Aspek Drainase Perkotaan Drainase Permukaan

Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Atma Jaya Yogyakarta

SURFACE RUNOFF (1)

Aspek

Drainase

Perkotaan

Hidrologi

Siklus Hidrologi

Prespitasi

Limpasan (runoff)

Hidrolika

Aliran

Drainase Permukaan

Drainase bawah tanah

Dimensi Drainase

Drainase

Permukaan

(terbuka&tertutup)

Aliran Terminologi Sifat-sifat Saluran

Perencanaan Saluran

Sungai, Saluran irigasi, selokan,

estuari Pipa,

Terowongan, Gorong-gorong,

Siphon

Drainase

Permukaan

Luas Area

Intensitas Hujan

Jenis Permukaan Lahan (tata guna lahan)

Metode Rasional

Cr = runoff coefficient (tanpa dimensi),

At = luas total daerah aliran sungai (km2atau

ha),

I = intensitas hujan (mm/jam),

Kr = nilai konversi (dalam hal ini = 0,278 atau 0,00278),

Q = debit aliran (m3/s).

Q = Kr.Cr.I.A

Rumus tersebut diatas didasarkan atas asumsi

tidak ada kehilangan-kehilangan (semua curah hujan menjadi limpasan permukaan)

lama waktu hujan adalah sedemikian rupa sehingga debit keseimbangan dicapai.

Daerah di bawah 5.000 ha

Anggapan bentuk hidrograf banjir cara Rasional

Intensitas Hujan

jumlah hujan yang dinyatakan dalam tinggi hujan atau volume hujan

tiap satuan waktu.

lamanya curah hujan

frekuensi kejadiannya

Menghitung intensitas

hujan dengan cara melakukan analisis hujan baik secara

statistik maupun secara

empiris

Waktu Konsentrasi

Lama waktu konsentrasi sangat tergantung pada ciri-ciri daerah aliran, terutama panjang jarak yang harus ditempuh air hujan yang jatuh di

tempat terjauh menuju ke outlet di daerah aliran. .

Jika durasi hujan sama dengan waktu konsentrasi (tc), maka setiap bagian DAS secara serentak telah menyumbangkan aliran terhadap titik kontrol.

Persamaan yang cukup dikenal adalah persamaan Kiprich :

dengan :

tc = waktu konsentrasi (hour),

L = panjang sungai (km),

S = Slope, kemiringan dasar sungai

385.077.097,3 SLtc

Modifikasi persamaan tersebut adalah (Pilgrim dan Cordery,1993)

2.01.06,14 SALtc

Waktu konsentrasi dapat juga dihitung dgn membedakannya menjadi dua komponen:

(1) waktu yg diperlukan air untuk mengalir di permukaan lahan sampai saluran terdekat (to)

(2) waktu perjalanan dari pertama masuk saluran sampai titik keluaran (td)

0,167

1

23,28 .

3

60

c o d

o o

d

t t t

nt x xL menit

So

Lt menit

V

to

td

Titik terjauh

Titik

pengamatan

Lintasan aliran waktu inlet time (to) dan

conduit time (td)

Pemilihan koefisien sangat sulit, karena

koefisien ini:

terkait dengan kehilangan air akibat intersepsi, infiltrasi,

tampungan permukaan (cekungan) dan

juga penguapan (catchment loss / catchment abstraction )

tergantung dari intensitas, lama, dan frekuensi hujan.

tergantung dari tingkatdifusi limpasan (Ponce, 1989)

Hidrograf merupakan tanggapan menyeluruh DAS terhadap masukan tertentu.

DAS input

output

t

Q

t

i

Jika input hujan berupa hujan spesifik yang menghasilkan hujan efektif satu satuan, maka respon DAS berupa limpasan langsung tentunya juga merupakan hidrograf limpasan langsung yang spesifik berlaku pada suatu DAS tertentu.

