PENGEMBANGAN SUMBER DAYA AIR
(PSDA)
Dosen :
BAB III
SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Hujan ( Presipitasi )
dapat dikatakan sebagai
sumber
segala air
yang ada
dipermukaan bumi
ini.
Hujan
terjadi karena ada
proses
kondensasi
dari
partikel-partikel uap air
di
udara
yang
bergabung
menjadi
awan
, kemudian berubah
menjadi
butir-butir air
yang
jatuh
ke muka
bumi menjadi
hujan
.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Karakter hujan yang penting diketahui adalah :
Intensitas Hujan, yang dinyatakan dalam mm/jam.
Jumlah Hujan
dalam
satuan waktu, misalnya harian,mingguan, bulanan maupun tahuan ( Durai Hujan )
Distribusi Hujan dalam ruang dan waktu.
Sifat distribusi hujan
dalam
ruang akan berkaitan denganpersoalan menghitung
volume air hujanyang
jatuh ke dalam Daerah Pengaliran Sungai ( DPS ).BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Kenyataannya, ketebalan hujan yang jatuh pada suatu DPS untuk suatu peristiwa hujan diukur
hanya pada beberapa
tempat penakar hujan ( Ombro Meter ).Nilai ketebalan hujan yang tercatat pada tempat penakar hujan disebut nilai-nilai titik ( point values ).
Persoalan yang kemudian timbul adalah mencari ketebalan hujan merata dalam suatu DPS agar dapat memperkirakan volume hujan pada DPS.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Dalam kaitan pengembangan sumber daya air, oleh Dr. Kuifer
pada bukunya Water Resources Development membagi fungsi hidrologi atas kegiatan-kegiatan sbb. :
a. Inventarisasi sumber air, seperti :
-
Pengumpulan
data aliran atau debit, hujan, air tanah
- Pencatatan-pencatatan kembali
data-data yang hilangdengan cara khusus tertentu.
-
Pengolahan
data-data, seperti data-data mentah menjadi kurva durasi ( duration curve ), kurva massa ( massa curve ), sehingga dengan itu dapat dibuat appraisal ( taksiran ) yang cepat terhadap sumber air yang ada.BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
b. Perencanaan Proyek ( Planning ), contoh :
o
Penetapan
debit tersedia (dependable flow
) Irigasio Kehilangan air / menuap (
evaporation
) rencana Waduk oPerhitungan
kebutuhan air (water requirement) Tanamanc. Perencanaan Teknis ( Design ) dari
bangunan-bangunan
air, seperti :
o Debit rencana dari pelimpah (spill way) waduk
o Debit banjir rencana (design flood), untuk perhitungan
tanggul sungai, tinggi rencana coffer dam.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
d. Analisa ekonomi, misal :
o Kurva durasi dapat memberikan gambaran kasar
manfaat
/benefit dari tenaga air (
power
) dan irigasi.o Periode frequency banjir (
flood frequency periode
)
keuntungan
sarana pengendalian bajir (flood control
) e. Eksploitasi Proyek, yaitu :o
Meningkatkan
efisiensi eksploitasi waduk (inflow –outflow)
o Prakiraan debit (
flow forecasting
) dalam musim hujan /banjir peramalan dan peringatan banjir (
flood warning
system).
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Dari uraian tersebut diatas jelas bahwa semua fungsi akan dapat dicapai bila data-data yang baik dalam arti
teliti
dancukup terkumpul
sebelumnya.Untuk wilayah Jawa pada umumnya sudah ditangani dengan baik, sehingga data-2 tsb sudah
cukup
lumayanUntuk daerah
diluar
pulau Jawamasih
kurang, karena itu program pengumpulan (monitoring) data hidrologi yangteratur
dankelangsungannya
perlu dipersiapkan.BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Neraca Air adalah suatu cara analisisi dengan persamaan neraca ( air ) yang
berdasarkan pada
hukum kekekalan massa yang menyatakan bahwa suatu zattidak dapat
diciptakan atau dimusnahkan,
tetapi
suatu zatdapat
berubah bentuknya.
