Hidrologi Iii [PDF]

Citation preview

HIDROLOGI



MILA KUSUMA WARDANI ST.,MT



HUJAN ● Hujan merupakan salah satu hasil dari proses Presipitasi. ● Hujan merupakan sumber dari semua air yang mengalir



di sungai dan di dalam tampungan baik di atas maupun di bawah permukaan tanah. ● Jumlah dan variasi debit sungai bergantung jumlah,



intensitas dan distribusi hujan.



PARAMETER HUJAN ● Jumlah hujan yang jatuh di permukaan bumi dinyatakan



dalam kedalaman air ( biasanya mm) yang terdistribusi merata dalam seluruh daerah tangkapan air. ● Intensiatas hujan adalah jumlah curah hujan dalam suatu



satuan waktu, dinyatakan dalam mm/jam, mm/hari, mm/minggu dan sebagainya. ● Durasi hujan adalah waktu yang dihitung saat hujan



mulai turun sampai berhenti.



DISTRIBUSI HUJAN ● Distribusi hujan sebagai fungsi waktu menggambarkan



variasi kedalaman hujan selama terjadinya hujan. Digambarkan dalam bentuk diskret atau kontinyu. ● Diskret disebut hyetograph, histogram kedalaman hujan



atau intensitas hujan hubungan antara waktu dan kedalam hujan. ● Kontinyu



digambarkan hubungan antara laju hujan kumulatif sebagai fungsi waktu.



Hyetograph



Distribusi Hujan Kumulatif



PENGUKURAN HUJAN ● Pengukuran hujan dapat dilakukan secara langsung



dengan menampung air hujan yang jatuh. ● Hujan yang dapat diukur adalah di beberapa titik yang



ditetapkan dengan menggunakan alat ukur hujan. ● Data



intensitas hujan sangat penting untuk memperkirakan debit banjir yang digunakan sebagai perencanaan drainasi perkotaan, pengendalian banjir, perencanaan jembatan, dan sebagainya.



Alat Pengukur Hujan



JARINGAN PENGUKURAN HUJAN ● Jaringan yang direncanakan akan memberikan besarnya



hujan yang jatuh di DAS. ● Kerapatan jaringan adalah jumlah stasiun tiap satuan



luas di dalam DAS. ● Penentuan jumlah optimum dari stasiun hujan yang perlu



dipasang dalam suatu DAS dapat dilakukan secara statistik.



Penentuan Jumlah Optimum Stasiun Hujan



PENENTUAN HUJAN KAWASAN Dalam analisa hidrologi diperlukan untuk menghitung hujan rerata pada suatu daerah. Tiga metode yang digunakan yaitu : 1.Metode Rerata Aritmatik (Aljabar) 2.Metode Thiessen 3.Metode Isohiet



Metode Rerata Aritmatik (Aljabar) ● Metode perhitungan paling sederhana untuk menghitung



hujan rerata. ● Menjumlahkan hujan dibeberapa stasiun dalam waktu



bersamaan dibagi dengan jumlah stasiun. Stasiun yang dihitung adalah stasiun dalam DAS dan di luar DAS yang masih berdekatan. ● Hasil baik diperoleh apabila stasiun hujan tersebar



secara merata di DAS dan distribusi hujan relatif merata di seluruh DAS.



Metode Rerata Aritmatik (Aljabar)



Metode Thiessen ● Metode ini digunakan apabila penyebaran stasiun hujan



di daerah yang ditinjau tidak merata. ● Hitungan



curah hujan rerata dilakukan dengan memperhitungkan daerah pengaruh dari tiap stasiun.



● Metode



perhitungan dilakukan dengan menggambar pembentukan Poligon Thiessen.



● Poligon Thiessen adalah tetap untuk suatu jaringan



stasiun hujan tertentu. Apabila ada perubahan stasiun maka dibuat lagi poligon baru.



