V. LIMPASAN HUJAN DAN HIDROMETRI Sasaran Pembelajaran/Kompetensi

52

V. LIMPASAN HUJAN DAN HIDROMETRI

Sasaran Pembelajaran/Kompetensi:

1. Mahasiswa mampu menjelaskan pengertian runoff

2. Mahasiswa mampu mengukur penampang pengaliran sungai (praktek lapangan)

3. Mahasiswa mampu melakukan pengukuran kecepatan aliran sungai dengan

pelampung dan current meter (praktek lapangan)

4. Mahasiswa mampu menghitung debit aliran sungai hasil pengukuran (praktek

lapangan)

5. Mahasiswa mampu menjelaskan tipe-tipe Pola Pengaliran Air Sungai (SPAS)

6. Mahasiswa memahami metoda Rasional sebagai pendugaan debit sungai

7. Mahasiswa mampu menghitung intensitas hujan

8. Mahasiswa mampu menenukan waktu konsentrasi dengan WMS

9. Mahasiswa mampu menghitung debit puncak

5.1 Pendahuluan

Salah satu komponen dalam siklus hidrologi adalah limpasan hujan. Komponen

limpasan hujan dapat berupa runoff (aliran permukaan) ataupun aliran yang lebih besar

seperti aliran air di sungai.

Limpasan akibat hujan ini dapat terjadi dengan cepat dan dapat pula setelah

beberapa jam setelah terjadinya hujan. Lama waktu kejadian hujan puncak dan aliran

puncak sangat dipengaruhi oleh kondisi wilayah tempat jatuhnya hujan. Makin besar

perbedaan waktu kejadian hujan puncak dan debit puncak, makin baik kondisi wilayah

tersbut dalam menyimpan air di dalam tanah.

Wilayah Indonesia dengan kondisi tropis dimana hujan terjadi terpusat pada

enam bulan periode hujan menyebabkan kita harus bisa melakukan rekayasa

konservasi air dengan cara menyimpan air hujan sebanyak mungkin di dalam tanah

53

selama musim hujan dan memanfaatkannya setelah datangnya periode musim

kemarau. Disamping itu, penyimpanan air hujan yang baik akan mampu meredam

kejadian aliran puncank yang tinggi yang dapat menyebabkan banjir.

5.2 Aliran Permukaan (Runoff)

Aliran air yang terjadi di permukaan tanah setelah jenuhnya tanah lapisan permukaan

disebut runoff. Air hujan yang jatuh di permukaan bumi akan menjadi aliran

permukaan (runoff) setelah tanah di lapisan permukaan jenuh oleh air hujan dan proses

hujan memiliki intensitas lebih besar dari laju perkolasi. Aliran permukaan kemudian

saling bertemu pada jaringan pengaliran yang kecil sebagai anak-anakan sungai.

Aliran tersebut terus berkumpul dan selanjutnya akan bertemu di sungai sebagai aliran

air yang lebih besar dimana aliran permukaan berpadu dengan aliran bawah

permukaan (interflow) dan aliran dasar (base flow).

Aliran permukaan akibatkejadian hujan pada suatu tempat dapat dinyatakan

dengan rumus:

Roff = P – I ………………….. (5.1)

Dimana Roff adalah aliran permukaan (mm), P adalah hujan (mm) dan I adalah

infiltrasi (mm).

5.3 Aliran Sungai

Sungai merupakan salah satu unsur penting dalam siklus air di bumi, oleh

karena itu pemahaman perilaku sungai dan pengelolaannya merupakan pengetahuan

penting dalam keteknikan pertanian, demikian pula ahli bidang ilmu lain. Ahli

lingkungan misalnya, meneliti sedimen sungai yang berasal dari buangan limbah serta

pengaruhnya terhadap lingkungan.

Sedangkan ahli teknik keairan, mengelola sungai untuk keperluan reservoir,

perencanaan bangunan dan penanggulangan daya rusak air. Untuk keperluan tersebut,

diperlukan pengetahuan tentang sungai dan pengalirannya, seperti morfologi sungai,

sejarah perkembangan sungai serta pola pengaliran sungai.

54

Gambar 5.1 Morfologi Sungai dan bentuk pengalirannya

Sungai mempunyai fungsi mengumpulkan curah hujan dalam suatu daerah

tertentu dan mengalirkannya ke laut. Sungai itu dapat digunakan juga untuk berjenis-

jenis aspek seperti pembangkit tenaga listrik, pelayaran, pariwisata, perikanan, dan

lain – lain. Dalam bidang pertanian sungai berfungsi sebagai sumber air yang penting

untuk irigasi (Sosrodarsono dan Takeda, 1993).

