Terbit online pada laman web jurnal: http://journal.isas.or.id/index.php/JACEIT

## JOURNAL OF APPLIED CIVIL ENGINEERING AND INFRASTRUCTURE TECHNOLOGY (JACEIT)
Vol. 3 No. 1 (2022) 34 - 41 ISSN: 2723-5378 (Online-Elektronik)

## Estimasi Kebutuhan Dimensi Bangunan Penangkap Sedimen pada Saluran Drainase Kota Cirebon Menggunakan Analisis Hidrologi dan Metode USLE
Rian Mantasa Salve Prastica 1* , Yosephina Puspa Setyoasri 2
1 Teknologi Konstruksi Bangunan Air, Politeknik Pekerjaan Umum, Semarang, Indonesia
2 Balai Besar Wilayah Sungai Cimanuk Cisanggarung, Ditjen SDA Kementerian PUPR, Kota Cirebon, Indonesia
1 rian.mantasa.s.p@lecturer.politeknikpu.ac.id*, 2 yosephinapuspas@pu.go.id

## Abstract
Sediment carried by water is one of the problems that has a negative impact on aquatic ecosystems, especially if the water is used for public consumption. One of the mitigations that can be done is the construction of a sediment trap building so that the water  does  not  contain  a  lot  of  solids  containing  polluting  waste  nutrients.  In  this  study,  the  dimensions  of  the  sediment catchment building in Cirebon City were estimated using hydrological analysis and basic hydraulics as research methods. The estimation of erosion and sedimentation rates was carried out using the USLE method. From the results of the analysis, the dimensions of the sediment catcher are required with a height of 2.5 meters and a bottom width of 7 meters and an estimated length of a sediment catcher of 250 meters. Suggestions for future research, it is hoped that the estimation of the construction of this sediment catcher uses a program or analytical tool so that the estimation results are more accurate and effective when implemented in the field.
Keywords: sediment trap, pollutant load, hydraulics analysis, sedimentation hydrology, USLE method

## Abstrak
Sedimen yang terbawa air menjadi salah satu permasalahan yang memiliki dampak buruk terhadap ekosistem keairan, terlebih bila  air  tersebut  digunakan  sebagai  konsumsi  masyarakat.  Salah  satu  mitigasi  yang  dapat  dilakukan  adalah  dengan  adanya konstruksi bangunan penangkap sedimen agar air tidak mengandung banyak padatan berisi nutrien limbah pencemar. Dalam penelitian ini, dilakukan estimasi dimensi bangunan penangkan sedimen di Kota Cirebon menggunakan analisis hidrologi dan hidraulika  dasar  sebagai  metode  penelitian.  Besarnya  estimasi  laju  erosi  dan  sedimentasi  dilakukan  menggunakan  metode USLE . Dari hasil analisis, diperlukan dimensi penangkap sedimen dengan ketinggian 2,5 meter dan lebar bawah 7 meter dan estimasi panjang penangkap sedimen 250 meter. Saran penelitian ke depan, diharapkan estimasi konstruksi penangkap sedimen ini menggunakan program atau alat bantu analisis agar hasil estimasi lebih akurat dan efektif bila diimplementasi di lapangan.
Kata kunci: bangunan penangkap sedimen, limbah pencemar, analisis hidraulika, hidrologi sedimentasi, metode USLE
Diterima Redaksi : 2022-06-30 | Selesai Revisi : 2022-07-13 | Diterbitkan Online : 2022-08-01

## 1. Pendahuluan
Air merupakan kebutuhan paling mendasar manusia dan makhluk hidup lainnya. Pertumbuhan jumlah penduduk akan  selalu  berbanding  lurus  dengan  peningkatan kebutuhan  air  baku.  Pengelolaan  air  harus  dilakukan secara  terpadu  dengan  berdasarkan  lima  pilar,  yaitu konservasi  sumber  daya  air,  pendayagunaan  sumber daya air, pengendalian daya rusak air, sistem informasi sumber daya air, dan pemberdayaan masyarakat [1]–[3]. Sayangnya,  ketersediaan  air  saat  ini  seringkali  tidak tepat baik dari lokasi, waktu, jumlah maupun mutu. Hal ini  menyebabkan  banyak  wilayah  yang  sering  terjadi
banjir atau kelebihan air, dan banyak juga wilayah yang mengalami kekeringan.
