JURUSAN TEKNIK SIPIL

JURUSAN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN UNIVERSITAS MERCU BUANA

Mata Kuliah : Rekayasa Hidrologi

Modul No.14 : Perhitungan Debit Banjir Rencana Dengan Hidrograf

Tujuan Instruksional Umum (TIU)

Mahasiswa mengetahui maksud dan tujuan perhitungan debit banjir rencana dengan menggunakan hidrograf, mempelajari parameter-parameter yang mempengaruhi, dan kegunaan hasil perhitungan debit banjir rencana untuk bangunan sipil dan informasi kepada masyarakat pengguna aliran sungai.

Tujuan Instruksional Khusus (TIK)

Mahasiswa mampu menjelaskan dan mampu memberikan contoh-contoh arti dari debit banjir rencana, mampu mengolah data hujan sebagai bahan masukan perhitungan banjir rencana dengan menggunakan hidrograf, mampu memberikan pilihan periode Wang banjir rencana dengan dasar pertimbangan yang diperlukan dan dapat menerapkan hasil perhitungan untuk bahan masukan kebutuhan perhitungan selanjutnya, seperti perhitungan stabilitas konstruksi, bangunan pengolah banjir dan bangunan pelimpah.

14. Perhitungan Debit Banjir Rencana Dengan Hidrograf

14.1. Pendahuluan

Dalam perencanaan bendungan, spillway, bangunan Flood Control, jembatan, Culvert, dan drainage jalan raya, perlu memperkirakan debit terbesar dari aliran sungai yang mungkin terjadi dalam suatu periode tertentu, debit ini disebut debit rencana. Periode tertentu yang mungkin terjadi banjir rencana berulang disebut "Peiode Ulang".

Penentuan debit rencana berikut periode ulang ditentukan berdasarkan pertimbangan-pertimbangan diantaranya adalah sebagai berikut :

Biaya pembangunan dan biaya pemeliharaan bangunan pengendalian banjir : makin besar periode Wang, makin aman, tetapi biaya makin besar (over design).

Umur ekonomis dari bangunan pengendalian banjir.

(Jangan mendesain untuk Q dengan perido ulang 75 tahun kalau umur bangunan hanya 50 tahun)

Besamya kerugian yang akan ditimbulkan, bila bangunan pengendalian banjir dirusak oleh banjir, serta sering/tidaknya kerusakan itu terjadi.

Penentuan debit rencana dapat dilakukan dengan beberapa metoda-metoda:

grafis

1. Analisa statistik

analisis

Qo dapat dihitung dengan mencari distribusi nilai-nilai extreem/max, bila tersedia data pengamatan aliran sungai jangka panjang (Metoda E.J. Gumble, metoda California, metoda Faster, metoda Hazen, metoda Ven Te chow, analisa frekwensi).

2. Metoda Infiltrasi.

3. Metoda Rational : Q = C.i.A.

Bila data aliran sungai tidak mencukupi, sehingga data curah hujan dipakai dalam rumus tersebut (i = intensitas curah hujan ; C = koef run off = R.O

P4. Metoda EmpirisSama dengan metoda rational, hanya di sini hubungan debit dan intensitas curah hujan diturunkan menurut persamaan matematis berdasarkan pengamatan di suatu daerah aliran tertentu.

14.2. Metoda Infiltrasi

Metode ini menghitung besarnya kapasitas infiltrasi dan sehingga dapat diketahui run off yang terjadi dan merupakan debit aliran. Parameter prinsip dasar yang perlu diketahui diantaranya adalah

Indeks Infiltrasi adalah nilai rata-rata dari intensitas air yang hilang (intensitas hujan yang datang dikurangi tinggi aliran permukaan)

( = (Ptot Pnet) / t

= (Ptot Q) / lamanya hujan

= (d (P Q)) / dt

Limpasan langsung adalah besamya presipitasi dikalikan dengan koefisien limpasan langsung.

RO = K.P

(Limpasan langsung = Koef limpasan langsung x Presipitasi).

Sedangkan K = ; dimana i = intensitas hujan.

