Danau Toba

ANALISA KAPASITAS TAMPUNGAN PENYIMPANAN AIR

DI CATCHMENT AREA DANAU TOBA

TUGAS AKHIR

040404059 DZIKRATUL HAYATI SIREGAR

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK USU

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Penurunan muka air normal Danau Toba terkait pemanfatan air oleh beberapa kegiatan Industri, pertanian dan pariwisata telah menjadi perhatian dari para ilmuan maupun masyarakat, khususnya yang sadar lingkungan. Sudah beberapa penyelidikan dilakukan, maupun penelitian untuk mengetahui berbagai hubungan antara kondisi iklim, alam (land use) dan pemanfaatan air Danau tersebut. Dilakukannya studi analisa kapasitas penyimpanan Catchment area (DTA) Danau Toba sehubungan keterkaitan kemampuan DTA menyimpan air untuk mensuplai kebutuhan terhadap air

Studi ini dilakukan dengan menganalisa data pada wilayah Daerah Tampungan Air Danau Toba seluas 3.584,21 km² selama 15 tahun yaitu periode tahun 1993-2007. Data tersebut berupa data curah hujan (1993-2007), data tinggi muka air, data iklim, dan data debit air yang keluar dari danau ke sungai Asahan serta suplesi air dari regulating Lau Renun yang beroperasi sejak tahun 2006. Analisa Tampungan Penyimpanan Air di Catchment Area Danau Toba dengan menganalisa air yang masuk (inflow) dan air yang keluar (outflow) menggunakan metode perhitungan neraca air (water balance) untuk suatu resevoir. Pada perhitungan yang dilakukan juga digunakan metode F.J. Mock untuk mendapatkan nilai dari variabel yang dibutuhkan pada perhitungan neraca air.

Dari hasil analisa curah hujan yang dilakukan, curah hujan sangat dipengaruhi kondisi iklim. Pada perhitungan menunjukkan keadaan tidak stabil, ditandai besarnya fluktuasi curah hujan dan tidak memiliki siklus intensitas curah hujan yang teratur. Kondisi iklim di DTA Danau Toba berpengaruh pada tata guna lahan di DTA Danau Toba. Dari total luas sub catchment Danau Toba yaitu 2471,7969 Km2, yang masih berupa hutan alami hanya sebesar 27,76 % (652,63 Km2), ± 50 % berupa ladang, hutan tanaman industri dan semak belukar, 13,72 % (322,56 Km2) lahan gundul dan ± 10 % sisanya berupa persawahan.Dimana tingginya penyinaran dapat terjadi akibat berkurangnya luas lahan untuk hutan sehingga temperatur udara meningkat. Berkurangnya areal hutan yang cukup besar untuk wilayah DTA Danau Toba mengakibatkan sedikitnya air yang tertampung sebagai air cadangan pada saat curah hujan rendah, dan terjadi kehilangan (runoff) cukup besar pada curah hujan tinggi.

Potensi Danau Toba dalam memenuhi kebutuhan air sangat besar bila dimanfaatkan dan dikelola secara optimal. Volume tampungan berdasarkan elevasi tertinggi dan terendah yang diizinkan adalah 905 m dpl – 902,4 m dpl = 2,6 m, jika dikalikan dengan volume Danau Toba 1112,41 km² maka debit air yang tersedia adalah 2.892.266.000 m³. Catchment area Danau Toba tidak menyimpan air hujan secara optimal, salah satu penyebabnya adalah penggundulan hutan. Kondisi ini merupakan dampak besar menurunnya muka air normal danau akibat berkurangnya daerah resapan di DTA Danau Toba.


KATA PENGANTAR

Alhamdulillah sebagai ekspresi syukur kepada Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat meyelesaikan tugas

akhir ini, yang diajukan untuk memenuhi syarat dalam ujian sarjana Teknik Sipil

bidang studi Keairan pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Salawat dan salam tak lupa pula hamba haturkan kepada Sang inspirator nabi

Muhammad SAW, yang telah membawa banyak perubahan dan kebaikan bagi

seluruh umat manusia.

Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah “Analisa Kapasitas Tampungan

Penyimpanan Air di Catchment Area Danau Toba “.

