Minggu, 06 Februari 2011

KONSEP DASAR HIDROLOGI



Deskripsi Singkat

Kajian peran hidrologi hutan dalam pengelolaan daerah tangkapan air, kajian lebih ditekankan pada tinjauan secara menyeluruh terhadap komponen-komponen daur hidrologi, pengaruh antar komponen serta kaitannya dengan komponen penyusun ekosistemnya. Harapannya diperoleh hasil kajian yang mendalam dan menyangkut berbagai aspek dalam ekosistem.

Relevansi

Bagian ini merupakan dasar dan landasan bagi proses perkuliahan selanjutnya. Dengan menguasai bab ini mahasiswa dapat mengetahui ruang lingkup hidrologi hutan, sehingga mahasiswa dapat melihat permasalahan dan fenomena yang terjadi di lapangan. Selain itu mahasiswa juga akan menyadari bahwa ilmu hidrologi hutan penting untuk mendukung ilmu-ilmu yang lain dalam kaitannya dengan konsep pembangunan kehutanan berwawasan konservasi sumberdaya hutan.

Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mengikuti mata kuliah ini mahasiswa akan dapat menjelaskan konsep tentang hidrologi hutan termasuk berbagai parameter dan pengaruhnya terhadap komponen ekosistem yang lain, sehingga dapat menjadi dasar bagi proses perkuliahan selanjutnya dan menjadi bekal untuk melakukan analisis hidrologi.

Pengertian

Hidrologi adalah cabang Geografi Fisis yang berurusan dengan air di bumi, sorotan khusus pada propertis, fenomena, dan distribusi air di daratan. Khususnya mempelajari kejadian air di daratan, deskripsi pengaruh bumi terhadap air, pengaruh fisik air terhadap daratan, dan mempelajari hubungan air dengan kehidupan di bumi. (Linsley et al, 1949)
v  Ruang lingkup hidrologi mencakup :
  1. pengukuran, mencatat, dan publikasi data dasar.
  2. deskripsi propertis, fenomena, dan distribusi air di daratan.
  3. analisa data untuk mengembangkan teori-teori pokok yang ada pada hidrologi.
  4. aplikasi teori-teori hidrologi untuk memecahkan masalah praktis.
Hidrologi bukanlah ilmu yang berdiri sendiri, tetapi ada hubungan dengan ilmu lain, seperti meteorologi, klimatologi, geologi, agronomi kehutanan, ilmu tanah, dan hidrolika.
Menurut The International Association of Scientific Hydrology,
v  hidrologi dapat dibagi menjadi :
  1. Potamologi (Potamology), khusus mempelajari aliran permukaan (surface streams)
  2. Limnologi (Limnology), khusus mempelajari air danau
  3. Geohidrologi (Geohydrology), khusus mempelajari air yang ada di bawah permukaan tanah (mempelajari air tanah = groundwater)
  4. Kriologi (Cryology), khusus mempelajari es dan salju
  5. Hidrometeorologi (Hydrometeorology), khusus mempelajari problema-problema yang ada diantara hidrologi dan meteorologi.

Ruang Lingkup Hidrologi

Hidrologi hutan merupakan suatu ilmu fenomena yang berkaitan dengan air yang dipengaruhi oleh penutupan hutan. Sesuai dengan batasan subyek yang ada yaitu hidrologi hutan maka bahasan selanjutnya merupakan hidrologi terapan dengan lingkup operasionalnya adalah daerah aliran sungai terutama yang bervegetasi hutan atau yang dapat berfungsi sebagai vegetasi hutan serta daerah yang dipengaruhi oleh kawasan tersebut.
Model Sederhana Siklus Hidrologi

modelsederhana.gif

Pengenalan Istilah-istilah Hidrologi

a. Presipitasi

Hujan (presipitasi) merupakan masukan utama dari daur hidrologi dalam DAS. Dampak kegiatan pembangunan terhadap proses hidrologi sangat dipengaruhi intensitas, lama berlangsungnya, dan lokasi hujan. Karena itu perencana dan pengelola DAS harus memperhitungkan pola presipitasi dan sebaran geografinya.

b. Intersepsi

Hujan yang jatuh di atas tegakan pohon sebagian akan melekat pada tajuk daun maupun batang, bagian ini disebut tampungan/simpanan intersepsi yang akhirnya segera menguap. Besar kecilnya intersepsi dipengaruhi oleh sifat hujan (terutama intensitas hujan dan lama hujan), kecepatan angin, jenis pohon (kerapatan tajuk dan bentuk tajuk). Simpanan intersepsi pada hutan pinus di Italia utara sekitar 30% dari hujan (Allewijn, 1990). Intersepsi tidak hanya terjadi pada tajuk daun bagian atas saja, intersepsi juga terjadi pada seresah di bawah pohon. Intersepsi akan mengurangi hujan yang menjadi run off.

c. Throughfall, Crown drip, Steamflow

Hujan yang jatuh di atas hutan ada sebagian yang dapat jatuh langsung di lantai hutan melalui sela-sela tajuk, bagian hujan ini disebut throughfall. Simpanan intersepsi ada batasnya, kelebihannya akan segera tetes sebagai crown drip. Steamflow adalah aliran air hujan yang lewat batang, besar kecilnya stemflow dipengaruhi oleh struktur batang dan kekasaran kulit batang pohon.

I = Infiltrasi
PL = perkolasi
Eo = evaporasi
SF = steamflow
TF = throughflow
Pg = gross precipitation
T = transpiration
drip = crowndrip

d. Infiltrasi dan Perkolasi

Proses berlangsungnya air masuk ke permukaan tanah kita kenal dengan infiltrasi, sedang perkolasi adalah proses bergeraknya air melalui profil tanah karena tenaga gravitasi. Laju infiltrasi dipengaruhi tekstur dan struktur, kelengasan tanah, kadar materi tersuspensi dalam air juga waktu.

e. Kelengasan Tanah

Kelengasan tanah menyatakan jumlah air yang tersimpan di antara pori-pori tanah. Kelengasan tanah sangat dinamis, hal ini disebabkan oleh penguapan melalui permukaan tanah, transpirasi, dan perkolasi. Pada saat kelengasan tanah dalam keadaan kondisi tinggi, infiltrasi air hujan lebih kecil daripada saat kelengasan tanah rendah. Kemampuan tanah menyimpan air tergantung dari porositas tanah.

f. Simpanan Permukaan (Surface Storage)

Simpanan permukaan ini terjadi pada depresi-depresi pada permukaan tanah, pada perakaran pepohonan atau di belakang pohon-pohon yang tumbang. Simpanan permukaan menghambat atau menunda bagian hujan ini mencapai limpasan permukaan dan memberi kesempatan bagi air untuk melakukan infiltrasi dan evaporasi.

g. Runoff Runoff

Adalah bagian curahan hujan (curah hujan dikurangi evapotranspirasi dan kehilangan air lainnya) yang mengalir dalam air sungai karena gaya gravitasi; airnya berasal dari permukaan maupun dari subpermukaan (sub surface). Runoff dapat dinyatakan sebagai tebal runoff, debit aliran (river discharge) dan volume runoff.

h. Limpasan Permukaan (Surface Runoff)

Limpasan permukaan (Surface Runoff) adalah bagian curah hujan setelah dikurangi dengan infiltrasi dan kehilangan air lainnya. Limpasan permukaan ini berasal dari overlandflow yang segera masuk ke dalam alur sungai. Aliran ini merupakan komponen aliran banjir yang utama.

i. Aliran Bawah Permukaan (Subsurface Runoff)

Aliran bawah permukaan merupakan bagian dari presipitasi yang mengalami infiltrasi dalam tanah yang kemudian mengalir di bawah permukaan tanah dan menuju alur sungai sebagai rembesan maupun mata air.

j. Proses Runoff

1. Periode Tidak Hujan (Kemarau)

a. Input dari hujan = nol
b. Air tanah mengalir masuk alur sebagai aliran dasar, maka freatik turun terus
c. Evapotranspirasi menambah defisiensi lengas tanah
d. Hidrograf aliran berupa kurva deplesi.


