Hidrologi Hidrografi

(1)

Hidrologi

Hidrografi

Tricahyono NH Geografi UHAMKA

2021

Materi Kuliah Sesi-6

Daerah Aliran Sungai

Daerah aliran sungai (DAS) atau daerah pengaliran sungai (DPS), pa-danan kata dalam bahasa asingnya adalah river basin, drainage basin,

cacthment area, watershed.

DAS adalah suatu wilayah yang merupakan kesatuan ekosistem yang dibatasi oleh pemisah topografis dan berfungsi sebagai pengumpul, penyimpan dan penyalur air, sedimen, unsur hara melalui sistem sungai, megeluarkannya melalui outlet tunggal (Sudjarwadi,1985).

Memperhatikan keadaan lapangan, DAS dapat dipandang sebagai: 1. Bentanglahan (landscape) yang dibatasi oleh pemisah topografis;

sebagai bentang lahan mempunyai fungsi keruangan, produksi dan habitat.

2. Kesatuan ekosistem, tempat berlangsungnya interaksi, inter-dependensi dan interrelasi komponen-komponen lingkungan dalam bentuk perpindahan energi dan mineral

3. Sistem hidrologis, sebagai suatu sistem ada masukan berupa hujan, proses dan keluaran berupa runoff, sedimen, uap air serta unsur hara.

(2)

(3)

(4)

(5)

Diagram Ekosistem DAS sebagai Sistem Pengelolaan

(Sumber Peraturan Direktur Jenderal Rehabilitasi Lahan dan Perhutanan Sosial tentang Pedoman Monitoring dan Evaluasi Daerah Aliran Sungai

(6)

Masukan ke dalam DAS dapat berupa curah hujan yang bersifat alami dan manajemen yang merupakan bentuk intervensi manusia terhadap sumberdaya alam seperti teknologi yang tertata dalam struktur sosial ekonomi dan kelembagaan.

DAS sebagai prosesor dari masukan, karakteristiknya tersusun atas faktor-faktor alami :

1)yang tidak mudah dikelola, seperti geologi, morfometri, relief makro, dan sebagian sifat tanah

2)yang mudah dikelola, seperti vegetasi, relief mikro, dan sebagian sifat tanah.

Luaran dari ekosistem DASyang bersifat off-site (di luar tempat kejadian) berupa aliran air sungai (limpasan), sedimen terangkut aliran air, banjir dan kekeringan;

sedangkan luaran on-site (setempat) berupa produktivitas lahan, erosi, dan tanah longsor

Runoff adalah bagian dari hujan (hujan dikurangi

oleh evapotranspirasi dan kehilangan air lainnya)

yang mengalir dalam alur sungai karena gaya

gravitasi.

Komponen runoff terdiri dari

1. Overlandflow, yaitu air hujan setelah dikurangi infiltrasi dan kehilangan air lainnya, air tersebut mengalir diatas permukaan tanah menuju alur sungai. Besar kecilnya aliran ini dipengaruhi oleh: a) sifat hujan (jumlah, lama hujan, intensitas, frekuensi ), b) Kemiringan tanah, c) sifat tanah (tekstur dan struktur tanah), d) penutupan tanah (tanah terbuka, tanah ada bangunan kedap air, jenis dan kerapatan vegetasi), e) cekungan-cekungan dipermukaan tanah (surface depression) dan f) lengas tanah pada saat terjadi hujan.

(7)

2. Aliran antara (interflow dan throughflow) yaitu aliran air yang berasal dari air yang berada pada lapisan tanah tidak jenuh air yang muncul ke permukaan lereng dan mengalir menuju alur sungai, pemunculan-nya disebut rembesan (seepage).

Rembesan ini banyak terjadi pada waktu musim hujan, Pada waktu musim kemarau yang panjang jarang dijumpai seepage karena simpanan lengas tanah sangat kurang.

3. Aliran dasar (baseflow) yaitu aliran air yang berasal dari airtanah (groundwater) yang ada dalam akuifer disekitar alur sungai, muncul pada alur sebagai matair (spring) yang selanjutnya disebut aliran dasar.

Besar kecilnya aliran dasar tergantung dari simpanan airtanah dalam tanah dalam akuifer (jenis materi dan volume akuifer).

Airtanah Lengas tanah

Lapisan Kedap Air Ro

Gambar Komponen Aliran Air Sungai fo

Qg

Muka airtanah

(8)

Skema terjadinya Limpasan (Runoff)

PRECIPITATION (P)

PRECIPITATION EXCESS LOSSES

SURFACE RUNOFF (Qs) INFILTRATION (f) OTHER LOSSES

SUBSURFACE FLOW (Qss) PERCOLATION (Pg) DIRECT RUNOFF (Qds) GROUNDWATER DISCHARGE (Qg) TOTAL RUNOFF / RIVER DISCHARGE

(Q) C H A N N EL P R EC IP IT A TI O N ( Pc )

Proses Runoff menurut waktu

Proses runoff menurut waktu yang dimaksud adalah proses runoff yang terjadi pada periode tidak ada hujan (musim kemarau), periode awal musim hujan, periode musim hujan dan periode awal musim kemarau.

a. Periode Musim Kemarau :

Periode musim kemarau ditandai tidak ada hujan atau sedikit hujan, fenomena hidrologi yang nampak diilustrasikan pada Gambar

(9)

- tidak terjadi hujan, input air dari hujan sama dengan nol

- muka freatik airtanah terus turun dari kedudukan t1 ke t2,

karena ada pengurangan simpanan airtanah yang

disebabkan oleh aliran airtanah ke alur sungai,

pengambilan airtanah melalui sumur-sumur gali maupun sumur produksi dan transpirasi yang mengambil air dari zone kapiler.

- evapotranspirasi terus berlangsung yang menyebabkan menambah defisit lengas tanah (soil moisture).

- sumber air runoff hanya berasal dari aliran dasar (baseflow dari airtanah), dari waktu ke waktu debit runoff terus mengecil sehingga hidrograf aliran berupa kurva resesi atau kurva deplesi.

Fenomena hidrologi musim kemarau:

- mulai ada hujan yang kejadiannya jarang

- sebagian hujan menjadi intersepsi yang segera ter-evaporasi

- sebagian menjadi simpanan/timbunan depresi yang terus infiltrasi

- overlandflow nyaris tidak ada, air digunakan untuk

membasahi tanah, lengas tanah di permukaan meningkat. - secara umum hidrograf aliran berupa kurva resesi,

kadang-kadang terlihat kenaikan hidrograf yang tidak besar, hal ini disebabkan ada hujan yang langsung jatuh di permukaan sungai.

- muka freatik airtanah terus turun

b. Periode Awal Musim Hujan

Periode ini ditandai adanya hujan yang kejadiannya jarang. Fenomena yang ada adalah:

(10)

Gambar . Fenomena Hiodrologi pada awal hujan (Seyhan, 1993)

- Hujan sering terjadi dan jumlahnya besar

- Sebagian hujan menjadi intersepsi dan kapasitas intersepsi sering tercapai; kelebihan air hujan menjadi aliran batang dan tetes melalui sela daun maupun daun (throughfall dan drip). - Intensitas hujan sering melebihi kapasitas infiltrasi sehingga

sering terbentuk overlandflow akibatnya aliran sungai naik

ditunjukkan naiknya hidrograf aliran.

- Air yang terinfiltrasi makin banyak sehingga lengas tanah meningkat cepat sampai ke bawah .

- Evapotranspirasi maksimal (evapotranpirasi aktual = evapotranspirasi potensial)

- Lengas tanah optimal yang diikuti perkolasi, kadang-kadang terjadi aliran ke samping muncul kepermukaan sebagai aliran antara (seepage).

c. Periode Musim Hujan

Pada periode musim hujan, hujan sering terjadi, input air makin banyak,

(11)

- Pada waktu awal musim hujan, muka freatik belum naik karena air perkolasi belum mencapai muka freatik airtanah. - Pertengahan musim hujan atau ahkir musim hujan, muka

freatik mulai naik.

- Hidrograf aliran sering membentuk hidrograf banjir (bentuk hidrograf aliran seperti bentuk lonceng), komponen aliran terbesar berasal dari overlandflow.

- komponen runoff terdiri dari overlandflow, aliran antara dan aliran dasar.

Gambar. Fenomena Hidrologi pada periode hujan (Seyhan, 1993)

a) hujan jarang terjadi

b) overlandflow jarang terjadi, kalau ada tidak besar c) infiltrasi banyak terjadi dari simpanan permukaan dan

perkolasi terus berlangsung dan akhirnya mencapai muka freatik

d) muka freatik naik

e) komponen runoff dari aliran dasar (dari airtanah di sekitar lembah sungai)

f) rembesan air dari zona tidak jenuh di lembah sungai mulai berkurang bahkan habis

g) hidrograf banjir jarang terjadi

h) komponen runoff yang dominan dari aliran dasar, kurva deplesi berlangsung terus.

d. Periode Akhir Musim Hujan

Periode akhir musim hujan , kejadian hujan sangat jarang sehingga input air berkurang

(12)

Gambar. Proses runoff pada periode akhir musim hujan (Suyono,1993) Periode Awal Musim Kemarau

- Input hujan sangat kurang - overlandflow hampir tidak terjadi

- Evapotranspirasi potensial tidak tercapai - Lengas tanah terus berkurang

- Muka freatik masih naik, karena perkolasi mencapai zone jenuh - Runoff terus menurun, ditunjukkan oleh hidrograf aliran dalam

bentuk kurva resesi.

- Proses runoff ini berlanjut ke musim kemarau berikutnya.

Bagian dari air hujan (termasuk sumbangan dari

surface/subsurface water) yang bergerak/mengalir pada

saluran permukaan (sungai) disebut stream flow = stream discharge = river discharge = debit aliran sungai.

Aliran langsung (Direct Runoff/DRO) merupakan bagian dari surface runoff yang langsung masuk/mengalir ke sungai selama dan sesudah hujan berlangsung. Apabila satu-satunya penyebab timbulnya limpasan (surface

runoff) adalah hujan, maka besarnya aliran langsung sama

(13)

sumber air yang menyumbang total runoff adalah

channel precipitation, surface runoff, subsurface flow, groundwater discharge

Menurut Lobeck, Jenis sungai berdasarkan kontinuitas alirannya adalah

1. Perennial Stream (sungai yang airnya mengalir setiap waktu)

2. Intermetent Stream (sungai yang airnya mengalir hanya pada musim hujan)

3. Ephemeral Stream (sungai yang aliran airnya hanya terjadi pada saat dan sesudah hujan)

Satuan dari discharge (debit) adalah m3_{/tahun, m}3_/det,

liter/detik.

Atas dasar kedudukan ketinggian muka air sungai

dan muka freatik/muka air tanah, tipe sungai

dapat dibedakan menjadi:

1. Gaining stream or effluent stream

, airtanah

disekitar sungai masuk ke alur sungai atau

sungai dapat suplai airtanah.

2. Lossing stream or Influent stream

, air

sungai masuk kedalam akuifer menambah

cadangan airtanah.

(14)

P Q Hidrograf EFEMERAL Stream

Penampang Melintang Sungai

Hidrograf INTERMETEN Stream

Hidrograf PERENIAL Stream

d e b it d e b it d e b it bulan bulan bulan

Januari Januari Januari Desember Desember Desember Muka Airtanah Muka Airtanah Musim Hujan Muka Airtanah Musim Kemarau

Muka Airtanah

Hidrograf (Hydrograph)

Hidrograf adalah gambar atau grafik yang menggambarkan hubungan antara tinggi muka air sungai, debit aliran, debit sedimen kaitannya dengan waktu

Hidrograf banjir (flood hydrograph) adalah discharge hydrograph pada saat aliran dalam keadaan banjir, bentuknya seperti bentuk lonceng miring kekanan.

Karakteristik hidrograf banjir

Hidrograf banjir di sungai disebabkan olehhujan tunggal atau hujan ganda. Hujan ganda menyebabkan terjadinya hidrograf banjir dengan dua puncak

Hidrograf sangat penting dalam analisis hidrologi seperti menghitung jumlah air sungai, jumlah sedimen yang diangkut aliran, analisis respon DAS, analisis hubungan hujan dengan aliran

(15)

waktu te b a l Hujan

Hidrograf Banjir Tunggal (Hidrograf Satuan) waktu D e b it A ir

Hujan Efektif Tunggal

Hujan hilang (losses)

Hidrograf dengan puncak Tunggal waktu te b a l Hujan

Hidrograf Banjir Ganda

waktu D e b it A ir

Hujan Efektif Ganda

Hujan hilang (losses)

Hidrograf dengan puncak Ganda

(16)

Karakteristik hidrograf banjir, menunjukkan hidrograf banjir dan hujan penyebabnya.

Bagian-bagian hidrograf banjir terdiri dari 1. lengkung naik (rising limb)

2. puncak (crest or peak)

3. lengkung turun (falling limb or recession curve)

Faktor-faktor yang mempengaruhi hidrograf banjir suatu sungai :

1. bagian lengkung naik sampai puncak dipengaruhi oleh karakteristik hujan (jumlah, intensitas, penyebaran) dan hujan sebelumnya.

2. bagian turun, dipengaruhi oleh pelepasan air dari simpanan air di DAS, simpanan air dalam alur sungai, simpanan lengas tanah dan simpanan airtanah.

1. puncak banjir (Qp)

2. waktu konsentrasi (Time of concentration or

time lag) = Tc

3. waktu mencapai puncak (time to peak) = Tp

4. waktu dasar (time base) = Tb

5. jumlah hujan

6. intensitas hujan

7. koefisien aliran

Pasangan data hujan dalam bentuk hietograf

dan data aliran dalam bentuk hidrograf banjir

sangat berguna untuk analisis hubungan

hujan dengan debit aliran banjir : parameter

hidrologinya adalah :

(17)

Grafik hubungan waktu dengan debit air sungai

(Hidrograf)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0 6: 0 0 0 7: 0 0 0 8: 0 0 0 9: 0 0 10 :0 0 11 :0 0 12 :0 0 13 :0 0 14 :0 0 15 :0 0 16: 00 17: 00 18 :0 0 19: 00 2 0: 0 0 2 1: 0 0 2 2: 00 2 3: 00 0 0: 0 0 0 1: 00 0 2: 0 0 0 3: 00 0 4: 0 0 0 5: 0 0 0 6: 0 0 0 7: 0 0 0 8: 0 0 0 9: 0 0 10 :0 0 11 :0 0 12 :0 0 13 :0 0 14 :0 0 15 :0 0 16: 00 17: 00 18 :0 0 19: 00 2 0: 0 0 2 1: 0 0 2 2: 00 2 3: 00 0 0: 0 0 0 1: 00 0 2: 0 0 D e b it A ir S u n g a i (l it e r/ d e ti k ) Waktu (Jam) Base Flow Direct Runoff Hujan Efektif Time of concentration or time lag = Tc Time to peak = Tp

VOLUME RUNOFF dan DISTRIBUSI RUNOFF 1. Faktor-faktor yang mempengaruhi volume runoff

a. faktor iklim yakni Jumlah Hujan (P) danJumlah Evapotranspirasi (Ep) 0 100 200 300 400 500

Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sep Okt Nov Des

T e b a l (m m ) Presipitasi (P) Evapotranspirasi (Ep)

(18)

b. faktor kondisi DAS yakni Luas DAS dan Bentuk DAS, Rata-rata Ketinggian DAS

Luas DAS Semakin luas DAS semakin besar Total

Volume Runoff Q₁ Q₂ Total Q1

<

Total Q2 Total Volume Runoff 1

<

Total Volume Runoff 2

berkaitan dengan hujan orografik,

sehingga

semakin

tinggi

suatu

tempat semakin besar hujan dan

berakibat pada besarnya total runoff.

(perlu diperhatikan juga faktor sudut

hadap lereng terhadap sumber air

dan jarak dari sumber air)

(19)

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi Distribusi Runoff (sebaran waktu runoff)

a. Faktor meteorologi/klimatologi

1) Presipitasi

a) tipe hujan b) intensitas hujan

c) lama hujan (waktu/durasi) d) distribusi areal kejadian hujan

e) distribusi waktu kejadian hujan f) arah gerakan angin

g) frekuensi kejadian hujan

h) faktor kejadian hujan sebelumnya

Hubungan antara distribusi areal kejadian hujan dengan hidrograf

Hujan di wilayah hulu DAS

Hidrograf  naik lambat dan penurunan lambat

Hujan di wilayah

hilir DAS

(20)

A. Hujan awal terjadi di wilayah hulu, hujan bergerak ke arah hilir

B. Hujan awal terjadi di wilayah hilir, hujan bergerak ke arah hulu

Untuk kejadian Hujan A  hidrograf dengan kenikan dan penurunan aliran cepat, debit puncak Tinggi Untuk kejadian Hujan B  hidrograf dengan kenaikan dan penurunan aliran lambat, debit puncak relatif lebih rendah 2) Faktor Meteorologi

Merupakan faktor yang mempengaruhi besarnya

evapotranspirasi seperti penyinaran matahari, suhu

udara, kelembaban, kecepatan angin, tekanan

atmosfer udara

Evapotranspirasi merupakan faktor berkurangnya air yang mengurangi air limpasan (runoff)

Pengaruh evapotranspirasi terhadap hasil runoff setahun. Contoh : pengaruh evapotranspirasi terhadap hasil runoff (volume runoff setahun): hitung tebal runoff per tahun dan total volume runoff setahun di DAS I dan DAS II yang mempunyai luas dan hujan sama besar.

Gunakan kosep neraca air DAS.

DAS I DAS II

Presipitasi (P) = 2500 mm/th Presipitasi (P) = 2500 mm/th Elevasi DAS = 250 m (dpal) Elevasi DAS = 750 m (dpal) Evapotranspirasi (Eta) = 1600 mm/th Eta = 1250 mm/th

Luas DAS (A) = 750 km2 _{Luas DAS (A) = 750 km}2_.

(21)

b. Faktor Kondisi DAS 1) faktor Topografi

untuk bentuk DAS memanjang debit puncak dicapai dengan waktu relatif lebih lama dan penurunan debit relatif lebih cepat. Untuk bentuk DAS melebar/membulat debit puncak dicapai relatif lebih cepat dan penurunan debit relatif lebih lama.

a) Bentuk DAS

Untuk DAS dengan kemiringan lereng besar debit puncak dicapai dengan waktu relatif cepat dan penurunan debit relatif lebih lama. Untuk DAS dengan kemiringan lereng kecil debit puncak dicapai dengan waktu relatif lambat dan penurunan debit relatif lebih cepat.

b) Kemiringan DAS

c) Luas DAS semakin besar luas DAS, maka semakin besar total runoffnya

Kemiringan lereng landai sampai agak miring Kemiringan

lereng miring sampai miring sekali/terjal

Hidrograf naik cepat, penurunan cepat, debit puncak tinggi

Hidrograf naik lambat, penurunan lambat, debit puncak relatif rendah

(22)

2) faktor Geologi

Berkaitan dengan kondisi fisik dari akifer dan permeabilitas batuan. Untuk daerah yang terdapat lapisan geologi melintang antar DAS,daerah yang merupakan munculnya air dari lapisan batuan akan menambah total runoff, demikian pula sebaliknya untuk daerah yang merupakan resapan air pada lapisan batuan akan mengurangi total runoff.

daerah yang merupakan munculnya air dari lapisan batuan akan menambah total runoff

daerah yang merupakan resapan air pada lapisan batuan akan mengurangi total runoff

3) Faktor Jenis Tanah

Berkaitan dengan sifat fisik tanah terutama tekstur tanah, ukuran butir, dan permeabilitas tanah. Hal ini mempengaruhi besarnya air yang diresapkan ke dalam tanah (infiltrasi dan perkolasi), yang selanjutnya berpengaruh pada besar kecilnya koefisien runoff.

4) Faktor Vegetasi

a) vegetasi penutup lahan  sebagai penghambat jatuhnya air hujan ke permukaan tanah dan penghambat limpasan air di permukaan tanah, sehingga akan memperbesar waktu air sampai ke saluran/sungai dan berpengaruh pada debit air. b) vegetasi yang hidup di saluran  sebagai penghambat jalannya

air di saluran, sehingga berpengaruh pada debit air.

c. Faktor Manusia

1) bangunan air seperti waduk, bendungan mengurangi aliran permuk 2) teknologi pertanian mengurangi aliran permukaan

3) teknologi konservasi tanah dan air mengurangi aliran permukaan 4) Pembangunan permukiman, kawasan industri dan jalan raya

meningkatkan aliran permukaan