modul 7 perhitungan hidrologi - bpsdm.pu.go.id · hidrologi dalam perencanaan bendungan. penekanan...
TRANSCRIPT
Modul 7 Perhitungan hidrologi
Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi
MODUL PERHITUNGAN HIDROLOGI
PELATIHAN PERENCANAAN BENDUNGAN TINGKAT DASAR
MODUL 07
2017
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas selesainya
validasi dan penyempurnaan Modul Perhitungan Hidrologi sebagai Materi Substansi
dalam Pelatihan Perencanaan Bendungan Tingkat Dasar. Modul ini disusun untuk
memenuhi kebutuhan kompetensi dasar Aparatur Sipil Negara (ASN) di bidang
Sumber Daya Air.
Modul Perhitungan Hidrologi ini disusun dalam 9 (sembilan) bab yang terbagi atas
Pendahuluan, Materi Pokok dan Penutup. Penyusunan modul yang sistematis
diharapkan mampu mempermudah peserta pelatihan dalam memahami perhitungan
hidrologi dalam perencanaan bendungan. Penekanan orientasi pembelajaran pada
modul ini lebih menonjolkan partisipasi aktif dari para peserta.
Akhirnya, ucapan terima kasih dan penghargaan kami sampaikan kepada Tim
Penyusun dan Tim Validasi Sistem Diklat, sehingga modul ini dapat disajikan dengan
baik. Perubahan modul di masa mendatang senantiasa terbuka dan dimungkinkan
mengingat akan perkembangan situasi, kebijakan dan peraturan yang terus menerus
terjadi. Semoga Modul ini dapat memberikan manfaat bagi peningkatan kompetensi
ASN di bidang Sumber Daya Air.
Bandung, Nopember 2017
Kepala Pusat Pendidikan dan Pelatihan
Sumber Daya Air dan Konstruksi
Ir. K. M. Arsyad, M.Sc
.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
ii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .................................................................................................. i
DAFTAR ISI ...............................................................................................................ii
DAFTAR TABEL .......................................................................................................vi
DAFTAR GAMBAR..................................................................................................vii
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL .................................................................... viii
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................1
1.1 Latar Belakang ................................................................................................. 1
1.2 Deskripsi Singkat ............................................................................................. 2
1.3 Tujuan Pembelajaran ....................................................................................... 2
1.3.1 Hasil Belajar .......................................................................................... 2
1.3.2 Indikator Hasil Belajar ............................................................................ 2
1.4 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok ................................................................ 2
BAB II PENGOLAHAN DATA HIDROLOGI ..............................................................5
2.1 Iklim ................................................................................................................. 5
2.1.1 Temperatur Udara ................................................................................. 6
2.1.2 Kelembaban Udara ................................................................................ 7
2.1.3 Pengukuraan Penguapan ...................................................................... 8
2.1.4 Temperatur Air Dalam Tangki PAN “A” .................................................. 8
2.1.5 Kecepatan Angin ................................................................................... 9
2.1.6 Lama Penyinaran Matahari .................................................................. 10
2.2 Presipitasi ...................................................................................................... 11
2.3 Pengolahan Data Hujan ................................................................................. 12
2.4 Pengolahan Data Debit Aliran ........................................................................ 14
2.5 Pengumpulan Data Tinggi Air Muka ............................................................... 14
2.5.1 Pengukuran Debit Sungai .................................................................... 15
2.5.2 Perhitungan Debit Sungai .................................................................... 16
2.5.3 Analisis Lengkung Debit (Rating Curve) .............................................. 16
2.5.4 Perhitungan dan Evaluasi Debit ........................................................... 18
2.5.5 Publikasi Debit Sungai ......................................................................... 19
2.6 Latihan ........................................................................................................... 20
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI iii
2.7 Rangkuman ................................................................................................... 20
2.8 Evaluasi ......................................................................................................... 20
BAB III KETERSEDIAAN AIR DAN KAPASITAS WADUK ..................................... 23
3.1 Umum ............................................................................................................ 23
3.2 Ketersediaan Air/ Debit Andalan .................................................................... 24
3.2.1 Pendekatan dan Metodologi ................................................................ 24
3.2.2 Prosedur Perhitungan ......................................................................... 24
3.2.3 Contoh Perhitungan Debit Andalan/ Ketersediaan Air ......................... 28
3.3 Kapasitas Waduk ........................................................................................... 32
3.3.1 Pendekatan Grafis dengan Metode Rippi ............................................ 33
3.3.2 Pendekatan Numerik (Sequent Peak Algorithm) ................................. 34
3.4 Penentuan Tinggi Bendungan ....................................................................... 37
3.5 Latihan........................................................................................................... 37
3.6 Rangkuman ................................................................................................... 38
3.7 Evaluasi ......................................................................................................... 38
BAB IV ANALISIS CURAH HUJAN DESAIN .......................................................... 39
4.1 Umum ............................................................................................................ 39
4.2 Metode Pendekatan....................................................................................... 39
4.2.1 Analisis Hujan ..................................................................................... 39
4.2.2 Pola Distribusi Hujan Badai ................................................................. 40
4.2.3 Hujan Efektif ........................................................................................ 40
4.2.4 Analisis Hubungan Hujan-Limpasan .................................................... 40
4.3 Curah Hujan Desain ...................................................................................... 41
4.3.1 Analisis Frekuensi ............................................................................... 42
4.4 Curah Hujan Maksimum Boleh Jadi (CMB/PMP) ........................................... 53
4.4.1 Uraian Umum ...................................................................................... 53
4.4.2 Perkiraan CMB Menggunakan Metode Hersfield ................................. 53
4.5 Latihan........................................................................................................... 59
4.6 Rangkuman ................................................................................................... 60
4.7 Evaluasi ......................................................................................................... 60
BAB V ANALISA BANJIR DESAIN ........................................................................ 61
5.1 Umum ............................................................................................................ 61
5.2 Banjir Rencana .............................................................................................. 61
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
iv PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
5.3 Contoh Perhitungan Debit Banjir Rancangan ................................................. 63
5.3.1 Data Debit Sesaat Tersedia dalam Waktu > 20 Tahun ........................ 64
5.3.2 Cara Perhitungan Debit Banjir Rata-Rata Tahunan dengan Metode
Puncak Banjir Di atas Ambang Pada Kondisi Dimana Jumlah Data <10
Tahun .................................................................................................. 68
5.3.3 Debit Banjir Dengan Metode Rasional Pada DAS yang Luasnya <50
Km2 ..................................................................................................... 69
5.3.4 Contoh Perhitungan Debit Banjir Rencana dengan Metode Unit
Hidograf ............................................................................................... 71
5.4 Latihan ........................................................................................................... 76
5.5 Rangkuman ................................................................................................... 76
5.6 Evaluasi ......................................................................................................... 76
BAB VI PENELUSURAN BANJIR ...........................................................................79
6.1 Konsep Dasar Penelusuran Aliran di Waduk .................................................. 79
6.2 Metode Dasar Penelusuran Aliran Waduk...................................................... 82
6.3 Penelusuran Banjir di Suatu Waduk ............................................................... 85
6.3.1 Metode Penelusuran Banjir ................................................................. 86
6.3.2 Anti Routing Waduk ............................................................................. 87
6.4 Kalibrasi Model .............................................................................................. 88
6.4.1 Input Data ............................................................................................ 89
6.5 Latihan ........................................................................................................... 90
6.6 Rangkuman ................................................................................................... 90
6.7 Evaluasi ......................................................................................................... 91
BAB VII RENCANA POLA OPERASI WADUK .......................................................93
7.1 Tujuan ............................................................................................................ 93
7.2 Pola Operasi Waduk ...................................................................................... 93
7.3 Tipe Operasi Waduk ...................................................................................... 95
7.4 Prinsip Dasar Operasi Waduk ........................................................................ 96
7.4.1 Persamaan Dasar ................................................................................ 97
7.4.2 Asumsi/ Batasan .................................................................................. 98
7.4.3 Langkah Waktu.................................................................................... 98
7.4.4 Kebutuhan Data................................................................................... 99
7.5 Simulasi Waduk ............................................................................................. 99
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI v
7.5.1 Komponen Penting .............................................................................. 99
7.5.2 Simulasi Waduk dengan Memperhitungkan Evaporasi ...................... 100
7.5.3 Simulasi Waduk dengan Pelimpah Bebas ......................................... 101
7.5.4 Pola Operasi Waduk Untuk Dua Fungsi ............................................ 102
7.6 Latihan......................................................................................................... 104
7.7 Rangkuman ................................................................................................. 104
7.8 Evaluasi ....................................................................................................... 104
BAB VIII LAJU SEDIMENTASI ............................................................................. 107
8.1 Pendahuluan ............................................................................................... 107
8.2 Mekanisme Angkutan Sedimen ................................................................... 108
8.3 Konsentrasi Sedimen Suspensi ................................................................... 109
8.4 Pengukuran Debit Sedimen Suspensi ......................................................... 110
8.4.1 Metode Integrasi Titik ........................................................................ 112
8.4.2 Metode Integrasi Kedalaman ............................................................. 112
8.5 Botol Sampel dan Analisa Laboratorium ...................................................... 116
8.6 Debit Sedimen Suspensi Pengukuran ......................................................... 116
8.7 Pengukuran Sedimen Dasar ........................................................................ 118
8.8 Pengambilan Material Dasar ........................................................................ 121
8.9 Pengukuran Sedimen Total ......................................................................... 121
8.10 Pengolahan Data Sedimen .......................................................................... 122
8.11 Latihan......................................................................................................... 129
8.12 Rangkuman ................................................................................................. 129
8.13 Evaluasi ....................................................................................................... 130
BAB IX PENUTUP ................................................................................................. 131
9.1 Simpulan ..................................................................................................... 131
9.2 Tindak Lanjut ............................................................................................... 133
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 134
GLOSARIUM ......................................................................................................... 137
KUNCI JAWABAN ................................................................................................ 138
LAMPIRAN
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
vi PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Temperatur Maksimum Dan Minimum Bulanan Stasiun Ciparay Pada
Bulan Oktober 2009 ...................................................................................7
Tabel 2.2. Kelembaban Udara (RH) ...........................................................................8
Tabel 2.3. Keadaan Curah Hujan dan Intensitas Curah Hujan..................................12
Tabel 3.1. Tahap 1: Pengumpulan Seluruh Data ......................................................28
Tabel 3.2. Tahap 2: Mengurutkan Data dari Besar ke Kecil ......................................29
Tabel 3.3. Data Asli ..................................................................................................30
Tabel 3.4. Tahap 1: Pengelompokan Data Berdasarkan Kurun Waktu (Bulan) .........30
Tabel 3.5. Tahap 2: Pengurutan Data Dari Besar Ke Kecil .......................................31
Tabel 3.6. Tahap 3: Perhitungan Probabilitas Dengan Rumus P=m/(n+1) ................31
Tabel 3.7. Tahap 4: Perhitungan Debit Andal (Probabilitas 80 % atau Kala Ulang 5
Tahun) .....................................................................................................32
Tabel 3.8. Contoh Metode Rippl dengan Kebutuhan = Inflow Rata-Rata ..................34
Tabel 3.9. Contoh Metode Rippl dengan Kebutuhan =2/3 Inflow rata-rata ................36
Tabel 4.1. Hubungan Antara Fungsi Distribusi, Parameter dan Besarnya ................51
Tabel 4.2. Standar Gamma Distribution (w) ..............................................................52
Tabel 4.3. Luas Dibawah Kurva Standar Normal Distribusi ......................................52
Tabel 4.4. Perhitungan Besarnya PMP untuk Masing-Masing Pos Hujan .................57
Tabel 5.1. Patokan Banjir Desain dan Kapasitas Pelimpah Untuk Bangunan
Bendungan ..............................................................................................62
Tabel 8.1. Contoh Lembar Perhitungan pada Kartu Pengukuran Debit dan
Sedimen ................................................................................................ 114
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pos Klimatologi ...................................................................................... 5
Gambar 2.2. Perhitungan Lama Penyinaran Matahari.............................................. 10
Gambar 2.3. Perhitungan Debit Pengeluaran Dengan Metode Intrerval Tengah ..... 16
Gambar 3.1. Diagram Alir Perhitungan Lengkung Kekerapan Untuk Data
Menerus .............................................................................................. 26
Gambar 3.2. Diagram Alir Perhitungan Lengkung Kekerapan Untuk Data Tidak
Menerus .............................................................................................. 27
Gambar 3.3. Lengkung Kekerapan dengan Data Menerus ...................................... 29
Gambar 3.4. Lengkung Kekerapan Untuk Data Tidak Menerus ............................... 32
Gambar 3.5. Contoh Metode Rippl dengan Kebutuhan = Inflow Rata-Rata .............. 33
Gambar 3.6. Contoh Metode Rippl dengan Kebutuhan = 2/3 Inflow Rata-Rata ........ 35
Gambar 3.7. Contoh Metode Rippl dengan Kebutuhan =2/3 Inflow rata-rata............ 36
Gambar 4.1. Diagram Analisis Banjir Desain dengan Hidrograf Satuan ................... 41
Gambar 4.2. Grafik Hubungan Km Durasi Hujan dan Hujan Harian Maksimum
Tahunan Rata-Rata (Hershfield 1965) ................................................. 55
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara Xn-M/ Xn, dengan Faktor Penyesuaian Xn ... 55
Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Sn-m/ Sn, dengan Faktor Penyesuaian Sn ... 56
Gambar 4.5. Grafik Penyesuaian Terhadap Panjang Data ....................................... 56
Gambar 4.6. Grafik Hubungan Km Durasi Hujan dan Hujan Harian Maksimum
Tahunan Rata-Rata ............................................................................. 58
Gambar 4.7. Grafik Hubungan Xn-m / Xn dengan Faktor Penyesuaian Xn .................. 58
Gambar 4.8. Grafik Penyesuaian Terhadap Panjang Data ....................................... 59
Gambar 4.9. Grafik Hubungan Antara Sn-m / Sn dengan Faktor Penyesuaian Sn ...... 59
Gambar 5.1. Bagan Alir Penentuan Banjir Desain dan Kapasitas Pelimpah
Bendungan Sesuai SNI 03-4332-1994 ................................................ 63
Gambar 5.2. Pendekatan Perhitungan Debit Banjir Rancangan ............................... 64
Gambar 5.3. Hidrograph Banjir ................................................................................ 72
Gambar 5.4. Hidrograf Aliran Langsung ................................................................... 73
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
viii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL
Deskripsi
Modul Perhitungan Hidrologi ini terdiri dari tujuh kegiatan belajar mengajar.
Kegiatan pertama membahas tentang pengolahan data hidrologi. Kegiatan
belajar kedua membahas tentang ketersediaan air dan kapasitas waduk.
Kegiatan belajar ketiga membahas tentang analisis curah hujan desain. Kegiatan
belajar keempat membahas tentang analisa banjir desain. Kegiatan belajar
kelima membahas tentang penelusuran banjir. Kegiatan belajar keenam
membahas tentang rencana pola operasi waduk. Kegiatan belajar ketujuh
membahas laju sedimentasi.
Peserta pelatihan mempelajari keseluruhan modul ini dengan cara yang
berurutan. Pemahaman setiap materi pada modul ini diperlukan untuk
memahami Perhitungan Hidrologi dalam kegiatan Perencanaan Bendungan.
Setiap kegiatan belajar dilengkapi dengan latihan atau evaluasi yang menjadi
alat ukur tingkat penguasaan peserta pelatihan setelah mempelajari materi
dalam modul ini.
Persyaratan
Dalam mempelajari modul pembelajaran ini, peserta pelatihan diharapkan dapat
menyimak dengan seksama penjelasan dari pengajar, sehingga dapat
memahami dengan baik materi Perhitungan Hidrologi dalam kegiatan
Perencanaan Bendungan. Untuk menambah wawasan, peserta diharapkan
dapat membaca terlebih dahulu Prinsip Desain Bendungan Urugan.
Metode
Dalam pelaksanaan pembelajaran ini, metode yang dipergunakan adalah
dengan kegiatan pemaparan yang dilakukan oleh Widyaiswara/ Fasilitator,
adanya kesempatan tanya jawab, diskusi, brainstorming, dan studi kasus.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI ix
Alat Bantu/ Media
Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran ini, diperlukan Alat Bantu/
Media pembelajaran tertentu, yaitu: LCD/ proyektor, Laptop, white board/ Flip
Chart dengan spidol dan penghapusnya, bahan tayang, serta modul dan/atau
bahan ajar.
Tujuan Kurikuler Khusus
Setelah mengikuti semua kegiatan pembelajaran dalam mata pelatihan ini,
peserta diharapkan mampu memahami perhitungan hidrologi untuk perencanaan
bendungan.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Waduk adalah buatan manusia dengan membendung aliran sungai guna
mengendalikan aliran untuk memenuhi kebutuhan air atau mengendalikan
banjir. Operasi waduk diperlukan untuk mengatur pemberian air guna
memenuhi berbagai keperluan secara optimum. Peraturan ini didasarkan pada
aliran masuk, besarnya tampungan, serta kebutuhan yang harus dilayani
dengan langkah waktu berjalan.
Waduk adalah tampungan air pada saat musim hujan dan digunakan pada
musim kemarau yang merubah pola aliran alam supaya dapat digunakan
untuk kesejahteraan manusia. Waduk merupakan penyangga antara
kebutuhan dan pasok air untuk berbahgai kepentingan. Waduk terbentuk
dengan menahan aliran sungai di tempat yang memenuhi persyaratan lokasi
bendungan.
Kegunaan waduk pada dasarnya di bagi ke dalam 4 kelompok, yaitu:
a) Pasokan air untuk keperluan: irigasi, domestik, industri, pemeliharaan
sungai(maintence flow), pelayaran, pengglontoran untuk perbaikan
kualitas air.
b) Pembangkit listrik Tenaga Air
c) Pengendalian Banjir
d) Wisata dan perikanan di waduk
e) Dsb
Karena biaya untuk membangun bendungan cukup mahal, jarang sekali
ditemui waduk yang hanya untuk satu fungsi misalnya hanya untuk
pengendalian banjir saja. Bendungan besar yang ada di Indonesia, waduknya
digunakan untuk berbagai kepentingan yang sering disebut waduk serba
guna.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
2 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
1.2 Deskripsi Singkat
Mata pendidikan dan pelatihan ini membekali peserta dengan pengetahuan
mengenai perhitungan hidrologi untuk perencanaan bendungan yang disajikan
dengan cara ceramah dan tanya jawab.
1.3 Tujuan Pembelajaran
1.3.1 Hasil Belajar
Setelah mengikuti semua kegiatan pembelajaran dalam mata pelatihan ini,
peserta diharapkan mampu memahami perhitungan hidrologi untuk
perencanaan bendungan.
1.3.2 Indikator Hasil Belajar
Setelah mengikuti pembelajaran ini peserta diklat diharapkan dapat:
a) Menjelaskan pengolahan data hidrologi
b) Menjelaskan ketersediaan air dan kapasitas waduk
c) Menjelaskan analisis curah hujan desain
d) Menjelaskan analisa banjir desain
e) Menjelaskan penelusuran banjir
f) Menjelaskan rencana pola operasi waduk
g) Menjelaskan laju sedimentasi
1.4 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok
Materi Pokok dan Sub Materi modul ini sebagai berikut:
a) Materi Pokok 1: Pengolahan Data Hidrologi
1) Iklim
2) Presipitasi
3) Pengolahan Data Hujan
4) Pengolahan Data Debit Aliran
5) Pengumpulan Data Tinggi Air Muka
6) Latihan
7) Rangkuman
8) Evaluasi
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 3
b) Materi Pokok 2: Ketersediaan Air dan Kapasitas Waduk
1) Umum
2) Ketersediaan Air/ Debit Andalan
3) Kapasitas Waduk
4) Penentuan Tinggi Bendungan
5) Latihan
6) Rangkuman
7) Evaluasi
c) Materi Pokok 3: Analisis Curah Hujan Desain
1) Umum
2) Bangunan Pengambilan (intake)
3) Metode Pendekatan
4) Curah Hujan Desain
5) Curah Hujan Maksimum Boleh Jadi (CMB/ PMP)
6) Latihan
7) Rangkuman
8) Evaluasi
d) Materi Pokok 4: Analisa Banjir Desain
1) Umum
2) Banjir Rencana
3) Contoh Perhitungan Debit Banjir Rancangan
4) Latihan
5) Rangkuman
6) Evaluasi
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
4 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
e) Materi Pokok 5: Penelusuran Banjir
1) Konsep Dasar Penelusuran Aliran di Waduk
2) Metode Dasar Penelusuran Aliran Waduk
3) Penelusuran Banjir di Suatu Waduk
4) Kalibrasi Model
5) Latihan
6) Rangkuman
7) Evaluasi
f) Materi Pokok 6: Rencana Pola Operasi Waduk
1) Tujuan
2) Pola Operasi Waduk
3) Tipe Operasi Waduk
4) Simulasi Waduk
5) Latihan
6) Rangkuman
7) Evaluasi
g) Materi Pokok 7: Laju Sedimentasi
1) Pendahuluan
2) Mekanisme Angkutan Sedimen
3) Konsentrasi Sedimen Suspensi
4) Pengukuran Debit Sedimen Suspensi
5) Botol Sampel dan Analisa Laboratorium
6) Debit Sedimen Suspensi Pengukuran
7) Pengukuran Sedimen Dasar
8) Pengambilan Material Dasar
9) Pengukuran Sedimen Total
10) Pengolahan Data Sedimen
11) Latihan
12) Rangkuman
13) Evaluasi
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 5
BAB II
PENGOLAHAN DATA HIDROLOGI
2.1 Iklim
Pos iklim yang lengkap terdiri dari berbagai peralatan seperti terlihat pada pos
klimatologi dibawah ini.
Gambar 2.1. Pos Klimatologi
Tangki penampung air
Alat pengukur Radiasi
Matahari Alat Pengukur penguapan
(Panci Penguapan)
Sangkar alat dengan pintu menghadap utara
Penakar Hujan Biasa
Penakar Hujan Otomatik
Alat Pencata Lama Penyinaran
Matahari
Alat pengukur kecepatan angin
Pagar pengamanan sekeliling pos klimatologi Pintu masuk pos klimatologi
1.0 m
1.5 m
1.5 m
1.0 m
1.5 m
2.0
m
3.0
m
1.5
m
10.0 m
6.0
m
DENAH STASIUN KLIMATOLOGI
Indikator Hasil Belajar:
Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan pengolahan
data hidrologi.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
6 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
2.1.1 Temperatur Udara
a) Temperatur Udara Rata-Rata Harian
Temperatur udara rata-rata harian = 2
TminTmax
Stasiun Ciparay tanggal 1 Agustus 2009
Temperatur maksimum = 30,0 0C
Temperatur minimu = 14,0 0C
Temperatur rata-rata = 2
0.410.03 = 22.0 0C
Hasil rata-rata dibulatkan ke atas dan satu angka belakang koma.
b) Temperatur Maksimum dan Minimum Harian
Ditentukan dari harga tertinggi dan terendah dari pencatatan data yang
dicatat setiap hari.
Stasiun Ciparay pada bulan Agustus 2009
Temperatur maksimum tanggal 19 Agustus 2009 = 32.0 0C
Temperatur minimum tanggal 4 Agustus 2009 = 11.0 0C
c) Temperatur Maksimum dan Minimum Bulanan
Temperatur maksimum rata-rata bulanan = n
Tmax ..... TmaxTmax n21
Temperatur manimum rata-rata bulanan = n
Tmin ..... TminTmin n21
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 7
Tabel 2.1. Temperatur Maksimum Dan Minimum Bulanan Stasiun Ciparay Pada Bulan Oktober 2009
Temp. max Temp. min
1 32.0 20.0
2 31.0 20.0
3 31.0 20.0
4 31.0 21.0
5 30.0 19.0
6 30.0 20.0
7 29.0 20.0
8 29.0 20.0
9 30.0 19.0
10 30.0 20.0
11 30.0 20.0
12 30.0 20.0
13 30.0 19.0
14 30.0 20.0
15 29.0 20.0
16 31.0 16.0
17 32.0 18.0
18 30.0 19.0
19 30.0 19.0
20 31.0 18.0
21 30.0 18.0
22 31.0 19.0
23 29.0 20.0
24 29.0 19.0
25 30.0 19.0
26 30.0 19.0
27 29.0 17.0
28 30.0 19.0
29 30.0 19.0
30 31.0 19.0
31 30.0 19.0
Jumlah 935.0 595.0
Rata-rata 30.2 19.2
2.1.2 Kelembaban Udara
Kelembaban udara (Relatif Humidity) didapatkan dari selisih antara bola
kering dan bola basah (depresi) kemudian dilihat pada daftar table Relatif
Humidity (RH) maka hasilnya sudah dapat diketahui.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
8 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Bola kering = 23.5
Bola basah = 23.0
Depresi = 0.5
RH = 95 (dari table RH)
Tabel 2.2. Kelembaban Udara (RH)
Bola kering Depresi
0.5 1.0 Dst
22 95 90
23 95 90
24 95 90
dst
2.1.3 Pengukuraan Penguapan
Ada tiga kemungkinan untuk menghitung penguapan dari tangki penguapan
type “A” yang didasarkan ada atau tidak adanya hujan.
Kemungkinan pertama tidak ada hujan.
tgl, 10 - 4 - 2010, air ditambah 3.0 mm berarti penguapan = 3.0 mm.
Kemungkinan kedua ada hujan kecil.
tgl, 8 - 4 - 2010, air ditambah = 2,2 mm
hujan = 0,5 mm
Penguapan = 2.7 mm
Kemungkinan ketiga ada hujan lebat.
tgl, 24 - 4 - 2010, hujan 9.5 mm
air dibuang/ diambil = 4.0 mm
Penguapan = 5.5 mm.
Pencatatan cukup satu angka di belakang koma, dan pembulatan ke atas.
2.1.4 Temperatur Air Dalam Tangki PAN “A”
a) Temperatur harian.
Temperatur mak. pada floating thermometer 24 °C
Temperatur min. pada floating thermometer 21 °C +
45 °C
Temperatur harian 2
45 = 22.5 °C
Pembulatan terdekat : 22.5 0C menjadi 23.0 0C dalam pengisian pada
format klimatologi tidak perlu ada dibelakang koma = 23 0C
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 9
b) Temperatur rata-rata harian.
Bulan April 29
29 29 29 29 30 29 30 30 31 27 29 27 29 28 29 30 30 28 28 28 28 27 28 28 28 28 28 30 29 30 Jumlah = 864 Rata-rata = 28,8 29,0.
2.1.5 Kecepatan Angin
Kecepatan angin di ukur dengan menggunakan alat Anemometer untuk
mendapatkan data kecepatan angin adalah tanggal pencatatan dikurang
tanggal sebelumnya.
a) Kecepatan harian.
Pembacaan tgl, 2 - 11 - 2009 = 104128
Pembacaan tgl, 1 - 11 - 2009 = 103072
Selisih 1056 x 100 = 104600 = 105.6 km/hari.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
10 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
b) Kecepatan angin rata-rata harian.
Bulan April 105.6 98.2 101.3 100.2 77.2 94.8 82.8 92.9 83.0 100.2 70.6 81.2 87.5 73.1 83.3 76.0 76.3 54.1 63.5 56.6 61.1 58.4 80.9 122.4 92.3 64.9 52.1 59.1 62.2 82.4 Jumlah = 2394.2
Rata –rata= 79.81 = 79.8 km/hari.
2.1.6 Lama Penyinaran Matahari
Dari pembakaran diagram sinar matahari, maka lamanya penyinaran matahari
perhitungannya sebagai berikut :
Gambar 2.2. Perhitungan Lama Penyinaran Matahari
Jarak antara garis panjang dengan garis panjang adalah satu jam ditulis 10,
dan antara garis panjang ke garis pendek adalah setengah jam ditulis 5. Hasil
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 11
pembacaan selama satu hari dibagi dengan 10, dan hasilnya kemudian dibagi
lagi dengan kemungkinan lamanya penyinaran matahari (semenjak terbit
matahari sampai terbenam, tanpa awan), setelah itu dikalikan 100 %.
Hasil yang terbakar untuk data tanggal 30 – 09 - 2010
Jam 7 – 8 = 5
8 – 9 = 10
9 – 10 = 10
10 – 11 = 10
11 – 12 = 10
12 – 13 = 10
13 – 14 = 10
14 – 15 = 10
15 – 16 = 10
Jumlah = 85
Jadi lama penyinaran = 10
85 = 8.5
Kemungkinan penyinaran untuk Ciparay bulan September adalah 12.04 jam,
yaitu dari waktu matahari terbit jam 05.43 sampai dengan waktu mata hari
terbenam jam 17.47.
Jadi lama penyinaran = % 100 x 12.4
8.5 = 70.60 % = 71 %.
2.2 Presipitasi
Presipitasi (juga dikenal sebagai satu kelas dalam hydrometeor, yang
merupakan fenomena atmosferik) adalah setiap produk dari kondensasi uap
air di atmosfer. Ia terjadi ketika atmosfer (yang merupakan suatu larutan gas
raksasa) menjadi jenuh dan air kemudian terkondensasi dan keluar dari
larutan tersebut (terpresipitasi). Udara menjadi jenuh melalui dua proses,
pendinginan atau penambahan uap air. (http://id.wikipedia.org/wiki/Presipitasi)
Presipitasi yang mencapai permukaan bumi dapat menjadi beberapa bentuk,
termasuk diantaranya hujan, hujan beu, hujan rintik, salju, sleet, ad hujan es.