2. Periode Hujan Awal

a. Awal musim hujan, mulai ada hujan
b. Sebagian hujan menjadi intersepsi
c. Sebagian menjadi simpanan depresi
d. Surface Runoff hampir tidak ada, air hujan digunakan untuk membasahi tanah (Lengas tanah meningkat).
e. Hidrograf aliran agak bergeser ke atas karena ada sebagian hujan yang jatuh langsung di alur sungai
f. Muka freatik masih turun terus karena aliran dasar masih berlangsung dan air infiltrasi belum mencapai muka freatik.


3. Periode Hujan

a. Intersepsi mencapai kapasitas maksimum, stemflow dan througfall terjadi
b. Simpanan depresi maksimum
c. Surface runoff mulai terjadi, sehingga aliran sungai naik.
d. Soil Moisture Deficiency berkurang
e. Air Infiltrasi dan perkolasi belum mencapai muka freatik (air tanah belum naik).

4. Saat Hujan Berhenti

a. Di permukaan tanah masih ada air dan mengalir
b. Infiltrasi terus berlangsung
c. Stream runoff berasal dari channel storage
d. Channel storage berkurang dan habis
e. Stream runoff dari groundwater

5. Saat tak ada Hujan

a. Lengas tanah pada kapasitas lapang
b. Input air tak ada, lengas tanah berkurang
c. Air perlokasi mencapai muka freatik air tanah mendapat recharge
d. Kurva deplesi terus berlangsung, stream runoff menyusut.
e. Air tanah naik

6. Hubungan aliran sungai dan air tanah

Pada lembah sungai yang cukup dalam sehingga muka freatik terpotong maka banyak mata air dan rembesan disepanjang alur sungai, untuk daerah yang airtanahnya dalam, keadaan ini tidak terjadi.
Memperhatikan kontinyuitas aliran dan kedudukan muka freatik ada
3 macam tipe aliran yaitu :
a) Efemeral,
b) Intermitten dan
c) Perenial.


l. Daerah Aliran Sungai (DAS)

DAS adalah kawasan yang dibatasi oleh pemisah topografi (igir pegunungan), kawasan tersebut menampung, menyimpan dan mengalirkan air malalui sistem sungai dan mengeluarkannya melalui titik tunggal (single outlet). Respon DAS terhadap hujan terdiri dari respon DAS pada limpasan langsung (direct runoff) dan respon DAS pada aliran dasar (baseflow).
konsepdas.gif
Konsep DAS dan Sistem DAS


DAS sebagai suatu sistem selalu ada masukan (input), proses dan keluaran (output).
Masukan :
  • Curah hujan (alami)
  • Teknologi (buatan)

Keluaran :
  • Aliran
  • Sedimen
  • EvapotranspirasiProses, terdiri dari beberapa variabel.
v  Proses yang berpengaruh terhadap pengubahan hujan menjadi runoff.
  • Infiltrasi & Perlokasi
  • Evapotranspirasi
  • Penampungan air/aliran
  • Perjalanan aliran atau pemindahan aliran


2.Peran Hutan Dalam Pengendalian Daur Air

Deskripsi Singkat

Kajian tentang peran hutan dalam pengendalian daur air dan longsor lahan sangat diperlukan sebagai suatu proses dalam pengenalan dan pemahaman fungsi hutan yang sangat beragam. Diharapkan mahasiswa semakin memahami bahwa peran dan fungsi hutan tidak hanya sebagai penghasil hasil hutan yaitu kayu saja akan tetapi ada fungsi-fungsi lain dari hutan yang dapat memberikan manfaat lebih besar bagi lingkungan dan manusia itu sendiri.
Peran hutan yang penting dan menjadi materi utama dalam bagian ini adalah sebagai penyedia jasa lingkungan melalui perannya dalam mengendalikan daur air kawasan dan perannya dalam mengendalikan longsor lahan.
Relevansi
Bagian ini merupakan dasar dan landasan bagi pemahaman peran hutan dalam penyedia jasa lingkungannya. Mahasiswa dapat mengetahui ruang lingkup peran dan fungsi hutan, sehingga meningkatkan kejelian mahasiswa dalam melihat permasalahan dan fenomena yang terjadi di lapangan. Selain itu mahasiswa juga akan menyadari bahwa peran dan fungsi hutan sangat penting untuk mendukung keseimbangan ekosistem dan lingkungan serta memberikan manfaat yang sangat besar bagi kehidupan manusia melalui berbagai jasa lingkungannya.

Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mengikuti kuliah pada bab ini mahasiswa diharapkan mengerti dan memahami peran dan fungsi hutan dalam pengendalian daur air kawasan dan pengendalian longsor lahan. Harapannya mahasiswa lebih cermat dan tanggap dalam melihat fenomena yang terjadi sehingga mampu memberikan kontribusi nyata sesuai kapasitasnya sebagai mahasiswa.

Peran Hutan

Sangat banyak harapan yang ditopangkan kepada hutan di dalam rangka pengendalian daur air suatu kawasan. Hal ini disebabkan karena secara keseluruhan peran hutan dengan vegetasinya banyak yang bisa diharapkan, walaupun peran tersebut sangat dibatasi oleh beberapa faktor antara lain :
  1. Sifat pertumbuhannya yang dinamik yang tergantung kepada waktu dan musim.
  2. Nilai perannya juga ditentukan oleh struktur hutannya, luasnya, komposisi jenisnya, keadaan pertumbuhannya serta letaknya.
  3. Nilai perannya untuk suatu keadaan ekosistem hutan tertentu juga dibatasi oleh iklim, keadaan geologi, geomorfologi dan watak tanahnya.
v  Secara lebih rinci peran hutan dapat diterangkan sebagai berikut (Pusposutardjo, 1984) :
  1. Sebagai pengurang atau pembuang cadangan air di bumi melalui proses :
    1. Evapotranspirasi
    2. Pemakaian air konsumtif untuk pembentukan jaringan tubuh vegetasi.
  2. Sebagai penghalang untuk sampainya air di bumi melalui proses intersepsi.
  3. Sebagai pengurang atau peredam energi kinetik aliran air lewat :
    1. Tahanan permukaan dari bagian batang di permukaan
    2. Tahanan aliran air permukaan karena adanya seresah di permukaan.
  4. Sebagai pendorong ke arah perbaikan kemampuan watak fisik tanah untuk memasukkan air lewat sistem perakaran, penambahan dinamika bahan organik ataupun adanya kenaikan kegiatan biologik di dalam tanah.
Peranan kawasan hutan sebagai pengendali daur air dapat dilihat dari dua sudut pandangan yaitu menyediakan air dengan konsep panen air (water harvesting) dan dengan konsep menjamin penghasilan air (water yield). Jumlah air yang dapat dipanen tergantung pada jumlah aliran permukaan (run off) yang dapat digunakan, sedang jumlah air yang dapat dihasilkan bergantung pada debit air tanah. Kedua tujuan tersebut memerlukan perlakuan yang berbeda.
Untuk meningkatkan panenan air, infiltrasi dan perkolasi harus dikendalikan, sedang untuk meningkatkan penghasilan air, infiltrasi dan perkolasi justru yang harus ditingkatkan. Konsep penghasil air menjadi azas pengembangan sumber air di kawasan beriklim basah, karena konsep panen air akan membawa resiko besar, berupa peningkatan erosi dan juga akan banyak memboroskan lahan untuk menampungnya.
Faktor Penyebab Longsor Lahan
Beberapa faktor yang menyebabkan suatu kawasan menjadi rawan longsor antara lain :
  1. Faktor internal
    1. Genesis morfologi lereng (perubahan kemiringan dari landai ke curam)
    2. Geologi (jenis batuan, sifat batuan, stratigrafi dan tingkat pelapukan)
      • Jenis batuan/tanah
      • - Tanah tebal dengan tingkat pelapukan sudah lanjut
    3. Kembang kerut tanah tinggi : lempung
      • Sedimen berlapis (tanah permeabel menumpang pada tanah impermeabel)
      • Perlapisan tanah/batuan searah dengan kemiringan lereng.
    4. Tektonik dan Kegempaan
      • Sering mengalami gangguan gempa
      • Mekanisme tektonik penurunan lahan
  2. Faktor luar (eksternal)
    1. Morfologi atau Bentuk Geometri Lereng
      • Erosi lateral dan erosi mundur (backward erosion) yang intensif menyebabkan terjadinya penggerusan di bagian kaki lereng, akibatnya lereng makin curam. Makin curam suatu kemiringan lereng, makin kecil nilai kestabilannya.
      • Patahan yang mengarah keluar lereng
    2. Hujan
      • Akibat hujan terjadi peningkatan kadar air tanah, akibatnya menurunkan ketahanan batuan.
      • Kadar air tanah yang tinggi juga menambah beban mekanik tanah.
      • Sesuai dengan letak dan bentuk bidang gelincir, hujan yang tinggi menyebabkan terbentuknya bahan gelincir.
    3. Kegiatan Manusia
      • Mengganggu kestabilan lereng misal dengan memotong lereng.
      • Melakukan pembangunan tidak mengindahkan tata ruang wilayah/tata ruang desa.
      • Mengganggu vegetasi penutup lahan sehingga aliran permukaan melimpah misal dengan over cutting, penjarahan atau penebangan tak terkendali, hal ini akan menyebabkan erosi mundur maupun erosi lateral.
      • Menambah beban mekanik dari luar misal penghijauan atau hasil reboisasi yang sudah terlalu rapat dan pohonnya sudah besar-besar di kawasan rawan longsor lahan dan tidak dipanen.