Dua proses penting dalam sungai adalah erosi dan pengendapan, yang

dipengaruhi oleh jenis aliran air dalam sungai yaitu:

a. aliran laminer: jika air mengalir dengan lambat, partikel akan bergerak ke dalam

arah paralel terhadap saluran.

b. aliran turbulen: jika kecepatan aliran berbeda pada bagian atas, tengah, bawah,

depan dan belakang dalam saluran, sebagai akibat adanya perubahan friksi, yang

mengakibatkan perubahan gradien kecepatan. Kecepatan maksimum pada aliran

turbulen umunya terjadi pada kedalaman 1/3 dari permukaan air terhadap

kedalaman sungai.

Pembagian penampang sungai untuk pengukuran lebar sungai dan kedalaman

adalah sebagai berikut:

55

Gambar 5.2 Pembagian Penampang Melintang Sungai

Sungai adalah jalur aliran air di atas permukaan bumi yang di samping

mengalirkan air juga mengangkut sedimen yang terkandung dalam air sungai tersebut.

Jadi sedimen terbawa hanyut oleh aliran air, yang dapat dibedakan sebagai muatan

dasar (bed load) dan muatan melayang (suspended load). Sedang muatan melayang

terdiri dari butiran halus, senantiasa melayang di dalam aliran air. Untuk butiran yang

sangat halus, walaupun air tidak lagi mengalir, tetapi butiran tersebut tidak mengendap

serta airnya tetap saja keruh dan sedimen semacam ini disebut muatan kikisan (wash

load).

Untuk kebutuhan usaha pemanfaatan air, pengamatan permukaan air sungai

dilaksanakan pada tempat – tempat dimana akan dibangun bangunan air seperti

bendungan, bangunan – bangunan pengambil air dan lain – lain. Utnuk kebutuhan

usaha pengendalian sungai atau pengaturan sungai, maka pengamatan itu dilaksanakan

pada tempat yang dapat memberikan gambaran mengenai banjir termasuk tempat –

tempat perubahan tiba – tiba dari penampang sungai (Sosrodarsono dan Takeda,

1993).

Sungai seringkali dikendalikan atau dikontrol supaya lebih bermanfaat atau

mengurangi dampak negatifnya terhadap kegiatan manusia.

Berdasarkan kemanfaatan bangunan penyusun sungai, bagian sungai dapat

dikelompokkan menjadi beberapa komponen yaitu:

a. Bendung dan bendungan dibangun untuk mengontrol aliran, menyimpan air atau

menghasilkan energi.

56

b. Tanggul dibuat untuk mencegah sungai mengalir melampaui batas dataran

banjirnya.

c. Kanal-kanal dibuat untuk menghubungkan sungai-sungai untuk mentransfer air

maupun navigasi

d. Badan sungai dapat dimodifikasi untuk meningkatkan navigasi atau diluruskan

untuk meningkatkan rerata aliran.

Gambar 5.3 Profil distribusi kecepatan aliran sungai

Debit sungai adalah volume air yang mengalir melalui suatu penampang

lintang pada suatu titik tertentu per satuan waktu, pada umumnya dinyatakan m3/detik.

Debit sungai diperoleh setelah mengukur kecepatan air dengan alat pengukur atau

pelampung untuk mengetahui data kecepatan aliran sungai dan kemudian

mengalirkannya dengan luas melintang (luas potongan lintang sungai) pada lokasi

pengukuran kecepatan tersebut (Sosrodarsono dan Tominaga, 1984)

Menurut Asdak (1995), debit adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air)

yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu. Rumus umum

yang biasa digunakan adalah:

Q = v x A …………………….(5.2)

Keterangan:

Q = Debit aliran sungai (m3/detik)

A = Luas bagian penampang basah (m2)

v = Kecepatan aliran (m/detik)

57

Menurut Soewarno (1991), pengukuran debit dapat dilakukan secara langsung

(direct) atau tidak langsung (indirect). Pengukuran debit dikatakan langsung apabila

kecepatan alirannya diukur secara langsung dengan alat ukur kecepatan aliran.