Virga.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
12 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Untuk kajian ini presipitasi yang dimaksud adalah berkaitan dengan curah
hujan. Derajat atau besaran curah hujan dinyatakan dengan jumlah curah
hujan dalam suatu satuan waktu, satuan yang digunakan mm/jam dan disebut
intensitas curah hujan (Sosrodarsono dan Takeda 1978), tabel berikut
menyajikan keadaan curah hujan berkaitan dengan intensitasnya.
Tabel 2.3. Keadaan Curah Hujan dan Intensitas Curah Hujan
Keadaan Curah Hujan Intensitas Curah Hujan (Mm)
1 jam 24 jam
Hujan sangat ringan <1 <5
Hujan ringan 1-5 5-20
Hujan normal 5-10 20-50
Hujan lebat 10-20 50-100
Hujan sangat lebat >20 >100
2.3 Pengolahan Data Hujan
Data hujan diperoleh dari penakar Curah hujan yang dipasang pada suatu
tempat disebu Pos Hujan dengan persyaratan dan kerapatan antar pos
memnuhi kebutuhan keterwakilan suatu wilyah.
Terdapat dua macam penkar hujan yang lazim digunakan di Indonesia, yaitu:
a) Penakar curah hujan biasa; Peralatan penakar curah hujan biasa berupa
tabung/ corong yang mempunyai luas corong 100cm² dan 200cm².
Banyaknya curah hujan ditakar dengan gelas ukur sesuai dengan luas
corong alat hujan yang dipakai.
Cara pengamatan hujan dengan alat ini sebagai berikut:
Pelaksanaan penakaran dilakukan setiap pukul 07.00
Pembacaan data hujan dilakukan dengan tingkat ketelitian satu angka
dibelakang koma.
Data penakaran selanjutnya dicatat langsung pada formulir penakar
hujan yang tersedia
Apabila curah hujan kurang dari 0,1 dianggap 0, tidak diamati/rusak
diberi tanda strip
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 13
b) Penakar Curah hujan otomatik
Alat curah hujan otoatik mempunyai luas corong atas 200 cm2. Curah
hujan dicatat dengan system grafik yang dipasang pada tromol dan
digerakan dengan jam secara mekanis. Ada dua macam penakar hujan
otomatik yang perlu diketahui, yaitu:
Tipe siphon
Tipe tipping bucket.
Cara pengamatan:
Pergantian kertas grafik disesuaikan dengan macam kertasnya:
Pada setiap pemasangan kertas grafik sebaiknya ditulis informasi
yang diperlukan, misal: lokasi stasiun, jam/ tanggal/ bulan/ tahun
pemasangan atau pengambilan, tekanan air tandan, nama pengamat
Apabila curah hujan kurang dari 0,1 dianggap 0, tidak diamati/ rusak
diberi tanda strip
Cara pembacaan Grafik:
Grafik curah hujan yang dibaca setiap jamnya, kemudian dijumlahkan
untuk mendapatkan data hujan dalam sehari
Grafik curah hujan mingguan harus dibagi-bagi tiap jamnya terlebih
dahulu untuk memudahkan perhitungan guna mendapatkan distribusi
hujan tiap hari.
Saat ini telah dikembangkan sistem telemetring dimana data dari pengamatan
otomatik tidak dinyatakan dalam grafik tetapi dalam bentuk digital dan
tersimpan dalam peralatan penyimpan/ storage (modem) yang dapat
menyimpan data hujan menitan lebih dari satu tahun data dan dapat juga
ditransmisikan melalui jaringan GSM dan atau internet sehingga dapat
diketahui/ diambil secara real/ tepat waktu.
Hasil akhir pengolahan data hujan adalah tabulasi ketersediaan data hujan
dalam satu periode tertentu, umumnya adalah hujan harian dalam satu tahun,
jika sudah ada data ini maka tentu saja dapat dinyatakan juga dalam
mingguan, dasarian, tengah bulanan, dan bulanan, serta tahunan.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
14 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Untuk keperluan khusus data hujan yang diperlukan bukan data harian, tetapi
data harian maksimum (data intensitas hujan perhari tertinggi), dan jika
memungkinkan diperlukan juga berapa lama waktu hujan pada saat tersebut,
untuk informasi semacam ini hanya dapat diperoleh dari pengamatan hujan
otomatis (ARR), baik dalam bentuk grafik atau digital/ logger.
2.4 Pengolahan Data Debit Aliran
Analisis hidrologi pada ujungnya akan memghasikan besar aliran persatuan
waktu, hanya saja jumlah dan letak pos debit tidak sebanyak pos hujan,
karena itu selalu diperlukan data hujan karena tidak semua wilayah dapat
terwakili oleh pengamatan duga air.
Sub-bab berikut ini akan menjelaskan bagaimana data debit aliran ari suatu
Pos Duga Air (PDA) yang terpasang. Untuk mendapatkan data debit sungai
pada suatu lokasi pos duga air diperlukan lima tahap pelaksanaan pekerjaan,
yaitu:
a) Pengumpulan data tinggi muka air
b) Pengukuran debit sungai,
c) Perhitungan debit sungai
d) Pembuatan lengkung debit
e) Perhitungan dan evaluasi data debit.
2.5 Pengumpulan Data Tinggi Air Muka
Tinggi muka air sungai adalah tinggi permukaan air yang diukur dari titik
tertentu yang telah ditetapkan. Tinggi muka air dinyatakan dalam satuan meter
(m) atau centimeter (cm).
Pengamatan tinggi muka air dilakukan dengan dua jenis alat, yaitu :
a) Alat duga air biasa, berupa papan pencatatan tinggi muka air yang dibaca
sebanyak tiga kali sehari pada pukul 07.00, pukul 12.00 dan pukul 17.00.
Disamping itu dibaca setiap jam pada tinggi muka air tertentu seperti pada
saat banjir.
b) Alat duga air otomatik berupa alat yang dapat melakukan pencatatan
fluktuasi tinggi muka air secara otomatis. Hasil pencatatan berupa
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 15
hidrograf muka air yang menggambarkan hubungan antara muka air dan
waktu.
2.5.1 Pengukuran Debit Sungai
Prinsip pelaksanaan pengukuran debit sungai adalah mengukur luas
penampang basah, dan kecepatan aliran pada tinggi muka air sungai tertentu.
Debit dapat dihitung dengan rumus :
Keterangan:
Q = debit (m³/detik)
A = luas bagian penampang basah (m²)
V = kecepatan aliran rata-rata pada luas bagian penampang basah (m/detik)
a) Pengukuran Lebar Sungai
Pengukuran lebar sungai dilakukan dengan menggunakan alat ukur lebar.
Jenis alat ukur lebar harus disesuaikan dengan lebar penampang basah
dan sarana penunjang yang tersedia.
b) Pengukuran Kedalaman Sungai
Pengukuran kedalaman sungai dilaksanakan dengan menggunakan alat
ukur kedalaman di setiap penampang vertikal yang telah diukur jaraknya.
Jarak setiap penampang vertikal harus diusahakan serapat mungkin agar
debit tiap sub bagian penampang tidak lebih dari 5% dari debit seluruh
penampang basah.
c) Pengukuran Kecepatan Aliran
Kecepatan aliran rata-rata di suatu penampang basah diperoleh dari hasil
pengukuran kecepatan rata-rata di beberapa penampang vertikal.
Kecepatan rata-rata di suatu penampang vertikal diperoleh dari hasil
pengukuran kecepatan aliran satu titik, dua titik, tiga titik atau lrbih banyak
titik, yang pelaksanaannya tergantung pada kedalaman aliran, lebar aliran
dan sarana yang tersedia.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
16 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
2.5.2 Perhitungan Debit Sungai
Perhitungan debit pengukuran dilaksanakan dengan metode interval tengah
(Gambar 2.3)
Gambar 2.3. Perhitungan Debit Pengeluaran Dengan Metode Intrerval Tengah
2.5.3 Analisis Lengkung Debit (Rating Curve)
Dari data hasil pengukuran debit sungai dapat dibuat lengkung debit dengan
metoda grafis. Data pengukuran debit digambarkan pada kertas grafik
aritmatik (blangko lengkung debit),dengan skala mendatar merupakan nilai
debit sedangkan skala vertikal atau tegak merupakan ketinggian muka air.
Dengan demikian lengkung debit menyatakan hubungan antara tinggi muka
air dengan debit sungai.
Penggambaran lengkung debit harus memenuhi ketentuan ketentuan sebagai
berikut :
a) Minimum menggunakan satu mistar lengkung debit sesuai dengan posisi
data debit yan telah diplot pada kertas grafik.mistar lengkung debit
merupakan suatu garis persamaan yang menghubungkan setiap posisi
data debit:
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 17
b) Lengkung debit ditentukan berdasarkan urutan kronologis dari data
pengukuran debit dengan memperhatikan proses mengendapan dan
penggerusan yang terjadi.
c) Lengkung debit ditentukan mulai dari posisi debit pada muka air rendah,
muka air sedang sampai muka air tinggi.
d) Penentuan arah lengkung debit pada posisi muka air yang lebih tinggi
harus memperhatikan lengkung debit pada posisi muka air yang lebih
rendah.
e) Apabila telah tersedia lengkung debit dari suatu pos duga air yang
sama,maka lengkung debit tersebut harus digunakan sebagai dasar
dalam menentukan lengkung debit berikutnya.
f) Skala gambar lengkung debit untuk muka air rendah, muka air sedang
dan air tinggi harus dapat digambarkan pada suatu blangko lengkung
debit.
g) Kemiringan lengkung debit antara 30° sampai 45°.
Penggambaran lengkung debit dengan komputer
Dalam meningkatnya kualitas, reabilitas, ketelitian dan kecepatan pengolahan
datamaka telah dilakukan uji penyusunan lengkung debit dengan bantuan
program komputer.pembuatan lengkung debit beserta konversi muka air
menjadi debit aliran dengan menggunakan program Hymos.
Lengkung debit pada program Hymos dinyatajab dalam bentuk persamaan
eksponensial sebagai berikut:
Konstanta a, b dan c dihitung berdasarkan jumlah kuadrat terkecil pada
persamaan regresi tidak linear dengan menggunakan data pengukuran Q dan
H yang ada.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
18 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
2.5.4 Perhitungan dan Evaluasi Debit
a) Pengolahan Data Tinggi Muka Air
1) Tahap Persiapan
Pada tahap ini dilakukan koreksi, antara lain :
Tinggi muka air saat pemasangan dan pada saat pengambilan
grafik, terhadap pembacaan papan duga air;
“waktu”, saat pemasangan dan pengambilan skala waktu pada
grafik;
Pembalikan tinggi muka air;
Keterlambatan atau kecepatan putaran grafik;
Kedudukan elevasi nol papan duga;
Karena factor lain misalnya : pengaruh lumpur, pena blobor, grafik
bertingkat-tingkat dan sebagainya.
2) Tahap Perhitungan
Perhitungan dilaksanakan sebagai berikut
Data pembacaan papan duga
Tinggi muka air rata-rata harian dihitung dengan rumus :
Keterangan :
H = tinggi muka air rata-rata
h = tinggi muka air hasil pembacaan pada pukul 07.00
h ₂ = tinggi muka air hasil pembacaan pada pukul 12.00
h = tinggi muka air hasil pembacaan pada pukul 17.00
Sebelum dirata-rata harus diperiksa dulu kebenarannya.
Data pembacaan grafik muka air (MA)
Pembacaan grafik muka air dilaksanakan dengan menggunakan
ditigzer untuk memperoleh data muka air setiap jam. Apabila
dilaksanakan secara manual dilaksanakan dengan cara:
Apabila fluktuasi MA pada grafik tidak terlalu tajam maka
merata-rata Muka air menggunakan cara “cut and fill”.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 19
Apabila perubahan tinggi MA pada grafik terlalu tajam maka
merata-rata Muka Air dilakukan dengan cara dibaca setiap
jam (Sub Division). Tinggi muka air rata-rata dihitung dengan
rumus :
₂
Keterangan :
H : tinggi muka air harian rata-rata
H : tinggi muka air pada pukul 01.00
H₂ : tinggi muka air pada pukul 02.00
H₂₄ : tinggi muka air pada pukul 24.00
b) Perhitungan Debit Sungai
Setelah diperoleh data tinggi muka air setiap jam atau data tinggi muka air
harian rata-rata dan tabel aliran untuk setiap tinggi muka air, serta
besarnya koreksi penyimpangan maka debit harian rata-rata dapat
dihitung, dengan menggunakan formula dari rafting curve .
c) Evaluasi Debit Sungai
Debit harian rata-rata digambarkan pada kertas grafik dengan
menggunakan plotter dan program computer serta menghasilkan gambar
hidograph debit. Gambar hidograph debit dari dua atau lebih pos duga air
dibandingkan untuk menentukan kebenaran data debitnya.
2.5.5 Publikasi Debit Sungai
Data debit sungai yang dipublikasi adalah data yang sudah memenuhi syarat
teknis dan hasil evaluasi.
Hasil dari publikasi ini adalah data debit harian, untuk keperluan khusus
seperti halnya data hujan diperlukan juga data debit harian maksimum (debit
puncak/banjir pada tahun tersebut) dan disajikan khusus dengan grafiknya
mulai dari kondisi normal, terjadi peningkatan, puncak, penurunan, dan
kembali ke normal, data semacam ini hanya dapat diperoleh dari pos duga air
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
20 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
otomatis atau Automatic Water Level Recorder (AWLR), dalam bentuk grafik
atau digital dengan runtut waktu yang sangat pendek (menit).
2.6 Latihan
Jawablah soal-soal berikut ini!
1. Berikan uraian terkait dengan manfaat data hujan dalam perencanaan
SDA?
2. Berikan penjelasan terkait dengan manfaat dari data iklim/ klimatologi
pada perencanaan SDA?
3. Berikan penjelasan terkait dengan manfaat dari data debit pada
perencanaan SDA?
2.7 Rangkuman
Pengolahan data hidrologi dimulai dari pengolahan data hujan, pengolahan
data debit aliran, pengumpulan data tinggi air muka (perhitungan debit
sungai).
2.8 Evaluasi
Jawablah pertanyaan berikut ini, dengan melingkari jawaban yang Anda
anggap tepat!
1. Data Hidrologi apa yang diperlukan untuk perhitungan besarnya
evapotranspirasi.....
a. Data sedimentasi
b. Data debit
c. Data iklim
d. Semua Salah
2. Metoda Thissen digunakan untuk mengitung .....
a. Besarnya debit aliran
b. Rata – Rata Curah hujan
c. Besarnya evapotranspirasi
d. Semua Salah
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 21
3. Metoda yang digunakan untuk menghitung besarnya evapotranspirasi
adalah.....
a. Metoda Thornwaite
b. Metoda Penman
c. Metoda Radiasi
d. Semua Benar
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 23
BAB III
KETERSEDIAAN AIR DAN KAPASITAS WADUK
3.1 Umum
Perencanaan suatu proyek penampungan air atau waduk adalah berdasarkan
estimasi atau perkiraan ketersediaan air untuk menjamin suplesi air setiap
tahunnya, baik musim hujan maupun musim kering atau kemarau. Hal
tersebut tidak hanya mencakup kapasitas tamping waduk dan tinggi
bendungan sesuai dengan ketersediaan airnya, tetapi jug seluruh sistim utilasi
harus didesain berdasarkan kebutuhan dan manfaatnya, misalnya kapasitas
terpasang dari PLTA, sistim distribusi irigasi dan lain sebagainya.
Estimasi benefit/ keuntungan yang dihitung berdasarkan dari estimasi
ketersediaan/ suplesi air akan menentukan kelayakan ekonomi dari suatu
bendungan, tergantung dari estimasi data hidrologi. Jadi, tujuan dari studi
hidrologi adalah untuk memperoleh seteliti mungkin pola runoff di daerah
lokasi rencana bendungan bila data aliran dapat diperoleh langsung dari
stasiun pengukur aliran di dekat lokasi rencana bendungan, masalahnya
menjadi mudah dan sederhana, yang kenyataannya hal tersebut tidak selalu
demikian, sehingga perlu dilakukan pendekatan dengan menggunakan data
curah hujan. Estimasi ketersediaan air tersebut dapat dilakukan dengan cara
membuat kurva dari data hidrograf aliran minimal 20 tahun, cara tersebut
dikenal sebagai kurva massa (mass curve), yakni dengan membuat plot/grafik
antara akumulasi aliran terhadap waktu (gambar 3.1)
Tujuan lain dari studi hidrologi tersebut adalah untuk menentukan hidrograf
untuk banjir desain tertentu untuk menentukan kapasitas spillway, saluran
pengelak/ cofferdam, dll.
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan tentang
ketersediaan air dan kapasitas waduk.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
24 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
3.2 Ketersediaan Air/ Debit Andalan
3.2.1 Pendekatan dan Metodologi
Pendekatan dan metodologi yang dapat digunakan untuk menentukan
ketersediaan air atau debit andalan sangat tergantung pada ketersediaan
data.
a) Data yang diperlukan untuk analisis ketersediaan air adalah data debit
tahunan, bulanan atau harian dengan periode pencatatan cukup panjang
yaitu lebih besar dari 10 tahun untuk analisis harian, 20 tahun untuk
analisis bulanan dan 30 tahun untuk analisis tahunan.
b) Untuk ketelitian yang lebih tinggi, sangat disarankan menggunakan data
observasi harian dengan panjang data lebih besar dari 30 tahun. Data
harus merupakan hasil rekaman pos duga air di lokasi bendungan atau
dekat di sebelah hulu atau hilirnya.
c) Bilamana data yang tersedia sangat pendek lebih kecil dari 10 tahun, dan
data curah hujan tidak tersedia atau perioda pengamatannya mendekati
perioda pengamatan debit maka metoda yang dapat digunakan adalah
metoda stohastik.
d) Bila data debit tersedia dalam perioda yang tidak panjang sedangkan data
curah hujan yang ada pada DPS tersebut cukup panjang maka dapat
digunakan metoda deterministic dengan model rainfall-runoff dimana data
hujan yang panjang dikonversikan ke data debit dengan menggunakan
model tersebut setelah melewati tahapan kalibrasi.
3.2.2 Prosedur Perhitungan
a) Tahapan perhitungan lengkung kekerapan untuk data menerus
Tahapan perhitungan menggunakan lengkung kekerapan dengan data
menerus dapat disusun sebagai berikut :
1) Kumpulkan data debit dengan interval waktu sesuai tujuan
perhitungan;
2) Uji data debit yang akan digunakan secara statistik;
3) Periksa panjang pencatatan data debit, jika data yang tersedia lebih
dari 10 tahun dapat langsung digunakan, jika panjang pencatatan data
kurang dari 10 tahun maka perlu dilakukan pengisian data mengikuti
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 25
pedoman no. Pd. T-24-2004-A dengan judul pengisian kekosongan
data hujan dengan metode korelasi distandarisasi non linier bertingkat;
4) Susun seluruh data debit dari besar ke kecil;
5) Tentukan nomor urut data;
6) Hitung probabilitas dari setiap data berdasarkan nomor urut data
dengan menggunakan rumus (3.1);
Formula yang digunakan untuk memplot lengkung aliran durasi dapat
dinyatakan sebagai berikut :
FN [x(i)] = (i-) / (N+1-2) (3.1)
Dimana x(i) adalah observasi terbesar, N adalah jumlah data,
sedangkan i adalah nomor urut dari 1 s/d Jumlah data (N), Data debit
diurut dari besar ke Kecil dan adalah parameter yang sangat
tergantung pada fungsi distribusi dari datanya.
= 3/8 (Blom Formula, Normal Distribusi)
= 0.44 (Gringorten Formula, Gumble Distribusi)
= 0 (Weibull Formula)
= ½ (Hazen Formula)
= 2/5 (Cunnane Formula)
Formula Weibull banyak digunakan untuk analisis hidrologi.
h) Hitung debit andalan berdasarkan probabilitas yang diinginkan, bila
probabilitas yang ada tidak sesuai dengan yang diinginkan maka
dapat dilakukan interpolasi.
i) Rubah probabilitas dari debit andal menjadi kala ulang dengan
menggunakan rumus (3.2).
)(
1
))(1(
1
xXPxXPT
(3.2)
T adalah jumlah tahun yang menunjukkan probabilitas kegagalan
(debit yang terjadi x m3/det) rata-rata sekali dalam T tahun, dapat
disebut sebagai kala ulang. P adalah probabilitas yang didapat dari
persamaan 3.1.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
26 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Untuk lebih jelasnya tahapan perhitungan dapat dilihat pada Gambar
3.1.
Gambar 3.1. Diagram Alir Perhitungan Lengkung Kekerapan Untuk Data Menerus
b) Prosedur perhitungan lengkung kekerapan untuk data tidak menerus
(terbagi dalam suatu jangka waktu)
Tahapan perhitungan debit andalan menggunakan lengkung kekerapan
untuk deret data menerus (bulan perbulan atau 10 hari persepuluh hari
atau 2 minggu perdua minggu) dapat disusun sebagai berikut :
a) Kumpulkan data debit dengan interval waktu sesuai tujuan
perhitungan;
b) Uji data debit yang akan digunakan secara statistik;
c) Periksa panjang pencatatan data debit, jika data yang tersedia lebih
dari 10 tahun dapat langsung digunakan, jika panjang pencatatan data
kurang dari 10 tahun maka perlu dilakukan pengisian data mengikuti
Pengumpulan Data Pengujian Data
Debit Andalan
Penyusunan Data dari Besar ke
Kecil untuk seluruh data
Perhitungan Besarnya
Probabilitas/ Kala ulang untuk
setiap data debit
Pengisian atau Perpanjangan
Data
Ya
Tidak Jumlah Data (N )>10 Tahun?
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 27
pedoman no. Pd. T-24-2004-A dengan judul pengisian kekosongan
data hujan dengan metode korelasi distandarisasi non linier bertingkat;
d) Susun data debit dari besar ke kecil untuk setiap selang waktu yang
akan digunakan, misal data bulan Januari dan seterusnya atau tengah
bulan pertama bulan Januari dan seterusnya sampai Desember;
e) Tentukan nomor urut data;
f) Hitung probabilitas dari setiap data berdasarkan nomor urut data
dengan menggunakan rumus (1);
g) Hitung debit andalan berdasarkan probabilitas yang diinginkan, bila
probabilitas yang ada tidak sesuai dengan yang diinginkan maka
dapat dilakukan interpolasi;
h) Hitung kala ulang dari debit andalan menggunakan rumus (3.2).
Untuk lebih jelasnya tahapan perhitungan dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Diagram Alir Perhitungan Lengkung Kekerapan Untuk Data Tidak Menerus
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
28 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
3.2.3 Contoh Perhitungan Debit Andalan/ Ketersediaan Air
a) Perhitungan Debit Andalan Menerus
Tabel 3.1. Tahap 1: Pengumpulan Seluruh Data
Tahap 1 : Kumpulkan seluruh data
No urut Debit No urut Debit No urut Debit No urut Debit No urut Debit
1 5,18 31 0,88 61 9,29 91 2,59 121 10,9
2 8,58 32 1,19 62 15,2 92 1,75 122 5,14
3 6,63 33 0,95 63 6,46 93 1,65 123 3,81
4 6 34 3,94 64 4,06 94 1,69 124 3,12
5 3,53 35 3,68 65 2,5 95 5,08 125 2,02
6 4,48 36 6,35 66 1,8 96 6,24 126 1,59
7 1,86 37 6,48 67 1,46 97 4,33 127 1,17
8 1,5 38 8,81 68 0,8 98 6,43 128 0,76
9 5 39 8,01 69 0,67 99 5,64 129 0,72
10 4,42 40 4,55 70 2,34 100 4,15 130 0,81
11 8,37 41 5,12 71 4,95 101 3,75 131 1,37
12 4,46 42 3,43 72 5,71 102 2,96 132 5,72
13 15,4 43 2,07 73 6,83 103 1,5 133 3,65
14 12,5 44 2,5 74 6,21 104 0,67 134 4,53
15 6,97 45 2,3 75 6,17 105 0,8 135 2,75
16 4,2 46 2,33 76 5,06 106 2,1 136 1,71
17 2,45 47 2,42 77 3,66 107 3,5 137 1,12
18 1,6 48 4,41 78 3,42 108 3,69 138 0,92
19 0,83 49 12,5 79 1,34 109 4,97 139 0,62
20 0,43 50 7,35 80 1,67 110 6 140 0,49
21 0,37 51 6,51 81 2,64 111 4,83 141 0,49
22 0,57 52 4,05 82 5,27 112 3,81 142 0,77
23 1,18 53 4,91 83 6,91 113 1,93 143 1,51
24 2,79 54 5,25 84 8,36 114 1,52 144 1,97
25 5,14 55 2,52 85 10,2 115 1,48
26 6,2 56 2,16 86 16,1 116 1,4
27 6,12 57 2,58 87 3,62 117 1,34
28 3,93 58 1,66 88 8,57 118 2,54
29 4,44 59 1,56 89 8,46 119 3,62
30 1,53 60 5,69 90 4,53 120 3,7
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 29
Tabel 3.2. Tahap 2: Mengurutkan Data dari Besar ke Kecil
Gambar 3.3. Lengkung Kekerapan dengan Data Menerus
Tahap 1 : Kumpulkan seluruh data
No urut Debit No urut Debit No urut Debit No urut Debit No urut Debit
1 5,18 31 0,88 61 9,29 91 2,59 121 10,9
2 8,58 32 1,19 62 15,2 92 1,75 122 5,14
3 6,63 33 0,95 63 6,46 93 1,65 123 3,81
4 6 34 3,94 64 4,06 94 1,69 124 3,12
5 3,53 35 3,68 65 2,5 95 5,08 125 2,02
6 4,48 36 6,35 66 1,8 96 6,24 126 1,59
7 1,86 37 6,48 67 1,46 97 4,33 127 1,17
8 1,5 38 8,81 68 0,8 98 6,43 128 0,76
9 5 39 8,01 69 0,67 99 5,64 129 0,72
10 4,42 40 4,55 70 2,34 100 4,15 130 0,81
11 8,37 41 5,12 71 4,95 101 3,75 131 1,37
12 4,46 42 3,43 72 5,71 102 2,96 132 5,72
13 15,4 43 2,07 73 6,83 103 1,5 133 3,65
14 12,5 44 2,5 74 6,21 104 0,67 134 4,53
15 6,97 45 2,3 75 6,17 105 0,8 135 2,75
16 4,2 46 2,33 76 5,06 106 2,1 136 1,71
17 2,45 47 2,42 77 3,66 107 3,5 137 1,12
18 1,6 48 4,41 78 3,42 108 3,69 138 0,92
19 0,83 49 12,5 79 1,34 109 4,97 139 0,62
20 0,43 50 7,35 80 1,67 110 6 140 0,49
21 0,37 51 6,51 81 2,64 111 4,83 141 0,49
22 0,57 52 4,05 82 5,27 112 3,81 142 0,77
23 1,18 53 4,91 83 6,91 113 1,93 143 1,51
24 2,79 54 5,25 84 8,36 114 1,52 144 1,97
25 5,14 55 2,52 85 10,2 115 1,48
26 6,2 56 2,16 86 16,1 116 1,4
27 6,12 57 2,58 87 3,62 117 1,34
28 3,93 58 1,66 88 8,57 118 2,54
29 4,44 59 1,56 89 8,46 119 3,62
30 1,53 60 5,69 90 4,53 120 3,7
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
30 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
b) Contoh Perhitungan Debit Andal/ Ketersediaan Air Tidak Menerus (Setiap
Bulan)
Tabel 3.3. Data Asli
No Tahun 19
85 87 88 89 90 91 92 93 95 96 97 99
1 5,18 15,4 5,14 6,48 12,5 9,29 6,83 10,2 4,33 4,97 10,9 3,65
2 8,58 12,5 6,2 8,81 7,35 15,2 6,21 16,1 6,43 6 5,14 4,53
3 6,63 6,97 6,12 8,01 6,51 6,46 6,17 3,62 5,64 4,83 3,81 2,75
4 6 4,2 3,93 4,55 4,05 4,06 5,06 8,57 4,15 3,81 3,12 1,71
5 3,53 2,45 4,44 5,12 4,91 2,5 3,66 8,46 3,75 1,93 2,02 1,12
6 4,48 1,6 1,53 3,43 5,25 1,8 3,42 4,53 2,96 1,52 1,59 0,92
7 1,86 0,83 0,88 2,07 2,52 1,46 1,34 2,59 1,5 1,48 1,17 0,62
8 1,5 0,43 1,19 2,5 2,16 0,8 1,67 1,75 0,67 1,4 0,76 0,49
9 5 0,37 0,95 2,3 2,58 0,67 2,64 1,65 0,8 1,34 0,72 0,49
10 4,42 0,57 3,94 2,33 1,66 2,34 5,27 1,69 2,1 2,54 0,81 0,77
11 8,37 1,18 3,68 2,42 1,56 4,95 6,91 5,08 3,5 3,62 1,37 1,51
12 4,46 2,79 6,35 4,41 5,69 5,71 8,36 6,24 3,69 3,7 5,72 1,97
Tabel 3.4. Tahap 1: Pengelompokan Data Berdasarkan Kurun Waktu (Bulan)
No Bulan ke-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 15,40 16,10 8,01 8,57 8,46 5,25 2,59 2,50 5,00 5,27 8,37 8,36
2 12,50 15,20 6,97 6,00 5,12 4,53 2,52 2,16 2,64 4,42 6,91 6,35
3 10,90 12,50 6,63 5,06 4,91 4,48 2,07 1,75 2,58 3,94 5,08 6,24
4 10,20 8,81 6,51 4,55 4,44 3,43 1,86 1,67 2,30 2,54 4,95 5,72
5 9,29 8,58 6,46 4,20 3,75 3,42 1,50 1,50 1,65 2,34 3,68 5,71
6 6,83 7,35 6,17 4,15 3,66 2,96 1,48 1,40 1,34 2,33 3,62 5,69
7 6,48 6,43 6,12 4,06 3,53 1,80 1,46 1,19 0,95 2,10 3,50 4,46
8 5,18 6,21 5,64 4,05 2,50 1,60 1,34 0,80 0,80 1,69 2,42 4,41
9 5,14 6,20 4,83 3,93 2,45 1,59 1,17 0,76 0,72 1,66 1,56 3,70
10 4,97 6,00 3,81 3,81 2,02 1,53 0,88 0,67 0,67 0,81 1,51 3,69
11 4,33 5,14 3,62 3,12 1,93 1,52 0,83 0,49 0,49 0,77 1,37 2,79
12 3,65 4,53 2,75 1,71 1,12 0,92 0,62 0,43 0,37 0,57 1,18 1,97
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 31
Tabel 3.5. Tahap 2: Pengurutan Data Dari Besar Ke Kecil
No Bulan ke-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 15,40 16,10 8,01 8,57 8,46 5,25 2,59 2,50 5,00 5,27 8,37 8,36
2 12,50 15,20 6,97 6,00 5,12 4,53 2,52 2,16 2,64 4,42 6,91 6,35
3 10,90 12,50 6,63 5,06 4,91 4,48 2,07 1,75 2,58 3,94 5,08 6,24
4 10,20 8,81 6,51 4,55 4,44 3,43 1,86 1,67 2,30 2,54 4,95 5,72
5 9,29 8,58 6,46 4,20 3,75 3,42 1,50 1,50 1,65 2,34 3,68 5,71
6 6,83 7,35 6,17 4,15 3,66 2,96 1,48 1,40 1,34 2,33 3,62 5,69
7 6,48 6,43 6,12 4,06 3,53 1,80 1,46 1,19 0,95 2,10 3,50 4,46
8 5,18 6,21 5,64 4,05 2,50 1,60 1,34 0,80 0,80 1,69 2,42 4,41
9 5,14 6,20 4,83 3,93 2,45 1,59 1,17 0,76 0,72 1,66 1,56 3,70
10 4,97 6,00 3,81 3,81 2,02 1,53 0,88 0,67 0,67 0,81 1,51 3,69
11 4,33 5,14 3,62 3,12 1,93 1,52 0,83 0,49 0,49 0,77 1,37 2,79
12 3,65 4,53 2,75 1,71 1,12 0,92 0,62 0,43 0,37 0,57 1,18 1,97
Tabel 3.6. Tahap 3: Perhitungan Probabilitas Dengan Rumus P=m/(n+1)
No Probabilitas Bulan ke-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 0,08 15,40 16,10 8,01 8,57 8,46 5,25 2,59 2,50 5,00 5,27 8,37 8,36
2 0,15 12,50 15,20 6,97 6,00 5,12 4,53 2,52 2,16 2,64 4,42 6,91 6,35
3 0,23 10,90 12,50 6,63 5,06 4,91 4,48 2,07 1,75 2,58 3,94 5,08 6,24
4 0,31 10,20 8,81 6,51 4,55 4,44 3,43 1,86 1,67 2,30 2,54 4,95 5,72
5 0,38 9,29 8,58 6,46 4,20 3,75 3,42 1,50 1,50 1,65 2,34 3,68 5,71
6 0,46 6,83 7,35 6,17 4,15 3,66 2,96 1,48 1,40 1,34 2,33 3,62 5,69
7 0,54 6,48 6,43 6,12 4,06 3,53 1,80 1,46 1,19 0,95 2,10 3,50 4,46
8 0,62 5,18 6,21 5,64 4,05 2,50 1,60 1,34 0,80 0,80 1,69 2,42 4,41
9 0,69 5,14 6,20 4,83 3,93 2,45 1,59 1,17 0,76 0,72 1,66 1,56 3,70
10 0,77 4,97 6,00 3,81 3,81 2,02 1,53 0,88 0,67 0,67 0,81 1,51 3,69
11 0,85 4,33 5,14 3,62 3,12 1,93 1,52 0,83 0,49 0,49 0,77 1,37 2,79
12 0,92 3,65 4,53 2,75 1,71 1,12 0,92 0,62 0,43 0,37 0,57 1,18 1,97
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
32 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Tabel 3.7. Tahap 4: Perhitungan Debit Andal (Probabilitas 80 % atau Kala Ulang 5 Tahun)
Probabilitas Bulan ke-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0,8 4,71 5,66 3,73 3,53 1,98 1,53 0,86 0,60 0,60 0,79 1,45 3,33
Gambar 3.4. Lengkung Kekerapan Untuk Data Tidak Menerus
3.3 Kapasitas Waduk
Ada dua metode dasar untuk menentukan kapasitas waduk, yaitu pendekatan
grafis dengan metode Rippl dan pendekatan numeric (Sequent Peak
Algorithm). Kedua metode memanfaatkan periode kritis, yang merupakan
periode aliran keluar (permintaan atau pengambilan) dari waduk lebih besar
daripada aliran masuk. Perbedaan daam akumulasi pengambilan dan
akumulasi aliran masuk selama periode kritis adalah penyimpanan yang
diperlukan untuk memasok kebutuhan yang diminta dalam periode kritis (atau
untuk menjamin ketersediaan yang aman). Jika periode waktu yang ditinjau
mencakup lebih dari satu periode kritis, penyimpanan maksimum waduk
terbesar diambil sebagai kapasitas waduk.