Windex = kecepatan infiltrasi rata-rata selama intensitas hujan melebihi kapasitas infiltrasi: [ cm/jam ]

=

F,= Masa infiltrasi yang terjadi selama intensitas hujan melebihi kapasitas infiltrasi.

Te= Waktu selama infiltrasi yang terjadi sacra dengan kapasitas infiltrasi [jam].

P= Hujan komulative yang menyebabkan R.O.

R.O = Aliran permukaan komulative yang ada hubungannya dengan P.

se= Aliran permukaan effective (depression storage), umumnya diabaikan.

14.3. Metoda Rational (Rational Method)

Di dalam rumus yang dipakai, terlihat hubungan antara debit (Q), dengan intensitas hujan (i), yang merupakan fungsi dari parameter fisika.

Q = C.i.A dengan Q = debit rencana

C = Koef Limpasan (berbeda-beda untuk macam-macam

D.A.S. harus ditentukan berdasarkan

i = Intensitas hujan

A = Luas D.A.S

Yang termasuk cara rational ini, adalah :

- Metoda Melchior

- Metoda Weduwen

- Metoda Haspers

Ketiga Metoda di atas mengikuti konsep yang sama tetapi masing-masing metoda mempunyai parameter yang berbeda.

Metoda Melchior

Rumus yang dipakai dikenal sebagai rumus Pascher, yaitu:

Qp = (.(.q.A

Limpasan

( = Koef. Limpasan =

Curah hujan total

Hujan rata-rata di D.A.S. ybs

( = koefisien reduksi =

Hujan harian maksimum dari

salah satu staisun dalam DAS

tsb pada hari yang sama

q = besamya hujan terbesar (max. point rain fall) (m3/det/km2)

A = Iuas D.A.S (km2)

Qp = debit puncak banjir (m3/det.)

Metoda Weduwen

Rumus yang dipakai :

Qp = (.(.q.A

Limpasan

Dengan : ( = Koef. Limpasan =

Curah hujan total

= 0.2 +

tc = waktu konsentasi = waktu yang dibutuhkan oleh air untuk bergerak dari titik terjauh mencapai titik tertentu dihilir sungai (mulut D.A.S.)

( = koef Reduksi

=

(menurut Ir. Boerena dianggap dapat berlaku untuk seluruh Indonesia)

T = Duration hujan yang diharapkan dapat menyebabkan banjir

=2tc

F = luas ellips yang dapat mencakup D.A.S.

= (.a.b.

a = sumbu panjang ellips (km)

b = sumbu pendek ellips (km)

q = besamya hujan terpusat yang maksimum

= (m3/det/km)

A = Luas D.A.S.(km2)

Qp = debit puncak banjir (m3/det)

Ketiga metoda ini, dahulu sering dipakai di Indonesia, tetapi kini telah ditinggalkan, karena dianggap estimasinya terlalu besar (Over estimate).

14.4. Metoda Empiris (Empirical Method)

Rumus-rumus berikut ini digunakan, dengan mendasarkan ketentuan-ketentuannya pada hasil pengamatan. Rumus-rumus empiris yang sudah dipakai antara lain :

Unit graph method/ Actual unit hydrograph Sherman L.K. 1932.

Synthetic unit Hydrograph ( Snyder. FF. 1938.

Dimensionless Unit Hydrograph.

Distribution Graph.

14.4.1. Metode Unit Graph (Unit Graph Method/Actual Unit Hidrograph)

Dalam metode ini dikemukakan bahwa unit hydrografh hasil pengolahan data dan pengukuran merupakan salah satu alat untuk memperkirakan hidrograph jika diketahui data curah hujan, selama karakteristik fisik daerah aliran tidak mengalami banyak perubahan. Metode ini dipergunakan bila data-data yang tersedia didapatkan dengan periode pendek dan berlaku untuk D.A. yang tidak terlalu besar.

