BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab II – Tinjauan Pustaka

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum Dalam bab ini akan disajikan beberapa penjelasan terkait berbagai macam aspek yang nantinya dipakai sebagai acuan penelitian. Ditekankan pada hal yang berhubungan langsung pada daerah perencanaan dengan memperkuat keterangan melalui kutipan teori dari pihak yang kompeten di bidang Sumber Daya Air. 2.2. Hidrologi Hidrologi adalah suatu ilmu yang mempelajari pergerakan, distribusi dan kualitas air di muka bumi. Hidrologi juga mempelajari siklus air atau siklus hidrologi dan sumber daya air yang ditujukan untuk kesejahteraan

manusia.

Orang yang mempelajari hidrologi disebut Hydrologists. Para ahli hydrologists memberi masukan informasi yang diperlukan untuk menemukan persediaan air bersih yang cukup, termasuk juga mempelajari banjir dan pencemaran air. Sebagai tambahan, hydrologists mempelajari sifat fisik dan sifat kimia dari air. Secara alami, air beredar melalui suatu sistem yang disebut siklus air atau siklus hidrologi. Siklus ini dimulai ketika panas dari matahari menyebabkan air samudra menguapkan dan menjadi uap air. Uap air itu terkumpul di atmosfir secara berangsur-angsur menjadi dingin dan membentuk awan. Ketika kumpulan air sudah menjadi berat akan jatuh menjadi hujan atau juga berbentuk salju. Kebanyakan hujan dan salju mengalir ke laut tetapi ada yang terserap dan tersimpan di dalam tanah. Ada dua sumber air bersih utama: (1) air permukaan (surface water) dan (2) air tanah (ground water). Air Permukaan mengalir di atas permukaan menuju ke danau, sungai, dan laut. Air tanah meresap sampai atau melalui sela pori-pori kecil batu karang. Sebagian air tanah mengalir lewat aliran air atau sungai bawah tanah. Hydrologists mempelajari semua itu untuk mendapatkan persediaan sumber air bersih. Mereka membantu memilih lokasi yang terbaik untuk pengeboran sumur-sumur untuk menemukan air tanah di area padang pasir. Para hydrologists mencoba untuk mencegah atau mengurangi pencemaran air. Mereka mempelajari efek pencemaran dalam pergerakan air sampai terjadinya suatu siklus. Ilmu hidrologi menyediakan informasi cara untuk mengendalikan dan memprediksi terjadinya banjir. Siklus hidrologi adalah suatu rangkaian proses yang terjadi dengan air yang terdiri dari penguapan, presipitasi, infiltrasi dan pengaliran keluar (outflow). Air menguap ke udara dari permukaan tanah dan laut. Penguapan dari daratan terdiri dari evaporasi dan transpirasi. Evaporasi merupakan proses menguapnya air dari permukaan tanah, sedangkan transpirasi adalah proses menguapnya air dari tanaman. Uap yang dihasilkan mengalami kondensasi dan dipadatkan membentuk awan-awan yang nantinya dapat kembali menjadi air dan turun sebagai presipitasi. Sebelum tiba di permukaan bumi presipitasi tersebut sebagian langsung menguap ke udara, sebagian tertahan oleh tumbuh-tumbuhan (intersepsi) dan sebagian lagi mencapai permukaan tanah. presipitasi yang tertahan oleh tumbuh-tumbuhan sebagian akan diuapkan dan sebagian lagi mengalir melalui dahan (stem flow) atau jatuh dari daun (trough fall) dan akhirnya sampai ke permukaan tanah. Air yang sampai ke permukaan tanah sebagian akan berinfiltrasi dan sebagian lagi mengisi lekuk-lekuk permukaan tanah kemudian mengalir ketempat yang lebih rendah (runoff), masuk ke sungai-sungai dan akhirnya ke laut. Dalam perjalanannya menuju laut sebagian

II-1

http://digilib.mercubuana.ac.id/


akan mengalami penguapan. Air yang masuk ke dalam tanah sebagian akan keluar lagi menuju sungai yang disebut dengan aliran intra (interflow). Sebagian lagi akan terus turun dan masuk ke dalam air tanah yang keluar sedikit demi sedikit dan masuk ke dalam sungai sebagai aliran bawah tanah (groundwater flow), dan begitu seterusnya (Soemarto,1987). Drainase yang berasal dari Bahasa Inggris drainage mempunyai arti mengalirkan, menguras, membuang, atau mengalihkan air. Dalam bidang teknik sipil, drainase secara umum dapat didefinisikan sebagai suatu tindakan teknis untuk mengurangi kelebihan air, baik yang berasal dari air hujan, rembesan, maupun kelebihan air irigasi dari suatu kawasan/lahan, sehingga fungsi kawasan/lahan tidak terganggu. Drainase adalah istilah yang dipergunakan untuk system-sistem penangan air berlebihan. Drainase dapat juga diartikan sebagai usaha untuk mengontrol kualitas air tanah dalam kaitannya dengan salinitas. Jadi, drainase menyangkut tidak hanya air permukaan tapi juga air tanah. Secara umum, sistem drainase dapat didefinisikan sebagai serangkaian bangunan air yang berfungsi untuk mengurangi dan/atau membuang kelebihan air dari suatu kawasan atau lahan, sehingga lahan dapat difungsikan secara optimal. Tiga tugas pokok drainase hujan permukiman, drainase lahan, dan drainase jalan raya seringkali dianggap

sebagai

masalah

kecil

bagi

insiyur

hidrolika

dan

acap

direncanakan

seolah

olah

bukan

pekerjaan

yang

penting

(

Suripin,

2004).

