ANALISA HIDROLOGI TERAPAN UNTUK PERENCANAAN DRAINASE PERKOTAAN 1.
PENDAHULUAN SIKLUS HIDROLOGI Untuk memperkenalkan beberapa terminologi yang digunakan dalam hidrologi, mungkin akan berguna bila sebelumnya membicarakan siklus hidrologi. Siklus hidrologi secara globalnya merupakan sebuah system yang tertutup. Dengan kata lain, air (dalam bentuk gas, cairan atau padat) berputar dalam system dan tidak keluar atau masuk kedalam system tersebut. Keseluruhan system dikendalikan oleh radiasi yang masuk Ri dan radiasi yang keluar Rb.Gambar 1.1. menunjukan gambar skema dari siklus hidrologi global, dimana: Diagram 1.1 ATMOSPHERE
( WATER VAPOR)
PRECIPITATION
INTERCEPTION
SURFACE DETENTION
EVAPORATION
CHANNEL STORAGE
EVAPOTRANSPIRATION
SURFACE RUN OFF
INTERFLOW
INFILTRATION
SOIL MOISTURE STORAGE
PERCOLATION
RIVER FLOW
BASE FLOW
GROUND WATER STORAGE
FIXED WATER
OCEAN
( LIQUID)
1
2.
CURAH HUJAN
2.1.
KURVA FREKUENSI DURASI INTENSITAS Karena presipitasi membentuk sebagian besar input terhadap model simulasi komputer, beberapa analisa dasar dari data presipitasi dibahas pada bab ini. Desain dari culvert (gorong-gorong), jembatan kecil dan drainase air hujan membutuhkan analisa dari kejadian hujan durasi pendek intensitas tinggi. Metodologi yang biasa adalah mengumpulkan hujan maksimum untuk durasi dari 5 menit, 10, 20 menit, 1 jam dan 24 jam untuk tiap tahun pencatatan dan untuk melaksanakan analisa frekuensi untuk tiap durasi. Analisa Curah Hujan adalah sebagai berikut : A. Cara Normal Distribusi. a. Hitung Nilai Rata-rata Rrt = Σ R/n b. Hitung Standar Deviasi δ = [ ∑ ( R- Rrt)^ ½] / (n-1) Keterangan : R = Rrt = δR =
Hujan tahunan maksimum hujan tahunan maksimum rata-rata Deviasi standar.
Tabel Normal Distribusi Return Period T
1/T
1- 1/T
z
z * δR
Rrt+5 = Rrp
3
4
5
6
1
2
1000
0.001
0.999
3.08
500
0.002
0.998
2.88
200
0.005
0.995
2.575
100
0.01
0.99
2.327
50
0.02
0.98
2.054
25
0.04
0.96
1.75
10
0.1
0.9
1.284
5
0.2
0.8
0.845
2
0.5
0.5
0
2
B. Cara Ln Distribusi Normal
Tabel perhitungan Ln Normal Distribusi Return Period T
1/T
1
2
1- 1/T 3
z
z* δln R
LnRrp=ln Rrt+5
Rrt+5= Rrp
4
5
6
7
1000 0.001
0.999
3.08
500 0.002
0.998
2.88
200 0.005
0.995
2.575
100
0.01
0.99
2.327
50
0.02
0.98
2.054
25
0.04
0.96
1.75
10
0.1
0.9
1.284
5
0.2
0.8
0.845
2
0.5
0.5
0
C. Pearson Tipe III a. Hitung Nilai Rata-rata Curah hujan Rrt = Σ R/n b. Hitung Standar Deviasi δ = [ ∑ ( R- Rrt)^ ½] / (n-1) Keteranagan : R = Hujan tahunan maksimum Rrt = hujan tahunan maksimum rata-rata δR = Deviasi standar.
