Hidrologi Terapan - PELAJARI TENTANG HIDROLIK

(1)

Hidrologi Terapan 1

HIDROGRAF HIDROGRAF

Hidrograf : Merupakan penyajian grafis salah satu besaran aliran sebagai fungsi waktu

Dalam pengertian sehari-hari : hidrograf debit (discharge hydrograph)

Di stasiun hidrometri  aliran yang terukur setiap waktu merupakan stage hydrograph  lengkung debit (hubungan kedalaman air dan debit) 

discharge hydrograph.

(2)

Air sungai pada hidrograf berasal dari empat sumber, yaitu:

• Air yang berasal langsung dari hujan (porsinya kecil).

• Limpasan atas permukaan (direct runoff, DRO) yang mencapai sungai setelah melalui suatu proses

penguapan, infiltrasi dan tampungan di cekungan.

• Aliran antara (interflow) yang merupakan bagian air hujan yang terinfiltrasi dan mengalir di lapisan tanah atau di

lapisan yang tidak jenuh air.

• Limpasan bawah permukaan, aliran ini mencapai sungai

(3)

Hidrologi Terapan 3

Limpasan atas permukaan terdiri dari :

- hujan langsung, limpasan DRO dan interflow (point 1, 2 dan 3), sedangkan

- limpasan bawah permukaan (point 4) sebagai aliran dasar (base flow, BF).

Hidrograf juga dipisahkan berdasar komponen yang mengklasifikasikan sumber aliran:

- hidrograf aliran langsung (dari limpasan atas permukaan, DRO) dan

- hidrograf aliran dasar (dari limpasan bawah permukaan, BF = Base Flow).

(4)

Hidrograf terdiri dari 3 bagian :

•Sisi puncak (rising limb)

•Puncak (crest)

•Sisi resesi (recesion limb)

Tiga sifat pokok yang menandai bentuk hidrograf :

•Waktu naik (time of rise)

•Debit puncak (peak discharge)

•Waktu dasar (base time) Waktu naik (TR) :

Waktu yang diukur dari saat hidrograf mulai naik sampai waktu terjadinya debit puncak

(5)

Hidrologi Terapan 5

Debit puncak (Qp) :

Debit maksimum yang terjadi dalam kasus tertentu Waktu dasar (TB) :

Waktu yang diukur dari saat hidrograf naik sampai saat debit kembali pada suatu besaran yang ditetapkan

t (jam)

(6)

Secara umum bentuk hidrograf dipengaruhi oleh:

• Sifat hujan yang terjadi

• Sifat DAS yang lain

Sifat hujan yang sangat mempengaruhi bentuk hidrograf : (Kennedy & Wat, 1976) :

• Intensitas hujan

• Lama hujan

• Arah gerak hujan

Intensitas hujan (i) & lama hujan :

-

i >>  hidrograf naik dengan cepat

 terjadi hidrograf dengan waktu naik dan Qp >>

-

i >> terjadi dalam waktu pendek

(7)

Hidrologi Terapan 7

ARAH GERAK HUJAN 1. Arah gerak ke hulu :

 hidrograf naik dengan cepat , mencapai Qp dengan TR relatif panjang, sebab :

• Hujan yang terjadi dekat stasiun hidrometri  cepat menyebabkan naiknya hidrograf

• Hujan bergerak ke hulu  masih ada limpasan yang keluar DAS

2. Arah gerak ke hilir :

 hidrograf naik lebih lambat, kemudian naik dengan cepat dan butuh TB relatif pendek

(8)

CATATAN

Hidrograf merupakan sifat tanggapan DAS terhadap input hujan dengan intensitas, lama, dan distribusi tertentu  jika input berbeda, maka output juga berbeda, sebab : ada unsur ketergantungan antara sifat input, sifat sistem DAS dan

berbagai unsur penyusun.

ada 1 sifat khas yang menunjukkan sifat tanggapan DAS :

Hidrograf satuan

^.

(9)

Hidrologi Lanjut-5 9

HIDROGRAF SATUAN :

merupakan limpasan langsung yang diakibatkan oleh suatu intensitas hujan (mm/jam, yang berasal dari hujan efektif) dengan durasi tertentu (jam).