Jelas bahwa jika perhitungan kapasitas waduk didasarkan pada satu tahun
data, hal itu mungkin tidak representative, karena tahun yang mewakili
mungkin lebih kering atau lebih basah dari biasanya. Seri data minimum 20
tahun atau lebih panjang pencatatan data direkomendasikan untuk digunakan
sebagai periode desain.
Lengkung Kekerapan untuk Data Tidak Menerus
0
1
2
3
4
5
6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Bulan
Deb
it (
m3/d
et)
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 33
3.3.1 Pendekatan Grafis dengan Metode Rippi
Pendekatan grafik hanya dapat diterapkan pada rancangan pengambilan air
waduk yang konstan. Metode ini membutuhkan aliran masuk diakumulasikan
dan diplot, yang biasanya dilakukan secara bulanan. Kapasitas tampungan
yang diperlukan diperoleh dengan menggambar garis singgung pada awal
periode kritis dan dari akhir periode kritis. Masa kritis mencakup pada bulan-
bulan selama aliran masuk kurang dari aliran keluar. Tabel 3.8 adalah contoh
waduk pada satu tahun tertentu dengan perhitungan dilaksanakan selama 24
bulan. Seri data pada tahun tersebut diulang, karena periode kritis tidak dapat
diakhiri sebelum akhir tahun.
Aliran masuk pertama-tama dikonversi dari m³/s ke dalam m³ (10⁶) per bulan.
Outflow diambil konstan dan sama dengan rata-rata aliran, yang dikenal
sebagai kasus waduk yang ideal. Contoh ini menunjukkan bahwa aliran keluar
dari bulan Mei seterusnya lebih besar daripada aliran masuk. Sejak saat itu
pengurangan waduk adalah untuk mencapai tingkat minimum pada bulan
November dan garis tangent yang menyinggung aliran kumulatif pada bulan
April adalah penyimpangan air yang diperlukan untuk mempertahankan
pengambilan konstan. Estimasi lengkung maa dan garis singgungnya diplot
dalam Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Contoh Metode Rippl dengan Kebutuhan = Inflow Rata-Rata
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
34 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Tabel 3.8. Contoh Metode Rippl dengan Kebutuhan = Inflow Rata-Rata
Pengambilan air biasanya ditentukan lebih kecil dari rata-rata inflow untuk
mengurangi tinggi bendungan dan beayanya. Jika pengambilan air waduk
tersebut diambil sama dengan 2/3 dari aliran masuk rata-rata, kapasitas
waduk yang diperlukan berkurang sekitar setengah dari nilai untuk kasus
waduk yang ideal (lihat Tabel 3.5 dan Gambar 3.8). Sebagai konsekuensinya
1/3 dari aliran masuk melimpas keluar melalui pelimpah dan hal ini dapat
dimanfaatkan untuk produksi energi.
3.3.2 Pendekatan Numerik (Sequent Peak Algorithm)
Pendekatan numerik sangat cocok untuk konsep yang tidak konstan dalam
waktu. Prosedur menghitung untuk setiap t bulan deficit penyimpanan S dalam
waduk sebagai berikut :
Inflow Inflow Kumulatif Outflow Kumulatif Kumulatif Kapasitas
(m3/s) (10^6m3) Inflow (m3/s) Outflow Outlow - Inflow Waduk
(10^6m3) (Av.Inflow) (10^6m3) (10^6m3) (10^6m3)
0
J 448 1200 1200
F 506 1224 2424
M 183 489 2913
A 173 449 3362 3362 0
M 119 318 3680 417 3779 99
J 56 144 3824 417 4196 372
J 37 100 3924 417 4614 690
A 15 39 3963 417 5031 1068
S 9.3 24 3987 417 5448 1461
O 15 39 4026 417 5865 1839
N 76 197 4223 417 6282 2059 2059
D 292 783 5006 417 6699 1693
J 448 1200 6206 417 7117 911
F 506 1224 7430 417 7534 104
M 183 489 7919 417 7951 32
A 173 449 8368 417 8368 0
M 119 318 8686 417 8785 99
J 56 144 8830 417 9202 372
J 37 100 8930 417 9620 690
A 15 39 8969 417 10037 1068
S 9.3 24 8993 417 10454 1461
O 15 39 9032 417 10871 1839
N 76 197 9229 417 11288 2059 2059
D 292 783 10012 417 11705 1693
Average 417
Bulan
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 35
Gambar 3.6. Contoh Metode Rippl dengan Kebutuhan = 2/3 Inflow Rata-Rata
Dengan :
O : Aliran Keluar (Outflow)
I : Aliran Masuk (Inflow)
Untuk memudahkan, dipakai contoh sebelumnya dengan kebutuhan air=2/3
debit inflow rata-rata. Seperti pada Tabel 3.9 dan gambar 3.6. Selama delapan
bulan pertama aliran keluar sama dengan 0,5 Inflow rata-rata dan dalam 4
bulan terakhir kebutuhan air sama dengan dua kali Inflow rata-rata. Perlu
dicatat bahwa aliran keluar tahunan rata-rata sama dengan 2/3 Inflow rata-rata
sama seperti pada contoh sebelumnya.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
36 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Tabel 3.9. Contoh Metode Rippl dengan Kebutuhan =2/3 Inflow rata-rata
Gambar 3.7. Contoh Metode Rippl dengan Kebutuhan =2/3 Inflow rata-rata
Inflow Inflow Kumulatif Outflow Kumulatif Kumulatif Kapasitas
(m3/s) (10^6m3) Inflow (m3/s) Outflow Outlow - Inflow Waduk
(10^6m3) (2/3 Inflow) (10^6m3) (10^6m3) (10^6m3)
0
J 448 1200 1200
F 506 1224 2424
M 183 489 2913
A 173 449 3362
M 119 318 3680 3680 0
J 56 144 3824 278 3958 134
J 37 100 3924 278 4237 313
A 15 39 3963 278 4515 552
S 9.3 24 3987 278 4793 806
O 15 39 4026 278 5071 1045
N 76 197 4223 278 5350 1127 1127
D 292 783 5006 278 5628 622
J 448 1200 6206
F 506 1224 7430
M 183 489 7919
A 173 449 8368
M 119 318 8686 278 8686 0
J 56 144 8830 278 8964 134
J 37 100 8930 278 9243 313
A 15 39 8969 278 9521 552
S 9.3 24 8993 278 9799 806
O 15 39 9032 278 10077 1045
N 76 197 9229 278 10356 1127 1127
D 292 783 10012 278 10634 622
Average 417
Bulan
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 37
3.4 Penentuan Tinggi Bendungan
Tinggi bendungan dapat ditentukan oleh mengetahui kapasitas atau volume
waduk yang disesuaikan dengan kebutuhan, seperti diuraikan di atas dengan
menggunakan kurva elevasi dan volume waduk yang dibutuhkan, sebagai
berikut:
a) Tentukan volume air yang dibutuhkan, sesuai dengan manfaat waduk,
misalnya untuk irigasi, listrik air baku,dan lain-lainnya, sesuai dengan
proyeksi waktu tertentu.
b) Plot-kan kebutuhan air pada kurva kumulatif aliran vs waktu seperti pada
gambar di atas, misalnya garis putus-putus warna merah.
c) Tarik garis melalui puncak kurva suatu garis yang sejajar dengan garis
kebutuhan tersebut.
d) Melalui suatu titik pada lembah kurva, tarik garis vertikal yang memotong
garis sejajar tersebut.
e) Ukur garis potong tersebut yang menyatakan volume air yang harus
ditampung, sesuai dengan kebutuhan.
f) Tarik garis pada kurva elevasi vs volume waduk (yang sebelumnya sudah
dibuat terlebih dahulu), sehingga diperoleh elevasi muka air waduk
normal. Dengan menambahkan suatu tinggi jagaan dapat diperoleh
elevasi puncak atau tinggi bendungan.
3.5 Latihan
Jawablah soal-soal berikut dengan benar!
1. Bagaimana pendapat Saudara/i terkait dengan tata guna lahan terhadap
perubahan kapasitas tampung suatu waduk ?
2. Pada kondisi dimana debit pengamatan aliran masuk ke waduk tidak
teramati, langkah apa yang Saudara/i akan lakukan untuk memperkirakan
besarnya inflow yang masuk ke waduk. Berikan uraiannya.
3. Bangunan air apa yang saudara harus rencanakan jika ketersediaan air di
suatu DAS tidak memadai untuk pemenuhan kebutuhan airnya, data
hidrologi apa yang Saudara/i butuhkan?
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
38 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
3.6 Rangkuman
Perencanaan suatu proyek penampungan air atau waduk adalah berdasarkan
estimasi atau perkiraan ketersediaan air untuk menjamin suplesi air setiap
tahunnya, baik musim hujan maupun musim kering atau kemarau. Hal
tersebut tidak hanya mencakup kapasitas tamping waduk dan tinggi
bendungan sesuai dengan ketersediaan airnya, tetapi jug seluruh sistim utilasi
harus didesain berdasarkan kebutuhan dan manfaatnya, misalnya kapasitas
terpasang dari PLTA, sistim distribusi irigasi dan lain sebagainya.
3.7 Evaluasi
Jawablah pertanyaan berikut ini, dengan melingkari jawaban yang Anda
anggap tepat!
1. Besarnya inflow ke waduk dapat ditentukan dari....
a. Pengamatan debit aliran sungai-sungai disekeliling waduk
b. Dari perhitungan keseimbangan tata air di DAS
c. Dari pemeruman
d. Semuanya benar
2. Kapasitas tampung waduk dapat dihitung jika diketahui.....
a. Data inflow yang masuk kewaduk
b. Data kebutuhan air dihilir waduk
c. a dab b benar
d. Semuanya salah
3. Perubahan tata guna lahan dari hutan ke pemukiman akan berpengaruh
pada.....
a. Berkurangnya volume air pada musim hujan
b. Meningkatnya inflow ke waduk pada musim kemarau
c. Menurunnya frekwensi limpasan air melalui spilway
d. Semuanya salah
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 39
BAB IV
ANALISIS CURAH HUJAN DESAIN
4.1 Umum
Pada bagian ini akan dituliskan bagaimana analisis banjir desain dari data
hujan dimulai dari metode pendekatan hingga penentuan curah hujan desain
yang berisikan analisis frekuensi dan curah hujan maksimum boleh jadi (CMB)
atau Probable Maximum Precipitation.
4.2 Metode Pendekatan
4.2.1 Analisis Hujan
Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :
a) Pengelolaan data hujan, yang meliputi penyaringan atau pemeriksaan ata
dengan cara manual dan statistik serta pengisian data yang hilang.
b) Hitung hujan rata-rata dengan polygon Thiessen atau Isohiet
c) Analisis frekuensi hujan rata-rata dengan menggunakan cara distribusi
Gumbel, Log Pearson tipe III dan Log Normal.
d) Pemeriksaan kecocokan (goodness of fit) untuk memilih metode distribusi
yang paling cocok dengan metode Kolmogorov Smirnov dan Chi Square.
e) Tetapkan besar koefisien reduksi (Coefficient of reduction) dari analisis
DAD (Depth Area Duration) atau dari kurva koefisien reduksi PSA 007.
f) Hitung curah hujan DAS (basin rainfall) dari hasil analisis frekuensi
dikalikan dengan koefisien reduksi. Curah hujan DAS ini merupakan curah
hujan desain yang dicari.
g) Lakukan pula analisis curah hujan maksimum boleh jadi (CMB/PMPM)
dari masing-masing pos hujan untuk menghitung CMB-DAS.
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan analisis curah
hujan desain.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
40 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
4.2.2 Pola Distribusi Hujan Badai
Untuk menghitung jumlah hujan-limpasan dengan metode Unit Hidrograf
Sintetis, diperlukan pola distribusi hujan badai jam-jaman, yang meliputi :
a) Durasi hujan
b) Distribusi hujan
Durasi hujan dan distribusi hujan ini dapat disusun hidrograf hujan badai yang
menggambarkan hubungan antara intensitas hujan dengan interval waktu.
4.2.3 Hujan Efektif
Pada analisis hubungan hubungan hujan-limpasan, curah hujan total, harus
dirubah menjadi curah hujan efektif yaitu curah hujan yang menghasilkan
limpasan langsung (direct run-off). Curah hujan efektif adalah curah hujan total
dikurangi dengan kehilangan (losses) yang terdiri dari kehilangan awal dan
infiltrasi. Besar hujan yang terinfiltrasi dapat dihitung dengan metode Horton,
Indeks infiltrasi (Phi index) atau metode Green and Amps.
4.2.4 Analisis Hubungan Hujan-Limpasan
Untuk mendapatkan hidrograf banjir aliran masuk (inflow hydrograph) suatu
rencana bendungan, diperlukan hidrograf debit banjir sesaat hasil
pengamatan. Bila hidrograf pengamatan tidak tersedia, dapat dilakukan
analisis hubungan hujan dan limpasan dengan menggunakan metode unit
hidrograf satuan sintetik.
Ada beberapa jenis hidrograf satuan yang lazim digunakan di Indonesia yaitu
Synder, Clark, SCS, Gama I, Nakayasu, ITB-1, ITB-2,. Didalam SK SNI-18-
1989-F dan SNI Perhitungan Debit Banjir SNI 2415-2016 metode yang
direkomendasikan untuk digunakan adalah metoda Snyder, SCS dan Gama I.
Bila memungkinkan, seyogyanya unit hidrograf sintetis ini, diuji / dikalibrasi
dengan data pengamatan banjir dan curah hujan yang terjadi sbg penyebab
dari banjir yang terjadi. Didalam pemakaiannya, disarankan digunakan
beberapa metode yang selanjutnya diperbandingkan hasilnya dan dipilih yang
paling sesuai.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 41
Gambar 4.1. Diagram Analisis Banjir Desain dengan Hidrograf Satuan
4.3 Curah Hujan Desain
Curah hujan untuk periode ulang tertentu secara statistik dapat diperkirakan
berdasarkan seri data curah hujan harian maksimum tahunan (maximum
annual series) jangka panjang (> 20 tahun) dengan analis distribusi frekuensi.
Curah hujan desain saat ini biasanya dihitung untuk periode ulang 2, 5, 10, 20
atau 25, 100, dan 1000 tahun.
Hujan Titik
Pengujian Data (Outlier)
Analisa Frekwensi
Area Reduction Factor (ARF)
Distribusi Hujan Jam-jaman
Hujan DPS
Hujan Desain
Hujan efektif
Parameter DPS
Hidrograf Satuan
Sintetik
DEBIT DESAIN INFLOW
RESERVOIR ROUTING
DEBIT DESAIN OUT FLOW
M.A ALIRAN BANJIR OBSERVASI
(LENGKUNG DEBIT)
HIDROGRAF BANJIR
HUJAN EFEKTIF
HIDROGRAF
SATUAN AKTUAL
R-R MODEL
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
42 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Disamping curah hujan desain dengan periode ulang tersebut diatas,untuk
keperluan desain bangunan pelimpah perlu dihitung pula curah hujan
maksimum boleh jadi (CMB) atau “probable maximum precipitation” (PMP).
4.3.1 Analisis Frekuensi
Analisis frekuensi dilakukan untuk mencari distribusi yang sesuai dengan data
observasi yang teramati dari pos-pos hujan yang ada. Analisis frekuensi dapat
dilakukan dengan seri data hujan maupun data debit. Jenis distribusi frekuensi
yang banyak digunakan dalam Hidrologi adalah :
a) Ditribusi Gumbel
b) Distribusi Pearson dan Log Pearson tipe III
c) Ditribusi Gamma dan Log Gamma
d) Distribusi Normal dan Log Normal
Dalam kenyataanya jarang dijumpai data hujan atau data debit yang sesuai
dengan ditribusi normal.Masin-masing distribusi memiliki sifat-sifat khas,
sehingga setiap data hidrologi harus diuji kesesuaiannya dengan sifat statistic
masing-masing distribusi.pemeliharaan distribusi yang tidak tepat dapat
mengundang kesalahan yang cukup besar, dengan demikian pengambilan
salah satu distribusi secara sembarang sangat tidak dianjurkan.
Berikut sajian secara umum beberapa sifat khas masing-masing distribusi
Distribusi Normal
Memiliki sifat khas yaitu nilai asimetrisnya (skewness) hampir sama nol
(Cs~0) dengan Koefisien kurtosis = 3
Distribusi Log Normal
Memiliki sifat khas yaitu nilai asimetrisnya (skewness) Cs hampir sama
dengan 3 dan bertanda positif,atau dengan nilai Cs kira-kira sama dengan
tiga kali nilai koefisien variansi Cv.
Distribusi Gumbel tipe I
Memiliki sifat khas yaitu nilai asimetrisnya (skewness) Cs~1,1396
Distribusi mempunyai sifat khas yang dapat dipergunakan untuk
memperkirakan jenis distribusi lain.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 43
Untuk analisis frekuensi ini, data hujan yang dimaksud adalah data hujan rata-
rata DAS. Ada dua cara penyiapan data yang disarankan yang dianggap
paling baik,seperti berikut:
a) Data hujan DAS diperoleh dengan menghitung hujan rata-rata setiap hari
sepanjang data yang tersedia. Bila tersedia data 20 tahun, berarti
hitungan rata-rata diulang sebanyak 20x365=7300 kali. Cara ini yang
terbaik, akan tetapi memrlukan waktu penyiapan data yang cukup
panjang.
b) Pendekatan yang dapat dilakukan untuk menggantikan cara pertama
dilakukan seperti berikut ini.
1) Dalam satu tahun tertentu, untuk stasiun I dicari data hujan maksimum
tahunannya. Selanjutnya dicari hujan harian pada hari kejadian yang
sama dalam tahun yang sama, dan kemudian di hitung rata-rata DAS.
Masih dalam tahun yang sama, dicari hujan maksimum tahunan untuk
stasiun II. Untuk hari kejadian yang sama, hujan harian untuk stasiun-
stasiun lain dicari dan dirata-ratakan. Demikian selanjutnya sehingga
dlam satu tahun itu jika terdapat N buah staisun maka akan terdapat N
buah data hujan rata-rata DAS.
2) Untuk tahun berikutnya cara yang sama dilakukan untuk seluruh data
yang tersedia. Dengan cara ini, bila tersedia T tahub data dan dalam
DAS terdapat N stasiun hujan, maka setiap tahun akan terdapat N
data hujan rata-rata DAS, dan seluruhnya terdapat TxN data. Hujan
rata-rata yang diperoleh dengan cara ini dianggap sama (mendekati)
hujan-hujan terbesar yang terjadi. Oleh sebab itu, hujan maksimum
tahunan DAS tersebut sama dengan hujan maksimum yang diperoleh
dengan hitungan diatas setiap tahun. Cara ini ternyata memberikan
hasil yang sangat dekat dengan cara yang dianjurkan dalam butir 1.
Apabila dari data yang tersedia tidak mungkin dilakukan dengan
kedua cara tersebut diatas, maka dapat dilakukan penyiapan data
dengan cara ke 3.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
44 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
c) Analisis frekuensi dilakukan terhadap data hujan harian maksimum
tahunan pada setiap stasiun hujan (point rainfall) sepanjang data yang
tersedia. Hasil analisis frekuensi kemudian dirata-ratakan sehingga
mendapatkan curah hujan rata-rata rencana untuk berbagai perioda ulang.
Selanjutnya curah hujan rata-rata dikalikan dengan koefisien reduksi dari
perhitungan DAD (Depth Area Duration) atau berdasarkan koefisien reduksi
luas wilayah (ARF), sehingga diperoleh curah hujan DAS.
Perhitungan debit banjir dapat dilakukan dengan pendekatan analisis dengan
prosedur sebagai berikut :
a) Bilamana data mengikuti Fungsi Distribusi Gumbel
Persamaan Gumbel untuk kala ulang (Tr)
)45,078,0 ySXX xTr
YSXX xTr .
1
2
2
N
XXS
i
x
Y = -ln (-ln (T
1T ))
dengan pengertian :
X = rata-rata tahunan dari seri data debit pengamatan banjir sesaat
Sx = simpangan baku
Y = perubahan reduksi
N = jumlah data
XTr = besarnya debit banjir rencanauntuk kala ulang Tr
Tr = periode ulang
Prosedur perhitungan debit banjir dengan metoda Gumbel :
1) Kumpulkan data debit banjir sesaat maximum > 20 tahun
2) Hitung parameter statistik dari data debit banjir sesaat ),,( X
X = rata-rata
= standar deviasi
= kemiringan (skewness)
= Koefisien kurtosis
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 45
3) Periksa apakah 1.14 dan kurtosis 5,4 jika ya maka dapat
menggunakan formula Gumbel, jika tidak pilih distribusi lainnya
4) Jika 1.14, hitung besarnya Y dan XTr dari persamaan-persamaan
tersebut di atas.
b) Bilamana data mengikuti Fungsi Distribusi selain Gumbel (Normal, Log
Normal, Gamma dan Pearson).
Fungsi distribusi lain yang dapat digunakan untuk analisis frekuensi
adalah seperti terlihat pada tabel 2 kolom 1, Untuk pemecahan fungsi
distribusi tersebut, persamaan fungsi distribusi perlu ditrasformasikan ke
standar gamma atau standar normal distribusi.
Distribusi Gamma, Log gamma, Pearson, Log Pearson ditransformasikan
ke distribusi standar gamma yang tersedia tabelnya (tabel 3, adalah tabel
standar gamma) sedangkan Distribusi Normal dan Log Normal
ditransformasikan ke distribusi standar normal yang juga tersedia tabelnya
(tabel 4 adalah tabel standar normal).
Dengan melakukan perhitungan besarnya rata-rata dari data pengamatan
puncak-puncak debit hasil pengamatan ( x atau x), standar deviasi (x)
dan skewness/ kemiringan (x) dapat dihitung parameter dari suatu fungsi
distribusi dengan prosedur sebagai berikut :
Hitung besarnya x (x) , x, dan x dari data puncak-puncak banjir
dengan periode > 20 tahun
Hitung besarnya parameter distribusinya, sebagai contoh untuk
perhitungan distribusi Pearson (parameter distribusinya a,b dan c)
2/1x
b
2b diketahui
ba 22x a diketahui
x = ab + c c diketahui
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
46 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Dengan menggunakan formula seperti terlihat pada tabel 2 kolom 5
dapat ditentukan besarnya debit banjir rencana dengan prosedur
sebagai berikut :
Tentukan besarnya periode ulang banjir
Hitung besarnya probabilitas kemungkinan terjadinya (p) = T
1 dan
Kemungkinan tidak terjadi (np) = 1 - T
1 (Tabel 3 dan 4)
untuk dapat w atau y
Dari parameter model dan nilai (y atau w), hitung besarnya debit banjir
rencananya
Berikut disajikan secara umum beberapa sifat khas masing-masing
distribusi.
Distribusi Normal
Memiliki sifat khas yaitu nilai asimetrisnya (skewness) hampir atau
sama dengan nol (Cs 0) dengan kurtosis 3
Distribusi Log Normal
Memiliki sifat khas yaitu nilai asimetrisnya (Skewness) Cs 3 dan
bertanda positif. Atau dengan nilai Cs kira-kira sama dengan tiga kali
nilai koefisien variassi Cv.
Distribusi Gumbel Tipe I
Memiliki sifat khas yaitu nilai asimetrisnya (skewness) Cs 1,1396.
Sedangkan nilai kurtosis Ck 5,4002
Distribusi Log Pearson Tipe III
Tidak mempunyai sifat khas yang dapat dipergunakan utuk
memperkirakan jenis distribusi ini.
