## ANALISIS BACKWATER DENGAN HEC-RAS DI KELURAHAN SEWU KOTA SURAKARTA
Dinar Fauziyah Fatma Kartikaningrum 1 , Rintis Hadiani 2 dan Endah Sitaresmi Suryandari 3
1 Mahasiswa Fakultas Teknik, Prodi Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret
2 Pengajar Fakultas Teknik, Prodi Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret
3 Kepala Dinas Pekerjaan Umum Kota Surakarta Email: kartikaningrum76@gmail.com

## ABSTRACT
Sewu village is one of the region in Surakarta that frequently have flooding. This is because the area is low and Pepe overflows into Bengawan Solo river. To find out the length of the backwater seen in HEC- RAS software,  which are then  mapped  with the Geograpic Information System. The calculation  was used flood discharges due to rain on 2, 5, 10, 25, 50 period, and 3-days rainfall maximum yearly. From this study, it is expected to obtain flood discharge plans for re-periods and maximum daily rains, as well as knowing whether or not the backwater occurs. Flood discharge was calculated using HSS Nakayasu method.  The  result  of  this  research  are  maximum  discharge  for  2  years  return  period  (Q 2 )  is  22,74 m 3 /second, maximum discharge for 5 years return period (Q 5 ) is 30,90 m 3 /second, maximum discharge for 10 years return period (Q 10 ) is 36,66 m 3 /second, maximum discharge for 25 years return period (Q 25 ) is 44,34 m 3 /second, and maximum discharge for 50 years return period (Q 50 ) is 50,37 m 3 /second, and the maximum annual flood discharge due to 3-days rains is 41,58 m 3 /second which occurred in 2004. Based on the results of the analysis of the HEC-RAS program, it can be seen that the existence of the new Demangan floodgate is able to overcome the flood problems that have occurred so far.
Keywords: back water, HEC-RAS, Geograpic Information System (GIS), HSS Nakayasu

## ABSTRAK
Kelurahan Sewu merupakan salah satu wilayah yang sering mengalami banjir di Kota Surakarta. Hal ini dikarenakan daerahnya yang rendah serta adanya luapan Kali Pepe yang masuk ke Sungai Bengawan Solo.  Untuk  mengetahui  panjang  arus  balik  terlihat  pada  perhitungsn software HEC-RAS,  yang kemudian  dipetakan  dengan  Sistem  Informasi  Geografis.  Debit  yang  digunakan  dalam  perhitungan adalah Q 2 , Q 5 , Q 10 , Q 25 , Q 50 , dan Q 3 harian . Dari penelitian ini diharapkan memperoleh debit banjir rencana periode ulang dan hujan 3 harian maksimum tahunan, serta mengetahui terjadi atau tidaknya arus balik air.  Dari  hasil  perhitungan  dengan  menggunakan  metode  HSS  Nakaysu  didapatkan  nilai  debit  banjir periode ulang 2 Tahun (Q 2 ) adalah  23,95  m 3 /detik, debit banjir 5 Tahun (Q 5 ) adalah  32,56 m 3 /detik, debit banjir periode ulang 10 Tahun (Q 10 ) adalah 38,62 m 3 /detik, debit banjir periode ulang 25 Tahun (Q 25 ) adalah 46,71 m 3 /detik, debit banir periode ulang 50 Tahun (Q 50 ) adalah 53,07 m 3 /detik, dan debit banjir akibat hujan 3 harian maksimum tahunan adalah 41,91 m 3 /detik yang terjadi pada tahun 2004. Berdasarkan  hasil  analisis  program  HEC-RAS,  dapat  dilihat  bahwa  keberadaan  pintu  air  Demangan yang baru mampu menanggulangi permasalahan banjir yang selama ini terjadi.
Kata kunci : air balik, HEC-RAS, Sistem Informasi Geografis, HSS Nakayasu.

