Tugas 1 Rekayasa Hidrologi 2

Tugas Rekayasa Hidrologi II

1

REVIEW

REKAYASA HIDROLOGI I

Ilmu Cuaca (Meteorologi):

Ilmu yang menelaah keadaan dan perilaku cuaca di lapisan atmosfer bawah

dan proses terjadinya.

Ilmu Iklim (Klimatologi):

Ilmu yang menelaah keadaan dan perilaku iklim.

Cuaca:

Keadaan atmosfer pada saat yang pendek di tempat tertentu.

Iklim:

Deskripsi dari keadaan cuaca di daerah yang luas dalam waktu yang panjang.

Iklim adalah kebiasaan alam yang digerakkan oleh gabungan unsur-unsur iklim,

yaitu: radiasi matahari (lama penyinaran), suhu udara, kelembaban udara

(kelengasan), tekanan udara (tekanan atmosfer), angin, awan, presipitasi

(hujan, salju, embun), evaporasi, dan transpirasi.

Keduanya (cuaca dan iklim), merupakan:

- Sumber daya, salah satu bagian untuk keberhasilan dalam

pembangunan.

- Salah satu komponen alam, sehingga semua organisme, bahan

sandang, bahan makanan, bangunan, gedung, dll. tidak terlepas dari

pengaruh atmosfer.

Atmosfer:

Lapisan gas (selubung udara) yang tebal, yang menyelubungi seluruh

permukaan bumi. Terdiri atas: Trofosfer, Stratosfer, Mesosfer, dan Termosfer

(berturut-turut dari lapisan bawah ke atas)

Keadaan atmosfer meliputi suhu udara, tekanan udara, kelembaban udara,

angin, awan, evaporasi, dan transpirasi.


2

HIDROLOGI: Ilmu yang menyangkut masalah air.

Pembidangan HIDROLOGI yaitu:

- POTAMOLOGY Æ Sungai.

- CRYOLOGY Æ Salju.

- LIMNOLOGY Æ Danau.

Air dalam bahasan HIDROLOGI ada 2 (dua), yaitu:

- Air permukaan.

- Air tanah.

KONSEP DASAR ILMU HIDROLOGI:

- Mengestimasi (memperkirakan) volume air yang tersedia. Merupakan

tahapan yang sangat penting dalam semua sumber daya air.

- Lalu dianalisa. Analisa ini adalah landasan bagi pengembangan

perencanaan dan sistem pengembangan sumber daya air.

DASAR HIDROLOGI:

Ilmu HIDROLOGI mempelajari “Siklus Hidrologi”.

HIDROLOGI:

Ilmu tentang seluk beluk air di bumi, kejadiannya, peredaran dan distribusinya,

sifat alami dan kimianya, serta reaksinya terhadap lingkungan dan

hubungannya dengan kehidupan.

(Federal Council for Science and Technology, USA; 1959)

Sumber informasi pokok dalam HIDROLOGI:

- Data Hujan: Besaran, intensitas, volume, lama/durasi, dan arah gerak

hujan (tergantung Kecepatan angin).

- Data Sungai:

o Data Tinggi Muka Air Æ Piesal Meter atau AWLR.

o Debit Sungai di suatu tempat tertentu (Hidrometri).


3

SIKLUS HIDROLOGI

Lapisan Tak Jenuh:

Lapisan dalam tanah yang bila tidak hujan akan berupa rongga kosong.

Lapisan Jenuh:

Lapisan dalam tanah yang rongganya selalu terisi oleh air.

Limpasan:

Hujan yang tidak ditangkap oleh tanaman/bangunan-bangunan lain di atas

bumi, yang tidak dapat menguap (evaporasi), yang tidak meresap (infiltrasi),

atau yang menempati suatu tampungan.

Limpasan (Run-off):

Semua air yang mengalir bergerak meninggalkan Daerah Tangkapan Sungai

(DAS), tanpa memperhatikan asal/jalan yang ditempuh, sebelum mencapai

saluran.

Air Limpasan = Aliran Permukaan + Aliran dalam Tanah

= Air Permukaan + Aliran Air Bawah Permukaan.