Prosedur didalam menghitung besarnya banjir rencana dengan
menggunakan Normal Distribusi
Pilih puncak-puncak banjir setiap tahunnya (< 20 tahun)
Hitung parameter statistik yang terdiri dari rata-rata, standar deviasi
dan kemiringan data debit banjir ),,( X
Tentukan besarnya perioda ulang banjir yang akan dihitung
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 47
Hitung probabilitas kemungkinan terjadi (p) = 1/T dan kemungkinan
tidak terjadi (np) = 1 – 1/T
Lihat tabel stadard normal, tentukan nilai Y dari (np) yang dihitung
Hitung besarnya banjir rencana dengan formula
XTR= X + Y
dengan pengertian:
XTR adalah debit banjir rencana untuk suatu periode ulang Tr
X adalah rata-rata puncak debit banjir
adalah standar deviasi dari data puncak debit banjir
Y adalah nilai yang didapatkan dari tabel standar normal dan
tergantung pada perioda ulangnya
Prosedur didalam menghitung besarnya banjir rencana dengan
menggunakan log Normal distribusi ada 2 pendekatan :
1) Melogaritmakan data puncak debit banjir
2) Menghitung parameter fungsi distribusi log normal 3 parameter (a, c,
k)
Prosedur a :
1) Pilih puncak-puncak banjir setiap tahunnya (> 20 tahun)
2) Data puncak banjir dilogkan (log x1, log x2, log x3..... dst)
3) Misalkan Z1 = log xx1, Z2 = logx2 dst
Hitung parameter statistik dari data Z ( Z , Z , Z )
Tentukan besarnya periode ulang (T tahun) banjir yang akan dihitung
4) Hitung (P) = 1/T dan (np) = 1 - 1/T
5) Lihat tabel standar normal, tentukan nilai y dari (np) yang dihitung
6) Hitung besarnya ZTR = Z + z . Y
7) Hitung besarnya debit banjir rencana dengan formula
XTr = 10 TRZ
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
48 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Prosedur b:
Prosedur perhitungan debit banjir dengan fungsi distribusi log normal 3
parameter (a, c, dan k) :
1) Pilih puncak-puncak banjir setiap tahun pengamatan (> 20 tahun)
2) Hitung parameter statistik ( ,,X ) dari data debit tersebut
3) Hitung parameter fungsi distribusi
21
2u
1)1()1(3
1
213
1
21 22 uuuu
lnK
2/3)1(
C
23
CXa
4) Hitung (p) = 1/T dan (np) = 1 - 1/T
5) Dari tabel standard normal distribusi dan nilai kemungkinan tidak
terjadi (np) tentukan nilai y
6) Hitung besarnya banjir rencana
XTR= a + c exp (Ky)
Prosedur perhitungan debit banjir dengan fungsi distribusi Gamma
1) Pilih puncak-puncak banjir setiap tahun pengamatan (> 20 tahun)
2) Hitung parameter statistik ( X , , ) dari data debit tersebut
3) Hitung parameter fungsi distribusi
didapatbb
2
1
2
didapataba 22
4) Hitung (p) = 1/T dan (np) = 1 – 1/T
5) Dari tabel standard gamma distribusi, nilai b dan kemungkinan tidak
terjadi (np) yang telah dihitung tentukan, diperoleh nilai w
6) Hitung besarnya debit banjir rencana
XTr = a . w
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 49
Prosedur perhitungan debit banjir dengan distribusi Log Gamma
1) Pilih puncak-puncak banjir setiap tahun selama > 20 tahun
2) Ambil harga log dari puncak-puncak banjir tersebut
(z1 = log X1, z2 = log X2 ................. dst)
3) Hitung parameter statistik dari seri data zi
( Z , Z , Z )
4) Hitung parameter fungsi distribusi
didapatbb
2
1
2
didapataba 22
5) Hitung (p) = 1/T dan (np) = 1 – 1/T
6) Dari tabel standard gamma distribusi, nilai b dan kemungkinan tidak
terjadi (np) yang telah dihitung, tentukan nilai w
7) Hitung ZTr = a.w
8) Hitung besarnya debit banjir rencana XTR = 10 TRZ
Prosedur perhitungan debit banjir rencana dengan menggunakan
distribusi Pearson
1) Pilih puncak-puncak banjir setiap tahun selama > 20 tahun
2) Hitung parameter statistik dari data banjir tersebut ( X , , )
3) Hitung parameter distribusi pearson
ccabX
aba
bb
22
2
4) Hitung P = 1/T dan up = 1 – 1/T
5) Dari tabel standard gamma distribusi dan nilai b, up yang telah
dihitung, tentukan nilai w
6) Hitung besarnya hujan rencana XTR= c + aw
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
50 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Prosedur perhitungan debit banjir dengan distribusi Log Pearson
1) Pilih puncak-puncak banjir setiap tahun selama > 20 tahun
2) Ambil harga log dari puncak-puncak banjir tersebut
(z1 = log X1, z2 = log X2 ................. dst)
3) Hitung parameter statistik dari seri data zi
( Z , Z , Z )
4) Hitung parameter fungsi distribusi
didapatbb
2
1
2
didapataba 22
Z = c +ab c didapat
5) Hitung (p) = 1/T dan (np) = 1 – 1/T
6) Dari tabel standard gamma distribusi, nilai b dan kemungkinan tidak
terjadi (np) yang telah dihitung, tentukan nilai w
7) Hitung ZTr = c + a.w
Hitung besarnya debit banjir rencana XTR = 10 TRZ
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 51
Tabel 4.1. Hubungan Antara Fungsi Distribusi, Parameter dan Besarnya Debit Banjir Rencana
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
52 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Tabel 4.2. Standar Gamma Distribution (w)
Tabel 4.3. Luas Dibawah Kurva Standar Normal Distribusi
Non Ex. P 0.1 0.5 1 5 10 15 20 25 28 31 34 37 40
0.00 0.00 0.00 0.00 0.74 2.96 5.79 8.96 12.34 14.44 16.59 18.78 21.00 23.26
0.01 0.00 0.00 0.01 1.28 4.13 7.48 11.08 14.85 17.17 19.53 21.92 24.33 26.77
0.02 0.00 0.00 0.02 1.53 4.62 8.15 11.92 15.83 18.23 20.66 23.12 25.60 28.11
0.03 0.00 0.00 0.03 1.71 4.95 8.60 12.47 16.48 18.93 21.40 23.91 26.43 28.98
0.04 0.00 0.00 0.04 1.85 5.21 8.95 12.90 16.97 19.46 21.97 24.51 27.07 29.65
0.05 0.00 0.00 0.05 1.97 5.43 9.25 13.25 17.38 19.90 22.44 25.01 27.59 30.20
0.06 0.00 0.00 0.06 2.08 5.62 9.50 13.56 17.74 20.28 22.85 25.44 28.05 30.67
0.07 0.00 0.00 0.07 2.18 5.79 9.73 13.84 18.05 20.62 23.21 25.82 28.45 31.09
0.08 0.00 0.01 0.08 2.27 5.94 9.93 14.08 18.34 20.93 23.54 26.17 28.81 31.47
0.09 0.00 0.01 0.09 2.35 6.09 10.12 14.31 18.60 21.21 23.84 26.48 29.14 31.82
0.10 0.00 0.01 0.11 2.43 6.22 10.30 14.53 18.84 21.47 24.11 26.77 29.45 32.14
0.20 0.00 0.03 0.22 3.09 7.29 11.68 16.17 20.72 23.48 26.24 29.02 31.81 34.60
0.30 0.00 0.07 0.36 3.63 8.13 12.75 17.44 22.16 25.00 27.86 30.72 33.59 36.46
0.40 0.00 0.14 0.51 4.15 8.90 13.72 18.57 23.43 26.36 29.29 32.22 35.16 38.09
0.50 0.00 0.23 0.69 4.67 9.67 14.67 19.67 24.67 27.67 30.67 33.67 36.67 39.67
0.60 0.00 0.35 0.92 5.24 10.48 15.66 20.81 25.95 29.02 32.09 35.16 38.22 41.28
0.70 0.02 0.54 1.20 5.89 11.39 16.77 22.08 27.36 30.52 33.66 36.80 39.93 43.06
0.80 0.07 0.82 1.61 6.72 12.52 18.13 23.63 29.08 32.33 35.56 38.79 42.00 45.20
0.90 0.27 1.35 2.30 7.99 14.21 20.13 25.90 31.58 34.96 38.32 41.65 44.98 48.29
0.95 0.58 1.92 3.00 9.15 15.71 21.89 27.88 33.75 37.23 40.69 44.13 47.54 50.94
0.96 0.70 2.11 3.22 9.51 16.16 22.42 28.47 34.40 37.91 41.40 44.86 48.30 51.73
0.97 0.87 2.35 3.51 9.96 16.73 23.08 29.21 35.21 38.76 42.28 45.78 49.26 52.71
0.98 1.12 2.71 3.91 10.58 17.51 23.98 30.22 36.31 39.91 43.48 47.02 50.54 54.03
0.99 1.59 3.32 4.61 11.60 18.78 25.45 31.85 38.08 41.76 45.40 49.01 52.60 56.16
1.00 3.36 5.41 6.91 14.79 22.66 29.85 36.70 43.33 47.23 51.08 54.90 58.67 62.42
Tabel 4.2 Standar Gamma Distribution (w)
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 53
4.4 Curah Hujan Maksimum Boleh Jadi (CMB/PMP)
4.4.1 Uraian Umum
Desain bangunan pelimpah pada bendungan besar, perlu memperhitungkan
factor keamanan agar menampung dan mengalirkan air dengan aman. Oleh
karena itu dibutuhkan perkiraan besarnya hujan badai terbesar yang akan
menghasilkan debit aliran masuk yang besar pula. Nilai besaran hujan badai
terbesar yang mungkin terjadi ditinjau secara matematis maupun fisik
(meteorology) harus realistis. Dengan demikian banjir aliran masuk (inflow)
akan menjadi realistis pula dan akan menghasilkan suatu dimensi bangunan
yang cukup tinggi tingkat kehandalannya.
Curah Hujan Maksimum Boleh Jadi (CMB) atau Probable Maximum
Precipitation (PMP) dapat diartikan sebagai curah hujan terbesar dengan
durasi tertentu yang secara fisik dimungkinkan terjadi pada suatu pos atau
DAS. Secara umum besar CMB ini berkisar antara 2 sampai 6 kali hujan kala
ulang 100 tahun. Secara meteorology CMB dapat diperkirakan dengan
metode “Storm Transposition” dan “Moisture Maximation” yang membutuhkan
data-data meteorology seperti, pusat tekanan tinggi dan rendah, “moisture
source”, “dew point” dan lain-lain. Data meteorology yang dibutuhkan untuk
kedua macam pendekatan tersebut, di Indonesia masih sangat kurang.
Metode lain yang dpat digunakan, adalah pendekatan statistic. Data yang
diperlukan pada perhitungan dengan metode ini, adalah berupa seri data
hujan harian maksimum tahunan dengan panjang data sangat disarankan >
30 tahun. Untuk keperluan desain bendungan-bendungan besar, disarankan
dilakukan studi CMB ini secara khusus.
4.4.2 Perkiraan CMB Menggunakan Metode Hersfield
Metode Hersfield (1961, 1986) merupakan prosedur statistic yang digunakan
untuk memperkirakan CMB, untuk kondisi dimana data meteorology sangat
kurang atau perlu analisis secara cepat.
Pada metode ini CMB dihitung untuk masing-masing pos hujan (point rainfall),
yang selanjutnya dicari CMB rata-ratanya, dan akhirnya diubah menjadi hujan
DAS yang diperoleh dari perkalian CMB rata-rata dengan koefisien reduksi.
Hersfield mengembangkan rumus frekuensi menjadi :
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
54 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Xm = Xn + Km Sn
Dimana :
Xn dan Sn = rata-rata dan simpangan baku dari rentetan data hujan harian
maksimum tahunan berjumlah n.
Km ditentukan berdasarkan observasi pada pencatatan hujan harian dari 2700
pos hujan yang 90% berada di Amerika. Km berbanding terbalik dengan hujan
harian maksimum rata-rata dan nilainya bervariai untuk berbagai durasi
(1 jam; 6 jam dan 24 jam), lihat gambar 4.2 yang diambil dari Manual for
Estimation of Probable Maximum Precipitation. Untuk dapat menerapkan
rumus diatas diperlukan nilai rata-rata dan simpangan baku dari setiap pos.
Hujan ekstrim yang sangat jarang terjadi, katakan dengan periode ulang 500
tahunan atau lebih, kemungkinan dapat ditemui dalam kurun waktu
pengamatan misalnya 30 tahun, kejadian yang sangat jarang disebut “Outlier”
yang mungkin cukup berpengaruh pada besaran Xn dan Sn dari rentetan data
yang bersangkutan. Untuk data yang panjang besarnya pengaruh berkurang
dibandingkan dengan data pendek, serta tergantung pula pada tingkat
kejarangkejadian hujan atau outlier. Hal ini menjadi salah satu lingkup studi
Hershfield sehingga menghasilkan:
a) Grafik hubungan antara Xn-m/Xn, dengan factor penyesuaian Xn
b) Grafik hubungan antara Sn-m/Sn, dengan factor penyesuaian Sn dimana
Xn-m dan Sn-m adalah rata-rata dan simpangan baku dari rentetan data
setelah mengeluarkan nilai terbesar dari rentetan tersbut.
Kedua jenis grafik tersebut dapat dilihat pada gambar 4.3 dan 4.4 disamping
itu ada dua grafik tambahan yang diperlukan untuk penyesuaian terhadap
panjang data n, dan periode waktu pengamatan (24 jam), masing-masing lihat
gambar 4.5. Bagi daerah-daerah yang sudah memiliki peta isohiet CMB hasil
studi Puslitbang Air seperti Pulau Jawa, perlu dihitung pula CMB-DAS
berdasarkan perhitungan CMB hujan titik, oleh karena itu menjadi CMB-DAS
masih perlu dikalikan dengan koefisien reduksi. Selnjutnya hasil-hasil
perhitungan dari kedua cara tersebut dibandingkan dan dipilih yang paling
realistis.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 55
Gambar 4.2. Grafik Hubungan Km Durasi Hujan dan Hujan Harian Maksimum Tahunan Rata-Rata (Hershfield 1965)
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara Xn-M/ Xn, dengan Faktor
Penyesuaian Xn
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
56 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Sn-m/ Sn, dengan Faktor
Penyesuaian Sn
Gambar 4.5. Grafik Penyesuaian Terhadap Panjang Data
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 57
Urutan perhitungan Curah hujan Maksimum Boleh jadi adalah sebagai berikut:
a) Sesuaikan nilai Xn dan Sn berdasarkan grafik gambar (4.3),(4.4) dan (4.5)
b) Cari nilai Km dari gambar (4.2) berdasarkan nilai Xn yang sudah
disesuaikan
c) Hitung besar CMB tiap pos hujan (point rainfall), atau Xm berdasarkan
rumus Hersfield
d) Sesuaikan nilai Xm (hasil hitungan butir iii) berdasarkan gambar (4.2),
dimana untuk periode pengmatan atau pencatatan setiap 24 jam besar
factor penyesuaian adalah = 1.03
e) Hitung CMB rata-rata dari beberapa hasil hitungan CMB tiap pos hujan
f) Hitung CMB-DAS dengan cara mengalikan CMB rata-rata dengan factor
reduksi ARF =1.152-0.1233*LOG(A), dimana A adalah luas DAS
Catatan : Xn-m dan Sn-m adalah mean atau nilai rata-rata dan nilai rata-rata
simpangan baku yang dihitung dengan membuang data hujan maksimum
pada setap seri, sementara Xn dan Sn dihitung tanpa membuang data hujan
maksimum.
Tabel 4.4. Perhitungan Besarnya PMP untuk Masing-Masing Pos Hujan
No. Jumlah Mean Mean Xn-m/Xn Dari Dari Adjusted Stdev. Stdev Dari Dari Adjusted Km Xm=Xn+Km*Sn PMP
Pos n Xn Xn-m Gbr 2 Gbr 3 Xn Sn Sn-m Gbr 4 Gbr 3 Sn (24 Jam) (24 Jam) *1.13
14 Kalawara 21 75.61 73.39 0.97 1.02 1.015 78.28 22.57 20.66 0.92 1.02 1.025 23.59 16.2 459.61 519.36 450.81
20 Kulawi 26 74.18 72.42 0.98 1.02 1.010 76.42 15.01 12.26 0.82 0.92 1.050 14.50 16.2 311.88 352.42 305.90
51 Sioyong 12 111.27 103.13 0.93 0.99 1.040 114.56 37.41 25.79 0.69 0.81 1.175 35.61 14.8 641.54 724.94 629.25
55 Tanamea 19 106.35 103.63 0.97 1.02 1.025 110.64 28.09 26.21 0.93 1.04 1.035 30.24 14.9 562.45 635.57 551.67
58 Tompe 10 87.89 82.66 0.94 1.01 1.05 93.21 18.91 9.70 0.51 0.61 1.300 15.00 15.6 326.93 369.43 320.67
460.48 520.34 451.66
Nama Pos Sn-m/SnPMP Setelah Reduksi
Area, ARF=0.868
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
58 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Grafik yang digunakan untuk Perhitungan PMP
Gambar 4.6. Grafik Hubungan Km Durasi Hujan dan Hujan Harian
Maksimum Tahunan Rata-Rata
Gambar 4.7. Grafik Hubungan Xn-m / Xn dengan Faktor Penyesuaian Xn
2.6244
GAMBAR 1
Grafik hubungan Km, durasi hujan dan hujan harian maksimum tahunan rata-rata
2.6244
GAMBAR 2
Grafik hubungan Xn-m / X n dengan factor penyesuaian Xn
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 59
Gambar 4.8. Grafik Penyesuaian Terhadap Panjang Data
Gambar 4.9. Grafik Hubungan Antara Sn-m / Sn dengan Faktor Penyesuaian Sn
4.5 Latihan
1. Berikan uraian singkat bagaimana tahapan yang perlu dilakukan bila
Saudara/i diminta untuk menghitung hujan rencana pada kondisi dimana
data hujan harian maximum tahunan tidak tersedia dalam 10 tahun.
2. Berikan uraian singkat pada kondisi apa kita menggunakan fungsi
distribusi Normal dan Gumble untuk perhitungan hujan rencana?
3. Berikan uraian singkat bagaimana tahapan Saudara/i menghitung
besarnya intensitas hujan untuk kebutuhan perhitungan besarnya debit
banjir rencana pada suatu daerah pemukiman?
2.6244
GAMBAR 3
Grafik penyesuaian terhadap panjang data
2.6244
GAMBAR 4
Grafik hubungan antara Sn-m / Sn dengan faktor penyesuaian Sn
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
60 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
4.6 Rangkuman
Desain bangunan pelimpah pada bendungan besar, perlu memperhitungkan
factor keamanan agar menampung dan mengalirkan air dengan aman. Oleh
karena itu dibutuhkan perkiraan besarnya hujan badai terbesar yang akan
menghasilkan debit aliran masuk yang besar pula. Nilai besaran hujan badai
terbesar yang mungkin terjadi ditinjau secara matematis maupun fisik
(meteorology) harus realistis.
4.7 Evaluasi
1. Data hujan yang digunakan untuk analisis besarnya hujan rancangan
adalah.....
a. Data curah hujan bulanan maximum
b. Data curah hujan harian maximum tahunan
c. Data curah hujan tahunan maximum
d. Semuanya benar
2. Data hujan rancangan yang digunakan untuk perhitungan debit banjir
merupakan data hujan yang dihitung dari....
a. Data Pos hujan yang paling besar didalam DAS
b. Data Rata-rata Beberapa pos hujan didalam DAS
c. Data terkecil dari beberapa pos hujan didalam dan diluar DAS
d. Semuanya benar
3. Analisis PMP (Probable Maximum Precipitation) diperlukan untuk
menghitung besarnya.....
a. Hujan rancangan dengan perioda ulang 1000 tahun
b. Debit Banjir rancangan dengan perioda ulang 1000 tahun
c. Probable Maximum Flood
d. Semuanya Benar
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 61
BAB V
ANALISA BANJIR DESAIN
5.1 Umum
Untuk membuat desain bangunan pelimpah, diperlukan debit banjir rencana
yang realistis. Untuk hal ini, angka-angka hasil perhitungan hidrologi perlu diuji
dengan menggunakan data banjir-banjir besar dari pencatatan atau
pengamatan setempat. Disini banjir rencana dibedakan menjadi dua, yaitu;
yang pertama banjir rencana dengan periode ulang tertentu misal banjir
dengan periode ulang 25,100, dan 1000 tahun yang umum dikenal sebagai
Q25, Q100, Q1000 yang kedua adalah Banjir Maksimum Boleh jadi (BMB)
atau dikenal sebagai “Probable Mximum Flood” (PMF).
Untuk pembuatan desain bendungan lazimnya diperlukan data banjir dengan
kala ulang 2, 5, 10, 25, 50, 100, 1000 tahun dan PMB. Pada tabel 3 disajikan
patokan banjir desain dan kapasitas pelimpah yang dikutip dari SNI 03,3432-
1994, dan pada gambar 3.1 diperlihatkan bagan alir penentuan banjir desain
dan kapasitas pelimpah bendungan. Untuk bangunan pengelak, didesain
dengan banjir kala ulang 25 tahun, atau kala ulang 10 tahun per setiap tahun
pelaksanaaan kontruksi tergantung pada pertimbangan risiko dan biaya
pembangunan.
5.2 Banjir Rencana
Banjir Rencana dengan periode ulang tertentu dapat dihitung dari data debit
banjir atau data hujan. Apabila data debit banjir tersedia cukup panjang
(>20tahun), debit banjir dapat langsung dihitung dengan metode analisis
probabilitas Gumbel, Log Pearson atau Log Normal. Sedang apabila data
yang tersedia hanya berupa data hujan dan karakteristik DPS, metode yang
disarankan untuk digunakan adalah metode hidrograf satuan/ unit hidrograf.
Khusus untuk perhitungan BMB, metode perhitungan yang paling sesuai
adalah hidrograf satuan. Metode rasional hanya digunakan untuk banjir
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan tentang
analisis banjir desain.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
62 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
dessain bangunan pengelak, dan tidak disarankan untuk digunakan pada
perhitungan banjir dan bendungan kecuali hanya sebagai pembanding.
Selanjutnya di bawah ini akan diuraikan perhitungan debit banjir rencana
dengan metode hidrograf satuan. Metode-metode perhitungan debit banjir
lain, untuk lebih jauh jelasnya dapat dilihat pada SK SNI M-18-1989-F yang
telah dibaharui dengan SK SNI No. 31 KEP-BSN-2-2016 tentang “Metode
Perhitungan Debit Banjir”. Secara garis besar perhitungan debit banjir desain
terdiri dari 3 tahap sebagai berikut;
- Perhitungan curah hujan desain
- Perhitungan debit banjir desain
- Pengujian hasil perhitungan debit banjir desain
Tabel 5.1. Patokan Banjir Desain dan Kapasitas Pelimpah Untuk Bangunan Bendungan
* Q1000 = debit puncak banjir dengan kala ulang 1000 tahun
** BMB = banjir maksimum boleh jadi
*** Q100 = debit puncak banjir dengan kala ulang 100 tahun
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 63
Gambar 5.1. Bagan Alir Penentuan Banjir Desain dan Kapasitas Pelimpah Bendungan Sesuai SNI 03-4332-1994
5.3 Contoh Perhitungan Debit Banjir Rancangan
Perhitungan debit banjir rancanagan sangat tergantung pada ketersediaan
data dan tahapan kegiatannya. Pendekatan yang dapat dilakukan adalah
seperti terlihat pada Gambar dibawah ini :
Mulai
Tentukan Tipe Bendungan
Urugan Beton
Konsekuensi daerah hilir
besar?
Konsekuensi daerah hilir
sedang ?
Qdes: Q1000 dan BMB
Qdes: BMB dan pilih terbesar Q1000
dan 0.5BMB
Q500, Q1000 dan pilih terbesar Q1000 dan
0.5BMB
YaYa
Tidak
Tidak
Tentukan Tinggi Bendungan
H<15 m(Rendah)
H=15-25 m(Sedang)
H> 25 m(Tinggi)
Kapasitas Pelimpah- Reservoir Routing
-Minimum 15% BMB
Kapasitas Pelimpah- Reservoir Routing
-Minimum 25% BMB
Kapasitas Pelimpah- Reservoir Routing
-Minimum 35% BMB
Ya
Tidak Tidak
Ya Ya
Konsekuensi daerah hilir
besar?
Konsekuensi daerah hilir
sedang ?
Qdes: Q200 Kapasitas Pelimpah
min 125% Qdes
Qdes: Q100 Kapasitas Pelimpah
min 125% Qdes
Qdes: 0.5 Q100 Kapasitas Pelimpah
min 125% Qdes
Ya Ya
TidakTidak
Selesai
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
64 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 5.2. Pendekatan Perhitungan Debit Banjir Rancangan
5.3.1 Data Debit Sesaat Tersedia dalam Waktu > 20 Tahun
Contoh perhitungan debit banjir rencana dari data debit banjir
pengamatan
Debit Banjir
Pengamatan
Debit Banjir Pengamatan
No. X X2 X
3 No X Z=Log X Z
2 Z
3
1 135 18225 2460375 1 135 2,130 4,537 9,664
2 100 10000 1000000 2 100 2,000 4,000 8,000
3 169 28561 4826809 3 169 2,228 4,963 11,058
4 119 14161 1685159 4 119 2,076 4,308 8,941
5 110 12100 1331000 5 110 2,041 4,167 8,507
6 200 40000 8000000 6 200 2,301 5,295 12,183
7 111 12321 1367631 7 111 2,045 4,183 8,556
8 190 36100 6859000 8 190 2,279 5,193 11,833
9 127 16129 2048383 9 127 2,104 4,426 9,311
10 88 7744 681472 10 88 1,944 3,781 7,352
11 130 16900 2197000 11 130 2,114 4,469 9,447
12 150 22500 3375000 12 150 2,176 4,735 10,305
13 105 11025 1157625 13 105 2,021 4,085 8,257
14 90 8100 729000 14 90 1,954 3,819 7,463
15 94 8836 830584 15 94 1,973 3,893 7,682
16 86 7396 636056 16 86 1,934 3,742 7,239
17 97 9409 912673 17 97 1,987 3,947 7,842
PERHITUNGAN DEBIT BANJIR
DATA PUNCAK BANJIR > 20 THN
ANALISA FREKWENSI
PUNCAK DEBIT BANJIR RENCANA
DATA HUJAN HARIAN MAXIMUM > 20 THN
ANALISA FREKWENSI
HUJAN RENCANA
DISTRIBUSI HUJAN
MODEL RAINFALL-RUNOFF
HIDROGRAPH BANJIR RENCANA
DATA HUJAN MENITAN MAXIMUM > 20 THN
ANALISA FREKWENSI
INTENSITAS DURATION FREQUENCY (IDF)
WAKTU KONSENTRASI Tc
MODEL RASIONAL Q = C I A
DEBIT PUNCAK BANJIR
ANALISA REGIONAL
ANALISIS REGRESI, KORELASI
BANJIR HULU / HILIR FLOOD ROUTING
ANALISA FREQUENCY
ANALISA REGIONAL
DATA HIDROLOGI DISEKITARNYA
MANUAL
/OTOMATIK TELEMETERI
NWP (NUMERICAL
WEATHER PREDICTION)
Planning Operasional/Peramalan
Peramalan
BENCANA ? KEBUTUHAN PLANNING PERINGATAN DINI
TIM KOORDINASI
INFORMASI KE MASYARAKAT
Tidak Ya
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 65
18 138 19044 2628072 18 138 2,140 4,579 9,799
19 165 27225 4492125 19 165 2,217 4,917 10,904
20 126 15876 2000376 20 126 2,100 4,412 9,266
21 125 15625 1953125 21 125 2,097 4,397 9,220
22 113 12769 1442897 22 113 2,053 4,215 8,654
23 87 7569 658503 23 87 1,940 3,762 7,296
24 137 18769 2571353 24 137 2,137 4,566 9,755
25 108 11664 1259712 25 108 2,033 4,135 8,408
26 78 6084 474552 26 78 1,892 3,580 6,774
27 155 24025 3723875 27 155 2,190 4,798 10,508
Total 3333 438157 61302357
Total
3333 56,1079 116,9043
244,2251
M1 = 123.4 M1 = 2,078
M2 = 16229.0 M2 = 4,33
M3 = 2270457.7 M3 = 9,046
m2 = 989.5 m2 = 0,011
m3 = 22898.6 m3 = 0,00
X rata2 = 123.4 Z rata2 = 2,078
STD = 31.46 STD ( Z ) = 0,107
Skewness = 0.736 Skewness = 0,278
Normal Distribusi : YXX
T= 5 P = 1/5 NP = 4/5 Y5 = 0,85 T = 50 P = 1/50 NP = 49/50 Y50 = 0,05 T = 100 P = 1/100 NP = 99/100 Y100 = 2,33
24,15185,0.46,314,12355 YXX
89,18705,2.46,314,1235050 YXX
70,19633,2.46,314,123100100 YXX
Log Normal :
16895,285,0.107,0078,255 YZZ Z
29735,205,2.107,0078,25050 YZZ Z
32731,233,2.107,0078,2100100 YZZ Z
55,14710 5
5 Z
X
31,19810 50
50 Z
X
48,21210 100
100 Z
X
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
66 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Log Normal 3 parameter :
27,12
)736,0(1
21
22
u
1)1()1(3
1
21
31
21
22
uuuu
1)127,1(27,1)127,1(27,13
1
213
1
21 22
1)783,027,1()783,027,1( 31
31
058,11)787,0()271,1(
237,0058,1 LnLnK
0,127
)1058,1(058,1
45,31
)1( 21
21
C
23,7)058,1(0,1274,123 21
21
CXa
T= 5 NP = 1-1/5 = 4/5 Y5 = 0,85
T= 50 NP = 1-1/50 = 49/50 Y50 = 2,05
T= 100 NP = 1-1/100 = 99/50 Y100 = 2,33
1,148)85,0.237,0exp(12723,7)exp( 55 KYCaX
1,199)05,2.237,0exp(12723,7)exp( 5050 KYCaX
4,213)33,2.237,0exp(12723,7)exp( 100100 KYCaX
Gamma Distribusi :
Hitung parameter distribusi Gamma (a,b)
b
2
38,742
2
2
bb
11,13438,7
)46,31( 22222
baba
58,11a
T= 5 NP = 1-1/5 = 4/5 b = 7,4 W5 = 57,752 T= 50 NP = 1-1/50 = 49/50 b = 7,4 W50 = 67,639 T= 100 NP = 1-1/100 = 99/100 b = 7,4 W100 = 69,971
55 aWX 666,68
5050 aWX 783,26
100100 aWX 810,26
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 67
Pearson III Distribusi Hitung Parameter distribusi
38,7)736,0(
44222
b
b
58,1138,7/)46.31( 22
22 b
aba
94,3738,7.58,114,123 ccabX
T = 5 NP = 1 - 4/5 = 4/5 b = 7,4 W5 = 57,752 T = 50 NP = 1 – 1/50 = 49/50 b = 7,4 W50 = 67,539 T = 100 NP = 1 – 1/100 = 99/100 b = 7,4 W100 = 69,971 X5 = c + a W5 = 37,94 + 11,58 . 57,752 = 706,71 X50 = c + aW50 = 37,94 + 11,58 . 67,539 = 820,04 X100 = c + aW100 = 37,94 + 11,58 . 69,971 = 848,20
Log Pearson Distribusi :
Hitung parameter distribusi
757,51)278,0(
44222
b
b
015,0757,51
)107,0( 22
b
a
302,1757,51.015,0078,2 cabcZ
T= 5 P = 1/5 NP= 4/5 Y5 = 0,85 W5 = 57,752 T= 50 P = 1/50 NP= 49/50 Y50 = 2,05 W50 = 67,539 T= 100 P = 1/100 NP= 99/100 Y100 = 2,33 W100 = 69,971
1683,2752,57.015,0302,155 aWcZ
3151,2539,67.015,0302,15050 aWcZ
3516,2971,69.015,0302,1100100 aWcZ
3,1471010 1683,2
55
ZX
6,2061010 3151,2
5050
ZX
7,2241010 3516,2
100100
ZX
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
68 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gumbel Distribusi : Parameter distribusi X = 123,4
= 31,46 Mencari harga K
T= 5 P = 1/5 u= - Ln -Ln(1-p) =1,5 K= 0,7797u – 0,45 = 0,7196 T= 50 P = 1/50 u= 3,90 K= 0,7797u – 0,45 = 2,5908 T= 100 P = 1/100 u= 4,600 K= 0,7797u – 0,45 = 3,1366 Menentukan hujan rencana
0,1467196,0.46,314,12355 KXX
9,2045908,2.46,314,1235050 KXX
0,2221366,3.46,314,123100100 KXX
5.3.2 Cara Perhitungan Debit Banjir Rata-Rata Tahunan dengan Metode
Puncak Banjir Di atas Ambang Pada Kondisi Dimana Jumlah Data <10
Tahun
Q = qo + (0,5772 + ln L) m3/det
dengan pengertian :
M
i
qoqiM 1
1
L = M/N
Tahun Banjir (m3/det)
1977 4365,6
4032,3
4026,1
1978 4843,4
4340,1
4113,3
1979 4596,2
1980 4232,6
4461,3
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 69
Batas Banjir diatas ambang (qo) = 4000 m3/det
Panjang tahun data (N) = 4 tahun
Jumlah banjir diatas ambang (M) = 9
= 9
1 {(4365,6 - 4000) + (4032,3 - 4000) + (4026,1 - 4000) + (4843,4 - 4000)
+ (4340,1- 4000) + (4113,3 - 4000) + (4596,2 - 4000) + (4232,6 – 4000) +
4461,3 - 4000)}
= 334,5 m3/det
L = M/N = 9/4 = 2,25 kejadian banjir/ tahun
Q = 4000 + 334.5 (0,5772 + ln 2,25) = 4464,3 m3/det
5.3.3 Debit Banjir Dengan Metode Rasional Pada DAS yang Luasnya <50 Km2
a) Contoh Perhitungan Banjir Dengan Metode Melchior
S. Cipinang
f = 54.08 km2
= 0.9
i = 0.002319
q
R
t
thn
24 50
36.
q
208 2 145188
36 9 56 088
. .