## 1. PENDAHULUAN
Banjir merupakan suatu keadaan dimana daratan tergenang oleh air. Air muncul karena saluran yang tidak lagi mampu menampung  air  tersebut.  Banjir  juga  menimbulkan  berbagai  kerugian  baik  material  maupun  non  material,  serta menjadi ancaman bagi warga yang tinggal disekitarnya.
Banjir pada tanggal 26 Desember 2007 merupakan banjir terbesar sejak tahun 1966. Pada saat itu terjadi pemusatan genangan di Kota Surakarta, terutama di Kelurahan Sewu dan Joyotakan. Banjir ini lebih disebabkan oleh backwater, selain itu juga diperkuat oleh jebolnya tanggul serta adanya pendangkalan. Dampaknya terjadi genangan hampir 100% di Kelurahan Sewu dan Joyotakan (Paparan PKT, 2018).
Air balik (backwater) adalah aliran air yang terjadi pada pertemuan saluran, baik saluran yang besar maupun yang kecil. Aliran ini terjadi karena elevasi muka air pada saluran besar lebih tinggi dari elevasi muka air di saluran kecil. Analisis air balik dapat dilakukan dengan bantuan perangkat lunak HEC-RAS.
Untuk mengetahui terjadi atau tidaknya air balik ( backwater ) perlu dihitung debit sungai atau saluran terlebih dahulu. Dari data hujan harian yang diperoleh, dapat dihitung debit banjir rencana periode ulang dan hujan 3 harian maksimum tahunan.
Pada  masa  lampau, backwater terjadi  saat  pintu  air  Demangan  lama  tertutup  dan  disertai  dengan  kebocoran  yang disebabkan karena usia pintu dan pompa air yang sudah tua. Saat ini, backwater tidak lagi menjadi masalah di Kota Surakarta. Hal ini terjadi karena terdapat dua pintu air pengatur. Pertama, pintu air yang berada di Tirtonadi. Pintu air ini menahan air dari Pepe Hulu supaya tidak masuk ke Pepe Hilir atau ke dalam kota. Kedua, pintu air Demangan baru yang menahan agar tidak terjadi backwater dari Bengawan Solo. Selain itu, Kota Surakarta juga bentengi parapet dengan Q 50 tahun. Pintu air Demangan juga dilengkapi dengan pompa air dengan kapasitas 12,5 m 3 /detik.
Penelitian  yang  dilakukan  tidak  memperhitungkan  adanya  pompa  air,  ditambah  lagi  data  yang  digunakan  hanya sampai tahun 2017. Dengan demikian, analisis ini tidak bisa lagi diberlakukan. Akan tetapi, penanganan backwater pada lokasi ini dapat dijadikan contoh untuk saluran/sungai di lokasi yang lain yang bersinggungan langsung dengan sungai besar.

## 2. LANDASAN TEORI
Penelusuran  banjir  merupakan  suatu  upaya  mengurangi  dampak  yang  merugikan  akibat  banjir  dengan  cara memprediksi besarnya banjir dengan melihat fenomena alam seperti tinggi rendahnya curah hujan. Dalam perhitungan debit yang digunakan adalah debit maksimum yang diambil dari data hujan pada kurun waktu tertentu.
ArcGIS  merupakan  software  berbasis  Geographic  Information  System  (GIS)  yang  banyak  digunakan  untuk mengetahui lokasi rawan yang terjadi dari bencana alam. Lanaria Pangestu (2017) memplotkan nilai area banjir dari hasil HEC-RAS ke dalam peta SHP (shapefile) untuk menghasilkan peta area banjir akibat backwater .

## Mengisi Data Hujan yang Hilang
Masalah yang sering dialami dalam pengukuran hujan salah satunya adalah tidak tercatatnya hujan karena kerusakan alat atau pengamat tidak mencatat. Data yang hilang ini dapat diisi dengan nilai perkiraan. Dengan mempertimbangkan jarak  antar  stasiun  dan  curah  hujan  di  beberapa  stasiun  terdekat,  data  hujan  yang  hilang  dapat  dihitung  dengan Persamaan 1.
P x = ∑ P i L i 2 n i=1 ∑ 1 L i 2 n i=1 (1)
dengan P x = data curah hujan pada stasiun X yang diperkirakan data hilang, P i = data curah hujan stasiun terdekat, dan L i = jarak antar stasiun.

## Uji Konsistensi Data
Data  yang  diperoleh  dari  alat  pencatat  bisa  jadi  tidak  penggah  karena  berpindahnya  alat,  rusaknya  alat,  lokasi terganggu,  dan  lain  sebagainya  (Sri  Harto,  2000).  Penelitian  ini  menguji  konsistensi  data  dengan  lengkung  massa ganda (double  mass  curve) .    Konsistensi  data  hujan  dengan  kurva  massa  ganda  dapat  dilihat  dari  grafik  yang dihasilkan.  Apabila  garis  tidak  lurus  maka  perlu  dikoreksi  dengan  cara  mengalikan  data  dengan  faktor  perubahan kemiringan sebelum atau sesudah grafik patah.

