DAFTAR ISI - · PDF fileIchwan Ridwan Nasution: Hidrologi Untuk Perencanaan Jembatan, 2004...

Ichwan Ridwan Nasution: Hidrologi Untuk Perencanaan Jembatan, 2004 USU Repository©2006

DAFTAR ISI

Halaman 1. UMUM 1 2. PENGUKURAN SECARA LANGSUNG 1 2.1. Pengukuran Tinggi Muka Air 2 2.2. Pengukuran Kecepatan Aliran 2 2.3. Lengkung Debit (Rating Curve) 3 3. PENGUKURAN SECARA TIDAK LANGSUNG 4 3.1. Pengukuran Distribusi Hujan di Daerah Aliran Sungai 4 3.2. Penetapan Distribusi Hujan Rata-Rata di Daerah Aliran 4 Sungai 3.2.1. Methode Rata-rata Aljabar (Arithmatic Mean) 5 3.2.2. Methode Thiessen 5 3.2.3. Methode Garis Isohyet 7

3.3. Distribusi Curah Hujan Jangka Waktu Pendek 8 4. HUJAN RENCANA 9 5. PENETAPAN DEBIT BANJIR RENCANA 12 5.1. Methode Empiris 13 5.2 Methode Rational 13 5.2.1 Methode Rational Melchior 13 5.2.2 Methode Rational Der Weduwen 17 6. ASPEK SUNGAI DALAM KAITANNYA DENGAN 19 PERENCANAAN JEMBATAN

6.1 Parameter Sungai 19 6.2 Tinggi Muka Air Sungai 20 6.2.1 Titik Awal Hitungan 20 6.2.2 Rumus yang Digunakan 20 6.2.3 Kalibrasi Hasil Perhitungan 23 6.2.4 Cara Perhitungan 23 6.3 Sifat dan Perilaku Sungai 24 6.3.1 Endapan atau Sedimentasi 24 6.3.2 Tikungan Sungai 25 6.3.3 Hal-hal Lain 26

7. DAFTAR KEPUSTAKAAN 27

i


HIDROLOGI UNTUK PERENCANAAN JEMBATAN

1. UMUM Kegiatan Penelitian Hidrologi untuk Perencanaan Jembatan bertujuan untuk mengumpulkan informasi agar dapat menentukan • Debit banjir maximum yang mungkin terjadi. • Elevasi dasar jembatan. • Kedalaman scour maximum. Jenis jenis hanyutan, untuk menentukan ruang bebas (clereance) jembatan.

Untuk mencapai tujuan tersebut dapat dilaksanakan kegiatan sebagai berikut :

• Mengumpulkan dan menganalisa aliran sungai dan debit maximum yang pernah terjadi. • Mengumpulkan data mengenai daerah aliran sungai, dari peta-peta yang tersedia. • Mengumpulkan dan menganalisa curah hujan daerah aliran sungai. • Mengumpulkan data mengenai kemungkinan adanya banjir kiriman atau pengaruh

pasang surut. • Menentukan jenis-jenis dan ukuran hanyutan. • Menghitung secara detail mengenai tinggi air normal, kecepatan arus dan debit banjir

rencana untuk periode ulang 50 tahun. Besar debit dan tinggi banjir yang terjadi adalah merupakan faktor utama sebagai pertimbangan di dalam merencanakan suatu pembangunan jembatan, terutama dalam hal penentuan tinggi dasar jembatan, lebar bentang dan jarak serta bentuk-bentuk pilar. Tinggi elevasi banjir di sungai ditentukan dari besamya debit banjir, dan hal ini dapat diukur dengan metode secara langsung atau tidak langsung. 2. PENGUKURAN SECARA LANGSUNG

Besarnya aliran sungai tidak diukur secara langsung, yang diukur di lapangan pada Stasiun-stasiun Hidrologi adalah :

1


• Tinggi muka air. • Penampang melintang alur sungai. • Kecepatan aliran. Dari tinggi muka air dan penampang melintang alur sungai didapat luas penampang melintang aliran yang jika dikalikan dengan kecepatan rata-rata aliran akan menghasilkan debit sungai pada tinggi muka air tertentu. Dengan melakukan pengukuran pada ketinggian muka air yang berbeda-beda dapat digambarkan grafik lengkung debit (rating curve), yakni grafik yang menggambarkan hubungan elevasi air dengan debit. 2.1 Pengukuran Tinggi Muka Air Data pengukuran tinggi muka air didapat dari pembacaan grafik pesawat otomatis stasiun pengamatan muka air sungai atau dari pembacaan papan duga air biasa, yang biasanya dipasang pada pilar atau landhofd dari jembatan. Data ini diamati dalam jangka waktu yang panjang pada tempat yang dapat memberi gambaran mengenai banjir di sungai. Data tersebut merupakan data lapangan yang dikumpulkan dari stasiun hidrologi. Pencatatan tinggi muka air, baik yang otomatis maupun yang manual dibuat elevasi rata-rata harian lalu dicari harga maximum tinggi muka air dan waktu terjadinya harga-harga maximum tersebut. Pengukuran tinggi muka air dengan alat ukur otomatis dapat dilaksanakan secara kontinu, sedangkan dengan menggunakan papan, duga, elevasi banjir maximum yang terjadi di luar jadwal waktu pengukuran tidak akan tercatat, sehingga banyak debit maximum yang cukup penting tidak teramati. 2.2 Pengukuran Kecepatan Afran Pengukuran kecepatan aliran biasanya dilakukan dengan menggunakan pelampung atau alat ukur arus (current meter). Tempat-tempat pengukuran umumnya dilaksanakan di tempat di mana dilaksanakan pengukuran tinggi muka air. Pengukuran kecepatan air ini gunanya untuk membuat lengkung debit, yaitu lengkung hubungan tinggi muka air dengan debit sungai. Serentak dengan pengukuran kecepatan aliran dapat dilaksanakan pengukuran penampang melintang alur sungai. Tata cara pengukuran kecepatan aliran secara luas banyak dibahas di buku-buku hidrologi.

