Pertemuan 3-4.pdf

PENGEMBANGAN SUMBER DAYA AIR

(PSDA)

Dosen :

Fani Yayuk Supomo, ST., MT

ATA 2011/2012

BAB III

SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI

Hujan ( Presipitasi ) dapat dikatakan sebagai sumber

segala air yang ada dipermukaan bumi ini.

Hujan terjadi karena ada proses kondensasi

dari partikel-partikel uap air di udara yang

bergabung menjadi awan, kemudian berubah

menjadi butir-butir air yang jatuh ke muka

bumi menjadi hujan.

1. HUJAN

BAB III


Karakter hujan yang penting diketahui adalah :

Intensitas Hujan, yang dinyatakan dalam mm/jam.

Jumlah Hujan dalam satuan waktu, misalnya harian,

mingguan, bulanan maupun tahuan ( Durai Hujan )

Distribusi Hujan dalam ruang dan waktu.

Sifat distribusi hujan dalam ruang akan berkaitan

dengan persoalan menghitung volume air hujan yang

jatuh ke dalam Daerah Pengaliran Sungai ( DPS ).

1. HUJAN

BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI

Kenyataannya, ketebalan hujan yang jatuh pada suatu DPS

untuk suatu peristiwa hujan diukur hanya pada beberapa

tempat penakar hujan ( Ombro Meter ).

Nilai ketebalan hujan yang tercatat pada tempat penakar

hujan disebut nilai-nilai titik ( point values ).

Persoalan yang kemudian timbul adalah mencari ketebalan

hujan merata dalam suatu DPS agar dapat memperkirakan

volume hujan pada DPS.

1. HUJAN

BAB III


Dalam kaitan pengembangan sumber daya air, oleh Dr. Kuifer

pada bukunya Water Resources Development membagi fungsi

hidrologi atas kegiatan-kegiatan sbb. :

a. Inventarisasi sumber air, seperti :

- Pengumpulan data aliran atau debit, hujan, air tanah

- Pencatatan-pencatatan kembali data-data yang hilang

dengan cara khusus tertentu.

- Pengolahan data-data, seperti data-data mentah menjadi

kurva durasi ( duration curve ), kurva massa ( massa curve ),

sehingga dengan itu dapat dibuat appraisal ( taksiran ) yang

cepat terhadap sumber air yang ada.

2. Fungsi Hidrologi

BAB III


b. Perencanaan Proyek ( Planning ), contoh :

o Penetapan debit tersedia (dependable flow) Irigasi

o Kehilangan air / menuap (evaporation) rencana Waduk

o Perhitungan kebutuhan air (water requirement) Tanaman

c. Perencanaan Teknis ( Design ) dari bangunan-bangunan

air, seperti :

o Debit rencana dari pelimpah (spill way) waduk

o Debit banjir rencana (design flood), untuk perhitungan

tanggul sungai, tinggi rencana coffer dam.

2. Fungsi Hidrologi

BAB III


d. Analisa ekonomi, misal :

o Kurva durasi dapat memberikan gambaran kasar manfaat

/benefit dari tenaga air (power) dan irigasi.

o Periode frequency banjir (flood frequency periode)

keuntungan sarana pengendalian bajir (flood control)

e. Eksploitasi Proyek, yaitu :

o Meningkatkan efisiensi eksploitasi waduk (inflow –

outflow)

o Prakiraan debit (flow forecasting) dalam musim hujan /

banjir peramalan dan peringatan banjir (flood warning

system).

2. Fungsi Hidrologi

BAB III


Dari uraian tersebut diatas jelas bahwa semua fungsi akan

dapat dicapai bila data-data yang baik dalam arti teliti dan

cukup terkumpul sebelumnya.

Untuk wilayah Jawa pada umumnya sudah ditangani dengan

baik, sehingga data-2 tsb sudah cukup lumayan

Untuk daerah diluar pulau Jawa masih kurang, karena itu

program pengumpulan (monitoring) data hidrologi yang

teratur dan kelangsungannya perlu dipersiapkan.

2. Fungsi Hidrologi

BAB III


Neraca Air adalah suatu cara analisisi dengan persamaan

neraca ( air ) yang berdasarkan pada hukum kekekalan

massa yang menyatakan bahwa suatu zat tidak dapat

diciptakan atau dimusnahkan, tetapi suatu zat dapat

berubah bentuknya.

Persamaan neraca air ini memperlihatkan besaran

masukan ( inflow / gain ) dan keluaran ( outflow / losses )

serta storage.