## Hujan Wilayah
Stasiun penakar hujan hanya memberikan kedalaman hujan di titik di mana stasiun tersebut berada, sehingga hujan di stasiun  tersebut  belum  bisa  menggambarkan  hujan  yang  terjadi  di  suatu  wilayah.  Metode  polygon  Thiessen memperhitungkan  bobot  dari  masing-masing  stasiun  yang  mewakili  luasan  di  sekitarnya.  Metode  ini  digunakan apabila penyebaran stasiun hujan di daerah yang ditinjau tidak merata (Bambang Triatmodjo, 2009).
Nilai hujan wilayah dengan metode polygon Thiessen dapat dihitung dengan Persamaan 2.
p̅ = A1p1 + A2p2 +   … . +AnPn A1 + A2 +   … + An (2)
dengan p̅ = hujan rerata kawasan, p1, p2, …, pn = hujan stasiun 1, 2, 3, … , n dan A1, A2, …, An = luas daerah yang mewakili stasiun 1, 2, 3, …, n.

## Distribusi Sebaran
Perhitungan  menggunakan  distribusi  Log  Pearson  III  banyak  digunakan  dalam  analisis  data  maksimum  banjir  dan debit minimum dengan nilai ekstrem. Bentuk distribusi Log Pearson III merupakan hasil transformasi dari distribusi Pearson  III  dengan  transformasi  variat  menjadi  nilai  logaritmik.  Bentuk  distribusi  Log  Pearson  III  dapat  dihitung dengan Persamaan 3.
Y = Y ̅ − k. S (3)
dengan Y = nilai logaritmik dari X, Y ̅ = nilai rata-rata dari Y, S = deviasi standar dari Y dan K = karakteristik dari distribusi Log Pearson III.

## Kecocokan Sebaran
Uji  kecocokan  Smirnov-Kolmogorov  juga  disebut  uji  kecocokan  non  parametik,  karena  pengujiannya  tidak menggunakan  fungsi  distribusi  tertentu  namun  dengan  memperhatikan  kurva  dan  penggambaran  data  pada  kertas probabilitas. Dari gambar dapat diketahui jarak penyimpangan setiap titik data terhadap kurva. Jarak penyimpangan terbesar merupakan nilai ∆ maks dengan kemungkinan didapat nilai lebih kecil dari nilai ∆ kritik ,  maka  jenis  distribusi yang dipilih dapat digunakan (Bambang Triatmodjo, 2009).

## Curah Hujan Rancangan (Periode Ulang)
Curah hujan rancangan adalah curah harian maksimum yang mungkin terjadi dalam periode waktu tertentu misal 5 tahunan, 10 tahunan, dan seterusnya. Prosedur menghitung curah hujan rancangan adalah sebagai berikut:
1. Mengubah data debit/hujan sebanyak n buah (X 1 , X 2 , …, Xn) menjadi data log (Log X 1 , Log X 2 , …, Log Xn).
2. Menghitung nilai rerata, standar deviasi, dan koefisien kemencengan.
3. Mencari nilai K berdasarkan Tabel F1.
4. Mengalikan nilai K dengan Sd (standar deviasi), kemudian menjumlahkannya dengan nilai rerata.
5. Menghitung nilai antilog dari nilai yang didapat pada langkah sebelumnya.

## Hujan Efektif
Hujan efektif merupakan perkalian antara hujan total dengan koefisien limpasan (c), yang ditunjukkan pada Persamaan 4.
P eff = X T × c (4)
dengan P eff = hujan efektif, X T = hujan rancangan dan C = koefisien limpasan.

## Waktu Konsentrasi
Waktu konsentrasi adalah waktu yang diperlukan untuk memperkirakan debit puncak di daerah tangkapan yang kecil, hujan  deras  dengan  durasi  singkat  yang  jatuh  di  berbagai  titik  pada  seluruh  daerah  tangkapan  hujan  dapat terkonsentrasi di titik kontrol yang ditinjau dalam waktu bersamaan yang dapat menghasilkan debit puncak (Suripin, 2004), ditunjukkan pada Persamaan 5.
T c = 0,0195 × L 0,77 × S −0,385 (5)
dengan T c = waktu konsentrasi (jam), L = panjang sungai (km) dan S = kemiringan.

## Intensitas Hujan
Intensitas  curah  hujan  adalah  jumlah  curah  hujan  dalam  suatu  satuan  waktu  tertentu.  Penelitian  ini  menngunakan metode Mononobe yang disajikan pada Persamaan 6.
I t = R 24 24 ( 24 t ) 2 3 (6)
dengan I t = intensitas curah hujan untuk lama hujan t (mm/jam), t = lamanya curah hujan (jam) dan R 24 = curah hujan maksimum selama 24 jam (mm).