. ..
5 2...31.1 ifqV
361.0002319.008.54088.69.031.1 5 2 V
TL
Vjam
36
36
36 0 36127 525
. . . . ..
08.54088.69.049.0... fqQ
Q m 1451883
. / det
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
70 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
b) Contoh Perhitungan Banjir dengan Metode Weduwen
S. Cipinang
f
ft
t
120
.9
1120
misalnya : t jam
12
12012 1
9 5 954 1
120 54 10882 .
. .
..
qt
67 65
145
67 65
12 1455030
.
.
.
..
141
71
41
0882 5030 70 641
.
.
.
. . ..
q
c) Contoh Perhitungan Banjir dengan Metode Harspers
f
f
075,01
012,01 7,0
= 537,0
225.2
196,1
1,54.075,01
1,54.012,017,0
7,0
3,08,01,0 iLt x = 85,10)002319,0.(36.1,0 3,08,0 jam
12)15(
)107,3(1
1 4/3
2
4,0 fx
xt
t
t
= 135,1
12
1,54.
1585,10
10.7,385,101
75,0
2
85,10.4,0
= 0,88
untuk 2 jam < t < 19 jam,
1
. 24
t
RtRt = 63,190
185,10
2,208.85,10
mm
det//88,485,10.6,3
63,190
6,3
23 kmmt
Rtq
Q50 = .. q.t = 0,537.0,88.4,88.54,1 = 124,75 m3/s
det/878.1531.54030.5882.0641.0... 3mxxxfqQ
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 71
d) Contoh Perhitungan Banjir dengan Metode Jepang
S. Cipinang
890.1)002319.0(72)(72 6.06.0 iV
t L i jam
0 0138 0 0138 35791 0 002319 18814
0 6 0 6. ( )( ) . ( . )( . ) .
. .
RtR
tmm jam
100
2 3 2 3
24
24 208 2
24
24
1881410 204
/ /
.
.. /
det/955.137
6.3
08.54204.109.0
6.3
. 3
100 mfRtC
Q
5.3.4 Contoh Perhitungan Debit Banjir Rencana dengan Metode Unit Hidograf
a) Contoh Perhitungan Pembuatan Aktual Unit Hidograf Satuan
Data di bawah ini adalah hasil pengukuran aliran darihujan lebat dengan
durasi 6 jam, luas daerah pengaliran sungai yang diukur ini = 316 km2
Asumsikan aliran dasarnya konstan = 17.0 m3/det
Waktu Aliran Waktu Aliran Waktu Aliran
1 Juni 0,00 17,0 2 Juni 0,00 150,0 3 Juni 0,00 53,8
6,00 113,2 6,00 113,2 6,00 42,5
12,00 254,5 12,00 87,7 12,00 31,1
18,00 198,0 18,00 67,9 18,00 22,6
4 Juni 0,00 17,0
Pertanyaan :
1) Hitung dan gambar unit hidrograp dengan durasi 6 jam
2) Hitung tinggi hujan efektif yang diwakili oleh Flood Hydrograph
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
72 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 5.3. Hidrograph Banjir
Waktu Debit Total Aliran dasar Ordinat limpasan langsung Ordinat hidrograp satuan
Tanggal Tanggal (m3/det) (m
3/det) (m
3/det) (m
3/det)
(1) (2) (3) (4) (5)
1 Juni 0,00 17,00 17 0,00 0.000
6,00 113,20 17 96,20 14.846
12.00 264,60 17 247,60 86.651
18,00 198,00 17 181,00 27.932
2 Juni 0,00 150,00 17 133,00 20.526
6,00 113,20 17 96,20 14.846
12,00 87,70 17 70,70 10.910
18,00 67,90 17 50,90 7.855
3 Juni 0,00 53,80 17 36,80 5.679
6,00 42,50 17 25,50 3.935
12,00 81,10 17 14,10 2.176
18,00 22,64 17 5,640 0.870
4 Juni 0,00 1700 17 0,00 0.000
Qnet = 947,54
heff = 316000000
60.60.6.54,947 = 0,0648 m = 6,48 cm
b) Contoh Perhitungan Debit Banjir dengan Menggunakan Aktual Ubit
Hydrograph
Hitung hujan eff, besarnya 2; 6,75 dan 3,75 cm dan dimulai selang 3 jam
Ordinat dari unit hidrograp diberikan dalam Tabel berikut :
Jam 03 06 09 12 15 18 21 24 03 06 09 12 15 18 21 24
Ordinat Unit Hidrologi (m
3/det)
0 110 365 500 390 310 250 235 175 130 95 65 40 22 10 0
100
200
300
0
0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6
FLOOD HYDROGRAPH
UNIT HYDROGRAPH
Waktu (jam)
Q(m3/det)
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 73
Asumsikan kehilangan air awal = 6 mm, indeks infiltrasi = 2,5 mm/jam,
aliran dasar (base flow) = 10 m/det
Gambar 5.4. Hidrograf Aliran Langsung
Jam
Ordinat Unit
Hidrograf (m
3/det)
Ordinat Limpasan Langsung Base Ordinat
Limpasan Total
(m3/det)
U1 U2 U3 UTotal Flow
(m3/det) (m
3/det) (m
3/det) (m
3/det) (m
3/det)
(2)xheff (2)xheff (2)xheff
(1) (2) (3) (4) (5) (6)=(3)+(4)+(5) (7) (8)=(6)+(7)
03 06 09 12 15 18 21 24 03 05 07 12 15 18 21 24 03 06 09
0 110 365 500 590 310 250 235 175 130 95 65 48 22 10 0
0 220 730
1000 780 620 500 470 350 260 190 130 80 44 20 0
0
742,50 2463,75
3375 2632,60 2092,50 1687,50 1586,25 1181,25 877,50 841,25 438,75 27,00
148,50 67,5
0
0
412,60 1368,75
1876 1462,60 1162,50 937,50 881,26 656,25 487,25 356,25 243,75 150,00 82,50 37,50
0
0 220,00 1472,6
3876,25 5522,75 5127,60 4055,00 3320,00 2873,75 2322,60 1723,75 1258,50 875,00 557,75 318,5 150,00 37,50
0
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
10,00 230,00 1482,50 3886,25 5532,75 5137,50 4065,00 3330,00 2883,75 2332,50 1733,75 1268,50 885,00 567,75 328,50 160,00 47,50
10
Debit Banjir = 5532,7 m3/det (= Ordinat Debit Limpasan Total Maksimum)
U1 U2
U3
Q=U1+U2+U3
Q = (m3/det)
heff
t
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
74 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
c) Contoh Perhitungan Debit Banjir dengan Menggunakan Aktual Ubit
Hydrograph
Metoda ini khususnya digunakan untuk membuat unit hidrograp pada
lokasi-lokasi di sungai yang tidak mempunyai pengamatan (observasi).
Perhitungan Hidrograp satuan dari Snyder :
n
Cp LLCt ).(1
L adalah Panjang sungai (km)
LC adalah Panjang sungai dari titik berat basin ke outlet (km)
pt adalah Waktu dari titik berat curah hujan efektif ke puncak banjir
C1, n adalah Koefisien-koefisien yang tergantung dari karakteristik daerah
pengalirannya
p
p
pt
cq 275
qp adalah Debit maksimum unit hidrograp (m3/det/km2)
cp adalah Koefisien tergantung dari karakteristik daerah pengalirannya
5,5
tptc
ct adalah Lamanya curah hujan efektif
Jika ct > Rt
)(25,0' cRpp tttt
Sehingga didapat waktu untuk mencapai debit maksimum
)(5,0' cRp tttTp
Jika ct < Rt
Rp ttTp 5,0
Tp adalah Waktu penaikan banjir (time rise to peak)
Rt adalah Durasi hujan efektif (jam)
1000
4,25.
AqQ pp
pQ adalah debit maksimum total (m3/det)
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 75
pq adalah debit maksimum unit hydrograph (1 m3/det/km2)
A adalah luas daerah aliran (km2)
Bentuk dari Unit Hidrograp ditentukan oleh persamaan Alexseyev.
t (jam) 1 2 3 4 5 6 7 8
R (mm) 7,51 5,10 8,28 3,10 2,33 0,77 0,51 0,25
Fp (mm) 9,31 5,12 3,57 3,01 2,80 2,72 2,69 2,68
R-fp 0,00 0,00 4,70 0,09 0,00 0,00 0,00 0,00
Unit hidrograp
Parameter pisik : L = 40,000 km A = 725 km2 Lc = 17,50 km
Parameter non pisik : Ct = 1,10 Cp = 0,69 n = 0,30
85,7)0,405,17(1,1 3.0 xxt p
kmdtlxq p //241785,7
69,0275
jamte 43,15,5
85,7
te > tr = 1 tp = 7,85 + 0,25 (1-1,43) = 7,74 jam Tp = 7,74 +0,5 x 1 = 8,24 jam
det/309,4457251000
4,2517,24 mQp
72,07204,251000
360024,809,445
xx
xx
8373,8)( afa
x
xY
28373.8 )1(
10
Q = f (t)
W
TQ
Alexseyevpersamaanx
xY
tp
tX
Qp
QY
pp
a
.
,)1(
102
W = 1000h.A h = curah hujan efektif (excess rainfall)
dalam mm
t tp
Q
Qp
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
76 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
5.4 Latihan
1. Sebutkan pendekatan yang dapat Saudara/i dapat lakukan untuk
perhitungan debit banjir rencana pada saat data debit observasi tidak
tersedia dalam kurun waktu yang cukup?
2. Menurut pendapat Saudara/i metoda apa yang paling tepat untuk
perhitungan debit banjir untuk DAS yang kecil dan daerah pemukiman /
drainase perkotaan dan apa yang melandasi pendapat Saudara.
3. Berikan penjelasan data debit banjir rancangan yang Saudara/i akan
hitung akan dibutuhkan untuk apa dalam perencanaan suatu bendungan/
waduk ?
5.5 Rangkuman
Untuk membuat desain bangunan pelimpah, diperlukan debit banjir rencana
yang realistis. Untuk hal ini, angka-angka hasil perhitungan hidrologi perlu diuji
dengan menggunakan data banjir-banjir besar dari pencatatan atau
pengamatan setempat. Disini banjir rencana dibedakan menjadi dua, yaitu;
yang pertama banjir rencana dengan periode ulang tertentu misal banjir
dengan periode ulang 25,100, dan 1000 tahun yang umum dikenal sebagai
Q25, Q100, Q1000 yang kedua adalah Banjir Maksimum Boleh jadi (BMB)
atau dikenal sebagai “Probable Mximum Flood” (PMF).
5.6 Evaluasi
1. Data yang diperlukan dalam perhitungan debit banjir design adalah.....
a. Data debit banjir harian maximum yang teramati di lokasi banjir
minimal 10 thn
b. Data curah hujan harian
c. Data debit banjir sesaat maximum untuk kurun waktu minimal 10
tahun
d. Semuanya benar
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 77
2. Banjir dengan periode ulang 5 tahun adalah.....
a. Kejadian banjir dengan tingkat probabilitas 20%
b. Kejadian banjir yang terjadi setiap 5 tahun sekali
c. Kejadian banjir tahun 2000 dan akan terjadi lagi pada tahun 2005
d. Banjir yang terjadi dengan interval 5 tahun
3. Perhitungan Hidrograp Banjir Rencana dapat menggunakan pendekatan
model.....
a. Synder
b. Analisa Sistem
c. Stokastik
d. Semua Benar
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 79
BAB VI
PENELUSURAN BANJIR
6.1 Konsep Dasar Penelusuran Aliran di Waduk
Metode ini digunakan untuk menghitung hidrograf aliran ke luar dari waduk
dengan muka air datar, jika diketahui hidrograp aliran masuk dan karakteristik
tampungan aliran keluar. Tampungan disini mempunyai pengertian isi atau
volume air dalam waduk. Dengan berubahnya bentuk hidrograp aliran masuk
maka adanya isi tampungan akan berubah pula. Persamaan daasar yang
digunakan adalah persamaan kesinambungan dimana :
Volume Rata2 Aliran masuk – Vol. Rata-rata Aliran keluar= perubahan Vol.
Tampungan
2(In+In=1) t – 2(On+On+1) t = Sn+1 - Sn
Diamana :
In = Aliran masuk pada interval waktu n
On = Aliran keluar pada interval waktu n
Sn = Storage/Volume tampungan di waduk pada interval waktu n
Selisih aliran masuk dan aliran keluar merupakan pertambahan tampungan
jika bernilai positif dan pengurangan tampungan bila bernilai negatif, seperti
terlihat pada gambar 6.1.
Selanjutnya persamaan (1) dapat ditulis dengan cara berikut :
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan tentang
penelusuran banjir.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
80 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 6.1. Hubungan Antara Tampunan dan Debit
(2Sn+1/Δt)+ On+1-(2Sn/ Δt) – On)=( ln + ln +1 )
Supaya On+1 dapat dihitung dari persmaan 2, maka fungsi tampungan vs
aliran keluar yang berhubungan dengan (2S/Δt)+O dan O merupakan hal yang
sangat penting untuk ditentukan. Cara yang dapat digunakan untuk
menentukan hubungan tersebut adalah melalui hubungan elevasi-tampungan
(vol.waduk) dan elevasi- aliran keluar seperti terlihat pada gambar 6.2 dan
gambar 6.3.
Hubungan antara elevasi muka air dan tampungan atau volume waduk dapat
ditentukan dari pengukuran dengan echo sounder sehingga dapat dibuat
kontur ketinggian/ elevasi berhubungan dengan luas genangan waduk dan
dapat dihitung volumenya.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 81
Gambar 6.2. Hubungan Elevasi dan Volume Tampungan Waduk
Hubungan antara elevasi-debit aliran ditentukan dari rumus hidrolika yang
menyangkut hubungan antara tinggi air diatas mercu pelimpah dan debit
aliran yang melalui pelimpah (Gambar 6.3)
Gambar 6.3. Hubungan Antara Elevasi Mercu dan Outflow
Pada mulanya Sn dan On perlu diketahui sehingga semua besran di ruas
kanan diketaui sehingga bessaran (2Sn+1)/Δt + On+1 dapat dihitung. Nilai
besaran On+1 dapat dicari melalui kurva hubungan O dan (2S/Δt)+O seperti
pada Gambar 4 atau melalui interpolasi nilai-nilai yang ada dalam tabel. Untuk
mencari nilai Sn dan On pada langkah waktu berikutnya, nilai besaran
(2Sn+1)/Δt-On+1 dihitung melalui persamaan berikut ini :
(2Sn+1)/Δt-On+1) = (2Sn+1)/Δt-On+1) -2On+1
Pada ruas kanan pada persamaan 3 terdiri dari 2 anu yang telah diketahui
besarnya sebelumnya, (2Sn+1)/Δt-On+1) dan On+1, sehingga ruas kiri dapat
dihitung. Prosedur perhitungan ini diulangi setiap urutan penelusuran.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
82 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 6.4. Prosedur Untuk Mendapatkan Fungsi Tampunan – Air Keluar
6.2 Metode Dasar Penelusuran Aliran Waduk
Metode ini digunakan untuk menghitung hidrograf aliran ke luar dari waduk
dengan muka air datar, jika diketahui hidrograp aliran masuk dan karakteristik
tampungan aliran keluar. Tampungan disini mempunyai pengertian sisi atau
volume air dalam waduk. Dengan berubahnya bentuk hidrograp aliran masuk
maka adanya isi tampungan akan berubah pula. Persamaan dasar yang
digunakan adalah persamaan kesinambungan dimana :
[
] [
] …………………………….(1)
Dimana :
I1 = inflow permulaan periode
I2 = inflow di akhir periode
01 = outflow pada permulaan periode
02 = outflow di akhir periode
S1 = storage pada permulaan periode
S2 = storage di akhir periode
t = durasi waktu (time duration)
Pada danau alam dimana simpanan (storage) adalah fungsi dari outflow pada
elevasi berapapun juga, Ts menggambarkan factor pembanding antara
simpanan (storage) dan outflow
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 83
S=Ts°............................................................................................................. (3)
Persamaan yang dipakai computer dapat dikaji lebih mudah dengan melihat
persamaan (3) dan Gambar (5) sebagai berikut :
Persamaan 3 :
= Ts ( d 0 / dt ) ....................................................................................... (4)
Masukan persamaan (4) ke persamaan (2) menjadi :
It = 0t + Ts (d0/dt).......................................................................................... (5)
Gambar 6.5. Prosedur Dasar Strorage Routing
Persamaan 1 :
[
] [
]
Pada Gambar 6.5 terlihat
[
]
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
84 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Bagi dengan t, menjadi :
Kurangi 01 pada ruas, persamaan menjadi :
Supaya persamaan lebih mudah digunakan, kalikan kedua ruas dengan
sehingga didapat :
Bila Dimana :
Im = inflow rata-rata
01 = outflow pada permulaan periode
t = selang waktu
Ts = waktu simpanan (storage time)
Bila inflow dan outflow permulaan periode diketahui, maka outflow pada akhir
periode (02) didapat dari persamaan (7).
Gambar 6.6. Satu Kenaikan dari Storage Routing
Input Data yang diperlukan:
Besarnya Inflow Hidrograph
Besarnya pola Outflow dari outlet (kebutuhan) dan dari overspill
(hubungan elevasi diatas mercu dan outflow)
Hubungan elevasi-storage-area
Interval waktu untuk analisis dan waktu simpanan
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 85
Output :Besarnya outflow untuk setiap time step
6.3 Penelusuran Banjir di Suatu Waduk
Sistem operasi suatu waduk memerlukan adanya kajian untuk mengetahui
berapa besarnya debit masuk (inflow) dan debit keluar (outflow) serta debit
maksimum yang terbuang lewat pelimpah pada saat muka air waduk melebihi
normal atau saat banjir.
Hidrograf outflow suatu waduk dapat dicari berdasarkan hidrograf inflow
dengan metode penelusuran hidrolik (hidrologic routing). Cara lain untuk
mengetahui hidrograf outflow suatu waduk dapat diketahui melalui data yang
tercatat lewat pelimpah. Data ini diperkirakan dapat digunakan untuk
memprediksi hidrograf inflow, yang sangat diperlukan untuk menentukan
system operasi waduk.
Hal ini dilakukan karena tidak setiap waduk tersedia data inflow-nya. Analisis
dapat dilakukan dengan mencoba memodifikasi rumusan yang telah ada
untuk mendapatkan inflow suatu waduk apabila diketahui outflow.
Data yang digunakan dalam analisis ini adalah data primer yang diambil dari
dat pengamatan di sekitar waduk. Variabel yang akan diamati adalah evaluasi/
fluktuasi muka air waduk dan debit yang dikeluarkan (dari pelimpah dan atau
outlet) sedangkan inflow ke wauk berasal dari sungai dan hujan. Data-data
yang dihasilkan dari inflow ke waduk berasal dari sungai dan hujan. Data-data
yang dihasilkan dari pengamatan dapat dicari dari modifikasi rumus baru
dengan berbagai perbandingan. Data hasil perhitungan yang didapatkan
kemudian dibandingkan dengan data pengamatan.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
86 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
6.3.1 Metode Penelusuran Banjir
Penelusuran banjir waduk data dilakukan secara hidrologic routing yang
berdasarkan pada persamaan kontinuitas.
I – Q = dS/dt ……………........................................................……………… [1]
Dengan:
I = debit yang masuk pada waduk (m3/dt)
Q = debit yang keluar melalui pelimpah (m3/dt)
dS = perubahan besarnya tampungan / storage (m3)
dt = periode penelusuran (dt)
Bila periode penelusuran dt diubah menjadi Δt, II dan I2 dapat diketahui dari
hidrograf debit masuk ke waduk, sedangkan S merupakan tampungan waduk
pada permulaan periode penelusuran yang diukur dari faslitas pengeluaran
(mercu bangunan pelimpa atau outlet), maka penelusuran banjir menurut
Schulz (1976).
Dengan :
II = debit yang masuk di atas debit yang dicari (m3/dt), I2 = debit masuk
yang dicari (m3/dt)
Q = debit yang keluar dari waduk (m3/dt), Ψ1 = keadaan pada saat
permulaann penelusuran
Ψ2 = keadaan pada saat akhir penelusuran, Δt = periode peneusuran
(detik,jam, atau hari)
S = besarnya tampungan (storage) waduk (m3), Q adalah debit keluar pada
permulaan periode penelusuran. Kalau pengeluarannya berupa
pelimpah, maka
Q = C.B.H3/2………………............................................................………….. [4]
Dengan :
C = koefisien debit bangunan pelimpah (1,7,-2,2m1/2/dt)
B = lebar bangunan ambang pelimpah (m)
H = Tinggi energy di atas ambang bangunan pelimpah (m)
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 87
6.3.2 Anti Routing Waduk
Anti Routing waduk digunakan untuk proses kebalikan dari flood routing.
Proses anti routing untuk memprediksi besarnya inflow apabila outflow sudah
diketahui. Inflow yang diperhitungkan hanya berasal dari sungai yang
besarnya belum diketahui.
Data yang didapatkan dari percobaan di labolatorium yang digunakan adalah :
a) Debit keluar (outflow)
b) Interval waktu (Δt=jam)
Dari rumus 3 dapat ditulis menjadi berikut :
{
}
Dengan I1 = Q1
Penelusuran banjir menurut O’Donnel (1985) O’Donnel (dalam Sobriyah,2003)
menganggap bahwa jika ada aliran yang masuk sebagai tambahan inflow
sebesar alfa Inflow pada penelusuran banjir sungai, pertambahan aliran lateral
tersebut dapat langsung dijumlahkan pada aliran masukan inflow (I), sehingga
alirannya menjadi I (I+α). Analog dengan anggapan inni, hidrograf aliran
waduk bagian hilir sama dengan penjumlahan hidrograf aliran di hulu dan
hujan.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
88 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 6.7. Aliran Lateral Masuk Sungai
Hidrograf aliran outflow merupakan penjumlahan hidrograf aliran outflow dan
hujan. Secara umum hidrograf aliran putflow diperoleh dengan persamaan
sebagai berikut :
I + Hj – Q = ds/dt…….............................................................…………………[6]
Dengan :
Hj = hujan,
Ds/dt = storage per satuan waktu.
6.4 Kalibrasi Model
Model yang dikembangkan untuk perkiraan besarnya debit disususn untuk
mensimulasikan proses oeprasi waduk yang ada di alam. Keluaran model
diharapkan mampu mendekati keadaan waduk yang sebenarnya. Namun
demikiran, model tidak mungkin dapat mensimulasikan proses di alam dengan
tepat. Oleh karena itu akan selalu ada penyimpangan antara hasil keluaran
model dan pengamatan di lapangan. Untuk mengetahuin ketepatan perkiraan
tersebut dilakukan kalibrasi model (Fleming, 1975).
Suatu proses kalibrasi yang menghasilkan keluaran simulasi yang persis
sama dengan catatan hasil pengamatan tentunya tidak mungkin akan
tercapai.
Permasalahan yang biasa timbul dalam proses kalibraasi adalah tingkat
kesesuaan antara keluaran model dengan hasil pengamatan. Tingkat
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 89
kesesuaian ini ditinjau dari % kesalahan yang terjadi dan disarankan sekecil
mungkin tanpa menyebutkan suatu nilai (Fleming,1975;HEC-1,1990).
Tingkat kesesuaian yang perlu dilihat pada mode adalah sebagai berikut :
| |
| |
| |
............................................. (7)
Dengan :
ΔQc = Beda debit puncak antara pengamatan dan simulasi (m3/dt)
ΔV = beda volume aliran antara pengamatan dan simulasi (m3)
Δtc = beda waktu mencapai puncak antara pengamatan dan simulasi (Jam)
Qpp = debit puncak pengamatan (m3/dt)
Qps = debit puncak simulasi (m3/dt)
Vp = volume aliran pengamatan (m3)
Vs = volume aliran simulasi (m3)
Tcp = waktu puncak pengamatan (jam)
Tcs = waktu puncak simulasi (jam)
6.4.1 Input Data
Data hubungan antara elevasi – volume dan area
Data besarnya outflow (pelimpah dan outlet)
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
90 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
6.5 Latihan
1. Menurut pendapat Saudara/i kapan diperlukan analisis penelusuran
banjir?
2. Bagaimana dampak dari pengaruh sedimentasi pada penelusuran banjir ?
3. Menurut pendapat saudara apakah pengaruh dari perubahan tata guna
lahan dapat berpengaruh pada penelusuran banjir di waduk?
6.6 Rangkuman
Sistem operasi suatu waduk memerlukan adanya kajian untuk mengetahui
berapa besarnya debit masuk (inflow) dan debit keluar (outflow) serta debit
maksimum yang terbuang lewat pelimpah pada saat muka air waduk melebihi
normal atau saat banjir.
Hidrograf outflow suatu waduk dapat dicari berdasarkan hidrograf inflow
dengan metode penelusuran hidrolik (hidrologic routing). Cara lain untuk
mengetahui hidrograf outflow suatu waduk dapat diketahui melalui data yang
tercatat lewat pelimpah. Data ini diperkirakan dapat digunakan untuk
memprediksi hidrograf inflow, yang sangat diperlukan untuk menentukan
system operasi waduk.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 91
Hal ini dilakukan karena tidak setiap waduk tersedia data inflow-nya. Analisis
dapat dilakukan dengan mencoba memodifikasi rumusan yang telah ada
untuk mendapatkan inflow suatu waduk apabila diketahui outflow.