2

2.3 Lengkung Debit (Rating Curve) Pada ketinggian muka air tertentu pada suatu penampang melintang alur sungai dapat diukur:

A = Luas basah potongan melintang sungai (m2) V = Kecepatan rata-rata aliran (m/detik)

Dengan mengalihkan kedua harga tersebut didapat besar debit aliran:

Q = A . V . (m3/detik) Dari hubungan ketinggian muka air yang tertentu, maka besamya debit dapat ditetapkan berdasarkan dari setiap ketinggian muka air sungai. Pada berbagai ketinggian muka air didapat besar debit yang hasilnya digambarkan dengan suatu graft. Lengkung yang diperoleh disebut Rating Curve, yaitu grafik yang menggambarkan hubungan antara tinggi air dan besamya pengaliran. Rating curve ini biasanya disebut lengkung debit yang merupakan fungsi parabola dengan menggambarkan grafiknya digunakan cara flexible curve. Pertama diplot data pengukuran debit air yang paling rendah dan secara bertahap menuju data pengukuran debit yang paling besar, dengan demikian dapat ditarik lengkung debit tersebut. Ordinatnya menunjukkan tinggi muka air di atas dasar sungai, absisnya menunjukkan debit (Gambar 1). Dengan didapatnya rating curve, maka pada setiap tinggi muka air tertentu dapat dibaca besamya debit secara langsung.

3



3. PENGUKURAN SECARA TIDAK LANGSUNG Cara ini menetapkan debit banjir sungai secara tidak langsung yakni dari variasi curah hujan yang diamati dalam jangka waktu yang panjang pada daerah pengaliran. Besar debit banjir dihitung dengan menggunakan beberapa methode, antara lain Methode Melchior, Weduwen, Haspers, Rational Jepang dan Synthetic Unit Hydorgraph. 3.1. Pengukuran Distribusi Hujan di Daerah Afran Sungai

Besarnya curah hujan dinyatakan dengan millimeter tiap satu satuan waktu (mm/waktu). Besarnya curah hujan diukur dengan alat penakar hujan Standard atau Otomatis dan hujan yang diukur adalah hujan setempat, yaitu hujan di tempat alat itu ditempatkan.

Selanjutnya didapat besar hujan yang terjadi pada suatu periode tertentu. Semakin panjang periode pencatatan yang berhasil dikumpulkan akan semakin baik, karena akan mendapatkan hasil perhitungan perobabilitas yang lebih teliti.

3.2. Penetapan Distribusi Hujan Rata-Rata di Daerah Aliran Sungai

Daerah aliran sungai (DAS) adalah suatu daerah dimana sungai akan menerima air hujan yang jatuh pada daerah aliran.

Penempatan alat pengukur curah hujan di suatu daerah aliran sungai didasarkan pada pertimbangan-pertimbangan topografisnya, antara lain beberapa karakteristik yang mempengaruhi curah hujan sebagai berikut:

• Pada dataran rendah pantai yang datar, curah hujan biasanya menunjukkan tendensi

penurunan sesuai dengan semakin jauhnya suatu tempat pengamatan dengan garis pantai.

• Makin tinggi elevasi suatu daerah biasanya angka curah hujan semakin tinggi. • Di daerah-daerah dengan luas pengamatan kecil terjadi hujan yang agak merata di

seluruh daerah. • Di daerah-daerah yang luas jarang terjadi hujan yang merata di seluruh daerah.

Dalam hal meramal (forecasting) debit sungai dari suatu daerah aliran, maka perlu diusahakan memasang penakar hujan sebanyak-banyaknya yang disebar pada daerah aliran sungai tersebut agar dapat dibuat penaksiran perata - rataan hujan yang terjadi. Besarnya

4


curah hujan di berbagai tempat di daerah aliran itu tidak sama, jadi sukar untuk menentukan berapa banyak air hujan yang jatuh di daerah tersebut, lagi pula tidak mungkin menentukan batas-batas daerah hujan untuk setiap tempat pengukuran hujan. Salah satu cara pendekatan untuk itu ialah dengan mengambil hujan rata-rata di daerah pengamatan untuk suatu periode tertentu (I hari, I bulan, atau I tahun). Untuk menentukan hujan rata-rata di suatu daerah ada beberapa cara yang dapat digunakan antara lainnya lain cara rata-rata Aljabar, cara Thiessen, cara Isohyet dan rumus-rumus Empiris. 3.2.1 Methode Rata-rata Aljabar (Arithmatic Mean)

Cara ini adalah perhitungan rata-rata secara Aljabar curah hujan di dalam dan di sekitar daerah yang bersangkutan.

