BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Polder

2.1.1 Definisi Sistem Polder

Sistem polder adalah suatu teknologi penanganan banjir dan air laut pasang

dengan kelengkapan sarana fisik, seperti sistem drainase, kolam retensi, pintu dan

pompa air, yang harus dikelola sebagai satu kesatuan pengelolaan tata air yang tidak

terpisahkan. 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.

Daerah yang berpotensi sebagai polder adalah daerah dataran rendah seperti rawa

musiman, dataran banjir dan zona pasang surut (daerah pantai). Sistem polder ini

sangat berguna untuk mengamankan daerah-daerah rendah dan daerah yang berupa

cekungan dari banjir, yang drainasenya 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 sungai (outlet).

9

2.1.2 Karakteristik Sistem Polder

Polder adalah suatu area atau kawasan yang cukup luas di tepi pantai dengan

elevasi muka tanah di bawah muka air pasang (MAT) air laut, danau atau sungai, yang

dikelilingi oleh tanggul atau tanah tinggi, agar area atau kawasan tersebut dapat

dicegah banjir. Area atau kawasan di dalam polder tersebut ditata sedemikian rupa

sehingga air yang berasal dari luar kawasan tidak dapat masuk, dimana air yang

dikelola hanya berasal dari air hujan dan kadang-kadang air rembesan pada kawasan

itu sendiri yang dikumpulkan.

Dalam polder tidak ada aliran permukaan bebas seperti pada daerah tangkapan

air alamiah, tetapi dilengkapi dengan bangunan pengendali pada pembuangannya

dengan penguras atau pompa untuk mengendalikan air keluar.

Muka air di dalam polder air permukaan maupun air bawah permukaan tidak

bergantung pada permukaan air di daerah sekitarnya dan dinilai berdasarkan elevasi

lahan, sifat-sifat tanah, iklim dan tanaman.

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

Gambar 2.1 Sketsa Tipikal Sistem Polder

10

2.1.3 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 atau genangan. Air di dalam sistem dikendalikan

sedemikian rupa sehingga jika ada kelebihan air yang berpotensi dapat menyebabkan

banjir, maka kelebihan air itu dipompa keluar dari sistem.

2.1.4 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.

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, tentunya dapat

menimbulkan masalah, sehingga harus dibangun saluran drainase yang cukup besar

sesuai dengan debit banjir yang ada sehingga tidak menimbulkan genangan. Dalam

artian daerah dengan sistem polder, dengan adanya sistem drainase perkotaan sangat

dibutuhkan untuk mengeringkan suatu area tersebut.

11

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 saluran pembawa.

b. 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.

c. 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 daerah sehingga secara efektif dapat berfungsi sebagai pengumpul

dari anak cabang saluran yang ada.

d. 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 :

b. Bangunan Silang; misalnya gorong-gorong atau siphon.

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

d. Bangunan Peresap (infiltrasi), misalnya sumur resapan.

12

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 di bawah ini.

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

Gambar 2.2 Skema Jaringan Drainase pada Sistem Polder

2. Tanggul

Tanggul merupakan suatu batas yang mengelilingi suatu badan air atau daerah

atau wilayah tertentu dengan elevasi yang lebih tinggi, agar dapat terlindungi dari

pengaruh luar atau sesuatu yang dapat membahayakan daerah yang berada diluarnya,

apabila melimpas keluar dari tempatnya. 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

13

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

adalah 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.

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.

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 pervious, misalnya

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

14

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 konsentrasi 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

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 memindahkan air dari kolam

tampungan dengan menggunakan sumber tenaga, baik itu listrik atau diesel atau solar.

Air dapat dibuang langsung ke laut atau sungai atau 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

15

jenis sentrifugal, sedangkan pompa yang menggunakan tenaga diesel dengan bahan

bakar solar adalah pompa submersible.

2.2 Hidrologi

Hidrologi adalah ilmu yang mempelajari tentang terjadinya, pergerakan dan

distribusi air di bumi, baik di atas maupun di bawah permukaan bumi. Secara umum

dapat dikatakan bahwa Hidrologi adalah ilmu yang menyangkut masalah kuantitas dan

kualitas air di bumi. Unsur-unsur hidrologi yang dibahas pada penelitian ini adalah

sebagai berikut :

2.2.1 Evaporasi

Evaporasi adalah proses pertukaran molekul air di permukaan menjadi molekul-

molekul uap air (penguapan) di atmosfer melalui kekuatan panas. Cara menentukan

besarnya evaporasi dapat dengan berbagai cara, salah satunya adalah dengan

pengukuran evaporasi permukaan air bebas secara langsung (Water Budget Study of

Field Plots and for a Large Watershed).