II-2



Saat ini sistem drainase sudah menjadi salah satu infrastruktur perkotaan yang sangat penting bahkan dalam suatu perumahan. Kualitas manajemen dari suatu perumahan dapat dilihat dari kualitas sistem drainase yang ada. Sistem drainase yang baik dapat membebaskan perumahan dari suatu genangan dan terjadinya limpasan air permukaan yang berlebihan. Genangan air menyebabkan lingkungan menjadi kotor dan jorok. Sedangkan bila terjadi limpasan air hujan yang berlebihan dapat menurunkan muka air tanah, sehingga dapat menurunkan kualitas lingkungan, dan kesehatan masyarakat ( Suripin, 2004). Analisis hidrologi diperlukan untuk perencanaan drainase, culvert, maupun jembatan yang melintasi sungai atau saluran (Suripin, 2004). Dalam merencanakan drainase dan pengelolaan air hujan, sangat penting untuk mengetahui debit air hujan yang akan dikelola. Analisis hidrologi diperlukan untuk menentukan laju aliran, kemampuan limpasan (run off) dan debit (discharge). Faktor-faktor yang mempengaruhi limpasan banjir antara lain : faktor topografi dan iklim, yang sedang berkaitan dengan pengaruh penyebab banjir. Selain itu karakteristik saluran drainase, perembesan (infiltrasi)

juga mempengaruhi limpasan banjir yang terjadi. Limpasan permukaan dan bawah tanah dikumpulkan dan dibuang lewat saluran. Kondisi alami atau kondisi buatan dari saluran ini secara materi dapat mempengaruhi volume II-3



dan laju limpasan dan karena itu, kondisi ini harus dipertimbangkan dalam analisis hidrologi (AASHTO,1992). Metode rasional merupakan metode yang paling luas digunakan untuk menganalisis respon limpasan dari daerah tangkapan yang kecil (luas sampai dengan 500 ha). Metode ini terutama di aplikasikan dalam desain drainase perkotaan dan struktur drainase dalam skala kecil. Kepopuleran metode rasional adalah kesederhanaannya, walaupun demikian perhatian yang masuk akal perlu diberikan dalam penggunaan metode ini secara benar (Ponce, 1989). Hidrograf satuan adalah besarnya direct runoff dari suatu daerah tangkapan air akibat hujan setinggi 1 mm yang turun selama 1 jam secara merata dan teres menerus pada daerah tangkapan air. Jadi, hidrograf satuan yakni sebuah cara untuk memperoleh hidrograf limpasan permukaan dari curah hujan lebih. Cara hidrograf satuan ini beserta grafik distribusi adalah cara yang sangat berguna dan terbaik untuk perhitungan debit banjir (Hindarko, 2002). Pembangunan sumur resapan adalah salah satu upaya untuk pelestarian sumber daya air tanah, perbaikan kualitas lingkungan, untuk menambah jumlah air yang masuk ke dalam tanah sehingga dapat menjaga kesetimbangan hidrologi air tanah dan mempertinggi muka air tanah, mengurangi limpasan permukaan (runoff) dan erosi tanah (Drs. Robertus Haryoto Indriatmoko dan Heru Dwi Wahjono,B.Eng).

II-4



Sumur resapan merupakan suatu upaya untuk meresapkan air hujan dalam rangka menambah cadangan air tanah. hal ini mengingat persediaan air di negara ini sudah sangat menipis, ditambah lagi dengan masalah air lainnya seperti kelebihan air di saat musim hujan yang mengakibatkan masalah banjir dan musim kemarau sering kekurangan air, sehingga seluruh masyarakat harus segera mungkin menyadari dan menyelamatkan air. Sumur resapan dapat berfungsi untuk mencegah penurunan tanah, mengurangi genangan banjir dan aliran air di permukaan tanah, mengurangi meluasnya penyusupan/instrusi laut ke arah daratan, menambah potensi air tanah. Sumur resapan merupakan sistem resapan buatan, yang dapat menampung air hujan akibat dari adanya penutupan tanah oleh bangunan berupa lantai bangunan maupun dari halaman yang diplester. Selain itu, sumur resapan berfungsi untuk menampung, menyimpan dan menambah cadangan air tanah serta dapat mengurangi limpasan air hujan ke saluran pembuangan dan badan air lainnya sehingga dapat dimanfaatkan pada musim kemarau dan sekaligus mangurangi timbulnya banjir pada musim hujan yang datang. Konsep dasar sumur resapan adalah memberikan kesempatan dan jalan pada air hujan yang jatuh di atap atau lahan yang kedap air untuk meresap ke dalam tanah dengan jalan menampung air tersebut pada suatu sistem resapan. Sumur resapan merupakan sumur kosong dalam tanah dengan kapasitas tampung yang cukup besar sebelum air meresap ke dalam tanah (Suripin,2004)

II-5



Gambar 2.1 Sumber //klastik wadpress.com 2.2.1. Air permukaan ( surface Water) Air tawar berasal dari dua sumber, yaitu air permukaan (surface water) dan air tanah (ground water). Air permukaan adalah air yang berada di sungai, danau, waduk, rawa dan badan air lain, yang tidak mengalami infiltrasi ke bawah tanah. Area tanah yang mengalirkan air ke suatu badan air disebut watersheads atau drainage basins. Air yang mengalir dari daratan menuju suatu badan air disebut limpasan permukaan (surface run off) dan air yang mengalir di sungai menuju laut disebut aliran air sungai (river run off). Sekitar 60 % air yang masuk ke sungai berasal dari hujan, pencairan es/salju (terutama untuk wilayah Ugahari), dan sisanya berasal dari air tanah. Wilayah di sekitar daerah aliran sungai yang menjadi tangkapan air disebut catchment basin. Air hujan yang jatuh ke bumi dan menjadiair permukaan memiliki kadar bahan-bahan terlarut atau unsur hara yang sangat sedikit. Air hujan biasanya bersifat asam, dengan nilai pH sekitar 4,2. Hal ini disebabkan air hujan melarutkan gas-gas yang terdapat di atmosfer, misalnya gas karbondioksida (CO2), sulfur (S), dan nitrogen oksida (NO2) yang dapat membentuk asam lemah. Setelah jatuh ke permukaan bumi, air II-6