R =1/n (R1+R2+ .....................................+R„)........................................................... (1) dimana : R : Curah hujan rata-rata daerah (mm) n : Jumlah stasiun pengamatan curah hujan R1, F2……………. Rn : Curah hujan di tiap stasiun pengamatan (mm)

Hasil yang diperoleh dengan cara ini cukup teliti jika dibandingkan dengan hasil yang didapat dengan cara lain, jika stasiun pengamatan itu banyak dan tersebar merata di seluruh areal. Keuntungan cara ini adalah lebih obyektif jika dibandingkan dengan cara Isohyet, dimana faktor subyektif turut menentukan. 3.2.2 Methode Thiessen Jika stasiun-stasiun pengamatan di dalam daerah itu tidak tersebar merata, maka cara perhitungan curah hujan rata-rata itu dilakukan dengan memperhitungkan daerah pengaruh tiap stasiun pengamatan.

5


Curah hujan daerah dapat dihitung dengan persaman sebagai berikut:

A1R1+A2R2+ ..............An Rn R =

A1+A2.........................+An

A1R1,+A2R2+ . ............AnRn

A

= WI RI+W2R2+ .................... WnRn ...................................................... (2) dimana : A1, A2..... An : Luas daerah yang mewakili tiap stasiun pengamatan

W1, W2,....... Wn : A1 , A2……………….. An A , A A Bagian-bagian daerah AI, A2……..An ditentukan dengan cara seperti berikut : 1. Cantumkan stasiun pengamatan di dalam dan di sekitar daerah itu pada peta rupa bumi.

Hubungkan semua stasiun pengamat tersebut dengan garis lurus (dengan demikian akan terlukis jaringan segitiga yang menutupi seluruh daerah).

2. Daerah yang bersangkutan itu dibagi dalam poligon-poligon yang dicatat dengan

rnenggambar garis bagi tegak lurus pada tiap sisi segitiga tersebut di atas. Curah hujan dalam tiap poligon itu dianggap diwakili oleh curah hujan dari stasiun pengamatan dalam tiap poligon itu (lihat Gambar 2). Luas tiap poligon itu diukur dengan planimeter atau dengan cara lain.

Cara Thiessen ini memberikan hasil lebih teliti daripada cara rata-rata Aljabar. Akan tetapi, penentuan titik pengamatan dan pemilihan ketinggian akan mempengaruhi ketelitian hasil yang didapat.

6

3.2.3 Methode Garis Isohyet Peta Isohyet digambarkan pada peta rupa bumi dengan interval 10 sampai 20 rim berdasarkan data curah hujan pada titik-titik pengamatan di dalam dan di sekitar daerah yang dimaksud. Luas bagian daerah antara dua garis Isohyet yang berdekatan diukur dengan planimeter. Harga rata-rata dari garis-garis Isohyet yang berdekatan yang termasuk bagian-bagian daerah itu dapat dihitung. Curah hujan daerah itu dapat dihitung menurut persamaan sebagai berikut (lihat Gambar 3).

- A1R1+A2R2+ .................. AnRn ………………………………(3) R = A1…………………An

dimana : Al, A2, ………..An : Luas bagian-bagian antara garis-garis Isohyet R1,R2,………..Rn : Curah hujan rata-rata pada bagian-bagian

A1, A2, ....... ..... An


7


Cara ini adalah cara rasional yang terbaik jika garis-garis Isohyet dapat digambar dengan teliti. Akan tetapi jika stasiun pengamat itu banyak dan variasi curah hujan di daerah bersangkutan besar, maka pada pembuatan peta Isohyet ini akan terdapat kesalahan pribadi si pembuat peta. Jika tiap pengamatan mencakup beberapa ratus km2 maka penggunaan peta topographi skala I : 500.000 adalah kira-kira cukup. Peta itu harus mencantumkan antara lain sungai-sungai utamanya dan garis-garis kontour yang cukup. Pada pembuatan peta Isohyet, maka topographi, arah angin dan lain-lain di daerah bersangkutan harus turut dipertimbangkan. Jadi untuk dapat membuat peta Isohyet yang baik, diperlukan pengetahuan/keahlian yang cukup. 3.3 Distribusi Curah Huian Jangka Waktu Pendek

Dibawah ini akan dikemukakan perhitungan debit banjir sungai dengan daerah pengaliran yang kecil, yakni cara pemikiran dan cara perhitungan curah hujan jangka waktu yang pendek untuk penentuan volume debit konstruksi-konstruksi seperti gorong-gorong, saluran jalan, dan lain-lain.

1) Intensitas curah hujan

Curah hujan jangka pendek dinyatakan dalam intensitas per jam yang disebut intensitas curah hujan (mm/jam). Intensitas curah hujan rata-rata dalam t jam (It), dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

Rt It = ..............................................................................................................(4)

t dimana : Rt : Curah hujan selama t jam

Besar intensitas curah hujan itu berbeda-beda yang disebabkan oleh lama curah hujan atau frekwensi kejadian. Beberapa rumus intensitas curah hujan yang dihubungkan dengan hal-hal ini, telah disusun sebagai rumus-rumus eksperimentil, sebagai berikut

a' I = ………………………………………………………………………(5) t + b

8


Rumus ini dikemukakan oleh Prof. Talbot dalam tahun 1988 dan disebut jenis Talbot. Rumus ini banyak digunakan karena mudah diterapkan dimana tetapan-tetapan a dan b ditentukan dengan harga-harga yang diukur.