c. Hitung koefisien Skewnes
Cs =
n * ∑ ( R − Rrt ) 3
( n − 1) * ( n − 2) * δ R
3
d. Hitung Zp
2 Zp = Cs
3 ⎡⎧ Cs ⎤ Cs ⎫ (Z − ) + 1⎬ − 1⎥ ⎢⎨ 6 ⎭ ⎢⎣⎩ 6 ⎥⎦
3
Tabel perhitungan Pearson Tipe III Distribusi Return Period T
1/T
1- 1/T
z
zp
zp * δR
Rrp=Rrt+5
1
2
3
4
5
6
7
1000
0.001
0.999
3.08
500
0.002
0.998
2.88
200
0.005
0.995
2.575
100
0.01
0.99
2.327
50
0.02
0.98
2.054
25
0.04
0.96
1.75
10
0.1
0.9
1.284
5
0.2
0.8
0.845
2
0.5
0.5
0
4,382
D. Cara Ln Pearson Type III
Tabel perhitungan Ln Pearson Tipe III Distribusi Return Period T
1/T
1- 1/T
z
zp
zp* δln R
Ln Rrp=ln Rrt+5
Rrt+5 = R
1
2
3
4
5
6
7
8
1000
0.001
0.999
3.08
500
0.002
0.998
2.88
200
0.005
0.995
2.575
100
0.01
0.99
2.327
50
0.02
0.98
2.054
25
0.04
0.96
1.75
10
0.1
0.9
1.284
5
0.2
0.8
0.845
2
0.5
0.5
0
4
E. Cara Gumbel
Distribusi Gumbel a. Hitung Hujan maksimum Tahunan rata-rata = Rrt\ b. Hitung Standard Deviasi c. Hitung Koefisien Variasi
Cv =
δR Rrt
d. Cari nilai expected mean of reduced dari n e. Hitung frequensi faktor
K= f.
y − yn rata − rata
δn
Hitung y=1-ln*ln*(T/T-1)
g. Hitung Rrp=Rrt+Rrt*K*Cp
Analisa frequensi dapat juga dilaksanakan menggunakan metoda grafik, sebagai contoh kertas probability (kemungkinan). Dengan membuat peringkat terhadap data untuk setiap durasi dalam hal besarnya dan memberikan nomor peringkat m terhadap setiap jumlah curah hujan. Untuk nilai tertinggi m = 1, untuk nilai tertinggi selanjutnya m = 2 dst. Dan nilai terkecil mempunyai nomor peringkat n sebanding dengan nomor total dari titik data, jika jumlah curah hujan rm mempunyai nomor peringkat m , kemudian berdasarkan sampel, kemungkinan bahwa curah hujan sebanding atau lebih besar daripada rm adalah sebanding dengan m/n. Secara matematik:
P[R ≥ rm ] = m / n
Secara natural nilai terkecil semestinya diberikan nomor peringkat 1 dan nilai nomor peringkat yang terbesar sebesar n. Dalam kasus ini kemungkinan bahwa hujan sebanding atau kurang daripada rm diberikan oleh m/n dan P[ R ≤ rm ] = m/n. Semua ini digambarkan dalam satu contoh. Curah hujan r1 (terbesar) r2 r3 . . . rn-1 rn (terkecil)
Nomor peringkat 1 2 3 . . . n-1 n
Nomor peringkat n n-1 n-2 . . . 2 1
P[R ≥ r]
P[R ≤ r]
1/n 2/n 3/n . . . n-1/n n/n
n/n n-1/n n-2/n . . . 2/n 1/n
5
Catatan : Jumlah curah hujan r2 , r1, .... rn harus diubah menjadi mm/hr agar memudahkan membandingkan dengan durasi lainnya. Dalam kasus distribusi menerus (continous distribution). P [ R ≥ r ] + P [ R ≤ r ] = 1,0
.....................
(1)
Tapi hal ini tidak muncul menjadi kasus dalam contoh karena jumlah dari dua kemungkinan sebanding dengan (n + 1) / n. Alasan dari perbedaan ini adalah kenyataannya bahwa sampel merupakan sample diskrit. Untuk mengatasi persoalan ini dimana, untuk contoh dan tidak terlalu ilmiah, menghitung kemungkinan tidak sama dengan m/n tapi sama dengan m/ (n+1) untuk memenuhi persamaan (1). Dengan memplotkan dari (100 m)/(n+1) (frekuensi dalam %) terhadap nilai dari rm’ pada kertas probabilitas ( kemungkinan ) ( log normal atau log Gumbel ) dan dijadikan garis lurus melalui titik-titik dari distribusi frekuensi. Garis ini dapat diperpanjang dibawah range frekuensi yang dihitung. Data untuk seluruh durasi yang berbeda diplotkan pada lembar yang sama pada kertas probabilitas dan garis lurus harus mempunyai kelompok kesamaan. Ini berarti bahwa kemiringan dari kurva frekuensi (biasanya garis lurus) harus berubah secara bertahap dan tidak secara acak. Hasil dari analisa frekuensi akan terlihat sebagaimana ditunjukan pada gambar 2.1. Kebalikan dari probabilitas p = P [ R ≥ r ] = % dari waktu r disebandingkan atau lebih dibandingkan dengan perioda ulang T ( p = 1/T ) dalam tahun apabila probabilitas didasarkan pada nilai maksimum tahunan. Perioda ulang ditunjukan diatas gambar 2.1. Analisa frekuensi. Gambar 2.1
KURVA IDF UNTUK DKI JAKARTA DAN SEKITARNYA
6
2.2.