Kurva Itensitas Hujan

Sifat umum hujan: makin singkat hujan berlangsung, intensitasnya cenderung makin tinggi dan makin besar periode ulangnya, makin tinggi pula intensitasnya.

Karakteristik hujan

Hujan deras durasi pendek, Hujan rintik-rintik durasi panjang (Omhullende)

Hub.antara intensitas, lama hujan, dan frekuensi hujan biasanya dinyatakan dalam lengkung Intensitas-Durasi-Frekuensi (IDF).

Diperlukan data hujan jangka pendek (5 menit, 10 menit, 30 menit, 60 menit, untuk membentuk kurva/lengkung IDF). Data hujan jenis ini diperoleh dr penakar hujan otomatis (ARR).

Intensity Duration Frequency (IDF)

Mononobe

ItT : intensitas curah hujan pada durasi t

untuk kala ulang T tahun (mm/jam),

t : durasi curah hujan (jam),

R24T : curah hujan harian maksimum

dengan kala ulang T tahun (mm).

Jika data hujan jangka pendek tidak tersedia, yg ada hanya data hujan harian.

32

2424

24

t

RI TtT

Grafik Intensitas Hujan vs Durasi waktu

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140

Inte

nsitas (m

m/jam

)

Durasi (menit)

Lengkung Intensitas (Maximum Annual Series)

kala ulang

KURVA IDF (INTENSITY-DURATION-FREQUENCY)

Kurva IDF menghubungkan data hujan dengan berbagai durasi untuk kejadian hujan yang sama.

Koefisien Runoff

Besarnya pengaliran dapat juga dinyatakan dengan ukuran tinggi aliran. Bila ukuran besarnya hujan (dalam mm) untuk luas daerah yang sama disebut tinggi hujan, maka perbandingan antara tinggi aliran dan tinggi hujan untuk jangka waktu cukup panjang.

Tipe daerah Keterangan Cr

Perumputan Tanah pasir, datar 2%

Tanah pasir, rata-rata 2-7%

Tanah pasir, curam7%

Tanah gemuk, datar 2%

Tanah gemuk, rata-rata 2-7%

Tanah gemuk, curam 7%

0,05 0,10

0,10 0,15

0,15 0,20

0,13 0,17

0,18 0,22

0,25 0,35

Perkantoran Daerah kota lama

Daerah pinggiran

0,75 0,95

0,50 0,70

Perumahan Daerah single family

multi units, terpisah-pisah

multi units, tetutup

suburban, perumahan/apartemen

0,3 0,5

0,4 0,.6

0,6 0,75

0,5 0,7

Tipe daerah Keterangan Cr

Industri Daerah ringan

Daerah berat

0,5 0,8

0,6 0,9

Industri Daerah ringan

Daerah berat

0,5 0,8

0,6 0,9

Pertamanan, kuburan 0,10 0,25

Tempat bermain 0,20 0,35

Halaman kereta api 0,20 0,40

Daerah yang tidak dikerjakan 0,10 0,30

Jalan Beraspal

Beton

Batu

0,70 0,95

0,80 0,95

0,70 0,85

Rumus rasional akan memberikan hasil yang baik apabila digunakan dalam DAS dengan beberapa

syarat (Krimgold, 1949; Ponce,1989).

1. DAS kecil, sehingga masih dapat diharapkan hujan terjadi

meratadi seluruh DAS (evenly distributed rainfall) dan

hujan dapat diandaikan dengan intensitas tetap.(5000 ha)

2. Lama hujan biasanya sama dengan atau lebih besar dari

waktu-konsentrasi.

3. Limpasan terutama aliran permukaan dan tampungan

permukaan dapat diabaikan.

4. Kala ulang debit diandaikan sama dengan kala ulang hujan

5. Koefisien limpasan sama untuk semua DAS (dengan

kategori sama)

6. Koefisien limpasan diandaikan sama untuk berbagai kala

ulang yang berbeda.

Penelusuran Hidrologi

Cj = runoff coefficient dari area , ai = luas daerah subdrainase (km

2),

Ci = runoff coefficient subdrainase

At = luas total area (km2), =

It = intensitas hujan total.