3. Neraca Air ( Water Budged / Water Balance )

BAB III


Berbeda dengan neraca akuntansi yang periode waktunya

sesaat.

Maka pada neraca air yang mempunyai periode waktunya

tidak sesaat, terpaksa selalu ada penyeimbang S ( Storage )

yaitu sesuatu yang bersifat dinamis selama interval waktu

yang dilihat.

Persamaan umum dari Neraca Air adalah :

Masukan = Keluaran ± Storage

I = O ± S


BAB III


Jelas bahwa suatu persamaan neraca air akan mempunyai

makna hanya apabila ditetapkan dua hal sebagai pembatas,

yaitu :

a. Batasan Daerah atau Wadah yang dapat membentuk

suatu sistem, contoh :

Waduk atau Reservoir

Kolom suatu lahan

Suatu Aquifer Air Tahan

Suatu Panjang Sungai atau Saluran tertentu

Suatu Petak Irigasi tertentu ( tersier, sekunder atau

satu jaringan irigasi )

Suatu Daerah Pengaliran Sungai ( DPS ) atau Sub

Wilayah Sungai dan Wilayah Sungai

Dst.


BAB III


Sebagai contoh : Neraca Air untuk sebuah Waduk dengan

periode 15 ( lima belas ) hari atau bulanan ( 30 hari ).

Parameter-parameternya terlihat sebagaimana didalam

daftar , sebagai berikut :

Maka Persamaan Neraca Air menjadi sebagai berikut :

I + P + U + S = Oi + Os + E + Ss


Masukan = increments = gain Supply = inflow

Kehilangan = decrements = losses Drainage = outflow

1. Presipitasi ( hujan ) P 2. Aliran dari Sungai I 3. Rembesan ( seepage ) U 4. Perubahan Storage S

1. Evaporasi = Penguapan E 2. Pengambilan Irigasi / Tenaga Air Oi 3. Melimpas (spill way / outflow) Os 4. Bocoran sub surface (leakage) Ss

BAB III


b. Pereode tertentu dan Spesifik, misalnya :

t = 1 jam

t = 1 hari

t = 1 tahun

t = 5 tahun

t = 10 tahun

dst.

Tergantung sistem yang ditangani.


E P

U

I

Os

Oi

Ss

∆S

BAB III


a. Pengukuran Lapangan Debit Air

Cara Area Velocity Area

Rumus : Debit adalah sama dengan kecepatan air kali

luas penampang air.

Q = Vi . Ai

4. Pengumpulan data.

i = 1

i = n

1 2 3 4

diukur

V rata-rata

diukur

Gambar penampang aliran sungai

+

+

+

+

+

+

Profil kecepatan

BAB III


Penampang aliran dibagi atas beberapa bagian setiap bagian

luas Ai, seperti gambar.

Kecepatan air ditiap bagian diukur dengan alat pengukur

kecepatan ( current meter ) pada penampang melintang gam

bar tsb. Diatas, dapat memperlihatakan profil kecepatan.

Pengukuran dapat dilakukan di satu titik, dua titil atau lebih

tergantung persyaratan ketelitiannya.

Misalnya debngan pengukuran dua titik pada kedalaman h =

0,20 d dan h = 0,80 d, maka :

V . 0,20 d + V . 0,80 d

V rata-rata = -----------------------------

2

4. Pengumpulan Data

BAB III


Alat ukur ( current meter ) yang biasa digunakan ada dua

macam, yaitu :

Tipe Mangkok ( Price ), seperti gb. 2.3.3a.

Tipe Propeller , seperti gb. 2.3.3b.

Pada tipe Mangkok, begitu alat dimasukan ke air, mangkok

akan berputar, as perputarannya tegak lurus pada aliran.

Pada tipe Propeller, baling-baling akan berputar begitu alat

dimasukkan kedalam air, as perputaran propeler adalah

paralel dengan arah aliran.

Untuk setiap alat ukur tentunya sudah ada konversi hubungan

kecepatan air dengan jumlah pputaran alat (ini perlu

dikalibrasi).

4. Pengumpulan Data

BAB I

SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI

1.5. Pengembangan Antar Wilayah Sungai ( PAWS )

BAB III


Cara Lengkung Debit ( Stage Discahrege Relation )

cara lengkung debit ini adalah dengan ca5ra membuat grafik

atau kurva hubungan tinggi air dan debit atau sering disebut

lengkung debit ( Rating Curve ) yang dari data-data yang

sudah dibuat dengan rumus-rumus hidraulik, tetapi telah

dikalibrasi juga dengan pengukur debit (lihat gb.2.3.4).