Karakteristik kawasan rawan longsor antara lain :
    1. Kawasan yang mempunyai kelerengan ≥20 %
    2. Tanah pelapukan tebal
    3. Sedimen berlapis : Lapisan permeabel menumpang pada lapisan impermeabel
    4. Tingkat kebasahan tinggi (curah hujan tinggi)
    5. Erosi lateral intensif sehingga menyebabkan terjadinya penggerusan di bagian kaki lereng, akibatnya lereng makin curam.
    6. Mekanisme tektonik penurunan lahan
    7. Patahan yang mengarah keluar lereng
    8. Dip Perlapisan sama dengan Dip Lereng
    9. Makin curam lereng, makin ringan nilai kestabilannya.
Pengendalian Longsor Lahan
Pencegahan atau mengurangi longsor lahan dengan usaha-usaha antara lain :
  1. Menghindari atau mengurangi penebangan pohon yang tidak terkendali dan tidak terencana (over cutting, penebangan cuci mangkuk, dan penjarahan).
  2. Penanaman vegetasi tanaman keras yang ringan dengan perakaran intensif dan dalam bagi kawasan yang curam dan menumpang di atas lapisan impermeabel.
  3. Mengembangkan usaha tani ramah longsor lahan seperti penanaman hijauan makanan ternak (HMT) melalui sistem panen pangkas.
  4. . Mengurangi beban mekanik pohon-pohon yang besar-besar yang berakar dangkal dari kawasan yang curam dan menumpang di atas lapisan impermeabel.
    Penjarangan untuk Mengurangi Beban Tanah
  5. Membuat Saluran Pembuangan Air (SPA) pada daerah yang berhujan tinggi dan merubahnya menjadi Saluran Penampungan Air dan Tanah (SPAT) pada hujan yang rendah.
  6. Mengurangi atau menghindari pembangunan teras bangku di kawasan yang rawan longsor lahan yang tanpa dilengkapi dengan SPA dan saluran drainase di bawah permukaan tanah untuk mengurangi kandungan air dalam tanah.
  7. Mengurangi intensifikasi pengolahan tanah daerah yang rawan longsor.
  8. Membuat saluran drainase di bawah permukaan (mengurangi kandungan air dalam tanah).
  9. Bila perlu, bisa dilengkapi bangunan teknik sipil/bangunan mekanik.
Contoh jenis tanaman yang mempunyai akar tunggang dalam dan akar cabang banyak yang berakar tunggang dalam dengan sedikit akar cabang sebagai berikut :
  1. Pohon-pohon yang mempunyai akar tunggang dalam dan akar cabang banyak.
    1. Aleurites moluccana (kemiri)
    2. Vitex pubescens (laban)
    3. Homalium tomentosum (dlingsem)
    4. Lagerstroemia speciosa (bungur)
    5. Melia azedarach (mindi)
    6. Cassia siamea (johar)
    7. Acacia villosa
    8. Eucalyptus alba
    9. Leucaena glauca
  2. Pohon-pohon yang mempunyai akar tunggang dalam dengan sedikit akar cabang
    1. Swietenia macrophylla (mahoni daun besar)
    2. Gluta renghas (renghas)
    3. Tectona grandis (jati)
    4. Schleichera oleosa (kesambi)
    5. Pterocarpus indicus (sono kembang)
    6. Dalbergia sissoides (sono keling)
    7. Dalbergia latifolia
    8. Cassia fistula (trengguli)
    9. Bauhinia hirsula (tayuman)
    10. Tamarindus indicus (asam jawa)
    11. Acacia leucophloea (pilang)

KONSEP NERACA AIR

Deskripsi Singkat

Neraca air merupakan alat untuk mendekati nilai-nilai hidrologis proses yang terjadi di lapangan. Secara garis besar neraca air merupakan penjelasan tentang hubungan antara aliran ke dalam (In flow) dan aliran ke luar (out flow) di suatu daerah untuk suatu periode tertentu dari proses sirkulasi air. Neraca air juga dapat didefinisikan sebagai selisih antara jumlah air yang diterima oleh tanaman dan kehilangan air dari tanaman beserta tanah melalui proses evapotranspirasi.

Relevansi

Bagian ini memberikan penjelasan kepada mahasiswa tentang berbagai proses hidrologi yang terjadi pada suatu kawasan dan memberikan gambaran tentang neraca air yang ada. Pemahaman mahasiswa terhadap konsep neraca air bisa dijadikan bekal untuk mengelola suatu kawasan hutan yang mampu memberikan peran bagi kawasan disekitarnya.

Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mengikuti kuliah pada bagian ini mahasiswa diharapkan mengerti dan memahami konsep neraca air terutama dalam kawasan hutan. Harapannya dengan mengetahui konsep neraca air, mahasiswa dapat menganalisa dan mendesain pembangunan hutan yang memiliki tujuan-tujuan tertentu misalnya untuk penyediaan sumberdaya air kawasan.
Daur Hidrologi
Gambar diatas dapat diketahui bahwa penggerak daur hidrologi adalah matahari dan air akan bergerak tanpa awalan dan tanpa akhiran. Keberadaan hutan hanya akan berpengaruh terhadap beberapa komponen dalam seluruh daur hidrologi tersebut. Meskipun demikian karena masing-masing komponen dalam daur hidrologi tersebut akan saling berkaitan maka keberadaan hutan akan memberikan pengaruh yang nyata dalam daur ini. Pengaruh hutan dalam daur air ini akan mulai nampak semenjak hujan jatuh, yang sebagian akan terintersepsi baik di tajuk maupun di seresah, sebagian akan terbuang kembali ke angkasa melalui proses evapotranspirasi.
Dalam lanjutan proses sebagai aliran permukaan daur air infiltrasi, perjalanan air tersebut juga dipengaruhi oleh adanya tahanan batang dan seresah hutan.
Dengan demikian vegetasi hutan akan ikut merubah pola keseimbangan energi matahari sebagai penggerak utama proses daur hidrologi.