Selain  masalah  tersebut,  ada  permasalahan  yang  ikut bersamaan  dengan  mengalirnya  air,  yaitu  sedimen  [4], [5]. Sedimen merupakan suatu padatan yang terbawa air yang  biasanya  mengandung  nutrient  atau  limbah pencemar  yang  juga  dapat  menurunkan  daya  dukung habitat  di  sekitarnya,  terutama  bila  dijadikan  sebagai konsumsi  manusia. Diperlukan adanya suatu bangunan penangkap sedimen agar air tidak berlebihan mengandung padatan. Gambar 1 menunjukkan visualisasi  desain  yang  dapat  digunakan  sebagai konstruksi bangunan penangkap sedimen.
Journal of Applied Civil Engineering and Infrastructure (JACEIT) Vol. 3 No. 1 (2022) 34 – 41
Sebagai studi kasus penelitian, Kota Cirebon digunakan sebagai  wilayah  penelitian.  Kota  Cirebon  adalah  salah satu  wilayah  yang  sering  mengalami  banjir  pada  saat musim penghujan. Banjir yang terjadi di sejumlah jalan dan  pemukiman  Kota  Cirebon  disebabkan  oleh buruknya  kinerja  sistem  drainase  yang  terjadi  akibat adanya  pendangkalan  pada  saluran  drainase  Kota Cirebon [6]. Pendangkalan ini disebabkan oleh sedimen
atau lumpur  yang terbawa air  hujan dan  mengendap di saluran  drainase.  Endapan  sedimen  apabila  tidak dilakukan pembersihan secara berkala, dapat mengurangi  volume  tampungan  air  pada  saluran drainase  dan  juga  banyak  nutrien  yang  tidak  ramah lingkungan  dan  membahayakan  habitat  ekosistem perairan [7].
Gambar 1. Struktur bangunan penangkap sedimen [8]
Bangunan  penangkap  sedimen  adalah  bangunan  yang berfungsi  untuk  menangkap  sedimen,  baik  sedimen dasar,  maupun  sedimen  layang.  Ukuran  sedimen  yang tertangkap biasanya pada  fraksi pasir atau pada ukuran yang  lebih  besar  sehingga  tidak  turut  masuk  dan mengendap  pada  jaringan  pengairan,  dalam  hal  ini adalah  saluran  drainase  dan  badan  air/sungai.  Berikut adalah  rumus  yang  digunakan  untuk  merencanakan bangunan penangkap sedimen digunakan persamaan (1) berikut ini [9].
Q desain = A x v (1) Q desain = L x B x v v Qdesain
LxB 
di mana L = panjang bangunan penangkap sedimen, B = lebar  bangunan  penangkap  sedimen,  Q  desain  =  debit banjir rancangan, dan v = kecepatan jatuh rencana.
Perencanaan  dimensi  bangunan  penangkap  sedimen sebaiknya  mengikuti  kaidah  L/B  >8.  Hal  ini  dilakukan untuk mencegah agar tidak terjadi aliran meander pada bangunan  penangkap  sedimen.  Apabila  kondisi topografi  tidak  memungkinkan  untuk  menerapkan kaidah  tersebut,  maka  bangunan  penangkap  sedimen perlu  dibagi  ke  arah  memanjang  dengan  dinding
pemisah  untuk  mencapai  perbandingan  antar  panjang bangunan dan lebar bangunan.
