Presipitasi (Hujan)

REKAYASA HIDROLOGIKuliah 2

PRESIPITASI (HUJAN)

Universitas Indo Global Mandiri

Pengertian

• Presipitasi adalah istilah umum untuk menyatakan uap air yang mengkondensasi dan jatuh dari atmosfer ke bumi dalam segala bentuknya dalam rangkaian siklus hidrologi.

• Jika air yang jatuh berbentuk cair disebut hujan (rainfall) dan jika berupa padat disebut salju (snow). Dalam hal ini, hanya akan dibahas tentang hujan.

• Analisis dan desain hidrologi tidak hanya memerlukan volume atau ketinggian hujan, tetapi juga distribusi hujan terhadap tempat dan waktu. Distribusi hujan terhadap waktu disebut hyetograph. Dengan kata lain, hyetograph adalah grafik intensitas hujan atau ketinggian hujan terhadap waktu.

PROSES TERJADINYA HUJAN

Gambar 1. Proses terjadinya hujan

PROSES TERJADINYA HUJAN

Gambar 2. Cyclonic storms

Gambar 3. Orographic storms

Gambar 4. Convective storms

Karakteristik Hujan

1. Durasi

Lama kejadian hujan (menitan, jam-jaman, harian) diperoleh terutama dari hasil pencatatan alat pengukur hujan otomatis. Dalam perencanaan drainase, durasi hujan sering dikaitkan dengan waktu konsentrasi khususnya pada drainase perkotaan diperlukan durasi yang relatif pendek, mengingat akan toleransi terhadap lamanya genangan.

2. Intensitas

Jumlah hujan yang dinyatakan dalam tinggi hujan atau volume hujan tiap satuan waktu. Besarnya intensitas hujan berbeda-beda, tergantung dari lamanya curah hujan dan frekuensi kejadiannya. Intensitas hujan diperoleh dengan cara melakukan analisis data hujan baik secara statistik maupun secara empiris.

Karakteristik Hujan3. Lengkung intensitas

Grafik yang menyatakan hubungan antara intensitas hujan dengan durasi hujan, hubungan tersebut dinyatakan dalam bentuk lengkung intensitas hujan dengan kala ulang hujan tertentu.

4. Waktu konsentrasi

Waktu yang diperlukan untuk mengalirkan air dari titik yang paling jauh pada daerah aliran ke titik kontrol yang ditentukan di bagian hilir suatu saluran.

Pada prinsipnya waktu konsentrasi dapat dibagi menjadi:

a. Inlet time (to), yaitu waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di atas permukaan tanah menuju saluran drainase.

b. Conduit time (td), yaitu waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir di sepanjang saluran sampai titik kontrol yang ditentukan di bagian hilir.

Waktu konsentrasi dapat dihitung dengan rumus:

do c t tt

Data Hujan

1. Pengukuran

Hujan merupakan komponen yang sangat penting dalam analisis hidrologi pada perancangan debit untuk menentukan dimensi saluran drainase.

Pengukuran hujan dilakukan selama 24 jam, dengan cara ini berarti hujan yang diketahui adalah hujan total yang terjadi selama satu hari. Untuk berbagai kepentingan perancangan drainase tertentu data hujan yang diperlukan tidak hanya data hujan harian, tetapi juga distribusi jam-jaman atau menitan. Hal ini akan membawa konsekuensi dalam pemilihan data. Dianjurkan untuk menggunakan data hujan hasil pengukuran dengan alat ukur otomatis.

Data Hujan

2. Alat ukur

Dalam praktik pengukuran hujan terdapat dua jenis alat ukur hujan, yaitu:

a. Alat ukur hujan biasa (manual raingauge)

Data yang diperoleh dari pengukuran dengan menggunakan alat ini adalah berupa hasil pencatatan oleh petugas pada setiap periode tertentu. Alat pengukur hujan ini berupa suatu corong dan sebuah gelas ukur, yang masing-masing berfungsi untuk menampung jumlah air hujan dalam satu hari (hujan harian).

Data Hujan

b. Alat ukur hujan otomatis (automatic raingauge)

Data yang diperoleh dari hasil pengukuran dengan menggunakan alat ini, berupa data pencatatan secara menerus pada kertas pencatat yang dipasang pada alat ukur. Berdasarkan data ini dapat dilakukan analisis untuk memperoleh besaran intensitas hujan.