Prinsip-prinsip hidrograf satuan bisa diterapkan untuk : 1. Menaksir banjir rancangan

(perlu data hujan yang panjang) 2. Mengisi data banjir yang hilang 3. Meramal banjir jangka pendek

(didasarkan atas data hujan)

Beberapa hidrograf limpasan langsung ; 1. Hidrograf limpasan langsung

2. Lengkung S

3. Hidrograf satuan kejut

(10)

1. Hidrograf Limpasan Langsung :

Hidrograf unit periode tunggal (dengan durasi hujan effektif tunggal)

2. Lengkung S :

Hidrograf limpasan langsung yang dihasilkan oleh hujan menerus dengan intensitas hujan efektif konstan dan durasi ~

3. Hidrograf Satuan Kejut

(Instantaneous Unit Hidrograf = IUH)

Hidrograf limpasan langsung yang dihasilkan oleh hujan efektif setinggi d dan durasi nol (ada perubahan waktu yang spesifik)

(11)

Lengkung S

Hidrologi Terapan 11

- Lengkung S suatu DAS diperoleh dari suatu hidrograf satuan DAS tersebut dengan periode tertentu.

- hujan menerus  terdiri atas deretan hujan dengan intensitas konstan dengan durasi tertentu yang

jumlahnya tidak terhingga

 * dapat dicari dengan menjumlahkan ordinat- ordinat deretan hidrograf yang banyaknya ~ * Setiap ordinat digeser satu periode.

* Ordinat maksimum Lengkung S dinamakan debit keseimbangan.

(12)

Debit Maksimum Lengkung S

Jika tinggi hujan: d = 1mm, maka besarnya debit maksimum sbb.:

Q_maks = ^2,78_t1^A

dengan

Q_maks = ordinat maksimumengkung S (m³/dt) A = luas DAS (km²)

(13)

HIDROGRAF SATUAN KEJUT (IUH)

IUH dapat dianggap sebagai lengkung karakteristik suatu DAS dibanding dengan hidrograf satuan T jam atau U(t,T).

 Antara Lengkung S dan IUH-nya terdapat hubungan yang sederhana.

 S_t : Lengkung S akibat hujan menerus sebesar i mm/jam

 Lengkung S_t+T : lengkung yang sama tetapi digeser T jam ke kanan.

 berarti perbedaan ordinat kedua lengkung S tsb. = ordinat hidrograf satuan periode T dan tinggi iT

(14)

U(t,T)_{tinggi i.T} = S_t – S_t-T atau

U(t,T)_{tinggi d} = S_t – S_t-T

Jika T mendekati nol, maka U(t,T) akan mendekati U(t,0), sehingga

U(t,0)_{tinggi d} =

dt dSt

i d

S_t =

d

i _

ct u(t,0) dt dengan

d = tinggi atau volume IUH

(15)

KONSEP DASAR HIDROGRAF SATUAN

INPUT SISTEM OUTPUT

(Hujan Efektif) (Proses) (hidrograf limpasan langsung)

Tiga Dalil Linearitas :

I.Lebar dasar konstan II.Prinsip linearitas

III.Prinsip supersisi

(16)

I. Lebar Dasar Konstan

Dalam suatu DAS, hidrograf satuan yang dihasilkan oleh hujan-hujan efektif yang sama durasinya  lebar dasar sama (tidak bergantung pada intensitas hujan)

(17)

II. Prinsip Linearitas

Dalam suatu DAS, besarnya limpasan langsung

berbanding lurus dengan tinggi hujan efektif (berlaku bagi semua hujan dengan durasi yang sama)

(18)

III. Prinsip Supersisi

Limpasan langsung yang dihasilkan oleh hujan efektif yang berurutan , besarnya merupakan jumlah limpasan langsung yang dihasilkan oleh masing-masing hujan efektif (dengan

memperhitungkan jangka waktu terjadi)

(19)

Ordinat hidrograf satuan ditandai dengan : U = U (t,T)

dengan :

t = periode higrograf satuan T = durasi hujan efektif

Ada 2 unsur penting yang sangat menentukan karakteristik hidrograf satuan antara lain :

1. Lebar dasar

2. Tenggang waktu (time lag) antara titik berat hujan efektif dengan titik berat hidrograf, atau antara titik berat hujan efektif dengan puncak hidrograf.

(20)

Contoh Soal-1: Hidrograf Limpasan Langsung

Ordinat-ordinat hidrograf satuan yang diakibatkan oleh hujan efektif dengan intensitas 20 mm/jam dan durasi 1 jam adalah sebagai berikut:

t (jam) Q (m³/dt) t (jam) Q (m³/dt)

0 0 7 8

1 5 8 14

2 19 9 10

3 33 10 8

4 36 11 4

5 30 12 2

6 24 13 0

Akan dicari ordinat-ordinat hidrograf limpasan langsung yang diakibatkan oleh hujan efektif berurutan, masing-masing dengan intensitas 40 mm/jam dan 10 mm/jam, dengan durasi masing-masing sebesar 1 jam, yang saling

(21)

t (jam)

U(t,1) akibat i=20 mm/jam

Total

(1) (2) (3) (4) (5)

0 0 0 - 0

1 5 10 0 10

2 19 38 2,5 40,5

3 33 66 9,5 75,5

4 36 72 16,5 88,5

5 30 60 18 78

6 24 48 15 63

7 18 36 12 48

8 14 28 9 37

9 10 20 7 27

10 8 16 5 21

11 4 8 4 12

12 2 4 2 6

13 0 0 1 1

(22)

Keterangan:

Kolom (1) dan (2); diketahui

Kolom (3): (40)/(20) x kolom (2)

Kolom (4): (10)/(20) x kolom (2) dan geser 1 Kolom (5); kolom (3) + kolom (4)

(23)

Contoh Soal-2: Lengkung S

Hujan efektif dengan intensitas 20 mm/jam dan durasi 1 jam, menghasilkan hidrograf seperti pada kolom (2) tabel berikut.

Akan ditentukan hidrograf limpasan langsung yang diakibatkan oleh hujan efektif merata 10 mm/jam dengan durasi 2 jam.

Selain itu akan dicari juga luas DAS tsb

(24)

T (jam)

U(t,1) (m³/dt)

Komulasi (m³/dt)

Lengk S (m³/dt)

Geser 2 j (m³/dt)

(4) - (5) (m³/dt)

U(t,2) (m³/dt)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

0 0 - 0 - 0 0

1 5 0 5 - 5 2,5

2 19 5 24 0 24 12

3 33 24 57 5 52 26

4 36 57 93 24 69 34,5

5 30 93 123 57 66 33

6 24 123 147 93 54 27

7 18 147 165 123 42 21

8 14 16,5 179 147 32 16

9 10 179 189 165 24 12

10 8 189 197 179 18 9

11 4 197 201 189 12 6

12 2 201 203 197 6 3

13 9 203 203 201 2 1

14 - 203 203 203 0 0

Luas DAS tersebut:

A = (Q_maks x t₁) / (2,78 x i₁ x t₁) = (203 x 1) / (2,78 x 2 x 1)

(25)

Contoh Soal-3: IUH

Suatu DAS luas 100 km² mempunyai IUH berbentuk segitiga seperti pada gambar di bawah ini dan mempunyai debit puncak sebesar 100 m³/dt serta lebar dasar TB = T = 7 jam. Akan dicari Lengkung S dengan hujan menerus (intensitas 10 mm/jam).

Q

1 2 3 4 5 6 7 t

50 100 80 60 40 20

(26)

S_t =

d i _

ct u(t,0) dt

Jadi volume IUH = luas pias diagram hidrograf antara t = 0 dengan t = 1 jam, t = 2 jam, t = 3 jam dst (dalam m³).

Jadi:

Volume IUH = ½ x 100 m³/dt x 7 x 3600 dt = 1.260.000 m³

Tinggi = Volume / Luas DAS

= 1.260.000/(100x10^-6) = 0,0126 m = 1,26 cm

(27)

Hidrologi Terapan 27 t

(jam) _c^t u(t,0) dt

(m³/dt)

_c^t u(t,0) dt (dlm m³/dt)

0 0 1

(50 x 3600)/2 = 90.000 10. 10^-3 . 1

--- x 90.000 = 19,8 3600 . 0,0126

2 50+100

90.000+---3600= 360.000 2

10. 10^-3 . 1

--- x 360.000 = 79,3 3600 . 0,0126

3 100+80

360.000+---3600= 684.000 2

10. 10^-3 . 1

--- x 684.000 = 150,8 3600 . 0,0126

4 80+60

684.000+---3600= 936.000 2

10. 10^-3 . 1

--- x 936.000 = 206,3 3600 . 0,0126

5 60+40

936.000+---3600= 1.116.000 2

10. 10^-3 . 1

--- x 116.000 = 246,0 3600 . 0,0126

6 40+20

1.116.000+---3600=1.124.000 2

10. 10^-3 . 1

--- x 1.124.000 = 270,0 3600 . 0,0126

7 20+0

1.124.000+---3600= 1.260.000 2

10. 10^-3 . 1

--- x 1.260.000 = 277,8 3600 . 0,0126

8 277,8 9 277,8

d i