mk hidrologi 2015

MK HIDROLOGI TERAPAN(2SKS, MKDK BIDANG AIR)

I. ALIRAN SUNGAIKAJIAN DEBIT ALIRAN SUNGAI:A. DEBIT AL. RENDAH SUNGAI (LOW-FLOW).B. DEBIT BANJIR SUNGAI (HIGH-FLOW)

Debit al.sungai: merupakan aliran air sungai pada suatu titik (outlet)/ stasion hidrometri pada alur sungai dari suatu Daerah Pengaliran Sungai (DPS) , dengan satu satuan Volume tiap satuan watktu(m3/det)

SIAPA AKU ? ------- DIMANA AKU ? ------

BEBERAPA PENGERTIAN / KONSEP/ PROSES YG BERHUBUNGAN DENGAN ALIRAN SUNGIAI.

• Infiltrasi• Kap.infiltrasi• Kec./laju infiltrasi• Real Infiltrasi• Total Infiltrasi• Perkolasi• Soil Moisture Content• Soil Moisture Defisiency• Field Capasity• Abstraksi awal (losses)• Curah Hujan• Intensitas Hujan• Evaporasi• Transpirasi• Evapotranspirasi

• Hujan Efektip• Interseption losses• Depression Storage• Surface storage• Surface Runoff/ Overland-

Flow• Inter-Flow• Base-flow• Direct Run-off• Ground Water Flow• Da. Pengaliran Sungai• Unsaturated Zone• Saturated Zone• Hk.Keseimbangan Air, dll

KARAKTERISTIK DPS: • Bentuk & luasDPS• Topografi & kemiringan lahan• Land Used, Vegetasi/ tanaman & bangunan El.tertinggi• Alur Sungai (panjang alur, order sungai)• Morphologi permukaan bumi • Strutur geologi Q El.terendah Batas DPS

Contoh bentuk DPS bulu burung/ daun

DAERAH PENGALIRAN SUNGAI (DPS)DPS, MERUPAKAN SATU SATUAN SISTEM PENGALIRAN SUNGAI, DENGAN WILAYAH YG

DIBATASI OLEH TITIK-TITIK TERTINGGI/ PUNGGUNG DIBAGIAN TERLUAR, MAKA HUJAN YG JATUH PADA DPS TERSEBUT AKAN MENGALIR MENUJU ANAK-ANAK

SUNGAI LALU KE SUNGAI UTAMA DAN MELEWATI TITIK OUTLET/ STASION HIDROMETRI YG TERLETAK PADA ALUR SUNGAI UTAMA YG TERENDAH, MENUJU

HILIR/ LAUT.

Bentuk DPS

DPS Kali Garang Semarang

A. DEBIT AL. RENDAH SUNGAI/ HARIAN (low-flow)

Merupakan potensi sumber daya air sungai (debit andalan), terkait pemenuhan kebutuhan air.

Berdasarkan karakteristik/ fluktuasi aliran sungai sepanjang tahun maka dibagi menjadi 3 jenis:

1. Ephemeral River ( terjadi hujan maka ada aliran )

(Q) 2. Intermitten River (al. Kontinyu pd musim hujan)

(Q)3. Perenial River (al. Kontinyu sepanjang tahun) Hidrograf aliran: debit (Q)

Jan Peb Mar..... Des (waktu)

B. HIGH-FLOW (Debit banjir aliran sungai)Debit banjir diakibatkan oleh satu peristiwa hujan

(hujan harian), yg dapat disajikan dalam 2 jenis grafik (Stage hydrograph & discharge Hydrograph)

HIDROGRAF TINGGI AIR SUNGAI (Stage Hydrograph) : Hair (m) R

0 1 2 ..... Waktu (jam)HIDROGRAF DEBIT AL. SUNGAI ( Discharge Hydrograph) : Q(m3/det) R (HUJAN)

sisi turun Sisi naik

0 1 2 3 .... Waktu (jam) t- banjir naik

PROSES HUJAN MENJADI ALIRAN

PERUBAHAN HIDROGRAF ALIRAN SUNGAIPerubahan hidrograf aliran jika mempertimbangkan

empat (4) faktor:1. I – intensitas hujan (mm/jam)2. f – infiltrasi (mm/jam)3. F – total infiltrasi (mm)4. Smd – Soil Moisture Deficiensi (mm)

1) Jika: I < f dan F < Smd Q R (m3/det) (Aliran tidak berubah)