Menyikapi  permasalahan  endapan  sedimen  tersebut, diperlukan  suatu  teknologi  pada  saluran  drainase  Kota Cirebon,  berupa  perencanaan  bangunan  penangkap sedimen.  Bangunan  penangkap  sedimen  yang  biasa digunakan  pada  saluran  irigasi,  dapat  diadaptasi  pada saluran  drainase  sehingga  dapat  meningkatkan  fungsi saluran  dalam  membuang  kelebihan  air  ke  badan  air. Bangunan  penangkap  sedimen  juga  dapat  mengurangi volume  sedimen  yang  ikut  mengalir  dan  berpotensi mengendap di badan air/sungai di Kota Cirebon.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  diselesaikan  dengan  metode  sederhana berupa  analisis  hidrologi  [6],  [10],  [11]  dan  hidraulika [12]  dasar  berupa  analisis  menggunakan Microsoft Excel .  Dalam  perkembangannya,  banyak  metode  yang digunakan dengan beberapa software yang lebih akurat dan  berkembang  [5],  [13],  [14],  namun  hal  tersebut menjadi  batasan  pada  penelitian  ini  dan  menjadi rekomendasi pada penelitian berikutnya. Setelah analisis hidrologi  dilakukan,  analisis  dimensi  dihitung  dengan konsep hidraulika sederhana [9].
Data  hujan  yang  digunakan  berasal  dari  Stasiun  Hujan Cirebon  dan  Stasun  Hujan  Cangkol.  Berikut  adalah kerangka berpikir alur penelitian yang dilakukan.
Journal of Applied Civil Engineering and Infrastructure (JACEIT) Vol. 3 No. 1 (2022) 34 – 41

## Gambar 1. Diagram Alur Penelitian

## 3.   Hasil dan Pembahasan
Data  hujan  yang  digunakan  menggunakan  data  hujan tahun  2010  sampai  tahun  2019,  mengggunakan  Pos Hujan  Kota  Cirebon,  dan  Pos  Hujan  Cangkol,  tertera pada Tabel 1. Tabel 2 dan Tabel 3 menunjukkan analisis curah hujan menggunakan Metode Gumbel dan Tabel 4 menunjukkan analisis Log Pearson tipe III.
Tabel 1. Curah Hujan Wilayah Tahun Curah Hujan Harian Maksimum Tahunan (mm) Hujan Wilayah Sta.Cirebon Sta. Cangkol 2010 95,00 80,00 87,50 2011 103,70 70,00 86,85 2012 186,30 100,00 143,15 2013 130,00 61,00 95,50 2014 165,30 68,00 116,65 2015 118,50 80,00 99,25 2016 132,50 130,00 131,25 2017 140,10 120,00 130,05 2018 210,00 216,00 213,00 2019 140,00 104,00 122,00 Tabel 2. Perhitungan Hujan Rencana Metode Gumbel Tahun Curah Hujan Xi (mm) (Xi-X) (Xi-X) 2 2010 87,50 (35,02) 1.226,40 2011 86,85 (35,67) 1.272,35 2012 143,15 20,63 425,60 2013 95,50 (27,02) 730,08 2014 116,65 (5,87) 34,46 2015 99,25 (23,27) 541,49 2016 131,25 8,73 76,21 2017 130,05 7,53 56,70 2018 213,00 90,48 8.186,63
Tahun Curah Hujan Xi (mm) (Xi-X) (Xi-X) 2 2019 122,00 (0,52) 0,27 Tabel 3. Hujan Rencana Metode Gumbel T Yt K XT 2,00 0,37 (0,14) 117,46 5,00 1,50 1,06 162,03 10,00 2,25 1,85 191,53 20,00 2,97 2,61 219,84 50,00 3,90 3,59 256,47 100,00 4,60 4,32 283,93 200,00 5,30 5,05 311,28 1.000,00 6,91 6,75 374,64
Tabel 4. Hujan Rencana Metode Log Pearson III T KT Log XT XT 2,00 0,16 2,05 113,19 5,00 0,76 2,16 145,41 10,00 1,34 2,23 170,22 20,00 1,80 2,29 193,18 50,00 2,04 2,31 205,77 100,00 2,53 2,37 235,38 200,00 3,01 2,43 267,83 1.000,00 3,47 2,48 303,64
Data  hujan  diuji  menggunakan  uji  chi  square,  dan  uji smirnov-kolmogorof,  dengan  hasil  sebagai  Tabel  5 berikut ini.
