CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN
CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN
METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
Ir. Dantje K. Natakusumah M.Sc, PhD
Ir. Dantje K. Natakusumah M.Sc, PhD
Program Studi Teknik dan Pengelolaan Sumber Daya Air
Program Studi Teknik dan Pengelolaan Sumber Daya Air
Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan
Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan
Institut Teknologi Bandung
Institut Teknologi Bandung
APRIL 2014
APRIL 2014
BAHAN KULIAH HIDROLOGI
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGANBANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
DAFTAR ISI DAFTAR ISI BAB BAB 1 1 1-11-1 Pendahuluan 1-1 Pendahuluan 1-1 1.1
1.1 PengerPengertian tian hidrograf hidrograf 1-11-1
1.2
1.2 KomKomponen ponen Suatu Suatu HidrograHidrograf f 1-21-2
1.3
1.3 KegKegunaan unaan HidrogHidrograf raf 1-31-3
BAB
BAB 2 2 2-12-1 LANDASAN
LANDASAN TEORI TEORI 2-12-1
2.1
2.1 Definisi Definisi dan dan asumasumsi si 2-12-1
2.1.1
2.1.1 Definisi Definisi 2-12-1
2.1.2
2.1.2 AsumAsumsi si 2-12-1
2.1.3
2.1.3 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Terukur Terukur 2-22-2
2.1.4
2.1.4 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis 2-32-3
2.1.5
2.1.5 KurvKurva a Dan Dan KonvKonvolusi olusi Unit Unit HidrogHidrograf raf 2-42-4
2.2
2.2 Perhitungan Perhitungan Debit Debit Banjir Banjir DengaDengan n Cara Cara HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis 2-52-5 BAB
BAB 3 3 3-13-1 CARA
CARA SCS SCS 3-13-1 3.1
3.1 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis SCS SCS 3-13-1
3.1.1
3.1.1 Bentuk Bentuk HidrogHidrograf raf Satuan Satuan Sintetis Sintetis SCS SCS Curvilinear Curvilinear Tak Tak Berdimensi Berdimensi 3-13-1 3.1.2
3.1.2 Bentuk Bentuk HidrogHidrograf raf Satuan Satuan Sintetis Sintetis SCS SCS CurvCurvilinear ilinear Tak Tak Berdimensi Berdimensi 3-13-1 3.1.3
3.1.3 Contoh Contoh Perhitungan Perhitungan HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis SCS SCS 3-43-4 3.1.4
3.1.4 Superposisi Superposisi HidrogHidrograf raf 3-73-7
3.1.5
3.1.5 PenggamPenggambaran baran Bentuk Bentuk HidrogrHidrograf af Banjir Banjir 3-93-9
BAB
BAB 4 4 4-14-1 CARA
CARA NAKAYASU NAKAYASU 4-14-1
4.1
4.1 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis NakayNakayasu asu 4-14-1
4.1.1
4.1.1 Bentuk Bentuk HidrogHidrograf raf Satuan Satuan Sintetis Sintetis NakayNakayasu asu Tak Tak Berdimensi Berdimensi 4-14-1 4.1.2
4.1.2 Cara Cara Perhitungan Perhitungan HidrogHidrograf raf Satuan Satuan Sintetis Sintetis NakayNakayasu asu 4-44-4 4.1.3
4.1.3 Superposisi Superposisi HidrogHidrograf raf 4-84-8
4.1.4
4.1.4 PenggamPenggambaran baran Bentuk Bentuk HidrogrHidrograf af Banjir Banjir 4-84-8
BAB
BAB 5 5 5-15-1 CARA
CARA GAMA-1 GAMA-1 5-15-1
5.1
5.1 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetik Sintetik GAGAMA MA 1 1 5-15-1
5.1.1
5.1.1 Bentuk Bentuk HidrogHidrograf raf Satuan Satuan Sintetis Sintetis GAGAMA-1 MA-1 5-15-1 5.1.2
5.1.2 ParamParameter eter MorfomMorfometri etri DAS DAS 5-35-3
5.1.3 Contoh
5.1.3 Contoh Perhitungan Perhitungan HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis GAGAMA-1 MA-1 5-55-5 5.1.4
5.1.4 Superposisi Superposisi HidrogHidrograf raf 5-95-9
5.1.5
5.1.5 PenggamPenggambaran baran Bentuk Bentuk HidrogrHidrograf af Banjir Banjir 5-95-9
BAB
BAB 6 6 6-16-1 CARA
CARA ITB ITB 6-16-1 6.1
6.1 Latar Latar Belakang Belakang 6-16-1
6.2
6.2 FormFormulasi ulasi UmUmum um HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis 6-36-3 6.2.1
6.2.1 TransformTransformasi/Normaasi/Normalisasi lisasi KoorKoordinat dinat 6-46-4
6.2.2
6.2.2 GeGeneralisasi neralisasi ke ke bentuk bentuk yang yang kompleks kompleks 6-56-5
6.2.3
6.2.3 Rumus Rumus Umum Umum Qp Qp (Debit (Debit Puncak) Puncak) dan dan Kp Kp (Peak (Peak Rate Rate Factor) Factor) 6-66-6 6.3
6.3 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis ITITB-1 B-1 dan dan ITB-ITB-2 2 6-76-7 6.3.1
6.3.1 Data Data karakteristik karakteristik fisik fisik DADAS S 6-76-7
6.3.2
DAFTAR ISI DAFTAR ISI BAB BAB 1 1 1-11-1 Pendahuluan 1-1 Pendahuluan 1-1 1.1
1.1 PengerPengertian tian hidrograf hidrograf 1-11-1
1.2
1.2 KomKomponen ponen Suatu Suatu HidrograHidrograf f 1-21-2
1.3
1.3 KegKegunaan unaan HidrogHidrograf raf 1-31-3
BAB
BAB 2 2 2-12-1 LANDASAN
LANDASAN TEORI TEORI 2-12-1
2.1
2.1 Definisi Definisi dan dan asumasumsi si 2-12-1
2.1.1
2.1.1 Definisi Definisi 2-12-1
2.1.2
2.1.2 AsumAsumsi si 2-12-1
2.1.3
2.1.3 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Terukur Terukur 2-22-2
2.1.4
2.1.4 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis 2-32-3
2.1.5
2.1.5 KurvKurva a Dan Dan KonvKonvolusi olusi Unit Unit HidrogHidrograf raf 2-42-4
2.2
2.2 Perhitungan Perhitungan Debit Debit Banjir Banjir DengaDengan n Cara Cara HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis 2-52-5 BAB
BAB 3 3 3-13-1 CARA
CARA SCS SCS 3-13-1 3.1
3.1 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis SCS SCS 3-13-1
3.1.1
3.1.1 Bentuk Bentuk HidrogHidrograf raf Satuan Satuan Sintetis Sintetis SCS SCS Curvilinear Curvilinear Tak Tak Berdimensi Berdimensi 3-13-1 3.1.2
3.1.2 Bentuk Bentuk HidrogHidrograf raf Satuan Satuan Sintetis Sintetis SCS SCS CurvCurvilinear ilinear Tak Tak Berdimensi Berdimensi 3-13-1 3.1.3
3.1.3 Contoh Contoh Perhitungan Perhitungan HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis SCS SCS 3-43-4 3.1.4
3.1.4 Superposisi Superposisi HidrogHidrograf raf 3-73-7
3.1.5
3.1.5 PenggamPenggambaran baran Bentuk Bentuk HidrogrHidrograf af Banjir Banjir 3-93-9
BAB
BAB 4 4 4-14-1 CARA
CARA NAKAYASU NAKAYASU 4-14-1
4.1
4.1 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis NakayNakayasu asu 4-14-1
4.1.1
4.1.1 Bentuk Bentuk HidrogHidrograf raf Satuan Satuan Sintetis Sintetis NakayNakayasu asu Tak Tak Berdimensi Berdimensi 4-14-1 4.1.2
4.1.2 Cara Cara Perhitungan Perhitungan HidrogHidrograf raf Satuan Satuan Sintetis Sintetis NakayNakayasu asu 4-44-4 4.1.3
4.1.3 Superposisi Superposisi HidrogHidrograf raf 4-84-8
4.1.4
4.1.4 PenggamPenggambaran baran Bentuk Bentuk HidrogrHidrograf af Banjir Banjir 4-84-8
BAB
BAB 5 5 5-15-1 CARA
CARA GAMA-1 GAMA-1 5-15-1
5.1
5.1 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetik Sintetik GAGAMA MA 1 1 5-15-1
5.1.1
5.1.1 Bentuk Bentuk HidrogHidrograf raf Satuan Satuan Sintetis Sintetis GAGAMA-1 MA-1 5-15-1 5.1.2
5.1.2 ParamParameter eter MorfomMorfometri etri DAS DAS 5-35-3
5.1.3 Contoh
5.1.3 Contoh Perhitungan Perhitungan HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis GAGAMA-1 MA-1 5-55-5 5.1.4
5.1.4 Superposisi Superposisi HidrogHidrograf raf 5-95-9
5.1.5
5.1.5 PenggamPenggambaran baran Bentuk Bentuk HidrogrHidrograf af Banjir Banjir 5-95-9
BAB
BAB 6 6 6-16-1 CARA
CARA ITB ITB 6-16-1 6.1
6.1 Latar Latar Belakang Belakang 6-16-1
6.2
6.2 FormFormulasi ulasi UmUmum um HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis 6-36-3 6.2.1
6.2.1 TransformTransformasi/Normaasi/Normalisasi lisasi KoorKoordinat dinat 6-46-4
6.2.2
6.2.2 GeGeneralisasi neralisasi ke ke bentuk bentuk yang yang kompleks kompleks 6-56-5
6.2.3
6.2.3 Rumus Rumus Umum Umum Qp Qp (Debit (Debit Puncak) Puncak) dan dan Kp Kp (Peak (Peak Rate Rate Factor) Factor) 6-66-6 6.3
6.3 HidrogrHidrograf af Satuan Satuan Sintetis Sintetis ITITB-1 B-1 dan dan ITB-ITB-2 2 6-76-7 6.3.1
BAHAN KULIAH HIDROLOGI
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGANBANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