Penulis telah berusaha dengan seluruh daya upaya dalam menyelesaikan

tugas akhir ini, namun penulis menyadari masih banyak kekurangan. Keterbatasan

pengetahuan dan kurangnya pengalaman merupakan penyebab dari

ketidaksempurnaan tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan

saran dari Bapak dan Ibu dosen serta rekan – rekan mahasiswa demi kemajuan

penulis nantinya.

Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi- tingginya

atas bimbingan dan bantuan yang diberikan untuk terselesaikannya tugas akhir ini

kepada:


Teristimewa untuk kedua orang tua yang penulis hormati dan sayangi

Ayahanda M. Ridwan Siregar, SH dan Ibunda Dewi Anna Hasibuan, yang

telah membesarkan, mendidik, memberikan dorongan baik material, spiritual

serta semangat dengan sabar dan kasih sayang yang tidak dapat dibalas jasa

dan pengorbanannya. Hanya Allah SWT yang dapat membalasnya.

Bapak Ir. Boas Hutagalung, M.Sc selaku pembimbing I yang telah banyak

meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan

masukan kepada penulis.

Bapak Ivan Indrawan, ST selaku pembimbing II yang telah banyak

meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan

masukan kepada penulis.

Bapak Prof. Dr. Ing. Johanes Tarigan sebagai Ketua Departemen Teknik

Sipil, Universitas Sumatera Utara.

Bapak Ir. Terunajaya, MSc, sebagai sekretaris Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Bapak/Ibu dosen dan seluruh pegawai di lingkungan Departemen Tenik Sipil,

Universitas Sumatera Utara.

Sebagai hamba yang tak luput dari kesalahan, penulis menyadari bahwa tugas

akhir yang telah selesai ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karenanya, dengan

ikhlas hati penulis menerima kritik dan saran demi perbaikan ke depan nantinya.

Harapan penulis, agar kiranya tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan,

04 0404 059

Dzikratul Hayati Siregar


DAFTAR ISI

ABSTRAK …………………………………………………………………… i

KATA PENGANTAR ………………………………………………………. iii

DAFTAR ISI …………………………………………………………………. vi

DAFTAR TABEL ………………………………………………………….... x

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xi

DAFTAR NOTASI .......................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Uraian Umum ...........................................................................1

1.2. Latar Belakang ......................................................................... 2

1.3. Maksud dan Tujuan Penulisan ................................................. 4

1.4. Ruang Lingkup Permasalahan.................................................. 5

1.5. Batasan Masalah....................................................................... 6

1.6. Sistematika Penulisan .............................................................. 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Umum...................................................................................... 9

