Analisa Debit Banjir Sintetis. Engineering Hydrology Lecturer: Hadi KARDHANA, ST., MT., PhD.

Analisa Debit Banjir

Sintetis

Engineering Hydrology

Lecturer: Hadi KARDHANA, ST., MT.,

PhD.

Metode Debit Banjir Sintetis

Debit banjir sintetis mengambil asumsi dasar bahwa

hujan dengan periode ulang X tahun menghasilkan

banjir periode ulang X tahun. Debit banjir sintetis

terdiri dari:

1. Debit Puncak dari model parametric dan empiris

A. Rasional

B. Weduwen

C. Haspers

D. Melchior

E. Mononobe

2. Hydrograf Sintetis, konvolusi unit hidrograf

terhadap hujan desain.

Hydrograph & Debit Banjir

Desain

• Sebuah kejadian

hidrograph akan

overflow jika Q

c

< Q

p

sejak t

a

sampai t

b

dan

mengakibatkan banjir

dengan volume V

dimana:

• Maka debit banjir

desain seharusnya

ditetapkan dengan

periode ulang tertentu

dimana:

Capacity

t

_a

t

_b

V

Q=f(t)

Debit Puncak (Q_p) Kapasitas Desain (Q_c)







b a t t c

dt

Q

t

f

V

(

(

)

)

p c desain

Q

Q

Q





Rasional

Aplikabilitas metoda ini adalah

untuk daerah tangkapan yang kecil

kurang dari 2,5 km

2

(Ponce)

, dimana karakteristik limpasannya

concentrated atau super concentrated

seperti pemukiman, jalan

raya, jalan KA, lapangan terbang dll. Menurut metoda ini besarnya

debit aliran permukaan akibat hujan yang turun disuatu DAS

(hujan

wilayah)

dapat dituliskan sbb.:

Q = C . I . A

di mana

Q

= besarnya debit banjir maksimum

C

= koefisien pengaliran

I

= intensitas hujan selama waktu konsentrasi (tc)

A

= luas catchment area (daerah pengaliran)

Karena daerah tangkapannya yang kecil,

Hujan wilayah dalam metoda rasional bisa

merupakan hujan point (Hujan 1 stasiun).

Dengan aplikabilitasnya yang

concentrated maka hujan desain adalah

hujan dengan durasi=tc

Intensitas hujan desain diperkirakan

berdasarkan Mononobe:

Hujan Desain - Intensitas Hujan (I)

dan IDFC

Bandung Kota

A

B

C

D

Contoh 1

Diketahui:

A=12 ha, Tc=12 mnt,

c=0.8

B=12 ha, Tc=12 mnt

,c=0.8

C=36 ha, Tc=18 mnt,

c=0.6

D=6 ha, Tc=9 mnt, c=0.9

R

24

= 100 mm

a=300 m

b=300 m

c=600 m

d=300 m

Berapakah Q

d

di:

1=? 2=? 3=?

1

2

3

a

b

c

d

Pilih kecepatan desain awal saluran untuk mengasumsikan travel time di saluran.

Misal pasangan batu  Kecepatan Izin=1.5 m/s

Line 1

Line 3

Line 2

Ket: (1): line, (4) Length (ft), (5)=Area, (6)

Accumulative Area (acre), (7) Concentration Time (mnt), (8)Flow Time in Channel (9) Average Runoff Coefficient, (10) Rainfall (in/hr)

Weduwe

n

Metoda dikembangkan di Indonesia oleh seorang ilmuwan belanda bernama

Weduwen untuk menganalisis debit banjir dari sebuah DAS dengan luas < 100 km2. Formulasi empiris diturunkan berdasar curah hujan harian maksimum berperiode ulang 70 tahun yang pada saat itu mempunyai tinggi curah hujan 240 mm dan dapat dituliskan sbb.:

Q_T = M_T . f. q’.(R₇₀/240) _atau Q_T = M_T . f. q.(R₇₀/240)

Q_T = debit maksimum untuk periode ulang n tahun M_T = koefisien yang bergantung pada periode ulang T f = luas daerah pengaliran(catchment area) (km2₎

q’ = q = debit dengan curah hujan maksimum 240 mm (m3_/det/km2₎

= dihitung dari monogram/grafik hubungan kemiringan (i) dan luas (f) lahan. i = Slope Sinus

R70 = curah hujan maksimum dengan periode ulang 70 tahun = R/(mp) = (5/6)m/(mp)

R = curah hujan maksimum kedua pada urutan plotting data m = data curah hujan maksimum.

n

p n_mp m

100 km2 60 50 40 30 20 15 10 6 5 4 3 2 1

untuk catchment <1km diambil untuk 1km <1km 2 f [ 1km ] 2 q' = banyaknya air dalam m /dt

per km dengan hujan peresmel = 240 mm [ = R70 untuk Jakarta i = Verhang fiktiv 2 3 1 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 30 35