## Saluran Terbuka
Saluran  terbuka  adalah  saluran  dimana  air  mengalir  dengan  permukaan  bebas.  Pada  saluran  terbuka,  tekanan  di permukaan air di sepanjang saluran adalah sama, yang biasanya adalah tekanan atmosfir.
Analisis aliran pada saluran terbuka lebih sulit jika dibandingkan dengan aliran melalui pipa (saluran tertutup). Hal ini  dikarenakan  variabel  aliran  yang  tidak  teratur  baik  terhadap  ruang  maupun  waktu.  Variabel  tersebut  meliputi tampang melintang, debit, kekasaran, kemiringan dasar, belokan dan sebagainya.

## Hidrograf Satuan Sintetis Nakayasu (HSS Nakayasu)
HSS Nakayasu diambil dari nama penemunya yaitu Nakayasu yang melakukan pengamatan hidrograf pada beberapa sungai  di  Jepang  pada  tahun  1948.  Persamaan  yang  digunakan  dalam  perhitungan  HSS  Nakayasu  mengikuti Persamaan 7 sampai dengan Persamaan 12.
Qp = 1 3,6 ( ARe 0,3 Tp + T 0,3 ) (7)
Tp = t g + 0,8T r (8)
t g = 0,4 + 0,058. L untuk L > 15 km t g = 0,21. L 0,7 untuk L < 15 km
T 0,3 = α tg t r = 0,5 t g sampai t g
(9) (10) (11) (12)
dengan Qp = debit puncak banjir, A = luas DAS (km 2 ), Re = curah hujan efektif (1 mm), Tp = waktu dari permulaan banjir sampai puncak hidrograf banjir (jam), T 0,3 = waktu dari puncak banjir sampai 0,3 kali debit puncak banjir (jam),
Jurnal Riset Rekayasa Sipil Universitas Sebelas Maret ISSN: 2579-7999
Vol. 5 No. 2, Maret 2022
t g = waktu konsentrasi (jam), T r = satuan waktu dari curah hujan (jam), α = koefisien karakteristik DAS biasanya diambil 2 dan L = panjang sungai utama (km).

## HEC-RAS
Digunakan dalam menganalisis profil aliran dan arus balik. HEC-RAS memiliki empat komponen model satu dimensi. Satu elemen penting dalam HEC-RAS adalah keempat komponen tersebut memakai data geometri yang sama, routine hitungan hidraulika yang sama, serta beberapa fitur desain hidraulik yang dapat diakses setelah hitungan profil muka air berhasil dilakukan.

## 3. METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah  deskriptif  kuantitatif.  Analisis  arus  balik  air  menggunakan  HEC-RAS, kemudian dilakukan pemetaan potensi wilayah tergenang dengan ArcGIS. Penelitian dilakukan di Kelurahan Sewu, Kecamatan Jebres, Kota Surakarta. Data yang digunakan adalah:
1. Peta digital Kota Surakarta dan sekitarnya skala 1:25000 yang diperoleh dari Badan Informasi Geospasial (BIG) Indonesia,
2. Peta DAS Pepe Hilir yang di peroleh dari Pusdataru,
3. Data geometri sungai dan anak-anak sungai pada lokasi penelitian,
4. Data hujan harian (mulai tahun 1997 sampai 2017) yang diperoleh dari Balai Besar Wilayah Sungai  (BBWS) Bengawan Solo,
5. Data koordinat stasiun hujan di wilayah Kota Surakarta dan sekitarnya.
Data di atas kemudian diolah dengan menggunakan beberapa perangkat digital yang terdiri dari:
1. Program Microsoft Word, untuk membantu penulisan skripsi,
2. Program Microsoft Excel, untuk pengolahan data hujan,
3. HEC-RAS 5.0.5, untuk pemodelan hidrolika,
4. Program ArcGIS 10.3, untuk mengolah peta digital.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Debit Banjir Rencana
Nilai debit banjir rencana hujan periode ulang dan hujan 3 harian maksimum tahunan diperoleh dengan perhitungan menggunakan metode HSS Nakayasu. Debit banjir rencana disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Debit Banjir Rencana, Hasil Analisis
Hujan Periode Ulang (tahun) Debit Banjir Rencana (m 3 /detik) 2 22,736 5 30,903 10 36,656 25 44,337 50 50,375 Hujan 3 Harian Maksimum Tahunan Debit Banjir Rencana (m 3 /detik) 2004 41,584

