DEBIT ANDALAN Debit Andalan (dependable discharge) : debit yang berhubungan dgn probabilitas atau nilai kemungkinan terjadinya. Merupakan debit yg kemungkinan terjadinya sama atau melampaui dari yg diharapkan. Debit yg mengalir pd suatu penampang sungai dlm suatu daerah aliran sungai (DAS). Perencanaan teknik sumber daya air membutuhkan nilai probabilitas debit yg diandalkan: -Penyediaan air minum dgn debit andalan 99% -Pembangkit tenaga listrik dgn debit andalan 85% - 90% -Perencanaan irigasi dgn debit andalan 70% - 85%
Misal dgn andalan 90% diperoleh debit andalan 100 m3/det. Berarti akan dihadapi adanya debit-debit yg sama atau lebih besar dari 100 m3/det sebesar 90% dari banyaknya pengamatan selama waktu tertentu. Dan akan dihadapi resiko debitdebit lebih kecil dari 100 m3/det sebesar 10% dari banyaknya pengamatan.
METODA MOCK Dikembangkan oleh F.J. Mock (1973) berdasarkan daur hidrologi. Menjelaskan hubungan rainfall-runoff .
Evapotranspirasi
RAINFAL L
Surface storage
Surface Run Off
Infiltrasi groundwater storage
Total Run Off
Groundwater Run Off
Bagan alir model rainfall-runoff
Metoda Mock dikembangkan utk menghitung debit bulanan rata-rata. Data yg diperlukan: - Data hujan rerata bulanan - Data klimatologi (penyinaran matahari, kec. angin, kelembaban relatif, temperatur) - Luas dan tataguna lahan DAS Prinsip: - Memperhitungkan volume air yg masuk (hujan), keluar (infiltrasi,perkolasi & evapotranspirasi) dan yg disimpan dalam tanah (soil storage). - Dlm sistem mengacu pd waterbalance, vol air total yg ada di bumi tetap, hanya sirkulasi dan distribusi yg bervariasi.
Bagan alir perhitungan debit (Metoda Mock) Perhitungan Evapotranspirasi Potensial (Metode Penman)
Perhitungan Evapotranspirasi Aktual
Perhitungan Water Surplus
Perhitungan Base Flow, Direct Runoff dan Storm Runoff
WATER BALANCE Dlm siklus hidrologi, hub antara aliran masuk (inflow) dan aliran keluar (outflow) pd suatu DAS utk periode tertentu disebut Neraca Air (water balance).
Sirkulasi Air Presipitasi
Evaporasi
Presipitasi
Curah Hujan
Perkolasi
Uap Air
Air Keluar
Air Permukaan
Kelembaban Tanah Dan Air Tanah
Evaporasi Presipitasi
Bentuk umum pers. Water balance: P = Ea + ∆GS + TRO P=presipitasi; Ea=evapotranspirasi; ∆GS=perubahan groundwater storage; TRO=total run off. Water balance merupakan siklus tertutup dlm satu pengamatan tertentu (1 tahun) dan tdk terjadi perubahan storage, ∆GS=0 (awal penentuan grdwtr storage berdasarkan bulan terakhir dalam satu tinjauan kurun waktu tahunan). Sehingga : P = Ea + TRO
Acuan prediksi debit Metoda Mock: a. Dalam satu tahun, perubahan groundwater storage (∆GS) hrs sama dgn NOL. b. Jumlah total evapotranspirasi dan total run off selama satu tahun harus sama dengan total presipitasi yg terjadi dalam tahun itu. Data Meteorologi: Data yg dipakai adalah data bulanan rata-rata Kecuali dalam presipitasi data yg digunakan adalah jumlah data dalam satu bulan.
Satuan parameter meteorologi Data Meteorologi
Notasi
Satuan
Presipitasi
P
mm
Temperatur
T
oC
Penyinaran matahari
S
%
Kelembaban relatif
H
%
Kecepatan angin
w
mile/hari
EVAPOTRANSPIRASI Kehilangan air dari lahan dan permukaan air pada DAS. Evapotranspirasi Potensial, dpt dihitung dgn metoda Thornthwaite, Blaney-Cridle, Penman, dan Turc-Langbein-Wundt. Evapotranspirasi Aktual, evapotranspirasi yg terjadi pd kondisi air yg tersedia terbatas, dipengaruhi oleh proporsi permukaan luar yg tdk tertutupi tumbuhan hijau (exposed surface) pd musim kemarau.