Berbagai alat ukur kecepatan aliran adalah sebagai berikut:

1. Pengukuran kecepatan aliran dengan pelampung (floating method);

2. Pengukuran menggunakan alat ukur arus (current meter);

3. Pengukuran kecepatan aliran dengan menggunakan zat warna (dillution method).

Menurut Sosrodarsono dan Tekeda (1993), dari cara-cara pengukuran debit di

atas cara menghitung debit dengan pengukuran kecepatan dan luas penampang

melintang yang paling sering digunakan adalah metode pelampung. Cara tersebut

dapat dengan mudah digunakan meskipun aliran permukaan tinggi. Cara ini sering

digunakan karena tidak dipengaruhi oleh kotoran atau kayu-kayuan yang hanyut dan

mudah dilaksanakan. Pelampung tangkai merupakan satu contoh pelampung yang

digunakan untuk mengukur kecepatan aliran. Dimana pelampung tangkai terbuat dari

setangkai kayu atau bambu yang diberi pemberat pada ujung bawahnya. Seperti yang

terlihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 5.4. Pelampung tangkai dari batang bambu

Pelampung jenis ini memiliki tingkat ketilitian yang lebih tinggi dibanding

pelampung jenis lain yang tidak memiliki pemberat. Akan tetapi kedalaman

pelampung tidak boleh mencapai dasar sungai sehingga tangkai tidak dipengaruhi oleh

bagian kecepatan yang lambat pada lapisan bawah. Jadi hasil yang didapat adalah

lebih tinggi dari kecepatan rata-rata sehingga pelampung harus disesuaikan dengan

sesuatu koefisien.

58

Menurut Francis (1856), harga ini dapat dihitung menurut rumus sebagai

berikut:

……………(5.3)

Keterangan:

v : kecepatan rata-rata

u : kecepatan pelampung tangkai

Pada nilai yang tertentu berdasarkan perbandingan kedalaman tangkai dan

kedalaman air , koefisien dapat ditentukan dengan Table 5.1.

Tabel 5.1. Korelasi Nilai Koefisien dan untuk pelampung batang

Koef. 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 0,99

Koef. 0,954 0,961 0,968 0,975 0,981 1,000

Metode lain dalam penentuan kecepatan aliran sungai adalah dengan

menggunakan benda apung adalah sebagai berikut :

v = L / t ………………………(5.4)

Keterangan:

v : kecepatan aliran (m/s)

L : jarak tempuh pelampung (m)

t : waktu tempuh (detik)

Current meter adalah alat untuk mengukur kecepatan aliran (kecepatan arus)

air sungai atau aliran air lainnya. Ada dua tipe current meter yaitu tipe baling-baling

(propeller type) dan tipe canting (cup type). Penggunaan alat tersebut dilakukan

dengan tongkat berskala atau dengan menggunakan perahu. Bila menggunakan

tongkat, ujung tongkat dipasang pada bagian alat yang telah tersedia lalu dimasukkan

ke dalam air. Dan bila menggunakan perahu, alat dimasukkan ke dalam air dengan

menggunakan tali berskala yang ujungnya diikatkan pada bagian alat pemberat yang

tersedia. Skala pada tali atau tongkat ini berfungsi untuk menunjukkan kedalaman

pengukuran yang dikehendaki.

59

Gambar 5.5 Prototipe alat Current meter

Prinsip dasar pengukuran debit aliran air sungai/saluran dengan peralatan

Current meter adalah sebagai berikut:

a. Gambar profil penampang pengaliran dengan mengukur kedalaman sepanjang

potongan melintang sungai. Biasanya dilakukan pengukuran tiap jarak 1 m.

b. Luas penampang basah ditetapkan berdasarkan pengukuran kedalaman air dan

lebar permukaan air. Kedalaman dapat diukur dengan meteran, mistar pengukur,

kabel, atau tali berskala.

c. Tentukan jumlah segmen yang akan diukur dan posisi pengukuran dengan current

meter dengan memperhatikan kedalaman ukur (lihat Tabel 5.2)

d. Kecepatan diukur pada masing-masing titik ukur dengan current meter minimal 2

kali ulangan untuk menghindari kekeliruan pembacaan.

e. Hitung kecepatan rata-rata masing-masing segment (dengan luasannya).

60

f. Hitung debit aliran total dengan rumus:

……………… (5.5)

Posisi pengukuran kecepatan aliran didasarkan pada kedalaman air yang

diukur, seperti ditunjukkan oleh Tebel 5.2.