hujan mengalami kontak dengan tanah dan melarutkan bahan-bahan yang terkandung di dalam tanah. Perairan permukaan diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama, yaitu badan air tergenang (standing waters atau lentik) dan badan air mengalir (flowing waters atau lotik). Perairan tergenang meliputi danau, kolam, waduk, rawa dan sebagainya. Perairan tergenang (lentik), khususnya danau. Biasanya mengalami stratifikasi secara vertikal akibat perbedaan intensitas cahaya dan perbedaan suhu pada kolam air yang terjadi secara vertikal. Sedangkan perairan mengalir (lotik) contohnya adalah sungai. Sungai dicirikan oleh arus yang searah dan relatif kencang, dengan kecepatan berkisar antara 0,1 – 1,0 m/detik serta sangat dipengaruhi oleh waktu, iklim, dan pola drainase. Pada perairan sungai, biasanya terjadi pencampuran massa air secara menyeluruh dan tidak terbentuk stratifikasi vertikal kolom air seperti pada perairan lentik. Kecepatan arus, erosi, dan sedimentasi merupakan fenomena yang biasa terjadi di sungai sehingga kehidupan flora dan fauna sangat dipengaruhi oleh ketiga variabel tersebut. Klasifikasi perairan lentik sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya dan perbedaan suhu air, sedangkan klasifikasi perairan lotik justru dipengaruhi oleh kecepatan arus atau pergerakan air, jenis sedimen dasar, erosi, dan sedimentasi (Hefni. E 2003). 2.2.2. Curah Hujan Curah hujan merupakan jumlah air yang jatuh di permukaan tanah datar selama periode tertentu yang diukur dengan satuan tinggi (mm) di atas permukaan horizontal bila tidak terjadi evaporasi, runoff dan infiltrasi). Jadi, jumlah curah hujan yang diukur, sebenarnya adalah tebalnya atau II-7



tingginya permukaan air hujan yang menutupi suatu daerah luasan di permukaan bumi/tanah. Satuan curah hujan yang umumnya dipakai oleh BMKG adalah milimeter (mm). Curah hujan 1 (satu) milimeter, artinya dalam luasan satu meter persegi pada tempat yang datar tertampung air setinggi 1 (satu) milimeter atau tertampung air sebanyak 1 (satu) liter atau 1000 ml. 2.2.3. Kerapatan Station Hujan. Secara teoritis, semakin tinggi kerapatan jaringan, data yang diperoleh semakin baik dan mewakili, tetapi pada prakteknya akan membutuhkan biaya dan waktu yang besar. Kerapatan jaringan dinyatakan dalam satu stasiun tiap luas tertentu, misalnya 1 stasiun 200 km2. Dalam merencanakan jaringan, terdapat dua hal penting yang perlu dipertimbangkan, yaitu jumlah dan lokasi stasiun yang akan dipasang. Kerapatan jaringan adalah jumlah stasiun tiap satuan luas di dalam WS. Semakin besar variasi hujan semakin banyak jumlah stasiun yang diperlukan, seperti misalnya di daerah pegunungan. Badan Meteorologi Dunia (WMO) memberikan sarannya mengenai kerapatan minimum jaringan stasiun hujan adalah satu stasiun, digunakan untuk melayani daerah seluas 100-250 km2 bagi daerah yang mempunyai topografi pegunungan di daerah tropis, dan satu stasiun untuk melayani daerah seluas 600-900 km2 untuk daerah daratan. Untuk pengukuran kerapatan jaringan untuk tiap-tiap DAS digunakan metode Kagan dikarenakan jumlah stasiun hujan yang optimal dan pola penempatannya dapat diperoleh. Dari berbagai cara penetapan jaringan pengukuran hujan/pengukuran kerapatan jaringan, terdapat cara yang relatif II-8



sederhana, baik dalam hal kebutuhan data maupun prosedur hitungannya, yaitu cara Kagan. Persamaan-persamaan yang dipergunakan adalah sebagai berikut :

dengan: r(d) = Koefisien korelasi dengan jarak d km. r(0) = Koefisien korelasi hujan antar stasiun diekstrapolasi. d = Jarak antar stasiun dalam kilometer. d(0) = Radius korelasi (jarak antar stasiun di mana korelasi berkurang dengan faktor e). Z1 = Kesalahan perataan, dalam %. Z2 = Kesalahan interpolasi, dalam %. Cv = Koefisien variasi. N = Jumlah stasiun hujan. L = Jarak antar stasiun hujan dalam kilometer. II-9



A = Luas Wilayah Sungai (WS), dalam kilometer persegi (km2). Selanjutnya, digambar jaring-jaring segitiga sama sisi dengan panjang sisi sama dengan jarak antar stasiun hujan (L). 2.2.4. Perkiraan Data Curah Hujan yang Hilang. Dalam pencatatan curah hujan kadang dijumpai adanya pencatatan data hujan yang hilang atau tidak tercatat karena sesuatu sebab, oleh karena itu untuk dapat menghasilkan hasil analisa yang baik atau dengan hasil yang tidak bias, maka sangat diperlukan perkiraan untuk pengisian data hujan yang hilang. Kekosongan data dapat terjadi akibat ketidakhadiran pengamat atau kerusakan alat. Jumlah hujan dihitung dari pengamatan diketiga stasiun terdekat dan sedapat mungkin berjarak sama terhadap stasiun yang kehilangan data. Metode Rasio Normal (Normal Ratio Method).

dengan : Px = Nilai data hujan yang diperkirakan pada stasiun X. PA= Nila data hujan stasiun A. PB= Nilai data hujan stasiun B. PC= Nilai data hujan stasiun C.