Data yang digunakan dalam analisis ini adalah data primer yang diambil dari
dat pengamatan di sekitar waduk. Variabel yang akan diamati adalah evaluasi/
fluktuasi muka air waduk dan debit yang dikeluarkan (dari pelimpah dan atau
outlet) sedangkan inflow ke wauk berasal dari sungai dan hujan. Data-data
yang dihasilkan dari inflow ke waduk berasal dari sungai dan hujan. Data-data
yang dihasilkan dari pengamatan dapat dicari dari modifikasi rumus baru
dengan berbagai perbandingan. Data hasil perhitungan yang didapatkan
kemudian dibandingkan dengan data pengamatan.
6.7 Evaluasi
1. Penelusuran banjir dimaksudkan untuk mengetahui besarnya hidrograph
banjir.....
a. Dihilir dari pengamatan debit banjir
b. Mengetahui besarnya outflow dari inflow yang masuk ke waduk
c. a dan b benar
d. Semua salah
2. Persamaan dasar yang dapat dilakukan untuk penelusuran banjir disuatu
bendungan adalah.....
a. Continuity dan Momentum (Unsteady Flow)
b. Persamaan Storage
c. Muskingum
d. Semua Benar
3. Pada kondisi dimana ada pengaruh pasang surut, penelusuran banjir
disuatu aliran sungai menggunakan persamaan.....
a. Continuity dan Momentum (Unsteady Flow)
b. Storage
c. Muskingum
d. Semua Benar
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 93
BAB VII
RENCANA POLA OPERASI WADUK
7.1 Tujuan
Tujuan dilakukan studi operasi waduk adalah untuk menentukan penggunaan
air waduk yang optimum terutama untuk berbagai keperluan. Kata optimum
digunakan untuk membuat keseimbangan berbagai keperluan yang biasanya
air yang diperoleh akan lebih sedikit dibandingkan jika waduk hanya
digunakan untuk satu fungsi saja. Misalnya, air yang diperoleh untuk
hydropower tidak maksimum, jika waduk harus memenuhi keperluan irigasi,
domestic dan keperluan lainnya. Sebaliknya, jika waduk hanya untuk
hydropower, air yang dperoleh untuk hydropower akan maksimum.
7.2 Pola Operasi Waduk
Pola operasi waduk harus disusun untuk pegangan operasi waduk di
lapangan. Pola ini dihasilkan dari air keluaran yang optimum dan harus
diperbaharui terus menerus sesuai dengan kondisi yang ada. Kaji ulang pola
operasi eaduk dilakukan, karena pengaruh perubahan data hidrologi dan
meteorology serta perubahan peruntukan waduk.
Pedoman dalam pola operasi waduk dapat dilakukan/ dibuat untuk tahap
perencanaan maupun tahap pengoperasian waduk. Hal-hal yang diperlukan
pada tahap perencanaan dan tahap operasi dapat dilihat pada Gambar 7.1
dibawah ini.
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan tentang
rencana pola operasi waduk.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
94 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 7.1. Tahap Perencanaan dan Tahap Pengoperasian Waduk
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 95
Dampak dari perubahan iklim dan rusaknya DAS di hulunya akan
mengakibatkan perubahan air masukan ke waduk. Demikian juga dengan
pergeseran musim dan kekeringan yang semakin panang sangat
memepengaruhi pola tanam padi yang membutuhkan perubahan pola operasi
waduk untuk antisipasinya
Pola operasi waduk ini juga dibutuhkan untuk menjamin air keluar dari waduk
pada saat banjir tidak menyebabkan atau memperparah banjir dihilirnya.
Sebaliknya, pada musim kemarau dapat mengurangi dampak kekeringan
dengan pengatura penyimpanan air pada akhir musim penghujan.
7.3 Tipe Operasi Waduk
Operasi waduk dapat dibagi ke dalam beberapa tipe, operasi waduk dapat
dibagi menjadi tiga tipe sebagai berikut :
a) Type untuk jangka panjang dengan durasi musiman atau tahunan: type ini
menggunakan inflow (aliran masuk) dan outflow (aliran keluar) musiman
(musim kemarau dan penghujan) atau tahunan. Hal ini biasanya
dibutuhkan pada awal persiapan proyek.
b) Type jangka pendek dengan durasi harian, mingguan, sepuluh harian,
tengah bulanan, ataupun bulanan: type ini digunakan untuk memenuhi
fluktuasi kebutuhan air domestic, irigasi, industry dsb. Langkah waktu
untuk memenuhi kebutuhsn irigasi biasanya mingguan, sepuluh harian
atau tengah bulanan sesuai dengan pola tanam yang ada. Type ini yang
banyak dilakukan di Indonesia.
c) Type untuk operasi waduk pada kondisi ekstrim seperti banjir: type ini
biasanya mempunyai durasi sangat pendek jam-jaman yang sangat erat
dengan desain pelimpah. Karena lebar spillway menentukan beaya, studi
ini dibutuhkan pada saat persiapan proyek. Disamping itu, pelimpah
sangat erat hubungannya dengan keamanan bendungan yang didasarkan
pada periode ulang banjir rencana yang digunakan.
Operasi waduk dalam tahapan operasional dapat dilakukan dengan durasi
bulan atau dua mingguan menggunakan rule curve yang telah disusun untuk
masing-masing waduk seperti terlihat pada Gambar 7.2 dibawah ini.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
96 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 7.2. Pola Operasi Waduk dari Waktu ke Waktu Berpedomankan Pada Rule Curve yang Telah Dibuat.
7.4 Prinsip Dasar Operasi Waduk
Operasi waduk ini dilakukan langkah demi langkah, langkah waktu
sebelumnya menjadi dasar langkah waktu selanjutnya yang didasarkan pada
neraca air (water balance). Hal ini berarti, setiap langkah waktu tidak dapat
berdiri sendiri, dan setiap simulasi dimulai pada kondisi tinggi muka air atau
besar tampungan tertentu. Tampungan yang dioperasikan secara sketsa
dapat dilihat pada Gambar berikut ini.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 97
Gambar 7.3. Tampungan di Waduk
7.4.1 Persamaan Dasar
Persamaan dasar pada operasi waduk adalah Aliran Masuk dikurangi Aliran
Keluar adalah Perbedan Tampungan yang persamaannya seperti berikut dan
ilustrasinya dapat dilihat pada Gambar 7.4.
Inflow(I)-Outflow(O)=ΔStorage…………………………......................……… (1)
St+1 = S1+I1-(O1+E1+R1)……………………………………………................... (2)
Kondisi tampungan lebih besar dari tampungan maksimum:
St+1 > Smax , maka akan terdapat limpasan sebesar (St+1-Smax)
St+1 = Smax
O1=O1+limpasan
Kondisi tampungan lebih kecil dari tampungan minimum:
St+1 < Smin , maka akan terdapat kekurangan sebesar (Smin-St-1)
St+1 = Smin
O1=O1-kekurangan
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
98 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Dengan :
S = tampungan
I = debil inflow
O = debit outflow
E = evaporasi
R = resapan
t = langkah waktu
Gambar 7.4. Neraca Air di Waduk
7.4.2 Asumsi/ Batasan
Tampungan maksimum adalah besarnya kapasitas pada elevasi pelimpah,
dan tampungan minimum adalah kapasitas pada elevasi tampungan mati.
Simulasi dilakukan dibawah kapasitas maksimum dan diatas kapasitas
minimum. Jika tampungan lebih dari kapasitas maksimum air akan melimpas
waduk dan jika lebih rendah di bawah kapasitas minimum, outflow target tidak
akan terpenuhi, karena air tidak akan mengalir.
7.4.3 Langkah Waktu
Langkah waktu yangdigunakan tergantung dari keperluan simulasi. Langkah
waktu periode pendek, yaitu 1 jam an maupun harian biasanya digunakan
untuk simulasi banjir. Untuk simulasi yang lain digunakan langkah waktu
mingguan, sepuluh harian, tengah bulanan, dan bulanan. Langkah waktu
hujan
evaporasi
Infitrasi
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 99
musiman dan tahunan biasanya digunakan untuk melihat gambaran secara
umum kemampuan waduk.
7.4.4 Kebutuhan Data
Data yang dibutuhkan dalam simulasi waduk adalah sebagai berikut:
a) Data debit inflow (m3/s) sesuai dengan langkah waktunya
b) Data hujan di daerah hulu. Jika tidak ada debit, maka digunakan data
hujan untuk mendapatkan besaran debit inflow menggunakan pendekatan
hubungan hujan-limpasan. Untuk itu diperukan data lainnya seperti
karakteristik Sub DAS
c) Data hujan diatas waduk
d) Data evaporasi waduk
e) Data infiltrasi
f) Data teknis bendungan: elevasi pelimpah, tinggi muka air minimum dan
maksimum, lebar pelimpah, volume minimum dan maksimum.
g) Kebutuhan air dan jenisnya yang harus dipenuhi
h) Hubungan elevasi-tampungan-luas permukaan waduk.
7.5 Simulasi Waduk
7.5.1 Komponen Penting
Ketika melakukan simulasi Neraca air suatu waduk, komponen yang paling
penting adalah inflow dan kebutuhan air, seperti yang digunakan dalam
latihan sebelumnya. Jika kapasitas penyimpnanan waduk adalah tetap, waduk
bisa kering atau menjadi penuh dan mulai limpas. Dengan
mempertimbangkan aspek-aspek seperti tersebut diatas, Neraca air di waduk
dapat ditulis sebagai berikut:
S1=St-1+(I-R-Ot-L+K)*Δt ........……………………………….. (4)
Dengan :
St-1 : Tampungan waduk pada langkah awal (m3)
St : Tampungan waduk pada akhir dari langkah waktu(m3)
I : inflow atau aliran masuk selama periode yang disimulasikan (m3/s)
R : resapan (m3/s)
Ot : Rencana pengeluaran (m3/s)
L : limpasan dari pelimpah (m3/s)
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
100 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
K : Kekurangan air (m3/s)
Δt : Durasi langkah waktu
Persamaan 4 dilakukan dengan terlebih dahulu menggunakan outlow sama
dengan target. Nilai St diperoleh setelah membandingkan dengan maksimum
dan minimum penyimpanan dalam waduk. Panjang interval waktu dapat
bervariasi dari 1 jam sampai 1 bulan, tergantung pada ukuran waduk dan
tujuan simulasi. Untuk mempelajari masalah pengendalian banjir langkah
waktu kecil (1jam atau 1 hari) diperlukan, namun untuk simulasi langkah-
langkah operasi waduk dari satu minggu atau ssatu bulan mungkin lebih tepat.
Secara umum, semakin besar waduk, semakin besar langkah waktu yang
akan digunakan.
7.5.2 Simulasi Waduk dengan Memperhitungkan Evaporasi
Sejauh ini efek dari penguapan dan curah hujan di waduk belum
dipertimbangkan. Komponen-komponen ini umumnya diabaikan dalam kasus
penelusuran banjir, menggunakan langkah-langkah waktu kecil. Namun,
ketika simulasi periode waktu yang panjang ini mungkin kontribusi variable
tersebut cukup signifikan, terutama jika luas permukaan waduk cukup besar
dalam hubungannya dengan penyimpangan. Jika seri aliran digunakan untuk
simulasi diperoleh di lokasi bendungan, sebelum bendugan itu dibangun.
Besaran aliran masuk mencakup curah hujan diatas waduk. Berkenaan
dengan kehilangan air akibat penguapan, kondiinya evapotranspirasi akan
berubah akibat dari adanya perubahan pemanfaatan lahan dari areal
tumbuhan dengan evapontraspirasi actual Ea dengan kondisi air terbuka
dengan laju penguapan Eo harus dipertimbangkan. Oleh karena itu
persamaan neraca air dapat ditulis sebagai berikut:
St = St-1+[I-R-Oa-(Eo-Ea]*Δt……………………………………………….(5)
Dengan :
Oa : outflow actual
Eo : Evaporasi (m3/s)
Ea : evapotranspirasi actual (m3/s)
A : luas permukaan waduk (m2)
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 101
7.5.3 Simulasi Waduk dengan Pelimpah Bebas
Secara garis besar, simulasi di waduk yang sudah ada waduknya dapat dilihat
pada persamaan (1) dan (2) diatas. Semua unit satuan dalam m3, jadi semua
variable yang menggunakan unit satuan m3/waktu harus dikalikann dengan
langkah waktu, untuk yang unit satuannya mm/waktu harus dikalikan luasan
dan langkah waktu.
Luas permukaan waduk berubah dengan jumlah air yang disimpan. Solusi
persamaan neraca air di waduk memerlukan hubungan antara A dan S. Nilai
rata-rata A untuk langkah waktu Δt, maka dapat ditemukan sebagai rata-rata A
untuk penyimpanan St-1 dan St. sejak St tidak diketahui, persamaan neraca
air harus diselesaikan dengan literasi. Sebagai contoh lengkung hubungan
Elevasi-Tampungan-Luas Permukaan waduk dapat dilihat pada gambar 7.5.
Gambar 7.5. Contoh Hubungan Elevasi-Volume-Luas Permukaan Waduk
Simulasi waduk untuk analisis menghasilkan penelusuran aliran masuk
mengikuti Standard Pola Operasi Waduk, dapat diringkas sebagai berikut:
a) Kebutuhan rencana tidak terpenuhi jika penyimpanan air pada akhir
jangka waktu kurang dari tampungan mati;
b) Jika pada akhir langkah waktu waduk penuh, Outflow actual sama
dengan nilai outflow rencana ditambah jumlah yang impas.
Dalam analisis waduk, time series inflow, curah hujan dan penguapan
diketahui nilai-nilainya. Hal ini memungkinkan adanya parameter yang tidak
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
102 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
diketahui, seperti variasi penyimpanan dari waktu ke waktu dan outflow actual
dari waduk. Dari hasil analisis outflow target dapat diperkirakan sebagai fungsi
dari waktu. Setelah pembangunan waduk, Standard Pola Operasi waduk tidak
mungkin sepenuhnya berlaku, karena waduk dapat melayani lebih dari satu
tujuan, seperti konservasi air, pembangkit listrik, retensi banjir dan rekreasi.
Untuk waduk serbaguna, operator harus mengontrol pengeluaran,
mempertimbangkan semua fungsi dan mengkaji bahwa aliran masuk di masa
depan mengandung ketidakpastian (uncertainly). Untuk mengatasi varibilitas
inflow, pola operasi waduk (rule curve) ditetapkan yang bervariasi sepanjang
tahun. Kurva aturan yang digunakan oleh operator sebagai pedoman untuk
operasional setiap harinya.
7.5.4 Pola Operasi Waduk Untuk Dua Fungsi
Operasi waduk dengan dua fungsi menggunakan contoh Rule Curve waduk
Jatiluhur yang melayani dua tujuan: yaitu konservasi air (untuk irigasi) dan
retensi banjir (aturan kurva diberikan pada Gambar 7.6). Aturan operasi
berikut biasanya berlaku untuk situasi ini:
a) Pola Lengkung Banjir (Flood Rule Curve, FRC) merupakan tingkat
penyimpanan maksimum yang diperlukan untuk menyimpan banjir besar.
Hal ini biasanya dianggap sebagai batas yang tidak dapat ditawar atau
dilanggar. Operator mungkin tdak selalu berhasil dalam mematuhi
peraturan ini, khususnya pada operasi sehari-hari. Keberhasilan
tergantung pada pelepasan air oleh operator. Jika waduk umpamanya
menggunakan pintu bawah dengan kapasitas maksimum Qb, aturan
operasi adalah sebagai berikut di bawah.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 103
Gambar 7.6. Contoh Pola Operasi Waduk
Jika S>FRC dan S – FRC < Qb kemudian T=D+(S-FRC)dan S=FRC
Jika S>FRC dan S – FRC > Qb kemudian T=D-Qb dan S=S-Qb
(dalam hal ini penyimpanan S melebihi FRC, di mana D adalah
outflow target dan Q adalah outflow actual)
Lengkung Operasi Waduk untuk Konservasi (The Conservation Rule
Curve, CRC) adalah batas yang fleksibel dalam air dapat ditawar atau
dilanggar. Dalam contoh ini CRC mengacu pada konservasi air untuk
irigasi. Jika penyimpanan melewati CRC, outflow dari waduk
berkurang presentase rasio r sebagai berikut:
Jika S<CRC, maka Q=r*D dan S dihitung kembali dengan Q=r*D
Dengan cara ini, pengaruh kekurangan pada pengguna air diminimalkan.
Penerapan penjatahan air juga disebut sebagai nilai perlindungan
konsumen. Alih-alih mengurangi outflow dengan presentase tertentu,
aturan pola operasi waduk secara khusus (heaging rule curves) berlaku
dalam kasus kekurangan air.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
104 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
b) Lengkung Tampungan Mati (The Dead Storage Curve, DSC) adalah batas
yang tidak bisa dilanggar, karena air yang tersimpan tidak bisa
dioperasikan di bawah batas tampungan mati. Jika S turun di bawah DSC,
outflow berkurang sebagai berikut:
Jika S<DSC, maka Q=S+D-DSC dan S=DSC (Qperlu dikoreksi jika
tampaknya negative karena penguapan).
7.6 Latihan
1. Berikan uraian tentang tahapan dalam penyusunan pola operasi dari
suatu waduk?
2. Berikan penjelasan mengapa sering terjadi konflik dalam pola operasi
waduk yang multifungsi?
3. Solusi apa yang saudara usulkan didalam mengoperasikan waduk
multifungsi supaya optimal?
7.7 Rangkuman
Pola operasi waduk harus disusun untuk pegangan operasi waduk di
lapangan. Pola ini dihasilkan dari air keluaran yang optimum dan harus
diperbaharui terus menerus sesuai dengan kondisi yang ada. Kaji ulang pola
operasi eaduk dilakukan, karena pengaruh perubahan data hidrologi dan
meteorology serta perubahan peruntukan waduk.
7.8 Evaluasi
1. Menurut pendapat saudara data apa yang diperlukan untuk pola operasi
dari suatu waduk......
a. Data inflow yang masuk ke waduk
b. Data kebutuhan air hilir
c. Kurva hubungan antara elevasi-area dan volume
d. Semuanya benar
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 105
2. Apa yang dimaksud dengan waduk multi fungsi adalah.....
a. Waduk yang peruntukkannya untuk irigasi
b. Waduk yang peruntukannya untuk PLTA
c. Waduk yang peruntukannya untuk pengendalian banjir
d. Semua benar
3. Apa yang diperlukan didalam melakukan operasi dari suatu waduk.....
a. Besarnya tampungan waduk
b. Kurva hubungan antara elevasi-area-storage
c. Sedimentasi ke waduk
d. Rule curve
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 107
BAB VIII
LAJU SEDIMENTASI
8.1 Pendahuluan
Kajian hidrologi suatu satuan wilayah sungai (SWS) atau daerah pengaliran
sungai (DPS) yang terkait dengan masalah pengelolaan dan pengembangan
sumber daya air, konservasi tanah dan air, perencanaan bangunan air
umumnya tidak lepas dari tersedianya data sedimen yang terangkut oleh
aliran sungai. Sebagai misal menentukan berapa besar laju pendangkalan:
sungai, saluran irigasi, waduk, danau, situ, ataupun penentuan laju erosi
lahan, semuanya itu ditentukan oleh tersedianya data sedimen runtut waktu
dari suatu lokasi pos duga air. Perencaan tanggul banjir, perencanaan lebar
dan kemiringan saluran irigasi tidak lepas dari penentuan debit sedimen di
lokasi yang direncanakan itu.
Hasil sedimen (sediment yield) suatu DPS merupakan bagian dari material
hasil erosi yang terangkut melalui jaringan pengaliran ke arah hilir atau di titik
pengukuran. Hasil sedimen yang dinyatakan dalam satuan volume atau tebal
sedimen per satuan luas DPS disebut dengan laju hasil sedimen (sediment
yield rate).
Banyak faktor yang berpengaruh terhadap hasil sedimen, antara lain :
a) jumlah dan intensitas curah hujan;
b) Vegetasi penutup;
c) Pengunaan lahan;
d) Tipe tanah dan formasi geologi;
e) Jaringan pengaliran seperti kemiringan, panjang, bentuki dan ukuran;
f) Karakteristik sedimen seperti ukuran dan mineralogi;
g) Karakteristik hidraulik alur dan
h) Aliran permukaan.
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan tentang laju
sedimentasi.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
108 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
8.2 Mekanisme Angkutan Sedimen
Muatan sedimen atau debit sedimen (sediment load or sediment discharge)
adalah seluruh sedimen total yang terangkut oleh aliran sungai di suatu lokasi
pengukuran, umumnya dinyatakan dengan satuan berat per satuan waktu
(ton/hari, kg/det) atau satuan volume (m3/hari). Berdasarkan cara
pengangkutannya muatan sedimen diklasifikasikan menjadi 2 bagian, yaitu :
a) Muatan sedimen dasar (bed load);
b) Muatan sedimen suspensi (suspended load).
Muatan sedimen dasar adalah bagian dari muatan sedimen yang bergerak di
sepanjang dasar sungai dengan cara menggelinding, meloncat-loncat ataupun
bergeser. Muatan sedimen suspensi adalah bagian dari muatan sedimen
yang bergerak tersuspensi atau melayang di dalam aliran dan hanya sedikit
sekali berinteraksi dengan dasar sungai karena selalu terdorong ke atas oleh
turbulensi aliran. Umumnya partikel muatan sedimen dasar lebih kasar jika
dibanding muatan sedimen tersuspensi. Beberapa bagian dari partikel
sedimen dapat terjadi bergerak sebagai muatan sedimen suspensi di suatu
titik, tetapi di lain tempat dapat bergerak sebagai muatan sedimen dasar, atau
dapat terjadi sebaliknya.
Berdasarkan ukuran partikel sedimen, maka muatan sedimen dapat
dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu :
a) Muatan material dasar (bed-material load);
b) Muatan material halus (fine-material load).
Muatan material dasar adalah bagian dari muatan sedimen yang berada di
dasar sungai umumnya ukuran partikelnya lebih kasar, bersumber dari dasar
sungai dan cenderung mengendap pada kondisi aliran tertentu. Sedangkan
muatan material halus, yang umumnya dinyatakan sebagai muatan bilas
(wash load), adalah bagian dari muatan sedimen yang ukurannya alus, tidak
berasal dari dasar sungai, dan cenderung mengendap. Sumber utama dari
muatan bilas adalah hasil pelapukan dari lapisan atas batuan atau tanah dari
DPS yang bersangkutan. Muatan bilas akan dapat ditemui dengan jumlah
yang besar pada saat awal musim hujan.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 109
Bagian dari material dasar di samping bergerak sebagai muatan sedimen
dasar ada juga yang bergerak sebagai muatan sedimen suspensi. Bagian itu
disebut sebagai muatan material dasar tersuspensi (suspended bed-material
load). Dari uraian itu, maka dapat dikatakan bahwa muatan sedimen suspensi
terdiri dari gabungan muatan bilas dan muatan material dasar tersusupensi.
Secara umum dapat dikatakan bahwa, permasalahan angkutan sedimen
adalah sangat rumit, karena sifat fisik dari partikel dan jumlah angkutan
sedimen sangat berbeda-beda merpakan variabel yang tidak dapat diukur.
Walaupun demikian terdapat hubungan korelasi yang rendah. Saat
mengendap kecepatan aliran lebih rendah dibanding saat sedimen terangkut.
Suatu alur sungai sering dijumpai pulau-pulau kecil atau dataran banjir yang
terdiri dari material lepas dan tebing sungai melalui daerah volkanik atau
tebing sungai yang mengalami pelapukan dan mudah longsor, keadaan itu
dapat menambah angkutan sedimen.
Muatan sedimen dasar umumnya sulit diukur di lapangan dan oleh karena itu
umumnya ditaksir sebagai prosentase terhadap muatan sedimen suspensi
atau dihitung dengan rumus-rumus empiris. Umumnya rumus-rumus itu
dikembangkan dari hasil penelitian di luar negeri. Oleh karena itu penerapan
rumus perhitungan muatan sedimen dasar masih perlu dikalibrasikan sesuai
dengan kondisi di Indonesia.
8.3 Konsentrasi Sedimen Suspensi
Di dalam campuran air dan sedimen dengan volume tertentu, yang dimaksud
dengan konsentrasi sedimen suspensi adalah perbandingan antara berat
kering dari kandungan sedimen itu terhadap berat campuran air dan sedimen
tersebut, dan dinyatakan dengan satuan 1 bagian per sejuta atau ditulis 1
gram/1 juta gram (part per million atau ppm) dan dapat dirumuskan sebagai :
610 x Bas
Bsppm ........................................................................... (8.1)
Keterangan :
Bs = berat sedimen kering
Bas = berat campuran air dan sedimen
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
110 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Konsentrasi sedimen suspensi dapat juga dinyatakan sebagai berat kering
dari kandunan sedimen terhadap volume total campuran air dan sedimen dari
suatu sampel sedimen suspensi, dan dinyatakan dalam satuan berat per
volume (mg/L, g/m3, kg/m3). Untuk mengubah satuan konsentrasi sedimen
dalam ppm menjadi mg/L adalah mengkalikan dengan bilangan 1,00 untuk
konsentrasi kurang dari 15.900 ppm dan dikalikan dengan bilangan 1,02 –
1,50 untuk konsentrasi berkisar antara 16.000 – 542.000 ppm.
Konsentrasi sedimen suspensi bervariasi terhadap kedalaman aliran. Pada
umumnya konsentrasi semakin besar mendekati dasar sungai dan semakin
rendah mendekati permukaan aliran. Butiran halus seperti liat (clay) dan debu
(silt) cenderung mempunyai sebaran konsentrasi yang seragam terhadap
kedalaman, jika dibanding partikel yang lebih kasar. Pada bagian panjang
alur sungai yang relatif pendek, muatan sedimen suspensi dapat dianggap
tetap konsentrasinya. Tetapi pada alur sungai yang relatif lebih panjang
konsentrasi sedimen suspensi akan sangat bervariasi dari suatu lokasi di hulu
ke lokasi di hilir. Partikel sedimen dengan ukuran tertentu yang terendap di
suatu lokasi, di bagian lokasi lain dapat terangkut dari dasar sungai dengan
jumlah yang berbeda. Kecepatan aliran pada saat mengangkut akan lebih
besar dibanding kecepatan aliran pada sat mengendapkan sedimen. Dengan
demikian ada hubungan antara debit aliran dan konsentrasi sedimen
tersuspensi.
8.4 Pengukuran Debit Sedimen Suspensi
Pengukuran debit sedimen suspensi adalah dengan cara mengukur debit dan
pengambilan sampel sedimen suspensi. Sampel sedimen suspensi yang
diukur dari suatu lokasi pos duga air bersamaan dengan saat pengukuran
debit di suatu SWS atau DPS antara lain berguna untuk menentukan :
a) Konsentrasi sedimen suspensi saat pengukuran pada debit tertentu;
b) Debit atau volume sedimen suspensi per satuan waktu yang terangkut
saat pengukuran.
Lokasi pengukuran harus memenuhi syarat sebagai lokasi pengukuran debit
dan konsentrasi sedimen suspensi, antara lain :
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 111
a) Aliran tidak melimpah, bagian alur sungai yang lurus sepanjang lebih dari
3 x lebar aliran saat banjir dan mudah dicapai;
b) Bebas dari arus balik, terjunan;
c) Konsentrasi sedimen tercampur merata pada lebar penampang
pengukuran;
d) Aliran tampak turbulen sehingga sedimen tercampur meskipun
turbulensinya tidak tinggi, bila turbulensinya tinggi, maka tidak tepat
sebagai lokasi pengukuran debit;
e) Terdapat kereta gantung atau sarana pengukuran lainnya pada saat
banjir;
f) Bentuk penampang sungai teratur, tidak berbatu-batu, tidak mempunyai
dataran banjir, tidak terdapat penyempitan alur atau pelebaran alur yang
berarti.
Peralatan yang digunakan adalah alat ukur tinggi muka air jenis otomatik
(AWLR), dilengkapi papan duga air. Alat ukur debit menggunakan alat ukur
arus (current meter). Alat ukur lebar dan kedalaman aliran. Alat pengambil
sampel sedimen jenis USDH 48 untuk digunakan pada saat pengukuran debit
dengan merawas dan USD 59 untuk pengukuran debit menggunakan perahu.
Alat komunikasi, alat hitung dan botol sampel isi 500 ml lengkap dengan
etiketnya, selain itu dilengkapi kartu pengukuran debit, blanko pembacaan
muka air, alat penerangan untuk melaksanakan pengukuran pada malam hari
dan baju pelampung.
Pengukuran konsentrasi sedimen dapat dilaksanakan dengan salah satu dari
dua metode, yaitu :
a) Integrasi titik (point integration), dan atau
b) Integrasi kedalaman (depth integration).
Jika maksud pengambilan sampel untuk mendapatkan data distribusi
konsentrasi sedimen suspensi terhadap kedalaman, maka digunakan metode
integrasi titik. Metode integrasi kedalaman diperlukan bila diinginkan analisa
hidrologi yang terkait dengan sedimen suspensi dari suatu SWS atau DPS. Di
Indonesia umumnya menggunakan metoda integrasi kedalaman. Penampang
melintang sungai di lokasi pengukuran dibagi-bagi menjadi beberapa jalur
vertikal. Jalur vertikal adalah jalur ke arah vertikal dari dasar sungai ke
permukaan air dari suatu penampang basah.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
112 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
8.4.1 Metode Integrasi Titik
Jarak setiap vertikal ditentukan sedemikian rupa sehingga besarnya
kecepatan aliran dan konsentrasi sedimen dari setiap vertikal diperkirakan
perbedaannya relatif kecil terhadap vertikal di sebelah kanan atau kirinya.