Data Hujan

Alat ukur hujan (raingauge)

a. Alat ukur hujan manual b. Alat ukur hujan otomatis

Data Hujan

3. Kondisi dan Sifat Data

Data hujan yang baik diperlukan dalam melakukan analisis hidrologi, sedangkan untuk mendapatkan data yang berkualitas biasanya tidak mudah. Data hujan hasil pencatatan yang tersedia biasanya dalam kondisi yang tidak menerus. Apabila terputusnya rangkaian data hanya beberapa saat kemungkinan tidak menimbulkan masalah, tetapi untuk kurun waktu yang lama tentu akan menimbulkan masalah di dalam melakukan analisis.

Kualitas data yang tersedia akan ditentukan oleh alat ukur dan manajemen pengelolaannya.

Variabilitas Hujan

Hujan ekstrim harian di Kabupaten Malang, Batu dan Kota Malang (2000 – 2010)

Variabilitas Hujan

Curah hujan rata-rata tahunan skala global

Curah Hujan Rata-rata

• Curah hujan yang digunakan untuk analisis perancangan pemanfaatan air dan pengendalian banjir adalah curah hujan rata-rata di seluruh daerah yang ditinjau, bukan curah hujan pada suatu titik tertentu.

• Curah hujan ini disebut curah hujan wilayah/daerah dan dinyatakan dalam satuan mm.

• Curah hujan ini harus diperkirakan dari beberapa titik pengamatan curah hujan. Cara-cara perhitungan curah hujan daerah dari pengamatan curah hujan di beberapa titik adalah sebagai berikut.

1. Rata-rata aljabar

2. Poligon Thiessen

3. Garis isohyet

4. Garis potongan antara (intersection line method)

5. Depth-elevation method


1. Rata-rata aljabar

Cara ini adalah perhitungan curah hujan rata-rata secara aljabar.

Dimana:

Rr : curah hujan rata-rata (mm)

n : jumlah titik stasiun hujan

R1,R2,….,Rn : curah hujan di tiap stasiun hujan (mm)

Metode ini merupakan metode yang paling sederhana dan dapat memberikan hasil yang memuaskan jika stasiun hujan tersebar secara merata di seluruh area dan hasil pengukuran di setiap stasiun hujan tidak jauh berbeda dengan nilai rata-rata.

nr RRRn

R ....1

21


2. Poligon Thiessen

Jika titik stasiun hujan di wilayah tidak merata, maka cara perhitungan curah hujan rata-rata dilakukan dengan memperhitungkan daerah pengaruh tiap titik stasiun hujan.

Dimana:

Rr : curah hujan rata-rata (mm)

A1, A2,…., An : luas daerah yang mewakili tiap titik stasiun hujan

R1, R2,…., Rn : curah hujan di tiap titik stasiun hujan (mm) dan n adalah jumlah titik stasiun hujan

n

nnr AAA

RARARAR

....

....

21

2211


Langkah-langkah:

1. Cantumkan titik-titik stasiun hujan di dalam dan sekitar daerah yang ditinjau pada peta topografi skala 1:50.000, kemudian hubungkan tiap titik yang berdekatan dengan sebuah garis lurus (dengan demikian akan terlukis jaringan segitiga yang menutupi seluruh daerah.

2. Daerah yang bersangkutan itu dibagi dalam poligon-poligon yang didapat dengan menggambar garis bagi tegak lurus pada tiap sisi segitiga tsb di atas. Curah hujan dalam tiap poligon ini dianggap diwakili oleh curah hujan dari titik stasiun hujan dalam tiap poligon tsb. Luas tiap poligon diukur dengan planimeter atau dengan cara lain.

Curah Hujan Rata-Rata

Contoh poligon Thiessen

Contoh analisis menggunakan poligon Thiessen


• Cara poligon Thiessen ini memberikan hasil yang lebih teliti daripada cara rata-rata aljabar. Akan tetapi, penentuan titik-titik stasiun hujan akan mempengaruhi ketelitian hasil yang didapat.

• Kerugian lainnya adalah diperlukan penggambaran ulang poligon apabila salah satu stasiun hujan tidak diperoleh data atau data yang tidak valid.


3. Garis isohyet

Peta isohyet digambar pada peta topografi dengan perbedaan (interval) 10 sampai 20 mm berdasarkan data curah hujan pada titik-titik stasiun hujan di dalam dan di sekitar daerah yg ditinjau.

Luas bagian daerah antara dua garis isohyet yang berdekatan diukur dengan planimeter. Demikian pula nilai rata-rata dari garis-garis isohyet yg berdekatan yg termasuk bagian-bagian daerah tsb dapat dihitung.


Curah hujan rata-rata suatu daerah dapat dihitung menggunakan metode garsi isohyet sbb.

Dimana:

Rr : curah hujan rata-rata

A1, A2, …., An: luas bagian-bagian antara garis-garis isohyet

R1, R2, …., Rn: curah hujan rata-rata pada bagian-bagian A1, A2, …., An

n

nnr AA

RARARAR

.....