0 1 2 ....... T – waktu (jam)

2) Jika: I < f dan F > Smd (Q) R (al.berubah/ base-flow (BF) berubah)

0 1 2 .... T – Waktu (jam)

3). Jika: I > f dan F < Smd R (Q) (al.berubah/ DRO berubah)

0 1 2 3 ..... T - Waktu ( jam)

4). Jika: I > f dan F > Smd

(Q) (al.berubah/ BF & DRO berubah)

0 1 2 3 ...... T- Waktu (jam)

PENERAPAN HUKUM KESEIMBANGAN AIR

PEMISAHAN HIDROGRAF BANJIRSecara garis besar debit banjir al. Sungai terdiri dari

dua (2) komponen besar: 1) Al. Langsung Sungai/ Direct Run-off (DRO),

berasal dari aliran permukaan (Surface Run-Off)2) Al. Dasar Sungai/ Base-Flow (BF), berasal dari

aliran air tanah suatu DPS.

Pemisahan hidrograf ada 3 cara:a. Straight Line Methodb. Fixed Base Length Methodc. Variable Slope Method

a) Straight Line Method GRAFIK SEMILOG HIDROGRAF

(Q) I1 I2 I3 QMAX Log.Q Titik perubahan arah grs tajam

(m3/d) t (Jam)

Volume DRO=AxRe.tot DRO5

T1 T2

BF10 BF12

BF2 BF5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12.... t (jam) Titik T1 adalah banjir mulai naik (DRO mulai ada) dan T2 adalah DRO habis, maka

garis T1 – T2 pemisah BF dan DROJika data debit al. Sungai sbb: t (jam) : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Q (m3/d): 26 23 20 37 64 86 73 60 52 44 36 33 32 30Intensitas hujan sbb: t(jam) : 1 2 3 I (mm/jam): 16 21 16Berapa Losses phi-index, hujan efektip(Re), BF & DRO tiap jam jika luas DPS: 37,80 Km2.

B) Fixed Base Length Method T = A0,2 (T – dalam hari, A – miles kwadrat) Q DRO T3

T0 T1 T2

BF 0 1 ... t - jam Garis T1 – T2 – T3 adalah pemisah antara BF dan DRO

c) Variable Slope Method Qmax T-inflection DRO T1 T2 T3 T4

BF

Garis T1—T2 – T3 – T4 adalah pemisah antara BF dan DRO

II. ANALISIS/ PERHITUNGAN HIDROGRAF BANJIR

Hidrograf banjir diperlukan untuk keperluan desain bangunan air, pengendalian dll dan analisis hidrolik yang bersifat un-stedi.

Data yang diperlukan untuk analisis sbb:1. Data hujan (intensitas hujan)2. Kehilangan air (Losses)3. Hujan efektip4. Aliran dasar sungai (BF)5. Unit Hidrograf, dll.

1) Data hujan (intensitas hujan)Curah hujan yang dipakai biasanya merupakan curah

hujan rencana dari analisis statistik (skala perencanaan– pereode ulang T tahun). Intensitas hujan berasal dari pengamatan ARR, jika data berupa curah hujan harian maka harus diubah/ analisis menjadi intensitas hujan.

( I ) I4 I5 I6

I3 ; I8 ; I9 ........dst adalah nol. (mm/j) I2 I3

t0– t1 adalah I1 - (mm/jam) I1 I7

Curah hujan harian adalah R (mm)

R = I1 + I2 +............ + I24 (mm)

0 1 2 3 4 5 6 7 ..... t(jam)

2) Kehilangan air (Losses)Losses pada analisis hujan efektip untuk hidrograf banjir merupakan

bagian dari curah hujan yang tidak mengakibatkan aliran permukaan lahan (SRO), antara lain : infiltrasi (bagian terbesar), interseption losses, abstraksi awal, evaporasi, depression storage.

1. Infiltrasi : (f) I1 I2

f0 I3 Infiltrasi (f – mm/j)

t0 f0 (mm/j) f1 f2 f3 f4

t0 -- t1 -> F1 (mm) F1 F2 F3

0 1 2 3 4 5 6 t(jam)Total infiltrasi : F = F1 + F2 + F3

2. Total Losses metode phi index (Ø): dengan ketentuan besarnya losses tiap jam konstan.

3). Curah hujan efektip (Re) Curah hujan efektip merupakan sebagian dari hujan yang jatuh di DPS

mengalir di permukaan sebagai aliran permukaan lahan (surface rUn-off), dan menuju alur sungai menjadi aliran langsung sungai (Diuret Run-off). Maka besar nilai hujan efektip pada jam ke t merupakan intensitas hujan jam t dikurangi total kehilangan jam t dan tidak ada nilai negatip (nilai adalah nol).