Neraca Air dalam Daerah Aliran Sungai

Daerah aliran sungai (River Basin, drainage basin, watershed).
Persamaan neraca air dalam daerah aliran sungai dapat disederhanakan menjadi :
P = Qo + Ea ± ΔS
Keterangan :
P= Presipitasi yang jatuh kedalam DAS
Qo= Aliran sungai yang keluar dari DAS di outletnya
Ea= Evapotranspirasi
ΔS= Perubahan timbunan air dalam DAS

neracaair.jpg
Gambar 21. Neraca Air Pada Daerah Aliran Sungai
Neraca air tersebut di atas menganggap tidak adanya masukan atau keluaran air dari DAS yang disebelahnya. Kalau ada masukan ataupun keluaran yang terjadi karena keadaan struktur geologi dan litologinya (batuan) maka persamaan neraca air ditulis dengan persamaan :

P + Qsi = Qo + Qso + Ea + ΔS
Keterangan :
Qsi= Aliran masuk bawah permukaan (Transbasin Ground Waterinflow)
Qso = Aliran keluar bawah permukaan (Transbasin Ground water Outflow

PRESIPITASI

Deskripsi Singkat

Presipitasi (hujan) merupakan salah satu komponen hidrologi yang paling penting. Hujan adalah peristiwa jatuhnya cairan (air) dari atmosfer ke permukaan bumi. Hujan merupakan salah satu komponen input dalam suatu proses dan menjadi faktor pengontrol yang mudah diamati dalam siklus hidrologi pada suatu kawasan (DAS). Peran hujan sangat menentukan proses yang akan terjadi dalam suatu kawasan dalam kerangka satu sistem hidrologi dan mempengaruhi proses yang terjadi didalamnya. Mahasiswa akan belajar tentang bagaimana proses terjadinya hujan, faktor-faktor apa saja yang mempengaruhinya, bagaimana karakteristik hujannya dan mempelajari cara menghitung rata-rata hujan pada sutau kawasan dengan berbagai model penghitungan rata-rata hujan.

 

 

Relevansi

Dengan mempelajari proses terjadinya, faktor yang berpengaruh dan karakteristik hujan mahasiswa memahami berbagai fenomena alam yaitu hujan dan dapat melakukan penghitungan karakteristik hujan untuk dapat digunakan sebagai suatu data input dari sistem hidrologi dengan menempatkan stasiun pengukuran hujan yang tepat dan efektif sehingga mahasiswa mampu melakukan analisis hujan untuk pembangunan kawasan hutan.

Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mempelajari bab ini mahasiswa akan mengerti dan memahami proses terjadinya hujan, faktor-faktor yang mempengaruhi, mampu memilih lokasi pemasangan stasiun hujan dan mampu melakukan perhitungan data hujan untuk analisis hidrologi suatu kawasan, sehingga tujuan proses pembelajaran dapat tercapai.

Pengertian

Presipitasi adalah peristiwa jatuhnya cairan (dapat berbentuk cair atau beku) dari atmosphere ke permukaan bumi. Presipitasi cair dapat berupa hujan dan embun dan presipitasi beku dapat berupa salju dan hujan es. Dalam uraian selanjutnya yang dimaksud dengan presipitasi adalah hanya yang berupa hujan.
v  Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya presipitasi diantara lain berupa :
  1. Adanya uap air di atmosphere
  2. Faktor-faktor meteorologis
  3. Lokasi daerah
  4. Adanya rintangan misal adanya gunung.

Jaringan Pengukur Hujan

Dengan segala kekurangan dan kelebihannya, alat pengukur hujan ada 2 macam yaitu alat pengukur hujan manual dan alat pengukur hujan otomatik.
v  Beberapa persyaratan yang harus dipenuhi pada saat menempatkan alat pengukur hujan yaitu :
  1. Harus diletakkan di tempat yang bebas halangan atau pada jarak 4 kali tinggi obyek penghalang.
  2. Alat harus tegak lurus dan tinggi permukaan penakar antara 90-120 cm di atas permukaan tanah.
  3. Bebas dari angin balik
  4. Alat harus dilindungi baik dari gangguan binatang maupun manusia.
  5. Secara teknis alat harus standart.
  6. Dekat dengan tenaga pengamat.
v  Kepadatan minimum jaringan hujan berikut ini telah direkomendasi guna maksud-maksud hidro meteorologis umum (Linsley, et-al, 1982) :
  1. Untuk daerah datar, beriklim sedang, mediteranean dan zona tropis 600 - 900 km2 untuk setiap stasiun
  2. Untuk daerah-daerah pegunungan beriklim sedang, mediteranean dan zone tropis, 100 - 250 km2 untuk setip stasiun.
  3. Untuk pulau-pulau dengan pegunungan kecil dengan hujan yang beraturan, 25 km2 untuk setiap stasiun.
  4. Untuk zone-zone kering dan kutub, 1500-10.000 km2 untuk setiap stasiun.

Penghitungan Hujan Rata-Rata Suatu Daerah

Hasil pengukuran data hujan dari masing-masing alat pengukuran hujan adalah merupakan data hujan suatu titik (point rainfall). Padahal untuk kepentingan analisis yang diperlukan adalah data hujan suatu wilayah (areal rainfall).
v  Ada beberapa cara untuk mendapatkan data hujan wilayah yaitu :
  1. Cara rata-rata aljabar
  2. Cara poligon thiessen
  3. Cara isohiet

1. Cara Rata-rata Aljabar

Cara ini merupakan cara yang paling sederhana yaitu hanya dengan membagi rata pengukuran pada semua stasiun hujan dengan jumlah stasiun dalam wilayah tersebut. Sesuai dengan kesederhanaannya maka cara ini hanya disarankan digunakan untuk wilayah yang relatif mendatar dan memiliki sifat hujan yang relatif homogen dan tidak terlalu kasar.
rata2aljabar.jpg

 

2.Cara Poligon Thiessen

Cara ini selain memperhatikan tebal hujan dan jumlah stasiun, juga memperkirakan luas wilayah yang diwakili oleh masing-masing stasiun untuk digunakan sebagai salah satu faktor dalam menghitung hujan rata-rata daerah yang bersangkutan. Poligon dibuat dengan cara menghubungkan garis-garis berat diagonal terpendek dari para stasiun hujan yang ada.
pologonthiesen.jpg

3. Cara Isohiet

Isohiet adalah garis yang menghubungkan tempat-tempat yang mempunyai tinggi hujan yang sama. Metode ini menggunakan isohiet sebagai garis-garis yang membagi daerah aliran sungai menjadi daerah-daerah yang diwakili oleh stasiun-stasiun yang bersangkutan, yang luasnya dipakai sebagai faktor koreksi dalam perhitungan hujan rata-rata.
caraisohiet.jpg
INFILTRASI

Deskripsi Singkat

Infiltrasi dari segi hidrologi penting, karena hal ini menandai peralihan dari air permukaan yang bergerak cepat ke air tanah yang bergerak lambat dan air tanah. Kapasitas infiltrasi suatu tanah dipengaruhi oleh sifat-sifat fisiknya dan derajat kemampatannya, kandungan air dan permebilitas lapisan bawah permukaan, nisbi air, dan iklim mikro tanah. Air yang berinfiltrasi pada sutu tanah hutan karena pengaruh gravitasi dan daya tarik kapiler atau disebabkan juga oleh tekanan dari pukulan air hujan pada permukaan tanah.