KURVA AREA-DEPTH-DURATION Beberapa model simulasi komputer yang digunakan sekarang membutuhkan input tinggi curah hujan rata-rata pada suatu daerah yang biasanya basin dari drainase, untuk durasi yang berlainan tanpa mengacu pada perioda ulang. Kemungkinan curah hujan maksimum (PMP ≈ probable maximum precipitation) sebagai contoh dapat dianggap sebagai input bagi model untuk mendapatkan banjir maksimum yang dimungkinkan (PMF ≈ Probable Maximum Flood). Untuk kepentingan ini masing-masing hujan harus dianalisa tersendiri.
Intensity
ib
ia
A
A
tb
ta
Waktu
td
Gambar 2.2 Hidrograf Intensitas Hujan Ketika kurva IDF didasarkan pada data curah hujan pada suatu tempat, kurva depth-area-duration (DAD) didasarkan pada distribusi areal dan distribusi temporal dan membutuhkan distribusi temporal (time) dari curah hujan pada station yang berbeda. Untuk membuat kurva DAD untuk hujan, peta isohyet dari total curah hujan dan kurva masa dari akumulasi hujan pada setiap station pengamat yang digunakan. Peta isohyet untuk hujan seperti yang ditunjukan dalam gambar 2.6 dan digunakan untuk mendapatkan informasi tentang areal distribusi tanpa acuan distribusi waktu. Gambar 2.7 menunjukan komputasi untuk mendapatkan kedalaman rata-rata untuk total hujan berdasarkan pada peta isohyet (catatan : tinggi curah dalam inci dan area dalam mile persegi). Ini harus dicatat bahwa rata-rata curah hujan pada daerah yang diperluas ditetapkan. Kolom (10) ketika diplotkan terhadap kolom (5) disebut kurva Area-Depth dan memberikan hasil rata-rata tinggi curah hujan untuk daerah tangkapan air dari area tertentu berdasarkan total curah hujan yang diberikan peta isohyet.
0,41 Houma
Pusat A2
Zone 0,00 Eth City
0,90 cambridge
1’’ 1,25 Monsfiel
4”
3” 2,50
7
Gambar 2.3 Peta Isohyet
8
Gr
Zone
No
Huja n
s
.
1 1 2
(inchi)
Area cakupan
Bacaan planimeter
Area (mile
Area bersih
(mile persegi)
Tinggi curah hujan dalam (inchi)
persegi)
volume Rata curah hujan rata (in / mile2) tinggi hujan incr aku (inchi) emen mula (9 : t si 5) (6 x 7) 8 9 10 64 87 87 62
3 64 6
4 9
5 Station 14
6 14
7 6,2
6
7
6
8
6,1
67
67
61
6 5
123
25 189
164
5,5
902
5,6
8
4
531
815
626
4,5
9
3
1580
2424
1609
3,5
10
2
3652
5602
3178
2,5
11
1
6704
10284
4682
1,5
281 7 563 2 794 5 702 3
154 105 6 387 3 950 5 174 50 244 73
5 4
36 319
55 489
55 434
5,3 4,5
3
1171
1796
1307
3,5
16
2
3122
4789
2993
2,5
17
1
6749
10353
5564
1,5
292 224 5 681 9 143 01 226 47
5,3 4,6
15
292 195 3 457 4 748 2 834 6
2
-
10391
-
-
-
3,1
1
-
20637
-
-
-
317 51 471 20
3 4 5 6 7
12 13 14
18 19 20 21 22 23 24
2 A
Isohy et
Pusat A 1 Pusat A 2 A +A 1 2
B
A+B
4,8 3,9 3,1 2,4
3,8 30 2,2
2,3
Isohyet tidak melingkup daerah tsb
Tabel 2.1. Komputasi kedalaman rata-rata untuk hujan total
9
Ini harus dilakukan jika curah hujan yang ditunjukan pada peta isohyet akan terjadi pada suatu daerah dengan cara kemungkinan yang terburuk, rata-rata hujan akan kurang daripada nilai yang ditemui dari kurva Area-Depth karena ini sangat tidak sama, jika tidak mungkin, untuk bentuk wilayah yang identik terhadap bentuk isohyet. Oleh karena itu beberapa bentuk untuk memaksimalkan dicapai jika kurva area-depth digunakan untuk mendapatkan tinggi rata-rata curah hujan, dan kemudian seringkali rata-rata tinggi curah hujan. Selanjutnya kemungkinan bahwa hujan akan terjadi dalam kemungkinan yang terburuk, bentuk bebasnya adalah nol. 3.