Minimal diperlukan 3 buah vertikal. Setiap vertikal dapat dilakukan minimal 5
titik pengambilan sampel (multipoint method) atau dengan cara sederhana
(simplified method).
Cara sederhana ditentukan sesuai dengan metode pengukuran kecepatan
pada proses pengukuran debit, yaitu cara satu titik pada 60% kedalaman, dua
titik pada 20 % dan 80 % kedalaman atau tiga titik pada 20 %, 60 %, dan 80 %
kedalaman, tergantung kedalaman aliran setiap jalur vertikal. Konsentrasi
rata-rata di setiap jalur vertikal dari sebanyak n buah titik pengambilan sampel
dapat dihitung dengan rumus :
n
1i
i
n
1i
ii
V
V C
C
Keterangan :
C = konsentrasi rata-rata di suatu vertikal
Ci = konsentrasi pada titik pengukuran
Vi = kecepatan aliran pada titik pengukuran
Jika sampel diperlukan untuk menghitung debit sedimen suspensi, maka
kecepatan aliran di setiap titik pengambilan sampel harus diukur.
8.4.2 Metode Integrasi Kedalaman
Pada metode integrasi kedalaman sampel sedimen suspensi diukur dengan
cara menggerakan alat pengambil sampel sedimen turun dan naik pada
kecepatan gerak yang sama untuk setiap vertikal sehingga diperoleh volume
sampel sesuai yang telah ditentukan. Umumnya ditentukan volume sampel
sebesar 473 ml sampai 3000 ml, tergantung dari jenis alat yang digunakan.
Terdapat dua metode integrasi kedalaman, yaitu :
a) EDI (equal-discharge-increment);
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 113
b) EWI (equal-width-increment) disebut juga ETR (equal-transit-rate).
Pada cara EDI, penampang melintang dibagi-bagi menjadi beberapa bagian
sub penampang, dari bagian ditentukan debitnya adalah sama besarnya.
Oleh karena itu, penerapan cara ini, debit harus diukur terlebih dahulu
sebelum sampel sedimen diambil. Sampel sedimen diambil tepat di bagian
tengah dari setiap bagian penampang. Misal, bila setiap bagian penampang
menampung 25 % dari debit total saat pengukuran, maka sampel sedimen
harus diambil pada jalur vertikal yang mempunyai debit kumulatif mulai dari
12,5 %; 37,5 %; 62,5 % sampai 87,5 % dari debit total. Umumnya penampang
pengukuran dibagi menjadi 3 sampai 10 bagian.
Contoh menentukan titik pengambilan sampel sedimen suspensi cara EDI
seperti tercantum pada Tabel 8.1 berikut ini.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
114 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Tabel 8.1. Contoh Lembar Perhitungan pada Kartu Pengukuran Debit dan
Sedimen
No. Rai
Leba
r
Dala
m Titik N Wakt
u
Kecepatan (Vi) Luas Debit Kumula
tif
(bi) (li) (di) Titik Rata2 (ai) (qi) (qi)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 0.00 0.00 0.00
1 0.50 0.50 0.16 0.6 100 50 0.283 0.283 0.080 0.023 0.023
2 1.00 0.50 0.26 0.6 162 50 0.448 0.448 0.130 0.058 0.081
3 1.50 0.50 0.24 0.6 148 50 0.411 0.411 0.120 0.049 0.130
4 2.00 0.50 0.21 0.6 147 50 0.408 0.408 0.105 0.043 0.173
5 2.50 0.50 0.41 0.2 182 50 0.500 0.422 0.25 0.087 0.260
0.8 123 50 0.344
6 3.00 0.50 0.34 0.6 208 50 0.560 0.560 0.170 0.097 0.357
*)
7 3.50 0.50 0.36 0.6 227 50 0.618 0.618 0.180 0.111 0.468
8 4.00 0.50 0.42 0.2 221 50 0.602 0.507 0.210 0.106 0.574
0.8 148 50 0.411
9 4.50 0.50 0.40 0.2 239 50 0.649 0.583 0.200 0.117 0.691
0.8 188 50 0.516
*)
10 5.00 0.50 0.40 0.2 261 50 0.707 0.573 0.200 0.114 0.805
0.8 158 50 0.437
11 5.50 0.50 0.40 0.2 258 50 0.699 0.611 0.200 0.122 0.927
0.8 191 50 0.523
12 6.00 0.00 0.00
Debit total Q = 0.927
Tanda *) = titik pengambilan sampel sedimen
Keterangan :
a) Kolom 1, 2, 4, 5, 6 dan 7 diukur di lapangan
b) Debit dihitung dengan metode interval tengah
c) Debit total = 0,927 m3/detik, bila sampel sedimen diambil pada 1/6, 3/6
dan 5/6 debit, maka titik pengambilan sampel (tanda *)) :
1) 1/6 x 0,927 m3/det = 0,154 m3/det, diantara rai ke-3 dan ke-4;
2) 3/6 x 0,927 m3/det = 0,463 m3/det, tepat pada rai ke-7;
3) 5/6 x 0,927 m3/det = 0,772 m3/det, diantara rai ke-9 dan ke-10.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 115
Konsentrasi sedimen suspensi rata-rata dari jumlah bagian penampang
sebanyak i = 1, 2, 3, ......... n buah pada saat pengukuran debit dilaksanakan
dapat dihitung dengan rumus :
n
1i
i
n
1i
i
q
q x C
C ...................................................................
bila debit setiap bagian penampang (qi) tidak sama besarnya.
n
C
C
n
1i
i
bila debit setiap bagian penampang (qi) sama besarnya.
EWI atau ETR
Pada cara EWI atau ETR, penampang melintang pengukuran dibagi menjadi
minimal 3 jalur vertikal dengan jarak antara setiap vertikal adalah sama.
Konsentrasi rata-rata dari i = 1, 2, 3.......... n buah vertikal saat pengukuran
dihitung dengan rumus :
n
1i
i
n
1i
i
U
W
C
Keterangan :
Wi = berat sampel pada vertikal ke-i
Ui = volume sampel pada vertikal ke-i
Keuntungan cara EWI adalah tidak selalu diperlukan pengukuran debit, tetapi
yang menjadi kendala adalah sulitnya menentukan waktu gerak alat
pengambil sampel turun dan naik dari semua vertikal harus sama, agar
volume sampel sama besarnya, memenuhi ketentuan teknis dari setiap jenis
alat yang digunakan. Cara ini sangat jarang digunakan di Indonesia.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
116 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
8.5 Botol Sampel dan Analisa Laboratorium
Setelah sampel sedimen diambil dengan volume sesuai ketentuan, kemudian
disimpan di dalam botol khusus yang tidak mudah : pecah, bocor dan rusak.
Botol setelah diisi harus tertutup rapat dan diberi label yang bertuliskan :
a) Nomor sampel;
b) Nama sungai dan lokasi;
c) Tanggal, waktu dan nama pengukur;
d) Tinggi muka air dan debit saat pengukuran.
Kemudian dianalisa di laboratorium untuk menentukan :
a) Konsentrasi sedimen suspensi, ukuran butir, dan
b) Berat jenis kering (dry density, unit weight, specific weight).
8.6 Debit Sedimen Suspensi Pengukuran
Pada suatu lokasi pos duga air dari suatu SWS atau DPS, bila suatu saat
terukur debit sebesar Q dengan konsentrasi sedimen suspensi rata-rata
sebesar C (hasil analisa laboratorium sampel sedimen suspensi), maka debit
sedimen pada saat pengukuran sebesar Qs, dapat dihitung dengan rumus :
Q . C .k Qs
Nilai k adalah faktor yang sama besarnya, tergantung dari satuan setiap
unsur.
Bila nilai Qs (ton/hari), C (mg/L) dan Q (m3/detik), dengan interval waktu 24
jam, maka k = 0,0864 sehingga ;
Q x C x 0,0864 Qs
Nilai k=1, bila Qs (kg/detik), C (kg/m3) dan Q (m3/detik), maka debit sedimen
suspensi saat pengukuran adalah :
Q . C Qs
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 117
Contoh :
Dari pengukuran debit sebesar 25 m3/detik, dilakukan pengambilan sampel
sedimen dengan cara integrasi kedalaman pada 3 jalur vertikal bagian debit :
1/6, 3/6 dan 5/6 debit. Hasil konsentrasinya untuk setiap bagian adalah :
Debit 8,5 m3/detik, konsentrasi 1200 mg/L;
Debit 8,2 m3/detik, konsentrasi 1500 mg/L;
Debit 8,3 m3/detik, konsentrasi 1100 mg/L;
Hitung konsentrasi dan debit sedimen !.
Jawaban dari contoh tersebut :
Dengan menggunakan rumus 6.1 diperoleh :
C = 1/25 [(8,5 x 1200) + (8,2 x 1500) + (8,3 x 1100)] = 1265 mg/L
Dengan menggunakan rumus 6.2 diperoleh debit sedimen saat pengukuran :
Qs = 0,0864 x 1265 mg/L x 25 m3/detik = 2732,4 ton/hari
Pengukuran debit sedimen harus selalu diikuti pengukuran debit, pengambilan
sampel sedimen tanpa pengukuran debit datanya tidak akan bermanfaat untuk
analisis hidrologi. Data debit sedimen pengukuran dan debit pengukuran
tersebut selanjutnya digunakan sebagai basis pengolahan :
a) Analisis lengkung sedimen;
b) Perhitungan debit sedimen runtut waktu (bila tersedia debit runtut waktu).
Dengan tahap itu, maka sedimen yield suatu DPS dapat ditentukan setelah
menghitung debit sedimen dasar dan sedimen suspensi yang terletak di
daerah unsample zone (lokasi setebal beberapa cm diantara alat pengambil
sampel dan dasar sungai). Umumnya sedimen unsample zone diperkirakan 2
– 10 % dari sedimen suspensi.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
118 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
8.7 Pengukuran Sedimen Dasar
Pengukuran sedimen dasar dapat dilakukan dengan cara :
a) Pengukuran debit sedimen dasar per satuan lebar
Sedimen dasar terdiri dari partikel kasar, sampai saat ini metode
pengukuran dan perataannya masih dalam pengembangan. Belum
ditemukan satu metode atau alat yang cocok untuk semua kondisi sungai
di lapangan. Salah satu contoh adalah jenis BTMA (Bed-load Transport
Meter Arnhem). Pengukuran dilakukan dengan cara EWI atau EDI.
b) Pemetaan dasar sungai secara berkala
Pemetaan dasar sungai dapat dilakukan dengan cara konvensional atau
dengan echo sounding. Dengan membandingkan perubahan elevasi
setiap pemetaan, maka dapat ditentukan debit sedimen dasar per satuan
waktu.
c) Perhitungan dengan rumus empiris
Telah banyak dikembangkan rumus empiris untuk menghitung sedimen
dasar, meskipun demikian penerapannya di Indonesia masih perlu
pengkajian lebih lanjut. Rumus itu diantaranya :
1) Rumus Meyer – Peter
Menurut Meyer-Peter, sedimen dasar dihitung dengan rumus :
x Wq Q bb
3
50ss
b
D g
1 x
-
q
2/1
0,188 - 4
S n
n R
D x
-
2/3'
50s
26
D n
1/6
90'
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 119
Keterangan :
Qb = debit sedimen dasar (kg/det)
Qb = debit sedimen dasar/satuan lebar (kg/detik/m)
dan s = kerapatan air (density) dan partikel (kg/m3)
g = percepatan gravitasi = 9,81 m/detik2
n’ = koefisien kekasaran untuk dasar rata
n = kekasaran aktual dihitung dari rumus Manning
D90 dan D50 = ukuran butir 90 % dan 50 % lolos saringan (mm)
Contoh
Dari pengukuran lapangan diperoleh data :
Tinggi muka air (H) = 1,80 m
Debit (Q) = 152 m3/detik
Luas penampang (A) = 116 m
Lebar aliran (L) = 103 m
Lebar dasar (W) = 101 m
Kemiringan muka air (S) = 0,0007
eRadius hidraulis (R) = 1,07 m
Ukuran butir = D90 = 4,7 mm
D50 = 3,20 mm
Hitung sedimen dasar saat itu bila kerapatan (density) air dan sedimen
dianggap = specific gravity (BD) ari dan sedimen. BD air = 1,00
ton/m3 dan sedimen = 2,65 ton/m3.
Jawab
Kecepatan rata-rata = A
Q = V = 1,31 m/detik
Koefisien kekasaran Manning = 0,0212 n S R n
1 V 1/22/3
Maka = 0,0157 4,7 x 1/26 n6/1'
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
120 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
4-
2/3
-3
10 x 7 x 0,0212
0,0157 07,1
10 x 3,20 x
1000
1000- 2650
11,07 (tanpa satuan)
10 x 3,20 x 9,81
1 x
1000 - 2650
1000 x
2650072,0
1/2
33-
b
qb = 0,139 kg/detik/m
Qb = 0,139 kg/detik/m x 101
m = 14 kg/detik
2) Rumus Einstein
Rumus pendekatan yang digunakan, untuk menghitung debit sedimen
dasar/unit lebar :
3
35ss
b
D g
1 x
-
q
S n
n R
D x
-
2/3'
35s
Hubungan dan ditentukan dari grafik khusus.
Contoh
Tentukan debit sedimen dasar dari contoh sebelumnya jika D35 = 2,9
mm.
Jawab
Dari rumus 7.6 akan diperoleh :
4-
2/3
-3
10 x 7 x 0,0212
0,0157 07,1
10 x 2,90 x
1000
1000- 2650
10 (tanpa satuan)
Dari tabel khusus diperoleh = 0,09 (tanpa satuan)
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 121
Dengan rumus 7.5 diperoleh :
10 x 2,90 x 9,81
1 x
1000 - 2650
1000 x
265009,0
1/2
33-
b
qb = 0,149 kg/detik/m
Debit sedimen dasar seluruh penampang :
Qb = 0,149 kg/detik/m x 101 m = 15,14 kg/detik
(hasil hampir = perhitungan rumus MEYER-PETER = 14,0 kg/detik)
8.8 Pengambilan Material Dasar
Pengambilan sampel material dasar (bed material) penting untuk perhitungan
debit sedimen dasar menggunakan rumus empiris seperti Meyer-Peter dan
Einstein atau kajian hidrologi lainnya. Pengambilan dapat dilaksanakan
secara random pada penampang melintang dan memanjang ruas sungai.
Peralatan yang digunakan antara lain : Van Veen Grab (Bottom grab); Gravel
Sampler; US-BMH tipe : 53, 54, 60 dan sebagainya. Contoh material dasar
kemudian dianalisis di laboratorium untuk menentukan distribusi ukuran butir.
8.9 Pengukuran Sedimen Total
Pengukuran sedimen total (suspensi + sedimen dasar) yang terangkut pada
suatu sungai dapat dilaksanakan dengan cara :
a) Melaksanakan sampling (pengukuran sedimen suspensi dan sedimen
dasar seperti telah dijelaskan dimuka);
b) Menggunakan alat tampung sedimen;
Cara ini dapat dilakukan pada alur sungai kecil dan menyempit atau pada
plot-plot erosi. Biasanya dilengkapi ambang sebagai alat ukur debit.
Sedimen total per satuan waktu langsung dapat ditentukan dari alat
tampung yang tersedia.
c) Memetakan topografi danau atau waduk.
Cara ini digunakan untuk mengetahui laju sedimentasi total dari semua
sungai yang masuk danau atau waduk. Pemetaan dilakukan secara
berkala misal sekali setahun. Dengan menghitung beda volume total dari
setiap pemetaan terhadap volume total pemetaan sebelumnya, maka
sedimen total per satuan waktu dapat ditentukan.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
122 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Pemetaan dapat dilakukan dengan metode: garis kontur atau jalur (range).
Metode garis kontur dilaksanakan sebelum waduk diisi air. Metode jalur
digunakan setelah pengisian waduk. Data yang diperlukan: peta dasar, lokasi
jalur pemetaan, nomor jalur, BM, titik tetap pembantu. Diperlukan: perahu dan
perlengkapannya, alat ukur jarak dan arah, alat ukur kedalaman (echo
sounding), alat komunikasi, rambu-rambu dan sebagainya.
Pengukuran jarak horisontal dapat dilakukan dengan metode sudut tunggal
atau sudut ganda, tergantung kemudahan pelaksanaan dan ketelitian yang
diinginkan.
8.10 Pengolahan Data Sedimen
Pengolahan data sedimen dimaksudkan untuk memperoleh laju hasil sedimen
(ton/ha/tahun, m3/ha/tahun, mm/tahun) dari suatu DPS. Langkah
pengolahannya adalah sebagai berikut :
a) Mengumpulkan data pengukuran sedimen suspensi dan debit.
b) Mengumpulkan data debit runtut waktu.
c) Mengumpulkan lengkung sedimen suspensi.
d) Mengumpulkan debit sedimen suspensi runtut waktu.
e) Mengumpulkan debit sedimen suspensi pada unsample zone.
f) Mengumpulkan debit sedimen dasar runtut waktu.
g) Mengumpulkan debit sedimen total runtut waktu.
h) Menghitung hasil sedimen per tahun.
Berikut ini penjelasan lengkapnya.
a) Mengumpulkan data pengukuran sedimen suspensi dan debit.
Data yang dikumpulkan dari suatu lokasi pos duga air (DPS) meliputi :
konsentrasi sedimen, debit dan tanggal pengukuran. Debit sedimen
suspensi dihitung berdasarkan data konsentrasi dan debit. Data tersebut
harus dibuat dalam suatu tabel dalam urutan kronologis.
b) Mengumpulkan data debit runtut waktu.
Data debit runtut waktu dari pos duga air (DPS) yang akan diolah dapat
dikumpulkan dari buku publikasi debit. Sudah barang tentu untuk lokasi
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 123
dan waktu pengukuran sama dengan lokasi dan waktu pengukuran
sedimen. Data debit tersebut harus dilakukan pengecekan tentang
kebenaran datanya, misal dengan analisa :
- Hidrograf
- Statistik.
Data debit yang salah atau meragukan kebenarannya harus tidak
digunakan untuk perhitungan sedimen.
c) Mengumpulkan lengkung sedimen suspensi.
Lengkung sedimen suspensi adalah grafik atau persamaan yang
menggambarkan hubungan antara debit sedimen (Qs) terhadap debit (Q).
Data yang digunakan harus terlebih dahulu dicek kebenarannya. Rumus
umum yang digunakan :
b
s Q a Q
Dalam hal ini a = koefisien dan b = eksponen. Persmaan 10.1 dapat
diubah sebagai persamaan linier sederhana sebagai berikut :
Q log b a log Q log s
atau
bX a Y
Dalam hal ini Yi = log Qsi sebagai variabel tidak bebas (VTB) dan Xi = log
Qi sebagai variabel bebas (VB) untuk sebanyak i > dari 10 buah
pengukuran mulai kondisi muka air rendah sampai tinggi. Nilai a = titik
potong (intercept) dan b = koefisien regresi yang untuk n buah data dapat
ditentukan dengan cara kuadrat terkecil, seperti rumus berikut ini :
Xvarian
XYkovarian
X - X
Y - YX - X
bn
1i
2_
i
_
i
n
1i
_
i
......................
__
X b - Y a .............................................................
n
1i
i
_
Y n
1 Y ...............................................................
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
124 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
n
1i
i
_
X n
1 X ..............................................................
Ketelitian persamaan dapat ditentukan dari analisis regresi linier
sederhana, antara lain menentukan nilai :
a. R = koefisien korelasi
b. R2 = koefisien determinasi
c. SEE = kesalahan standar perkiraan (Standard Error of Estimate)
d. Uji t
e. Uji F
2) Jika nilai R > 0,70 dianggap persamaan 10.3 cukup baik. Nilai R
dihitung dengan persamaan berikut ini :
_
i
_
i
Y- Y
Y - Y
R
3) Penentuan koefisien determinasi (R2), jika angkanya mendekati 100 %
dianggap yang terbaik. Angka R2 dihitung menggunakan :
_
i
_
i
2
Y- Y
Y - Y
R
4) Penentuan angka SEE, semakin kecil angka SEE maka model yang
dihasilkan semakin baik. Angka SEE dihitung dengan persamaan
berikut ini :
2 -n
Y - Y
SEE
n
1i
2
ii
5) Uji koefisien regresi, jika setiap koefisien regresi dinyatakan dengan ,
maka dapat dilakukan uji-t dengan hipotesa sebagai berikut :
(a) Ho : = 0 (koefisien regresi tidak signifikan);
(b) Ho : 0 (koefisien regresi signifikan);
(c) Pedoman untuk menarik kesimpulan :
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 125
(1) Dengan menggunakan angka Tabel-t (Tabel-t umumnya
tersedia di dalam buku-buku statistik) :
jika t hitung terletak di daerah penerimaan, maka Ho
diterima;
jika t hitung terletak di daerah penolakkan, maka Ho
ditolak;
Angka hitung t, untuk derajat bebas (n-2) ditentukan dari
persamaan :
SEB
- b i ii
Dalam hal ini bi adalah koefisien regresi yang ditaksir dan
i adalah parameter yang dihipotesakan. SEB adalah
kesalahan standar angka bi. SEB dapat dihitung dengan
persamaan :
2
i
_
i X - X
1 SEE SEB
(2) Dengan menggunakan angka peluang (P) :
jika P terhitung > 5,0%, maka Ho diterima;
jika F terhitung < 5,0%, maka Ho ditolak.
6) Uji signifikasi menyeluruh, menggunakan uji-F untuk menguji apakah
memang terdapat hubungan antara VTB terhadap VB. Jika koefisien
regresi pada persamaan dinyatakan dengan , maka hipotesa yang
digunakan adalah :
(a) Ho : = 0 (tidak ada hubungan antara VTB terhadap VB);
(b) Ho : 0 (terdapat hubungan antara VTB terhadap VB);
(c) Pedoman untuk menarik kesimpulan :
(1) Dengan menggunakan angka Tabel-F (Tabel-F umumnya
tersedia di dalam buku-buku statistik) :
jika F hitung terletak di daerah penerimaan, maka Ho
diterima;
jika F hitung terletak di daerah penolakan, maka Ho ditolak;
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
126 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Angka F dihitung dengan persamaan :
1 -k -n
R - 1
kR
F2
2
(2) Dengan menggunakan angka peluang (P) :
jika P terhitung > 5,0%, maka Ho diterima;
jika P terhitung < 5,0%, maka Ho ditolak.
Persamaan 10.1 – 10.13 dapat dengan mudah diselesaikan
menggukanan paket program statistik pada program lembar kerja
seperti : EXCEL, QUATRO atau LOTUS.
Contoh
Tentukan persamaan lengkung sedimen data berikut ini.
Q (X) QS(Y) Log 10 X Log 10 Y
35 1.73 1.5441 0.2380
39 2.45 1.5911 0.3892 HASIL
43 3.31 1.6335 0.5198
54 6.83 1.7324 0.6344 Multiple R 0.983
56 6.99 1.7482 0.8445 R. Square 0.965
88 10.44 1.9445 1.0187 Adjusted R Square 0.961
95 16.36 1.9777 1.2138 Standard Error 0.092
105 27.47 2.0212 1.4389 Observations 10
112 29.06 2.0492 1.4633
119 33.96 2.0755 1.5310
Df SS MS F Significance F
Regression 1 1.878 1.787 223.649 0.00000039
Residual 8 0.067 0.008
Total 9 1.945
Coefficients Standard
Error
t Stat P-value Lower
95%
Upper
95%
Lower
95.0%
Upper
95.0%
Intercept -3.1583 0.276 -11.436 0.0000031 -3.795 -2.521 -3.795 -2.521
X Variable 2.2423 0.150 14.955 0.0000004 1.897 2.588 1.897 2.588
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 127
d) Menghitung debit sedimen suspensi runtut waktu
Dari debit runtut waktu (1 Jan – 31 Des) dari suatu DPS dapat untuk
menghitung sedimen suspensi runtut waktu setelah setiap nilai debit
ditransformasikan menjadi sedimen suspensi berdasarkan persamaan
lengkung sedimen yang telah ditetapkan.
e) Menghitung debit sedimen suspensi pada unzample zone
Pada saat pengukuran sedimen suspensi tidak seluruh kedalaman dapat
terwakili diambil sampelnya. Ada bagian kedalaman yang lokasinya
hampir mendekati dasar sungai tidak dapat terambil sampelnya, kira-kira
setinggi alat ukur sedimen. Sedimen suspensi di lokasi itu disebut
unsample zone. Umumnya nilai sedimen suspensi di lokasi unsample
zone (Qsu) ditaksir, misal 10% terhadap debit sedimen suspensi dan
dirumuskan sebagai berikut :
ssu Q % Q
f) Menghitung debit sedimen dasar runtut waktu
Cara perhitungan sedimen dasar runtut waktu = sedimen runtut waktu.
Terlebih dahulu menentukan lengkung sedimen dasar untuk kemudian
digunakan sebagai alat transformasi menentukan sedimen dasar runtut
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
128 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
waktu. Namun karena umumnya sedimen dasar sulit diukur, maka
besarnya debit sedimen dasar (Qsd) dalam satu tahun ditaksir berdasarkan
persentase sedimen suspensi untuk tahun yang bersangkutan. Misalnya
sebesar 10% dari sedimen suspensi. Umumnya dirumuskan sebagai
berikut :
ssd Q % Q .................................................................
g) Menghitung debit sedimen total runtut waktu
Sedimen total (Qstot) dihitung dengan rumus :
sdsusstot Q Q Q Q
h) Menghitung hasil sedimen per tahun
Hasil sedimen (SED, sediment yield) dihitund dari volume sedimen total
dibagi dengan luas DPS.
Volume sedimen = Qstot (ton/tahun) : berat jenis (ton/m3)
SED = Volumen sedimen : luas DPS .........................
Contoh .......................................................................
Dari DPS Waduk PLTA PB Sudirman dengan luas DPS = 1022 Km2,
berdasarkan data tahun 1956 – 1979 mempunyai angkutan sedimen
melayang rata-rata 7,040 juta ton/tahun. Hitung hasil sedimen DPS itu jika
berat jenis sedimen = 1,097 ton/m3.
Jawab
Qs = 7,040 juta ton/tahun
Qsu = 0,704 juta ton/tahun........ (dianggap 10% Qs)
Qsd = 0,704 juta ton/tahun........ (dianggap 10% Qs)
Dengan rumus 10.16 diperoleh Qstot = 8,448 juta ton/tahun
Dengan rumus 10.17 diperoleh volume sedimen
/tahunm juta 7,70 ton/m907,1
ton/tahunjuta 8,448 volsed 3
3
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 129
Dengan rumus 10.18, maka sediment yield DPS PLTA Waduk PB
Sudirman adalah :
km 1022
/tahunm juta 7,70 SED
2
3
SED = (7,70 x 106 x 10
3x3 mm
3/tahun) : (1022 x 10
6x2 mm
2)
mm/tahun 7,53 mm10 x 022,1
/tahunmm 10 x 7,70 SED
215
315
Jadi sediment yield yang masuk Waduk PLTA PB Sudirman diperkirakan
setara dengan tebal erosi 7,53 mm/tahun.
8.11 Latihan
1. Menurut pandangan Saudara/i apakah pengaruh dari perubahan tata guna
lahan dan perubahan iklim berpengaruh pada laju sedimentasi. Uraikan
mengapa dan bagaimana?
2. Hal-hal apakah yang dapat diidentifikasi secara awal bahwa telah terjadi
pendangkalan suatu waduk, meskipun belum dilakukan pengukuran
kembali kapasitas tampung waduk?
3. Ada beberapa pendekatan yang dapat digunakan untuk memperkirakan
Sedimentasi yang terjadi di waduk, Sebutkan?
8.12 Rangkuman
Kajian hidrologi suatu satuan wilayah sungai (SWS) atau daerah pengaliran
sungai (DPS) yang terkait dengan masalah pengelolaan dan pengembangan
sumber daya air, konservasi tanah dan air, perencanaan bangunan air
umumnya tidak lepas dari tersedianya data sedimen yang terangkut oleh
aliran sungai. Sebagai misal menentukan berapa besar laju pendangkalan:
sungai, saluran irigasi, waduk, danau, situ, ataupun penentuan laju erosi
lahan, semuanya itu ditentukan oleh tersedianya data sedimen runtut waktu
dari suatu lokasi pos duga air. Perencaan tanggul banjir, perencanaan lebar
dan kemiringan saluran irigasi tidak lepas dari penentuan debit sedimen di
lokasi yang direncanakan itu.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
130 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
8.13 Evaluasi
1. Pengambilan sampel air dan sedimen dasar dapat dilakukan.....
a. Setelah dilakukannya pengukuran debit
b. Bisa dilakukan kapan saja
c. Dilakukan secara kontinu tanpa melakukan pengukuran debit
d. Semuanya benar
2. Pengambilan sampel air dimaksudkan untuk mendapatkan.....
a. Besarnya konsentrasi sedimen layang yang terkandung dalam aliran
b. Besaran butiran sedimen dasar
c. Berat jenis butiran
d. Besarnya total sedimen yang terkandung dalam aliran
3. Besarnya kandungan sedimen layang dan sedimen dasar dapat
digunakan sebagai dasar dalam perhitungan layanan umur waduk jika
diketahui.....
a. Debit rata-rata sedimen tahunan yang terangkut dalam aliran
b. Kurva hubungan elevasi – area dan volume dari suatu waduk
c. Data besarnya inflow tahunan yang masuk ke waduk
d. Semuanya benar
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 131
BAB IX
PENUTUP
9.1 Simpulan
Pengolahan data hidrologi dimulai dari pengolahan data hujan, pengolahan
data debit aliran, pengumpulan data tinggi air muka (perhitungan debit
sungai).