6.3.3
6.3.3 PersamPersamaan aan Bentuk Bentuk Dasar Dasar HidrogrHidrograf af Satuan Satuan 6-86-8 6.3.4
6.3.4 Debit Debit Puncak Puncak dan dan Faktor Faktor Debit Debit Puncak Puncak HidrogHidrograf raf Satuan Satuan 6-96-9 6.3.5
6.3.5 Integrasi Integrasi KurvKurva a HSS HSS 6-106-10
6.3.6
6.3.6 KaKalibrasi librasi Tp Tp dan dan Qp Qp 6-146-14
6.3.7
6.3.7 Pentingnya Pentingnya Harga Harga Kp Kp dan dan Qp Qp Yang Yang Dihitung Dihitung Secara Secara Eksak Eksak 6-156-15 6.4
6.4 Contoh Contoh penggpenggunaan unaan 6-176-17
6.4.1
6.4.1 HidrogrHidrograf af Banjir Banjir Das Das Kecil Kecil Dihitung Dihitung DengaDengan Hn HSS SS SCS SCS CurvCurviliner iliner dan dan HSS HSS SCS SCS Segitiga Segitiga 6- 6-17
17 6.4.1.1
6.4.1.1 Perhitungan Perhitungan HSS HSS SCS SCS CurvCurvilinear ilinear dan dan Segitiga Segitiga dengan dengan Cara Cara ITB ITB 6-196-19 6.4.1.2
6.4.1.2 Superposisi Superposisi HidrogHidrograf raf 6-266-26
6.4.1.3
6.4.1.3 PenggamPenggambaran baran Bentuk Bentuk HidrogrHidrograf af Banjir Banjir 6-276-27
6.4.2
6.4.2 Hidrograf Hidrograf banjir banjir DAS DAS Katulampa Katulampa dengan dengan HSS HSS ITB-1, ITB-1, HSS HSS ITB-2 ITB-2 6-296-29 6.4.2.1
6.4.2.1 Perhitungan Perhitungan HSS HSS ITB-1 ITB-1 dan dan HSS HSS ITB-2 ITB-2 6-296-29
6.4.2.2
6.4.2.2 Superposisi Superposisi HidrogHidrograf raf 6-376-37
6.4.2.3
6.4.2.3 PenggamPenggambaran baran Bentuk Bentuk HidrogrHidrograf af Banjir Banjir 6-376-37
6.4.3
6.4.3 Kalibrasi Kalibrasi Hasil Hasil HSS HSS ITB-1 ITB-1 dan dan HSS HSS ITB-2 ITB-2 Dengan Dengan Data Data Debit Debit Terukur Terukur 6-416-41 6.4.3.1
6.4.3.1 Data Data Untuk Untuk KalibraKalibrasi si 6-416-41
6.4.3.2
6.4.3.2 Proses Proses KalibraKalibrasi si 6-426-42
6.4.3.3
6.4.3.3 HaHasil sil Proses Proses KaKalibrasi librasi 6-436-43
BAB
BAB 7 7 7-17-1 KESIMPULAN
KESIMPULAN DAN DAN CATATAN CATATAN PENUTUP PENUTUP 7-17-1
7.1
7.1 KESIMPULAN KESIMPULAN 7-17-1
7.2
7.2 CATATAN CATATAN PENUTUP PENUTUP 7-67-6
7.3
7.3 DAFTAR DAFTAR PUSTAKA PUSTAKA 7-77-7
LAMPIRAN 1 LAMPIRAN 1
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1-1 : Bentuk Typikal Hidrograf Banjir 1-1
Gambar 1-2 : Komponen Dari Hidrograf 1-2
Gambar 2-1 : Prinsip hidrograf satuan (Bambang Triatmojo 2008). 2-2
Gambar 2-2 : Pemisahan hidrograf satuan dari hidrograf aliran 2-3
Gambar 2-3 : Beberapa bentuk hidrograf satuan sintetis 2-4
Gambar 2-4 : Contoh superposisi hidrograf 2-5
Gambar 3-1 : Bentuk dan kurva massa HSS SCS Curvilinear 3-2
Gambar 3-2 : Bentuk HSS SCS Curvilinear berdimensi 3-6
Gambar 3-3 : Bentuk hidrograf banjir hasil superposisi HSS SCS Curvilinear 3-9
Gambar 4-1. : Hidrograf Satuan Sintetis menurut Nakayasu 4-1
Gambar 4-2 : Bentuk HSS Nakayasu Tak berdimensi (empat segment kurva) 4-4
Gambar 4-3 : Bentuk HSS Nakayasu berdimensi 4-7
Gambar 4-4 : Bentuk Hidrograf Banjir Hasil Superposisi HSS Nakayas 4-8
Gambar 5-1 : Bentuk Hidrograf HSS Gama-1 (berdi mensi) 5-1
Gambar 5-2 : Penetapan Tingkat-Tingkat Sungai Menurut Strahler 5-3
Gambar 5-3 : Pengertian Luas (A) Penentuan Luas Relatif DAS Hulu (RUA) 5-4
Gambar 5-4 : Penentuan Faktor Lebar DAS 5-4
Gambar 5-5 : Peta jaringan sungai DAS Ciliwung Hulu (Bejo Slamet 2006) 5-5
Gambar 5-6 : Bentuk Hidrograf HSS Gama-1 (berdi mensi) 5-7
Gambar 5-7 : Bentuk Hidrograf Banjir Hasil Superposisi HSS GAMA-1 5-9
Gambar 6-1 : Kesetaraan Luas HSS-Segitiga dengan HSS-Segitiga Tak-Berdimensi 6-4
Gambar 6-2 : Kesetaraan volume HSS generik dengan HSS yang telah dinormalkan 6-5
Gambar 6-3 : Bentuk HSS ITB-1, ITB-2 dan HSS NRCS Tak berdimensi 6-9
Gambar 6-4 : Integrasi numerik kurva hidrograf dengan metoda trapesium 6-11
Gambar 6-5 : Bentuk hidrograf hasil superposisi HSS SCS-Asli dan hidrograf hasil superposisi HSS SCS-ITB 6-13
Gambar 6-6 : Bentuk hidrograf hasil superposisi HSS Nakayasu Asli dan hidrograf hasil superposisi
HSS Nakayasu-ITB 6-13
Gambar 6-7 : Bentuk hidrograf hasil superposisi HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 untuk Cp=1.2 dengan Kp
dan Qp yang dihitung secara eksak dan numerik. 6-16
Gambar 6-8 : Bentuk hidrograf hasil superposisi HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 untuk Cp=0.4 dengan Kp
dan Qp yang dihitung secara eksak dan numerik. 6-16
Gambar 6-9 : Bentuk HSS SCS Curvilinear dan HSS SCS Segitiga 6-18
Gambar 6-10 : Bentuk HSS SCS Segitiga berdimensi 6-25
Gambar 6-11 : Bentuk HSS SCS Curvilinear berdimensi 6-25
Gambar 6-12 : Hasil superposisi SCS Segitiga dan Curvilinear (Tr=0.25 Jam) 6-28
Gambar 6-13 : Hasil superposisi SCS Segitiga dan Curvilinear (Tr=0.125 Jam) 6-28
Gambar 6-14 : Bentuk HSS ITB-1 dan ITB-2 Berdimensi 6-37
Gambar 6-15 : Bentuk hidrograf banjir hasil superposisi HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 6-40
Gambar 6-16 : Perbandingan hasil superposisi HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 dengan Hasil HSS
Nakayasu, SCS, Gama-1 dan Hasil Program HEC-HMS 6-40
Gambar 6-17 : Hujan Effektif, Infiltrasi dan Debit Total dan Aliran Dasar 6-42
Gambar 6-18 : Hidrograf hasil superposisi HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 sebelum dilakukan kalibrasi
terhadap Hidrograf hasil pengukuran. 6-44
Gambar 6-19 : Hidrograf hasil superposisi HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 setelah dilakukan kalibrasi
terhadap hidrograf hasil pengukuran. 6-44
Gambar 7-1 : Perbadingan hasil perhitungan hidrograf hasil superposisi HSS SCS, Nakayasu, HSS
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
DAFTAR TABEL
Tabel 3-1 : Koordinat Tidak Berdimensi Dari HSS SCS Curvilinear 3-2
Tabel 3-2 : Perhitungan HSS SCS Curvilinear 3-5
Tabel 3-3 : Distribusi Hujan Hujan Efektif 3-7
Tabel 3-4 : Superposisi HSS SCS Curvilinear 3-8
Tabel 4-1 : Perhitungan HSS Nakayasu 4-5
Tabel 4-2 : Superposisi HSS Nakayasu 4-9
Tabel 5-1 : Parameter Morfometri DAS Ciliwung Hulu 5-6
Tabel 5-2 : Perhitungan HSS GAMA-1 5-8
Tabel 5-3 : Superposisi HSS GAMA-1 5-10
Tabel 6-1 : Koordinat HSS SCS Curvilinear Tidak Berdimensi 6-18
Tabel 6-2 : Perhitungan HSS SCS Segitiga dengan cara ITB 6-20
Tabel 6-3 : Perhitungan HSS SCS Curvilinear dengan cara ITB 6-21
Tabel 6-4 : Superposisi HSS SCS Segitiga 6-26
Tabel 6-5 : Superposisi HSS SCS Curvilinear 6-27
Tabel 6-6 : Distribusi Hujan Hujan Efektif 6-29
Tabel 6-7 : Perhitungan HSS ITB-1 6-30
Tabel 6-8 : Perhitungan HSS ITB-2 6-31
Tabel 6-9 : Perbandingan harga Kp exact dan hasil perhtungan NRCS 6-34
Tabel 6-10 : Superposisi HSS ITB-1 6-38
Tabel 6-11 : Superposisi HSS ITB-2 6-39
Tabel 6-12 : Perhitungan Hujan Effektif, Infiltrasi dan Limpasan Langsung (DRO) 6-41
Tabel 6-13 : Nilai koefisien HSS ITB-1 dan HSS ITB-2 sebelum kalibrasi 6-42
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
LAMPIRAN
LAMPIRAN- 1 : Perbandingan Rumusan Hidrograf Satuan Sintesis SCS, Nakayasu, GAMA-1
dan Cara ITB 2
LAMPIRAN- 2 : Berbagai Rumusan Time Lag dan Waktu Puncak 4
LAMPIRAN- 3 : Data Perhitungan Hidrograf GAMA-1 DAS Ciliwung Katulampa (Bejo Slamet
KATA PENGANTAR
Salah satu topic bahasan dalam beberapa mata kuliah tertentu di program Studi Teknik Sipil ITB, Program Studi Magister Teknik Sipil bidang Sumber Daya Air dan Program Magister Pengelolaan Sumber Daya Air yang ada di ITB terkait dengan perhitungan debit banjir. Bahan ini dimaksudkan penulis sebagai suplemen berbagai mata kuliah tersebut khususnya untuk pembahasan tentang perhitunga n debit banjir dengan metoda hidrograf satuan sintetis.