Tabel 5.2. Pengukuran kecepatan aliran berdasarkan kedalaman

Tipe Kedalaman Air

(d)

Titik pengamatan

dari permukaan

Kecepatan rata-rata pada

vertikal

Satu titik

Dua titik

Tiga titik

Lima titik

0.3 – 0.6 m

0.6 – 3 m

3 – 6 m

> 6 m

0,6d

0,2d dan 0,8 d

0,2d; 0,6d dan 0,8d

s; 0.2d; 0.6d; 0.8d;

dan b (dasar)

v = v0.6

v = ½ (v0.2+v0.8)

v = ¼(v0.2+2v0.6+v0.8)

v=1/10

(vs+3v0.2+2v0.6+3v0.8+vb)

Keterangan: vs diukur 0,3 m dari permukaan air

vb diukur 0,3 m di atas dasar permukaan sungai

Pengukuran debit dikatakan secara tidak langsung apabila kecepatan alirannya

tidak diukur langsung, akan tetapi dihitung berdasarkan rumus hidraulis debit dengan

rumus Manning, Chezy, serta Darcy Weisbach. Salah satu rumusnya yaitu rumus

Manning dinyatakan dalam bentuk persamaan sebagai berikut:

v = .R2/3

.S1/2

………………….(5.6)

Q = Av …………………..(5.7)

Keterangan:

Q : debit air (m3/detik)

A : luas penampang (m2)

v : kecepatan aliran (m/s)

R : jari-jari hidrolik (m)

S : Slope/kemiringan (m/m)

n : koefisien dasar saluran (0,01)

61

5.4 Waktu Konsentrasi

Travel times adalah waktu untuk konsentrasi, waktu puncak, dan waktu perjalanan

sepanjang rute; merupakan hal yang sangat penting pada analisa model hidrologi.

Penentuan Metode Manual

1. Metode Manning

Metode penentuan waktu konsentrasi dengan Manning dapat dilakukan karena

pada metode ini, diketahui kecepatan aliran dan jarak pengaliran. Dengan

berdarkan pada karakteristik DAS berupa kemiringan aliran dan profil atau

penampang pengaliran, maka waktu konsentrasi dapat ditentukan dengan

persamaan kinematik Manning sebagai berikut:

Keterangan:

t1 = waktu pengaliran aliran permukaan (menit)

n = koefisien Manning (dimensionless)

L = Panjang pengaliran (m)

P = Curah hujan 24 jam (dua tahunan) ( m)

S = kemiringan lahan atau media pengaliran, ( m/m)

62

Metode Manning dengan prosedur dapat pula dilakukan dengan urutan sebagai

berikut:

The Manning equation in U.S. units: Q = (1.49/n)A(R2/3

)(S1/2

)

The Manning equation in S.I. units: Q = (1.0/n)A(R2/3

)(S1/2

)

Dimana R = A/P

V = Q/A

tc = L/(60V)

Keterangan:

Q = Debit aliran (m3/s)

V = kecepatan aliran (m/s)

R = Jari jari hidraulik (= A/P) (m)

A = Luas penampang prngaliran (m2)

P = wetted perimeter saluran (m)

S = kemiringan dasar saluran (m/m)

n = koefisien Manning (dimensioness)

L = panjang pengaliran (m)

tc = waktu konsentrasi (menit)

2. NRCS Method

Metode ini serupa dengan metode Manning

tc = L/(60V) ( menit)

V = 16.1345 S0,5

dimana ( V = 4.9178 S0,5

(m/det)) untuk permukaan alamiah

V = 20.3282 S0,5

dimana ( V = 6.1960 S0,5

(m/det)) untuk permukaan tertutup

Keterangan:

L = panjang pengaliran (m)

V = kecepatan aliran (m/s)

S = kemiringan pengaliran air (m/m)

Tc = waktu penngaliran (menit)

3. Metode FAA ( Kirpich & Kerby)

Persamaan ini dinyatakan dalam Chin (2000), Chow et al. (1988), Corbitt (1999),

and Singh (1992):

FAA equation: t = G (1.1 - c) L0,5

/ (100 S)1/3

63

Kirpich equation: t = G k (L / S0,5

) 0,77

Kerby equation: t = G (L r / S0,5

) 0,467

c = Rational method runoff coefficient. See table below.

k = Kirpich adjustment factor. See table below.

L = Longest watercourse length in the watershed, ft.

r = Kerby retardance roughness coefficient. See table below.

S = Average slope of the watercourse, ft/ft or m/m.

t = Time of concentration, minutes.

V = Average velocity in watercourse, ft/min. V=L/t.