Limpasan Permukaan (Surface Run-off):

Limpasan yang selalu mengalir melalui permukaan.

Aliran Dasar (Base Flow):

Limpasan/Debit minimum yang masih ada, karena adanya aliran keluar/lepasan

dari aquifers.


4

HIDROLOGI dalam Pengembangan Sumber Daya Air (PSDA):

- Water supply (untuk air minum),

- Irigasi,

- Pengendalian banjir,

- Hydro power,

- Pengendalian erosi,

- Navigasi,

- Rekreasi, dsb.

Ilmu Hidrologi digunakan untuk menentukan DESIGN PARAMETER yang

serupa dengan DESIGN LOAD di dalam Analisa Struktur.

Parameter-parameter yang didapat dari HIDROLOGI:

- Frekwensi hujan,

- Durasi (lama) hujan,

- Intensitas debit dan curah hujan.

DATA yang tersedia meliputi:

- MEKANISME KARAKTERISTIK daerah aliran:

o Tata guna lahan yang dinamis,

o Klimatologi yang sukar diprediksi,

o Struktur geologi.

- Secara umum, penelitian hidrologi mengharuskan adanya pengumpulan

data-data mengenai:

o Intensitas hujan, diperoleh dengan “Alat Ukur Curah Hujan”.

��Manual Æ Gelas ukur.

��Automatic Æ Rain Fall Automatic Record (RFAR).

o Kelembaban, yaitu udara yang menyerap uap air.

Jumlahnya bergantung pada suhu udara dan suhu air.

��Jika suhu udara tinggi dan suhu air rendah, maka uap air

yang diserap udara semakin banyak dan kelembaban jadi

tinggi.

��Jika suhu udara dan suhu air rendah, maka kelembaban-

nya juga rendah.


5

��Makin tinggi suhu udara, makin banyak uap air yang di-

kandungnya.

��Uap air memberikan tekanan parsial yang biasanya diukur

dengan BAR atau tinggi milimeter air raksa (mm Hg).

;�1 BAR = 100 KN/m2.

;�1 mili BAR = 102 N/m2.

;�1 mm Hg = 1,33 mm BAR.

o Suhu/temperatur,

o Kecepatan angin.

PRESIPITASI:

Uap air yang mengkondensasi dan jatuh ke tanah dalam rangkaian proses

Siklus Hidrologi (berupa: hujan, salju, dan embun).

HUJAN EFEKTIP:

Sebagian dari total presipitasi, yang sesungguhnya terdistribusi di permukaan

bumi.

INTENSITAS CURAH HUJAN:

Jumlah curah hujan dalam suatu satuan waktu.

- Satuan jumlah curah hujan = mm, cm, m.

- Satuan WAKTU = jam, harian, bulanan, tahunan.


6

Contoh Tabel Data Curah Hujan: - Data Curah Hujan JAM-AN

Hari/Tanggal: 28 Pebruari 2000;

STASIUN:

JAM (mm)

00:00 -

01:00 -

02:00 50

03:00 60

04:00 50

-

-

-

23:00 -

jammm

Artinya pada jam 02:00, curah

hujan yang turun sebesar 50

mm/jam.

- Data Curah Hujan HARIAN

BULAN: JANUARI.

TAHUN: 2000.

TANGGAL (mm)

1

2

3

31

harimm

- Data Curah Hujan BULANAN

STASIUN:

TAHUN: 2000.

BULAN (mm)

JANUARI

PEBRUARI

MARET

DESEMBER

bulanmm

- Data Curah Hujan TAHUNAN

STASIUN:

TAHUN (mm)

2000

2001

2002

dst.

tahunmm


7

Keadaan curah hujan dengan intensitas curah hujan:

Intensitas Curah Hujan (mm) Keadaan Curah Hujan

1 jam 24 jam

Hujan sangat ringan < 1 < 5

Hujan ringan 1 – 5 5 – 20

Hujan normal 5 – 20 20 – 50

Hujan lebat 10 – 20 50 – 100

Hujan sangat lebat > 20 > 100

EVAPORASI:

Peristiwa berubahnya air menjadi uap dan bergerak dari permukaan tanah

dan permukaan air ke udara.