Tinggi muka air pada sungai atau saluran diamati dengan

alat ukur yang bisa dibaca secara manual ( staff gauges /

peil schall ) atau secara otomatis yanitu dengan alat

Automatic Water Level Recorder ( AWLR ) pecatatan

dapat langsung dapat dilihat pada kertas printout dan

secara minguan atau bulanan baru diganti ( lihat gb. 2.3.6).

4. Pengumpulan Data

BAB I


4. Pengumpulan Data

a). Aliran tak tetap. b). Aliran tetap.

muka air naik

muka air turun

h

Q ( debit )

h

Q ( debit )

Gbr. 2.3.4. Gambar Lengkung Debit

BAB III


4. Pengumpulan Data

BAB III


Rumur - rumus hidraulik yang sering digunakan ialah,

sebagai berikut :

o Pada saluran terbuka :

Chezy :

v = C R . I

Manning :

v = 1 / n . R 2/3 . I ½.

Dimana :

v = kecepatan aliran C = koefisien Chezy n = angka kekasaran Manning R = jari-jari hidraulik A = Luas penampang basah air / aliran P = keliling basah penampang air I = kemiringan dasar saluran / sungai.

4. Pengumpulan Data

BAB III


o Aliran kritis pada bendung lebar B atau flume (lihat gb.

2.3.5 ).

Rumus :

v / 2.g = 1/3 . E v = 2 . G . E / 3

Q = v . A = { 2.g. E / 3 } . 2/3 . E . B

Q = . 1,7 . B . E 3/2

Q = . 1,7 . B ( h + hv ) 3/2

Dimana :

= faktor limpasan tergantung bentuk ambang bendung. B = lebar bendung E = besarnya total tinggi energi ( h + hv ) h = tinggi muka air hv = tinggi garis energi terhadap muka air. P = keliling basah penampang air I = kemiringan dasar saluran / sungai.

4. Pengumpulan Data

BAB III


4. Pengumpulan Data

hv

h E

V2 ---- 2G

hc = 2/3 . E

garis energi

Gambar 2.3.5.Aliran kritis pada bendung.

BAB III


b. Kelengkapan Data - data :

Didalam hal-hal dimana data-data yang tersedia kurang

lengkap, maka untuk mengatasinya dapat ditempuh dengan

cara-cara sebagai berikut :

o Jika elevasi level danau atau sungai tersedia, maka dengan rumus-rumus hidaulik akan dapat dibuat hitungan perkiraan debit.

o Apabila data-data ada yang terputus-putus, kekurangan tsb. Dapat dilengkapi dengan sistem korelasi antar sdtation-station pada periode waktu tertentu ( hari, minggu, dst.)

o Bila tidak ada station yang terdekat, sedang data yang tersedia pendek, cara melengkapinya dapat dengan mem-plot hidrograp semua aliran yang ada, kemudian hidrograph dihubungkan dengan data hujan dan teperatur atau evaporasi yang biasanya tersedia.

4. Pengumpulan Data

BAB III


b. Kelengkapan Data - data :

Didalam hal-hal dimana data-data yang tersedia kurang lengkap,

maka untuk mengatasinya dapat ditempuh dengan cara-cara sebagai

berikut :

o Jika elevasi level danau atau sungai tersedia, maka dengan rumus-rumus hidaulik akan dapat dibuat hitungan perkiraan debit.

o Apabila data-data ada yang terputus-putus, kekurangan tsb. Dapat dilengkapi dengan sistem korelasi antar sdtation-station pada periode waktu tertentu (hari, minggu, dst.)

o Bila tidak ada station yang terdekat, sedang data yang tersedia pendek, cara melengkapinya dapat dengan mem-plot hidrograp semua aliran yang ada, kemudian hidrograph dihubungkan dengan data hujan dan teperatur atau evaporasi yang biasanya tersedia.

4. Pengumpulan Data

BAB I


4. Pengumpulan Data

koreksi St = B

Station A ( debit )

Gbr. Koreksi Data antar Station

BAB III


o Jika data atau catatan yang ada amat sedikit dan tidak ada station berdekatan yang lengkap datanya, keadaan akan lebih sukar. Dalam hal seperti ini cara yang dapat dipakai adalah dengan memperbandingkan DPS ( Drainage Basin ) tsb dengan DPS lain yang ada datanya dan dilakukan pengamatan di lapangan secara fisik dan sejarah daerah tsb dari penghuninya.

o Jika tidak ada DPS yang dapat dipakai sebagai pembanding, maka cara yang ditempuh adalah dengan perhitungan besarnya run-off secara sintesa. Yaitu dengan memperkirakan hujan, infiltrasi dan bentuk-2 hidrograph sampai dengan dibuat sebuah syntetic unit hidrograph untuk DPS yang ditinjau serta dapat ditambah dengan melakukan pengamatan dilapangan secara fisik dan sejarah tsb dari penghuninya agar lebih dapat mendekati kebenarannya.