Isi tulisan ini berasal dari Bab-3 materi Pelatihan Bidang Hidrologi untuk PT Indonesia Power. Pelatihan tersebut dilaksanakan oleh Pusat Rekayasa Industri ITB pada tanggal 1 s./d 5 November 2013 di Institut Teknologi Bandung. Materi yang ditulis berasal dari hasil riset mandiri penulis pada tahu n 2009 tentang Prosedur Umum Perhitungan Hidrograf Satuan Sintetis (HSS). Hasil penelitian tersebut selanjutnya diuji coba oleh penulis dalam beberapa proyek SDA di Jawa Barat, Sulawesi Utara dan Gorontalo sehingga mendapat bentuk yang lebih definitif.
Hasil riset mandiri dan uji coba tersebut selanjut dikembangkan lebih lanjut melalui program riset peningkatan kapasitas ITB 2010 dengan judul “ Prosedur Umum Perhitungan Hidrograf Satuan Sintetis (HSS) Untuk Perhitungan Hidrograf Banjir Rencana. Studi Kasus Pengembangan HSS ITB-1 Dan HSS ITB-2”. Dalam perkembangan selanjutnya, dirasakan perlu untuk mendapatkan perhitungan yang akurat, sehingga penulis mengembangkan cara untuk menghitung Kp (Peak Rate Factor) dan Qp (Peak Discharge) secara eksak dan hasilnya disampaikan dalam akhir bahan kuliah ini.
Selama proses penelitian dan uji coba tersebut penulis telah membandingkan hasil berbagai perhitungan HSS yang kesimpulannya adalah bahwa semua dikembangkan
dari prinsip dasar yang sama. Hasil-hasil perbandingan berbagai metoda perhitungan itulah yang selanjutnya menjadi bahan pembahasan dalam materi kuliah ini. Penulis berharap materi ini bermanfaat untuk pendidikan dan pengembangan ilmu hidrologi
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL-ITB 1-1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 PENGERTIAN HIDROGRAF
Hidrograf adalah visualisasi perubahan/variasi besarnya parameter hidrologi terhadap waktu kejadiannya. Parameter hidrologi yang dimaksud dapat berupa besaran tinggi hujan, tinggi muka air dan debit sungai, namun parameter yang paling umum digunakan adalah debit sungai.
Hidrograf debit dapat digunakan untuk mengetahui perubahan debit di sungai sebagai akibat terjadinya hujan selama waktu tertentu. Dalam siklus hidrologi, terlihat bahwa aliran sungai tersebut terjadi akibat limpasan air hujan baik langsung maupun tak langsung. Pada Gambar 1-2 ditunjukan gambar typikal hidrograp banjir akibat distribusi hujan tertentu.
1.2 KOMPONEN SUATU HIDROGRAF
Sebuah hidrograf dapat dibagi atas dua komponen aliran yaitu limpasan permukaan (runoff) dan base flow. Bila pengaruh turunnya air hujan terhadap aliran disungai digambarkan terhadap waktu, maka akan diperoleh hidrograf aliran yang mempunyai komponen kurva yang jika disederhanakan akan berbentuk seperti ditunjukan pada Gambar 1-2 sebagai berikut :
Gambar 1-2 : Komponen Dari Hidrograf
Bila pengaruh turunnya air hujan terhadap aliran disungai digambarkan terhawadap waktu maka akan diperoleh hidrograf aliran yang mempunyai komponen kurva sebagai berikut :
a) Rising curve : kurva yang menggambarkan naiknya debit aliran permukaan sejak tercapainya hujan sampai dengan tercapainya puncak
b) Puncak aliran : saat dicapainya debit maksimum akibat pengaruh hujan.
c) Recession curve : kurva yang menggambarkan turunnya debit aliran permukaan sejak tercapainya puncak sampai dengan akhir pengaruh hujan
d) Lag time (tL) : waktu antara pertengahan terjadinya hujan sampai dengan terjadinya debit puncak
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
e) Time to peak (tp) : waktu antara mulai terjadinya hujan sampai dengan terjadinya puncak aliran
f) Time of concentration : Menurut definisi yaitu SCS waktu antara berkahirnya hujan sampai dengan terjadinya puncak debit
g) Recession time (tf) : waktu antara terjadinya puncak aliran sampai dengan berakhirnya pengaruh hujan terhadap aliran
h) Time based (tb) : total waktu terjadinya pengaruh hujan terhadap aliran kesluruhan aliran akibat hujan.
Besaran komponen tersebut dan bentuk dari kurva hidrograf menggambarkan proses terjadinya aliran di sungai sebagai akibat turunnya hujan dalam DAS. Proses tersebut sangat dipengaruhi oleh karakteristik hujan dan DAS dari hidrograf yang bersangkutan. Karakteristik hujan bisaanya dapat digambarkan melalui besaran, lama dan distribusi hujan dalam DAS, sedangkan karakteristik DAS dapat dideskripsikan melalui beberapa parameter, yaitu : porositas tanah, kemiringan lahan, tataguna lahan, morfologi sungai
1.3 KEGUNAAN HIDROGRAF
Dalam perencanaan dibidang sumber daya air pada umumnya dan perencanaan dibidang sumber daya air, seringkali diperlukan data debit banjir rencana alam bentuk hidrograf . Debit banjir rencana tersebut akan digunakan sebagai dasar rencana bangunan pelimpah, terowongan pengelak, elevasi powerhouse dekat tail race yang penting dalam perencanaan sumber daya air.
Banjir rencana dengan periode ulang tertentu dapat dihitung dan data debit sungai untuk waktu yang panjang atau data hujan. Apabila data debit banjir tersedia cukup panjang (>20 tahun), debit banjir maximum tahunan bisa dicatat dan debit banjir
maximum rencana dapat langsung dihitung dengan metode analisis probabilitas.
Mengingat pada umumnya dilokasi yang akan dihitung debit banjirnya seringkali tidak terdapat stasiun pencatatan debit, maka metoda perhitungan yang umum dipakai dalam analisa debit banjir dari curah hujan maksimum harian rencana. Jika data karakteristik daerah aliran sungai, seperti luas, panjang sungai dan nilai infiltrasi, besarnya debit banjir dapat dihitung kemudian dengan berbagai model perhitungan debit banjir.
LANDASAN TEORI
2.1 DEFINISI DAN ASUMSI
Hidrograf aliran menggambarkan suatu distribusi waktu dari aliran (dalam hal ini debit) di sungai dalam suatu DAS pada suatu lokasi tertentu. Hidrograf aliran suatu DAS merupakan bagian penting yang diperlukan dalam berbagai perecanaan bidang Sumber Daya Air. Terdapat hubungan erat antara hidrograf dengan karakteristik suatu DAS, dimana hidrograf banjir dapat menunjukkan respon DAS terhadap masukan hujan tersebut.
2.1.1 Definisi
Menurut definisi hidrograf satuan adalah hidrograf limpasan langsung (tanpa aliran dasar) yang tercatat di ujung hilir DAS yang ditimbulkan oleh hujan efektif sebesar satu satuan (1 mm, 1 cm, atau 1 inchi) yang terjadi secara merata di seluruh DAS dengan intensitas tetap dalam suatu satuan waktu (misal 1 jam) tertentu.
2.1.2 Asumsi
Beberapa asumsi yang digunakan dalam idrograf satuan adalah adalah sbb.
1) Hujan Effektif : Hujan efektif terdistribusi secara merata pada seluruh DAS. Dengan anggapan ini maka hidrograf satuan tidak berlaku untuk DAS yang sangat luas, karena sulit untuk mendapatkan hujan merata di seluruh DAS.
2) Lumped Response : Hidrograf menggambarkan semua kombinasi dari karakteristik fisik DAS yang meliputi (bentuk, ukuran, kemiringa n, sifat tanah) dan karakteristik hujan.
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
3) Time Invariant : Hidrograf yang dihasilkan oleh hujan dengan durasi dan pola yang serupa memberikan bentuk dan waktu dasar yang serupa pula.
4) Linear Response : Dengan asumsi ini, aliran yang terjadi hanya dipengaruhi oleh karakteristik DAS, sehingga pengaruh distribusi hujan terhadap besar dan distribusi aliran dapat ditentukan melalui konsep superposisi dari aliran tersebut akibat satuan hujan dalam mm/jam (inch/jam)
Karakteristik bentuk hidrograf yang merupakan dasar dari konsep hidrograf satuan ditunjukan pada Gambar 2-1.
Gambar 2-1 : Prinsip hidrograf satuan (Bambang Triatmojo 2008). 2.1.3 Hidrograf Satuan Terukur
Bentuk kurva hidrograf satuan mencerminkan pengaruh karakteristik DAS pada proses pelepasan satuan volume air tersebut di oulet DAS pada umumnya karakteristik DAS dinyatakan dalam beberapa parameter fisik yang mudah ditemuka seperti : jenis tanah, panjang alur pengaliran dan kemiringannya Hidrograf satuan dari suatu DAS dapat ditentukan dengan mengggunakan data pengukuran aliran sungai DAS dengan cara pada Gambar 2-2.
Gambar 2-2 : Pemisahan hidrograf satuan dari hidrograf aliran
Mengingat keterbatasan data debit yang terukur di sungai-sungai yang ada, maka uraian tentang cara pebuatan hidrograf satuan terukur tidak akan dibahas dalam pelatihan ini.
2.1.4 Hidrograf Satuan Sintetis
Data yang diperlukan untuk menurunkan hidrograf satuan terukur di DAS yang ditinjau adalah data hujan otomatis dan pencatatan debit di titik pengamatan tertentu. Namun jika data hujan yang diperlukan untuk menyusun hidrograf satuan terukur tidak tersedia digunakan analisis hidrograf satuan sintetis. Beberapa metoda hidrograf satuan sintetis yang akan diberikan dalam pelatihan ini adalah 1) Cara SCS, 2) Cara Nakayasu, 3) Cara GAMA-1 dan 4) Cara ITB. Ringkasan rumus-rumus yang
digunakan oleh masing-masing metoda tersebut ditunjukan pada LAMPIRAN-1. Pada Gambar 2-3 ditunjukan beberapa bentuk hidrograf satuan sintetis yang akan dibahas dalam pelatihan ini. Dari gambar tersebut terlihat bahwa bentuk hidrograf satuan sitentis tersebut ada yang memiliki bentuk puncak lancip(sharp peak) dan ada pul yang berbentuk tumpul (rounded). Hasil perhitungan berbagai metoda tersebut akan dibandingkan dengan hasil Program HEC-HMS yang merupakan pengembangan dari program HEC-1.