PERHITUNGAN DEBIT BANJIR Semua cara untuk perkiraan debit banjir yang berdasarkan curah hujan lebat, dapat diklasifikasikan dalam 3 (tiga) cara berikut: 1. Dengan rumus empiris 2. Cara Statistik dan atau kemungkinan 3. Cara dengan unit hidrograf Cara dengan rumus empiris biasanya digunakan sebagai alat terakhir ,yakni jika tidak terdapat data yang cukup atau digunakan untuk memeriksa hasil yang didapat dengan cara lain. Cara yang kedua telah digunakan sebelum cara hidrograf satuan diterapkan.Cara ini sangat tioritis dan mempunyai suatu keuntunganyang besar sebagai peramalan yang berdasarkan data-data yang lalu.Cara hidrograf satuantelah pernah diakui oleh seluruh dunia sebagai cara yang paling dipercaya dan berguna dalam teknik peramalan debit banjir. Cara ini dapat diterapkan pada daerah-daerah pengaliran yang kurang dari 25 Km2 sampai daerah pengaliran 5000 Km2
3.1.
RUMUS EMPIRIS Jika tidak terdapat data hidrologis yang cukup,maka perkiraan debit banjir dihitung dengan rumus-rumus empiris yang telah banyak dikemukakan.Hampir semua rumus jenis ini adalah jenis yang menyatakan korelasi satu atau dengan dua variabel yang sangat berhubungan dengan debit Banjir.Tetapi rumus-rumus ini dapat memberikan harga perkiraan yang kasar secara tepat . Bentuk rumus-rumus ini ditentukan oleh angka-angka karakteristik curah hujan, daerah aliran dan ketetapan lain yang dianggap cocok untuk daerah pengaliran yang dihitung. Bentuk rumus-rumus debit banjir itu mempunyai bentuk sebagai berikut : Q=KAn a ………………………… (13) Atau Q = ___________ + c Dimana : Q = K =
b + An
debit masimum koefisien mengenai karakteristik curah hujan dan daerah aliran n = Ketetapan yang kurang dari 1 a,b,c : tetapan-tetapan
10
Tabel 3.1. Rumus-rumus untuk menghitung debit banjir No. Pembuat Rumus Rumus Negara Satuan 1. Q=(10-70) A
0.5
Q a =150 A 0.5
2
Q a =24,12 A 0,516
3 4
Catatan
Wistler
5
Pagliaro
6.
Curah hujan Perancis sedang A=3.000160.000 km2 Hujan lebat Perancis A= 400-3.000
M
German
M
Italy
M
Italy
M
Km2
A=15200.000Km2
Q m= { 1,538/(A+259)+0,054}A 2
12.00 Km Q m=2.900h/( A+90) Q m=2.000 A 0.5
Nama
A=1.000A < 1.000 Km2
New
Zeland Untuk daerah pengaliran dengan bentuk kipas India
7
Inglis
Q = 7000 A / √ A+4
8 9 10
Ryues Ryues Bransby Williams US Geological Survey Myer Baird & Mcillwraith
Q = 675 A 0,67 Q a =560 A 0,67 Q =4.600 A 0.52
A lebih dari 10 mile2
Q =1.400 A 0. 476
A = 1.000-24.000 mile2 USA
11 12 13 14 15
Baird & Mcillwraith Fanning
M
Britain
E E E E E E
Q =10.000 A 0.5 USA 0.78 Q m=131.000 A/(107 +A) Debit banjir max di Australia Seluruh dunia 0.5 Q m=222 .000 A/(185 +A) Australia
E E
Q =200 A 5/6
E
USA
E
Q dan Qm : Debit banjir maximum Qa : debit rata-rata ( tahunan ) A: Daerah aliran
M : sistem metrik ( Q= m3/det ,A= Km2 ) E : Sistem foot-pound (Q= ft3/det ,A= mile2 )
Hidrologi untuk Pengairan Editor : Suyono Sosrodarsono & Kensaku Takeda Berikut ini akan diterangkan 2 buah contoh sederhana, meskipun ada banyak cara perhitungan frekuensi banjir yang menggunakan kurva kondisi aliran dan kurva kemungkinan.