4. Pengumpulan Data

BAB III


Cara paling sederhana untuk memperlihatkan arti dari data-data hujan atau debit sungai ialah dengan menghitung harga rata-rata ( rerata ), harga minimum dan harga maksimum.

Sebelumnya kita perlu mengetahui perhitungan dasar yang biasa digunakan, yaitu : a) Menghitung Rerata Tebal Hujan (Methode : Aljabar,

Polygon, Isohyet dan Kriging) b) Durasi dan intensitas hujan. c) Aliran air dalam DPS akibat hujan (aliran permukaan,

lengas tanah, aliran dibawh pemukaan, pengisian cekung-2 air, uap air)

d) Proposi air hujan menjadi berbagai bentuk e) Rumus Rasional f) Analisa Statistik ( Hidrograf, Kurva Mass, Kurva Durasi,

Kurva Frequensi )

5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )

BAB I



Bagian hujan yang langsung pada alur sungai

Kete

bala

n u

nit a

ir

Ekuiv

ale

n s

uatu

saat

Waktu diukur dari saat Permulaan terjadi hujan

Gbr. 2.13. Ilustrasi Proporsi Bentuk-bentuk Air Selama Proses Hujan

Aliran permukaan

Interflow Air tanah

Lengas tanah

Pengisian cekungan

Intersepsi

BAB I



Satu contogh “ Rating Curve “

Tin

ggi m

uka a

ir

H d

ala

m m

ete

r

1

Q Debit, Q ( m3/det. )

Gbr. 2.9. Rating Curve

2

3

4

5

200 400 600 800

BAB I

SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI 5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )

Saluran 5 km’

Gambar Situasi Daerah Pengaliran

V1 V1

V2

2 km’

T T U Soal Contoh 1 : Diketahui :

o Lebar daerah = 2 km. o Panjang daerah = 5 km. o Kecepatan rerata aliran air di - permukaan tanah : v1 = 0,10 m/dt o Kecepatan rerata aliran dalam saluran : v1 = 1,0 m/dt o Semua daerah terkena hujan, dg. intensitas hujan : i = 10 mm/jam. o Koefisien aliran : C = 0,40 o Lamanya waktu hujan : tr = 250 menit

Pertanyaannya : Berapa debit puncak dan bagaimankah bentuk hidrografnya ?.

A

BAB III


Jawaban :

Langkah-langkahnya adalah sbb. : 1. Waktu Konsentrasi ( tc ) :

o titik T tempat terjauh, jarak U ke T = 2 km / 2 = 1 km. o Waktu T ke U (tc1) = 1 km / v1 = 1.000 m / 0,10 m/dt = 10.000 dt o Waktu U ke A (tc2) = 5 km / v2 = 5.000 m / 1,00 m/dt = 5.000 dt o Jadi waktu konsentrasi ( tc ) = tc1 + tc2 = 15.000 dt = 250 menit

2. Waktu Hujan ( tr ) :

o Waktu hujan ( tr ) dibandingkan dengan waktu konsentrasi ( tc ),

yaitu :

tr = tc = 250 menit.

Jika terjadi tc > tr, maka perlu dicari luasnya daerah hujan yang

mempengaruhi debit puncak.


BAB III


Jawaban :

3. Debit Maksimum ( Qmax ), dengan rumus rasional :

o Qmax = C . i . A dengan : C = koefisien aliran i = intensitas hujan A = luas daerah yang ditinjau.

o Sehingga : Qmax = 0,40 x 10 mm/jam x ( 2 x 5 km ) = 0,40 x 10 x 10 -3 m/jam x 10 x 10 6 m2

= 40 x 10 3 m3/jam = 40 x 10 3 / ( 3.600 ) m3/det. = 11,11 m3/det.


BAB I


4. Pengumpulan Data

Tc = tr

Debit (

Q )

dala

m m

3/d

etik

Waktu ( t ) dalam menit

Gambar Hidrograf

Tc = tr

0 250 500

11,11

BAB III


Pertanyaan pada contoh no 1 telah terjawab, namun kita perlu merenung : o Mengapa hidrograf berbentuk segi tiga ?. o Kenapa waktu hidrograf = 500 menit ?.