Relevansi

Dengan mempelajari proses terjadinya dan faktor yang berpengaruh dalam proses infiltrasi terutama pada infiltrasi di bawah tegakan hutan, mahasiswa memahami berbagai fungsi penting dari hutan sebagai salah satu media untuk meningkatkan proses masuknya air ke dalam tanah sehingga peran hutan dalam mengendalikan aliran permukaan nampak lebih jelas. Dengan memahami proses dan cara pengukurannya, mahasiswa dapat melakukan analisis dan mendesain pembangunan/pengelolaan suatu kawasan hutan dengan memperhatikan peran proses infiltrasi di dalamnya.

Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mempelajari bab ini mahasiswa akan mengerti dan memahami proses infiltrasi, faktor-faktor yang mempengaruhi, mampu melakukan pengukuran dan perhitungan untuk untuk analisis hidrologi suatu kawasan.

Pengertian

Infiltrasiadalah proses masuknya air dari permukaan ke dalam tanah. Perkolasi adalah gerakan aliran air di dalam tanah (dari zone of aeration ke zone of saturation). Infiltrasi berpengaruh terhadap saat mulai terjadinya aliran permukaan dan juga berpengaruh terhadap laju aliran permukaan (run off).

Faktor yang Berpengaruh Terhadap Laju Infiltrasi

Beberapa faktor internal dan eksternal yang mempengaruhi laju infiltrasi adalah :
  1. Dalamnya genangan di atas permukaan tanah dan tebal lapisan yang jenuh.
  2. Kelembaban tanah
  3. Pemampatan tanah oleh curah hujan
  4. Penyumbatan oleh bahan yang halus (bahan endapan)
  5. Pemampatan oleh orang dan hewan
  6. Struktur tanah
  7. Tumbuh-tumbuhan
  8. Udara yang terdapat dalam tanah
  9. Topografi
  10. Intensitas hujan
  11. Kekasaran permukaan
  12. Mutu air
  13. Suhu udara
  14. Adanya kerak di permukaan.

Apabila faktor-faktor di atas dipisahkan maka akan terbagi menjadi 2 faktor pengaruh utama yaitu :

  1. Faktor yang mempengaruhi air untuk tinggal di suatu tempat sehingga air mendapat kesempatan untuk berinfiltrasi.
  2. Faktor yang mempengaruhi proses masuknya air ke dalam tanah.

Penghitungan Infiltrasi Menggunakan Rumus Horton

f = fc + ( fo - fc ) e-kt
Rumus ini berlaku apabila i > f
f = infiltration capacity at any time t
fc = the value of infiltration after it reaches a constant value
fo = infiltration capacity at the start
k = a constant
t = time from the beginning of precipitation

Contoh penghitungan infiltrasi :





6.Evapotranspirasi

Deskripsi Singkat

Evaporasi merupakan proses fisis perubahan cairan menjadi uap, hal ini terjadi apabila air cair berhubungan dengan atmosfer yang tidak jenuh, baik secara internal pada daun (transpirasi) maupun secara eksternal pada permukaan-permukaan yang basah. Suatu tajuk hutan yang lebat menaungi permukaan di bawahnya dari pengaruh radiasi matahari dan angin yang secara drastis akan mengurangi evaporasi pada tingkat yang lebih rendah. Transpirasi pada dasarnya merupakan salah satu proses evaporasi yang dikendalikan oleh proses fotosintesis pada permukaan daun (tajuk). Perkiraan evapotranspirasi adalah sangat penting dalam kajian-kajian hidrometeorologi.

Relevansi

Dengan mempelajari proses terjadinya, faktor-faktor yang berpengaruh terhadap evapotranspirasi, mahasiswa dapat melakukan analisis neraca air suatu kawasan hutan melalui pendekatan dari model-model penghitungan evapotranspirasi yang ada. Dengan menguasai metode ini diharapkan mahasiswa mampu melakukan pengelolaan hutan dengan mendasarkan pada hasil neraca airnya.

Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mempelajari bagian ini, mahasiswa dapat melakukan pengukuran dan analisis evapotranspirasi melalui pendekatan model-model neraca air. Harapannya mahasiswa mampu melakukan monitoring dan evaluasi suatu kawasan hutan melalui pendekatan neraca air kawasannya.

Pengertian dan Faktor Evapotranspirasi

Peristiwa berubahnya air menjadi uap dan bergerak dari permukaan tanah dan permukaan air ke udara disebut evaporasi (penguapan). Peristiwa pengauapan dari tanaman disebut transpirasi. Kedua-duanya bersama-sama disebut evapotranspirasi.
Faktor-faktor utama yang berpengaruh adalah (Ward dalam Seyhan, 1977) :
  1. Faktor-faktor meteorologi
    1. Radiasi Matahari
    2. Suhu udara dan permukaan
    3. Kelembaban
    4. Angin
    5. Tekanan Barometer
  2. Faktor-faktor Geografi
    1. Kualitas air (warna, salinitas dan lain-lain)
    2. Jeluk tubuh air
    3. Ukuran dan bentuk permukaan air
  3. Faktor-faktor lainnya
    1. Kandungan lengas tanah
    2. Karakteristik kapiler tanah
    3. Jeluk muka air tanah
    4. Warna tanah
    5. Tipe, kerapatan dan tingginya vegetasi
    6. Ketersediaan air (hujan, irigasi dan lain-lain)
Model-model Analisis Evapotranspirasi
Perkiraan evapotranspirasi adalah sangat penting dalam kajian-kajian hidrometeoro-logi. Pengukuran langsung evaporasi maupun evapotranspirasi dari air maupun permukaan lahan yang luas akan mengalami banyak kendala. Untuk itu maka dikembangkan beberapa metode pendekatan dengan menggunakan input data-data yang diperkirakan berpengaruh terhadap besarnya evapotranspirasi. Apabila jumlah air yang tersedia tidak menjadi faktor pembatas, maka evapotranspirasi yang terjadi akan mencapai kondisi yang maksimal dan kondisi itu dikatakan sebagai evapotranspirasi potensial tercapai atau dengan kata lain evapotranspirasi potensial akan berlangsung bila pasokan air tidak terbatas bagi stomata maupun permukaan tanah.
Pada daerah-daerah yang kering besarnya evapotranspirasi sangat tergantung pada besarnya hujan yang terjadi dan evapotranspirasi yang terjadi pada saat itu disebut evapotranspirasi aktual.

Analisis Evapotranspirasi Metode Meyer

E = 0,35 (ea – ed) (1 + V/100) mm/hari
Ed = ea * RH
ea ===>lihat tabel berdasar t bola kering
RH ===>lihat tabel berdasar t bola basah & Δ t
V = kecepatan angin (mile/hari)

Evapotranspirasi merupakan faktor dasar untuk menentukan kebutuhan air dalam rencana irigasi dan merupakan proses yang penting dalam siklus hidrologi.