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
Gambar 2-3 : Beberapa bentuk hidrograf satuan sintetis 2.1.5 Kurva Dan Konvolusi Unit Hidrograf
Pada kenyataannya intensitas hujan yang terjadi tidak merata dan lamanya hujan bisaanya kurang ataupun lebih dari satu jam, dalam hal ini sebuah hidrograf didefinsikan sebagai superposisi dari hidrograf satuan akibat total curah hujan yang terjadi. Dengan demikian total hidrograf dianggap merupakan jumlah kumulatif dari hidrograf satuan dikalikan curah hujan yang terjadi sesungguhnya. Untuk Prinsip superposisi dari hidrograf satuan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut
Q ∑ P
N
U
N
n
k=0
P
1
U
1
+ P
2
U
2
+....+P
N
U
N
Dimana
Qn = ordinat storm hidrograf Pi = kelebihan curah hujan Un = Ordinat unit hidrograf
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0.00 6.00 12.00 18.00 24.00 30.00 36.00 42.00 48.00 Q ( m 3 / s ) T (jam) ITB-1 ITB-2 Nakayasu Gama-1 SCS
Dalam prakteknya perhitungan diatas dapat dilakukan dengan cara matrik atau dengan menggunakan tabel superposisi Contoh hasil superposisi hidrograf ditunjukan pada Gambar 2-4.
Gambar 2-4 : Contoh superposisi hidrograf
2.2 PERHITUNGAN DEBIT BANJIR DENGAN CARA HIDROGRAF
SATUAN SINTETIS
Apabila data yang tersedia hanya berupa data hujan dan karakteristik DAS, salah satu metoda yang disarankan adalah menghitung debit banjir dari data hujan maksimum harian rencana dengan cara superposisi hidrograf satuan sintetis. Konsep hidrograf satuan sintetis, pertama lkali diperkenalkan pada tahun 1932 oleh L.K. Sherman. Sejak itu muncul berbagai Hidrograh lainnya dan jumlahnya sampai saat ini terus betambah. Untuk menganalisis hidrograf satuan sintetis pada suatu DAS perlu diketahui beberapa komponen penting pembentuk hidrograf satuan sintetis berikut 1) Tinggi Dan Durasi Hujan Satuan. 2) Time Lag (TL), Waktu Puncak (Tp) dan Waktu Dasar (Tb), 4) Debit Puncak Hidrograf Satuan dan 5) Bentuk Hidrograf Satuan yang digunakan 6) Distribusi Hujan Effektif. Meskipun rumusan yang digunakan berbeda, semua metoda
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 6 12 18 24 30 36 42 48 Q ( m 3 / s ) Waktu (Jam) 10 30 20 15 12 5 Total
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
Tinggi hujan satuan yang umum digunakan dalam analisa debit banjir adalah hujan effektif setinggi 1 inchi atau 1 mm. Durasi hujan satuan umumnya diambil Tr=1 jam, namun dapat dipilih durasi lain asalkan dinyatakan dalam satuan jam (misal 0.5 jam, 10 menit = 1/6 jam). Jika misalkan diinginkan melakukan perhitungan hidro graf satuan dengan dalam interval waktu 0.5 jam, maka tinggi hujan setiap jam harus didistribusikan dalam interval 0.5 jam.
Metode analisis banjir sesuai SKSNI M – 18 – 1989 – F diantaranya adalah satuan hidrograf sintetik SCS dan Gama-I. Metode lain yang juga akan dijelaskan pada pelatihan ini adalah HSS Nakayasu dan HSS ITB-1 dengan kurva dasar dari NRCS
dan HSS ITB-2.
CARA SCS
3.1 HIDROGRAF SATUAN SINTETIS SCS
Cara pertama yang digunakan dalam perhitungan debit banjir yang akan dijelaskan dalam pelatihan ini adalah perhitungan hidrograf satuan sintetis cara SCS. Cara ini dikembangkan oleh Victor Mockus dari Soil Conservation Service salah satu lembaga dibawah Departement Pertanian Amerika Serikat. Victor Mockus mengembangkan Hidrograf satuan SCS berdasarkan hasil pengamatan dari karakteristik hidrograf satuan alami yang berasal dari sejumlah besar DAS baik yang berukuran besar maupun kecil di Amerika Serikat.
3.1.1 Bentuk Hidrograf Satuan Sintetis SCS Curvilinear Tak Berdimensi
Hidrograf satuan tak berdemensi SCS adalah hidrograf sintetis yang di-ekspresikan dalam bentuk perbandingan antara debit Q dengan debit puncak Qp dan waktu t dengan waktu naik (time of rise) tp. Tabel 3-1 memperlihatkan koordinat tidak berdimensi dari hidrograf satuan SCS. Pada Gambar 3-1 sumbu horizontal (sumbu-x) yang menunjukan satuan waktu (jam) yang telah dinormalkan t=(T/Tp) sedang sumbut vertical (sumbu-y) menunjukan debit yang telah dinormalkan q=(Q/Qp).
3.1.2 Bentuk Hidrograf Satuan Sintetis SCS Curvilinear Tak Berdimensi
Hidrograf satuan tak berdemensi SCS adalah hidrograf sintetis yang di-ekspresikan dalam bentuk perbandingan antara debit Q dengan debit puncak Qp dan waktu t dengan waktu naik (time of rise) tp. Tabel 3-1 memperlihatkan koordinat tidak berdimensi dari hidrograf satuan SCS. Pada Gambar 3-1 sumbu horizontal (sumbu-x) yang menunjukan satuan waktu (jam) yang telah dinormalkan t=(T/Tp) sedang
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
Tabel 3-1 : Koordinat Tidak Berdimensi Dari HSS SCS Curvilinear
Gambar 3-1 : Bentuk dan kurva massa HSS SCS Curvilinear
Dari peta DAS Sungai yang akan dianalisa, dapat diperoleh beberapa elemen-elemen penting yang dapat digunakan menentukan bentuk dari hidrograf satuan itu yaitu 1)
Time Lag (TL), 2) Waktu puncak (Tp) dan waktu dasar (Tb).
1) Data karakteristik fisik DAS
Untuk menghitung HSS SCS diperlukan data karakteristik fisik DAS yang bergantung dari rumus time lag yang dibgunakan. Beberapa karakteristik fisik DAS yang umum digunakan antara alin adalah luas DAS, kemiringan sungai dan panjang sungai. 0.000 0.000 1.400 0.750 0.100 0.015 1.500 0.660 0.200 0.075 1.600 0.560 0.300 0.160 1.800 0.420 0.400 0.280 2.000 0.320 0.500 0.430 2.200 0.240 0.600 0.600 2.400 0.180 0.700 0.770 2.600 0.130 0.800 0.890 2.800 0.098 0.900 0.970 3.000 0.075 1.000 1.000 3.500 0.036 1.100 0.980 4.000 0.018 1.200 0.920 4.500 0.009 1.300 0.840 5.000 0.004 t/tp q/qp t/tp q/qp
2) Waktu Puncak (Tp) dan Waktu Dasar (Tb)
Beberapa runus time lag yang dapat bisaa digunakan yang bisaa digunakan alam kaitan dengan HSS SCS antara lain adalah Rumus Kirpirch (Untuk DAS Kecil), Rumus Snyder dan Rumus SCS (agak kompleks). Dalam Pelatihan ini rumusan time lag yang digunakan untuk menghitung time lag adalah rumus time lag dari Snyder (dengan Lc=1/2 dan n=0.3) sbb
3 . 0 L =Ct(L Lc) T (1) dimana :
Ct = koefisien penyesuaian waktu (untuk proses kalibrasi); TL = time lag (Jam)
L = Panjang Sungai (km)
Lc = Jarak Titik Berat ke outlet (km)
Untuk durasi hujan satuan Tr (misal 1 jam), maka waktu puncak HSS SCS didefiniskan sbb
Tp = TL+ 0.50 Tr (3)
Selanjutnya berdasarkan koordinat tidak berdimensi dari hidrograf satuan SCS, waktu Dasar Hidrograf Satuan (Tb) didefinisikan sbb
Tb = 5*Tp (5)
3) Debit Puncak
Jika harga waktu puncak dan waktu dasar diketahui, maka debit puncak hidrograf satuan sintetis akibat tinggi hujan satu satun R=1 mm yang jatuh selama durasi hujan satu satuan Tr=1 jam, dapat dihitung sbb :
Tp A 2083 . 0 Qp DAS (8) Dimana :
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
R = Curah Hujan satuan (mm)
Tp = Waktu Puncak (jam)
ADAS = Luas DAS (km2)
3.1.3 Contoh Perhitungan Hidrograf Satuan Sintetis SCS
Prosedur pembuatan hidrograf satuan sintetis SCS akan digunakan untuk menentukan bentuk hidrograf banjir DAS Ciliwung hulu di bendung Katulampa yang mempunyai luas DAS 149.230 km2 dan Panjang sungai diperkirakan 24.460 km, kemiringan alur sungai S= 112.245 m/km. Perhitungan HSS SCS dilakukan dengan Spread Sheet dan hasilnya ditunjukan pada Tabel 3-4 dengan penjelasan sbb :
1) Bagian I, berisi Input data yang diperlukan seperti Nama DAS, Nama Stasiun, Lua s DAS, Panjang Sungai L, Penetapan Tr dan Hr.
2) Bagian-II, berisi penetapan Ct, hasil perhitungan TL (menggunakan cara Snyder), Tp dan Tb
3) Bagian-III berisi input Cp, parameter αdan β, perhitungan AHHS (Eksak), Kp, Qp, dan Volume Hujan (VDAS)
4) Bagian-IV terdiri dari kolom 1 s/d kolom 5 untuk menghitung bentuk HSS SCS Curvilinear dengan penjelasan sbb :
a) Kolom Pertama : berisi waktu perhitungan waktu Ti=Ti-1+Tr dengan interval
Tr (jam) termasuk didalamnya waktu puncak Tp.
b) Kolom Kedua : (Kolom-1 dibagi Tp) berisi absis kurva HSS SCS Curvilinear tak berdimesi (t=T/Tp), termasuk waktu puncak (tP=1).
c) Kolom Ketiga merupakan ordinat HSS tak berdimensi (q=Q/Qp) sebagai fungsi dari (t=T/Tp) yang didapat dari tabel bentuk kurva HSS SCS Curvilinear .