II-10



NX = Nilai normal data hujan tahunan stasiun X. NA = Nilai normal data hujan tahunan stasiun A. NB = Nilai normal data hujan tahunan stasiun B. NC = Nilai normal data hujan tahunan stasiun C. n = Jumlah stasiun referensi ( ≥ 3 ). Metode Regresi Ganda (Multiple Regression).

dengan : Px= Nilai data hujan yang diperkirakan pada stasiun X. PA= Nilai data hujan stasiun A. PB= Nilai data hujan stasiun B. PC = Nilai data hujan stasiun C. α = Koefisien regresi. bA= Koefisien regresi stasiun A. bB = Koefisien regresi stasiun B. bC = Koefisien regresi stasiun C.

II-11



Perhitungan Distribusi Curah Hujan Rata-rata Curah hujan yang diperlukan untuk penyusunan suatu rancangan pemanfaatan air adalah curah hujan rata-rata di seluruh daerah yang bersangkutan, bukan curah hujan pada suatu titik tertentu. Curah hujan ini disebut curah hujan wilayah/daerah dan dinyatakan dalam mm. Cara perhitungan curah hujan daerah dari pengamatan curah hujan dibeberapa titik adalah sebagai berikut : Metode Rata-rata Aljabar (Metode Arithmatik Mean) Metode perhitungan rata-rata aljabar (arithmatic mean) bisanya digunakan untuk daerah yang datar, dengan jumlah pos curah hujan yang cukup banyak dan dengan anggapan bahwa curah hujan di daerah tersebut cenderung bersifat seragam (Uniform distribution). Stasiun hujan yang digunakan dalam hitungan biasanya adalah yang berada didalam DAS, tetapi stasiun diluar DAS yang masih berdekatan juga bisa diperhitungkan.

dimana : R = curah hujan rata-rata (mm). n = jumlah stasiun hujan. R1, R2, ....Rn= besarnya curah hujan pada masing-masing stasiun hujan (mm).

II-12



Metode Poligon Thiessen Metode ini dilakukan dengan menganggap bahwa setiap stasiun hujan dalam suatu daerah mempunyai luas pengaruh tertentu dan luas tersebut merupakan faktor koreksi bagi hujan stasiun menjadi hujan daerah yang bersangkutan. Caranya adalah dengan memplot letak stasiun-stasiun curah hujan ke dalam gambar DAS yang bersangkutan. Kemudian dibuat garis penghubung di antara masing-masing stasiun dan ditarik garis sumbu tegak lurus. Cara ini merupakan cara terbaik dan paling banyak digunakan walau masih memiliki kekurangan karena tidak memasukkan pengaruh topografi. Metode ini dapat digunakan apabila pos hujan tidak banyak. Curah hujan daerah Metode Poligon Thiessen dihitung dengan persamaan berikut :

dimana :

II-13



Metode Isohyet Isohyet adalah garis lengkung yang menghubungkan tempat-tempat kedudukan yang mempunyai curah hujan yang sama. Isohyet diperoleh dengan cara menggambar kontur tinggi hujan yang sama, lalu luas area antara garis ishoyet yang berdekatan diukur dan dihitung nilai rata-ratanya. Curah hujan daerah metode Isohyet dihitung dengan persamaan berikut :

Dimana :

2.2.5. Analisa Frekuensi Analisis frekuensi dapat diartikan sebagai suatu cara untuk memprediksi suatu besaran curah hujan di masa yang akan datang dengan menggunakan data curah hujan di masa yang lalu berdasarkan suatu pemakaian distribusi frekuensi. Dalam melakukan sebuah analisis frekuensi diperlukan data curah hujan, yaitu curah hujan maksimum. Teori distribusi dapat digunakan untuk menyelesaikan persamaan umum tinggi hujan untuk analisis frekuensi, seperti:

II-14



Distribusi Normal

Dimana : XT = Perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T. X = Nilai rata-rata hitung variat. S = Standar deviasi nilai variat. k = faktor frekuensi/ nilai variabel reduksi Gauss. Distribusi Log Normal

Dimana : log Xt = Nilai variat X yang diharapkan terjadi pada peluang atau periode ulang t tahun. log X = Logaritma rata-rata. S = Standart deviasi dari logaritma. k = Faktor frekuensi. n = Jumlah data.

II-15



Distribusi Log Pearson Type III Metode yang dianjurkan dalam pemakaian distribusi Log Pearson Type III adalah dengan mengkorvesikan rangkaian datanya menjadi bentuk logaritmis. Hujan harian maksimum diubah dalam bentuk logaritma.

Cs

= koefisien kemencengan.

log X = logaritma rata-rata. Xt

= tinggi hujan dengan kala ulang t tahun.

K

= Faktor frekuensi = Standart deviasi.

n

= jumlah data.

Distribusi Gumbel.

Dimana : Xt = curah hujan rencana dengan periode ulang t tahun (mm), Xt = curah hujan rencana dengan periode ulang t tahun (mm), II-16



S = standar deviasi. Sn = standar deviasi dari reduksi variat, nilainya tergantung dari jumlah data (n). Y = Nilai reduksi variat dari variabel yang diharapkan terjadi pada periode ulang tertentu. Yn = Nilai rata-rata dari reduksi variat, nilainya tergantung dari jumlah data (n). 2.3. Hidrolika Hidrolika adalah bagian dari “hidrodinamika” yang terkait dengan gerak air atau mekanika aliran. Ditinjau dari mekanika aliran, terdapat dua macam aliran yaitu aliran saluran tertutup dan aliran saluran terbuka. Dua macam aliran tersebut dalam banyak hal mempunyai kesamaan tetapi berbeda dalam satu ketentuan penting. Perbedaan tersebut adalah pada keberadaan permukaan bebas, aliran saluran terbuka mempunyai permukaan bebas, sedangkan aliran saluran tertutup tidak mempunyai permukaan bebas karena air mengisi seluruh penampang saluran. Dengan demikian aliran saluran terbuka mempunyai permukaan yang berhubungan dengan atmosfer, sedang aliran saluran tertutup tidak mempunyai hubungan langsung dengan tekanan atmosfer. Seperti yang telah kita ketahui, air mengalir dai hulu ke hilir (kecuali ada gaya yang menyebabkan aliran kearah sebaliknya) sampai mencapai suatu elevasi permukaan air tertentu, misalnya :