Analisis Evapotranspirasi Potensial Metode Thornwaite

Data yang diperlukan dalam metode ini adalah suhu rata-rata bulanan yang didapat dari suhu rata-rata harian. Data tersebut dianalisis dengan rumus-rumus :
1.jpg

Analisis Neraca Air Metode Thornwaite Mather

Perhitungan neraca air menurut fungsi meteorologis sangat berguna untuk evaluasi ketersediaan air di suatu wilayah terutama untuk mengetahui kapan ada surplus dan defisit air. Neraca air ini umumnya dihitung dengan metoda Thornthwaite Mather.
Data yang diperlukan berupa :
1. Curah hujan bulanan
2. Suhu udara bulanan
3. Penggunaan lahan
4. Jenis tanah atau tekstur tanah
5. Letak garis lintang

Langkah-langkah perhitungan :
  1. Hitung suhu udara bulanan rata-rata
    Data suhu udara pada umumnya sulit diperoleh, oleh karena itu suhu udara dapat diperkirakan dengan data suhu yang ada di suatu tempat :Δ t = 0,006 x Δ ht1 = t
    2 ± ΔtΔ h = beda tinggi tempat lokasi 1 dengan lokasi 2 (dalam meter)Δ t = beda suhu udara (Δ C);t2 = suhu udara di lokasi 2.
  2. Hitung Evapotranspirasi dengan metode Thornthwaite Mather (Ep)
  3. Hitung selisih hujan (P) dengan evapotranspirasi
  4. Hitung “accumulated potential water losses” (APWL)
  5. Hitung “Water Holding Capacity” (Sto) berdasar Tabel (Lampiran 4)
  6. Hitung soil moisture storage (St.)
    2.jpg
    Sto dihitung atas dasar data tekstur tanah, kedalaman akar
  7. Hitung delta St tiap bulannyaΔ st = Sti bulan ke i dikurangi St bulan ke (i – 1)
  8. Hitung evapotranspirasi aktual (Ea)
    untuk bulan basah ( P > Ep), maka Ea = Ep
    untuk bulan kering ( P < Ep), maka Ea = P + |- Δ St|
  9. Hitung surplus air (S); Bila P > Ep, maka S = ( P – EP) - Δ St.
  10. Hitung defisit (D), D = Ep - Ea.

Analisis Evapotranspirasi Metode Turc Langbein

Rumus umum yang digunakan yaitu konsep neraca air secara meteorologis pada suatu DAS (Seyhan, 1977) :
P = R + Ea ± Δ St
Dalam hal ini :
P = curah hujan
R = limpasan permukaan
Ea = evapotranspirasi aktual
Δ St = perubahan simpanan
Apabila neraca air tersebut diterapkan untuk periode rata-rata tahunan, maka Δ St dapat dianggap nol, sehingga surplus air yang tersedia adalah :
R = P – Ea
Dan jumlah air yang tersedia diperkirakan sebesar 25% hingga 35% dari surplus air.
Menurut Keijne (1973), evapotranspirasi aktual tahunan dapat diperkirakan dengan menggunakan rumus Turc-Langbein :

3.jpg
Dalam hal ini :
E = evapotranspirasi aktual (mm/tahun)
Eo = evaporasi air permukaan (mm/tahun)
P = curah hujan rata-rata (mm/tahun)
T = suhu udara rata-rata (oC)

Nilai suhu udara dapat diketahui berdasarkan data suhu udara rata-rata tahunan dari stasiun yang diketahui dengan persamaan :
T1 = T2 ± (Z1 – Z2) 0,006
Dalam hal ini :
T1 = suhu udara yang dihitung pada stasiun 1
T2 = suhu udara yang diketahui dari stasiun 2
Z1 = elevasi stasiun 1
Z2 = elevasi stasiun 2


METODE PENGUKURAN DEBIT AIR

Deskripsi Singkat

Debit aliran merupakan satuan untuk mendekati nilai-nilai hidrologis proses yang terjadi di lapangan. Kemampuan pengukuran debit aliran sangat diperlukan untuk mengetahui potensi sumberdaya air di suatu wilayah DAS. Debit aliran dapat dijadikan sebuah alat untuk memonitor dan mengevaluasi neraca air suatu kawasan melalui pendekatan potensi sumberday aair permukaan yang ada.

Relevansi

Bagian ini memberikan penjelasan kepada mahasiswa tentang berbagai metode dan teknik pengukuran debit aliran dengan berbagai peralatan yang diperlukan. Pemahaman mahasiswa terhadap metode pengukuran debit aliran bisa dijadikan bekal untuk melakukan pengukuran-pengukuran potensi air permukaan yang dapat bermanfaat dalam pengelolaan sumberdaya air.

Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mengikuti kuliah pada bagian ini mahasiswa diharapkan mengerti dan memahami berbagai metode pengukuran debit aliran. Harapannya dengan mengetahui metode pengukuran debit, mahasiswa dapat menganalisa dan mendesain pengelolaan sumberdaya air suatu kawasan yang memiliki tujuan-tujuan tertentu misalnya untuk penyediaan sumberdaya air kawasan.
Pengukuran Kecepatan Arus Sungai
Perlu diingat bahwa distribusi kecepatan aliran di dalam alur tidak sama arah horisontal maupun arah vertikal. Dengan kata lain kecepatan aliran pada tepi alur tidak sama dengan tengah alur, dan kecepatan aliran dekat permukaan air tidak sama dengan kecepatan pada dasar alur.
distribusi-kec-aliran.jpg
Distribusi Kecepatan Aliran
A : teoritis
B : dasar saluran kasar dan banyak tumbuhan
C : gangguan permukaan (sampah)
D : aliran cepat, aliran turbulen pada dasar
E : aliran lambat, dasar saluran halus
F : dasar saluran kasar/berbatu

Ada beberapa metode pengukuran debit aliran sungai yaitu :

  • Area-velocity method
  • Tracer method
  • Slope area method
  • Weir dan flume
  • Volumetric methodArea

Velocity Method

Pada prinsipnya adalah pengukuran luas penampang basah dan kecepatan aliran. Penampang basah (A) diperoleh dengan pengukuran lebar permukaan air dan pengukuran kedalaman dengan tongkat pengukur atau kabel pengukur. Kecepatan aliran dapat diukur dengan metode : metode current-meter dan metode apung.
Current meter adalah alat untuk mengukur kecepatan aliran (kecepatan arus). Ada dua tipe current meter yaitu tipe baling-baling (proppeler type) dan tipe canting (cup type). Oleh karena distribusi kecepatan aliran di sungai tidak sama baik arah vertikal maupun horisontal, maka pengukuran kecepatan aliran dengan alat ini tidak cukup pada satu titik. Debit aliran sungai dapat diukur dengan beberapa metode. Tidak semua metode pengukuran debit cocok digunakan. Pemilihan metode tergantung pada kondisi (jenis sungai, tingkat turbulensi aliran) dan tingkat ketelitian yang akan dicapai.

Pengukuran Debit dengan Cara Apung (Float Area Methode)

Jenis-jenis pelampung dapat dilihat pada Gambar 30.
Prinsip :

  • kecepatan aliran (V) ditetapkan berdasarkan kecepatan pelampung (U)
  • luas penampang (A) ditetapkan berdasarkan pengukuran lebar saluran (L) dan kedalaman saluran (D)
  • debit sungai (Q) = A x V atau A = A x k dimana k adalah konstanta
Q = A x k x U

Q = debit (m3/det)
U = kecepatan pelampung (m/det)
A = luas penampang basah sungai (m2)
k = koefisien pelampung

jenis2pelampung.jpg
Pengukuran Debit dengan Current-meter
Prinsip :

  • kecepatan diukur dengan current meter
  • luas penampang basah ditetapkan berdasarkan pengukuran kedalaman air dan lebar permukaan air. Kedalaman dapat diukur dengan mistar pengukur, kabel atau tali.
Pengukuran :
Ada 4 cara pengukuran kecepatan aliran yang disajikan dalam Tabel berikut :
Cara Pengukuran Kecepatan Aliran

Keterangan :
tabel.jpg
Vs di ukur 0,3 m dari permukaan air
Vb di ukur 0,3 m di atas dasar sungai

Kecepatan aliran dihitung berdasarkan jumlah putaran baling-baling per waktu putarannya (N = putaran/dt). Kecepatan aliran V = aN + b dimana a dan b adalah nilai kalibrasi alat current meter. Hitung jumlah putaran dan waktu putaran baling-baling (dengan stopwatch).