Tabel Koefisien untuk Metode FAA

Ground Cover

Rational Runoff Coefficient for

FAA Method, c (Corbitt, 1999;

Singh, 1992)

Lawns 0.05 - 0.35

Forest 0.05 - 0.25

Cultivated land 0.08-0.41

Meadow 0.1 - 0.5

Parks, cemeteries 0.1 - 0.25

Unimproved areas 0.1 - 0.3

Pasture 0.12 - 0.62

Residential areas 0.3 - 0.75

Business areas 0.5 - 0.95

Industrial areas 0.5 - 0.9

Asphalt streets 0.7 - 0.95

Brick streets 0.7 - 0.85

Roofs 0.75 - 0.95

Concrete streets 0.7 - 0.95

64

Tabel Koefisien untuk Metode Kirpich

Ground Cover Kirpich Adjustment Factor, k

(Chow et al., 1988; Chin, 2000)

General overland flow and natural grass

channels 2.0

Overland flow on bare soil or roadside

ditches 1.0

Overland flow on concrete or asphalt

surfaces 0.4

Flow in concrete channels 0.2

Ground Cover Kerby Retardance Coefficient, r

(Chin, 2000)

Conifer timberland, dense grass 0.80

Deciduous timberland 0.60

Average grass 0.40

Poor grass, bare sod 0.30

Smooth bare packed soil, free of stones 0.10

Smooth pavements 0.02

Penentuan dengan WMS (Komputasi)

Pada bagian ini akan dipelajari dua perbedaan cara WMS yang dapat digunakan pada

penghitungan waktu konsentrasi untuk simulasi TR-55 (waktu puncak dihitung dengan

cara yang sama), yaitu:

1. Jarak limpasan dan kemiringan lereng tiap DAS dihitung secara otomatis pada saat

anda membuat modelnya dari TIN atau DEM dan menghitung data DAS. Nilai ini

kemudian dapat digunakan untuk beberapa eprasmaan dalam WMS untuk

menghitung waktu puncah atau waktu konsentrasi..

2. Jika anda menginginkan pengontrolan yang lebih terhadap waktu puncak atau

wkatu konsentrasi , akan akan menggunakan penghitungan waktu pada liputan

untuk menentukan arah aliran penting pada setiap sub-DASnya, sebuah persamaan

digunakan untuk melakukan estimasi travel time dan waktu konsentrasi aliran.

65

Panjang dihitung pada setiap arc sedangkan kemiringan lereng diambil dari TIN

atau DEM.

Pada bagian ini penetuan waktu konsentrasi dua sub-DAS dan travel time antara titik

outlet yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Anda akan menggunakan persamaan

TR-55, atau anda dapat menyusun persamaan itu sendiri.

Gambar 5.6 Contoh Daerah Tangkapan Hujan

Banyak model hidrologi, termasuk TR-55 menggunakan composite curve number

untuk menghitung losses. Sebuah composite curve number dihitung untuk setiap DAS

dengan melakukan overlay antara Peta Penggunaan Lahan dan Peta Tanah.

1 Membaca File TIN

Pertama, anda akan membaca TIN yang telah diproses dan digunakan untuk membatasi

dua sub-DAS. TIN mempunyai tujuan yang sama dengan cakupan drainase yang

dikombinasikan dengan DEM.

1. Sorot ke Drainage Delineation

2. Pilihlah File | Open…

3. Bukalah “aftr55.tin”

4. Pilihlah TIN | Compute Basin Data…

5. Pilihlah Current Coordinates

6. Tentukan unit Horizontal dan Vertikal ke SI Unit

7. Pilihlah OK

8. Pilihlah hectares untuk Basin Areas, dan Meters untuk Distances

9. Pilihlah OK

10. Pilihlah Display | Display Options…

11. Pilihlah bagian TIN

66

12. Matikan Triangles

13. Pilihlah bagian TIN Drainage

14. Matikan Displaying Drainage Basin Boundaries

15. Pilihlah OK

2 Mendefinisikan Arah Aliran

Arah aliran dapat secara otomatis diikuti melalui TIN atau DEM menggunakan

flowpath.

1. Pilihlah Modul Map

2. Bentangkan Direktori Data Peta (Map Data Folder) pada Data Tree

3. Klik-Kanan pada General coverage pada Data Tree

4. Pilihlah Properties… dari pop-up menu

5. Set Coverage type ke Time Computation

6. Pilihlah OK

7. Pilihlah Create Feature Points

8. Buat titik pada dua lokasi yang ditandai dengan X pada gambar berikut. Pastikan

bahwa hanya terdapat satu titik di dalam setiap batas DAS.