• Permukaan air di danau, II-17



• Permukaan air di laut Perjalanan air dapat juga ditambah oleh bangunan-bangunan yang dibuat oleh manusia, seperti :

• Saluran Irigasi. • Pipa. • Gorong-gorong. • Saluran buatan yang lain atau kanal. Walau pada umunya perencanaan saluran ditunjukkan untuk karakteristik saluran buatan, namun konsep hidraulikanya dapat juga diterapkan sama baiknya pada saluran alam. Apabila saluran terbuka terhdapa atmosfer, seperti sungai, kanal, goronggorong, maka alirannya disebut Aliran saluran terbuka atau Aliran permukaan bebas. Apabila aliran mempunyai penampang penuh seperti aliran melalui suatu pipa, disebut Aliran saluran tertutup atau Aliran penuh. 2.3.1. Jenis-jenis aliran : Berdasarkan waktu pemantauan adalah :

• Aliran Tunak (Steady Flow). • Aliran Tak Tunak (Unsteady Flow).

II-18



Berdasarkan ruang pemantauan adalah :

• Aliran Seragam (Uniform Flow). • Aliran Berubah (Varied Flow). Penggolongan Aliran Saluran Terbuka 1.

Berdasarkan waktu.

• Aliran Tunak (Steady Flow). Kondisi aliran tunak didefinisikan sebagai aliran dengan tidak adanya perubahan kecepatan (kecepatan konstan) di sepanjang saluran terhadap waktu. Selain itu tidak berubahnya tinggi muka air (kedalaman) terhadap waktu.

• Aliran Tak Tunak (Unsteady Flow). Aluran dikatakan tak tunak (Unsteady flow) jika kecepatan aliran selalu berubah selama selang waktu tertentu, sebagai contoh, aliran banjir atau pasang surut. 2.

Berdasarkan ruang.

• Aliran Seragam (Uniform Flow). Aliran dikatakan seragam (Uniform Flow) jika kedalaman aliran pada setiap penampang saluran adalah tetap. merupakan jenis aliran yang menunjukkan bahwa kecepatan aliran disepanjang saluran adalah tetap, dalam hal

II-19



kecepatan aliran tidak tergantung pada tempat atau tidak berubah menurut tempatnya.

• Aliran Tak Seragam (Non-Uniform Flow). Aliran dikatakan tak seragam (Non-Uniform Flow) jika kedalamannya selalu berubah dan kecepatan berubah menurut tempat. Aliran tak seragam juga dapat dibedakan lagi menjadi. Aliran berubah lambat laun (Gradually Varied Flow) Aliran disebut berubah lambat laun apabila perubahan kecepatan terjadi secara lambat laun dalam jarak yang panjang, 3.

Aliran beruba tiba-tiba (Rapidly Varied Flow).

Aliran disebut berubah tiba-tiba apabila kecepatan aliran mendadak berubah pada jarak yang cukup pendek. 2.3.2. Karakteristik aliran. Tipe aliran kecepatan rata-rata kedalaman Steady, Uniform,

V = konstan Y = konstan

Steady, Non-Uniform, V = V (x)

Y = y (x)

Unsteady, Uniform,

Y = y (t)

V = V (t)

Unsteady, Non-Unifom, V = V (x,t) Y = y (x,t) Tipe aliran yang mungkin terjadi pada saluran terbuka adalah : Aliran Berubah Cepat (Rapidly Varied Flow). Aliran Berubah Lambat (Gradually varied flow). II-20



2.3.3. Elemen Geometri

• Luas penampang (A). • Lebar permukaan (B). • Keliling basah (P). • Jari-jari Hydraulik (R). Persamaan

untuk

saluran

persegipanjang

(rectangle),

trapezium

(trapezoidal), dan lingkaran (Circle) :

Yang dimaksud dengan penampang saluran adalah penampang yang diambil tegak lurus arah aliran, sedang penampang yang diambil vertikal disebut dengan penampang vertikal. Dengan demikian apabila dasar saluran terletak horisontal maka penampang saluran akan sama dengan penampang vertikal.

II-21



Bentuk-bentuk penampang terdiri dari :

• Bentuk Penampang Trapesium. Bentuk penampang trapezium adalah bentuk yang biasa digunakan untuk saluran-saluran irigasi atau saluran-saluran drainase, karena mempunyai bentuk saluran alam, dimana kemiringan tebingnya menyesuaikan dengan sudut lereng alam dari tanah yang digunakan untuk saluran tersebut.

• Bentuk Penampang Persegi Empat atau Segitiga. Bentuk ini merupakan penyederhanaan dari bentuk trapezium yang biasanya digunakan untuk saluran-saluran drainase yang melalui lahan-lahan yang sempit.

• Bentuk Penampang Lingkaran. Bentuk ini biasanya digunakan pada perlintasan jalan, saluran ini biasa disebut gorong-gorong. 2.3.4. Drainase Drainase berasal dari bahasa Inggris yaitu drainage yang artinya mengalirkan, menguras, membuang atau mengalihkan air. Dalam bidang Teknik Sipil, drainase secara umum dapat didefinisikan sebagai suatu tindakan teknis untuk mengurangi kelebihan air, baik yang berasal dari air hujan, rembesan maupun kelebihan air irigasi dari suatu kawasan/lahan, sehingga fungsi kawasan/lahan tidak terganggu (Suripin, 2004).