Polygon Thiessen Cara membuat polygon Thiessen ● Mengambil peta lokasi stasiun hujan di suatu DAS ● Menghubungkan garis antar stasiun 1 dan lainnya hingga membentuk segi tiga ● Mencari garis berat kedua garis, yaitu garis yang membagi dua sama persis dan tegak lurus garis ● Menguhubungkan ketiga garis berat dari segi tiga sehingga membuat titik berat yang akan membentuk polygon.



Metode Thiessen



Metode Isohiet ● Isohiet adalah garis yang menghubungkan titik – titik



dengan kedalaman hujan yang sama. ● Metode ini dianggap bahwa hujan pada suatu daerah



diantara kedua garis isohiet adalah merata dan sama. ● Metode



isohiet merupakan cara paling teliti untuk menghitung kedalaman hujan rerata di suatu daerah. Tetapi cara ini lebih banyak perhatian dan pekerjaan dibanding dua metode lainnya.



Metode Isohiet Peta Isohyet digambarkan pada peta topografi berdasarkan data curah hujan (interval 10 – 20 mm) pada titik pengamatan di dalam dan sekitar daerah yang dimaksud. Luas bagian daerah antara dua garis isohyets yang berdekatan diukur dengan planimeter. Harga rata – rata dari garis – garis isohyets yang berdekatan yang termasuk bagian – bagian daerah itu dapat dihitung.



Metode Isohiet



Hitung hujan rerata dengan metode aljabar 1.



Hitung hujan rerata dalam suatu kawasan apabila diketahui jumlah tinggi hujan di stasiun 1 = 25 mm, stasiun 2 = 30 mm, stasiun 3 = 45 mm, stasiun 4 = 30 mm , stasiun 5 = 34 mm.



2.



Apabila diketahui hujan reta disuatu kawasan 41.25 mm dengan 4 stasiun. Bila stasiun 1 = 45 mm, stasiun 3 = 30 mm, dan stasiun 4 = 35 mm. Berapa jumlah hujan yang turun di stasiun 2?



Hitung rerata hujan dengan metode isohiet



Perbaikan Data Pada proses pengukuran hujan seringkali dialami dua masalah yaitu: 1.Rusaknya alat atau pengamat tidak pencatatan data. 2.Perubahan lokasi pencatatan, seperti pemindahan atau perbaikan stasiun. Sehingga diperlukan koreksi terhadap data yaitu dengan melakukan 1.Pengisian data hilang 2.Pemeriksaan konsistensi data



PENGUAPAN Dalam ilmu hidrologi, penguapan dapat dibedakan menjadi evaporasi dan transpirasi. Evaporasi (E0) penguapan yang terjadi di permukaan air, permukaan tanah dan permukaan tanaman. Transpirasi (Et) penguapan melalui tanaman di mana air tanah diserap oleh akar tanaman kemudian menguap menuju atmosfer.



Evapotranspirasi adalah evaporasi dan transpirasi.



proses



cakupan



dari



Laju evaporasi,transpirasi dan evapotranspirasi dinyatakan dengan volume air yang hilang oleh proses tersebut tiap satuan waktu. (mm/hari) atau (mm/bulan).



Dua masalah utama dalam Hidrologi untuk perhitungan DAS adalah : 1.Memperkirakan debit besar (banjir). 2.Memperkirakan debit tersedia (rerata bulanan atau tahunan). Perhitungan penguapan dilakukan pada poin kedua. Hal ini dikarenakan di beberapa daerah di Indonesia, penguapan yang terjadi lebih dari 60%.



Faktor-faktor yang Mempengaruhi Evapotranspirasi 1. 2. 3. 4.



Radiasi matahari Temperatur Kelembaban Angin



1. Radiasi matahari



Radiasi matahari merupakan sumber utama panas. Hal tersebut mempengaruhi jumlah evapotranspirasi di atas permukaan bumi yang tergantung pada garis lintang dan musim.