Faktor-faktor yang mempengaruhi penguapan: Suhu air, suhu udara

(atmosfer), kelembaban, kecepatan angin, tekanan udara, dan sinar

matahari.

EVAPORASI berhubungan dengan:

- Selisih dalam tekanan uap

pada permukaan air dan

pada udara di atasnya,

- Selisih antara suhu air dan

udara,

- Adanya tekanan atmosfer,

- Kualitas air (air tawar, asin,

payau).

Contoh:

γair tawar < γair laut

Air tawar jadi lebih dahulu

menguap daripada air laut.

TRANSPIRASI: Peristiwa penguapan dari tanaman.

Dipengaruhi oleh:

- Kadar kelembaban tanah,

- Keadaan tanaman itu sendiri.

EVAPOTRANSPIRASI: Penguapan keduanya secara bersamaan.


8

Pada sistem IRIGASI:

Keperluan air untuk irigasi Eff

PSReEtIrr

++−=

Keterangan:

Irr = Irrigation water requirement for head gate.

Et = Evaporation.

Re = Effective Rain fall

S = Paddy water requirement.

P = Percolation.

Eff = Irrigation Efficiency.

METODE HARGREAVES:

Untuk menghitung evaporasi yang terjadi pada sistem irigasi.

Dimana:

Ev = Evaporation.

Et = Evapotranspiration.

K = Crop consumptive use coefficient.

D = Monthly Daytime coefficient.

Tc = Mean monthly Temperature.

Fh = 0,59 - 0,55 Hn2.

Hn = Mean moon Relative Humidity.

Fw = 0,75 + 0,0255 Wkh.

Wkh = Wind velocity (Km/jam).

Fs = 0,478 + 0,58 S.

S = Sunshine (%).

Fe = 0,95 + 10-4 E.

E = Elevation (m). Ketinggian tempat di atas permukaan laut.

Et = K . Ev

Ev = 17,4 D . Tc . Fh . Fw . Fs . Fe


9

Evaporasi pada WADUK, BENDUNG/BENDUNGAN, RESERVOIR, dsb. di-

pengaruhi oleh angin dan matahari (temperatur).

Persamaan Empiris dari PENMAN:

[ ]

+−=

100

V1 ee 0,35E da

Dimana:

E = Evaporasi (mm/hari).

ea = Tekanan uap jenuh pada suhu rata-rata harian (mm/Hg).

ed = Tekanan uap sebenarnya (mm/Hg).

V = Kecepatan angin pada ketinggian 2 m di atas permukaan tanah.

V Æ 1 m/detik = 54 mile/hari.

Elemen-elemen Meteorologi dan Pengamatannya:

- Tabel Kelembaban.

- Tabel Tekanan Uap Jenuh.

- Tabel Harga-harga K yang digunakan dalam Rumus Evapotranspirasi

Blaney.

- Tabel Koeffisien Tanaman untuk Padi Sawah yang digunakan dalam

berbagai Report (Kc).

- Tabel Indeks Evapotranspirasi Bulanan Potensial.


10

EVAPOTRANSPIRASI:

- Air dalam tanah menguap ke udara melalui tumbuhan.

- Persamaan yang banyak dipakai:

o Persamaan BLANEY - CRIDDLE:

Dimana:

U = Banyaknya EVAPOTRANSPIRASI bulanan (Inch).

K = Koefisien yang tergantung jenis tanaman.

F = t × P/100.

t = Suhu rerata bulanan (oF).

P = Persen rerata penyinaran matahari tahunan dalam

bulan yang ditinjau.

o Persamaan BLANEY - CRIDDLE yang diubah:

( )

100

813 t 45,7 PK U

+⋅⋅= [mm/bulan]

Dimana:

K = Kt × Kc Æ Kt = 0,0311 t + 0,240

Kc = nilainya diperoleh dari tabel.

t = Suhu udara rata-rata bulanan (oC).

P = Persentase jam siang bulanan dalam satu tahun.

o Persamaan TURC, LANG BEIN & IVUND:

( )2I

P 0,9 PE +=

Dimana:

E = Penguapan tahunan.

P = Hujan tahunan rerata.