Tabel 5. Uji Distribusi Hujan Jenis Uji Gumbel Log Pearson III D Hit D Tabel D Hit D Tabel Uji Chi Kuadrat 5.00 5.99 7.00 5.99 D Hit < D tabel = DITERIMA D Hit > D tabel = DITOLAK Smirnov -Kolmo gorov 0.13 0.41 0.10 0.41 D Hit < D tabel = DITERIMA D Hit < D tabel =

## DITERIMA
Berdasarkan data Tabel 5, metode terpilih adalah metode Gumbel,  karena  memiliki  nilai  D  hitung  yang  paling kecil
Selanjutnya,  analisis  distribusi  hujan  dilakukan  dan dihasilkan distribusi hujan selama 6 jam seperti Tabel 6 dan Gambar 2, menggunakan persamaan (2). Sehingga, mendapatkan data hujan kala ulang pada Tabel 7.
3 / 2 24 6 6        t x R RT (2)
Journal of Applied Civil Engineering and Infrastructure (JACEIT) Vol. 3 No. 1 (2022) 34 – 41
Tabel 6. Distribusi hujan selama 6 jam T RT Rt
(Jam) (R 24 ) Rasio Hujan (%) 1 0.5503 55.0% 2 0.3467 14.0% 3 0.2646 10.0% T RT Rt (Jam) (R 24 )
Rasio Hujan (%)
4 0.2184 8.0% 5 0.1882 7.0% 6 0.1667 6.0% Total 100%
Gambar 2. Distribusi hujan jam-jaman setiap periode ulang
Tabel 7. Hujan kala ulang
Tahun Hujan  (mm) 2 117.46 5 162.03 10 191.53 20 219.84 50 256.47 100 283.93 200 311.28 1000 374.64
Berdasarkan analisis distribusi hujan jam-jaman di atas, estimasi debit yang terjadi pada Kota Cirebon dianalisis menggunakan persamaan (3) sebagai berikut.
xcxIxA Q 278 , 0  (3)
Q = 0,278 x 0,5991 x 98,30 x 62,38 Q = 1021,29 m 3 per detik.
Koefisien  limpasan pada Kota Cirebon didapatkan dari data sekunder dengan nilai sebesar 0,5991. Dengan debit yang  terjadi,  maka  volume  tampungan  untuk  desain penangkap  sedimen  adalah  persamaan  (4)  sebagai berikut.
V = 0,0005 x Qn x t
(4) V = 0,0005 x 1021,29 x 7 x 24 x 3600
V = 308.836,92 m 3 .
Namun,  estimasi  volume  tampungan  dengan  metode rasional  tidak  efektif  karena  tampungan  yang direncanakan  adalah  untuk  sedimentasi,  sedangkan volume  tampungan  yang  direncanakan  dari  persamaan (3) dan (4) adalah pendekatan tampungan debit air [6]. Sehingga, diperlukan analisis erosi dan sedimentasi pada wilayah tinjauan yang lebih efektif untuk estimasi desain penangkap  sedimen.  Pada  penelitian  ini,  estimasi volume tampungan sedimen direncanakan menggunakan metode USLE [15], [16].
Analisis  erosi  dilakukan  dengan  perhitungan  indeks erosivitas hujan (R), faktor erodibilitas tanah (K), faktor panjang  dan  kemiringan  lereng  (LS),  dan  pengelolaan dan  konservasi  tanah  (CP)  menggunakan  sistem informasi  geografis  (SIG)  pada  DAS  tinjauan,  sesuai Gambar 3 dan Gambar 4.
Berdasarkan hasil analisis pada Gambar 3  dan Gambar 4,  rekapitulasi  hasil  erosi  dan  sedimentasi  pada  sungai tinjauan adalah sebagai berikut.
Jumlah erosi = 341.682,23 ton/tahun Laju erosi = 273,36 ton/ha/tahun Nilai erosi = 2,0 SDR = 0,429
Sehinggam  hasil  sedimen  yang  dihasilkan  pada  DAS terkait  diestimasikan  sebesar  146.553,52  ton/tahun
Journal of Applied Civil Engineering and Infrastructure (JACEIT) Vol. 3 No. 1 (2022) 34 – 41
dengan ketebalan erosi lahan mm/tahun. Dengan kondisi luas  daerah  layanan  adalah  1249,93  hektar,  maka pendekatan  volume  penangkap  sedimen  yang  terjadi adalah sebesar 55.595,56 m 3 .