2. Temperatur



Semakin tinggi temperatur, semakin besar kemampuan udara untuk menyerap uap air. Selain itu, semakin tinggi temperatur, energi kinetik molekul air meningkat, sehingga molekul air semakin banyak yang berpindah ke lapis udara di atasnya dalam bentuk uap air.



3. Kelembaban ● Perbedaan tekanan uap menyebabkan terjadinya penguapan. Apabila jumlah uap air yang masuk ke udara semakin banyak, tekanan uap airnya juga semakin tinggi. Akibatnya perbedaan tekanan uap semakin kecil, sehingga menyebabkan berkurangnya laju penguapan. Apabila udara di atas permukaan air sudah jenuh uap air, tekanan udara telah mencapai tekanan uap jenuh, di mana pada saat itu penguapan terhenti.



4. Kecepatan angin ● Apabila proses evaporasi terus berlangsung, udara akan menjadi jenuh terhadap uap air dan evaporasi akan terhenti. Agar proses penguapan dapat berjalan terus, lapisan udara yang telah jenuh harus diganti dengan udara kering. Penggantian tersebut dapat terjadi apabila ada angin. Di daerah terbuka dan banyak angin, penguapan akan lebih besar daripada di daerah yang terlindung dan udara diam.



Parameter Fisika yang Mempengaruhi Penguapan ● Panas Laten ● Proses penguapan ● Kelembaban udara ● Keseimbangan radiasi di permukaan bumi



Panas Laten Panas laten disebut juga sebagai panas tersembunyi (latent head). Selama proses penguapan air menyerap energi yang disebut sebagai panas laten. Tiga bentuk panas laten : 1.Peleburan dari es menjadi air. 2.Penguapan dari air menjadi uap air. 3.Penyubliman dari es menjadi uap air.



Panas Laten Panas penguapan laten merupakan fungsi dari temperatur, memiliki persamaan sebagai berikut: Iv = 597,3 – 0,564 T Dimana: T : temperatur (° C) Iv : panas penguapan dalam kalori per gram (cal/gr)



Perkiraan Evaporasi ● Besarnya evaporasi dapat diperkirakan dengan



pendekatan teoritis maupun dengan pengukuran langsung. ● Cara pertama memerlukan banyak data meteorologi dan data penunjang lain yang tidak selalu mudah didapatkan. ● Oleh karena itu pengukuran langsung di lapangan sering dilakukan untuk keperluan analisis secara lebih praktis.



Proses Penguapan Penguapan merupakan perbedaan antara laju penguapan yang ditentukan oleh temperatur dan laju kondensasi dipengaruhi oleh tekanan uap. Selama tekanan uap masih rendah, penguapan terus berlanjut. Semakin banyak molekul air bergabung dengan udara, tekanan uap di permukaan air akan meningkat.



Proses Penguapan Kandungan uap air maksimum yang dapat dimuat oleh udara, pada saat udara sudah jenuh dan pada temperatur tertentu disebut sebagai tekanan uap jenuh (es).



Kelembaban Udara Kelembaban mutlak adalah berat uap air di dalam 1 m3 udara lembab dinyatakan dalam gram/m3. Kelembaban spesifik adalah berat uap air dalam 1 kg udara lembab dinyatakan gram/kg. Kelembaban relatif adalah perbandingan tekanan uap air dan tekanan uap air jenuh dalam suhu sama dinyatakan dalam persen.



Kelembaban Relatif Kelembaban relatif = tekanan uap air/ uap air jenuh udara X 100% ed = tekanan uap air, yaitu tekanan yang disebabkan uap air di udara. (mm Hg; mm bar; Pa (N/m2) es = tekanan uap air jenuh. (Pa)



= 611 exp (17,27 T/(273,3+T)) T = Temperatur (°C) Cek Tabel 3.2 Hal. 56 Buku Hidrologi (Bambang Trihatmojo).