Exposed Surface
m 0%
Daerah Hutan primer, sekunder
10% – 40%
Daerah tererosi
30% - 50%
Daerah ladang pertanian
Rasio antara selisih evapotranspirasi potensial dan evapotranspirasi aktual dengan evapotranspirasi potensial dipengaruhi oleh exposed surface (m) dan jumlah hari hujan (n) dalam satu bulan.
E m (18 n ) E P 20 Sehingga:
m E E P (18 n ) 20
Dari formulasi di atas dpt dirumuskan bahwa evapotranspirasi potensial akan sama dgn evapotranspirasi aktual jika: a. Evapotranspirasi terjadi pada hutan primer atau sekunder, karena nilai m=0 b.Banyaknya hari hujan dlm bulan yg diamati pd daerah itu sama dgn 18 hari. Sehingga: Eaktual = EP - ∆E
WATER SURPLUS Water surplus=air hujan (presipitasi) yg telah mengalami evapotranspirasi dan mengisi tampungan tanah (soil storage, SS). Water surplus (WS) diformulasikan dgn: WS = (P – Ea) + SS Water surplus merupakan air limpasan permukaan ditambah dengan air yg mengalami infiltrasi.
Skema water surplus P
R
E
S
I
P
I
T
A
S
I
Tampungan Kelembaban Tanah
E V A P O T R A N S P I R A S I
Run Off Zona infiltrasi Kapasitas Kelembaban Tanah
Tampungan kelembaban tanah (soil moisture storage, SMS): - Kapasitas kelembaban tanah (soil moisture capacity, SMC) - Zona infiltrasi - Limpasan permukaan dan tampungan tanah (soil storage, SS) Besarnya SMC tiap daerah tergantung pd tipe penutup lahan (land covery) dan tipe tanahnya (tabel).
Kapasitas kelembaban tanah maksimum ditetapkan sebesar 200 mm/bulan (hasil studi FJ Mock pd DAS di Bogor). SMS = ISMS + (P – Ea) ISMS= initial soil moisture storage, merupakan soil moisture capacity (SMC) bulan sebelumnya. P-Ea = presipitasi yg tlh mengalami evapotranspirasi. Asumsi Mock: Air akan memenuhi SMC terlebih dahulu sblm water surplus tersedia utk infiltrasi dan perkolasi yg lebih dalam atau melimpas langsung (direct run off).
Ada 2 keadaan dlm menentukan SMC: 1. SMC = 200 mm/bulan, jika P-Ea ≥ 0 tampungan tanah lembab (soil moisture storage) sudah mencapai kapasitas maksimumnya atau terlampaui sehingga air tdk disimpan dlm tanah lembab. Berarti SS=0 dan water surplus= P-Ea 2. SMC=SMC bulan sebelumnya + (P-Ea), jika P-Ea<0 pd keadaan ini SMS blm mencapai kapasitas maksimum, sehingga ada air yg disimpan dlm tanah lembab sebesar P-Ea. Karena air berusaha utk mengisi kapasitas maksimumnya, maka water surplus, WS = 0
LIMPASAN TOTAL Air hujan yg tlh mengalami evapotranspirasi dan disimpan dlm tanah lembab, selanjutnya akan melimpas di permukaan (surface run off) dan mengalami perkolasi. Infiltrasi (i) = WS x if Koefisien infiltrasi (if) ditentukan oleh kondisi porositas dan kemiringan daerah pengaliran. Infiltrasi terus terjadi sampai mencapai zona tampungan air tanah (ground water storage, GS).