Desain  kantong  lumpur  dengan  volume  tampungan tersebut adalah sebagai berikut.
H = 2,5 m B = 7 m L = 250 m
Jarak = 500 m Volume  = 4.375 m 3 Jumlah lubang seharusnya = 12 375 . 4 56 , 595 . 55  outlet.
Dengan  kondisi  tersebut  maka,  volume  yang  bisa ditampung adalah sebesar 94,43%.
Analisis  hidraulika  yang  dihasilkan  pada  penelitian  ini merupakan  metode  konvensional  yang  lebih  terfokus pada gray  infrastructure. Pada  penerapan  di  lapangan, diharapkan  konstruksi  bangunan  penangkap  sedimen perlu  diintegrasi  dengan green  infrastructure [5] agar lebih ramah lingkungan, seperti Gambar 5.
Gambar 3. Analisis Faktor Erosivitas DAS pada Wilayah Cirebon dan Indramayu
Journal of Applied Civil Engineering and Infrastructure (JACEIT) Vol. 3 No. 1 (2022) 34 – 41
Gambar 4. Analisis Laju Erosi DAS pada wilayah Cirebon dan Indramayu
Hasil analisis yang dilakukan oleh penelitian Gambar 5 [13] menunjukkan bahwa efektivitas untuk menurunkan kandungan sedimen pada air menurun, sesuai Gambar 6.
Gambar 6. Hasil Penurunan Sedimen [13]
Pada penelitian ini, efektivitas penurunan sedimen pada air tidak dilakukan, namun hanya berupa estimasi bahwa dimensi penangkap sedimen dapat menangkap sedimen dengan  efektivitas  94,43%.  Untuk  membuat  hasil  ini valid, diperlukan kalibrasi dengan uji laboratorium dan lapangan.  Bila  hasil  belum  valid,  dapat  dilakukan estimasi ulang  yang sesuai dengan kondisi di  lapangan karena dapat terpengaruh oleh faktor topografi, vegetasi, dan debit aliran yang terjadi di lapangan.

## 4.   Kesimpulan
Berdasarkan  analisis  hidrologi  dan  hidraulika  Kota Cirebon,  maka  estimasi  dimensi  penangkap  sedimen yang  dapat  dikonstruksi  adalah  sebanyak  12  outlet dengan ketinggian 2,5 m, lebar saluran 7 m, dan panjang 250 m. Efisiensi tampungan yang terjadi adalah 94,43%. Penelitian  mendatang  diharapkan  dapat  mengintegrasi desain  dengan green  infrastructure agar  lebih  ramah lingkungan  dan  dianalisis  menggunakan software agar estimasi  dimensi  yang  dianalisis  lebih  akurat  untuk implementasi di lapangan.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Balai  Besar Wilayah Sungai Cimanuk Cisanggarung dan Politeknik Pekerjaan  Umum,  Kementerian  Pekerjaan  Umum  dan Perumahan Rakyat yang mendukung penelitian ini.

## Daftar Rujukan
[1]  R. M. S. Prastica, C. Maitri, P. C. Nugroho, and A. Hermawan,  “Analisis  Banjir  dan  Perencanaan Desain Transportasi Sungai  di Kota Bojonegoro,” Media  Komun.  Tek.  Sipil ,  vol.  23,  no.  2,  p.  91, 2017.
[2]  S.  S.  Sathe  and  C.  Mahanta,  “Groundwater  flow and arsenic contamination transport modeling for a multi  aquifer  terrain:  Assessment  and  mitigation strategies,” J.  Environ.  Manage. ,  vol.  231,  no. October 2018, pp. 166–181, 2019.
[3]  A.  Grinham et  al. ,  “Event  loading  drives
distribution  of  the  organochlorine  pesticide metabolite  DDE  in  a  sub-tropical  river  system, Brisbane River, Australia,” Mar. Pollut. Bull. , vol.