d) Kolom Keempat berisi ordinat HSS SCS Curvilinear berdimensi didapat dengan mengalikan ordinat kurva HSS dengan Qp (Kolom-3 x Qp) , yaitu
i p i Q q
Tabel 3-2 : Perhitungan HSS SCS Curvilinear
I. Karakteristik DAS dan Hujan
1.NamaSungai = Ciliwung
2.Stasiun = Katulampa
3. Luas DAS (A) = 149.230 km2 4. Panjang Sungai Utama (L) = 24.460 km 5. Panjang Ke Titik Berat (Lc) = 12.230 mm 6. Tinggi Hujan Satuan (R) = 1.000 mm 7. Durasi Hujan Satuan (Tr) = 1.000 Jam II. Perhitungan Waktu Puncak (Tp) Dan Waktu Dasar (Tb)
1. Koefisien waktu (Ct) = 1.000
2. Koefisien nilai n = 0.300 3. Time Lag (tP) --> Snyder
tP = Ct(L x LC) n = 5.531 Jam 3. Waktu Puncak Tp = 6.031 Jam 4. Waktu Dasar TB /TP = 5.00 TB = 30.153 Jam
III. Debit Puncak (QP)
1.Qp = 5.155 m3/s
2. Volume Hujan pada DAS (VDAS) = 149,230 m3
3. Volume Unit Hidrograph = 151,639 m3 4. Tinggi Limpasan = 1.016 mm Ok IV. Tabel perhitungan HSS SCS
t=T/Tp q=Q/Qp Q=q×Qp V(m3) (1) (2) (3) (4) (5) 0.00 0.00 0.0000 0.00000 0.000 1.00 0.17 0.0545 0.28089 505.608 2.00 0.33 0.1980 1.02048 2342.476 3.00 0.50 0.4262 2.19690 5791.297 4.00 0.66 0.7076 3.64737 10519.692 5.00 0.83 0.9133 4.70763 15038.998 6.00 0.99 0.9985 5.14674 17737.864 6.03 1.00 1.0000 5.15456 565.654 7.00 1.16 0.9435 4.86354 17482.477 8.00 1.33 0.8161 4.20648 16326.042 9.00 1.49 0.6668 3.43721 13758.652 10.00 1.66 0.5192 2.67643 11004.552 11.00 1.82 0.4080 2.10291 8602.806 12.00 1.99 0.3251 1.67553 6801.197 13.00 2.16 0.2577 1.32842 5407.118 14.00 2.32 0.2035 1.04916 4279.653 15.00 2.49 0.1582 0.81525 3355.953 16.00 2.65 0.1215 0.62624 2594.682 17.00 2.82 0.0958 0.49388 2016.216 18.00 2.98 0.0767 0.39559 1601.049 19.00 3.15 0.0632 0.32602 1298.900 20.00 3.32 0.0503 0.25935 1053.677 21.00 3.48 0.0374 0.19268 813.664 22.00 3.65 0.0307 0.15808 631.370 23.00 3.81 0.0247 0.12731 513.696 24.00 3.98 0.0187 0.09654 402.920 25.00 4.15 0.0154 0.07927 316.460 26.00 4.31 0.0124 0.06389 257.693 27.00 4.48 0.0094 0.04850 202.305 28.00 4.64 0.0076 0.03902 157.536 29.00 4.81 0.0059 0.03047 125.076 30.00 4.97 0.0043 0.02192 94.305 31.00 5.14 0.0000 0.00000 39.460 32.00 5.31 0.0000 0.00000 0.000 33.00 5.47 0.0000 0.00000 0.000 34.00 5.64 0.0000 0.00000 0.000 35.00 5.80 0.0000 0.00000 0.000 36.00 5.97 0.0000 0.00000 0.000 150.00 24.87 0.0000 0.00000 0.000 151.00 25.04 0.0000 0.00000 0.000 152.00 25.21 0.0000 0.00000 0.000 153.00 25.37 0.0000 0.00000 0.000 154.00 25.54 0.0000 0.00000 0.000 155.00 25.70 0.0000 0.00000 0.000 156.00 25.87 0.0000 0.00000 0.000 157.00 26.03 0.0000 0.00000 0.000 158.00 26.20 0.0000 0.00000 0.000 159.00 26.37 0.0000 0.00000 0.000 160.00 26.53 0.0000 0.00000 0.000 Vol HSS (m3) 151639 DRO (mm) 1.016 Waktu t (jam) HSS berdimensi HSS Tak berdimensi
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
e) Kolom Kelima berisi luas segmen HSS SCS Curvilinear berdimensi, termasuk segmen sebelum dan sesudah Qp, dihitung dengan cara trapesium
Q Q
T Ti
V 36002 i i 1 i 1
i (mm)
Jumlah seluruh Kolom Kelima adalah volume k HSS SCS Curvilinear
berdimensi.
N 1 i i HSS V V (m3)f) Jika VHSS dibagi Luas DAS (ADAS) didapat tinggi limpasan langsung HDRO,
yang nilainya harus mendekati 1 mm (tinggi hujan satuan)
1 A V H DAS HSS DRO (mm)
Hasil perhitungan menghasilkan HDRO = 1.016 mm yang sangat mendekati
dengan tinggi hujan satuan (kesalahan < 5%). g) Jika hasil perhitungan HSS SCS Curvilinear pada
h) Tabel 3-2 digambarkan akan didapat HSS SCS Curvilinear berdimensi seperti ditunjukan pada Gambar 4-3.
Gambar 3-2 : Bentuk HSS SCS Curvilinear berdimensi 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 0.000 6.000 12.000 18.000 24.000 30.000 36.000 42.000 48.000 Q ( m 3 / s ) T (jam)
3.1.4 Superposisi Hidrograf
Dalam contoh kasus ini akan digunakan distribusi hujan hujan efektif dengan durasi 1 jam yang berurutan seperti ditunjukan pada Tabel 3-3. Proses superposisi hidrograf
hanya memperhitungkan distribusi hujan efektif, sedang infiltrasi hanya digunakan untuk penggambaran Hyteograf (distribusi hujan). Tabel superposisi hidrograf banjir yang disusun dengan HSS SCS Curvilinear ditunjukan pada Tabel 3-4.
Tabel 3-3 : Distribusi Hujan Hujan Efektif
Sebagai indikator ketelitian hasil perhitungan digunakan prinsip konservasi masa, yaitu volume hujan efektif yang jatuh dalam DAS harus sama dengan volume hidrograf banjir yang dihasilkan. Dalam tabel tersebut Rasio Limpasan/Hujan tidak sama dengan 100%. Penyebabnya adalah karena harga Tp umumnya tidak merupakan kelipapan dari Tr, akibatnya debit puncak Qp tidak diperhitungkan dalam proses superposisi hidrograf .
Jam Rtot (mm) Infil (mm) Reff (mm)
1 21.404 52.4487 0.0000 2 38.329 22.4554 15.8733 3 147.463 11.4215 136.0413 4 26.887 7.3623 19.5243 5 18.075 5.8691 12.2062 6 15.800 5.3197 10.4801
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
Tabel 3-4 : Superposisi HSS SCS Curvilinear
1 2 3 4 5 6 0.000 15.873 136.041 19.524 12.206 10.480 194.125 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 1.00 0.562 0.000 0.000 0.000 0.000 2.00 2.966 0.000 8.920 0.000 8.920 16055.654 3.00 7.848 0.000 47.079 76.447 0.000 123.526 238402.103 4.00 6.530 0.000 124.579 403.489 10.971 0.000 539.039 1192617.473 5.00 4.793 0.000 103.651 1 067.702 57.908 6.859 0.000 1236.120 3195286.674 6.00 3.518 0.000 76.079 888.332 153.234 36.203 5.889 1159.737 4312542.867 7.00 2.582 0.000 55.842 652.031 127.491 95.799 31.083 962.246 3819570.472 8.00 2.099 0.000 40.987 478.588 93.578 79.705 82.252 775.110 3 127241.010 9.00 1.708 0.000 33.325 351.281 68.686 58.503 68.434 580.228 2 439608.765 10.00 1.390 0.000 27.116 285.609 50.415 42.941 50.230 456.312 1 865771.760 11.00 1.131 0.000 22.064 232.399 40.990 31.518 36.869 363.840 1 476273.449 12.00 0.920 0.000 17.954 189.102 33.353 25.626 27.061 293.097 1 182486.487 13.00 0.755 0.000 14.609 153.871 27.139 20.852 22.002 238.474 956826.875 14.00 0.647 0.000 11.981 125.205 22.083 16.967 17.903 194.139 778703.371 15.00 0.554 0.000 10.265 102.683 17.969 13.806 14.568 159.290 636172.409 16.00 0.475 0.000 8.794 87.972 14.737 11.234 11.854 134.590 528984.557 17.00 0.407 0.000 7.534 75.369 12.626 9.213 9.645 114.387 448158.416 18.00 0.348 0.000 6.455 64.571 10.817 7.893 7.910 97.646 381658.569 19.00 0.298 0.000 5.530 55.320 9.267 6.762 6.777 83.657 326344.538 20.00 0.256 0.000 4.738 47.395 7.939 5.794 5.806 71.672 279590.773 21.00 0.219 0.000 4.059 40.605 6.802 4.964 4.974 61.404 239535.188 22.00 0.188 0.000 3.477 34.787 5.827 4.252 4.262 52.607 205218.169 23.00 0.161 0.000 2.979 29.804 4.993 3.643 3.651 45.070 175817.578 24.00 0.138 0.000 2.552 25.534 4.277 3.121 3.128 38.613 150629.065 25.00 0.118 0.000 2.187 21.876 3.665 2.674 2.680 33.081 129049.185 26.00 0.101 0.000 1.873 18.742 3.140 2.291 2.296 28.342 110560.948 27.00 0.087 0.000 1.605 16.057 2.690 1.963 1.967 24.281 94721.429 28.00 0.074 0.000 1.375 13.756 2.304 1.682 1.685 20.803 81151.159 29.00 0.064 0.000 1.178 11.786 1.974 1.441 1.444 17.822 69525.035 30.00 0.054 0.000 1.009 10.097 1.691 1.234 1.237 15.269 59564.527 31.00 0.047 0.000 0.865 8.650 1.449 1.057 1.060 13.082 51031.013 32.00 0.040 0.000 0.741 7.411 1.241 0.906 0.908 11.207 43720.052 33.00 0.034 0.000 0.635 6.349 1.064 0.776 0.778 9.602 37456.497 34.00 0.029 0.000 0.544 5.440 0.911 0.665 0.666 8.226 32090.290 35.00 0.025 0.000 0.466 4.660 0.781 0.570 0.571 7.048 27492.873 36.00 0.022 0.000 0.399 3.993 0.669 0.488 0.489 6.038 23554.106 37.00 0.018 0.000 0.342 3.421 0.573 0.418 0.419 5.173 20179.626 38.00 0.016 0.000 0.293 2.931 0.491 0.358 0.359 4.432 17288.591 39.00 0.014 0.000 0.251 2.511 0.421 0.307 0.308 3.797 14811.740 40.00 0.012 0.000 0.215 2.151 0.360 0.263 0.264 3.253 12689.735 41.00 0.010 0.000 0.184 1.843 0.309 0.225 0.226 2.787 10871.740 42.00 0.009 0.000 0.158 1.579 0.264 0.193 0.193 2.388 9314.200 43.00 0.007 0.000 0.135 1.353 0.227 0.165 0.166 2.046 7979.800 44.00 0.006 0.000 0.116 1.159 0.194 0.142 0.142 1.753 6836.574 45.00 0.005 0.000 0.099 0.993 0.166 0.121 0.122 1.501 5857.132 46.00 0.005 0.000 0.085 0.851 0.142 0.104 0.104 1.286 5018.010 47.00 0.004 0.000 0.073 0.729 0.122 0.089 0.089 1.102 4299.104 48.00 0.003 0.000 0.062 0.624 0.105 0.076 0.076 0.944 3683.193 150.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 151.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 152.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 153.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 154.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 155.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 156.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 157.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 158.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 159.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 160.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Volume Total Limpasan m3 2.89E+07
Luas DAS km2 149.23
Tinggi Limpasan Langsung mm 193.49 Rasio Tinggi Limpasan/Tinggi Hujan % 99.67%
Volume Limpasan Waktu (jam) HSS Nakayasu
Tinggi Hujan (mm/jam)
3.1.5 Penggambaran Bentuk Hidrograf Banjir
Jika hasil perhitungan superposisi HSS SCS Curvilinear pada Tabel 3-4 digambarkan akan didapat hidrograf banjir dengan interval waktu 1 jam seperti ditunjukan pada Gambar 3-3.