Pengukuran Debit dengan Metode Kontinyu

Current meter diturunkan kedalam aliran air dengan kecepatan penurunan yang konstant dari permukaan dan setelah mencapai dasar sungai diangkat lagi ke atas dengan kecepatan yang sama.
Pengukuran Debit dengan Metode Kontinyu.
Current meter diturunkan kedalam aliran air dengan kecepatan penurunan yang konstant dari permukaan dan setelah mencapai dasar sungai diangkat lagi ke atas dengan kecepatan yang sama.
menghitung-luas-seksi-dengan-mean-section.jpg
menghitung-luas-seksi-dengan-mid-section.jpg

ESTIMASI DEBIT AIR

Banyak cara yang dapat dipakai untuk membuat estimasi debit banjir, dan ini tergantung pada data yang tersedia.
Bilamana tidak tersedia debit banjir, debit banjir dapat diperkirakan dengan menggunakan rumus-rumus empiris. Metode perkiraan debit banjir dapat dikelompokkan atas dasar kelompok data hidrologi sbb.:
Metode Perkiraan Debit Banjir
metode-perkiraan-debit-banjir-table.jpg

 

Data Hujan dan Data Debit Tidak Ada

Estimasi debit banjir dapat menggunakan cara “regional flood estimation”. Hal ini didasarkan pada asumsi bahwa debit banjir merupakan fungsi dari luas DAS. Dengan menggunakan bekas banjir yang ada pada tebing alur sungai dapat ditentukan luas penampang basah dan gradient garis energi.
rumus-mining.jpg
Penampang Sungai dan Profil
V = kecepatan aliran (m/detik)
R = jari-jari hidraulis (m)
A = luas penampang basah (m2)
P = keliling basah (m)
n = koefisien kekasaran Manning
S’ = kemiringan permukaan aliran / energi slope / gradient garis energi (desimal)
Q = debit (m3/detik)
L = panjang segmen sungai yang diukur

Dari beberapa faktor utama yang mempengaruhi koefisien kekasaran Manning,
COWAN telah mengembangkan suatu cara untuk memperkirakan besarnya n.
n = ( n0 + n1 + n2 + n3 + n4 ) n5
Cara ini mendasarkan pada rumus Manning. Cara ini sebetulnya untuk sungai yang mempunyai aliran yang uniform. Perhitungan koefisien kekasaran Manning menurut Cowan disajikan dalam tabel di bawah ini.
Perhitungan Koefisien Kekasaran Manning Menurut Cowan
perhitungan_-koefisien.jpg
Harga n = (n0 + n1 + n2 + n3 + n4) n5
Bila Hanya Tersedia Data Hujan
Bila hanya tersedia data hujan, maka estimasi debit banjir dapat dikerjakan dengan persamaan Rasional.
Pertama kali diajukan oleh Kuichling di USA tahun 1889.
Asumsinya :

  • hujan yang turun dengan kurun waktu sama dengan tc.
  • hujan jatuh merata di seluruh DAS dengan intensitas yang seragam selama durasi hujan.
  • periode ulang debit puncak yang dihasilkan sama dengan periode ulang intensitas hujan.
  • hujan yang jatuh semua menjadi run-off.
  • Q = f . C I A
  • Q = peak discharge (m3/detik)
  • f = faktor korelasi satuan
    • f = 0,278 apabila A = km2 dan I = mm/jam
      C = run off koefisien yang besarnya ditentukan oleh watak/karakteristik DAS
  • I = intensitas hujan maksimum dalam selang waktu konsentrasi
  • A = luas DAS (km2).
  • Tc = time concentration adalah waktu yang diperlukan untuk bergeraknya air dari titik aliran terjauh dari suatu DAS sampai dengan titik pelepasan.
rumus-kirpich.jpg
dimana :
L = panjang sungai (m)
S = kemiringan sungai (desimal)
H = beda tinggi dari tempat terjauh sampai dengan outlet yang dimaksud (m).

koefrunoff.jpg
Yang dipakai dalam rumus Rasional yang C Storm rainfall.
Besarnya koef. aliran (C) dipengaruhi oleh :
  • tanah : tekstur, tebal solum, struktur, lengas tanah sebelum jatuh hujan.
  • tanah : tekstur, tebal solum, struktur, lengas tanah sebelum jatuh hujan.
  • vegetasi : jenis, kerapatan, keadaan.
  • karakteristik hujan : intensitas dan lama hujan
    - kelerengan DAS
  • penggunaan lahan.
Intensitas curah hujan dapat dihitung dengan rumus MONONOBE :
rumus-kirpich.jpg
Rumus rasional sangat berguna untuk merancang saluran pembuang air hujan dari teras. Debit puncak dihitung atas dasar rancangan curah hujan dengan periode ulang tertentu tergantung nilai penting bangunan atau resiko banjir.
4.jpg
Diagram Alir Menghitung Qp dengan Rumus Rasional

PEMBUATAN LENGKUNG ALIRAN

Pengertian

Lengkung aliran debit (Discharge Rating Curve), adalah kurva yang menunjukkan hubungan antara tinggi muka air dan debit pada lokasi penampang sungai tertentu. Debit sungai adalah volume air yang melalui penampang basah sungai dalam satuan waktu tertentu, biasanya dinyatakan dalam satuan m3/detik atau l/detik.
Lengkung aliran dibuat berdasarkan data pengukuran aliran yang dilaksanakan pada muka air dan waktu yang berbeda-beda. Kemudian data pengukuranan aliran tersebut digambarkan pada kertas arithmatik atau kertas logaritmik, tergantung pada kondisi lokasi yang bersangkutan. Tinggi muka air digambarkan pada sumbu vertikal sedang debit sumbu horizontal.
lengkung aliran disamping berguna untuk dipakai sebagai dasar penentuan besarnya debit sungai di lokasi dan tinggi muka air pada periode waktu tertentu, juga dapat digunakan untuk mengetahui adanya perubahan sifat fisik dan sifat hidraulis dari lokasi penampang sungai yang bersangkutan.
Persiapan Membuat Lengkung Aliran
Untuk mendapatkan hasil yang benar dan sesuai dengan kondisi lapangan diperlukan data antara lain sebagai berikut:
  1. Data debit hasil pengukuran aliran, data ini harus cukup, minimal 30 data tersedia dari saat muka air rendah sampai muka air banjir, dan dapat dipercaya kebenarannya.
  2. Data muka air pada saat pengukuran aliran diadakan, data muka air rendah untuk menentukan besarnya debit terkecil, data muka air tertinggi, baik aliran tersebut tertampung pada penampang sungai ataupun aliran melimpas, berguna untuk menentukan debit terbesar.
  3. Data titik aliran nol (zero flow), berguna untuk menentukan arah lengkung aliran pada muka air rendah pada periode waktu tertentu.
  4. Data penampang sungai, berguna untuk menentukan arah dan bentuk dari lengkung aliran, serta berguna untuk memperkirakan debit banjir bila belum dilakukan pengukuran aliran pada saat banjir.
  5. Informasi tentang stabilitas dan materi dasar penampang sungai, serta sifat dari bentuk morfologis sungai.
  6. Sifat aliran, seperti informasi tentang kemiringan muka air, kecepatan aliran, penyebaran arah aliran, sifat kenaikan dan penurunan muka air pada saat banjir dan sebagainya.
Metode Pembuatan Lengkung Aliran (Discharge Rating Curve)
Di bab terdahulu telah dikatakan bahwa lengkung aliran merupakan gambaran dari sifat fisik hidraulis dari lokasi penampang sungai, biasanya gambaran tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut :
Q = A’ X V
Q = Debit, (m3/det)
A’ = Luas penampang basah (m2)
V = Kecepatan aliran rata-rata (m/dt)

Apabila penampang sungainya teratur dan stabil, maka baik (A’) maupun (V) merupakan fungsi dari nilai tinggi muka air (H). Semua titik dengan koordinat-koordinat (H,Q) pada grafik arithmatik akan merupakan garis lengkung.
Di bawah ini akan dicoba mengemukakan dua metode pembuatan lengkung aliran, yaitu metode :
- Metode Analitik
- Metode Logaritmik.