2.2 Siklus Hidrologi ...................................................................... 9

2.1.1. Siklus Hidrologi Tertutup ............................................. 14


2.1.2. Siklus Hidrologi Terbuka ............................................. 16

2.3. Daerah Aliran Sungai ............................................................. 17

2.3.1. Defenisi Daerah Aliran Sungai...................................... 17

2.3.2. Faktor Pembentuksn Sub Sistem .................................. 19

2.4. Presipitasi ................................................................................ 25

2.4.1. Tipe Presipitasi ............................................................. 26

2.4.1.1. Klasifikasi Genetik........................................... 26

2.4.1.2. Klasifikasi Bentuk .......................................... 28

2.4.2. Curah Hujan Daerah ( Area Rainfall) ........................... 29

2.5. Evapotranspirasi……………………….................................. 32

2.6. Air Bawah Permukaan ………….……………………........... 34

2.6.1. Kelembaban Tanah ………….....…….......................... 38

2.6.2. Infiltrasi ..……………………....................................... 42

2.6.2.1. Proses Terjadinya Infiltrasi dan

Pergerakan Air ………..………........................43

2.6.2.2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Infiltrasi…46

2.6.2.3. Pengukuran Infiltrasi ……………………...... 48

2.6.3. Air tanah ………………………………........................50


BAB III GAMBARAN KONDISI DAERAH TANGKAPAN AIR DANAU

TOBA

3.1. Letak dan Luas ........................................................................ 53

3.2 Topografi …………………………......................................... 52

3.3. Jenis Tanah ………………...................................................... 54

3.4. Iklim .............……………………………............................... 54

3.4.1. Tipe Iklim ...................................................................... 54

3.4.2 Curah Hujan …………………………………………... 55

3.4.3. Suhu kelembapan Udara Serta Evaporasi ……………. 55

3.5 Kondisi Hidrologi Danau Toba ……………………………... 55

3.6 Penggunaan / Pemanfaatan Lahan dan Penutupan Lahan …... 56

3.6.1. Hutan Alam/ Hutan Rapat ……………………………. 57

3.6.2. Hutan Tanaman Industri, Hutan Jarang/ Ringan,

Kebun Campuran ……………………………………. 57

3.6.3. Semak, Belukar Muda, Resam dan

Tanaman Semusim …………………………………... 58

3.6.4. Lahan terbuka ………………………………………… 59

3.6.5. Sawah ………………………………………………… 59

3.7. Habitat, Flora dan Fauna ……………………………………. 60

3.7.1. Habitat Daratan ………………………………………. 60


3.7.1.1. Hutan Alam/ Hutan Rapat …………………. 60

3.7.1.2. Hutan Tanaman Industri, Hutan Jarang/

Ringan, Kebun Campuran …………………. 61

3.7.1.3. Semak, Belukar Muda, Resam dan

Tanaman Semusim ………………………... 61

3.7.1.4. Habitat Lahan terbuka …………………….… 62

3.7.1.5. Habitat Persawahan…………………..……. 62

3.7.2. Habitat Perairan Danau Toba ……………………………….. 62

BAB IV METHODOLOGI PENELITIAN

4.1. Pengumpulan Data .............................…………………...…. 64

4.2. Analisa Data ............................................................................ 67

4.2.1. Curah Hujan Daerah (Rainfall) ………..........................67

4.2.2. Evapotranspirasi Terbatas ............................................. 69

4.2.3. Debit Inflow Danau Toba .............................................. 70

4.2.3.1. Menghitung Debit Danau ................................ 70

4.2.3.2. Menghitung Debit Daratan ............................. 70

4.2.4. Debit outflow Danau Toba …………………………… 73

4.2.5. Kapasitas Tampungan DTA Danau Toba ……………. 74


.

BAB V ANALISA DAN PEMBAHASAN

5.1. Analisa Curah hujan ...........................…………………...…. 75

5.2.1. Analisa Kondisi Iklim ................................................... 78

5.2.2. Hubungan Kondisi Curah Hujan Dengan Iklim ........... 79

5.2.3. Analisa Tata Guna Lahan (Land Use)............................ 82

5.2. Analisa Evapotranspirasi ......................................................... 83

5.3. Analisa Debit Inflow Danau Toba …….................................. 85

5.3.1. Debit Presipitasi yang langsung ke Danau Toba .......... 85

5.3.2. Debit Presipitasi yang Jatuh ke Permukaan Daratan

Daerah Tangkapan Danau Toba …………………….. 86

5.3.3. Suplesi Air dari PLTA Lau Renun …………………... 90

5.4. Debit Outflow Danau Toba ………………………................. 90

5.5. Kapasitas Tampungan Danau Toba ........................................ 91

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ............................................................................. 94

5.2. Saran ........................................................................................ 98

DAFTAR PUSTAKA....................................................................................... 99

LAMPIRAN


DAFTAR TABEL

Tabel

2.1 : Klasifikasi air irigasi berdasarkan nilai SAR ............................................ 12

2.2 : Nilai Kc berbagai nilai D2/D1.................................................................. 37

2.3 : Nilai K’ untuk berbagai nilai α ............................................................... 38

2.4 : Nilai Kb untuk berbagai nilai α ……....................................................... 39

2.5 : Nilai Kb untuk berbagai nilai R/D …………............................................. 39

4.1 : Luas catchment stasiun curah hujan ………………………………….......... 53

4.2 : Tabel data curah hujan rata-rata bulanan Thiessen ….…………………....... 54

4.3 : Data curah hujan bulan rata-rata Thiessen …………………………….......... 55

4.4 : Perhitungan debit andalan rata-rata dengan mnetode DR. FJ. MOCK…....... 56

4.5 : Perhitungan evapotranspirasi dengan metode Pennman………………......... 59

4.6 : Analisa kebutuhan air selama penyiapan lahan ……………………….......... 63

4.7 : Koefisien tanaman untuk padi dan palawija….………………………........... 64


DAFTAR GAMBAR

Gambar

2.1 : Kondisi partikel tanah saat normal (sebelum terjadinya kenaikan tegangan air

pori)..................................................................................................... 13