I = 300 + 25 t + 0,05 t3

t = Suhu rerata tahunan.

U = K . F


11

ANALISIS HUJAN

- Dalam analisis data hujan disyaratkan adanya jaringan yang memadai,

baik dalam pengertian kerapatan maupun penyebarannya.

- Hal yang perlu diperhatikan dalam Daerah Aliran (Rain Fall Area) pada

ANALISIS HIDROLOGI:

o Pengukuran Data Hujan Lokal (Point Rain Fall)

��Diperoleh dari masing-masing alat pengukur hujan, baik

biasa (manual) maupun otomatis (Rain-fall Recorder).

��Pemilihan alat perlu memperhatikan ketelitian yang

diperoleh dan kemudahan dalam pemasangan.

��Datanya dapat dibuat ke dalam bentuk GRAFIK atau

HISTOGRAF/HISTOGRAM (Intensitas Vs Waktu).

o Sedangkan untuk keperluan analisis yang diperlukan adalah:

Data Hujan Daerah Aliran (Area Rain Fall).

Makin banyak STASIUN HUJAN, makin menguntungkan dari segi

“informasi”. Tapi tidak dari segi operasional, serta biaya.

Contoh Point Rain Fall Analysis:


12

DAERAH ALIRAN SUNGAI (DAS):

- Daerah Aliran Sungai (DAS), Catchments Area, Basin, Water shed.

- Daerah dimana semua airnya mengalir ke dalam suatu sungai yang

dimaksudkan.

- Umumnya dibatasi oleh batas topografi, yang berarti ditetapkan

berdasarkan aliran permukaan.

- Nama DAS ditandai dengan nama Sungai yang bersangkutan.

- Di dalam suatu DAS, terdapat beberapa SUB-DAS.

Perhitungan Area Rain Fall atau Average Rain Fall of BASIN:

- Cara Rerata Aljabar (Arithmetic Mean Method)

Hujan Rerata:

4

XXXXP

IVIIIIII +++=

Dimana:

XI, XII, XIII, dan XIV

adalah tinggi hujan

pada Stasiun I, II, III,

dan IV.


13

o Cara ini paling mudah dan sederhana.

o Hasilnya tidak teliti.

o Hanya baik digunakan pada daerah yang relatif datar, serta

jaringan pengukuran hujan teratur.

o Data dari masing-masing stasiun tidak jauh berbeda dari angka

rata-ratanya.

- Thiessen Polygon Method

o Cara ini memberikan

hasil yang lebih baik,

karena telah memasuk-

kan faktor daerah

pengaruh dari masing-

masing stasiun hujan

tertentu.

o Cara ini paling banyak

dipergunakan dalam

praktek, karena mudah dan unsur subyektifitasnya relatif kecil,

meskipun masih mengandung kelemahan dimana “Faktor

Topografi” tidak tercakup di dalamnya.

o Kerugian/kelemahan lainnya adalah kurang flexible, apabila

terjadi perubahan jumlah stasiun.

Sta Pi ∆ H A

Ai.i = αi Pi

A Pa Aa αa αa Pa

B Pb Ab αb αb Pb

C Pc Ac αc αc Pc

A P� =


14

- Isohyets Method

o Dengan cara garis ketinggian hujan yang sama. Garis yang

menghubungkan tempat-tempat yang mempunyai tinggi hujan

yang sama.

o Metode ini menggunakan

“Isohyet” sebagai garis-garis

yang membagi DAS menjadi

daerah-daerah yang

luasnya dipakai sebagai

“Faktor koreksi” dalam

perhitungannya.

o Pemberian bobot pada

masing-masing stasiun

hujan dilakukan dengan

penggambaran garis Isohyet, sehingga hujan yang terjadi di

antara dua buah Isohyet dianggap HUJAN RERATA dua garis

Isohyet yang mengapitnya.

o Cara ini baik, karena “Pengaruh Topografi” tercakup di dalamnya,

yaitu dalam penggambaran garis-garis Isohyet-nya. Bahkan bisa

dianggap sebagai cara yang terbaik, yang memungkinkan

seseorang memasukkan ilmu dan pengalamannya dalam

menggambarkan garis Isohyet, sehingga pengaruh distribusi

hujan dapat dimasukkan.

o Cara perhitungannya sama dengan cara “Thiessen”, dengan

pengertian:

DAERAH Pi ∆ H A

Ai.i = αi Pi

I P1 A1 α1 α1 P1

II P2 A2 α2 α2 P2

III P3 A3 α3 α3 P3

A P� =

Dimana:

A1, A2, dan A3

adalah luas relatif

masing-masing

daerah antara dua

garis Isohyet.