Metode Logaritmik
Dalam metode logaritmik, persamaan rating curvenya dalam bentuk :
Q = a ( H - H0 ) b
dimana :
Q = debit
H = tinggi muka air
H0 = tinggi muka air pada aliran nol ( saat Q = 0 )
a dan b konstanta.
Titik aliran nol (H0)
Titik aliran nol (H0)
Data titik aliran nol ( H0 ), berguna untuk menentukan arah lengkung aliran pada tinggi muka air rendah.
Cara yang baik untuk menentukan nilai H0 adalah dengan cara mengukur langsung pada lokasi penampang sungai yang bersangkutan. Nilai H0 dapat juga diperkirakan dengan menggunakan persamaan :

nilai-h0.jpg
Nilai H1 dan H3 ditentukan berdasarkan nilai Q1 dan Q3 yang dipilih dari grafik, sedang nilai H2 adalah tinggi muka air pada nilai debit sama dengan Q2 dengan syarat :
nilaq2.jpg
Cara mencari H0 dapat juga dilakukan dengan metode grafis seperti di bawah ini

Untuk mencari a dan b dapat dibantu oleh tabel dan dua buah persamaan di bawah ini
rumus1.jpg

Metode Analitik

Dengan metode ini penentuan lengkung aliran ditentukan dengan cara kwadrat terkecil (least square), pada cara ini diusahakan agar jumlah kwadrat penyimpangan harga debit hasil pengukuran aliran terhadap debit lengkung aliran, menjadi minimum (terkecil). Biasanya dapat dirumuskan sebagai berikut:
rumusq.jpg
Dimana : nilai (A); (B) dan (C) adalah suatu bilangan, yang dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :
rumus-2.jpg

11.Pengukuran Debit Suspensi


Muatan suspensi merupakan hasil kejadian erosi baik erosi permukaan maupun erosi tebing sungai. Kadar muatan suspensi adalah banyaknya material suspensi yang dikandung oleh sejumlah air dari aliran sungai dalam satuan volume tertentu, setelah material dikeringkan dan dinyatakan dalam miligram/liter (mg/lt).
Menurut Soewarno (1991), berdasarkan mekanisme pengangkutannya, sedimen dibagi menjadi :
  • Muatan sedimen melayang (suspended load)
    Muatan sedimen melayang merupakan material dasar sungai (bed material) yang melayang di dalam aliran sungai dan terutama terdiri dari butiran-butiran pasir halus.
  • Muatan sedimen dasar (bed load)
    Muatan sedimen dasar berupa partikel-partikel kasar yang bergerak sepanjang dasar sungai.Pengukuran suspensi selalui disertai dengan pengukuran debit.
Perhitungan hasil suspensi dari suatu DAS pada suatu stasiun pengukuran diperkirakan dari analisis muatan suspensi.
Perhitungan Debit Suspensi
  1. Hitung berat suspensiBerat suspensi = g2 – g1g2 = berat filter isig1 = berat filter kosong
  2. Hitung konsentrasi suspensi (Csi)
rumus-csi.jpg

Volume air adalah volume air contoh suspensi, dihitung dalam satuan liter.
  1. Konsentrasi suspensi rata-rata (Cs)Pada waktu mengukur debit, diambil beberapa contoh suspensi dalam setiap seksi-seksinya mempunyai konsentrasi suspensi yang berbeda. Berapa suspensi rata-rata pada debit aliran yang bersangkutan.
    rumus-debit-aliran.jpg
  2. Hitung debit suspensiSetiap debit aliran mempunyai atau mengangkut suspensi. Bila diketahui debit aliran sungai dan konsentrasi suspensinya (konsentrasi suspensi pada debit bersangkutan) maka debit suspensi (Qs) dapat dihitung sebagai berikut :
Qs = Cs Q
Qs = debit suspensi (kg/dt) pada debit Q
Cs = konsentrasi suspensi (kg/m3) pada debit Q
Q = debit aliran (m3/detik)

Total suspensi yang diangkut oleh aliran sungai dapat dihitung dengan cara tak langsung, yaitu dengan menggunakan grafik atau rumus regresi hubungan debit dengan debit suspensi.
Bila sudah diperoleh data seperti tersebut di atas, maka langkah selanjutnya membuat hubungan Q dan Qs dengan model :
rumusqs.jpg
a dan b adalah konstanta regresi, dicari dengan teknik regresi biasa dengan terlebih dahulu dilakukan transformasi logaritma dari nilai Qs dan Q.
Kalau model regresi sudah didapat dan ketelitiannya dapat diandalkan, maka debit suspensi dapat diturunkan dari data aliran.
Berdasarkan penelitian-penelitian suspensi pada waktu aliran naik dan turun, meskipun pada tinggi muka air yang sama tetapi memiliki nilai suspensi yang berbeda.
tma.jpg
Perbedaan Konsentrasi Suspensi pada Aliran Naik dan Aliran Turun
Lengkung turun meskipun pada tinggi muka air yang sama atau debit sama. Oleh karena itu untuk studi khusus ini perlu dibuat :

rumus-bawah.jpg
Kalau diketahui presentase muatan dasar (bed load) terhadap muatan suspensi, maka dapat dihitung total sedimen yang keluar dari DAS

PEMISAHAN ALIRAN DAN VOLUME ALIRAN

Runoff adalah bagian curahan hujan (curah hujan dikurangi evapotranspirasi dan kehilangan air lainnya) yang mengalir dalam air sungai karena gaya gravitasi; airnya berasal dari permukaan maupun dari subpermukaan (sub surface).
Komponen Runoff
Runoff terdiri dari beberapa komponen

Hasil runoff dari DAS di suatu tempat biasanya disajikan dalam bentuk tabel maupun grafik. Grafik yang menggambarkan fenomena aliran (tinggi muka air, debit, kecepatan dll) dan waktunya disebut hidrograf (Hydrograph).
Umumnya ada dua macam hidrograf yaitu :
- Hidrograf Tinggi Muka Air (stage hydrograph)
- Hidrograf Aliran (discharge hydrograph)
Hidrograf tinggi muka air dihasilkan dari rekaman alat yang disebut Automatic Water Level Recorder (AWLR) yang dipasang pada stasiun pengukur aliran sungai (SPAS). Sedang hidrograf aliran diturunkan dari hidrograf tinggi muka air dengan menggunakan “Stage discharge Rating Curve”. Yang dibuat khusus untuk SPAS yang bersangkutan.
discharge-hydrograph.jpg
Tahapan Pembuatan Discharge Hydrograph
1. Straight line method
string1.jpg
2. Fixed Base Length
fixebase2.jpg
3. Variable slope
vslop3.jpg
Metode Pemisahan Aliran
rumus.jpg
Koefisien Runoff ( C )
koefesien_c.jpg



1 komentar:

  1. mohon sumber yang digunakan disertakan daftar pustaka

    BalasHapus