BAB III


Contoh 2 :

Diketahui : Data-data sama dengan contoh 1, kecuali lamanya hujan ( tr ) adalah 6 jam Pertanyaannya : sama dengan soal contoh 1, yaitu : berapa debit puncak dan bagaimanakah bentuk hidrografnya ?. Jawaban : ....... ?, kenapa .......... ?.


BAB III


Contoh 3 :

Diketahui : Data-data sama dengan contoh 1,lamanya hujan ( tr ) tetap 250 menit, tetapi kondisi alirannya dan saluran pada daerah yang ditinjau diputar seperti gambar dibawah ini Pertanyaan : Gambarlah luas daerah hujan yang mempengaruhi debit puncak dan hitunglah besarnya debit tersebut, serta bagaimana bentuk hidrografnya ?. Jawab :

Waktu konsentrasi :

tc = 2,50 km / ( 0,10 m/det ) + 2 km / ( 1 m/det )

= ( 25.000 + 2.000 ) det = 27.000 det.

= 450 menit.


BAB III


Contoh 3 :

Jawab :

Ternyata tc > tr, maka daerah yang diperhitungkan berkontribusi untuk

menimbulkan debit maksimum adalah bagian yang diarsir dan untuk

menetukan luasan daerah tersebut, adalah :

XT (m) 2 (km) ---------------- + ------------------------- = tr, diketahui tr = 250 menit. 0,10 m/det 1 m/det

{ XT m / 0,10 m/det } + 2.000 m = 15.000 det.

XT m / 0,10 m/det = 13.000 det Jadi XT = 1.300 m’.

Dengan cara yang sama akan didapat : XS = 1.500 m’.


BAB III


Contoh 3 :

Jawab :

Debit maksimum dapat dihitung sebagai berikut :

o Qmax = C . i . A = 0,40 (10 x 10–3 / 3.600 x ½ (1.300 + 1500) x 2 x 2 x 106 m3/det. = 6,22 m3/det.


BAB I


tr

Debit (

Q )

dala

m m

3/d

etik

Waktu ( t ) dalam menit

Gambar Hidrograf

tc

0 250 700

6,22

Garis limpasan

Tin

ggi air

( m

’ )

Waktu ( t ) dalam jam

Tin

ggi air

( m

’ )


Tin

ggi air

( m

’ )


Kolam Storage menjamin Q min

Spill way menjamin Q max.

Waktu ( t ) bulan

Debit (

Q )

dala

m m

3/d

etik

Rata-rata bulanan

Waktu ( t ) bulan

Debit (

Q )

dala

m m

3/d

etik

Rata-rata tahunan

Waktu ( t ) bulan

Debit (

Q )

dala

m m

3/d

etik

50 % = Rata-rata = 3,21 = th 50, 54, 62

Waktu ( t ) bulan

Debit (

Q )

dala

m m

3/d

etik

50 % = Rata-rata = 3,21

BAB III


Frekuensi Debit Banjir :

Dasarnya :

o F = P = 1 / Tr Dimana : P = probability Tr = periode ulang ( recurrence period ) o Tr = n / ( m – 0,5 )

o Tr = ( n + m ) / m. Dimana : n = jumlah sample m = urutan sample


BAB III


Kriteria untuk bangunan di Indonsia :

Drainage pertanian Tr = 5 - 10 tahun Tanggul Banjir Tr = 25 - 50 tahun Bendung di sungai Tr = 50 - 100 tahun Pelimpah waduk Tr > 100 tahun

Sebagai perbandingan : Tanggul Laut di negeri Belanda Tr = 10.000 tahun sehingga probabilitasnya sangat kecil P = 1 / 10.000 = 0,0001.


BAB I


°

Debit (

Q )

dala

m m

3/d

etik

Frequency of excendence ( excendence probability ) atau return period

Gambar Frekuensi untuk Debit Banjir ( Qmax )

98 50 60 10

6,22

Ploting data

Fill by eye ( dengan mata )

°

90 95 02 01

BAB I


°

Bia

ya (

Rp.

10

7 )

Masa Ulang ( tahun )

Gambar Pemilihan masa ulang atas Biaya Bangunan

Biaya Konstruksi

Minimum ( optimum ) °

1 2 3 4 5 6 7 8

Biaya Risiko

0 1

2

3

4

Pertemuan 3-4.pdf

Documents