15

TINGGI INTENSITAS CURAH HUJAN

- Kasus dimana data hujan jam-jaman tidak tersedia atau hanya tersedia

data hujan harian/bulanan, dapat pula digunakan rumus empiris seperti

Rumus MONO NOBE (SOSRODARSONO & TAKEDA; 1983).

- Rumus empiris tersebut digunakan untuk mengubah intensitas hujan

harian/bulanan ke intensitas hujan dengan lama (durasi) hujan yang

lebih pendek.

Intensitas Curah Hujan Bulanan:

( ) ( )hari

mm 2431atau 30

II B

24 ×=

Intensitas Curah Hujan Harian:

3

2

24t

t

24

24

II

=

ANALISA FREKUENSI

- Tujuan ANALISA FREKUENSI hujan dan banjir adalah memperkirakan

besarnya variasi yang masa ulangnya panjang.

- Variasi terbesar yang kita dapatkan dari pengamatan hujan dan banjir,

umumnya tidak ada lebih besar dari variasi perkiraan.

- Perlu meng-ekstrapolasi “Lengkung Frekuensi” atau “Lengkung

Probabilitas”.

Dimana:

I24 = Intensitas hujan HARIAN.

IB = Intensitas hujan BULANAN (mm).

Dimana:

It = Intensitas hujan untuk lama hujan t (mm/jam).

I24 = Intensitas hujan HARIAN (mm/hari).

t = Lama/durasi hujan (jam).


16

- Dalam memanfaatkan berbagai cara Analisis Frekuensi (Frequency

Analysis) pada pengolahan data distribusi (sebaran), yang banyak

dipergunakan:

o Distribusi NORMAL Æ gx = 0.

o Distribusi LOG-NORMAL Æ g log x ≈ 0.

o Distribusi GUMBEL Æ gx ≈ 1,14.

o Distribusi LOG-GUMBEL Æ g log x ≈ 1,14.

o Distribusi LOG-PEARSON III Æ Distribusi Data lainnya.

- Parameter Statistik (Descriptive Statistic):

o Measure of Centrally (Mean = Harga Rata-rata; X ).

o Measure of Variation (Standard Deviation = Simpangan baku; S�

).

Koeffisien variasi (Coefficient of Variation; Cv = %):

Perbandingan antara Standar Deviasi dengan harga rata-ratanya.

o Distribution of DATA.

o Measure of A Symmetric.

o Mean of Normality.

- Konsep Dasar Probability:

o Cumulative Distribution Function (CDF).

o Pengertian statis mengenai Distribusi Frekuensi:

Frekuensi Kumulatif dari suatu variasi, kalau banyaknya variasi di

dalam seri tak terhingga besarnya atau sama dengan:

FREKUENSI KUMULATIF TEORITIS:

( ) ( )∫= dX XF'P X

( )∑=

−⋅−

=N

1n

2XXn

1N

1S�


17

Dimana:

M = Nomor data-nya di dalam seri.

o Analisis Frekuensi digunakan untuk peramalan (forecasting).

o Ramalan waktu yang menunjukkan besarnya suatu peristiwa

Hidrologis (hujan, banjir, dsb.) dalam waktu dekat adalah tujuan

dari Peramalan Hidrologis (Hydrological Forecasting).

Periode Ulang/Masa Ulang:

- Sasaran utama “Analisis Frekuensi Peristiwa Hidrologis” adalah me-

nentukan “Masa Ulang/Periode Ulang Peristiwa Hidrologis” yang ber-

harga tertentu X.

- Analisis Frekuensi menguraikan peristiwa yang dapat diharapkan me-

nyamai atau lebih besar daripada rata-ratanya tiap N tahun.

