BAB III HUJAN DAN ANALISIS HUJAN
Novitasari,ST.,MT
TIU & TIK TIU
: Hidrologi Terapan merupakan matakuliah untuk
memahami tentang aplikasi hidrogi terapan dan aplikasinya dalam rekayasa teknik sipil. TIK
: Mahasiswa mampu - Menjelaskan pengertian hujan & proses pembentukannya - mempersiapkan data hujan - pengujian data hujan dan data hujan yang hilang pada hujan titik dan rerata daerah - kedalaman-durasi-intensitas hujan, cara menghitung hujan rerata meliputi :- Pengertian Umum - Proses Pembentukan Hujan - Durasi dan Intensitas Hujan - Pengukuran Hujan - Pengujian Data Hujan
1
Hujan & Pengertiannya Hujan adalah air yang berasal dari awan hujan yang berkondensasi yang jatuh kepermukaan tanah Hujan merupakan komponen masukan yang paling penting dalam proses hidrologi, karena jumlah kedalaman hujan (rainfall depth) ini yang dialihragamkan menjadi aliran di sungai, baik melalui limpasan permukaan (surface runoff), aliran antara (interflow, sub surface flow) maupun sebagai aliran air tanah (groundwater flow). Hujan juga disebut presipitasi Dua syarat yang harus dipenuhi pada proses pembentukan hujan: 1. tersedianya udara lembab. 2. tersedianya sarana, keadaan yang dapat mengangkat udara tersebut ke atas, sehingga terjadi kondensasi.
Hujan Konvektif
Pada daerah tropis di musim kemarau terjadi hujan dengan intensitas tinggi, durasi singkat dan pada daerah yang relatif sempit
2
Hujan Siklonik
Intensitas sedang, durasi lama dan pada daerah yang luas
Hujan Orografik
Adanya pegunungan yang menyebabkan terdapat dua daerah yang disebut daerah hujan dan daerah bayangan hujan
3
Durasi dan Intensitas Hujan Durasi hujan adalah lamanya suatu kejadian hujan. Intensitas hujan (laju hujan) yang tinggi pada umumnya berlangsung dengan durasi yang pendek dan meliputi daerah yang tidak sangat luas. Hujan yang meliput daerah luas jarang sekali dengan intensitas tinggi, tetapi dapat berlangsung dengan durasi yang cukup panjang.
Hubungan derajat hujan dengan intensitas hujan Intensitas curah hujan (mm/mnt)
Kondisi
Hujan sangat lemah
< 0,02
Tanah agak basah atau dibasahi sedikit
Hujan lemah
0,02 – 0,05
Tanah menjadi basah semuanya, tapi sulit membuat puddel, bunyi curah hujan kurang terdengan.
Hujan Normal
0,05 – 0,25
Tanah menjadi basah semua dan dapat membuat puddel, curah hujan cukup terdengar.
Hujan deras
0,25 – 1,00
Air tergenang di seluruh permukaan tanah dan bunyi keras hujan terdengar dari genangan.
>1,00
Hujan seperti ditumpahkan, saluran dan drainasi meluap.
Derajat Hujan
Hujan sangat deras
4
Hubungan sifat hujan dengan intensitas curah hujan Sifat hujan (keadaan curah hujan)
Hujan sangat ringan Hujan ringan Hujan normal Hujajn lebat Hujan sangat lebat
Intensitas curah hujan (mm) Per jam
Per 24 jam
<1 1–5 5 – 10 10 – 20 > 20
<5 5 – 20 20 – 50 50 – 100 > 100
Ukuran, massa dan kecepatan jatuh butir hujan Jenis Hujan Gerimis
Diameter Bola (mm)
Massa (mg)
Kecepatan Jatuh (m/dt)
0,15
0,0024
0,5
0,5
0,065
2,1
Hujan Normal Lemah Deras
1 2
0,52 4,2
4,0 6,5
Hujan sangat deras
3
14
8,1
Hujan Halus
5
Pengukuran Hujan Untuk melakukan pengukuran hujan tersebut diperlukan alat pengukur hujan (raingauge) Dalam pemakaian terdapat dua jenis alat ukur hujan, yaitu : 1. Penakar hujan biasa (manual raingauge) 2. Penakar hujan otomatik (automatic raingauge)
Penakar Hujan Biasa (Manual Raingauge) Penakar hujan biasa terdiri dari bejana dan corong seluas 200 cm2 yang dipasang setinggi 120 cm dari permukaan tanah. Pengukuran hujan jenis ini terdiri dari tiga bagian alat, yaitu : corong (orifice), bejana pengumpul dan batang ukur (deep stick).
