoritis untuk masing-masing data . caranya adalah dengan menarik garis horizontal dari setiap titik koordinat menuju ke garis teoritis.Contoh: titik koordinat ke-3, peluang empirisnya , dari titik ini ditarik garis horizontal sampai bertemu garis teoritis. Kemudian dari titik pertemuan ditarik garis vertikal ke bawah sehingga didapat nilai .6. Hitung selisih (P) antara peluang empiris dan peluang teoritis untuk setiap data yang sudah diurutkan.(2.25)Contoh: untuk titik koordinat ke-3 pada Gambar (2.4)

7. Tentukan yang paling maksimum.8. Tentukan apakah P maksimum < P kritis, jika tidak artinya distribusi probabilitas yang dipilih tidak dapat diterima, demikian sebaliknya. 9. Nilai kritis bisa dilihat Tabel (2.10).

(xi)Gambar 1.4 Sketsa Uji Smirnov-Kolmogorof Secara Grafis dengan Kertas Probabilitas

Intensitas Hujan RencanaData hujan rencana yang diperlukan dalam perhitungan debit rencana dapat berupa:a. Intensitas hujan rencana di suatu titik waktu

Gambar 1.5 Kedalaman Hujan Rencana di Suatu Titik Waktu pada Kurva IDFb. Ketinggian hujan rencana yang terdistribusi dalam hujan jam-jaman (hietograf hujan rencana)

Gambar 1.6 Hietograf Hujan RencanaKurva yang ditunjukan pada Gambar (2.5) sering disebut kurva IDF (Intensitas Durasi Frekuensi). Kurva ini menggambarkan hubungan antara intensitas hujan, durasi hujan, dan frekuensi hujan atau periode ulang. Nilai intensitas hujan yang diperoleh dari kurva IDF diperlukan dalam metode perhitungan debit rencana non hidrograf, contohnya metode Rasional.Intensitas hujan rencana dapat dikatakan sebagai ketinggian atau kederasan hujan per satuan waktu, biasanya dalam satuan (mm/jam) atau (cm/jam). Jika volume hujan adalah tetap, maka intensitas hujan akan makin tinggi seiring dengan durasi hujan yang makin singkat, sebaliknya intensitas hujan makin rendah seiring dengan periode ulang yang makin lama. Disamping itu, berkaitan dengan intensitas hujan rencana, tinggi intensitas hujan rencana akan makin besar seiring dengan periode ulang yang makin besar.Data yang diperlukan untuk menurunkan kurva IDF terukur adalah data hujan jangka pendek, seperti hujan 5 menit, 10 menit, 30 menit, 60 menit dan data hujan jam-jaman. Kemudian persamaan regresinya dapat didekati dengan beberapa rumus seperti rumus Talbot, Ishiguro, dan Sherman. Jika data hujan jangka pendek tidak tersedia, dan yang tersedia adalah data hujan harian maka persamaan regresi IDF-Curve dapat diturunkan dengan metode Mononobe.Bentuk umum rumus Mononobe adalah:(2.26)keterangan rumus:= intensitas hujan rencana (mm)= tinggi hujan harian maksimum atau hujan rencana (mm)= durasi waktu hujan atau waktu konsentrasi (jam)Grafik yang ditunjukan pada Gambar (2.6) adalah ketinggian hujan yang terdistribusi sebagai fungsi waktu. Data hietograf hujan rencana diperlukan jika debit rencana dihitung dengan metode Hidrograf. Jika yang tersedia adalah data hujan harian maka hietograf hujan dapat disusun dengan model seragam dan model segitiga. Sedangkan jika yang tersedia adalah data intensitas hujan maka hietograf hujan dapat disusun dengan model Alternating Block Method (ABM).