Prosedure Pengerjaan Hidograf Satuan (Actual Unit Hydrograph):

1. Dari pencatatan hujan lebat, yang turun merata di suatu daerah, pilih beberapa intensitas dengan duration tertentu.

2. Dari pencatatan data debit banjir, dipersiapkan hidrograph banjir (Flood Hydrograph) selama beberapa hari sebelum dan sesudah perioda hujan pada butir 1

3. Pisahkan aliran dasar (Base Flow): terhadap aliran permukaan dengan berbagai metoda yang ada

4. Dari hasil pemisahan ini, akan didapat/ dihitung ordinat aliran dasar dan ordinat limpasan langsung

5. Dihitung vol. limpasan langsung dengan persamaan:

Heff = deff =

= (cm)

dengan: A = luas daerah aliran (m2)

Qnet = Ordinat debit limpasan langsung

(Qnet = Qtot- QBF)

Qtot = debit limpasan total

QBF = debit limpasan dasar

(t = batas interval

6. Hitung ordinat-ordinat Hidrograph satuan dengan rumus.

Ordinat-ordinat limpasan langsung

Ordinat-ordinat hidrograph satuan =

heffTabel No. 14.1. Contoh tabel Menghitung Hidrograf Satuan

Waktu

Tgl. JamDebit Total

(m3/det)Aliran Dasar

(m3/det)Ordinat limpasan langsung

(m3/det)Ordinat hidrograph

satuan (m3/det)

(1)(2)(3)(4) = (2) (3)(5) = (4)/heff

heff =

Dimana:

Q = debit (m3/det)

A = Luas Daerah Aliran Sungai (DAS) (m2)

T = periode / durasi waktu lamanya debit aliran (detik atau jam)

Contoh soal 1 :

Data dibawah ini (Tabel 14.2) adalah hasil pengukuran aliran dan hujan lebat dengan duration 6 jam, luas daerah pengaliran sungai yang diukur ini = 316 Km2.

Pertanyaan :

1. Hitung dan gambar unit hydrograph dengan duration 6 jam

2. Hitung tinggi hujan reff. Yang diwakili oleh Flood Hyidrograph

Tabel No. 14.1. Data Debit Aliran

Waktu :Aliran (m3 / det)WaktuAliran (m3 / det)

1 Juni 0.00

6.00

12.00

18.00

2 Juni 0.00

6.00

12.00

18.0017,0

113,2

254,5

198,0

150

113,2

87,7

67,93 Juni 0.00

6.00

12.00

18.00

1 Juni 0.0053,8

42,5

31,1

22,64

17,0

Asumsikan aliran dasamya konstan = 17.0 m3/ det.

Penyelesain :

Langkah-Iangkah perhitungan

a) Pemisahan aliran dasar (base flow) terhadap aliran permukaan.

Debit total = limpasan langsung + aliran dasar atau

Ordinat limpasan langsung = debit total aliran dasar

(4)

(2)

(3)

b) Menghitung jumlah debit limpasan langsung dari seluruh intervalWaktu (

= ( (4) (tc) Menghitung volume limpasan langsung dengan persamaan

heff =

=

=

A adalah luasan daerah aliran (pendekatan)

d) Menghitung ordinat-ordiant hydrograph satuan dengan rumus :

Ordinat limpasan langsung

Ordinat-ordinat hydrograph satuan =

heff

atau

kol . (5) =

Tabel No. 14.3 Perhitungan Ordinat Hidrograf Satuan

Waktu

Tgl. JamDebit Total

(m3/det)Aliran Dasar

(m3/det)Ordinat limpasan langsung

(m3/det)Ordinat hidrograph

satuan (m3/det)

(1)(2)(3)(4) = (2) (3)(5) = (4)/heff

1 Juni0.00

6.00

12.00

18.0017,0

113,2

254,5

198,017

17

17

170

96,2

237,5

1810

14,846

36,651

27,932

2 Juni0.00

6.00

12.00

18.00150

113,2

87,7

67,917

17

17

17131

96,2

70,7

50,920,252

14,846

10,910

7,855

3 Juni0.00

6.00

12.00

18.0053,8

42,5

31,1

22,6417

17

17

1736,8

25,5

14,1

5,645,679

3,935

2,176

0,870

4 Juni0.0017,001700

(Qnet = 947,54

947,54.6.60.60

Heff =

= 0,0648 m = 6,48 cm

316000000

Gambar No. 14.2.