11
(1). Table 3.2. memperlihatkan banyaknya kejadian dan frekuensi relative akumulatif dari debit banjir maksimum 24 jam pada sebuah sungai selama 54 tahun. Table 3.2. kolom 1 menunjukkan besarnya debit banjir, kolom 2 menunjukkan banyaknya kejadian debit banjir maksimum 24 jam itu selama 54 tahun, dan kolom 3 menunjukkan akumulasi banyaknya kejadian pada kolom 2, yakni banyaknya kejadian debit banjir yang lebih besar dari harga bawah interval pada kolom 1. kolom 4 menunjukkan frekuensi relative akumulatif dari kolom 3. gambar 3.1. memperlihatkan hubungan antara persentasi pada kolom 4 dengan harga bawah interval pada kolom 1. Jika persentasi itu kecil maka pembacaan debit yang tepat yang sesuai dengan persentasi itu adalah sulit. Jika data itu digambarkan pada kertas logaritmis yang menjadi seperti kurva kemungkinan pada gambar 3.2, maka kirva itu dapat diperpanjang sampai ke bagian persentasi yang kecil sehingga pembacaan menjadi sangat mudah. Ahli-ahli yang menyarankan cara kemungkinan untuk mempelajari banjir mengemukakan, bahwa jika hanya kurva kemungkinan itu yang ada, maka debit banjir yang terjadi sekali dalam 1000 tahun masih juga dapat diperoleh (ditentukan). Umpamanya dalam gambar 3.2. terlihat bahwa selama perioda pemgamatan 54 tahun, telah terjadi 153 kali banjir atau rata-rata 2,83 kali dalam setahun. Jadi dalam 1000 tahun akan terjadi banjir sebanyak 2.830 kali. Debit banjir maksimum yang diharapkan dapat terjadi dalam perioda ini adalah debit yang sesuai dengan persentasi kejadiannya, yakni (100/2.830)% atau 0,035 %. Menurut gambar 3.2. debit banjit yang sesuai dengan persentasi ini adalah 107.000 cts. (2). Batas penggunaan cara kemungkinan Dalam (1) diterangkan, debit banjir maksimum yang diharapkan terjadi sekali dalam 1000 tahun telah diperkirakan berdasarkan data pengamatan selama 54 tahun. Akan tetapi dalam penggunaan cara ini maka adalah sangat penting untuk mengetahui besarnya kesalahan yang mungkin (probable error) yang termasuk dalam hasil yang didapat dan berapa banyak contoh / kumpulan bebas (independent samples) yang diperlukan untuk penterapan cara kemungkinan tanpa ada kesalahan. Perhitungan harga sesuatu variable yang terjadi dalam suatu kemungkinan tertentu, akan lebih tepat jika menggunakan contoh-contoh yang lebih banyak. Umpamanya jika hanya terdapat data selama 10 tahun yang dapat digunakan dalam perhitungan debit banjir maksimum yang diharapkan terjadi sekali setiap 10 tahun, maka kesalahan yang termasuk dalam hasil perhitungan adalah besar karena hanya terdapat satu contoh bebas. Di lain pihak jika perhitungan yang sama itu dilakukan dengan menggunakan 100 tahun data, maka mengingat banjir yang terjadi sekali setiap 10 tahun telah termasuk dalam ke sepuluh contoh itu, kesalahan yang mungkin akan menjadi sangat kecil karena telah menggunakan contoh yang lebih sebagai dasar penilaian. Sebaliknya jika hanya terdapat 50 tahun data yang dapat digunakan untuk menghitung debit banjir maksimum yang diharapkan terjadi sekali setiap 100 tahun, maka keslahan yang mungkin itu akan sangat besar yang dapat mencapai beberapa ratus persen karena contoh lengkap yang diperlukan tidak terpenuhi. Seperti
12
telah dikemukakan di atas, makin banyak contoh yang ada, makin tinggi ketelitian kemungkinan itu. Akan tetapi menurut perkiraan, untuk menghitung debit banjir yang diharapkan dari sebuah sungai, diperlukan paling sedikit 10 contoh bebas (independent samples). Berdasarkan hal ini, maka untuk menghitung debit banjir yang terjadi sekali setahun, sekali dalam 3 tahun atau 5 tahun diterapkan cara statistic atau cara kemungkinan, dengan menggunakan data selama 50 tahun. Jadi perluasan perhitungan seperti perhitungan debit banjir yang terjadi sekali setiap 1000 tahun dengan menggunakan data 50 tahun dan seterusnya adalah salah karena harus dipahami bahwa dapat terjadi kesalahan yang ekstrim.
Tabel 3.2. Banyaknya kejadian setiap derajat dan frekuensi relative akumulatif debit banjir maksimum 24 jam
13
Gambar 3.1. Frekuensi banjir berdasarkan kurva kondisi aliran (contoh)
Gambar 3.2. Frekuensi banjir berdasarkan kurva kemungkinan (contoh)
14
3.2.