a I = ____ .................................................................................. (6)

tn

Rumus ini dikemukakan oleh Prof. Sherman dalam tahun 1905 dan disebut jenis Sherman. Rumus ini mungkin cocok untuk jangka waktu curah hujan yang lamanya lebih dari 2 jam.

a I = ___ ……………………………………………………..(7)

√ t +b Rumus berikut ini dikemukakan oleh Dr. Ishiguro dalam tahun 1983 :

Rz4 24m

I = …………………………………………………..(8) 24 t

Rumus ini disebut rumus Mononobe dan merupakan sebuah variasi dari rumus (6). Rumus (5) sampai (7) adalah rumus-rumus intensitas curah hujan untuk curah hujan jangka pendek. Rumus (8) digunakan untuk menghitung intensitas curah hujan setiap waktu berdasarkan data curah hujan harian. Dalam (1) sampai (4)

I : Intensitas curah hujan (mm/jam) t : Lamanya curah hujan (menit), atau untuk (4) dalam (jam) a, b, n, m : Tetapan R24 : Curah hujan maximum dalam 24 jam (mm)

9


4. HUJAN RENCANA Untuk menghitung besar debit banjir di sungai data hujan yang diperlukan berupa hujan dalam satu hari atau 24 jam (R24 dalam mm). Dalam menghitung debit rencana tidak langsung yang diperlukan adalah curah hujan maximum (Rmaks) dari data hujan masa lampau yang cukup panjang. Selanjutnya dianalisa frekwensi hujan yaitu dengan suatu teori yang membahas mengenai kemungkinan perulangan tersebut. Persamaan dasar untuk perhitungan hujan rencana dengan periode ulang tertentu adalah −

XT = X + K . Sx dimana : XT : Harga taksiran untuk periode ulang waktu T − X : Rata-rata variabel X K : Faktor frekwensi untuk periode ulang waktu T untuk jembatan

ditentukan 20 tahun atau SO tahun Sx : Standard deviasi dari X

Distribusi Gumbel

n T = ________ m + C - 1

dimana : T : Kala ulang (Return Periode) m : Nomor urut curah hujan yang terbesar C : Angka koreksi Gumbel :

• Untuk harga data terbesar C = 1 • Untuk harga data terkecil C - 0

n : Lamanya pengamatan dalam tahun

10


Persamaan Regresi Gumbel

1 X = N + — Y Α

− 1 dimana : N = X — Yn

α 1 Sx — = —— α Sn

Sx = √ ∑ ( X – X)2

———————

n – 1 − X = ∑ x

———

n dimana : — X : Harga rata-rata curah hujan n : Lamanya pengamatan dalam tahun X : Curah hujan 1 — : Faktor frekwensi untuk periode ulang tertentu α Yn : Reduced mean dari Gumbel Sx : Standard deviasi Sn : Reduced standard deviasi Y, Yn, Sn : Menggunakan Tabel 1 11


Distribusi Log Pearson Type III : n+1 T = —— m dimana : T : Periode ulang n : Lamanya pengamatan m : Nomor unit hujan terbesar

Persamaan Regresi Log Pearson Type III :

−

Log x = log x + K . Slog x ∑x

dimana : x = —— n — ∑ ( X – X )2

Sx = √ ——————— n-1

Koefisien asimetri : — n ∑ ( log x - log X )3

g = —————————— (n- 1) (n - 2) (Slog x )3

dimana : x : Curah hujan — X : Harga rata-rata n : Lamanya pengamatan Sx : Standard deviasi K : Faktor frequensi (menggunakan Tabel 2) 12


5. PENETAPAN DEBIT BANJIR RENCANA

Debit banjir rencana dihitung melalui beberapa methode

o Methode Empiris

Yaitu dengan beberapa rumus yang digunakan di beberapa negara dengan ketetapan

yang berbeda-beda.

o Methode Rational, antara lain

• Methode Melchior

• Methode Weduwen

• Methode Haspers

• Methode Rational Jepang

o Methode Hydrograph

Yaitu dengan Methode Synthetic Unit Hydrograph

13


5.1 Methode Empiris Penggunaan Methode Empiris ini dipakai hanya bila data hujan tidak tersedia, sebagaimana terlihat pada rumus-rumus berikut ini, besar debit mempunyai hubungan pada luas daerah aliran dan ketetapan-ketetapan yang berlaku di Negara itu sendiri. Untuk daerah-daerah Indonesia menurut lengkung banjir maximum ESCAPE dinyatakan dengan persamaan : -0,05 1,8 . A

Q maks = 0,35 . A dimana : Qmaks : Debit banjir maximum dalam m3/detik

A : Luas daerah pengafran dalam km2

Cara ini sebaiknya digunakan pada daerah aliran yang lebih besar daripada 500 km2.