Metode Rasional Metode Lyod-Davies

Metode

Rasional

Metode Melchior

Metode Weduwen

Metode Haspers

Luasan > 5000 ha

Metode Melchior

Rumus yang digunakan dikenal sebagai rumus Pasche: Qp = . . q. A Dengan Qp = debit puncak banjir (m3/s) limpasan = koefiesien aliran = koefesien reduksi q = nilai hujan terbesar (maksimum point rainfall,

m3/s/km2) A = luas DAS (km2)

= koefiesien aliran berkisar antara 0,42-0,62

= koefesien reduksi

q = nilai hujan terbesar (maksimum point rainfall, m3/s/km2), dihitung dari grafik hubungan presentase curah hujan dengan t terhadap curah hujan harian dengan luas DPS dan waktu

1720396012,0

1970

A

Metode Melchior

Waktu konsentrasi di tentukan terlebih dahulu untuk mempercepat curah hujan maksimum dengan rumus

tc = waktu konsetrasi (jam)

L=panjang sungai/saluran (km)

V = kecepatan air rata-rata (m/s)

Dimana

Keterangan

H= beda tinggi antara dasar sungai di hilir saluran dengan dasar sungai di titik 0,9 L ke arah hilir

Maka

V

Ltc

3600

1000

2...3515,1 ifqV LH

i9,0

4,02,0 ..186,0 iQLT

Metode Melchior

Metode Weduwen

Qp = debit puncak banjir (m3/s) = koefiesien aliran = koefesien reduksi q = nilai hujan terbesar (maksimum point rainfall,

m3/s/km2) A = luas DAS (km2)

Qp = . .q. A

= koefiesien aliran

= koefesien reduksi

tc = waktu konsetrasi (jam)

q = nilai hujan terbesar (maksimum point rainfall, m3/s/km2),

CATATAN (

Metode HASPERS

Qp = debit puncak banjir (m3/s) = koefiesien aliran = koefesien reduksi q = nilai hujan terbesar (maksimum point rainfall,

m3/s/km2) A = luas DAS (km2)

Qp = . .q. A

Metode HASPERS

= koefiesien aliran

= koefesien reduksi

tc = waktu konsentrasi

A

A

075,01

023,01 7,0

1215

)107,3(1

1 43

2

4,0 Ax

t

xt t

3,09,0 .1,0 iLtc

Koefisien Runoff untuk Kota Jakarta menurut Haspers

t = time (minute)

= percent of impervious surface

)1(45.0203

3

t

t

Metode HASPERS

Untuk t < 2 jam

t = waktu curah hujan (jam)

R24 = curah hujan dalam 24 jam (mm)

Rt = curah hujan dengan waktu t jam (mm)

2

24

24

)2)(260(0008,01

.

tRt

RtRt

Metode HASPERS q = nilai hujan terbesar (maksimum point rainfall,

m3/s/km2)

t = waktu curah hujan (jam)

q = hujan maksimum (m3/km2/s)

R = curah hujan maksimum rata-rata (mm)

Sx = Simpangan baku

U = variabel simpangan untuk kala ulang T tahun

Rt = curah hujan dengan kala ulang T tahun

t

Rtq

6,3

Rt=R+SxU

Metode HASPERS

Untuk 2 jam < t < 19 jam

Untuk 19 jam < t < 30 hari

t = waktu curah hujan (jam)

R24 = curah hujan dalam 24 jam (mm)

Rt = curah hujan dengan waktu t jam (mm)

1

. 24

t

RtRt

Rt=0,707.R24t+1

Pada prakteknya, kurva/grafik hujan yang dipakai untuk merencanakan saluran minimal 1 atau 2 tahun.