Untuk t = i -> Rei = Ii - Øi (mm/j) -> Rei adalah >= 0

Total Re adalah : Ret = Rei +...+ Ren (mm) I2

Metode phi index : (I) I1 I3 I4

Ø1 = Ø2 = Ø3 .... dst.

Ø Ø 0 1 2 3 4 (jam)

4) Unit Hidrograf (UH)Unit hidrograf merupakan hidrograf aliran langsung

sungai (DRO) suatu DPS yang diakibatkan oleh hujan efektip satu satuan tinggi per satu satuan interval waktu (1mm/1jam).

Pedoman utk penggunaan & analisis Unit Hidrograf: • Hujan efektip berdistribusi sama dg yg digunakan.• Hujan efektip merata di seluruh DPS.• Waktu dasar (Tb) Unit Hidrograf tetap.• Berlaku superpossisi.• Aliran langsung sungai (DRO) sebanding dengan

hujan efektip --> Volume DRO = Ret x luas DPS

Dua jenis UH: a) UH sintetis, mis. UH Nakayasu’

b) UH observed, hasil analisis hid.banjir. (Q) U3 (Peak)

a).UH akibat: Re1=1 U4

Re1 = 1mm/j. U0 U1 U6

U8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 (jam)b).Hid.akibat: Tp=3jam Tb=8jam Re2=1,1mm/j. Re2=1,1 Qp=Q4 = 1,1xU3

(Q) Q3 =1,1xU2 Q6 =1,2xU5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (jam)

Analisis/perhitungan hidrograf banjirA) Cara grafis (Q) Unit Hidrograf. t(jam) (Q) Qti

Hidrograf banjir akibat Re1, Re2 dan Re3 BF 0 ti t(jam)

B) Cara analitis. Q0 = BF0 + DRO0 atau Q0 = BF0 + ∑UxRe maka :

Perhitungan hidrograf banjir jika ada 3 hujan efektip & Tb UH adalah 8jam. Q0 = BF0 + U0xRe1

Q1 = BF1 + U1xRe1 + U0Re2

Q2 = BF2 + U2xRe1 + U1Re2 + U0xRe3

Q3 = BF3 + U3xRe1 + U2Re2 + U1xRe3

----- ----- Q7 = BF7 + U7xRe1 + U6Re2 + U5xRe3

Q8 = BF8 + U8xRe1 + U7Re2 + U6xRe3

Q9 = BF9 + 0 + U8Re2 + U7xRe3

Q10 = BF10 + 0 + 0 + U8xRe3

Q11 = BF11 + 0 + 0 + 0

Q12 = BF12 + 0

Untuk memudahkan perhitungan dapat menggunakan tabel sbb.

Perhitungan hidrograf Banjir dengan tabel Jika Tb UH = 5 jam (U0, U1 ,U2 ,U3 ,U4 & U5) dan hujan efektip, Re1,

Re2 dan Re3. jam U URe1 UrRe2 URe3 ∑URe BF Q(m3/d) ke (DRO) (BF+DRO) 0 U0 URe0 - - ......... BF0 ...........

1 U1 URe 1 URe0 - ......... BF1 ...........

2 U2 URe2 URe1 URe0 ......... BF2 ...........

3 U3 URe3 URe2 URe1 .......... BF3 ........... 4 U4 URe4 URe3 URe2 .......... BF4 ........... 5 U5 URe5 URe4 URe3 .......... BF5 ............ 6 - URe5 URe4 ........... BF6 ............. 7 - - URe5 ........... BF7 ............. 8 - - - .......... BF8 ............ dst

III. DEBIT BANJIR RENCANADebit banjir rencana diperlukan untuk perencanaan

dan desain bangunan air, hidrolika saluran/ sungai, dll, dengan kajian yang bersifat stedi. Debit banjir merupakan hasil dari analisis/perhitungan berdasarkan hujan harian rencana (dengan probabilitas/ kala ulang tertentu) pada suatu DPS tertentu.