5.2 Methode Rational

Methode Rational adalah methode tertua diantara rumus-rumus yang ada, rumusnya dalam bentuk :

Q = C . I . A (m3/det) dimana : A : Luas daerah aliran sungai (km2)

I : Intensitas curah hujan rata-rata selama waktu yang sama dengan lama waktu konsentrasi mm/jam)

C : Koefisien pengaliran atau koefisien run-off bervariasi antara 0,5 - 0,9 5.2.1 Methode Rational Melchior

Methode Rational Melchior ini didasarkan atas rumus Methode Rational, tetapi dalam bentuk yang agak berbeda yaitu dengan menggunakan rumus berikut :

Qn = α β qn A 14


dimana : Qn : Debit banjir (puncak) dalam m3/det dengan kemungkinan tidak terpenuhi n% α : Koefisien limpasan air hujan (runoff) β : Koefisien pengurangan luas daerah hujan qn : Curah hujan dalam m3/det/km2 dengan kemungkinan tidak terpenuhi n% A : Luas daerah aliran sungai, km2

Koefisien Limpasan Air Huian Koefisien limpasan air hujan a diambil dengan harga tetap. Harga-harga yang dianjurkan dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini.

Tanah Penutup Kelompok Hidrologis Tanah C D

Hutan lebat (vegetasi dikembangkan dengan baik) Hutan dengan kelebatan sedang (vegetasi dikembangkan dengan cukup baik) Tanaman lading dan daerah-daerah gundul (terj al)

0,60 0,70 0,65 0,75 0,75 0,80

Curah Hujan

Curah hujan q diambil sebagai intensitas rata-rata curah hujan sampai waktu terjadinya debit puncak. Ini adalah periode T (waktu konsentrasi) setelah mulainya turun hujan. Curah hujan 1 ditentukan sebagai daerah hujan terpusat (point rainfall) dan dikonversi menjadi luas daerah hujan βq.

Dalam Grafik 1 luas daerah curah hujan βq (m3/det/km2) diberikan sebagai fungsi waktu dan luas untuk curah hujan sehari sebesar 200 mm. βq untuk F = 0 dan T = 24 jam, dihitung sebagai berikut :

0,2 x 1000 x 1000 βq = ————————— = 2,31 m3/det/km2 ........................... ..................... (9)

24 x 3600

15

Bila curah hujan dalam sehari qn berbeda, maka harga-harga pada gambar tersebut akan berubah secara proporsional, misalnya untuk curah hujan sehari 240 mm, harga βqn dari F = 0 dan T = 24 jam, akan terjadi :

240 βqn = 2,31 x ——— = 2,77 m3/det/km2 ....... ... ................... ... ..........…........(10)

200 Variasi curah hujan di tiap daerah diperkirakan berbentuk bundar atau elips. Untuk menentukan luas daerah hujan di suatu daerah aliran sungai, sebuah elips digambar mengelilingi batas-batas daerah aliran sungai (lihat Gambar 4). As yang pendek sekurang-kurangnya harus 2/3 dari as panjang.

Garis elips tersebut mungkin memintas ujung daerah pengaliran yang memanjang. Daerah elips F diambil untuk menentukan harga βq untuk luas daerah aliran sungai A. Pada Gambar 4 diberikan harga-harga βq untuk luas-luas F.

Gambar 4 -- Perhitungan Luas Daerah Hujan

16Ichwan Ridwan Nasution: Hidrologi Untuk Perencanaan Jembatan, 2004

USU Repository©2006


Waktu Konsentrasi Melchior menetapkan waktu konsentrasi Tc sebagai berikut : Tc = 0,186 L Q-0,2 I-0,4…………………………………………………………..(11)

dimana : Tc : Waktu konsentrasi (jam) L : Panjang sungai (km) Q : Debit puncak (m3/det) I : Kemiringan rata-rata sungai

Untuk penentuan kemiringan sungai, Sepuluh persen bagian hulu dari panjang sungai tidak dihitung. Beda tinggi dan panjang diambil dari suatu titik, 0,1 L dari batas hulu daerah aliran sungai (lihat Gambar 4).

Perhitungan Banjir Rencana

Debit puncak dihitung mengikuti langkah-langkah a sampai h di bawah ini :

a. Tentukan besamya curah hujan sehari untuk periode ulang rencana yang dipilih. b. Tentukan α untuk daerah aliran menurut Tabel 1. c. Hitunglah A, F, L dan I untuk daerah aliran tersebut. d. Buatlah perkiraan harga pertama waktu konsentrasi To berdasarkan Tabel 2. e. Ambil harga Tc = To untuk βqno dari Grafik 1 dan hitunglah Qo = α βqno A. f. Hitunglah waktu konsentrasi Tc, untuk Qo dengan persamaan (11). g. Ulangi lagi langkah-langkah d dan c untuk harga To baru yang sama dengan Tc sampai waktu konsentrasi yang sudah diperkirakan dan dihitung mempunyai harga yang

sama. h. Hitunglah debit puncak untuk harga akhir T.