- Interval waku rata-rata suatu peristiwa akan sama atau dilampaui 1 kali,

disebut: Masa Ulang/Periode Ulang (Recurrence Interval).

- Jumlah tahun rata-rata antara timbulnya suatu peristiwa dengan

peristiwa yang lebih besar disebut: Selang Waktu Pelampauan.

- Selang waktu per-ulangan (Recurrence Interval)

- Kalau seri data-nya diurut dari besar ke kecil, maka:

( )1M

tTe

−= dan

M

tTr =

( )mN

tTe

−=

Dimana:

N = Banyaknya data pengamatan.

T = Banyaknya tahun pengamatan.

m = Nomor terendah menurut urutan

besarnya peristiwa di dalam seri.

( )1mN

tTr

+−=


18

Waktu Konsentrasi (Time Concentration):

Lama waktu yang diperlukan untuk mencapai titik F oleh air hujan yang jatuh di

tempat terjauh dari F.

0,385

0,77

CS

L0,00013t ⋅= [Jam]

atau:

0,385

1,15

CH7700

Lt

⋅= [Jam]

Kalau L dan H dinyatakan dalam meter dan tC dalam menit, rumusnya:

0,77

CS

L0,0195t

= [Menit] Dimana: L

HS =

Melengkapi Curah Hujan yang Hilang:

- Regresi Linear Æ Persamaan Garis Lurus.

Metode ini digunakan untuk mencari data hujan yang hilang pada 1

(satu) stasiun tanpa membandingkannya dengan data hujan stasiun

lainnya.

( )( )[ ]( )

n

n

ab

a

ba

YY

XX

XY

2XX

YYXX

XY

∑

∑

=

=

−=

∑

−

∑ −−=

+= ( ) ( )

( )( )

( )( )

( )( )

( )XX2

X

YX Y - Y

X2

X

YXY

2X

YX

:maka Y,YYdan XXX Jika

b

a

−⋅⋅

=

⋅⋅

−=

⋅=

=−=−

∑∑

∑∑

∑∑

Dimana:

L = Panjang jarak dari tempat terjauh

daerah aliran sampai tempat

pengamatan (diukur menurut jalan-

nya sungai) (feet).

H = Selisih ketinggian antara tempat ter-

jauh dan tempat pengamatan (feet).


19

- Normal Ratio Method (Linsley, Kohler & Paulhus; 1958)

o DATA yang hilang diperkirakan dengan data yang tercatat pada

saat yang sama di 3 s/d 5 Stasiun Hujan di sekitarnya.

o Cara sederhana ini dipandang “kurang realistik”, karena pengaruh

hujan suatu titik stasiun dengan stasiun sekitarnya juga

dipengaruhi oleh jarak antara stasiun hujan tersebut.

Dimana:

PX = Hujan yang diperkirakan (mm).

NX = Hujan tahunan normal pada Stasiun X (mm).

Pa

Pb

Pc

=

Hujan yang diketahui pada

Stasiun A, B, dan C.

Na

Nb

Nc

=

Hujan tahunan normal pada

Stasiun A, B, dan C.

Dimana:

n = Banyaknya data hujan.

X = Variabel tahun (waktu).

Y = Variabel curah hujan.

⋅+

⋅+

⋅⋅=

c

cX

b

bX

a

aXX

N

PN

N

PN

N

PN

n

1P


20

- Reciprocal Method (Simanton & O. Borne; 1980)

o Cara ini memperbaiki cara sebelumnya, dengan memperhitung-

kan pengaruh jarak antara 2 (dua) Stasiun Hujan.

o Cara ini cukup memakai data dari 3 (tiga) Stasiun Hujan saja.

Dimana:

Dxa

Dxb Jarak antara Stasiun X (yang datanya hilang) dengan

Dxc Stasiun A, B, dan C.

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )222

222

Dxc

1

Dxb

1

Dxa

1

PcDxc

1Pb

Dxb

1Pa

Dxa

1

Px

++

⋅+⋅+⋅=

Tugas 1 Rekayasa Hidrologi 2

Documents

Transcript of Tugas 1 Rekayasa Hidrologi 2