1.1 Neraca airPerkiraan secara kuantitatif dari siklus hidrologi dapat dinyatakan berdasar prinsip konservasi massa, yang dikenal dengan persamaan neraca air. Persamaaan tersebutmenggambarkan bahwa di dalam suatu sistem hidrologi (DAS, waduk, danau, aliran permukaan) dapat dievaluasi air yang masuk dan yang keluar dari sistem tersebut dalam suatu periode waktu tertentu. Gambar 1.7. menunjukan imbangan air di suatu danau. Neraca air dapat dinyatakan dalam interval waktu singkat atau untuk durasi panjang, untuk suatu DAS atau badan air seperti waduk atau danau. Secara umum persamaan neraca air dapat ditulis dalam bentuk:(1.1)Dengan :P: presipitasiQi, Qo: debit aliran masuk dan keluarGi,Go: aliran air tanah masuk dan keluarE: evaporasiT: evapotranspirasiS: perubahan volume tampungan untuk selang waktu t.

Gambar 1.7. Imbangan air di danauSemua suku dari persamaan (1.1) dapat dinyatakan dalam volumeair (atau dalam debit () atau dalam kedalaman air, yaitu volume air yang terdistribusi merata pada seluruh DAS atau danau.

1.1.1. Imbangan air untuk DAS besar dan durasi panjangUntuk kondisi tertentu, beberapa suku dari persamaan (1.1) dapat diabaikan yang tergantung pada sifat daerah yang ditinjau dan periode hitungan neraca air. Apabila evaluasi dilakukan dalam suatu periode panjang (misalnya siklus tahunan), variasi tampungan air relatif seimbang sehingga perubahan tampungandapat diabaikan. Pada suatu DAS, dimana tidak ada aliran yang masuk melalui batas DAS maka suku. Dalam suatu DAS dianggap tidak ada transfer air tanah dari suatu DAS ke DAS di dekatnya, sehingga. Persamaan (1.1) menjadi:P - E - T - Q = 0(1.2)dengan Q adalah debitsungai, yang merupakan aliran dari DAS ke dalam sungai.Gambar 1.8 menunjukan imbangan air di suatu DAS.

Gambar 1.8 Imbangan air di suatu DAS

1.1.2. Imbangan air untuk badan air dalam periode singkatPengaruh perubahan kondisi hidrologi di suatu waduk, danau atau sungai dapat diperkirakan dengan menggunakan persamaan imbangan air untuk periode waktu sangat singkat, misalnya dalam waktu menitan atau jam-jaman. Dalam hal ini perubahan tampungan harus diperhitungkan, sedang evaporasi, presipitasi dan aliran air tanah dapat diabaikan. Bentuk persamaan imbangan air menjadi := 0(1.3)Persamaan (1.3) sering digunakan untuk hitungan penelusuran banjir (flood routing) di waduk.

1.1.3. Imbangan Air untuk aliran permukaanPersamaan imbangan air yanghanya memperhitungkan air permukaan adalah : (1.4)dengan I adalah infiltrasi danadalah tampungan cekungan.Apabila, persamaan (1.4) menjadi:Q = P E T I(1.5)Persamaan (1.5) menyatakan bahwa aliran permukaan sama dengan presipitasi dikurangi kehilangan air yaitu jumlah dari evaporasi, evapotranspirasi dan infiltrasi. Konsep ini merupakan dasar untuk menghitung limpasan atau debit sungai untuk periode waktu yang relatif panjang, misalnya debit setengah bulanan atau bulanan.

Dalam memperkirakan debit aliran yang ditimbulkan oleh hujan lebat, evaporasi dan evapotranspirasi yang terjadi dalam periode waktu singkat adalah kecil dan dapat diabaikan, sehingga persamaan (1.5) menjadi :Q = PI(1.6)Persamaan (1.6) digunakanuntuk memperkirakan debit (hidrograf) banjir yang ditimbulkan oleh hujan deras yang terjadi dalam waktu singkat (hujan jam-jaman atau harian maksimum)