.....

1

2211


Contoh garis isohyet


Contoh analisis menggunakan garis isohyet


• Metode garis isohyet merupakan cara rasional yang terbaik jika garis-garis isohyet dapat digambar dengan teliti. Akan tetapi jika titik-titik pengamatan itu banyak dan variasi curah hujan di daerah yang bersangkutan besar, maka pada pembuatan peta isohyet ini akan terdapat kesalahann pribadi (individual error) oleh pembuat peta.

• Jika tiap pengamatan mencakup beberapa ratus km2 maka penggunaan peta topografi skala 1/20.000 sampai 1/50.000 adalah kira-kira cukup.

• Peta isohyet harus mencantumkan antara lain sungai-sungai utamanya dan garis-garis kontur yang cukup. Pada pembuatan peta isohyet, maka topografi, arah angin dan lain-lain di daerah yang bersangkutan harus turut dipertimbangkan. Jadi, untuk membuat peta isohyet yang baik diperlukan pengetahuan/keahlian yang cukup.


Pemilihan Metode

Lepas dari kelebihan dan kelemahan ketiga metode di atas, pemilihan metode mana yang cocok dipakai pada suatu DAS dapat ditentukan dengan mempertimbangkan tiga faktor berikut:

1. Jaring-jaring stasiun hujan dalam DAS

2. Luas DAS

3. Topografi DAS


1. Jaring-jaring stasiun hujan

Kondisi Jaring-Jaring Stasiun Hujan Metode yg Cocok

Jumlah stasiun hujan cukup Metode isohyet, Thiessen atau rata-rata aljabar dapat dipakai

Jumlah stasiun hujan terbatas Metode rata-rata aljabar atau Thiessen

Stasiun hujan tunggal Metode hujan titik


2. Luas DAS

Luas DAS Metode yg Cocok

DAS besar (> 5.000 km2) Metode isohyet

DAS sedang (500 s/d 5.000 km2) Metode Thiessen

DAS kecil (< 500 km2) Metode rata-rata aljabar


3. Topografi DAS

Topografi DAS Metode yg Cocok

Pegunungan Metode rata-rata aljabar

Dataran Metode Thiessen

Berbukit dan tidak beraturan Metode isohyet


Curah Hujan Maksimum Harian Rata-Rata

• Perhitungan data hujan maksimum harian rata-rata DAS harus dilakukan secara benar, misalnya untuk analisis frekuensi (akan dibahas lebih lanjut).

• Dalam praktik sering kita jumpai perhitungan yang kurang pas, yaitu dengan cara mencari hujan maksimum harian setiap pos hujan dalam satu tahun, kemudian dirata-ratakan untuk mendapatkan hujan DAS. Cara ini tidak logis karena rata-rata hujan dilakukan atas hujan dari masing-masing stasiun hujan yang terjadi pada hari yang berlainan. Hasilnya akan jauh menyimpang dari yang seharusnya.

Cara yg seharusnya ditempuh untuk mendapatkan hujan maksimum harian rata-rata DAS adalah sebagai berikut:

1. Tentukan hujan maksimum harian pada tahun tertentu di salah satu stasiun hujan.

2. Cari besarnya curah hujan pada tanggal-bulan-tahun yang sama untuk stasiun hujan lainnya.

3. Hitung hujan DAS dengan salah satu cara yg terpilih (rata-rata aljabar, poligon Thiessen, garis isohyet, dsb)

4. Tentukan hujan maksimum harian (seperti langkah 1) pada tahun yang sama untuk stasiun hujan yg lain.

5. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk setiap tahun.

6. Dari hasil rata-rata yang diperoleh (sesuai dengan jumlah stasiun hujan) dipilih yang tertinggi setiap tahun. Data hujan yang terpilih setiap tahun merupakan hujan maksimum harian DAS untuk tahun yang bersangkutan.


Cara yg seharusnya ditempuh untuk mendapatkan hujan maksimum harian rata-rata DAS adalah sebagai berikut:

1. Tentukan hujan maksimum harian pada tahun tertentu di salah satu stasiun hujan.

2. Cari besarnya curah hujan pada tanggal-bulan-tahun yang sama untuk stasiun hujan lainnya.

3. Hitung hujan DAS dengan salah satu cara yg terpilih (rata-rata aljabar, poligon Thiessen, garis isohyet, dsb)

4. Tentukan hujan maksimum harian (seperti langkah 1) pada tahun yang sama untuk stasiun hujan yg lain.

5. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk setiap tahun.