CARA STATISTIK DAN ATAU KEMUNGKINAN Perhitungan frekuensi banjir dengan cara kemungkinan. Sebelum analisa limpasan secara hidrograf satuan dikembangkan, penelitian banjir telah dilakukan dengan cara statistik dan cara kemungkinan yang banyak digunakan orang. Jika terdapat cukup data dan jika tidak terdapat variasi yang besar dari kondisi aliran sungai yang ada sebelum dan sesudah periode pengamatan, maka perhitungan dengan cara kemungkinan dari debit banjir maksimum yang diperkirakan terjadi dengan frekuensi yang tetap adalah cukup. Ada dua cara perkiraan debit maksimum dan frekuensinya diklasifikasikan dalam a. Perkiraan dengan kurva kondisi aliran b. Perkiraan dengan kurva kemungkinan
3.3.
HIDROGRAF SATUAN DAN GRAFIK DIDTRIBUSI Dalam tahun 1932,Dr.LK. Sherman menyarankan cara hidrograf satuan yakni suatu cara untuk memperoleh hidrograf limpasan dari permukaan curah hujan lebih. Cara hidrograf satuan ini beserta cara grafik distribusi yang dikemukakan oleh Dr.M.M.Bernard adalah cara yang sangat berguna dan terbaik untuk perhitungan debit banjir.
3.4.
DATA
3.4.1. Data Karakteristik DPS ( Daerah Pengaliran Sungai ) Karakteristik DPS yang dibutuhkan dalam perhitungan debit Banjir : Karakteristik topografi DPS yaitu bentuk dan ukuran DPS, kemiringan lereng, umumnya ditentukan dari peta topographi skala 1:250.000 atau dalam hal khusus digunakan peta berukuran skala besar; Karakteristik geologi dan tanah DPS meliputi : (1) Jenis batuan ; (2) Penyebaran jenis batuan dan luas batuan ; (3) Sifat fisik batuan ; (4) Keseragaman jenis batuan; (5) Tekstur dan struktur tanah. Karakteristik tataguna lahan, yaitu luas dan jenis tataguna tanah yang sangat berpengaruh terhadap koefisien aliran, kapasitas infiltrasi.
15
3.4.2. Data Hujan Data hujan yang diperlukan dalam perhitungan ini, yaitu tinggi curah hujan, intensitas hujan, jaringan stasiun hujan dan periode pencataatan hujan. 3.4.3. Data Debit Sungai Debit sungai yang diperlukan dalam perhitungan ini ialah data debit banjir tahunan dari berbagai tahun kejadian. 3.4.4. Metode Untuk sIstem drainase di daerah studi yang merupakan daerah perkotaan digunakan lengkung IDF dari Sherman. Data masukan berupa hujan durasi pendek di stasiun yang ada. Contoh lengkung IDF untuk kota Jakarta. Analisis hidrologi untuk sungai-sungai yang melewati daerah studi digunakan pendekatan hubungan hujan-limpasan dengan salah satu model hidrograf banjir. Lakukan kalibrasi untuk mendapatkan parameter-parameter, kemudian lakukan analisis di wilayah DPS yang tidak mempunyai data aliran. Umumnya untuk mendisain banjir di Indonesia dasarnya dikembangkan dari Distribusi hujan "Chicago" CONTOH PERHITUNGAN CURAH DEBIT BANJIR Untuk analisis Hidrologi suatu kawasan yang di studi lihat gambar 3.1 (Bagan alir metode Analisis hidrologi)
16
Pengumpulan Data
Hujan (R)
R Harian Jan, Feb 96 1 hr & 3 hr
R Jam-jaman
Characteristic Basin
Aliran
R Harian Max. Thn 1 hr & 3 hr
R Saat Kejadian Banjir
Hidrograf Banjir
Luas DPS, Panj. Sungai Kemiringan
DPS Terukur Distrb. 3 hr → 1 hr HUJAN-LIMPASAN HID. BANJIR HEC-1 R Renc. 1 hr & 3 hr
Kalibrasi ISOHIT
Parameter
R Kawasan Jan, Feb 96 1 hr & 3 hr
R Kawasan Renc 1 hr & 3 hr
DPS tdk Terukur
ANALISIS WILAYAH Distribusi 1 hr → Jam R. Kawasan 96 1 hr & 3 hr dlm Jam
R Kaws. Renc. 1 hr & 3 hr dlm Jam
Parameter
HEC-I
Gambar 3.3. Bagan Alir Metode Analisis Hidrologi
HID. BANJIR JAN, FEB 96 1 HR & 3 HR
Evaluasi
HID. BANJIR RENCANA 1 HR & 3 HR
Analisis Sensitifitas Tata Guna Lahan
17
3.5.
