Waktu Konsentrasi Daerah Aliran Sungai Menggunakan Pengembangan Metoda Kirpich dan Hydrograf Satuan Sintetik Soil Conservation Sercvices

(Studi Kasus: DAS Citarum, DAS Ciliwung, DAS Cimanuk)

Ariani Budi Safarina

ABSTRAK

Waktu konsentrasi dibutuhkan dalam menentukan waktu puncak, debit puncak dan keadaaan dimana hujan telah merata di seluruh daerah aliran sungai (DAS). Banyak persamaan waktu konsentrasi yang digunakan berdasarkan hasil penelitian sebelumnya. Pada penelitian ini digunakan 9 buah DAS lokasi penelitian di Jawa Barat yang merupakan DAS terukur. Waktu konsntreasi digunakan dengan menggunakan unit hydrograf observasi dan unit hydrograf sintetik SCS yang dimodifikasi menggunakan metoda optimasi. Secara umum dapat dikatakan bahwa metoda Kirpich sesuai digunakan pada DAS lokasi penelitian, tetapi perlu modifikasi koefisien. Persamaan waktu konsentrasi yang didapat dari hasil penelitian ini dapat digunakan untuk menganalisis sifat sifat hidrologis DAS tersebut seperti debit puncak dan waktu puncak. Kata kunci : Hydrograf, Debit Puncak, Waktu Puncakentrasi 1. PENDAHULUAN Secara umum, waktu konsentrasi (time concentration) dibutuhkan untuk mengetahui kapan dalam suatu DAS mulai terjadi puncak genangan (runoff) dihitung sejak awal turun hujan (rainfall). Daerah aliran sungai (DAS) didefinisikan sebagai suatu wilayah dimana seluruh pengaliran air permukaan menuju ke suatu sungai di lokasi tersebut(Chow VT, Maidment David R, Mays Larry W, 1976) . Waktu puncak dibutuhkan untuk mengantisipasi kondisi debit puncak terutama yang mengakibatkan banjir. Dengan mengetahui waktu puncak secara tepat, maka kerugian akibat banjir dapat diminimalkan. Banyak penelitian mengenai waktu konsentrasi dan hubungannya dengan waktu puncak. Seperti Kirpich (1940), California (1942), Izzard(1946), Morgali dan Linsley (1965),dan SCS (1972). Setiap penelitian mempunyai keterbatasan terutama dalam hal kondisi geografis yang berbeda. Kirpich membatasi bahwa formula waktu konsentrasinya hanya baik jika digunakan untuk kemiringan 3% sampai dengan 10%. Kemudian California. merupakan pengembangan persamaan Kirpich untuk DAS kecil di pegunungan di California. Di Indonesia umumnya persamaan persamaan waktu konsentrasi tersebut langsung digunakan tanpa diverifikasi. Kesalahan dalam menentukan waktu konsentrasi ini dapat mengakibatkan penyimpangan dalam

menentukan waktu puncak dan juga debit puncak yang umumnya dianalisa terhitung sejak terjadinya hujan.Penyimpangan ini di lapangan dapat mengakibatkan over design atau under design dalam perencanaan bangunan air atau perencanaan drainase. Tujuan Penelitian ini adalah :

1. Menentukan karakteristik DAS lokasi penelitian.

2. Menentukan hydrograf satuan observasi pada DAS lokasi penelitian.

3. Menentukan hydrograf satuan sintetik dengan metoda SCS dan waktu konsentrasi Kirpich

4. Melakukan modifikasi metoda SCS dengan Optimasi untuk menentukan persamaan Kirpich Modifikasi

5. Membuat grafik hubungan antara waktu puncak dengan panjang sungai utama dan slope.

6. Menentukan persamaan waktu konsentrasi DAS lokasi penelitian yang merupakan pengembangan dari persamaan Kirpich

2. STUDI PUSTAKA 2.1 Morfologi Sungai Morfologi sungai adalah ilmu tentang struktur dan bentuk sungai, termasuk konfigurasi saluran, geometri saluran, bentuk dasar saluran dan karakteristik profil. Morfologi saluran merupakan fungsi dari waktu yang