2.4Metode RasionalMetode Rasional merupakan rumus tertua dan yang terkenal diantara rumus-rumus empiris. Metode Rasional dapat digunakan untuk menghitung debit puncak sungai atau saluran namun dengan daerah pengaliran yang terbatas. Menurut Goldman (1998) dalam Suripin (2004), Metode Rasional dapat digunakan untuk daerah pengaliran < 300 ha. Menurut Ponce (1989) dalam Triatmodjo (2010), Metode Rasional dapat digunakan untuk daerah pengaliran < 2,5 km2. Dalam Departemen PU, SK SNI M-18-1989-F (1989), dijelaskan bahwa Metode Rasional dapat digunakan untuk ukuran daerah pengaliran < 5000 ha.Dalam Asdak (2002), dijelaskan jika ukuran daerah pengaliran > 300 ha, maka ukuran daerah pengaliran perlu dibagi menjadi beberapa bagian sub daerah pengaliran kemudian Rumus Rasional diaplikasikan pada masing-masing sub daerah pengaliran. Dalam Montarcih (2009) dijelaskan jika ukuran daerah pengaliran > 5000 ha maka koefisien pengaliran (C) bisa dipecah-pecah sesuai tata guna lahan dan luas lahan yang bersangkutan. Dalam Suripin (2004) dijelaskan penggunaan Metode Rasional pada daerah pengaliran dengan beberapa sub daerah pengaliran dapat dilakukan dengan pendekatan nilai C gabungan atau C rata-rata dan intensitas hujan dihitung berdasarkan waktu konsentrasi yang terpanjang. Rumus umum Metode Rasional adalah:(2.27)keterangan rumus:= debit puncak limpasan permukaan (m3/detik)= koefisien pengaliran = luas daerah pengaliran (km2)= intensitas curah hujan (mm/jam)Metode Rasional diatas dikembangkan berdasarkan asumsi berikut: Hujan yang terjadi mempunyai intensitas seragam dan merata di seluruh daerah pengaliran selama paling sedikit sama dengan waktu konsentrasi (tc) daerah pengaliran.

Periode ulang debit sama dengan periode ulang hujan. Koefisien pengaliran dari daerah pengaliran yang sama adalah tetap untuk berbagai periode ulang.

a. Waktu konsentrasi (tc)Waktu konsentrasi adalah waktu yang diperlukan untuk mengalirkan air dari titik yang paling jauh pada daerah aliran ke titik control yang ditentukan di bagian hilir suatu saluran. Debit limpasan dari sebuah daerah aliran akan maksimum apabila seluruh aliran dari tempat terjauh dengan aliran di tempat-tempat dihilirnya tiba di tempat pengukuran secara bersama-sama. Hal ini memberi pemahaman bahwa debit maksimum akan terjadi apabila durasi hujan sama atau lebih besar dari waktu konsentrasi. Pada prinsipnya waktu konsentrasi dapat dibagi menjadi inlet time dan conduit time.Inlet time (t0) adalah waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di atas permukaan tanah menuju saluran drainase. Conduit time (td) adalah waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di sepanjang saluran sampai titik control yang ditentukan di hilir. Waktu konsentrasi dapat dihitung dengan rumus berikut:(2.28)dengan(2.29)(2.30)keterangan rumus:= angka kekasaran permukaan lahan (lihat Tabel 2.11)= kemiringan lahan = panjang lintasan aliran di atas permukaan lahan (m)= panjang lintasan di dalam saluran (m)v = kecepatan aliran di dalam saluran (m/detik)Waktu konsentrasi besarnya sangat bervariasi dan dipengaruhi oleh luas daerah pengaliran, panjang saluran drainase, kemiringan dasar saluran, debit dan kecepatan aliran.

Tabel 1.11 Nilai Kekasaran Permukaan LahanTata Guna Lahann

Kedap air0,02

Timbunan tanah0,1

Tanaman pangan/tegalan dengan sedikit rumput pada tanah gundul yang kasar dan lunak0,2

Padang rumput0,4

Tanah gundul yang kasar dengan runtuhan dedaunan0,6

Hutan dan sejumlah semak belukar0,8

(Sumber: Triatmodjo, 2010)

Gambar 1.7 Lintasan Aliran Waktu Inlet Time (to) dan Conduit Time (td)

b. Koefisien pengaliran (C)Koefisien pengaliran didefinisikan sebagai nisbah antara puncak aliran permukaan terhadap intensitas hujan. Perkiraan atau pemilihan nilai C secara tepat sulit dilakukan, karena koefisien ini antara lain bergantung pada:1. Kehilangan air akibat infiltrasi, penguapan, tampungan permukaan.2. Intensitas dan lama hujan.Dalam perhitungan drainase permukaan, penentuan nilai C dilakukan melalui pendekatan berdasarkan karakter permukaan pada Tabel (2.12). Kenyataan di lapangan sangat sulit menemukan daerah pengaliran yang homogen. Dalam kondisi yang demikian, maka nilai C dapat dihitung dengan cara berikut:(2.31)Tabel 1.12 Koefisien Pengaliran (C) untuk Rumus RasionalDeskripsi Lahan/Karakter PermukaanKoefisien Pengaliran (C)

Bisnis:

Perkantoran0,70-0,95

Pinggiran0,50-0,70

Perumahan:

Rumah tinggal0,30-0,50

Multiunit, terpisah0,40-0,60

Multiunit, tergabung0,60-0.75

Perkampungan0,25-0,40

Apartemen0,50-0,70

Perkerasan:

Aspal dan beton0,70-0,95

Batu bata dan paving0,50-0,70

Halaman berpasir:

Datar (2%)0,05-0,10

Curam (7%)0,50-0,20

Halaman tanah:

Datar (2%)0,13-0,17

Curam (7%)0,18-0,22

Hutan:

Datar 0-5%0,10-0,40

Bergelombang 5-10%0,25-0,50

Berbukti 10-30%0,30-0,60

(Sumber: disalin sebagian dari Suripin, 2004)

2.5Sumur ResapanSumur resapan merupakan sumur atau lubang pada permukaan tanah yang dibuat untuk menampung air hujan agar dapat meresap ke dalam tanah. Sumur resapan ini kebalikan dari sumur air minum. Sumur resapan merupakan sumur atau lubang untuk memasukkan air ke dalam tanah, sedangkan sumur air minum berfungsi untuk menaikkan air tanah ke permukaan. Dengan demikian konstruksi dan kedalamannya berbeda. Sumur resapan digali dengan kedalaman di atas mukaair tanah dan sumur air minum digali lebih dalam lagi di bawah muka air tanah.

2.5.1Prinsip Kerja Sumur ResapanPrinsip kerja sumur resapan adalah menyalurkan dan menampung air hujan ke dalam sumur agar air dapat memiliki waktu tinggal di permukaan tanah lebih lama, sehingga sedikit demi sedikit air dapat meresap ke dalam tanah.Tujuan utama dari sumur resapan ini adalah memperbesar masuknya air hujan ke dalam tanah sebagai air resapan (infiltrasi). Dengan demikian, air akan lebih banyak masuk ke dalam tanah dan sedikit yang mengalir sebagai aliran permukaan. Semakin banyak air yang masuk ke dalam tanah, berarti akan banyak tersimpan air tanah yang dapat dimanfaatkan kembali melalui sumur-sumur atau mata air yang dapat dieksplorasi setiap saat. Manfaat sumur resapan diantaranya, dapat mempertahankan atau bahkan meninggikan kedudukan muka air tanah, memeperkecil aliran permukaan, dan mengurangi laju erosi dan banjir.Untuk lebih jelasnya,prinsip kerja dari sumur resapan dapat dilihat pada Gambar (1.8).

Gambar 1.8 Prinsip Kerja Sumur Resapan(Sumber: Kunaedi, 2008)

2.5.2Perencanaan Pembuatan Saumur ResapanPembuatan sumur resapan harus memperhatikan faktor keamanan dan kelestariannya sehingga tidak menimbulkan dampak baru terhadap lingkungan. Dalam rencana pembuatan sumur resapan perlu diperhitungkan karakteristik hujan, tinggi muka air tanah, koefisien permeabilitas tanah, dan luas permukaan penutupan.a. Karakteristik HujanKarakteristik hujan, meliputi intensitas hujan dan lama hujan. Secara umum dapat dikatakan bahwa makin tinggi hujan, makin lama berlangsungnya hujan memerlukan volume sumur resapan yang makin besar. Sementara selang waktu hujan yang besar dapat mengurangi volume sumur yang diperlukan. b. Tinggi Muka Air TanahTinggi muka air tanah. Pada kondisi muka air tanah yang dalam, sumur resapan perlu dibuat secara besar-besaran karena tanah benar-benar memerlukan pengisian air melalui sumur-sumur resapan. Sebaliknya pada lahan yang muka airnya dangkal, pembuatan sumur resapan kurang efektif, terutama pada daerah pasang surut atau daerah rawa di mana air tanahnya sangat dangkal.c. Koefisien Permeabilitas TanahKondisi tanah sangat berpengaruh pada besar kecilnya daya resap tanah terhadap air hujan. Salah satu sifat tanah yang langsung berpengaruh terhadap daya resap air adalah tekstur dan pori-pori tanah yang sering dinyatakan dengan nilai koefisien permeabilitas tanah. Koefisien permeabilitas tanah adalah kemampuan tanah dalam meresapkan air per satuan waktu.

Tabel 1.13 Hubungan Kecepatan Infiltrasi dan Tekstur TanahTekstur TanahKecepatan Infiltrasi(mm/jam)Kriteria

Pasir berlempung25 50Sangat cepat

Lempung12,5 - 25Cepat

Lempung Berdebu7,5 15Sedang

Lempung berliat0,5 - 2,5Lampat

Liat< 0,5Sangat Lambat

(Sumber: Arsyad, 1976)Tabel 1.14 Harga Koefisien Permeabilitas Tanah pada UmumnyaJenis TanahK

(cm/detik)(ft/menit)

Kerikil bersih1,00-1002,0-200

Pasir kasar1,00-0,012,0-0,002

Pasir halus0,01-0,0010,02-0,002

Lanau0,001-0,000010,002-0,00002

Lempung< 0,000001