Contoh Soal

Hitung ordinat dari hydrograf banjir yang dihasilkan dari 3 jam hujan lebat. Masing -masing hujan eff. Besarnya 2; 6,75 dan 3,75 cm dan dimulai selang 3 jam. Ordinat dari unit hydrografnya diberikan dalam tabel berikut.

Tabel No. 14.4. Debit Unit Hidrograf

Jam 03060912151821240306091215182124

Ordinat

Unit Hid

(m3/det)011036550039031025023517513095

6540

22100

Asumsikan kehilangan air awal = 5 mm, indeks infiltrasi = 2,5 mm/jam, aliran dasar (base flow) = 10 m3 / det

Penyelesaian :

Gambar No. 14.3. Bagan Alir Total Aliran Air

Dianggap: Hujan dipermukaan sungai dan interflow sangat kecil dibandingkan surface run off, jadi hujan efektif seluruhnya akan menjadi direct run off. Jadi Infiltrasi dan kehilangan air awal tidak mempengaruhi hujan efektif.

Ordinat limpasan langsung = hujan efektif x ordinat unit hydrograph.

Kolom (3)= 2 x kolom (2)

Kolom (4)= 6,15 x kolom (2)

Kolom (5)= 3,75 x kolom (2)

Tabel No. 14.5 Perhitungan Ordinal Limpasan

JamOrdinat unit

Hidograph (m3/det)Ordinat Limpasan LangsungBae

Flow

(m3/det)Ordinat

Limpasan

(m3/det)

U1(m3/det)U2(m3/det)U3(m3/det)Utotal(m3/det)

(1)(2)(2) x heffI(2) x heffII(2) x heffIII(6) = 3 - + (4)

(5)(7)(8)=(6)+(7)

03

06

09

12

15

18

21

24

03

06

09

12

15

18

21

24

03

06

090

110

365

500

390

310

250

235

175

130

95

65

40

22

10

00

220

730

1000

780

620

500

470

350

250

190

130

80

44

20

00

742,5

2463,75

3375

2632

2092,5

1687,5

1586,25

1181,25

877,5

641,25

438,75

270

148,5

67,5

0

0

412,5

1368,75

1875

1462,5

1162,5

937,5

881,25

656,25

487,25

356,25

234,75

150

82,5

37,5

00

220

1472,5

3876,25

5522,75

5127,5

4055

3320

2873,75

2322,5

1723,75

1258,5

875

557,75

318,5

150

37,5

010

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

230

1482,5

3886,25

5532,75

5137,5

4065

3330

2883,75

2332,5

1733,75

1268,5

885

567,75

328,5

160

47,5

10

Debit banjir = 5532,75 m3/det (= Ordinat Debit Limpasan Total Maksimum)

14.4.2. Metoda Syntetic Unit Hydrograph

Cara ini mempergunakan metoda empiris, dengan memperkirakan adanya hubungan antara debit, time of concentration, terhadap karakteristik daerah aliran data suatu bentuk persamaan-persamaan seperti dibawah ini:

a ). Metode Syntetic Unit Hydrograf dari Snyder** qp = C p.

Denganqp = debit maximum unit hydrograph [ma/det/km2]

tp = lag time. [jam]

= Ct.(Lc.L)"

L = panjang sungai [Km]

Lc = panjang sungai ke titik das [km]

n = 0,3 ,koefisien yang bersifat proporsional terhadap Ct.

Ct&Cp = koefisien yang tergantung pada karakteristik daerah aliran. Umumnya dipakai harga:

Ct = 1.1 - 1.4

Cp = 0,56 - 0.69 Menurut Snyder

Bentuk dari synthetic unit hydrograph ini mengikuti persamaan alexseyev :

2* y = 10-a dengan :

y = Q/Qp

x = t/Tp

a = 1.32 (2 + 0.15 ( + 0.045

( =

=

Qp = debit maksimum limpasan total [m3/det]

= qp. Heff. A.

n, Ct, & Cp. Didapat dengan Trial & Error sehingga hydrograph banjir (Flood hydrograph) hasil perhitungan = hasil pengamatan.

