Neraca Air - Dalam Siklus Hidrolgi [PDF]

Citation preview

HIDROLOGI REKAYASA LANJUT



Surface Runoff (Aliran Permukaan/Limpasan permukaan), Surface Runoff /Limpasan permukaan terjadi bila intensitas hujan melebihi kapasitas infiltrasi tanah. Surface runoff/ Limpasan yang terkumpul dalam jumlah besar akan menghasilkan banjir. Video



Important runoff terms include: Basin/DAS – the area that drains to a single outlet point



Baseflow/Aliran pada musim kering – the long-term supply that keeps water flowing in streams Infiltration/infiltrasi – the downward movement of water through the soil surface Percolation/perkolasi – the movement of water within the soil profile Surface runoff – the movement of water across the soil surface to the stream channel Interflow/aliran dalam tanah – the relatively rapid movement of water beneath the soil surface to the stream channel Runoff/aliran – sometimes this is just the surface runoff, but it can refer to a combination of surface runoff and interflow. Infiltration rate/laju infiltrasi – the amount of water able to enter the soil in a specified time Infiltration capacity/kapasitas infiltrasi – the upper limit of the infiltration rate Surface runoff/aliran permukaan equals the rainfall or snowmelt rate minus the infiltration capacity.



Runoff is often defined as the portion of rainfall, snowmelt, and/or irrigation water that runs over the soil surface toward the stream rather than infiltrating into the soil. It is sometimes called surface runoff. For some purposes however, the definition of runoff also includes water which makes its way relatively quickly to the stream channel just below the surface. This is sometimes called interflow or subsurface runoff, and together with surface runoff makes up the volume of water that hydrologists generally refer to as runoff.



Runoff is the most important component of flood prediction. The three soil water processes are:



oThe entry or infiltration of water into the soil oThe transmission of water within the soil oThe storage of water as soil water Proses terjadinya Surface Run-off/Concept of Runoff processes



Pendekatan dalam Hidrologi Terapan



MODEL



Q



i



input



t



DAS output



t



7



Banyak pendekatan digunakan dalam hidrologi terapan. Hal ini dapat disamakan dengan model yang dapat melukiskan prototipe (dunia nyata). Secara umum model dapat dikategorikan menjadi : 1. Material, adalah model fisik yang dapat dibagi lagi menjadi: • Iconic, merupakan penyederhanaan dari sistem hidrologi yang sesungguhnya, seperti Lysimeter, simulator hujan, pemodelan DAS, • Analog, merupakan pemodelan dengan dasar pengukuran menggunakan material yang berbeda dari prototipe, misalnya arus listrik untuk memodelkan aliran air.



2. Formal, adalah model matematik, yang dibagi lagi menjadi: • Teoritis, berdasarkan persamaan dasar yang berpengaruh • Konsuptual, antara teoritis dan empiris • Empiris, berdasarkan analisis data lapangan



Pendekatan dalam Hidrologi Terapan Dalam hidrologi praktis dikenal 4 jenis model matematik : 1.



Deterministik, diformulasikan berdasarkan hukum fisika atau proses kimia, contoh penelusuran banjir kinematik,



2.



Probabilistik (statistik atau stokastik), yang didasarkan atas hukum kemungkinan (probabilitas), contoh probabilitas Gumbel,



3.



Konseptual, penyederhanaan dari proses fisik, contoh tampungan kaskade, model tangki,



4.



Parametric, melukiskan proses hidrologi dengan persamaan aljabar yang mengandung parameter yang harus dicari secara empiris, contoh Rumus Rasional.



Contoh Probabilitas Gumbel 9



Pendekatan dalam Hidrologi Terapan Model Hidrologi : –



Lumped, dapat memodelkan variasi temporal tetapi tidak dapat memodelkan variasi spasial (ruang), contoh : Unit Hidrograf



–



Distributed, dapat memodelkan variasi temporal maupun spasial, contoh analisis limpasan permukaan menggunakan teknik penelusuran banjir.