DEBIT MAXIMUM CATCHMENT DENGAN LUAS : 0 - 100 KM2 MENURUT METHODE Ir. JP. dep - WEDUWEN

( DE ING. IN NED. INDIE 1937 No. 10 )

1/5 " 0.238 1/4 " 1/3 " 10 " 15 " 20 " 25 " 30 " 100 " 125 " 1 " 2 " 3 " 4 " 5 " 1/2 " 40 " 50 " 60 " 70 " 80 " 90 " 0.262 0.291 0.339 0.410 0.492 0.541 0.579 0.602 0.705 0.766 0.811 0.845 0.875 0.915 0.940 0.975 1.00 1.02 1.03 1.05 1.08 p = p er io d a pe ng am a ta n h uj an h ar ia n n = in d ex u n tu k Q n q q q q Lengkung debit maksimum

dan harga



q

dalam

Melchior

Metoda Melchior dikembangkan untuk menganalisis debit banjir pada DAS berbentuk ellips yang mempunyai luas > 100 km2 dan pergerakan awan mendung searah

dengan sumbu sungai utama menuju titik kontrol. Menurut metoda ini, formulasi debit banjir dapat dituliskan dalam bentuk sbb.:

Q =  . f . q x R/200 di mana

 = koefisien pengaliran (fungsi dari vegetasi, tanah, kemiringan dan iklim) = antara 0,42, 0,52, 0,60 dan 0,75 (melchior menganjurkan 0.52)

f = luas daerah pengaliran

q = besar debit satuan yang diperoleh dari grafik melchior (m3/det/km2) R = curah hujan maksimum absolut

200 = curah hujan referensi Melchior dalam penelitian

Dalam menerapkan metoda Melchior dapat ditempuh langkah2 perhitungan sbb.: •_{Gambar ellips yang meliputi DAS (bersumbu panjang = a, sumbu pendek b}  _2/3 a)

•_{Hitung luas ellips = nF = 1/4}  _{a b.}

•tetapkan q dengan cara coba-coba menggunakan grafik g I- II

berdasarkan luas

0 15 30 45 60 1 jam 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 5 10 15 16 17 18 19 20 29 30 35 40 m h u ja n 3 menit 40 T

menitT % menitT % menitT % %

DAFTAR 2 PERTAMBAHAN Q ( % ) KARENA T Curah hujan terbesar dalam m perdetik per km pada daerah dengan luas dari 0 - 10000 km dengan duration dari 15 menit 48 jam didasarkan pada curah hujan setempat terbesar 200 mm per 24 jam 2 3 2 Lembar G - II Melchior 40 - 115 115 - 190 190 - 270 270 - 360 360 - 450 450 - 540 540 - 630 2 3 4 5 6 7 8 9 980 - 1070 1070 - 1155 1155 - 1240 1240 - 1330 895 - 980 810 - 895 720 - 810 630 - 720 10 11 13 12 14 15 16 17 18 19 21 20 22 23 24 25 26 27 29 28 30 31 32 33 1950 - 2035 1860 - 1950 1770 - 1860 1680 - 1770 1595 - 1680 1510 - 1595 1420 - 1510 1330 - 1420 2035 - 2120 2210 - 2293 2120 - 2210 2293 - 2380 2380 - 2465 2580 - 2640 2465 - 2580 2640 - 2725 q menit

lengkungan yang menyatakan besaran n F

n F km 0.14 0.72 1.4 7.2 29 72 14 108

DAFTAR .1 HUBUNGAN ANTARA n F dan q 2 _{m / dt /km}q 29.6 22.43 19.9 14.15 9 6.25 11.85 5.25 3 _kmn F 1.44 2.16 2.88 3.60 504 576 4.32 6.53 2 4.79 4 3.6 3.3 2.85 2.63 3.05 3.45 n F km 7.20 10.80 14.40 21.60 4320 5760 28.80 7200 2 2.3 1.85 1.93 1.2 0.7 0.54 1 0.48 2 _{m / dt /km}3 q 2 _{m / dt /km}3 q 2 20 0 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 0.5 1 1.5 2 2.5 3 m3 50 40 75 30 25 20 15 10 100 150 200 250 300 400 500 600 700 800 900 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 3000 3500 4000 4500 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 1 2 4 6 8 10 16 20 25 30 40 50 100 75 150 200 250 300 400 500 600 700 800 900 1000 1250 1500 1750₂₀₀₀ 2250 2500₃₀₀₀ 3500 4000 45005000 6000 7000 8000 9000 0 1 2 4 0 9 10 15 20 25 30 40 50 75 100 150 200 250 300 400 500 600 700 800 900 1000 1250 1500 1750₂₀₀₀ 2250 2500 3000 35004000 5000 10000 6000 7000 8000 9 000 10000

Dalam penggunaannya, metoda ini tidak mensyaratkan adanya batasan luas DAS. Menurut Haspers, besarnya debit dapat dihitung dengan menggunakan formulasi sbb.:

Haspers

•

_{Metoda ini juga tidak mensyaratkan batasan luas DAS.}

•

_{Besarnya debit dapat dihitung dengan menggunakan formulasi sbb.:}

Metoda Hydrograph Sintetis

• Aplikabilitas metoda hydrograf sintetis adalah untuk

DAS ukuran sedang sampai besar. (lihat materi SUH)

• Debit banjir diperoleh dengan aplikasi teknik konvolusi

unit hidrograf terhadap hujan desain.