Corong (orifice) Batang ukur
Bejana Tampung
6
7
Penakar Hujan Otomatik (automatic raingauge) Dalam suatu analisis hujan lanjutan, umumnya tidak hanya diperlukan data hujan kumulatif harian saja, akan tetapi juga diperlukan agihan hujan jamjaman (hourly distribution) atau bahkan yang lebih pendek lagi
8
ketentuan dari WMO (World Meteorological Organization) Penakar hujan ditempatkan pada lokasi sedemikian sehingga kecepatan angin di tempat tersebut sekecil mungkin dan terhindar dari pengaruh penangkapan air hujan oleh benda lain di sekitar alat penakar hujan Penempatan setasiun hujan hendaknya berjarak minimum empat kali tinggi rintangan terdekat Lokasi di suatu lereng yang miring ke satu arah tertentu hendaknya dihindarkan Penempatan corong penangkap hujan diusahakan dapat menghindari pengaruh percikan curah hujan ke dalam dan disekitar alat penakar sebaiknya ditanami rumput atau berupa kerikil, bukan lantai beton atau sejenisnya.
Pengujian Data Hujan Langkah-langkah yang diperlukan dalam analisis hujan adalah : 1. Kelengkapan data 2. Kepanggahan data (consistency) 3. Cara analisis
9
KELENGKAPAN DATA membiarkan saja data yang hilang tersebut, karena dengan cara apapun data tersebut tidak akan dapat diketahui dengan tepat. Bila dipertimbangkan bahwa data tersebut mutlak diperlukan maka sebelum perhitungan dilakukan terlebih dahulu melengkapi data curah hujan yang hilang tersebut dengan berbagai cara.
Kelengkapan Data Pada Hujan DAS (Catchment Rainfall)
Normal Ratio Method dan Reciprocal Method
10
F G
E Krangga n D
C
Mendu Borobudu t r
A
B
Dumet
Stasiun Pengukuran Hujan (Rainfall Station) Stasiun Pengukuran Tinggi Muka Air (AWLR Station)
Normal Ratio Method 1 N P N P N P Px X A X B ...... X n n NA NB Nn dimana : PX = data hujan yang hilang (mm) NX = hujan tahunan normal pada stasiun X (pada stasiun yang dicari) PA, PB, dan Pn = data hujan yang diketahui pada stasiun A, B, dan C NA, NB, dan Nn = hujan tahunan normal pada stasiun A, B, dan C N = jumlah stasiun hujan yang data hujannya tersedia
11
Reciprocal Method 1 Px
(D
XA
)
2
1 (D
PA
XA
)2
1 (D
XB
(D
) 1 XB
2
PB
)2
1
( D XC ) 2 1 ( D XC ) 2
PC
dimana : PX = data hujan yang hilang (mm) DXA, DXB, DXC = Jarak antara stasiun hujan X (yang data hujannya hilang) dengan stasiun hujan A, B, C
KEPANGGAHAN DATA Satu seri data hujan untuk satu stasiun tertentu dimungkinkan sifatnya tidak panggah (inconsistent). Data semacam ini tidak bisa langsung dianalisis, karena sebenarnya data didalamnya berasal dari populasi data yang berbeda
12
Sebab ketidakpanggahan •
•
•
Alat ukur yang diganti dengan spesifikasi yang berbeda atau alat yang sama akan tetapi dipasang dengan patokan ukuran yang berbeda Alat ukur dipindahkan dari tempat semula akan tetapi secara administrasi nama stasiun tersebut tidak diubah, misalnya karena masih dalam satu desa yang sama Alat ukur sama, tempat tidak dipindahkan, akan tetapi lingkungan yang berubah, misalnya semula dipasang di tempat yang ideal (sesuai dengan syarat-syarat yang sudah dujelaskan pada bab terdahulu), kemudian berubah karena adanya bangunan atau pepohonan yang terlalu besar disekitarnya
Uji Kepanggahan Uji kepanggahan (konsistensi) data digunakan untuk mengetahui kepanggahan terhadap suatu seri data yang diperoleh. Cara pengujian dapat dilakukan dengan menggunakan analisis kurva ganda (double mass analysis) karena kekurangan jumlah stasiun sehingga dalam praktek hanya menggunakan minimum 3 stasiun acuan
13
double mass curve
Kum ulatif Rata-Rata Hujan dari Stasiun Sekitar
Suatu seri data yang panggah, grafik akan membentuk garis lurus dengan landai (slope) tertentu. 35 30 25 20 15 10 5 0
0
10
20