Persamaan neraca air ini
memperlihatkan
besaran masukan ( inflow / gain ) dan keluaran ( outflow / losses ) serta storage.BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Berbeda dengan neraca akuntansi yang periode waktunya
sesaat
.Maka pada neraca air yang mempunyai periode waktunya
tidak
sesaat, terpaksa selalu ada penyeimbang S ( Storage ) yaitu sesuatu yangbersifat
dinamisselama
interval waktu yang dilihat.Persamaan umum dari Neraca Air adalah :
Masukan = Keluaran ± Storage
I = O ± S
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Jelas bahwa suatu persamaan neraca air akan mempunyai makna hanya apabila ditetapkan dua hal sebagai pembatas, yaitu :
Suatu Panjang Sungai atau Saluran tertentu
Suatu Petak Irigasi tertentu ( tersier, sekunder atau
satu jaringan irigasi )
Suatu Daerah Pengaliran Sungai ( DPS ) atau Sub
Wilayah Sungai dan Wilayah Sungai
Dst.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Sebagai contoh : Neraca Air untuk sebuah Waduk dengan
periode 15 ( lima belas ) hari atau bulanan ( 30 hari ).
Parameter-parameternya terlihat sebagaimana didalam daftar , sebagai berikut :
Maka Persamaan Neraca Air menjadi sebagai berikut :
I + P + U + S = Oi + Os + E + Ss
3. Neraca Air ( Water Budged / Water Balance )
Masukan = increments = gain Supply = inflow
Kehilangan = decrements = losses Drainage = outflow
2. Pengambilan Irigasi / Tenaga Air Oi
3. Melimpas (spill way / outflow) Os
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
b. Pereode tertentu dan Spesifik, misalnya :
t = 1 jam t = 1 hari t = 1 tahun t = 5 tahun t = 10 tahun dst.
Tergantung sistem yang ditangani.
E P
U I
Os
Oi
Ss
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
a. Pengukuran Lapangan Debit Air
Cara Area Velocity Area
Rumus : Debit adalah
sama dengan
kecepatan airkali
luas penampang air.Q =
Vi . Ai
4. Pengumpulan data.
1 2 3 4
diukur
V rata-rata
diukur
Gambar penampang aliran sungai
+
+
+
+ +
+
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Penampang aliran dibagi atas beberapa bagian setiap bagian luas Ai, seperti gambar.
Kecepatan air ditiap bagian diukur dengan alat pengukur kecepatan ( current meter ) pada penampang melintang gam bar tsb. Diatas, dapat memperlihatakan profil kecepatan.
Pengukuran dapat dilakukan di satu titik, dua titil atau lebih tergantung persyaratan ketelitiannya.
Misalnya debngan pengukuran dua titik pada kedalaman h = 0,20 d dan h = 0,80 d, maka :
V . 0,20 d + V . 0,80 d V rata-rata = ---
2
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Alat ukur ( current meter ) yang biasa digunakan ada dua macam, yaitu :
Tipe Mangkok ( Price ), seperti gb. 2.3.3a. Tipe Propeller , seperti gb. 2.3.3b.
Pada tipe Mangkok, begitu alat dimasukan ke air, mangkok akan berputar, as perputarannya
tegak lurus
pada aliran. Pada tipe Propeller, baling-baling akan berputar begitu alatdimasukkan kedalam air, as perputaran propeler adalah
paralel
dengan arah aliran.Untuk setiap alat ukur tentunya sudah ada
konversi
hubungan kecepatan air dengan jumlah pputaran alat (ini perludikalibrasi
).BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Cara Lengkung Debit ( Stage Discahrege Relation )
cara lengkung debit ini adalah dengan ca5ra membuat grafik atau kurva hubungan tinggi air dan debit atau sering disebut lengkung debit ( Rating Curve ) yang dari data-data yang sudah dibuat dengan
rumus-rumus
hidraulik, tetapi telah dikalibrasi juga dengan pengukur debit (lihat gb.2.3.4).Tinggi muka air pada sungai atau saluran
diamati
dengan alat ukur yang bisa dibaca secara manual ( staff gauges / peil schall ) atau secara otomatis yanitu dengan alat Automatic Water Level Recorder ( AWLR )pecatatan
dapat
langsung
dapat dilihat pada kertas printout dan secara minguan atau bulanan baru diganti ( lihat gb. 2.3.6).BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI
4. Pengumpulan Data
a). Aliran tak tetap. b). Aliran tetap.
