hss limantara

BAB 10

HIDROGRAF SATUAN SINTETIS LIMANTARA

10.1. Pengertian Hidrograf Satuan Sintetis

Berdasarkan cara-cara untuk mendapatkan hidrograf satuan pengamatan,

diperlukan serangkaian data antara lain data tinggi muka air (rekaman AWLR),

data pengukuran debit, data hujan harian dan data hujan jam-jaman dari ARR.

Data tersebut seringkali sulit diperoleh atau bahkan tidak tersedia sama sekali.

Untuk membuat hidrograf banjir pada sungai-sungai yang tidak ada atau

sedikit sekali dilakukan pengamatan (observasi) hidrograf banjirnya, maka perlu

dicari karakteristik atau parameter daerah pengaliran tersebut terlebih dahulu.

Karakteristik atau parameter tersebut antara lain waktu untuk mencapai puncak

hidrograf, lebar dasar, luas, kemiringan, panjang alur terpanjang, koefisien

limpasan dan sebagainya. Untuk sungai-sungai yang tidak mempunyai hidrograf

banjir pengamatan, biasanya digunakan hidrograf-hidrograf sintetis yang telah

dikembangkan di negara-negara lain, yang parameter-parameternya harus

disesuaikan terlebih dahulu dengan karakteristik daerah pengaliran yang ditinjau.

Hidrograf Satuan Sintetis (HSS) yang telah dikembangkan oleh para pakar

antara lain HSS Snyder, HSS Nakayasu, HSS SCS, HSS Gama I, HSS

Limantara dan lain-lain. Hidrograf Satuan Sintetis ini dikembangkan berdasarkan

pemikiran bahwa pengalihragaman hujan menjadi aliran baik akibat pengaruh

translasi maupun tampungan, dipengaruhi oleh sistem daerah pengalirannya.

Hidrograf Satuan Sintetis merupakan suatu cara untuk memperkirakan

1

penggunaan konsep hidrograf satuan dalam suatu perencanaan yang tidak

tersedia pengukuran-pengukuran langsung mengenai hidrograf banjir.

Bab ini memaparkan tentang Hidrograf Satuan Sintetis (HSS) Limantara,

yang asalnya dari Indonesia, ditemukan oleh Lily Montarcih Limantara,

tahun 2006. Lokasi penelitian di sebagian Indonesia dianggap mewakili: Jawa (6

DAS, 67 Sub DAS), Bali (2 DAS, 13 Sub DAS), Lombok (1 DAS, 5 Sub DAS) dan

Kalimantan Timur (1 DAS, 9 Sub DAS).

10.2. Parameter-parameter fisik DAS

Parameter DAS yang dipakai dalam Hidrograf Satuan Sintetis Limantara

ada 5 antara lain

1. Luas DAS (A)

2. Panjang sungai utama (L)

3. Panjang sungai diukur sampai titik terdekat dengan titik berat DAS (Lc)

4. Kemiringan sungai (S)

5. Koefisien kekasaran (n)

Masing-masing parameter tersebut di atas bisa diuraikan sebagai berikut:

1. Luas DAS (A)

Luas DAS (A) diperkirakan dengan mengukur daerah itu pada peta DAS. Jika

dihitung per-satuan luas, banjir yang terjadi di daerah dengan luas yang kecil

akan lebih besar dibandingkan banjir yang terjadi di sungai dengan DAS yang

2

lebih luas.. Hal ini disebabkan karena di DAS yang kecil, air hujan mudah

mencapai sungai sedangkan pada DAS yang luas kemungkinan terdapat danau,

rawa, kolam, tanah yang porous (misalnya pasir) dan lain-lain, yang dapat

menahan air hujan. Luas DAS dipandang berpengaruh besar terhadap debit

puncak. DAS yang kecil memiliki tanggapan yang berbeda dengan DAS yang

besar, terutama tentang hubungannya dengan peristiwa limpasan.

2. Panjang sungai utama (L)

Panjang sungai (L) merupakan jarak dari outlet ke batas daerah aliran, yang

diukur sepanjang saluran aliran utama. Semakin panjang sungai, maka jarak

antara tempat jatuhnya hujan dengan outlet semakin besar, sehingga waktu

yang diperlukan air hujan untuk mencapai outlet lebih lama dan akan

menurunkan debit banjir. Hal ini disebabkan karena makin panjang sungai makin

banyak memberikan kesempatan bagi air hujan untuk mengalir sebagai

limpasan. Dengan demikian jumlah kehilangan air akan semakin besar.