Perencanaan suatu proyek penampungan air atau waduk adalah berdasarkan
estimasi atau perkiraan ketersediaan air untuk menjamin suplesi air setiap
tahunnya, baik musim hujan maupun musim kering atau kemarau. Hal
tersebut tidak hanya mencakup kapasitas tamping waduk dan tinggi
bendungan sesuai dengan ketersediaan airnya, tetapi jug seluruh sistim utilasi
harus didesain berdasarkan kebutuhan dan manfaatnya, misalnya kapasitas
terpasang dari PLTA, sistim distribusi irigasi dan lain sebagainya.
Desain bangunan pelimpah pada bendungan besar, perlu memperhitungkan
factor keamanan agar menampung dan mengalirkan air dengan aman. Oleh
karena itu dibutuhkan perkiraan besarnya hujan badai terbesar yang akan
menghasilkan debit aliran masuk yang besar pula. Nilai besaran hujan badai
terbesar yang mungkin terjadi ditinjau secara matematis maupun fisik
(meteorology) harus realistis.
Untuk membuat desain bangunan pelimpah, diperlukan debit banjir rencana
yang realistis. Untuk hal ini, angka-angka hasil perhitungan hidrologi perlu diuji
dengan menggunakan data banjir-banjir besar dari pencatatan atau
pengamatan setempat. Disini banjir rencana dibedakan menjadi dua, yaitu;
yang pertama banjir rencana dengan periode ulang tertentu misal banjir
dengan periode ulang 25,100, dan 1000 tahun yang umum dikenal sebagai
Q25, Q100, Q1000 yang kedua adalah Banjir Maksimum Boleh jadi (BMB)
atau dikenal sebagai “Probable Mximum Flood” (PMF).
Sistem operasi suatu waduk memerlukan adanya kajian untuk mengetahui
berapa besarnya debit masuk (inflow) dan debit keluar (outflow) serta debit
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
132 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
maksimum yang terbuang lewat pelimpah pada saat muka air waduk melebihi
normal atau saat banjir.
Hidrograf outflow suatu waduk dapat dicari berdasarkan hidrograf inflow
dengan metode penelusuran hidrolik (hidrologic routing). Cara lain untuk
mengetahui hidrograf outflow suatu waduk dapat diketahui melalui data yang
tercatat lewat pelimpah. Data ini diperkirakan dapat digunakan untuk
memprediksi hidrograf inflow, yang sangat diperlukan untuk menentukan
system operasi waduk.
Hal ini dilakukan karena tidak setiap waduk tersedia data inflow-nya. Analisis
dapat dilakukan dengan mencoba memodifikasi rumusan yang telah ada
untuk mendapatkan inflow suatu waduk apabila diketahui outflow.
Data yang digunakan dalam analisis ini adalah data primer yang diambil dari
dat pengamatan di sekitar waduk. Variabel yang akan diamati adalah evaluasi/
fluktuasi muka air waduk dan debit yang dikeluarkan (dari pelimpah dan atau
outlet) sedangkan inflow ke wauk berasal dari sungai dan hujan. Data-data
yang dihasilkan dari inflow ke waduk berasal dari sungai dan hujan. Data-data
yang dihasilkan dari pengamatan dapat dicari dari modifikasi rumus baru
dengan berbagai perbandingan. Data hasil perhitungan yang didapatkan
kemudian dibandingkan dengan data pengamatan.
Pola operasi waduk harus disusun untuk pegangan operasi waduk di
lapangan. Pola ini dihasilkan dari air keluaran yang optimum dan harus
diperbaharui terus menerus sesuai dengan kondisi yang ada. Kaji ulang pola
operasi eaduk dilakukan, karena pengaruh perubahan data hidrologi dan
meteorology serta perubahan peruntukan waduk.
Kajian hidrologi suatu satuan wilayah sungai (SWS) atau daerah pengaliran
sungai (DPS) yang terkait dengan masalah pengelolaan dan pengembangan
sumber daya air, konservasi tanah dan air, perencanaan bangunan air
umumnya tidak lepas dari tersedianya data sedimen yang terangkut oleh
aliran sungai. Sebagai misal menentukan berapa besar laju pendangkalan:
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 133
sungai, saluran irigasi, waduk, danau, situ, ataupun penentuan laju erosi
lahan, semuanya itu ditentukan oleh tersedianya data sedimen runtut waktu
dari suatu lokasi pos duga air. Perencaan tanggul banjir, perencanaan lebar
dan kemiringan saluran irigasi tidak lepas dari penentuan debit sedimen di
lokasi yang direncanakan itu.
9.2 Tindak Lanjut
Untuk dapat mendalami materi ini, Peserta diharapkan mengikuti materi
selanjutnya dan membaca literatur yang ada pada daftar pustaka modul ini.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
134 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
DAFTAR PUSTAKA
Bell.F.C. Generalized Rainfall Distribution Frequency Relationships, J. Hydraul. Div.
ASCE, vol 95, pp 311-327.
Burges, S.J., Latenmaier, D.P. and Bates, C.L, 1975. Properties of the Three
Parameter Lognormal Probability Distribution, Water Resour. Res., 11(2) :
229-235
Chow, V.T. A General Formula for Hydrologic Frequency Analysis, Trans. Am.
Geophys. Union, Vol. 32, pp. 231-237, April 1951.
Dalrymple, T. Regional Flood Frequency, High Res. Board Res. Rep. 11-B, pp. 4-20,
1950.
Dep. PU., 1986 : Perencanaan Jaringan Irigasi, Standar Perencanaan Irigasi KP 01
dan KP 04, Penerbit CV galang Persada, Bandung.
DPMA, 1982, Penelitian dan Evaluasi Tingkat Erosi yang Terjadi di Suatu DPS,
DPMA, Bandung.
Elizabeth M. Shaw, 1980 : Hydrology in Practice, Chapman and Hall, London.
Gumbel, E.J. Statistics of Extremes, Columbia University Press, New York, 1958.
Gringorten I.,1962. Fitting Meteorological Extrems by Various Distribution, J. R.
Meteorol. Soc., vol 88, pp 170-176.
Gringorten I.,1963. Plotting Rule foe Extrems Probability Paper, J. Geophy. Res., vol
68, pp 813-814
Jackson, D.R., 1981. WRC Standard Flood Frequency Guideline, Journal of the
Water Resources Management and Planning Division, American Society of
Civil Engineering 107(WR1), 211-224
Johnson, W.L. and S. Kotz., 1970. Distribution in Statistics : Continuous Univariate
Distribution – 1, Houghton – Mifflin Co., Boston
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 135
Linsley, R. K.,M.A. Kohler,and J.L.H. Paulus 1982 : Hydrology for Engineers,
3d.Ed.Mc.Graw Hill, New York.
Loebis, J., 1984. Banjir Rencana untuk Bangunan Air, Direktorat Penyelidikan
masalah Air, Dept. Pekerjaan Umum.
Mutreja. K.M, 1990 : Applied Hydrology, Tata Mc. Graw Hill, New Delhi.
Nemec, 1970 : Engineering Hydrology, Mc. Graw Hill, New York.
O’Connell, P.E.(1981), An Evaluation of Flood Forecasting Procedures for River
Basin, Indonesia, Institute of Hydrology, Wallingford, Oxon, U.K.
Paulhus,J.L.H., and J.F. Miller. Flood Frequency Derive from Rainfall Data. J.
Hydraul. Div. ASCE. Vol 83, pp 1451, December 1957.
Ponce, VG, 1989, Engineering Hydrology, Prentice-Hall, New Jersey.
Rob. Van der Weert, 1994 : Hydrologycal Conditions in Indonesia, Delft Hydraulic,
Netherland.
Sampudjo, K; Mohd. Arief Ilyas, 1989, Erosion and Sedimentation Monitoring in the
Upper Citarum River Basin, Makalah disajikan pada ISEV di Yogyakarta.
Santosh, K.G., 1977 : Water Resources and Hidrology, Khana Pub. New Delhi.
Schults, E.F., 1973 : Problem Applied Hydrology, Water Resources Publication,
Seyhan, E., 1977 : Fundamental of Hydrology, Free University, The Netherland.
Slade, J.J., Jr., 1936. An asymmetric probability function, Trans. Of Am. Soc. Civil
Eng. 101 : 35-61
SNI 03-2415-1991, Metode perhitungan debit banjir.
Soewarno, 1991, Hidrologi-Hidrometri, Penerbit Nova, Bandung.
Soewarno, 1998, Hidrologi Operasional, Jilid 1 dan 2, Naskah sedang dalam proses
penerbitan.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
136 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Soewarno, 2000 : Hidrologi Operasional ; - jilid I, Penerbit PT Citra Aditya Bakti,
Bandung.
Stedinger, J.R., 1980. Fitting lognormal distributions to hydrologic data, Water
Resour. Res. 16(3) : 481-490
Travaglio, M., 1981, Suspended Sampling and Measurement, DPMA, Bandung.
Varshney, R.S., 1974 : Engineering Hydrology, Nem Chand & Bros, Roorke.
Victor Miguel Ponce, 1989 : Engineering Hydrology – Principles and Practices,
Prentice Hall, New Jersey.
Wilson, E.M., 1990 : Engineering Hydrology, The Macmillan Press. LTD.
WMO, 1990, Manual on Operational Methods for the Measurement of Sediment
Transport, WMO – Manual No. 686.
World Meteorological Organization, 1969. Estimation of Maximum Floods, WMO no.
233, Tech . Note. 81, 1996, Geneva, Switzerland
World Meteorological Organization, 1983. WMO-No-168, Guide to Hydrological
Practices, Volume II Analysis, Forecasting and Other Application, Secretariat
of WMO, Geneva, Switzerland
World Meteorological Organization, 1976. WMO-No-168, Guide to Hydrolological
Practices, Volume I, Data, Secretariat of WMO, Geneva, Switzerland
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 137
GLOSARIUM
Relatif Humidity : Kelembaban Udara
PDA : Pos Duga Air
AWLR : Automatic Water Level Recorder
CMB atau Probable
Maximum Precipitation
: Curah Hujan Maksimum Boleh Jadi
DAD : Depth Area Duration
BMB : Banjir Maksimum Boleh Jadi
SWS : Satuan Wilayah Sungai
DPS : Daerah Pengaliran Sungai
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
138 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
KUNCI JAWABAN
A. LATIHAN MATERI POKOK 1: PENGOLAHAN DATA HIDROLOGI
1. Berikan uraian terkait dengan manfaat data hujan dalam perencanaan
SDA?
Jawaban:
Data hujan sangat dibutuhkan dalam analisis hidrologi dan SDA adalah
untuk :
Perhitungan hujan rancangan dan PMP sebagai input untuk
perhitungan debit banjir rancangan guna desain suayu infrastruktur
bangunan air khususnya dan bangunan Sipil lainnya.
Perhitungan besarnya hujan efektif guna pemanfaatan air yang optimal
bagi pemenuhan kebutuhan air irigasi
Perhitungan intensitas hujan yang diperlukan pada design saluran
drainase.
Perhitungan keseimbangan tata air
2. Berikan penjelasan terkait dengan manfaat dari data iklim / klimatologi pada
perencanaan SDA?
Jawaban:
Manfaat Data iklim adalah dapat digunakan untuk menghitung besarnya
evapotranspirasi serta kebutuhan air tanaman disuatu areal petak tanaman.
3. Berikan penjelasan terkait dengan manfaat dari data debit pada
perencanaan SDA?
Jawaban:
Manfaat dari data debit untuk perencanaan adalah sebagai berikut :
Data debit dapat dibedakan dalam 3 jenis durasi yaitu :
• Data debit banjir (dengan durasi jam-jaman) untuk kurun waktu
pengamatan selama 10 tahun digunakan untuk perhitungan debit banjir
rencana, umumnya digunakan untuk design pelimpah dan flood
storage.
• Data debit aliran rendah rata-rata harian / 3 harian / 7 harian / bulanan
untuk kurun waktu pengamatan selama 10 tahun digunakan untuk
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 139
perhitungan debit aliran rendah / debit aliran kering rencana, umumnya
digunakan untuk perencanaan alokasi air dan kebutuhan air
lingkungan.
• Data debit rata-rata harian untuk kurun waktu pengamatan selama 10
tahun digunakan untuk perhitungan debit andalan / ketersediaan air.
• Data debit sedimen digunakan untuk mengetahui sedimen yang
terangkut setiap tahunnya diperlukan untuk design dead storage dan
umur layanan waduk
B. EVALUASI MATERI POKOK 1: PENGOLAHAN DATA HIDROLOGI
1. C
2. B
3. D
C. LATIHAN MATERI POKOK 2: KETERSEDIAAN AIR DAN KAPASITAS
WADUK
1. Bagaimana pendapat Saudara/i terkait dengan tata guna lahan terhadap
perubahan kapasitas tampung suatu waduk?
Jawaban:
Dengan adanya perubahan tata guna lahan dari hutan menjadi kebun /
ladang maka
o Akan terjadi peningkatan laju sedimentasi, hal ini disebabkan karena
pada saat terjadi hujan, maka dengan terbukanya areal dari hutan ke
ladang, energi hujan yang jatuh lebih menggerus permukaan tanah
dibandingkan jika tutupan lahannya hutan, sehingga sedimentasinya
akan meningkat dan akan masuk kewaduk yang berdampak pada
penurunan kapasitas tampung waduk.
o b. Disamping itu pada saat hujan jatuh pada lahan hutan akan
terintersepsi pada hutan yang masih lebat sehingga air masih dapat
tetampung dalam tampungan tanah dihulu sebelum mengalir kehilir dan
keluar sebagai mata-mata air / baseflow. Pada kondisi tutupan lahan
yang terbuka hujan yang jatuh tidak dapat tertampung lagi sehingga
langsung menjadi aliran dan tidak ada kesempatan hujan yang jatuh
meresap kedalam tanah, hal ini berdampak pada waktu musim
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
140 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
kemarau debit aliran rendah/ baseflownya menjadi kering dan
sebaliknya pada musim hujan akan terjadi peningkatan debit banjir.
2. Pada kondisi dimana debit pengamatan aliran masuk ke waduk tidak
teramati, langkah apa yang Saudara/i akan lakukan untuk memperkirakan
besarnya inflow yang masuk ke waduk. Berikan uraiannya.
Jawaban:
Besarnya infalow yang masuk kewaduk dapat ditentukan / dibedakan pada
kondisi waduk masih direncanakan dan waduk yang telah dioperasikan.
a. Pada perencanaan waduk, bila debit observasi inflow yang masuk tidak
ada maka dapat dilakukan simulasi dengan menggunakan hubungan
antara data hujan dan data aliran dimulut waduk (dihulu) untuk
mendapatkan besarnya debit aliran sinthetis. Debit ini selanjutnya
dianalisis untuk dapat dikategorikan menjadi debit inflow tahun kering,
normal dan tahun basah.
b. Pada waduk yang telah dioperasikan, bila debit observasi inflow yang
masuk tidak ada maka dapat dilakukan:
simulasi dengan menggunakan hubungan antara data hujan dan
data aliran dimulut waduk (dihulu) untuk mendapatkan besarnya
debit aliran sinthetis. Debit ini selanjutnya dianalisis untuk dapat
dikategorikan menjadi debit inflow tahun kering, normal dan tahun
basah.
perhitungan net inflow menggunakan persamaan storage sbb :
Storage 2 = Storage 1 + Inflow – Outflow
dari persamaan ini Inflow dapat diketahui / dihitung karena :
Storage kemarin (S1) dan Storage hari ini (S2) dapat terbaca pada
pengamatan dibendungan serta Outflow termonitor sehingga Inflow
dapat diketahui.
Dilakukan pemasangan pos pengamatan duga muka air dihulu dari
waduk (direkomendasikan pada waduk yang telah beroperasi
menggunakan observasi secara real time dengan perangkat
telemeteri)
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 141
3. Bangunan air apa yang saudara harus rencanakan jika ketersediaan air di
suatu DAS tidak memadai untuk pemenuhan kebutuhan airnya, data
hidrologi apa yang Saudara/i butuhkan?
Jawaban:
Pada kondisi ketersediaan air tidak memadai untuk pemenuhan kebutuhan
air, maka infrastruktur yang perlu dibangun adalah bendungan. Data
hidrologi yang dibutuhkan terdiri dari data observasi hidrologi (data hujan,
data debit, data iklim, data sedimentasi) yang durasi datanya disesuaikan
dengan analisis hidrologi yang diperlukan untuk menunjang perencanaan
bendungan seperti analisis hujan rencana, analisis debit banjir rencana,
analisis penelusuran banjir, analisis evapotranspirasi, analisis hujan efektif,
analisis debit andalan, debit aliran rendah, dan debit sedimentasi.
D. EVALUASI MATERI POKOK 2: KETERSEDIAAN AIR DAN KAPASITAS
WADUK
1. A
2. C
3. D
E. LATIHAN MATERI POKOK 3: ANALISIS CURAH HUJAN DESAIN
1. Berikan uraian singkat bagaimana tahapan yang perlu dilakukan bila
Saudara/i diminta untuk menghitung hujan rencana pada kondisi dimana
data hujan harian maximum tahunan tidak tersedia dalam 10 tahun.
Jawaban:
Pada kondisi dimana data pengamatan hujan harian maximum tidak
tersedia didalam DAS untuk kurun waktu 10 tahun, maka tahapan yang
perlu dilakukan adalah :
Mengumpulkan data hujan harian max disekitar DAS
Cari korelasi antara data hujan didalam dan diluar DAS jika korelasi
baik lakukan transposing data.
Pelajari peta isohyet yang telah dikeluarkan oleh BMKG, apa perlu
dilakukan koreksi/ konversi antara besaran hujan didalam DAS dan
diluar DAS
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
142 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Hitung hujan rencana untuk masing-masing pos disekitar DAS
Hitung hujan rancangan rata-rata nya
2. Berikan uraian singkat pada kondisi apa kita menggunakan fungsi distribusi
Normal dan Gumble untuk perhitungan hujan rencana?
Jawaban:
Perhitungan Banjir Rencana menggunakan Fungsi distribusi Normal dipilih
jika koefisien kemiringan (skewness mendekati nol) sedangkan untuk fungsi
distribusi Gumble dipilih jika skewness nya mendekati 1.13.
3. Berikan uraian singkat bagaimana tahapan Saudara/i menghitung
besarnya intensitas hujan untuk kebutuhan perhitungan besarnya debit
banjir rencana pada suatu daerah pemukiman?
Jawaban:
Tahapan yang dilakukan untuk menghitung besarnya intensitas curah hujan
untuk berbagai perioda ulang adalah sebagai berikut :
a. Pada kondisi data hujan durasi pendek tersedia untuk kurun waktu
minimal 10 Tahun.
• Kumpulkan hujan max untuk durasi 5 menit, 10 menit, 30 menit, 60
menit, 120 menit setiap tahunnya untuk kurun waktu 10 tahun.
• Buat analisis frekwensi untuk masing-masing durasi pada data
hujan tersebut
• Hitung besarnya intensitas dan buat kurva IDF nya
• Dengan metoda Talbot, Isiguro, Sherman dapat ditentukan formula
hubungan antara waktu dan besarnya intensitas.
b. Pada kondisi data hujan durasi pendek tidak tersedia.
• Menggunakan formula Bell
• Menggunakan pendekatan Mononobe
F. EVALUASI MATERI POKOK 3: ANALISIS CURAH HUJAN DESAIN
1. B
2. B
3. C
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 143
G. LATIHAN MATERI POKOK 4: ANALISA BANJIR DESAIN
1. Sebutkan pendekatan yang dapat Saudara/i dapat lakukan untuk
perhitungan debit banjir rencana pada saat data debit observasi tidak
tersedia dalam kurun waktu yang cukup?
Jawaban:
Pada kondisi dimana tidak tersedia data debit banjir ada beberapa
pendekatan dan metoda yang dapat digunakan yaitu :
a. Untuk DAS yang > 50 km2
Perhitungan debit banjir dari Aktual Unit Hidrograp jika tersedia
atau dapat teramatinya satu atau dua kejadian banjir dan besaran
hujan yang menyebabkan banjir tersebut.
Perhitungan debit banjir dari sinthetic unit hydrograph dimana input
untuk model dapat dihitung dan parameter model dapat
diperkirakan dari karakteristik DAS.
b. Untuk DAS yang < 50 km2
Perhitungan debit puncak banjir dapat dihitung dengan
menggunakan metoda Rasional dimana Intensitas hujan dapat
ditentukan dari pengamatan hujan dengan durasi pendek atau dari
persamaan Bell.
2. Menurut pendapat Saudara/i metoda apa yang paling tepat untuk
perhitungan debit banjir untuk DAS yang kecil dan daerah pemukiman/
drainase perkotaan dan apa yang melandasi pendapat Saudara.
Jawaban:
Metoda yang dapat digunakan untuk perhitungan debit banjir pada drainase
perkotaan adalah metoda rasional karena hujan yang digunakan sebagai
input kedalam metoda rasional adalah hujan dengan durasi pendek
(intensitas hujan) yang besarnya ditentukan sesuai dengan waktu
konsentrasi hujan yang umumnya pada daerah pemukiman mempunyai
durasi lebih kecil dari 1 jam.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
144 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
3. Berikan penjelasan data debit banjir rancangan yang Saudara/i akan hitung
akan dibutuhkan untuk apa dalam perencanaan suatu bendungan/ waduk?
Jawaban:
Besarnya debit banjir rencana yang dihitung digunakan untuk perhitungan
dimensi dari spillway (pelimpah) dan flood storage (tampungan banjir).
Perhitungan ini juga akan terkait dengan luas areal genangan yang terjadi
bila terjadi banjir untuk suatu perioda ulang tertentu.
H. EVALUASI MATERI POKOK 4: ANALISA BANJIR DESAIN
1. C
2. A
3. A
I. LATIHAN MATERI POKOK 5: PENELUSURAN BANJIR
1. Menurut pendapat Saudara/i kapan diperlukan analisis penelusuran banjir?
Jawaban:
Penelusuran banjir dilakukan pada saat:
a. Di sungai :
Perencana ingin mengetahui kondisi muka air dan debit sepanjang
sungai dari hulu kehilir
Dampak dari luapan banjir terjadi dihilir dari lokasi pemantauan banjir
Mengetahui dampak dari pengaruh pasang surut terhadap tinggi
muka air dihilir sungai
b. Di waduk :
Untuk mengetahui besaran outflow akibat hidrograph banjir yang
masuk kewaduk dan masukan untuk kebutuhan design dari
bangunan pelimpah dan flood storage
2. Bagaimana dampak dari pengaruh sedimentasi pada penelusuran banjir?
Jawaban:
Dampak dari pengaruh sedimentasi pada penelusuran banjir adalah akan
terjadi peningkatan tinggi muka air disungai/ diwaduk untuk kondisi sesudah
adanya sedimentasi (pada kondisi terjadi besaran banjir pada perioda ulang
yang sama).
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 145
3. Menurut pendapat saudara apakah pengaruh dari perubahan tata guna
lahan dapat berpengaruh pada penelusuran banjir di waduk?
Jawaban:
Perubahan tata guna lahan akan mengakibatkan terjadinya perubahan
karakteristik aliran dimana akan terjadi peningkatan debit banjir dalam
penelusuran debit banjir akan terjadi peningkatan besaran outflownya atau
dengan perkataan lain frekwensi terjadi air keluar dari pelimpah akan
bertambah sering.
J. EVALUASI MATERI POKOK 5: PENELUSURAN BANJIR
1. C
2. B
3. A
K. LATIHAN MATERI POKOK 6: RENCANA POLA OPERASI WADUK
1. Berikan uraian tentang tahapan dalam penyusunan pola operasi dari suatu
waduk?
Jawaban:
Tahapan dalam penyusunan pola operasi waduk adalah:
a. Membuat rule curve dimana dalam pembuatan ini diperlukan data dan
analisis sebagai berikut:
f. Data pola inflow untuk tahun basah, normal dan kering
g. Data kebutuhan air sesuai kebutuhan (kondisi normal sesuai target)
dan kondisi minimum (kondisi min air yang diperlukan)
h. Kurva hubungan antara Elevasi – Area – Storage
i. Menetapkan kebijakan dalam sistim pengoperasian waduk (yearly
return atau multi year return).
j. Melakukan simulasi untuk mencari kondisi batas operasi waduk
untuk tahun basah, normal dan kering.
k. Penetapan rule curve untuk kurun waktu tertentu (misalnya 3-5 tahun
dan dapat disesuaikan sesuai dengan kondisi dan kebutuhan).
b. Mengaplikasikan rule curve tersebut untuk pola operasi tahunan
c. Memprediksi besaran inflow tahunan yang mungkin terjadi
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
146 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
d. Dilakukan penyesuaian dari bulan ke bulan bila terjadi penyimpangan
antara prediksi inflow dan kondisi aktual inflow yang teramati.
2. Berikan penjelasan mengapa sering terjadi konflik dalam pola operasi
waduk yang multifungsi?
Jawaban:
Konflik sering terjadi pada kondisi dimana waduk mempunyai fungsi ganda
misalnya waduk yang dibangun untuk kebutuhan pembangkitan tenaga
listrik dan untuk pengendalian banjir. Pada pola operasinya pasti akan
terjadi konflik karena untuk pembangkitan PLTA agar bisa optimal produksi
listriknya muka air waduk dijaga tinggi (waduk dalam kondisi penuh)
sedangkan bila waduk ini juga berfungsi untuk pengendalian banjir, maka
perlu tersedia tampungan yang memadai bila terjadi banjir (waduk kosong)
sehingga banjir dapat diredam sementara di waduk.
3. Solusi apa yang saudara usulkan didalam mengoperasikan waduk
multifungsi supaya optimal?
Jawaban:
Solusi yang dapat dilakukan dalam mengoperasikan waduk multi fungsi
adalah :
a. Diperlukannya suatu instansi pengelola waduk tersebut
b. Ditetapkannya prioritas dari waduk tersebut
c. Dilakukannya optimasi dari pengoperasiannya dengan menentukan
objective function nya :
Maximum Benefit
Minimum Cost atau Minimum Risk
Equal Sharing (semua sektor menanggung resiko)
L. EVALUASI MATERI POKOK 6: RENCANA POLA OPERASI WADUK
1. D
2. D
3. D
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 147
M. LATIHAN MATERI POKOK 7: LAJU SEDIMENTASI
1. Menurut pandangan Saudara/i apakah pengaruh dari perubahan tata guna
lahan dan perubahan iklim berpengaruh pada laju sedimentasi. Uraikan
mengapa dan bagaimana?
Jawaban:
Perubahan tata guna lahan dari hutan ke tanaman kebun / ladang akan
berdampak pada peningkatan erosi di DAS dan ini akan menyebabkan
peningkatan sedimentasi di sungai dan di waduk. Ini terjadi karena pada
saat terjadi hujan dengan tutupan hutan energi tetesan hujan tidak
langsung jatuh ke tanah tapi akan tertahan dipohon-pohon sebagai
intersepsi, sehingga pengelupasan permukaan tanah tidak terjadi dalam
persentasi yang besar, berbeda bila tutupan lahannya ladang / kebun
dimana hujan yang jatuh langsung mengenai permukaan tanah dan erosi
akan terjadi.
Perubahan iklim yang terjadi saat ini telah dirasakan dimana seringkali
terjadi pada musim kemarau masih terjadi hujan lebat dengan intensitas
hujan yang teramati terjadi peningkatan (terlihat dari pemantauan total
hujan yang hampir merata dari tahun ke tahun namun jumlah hari hujan
menurun). Dengan intensitas hujan meningkat maka terjadi energi
pengelupasan tanah / erosi yang bertambah besar sehingga terjadi
peningkatan laju sedimentasi yang bertambah besar.
2. Hal-hal apakah yang dapat diidentifikasi secara awal bahwa telah terjadi
pendangkalan suatu waduk, meskipun belum dilakukan pengukuran
kembali kapasitas tampung waduk?
Jawaban:
Pendangkalan telah terjadi dapat teramati dari terjadinya peningkatan
frekwensi limpasan air melaui pelimpah, hal ini disebabkan pada saat
belum terjadi pendangkalan yang besar debit banjir masih dapat
tertampung di waduk, tapi karena ada pengurangan kapasitas tampung
waduk oleh adanya sedimentasi, maka jika terjadi banjir waduk sudah tidak
dapat menampung nya lagi sehingga air akan terbuang melalui pelimpah
bertambah sering.
MODUL 7 PERHITUNGAN HIDROLOGI
148 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
3. Ada beberapa pendekatan yang dapat digunakan untuk memperkirakan
Sedimentasi yang terjadi di waduk, Sebutkan.
Jawaban:
Sedimentasi di waduk dapat didekati/ diperkirakan dengan
- Melakukan pemeruman
- Melakukan pengukuran debit dan pengambilan sampel air dan material
dasar pada sungai / anak sungai yang masuk ke waduk
- Melakukan analisis erosi dan sedimentasi yang terjadi di DAS
N. EVALUASI MATERI POKOK 7: LAJU SEDIMENTASI
1. A
2. A
3. D