Prosedure pembuatan Metode Syntytic Unit Hydrograf dari Snyder.1) Menentukan satuan curah hujan efektif. (heft) dan tr = time duration.

heft = 1 mm atau 1 cm atau 1 inch.

tr = 1 jam atau 1 menit.

2) Menentukan nilai Ct, Cp, n untuk kemudian menghitung:

- tp. (lag.time ) = Ct. (Lc. L)"

- qp. (debit max unit hydrogaph / Km2 bias)

qp = 275 3) Menghitung Tp (time rise to peak).

- te (lamanya hujan eff) = (seharusnya te = tr)

- Bila te > tr dilakukan koreksi terhadap tp

tp = tp + 0.25 (tr te), sehingga didapat waktu mencapai debit maksimum Tp = tp + 0,5 tr

Jika te < tr , maka Tp = tp + 0,5 tr

Tp = time rise to peak

Tr = lamanya hujan efektif 1 jam, dengan tingg 1 inch .

4) Menghitung Qp (debit maaxumum Synthetic unit hidrograph)

Qp = qp. A. Heft.

Dengan : qp [m3 /det/km2 ]

A [Km2]

heff [m]

Qp [m3/det]

5) Menentukan grafik hubungan antara Q dan t (UH) berdasarkan persamaan alexeye:

y = 10-a

dengan : y = Q/Qp

x = t/Tp

a = 1.32 (2 + 0.15 ( + 0,045

( =

; W = 1000 h . A

=

Setelah X dan a dihitung, maka nilai y untuk masing-masing x dapat dapat dihitung. (secara langsung atau tabel)

Sehingga apabila nilai x ditransper menjadi t = x.Tp. dan nilai y ditransfer menjadi Q = y.Qp. maka grafik hubungan Q dan t dapat diplot. Grafik hubungan antara Q dan t ini dapat dinyatakan sebagai hydrograph satuan (Unit hydrograph) apabila

heff =

Bila heff = 1 satuan curah hujannya.

Maka ordinat Q dikoreksi.

6) Buat hidrograph banjir (flood hydrograph) bare berdasarkan perhitungan.

7) Cek hidrograph banjir hasil perhitungan di atas terhadap hidrograph hasil pengamatan.

8) Bila masih jauh berbeda, ulangi prosedure no. 2 sampai dengan no. 7, sehingga didapat hidrograph banjir hasil perhitungan mendekati hidrograph pengamatan.

14.4.3. Rumus-rumus Empiris untuk Perhitungan Banjir Rencana

Beberapa rumus empiris untuk mengetimasi debit banjir berdasarkan rumus:

Q = C.A." dengan

Q = debit banjir

A = luas daerah aliran

n = indeks banjir

C = Koefisien banjir

C dan n didasarkan atas hasil pengamatan, di mana nilai ini bervariasi menurut :

- Ukuran, bentuk dan letak daerah aliran.

- Topography daerah aliran

- Intensitas dan lamanya (duration hujan serta pola distribusi dari hujan lebat pada daerah aliran).

1. Rumus Dicken : Q = C. A3/4Q = debit (m3/det)

A = luas d.a.s: (km2)

C = 11.4 untuk area dengan hujan tahunan 24" s/d 50

= 13.9 - 19.5 untuk Madya Pradesh (India Tengah)

= 22.2 25 untuk Ghat Barat.

Batasan : Umumnya dipakai untuk daerah dengan ukuran sedang (di daerah India Utara dan Tengah)

2. Rumus Boston Society : Q =

Q = debit

T = time base dari hydrograph (jam)

R = faktor hujan

Batasan : Penggunaan lebih umum, selama tersedia data hydrograph hasil pengamatan dan data hujan.

3. Rumus-rumus lain

(dengan penggunaan yang terbatas).