17


Tabel 2 - Perkiraan harga-harga To F To Km2 Jam

F ToKm2 Jam

100 7,0 150 7,5 200 8,5 300 10,0 400 11,0

500 12,0 700 14,0 1.000 16,0 1.500 18,0 3.000 24,0

5.2.2 Methode Rational Der Weduwen Methode perhitungan banjir Der Weduwen diterbitkan pertama kali pada tahun 1937. Methode tersebut sahih untuk daerah sampai dengan seluas 100 km2. Hubungan-hubungan Dasar Rumus banjir Der Weduwen didasarkan pada rumus-rumus berikut :

Qn = α β qn, A ...................................................................................... …………(12)

4,1 dimana : α = 1 - ———— ....................................................................…….(13)

βq + 7

120 + t + 1 —— A

t +9 β = —————————…………………………………………….(l4)

120 + A

Rn 67,65 qn = —— ———................................................ .................……...(15) 240 t + 1,45

t = 0,25 L Q-0,126 I-0,26 ........................................................……...(16) 18


dimana : Qn = Debit banjir (m3/det) dengan kemungkinan tidak terpenuhi n%. Rn = Curah hujan harian maximum (mm/hari) dengan kemungkinan tidak terpenuhi n%. α = Koefisien limpasan air hujan. β = Koefisien pengurangan daerah untuk curah hujan daerah aliran

sungai q = Curah hujan (m3/det/km2) A = Luas daerah aliran (km2) sampai 100 km2

t = Lamanya curah hujan (jam) L = Panjang sungai (km) I = Gradien (Melchior) sungai atau medan

Kemiringan rata-rata sungai I ditentukan dengan cara yang sama seperti pada Methode Melchior. Sepuluh persen bagian hulu (bagian tercuram) dari panjang sungai dan beda tinggi tidak dihitung. Perlu diingat waktu t dalam Methode Der Weduwen adalah saat-saat kritis curah hujan yang mengacu pada terjadinya debit puncak. Ini tidak sama dengan waktu konsentrasi dalam Methode Melchior. Dalam persamaan (15) curah hujan harian rencana (Rn) harus diisi untuk memperoleh harga curah hujan qn. Perlu dicatat bahwa rumus-rumus Der Weduwen dibuat untuk curah hujan sehari sebesar 240 mm.

Perhitungan Banjir Rencana

Perhitungan dilakukan berkali-kali dengan persamaan (12), (13), (14), (15), dan (16) seperti disajikan di atas.

a. Hitunglah A, L, dan I dari peta garis tinggi daerah aliran sungai dan substitusikan

harga-harga tersebut dalam persamaan. b. Buatlah harga perkiraan untuk Qo dan gunakan persamaan yang ada untuk menghitung

besarnya debit Qc (= Qkonsentrasi). c. Ulangi lagi perhitungan untuk harga baru Qo sama dengan Qc di atas. d. Debit puncak ditemukan jika Qo yang diambil sama dengan Qc

Perhitungan di atas dapat dilakukan dengan menggunakan kalkulator sederhana yang bisa diprogram.

Persamaan-persamaan dasar juga dapat disederhanakan dengan mengasumsikan hubungan tetap antara L dan A.

19


L = 1,904 A0,5 ...............................................................................................(17) Jika disubsitusikan ke dalam persamaan (16), maka ini menghasilkan

T = 0 476 Q-0,125 I-0,25 A0,5 ..................................... ...... . ...... . .......... ........... (18)

Penyelesaian persamaan dasar diberikan dengan menggunakan grafik. Debit-debit puncak dapat ditemukan dengan interpolasi dari grafik. Perlu dicatat bahwa untuk sungai yang panjangnya lebih dari yang disebut dalam (17), harga-harga debit puncak yang diambil dari grafik tersebut terlalu tinggi. Harga-harga debit puncak Qo dari grafik tersebut dapat dipakai sebagai harga mula/awal untuk proses perhitungan yang dilakukan secara berulang-ulang sebagaimana dijelaskan pada b dan c di atas. 6. ASPEK SUNGAI DALAM KAITANNYA DENGAN PERENCANAAN

JEMBATAN 6.1 Parameter Sungai

Debit (Q) sungai merupakan jumlah volume air yang melalui suatu tampang sungai persatuan waktu (m3/det). Debit yang berkaitan dengan perencanaan jembatan adalah debit rencana banjir (Qn,) sesuai dengan periode ulang yang diinginkan. Besar debit Qn diperoleh dari hasil pengamatan/perhitungan hidrologi.

• Qn debit rencana (didapat dari perhitungan hidrologi) • A (tampang melintang sungai)

20

Gambar 5 - Penampang Melintang Sungai

A = Luas tampang sungai B = Lebar rata-rata h = Tinggi muka air atau elevasi muka air maximum A = f (B&h)

• Tampang memanjang sungai, gerakan air dari hulu ke hilir melalui palung sungai

merupakan suatu profil yang dinamai profil memanjang. • Kemiringan profil memanjang sungai dinamai kemiringan sungai (i). • n (ialah angka Manning)) harga n atau angka kekasaran sungai ini tergantung pada licin

atau kasarnya penampang melintang. • V (kecepatan rata-rata aliran sungai)

21 Ichwan Ridwan Nasution: Hidrologi Untuk Perencanaan Jembatan, 2004



1 A V = — R 2/3 i 1/2 sedangkan R = — n P

Q Q V = — atau A = —

A V

A H = — untuk sungai-sungai yang lebar (tinggi muka air didapat), maka

B elevasi jembatan dapat ditentukan, sedangkan untuk sungai pada umumnya dapat diperoleh dari cara berikut ini.

6.2 Tinggi Muka Air Sungai Perhitungan tinggi muka air sungai pada saat banjir dapat ditentukan dengan cara pias berdasarkan rumus Manning sebagai dijelaskan berikut ini. 6.2.1 Titik Awal Hitungan

Perhitungan tinggi muka air banjir ini dimulai dari bahagian hilir ke hulu dengan menetapkan suatu titik tertentu sebagai titik awal perhitungan. Titik ini dapat berupa

a. Badan air, seperti laut, danau, dan waduk. b. Bangunan di sungai, seperti bendung atau bendungan penahan sedimen.

c. Pos duga air yang mempunyai lengkung aliran dan berada di hilir daerah hitungan. d. Titik awal sebarang, jika tidak ada titik acuan dengan memperhatikan :

• Tinggi muka air awal sebarang tidak boleh lebih rendah daripada tinggi muka air kritik.