67

titik ini menampilkan titik terjauh dari outlet untuk DAS tersebut. Sekarang, tampilan

arcs akan dibuat dari titik ini ke outlet dengan langkah-langkah berikut:

1. Pilihlah Perangkat Pemilih Titik (Select Feature Point)/Node tool

2. Pilihlah kedua titik yang barusan dibuat gunakan SHIFT untuk memilih langsung

keduanya

3. Pilihlah Feature Objects | Node->Flow Arcs

4. Pilihlah Create multiple arcs

5. Pilihlah OK

Pilihan Create multiple arcs akan mengakibatkan WMS memecah arah aliran pada

setiap sub-DAS, yang telah dihasilkan TIN. Metode TR-55 (atau lainnya) menggunakan

tiga perbedaan bagian aliran untuk menghitung waktu konsentrasi: sheet flow (hingga

300 feet), shallow concentrated flow, dan open channel flow. WMS akan secara

mengotomatis memecah arc antara overland dan channel flow, dua dari tiga bagian akan

siap didefinisikan. Anda akan membutuhkan pembagian sheet flow dari shallow

concentrated flow sebelum menset persamaannya.

1. Pilihlah Feature Vertex tool

2. Gambar berikut mengidentifikasikan lokasi kira-kira 200-300 kaki downstream dari

awal arah aliran. Pilihlah satu verteks diantaranya.

3. Pilihlah Feature Objects | Vertex<->Node

4. Ulangi untuk verteks lainnya, atau gunakan multi select

sekarang anda mempunyai tiga arc untuk setiap DAS. Arc ini akan digunakan untuk

penghitungan waktu konsentrasi pada analisis TR-55. Travel time untuk aliran dari

DAS atas ke bagian bawah DAS. Ini akan membutuhkan arah aliran antara outlet atas

dan bawah.

68

1. Pilihlah Feature Objects | Streams->Flow Arcs

2. Dengan menggunakan Node->Flow Arcs dan Streams->Flow Arcs akan secara

otomatis mengeneralisasi arah aliran dari TIN begitu pula jika dari DEM dan

dapat pula dibuat secara manual menggunakan Peta Kontur.

3 Menentukan Persamaan pada Waktu Hitung Arc

Dengan menggunakan segmen dari arah aliran yang telah dibuat anda kini dapat

menentukan persamaan yang akan digukanakan dalam menghitung travel time. Ikuti

gambar berikut untuk menentukan persamaan.

1. Pilihlah Select Feature Arc tool

2. Klik-Ganda pada arc dengan label 1 Defaultnya TR-55 sheet flow equation arc akan

tampil, yang perlu dilakukan adalah menentukan indeks kekasaran Manning dan

pola hujan 2yr-24hr. Panjang dan kemiringan lereng secara default adalah dari arc

terpilih.

3. Klik pada bari n Mannings

4. Masukkan Nilai 0.24

5. Klik pada baris rainfall

6. Masukkan Nilai 1.1

7. Pilihlah OK

8. Ulangi langkah tersebut untuk arc dengan label 4, dengan Indeks Manning = 0.15

dan rainfall = 1.1

9. Pilihlah OK

Kini anda telah mendefinisikan persamaan untuk segmen overland sheet flow pada tiap

basin, selanjutnya untuk shallow concentrated flow:

1. Klik-Ganda pada arc dengan label 2

69

2. Ubah equation type ke TR-55 shallow conc eqn

3. Klik pada baris Paved

4. Masukkan no

5. Pilihlah OK

5.5 Transformasi Hujan Aliran

Hujan yang sampai ke permukaan tanah akan ditransformasikan sebahagian menjadi

limpasan tepat setelah tanah menjadi jenuh dan laju perkolasi lebih rendah dari

intensitas hujan.

Kejadian aliran air sangat ditentukan oleh transformasi hujan dari langit

kemudian sebahagian mengalami abstraksi dan diternsepsi oleh tanaman penutup.

Tanah yang sampai di tanah mengalami infiltrasi dan menjadi jenuh. Setelah itu

terjadilah aliran permukaan yang disebut runoff.

Proses tranformasi ini sering disebut model transformasi hujan-aliran atau

dalam bentuk transformasi hydrograf hujan menjadi hidrograf aliran.

70

Gambar 5.7 Contoh Transformasi hidrograf hujan-aliran dan komponen aliran sungai

di suatu daerah tangkapan hujan

Salah satu hal yang menjadi perhatian alhi hidrologi adalah debit aliran puncak

dimana kejadiannya dapat merusak wilayah yang sungai dan daerah bantaran sungai

bahkan bila sampai di wilayah pertanian dan pemukiman. Aliran air yang besar dan

cepat ini dapat menimbulkan kerusakan harta benda dan bahkan korban jiwa. Oleh

karena itu diperlukan suatu mekanisme pendugaan debit puncak. Ada beberap metode

yang sering digunakan untuk melakukan untuk pendugaan tersebut.

1. Metode Rational

Metode yang paling sederhana dalam pendugaan debit puncak adalah metode rational.