14.5. Contoh Contoh PerhitunganDiketahui parameter fisik suatu daerah aliran sungai dengan luas A = 725 km, panjang aliran sungai dari hulu sampai ke lokasi rencana bangunan air sepanjang L = 40,00 km dan jarak ke titik pusat DAS adalah Lc = 17,50 km. Parameter non fisik atau parameter impiris dari kondisi DAS adalah Ct = 1,10 ( tergantung dari kondisi DAS) : Cp = 0,69 dan n = 0,30 ( tergantung dari kemiringan DAS ). Tinggi hujan efektif h = 1 cm untuk waktu tr = 1 jam.Pertanyaan :

1. Hitung dan gambarkan Unit Hydrograft Sintetis dari Snyder.

2. Bila terjadi hujan efektif h1 = 2 cm dan h2 = 3 cm mulai pada jam ke dua dan jam ke tiga. Hitung dan gambarkan hidrograf banjir yang terjadi.

Penyelesaian :

Menghitung durasi waktu puncak debit :

n

tp = Ct ( L.Lc) .

Dimana :

L = panjang sungai

= 40 km

Lc = panjang dari pusat DAS sungai = 17,50 km

Ct = Koef kondisi lahan DAS= 1,10

n = Koef kemiringan lahan DAS= 0,30

0,3

tp = 1,1 ( 40x 17,50)

tp = 7,85 jam

Menghitung Debit satuan ( m3/det/km2)

Cp

Q = 275 --------

tp

14.5. Istilah Istilah

Tinggi hujan efektifOrdinat Limpasan Total

Lag TimeTime concentration

Time rise to peakDebit maksimum Synthetic Unit Hydrodraph.

14.6. Soal Latihan

Hitung ordinat dari hydrograf banjir yang dihasilkan dari 3 jam hujan Iebat. Masingmasing hujan eff. Besamya 2,5; 6,5 dan 3,5 cm dan dimulai selang 3 jam. Ordinat dari unit hydrografnya diberikan dalam tabel berikut.

Tabel No. 14.4. Debit Unit 1-Hydrograf :Jam 03060912151821240306091215182124

Ordinat

Unit Hid

(m3/det)011036550039031025023517513095

6540

22100

Asumsikan Kehilangan Air Awal = 5 mm, Indeks Infiltrasi = 2,5 mm/jam, aliran dasar (base flow) = 15 m3/det

14.7. Referensi

1. Hidrologi Untuk Pengairan, Ir. Suyono Sosrodarsono , Kensaku Takeda, PT. Pradnya Paramita, Jakarta , 1976.

2. Hydrotogi for Engineers, Ray K. Linsley Ir. Max. A. Kohler, Joseph L.H. Apaulhus.Mc.Grawhill, 1986.

3. Mengenal dasar dasar hidrologi, fr. Joice Martha, Ir. Wanny Adidarma Dipl. H. Nova, Bandung.

4. Hidrologi & Pemakaiannya, jilid I, Prof. Ir. Soemadyo, diktat kuliah ITS. 1976

5. Hidrologi Teknik Ir. CD. Soemarto, Dipl. HE

15. LATIHAN SOAL UJIAN.1. Hydrograf Satuan Sintetik NAKAYASU.

Nakayasu dari Jepang telah menyelidikisatuan pada beberapa sungai di Jepang. Ia membuat rumus hidrograf satuan sintetik dari hasil penyelidikannya. Rumus tersebut sebagai berikut :

Ca Ro Qp = ----------------------------

3,6 ( 0,3 Tp + T0,3 )

Gambar No. 14.1

REKAYASA HIDROLOGI

MODUL 14

Perhitungan Debit Banjir Rencana Dengan Hidrograf

AGUSTUS 2009

HADI SUSILO

JURUSAN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN

UNIVERSITAS MERCU BUANA

JAKARTA

_1189109196.unknown

_1189394469.unknown

_1189395231.unknown

_1189395490.unknown

_1189395591.unknown

_1307626984.unknown

_1189395831.unknown

_1189395513.unknown

_1189395418.unknown

_1189394860.unknown

_1189395194.unknown

_1189394831.unknown

_1189110547.unknown

_1189110647.unknown

_1189111171.unknown

_1189110587.unknown

_1189109682.unknown

_1189110245.unknown

_1189109645.unknown

_1189108300.unknown

_1189108848.unknown

_1189109085.unknown

_1189108410.unknown

_1189107770.unknown

_1189107876.unknown

_1189107402.unknown