EL = P + Isurf + Igw – Osurf – Ogw - ∆S (2.2)

Keterangan :

EL = Evaporasi muka air bebas per hari

P = Presipitasi

Isurf = Aliran permukaan harian yang masuk

Igw = Aliran air tanah yang masuk

Osurf = Aliran permukaan harian yang keluar

Ogw = Aliran air tanah yang keluar

∆S = Perubahan jumlah simpanan air selama periode pengamatan

16

Untuk perhitungan pada permasalahan banjir dan drainase, pada umumnya

besaran evaporasi tidaklah terlalu berperan. Meskipun demikian untuk mendapatkan

ketelitian neraca air yang lebih baik dan memenuhi masukan program MIKE URBAN

SWMM, maka perlu dikumpulkan data mengenai evaporasi.

2.2.2 Infiltrasi

Infiltrasi adalah masuknya air dari air hujan maupun aliran permukaan ke dalam

tanah dalam kurun waktu tertentu. Proses infiltrasi ini tergantung dari jenis dan kondisi

tanahnya. Ketika hujan berhenti (di bawah kapasitas infiltrasi) maka sejumlah air yang

tertampung di permukaan diizinkan untuk meresap dan menambah volume komulatif

infiltrasi. Dan metode yang digunakan pada penelitian ini adalah Green-Ampt.

Adapun parameter infiltrasi Green-Ampt ini dapat dilihat pada tabel berikut ini :

Tabel 2.1 Parameter Infiltrasi Green-Ampt

Jenis tanah Nilai IMD

Tanah

Nilai Suct (cm)

Konduktivitas Hidraulik

K (cm/jam) Pasir 0.34 10.16 11.78 LanauPasiran 0.33 20.32 2.99 Pasiran lanau 0.32 30.48 1.09 Lanau 0.31 20.32 0.34 Lempunglanau pasiran 0.26 - 0.15 Lempung lanauan 0.24 25.4 0.10 Lempung 0.21 17.78 0.03

(Sumber : EPA, “SWMM Windows Interface User’s Manual “ 1998)

2.3 Hidraulik

Aliran air dalam suatu saluran dapat berupa aliran pada saluran terbuka (open

channel flow) maupun pada saluran tertutup (pipe channel flow).

2.3.1 Aliran Air pada Saluran Terbuka (Open Channel Flow)

17

1. Aliran Steady (Steady Flow)

Aliran permanen atau tetap adalah aliran yang mempunyai kedalaman tetap

untuk waktu tertentu. Aliran ini di klasifikasikan menjadi dua jenis aliran sebagai

berikut :

a. Aliran Seragam, yaitu aliran dengan tinggi muka air sama pada setiap

penampang.

b. Aliran berubah, yaitu aliran dengan tinggi muka air berubah-ubah di

sepanjang saluran.

2. Aliran Unsteady (Unsteady Flow)

Aliran tidak permanen atau tidak tetap adalah aliran yang mempunyai

kedalaman aliran yang berubah tidak sesuai dengan waktu, contohnya adalah

seperti banjir.

2.3.2 Aliran Air pada Saluran Tertutup (Pipe Channel Flow)

Aliran air pada saluran tertutup ini tidak terdapat muka air bebas, pipa penuh

terisi air. Tekanan air dalam pipa ditentukan oleh muka air di kedua ujung pipa.

2.3.3 Sifat-Sifat Aliran

Pada saluran terbuka (open channel flow), aliran yang terjadi pada saluran adalah

sebagai berikut :

1. Aliran Laminer

Aliran laminer adalah aliran dengan gaya kekentalan atau viskositasnya

relatif sangat besar dibandingkan dengan gaya inersianya, sehingga kekentalan

18

berpengaruh besar terhadap perilaku aliran. Butiran air pada aliran ini bergerak

lebih teratur atau lurus.