CONTOH UNTUK LATIHAN : PERHITUNGAN DEBIT BANJIR
3.5.1. Koleksi data Curah Hujan a. Kumpulkan data curah hujan harian untuk 10 s/d 20 tahun b. Ambil satu nilai termaksimum dari data setiap tahun c. Buat urutan dari kecil ke besar d. Hitung rata-ratanya 3.5.2. Periode ulang dan intensitas curah hujan TIPOLOGI KOTA • • • •
KOTA KOTA KOTA KOTA
METROPOLITAN BESAR SEDANG KECIL
< 10 2 TH 2 TH 2 TH 2 TH
Daerah Tangkapan Air ( HA ) 10-100 101-500 > 500 2-5 TH 5-10 TH 10 – 25 TH 2-5 TH 2-5 TH 5 - 20 TH 2-5 TH 2-5 TH 5 - 10 TH 2 TH 2 TH 2 - 5 TH
3.5.3. Rumus intensitas curah hujan Intensitas curah hujan adalah hal yang penting paling tidak untuk perhitungan intensitas curah hujan,duration time disebut rumus curah hujan. Rumus Curah Hujan A
I=
A
_________
I = _________ ( t + b )n
t+ b
Tipe Talbot
Tipe Sherman
A I = __________ TN + b
Tipe Cleveland
Dimana I adalah intensitas hujan rata-rata ( mm/jam ), waktu durasi (min) A,b dan N adalah konstanta. Rumus tipe Talbot adalah yang paling sederhana digunakan untuk menghitung Saluran buangan .
dan pada umumnya
1) Metode kharakteristik koefisien Pada metode ini semua kurva intensitas hujan diperoleh dengan mengalikan 60 menit kurva intensitas dan koefisien karakteristik . I=β.R Tipe Talbot
I : intensitas hujan (mm/jam) R: curah hujan setiap jam (mm/jam ) β: Koefisien karakteristik I = a/(t+ b)
masukkan A=
a'.R
I = a'/(t +b ).R β = a'/(t+b)
18
maka dengan data 10 menit : β = I10/ I60 pada t = 60 yaitu maka dari itu
masukkan t = 10
β = a'/(t + b ) = a' /( 60 + b ) = 1 a' = 60 + b β = ( 60 + b ) /( t + b ) β t + βb = 60 + b (βt + βb ) = 60 + b (β - 1 )b = 60- βt b = (60 - βt) /(β - 1 ) b = ( 60- 10β ) / (β -1 )
perhitungan dapat diselesaikan menggunakan data pada table 4.6 a. Kala ulang 5 tahun
yaitu
β = I10 / I 60 = 97/48 =2 b = (60-10β )/ (β-1) = 60-10x2)/(2-1) = 40 a' = 60+b = 60 + 40 = 100 a = a' .R = 100.48 = 4,800 I = 4,800/(t + 40)
b. Kala ulang 10 tahun : β = I10 / I60 = 97/48 =2 b = (60-10β )/ (β-1) = 60-10x2)/(2-1) = 40 a' = 60+b = 60 + 40 = 100 a = a' .R = 100.58 = 5,800 yaitu I = 5,800/(t + 40)
19
Gambar 3-4 : Intensitas hujan untuk kala ulang 5 tahun
Gambar 3.5. Intensitas hujan untuk kala ulang 10 Tahun
20
3.5.4. PERHITUNGAN DEBIT BANJIR Perencanaan debit banjir adalah dasar perhitungan dari semua sarana atau fasilitas pengendali banjir ( saluran-saluran,pintu,pintu air,bangunan air lainnya ) Pada prinsipnya perencanaan drainase ini harus dihitung dengan methoda rasional atau dengan metoda yang menggunakan program computer. Tetapi dalam hal ini dalam prinsipnya peserta di minta untuk mengghitung secara manual dengan menggunakan rumus – rumus rasional . 1) Mekanisme dari limpasan ( run - off) Asumsikan daerah drainase yang akan direncanakan dengan koefisien runoff "C" ,luas "A" waktu konsentrasi "T" .Bagi luas menjadi potongan n dari aliran waktu yang sama,masing-masing aliran waktu ( t = T/n ) dan luas adalah Δ A1 , Δ A2, Δ A3 …………..Δ An Dalam hal terjadi hujan Intensitas hujan rata-rata adalah " I " Alira t menit pertama dihitung Q1 = C x It x Δ A1 Kemuadian 2t menit dihitung Q2t = C x I2t x (Δ A1 + Δ A1 ) T = nt menit aliran adalah Q T= C xIT x (Δ A1, Δ A2 ,….. Δ An )
Perhatikan bahwa intensitas hujan berkurang dengan bertambahnya waktu durasi
Δ An Δ An-1 Δ An-2 Δ A2
Δ A1
Q
Gambar 3.6 Area Drainase yang diasumsi
21
2)
Metode Rasional Dalam metoda rasional ,run-off berkaitan dengan intensitas curah hujan dengan rumus
1
Q=
___________
CIA
360 Dimana Q adalah run-off puncak dalam m3/det , "C" adalah koefisien yang tergantung kepada karakteristik area drainase .," I" adalah intensitas curah hujan rata-rata mm/jam , dan "A" adalah area drainase dalam Ha Metode rasional berdasrkan asumsi berikut . 1) 2) 3)
Laju puncak run-off adalah fungsi langsung dari intensitas curah hujan rata-rata selama waktu konsentrasi sampai ke titik sasaran. Frekuensi dari puncak pengaliran adalah sama dengan frekuensi dari intensitas hujan rata-rata . Waktu konsentrasi adalah waktu yang dibutuhkan agar run-off menjadi stabil dari tempat /bagian area drainase yang paling jauh ke titik sasaran.
Perhatikan bahwa waktu konsentrasi berdasarkan pada bagian yang paling jauh dalam waktu dan tidak selalu dalam jarak .Dalam metode rasional .intensitas hujan rata-rata tidak memiliki hubungan dengan dengan urutan waktu terhadap pola curah hujan yang sebenarnya selama badai . 3) Koefisien Run-off Tidak selamanya air hujan mencapai saluran drainase ,ada yang menguap,meresap kedalam tanah ( infiltrasi ) atau tertunda .laju dari puncak run-off hujan deras terhadap intensitas curah hujan disebut " Koefisien Run-off )" dan disingkat umumnya " C " . Koefisien run-off tergantung pada cirri-ciri geografis,cirri-ciri geologi dan kondisi permukaan tanah .Nilai dasar dari koefisien run-off diperlihatkan pada table 4.11
22
Tabel 3.3. Nilai Dasar Dari Koefisien Run - off Gambaran daerah
Koefisien limpasan ( Run-off )
Perdagangan Daerah kota Daerah dekat kota Permukiman Rumah tinggal terpencar Kompleks perumahan Apartemen Industri
0.70- 0.95 0.70- 0.95 0.30- 0.50 0.40- 0.60 0.50- 0.70
Industri ringan Industri berat Taman,pekuburan Lapangan bermain Daerah halaman KA
0.500.600.100.100.20-
0.80 0.90 0.25 0.25 0.40
Daerah tidak terawat
0.10- 0.30
Sifat Permukaan Tanah Jalan aspalt beton Batu bata Batu kerikil Jalan raya dan trotoar Atap Lapangan rumput / tanah berpasir Kemiringan 2% Rata-rata 2-7 % Curam 7% Lapangan rumput ,tanah Keras Kemiringan 2% Rata-rata 2-7 % Curam 7%
Koefisien limpasan 0.70-0.95 0.80-0.95 0.70-0.85 0.15-0.35 0.70-0.85 0.75-0.95
0.05-0.10 0.10-0.15 0.15-0.20
0.13-0.17 0.18-0.22 0.25-0.35
Sumber :" Urban Drainage guidelines and technical design Standards " Koefisien run-off yang konfrehensif ,diperkirakan berdasarkan pada koefisien dasar run-off,digunakan untuk perencanaan drainase atau sewerage. Konfrehensif run-off koefisien diperkirakan dengan persamaan berikut.
C=
∑ Ci . Ai
______________
∑ Ai C : koefisien run-off konfrehensif Ci : Koefisien run-off dasar A : area untuk setiap katagori
23
Waktu masuk t1
Titik Paling Jauh
Saluran drainase terpanjang (m)
Titik Perhitungan (5 s/d 10 menit
Kecepatan rata-rata (V)
Perencanaan Jalur Drainase
Tentukan Waktu Aliran Masuk
Asumsi Kecepatan Rata-rata
Buat perhitungan Debit Banjir
Perencanaan Saluran (Penampang,diame ter,gradiant)
Bila ada perbedaan yang besar ulangi
Kecepatan asumsi & Kecepatan aktual Hampir mendekati Penyelesaian
Gambar 3.7. Kecepatan yang diasumsi dan Kecepatan Aktual Perhitungan dengan methode Rational menggunakan program Ind-rat wq1
24