Contoh (diambil dari Suripin, 2006):

Sebagai contoh perhitungan curah hujan maksimum harian rata-rata dipilih DAS Sungai Dolok. Stasiun hujan yang dipilih untuk mewakili adalah:

1. Stasiun hujan no.25G : Kedung Pucung

2. Stasiun hujan no.44 : Mijen

3. Stasiun hujan no.99 : Banyu Meneng

Masing-masing stasiun hujan mempunyai koefisien Thiessen 0,45; 0,30; dan 0,25 (hanya untuk menggambarkan cara perhitungan dan tidak diambil dari hasil pengukuran).


PENYELESAIAN :

Intensitas Hujan

Secara kualitatif, intensitas curah hujan disebut juga derajat curah hujan, seperti tabel berikut.

Derajat curah hujan

Intensitas curah hujan (mm/jam)

Kondisi

Hujan sangat lemah < 1,20 Tanah agak basah atau dibasahi sedikit

Hujan lemah 1,20 – 3,00 Tanah menjadi basah semuanya, tetapi sulit membuat puddel (genangan air)

Hujan normal 3,00 – 18,00 Dapat dibuat puddel dan bunyi hujan kedengaran

Hujan deras 18,00 – 60,00 Air tergenang di seluruh permukaan tanah dan bunyi keras hujan terdengar berasal dari genangan

Hujan sangat deras > 60,00 Hujan seperti ditumpahkan, sehingga saluran dan drainase meluap

Tabel 1. Derajat curah hujan berdasarkan nilai intensitas hujan

1. Rumus Talbot (1881)

Rumus ini banyak digunakan karena mudah diterapkan dan tetapan-tetapan a dan b ditentukan dengan harga-harga yg terukur.

Dimana:

I = intensitas hujan (mm/jam)

t = lamanya hujan (jam)

a dan b = konstanta yg tergantung pada lamanya hujan yg terjadi di DAS

[ ] = jumlah angka-angka dalam tiap suku

N = banyaknya data

bt

aI

IIIN

ItIItIa 2

22 .. IIIN

tINtIIb 2

2 ..

Intensitas Hujan

2. Rumus Sherman (1905)

Rumus ini mungkin cocok untuk jangka waktu curah hujan yang lamanya lebih dari 2 jam.

Dimana:



n = konstanta


N = banyaknya data

nt

aI

tttN

tIttIa

logloglog

loglog.loglogloglog 2

2

tttN

ItNtIn

logloglog

log.logloglog2

Intensitas Hujan

3. Rumus Ishiguro (1953)

Dimana:



a dan b = konstanta


N = banyaknya data

bt

aI

IIIN

ItIItIa 2

22 ..

IIIN

tINtIIb 2

2 ..

Intensitas Hujan

4. Rumus Mononobe

Rumus ini digunakan apabila data hujan jangka pendek tidak tersedia, yang ada hanya data hujan harian. Rumus ini dihasilkan di Jepang.

Dimana:



R24 = curah hujan maksimum harian (mm)

3

2

24 24

24

t

RI

Intensitas Hujan

5. Rumus Hasper (1951)

Bila durasi hujan < 2 jam

Bila durasi hujan 2 < t < 19 jam

Dimana:

R24 = curah hujan maksimum harian (mm)

I = intensitas hujan (m3/s/km2)

t = durasi hujan (menit)

Catatan:

24

224 260

60

1200008,06006,0 R

tt

I

R

6006,024 tI

R

jammIkmsmI /x 36

000.10// 23

Intensitas Hujan

Rumus dan kurva intensitas hujan optimum yang mungkin setiap tahunnya

Intensitas Hujan

Contoh 1 (diambil dari Suripin, 2006):

Berikut ini diuraikan langkah-langkah perhitungan dengan menggunakan data curah hujan jangka pendek yang diperoleh dari Stasiun Klimatologi Semarang (BMG) antara tahun 1959 s/d 1993, seperti terlihat pada Tabel 2.

Contoh 2:

Tentukan besarnya intensitas hujan menggunakan rumus Mononobe dan Hasper pada suatu DAS apabila diketahui curah hujan maksimum harian sebesar 185 mm dan lamanya hujan 3 jam.

Intensitas Hujan

Penyelesaian:

R24 = 185 mm

T = 3 jam = 180 menit

a. Rumus Mononobe b. Rumus Hasper

mm/jam 83,30

3

24

24

185

24

24

3

2

3

2

24

I

I

t

RI

6006,024 tI

R

mm/jam 25,46000.10

000.1 x 36 x 85,12

/s/kmm 85,126018006,0

185

6006,0

33

24

I

I

t

RI

Intensitas Hujan

SELESAI

Presipitasi (Hujan)

Documents

Transcript of Presipitasi (Hujan)