PENGEMBANGAN SUMBER DAYA AIR (PSDA) Dosen : Fani Yayuk Supomo, ST., MT ATA 2011/2012

(1)

PENGEMBANGAN SUMBER DAYA AIR

(PSDA)

Dosen :

Fani Yayuk Supomo, ST., MT

ATA 2011/2012

(2)

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.

(3)

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 dengan

persoalan menghitung

volume air hujan

yang

jatuh ke

dalam

Daerah Pengaliran Sungai ( DPS ).

(4)

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.

(5)

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 hilang

dengan 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.

(6)

b. Perencanaan Proyek ( Planning ), contoh :

o

Penetapan

debit tersedia (

dependable flow

) Irigasi

o Kehilangan air / menuap (

evaporation

) rencana Waduk o

Perhitungan

kebutuhan air (

water requirement

) Tanaman

c. 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. 2. Fungsi Hidrologi

(7)

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

). 2. Fungsi Hidrologi

(8)

Dari uraian tersebut diatas jelas bahwa semua fungsi akan

dapat dicapai bila data-data yang baik dalam arti

teliti

dan

cukup terkumpul

sebelumnya.

Untuk wilayah Jawa pada umumnya sudah ditangani dengan baik, sehingga data-2 tsb sudah

cukup

lumayan

Untuk daerah

diluar

pulau Jawa

masih

kurang, karena itu program pengumpulan (monitoring) data hidrologi yang

teratur

dan

kelangsungannya

perlu dipersiapkan.

(9)

Neraca Air adalah suatu cara analisisi dengan persamaan neraca ( air ) yang

berdasarkan

pada hukum kekekalan massa yang menyatakan bahwa suatu zat

tidak dapat

diciptakan atau dimusnahkan,

tetapi

suatu zat

dapat

berubah bentuknya.

Persamaan neraca air ini

memperlihatkan

besaran masukan ( inflow / gain ) dan keluaran ( outflow / losses ) serta storage.

(10)

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 yang

bersifat

dinamis

selama

interval waktu yang dilihat.

Persamaan umum dari Neraca Air adalah : Masukan = Keluaran ± Storage

I = O ±  S

(11)

Jelas bahwa suatu persamaan neraca air akan mempunyai makna hanya apabila ditetapkan dua hal sebagai pembatas, yaitu :

a. Batasan Daerah atau Wadah yang dapat

membentuk

suatu sistem, contoh :

 Waduk atau Reservoir  Kolom suatu lahan

 Suatu Aquifer Air Tahan

 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.

(12)

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

1. Presipitasi ( hujan ) P

2. Aliran dari Sungai I

3. Rembesan ( seepage ) U

4. Perubahan Storage S

1. Evaporasi = Penguapan E

2. Pengambilan Irigasi / Tenaga Air Oi

3. Melimpas (spill way / outflow) Os

(13)

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.

(14)

E P U I Os Oi Ss ∆S

(15)

a. Pengukuran Lapangan Debit Air

 Cara Area Velocity Area

Rumus : Debit adalah

sama dengan

kecepatan air

kali

luas penampang air.

Q =



Vi . Ai

4. Pengumpulan data.

i = 1 i = n

(16)

1 2 3 ₄

diukur

V rata-rata

diukur

Gambar penampang aliran sungai

+ + + + + + Profil kecepatan

(17)

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

(18)

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 alat

dimasukkan 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 perlu

dikalibrasi

).

(19)

BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI

(20)

 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).

(21)

4. Pengumpulan Data

a). Aliran tak tetap. b). Aliran tetap.

muka air naik muka air turun

h

Q ( debit )

h

Q ( debit )

(22)

BAB III

SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI

(23)

Rumur - rumus hidraulik yang sering digunakan ialah,

sebagai berikut :

o Pada saluran terbuka :  Chezy : v = C



R . I  Manning : v = 1 / n . R 2/3_{. I}½. Dimana : v = kecepatan aliran C = koefisien Chezy

n = angka kekasaran Manning R = jari-jari hidraulik

A = Luas penampang basah air / aliran P = keliling basah penampang air

I = kemiringan dasar saluran / sungai.

(24)

o Aliran kritis pada bendung lebar B atau flume (lihat gb.

2.3.5 ).  Rumus : v / 2.g = 1/3 . E  v =  2 . G . E / 3 Q = v . A = {  2.g. E / 3 } . 2/3 . E . B Q =  . 1,7 . B . E 3/2 Q =  . 1,7 . B ( h + h_v ) 3/2 Dimana :

 = faktor limpasan tergantung bentuk ambang bendung.

B = lebar bendung

E = besarnya total tinggi energi ( h + h_v ) h = tinggi muka air

h_v = tinggi garis energi terhadap muka air. P = keliling basah penampang air

I = kemiringan dasar saluran / sungai.

(25)

BAB III

SUMBER AIR dan PERANAN HIDROLOGI

4. Pengumpulan Data h_v h E V2 ---- 2G h_c = 2/3 . E garis energi

(26)

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.

(27)

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.

(28)

4. Pengumpulan Data

koreksi

St = B

Station A ( debit )

(29)

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.