## Analisis Arus Balik
Hasil analisis arus balik menggunakan software HEC-RAS berupa gambar dan tabel pada penampang melintang dan penampang memanjang. Gambar penampang melintang dan penampang memanjang disajikan pada Gambar 1 sampai Gambar 4.
Vol. 5 No. 2, Maret 2022
Sementara itu, deskripsi pintu air yang berada di hilir Kali Pepe dituliskan sebagai berikut:
1. Struktur penompang pintu air berada di tengah antara RS 61 dan RS 62
2. Jenis pintu air adalah pintu geser (sluice gate)
3. Jumlah pintu 3 buah, masing-masing berukuran lebar 2,5 m dan tinggi 5 m
4. Koefisien debit aliran melalui pintu adalah 0,6
Operasi buka-tutup pintu air mengikuti aturan sebagai berikut:
1. Urutan operasi pintu sebagai berikut: #2, #1, dan #3
2. Kecepatan buka-tutup adalah 0,1 m/menit
3. Pada awal simulasi, pintu #2 dibuka 1 m, pintu #1 dan #3 ditutup
4. Pintu #2 ditambah bukaannya jika elevasi muka air di hulu pintu melewati +81 m dan ditutup jika muka air di hulu pintu lebih rendah dari pada +80 m sampai bukaan minimum 0,4 m
5. Pintu #1 dibuka jika elevasi muka air di hulu pintu melewati +81,5 m dan ditutup sepenuhnya jika muka air di hulu pintu lebih rendah dari +80,5 m
6. Pintu #3 dibuka jika elevasi muka air di hulu pintu melewati +82 m dan ditutup sepenuhnya jika muka air di hulu pintu lebih rendah dari +81 m
Gambar 1. Penampang Melintang
Gambar 3. X-Y-Z Perspective Plot
Dari  hasil  analisis  arus  balik  yang  dilakukan  dengan  HEC-RAS,  terlihat  bahwa  keberadaan  pintu  air  ini  mampu menanggulangi  permasalahan  banjir  yang  selama  ini  terjadi.  Tinggi  muka  air  dari  Sungai  Bengawan  Solo  mampu ditahan masuk ke Kali Pepe.

## 5. KESIMPULAN
Dari hasil analisis dan pembahasan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Debit  banjir  rencana  hujan  periode  ulang  adalah  Q 2 =  22,736  m 3 /detik,  Q 5 =  30,903  m 3 /detik,  Q 10 =  36,656 m 3 /detik, Q 25 = 44,337 m 3 /detik, dan Q 50 = 50,375 m 3 /detik. Sedangkan nilai debit banjir rencana hujan 3 harian maksimum tahunan adalah 41,584 m 3 /detik.
2. Terjadi backwater berdasarkan analisis yang dilakukan dengan HEC-RAS pada kala ulang 2, 5, 10, 25, dan 50 tahun. Akan tetapi mampu tertangani dengan adanya pintu air.

## DAFTAR PUSTAKA
Triatmodjo, Bambang. 2009. Hidrologi Terapan Cetakan Kedua. Yogyakarta: Beta Offset Triatmodjo, Bambang. 1992. Metode Numerik. Yogyakarta: Beta Offset Pangestu, Lanaria. 2017. Analisis Backwater Di Sekitar Pertemuan Kali Anyar Surakarta dengan Sungai Bengawan Solo. Skripsi. Surakarta: Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Fauziyyah, A.L. 2014. Backwater Pada Sungai Dengkeng Berdasarkan Metode Tahapan Langsung. Skripsi. Surakarta: Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Istiarto. 2018. Simulasi Aliran 1-Dimensi Dengan Bantuan HECRAS. Bahan Kuliah. Yogyakarta Jadmiko, Sigit. Rintis Hadiani dan Agus Prijadi Saido. 2013. Banjir Tahunan Sub Daerah Aliran Sungai Bengawan SoloHulu 3 dengan Sistem Informasi Geografis. Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret
Kamiana, I. Made. 2011. Teknik Perhitungan Debit Rencana Bangunan Air. Yogyakarta: Graha Ilmu Kurniawan, Fendika Titok. 2015. Analisis Arus Balik pada Saluran Drainase Primer Gayam Kabupaten Kulon Progo dengan Metode Integrasi Numerik. Skripsi. Surakarta: Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
SNI 2415:2016. Tata Cara Perhitungan Deit Banjir Rencana Soemarto. 1987. Hidrologi Teknik. Surabaya: Usaha Nasional
Wardanu,  H.S.  2016.  Penelusuran  Banjir  Dengan  Metode  Numerik  Daerah  Aliran  Sungai  Ngunggahan  Wonogiri.
Skripsi. Surakarta: Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Wibisono,  Chandra.  2015.  Analisis  Arus  Balik  Air  pada  Saluran  Drainase  Primer  Ngestiharjo  dan  Karangwuni Kabupaten Kulon Progo. Skripsi. Surakarta: Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Wilson, E. M. 1993. Hdrologi Teknik. Bandung: ITB