Perjalanan air hujan hingga terbentuk debit
Ea
presipitasi
SROS percolasi SRO
GS
channel
Groundwater Storage dipengaruhi: a. Infiltrasi (i) b. Konstanta resesi aliran bulanan (K) c. Groundwater storage bulan sebelumnya (Gsom) Diformulasikan oleh Mock: GS = { 0,5 x (1 + K) x i } + {K x Gsom} Prinsip water balance, perubahan groundwater storage selama rentang waktu tahunan tertentu adalah nol. bulan ke12
GS
i bulan ke1
Perubahan groundwater storage (∆GS) adalah selisih antara groundwater storage bulan yang ditinjau dengan groundwater storage bulam sebelumnya. Perubahan goundwater storage penting bagi terbentuknya aliran dasar sungai (base flow, BF): BF = i - ∆GS Jika pd suatu bulan ∆GS negatif (terjadi krn GS bulan yg ditinjau < dari bulan sebelumnya) maka base flow akan > dari infiltrasinya. Karena water balance merupakan siklus tertutup dgn periode tahunan, maka perubahan groundwater storage selama 1 tahun = 0. Dalam 1 tahun jumlah base flow = jmlh infiltrasi.
Direct run off/surface run off Berasal dari water surplus yg telah mengalami infiltrasi. DRO = WS – i Storm run off Limpasan langsung ke sungai yg terjadi saat hujan deras. SRO ini hanya beberapa % saja dari hujan. SRO dipengaruhi oleh percentage factor, PF. Yaitu persen hujan yg menjadi limpasan. PF = 5% - 10% Ketentuan: a. Jika P > maksimum soil moisture capacity, maka SRO = 0 b. Jika P < maksimum soil moisture capacity , maka SRO = jmlh curah hujan dlm satu bulan ybs dikali PF SRO = P x PF
Total Run Off Merupakan penjumlahan komponenkomponen pembentuk debit sungai. TRO = BF + DRO + SRO Dinyatakan dalam mm/bulan. Jika TRO dikalikan dgn luas catchment area akan diperoleh besaran debit dlm m3/det.
PARAMETER MOCK 1.
2. 3. 4. 5.
Koefisien refleksi (r) Exposed surface (m) Koefisien infiltrasi (if) Konstanta resesi aliran (K) Percentage factor (PF)
1. Koefisien Refleksi (r) Perbandingan antara jmlh radiasi matahari yg dipantulkan oleh suatu permukaan dgn jumlah radiasi yg terjadi (%). Lihat tabel koefisien refleksi (nilai albedo, r).
2. Exposed Surface (m) Proporsi permukaan luar yg tdk tertutup tumbuhan hijau pd musim kering (%). Diklasifikasikan menjadi 3 daerah: 1. Hutan primer atau sekunder 2. Daerah tererosi 3. Daerah ladang pertanian Besarnya m berkisar 0 – 50% dan sama untuk tiap bulan (lihat tabel).
3. Koefisien Infiltrasi (if) Tergantung kpd kondisi porositas tanah dan kemiringan daerah pengaliran. Koefisien infiltrasi mempunyai nilai yg besar jika tanah bersifat poreus, sifat bulan kering dan kemiringan lahannya tdk terjal. Harga minimum koefisien infiltrasi dpt tercapai karena kondisi lahan yg terjal dan air tdk sempat mengalami infiltrasi.
4. Konstanta Resesi Aliran (K) Proporsi air tanah bulan lalu yg masih ada bulan sekarang. Pada bulan hujan nilai K cenderung lebih besar, berarti tiap bulan nilai K berbeda-beda. Nilai K akan menjadi besar jika bulan sebelumnya merupakan bulan basah.
5. Percentage Factor (PF) Persentase hujan yg menjadi limpasan, digunakan dlm menghitung SRO pada total run off. Storm run off hanya dimasukkan kedalam TRO jika P < nilai maksimum soil moisture capacity. Besarnya PF berkisar 5% - 10% Kemungkinan dpt meningkat hingga 37,3%
KALIBRASI Upaya yg dilakukan utk menyesuaikan output model dgn data hasil pengukuran di lapangan. Bertujuan utk mengatur kombinasi parameterparameter dalam pemodelan sehingga hasil pemodelan dpt menyerupai keadaan sebenarnya. Mengatur adalah megubah parameter-parameter dlm rentang yg sesuai dgn kondisi lapangan. Hal ini dilakukan krn kebanyakan parameter di lapangan sulit diatur secara pasti. Ada 3 parameter yg perlu dikalibrasi; 1. Koefisien Infiltrasi (if) 2. Konstanta Resesi Aliran (K) 3. Percentage Factor (PF)
Chek Kesalahan Hasil Kalibrasi Error () < toleransi (3%)
terhitung terukur x 100% terukur