II-22



Sistem Drainase Secara umum sistem drainase dapat didefinisikan sebagai serangkaian bangunan air yang berfungsi untuk mengurangi atau membuang kelebihan air dari suatu kawasan/lahan, sehingga lahan dapat difungsikan secara optimal. Bangunan sistem drainase secara berurutan mulai dari hulu terdiri dari saluran penerima (interceptor drain), saluran pengumpul (collector drain), saluran pembawa (conveyor drain), saluran induk (main drain), dan badan air penerima (receiving waters). Di sepanjang sistem sering dijumpai bangunan lainnya, seperti gorong-gorong, jembatan-jembatan, talang dan saluran miring/got miring (Suripin, 2004). Sesuai dengan cara kerjanya, Saluran drainase buatan dibedakan menjadi:

• Saluran Interceptor (Saluran Penerima). Berfungsi sebagai pencegah terjadinya pembebanan aliran dari suatu daerah terhadap daerah lain di bawahnya. Saluran ini biasanya dibangun dan diletakkan pada bagian yang relatif sejajar dengan garis kontur. Outlet dari saluran ini biasanya terdapat di saluran collector atau conveyor atau langsung di natural drainage/sungai alam.

• Saluran Collector (Saluran Pengumpul). Berfungsi sebagai pengumpul debit yang diperoleh dari saluran drainase yang lebih kecil dan akhirnya akan dibuang ke saluran conveyor (pembawa).

II-23



• Saluran Conveyor (Saluran Pembawa). Berfungsi sebagai pembawa air buangan dari suatu daerah ke lokasi pembuangan tanpa harus membahayakan daerah yang dilalui Abcdef Menurut keberadaannya, sistem jaringan drainase dapat dibedakan menjadi 2 (dua), yaitu: 1.

Natural Drainage (Drainase Alamiah).

Terbentuk melalui proses alamiah yang terbentuk sejak bertahun-tahun mengikuti hukum alam yang berlaku. Dalam kenyataannya sistem ini berupa sungai beserta anak-anak sungainya yang membentuk suatu jaringan alur aliran. 2.

Artificial Drainage (Drainase Buatan).

Dibuat oleh manusia, dimaksudkan sebagai upaya penyempurnaan atau melengkapi

kekurangan-kekurangan

sistem

drainase alamiah

dalam

fungsinya membuang kelebihan air yang mengganggu. Jika ditinjau dari sistem jaringan drainase, kedua sistem tersebut harus merupakan kesatuan tinjauan yang berfungsi secara bersama. Menurut fungsinya, saluran drainase dapat dibedakan menjadi: •

Single purpose, yaitu saluran hanya berfungsi mengalirkan satu jenis air buangan saja.

II-24



•

Multi purpose, yaitu saluran yang berfungsi mengalirkan beberapa jenis air buangan, baik secara tercampur maupun secara bergantian.

Menurut konstruksinya, saluran drainase dapat dibedakan menjadi: • Drainase saluran terbuka. Saluran drainase primer biasanya berupa saluran terbuka, baik berupa saluran dari tanah, pasangan batu kali atau beton. • Drainase saluran tertutup. Pada kawasan perkotaan yang padat, saluran drainase biasanya berupa saluran tertutup. Saluran dapat berupa buis beton yang dilengkapi dengan bak kontrol, atau saluran pasangan batu kali/beton yang diberi plat tutup dari beton bertulang. Karena tertutup, maka perubahan penampang saluran akibat sedimentasi, sampah dan lain-lain tidak dapat terlihat dengan mudah (Suripin, 2004). Menurut konsepnya, sistem jaringan drainase dapat dibedakan menjadi 2 (dua) yaitu: • Drainase konvensional. Drainase konvensional adalah upaya membuang atau mengalirkan air kelebihan secepatnya menuju ke sungai terdekat. Dalam konsep drainase konvensional, seluruh air hujan yang jatuh di suatu wilayah harus secepatnya dibuang ke sungai dan seterusnya mengalir ke laut. Jika hal ini dilakukan pada semua kawasan, akan memunculkan berbagai masalah, baik di daerah hulu, tengah, maupun hilir. Dampak dari pemakaian konsep drainase konvensional tersebut dapat kita lihat sekarang ini, yaitu II-25



kekeringan yang terjadi di mana-mana, juga banjir, longsor, dan pelumpuran. Kesalahan konsep drainase konvensional yang paling pokok adalah filosofi membuang air genangan secepatnya ke sungai. Demikian juga mengalirkan air secepatnya berarti menurunkan kesempatan bagi air untuk meresap ke dalam tanah. Dengan demikian, cadangan air tanah akan berkurang, kekeringan di musim kemarau akan terjadi. Sehingga banjir dan kekeringan merupakan dua fenomena yang saling memperparah dan terjadi susul-menyusul. • Drainase Ramah Lingkungan. Drainase ramah lingkungan didefinisikan sebagai upaya mengelola air kelebihan dengan cara sebanyak-banyaknya meresapkan air ke dalam tanah secara alamiah atau mengalirkan ke sungai dengan tanpa melampaui kapasitas sungai sebelumnya. Dalam drainase ramah lingkungan, justru air kelebihan pada musim hujan harus dikelola sedemikian rupa sehingga tidak mengalir secepatnya ke sungai. Beberapa metode drainase ramah lingkungan yang dapat dipakai diantaranya adalah metode kolam konservasi, metode sumur resapan, metode river side polder, dan metode pengembangan areal perlindungan air tanah (ground water protection area). 2.3.5. Rumus Hidrolika Di dalam praktek, faktor penting dalam studi hidraulika adalah kecepatan V atau debit aliran Q. Dalam hitungan praktis, rumus yang banyak digunakan adalah persamaan kontinuitas, Q = AV, dengan A adalah tampang aliran. II-26