2.2 : Kondisi partikel tanah saat menerima getaran (saat terjadinya kenaikan

tegangan air pori)..................................................................................... 14

2.3 : Bangunan yang Ambles karena hilangnya daya dukung tanah akibat

likuifaksi.................................................................................................. 15

2.4 : Tangki yang muncul ke permukaan tanah tekanan tekanan ke atas akibat

likuifaksi.................................................................................................. 15

2.5 : Peta zona gempa dipermukaan tanah tahun 1987.................................... 29

2.6 : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun

2002......................................................................................................... 30

2.7 : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun

2007......................................................................................................... 30

2.8 : Grafik Faktor reduksi, rd (Seed and Idriss, 1971)................................... 33


2.9 : Grafik Hubungan antar Cyclic Stress Ratio ( 'v

cyc

στ

)dengan (N1)60 untuk

magnitude gampa, M 7,5 (Seed et al)...................................................... 42

3.1: Rancangan Bandar Udara Medan Baru..................................................... 44

3.2 : Peta Lokasi Bandar Udara Medan baru.................................................... 44

3.3 : Asumsi Kejadian gempa menurut Gumble………………………..……. 47

3.4: Proses Pengambilan sampel tanah serta Uji SPT tanah dengan menggunakan Bor

Mesin……………………………………………………………… 50

3.5 : Bagan prosedur penelitian………………………………………….…... 52

3.6 : Lokasi pengambilan data lapisan tanah………………………………… 53

4.1 :Sampel tanah yang mengandung fosil kerang…………………………... 57

4.2 : Grafik Percepatan gempa pada lapisan tanah lokasi III………………… 66

4.3 : Grafik Percepatan gempa pada lapisan tanah lokasi IV………………... 68

4.4 : hubungan antara CSR dan CRR pada Grafik Seed et al (lokasi III)......... 77

4.5 : hubungan antara CSR dan CRR pada Grafik Seed et al (lokasi IV)......... 78


DAFTAR NOTASI

Notasi

amax = Percepatan gempa maksimum

Cb = Korelasi diameter borelog.

Cr = Panjang rod

CRR = Cyclic Resistant Ratio

CSR = Cyclic Stress Ratio

CSRM = CSR pada magnetude = M

Dr = Relatif Density

e = Angka Pori

Em = Efesiensi hammer

g = Grafitasi

Gmax = Modulus Geser maksimum

Gs = Specific Grafity (Berat jenis tanah)

h = Kedalaman fokus

H = Tebal Lapisan Tanah

Ko = Koefisien tekanan tanah dalam

LL = Liquid Limit

M = Magnetude Gempa

MMI = Modified Mercally Intensity

Mw = Momen magnetude gempa

N SPT = hasil test SPT

(N)60 = Nilai N SPT yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian lapangan

OCR = Over Consolidated Ratio


PGA = Peak Ground Acceleration, dalam gal (1g = 1000 gal)

PI = Indeks Plastisitas

R = Jarak Hipocentre (Km), R2 = ro + h2

rd = Faktor Reduksi

ro = Jarak terdekat dari lokasi ke proyeksi vertikal dari gempa akibat aktivitas

pada permukaan tanah (epicentre)

SPT = Standard Penetration Test

T = Periode Ulang

w = Kadar Air

α = Jumlah gempa rata – rata pertahun (Metode Gumble)

β = Parameter yang menyatakan hubungan antara distribusi gempa dengan

magnetude (Metode Gumble)

γ = Berat isi tanah

γsat = Berat isi Jenuh Tanah

γw = Berat isi air

τcyc = Tegangan geser rata – rata

0σ = Tegangan efektif octahedral = )2(31

0 vv K σσ +

σ'v = Tegangan vertikal efektif

σv = Tegangan vertikal total

μ = Tegangan air pori


Documents

Danau Toba