3. Panjang sungai diukur sampai titik terdekat dengan titik berat DAS (Lc)

Lc merupakan panjang sungai dari outlet sampai titik berat DAS dan diukur

sepanjang aliran utama. Parameter ini didasarkan pada penelitian Gupta (1967),

antara lain dalam upayanya untuk mengaitkan besarnya debit puncak dengan

faktor-faktor fisik DAS. Untuk DAS yang cenderung menyempit di bagian hilir,

maka titik berat DAS akan terletak hampir ke hulu. Walaupun Lc cenderung

panjang, namun dengan kondisi DAS menyempit ke bagian hilir, maka akan

mempercepat naiknya debit puncak (waktu untuk mencapai debit puncak relatif

3

singkat). Sebaliknya untuk DAS yang mempunyai lebar cenderung merata dari

hulu ke hilir, maka titik berat DAS akan terletak hampir di tengah DAS. Dalam hal

ini walaupun Lc relatif pendek, dengan kondisi DAS yang lebar, akan

memperlambat naiknya debit puncak (waktu untuk mencapai debit puncak relatif

lama).

4. Kemiringan sungai (S)

Kemiringan sungai (S) merupakan kemiringan sungai utama. Pada umumnya

hanya sungai utama yang diperhatikan dalam menggambarkan kemiringan DAS

secara umum. Kemiringan sungai secara rasional berpengaruh terhadap debit

puncak (Qp). Dengan kemiringan yang curam akan mempercepat waktu untuk

mencapai puncak banjir karena limpasan semakin cepat masuk ke sungai.

Kemiringan sungai utama menentukan kecepatan aliran dalam saluran, seperti

halnya liku resesi hidrograf yang digambarkan oleh pengosongan tampungan.

Kemiringan sungai yang curam akan mempercepat pengosongan tampungan

dan akan menghasilkan liku resesi hidrograf yang curam, sehingga menjadikan

waktu dasar hidrograf menjadi pendek. Dalam banyak kasus, kemiringan DAS

yang landai justru menghasilkan debit puncak yang lebih besar. Taylor dan

Cordery (1991) menyarankan cara menghitung kemiringan sungai dengan

anggapan aliran seragam. Dengan alasan kecepatan berbanding lurus dengan

akar kemiringan sungai (rumus Manning), maka prosedur perhitungan

kemiringan sungai adalah dengan membuat seimbang segmen-segmen sungai

dengan akar kemiringannya. Jadi, jika sungai dengan kekasaran Manning yang

sama dibagi dengan N segmen dengan kemiringan masing-masing Si (Gambar

4

2), dengan kecepatan aliran adalah sama (V1 = V2 = V3 = VN), maka indeks

kemiringan sederhana menjadi:

S = (Si/N)2 …….. Si E / L

dengan

E = beda elevasi dasar sungai (m)

L = panjang segmen sungai (m)

5. Koefisien kekasaran (n)

Di dalam DAS terdapat hutan dan beberapa bagian tegalan, sawah, dan

pemukiman, yang membutuhkan perkiraan koefisien kekasaran (n). Koefisien

kekasaran (n) untuk lahan pertanian dengan tanaman diperkirakan sebesar

0,035 sedangkan untuk hutan atau semak belukar sebesar 0,07. Dengan

persamaan garis linier pada 2 titik yaitu pada kondisi tidak terdapat hutan dan

kondisi hutan seluruhnya, maka (Chow, 1988):

n = 0,035 (1 + Af/A)

dengan

5

n = koefisien kekasaran DAS

Af = luas hutan

A = luas DAS

Berdasarkan rumus di atas, jika luas hutan 100% (DAS seluruhnya berupa

hutan), maka akan diperoleh koefisien kekasaran DAS: n = 0,070. Sebaliknya

jika tidak ada hutan sama sekali (dalam arti Af = 0), maka akan diperoleh

koefisien kekasaran DAS: n = 0,035. Seperti diketahui, hutan pada umumnya

ditumbuhi tanaman-tanaman (pohon-pohon) yang besar sehingga

menggambarkan kekasaran DAS cukup besar, dalam arti akan menghambat

jalannya air hujan yang melimpas. Sedangkan untuk sawah dan tegalan hanya

ditumbuhi tanaman yang relatif kecil dan dianggap tidak cukup kuat dalam

menghambat air hujan yang melimpas. Demikian juga daerah pemukiman,

dianggap tidak cukup kasar untuk menghambat jalannya air hujan yang

melimpas. Berdasarkan alasan tersebut, Chow (1988) hanya memasukkan faktor

luas hutan dalam perhitungan koefisien kekasaran DAS.