Contoh HBV Model 10



Aliran Permukaan, Banjir dan Skala DAS Secara umum DAS Kecil adalah suatu DAS dimana limpasan dapat dimodelkan dengan asumsi hujan konstan dalam ruang dan waktu. DAS ini dapat dimodelkan dengan model empiris seperti Metode Rasional. DAS Menengah adalah suatu DAS dimana limpasan dapat dimodelkan dengan asumsi hujan konstan dalam ruang dan bervariasi dalam waktu. DAS ini dapat dimodelkan dengan Unit Hidrograf.



DAS Besar adalah suatu DAS dimana limpasan hanya dapat dimodelkan dengan asumsi hujan bervariasi dalam ruang maupun waktu. DAS ini dimodelkan dengan Distributed Model. Secara umum hal ini disarikan pada Gambar berikut : 11



Aliran Permukaan, Banjir dan Skala DAS



The Accounting Budget/Neraca Air Inflow (I) – Outflow (O) = ± Change in storage (S) or



I – O = ± ΔS (Also called the continuity equation/conservation of mass.)



The amount of water in a particular location can be calculated in a general sense by using an accounting budget approach. The volume of water at any point in a hydrologic system can be viewed simply as the difference between the inflow and outflow of the system and the resulting change of storage. In other words, inflow minus outflow equals change in storage. Hydrologists also call this the continuity equation or the conservation of mass. Other more complex formula are also used in hydrology. These include methods for estimating water velocity, movement of water through a stream channel network, and movement of water through the soil, among other physical processes.



HBV Model



Persamaa Water balance/Neraca Air DAS/DPS Δs = P – (E+Et+Qg+Qs) Δs = Perubahan air cadangan suatu DAS/DPS P = Presipitasi/curah hujan E = Evaporasi Et = Evapotranspirasi Qg = aliran air tanah keluar suatu DAS/DPS Qs = Surface runoff/aliran permukaan keluar DAS/DPS 15



• 1.Contoh soal Dari kumpulan data hidrologi suatu DAS/DPS selama 40 tahun dengan luas 1000 km2, diketahui mempunyai total curah hujan rata2 2500 mm/tahun. Apabila diperkirakan besarnya evaporasi dan evapotranspirasi sebesar 500 mm/tahun, aliran air tanah keluar DAS/DPS diperkirakan 100 mm/tahun dan aliran permukaan keluar DAS/DPS 1500 mm/tahun, hitung berapa juta m3 volume dari perubahan air cadangan rata-rata setiap tahunnya.



• Penyelesaian Δs = P – (E+Et+Qg+Qs) Δs = 2500 – (500+100+1500) = 400 mm/tahun Perubahan air cadangan : Δs = (400 x 10-3 m)/tahun x 1000 (106 m2) = 400 juta m3/th



Persamaan water balance yg berhubungan dengan air permukaan saja



• Δs = P – (E+Et+I+Qs) • • Δs = Perubahan air cadangan suatu DAS/DPS • P = Presipitasi/curah hujan • E = Evaporasi • Et = Evapotranspirasi • I = Besarnya infiltrasi • Qs = Surface runoff/aliran permukaan keluar DAS/DPS



Apabila untuk periode waktu tertentu dianggap tidak ada perubahan air cadangan (Δs=0) • Δs = P – (E+Et+I+Q) • Q=P–L • L= Kehilangan air • P = Presipitasi/curah hujan • E = Evaporasi • Et = Evapotranspirasi • I = Besarnya infiltrasi • Q = Surface runoff/aliran permukaan keluar DAS/DPS Aliran permukaan sama dengan besarnya curah hujan dikurangi nilai kehilangan air



• 2Contoh soal Dari suatu DAS dengan luas 1000 km2, selama 30 tahun telah dikumpulkan data curah hujan rata-rata sebesar 2000 mm/tahun, besarnya evaporasi dan evapotranspirasi setiap tahunnya sebesar 600 mm, dan tebal aliran permukaan 1200 mm/tahun. Apabila perubahan air cadangan dianggap nol, hitung volume infiltrasi rata-rata per tahun (m3)



• Penyelesaian • Δs = P – (E+Et+I+Q) =0 • I = 2000-(600+1200) = 200 mm/th Volume infiltrasi adalah : I =(200 x 10-3 mm/tahun) x 1000 x 106 m2 ) = 200 juta m3/tahun.