Perencanaan Saluran

Rumus Chezy

Aliran adalah permanen

Kemiringan dasar saluran

kecil

Saluran adalah

perismatik

Q = A . v A = Q / v

Chezy Formula

Beberapa rumus yang telah dikembangkan untuk menetukan koefisien Chezy

Bazin

R = fungsi jari-jari hidraulis

= berat jenis fluida

Ganguillet dan Kuetter

S = Fungsi kemiringan

R = fungsi jari-jari hidraulis

m = koefisien kemiringan dikenal juga nilai m dari kuetter

Darcy-Weisbach

Untuk saluran terbuka D=4R dan

hf = kehilangan energi

akibat geseran (m)

f = faktor geseran dari

Darcy-Weisbach

L = panjang pipa (m)

D = diameter pipa (m)

V = kec rata-rata pipa (m/s)

g = percepatan gravitasi

(m/s2)

R = radius hidraulik (m)

S = kemiringan energi

atau

Strickler Formula:

Formula based on bank roughness:

Manning

Table Manning (n)

Contoh soal 1

Suatu daerah luas 175 ha dengan kemiringan dari 10 sampai 20 %. Saluran pembuangan utama panjangnya 2 km dan kemiringan rata-rata 1% Kira-kira 20% daerah tsb terdiri dari perumputan, 30% perumahan terpisah-pisah dan sisanya pertamanan. Hitung aliran maks? Dengan I =8 mm/jam

Contoh Soal 2

Sebuah kota seluas 7,2 km2 terdiri dari 50% pemukiman, 20% jalan raya, dan sisa nya berupa lahan kosong. Lahan tersebut memerlukan saluran drainase sepanjang 2 km dan kemiringan saluran 0,001. Waktu tempuh sebesar 25 menit dan intensitas hujan 2 tahun di daerah jakarta di gunakan. Jika bentuk saluran berbentuk persegipanjang dan kedalaman 4 m, dengan bahan material batu (n=0,025) , berapakah lebar dari saluran tersebut

Contoh Soal 3

Daerah permukiman dengan panjang 1,800 m dan lebar 500 m akan di bangun drainase dengan menggunakan 3 saluran yang dibangun secara paralel dengan dimensi berbentuk lingkaran. Permukiman terdiri dari 20% jalan beraspal, 30% dari atap rumah, 40% halaman dan 10% lain-lain. Runoff koefisien dari masing-masing adalah 0,9;0,95;0,20; dan 0,40. Intensitas hujan jakarta dengan kemungkinan terlampaui 5 tahun. Kemiringan saluran 0,005. kecepatan rata-rata yang dipergunakan untuk menghitung ialah pada pipa terisi setinggi penuh. Waktu tempuh sebesar 10 menit, koefisien Chezy adalah 40 m /s. berapa besar diamater pipa yang disarankan

Tampang Lingkaran Tidak Terisi Penuh

Untuk aliran debit maksimal, the Manning formula menunjukkan bahwa

2

sin)cos1(5.0 2 DDy

2sin

2

1

4)cossin(

4

22 DDA

2

2sin

4

cossin1

4

DD

P

ARh

P=D

32

hAR maksimum

Untuk pipa terisi setengah penuh, = 90o

Contoh

Suatu DAS seluas 450 ha dengan komposisi tata guna lahan, lahan terbuka 140 ha, hutan 128ha, Perumahan 90ha, industri berat 50ha, jalan aspal 50ha.

Perkirakan debit puncak yang terjadi jika intensitas hujan dengan kala ulang 25 tahunan sebesar 90 mm/jam

Contoh

Suatu DAS terdiri dai beberapa Sub-DAS dengan karakteristik seperti pada tertera pada gambar. Lengkung Intensitas hujan dengan kala ulang 25 tahunan mengikuti persamaan I25=(15,538/(t+46,69))

Hitung debit yang terjadi pada masing-masing segmen aliran

inlet 1 inlet 2 inlet 3

A1=40ha; C1=0,25; tc-12m

A2=60ha; C2= 0,45; tc=14m

A3=75ha; C3=0,50; tc 12 m

L2=200m; td2= 2m

L3=250m; td3= 3m