Metode ini sering pula disebut formula Lloyd-Davies, yang telah digunakan sejak

71

tahun 1906 di Inggeris oleh Lloyd-Davies. Formula ini menentukan debit puncak

(Qp) dengan rumus:

Qp=CiA ……………………… (5.8)

Dimana C adalah koefisien pengaliran yang tergantung pada karakteristik DAS, i

adalah intensitas hujan dan A adalah luas daerah pengaliran.

2.Metode Time-Area

Metode time-area menetukan runoff atau discharge dari hujan melalui pengembangan

dan penyempurnaan metode rational dimana debit puncak Qp dihitung dengan

menjumlahkan kontribusi aliran setiap sub-sub das dengan menggunakan sistem

kontur waktu (isochrones). Setiap garis mewakili flow-time menuju sungai dimana Qp

dihitung. Gambar 5.6 menunjukkan konsep metode time-area.

Aliran dari masing masing daerah yang dibatasi dua isochrones (T−ΔT,T)

ditentukan dari perkalian intensitas rata-rata hujan efektif (i) dari waktu T−ΔT sampai

waktu T dan luasan (ΔA). Kemudian Q4, aliran pada garis aliran X saat waktu 4 jam

dihitung dengan:

Q4=i3ΔA1+i2ΔA2+i1ΔA3+i0ΔA4 ……………. (5.9)

Demikian pula halnya untuk Q yang lain pada garis aliran X ditentukan dengan cara

yang sama dengan Q4. Pada sistem ini dibutuhkan waktu konsentrasi yang kemudian

dibagi-bagi. Penentuan waktu konsentrasi dapat dilihat pada bagian sebelumnya.

72

Gambar 5.8 Konsep pendugaan debit puncak dengan metode time-area

5.6 Tipe Sungai dan Aliran

Sungai merupakan sumber air utama bagi masyarakat yang berada di daerah berilkim

monsoon. Kondisi pengaliran air di sungai sangat ditentukan oleh jenis tanah yang

menjadi daerah pengaliran sungai. Aliran air sungai sering kali berubah berdasarkan

jenis tanah dan batuan penyusun daerah pengaliran sungai.

Sungai yang berada di daerah alluvial dan endapan memiliki kecenderungan untuk

berubah arah ketika energi yang dimiliki aliran sungai meningkat. Energi aliran

(kinetik) ini menyebabkan penerobosan tanah oleh air dan membentuk aliran baru

seperti yang terjadi di beberapa sungai di Sulawesi misalnya Sungai Larian di Provinsi

Sul-Bar dan Sungai Rongkong di Provinsi Sul-Sel.

Perubahan aliran sungai kerap kali dianalogikan dengan umur sungai. Sungai muda

cenderung berubah arah dalam periode waktu tertentu, sementara sungai tua cenderung

tetap pada aliran yang ada.

73

Gambar 5.9 Pola pergerakan air di sungai dalam tanggul/bantaran sungai

Gerakan air dan angin di permukaan lahan dapat membentuk pola aliran secara

alamiah mengikuti arah gerakan air sedara gravitasional. Meskipun demikian ada

beberapa hal yang merupakan faktor yang mempengaruhi pembentukan pola aliran

termasuk slope atau kemiringan lahan, sifat tanah dan batuan dasar penyusun DAS, dan

sejarah gerakan hidraulika aktivitas batuab beku, dan transport sedimen.

Tipe pola aliran yang paling umum adalah dendritik. Pola ini dicirikan oleh

banyaknya aliran-aliran kecil yang berhubungan dari orde rendah ke orde yang tinggi.

Pola Trellis dicirikan oleh aliran utama yang panjang yang dialiri oleh sejumlah

anakan-anakan sungai pendek. Pola tipe Radial banyak ditemukan di daerah

pegunungan dengan tanah dan batuan yang umumnya masih berkembang. Hal ini sering

menimbulkan aliran yang terpisah-pisah menuruni pegunungan dan sangat jarang

ditemukan alira yang lurus kecuali pada daarah curam dengan material dasar yang

homogen. Pola Braided dicirikan oleh sejumlah percabangan sungai dan saluran air

bada wilayah bantaran sungai. Aliran Braided umumnya membawa banyak sedimen,

namun sering memiliki debit air yang kecil diistilahkan dengan incipient forms of

meandering) dimana kenyataan bahwa kelokan sungai terrbentuk oleh sedimen dan

pengaruh kecepatan aliran air yng memasukinya.

74

Gambar 5.10 Pola pengaliran air sungai (SPAS)

Orde sungai adalah urutan aliran air berdasarkan anakan sungai yang dihitung dari

aliran sungai terluar. Penetuan orde sungai dapat dilihat pada Gambar 5.9.