Apabila kecepatan dan tampang aliran diketahui, maka debit aliran dapat dihitung. Demikian pula jika kecepatan dan debit aliran diketahui maka dapat dihitung luas tampang aliran yang diperlukan untuk melewatkan debit tersebut. Dengan kata lain dimensi pipa atau saluran dapat ditetapkan. Biasanya debit aliran ditentukan oleh kebutuhan air yang diperlukan oleh suatu proyek (kebutuhan air minum suatu kota atau untuk irigasi, debit pebangkitan tenaga listrik, dan sebagainya) atau debit yang terjadi pada proyek tersebut (debit aliran melalui sungai). Dengan demikian besarnya debit aliran adalah sudah tertentu. Berarti untuk bisa menghitung tampang aliran A, terlebih dahulu harus dihitung kecepatan V. a. Rumus Chezy Seperti yang telah diketahui, bahwa perhitungan untuk aliran melalui saluran terbuka hanya dapat dilakukan dengan menggunakan rumus-rumus empiris, karena adanya banyak variabel yang berubah. Untuk itu berikut ini disampaikan

rumus-rumus

empiris

yang

banyak

digunakan

untuk

merencanakan suatu saluran terbuka. Chezy berusaha mencari hubungan bahwa zat cair yang melalui saluran terbuka akan menimbulkan tegangan geser (tahanan) pada dinding saluran, dan akan diimbangi oleh komponen gaya berat yang bekerja pada zat cair dalam arah aliran. Di dalam aliran seragam, komponen gaya berat dalam arah aliran adalah seimbang dengan tahanan geser, dimana tahanan geser ini tergantung pada kecepatan aliran. Setelah melalui beberapa penurunan rumus, akan didapatkan persamaan umum : II-27



Dengan V adalah Kecepatan aliran (m/det), R adalah Jari-jari hidraulik (m), I adalah Kemiringan dasar saluran dan C adalah Koefisien Chezy. b. Rumus Manning Rumus Manning yang banyak digunakan pada pengaliran di saluran terbuka, juga berlaku untuk pengaliran di pipa. Rumus tersebut mempunyai bentuk:

Dengan n adalah koefisien Manning dan R adalah jari-jari hidraulik, yaitu

perbandingan antara luas tampang aliran A dan keliling basah P.

Untuk pipa lingkaran, A = πD2/4 dan P = π D , sehingga: Atau D = 4R Untuk aliran di dalam pipa persamaan menjadi:

c. Metode Haspers

II-28



Metode Haspers yang digunakan untuk menghitung debit maksimum dirumuskan sebagai berikut ; Q = ά β. I.A keterangan: ά = Koefisien pengairan. β = Koefisien reduksi. I = Intensitas hujan (m3/dtk/km2). A = luas daerah (Km2). d. Metode Rasional Qt = 0,278 C . I . A L t = 0,0195 ×   s

S

m3/dt

0 , 77

(menit )

= H/L

dimana: Qt = debit banjir. C

= Koefisien pengaliran.

I

= Intensitas hujan (mm/jam).

A = Luas Daerah Aliran (km2). R

= hujan rencana (mm/hari). II-29



t

= waktu konsentrasi (jam).

L

= panjang saluran drainase (km).

H = Selisih ketinggian antara titik terjauh saluran drainase dengan lokasi pengamatan. Dalam rumus rasional terdapat koefisien pengaliran C, yang besarnya berubah dari waktu ke waktu, tergantung dari perubahan karakteristik aliran permukaan di dalam saluran drainase tanah. Untuk mendapatkan harga C yang pasti adalah sangat sulit, karena dipengaruhi oleh faktorfaktor kemiringan lahan, vegetasi permukaan tanah

serta jenis dan

kelembaban tanah. e. Metode Modifikasi Rasional Saluran drainase yang berfungsi sebagai slauran primer akan dihitung dengan rumus rasional yang dimodifikasi. Debit saluran yang akan diperiksa kapasitasnya, dihitung sebagai berikut : Q = 0,278 x C x Cs x I x A

Cs =

2 tc 2 tc + td

tc = to + td td = L / V  m  to = 3,28 × Lo  0,5  S 

0 ,167

(menit )

II-30



dimana: Q = Debit banjir rencana (m3/det). C

= Koofisien Pengaliran yang tergantung dari permukaan tanah daerah

perencanaan. Cs = Koofisien Penyimpangan. I

= Intensitas hujan (mm/jam).

A = Luas daerah aliran (catchment area) (Km2). tc = Waktu konsentrasi, untuk daerah saluran drainase perkotaan terdiri dari to dan td. to = Waktu yang diperlukan air untuk mengalir melalui permukaan tanah ke saluran terdekat (menit). to diperoleh dan grafik BUDS dari harga - harga L, C, dan slope. td = Waktu yang diperlukan air untuk mengalir didalam saluran ke tempat yang direncanakan (menit). L

= Panjang saluran dari titik terjauh sampai ke titik yang ditinjau

meter (m). V = Kecepatan pengaliran rata - rata (m/det). V diperoleh dari rumus BUDS = 20 (H/L)0,6. Karena grafik BUDS to hanya terbatas untuk slope 0,5% s/d 15%, maka untuk harga - harga to tersebut diluar batas grafik, to dicari dengan rumus Karby yang selanjutnya menjadi :

II-31



Lo = Jarak terjauh dari daerah aliran (m). m = Koefisien hambatan. s

= kemiringan daerah aliran.

f. Metode Perhitungan Hidrolika a. Kapasitas saluran Perhitungan

kapasitas saluran sekaligus juga

untuk mencari dimensi

saluran yang akan dihitung dengan rumus Manning sebagai berikut : Q = V x A (m3/det).

V=

R

2

3

× S 0,5 n

dimana : Q :

Debit air di saluran (m3/det).

V :

Kecepatan air dalam saluran (m/det).

n

:

Koefisien kekasaran dinding.

R

:

Jari-jari Hidraulik (meter).

S

:

Kemiringan dasar saluran.

A :

Luas penampang basah (m2).