(30)

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 bentuk

e) Rumus Rasional

f) Analisa Statistik ( Hidrograf, Kurva Mass, Kurva Durasi,

Kurva Frequensi )

(31)

(32)

BAB I SUNGAI dan WILAYAH SUNGAI 5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )

Bagian hujan yang langsung pada alur sungai

K et eb al an u n it ai r Ek u iv al en su at u saa t

Waktu diukur dari saat Permulaan terjadi hujan

Gbr. 2.13. Ilustrasi Proporsi Bentuk-bentuk Air Selama Proses Hujan

Aliran permukaan Interflow Air tanah Lengas tanah Pengisian cekungan Intersepsi

(33)

Satu contogh “ Rating Curve “

T ingg i muk a ai r H dal am me te r 1 Q Debit, Q ( m3/det. ) Gbr. 2.9. Rating Curve 2 3 4 5 200 400 600 800

(34)

Saluran 5 km’ Gambar Situasi Daerah Pengaliran V₁ V₁ V₂ 2 km’ T U T _{Soal Contoh 1 :}  Diketahui : o Lebar daerah = 2 km. o Panjang daerah = 5 km.

o Kecepatan rerata aliran air di -

permukaan tanah : v₁ = 0,10 m/dt o Kecepatan rerata aliran dalam

saluran : v1 = 1,0 m/dt

o Semua daerah terkena hujan, dg. intensitas hujan : i = 10 mm/jam. o Koefisien aliran : C = 0,40

o Lamanya waktu hujan : tr = 250 menit

 Pertanyaannya : Berapa debit puncak dan bagaimankah bentuk hidrografnya ?.

(35)

Jawaban :

Langkah-langkahnya adalah sbb. :

1. Waktu Konsentrasi ( tc ) :

o titik T tempat terjauh, jarak U ke T = 2 km / 2 = 1 km.

o Waktu T ke U (tc₁) = 1 km / v₁ = 1.000 m / 0,10 m/dt = 10.000 dt o Waktu U ke A (tc₂) = 5 km / v₂ = 5.000 m / 1,00 m/dt = 5.000 dt o Jadi waktu konsentrasi ( tc ) = tc₁ + tc₂ = 15.000 dt = 250 menit

2. Waktu Hujan ( tr ) :

o Waktu hujan ( tr ) dibandingkan dengan waktu konsentrasi ( tc ),

yaitu :

tr = tc = 250 menit.

Jika terjadi tc > tr, maka perlu dicari luasnya daerah hujan yang mempengaruhi debit puncak.

(36)

Jawaban :

3. Debit Maksimum ( Q_max ), dengan rumus rasional :

o Q_max = C . i . A dengan :

C = koefisien aliran i = intensitas hujan

A = luas daerah yang ditinjau. o Sehingga : Q_max = 0,40 x 10 mm/jam x ( 2 x 5 km ) = 0,40 x 10 x 10 -3 _{m/jam x 10 x 10}6_m2 = 40 x 10 3_m3_/jam = 40 x 10 3 _{/ ( 3.600 ) m}3_/det. = 11,11 m3_/det.

(37)

4. Pengumpulan Data Tc = tr Debi t ( Q ) da lam m 3 /deti k

Waktu ( t ) dalam menit

Gambar Hidrograf

Tc = tr

0 ₂₅₀ ₅₀₀

(38)

Pertanyaan pada contoh no 1 telah terjawab,

namun kita perlu merenung :

o

Mengapa hidrograf berbentuk segi tiga ?.

o

Kenapa waktu hidrograf = 500 menit ?.

(39)

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 ... ?.

(40)

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, serta bagaimana bentuk hidrografnya ?.

 Jawab : Waktu konsentrasi : tc = 2,50 km / ( 0,10 m/det ) + 2 km / ( 1 m/det ) = ( 25.000 + 2.000 ) det = 27.000 det. = 450 menit.

(41)

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’.

(42)

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.

= 6,22 m3_/det.

(43)

5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )

tr Debi t ( Q ) da lam m 3 /deti k

Waktu ( t ) dalam menit

Gambar Hidrograf

tc

0 ₂₅₀ ₇₀₀

6,22

(44)

Ti nggi a ir ( m’ )

(45)

(46)

Waktu ( t ) dalam jam

Kolam Storage  menjamin Q min

(47)

Waktu ( t ) bulan Debi t ( Q ) da lam m 3 /deti k Rata-rata bulanan

(48)

Waktu ( t ) bulan Debi t ( Q ) da lam m 3 /deti k Rata-rata tahunan

(49)

Waktu ( t ) bulan Debi t ( Q ) da lam m 3 /deti k 50 % = Rata-rata = 3,21 = th 50, 54, 62

(50)

Waktu ( t ) bulan Debi t ( Q ) da lam m 3 /deti k 50 % = Rata-rata = 3,21

(51)

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 5. Pengelolaan Data ( Data Prosessing )

(52)

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.

(53)

° Debi t ( Q ) da lam m 3 /deti k

Frequency of excendence ( excendence probability ) atau return period

Gambar Frekuensi untuk Debit Banjir ( Q_max)

98 _{50 60} ₁₀

6,22

Ploting data Fill by eye ( dengan mata )

°

90

(54)

° Bi ay a ( Rp . 10 7 )

Masa Ulang ( tahun )

Gambar Pemilihan masa ulang atas Biaya Bangunan

Biaya Konstruksi Minimum ( optimum ) ° 1 2 3 4 5 6 7 8 Biaya Risiko 0 1 2 3 4