1.2. Contoh SoalContoh I :Suatu DAS seluas 1.000 km2 mempunyai kedalaman hujan tahunan rerata 2.500 mm, kehilangan air karena infiltrasi adalah 750 mm/tahun dan penguapan (evaporasi dan evapotranspirasi) adalah 1.000 mm/tahun, kehilangan lainnya (sebagai tampungan cekungan,dsb) diperkirakan 200mm/tahun. Berapa debit rerata tahunan (dalam m3/d) ?Penyelesaian :Untuk menghitung debit aliran, persamaan (1.3) dapat ditulis dapat bentuk : Dalam contoh ini semua parameter dinyatakan dalam kedalaman air (mm/tahun). Dengan memasukkan nilai-nilai yang telah diketahui kedalam persamaan di atas, makadiperoleh kedalaman limpasan (diberi notasi q sebagai pengganti Q, untuk debit aliran) :q = 2.500-1.000-750-200 = 550 mm/tahunApabila dinyatakan dalam satuan debit aliran (m3/d) maka :Q = A q = 1.000 km2 x 550 mm/tahun=Contoh II :Waduk dengan luas permukaan 1,57 km2. Debit rerata harian yang masuk dan keluar waduk (untuk memenuhi kebutuhan air seperti irigasi, air baku, dsb) berturut turut adalah 2,5 m3/d dan 5 m3/d. Evaporasi pada permukaan waduk adalah 5 mm/hari. Aliran air tanah di abaikanhitung perubahan tampungan dalam satu hari.PenyelesaianDebit masuk: Qi = 2,5 x 24 x 3600 = 216.000 m3/hariDebit keluar: Qo = 5 x 24 x 3600 = 432.000 m3/hariEvaporasi: E = 5 mm/hari =x 1,57 x= 7.850 m3/hariDengan menggunakan persamaan (1.1) untuk beberapa parameter aliran yang diketahui, didapat tampungan air per hari (aliran air tanah diabaikan):

= 216.000 432.000 7.850 = -223.850 m3/hariJadi, dalam satu hari waduk tersebut mengalami pengurangan volume air sebesar 223.850 m3.

Contoh III :Suatu waduk dengan luas permukaan 1,57 km2. Pada suatu saat debit yang banjir yang masuk adalah 100 m3/d dan selang satu jam berikutnya adalah 125 m3/d. Pada jam yang sama debit keluar melalui bangunan pelimpah berturut-turut 20 m3/d dan 25 m3/d. Hitung perubahan tampungan dan perubahan elevasi muka air waduk dalam satu jam.

PenyelesaianDebit masuk rerata: Qi =Debit keluar rerata: Qo =Dengan menggunakan persamaan (1.3) untuk beberapa parameter aliran yang diketahui, didapat:

Perubahan volume tampungan dalam 1 jam adalah 324.000 m.Kenaikan elevasi muka air adalah perubahan volume tampungan dibagi luas permuaan waduk :

Elevasi muka air di waduk naik setinggi 0,206 m.Soal LatihanSuatu DAS seluas 2.500 km2 mempunyai kedalamanhujan tahunan rerata 2.500 mm, kehilangan air karena infiltrasi dan kehilangan sebagai genangan adalah 1.000 mm/tahun. Debit rerata tahunan yang terukur di stasiun pengukuran debit di batas hilir DAS adalah 50 m3/d. Perkiraan besrnya penguapan per tahun.

Suatu DAS seluas 9.250 km2 mempunyai kedalaman hujan tahunan rerata 645 mm dan debit rerata tahunan 37,3 m3/d. Berapakah kedalaman hujan yang hilang (karena infiltrasi, penguapan, dsb). Di DAS tersebut.

Suatu waduk mempunyai luas permukaan (yang dianggap konstan) sebesr 200 ha. Kehilangan air karena evaporasi adalah 175.000 m3/hari. Jika air keluar dari waduk adalah 1,5 m3/d. Hitung perubahan elevasi muka air di waduk dalam satu hari.

Jika dalam soal 3 terjadi hujan sebesar 100 mm/hari, berapakah perubahanelevasi muka air.

Pada suatu DAS seluas 300 km2 didapat beberapa data berikut: presipitasi total 2.600 mm, evaporasi dan evapotranspirasi adalam 1.200 mm, infiltrasi sebesar 600 mm. Hitung debit aliran dalam m3/d.

Suatu waduk dengan luas permukaan 1,57km2. Pada suatu saat debit banjir yang masuk selama dua jam dengan interval tiap jam adalah 100 m3/d, 125 m3/d dan 200 m3/d. Pada jam yang sama debit keluar melalui bangunan pelimpah berturut turut 20 m3/d, 25 m3/d dan 40 m3/d. Hitung perubahan tampungandan perubahan elevasi muka air waduk dalam satu jam tersebut.