8 ULTIMATE – Jurnal Ilmiah Teknik Sipil, Vol. 5, N0. 2,November 2008

dipengaruhi oleh debit, kecepatan, debit sedimen, termasuk kuantitas dan karakteristik sedimen. Secara geologis, sungai dapat diklasifikasikan menjadi muda, matang dan tua. Sungai muda merupakan sungai sungai pegunungan dengan kemiringan tajam dan lembah berbentuk V. Sungai ini sangat irregular dan secara umum dalam proses degradasi. Sungai matang terdapat di lembah yang melebar dengan kemiringan yang relatif datar, dan erosi di pinggir sungai. Sungai matang bersifat stabil, dan penampang melintang di setiap tempat mampu mengangkut sedimen. Sungai tua kadang-kadang ditemui di lembah yang lebar lebih lebar dari daerah meander dari sungai dan mempunyai kemiringan yang sangat datar. Tanggul natural biasa terbentuk di sungai ini. Terdapat bantaran banjir yang luas. Sungai tua tidak mempunyai aliran cepat atau terjunan namun terdapat danau oxbow yang terjadi dari meander tua sungai. 2.2 Morfologi Daerah Aliran Sungai(DAS) Outlet

Gambar 1. Daerah Aliran Sungai Daerah aliran sungai adalah suatu wilayah dimana seluruh pengaliran air permukaan menuju ke suatu sungai di lokasi tersebut. Karakteristik fisik utama dari suatu DAS adalah luas, bentuk, elevasi, kemiringan, orientasi, jenis tanah, jaringan saluran, kapasitas penampungan air dan tutupan lahan. Pengaruh jenis karakteristik tersebut berbeda-beda. Jenis tanah misalnya, mengontrol infiltrasi, tampungan air permukaan, dan air dalam tanah. Pengaruh yang dikombinasikan dari semua faktor adalah klasifikasi untuk DAS kecil dan DAS besar. DAS besar adalah suatu DAS dengan pengaruh kapasitas penampungan dominan, sehingga pengaruh hujan terhadap penampungan ini kecil. DAS yang besar tidak sensitif terhadap variasi intensitas hujan hujan dan land use. Umumnya DAS besar

mempunyai ukuran yang besar dengan sungai utama. DAS kecil dikontrol oleh aliran overland, land use, kemiringan dll, mempunyai variasi debit puncak yang sangat besar. Pengaruh kapasitas penampungan kecil, dan DAS sangat sensitif terhadap curah hujan, sehingga respon terhadapnya cepat. Perlu dicatat bahwa DAS di daerah rawa yang sedikit kecil, mempunyai karakteristik DAS seperti DAS besar. Horton (1945), secara empiris mendapatkan bahwa terdapat parameter yang menentukan karakteristik hidrologis dari DAS yaitu perbandingan antara nomor sungai orde ke i terhadap nomor sungai orde i+1 (bifurcation ratio,Ni). Parameter ini kemudian dikembangkan oleh Strahler(1964) yaitu perbandingan panjang sungai orde ke i+1 terhadap panjang sungai orde i (length ratio,Li), juga Dchumm (1956) yaitu perbandingan antara luas pengaliran sungai orde i+1 terhadap luas pengaliran sungai orde i (area ratio,Ai). Ratio ini dihitung dengan memploting nilai Ni,Li dan Ai pada skala logaritmik dengan orde sungai pada skala linier, seperti terlihat pada gambar 2.11 untuk dua buah DAS di Venuzuela.

Gambar2. Parameter Geomorfologi DAS Mamon,

Venuzuela (Sumber: Applied Hydrology, VT Chow dkk, 1988)

2.3. Unit Hydrograf Unit hidrograf atau hydrograf satuan adalah unit pulsa yang merupakan fungsi respon dari sistem hidrologi linier, dan pertama kali dikeluarkan oleh Sherman(1938). Unit hidrograf dari sebuah DAS didefinisikan sebagai hidrograf limpasan langsung yang dihasilkan dari satu inch atau satu cm hujan efektif yang diturunkan secara seragam di setiap titik dalam DAS, pada kecepatan konstan dan durasi efektif. Unit hidrograf adalah model linier sederhana yang dapat digunakan untuk mendapatkan hidrograf yang dapat ditentukan dari setiap

9 ULTIMATE – Jurnal Ilmiah Teknik Sipil, Vol. 5, N0. 2,November 2008

hujan efektif. Asumsi dasar yang digunakan dalam model linier ini adalah:

1. Hujan efektif mempunyai intensitas yang konstan selama durasi efektif.

2. Hujan efektif didistribusikan secara seragam di setiap titik dalam DAS.

3. Basis waktu hidrograf limpasan langsung dari suatu hujan efektif dengan durasi tertentu adalah konstan.

4. Ordinat ordinat hidrograf limpasan langsung dari sebuah aliran dasar sebanding dengan jumlah total hujan efektif untuk setiap hidrograf.

