PENGGUNAAN HIDROGRAF SATUAN SINTETIS ITB 1 DAN .merupakan alat berguna untuk mensimulasikan aliran

Click here to load reader

download PENGGUNAAN HIDROGRAF SATUAN SINTETIS ITB 1 DAN .merupakan alat berguna untuk mensimulasikan aliran

of 13

  • date post

    28-May-2019
  • Category

    Documents

  • view

    214
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of PENGGUNAAN HIDROGRAF SATUAN SINTETIS ITB 1 DAN .merupakan alat berguna untuk mensimulasikan aliran

185

PENGGUNAAN HIDROGRAF SATUAN SINTETIS ITB 1

DAN ITB-2 DENGAN FAKTOR DEBIT PUNCAK (KP)

DIHITUNG SECARA EKSAK

Dantje K. Natakusumah

Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan,

Institut Teknologi Bandung, Jl, Ganesha 10, Bandung 40132

[email protected]

Intisari

Metoda hidrograf satuan sintetis adalah metoda yang populer digunakan dan

memainkan peranan penting dalam banyak perencanaan dibidang sumber daya air

khususnya dalam analisis debit banjir DAS yang tidak terukur. Metode ini sederhana, karena

hanya membutuhkan data-data karakteristik DAS seperti luas DAS dan panjang sungai. Dalam

beberapa kasus dapat juga mencakup karakteristik lahan yang digunakan sehingga metode ini

merupakan alat berguna untuk mensimulasikan aliran dari DAS tidak terukur dan daerah

aliran sungai mengalami perubahan penggunaan lahan. Makalah ini menyajikan suatu contoh

penggunaan hidrograf satuan sintetis ITB-1 dan ITB-2 dengan debit puncak (Qp) dan faktor

debit puncak (Kp) dihitung secara eksak. Dalam makalah ini diberikan contoh penggunaan

HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 dalam perhitungan hidrograf banjir DAS Ciliwung di

bendung Katulampa dan cara kalibrasinya terhadap hasil hidrograf banjir terukur. Hasil uji

coba menunjukan metoda ini mudah untuk dikalibrasi sehingga hasilnya sangat mendekati debit

hasil pengukuran.

Kata Kunci: HSS ITB-1 dan ITB-2, Faktor Debit Puncak (Kp), hidrograf banjir.

LATAR BELAKANG

Makalah ini merupakan penelitian lanjutan yang bersifat mandiri dan bermula dari

penelitian tentang metoda perhitungan HSS dengan cara ITB. Konsep dasar metoda ini, pertama

kali dipublikasikan oleh penulis (D.K Natakusumah 2009). Selanjutnya melalui program riset

peningkatan kapasitas ITB tahun 2010, metoda tersebut diteliti lebih jauh dan telah diterapkan

dalam perhitungan debit banjir sejumlah DAS di Indonesia. Hasil uji coba tersebut menunjukan

kesesuaian hasil yang baik dengan metoda lainnya (D.K Natakusumah et.al, 2011, 2011, 2013).

Metoda perhitungan HSS dengan cara ITB dikembangkan dengan cara yang sangat mirip

dengan pendekatan Reverse Engineering (Wikipedia, 2014). Dalam hal ini metoda perhitungan

tersebut dibangun berdasarkan analisa atas prinsip kerja, struktur, fungsi dan cara operasi

dan hasil perhitungan berbagai metoda HSS lain yang sudah ada sebelumnya. Tujuannya

adalah membangun suatu cara perhitungan baru yang dapat melakukan hal yang sama

namun tanpa menduplikasi metoda lain yang sudah ada. Hasilnya adalah suatu metoda HSS

yang berlaku umum, mudah dikalibrasi dan selalu memenuhi hukum konservasi massa.

186

Jika dalam makalah-makalah sebelumnya seluruh proses integrasi luas kurva bentuk dasar

HSS dilakukan secara numerik, dalam makalah ini, integrasi dilakukan secara eksak dan

hasilnya digunakan untuk menghitung harga Kp yaitu Faktor Debit Puncak (Peak Rate Factor)

yang juga berharga eksak.

Integrasi eksak terutama diperlukan terutama untuk kalibrasi hasil HSS ITB-2 pada saat harga

Cp rendah (Cp 1000). Hal ini menyebabkan integrasi numerik menjadi tidak praktis. Untuk HSS

ITB-1 dengan harga Cp rendah tidak terlalu berpengaruh, namun hasil integrasi eksak

diperlukan untuk memastikan hasil integrasi numerik yang benar.

METODOLOGI STUDI

Untuk menganalisis HSS pada suatu DAS dengan cara ITB perlu diketahui beberapa

komponen penting pembentuk HSS. Dari karakteristik fisik dapat dihitung sejumlah elemen

penting yang menentukan bentuk dari hidrograf satuan yaitu, 1) Time Lag (TL), 2) Waktu

puncak (Tp) dan waktu Dasar (Tb). Selain parameter fisik terdapat pula parameter non-

fisik yang digunakan untuk proses kalibrasi.