Gambar 3-3 : Bentuk hidrograf banjir hasil superposisi HSS SCS Curvilinear
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0 0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1,000.0 0.0 6.0 12.0 18.0 24.0 30.0 36.0 42.0 48.0 R ( m m ) Q ( m 3 / s ) T (Jam) Hujan Eff (mm) Infiltrasi (mm) SCS
BAB 4
CARA NAKAYASU
4.1 HIDROGRAF SATUAN SINTETIS NAKAYASU
Cara kedua yang digunakan dalam perhitungan debit banjir yang akan dijelaskan dalam pelatihan ini adalah perhitungan hidrograf satuan sintetis cara Nakayasu. Cara ini dikembangkan oleh Nakayasu Jepang. Hidrograf satuan sintetik Nakayasu dikebangkan berdasarkan hasil pengamatan dari hidrograf satuan alami yang berasal dari sejumlah besar DAS yang ada di jepang. Mungkin karena sungai di Jepang relatif pendek dengan kemiringan besar, time lag menjadi lebih kecil dan puncaknya relatif tajam.
4.1.1 Bentuk Hidrograf Satuan Sintetis Nakayasu Tak Berdimensi
Hidrograf satuan tak berdemensi Nakayasu adalah hidrograf sintetis yang di-ekspresikan dalam bentuk perbandingan antara debit Q dengan debit puncak Qp dan waktu t dengan waktu naik Tp dan selanjutnya dibentuk menjadi kurva HSS Na kayasu seperti ditunjukan pada Gambar 4-1
1) Data karakteristik fisik DAS
Dari peta DAS yang akan dianalisa, dapat diperoleh beberapa elemen-elemen penting seperti Panjang Sungai (L) dan Luas DAS (A) yang dapat digunakan
menentukan bentuk dari hidrograf satuan sintetik Nakayasu. 2) Time Lag (Tg) dan Waktu Puncak (Tp)
Time Lag dan Waktu Puncak ditentukan dari persamaan berikut
Tg = 0.5279 + 0.058 L untuk L > 15 km
Tg = 0.21 L0.7 untuk L <15 km
Tp = Tg + 0.8 tr dimana :
Tp = peaktime(jam)
Tg = time lag yaitu waktu terjadinya hujan sampai terjadinya debit puncak (jam)
Tr = satuan waktu curah hujan (jam) L = panjangsungai
3) Debit Puncak untuk hujan efektif 1 mm pada daerah seluas A km2
Jika harga waktu puncak dan waktu dasar diketahui, maka debit puncak hidrograf satuan sintetis akibat tinggi hujan satu satun Re=1 mm yang jatuh selama durasi hujan satu satuan Tr=1 jam, dapat dihitung sbb :
) T + T . 3 . 0 ( 6 . 3 Re . A = Q 3 . 0 p p dimana :
Qp = Debit puncak banjir (m3/det) Re = Hujan Efektif satuan (1 mm)
Tp = waktu dari permulaan hujan sampai puncak banjir (jam) A = Luas daerah pengaliran sampai outlet
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
= Parameter hidrograf , dimana
= 2.0 Pada daerah pengaliran bisaa
= 1.5 Pada bagian naik hidrograf lambat dan turun cepat
= 3.0 Pada bagian naik hidrograf cepat, dan turun lambat
4) Persamaan Bentuk Dasar Hidrograf Satuan
Bentuk Hidrograf Satuan Nakayasu terdiri dari empat segmen kurva yang dinyatakan dengan persamaan sbb :
a) Pada waktu kurva naik : 0 < t < Tp 4 , 2 p p ) T t ( = Q dimana :
Q(t) = Limpasan sebelum mencari debit puncak (m3)
t = Waktu (jam)
b) Pada waktu kurva turun Selang nilai : t (T p T 0,3) 3 , 0 p T ) T t ( p ) t ( = Q .0,3 Q Selang nilai : (T p T 0,3)t (T p T 0,31,5T 0,3) 3 . 0 3 , 0 p T 5 , 1 ) T 5 , 0 + T t ( p ) t ( =Q .0,3 Q Selang nilai : t > (Tp+T0,3 + 1,5 T0,3) 3 , 0 3 , 0 p T 2 ) T 5 , 0 + T t ( p ) t ( =Q .0,3 Q
Rumus tersebut di atas merupakan rumus empiris, maka penerapannya terhadap suatu daerah aliran harus didahului dengan suatu pemilihan parameter-parameter yang sesuai yaitu Tp dan , dan pola distribusi hujan agar didapatkan suatu pola hidrograf yang realistik.
Bentuk HSS Nakayasu tak berdimensi dapat digambarkan dengan empat segment kurva seperti pada Gambar 4-2 sumbu horizontal (sumbu-x) yang menunjukan satuan waktu (jam) yang telah dinormalkan t=(T/Tp) sedang sumbut vertical (sumbu-y) menunjukan debit yang telah dinormalkan q=(Q/Qp).
Gambar 4-2 : Bentuk HSS Nakayasu Tak berdimensi (empat segment kurva) 4.1.2 Cara Perhitungan Hidrograf Satuan Sintetis Nakayasu
Prosedur pembuatan HSS Nakayasu akan digunakan untuk menentukan bentuk hidrograf banjir DAS Ciliwung hulu di bendung Katulampa seperti pada Contoh Sebelumnya. Perhitungan HSS Nakayasu dilakukan pada Tabel 4-1 dan hasilnya ditunjukan pada Gambar 4-3 dengan penjelasan sbb :
1) Bagian I, berisi Input data yang diperlukan seperti Luas DAS, Panjang Sungai L dll.
2) Bagian-II, berisi hasil perhitungan TL (menggunakan cara Nakayasu), penentuan parameter α, perhitungan Tp dan Tb, perhitungan Qp, Volume
Hujan dan Tinggi Limpasan (DRO)
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 Q / Q p T/Tp Pers-1 Pers-2 Pers-3 Pers-4
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
Tabel 4-1 : Perhitungan HSS Nakayasu I. Karakteristik DAS
1. Nama Sungai = Ciliwung
2. Nama Sungai = Katulampa
3. Luas daerah aliran Sungai (A) = 149.230 Km2
4. Panjang Sungai Utama (L) = 24.460 Km
5. Tinggi Hujan R = 1.000 mm
6. Durasi Hujan Tr = 1.000 Jam
II. Parameter hidrograf sat uan sintetis : 0.21*L0.7 < 15 km 0.4 + 0.058 > 15 km 2.Tr 0.75*Tg = 1.4599 Jam 3. T0.8 0.8*Tr = 1.1679 Jam 4. Tp Tg+0.8* Tr = 3.1145 Jam 5. = 2.0000 6. T0.3 *Tg = 3.8932 Jam Tp+T0.3 = 7.0077 Jam Tp+T0.3+1.5*T0.3 = 12.8474 Jam
7. Volume Hujan DAS = 149,230 m3
8.Qp = 8.587 m3/s
9. Volume HSS = 150,324 m3
10. Tinggi Hujan = 1.007 mm
Ok III. Bentuk Hidrograf Satuan Sintetis :
Waktu t Qa Qd1 Qd2 Qd3 (jam) (t/Tp)2.4 3((t-Tp)/T0.3)- +0.5*T0.3)/1.5+1.5*T. 0.3)/2 t=T/Tp. q=Q/Qp Q=q×Qp V(m3) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.00 0.065 0.321 0.065 0.562 1011.488 2.00 0.345 0.642 0.345 2.966 6350.155 3.00 0.914 0.963 0.914 7.848 19465.729 3.11 1.000 1.000 1.000 8.587 3388.110 4.00 0.760 1.284 0.760 6.530 24093.648 5.00 0.558 1.605 0.558 4.793 20380.971 6.00 0.410 1.926 0.410 3.518 14959.527 7.00 0.301 2.248 0.301 2.582 10980.215 7.01 0.300 2.250 0.300 2.576 71.381 8.00 0.244 2.569 0.244 2.099 8351.127 9.00 0.199 2.890 0.199 1.708 6853.907 10.00 0.162 3.211 0.162 1.390 5576.994 11.00 0.132 3.532 0.132 1.131 4537.976 12.00 0.107 3.853 0.107 0.920 3692.531 12.85 0.090 4.125 0.090 0.773 2582.682 13.00 0.088 4.174 0.088 0.755 419.524 14.00 0.075 4.495 0.075 0.647 2522.603 15.00 0.065 4.816 0.065 0.554 2161.202 16.00 0.055 5.137 0.055 0.475 1851.577 17.00 0.047 5.458 0.047 0.407 1586.311 18.00 0.041 5.779 0.041 0.348 1359.048 19.00 0.035 6.100 0.035 0.298 1164.344 20.00 0.030 6.422 0.030 0.256 997.534 21.00 0.026 6.743 0.026 0.219 854.622 22.00 0.022 7.064 0.022 0.188 732.185 23.00 0.019 7.385 0.019 0.161 627.288 24.00 0.016 7.706 0.016 0.138 537.420 155.00 0.000 49.767 0.000 0.000 0.000 156.00 0.000 50.088 0.000 0.000 0.000 157.00 0.000 50.409 0.000 0.000 0.000 158.00 0.000 50.730 0.000 0.000 0.000 159.00 0.000 51.051 0.000 0.000 0.000 160.00 0.000 51.372 0.000 0.000 0.000 Vol HSS (m3 150324 DRO (mm) 1.007 1. Tg =
HSS Tak berdimensi HSS berdimensi
3) Bagian-III terdiri dari kolom 1 s/d kolom 8 untuk menghitung bentuk HSS Nakayasu dengan penjela san sbb :
a) Kolom Pertama : berisi waktu perhitungan dengan interval Tr (jam) termasuk didalamnya waktu puncak Tp.