5. Untuk suatu DAS, hidrograf yang dihasilkan bagi setiap hujan efektif tertentu menggambarkan karakteristik DAS yang sama.

Gambar 3. Unit Hydrograf 2.4 Waktu Konsentrasi Waktu konsentrasi adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai titik outlet oleh air hujan yang jatuh di tempat terjauh dari outlet. Untuk hujan yang seragam, lama waktu ini sama dengan waktu keseimbangan, yang laju alirannya sama dengan laju penambahan hujan. Banjir maksimum terjadi bila hujan intensitas maksimum dengan durasi lebih kecil dari waktu konsentrasi. Waktu konsentrasi tergantung dari karakteristik DAS, yaitu jarak yang harus ditempuh air ke outlet, kemiringan, luas DAS dan pola drainase (Subarkah, 1980). Untuk DAS besar dengan pola drainase kompleks, aliran air dari tempat yang terjauh akan untuk ikut menambah besarnya banjir di outlet. Untuk DAS kecil dengan pola drainase sederhana, lama waktu konsentrasi sama dengan lama waktu pengaliran dari tempat terjauh. Banyak persamaan waktu konsentrasi yang merupakan hasil beberapa penelitian, diantaranya adalah persamaan Kirpich (1940) sebagai berikut:

385.0

15.1

7700HLtc = (1)

Persamaan ini dikembangkan dari data SCS berdasarkan tujuh buah DAS di Tennessee yang memiliki kemiringan sungai 3% sampai 10%. 3. METODOLOGI Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

• Studi literatur penelitian terdahulu • Membuat hydrograf satuan observasi

DAS lokasi penelitian berdasarkan hujan jam-jaman dan debit jam-jaman menggunakan metoda konvolusi

• Membuat hydrograf satuan sintetik dengan metoda SCS.

• Membuat modifikasi metoda SCS dengan optimasi.

• Menentukan formulasi matematik waktu konsentrasi.

4. HASIL PENELITIAN 4.1 Unit Hydrograf Observasi dan SCS Pada penelitian ini dihasilkan unit hydrograf observasi dari 9 buah DAS di Propinsi Jawa Barat yang merupakan sub DAS dari sungai sungai besar yaitu S.Citarum, S.Ciliwung dan S.Cimanuk., kemudian dibuat pula unit hydrograf sintetiknya dengan metoda SCS dan metoda SCS modifikasi dengan optimasi berdasarkan unit hydrograf observasi dengan menggunakan waktu konsentrasi dari Kirpich yang dimodifikasi, seperti dapat dilihat pada gambar-gambar berikut. 4.1.1 DAS Citarum

Gambar 4 Unit Hydrograf S.Citarum-Nanjung

Perbandingan Unit Hydrograf Observasi dan SCS S.Citarum-Nanjung

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 10 20 30 40

Waktu(Jam)

Deb

it(m

3/s) SCS

Observasi

SCS Modif ied

10 ULTIMATE – Jurnal Ilmiah Teknik Sipil, Vol. 5, N0. 2,November 2008

Gambar 5 Unit Hydrograf S.Cisangkuy-Kamasan

Gambar 6 Unit Hydrograf S.Cikapundung-

Pasirluyu 4.1.2 DAS Ciliwung

Gambar 7 Unit Hydrograf S.Ciliwung-Sugutamu

Gambar 8 Unit Hydrograf S.Ciliwung-Katulampa

4.1.3 DAS Cimanuk

Gambar 9 Unit Hydrograf S.Cimanuk-Leuwidaun

Gambar 10 Unit Hydrograf S.Cikeruh-Jatiwangi

Gambar 11 Unit Hydrograf S.Cilutung-Damkamun

Gambar 12 Unit Hydrograf S.Cilutung-

Bantarmerak 4.2 Persamaan Kirpich Tc Modifikasi Dari hasil unit hydrograf SCS modifikasi didapat waktu konsentrasi Tc untuk setiap DAS adalah sebagai berikut:

Tabel 1. Persamaan Kirpich Modifikasi

Perbandingan Unit Hydrograf Observasi dan SCS S.Cisangkuy-Kamasan

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40

Waktu (Jam)

Deb

it(m

3/s.

mm

)Observasi

SCS

SCS Modif ied

Perbandingan Unit Hydrograf Observasi dan SCS S.Cikapundung-Pasirluyu

0.002.004.006.008.00

10.0012.00

0 50 100 150

Waktu(jam)

Debi

t(m3/

s.m

m)

Observasi

SCS

SCS Modif ied

Perbandingan Unit Hydrograf Observasi dan SCS S.Ciliwung-Sugutamu

05

1015

2025

30

0 5 10 15 20 25 30

Waktu(jam)

Deb

it(m

3/s.

mm

)

Observasi

SCS

SCS Modif ied

Perbandingan Unit Hydrograf Observasi dan SCS S.Ciliwung-Katulampa

0.0010.0020.0030.0040.00

0 5 10 15 20 25

Waktu(jam)

Deb

it(m

3/s.

mm

)

Observasi

SCS

SCS Modif ied

Perbandingan Unit Hydrograf Observasi dan SCS S.Cimanuk-Leuwidaun

0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.00

0 5 10 15 20 25

Waktu(jam)

Debi

t(m3/

s.m

m)

Observasi

SCS

SCS Modif ied

Perbandingan Unit hydrograf Observasi dan SCS S.Cikeruh-Jatiwangi

01234567

0 5 10 15 20 25

Waktu(jam)

Deb

it(m

3/s.

mm

)

Observasi

SCS

SCS Modif ied

Perbandingan Unit Hydrograf Observasi dan SCS S.Cilutung-Damkamun

05

10152025303540

0 10 20 30 40 50

Waktu(jam)

Debi

t(m3/

s.m

m)

Observasi

SCS

SCS Modif ied

Perbandingan Unit Hydrograf Observasi dan SCS S.Cilutung-Bantarmerak

02468

10121416

0 10 20 30 40

Waktu(jam)

Deb

it(m

3/s.

mm

)

Observasi

SCS

SCS Modif ied

DAS Tc Kirpich Modifikasi

Citarum-Nanjung Tc=L1.20/(7700H0.35)

Cisangkuy-Kamasan Tc=L1.29/(7700H0.28)

Cikapundung-Pasirluyu Tc=L1.34/(7700H0.29)

Ciliwung-Sugutamu Tc=L1.22/(7700H0.34)

Ciliwung-Katulampa Tc=L1.27/(7700H0.29)

Cimanuk-Leuwidaun Tc=L1.24/(7700H0.31)

Cikeruh-Jatiwangi Tc=L1.16/(7700H0.38)

Cilutung-Damkamun Tc=L1.22/(7700H0.35)

Cilutung-Bantarmerak Tc=L1.15/(7700H0.47)

11 ULTIMATE – Jurnal Ilmiah Teknik Sipil, Vol. 5, N0. 2,November 2008

5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan

• Metoda SCS selalu menghasilkan debit puncak yang besar dibandingkan dengan debit puncak yang sebenarnya.

• Persamaan waktu Konsentrasi Kirpich dapat digunakan di DAS pada lokasi penelitian ini, tetapi memerlukan kalibrasi koefisiennya.

5.2 Saran • Penelitian yang bisa dikembangkan

dari hasil penelitian ini adalah persamaan waktu konsentrasi untuk DAS dengan karakteristik yang lain.

Daftar Pustaka Chow VT, Maidment, 1988, Mays Larry W.,

Applied Hidrologi, McGraw-Hill International Edition

Das Ghanshyam,2002, Hydrology and Soil Conservation Engineering,, Prentice-Hall of India, New Delhi

De Smelt Fdkk, 2000, CA Brebbia (ed), Risk Analysis II, WIT press Southampton, Boston: 295-304

Gupta Ram S, 1989, Hydrology and Hydraulic System, Prentice Hall New Jersey

Gray, D.M., 1961 : Interrelationships of watershed characteristics, J. Geophys. Res.66.

12 ULTIMATE – Jurnal Ilmiah Teknik Sipil, Vol. 5, N0. 2,November 2008

13 ULTIMATE – Jurnal Ilmiah Teknik Sipil, Vol. 5, N0. 2,November 2008