Time Lag (Tl), Waktu Puncak (Tp) Dan Waktu Dasar (Tb)

Meski dalam literatur saat ini terdapat puluhan rumus time lag, namun tidak ada satupun rumus

time lag yang berlaku umum untuk semua type DAS. Dalam makalah ini untuk HSS ITB-1 rumus

time lag yang digunakan adalah rumus Snyder (Lc = L dan n=0.3)

TL Ct 0.81225 L0.6 ................................................................................................ (1)

Sedang untuk HSS ITB-2 rumusan time lag yang digunakan adalah

TL Ct(0.0394 L + 0.201L0.5)............................................................................ (2)

dengan :

TL = time lag (jam);

Ct = koefisien waktu (untuk proses kalibrasi);

L = panjang sungai (km).

Jika Tr adalah durasi hujan satuan, maka waktu puncak Tp didefiniskan sbb

Tp = TL + 0.50 Tr ................................................................................................... (3).

Untuk DAS berukuran sedang dan besar harga Tb secara teoritis berharga tak

berhingga, namun prakteknya harga Tb yang direkomendsikan untuk digunakan

adalah

Tb = 20*Tp ................................................................................................................ (4)

187

Persamaan Bentuk Dasar Hidrograf Satuan

Bentuk dasar HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 dinyatakan dalam bentuk perbandingan antara debit

dengan debit puncak (q(1)=Q/QP) dan perbandingan waktu dengan waktu puncak (t=T/Tp)

sehingga didapat HSS yang tak berdimensi. Dua bentuk persamaan yang digunakan sebagai

bentuk dasar adalah sbb :

a) HSS ITB-1 memiliki persamaan bentuk kurva HSS yang dinyatakan dengan satu

persamaan berikut (0 t < )

q(t) = {t * exp(1-t)} Cp

=3.7 .................................................................................... (5)

Fungsi diatas adalah fungsi Gamma tak-lengkap (Incompletee Gamma Function). Kurva

tersebut juga digunakan oleh NRCS untuk mendefinisikan bentuk kurva HSS NRCS, namun

NRCS tidak memberikan harga eksak integrasi fungsi tersebut.

b) HSS ITB-2 memiliki persamaan bentuk kurva HSS yang dinyatakan dengan dua

persamaan sbb :

Lengkung naik (0 t < 1) :

q(t) = t =2.40 .................................................................................................. (6.a)

Lengkung turun (1 t < ) :

q(t) = exp {1 - t C p } =0.86 .............................................................................. (6.b)

Jika sangat diperlukan harga koefisien dan pada persamaan (5) dan (6) dapat dirubah,

dan itu cukup dilakukan merubah harga koefisien perubah debit puncak Cp. Jika kedua

persamaan kurva HSS ITB-1 dan ITB-2 diatas digambarkan dalam satu gambar, didapat

dua bentuk kurva seperti ditunjukan pada Gambar 1.

Gambar 1 : Bentuk HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 tak berdimensi

188

Pada Gambar 1 : Bentuk HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 tak berdimensi tersebut sumbu

horizontal t=T/Tp dan sumbu vertical q=Q/Qp masing- masing adalah waktu dan debit yang

telah dinormalkan sehingga t=T/Tp berharga antara

0 dan (atau Antara 0 dan 20 jika Tb/Tp=20) dan q=Q/Qp berharga antara 0 dan 1.

Rumus Umum Debit Puncak Hidrograf Satuan

Dari definisi HSS dan prinsip konservasi massa, dapat disimpulkan bahwa volume hujan

efektif satu satuan yang jatuh merata diseluruh DAS (VDAS) harus sama volume hidrograf

satuan sintetis (VHS) dengan waktu puncak Tp, sehingga didapat formulasi umum debit

puncak (Qp) dengan cara ITB adalah sbb (D.K Natakusumah, 2009)

Qp = R A

DAS (m3/s) ........................................................................................ (7)

3.6Tp AHSS

Dari rumus umum pada persamaan (7) yang selanjutnya dituliskan dalam bentuk sbb :

Qp = KP.R. ADAS (m3/s) ...................................................................................... (8)

Tp

Dengan:

Qp : Debit puncak hidrograf satuan (m3/s)

Kp : 1/(3.6 x AHSS) = Peak Rate Factor (m3 per s/km2/mm)

R : Curah Hujan satuan (1 mm)

Tp : waktu mencapai puncak (jam)

ADAS : Luas DAS (km2)

AHSS : Luas kurva hidrograf satuan tak berdimensi (dimensionless unit hidrograf).

Luas AHSS dari kurva HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 tak berdimensi dapat dihitung secara

secara eksak atau numerik. Makalah ini hanya membahas perhitungan dengan bentuk

HSS dapat dintegrasi secara eksak. Perhitungan dengan cara integrasi numerik dapat pada

makalah-makalah yang terdahulu (D.K Natakusumah et.al, 2011,2013)

HASIL STUDI DAN PEMBAHASAN

Pada bagian ini ditunjukan contoh perhitungan hidrograf banjir DAS Katulampa yang dihitung

dengan HSS ITB-1, HSS ITB-2 dengan Kp dihitung secara eksak. Selanjutnya ada satu contoh

lain yang terkait dengan cara melakukan kalibrasi HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 terhadap hidrograf

banjir terukur dengan hanya merubah parameter Ct dan Cp.

Hidrograf banjir DAS Katulampa dengan HSS ITB-1, HSS ITB-2

Sungai Ciliwung dilokasi ini mempunyai luas DAS 149.230 km2 dan panjang sungai

24.460 km, kemiringan alur sungai S= 112.245 m/km. Dalam contoh ini data yang

digu