• Input hujan (P) merupakan

curah hujan wilayah

• Input konvolusi merupakan

curah hujan effektif

(P-Abstraksi Hujan)

• Abstraksi hujan bisa menggunakan

abstraksi horton,

green ampt, phi index, ataupun Curve number method

.

• Setiap metoda unit hydrograph bisa digunakan, dimana

parameter

catchment lag

(t

l

) merupakan

parameter

Hujan Desain (1)

• Hujan desain dengan periode ulang X dihitung

dengan Analisis Frekwensi.

• Isu yang penting adalah menentukan

disagregasi

hujan harian

menjadi hujan jam jaman yang

disebut Standard Project Storm/SPS (Hujan

Desain Standard).

• SPS merupakan hujan hipotetik yang terdistribusi

dalam waktu yang pernah atau mungkin terjadi

dalam suatu kondisi lokal. Contoh:

Hujan Desain (2)

• Menurut Van Breen, hujan besar di

Indonesia mempunyai durasi 4-6 jam.

• Dari definisi debit puncak, hujan dengan

tinggi sama yang memiliki durasi paling

pendek akan memberikan debit puncak

yang paling besar. Untuk alasan demikian,

distribusi yang sering digunakan

adalah uniform selama 4 jam.

Contoh:

Hujan Harian R=120 mm, menjadi hujan

120 mm dalam 4 jam (@ 30 mm)

Area Reduction Factor/Point

Depth

• Jika suatu DAS yang cukup besar hanya memiliki

1 stasiun hujan (point rainfall). Curah hujan

wilayah didekati dengan konsep Area Reduction

Factor(ARF)/Point depth reduction factor. Dimana:

P

wilayah

=ARF x P

point _Contoh:

Sebuah DAS dengan luas 518 km2 _{memiliki 1}

stasiun hujan. Data hujan yang tercatat pada

stasiun tersebut adalah 100 mm. Berapakah curah hujan wilayahnya.

Jawab

A=518 km2_{=200 mi}2

Dari grafik ARF=54% Maka contoh:

P_wilayah=54% x 100=54 mm (30 min)

Revisit: Contoh Soal SUH

Sebuah DAS dengan luas 200 km

2

,

memiliki catchment lag 22 jam dan

C

_p

=0.6. Menurut Snyder, bagaimana

hydrograph yang terjadi oleh:

a. Hujan effektif

20 mm dalam 4

jam

b. Hujan effektif

40 mm dalam 4

jam

c. Hujan effektif

40 mm dalam 8 jam

Contoh 1

DAS A yang cukup besar memiliki unit hidrograf

(t

unit

=1 jam, P

unit

=1 cm) seperti pada gambar. Curah

hujan wilayah P

tr=200 tahun

=160 mm. DAS tersebut

memiliki abstraksi hujan dengan Phi index=10

mm/jam. Berapakah debit banjir periode ulang 200

tahun Q

tr=200 tahun Revisit: Phi Index

Contoh 2

DAS B yang cukup besar memiliki unit hidrograf

(t

unit

=1 jam, P

unit

=1 cm) yang sama. Curah hujan

wilayah P

tr=200 tahun

=160 mm. DAS tersebut memiliki

abstraksi hujan dengan horton memiliki fo=20

mm/jam, fc=10 mm/jam dan k=1 jam

-1

. Berapakah

debit banjir periode ulang 200 tahun Q

tr=200 tahun

Revisit: Horton Infiltration Capacity

kt c o c

f

f

e

f

f





(



)



Contoh 3

DAS C yang cukup besar memiliki unit hidrograf

(t

unit

=1 jam, P

unit

=1 cm) yang sama. Curah hujan

wilayah P

tr=200 tahun

=160 mm. DAS tersebut memiliki

abstraksi hujan dengan CN=75. Berapakah debit

banjir periode ulang 200 tahun Q

tr=200 tahun

In cm, where R=2.54 Revisit: Curve Number

Jawab:

Jika P=16 cm dan CN=75, Maka Q=8.99 cm

Nilai Q adalah potensial runoff  curah hujan wilayah effektif

Catatan:

Jika P didistribusikan seragam dengan durasi 4 jam (@ 4 cm) kemudian dicari Q, maka hasil yang didapatkan menjadi tidak realistis karena untuk P=4 cm dan CN=75 maka Q adalah 0,5 cm







(

/

8

)

800



200

)

2

/

(

2











R

P

CN

CN

R

P

CN

R

Q