• Jarak antara titik awal sebarang dengan daerah hitungan harus cukup jauh.

22

5.2.2 Rumus yang Digunakan

Rumus-rumus yang digunakan untuk menghitung tinggi muka air banjir, meliputi :

a. Rumus untuk menghitung koefisien kekasaran Manning ekivalen dengan rumus Einstein yang merupakan salah satu cara perhitungan, adalah sebagai berikut :

Gambar 6 - Contoh Penampang Melintang Sungai Daerah n yang Berbeda-beda

k ∑ 3/2 2/3

(n . P ) i i

i-l Ne = ——————— ......................................................... .............. (19)

Pek

k Pe = ∑ Pi

i-1

dimana : ne = Koefisien kekasaran Manning ekivalen Pe = Keliling basah ekivalen (m) nl = Koefisien kekasaran Manning pada bidang ke-i Pi = Keliling basah pada bidang ke-i (m) k = Jumlah bidang singgung; dimana sebagai perkiraan awal nilai koefisien kekasaran Manning pada setiap bidang singgung 23


b. Rumus untuk menghitung tinggi air kritik, seperti berikut :

V Fr = ——— = 1 .......................................................................................(20)

√ gh

hc = 3 √ α q2 /g ...................................... ......... .................................... (21) dimana : Fr : Bilangan Froude α : Koefisien energi, untuk keperluan praktis dapat digunakan nilai 1,15 < α < 1,50 q : Debit satuan yakni dibagi lebar muka air sungai (m3/det/m) hc Tinggi air kritik (m) V : Kecepatan aliran rata-rata (m/det) G : Percepatan gravitasi (m/det2) c. Rumus aliran tetap tidak seragam berubah lambat laun yang diturunkan dari persamaan

energi dan rumus Manning seperti berikut :

Gambar 7 - Garis Energi Dalam Aliran Saluran Terbuka

24



Q2 1 1 Zi-1 = Zi - —— ( —— - —— ) + S . ∆ X .......... ... ... ......... ………....(22) 2g Ai-l

2 Ai2

dimana : Q : Debit (m3/det) Zi-l : Tinggi muka air pada penampang Xi-1 (m) Zi : Tinggi muka air pada penampang Xi (m) Ai-1 : Luas penampang basah Xi-1(m2) Ai : Luas penampang basah Xi (m2) ∆X : Beda jarak (m) S : Kemiringan garis energi rata-rata g : Percepatan gravitasi (m/det2)

d. Kemiringan garis energi rata-rata antara penampang Xi-1 dan Xi dihitung dengan rumus

Manning sebagai berikut :

— 1 ni-1 i .S = — (—————— + —————)

2 . Q2 n 2 Q2

Ai-l2. Ri-1

4/3 Ai2 . Ri

4/3 ... ... .............................……(23) — dimana : S Kemiringan garis energi rata-rata ni-l : Koefisien kekasaran Manning pada penampang Xi-l

ni : Koefisien kekasaran Manning pada penampang Xi

Ri-l : Jari jari hidraulik penampang Xi-l (m) Ri Jari jari hidraulik penampang Xi (m) 6.2.3 Kalibrasi Hasil Perhitungan

Kalibrasi hasil-hasil perhitungan tinggi muka air sungai dapat dilakukan dengan membandingkan pembacaan tinggi muka air untuk debit yang sama, pada lengkung aliran di pos duga air yang terletak di daerah hitungan, dengan cara menyesuaikan nilai koefisien kekasaran Manning.

25


6.2.4 Cara Perhitungan Lakukan tahapan perhitungan tinggi muka air sungai sebagai berikut

a. Tentukan tinggi muka air (Zi) sebagai titik awal hitungan pada penampang melintang Xi,

seperti pada Pasal 6.2.2. b. Hitung luas penampang basah (Ai), keliling basah (Pi), kemudian hitung jari jari

hidrauliknya (Ri) pada titik awal dan taksir nilai koefisien kekasaran Manning (n).

c. Tentukan sebarang tinggi muka air (Zi-l) pada penampang melintang Xi-l yang berjarak X terhadap Xi.

d. Hitung besarnya (Ai-l), (Pi-l), (Ri-l) dan (ni-l) seperti butir c pada penampang melintang

Xi-l. —

e. Hitung kemiringan garis energi rata-rata (S) antara penampang Xi-l dan Xi dengan menggunakan rumus (23).

f. Hitung tinggi muka air (Zi-l) dengan memasukkan nilai-nilai yang didapat ke dalam

persamaan (22). g. Bandingkan nilai (Zi-l) yang didapat dari hitungan pada butir f dengan (Zi-l) awal pada

butir c. h. Ulangi langkah pada butir c sampai butir g dengan menggunakan nilai (Zi-l) yang didapat

pada butir g, sebagai nilai (Zi) pada butir c sampai didapat selisih (Zi+1 -Zi) dengan ketelitian sesuai kebutuhan.

i. Lakukan langkah-langkah perhitungan di atas untuk penampang-penampang melintang

berikutnya dengan menggunakan nilai (Zi-l) pada butir g yang sudah benar menjadi tinggi muka air awal seperti pada butir a.