Radiasi Suatu bentuk energi yang dipancarkan oleh setiap bentuk yang mempunyai suhu diatas nol mutlak. Pancaran radiasi dari suatu benda mengikuti hukum Stefan – Boltzmann. Re = eσT4 Re = Fluks radiasi (cal./cm2/menit) e = keterpancaran (emisivitas) T = suhu benda (°K = °C + 273) σ = konstanta Stefan – Boltzmann (1,17 x 10 -7 cal./cm2/°K4/hari) Nilai e (Tabel 3.3 Hal 57 Bambang Trihatmodjo)



Radiasi Panjang gelombang dari radiasi yang dipancarkan benda berbanding terbalik dengan temperatur permukaan benda, diberikan oleh hukum Wien. λ = 2,9 x 10 -3 T T = Temperatur dalam Kelvin λ = Panjang gelombang dalam meter



Radiasi Radiasi yang mengenai suatu permukaan akan dipantulkan atau diserap. Cek buku hal. 58 Bambang Triatmodjo Radiasi yang diserap permukaan adalah : Ra = Ri (1- α) Ra = radiasi yang diserap Ri = radiasi yang mengenai permukaan α = koefisien refleksi (albedo) Tabel 3.4 Hal 58.



Radiasi Gelombang Pendek ● Tetapan matahari adalah banyaknya energi matahari rerata



yang jatuh ke puncak atmosfer tiap satuan luas (cm2) tegak lurus pada sinar matahari tiap menit. ● Besaran tetapan matahari 2,0 cal./cm2/men, atau 1 ly = 1



cl./cm2. ● Radiasi matahari langsung adalah radiasi matahari yang



langsung datang dari matahari. ● Radiasi langit adalah radiasi yang telah mengalami hamburan atau pemantulan dalam perjalanan di atmosfer.



Radiasi Gelombang Panjang ● Radiasi bumi (daratan)) tergantung terutama pada suhu



permukaan. ● Besar intensitas radiasi atmosfer tergantung pada suhu



udara, kadar uap air dan tutupan awan dalam atmosfer, ● Persamaan dalam perhitungan radiasi gelombang panjang,



Buku diktat Hidrologi (Bambang T. )Hal 66.



Radiasi Netto ● Radiasi netto yang diserap permuakaan bumi adalah selisih



radiasi gelombang pendek dikurangi dengan radiasi gelombang panjang. ● Persamaan



perhitungan cek Hal 67 Buku Hidrologi (Bambang T.)



1. Atmometer



● Alat pengukur evaporasi



ini cukup sederhana, berupa bejana berpori yang diisi air. Besarnya penguapan dalam jangka waktu tertentu, misalnya harian didapatkan dari nilai selisih pembacaan sebelum dan sesudah percobaan. Beberapa jenis atmometer antara lain Piche, Livingstone dan Black Bellani.



Perkiraan Evaporasi



Evaporasi dengan Panci Evaporasi ● Panci evaporasi adalah cara paling banyak digunakan untuk



mengetahui volume evaporasi dari permukaan air bebas. ● Evaporasi yang terjadi di panci lebih cepat dibanding dari



permukaan air yang luas (waduk). ● Hasil pengukuran evaporasi harus dikalikan dengan suatu



koefisien. Nilai koefisien bervariasi sekitar antara 0,6 – 0,8, biasanya nilai yang digunakan sebesar 0,7.



Panci Evaporasi Klas A



Bejana logam Tidak dicat (galvanize) Rangka kayu



1.21 m = 14’



25.4cm = 10”



4”



Neraca air di Waduk ● Neraca



air di danau atau waduk didasarkan pada persamaan kontinuitas merupakan hubungan antara air masuk, air keluar dan jumlah tampungan.



Evaporasi dengan metode transfer massa ● John Dalton (1802), mengusulkan persamaan difusi untuk



evaporasi dikenal dengan hukum Dalton. Evaporasi sebanding dengan perbedaan antara tekanan uap jenuh dan tekanan uap karena kelembaban udara. ● Persamaan nilai C dan f(u) diusulkan nilai dimasukkan



dalam persamaan oleh Seyhan (1990). Mempertimbangkan nilai u2, kecepatan angin pada ketinggian 2 m diatas permukaan air m/d.



Evaporasi dengan metode transfer massa ● Habeck (1962) memberikan persamaan baru untuk



menghitung evaporasi setelah melakukan studi terhadap 20 waduk.



Evaporasi dengan metode neraca energi ● Dua faktor utama dalam evaporasi adalah supplai energi



yang menimbulkan panas laten dan adanya transpor uap air meninggalkan permukaan evaporasi. ● Kedalaman penguapan air adalah hasil dari hubungan



antara energi dan evaporasi, dinyatakan dalam persamaan 3.19 hal 74 (Buku Hidrologi, Bambang T)



Evapotranspirasi



Alat pengukur evapotranspirasi 1.



Evapotranspirometer alat yang digunakan untuk mengukur evapotranspirasi potensial. Evaporasi dihitung dari selisih antara jumlah air yang masuk tangki dan jumlah air terkumpul di tangki pengumpul air.



2.



Lisimeter alat yang digunakan untuk mengukur evapotranspirasi aktual. Lisimeter harus bisa menggambarkan lingkungan sekitarnya seperti tanaman penutup, kondisi permukaan, tekstur tanah, porositas, infiltrasi, permeabilitas dan karaketeristik kapiler.



Rumus Thornthwaite ● Salah satu contoh rumus hitungan evapotranspirasi



potensial dengan menggunakan indeks panas bulanan adalah rumus Thornthwaite sebagai berikut ini.



dengan: ET = evapotranspirasi potensial bulanan, I = indeks panas tahunan, Tm = suhu rerata pada bulan ke m, a = konstanta.



Contoh



● Di suatu daerah yang terletak pada garis



lintang 10° lintang selatan diperoleh data temperatur rerata bulanan seperti disajikan dalam tabel berikut ini. ● Hitung evapotranspirasi potensial bulanan!



● Kemudian dihitung nilai a berdasar nilai I



yang telah diperoleh:



a = 3,725



● Dari nilai a dan I yang telah diperoleh dan



untuk setiap nilai Tm, dihitung ET setiap bulan:



ET setiap bulan



ET selama 1 tahun



Nilai ET yang telah diperoleh pada tabel di atas seharusnya masih harus dikoreksi/dikalikan dengan faktor pengali sebagai penyesuaian terhadap letak garis lintang dan bulan kalender sepanjang tahun.



Metode Blaney – Criddle ● Metode ini digunakan untuk menghitung evapotranspirasi



potensial berdasarkan data temperatur dan lama penyinaran matahari. ● Metode ini banyak digunakan untuk memperkirakan



kebutuhan air tananaman. ● Persamaan 3.21, Persamaan 3.22 dan Persamaan 3.23 cek



di buku kuliah Hidrologi Hal 81 – 82 (Bambang T).



Rumus Penman ● Rumus lain untuk memperkirakan nilai evapotranspirasi



potensial berdasarkan gabungan pendekatan cara energy balance method dan aerodynamic method juga banyak dikembangkan. Salah satu rumus yang sering dipakai di Indonesia dan beberapa negara Asia adalah rumus Penman. Rumus Penman untuk hitungan evapotranspirasi acuan (ETo) adalah sebagai berikut:



Dengan: ETo = evapotranspirasi acuan (mm/hari), W = faktor bobot temperatur, Rn = radiasi neto ekuivalen dengan nilai evaporasi (mm/hari), f(u) = fungsi faktor kecepatan angin, ea-ed = selisih tekanan uap jenuh dan nyata pada temperatur udara (mbar), c = faktor koreksi efek perubahan kondisi siang malam.