10.3. Persamaan HSS Limantara

A. Persamaan Debit Puncak

Qp = 0,042.A0,451.L0,497.Lc0,356.S-0,131.n0,168

dengan

Qp = debit puncak banjir hidrograf satuan (m3/dt/mm)

A = luas DAS (km2)

L = panjang sungai utama (km)

6

Lc = panjang sungai dari outlet sampai titik terdekat dengan titik berat

DAS (km)

S = kemiringan sungai utama

n = koefisien kekasaran DAS

0,042 = koefisien untuk konversi satuan (m0,25/dt)

B. Persamaan Kurva Naik

Qn = Qp. [(t/Tp)]1,107

dengan

Qn = debit pada persamaan kurva naik (m3/dt/mm)

Qp = debit puncak hidrograf satuan (m3/dt/mm)

t = waktu hidrograf (jam)

Tp = waktu naik hidrograf atau waktu mencapai puncak hidrograf (jam)

C. Persamaan kurva turun:

Qt = Qp.100,175(Tp – t)

dengan

Qt = debit pada persamaan kurva turun (m3/dt/mm)

Qp = debit puncak hidrograf satuan (m3/dt/mm)

Tp = waktu naik hidrograf atau waktu mencapai puncak hidrograf (jam)

t = waktu hidrograf (jam)

0,175 = koefisien untuk konversi satuan (dt-1)

7

10.4. Analisa Dimensi

A. Persamaan Debit Puncak Banjir (Qp)

Qp = 0,042.A0,451.L0,497.Lc0,356.S-0,131.n0,168

analisa dimensinya sbb:

[ L ]2 [ T ]-1 = [ L ]0,25 [ T ]-1 [ L 2 ]0,451 [ L ]0,492 [ L ]0,356

[ L ]2 [ T ]-1 = [ L ]0,25 [ T ]-1 [ L ]0,902 [ L ]0,492 [ L ]0,356

[ L ]2 [ T ]-1 = [ L ]0,25 + 0,902 + 492 +0,356 [ T ]-1

[ L ]2 [ T ]-1 = [ L ]2 [ T ]-1

B. Persamaan Kurva Naik (Qn)

Qn = Qp. [(t/Tp)]1,107

analisa dimensinya sbb:

[ L ]2 [ T ]-1 = [ L ]2 [ T ]-1 { [ T ]-1 / [ T ]-1 }1,107

[ L ]2 [ T ]-1 = [ L ]2 [ T ]-1 x 1

[ L ]2 [ T ]-1 = [ L ]2 [ T ]-1

C. Persamaan Kurva Turun (Qt)

Qt = Qp.e0,175(Tp – t)

analisa dimensinya sbb:

ln Qt = 0,175 (Tp – t) x ln Qp

ln [ L ]2 [ T ]-1 = [ T ]-1 [ T ]1 x ln [ L ]2 [ T ]-1

ln [ L ]2 [ T ]-1 = 1 x ln [ L ]2 [ T ]-1

[ L ]2 [ T ]-1 = [ L ]2 [ T ]-1

8

10.5. Batasan keberlakuan HSS Limantara

HSS Limantara dapat diterapkan pada DAS lain yang memiliki kemiripan

karakteristik dengan DAS-DAS di lokasi penelitian. Spesifikasi teknik HSS

Limantara disajikan pada tabel berikut

Tabel Spesifikasi Teknik HSS Limantara

Uraian Notasi Satuan KisaranLuas DAS A km2 0,325 – 1667,500Panjang sungai utama L km 1,16 – 62,48Jarak titik berat DAS ke outlet Lc km 0,50 – 29,386Kemiringan sungai utama S - 0,00040 – 0,14700Koefisien kekasaran DAS N - 0,035 – 0,070Bobot luas hutan Af % 0,00 - 100

10.6. Perkiraan Waktu Puncak Banjir (Tp)

Untuk memperkirakan waktu puncak banjir (Tp) bisa dipakai rumus seperti

pada Nakayasu sbb:

Tp = tg + 0,8 tr

dengan:

Tp = tenggang waktu (time lag) dari permulaan hujan sampai

puncak banjir jam

tg = waktu konsentrasi hujan jam

Cara menentukan tg:

Jika L 15 km, maka tg = 0,40 + 0,058 L

L < 15 km, maka tg = 0,21 L0,7

dengan:

9

= parameter hidrograf

tr = 0,5 x tg sampai 1 x tg

Contoh Soal

Parameter Sub DAS Garang (Jawa Tengah) berada dalam kisaran spesifikasi

teknik HSS Limantara, antara lain: A = 73,5 km2; L = 34,264 km; Lc = 22,16 km;

S = 0,0129 dan n = 0,0506. Akan dicari HSS nya dan Hidrograf Banjirnya

Penyelesaian:

L= 34,264 km

L 15 km, maka tg = 0,40 + 0,058 L

tg = 0,40 + 0,058 x 34,264 = 2,387 jam

Tp = tg + 0,8 tr = 2,387 + 0,8 x 1 = 3,187 jam

Jadi:

- Qp = 0,042.A0,451.L0,497.Lc0,356.S-0,131.n0,168

= 0,042 x 73,50,451 x 34,2640,497 x 22,160,356 x 0,0129-0,131 x 0,05060,168

= 5,452

- Untuk t = 0 jam s/d 2 jam, memakai persamaan kurva naik

Qn = Qp. [(t/Tp)]1,107

= 5,452 [(t/3,187)1,107

- Untuk t > 3,187 jam, memakai persamaan kurva turun

Qt = Qp.100,175(Tp – t)

= 5,452 x 100,175(3,187-t)

Analisa HSS (Limantara) dan Hidrograf Banjir ditabelkan sbb.:

10

Jam ke- HSS     Reff (mm)   Qtotal(jam) (m^3/dt/mm) 1.64 4.81 13.44 10.32 6.43 (m^3/dt)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)0.000 0.000 0.000         0.0000.750 1.099 1.802 0.000       1.8021.500 2.367 3.882 5.286 0.000     9.1692.250 3.708 6.082 11.386 14.771 0.000   32.2393.000 5.452 8.942 17.837 31.816 11.342 0.000 69.9373.750 4.345 7.126 26.226 49.840 24.430 7.067 114.6894.500 3.212 5.268 20.901 73.281 38.270 15.221 152.9425.250 2.374 3.894 15.450 58.402 56.269 23.845 157.8606.000 1.755 2.878 11.420 43.170 44.845 35.059 137.3726.750 1.297 2.128 8.442 31.910 33.148 27.941 103.5697.500 0.959 1.573 6.240 23.587 24.503 20.653 76.5568.250 0.709 1.162 4.612 17.435 18.112 15.267 56.5899.000 0.524 0.859 3.409 12.888 13.388 11.285 41.8299.750 0.387 0.635 2.520 9.526 9.896 8.341 30.91910.500 0.286 0.469 1.863 7.042 7.315 6.166 22.85511.250 0.212 0.347 1.377 5.205 5.407 4.558 16.89412.000 0.156 0.257 1.018 3.848 3.997 3.369 12.48812.750 0.116 0.190 0.752 2.844 2.954 2.490 9.23113.500 0.085 0.140 0.556 2.102 2.184 1.841 6.82314.250 0.063 0.104 0.411 1.554 1.614 1.361 5.04315.000 0.047 0.077 0.304 1.149 1.193 1.006 3.72815.750 0.035 0.057 0.225 0.849 0.882 0.743 2.75616.500 0.026 0.042 0.166 0.628 0.652 0.550 2.03717.250 0.019 0.031 0.123 0.464 0.482 0.406 1.506

Keterangan:

Kolom (1): urutan jam hidrograf (tiap ¾ jam)

Kolom (2): HSS (Limantara), cara analisa lihat sebelum tabel

Kolom (3): Kolom (2) x Reff kolom 3, geser 1

Kolom (4): Kolom (2) x Reff kolom 4, geser 2

Kolom (5): Kolom (2) x Reff kolom 5, geser 3

Kolom (6): Kolom (2) x Reff kolom 6, geser 4

Kolom (7): Kolom (2) x Reff kolom 7, geser 5

Kolom (8): penjumlahan kolom (3) s/d kolom (7)

11

12

13

Gambar Hidrograf Banjir DAS Garang

t (jam)

Q (m3/dt)

14

t (jam)Q (m3/dt)

15

16