26


j. Lakukan kalibrasi hasil-hasil perhitungan tinggi muka air sungai yang didapat dari perhitungan di atas, apabila pada daerah hitungan terdapat pos duga air yang dilengkapi lengkung aliran sebagai berikut • Bandingkan hasil perhitungan tinggi muka air sungai pada lokasi pos duga air dengan

yang terbaca pada lengkung alir untuk aliran yang sama. • Sesuaikan nilai koefisien kekasaran Manning sehingga diperoleh selisih tinggi muka

air dengan ketelitian sesuai kebutuhan. 6.3 Sifat dan Perilaku Sungai

6.3.1 Endapan atau Sendimentasi

Sungai senantiasa menggerus bahagian kiri, kanan dan dasar alur sungai serta membawa material hasil gerusan ke hilir dan mengendapkannya pada tempat dimana kecepatan aliran telah menjadi lambat. Digerus dan menggendapkan material adalah perilaku sungai setiap saat, dengan tanpa henti.

Penggerusan sungai pada kiri, kanan, dan dasar alur sungai disebut erosi sungai. Erosi ini dapat terjadi pada :

• Erosi pada tebing sungai • Erosi pada dasar sungai • Erosi pada bantaran sungai

Erosi tergantung pada

• Berbanding lurus (sebanding dengan) kecepatan aliran arus • Berbanding terbalik dengan diameter material yang ada pada tebing atau dasar aliran. 27

J = f (v, D) J = dalam (tinggi) erosi

Material hasil gerusan dari hulu sungai akan diendapkan di hilir sungai yaitu pada tempat dimana kecepatan aliran telah menjadi lambat. Jika kecepatan (v) kecil, maka akan terjadi endapan (Sendimentasi), sedangkan jika besar maka akan terjadi gerusan (Erosi). Hal ini lambat laun akan mempengaruhi morphologi sungai.

Penempatan jembatan pada daerah yang mengalami hal ini perlu mendapatkan perhatian yang lebih serius.

6.3.2 Tikungan Sungai

Pada tikungan sungai terdapat perbedaan kecepatan aliran di kedua tebing sungai :

Pada tikungan luar kecepatan aliran besar, hal ini akan mengakibatkan erosi, sedangkan pada tikungan dalam kecepatan relative lebih kecil sehingga mengakibatkan terjadinya endapan.

Gambar 8 - Penampang Memanjang Sungai Pada Tikungan

Penampang sungai pada tikungan amat tidak stabil, selalu terjadi perpindahan alur sungai, dengan demikian jembatan sebaiknya didirikan pada bagian sungai yang lurus. Bila terpaksa jembatan didirikan pada tikungan sungai perlu diadakan pengerasan tebing sungai.

28Ichwan Ridwan Nasution: Hidrologi Untuk Perencanaan Jembatan, 2004



6.3.3 Hal-hal Lain Ada hal-hal lain yang perlu diperhatikan dalam menentukan dimensi akhri dari jembatan, yakni : a. Pilar di tengah sungai

Dengan pilar di tengah sungai maka luas tampang sungai aliran akan mengecil. Hal ini akan menyebabkan kecepatan aliran pada pilar jembatan membesar. Ini dapat menyebabkan terjadi gerusan di sekitar pilar.

b. Kepala jembatan pada tikungan sungai

Kepala jembatan di tempatkan di tikungan sungai akan mengalami gerusan sehingga suatu saat kondisi kepala jembatan menjadi kritis oleh gerusan air sungai.

c. Lalulintas pada sungai

Sungai sering digunakan untuk navigasi, yakni lalulintas (sampan, perahu, kapal kecil). Untuk lalulintas pada sungai, kegiatan ini diatur oleh "Dinas Lalulintas Sungai dan Danau". Pada perencanaan pembangunan jembatan terutama jembatan konstruksi beton atau baja diharapkan agar membina kerjasama dengan Dinas tersebut untuk mendapatkan data tentang jenis dan ukuran kapal yang lewat sungai tersebut. Dengan demikian ukuran jembatan dapat disesuaikan dengan keperluan navigasi.

29


DAFTAR KEPUSTAKAAN

1. SNI.03.2830.1992 "Metode Perhitungan Tinggi Muka Air Sungai Dengan Cara Pias

Berdasarkan Rumus Manning", 1992. 2. SNI M-07-1991-03 "Metode Pembuatan Lengkung Debit Dan Tabel Sungai/Saluran

Terbuka Dengan Analisa Grafis" Departemen Pekerjaan Umum, 1991. 3. Joesron Loebis, Soewarno, Suprihadi B "Hidrologi Sungai" Departemen Pekerjaan

Umum, 1993. 4. Suyono Sosrodarsono, Kensaku Takeda "Hidrologi Untuk Pengairan" PT. Pradnya

Paramita Jakarta, 1980.

30

DAFTAR ISI - · PDF fileIchwan Ridwan Nasution: Hidrologi Untuk Perencanaan Jembatan, 2004...

Documents

Transcript of DAFTAR ISI - · PDF fileIchwan Ridwan Nasution: Hidrologi Untuk Perencanaan Jembatan, 2004...