75

Gambar 5.11 Penentuan Orde Sungai

CONTOH SOAL

1. Suatu hasil pengukuran profil dan kecepatan aliran sungai dengan sungai

Titik Kedalaman Posisi

Ukur

v

(m/s) Ukur (m)

0 0 0 0

0,4 0,93 0,2 0,270

0,8 0,262

1,0 1,10 0,2 0,276

0,8 0,265

3,0 0,89 0,2 0,273

0,8 0,261

5,0 0,60 0,6 0,245

7,0 0 0 0

Tentukan debit aliran sungai tersebut.

76

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 1 3 5 7 7.4

tin

ggi m

uka

air

(m

)

lebar sungai (m)

SOLUSI:

Tahap pertaman adalah menggambar profil penampang sungai untuk tujuan

perhitungan luas penampang sungai.

7.4 m

A B C D E

0.93 m 1.1 m 0.89 m 0.6 m

Gambar 5.12 Profil Aliran Sungai Hasil Pengukuran

Tahap kedua adalah menghitung luas masing-masing segment

Luas Segmen A (berbentuk segitiga siku-siku)

Luas A =

= 0.465 m2

Luas Segmen B (berbentuk trapesium)

Luas B =

=

= 2.03 m2

Luas Segmen C

Luas C =

=

= 1.99 m2

77

Luas Segmen D

Luas D =

=

= 1.49 m2

Luas Segmen E

Luas E = Luas A =

= 0.12 m2

Atotal = Luas A + Luas B + Luas C + Luas D + Luas E

= 0.465 + 2.03 + 1.99 + 1.49 + 0.12

= 6.095 m2

Tahap ketiga adalah menentukan kecepatan rata-rata menggunakan rumus berikut.

Dept < 0,6 = v x 0,6 d

0,6 m ≤ dept < 2 m =

Selanjutnya, dilakukan lagi pengambilan data kecepatan rata-rata untuk segmen

dengan rumus:

=

Nilai di dalam tabel di bawah ini adalah nilai kecepatan rata-rata yang dihitung dengan

menggunakan rumus di atas :

(m/s) (m/s) (m/s)

0.040 0.039 0.040

0.044 0.042 0.043

0.039 0.037 0.038

0.053 0.053 0.053

78

Maka debit masing-masing titik adalah:

Debit titik A (Q1)

Q1 = A x

= 6.095 m2

x 0.040 = 0.241 m/s

Debit titik B (Q2)

Q2 = A x

= 6.095m2

x 0.043 = 0.262 m/s

Debit titik C (Q3)

Q3 = A x

= 6.095 m2 x 0.038 = 0.232 m/s

Debit titik D (Q4)

Q4 = A x

= 6.095 m2 x 0.053 = 0.323 m/s

Qtot = Q1 + Q2 + Q3 +Q4

= 0.241 m/s + 0.262m/s + 0.232 m/s + 0.323 m/s

= 1.060 m/s

5.7 LATIHAN DAN PENUGASAN

1. Diskusikan dengan kelompok arti penting aliran permukaan bagi pertanian?

2. Sebutkan tipe-tipe aliran sungai dan penciri dari masing-masing tipe pengaliran

(SPAS).

79

3. Hasi Pengukuran di sungai Tello diperoleh sebagai berikut:

Titik Ukur 1 2 3 4 5

Jarak dr pinggir 5 m 10 m 15 m 20m 25 m

Kedalaman Air - 2,5 m - 3.5 m -

Kecepatan

V0.2

V0.6

V0.8

0.5

-

0,3

0,9

1,0

0,4

0,7

-

0,4

Jika lebar sungai 30 meter, hitunglah DEBIT air sesaat sungai tersebut.

5.8 DAFTAR PUSTAKA

Asdak Chay (1995). Hidrologi dan Pengeloaan daerah Aliran Sungai. Yogyakarta:

Gadjah Mada Press.

Linsley Ray K., Joseph B. Franzini, (1985), Teknik Sumber Daya Air, Eralanga,

Jakarta.

Maidment, RD. (1989). Handbook of Hydrology. McGraw-Hill. New York

Sastrodarsono Suyono dan Kensaku Takeda, (1999), Hidrologi untuk Pengairan.

Pradnya Paramitha. Bandung.

Shaw, Elizabeth (1994). Hidrology in Practice. Taylor & Francis. England.

Todd, (1983), Introduction to Hydrology. Mc Graw Hill. New York.

Viessmann, W., Lewis, GL., and Knapp, JW., (1989), Introduction to Hydrology.

Harper Collins Pub., New York.