2. Aliran Turbulen

Aliran turbulen adalah aliran dengan gaya kekentalan atau viskositasnya

relatif lemah dibandingkan dengan gaya inersianya, sehingga butiran air pada

aliran ini bergerak tidak beraturan atau tidak tetap.

2.4 Gambaran Umum Program MIKE URBAN SWMM

MIKE URBAN SWMM merupakan suatu program model simulasi dan desain

distribusi jaringan air yang fleksibel, baik untuk pengendalian air limbah maupun air

hujan. Program ini mampu mengkombinasikan Arcview GIS dengan Storm Water

Management Model (SWMM). Program ini juga dapat mensimulasikan kualitas dan

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

saluran serta analisis masalah-masalah yang berhubungan dengan hidrologi dan

hidrolika sekaligus. Arcview GIS (Geography Information System) digunakan untuk

mempermudah proses pemasukan data dengan digitasi peta berikut informasinya.

Program ini sudah mengalami perkembangan dan modifikasi, sampai memiliki

beberapa versi dan program MIKE URBAN 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 MIKE

URBAN SWMM ini mempunyai kapasitas dengan tujuan untuk analisis debit banjir,

mendesain saluran, perencanaan saluran dan penggambaran masalah drainase dan

masalah-masalah yang berhubungan dengan perairan lainnya.

19

Program MIKE URBAN SWMM digunakan untuk memodelkan Daerah Aliran

Sungai (DAS) Kali Ciliwung Kota, Kali Besar dan Kali Krukut sebagai saluran drainase

utama pada sistem polder Pluit, sekaligus input model hidrologi, hidrolika maupun

model hujan-limpasan yang dibutuhkan.

Di dalam program ini terdiri dari beberapa metode perhitungan yang digunakan

pada penelitian ini yang akan dibahas di bawah ini.

2.4.1 Metode Perhitungan pada Program MIKE URBAN SWMM

Metode perhitungan yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari :

1. Aliran Permukaan (Overland Flow)

Untuk lebih memahami proses konversi kejadian hujan menjadi limpasan

permukaan pada metode ini, rumus limpasan permukaan yang digunakan dapat

dijabarkan secara singkat sebagai berikut :

Rainfall – ( Infiltrationi + Evaporation ) = Overland Flow (2.3)

Besarnya debit aliran permukaan pada pemodelan SWMM dihitung dengan

konsep nonlinear reservoir. Gambaran mengenai konsep nonlinear reservoir ini dapat

dilihat pada gambar 2.3.

20

(Sumber : DHI Software User Guide, 2005)

Gambar 2.3 Konsep Nonlinear Konversi Hujan – Limpasan pada SWMM

2. Penelusuran Aliran

Penelusuran aliran adalah sebuah prosedur analisis untuk mengetahui jejak aliran

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

Debit aliran permukaan per meter lebar sub daerah layanan diperhitungkan

berdasarkan persamaan Manning sebagai berikut :

21

35 sy

n1q= (2.4)

Keterangan :

q = Debit aliran permukaan per meter lebar, m3/detik/m

n = Koefisien kekasaran manning

y = d - dp = Kedalaman aliran, m

s = Kemiringan lahan, mm/mm

Debit aliran permukaan ini dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

21

qwQ ×= P

W Q

Gambar 2.4 Sketsa Konversi Aliran Permukaan

maka debit aliran dirumuskan sebagai berikut :

1/25/3 Sdp)(d )n1( WQ −= (2.5)

Keterangan :

Q = Debit aliran permukaan, m3/detik

q = Debit aliran permukaan per meter lebar, m3/detik/m

W = Lebar daerah layanan,m

dp = Tinggi depression storage, m

s = Kemiringan daerah tangkapan, m/m

3. Waktu Konsentrasi

Waktu konsentrasi adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan air dari

titik terjauh pada daerah aliran ke titik yang ditentukan di hilir. Salah satu metode

untuk memperkirakan waktu konsentrasi adalah rumus yang dikembangkan oleh

Kirpich (1940), yang dapat ditulis sebagai berikut :

0,385 Tc = 0.87 x L2 (2.6)

1000 x S

Keterangan :

tc = Waktu konsentrasi, jam

L = Panjang saluran utama dari hulu sampai hilir, km

S = Kemiringan rata-rata saluran