b) Kolom Kedua merupakan ordinat segmen pertama yaitu bagian dari
lengkung naik didapat dari persamaan 2,4
t = ) t ( q pada interval t≤ 1
c) Kolom Ketiga merupakan ordinat segmen kedua yaitu lengkung turun didapat dari persamaan q(t) =0.3exp((tt p)/t0.3) pada interval
) t + t ( ≤ t ≤ 1 p 0.3
d) Kolom Keempat berupa ordinat segmen ketiga yaitu bagian dari lengkung turun yang didapat dari persamaan q(t) =0.3exp((tt p +0.5t0.3)/2t0.3) pada interval (t p +t0,3)≤t ≤(t p +t0,3 +1,5t0,3)
e) Kolom Kelima berupa ordinat segmen keempat yaitu bagian dari
lengkung turun yang didapat dari persamaan
) t 5 . 1 / ) t 5 . 0 + t t exp(( 3 . 0 = ) t ( q p 0.3 0.3 pada interval t ≥ (t p +t0,3 +1,5t0,3)
f) Kolom Keenam : (Kolom-1 dibagi Tp) berisi absis dari kurva HSS Nakayasu tak berdimesi (t=T/Tp), termasuk waktu puncak (tP =1).
g) Kolom Ketujuh berisi ordinat HSS Nakayasu tak berdimensi (q=Q/Qp) yang didapat dengan menggabungkan Kolom Kedua, Ketiga, Keempat dan Kelima
h) Kolom Kedelapan berisi ordinat HSS Nakayasu berdimensi didapat dengan mengalikan ordinat kurva HSS dengan Qp (Kolom-6 x Qp) , yaitu
i p
i =Q q
Q (m3/sec)
i) Kolom Kesembilan berisi luas (volume) segmen HSS Nakayasu berdimensi, termasuk segmen sebelum dan sesudah Qp, dihitung dengan cara trapesium
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
Q Q
T Ti
V 36002 i i 1 i 1
i (m3)
j) Jumlah seluruh Kolom Kelima adalah luas kurva HSS Nakayasu berdimensi.
N 1 i i HSS V V (m3)k) Jika VHSS dibagi Luas DAS (ADAS) didapat tinggi limpasan langsung HDRO,
yang nilainya harus mendekati 1 mm (tinggi hujan satuan)
1 A V H DAS HSS DRO (mm)
Hasil perhitungan menghasilkan HDRO = 1.007 mm yang sangat mendekati
dengan tinggi hujan satuan (kesalahan < 5%).
l) Jika hasil perhitungan HSS Nakayasu pada Tabel 4-1 digambarkan akan didapat HSS Nakayasu berdimensi seperti ditunjukan pada Gambar 4-3.
Gambar 4-3 : Bentuk HSS Nakayasu berdimensi
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0.000 6.000 12.000 18.000 24.000 30.000 36.000 42.000 48.000 Q ( m 3 / s ) T (jam)
4.1.3 Superposisi Hidrograf
Proses superposisi hidrograf hanya memperhitungkan distribusi hujan efektif. Tabel superposisi hidrograf banjir yang disusun dengan HSS Nakayasu ditunjukan pada Tabel 4-2. Sebagai indikator ketelitian hasil perhitungan digunakan prinsip k onservasi masa, yaitu volume hujan efektif yang jatuh dalam DAS harus sama dengan volume hidrograf banjir yang dihasilkan. Dalam tabel tersebut Rasio Limpasan/Hujan tidak sama dengan 100%. Penyebabnya adalah karena harga Tp umumnya tidak merupakan kelipapan dari Tr, akibatnya debit puncak Qp tidak diperhitungkan dalam proses superposisi hidrograf.
4.1.4 Penggambaran Bentuk Hidrograf Banjir
Jika hasil perhitungan superposisi HSS Nakayasu pada Tabel 4-2 digambarkan akan didapat hidrograf banjir dengan interval waktu 1 jam seperti ditunjuka n pada Gambar 4-4.
Gambar 4-4 : Bentuk Hidrograf Banjir Hasil Superposisi HSS Nakayas
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1,000.0 1,200.0 1,400.0 0.0 6.0 12.0 18.0 24.0 30.0 36.0 42.0 48.0 R ( m m ) Q ( m 3 / s ) T (Jam) Hujan Eff (mm) Infiltrasi (mm) Nakayasu (Alpha=2.0)
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
Tabel 4-2 : Superposisi HSS Nakayasu
1 2 3 4 5 6 0.000 15.873 136.041 19.524 12.206 10.480 194.125 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 1.00 0.562 0.000 0.000 0.000 0.000 2.00 2.966 0.000 8.920 0.000 8.920 16055.654 3.00 7.848 0.000 47.079 76.447 0.000 123.526 238402.103 4.00 6. 530 0. 000 124. 579 403. 489 10.971 0. 000 539. 039 1192617.473 5. 00 4. 793 0. 000 103. 651 1067. 702 57. 908 6. 859 0. 000 1236. 120 3195286. 674 6. 00 3. 518 0. 000 76. 079 888. 332 153. 234 36. 203 5. 889 1159. 737 4312542. 867 7. 00 2. 582 0. 000 55. 842 652. 031 127. 491 95. 799 31. 083 962. 246 3819570. 472 8. 00 2. 099 0. 000 40. 987 478. 588 93. 578 79. 705 82. 252 775. 110 3127241. 010 9. 00 1. 708 0. 000 33. 325 351. 281 68. 686 58. 503 68. 434 580. 228 2439608. 765 10. 00 1. 390 0. 000 27. 116 285. 609 50. 415 42. 941 50. 230 456. 312 1865771. 760 11. 00 1. 131 0. 000 22. 064 232. 399 40. 990 31. 518 36. 869 363. 840 1476273. 449 12. 00 0. 920 0. 000 17. 954 189. 102 33. 353 25. 626 27. 061 293. 097 1182486. 487 13. 00 0. 755 0. 000 14. 609 153. 871 27. 139 20. 852 22. 002 238. 474 956826. 875 14. 00 0. 647 0. 000 11. 981 125. 205 22. 083 16. 967 17. 903 194. 139 778703. 371 15. 00 0. 554 0. 000 10. 265 102. 683 17. 969 13. 806 14. 568 159. 290 636172. 409 16. 00 0. 475 0. 000 8. 794 87. 972 14. 737 11. 234 11. 854 134. 590 5 28984. 557 17. 00 0. 407 0. 000 7. 534 75.369 12.626 9. 213 9. 645 114. 387 448158. 416 18. 00 0. 348 0. 000 6. 455 64.571 10.817 7. 893 7. 910 97.646 381658. 569 19. 00 0. 298 0. 000 5. 530 55.320 9. 267 6. 762 6. 777 83.657 326344. 538 20. 00 0. 256 0. 000 4. 738 47.395 7. 939 5. 794 5. 806 71.672 279590. 773 21. 00 0. 219 0. 000 4. 059 40.605 6. 802 4. 964 4. 974 61.404 239535. 188 22. 00 0. 188 0. 000 3. 477 34.787 5. 827 4. 252 4. 262 52.607 205218. 169 23. 00 0. 161 0. 000 2. 979 29.804 4. 993 3. 643 3. 651 45.070 175817. 578 24. 00 0. 138 0. 000 2. 552 25.534 4. 277 3. 121 3. 128 38.613 150629. 065 25. 00 0. 118 0. 000 2. 187 21.876 3. 665 2. 674 2. 680 33.081 129049. 185 26. 00 0. 101 0. 000 1. 873 18.742 3. 140 2. 291 2. 296 28.342 110560. 948 27.00 0.087 0.000 1.605 16.057 2.690 1.963 1.967 24.281 94721.429 28.00 0.074 0.000 1.375 13.756 2.304 1.682 1.685 20.803 81151.159 29.00 0.064 0.000 1.178 11.786 1.974 1.441 1.444 17.822 69525.035 30.00 0.054 0.000 1.009 10.097 1.691 1.234 1.237 15.269 59564.527 31.00 0.047 0.000 0.865 8.650 1.449 1.057 1.060 13.082 51031.013 32.00 0.040 0.000 0.741 7.411 1.241 0.906 0.908 11.207 43720.052 33.00 0.034 0.000 0.635 6.349 1.064 0.776 0.778 9.602 37456.497 34.00 0.029 0.000 0.544 5.440 0.911 0.665 0.666 8.226 32090.290 35.00 0.025 0.000 0.466 4.660 0.781 0.570 0.571 7.048 27492.873 36.00 0.022 0.000 0.399 3.993 0.669 0.488 0.489 6.038 23554.106 37.00 0.018 0.000 0.342 3.421 0.573 0.418 0.419 5.173 20179.626 38.00 0.016 0.000 0.293 2.931 0.491 0.358 0.359 4.432 17288.591 39.00 0.014 0.000 0.251 2.511 0.421 0.307 0.308 3.797 14811.740 40.00 0.012 0.000 0.215 2.151 0.360 0.263 0.264 3.253 12689.735 41.00 0.010 0.000 0.184 1.843 0.309 0.225 0.226 2.787 10871.740 42.00 0.009 0.000 0.158 1.579 0.264 0.193 0.193 2.388 9314.200 43.00 0.007 0.000 0.135 1.353 0.227 0.165 0.166 2.046 7979.800 44.00 0.006 0.000 0.116 1.159 0.194 0.142 0.142 1.753 6836.574 45.00 0.005 0.000 0.099 0.993 0.166 0.121 0.122 1.501 5857.132 46.00 0.005 0.000 0.085 0.851 0.142 0.104 0.104 1.286 5018.010 47.00 0.004 0.000 0.073 0.729 0.122 0.089 0.089 1.102 4299.104 48.00 0.003 0.000 0.062 0.624 0.105 0.076 0.076 0.944 3683.193 155.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 156.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 157.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 158.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 159.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 160.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
Volume Total Limpasan m3 2.89E+07
Luas DAS km2 149.23
Tinggi Limpasan Langsung mm 193.49
Ra sio Tinggi Limpa sa n/Tinggi Huja n % 99. 67% Volume Limpasan Waktu (jam) HSS Nakayasu
Tinggi Huja n (mm/jam)
CARA GAMA-1
5.1 HIDROGRAF SATUAN SINTETIK GAMA 1
Cara ketiga yang digunakan dalam perhitungan debit banjir yang akan dijelaskan dalam pelatihan ini adalah perhitungan hidrograf satuan sintetis cara GAMA-1. Cara ini dikembangkan oleh Dr. Sri Harto dari Univeritas Gajah Mada berdasarkan hasil pengamatan dari hidrograf satuan alami di 30 DAS yang ada di pulau Jawa. 5.1.1 Bentuk Hidrograf Satuan Sintetis GAMA-1
Dalam rumusan aslinya, hidrograf satuan sintetis GAMA-1 adalah hidrograf sintetis berdimesi yang dibentuk dengan menggunakan dua segment kurva yang dibentuk oleh
4 (empat) variabel pokok yaitu waktu naik/time to rise (TR), debit puncak/peak discharge (QP), waktu dasar/time to base (TB) dan koefisien tampungan (K).