3 Contoh soal Dari suatu DAS dengan luas 500 km2, berdasarkan data yang dikumpulkan selama 25 tahun diketahui bahwa tebal hujan rata2 2000 mm/tahun, diperkirakan kehilangan air akibat evaporasi, evapotranspirasi dan infiltrasi setebal 800 mm/tahun. Apabila perubahan air cadangan dari air permukaan dan dari air tanah tidak berpengaruh, hitung berapa m3/det rata2 besarnya aliran permukaan



• Q=P–L Q = 2000-800 = 1200 mm/tahun



 1200 x 10 



3











m x 500 x10 6 m 2 600 x10 6 m 3  365 x 24 x 60 x 60 3153600



Q = 19.02 m3/det



Water Balance Suatu kawasan • Δs = Am – Ak Δs = Perubahan air cadangan Am = Air masuk Ak = Air keluar



• 4 Contoh soal Dari suatu kawasan perumahan dengan DPS seluas 60ha,Selama 40 menit telah terjadi hujan dengan intensitas hujan 100 mm/jam dan menyebabkan akumulasi aliran permukaan dengan volume 30.000 m3, apabila penguapan dianggap nol, hitung tebal perubahan air cadangan dalam cm



• Penyelesaian • Δs = Am – Ak Volume air keluar adalah Ak = 30.000 m3 Volume air masuk adalah Am



0.1 Am 100 mm / jam  m / menit 60 Selama 40 menit untuk kawasan perumahan seluas 60 ha











0.1 Am 100 mm / jam  m / menit 40 60 x 10 4 m 2  4 x10 4 m 3 60 Ds = Am – Ak = 40.000- 30.000 = 10.000 m3



10.000 m 3 Ds  x 100 cm  1.66 cm 4 2 60 x10 m



Water Balance unt Waduk/reservoir • Δs = (Qi + Qg + P) – (Qo + E + I) Δs = Perubahan air cadangan waduk Qi = Debit masuk Qo = Debit keluar P = Presipitasi E = Evaporasi I = Infiltrasi



• 5 Contoh Soal Hitung volume total dan debit keluar dari suatu waduk yang luasnya 10 km2, apabila selama 30 hari tinggi muka air waduk turun sebesar 100 cm dan rata-rata debit masuk sebesar 25 m3/det. Selama periode itu tidak terjadi hujan, aliran air tanah dan infiltrasi dianggap nol



• Penyelesaian Volume total dari debit masuk selama 30 hari: Qi = 25 m3/det x 24 x 60 x 60 x 30 hari = 64.8 x 106 m3 • Δs = (Qi + Qg + P) – (Qo + E + I) Qg=0, P = 0, I=0, (selama 30 hari), maka Δs = Qi – (Qo + E ) Perubahan muka air waduk Pt = 100 cm = Δs + E Volume perubahan total untuk luas 10 km2 : VPt = (100 x 10-2 m) x 10.106 m2 = 10.106 m3 Karena waduk mengalami penurun maka nilai VPt negatif atau -V Pt = Qi – Qo atau Qi = Qo - VPt atau Qo = Qi + VPt Qo = 64.8 x 106 m3 + 10.106 m3 = 74.8 x 106 m3 /30 hari Debit rata keluar waduk selama 30 hari : Qo= 74.8 / ( 30 x 24 x 60 x 60 ) = 28.85 m3 /det



Kesimpulan • Dalam proses siklus hidrologi, proses terjadinya hubungan antara aliran air kedalam (inflow) dan aliran air keluar (outflow) di suatu daerah untuk suatu periode tertentu disebut dengan Water Balance/Water budget (Neraca Air) • Dengan konsep water balance, dapat di kembangkan atau dibuat Model RainfallRunoff (Hujan-Limpasan)