1. Metode Rasional. Q = (1/3,6)xCx I x A (m3/ det) c – Koefisien pengaliran DPS I – Intensitas hujan (mm/det) A – Luas DPS (km2 )

DPS : Q A km2 +X L km Intensitas hujan (I) : +Y I = (R/24)x (24/tc )2/3 (mm/jam)

tc adalah waktu konsentrasi banjir (waktu perambatan banjir dari Y sampai X).

tc =( L/Vr ) Jam

Vr = 72 x (H/L)0,6 (km/jam) .............Rziha

L – Panjang sungai utama Vr – kecepatan aliran banjir rata-rata

H - perbedaan tinggi antara X & Y

2. Metode Haspers Q = x x q x f m3/det - koefisien run-off = (1+0,012f0,7) : (1 + 0,075f0,7) - koefisien reduksi = 1 + ((t+ 3,7x10-0,4t) : (t2 + 15))x(F0,75/12) Hubungan q dan r. q = r/(3,6t)....... T – durasi hujan (jam) r untuk : t < 2jam. r = (tR) : (t+ 1 -0,0008(260-R)x(2-t)2.

r untuk t: 2 jam < t < 19 jam r = (tR)/(t+1)R untuk t: 19jam < t < 30 hari r = (0,707R)x (√(t+1))Waktu konsentrasi t:t = 0,1x L0,8xi-0,3 .....jamProsedur perhitungan : -> t -> -> r ->q -> Q

IV. PENELUSURAN BANJIR (FLOOD ROUTING) Penelusuran banjir banyak bermanfaat untuk mengetahui karakteristik aliran banjir,

analisis hidrolik, peramalan banjir , perencanan maupun desain bangunan khususnya pengendalian banjir. Terjadi perubahan hidrograf banjir karena faktor simpanan/ tampungan air oleh waduk maupun penampang yang heterogen pada alur sungai.

Flood Routing pada waduk :

Infow (I) outflow (O) (Q) WADUK (S) (I) d (O) (Q) DAM (I) (t) Hidrograf I-O sebelum ada waduk (O)

(t) Hidrograf I-O sesudah ada waduk

Keseimbangan air pada Flood Routing waduk: (I) - (O) = ∆S.Maka: I > O S naik muka air waduk naik I < O S turun muka air waduk turunUntuk: t1 – t2

(I1 –I2)/2 – (OI – O2)/2 = S2 – S1

Variabel: O2 dan S2 pada jam ke 2 adalah belum diketahui maka, persamaan tersebut dapat diselsesaikan dengan coba-aba (trial & errors)

(Metode analitical). Untuk lebih praktis bisa digunakan perhitungan tabel.

Data yang diperlukan untuk flood routing sbb: yaitu data yang terkait inflow hidrograf banjir, bangunan untuk outflow dan storage waduk.

1) Inflow hidrograf banjir Merupakan hidrograf banjir rencana, hasil analisis / perhitungan

hidrograf banjir rencana. Inflow waduk ( hidrograf banjir rencana) (Q) I0 I1 I2

0 1 2 3 4 5 ..... (jam)

2). Data out-flow hidrograf. Bangunan outflow banjir untuk waduk, dapat berupa tunnel, pintu,

pelimpah bebas dll. Bangunan pelimpah bebas. H mis: Maka debit pelimpah (O) : + 90,00m

O = C0 C1 C2 x(√2g)xBxh2/3(m3/det)

C – Koefisien debit (O) B – lebar pelimpah h – tergantung tinggi air dan tinggi kecepatanatan Grafik hubungan antara (H) dan (O) (H)

O(m3/det)

3). Data waduk. Berdasarkan peta topografi/kontour daerah genangan/ tampungan

waduk, dapat dihitung/ diukur volume simpanan waduk dan luas genangan waduk terhadap elevasi muka air waduk.

Aw (m2) Aw2 (Ew) (Ew) (m) Ew=+90m Ew1 Sw1 Sw=800x104 m3 S w(m3) Grafik Ew Vs Sw dan Ew Vs Aw

Flood Routing waduk Analytical Method dg Tabel.

step jam I Ir Vi Ewas O Or Vo ∆S Sw Ew

m3/d m3/d 104 m3 m m3/d m3/d 104 m3 104m3 104 m3 m

1 0 0 90,00 0 800,00 90,00 50 18 10 3,6 14,4 5 1,8 16,2

2 1 100 90,10 20 814,40 90,04 90,06 10 816,2 90,06 3 2 ........

Trial & errors ! trials sampai sama ! note : interval waktu ∆t = 1jam = 3600 detik