30
40
Kum ulatif Hujan Stasiun X
16 14 Stasiun Sekitar
Kumulatif Hujan Rata-Rata dari
Suatu seri data yang tidak panggah, grafik yang terbentuk suatu garis yang berubah kelandaiannya pada suatu titik tertentu. 12 10 8 6 4 2 0 0
5
10
15
20
25
Kumulatif Hujan Stasiun X
14
Faktor Koreksi Data yang tidak panggah dapat dikoreksi dengan mangalikan faktor koreksi sebesar :
S1 S2
dengan : S1 = landai sesudah perubahan S2 = landai sebelum perubahan
Contoh Uji Konsistensi Tahun
Curah Hujan X
Depok
Sawangan
Darmaga
1985
3164
2882
3164
3603
1986
3989
2891
3989
4234
1987
2437
2093
2437
3488.9
1988
2368
2167
2368
3173.6
1989
2352
2360
2352
3998.6
1990
2189
2928
2189
4455.3
1991
1577
2348
1577
3145.1
1992
2487
2487
2487
4777.6
1993
1985
2074
1985
4279.7
1994
1592
2348
1592
4153.4
1995
2156
3163
2156
4514.7
1996
2290
2959
2290
4721.2
1997
1778
1558
1778
2848.9
1998
2640
2754
2640
4422.5
15
Langkah-langkah 1. Hitung Hujan Rerata dari sta Depok, Sawangan dan Darmaga 2. Hitung nilai kumulatif stasiun yang dicari (sta X) 3. Hitung nilai kumulatif dari sta Depok, Sawangan dan Darmaga 4. Gambar Grafik hubungan langkap (2) dan (3) 5. Perbandingan kemiringan baru dan lama 6. Data sebelum grafik patah dikoreksi dengan faktor pada langkah (5)
Menentukan Kumulatif Hujan
Rata-rata 3 stasiun (depok, sawangan dan darmaga)
Kumulatif Sta X
Kumulatif 3 Stasiun (depok, sawangan dan darmaga)
3216
3164
3216
3705
7153
6921
2673
9590
9594
2570
11958
12164
2904
14310
15067
3191
16499
18258
2357
18076
20615
3251
20563
23865
2780
22548
26645
2698
24140
29342
3278
26296
32620
3323
28586
35944
3272
33004
41278
16
Grafik Hubungan Hujan Kumulatif 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 3216 6921 9594 12164 15067 18258 20615 23865 26645 29342 32620 35944 38005 41278
ANALISIS HUJAN DAS Beberapa cara yang bisa digunakan untuk menghitung hujan DAS adalah cara rerata aljabar, polygon thiessen dan isohyet
17
Rerata Aljabar/Rata-rata Aljabar Salah satu cara sederhana uintuk menghitung ketebalan hujan rerata pada suatu DAS adalah caracara aljabar atau rerata hitung (arithmetic mean)
xDAS
x A xB xC xD xE xF xG n
dimana : xC = Hujan DAS pada tahun/bulan tertentu n = jumlah stasiun dalam DAS xA xB xD xE xF xG = tinggi hujan pada stasiun A, B, D, E, F, dan G pada tahun yang sama
Polygon Thiessen (Thiessen Polygon Method) Stasiun 1 A B C D E F G
Pi 2 PA PB PC PD PE PF PG
ΔA 3 AA AB AC AD AE AF AG A = ΔA
i = ΔA / A 4 A B C D E F G
i. P i 5=2x4 A .PA B .PB C .PC D .PD E .PE F .PF G .PG .P
18
G
G AG
F
F AF E
E
AE D
D AD AC
C
C AB B
B AA
A
A
Stasiun Pengukuran Hujan (Rainfall Station)
Cara Isohyet (Isohyet Method) Stasiun 1 I II III IV V VI
Pi 2 P1 P2 P3 P4 P5 P6
ΔA 3 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A = ΔA
i = ΔA / A 4 1 2 3 4 5 6
i. P i 5=2x4 1.P1 2 .P 2 3 .P 3 4 .P4 5 .P5 6 .P6 .P
19
A6.P6
G
F P5 = (PE + PF ) / 2 A5.P5
E
A4.P4
D
C A3.P3 B A2.P2 A
Stasiun Pengukuran Hujan (Rainfall Station)
A1.P1
Kesimpulan Analisis Hujan DAS Cara I (Rerata Aljabar) : paling mudah dan sederhana tetapi hasilnya tidak teliti. hanya baik digunakan pada daerah yang relatif datar, serta jaringan pengukuran hujan teratur dan data dari masing-masing stasiun tidak jauh berbeda dari angka rataratanya. Cara II (Polygon Thiesesen) : memberikan hasil yang lebih baik dengan memperhatikan daerah yang mempengaruhi dari masing-masing stasiun, tetapi kerugian/kelemahan cara ini adalah kurang fleksibel apabila terjadi perubahan jumlah stasiun. Cara III (Isohyet) : cara yang terbaik, yang memungkinkan seseorang memasukkan ilmu dan pengalamannya dalam menggambarkan garis isohet, sehingga pengaruh distribusi hujan dapat dimasukkan.
20