muka air naik muka air turun
h
Q ( debit )
h
Q ( debit )
BAB III
SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Rumur - rumus hidraulik yang sering digunakan ialah, sebagai berikut :
o Pada saluran terbuka :
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
BAB III
SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
4. Pengumpulan Data
hv
h E
V2
---- 2G
hc = 2/3 . E
garis energi
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
b. Kelengkapan Data - data :
Didalam hal-hal dimana data-data yang tersedia kurang lengkap, maka untuk mengatasinya dapat ditempuh dengan cara-cara sebagai berikut :
o Jika elevasi level danau atau sungai tersedia, maka dengan
rumus-rumus hidaulik akan dapat dibuat hitungan perkiraan debit.
o Apabila data-data ada yang terputus-putus, kekurangan
tsb. Dapat dilengkapi dengan sistem korelasi antar sdtation-station pada periode waktu tertentu ( hari, minggu, dst.)
o Bila tidak ada station yang terdekat, sedang data yang
tersedia pendek, cara melengkapinya dapat dengan mem-plot hidrograp semua aliran yang ada, kemudian hidrograph dihubungkan dengan data hujan dan teperatur atau evaporasi yang biasanya tersedia.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
b. Kelengkapan Data - data :
Didalam hal-hal dimana data-data yang tersedia kurang lengkap,
maka untuk mengatasinya dapat ditempuh dengan cara-cara sebagai berikut :
o Jika elevasi level danau atau sungai tersedia, maka dengan
rumus-rumus hidaulik akan dapat dibuat hitungan perkiraan debit.
o Apabila data-data ada yang terputus-putus, kekurangan tsb.
Dapat dilengkapi dengan sistem korelasi antar sdtation-station pada periode waktu tertentu (hari, minggu, dst.)
o Bila tidak ada station yang terdekat, sedang data yang tersedia
pendek, cara melengkapinya dapat dengan mem-plot hidrograp semua aliran yang ada, kemudian hidrograph dihubungkan dengan data hujan dan teperatur atau evaporasi yang biasanya tersedia.
BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI
4. Pengumpulan Data
koreksi
St = B
Station A ( debit )
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
o Jika data atau catatan yang ada amat sedikit dan tidak ada
station berdekatan yang lengkap datanya, keadaan akan lebih sukar. Dalam hal seperti ini cara yang dapat dipakai adalah
dengan memperbandingkan DPS ( Drainage Basin ) tsb
dengan DPS lain yang ada datanya dan dilakukan pengamatan
di lapangan secara fisik dan sejarah daerah tsb dari penghuninya.
o Jika tidak ada DPS yang dapat dipakai sebagai pembanding,
maka cara yang ditempuh adalah dengan perhitungan besarnya
run-off secara sintesa. Yaitu dengan memperkirakan hujan,
infiltrasi dan bentuk-2 hidrograph sampai dengan dibuat
sebuah syntetic unit hidrograph untuk DPS yang ditinjau
serta dapat ditambah dengan melakukan pengamatan
dilapangan secara fisik dan sejarah tsb dari penghuninya agar
lebih dapat mendekati kebenarannya.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Cara paling sederhana untuk memperlihatkan arti dari data-data hujan atau debit sungai ialah dengan menghitung harga rata-rata ( rerata ), harga minimum dan harga maksimum. Sebelumnya kita perlu mengetahui perhitungan dasar yang biasa
digunakan, yaitu :
a) Menghitung Rerata Tebal Hujan (Methode : Aljabar,
Polygon, Isohyet dan Kriging)
b) Durasi dan intensitas hujan.
c) Aliran air dalam DPS
akibat
hujan (aliran permukaan,lengas tanah, aliran dibawh pemukaan, pengisian cekung-2 air, uap air)
d) Proposi air hujan
menjadi
berbagai bentuke) Rumus Rasional
f) Analisa Statistik ( Hidrograf, Kurva Mass, Kurva Durasi,
Kurva Frequensi )
BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI
5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )
Bagian hujan yang langsung pada alur sungai
K
BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI
5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )
Satu contogh “ Rating Curve “
BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI
5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )
o Kecepatan rerata aliran dalam
saluran : v1 = 1,0 m/dt
Pertanyaannya : Berapa debit puncak dan bagaimankah ben- tuk hidrografnya ?.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Jawaban :
Jika terjadi tc > tr, maka perlu dicari luasnya daerah hujan yang mempengaruhi debit puncak.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Pertanyaan pada contoh no 1 telah terjawab,
namun kita perlu merenung :
o
Mengapa
hidrograf
berbentuk
segi tiga
?.
o
Kenapa
waktu
hidrograf
=
500
menit ?.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Contoh 2 :
Diketahui : Data-data sama dengan contoh 1, kecuali
lamanya hujan ( tr ) adalah 6 jam
Pertanyaannya : sama dengan soal contoh 1,
yaitu : berapa debit puncak dan
bagaimanakah bentuk
hidrografnya ?.
Jawaban : ... ?, kenapa ... ?.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Contoh 3 :
Diketahui : Data-data sama dengan contoh 1,lamanya hujan ( tr )
tetap 250 menit, tetapi kondisi alirannya dan saluran pada daerah yang ditinjau diputar seperti gambar dibawah ini
Pertanyaan : Gambarlah luas daerah hujan yang mempengaruhi
debit puncak dan hitunglah besarnya debit tersebut,
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Contoh 3 :
Jawab :
Ternyata tc > tr, maka daerah yang diperhitungkan berkontribusi untuk
menimbulkan debit maksimum adalah bagian yang diarsir dan untuk menetukan luasan daerah tersebut, adalah :
XT (m) 2 (km)
--- + --- = tr, diketahui tr = 250 menit.
0,10 m/det 1 m/det
{ XT m / 0,10 m/det } + 2.000 m = 15.000 det.
XT m / 0,10 m/det = 13.000 det Jadi XT = 1.300 m’.
Dengan cara yang sama akan didapat : XS = 1.500 m’.
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Contoh 3 :
Jawab :
Debit maksimum dapat dihitung sebagai berikut :
o Q
max = C . i . A
= 0,40 (10 x 10–3 / 3.600 x ½ (1.300 + 1500) x 2 x 2 x 106 m3/det.
BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI
5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )
Tinggi air ( m’ )
W
ak
tu
( t
) da
lam
ja
Tinggi air ( m’ )
W
ak
tu
( t
) da
lam
ja
Ti
nggi
a
ir
(
m’
)
Waktu ( t ) dalam jam
Kolam Storage menjamin Q min
Waktu ( t ) bulan
Debi
t
( Q
) da
lam
m
3 /deti
k
Waktu ( t ) bulan
Debi
t
( Q
) da
lam
m
3 /deti
k
Waktu ( t ) bulan
Debi
t
( Q
) da
lam
m
3 /deti
k
50 % = Rata-rata = 3,21
Waktu ( t ) bulan
Debi
t
( Q
) da
lam
m
3 /deti
k
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Frekuensi Debit Banjir :
Dasarnya :
o F = P = 1 / Tr Dimana :
P = probability
Tr = periode ulang ( recurrence period )
o Tr
= n / ( m – 0,5 )
o Tr = ( n + m ) / m.
Dimana :
n = jumlah sample
m = urutan sample
BAB III SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI
Kriteria untuk bangunan di Indonsia :
Drainage pertanian Tr = 5 - 10 tahun Tanggul Banjir Tr = 25 - 50 tahun Bendung di sungai Tr = 50 - 100 tahun Pelimpah waduk Tr > 100 tahun
Sebagai perbandingan :
Tanggul Laut di negeri Belanda Tr = 10.000 tahun
sehingga probabilitasnya sangat kecil P = 1 / 10.000 = 0,0001.
BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI
5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )
Frequency of excendence ( excendence probability ) atau return period
BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI
5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )
Gambar Pemilihan masa ulang atas Biaya Bangunan