170, no. January, p. 112671, 2021.
[4]  A.  Maeda et  al. ,  “Seasonal  variation  of  fluxes  of planktic  foraminiferal  tests  collected  by  a  time- series  sediment  trap  in  the  central  Bay  of  Bengal during  three  different  years,” Deep.  Res.  Part  I Oceanogr.  Res.  Pap. ,  vol.  183,  no.  February,  p. 103718, 2022.
[5]  P.  Sun  and  Y.  Wu,  “Dynamic  Modeling Framework  of  Sediment  Trapped  by  Check-Dam Networks:  A  Case  Study  of  a  Typical  Watershed on  the  Chinese  Loess  Plateau,” Engineering ,  no. xxxx, 2022.
[6]  A.  Ismail,  “Pengaruh  Perubahan  Penggunaan Lahan  Terhadap  Karakteristik  Hidrologi  Daerah Tangkapan  Air  Waduk  Darma,  Kabupaten Kuningan,  Provinsi  Jawa  Barat,” Univ.  Indones. , pp. 1–72, 2009.
[7]  R. Mlih, F. Bydalek, E. Klumpp, N. Yaghi, R. Bol, and  J.  Wenk,  “Light-expanded  clay  aggregate (LECA) as a substrate in constructed wetlands – A review,” Ecol.  Eng. ,  vol.  148,  no.  March,  p. 105783, 2020.
[8]  K.  L.  Mathers,  C.  Kowarik,  C.  Rachelly,  C.  T. Robinson, and C. Weber, “The effects of sediment traps on instream habitat and macroinvertebrates of mountain streams,” J. Environ. Manage. , vol. 295, no. November 2020, p. 113066, 2021.
[9]  V. Te Chow, D. R. Maidment, L. W. Mays, and L. W.  M.  Ven  Te  Chow,  David  R.  Maidment, “Applied Hydrology.” pp. 1–294, 1998.
[10]  R. M. S. Prastica and  A. J. Fanani,  “What causes Ngancar  River  in  Wiroko  Temon  sub-watershed vulnerable  to  flooding?,” IOP  Conf.  Ser.  Earth Environ. Sci. , vol. 847, no. 1, 2021.
[11]  K.  Ghorbani,  A.  Wayayok,  and  A.  F.  Abdullah, “Simulation  of  flood  risk  area  in  Kelantan watershed,  Malaysia  using  numerical  model,” J. Teknol. , vol. 78, no. 1–2, pp. 51–57, 2016.
[12]  T.  Lucke,  C.  Walker,  and  S.  Beecham, “Experimental  designs  of  field-based  constructed floating  wetland  studies:  A  review,” Sci.  Total Environ. , vol. 660, pp. 199–208, 2019.
[13]  M.  Luo,  C.  Pan,  and  C.  Liu,  “Experiments  on measuring  and  verifying  sediment  trapping capacity  of  grass  strips,” Catena ,  vol.  194,  no. April 2019, p. 104714, 2020.
[14]  S.  Saarni,  S.  Hartikainen,  S.  Meronen,  E. Uurasjärvi,  M.  Kalliokoski,  and  A.  Koistinen, “Sediment  trapping  –  An  attempt  to  monitor temporal  variation  of  microplastic  flux  rates  in aquatic systems,” Environ. Pollut. , vol. 274, 2021.
Journal of Applied Civil Engineering and Infrastructure (JACEIT) Vol. 3 No. 1 (2022) 34 – 41
[15]  D. Honek et al. , “Estimating sedimentation rates in small  reservoirs  -  Suitable  approaches  for  local municipalities  in  central  Europe,” J.  Environ. Manage. , vol. 261, no. November 2019, 2020.
[16]  P.  I.  A.  Kinnell,  J.  Wang,  and  F.  Zheng,
“Comparison  of  the  abilities  of  WEPP  and  the USLE-M to predict event soil loss on steep loessal slopes  in  China,” Catena ,  vol.  171,  no.  July,  pp. 99–106, 2018.