Dengan menggunakan sketsa definisi pada Gambar 5-1 keempat variabel pokok HSS GAMA-1 dapat ditentukan dengan persamaan-persamaan sebagai berikut :
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
a) Waktu Puncak (Tp)
Rumusan waktu naik/time to rise (Tp) dalam satuan jam yang digunakan adalah 1.2775 + SIM 1.0665 + ) 100F L 0.43( = Tp 3 b) Waktu Dasar (Tb)
Rumusan waktu dasar/time to base (Tb) dalam satuan Jam yang digunakan adalah 0.2574 0.7344 -0.0986S 0.1457 RUA N S Tp 27.4132 = Tb
c) Debit Puncak/peak discharge (QP)
Debit Puncak/peak discharge (QP) dalam satan m3/s adalah sbb -0.2381 -0.4008 0.5886 JN Tp A 0.1836 = Qp
d) Bentuk Hidrograf Satuan
Rumusan bentuk hidrograf satuan adalah sbb
Lengkung naik (0 T Tp) T Qp = Qt Lengkung Turun (Tp T Tb) K / T e Qp = Qt
Pengertian dari berbagai variabel diatas adalah sbb
Qt = debit dihitung pada waktu t jam setelah Qp, dalam m3/detik
Qp = debit puncak (dengan waktu pada debit puncak dianggap t = 0), dalam m3/detik
K = Koefisien tampungan dalam satuan Jam yang digunakan untuk
menetapkan kurva resesi didekati dengan persamaan eksponensial seperti berikut : 0.0452 1.0897 -0.1446 -0.1798 D SF S A 0.5617 = K
5.1.2 Parameter Morfometri DAS
Parameter Morfometri DAS yang diperlukan dalam membuat hubungan antara pengalih ragaman data hujan menjadi debit adalah sbb
1) L = Panjang sungai utama mulai dari outlet sampai hulu (km)
2) S = Kemiringan sungai yaitu perbandingan antara selisih titik tertinggi dengan titik luaran (outlet) di Sungai utama, dengan panjang sungai utama yang terletak pada kedua titik tersebut.
3) Penetapan tingkat-tingkat atau orde sungai dilakukan dengan metode Strahler yaitu (lihat Gambar 5-2) :
a) Sungai-sungai paling ujung adalah sungai-sungai tingkat satu
b) Apabula dua buah sungai dengan tingkat sama bertemu akan terbentuk sungai satu tingkat lebih tinggi
c) Apabila sebuah sungai dengan suatu tingkat bertemu dengan sungai lain dengan tingkat yang lebih rendah maka tingkat sungai pertama tidak berubah
Gambar 5-2 : Penetapan Tingkat-Tingkat Sungai Menurut Strahler 4) JN = jumlah pertemuan semua sungai JN = (∑sungai orde 1) – 1
5) SN = perbandingan antara jumlah orde sungai tingkat satu dengan jumlah orde sungai semua tingkat
6) SF = (Jumlah panjang sungai orde 1)/(Jumlah panjang sungai semua orde)
7) D = Kerapatan Drainase DAS yaitu jumlah panjang sungai semua tingkat setiap satuan luas (Km/Km2)
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
9) AU = luas DAS sebelah hulu yang diukur di hulu garis yang ditarik tegak lurus garis hubung antara stasiun hidrometri dengan titik yang paling dekat dengan titik berat DAS di sungai, melewati titik tersebut.
10) RUA = AU/A (Relative Upstream Area) yaitu Perbandingan luas DAS sebelah hulu dan luas DAS.
11) WU = lebar DAS yang diukur di titik di sungai yang berjarak 0.75 L dan tegak lurus dengan stasiun hidrometri
12) WL = lebar DAS yang diukur di titik di sungai yang berjarak 0.25 L dan tegak lurus dengan stasiun hidrometri
13) WF = WU/WL
14) SIM = Symmetry Factor merupakan parameter bentuk DAS. (SIM= WF x RUA)
Gambar 5-3 : Pengertian Luas (A) Penentuan Luas Relatif DAS Hulu (RUA)
5.1.3 Contoh Perhitungan Hidrograf Satuan Sintetis GAMA-1
Prosedur pembuatan hidrograf satuan sintetis GAMA-1 akan digunakan untuk menentukan bentuk hidrograf banjir DAS Ciliwung hulu di bendung Katulampa seperti pada Contoh Sebelumnya. Ditinjau dari jumlah data yang dipelukan, input HSS GAMA-1 relatif kompleks. Yang cukup sulit didapat secara manual dari peta adalah Jumlah Orde sungai dan Panjang setiap orde sungai. Pada Gambar 5-5 ditunjukan peta jaringan sungai DAS Ciliwung Hulu (Bejo Slamet 2006).
Gambar 5-5 : Peta jaringan sungai DAS Ciliwung Hulu (Bejo Slamet 2006) Parameter Morfometri DAS Ciliwung Hulu yang diperlukan dalam membuat hubungan antara pengalih ragaman (transfer) data hujan menjadi debit ditunjuk an pada Tabel 5-1 Secara total terdapat 17 parameter morphometri (tidak termasuk nama sungai dan stasiun) yang digunakan untuk membuat HSS GAMA-1 dimana rincian data selengkapnya diberikan pada LAMPIRAN-3.
BAHAN KULIAH HIDROLOGI CARA MENGHITUNG DEBIT BANJIR DENGAN METODA HIDROGRAF SATUAN SINTETIS
Tabel 5-1 : Parameter Morfometri DAS Ciliwung Hulu
Prosedur pembuatan HSS GAMA-1 akan digunakan untuk menentukan hidrograf banjir DAS Ciliwung hulu di bendung Katulampa seperti pada Contoh Sebelumnya.
Perhitungan HSS GAMA-1 dilakukan dengan Spread Sheet pada Tabel 5-2. dan hasilnya ditunjukan pada Gambar 5-6 dengan penjelasan sbb :
1) Bagian I, berisi Input data yang diperlukan seperti Luas DAS, Panjang Sungai L dll.
2) Bagian-II, berisi hasil perhitungan TL (menggunakan cara Snyder), Tp dan Tb 3) Bagian-III berisi perhitungan Qp, Volume Hujan dan Tinggi Limpasan (DRO) 4) BagianIV terdiri dari kolom 1 s/d kolom 5 untuk menghitung bentuk HSS GAMA
-1 dengan penjelasan sbb :
a) Kolom Pertama : berisi waktu perhitungan dengan interval Tr (jam) termasuk didalamnya waktu puncak Tp.
b) Kolom Kedua merupakan ordinat HSS tak berdimensi didapat dari persamaan bentuk kurva HSS GAMA-1.
Lengkung naik : Qt =QpT (0 T Tp)
Lengkung Turun : Qt Qpe -T/K (Tp T Tb)
No Parameter Morphometri Symbol Nlai Satuan Catatan
1 NamaSungai Ciliwung
2 Stasiun Katulampa
3 LuastotalDAS(A) A 149.230 km2
4 Panjang Sungai Maksimum (L) L 24.460 km
5 Kemiringan DAS/Slope (S) S 0.111 m/m
6 Lebar DAS pada titik 0,75L dan tegak lurus dengan outlet WU 11.000 km
7 Lebar DAS pada titik 0,25L dan tegak lurus dengan outlet WL 5.750 km 8 Luas DAS Sebelah Hulu Titik Berat (A U) A U 81.033 km2
9 Banyaknya sungai order-1 (J1) J1 264 buah
10 Banyaknya sungai untuk semua order (ΣJi) Js 520 buah
11 Jumlah Panjang sungai order-1 (L1) L1 231.740 km 12 Jumlah Panjang sungai untuk semua order (ΣLi) Ls 436.080 km
13 Faktor Lebar/width Factor (WF) Wf 1.913 - (6)/(7)
14 Faktor simetri/Symmetry factor (SIM) = WF x RUA SIM 1.039 - (13)*(18)
15 Faktor Sumber/Source Factor (SF) SF 0.531 - (12)/(11)
16 Frekuensi Sumber/Source frequency (SN) SN 0.508 - (10)/(9)
17 Jumlah Pertemuan Sungai/ Joint Frequency (JN) JN 263 buah (9)-1 18 Luas Relatif DAS Bagian Hulu/relative Upstream Area (RUA) = AU/A RUA 0.543 km2 (3)/(8)
19 Kerapatan Drainase/drainage density (D) D 2.922 km/km2 (3)/(11)
Data hanya dapat diperoleh dari peta DAS dengan informasi relatif lengkap
c) Kolom Ketiga berisi luas (volume) segmen HSS GAMA-1 berdimensi, termasuk segmen sebelum dan sesudah Tp, dihitung dengan cara trapesium
(
Q +Q)(
T Ti)
=
Vi 36002 i i+1 i+1 (m3)
d) Jumlah seluruh Kolom Ketiga adalah luas kurva HSS GAMA-1 berdimensi.
N 1 i i HSS V V (m3)e) Jika VHSS dibagi Luas DAS (ADAS) didapat tinggi limpasan langsung HDRO,
yang nilainya harus mendekati 1 mm (tinggi hujan satuan)
1 A V H DAS HSS DRO (mm)
Hasil perhitungan menghasilkan HDRO = 1.152 mm yang cukup berbeda dengan
tinggi hujan satuan (kesalahan > 5%). Namun untuk bebebarapa DAS lain hasil perhitungan HDRO cara yang dihitung GAMA-1 cukup mendekati tinggi hujan
satu satuan.
f) Jika hasil perhitungan HSS GAMA-1 pada Tabel 5-2 digambarkan akan didapat HSS GAMA-1 berdimensi seperti Gambar 5-6.
Gambar 5-6 : Bentuk Hidrograf HSS Gama-1 (berdimensi) 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 0.000 6.000 12.000 18.000 24.000 30.000 36.000 42.000 48.000 Q ( m 3 / s ) T (jam)