Mengingat saluran drainase ini berfungsi untuk mengalirkan air hujan dari catchment area yang ada didaerah terbuka/perumahan, maka dimensi II-32



saluran ini dihitung dengan rumus Manning yang dibandingkan/ dikombinasikan dengan analisa debit banjir Hidrologi dengan rumus Rasional Modifikasi, menggunakan komputer program Excel. Dengan mencoba-coba tinggi air (h), lebar dasar saluran (b) dan kecepatan air (v) Hidrolika sama dengan kecepatan air permukaan (v) Hidrologi, sampai diperoleh dimensi yang ideal, yakni perbandingan debit banjir (Q in) dengan kapasitas saluran (Q o) ≤ 1. b. Kecepatan Pengaliran. • Kecepatan Minimum. Kecepatan minimum yang diijinkan adalah kecepatan yang tidak akan menyebabkan pengendapan partikal (sedimentasi) maupun tumbuhnya tumbuhan air. Kecepatan ini sulit ditentukan dengan tepat, karena sangat tergantung dari partikel - partikel yang terdapat di permukaan tanah. • Kecepatan Maksimum. Kecepatan aliran dalam saluran harus dibatasi untuk mencegah terjadinya erosi atau longsoran. Kecepatan maksimum tersebut ditentukan oleh lapisan pelindung saluran yang dipergunakan, yaitu: saluran tanah V

=

0,70 m/det

saluran pasangan batu V

=

2,00 m/det

saluran pasangan beton V

=

3,00 m/det

• Kemiringan Talud Saluran Tanah. II-33



Kemiringan talud saluran tanah disesuaikan dengan karakteristik tanah setempat yang pada umumnya berkisar antara 1 : 1,5 sampai dengan 1 : 3. Tabel 2. 1 Kemiringan Talud Bahan dari Tanah Kemiringan Talud No

Bahan Tanah (m = H/V)

1

Batu

0,25

2

Lempung kenyal, geluh

1 - 2

3

Lempung pasir, tanah kohesif

1,5 - 2,5

4

Pasir lanauan

2 - 5

5

Gambut kenyal

1 - 2

6

Gambut lunak

3 - 4

7

Tanah dipadatkan dengan baik

1 - 1,5

• Kemiringan Talud Saluran Pasangan. Kemiringan talud saluran dari pasangan disesuaikan dengan kedalaman air di saluran : Tabel 2. 2 Kemiringan Talud Bahan dari Pasangan. Tinggi Air

m

h < 0,40 m

0 (dinding tegak vertikal)

0,75 > h > 0,40 m

0,25 - 0,5

h > 0,75 m

0,50 - 1,0

• Tinggi Jagaan (F). Tinggi jagaan minimum untuk saluran dengan pasangan ditentukan dari besarnya debit air di saluran. II-34



Tabel 2. 3 Tinggi Jagaan di Saluran. Debit air

Tinggi Jagaan

Q < 5 m3/det

0,20 – 0,30 meter

10 m3/det > Q > 5 m3/det

0,30 – 0,50 meter

Q > 10 m3/det

0,70 – 1,0 meter

Debit air yang didapat dari perhitungan diatas yang berarti kapasitas saluran dibandingkan dengan debit banjir yang dihitung berdasarkan perencanaan hidrologi dengan periode ulang tertentu. Apabila kapasitas saluran < dari debit perhitungan hidrologi, berarti kapasitas saluran tidak mampu untuk menampung debit banjir yang terjadi. • Pemakaian Tipe Saluran. Peruntukan pemakaian tipe saluran tergantung keadaan /kondisi di lapangan dan beban jalan yang akan direncanakan. Tabel 2. 4 Pemakaian Tipe Saluran. No

Tipe Saluran

Peruntukan/Pemakaian

1

Beton Bertulang

Dipinggir jalan yang menerima beban berat

2

Beton Tanpa Tulang

Dipinggir jalan dengan lebar jalan antara 1,0 – 1,5 M, dan tidak menerima beban berat

3

Batu Kali

Dipinggir jalan dengan lebar jalan antara 3,0 – 4,0 M, tidak menerima beban berat

4

Tanah

Saluran dilokasi yang masih kosong penduduknya/jalan pun belum ada.

II-35



g. Metode Mononobe Seandainya data curah hujan yang ada adalah data curah hujan harian, maka untuk menghitung intensitas hujan dapat di gunakan metode Mononobe (Joesron Loebis 1992).

Dengan: I = intensitas curah hujan(mm/jam). t = lamanya curah hujan (jam). R24 = curah hujan maks, dalam 24 jam (mm).

Salah satu konsep penting dalam upaya mengendalikan banjir adalah koefisien aliran permukaan (runoff) yang biasa dilambangkan dengan C. Koefisien C didefinisikan sebagai nisbah antara laju puncak aliran permukaan terhadap intensitas hujan. Faktor utama yang mempengaruhi nilai C adalah laju infiltrasi tanah, tanaman penutup tanah dan intensitas hujan (Arsyad, 2006). Koefisien aliran permukaan (C) untuk DAS pertanian bagi tanah kelompok hidrologi B dan untuk daerah perkotaan tertera dalam tabel.

II-36



II-37



Contents BAB II .................................................................................................................. 1 TINJAUAN PUSTAKA....................................................................................... 1 2.1.

Umum ........................................................................................................ 1

2.2.

Hidrologi ................................................................................................... 1

2.2.1.

Air permukaan ( surface Water) ............................................................ 6

2.2.2.

Air tanah (groundwater) ...................... Error! Bookmark not defined.

2.2.3.

Curah Hujan........................................................................................... 7

2.2.4.

Kerapatan Station Hujan........................................................................ 8

2.2.5.

Perkiraan Data Curah Hujan yang Hilang. .......................................... 10

2.2.6.

Analisa Frekuensi ................................................................................ 14

2.3.

Hidrolika ................................................................................................. 17

2.3.1.

Jenis-jenis aliran : ................................................................................ 18

2.3.2.

Karakteristik aliran. ............................................................................. 20

2.3.3.

Elemen Geometri ................................................................................. 21

2.3.4.

Drainase ............................................................................................... 22

2.3.5.

Rumus Hidrolika ................................................................................. 26

II-38



II-39


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents