MODEL HUJAN LIMPASAN di DAERAH PERMEABLE dan IMPERMEABLE dengan PEUBAH KEMIRINGAN LAHAN

MODEL HUJAN-LIMPASAN di DAERAH PERMEABLE dan IMPERMEABLE dengan PEUBAH KEMIRINGAN LAHAN

Rainfall-Runoff Modelling on Permeable and Impermeable Area with Slope Area Variation

SKRIPSI

Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Disusun Oleh: DYAH ASTARI NIM I 0199009

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2004

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

Model Hujan-Limpasan di Daerah Permeable dan Impermeable dengan Peubah Kemiringan Lahan

Rainfall-Runoff Modelling on Permeable and Impermeable Area with Slope Area Variation

SKRIPSI

Disusun Oleh:

DYAH ASTARI NIM I 0199009

Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Persetujuan Pembimbing

Pembimbing I Pembimbing II

Ir. Rr. Rintis Hadiani, MT Ir. Agus P Saido, MSc

iii

Model Hujan-Limpasan di Daerah Permeable dan Impermeable dengan Peubah Kemiringan Lahan

Rainfall-Runoff Modelling on Permeable and Impermeable Area with Slpoe Area Variation

SKRIPSI

Disusun oleh :

DYAH ASTARI NIM. I 0199009

Telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada hari Senin, 3 Mei 2004 :

1. Ir. Rr. Rintis Hadiani, MT ... NIP. 131 791 755

2. Ir. Agus Prijadi Saido, MSc ... NIP. 131 570 270

3. Ir. Agus Hari Wahyudi, MSc ... NIP. 132 842 669

4. Ir. Susilowati ... NIP. 131 476 706

Mengetahui Disahkan oleh :

a. n. Dekan Fakultas Teknik UNS Ketua Jurusan Teknik Sipil

Pembantu Dekan I Fakultas Teknik UNS

Ir. Paryanto, MS Ir. Agus Supriyadi, MT

iv

MOTTO

Sesungguhnya setelah kesukaran itu ada kemudahan (QS Insyirah : 7)

Hidup tanpa teman seperti kematian tanpa seorangpun menjadi saksi

(Peribahasa Spanyol)

Kebijakan sejati adalah ketika kau tahu bahwa kau tak tahu apa-apa (Socrates)

Aku tak pernah menyesal, karena aku tahu aku telah melakukan sebaik

mungkin, apapun hasilnya (Midori Ito)

Giving attention to someone else who need it makes your world larger (unknown)

Per sembahan

v Ibu, Bapak atas semuanya sejak ada tanda kehidupan dalam diri ini

v Adikku dan keluarga besarku atas dukungan dan dorongan semangatnya

v Temenku Sipil ’99 (maaf tak kusebut satu-satu)

v

ABSTRAK

Dyah Astari, 2004, Model Hujan Limpasan di Daerah Permeable dan Impermeable dengan Peubah Kemiringan Lahan, Skripsi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

Air adalah salah satu kebutuhan paling penting bagi manusia, disamping sebagai salah satu sumber bencana saat jumlahnya berlebih atau kurang. Hal tersebut terkait erat dengan besarnya hujan dan limpasan yang terjadi akibat hujan tersebut. Ketidaklinieran hubungan hujan dan limpasan membuat banyak model dikemukakan oleh para ahli untuk memperjelas proses yang terjadi sebenarmya di alam.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan hujan-limpasan di daerah permeable dan impermeable dengan peubah kemiringan lahan .

Metode yang digunakan adalah metode eksperimental di laboratorium dengan menggunakan Ground Well / Water Abstraction yang difungsikan sebagai

rainfall simulator. Kemiringan yang digunakan adalah 1:100; 1:50; 1:33.3 dan dengan intensitas hujan yang bervariasi.

Penelitian ini mengembangkan model persamaan Chezy. Hasil analisa menunjukkan bahwa perlu ada koefisien kalibrasi pada persamaan Chezy, yaitu 800. Disamping itu dari hasil analisa dan penggambaran grafik diketahui bahwa hubungan hujan-limpasan adalah non linier karena adanya kehilangan-kehilangan seperti infitrasi.

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Allah swt atas segala rahmat, hidayah dan ridlo-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Skripsi yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik, secara tidak langsung merangsang mahasiswa untuk terbiasa berpikir ilmiah dan sistematis dengan penelitian yang dilaksanakan.

Penulis mendapat bantuan dari banyak pihak selama pembuatan skripsi. Maka dari itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Ir. Paryanto, MS selaku Pembantu Dekan I Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surkarta

2. Ir. Agus Supriyadi, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

3. Ir. Bambang Santoso, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta

4. Ir. Rr Rintis Hadiani, MT, selaku Pembimbing I 5. Ir. Agus P Saido, Msc, selaku Pembimbing II

6. Ir. JB Sunardi Widjojo, selaku Pembimbing Akademis 7. Kelompok skripsiku (Agung, Handoko)

Penulis sadar laporan ini jauh dari sempurna, untuk itu kami mengharapkan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan laporan ini. Semoga skripsi ini bisa bermanfaat bagi kita semua.

Surakarta, April 2004

vii DAFTAR ISI

Halaman Judul………..i

Halaman Persetujuan ………..… ii

Halaman Pengesahan ……… iii

Halaman Motto dan Persembahan ……….iv

Abstrak ………... v

Kata Pengantar ………...vi

Daftar Isi ………... vii

Daftar Tabel ………. xiv

Daftar Gambar ………x

Daftar Notasi dan Simbol ………. xii

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah ……….. 1

B. Rumusan Masalah ……… 2

C. Batasan Masalah ……….. 3

D. Tujuan Penelitian ………. 3

E. Manfaat Penelitian ………... 4

BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka ……….. 5

B. Dasar Teori 1. Siklus Hidrologi ……… 6

viii

3. Hujan ……… 10

4. Infiltrasi ……….. 11

5. Model Hujan Limpasan ………13

6. Lengkung Pengosongan ……….. 15

7. Kalibrasi Model ………16

8. Koefisien Korelasi ……….. 17

9. Hidrograf ………. 18

BAB III METODE PENELITIAN A. Umum ……… 24

B. Tempat Penelitian ……….. 25

C. Peralatan dan Bahan ……….. 25

D. Langkah Penelitian ……… 26

E. Teknik Pengolahan Data ……… 28

F. Bagan Alir ……….. 34

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Analisa Data ………... 35

B. Pembahasan ………38

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ……… 40

B. Saran ………. 41

Daftar Pustaka ………. 42

ix

DAFTAR TABEL

Table 2.1 Koefisien Korelasi ………. 18

Table 2.2 Koefisien Manning ……… 23

Tabel 3.1 Format Pengambilan Data Infiltrasi ………. 29

Tabel 3.2 Format Pengambilan Data Limpasan ……… 29

Tabel 3.3 Perhitungan Infiltrasi ……… 30

Tabel 3.4 Perhitungan Debit Limpasan Pemodelan ………. 31

Tabel 3.5 Uji Korelasi ………. 32

Tabel 4.1 Infiltrasi Daerah Permeable; m 1: 100; single storm; 100% tc ……. 40

Tabel 4.2 Limpasan Daerah Permeable; m 1: 100; single storm; 100% tc ….. 41

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Hidrograf limpasan dan waktu ……… 19

Gambar 2.2 Sketsa kedudukan Rainfall Simulator ………..……21

Gambar 3.1 Test Penyiraman ……….. 24

Gambar 3.2 Ground Water / Well Abstraction ……….32

Gambar 3.3 Alat Ukur Limpasan ………. 32

Gambar 3.4 Piezometer ……… 33

Gambar 3.5 Bagan Alir Penelitian ……….……. 34

Gambar 4.1 Hidrograf daerah impermeable; m 1: 100; single storm; 100% tc… 45 Gambar 4.2 Hidrograf daerah impermeable; m 1:100; single storm; 70%tc…… 45

Gambar 4.3 Hidrograf daerah impermeable; m 1: 100; multiple storm; 50% tc.. 45

Gambar 4.4 Hidrograf daerah impermeable; m 1: 50; single storm; 100% tc….. 46

Gambar 4.5 Hidrograf daerah impermeable; m 1: 50; single storm; 70% tc…… 46

Gambar 4.6 Hidrograf daerah impermeable; m 1: 50; multiple storm; 50% tc… 46 Gambar 4.7 Hidrograf daerah impermeable; m 1: 33.3; single storm; 100% tc…47 Gambar 4.8 Hidrograf daerah impermeable; m 1: 33.3; single storm; 70% tc… 47 Gambar 4.9 Hidrograf daerah impermeable; m 1: 33.3; multiple storm; 50% tc. 47 Gambar 4.10Hidrograf daerah permeable; m 1: 100; single storm; 100% tc…… 48

Gambar 4.11Hidrograf daerah permeable; m 1: 100; single storm; 70% tc…….. 48

Gambar 4.12Hidrograf daerah permeable; m 1: 100; multiple storm; 50% tc….. 48

Gambar 4.13Hidrograf daerah permeable; m 1: 50; single storm; 100% tc…….. 49

xi

Gambar 4.15 Hidrograf daerah permeable; m 1: 50; multiple storm; 50% tc…... 49

Gambar 4.16 Hidrograf daerah permeable; m 1: 33.3; single storm; 100% tc…. 50

Gambar 4.17 Hidrograf daerah permeable; m 1: 33.3; single storm; 70% tc…… 50

xii

DAFTAR NOTASI

c = Kapasitor

C = Koefisien Chezy

dt = Selisih waktu

D = Kedalaman rata-rata limpasan

Da = Detensi permukaan

D2 = Kuadrat selisih Qobs dan Qsim

Dt2 = Kuadrat selisih Qobs dan Q E = Tegangan masukan

f = Laju infiltrasi nyata

fa = Laju infilttrasi saat berhentinya hujan

fo = Laju infiltrasi awal

fc = Laju infiltrasi tetap

F = Tinggi infiltrasi

hr = Tinggi rata-rata air dalam manometer

h1,2,..20= Tinggi air dalam manometer no 1 sampai dengan 20

i = Intensitas hujan

I = Masukan

k = Konstanta geofisik

xiii n = Koefisien Manning

N = Jumlah pengamatan

O = Keluaran

P = Tinggi hujan

Pe = Hujan efektif

q = Laju limpasan

qa = Limpasan saat hujan berhenti Q = Debit rata-rata pengamatan

Qt = Limpasan saat t

Q0 = Limpasan saat t0

Qiobs = Debit observasi pada periode i

QIsim = Debit hasil simulasi pada periode i

r = Koefisien korelasi

RO = Tinggi limpasan

R = Tahanan

S = Tampungan

So = Kemiringan lahan

V = Tegangan keluaran α = Parameter geometrik

*) CD Soemarto : 445

1

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Air adalah salah satu sumber daya yang sangat dibutuhkan manusia sejak dulu. Keberadaannya sangat diharapkan saat musim kering tiba dan sebaliknya menjadi sangat ditakuti ketika jumlahnya berlebih. Air mengalami suatu daur atau proses yang disebut siklus hidrologi. Siklus ini merupakan bentuk keseimbangan massa di muka bumi.

Salah satu fase dari siklus hidrologi adalah air jatuh ke bumi dalam bentuk hujan dan mengalir ke laut dengan beberapa cara yaitu bergerak di atas permukaan tanah sebagai limpasan permukaan (surface runoff), sebagai

aliran antara (interflow) dan sebagai aliran bawah permukaan (baseflow).

Limpasan (runoff) sangat dipengaruhi oleh intensitas curah hujan, luas

daerah aliran (catchment area), kemiringan daerah aliran, dan permeabilitas

tanah. Pola limpasan setiap daerah dapat menimbulkan variasi bentuk hidrograf.

Hidrograf adalah grafik hubungan antara aliran dan waktu atau aliran dari suatu keluaran daerah tangkapan (catchment area). Ini merupakan hal

yang terpenting dalam suatu konsep hidrologi di suatu daerah tangkapan. Masalah yang ada sekarang adalah bagaimana hidrograf tersebut dapat dikorelasikan dengan curah hujan yang menyebabkannya. Jumlah hujan dan intensitas hujan jelas mempengaruhi hidrograf, tapi sejauh mana

*) CD Soemarto : 445

2 pengaruhnya baru dapat dijelaskan dengan teknik semi empiris yang menggunakan konsep hidrograf satuan (unit hydrograph) yang diuraikan

pertama kali oleh Sherman.

Analisis hidrologi masih merupakan bagian analisis yang sangat dominan dalam pelaksanaan pekerjaan teknik sipil seperti perencanaan bangunan-bangunan air (hydraulic structures). Masalah yang timbul tidak

sesederhana konsep dasarnya, karena banyaknya parameter dan variabel yang belum diketahui dan bersifat spesifik. Hubungan hujan dan limpasan bersifat kompeks dan nonlinier, karena itu diperlukan model hidrologi yang dapat menjelaskan proses sebenarnya di alam. Model hidrologi disini bisa berbentuk model fisik, model analog dan model matematik. Model hidrologi terutama model hujan-limpasan berguna untuk memperkirakan parameter hidrologi untuk tahun yang akan datang.

B. Perumusan Masalah

Model hujan-limpasan di suatu catchment area (daerah tangkapan),

antara lain dipengaruhi oleh faktor daerah tangkapan itu sendiri seperti kemiringan lahan, luas daerah tangkapan, permeabilitas tanah, tata guna lahan dan intensitas hujan. Rumusan masalah yang dapat diambil dari latar belakang masalah adalah:

• Bagaimana hubungan intensitas hujan dengan limpasan pada daerah

permeable (tidak kedap air) dan impermeable (kedap air) dengan *)

*) CD Soemarto : 445

3 peubah kemiringan lahan tanpa dipengaruhi oleh vegetasi dan drainase.

C. Batasan Masalah

Untuk membatasi obyek penelitian dan memberikan langkah yang sistematis, maka penelitian dibatasi hal-hal berikut:

• Data yang digunakan adalah data primer yang diambil dari uji laboratorium.

• Luas daerah tangkapan dan permeabilitas tanah dianggap tetap. • Variabel yang bergerak adalah kemiringan lahan dan intensitas hujan. • Daerah permeable dan impermeable dibedakan dengan penambahan

plastik pada daerah impermeable.

• Penelitian dicobakan dengan hujan merata (multiple storm) dan hujan tunggal (single storm).

• Durasi hujan dipilih secara acak dan terukur yaitu 100% tc, 70% tc, dan 50%tc.

D. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan intensitas hujan dengan limpasan pada daerah permeable dan impermeable

dengan peubah kemiringan lahan dan tidak dipengaruhi oleh vegetasi dan drainase.

*) CD Soemarto : 445

4

E. Manfaat Penelitian

1. Manfaat teoritis

• Ikut memberikan kontribusi bagi perkembangan ilmu hidrologi. • Menambah pengetahuan tentang hubungan / korelasi limpasan

dan hujan. 2. Manfaat praktis

• Hidrograf limpasan suatu daerah dapat digambarkan jika intensitas hujan diketahui.

• Pendekatan model hujan-limpasan dapat digunakan untuk analisis perhitungan pada daerah lain dengan karakteristik yang mendekati kesesuaian.

• Pendekatan model hujan-limpasan yang dibuat dengan Rainfall Simulator dapat digunakan untuk menganalisis parameter

5

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

Siklus hidrologi adalah sirkulasi air dari laut ke atmosfer, ke dalam tanah dan kembali ke laut lagi melalui berbagai cara seperti presipitasi, intersepsi, limpasan, infiltrasi, perkolasi, simpanan air tanah, evaporasi, dan transpirasi, juga cara singkat kembali ke atmosfer tanpa melalui laut.

(Varshney, 1979 : 6)

Menurut Hsu (1995), proses hujan limpasan dianggap sebagai salah satu dari fenomena dunia yang kompleks dan nonlinier dalam bidang teknik air. (Nazemi. et al, 2003)

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, subsurface flow) atau sebagai aliran

air tanah (groundwater flow). (Sri Harto Br, 1993)

Model hujan limpasan dibuat untuk menentukan perubahan volume hujan total menjadi volume limpasan total pada suatu area.

(Nazemi. et al, 2003)

Model hidrologi secara umum dapat dibagi menjadi model fisik, model analog, dan model matematik. . (Sri Harto Br, 1993)

6 Analisis lanjutan dalam perencanaan dan perancangan sumber daya air akan selalu didasarkan pada informasi hidrologi yang berupa besaran-besaran kualitatif dan kuantitatif termasuk didalamnya variabilitas ruang dan waktu dari masing-masing besaran tersebut. (Sri Harto Br, 1993)

B. Dasar Teori

1. Siklus Hidrologi

Siklus hidrologi diberi batasan sebagai suksesi tahapan yang dilalui oleh air dari atmosfer ke bumi dan kembali lagi ke atmosfer. Siklus hidrologi berguna untuk memberi konsep pengantar mengenai bagaimana air bersirkulasi secara umum dan proses-proses yang terlibat di dalamnya.

Presipitasi dalam segala bentuk (salju, hujan batu es, hujan, dan lain-lain) jatuh ke atas vegetasi, batuan gundul, permukaan tanah, permukaan air dan saluran-saluran air (presipitasi saluran). Air yang jatuh pada permukaan tanah mungkin diintersepsi yang kemudian berevaporasi mencapai permukaan tanah selama suatu waktu atau secara langsung jatuh pada tanah khususnya pada kasus hujan dengan intensitas tinggi dan lama. Sebagian presipitasi berevaporasi selama perjalanannya dari atmosfer dan sebagian pada permukaan tanah. Sebagian presipitasi membasahi permukaan tanah berinfiltrasi ke dalam permukaan tanah dan menurun sebagai perkolasi di bawah muka air tanah. Air ini secara perlahan berpisah melalui akuifer ke aliran sungai. Air yang berinfiltrasi bergerak menuju sungai tanpa mencapai

7 muka air tanah sebagai aliran bawah permukaan. Air yang berinfiltrasi juga memberikan kehidupan pada vegetasi sebagai lengas tanah.

Selaput air tipis yang disebut detensi permukaan, dibentuk pada permukaan tanah, setelah bagian presipitasi yang pertama membasahi permukaan tanah dan berinfiltrasi, Detensi permukaan akan menjadi lebih tebal dan aliran air mulai dalam bentuk laminer yang akan berubah menjadi turbulen dengan bertambahnya kecepatan. Aliran ini yang disebut limpasan permukaan. Limpasan disimpan dalam bentuk cadangan depresi, selama perjalanannya mencapai saluran sungai dan menambah debit sungai. Air pada sungai mungkin berevaporasi secara langsung ke atmosfer atau mengalir kembali ke laut dan selanjutnya berevaporasi, kemudian air ini kembali ke permukaan bumi sebagai presipitasi.

2. Limpasan

a. Komponen-Komponen Limpasan Limpasan dapat dibagi menjadi tiga komponen, yaitu:

1). Limpasan permukaan (surface runoff) adalah air yang mengalir di atas

permukaan tanah.

2). Aliran antara (interflow) adalah air yang berinfiltrasi ke permukaan tanah

dan bergerak secara lateral melalui lapisan tanah. Gerakannya lebih lambat dibandingkan surface runoff.

3). Aliran bawah tanah (baseflow) adalah air hujan yang berperkolasi ke

8 b. Faktor yang Mempengaruhi Limpasan Permukaan

Volume limpasan sangat dipengaruhi oleh karakteristik hujan di daerah tersebut yaitu intensitas hujan, durasi hujan dan distribusi hujan. Disamping faktor utama tersebut, ada beberapa faktor lain yang mempengaruhi volume limpasan antara lain:

1

1). Jenis tanah )

Kapasitas infiltrasi tergantung dari permeabilitas tanah yang menentukan kapasitas air simpanan dan mempengaruhi kemampuan air untuk masuk ke lapisan yang lebih dalam. Pada daerah permeable, limpasan mungkin

hanya terjadi jika intensitas hujan melampaui daya resap setempat. Sebaliknya pada daerah yang impermeable, limpasan dapat terjadi pada

intensitas hujan yang lebih rendah atau sedang.

2

2). Vegetasi )

Pengaruh vegetasi pada suatu daerah tergantung dari tingkat kerapatan vegetasi pada daerah tersebut. Semakin rapat vegetasi pada suatu daerah, semakin kecil limpasan yang dihasilkan, sebaliknya semakin gersang suatu daerah, limpasan yang dihasilkan semakin besar.

3

3). Kemiringan dan ukuran daerah tangkapan )

Kemiringan yang tajam menghasilkan limpasan yang lebih besar dibandingkan kemiringan yang landai. (Sharma ,1987)

Pada daerah yang kecil, limpasan yang terjadi juga lebih besar dibandingkan pada daerah yang luas. Hal ini disebabkan oleh rendahnya

9 kecepatan aliran dan lamanya waktu yang dibutuhkan air untuk mencapai tempat keluaran.

4

4)). Koefisien limpasan .

Disamping faktor-faktor tersebut perlu diperhatikan bahwa kondisi fisik dari suatu daerah tangkapan tidak homogen. Setiap daerah tangkapan mempunyai limpasan dan respon terhadap hujan yang berbeda.

Pada daerah rural dimana hanya ada sedikit bagian yang kedap air

koefisien limpasan bukan merupakan faktor konstan, sebaliknya nilainya bersifat variabel dan tergantung pada faktor spesifik daerah dan karakteristik hujan.

Runoff (mm) = K x Rainfall (mm) (2.1)

Pola limpasan menurut daerah dapat menimbulkan variasi dalam bentuk hidrograf. Bila daerah yang limpasannya tinggi terletak dekat dengan

basin outlet, maka biasanya akan dihasilkan kenaikan yang cepat dan

puncak yang tajam. Sebaliknya limpasan yang lebih tinggi di bagian hulu daerah aliran tersebut menghasilkan kenaikan yang lambat dan puncak yang lebih rendah dan lebar (Linsley, 1989).

Besarnya limpasan dapat diperoleh dengan rumus:

=

∫

t

qdt RO

0

dengan : RO = tinggi limpasan (mm),

q = laju limpasan (mm/min),

dt = selisih waktu (min).

10 3. Hujan

Hujan adalah salah satu bentuk presipitasi yang terpenting dalam hidrologi. Data hujan memiliki lima unsur yang harus diperhatikan yaitu:

a. Intensitas hujan

Intensitas hujan adalah laju hujan atau tinggi air per satuan waktu. (mm/jam, mm/min, mm/det).

b. Lama waktu atau durasi hujan

Durasi hujan adalah lamanya curah hujan dalam menit atau jam. c. Tinggi hujan

Tinggi hujan adalah jumlah atau banyaknya hujan yang dinyatakan dalam ketebalan air diatas permukaan datar.

d. Frekuensi kejadian dinyatakan dalam waktu ulang T. e. Luas geografis curah hujan.

Hubungan intensitas, durasi dan tinggi hujan dinyatakan dalam:

=

∫

t

idt P

0

dengan: P = tinggi hujan (mm),

i = intensitas hujan (mm/min),

dt = selisih waktu (min).

Intensitas rata-rata :

(2.3)

t P

11 4. Infiltrasi

Infiltrasi adalah proses masuknya air ke permukaan tanah. Proses ini merupakan bagian yang sangat penting dalam proses hidrologi maupoun dalam proses pengalihragaman hujan menjadi aliran sungai.

Infiltrasi mempunyai arti penting terhadap: a. Proses Limpasan

Daya infiltrasi menentukan besarnya air hujan yang dapat diserap ke dalam tanah. Daya infiltrasi yang semakin besar menyebabkan mengecilnya perbedaan antara curah hujan dengan daya infiltrasi. Hal ini mengakibatkan limpasan permukaan juga makin kecil, sehingga debit puncaknya juga semakin kecil.

b. Pengisian lengas tanah (soil moisture) dan air tanah

Pengisian kembali air tanah atau recharge, sama dengan perkolasi

dikurangi kenaikan kapiler, jika ada. Besarnya daya infiltrasi membatasi besarnya perkolasi. Jadi daya infiltrasi menentukan besarnya recharge.

Faktor-faktor yang mempengaruhi daya infiltrasi (fp) :

1). Dalamnya genangan di atas permukaan tanah (surface detention) dan

tebal lapisan jenuh.

Laju infiltrasi dalam tanah adalah jumlah perkolasi dan air yang memasuki tampungan (storage) diatas permukaan air tanah. Jika tanah

belum jenuh pada awal terjadinya hujan, sehingga pengisian tampungan akan terus dan berlangsung dalam waktu yang lama. Daya infiltrasi akan menurun terus pada hujan yang menerus.

12 2). Kadar air dalam tanah

Jika saat permulaan hujan tanah masih sangat kering akan terjadi tarikan kapiler searah dengan gravitasi sehingga memberikan daya infiltrasi yang tinggi, sebaliknya jika tanah sudah lembab daya infiltrasi akan lebih rendah.

3). Pemampatan oleh curah hujan

Gaya pukulan butir-butir air hujan terhadap permukaan tanah akan mengurangi daya infiltrasi. Butir-butir tanah yang lebih halus di lapisan permukaan akan terpencar dan masuk ke dalam ruang-ruang antara sehingga terjadi efek pemampatan. Efek pemampatan pada jenis tanah yang berbeda juga memberikan pengurangan daya infiltrasi yang berbeda pula.

4). Tumbuh-tumbuhan

Lindungan tumbuhan yang padat cenderung menaikkan daya infiltrasi, karena lindungan tumbuh-tumbuhan menghindarkan permukaan tanah dari pukulan butir-butir hujan dan dengan transpirasi tumbuhan mengambil air dari dalam tanah sehingga memberikan ruang bagi proses infiltrasi berikutnya.

5). Lain-lain seperti rekahan-rekahan tanah akibat kekeringan, udara yang terperangkap diantara butir-butir air tanah, kekentalan air tanah yang dipengaruhi oleh suhu tanah.

13 5. Model Hujan dan Limpasan

Salah satu masalah dalam hidrologi adalah untuk mendapatkan debit dari suatu daerah pengaliran akibat curah hujan yang diketahui. Berbagai cara telah dikembangkan, antara lain hidrograf satuan, aliran air tanah tidak tunak, gerakan air tanah dan analisa sistem.

Daerah pengaliran sungai adalah sistem yang mengubah curah hujan atau input kedalam debit atau output di outlet (pelepasan). Transformasi

dari hujan menjadi limpasan terdiri atas proses-proses yang jumlahnya hampir tak terhingga dalam alur-alur permukaan besar dan kecil. Kita dapat menghitung aliran air mulai dari curah hujan dan menelusurinya melalui

subsystem, tetapi suatu saat sistemnya terlalu kompleks dan data mengenai

karakteristik hidroliknya tidak dapat diperoleh Ini berarti tidak ada rumus yang diturunkan untuk aliran air sebagai fungsi hujan, karakteristik daerah pengaliran dan kondisi permukaan, sehingga perlu adanya pendekatan sistem. Pendekatan ini tidak bermaksud untuk menelaah terlalu dalam apa sebenarnya yang terjadi dalam sistem tersebut (box), tetapi lebih mengarah

terhadap besarnya konversi diagram input ke diagram output.

Model hidrologi adalah sebuah sajian sederhana (simple

representation) dari sebuah sistem hidrologi yang kompleks. Konsep dasar

yang dipakai dalam setiap model hidrologi adalah daur hidrologi (hydrologic

cycle). Titik berat analisis dalam penyusunan model hidrologi adalah proses

pengalihragaman (transformation) hujan menjadi debit dalam suatu DAS.

14 Berbagai bentuk kehilangan, seperti evaporasi, intersepsi, cadangan depresi, cadangan salju dan infiltrasi ada diantara keduanya, yang terjadi sesuai karakteristik-karakteristik suatu daerah seperti ukuran, kemiringan, bentuk, ketinggian, tata guna lahan geologi dan sebagainya. Plotting langsung dari

curah hujan dan limpasan untuk hujan individual biasanya tidaklah menghasilkan korelasi yang memuaskan, karena alasan yang tersebut sebelumnya. Model hujan – limpasan termasuk salah satu dari model hidrologi.

Berbagai bentuk model telah dikemukakan oleh para ahli. Semua model tersebut pada dasarnya baik, tergantung :

a. darimana dan dengan kondisi apa model tersebut dikembangkan, b untuk tujuan apa model tersebut dikembangkan,

c. pendekatan mana (empirik, matematik, statistik) yang digunakan, dan d. dalam batas mana model tersebut berlaku.

Secara umum model hidrologi dapat terbagi dalam tiga kategori yaitu:

a. Model fisik (physical model), dibuat sebagai model dengan skala tertentu

untuk menirukan prototipenya.

b. Model analog, disusun dengan menggunakan rangkaian resistor-kapasitor untuk memecahkan persamaan-persamaan deferensial yang mewakili proses hidrologi. Dasar analoginya adalah:

Hidrologi Listrik

I = O +dS/dt; S = kO E = V + Rc dV/dt; S = RcV

15

O = keluaran V = tegangan keluaran

S = tampungan R = tahanan

c = kapasitor

c. Model matematik (mathematical model), menyajikan sistem dalam rangkaian

persamaan.

Model matematik dalam hidrologi dapat dibagi 4 yaitu: 1). Deterministik konseptual

2). Deterministik empiris 3). Stokastik konseptual 4). Stokastik empiris

Masing-masing model diatas dapat dibagi menjadi 2 yaitu linier dan non linier dalam pengertian sistem.

Model yang dipakai dalam penelitian ini adalah model deterministik non linier, karena sebagaimana diakui oleh para ahli hidrologi hubungan curah hujan dan limpasan yang benar-benar linier tidak pernah ada. Sumber dari non-linieritas ini terletak pada prosedur kehilangan (losses) dan

pengisian (recharge) daerah pengaliran serta dalam memperoleh curah hujan

netto yang menjadi overland flow dan meninggalkan daerah pengaliran

sebagai limpasan permukaan di pelepasannya (outlet).

6. Lengkung Pengosongan

Lengkung pengosongan adalah hidrograf yang terjadi selama waktu tidak ada hujan, yang debitnya didapat dari aliran outflow air tanah melalui

16 Lengkung pengosongan merupakan aliran keluar air tanah. Proses ini diuraikan dengan teori aliran air tanah tidak tunak. Jika tidak ada pengisian (infiltrasi), permukaan air tanah yang tinggi lambat laun akan menurun. Pada pendekatan pertama, Q dianggap merupakan fungsi eksponensial yang menurun menurut waktu yang dirumuskan sebagai berikut:

t 0 t Q .e

Q = −α

dengan :

Qt = debit limpasan pada saat t

Q0 = debit limpasan pada saat t0

α = parameter geometrik yang besarnya tergantung karakteristik

Catchment Area

(CD Soemarto, 1995)

7. Kalibrasi Model

Model dan pendekatan apapun yang digunakan, keluaran dari suatu model (calculated output) dari model dengan masukan yang sama dengan

masukan yang terjadi dalam proses sebenarnya harus sama. Kenyataannya hampir tidak mungkin proses alami yang terjadi dapat disamai dengan tepat, akan selalu terjadi penyimpangan antara keluaran terukur dan keluaran hitungan. Patokan ketelitian harus dibuat untuk menetapkan besarnya ketelitian sebuah model. Model dikatakan telah berfungsi dengan baik jika kesalahan yang terjadi lebih kecil dari kesalahan maksimum yang ditetapkan. Modifikasi pada besaran parameter perlu dilakukan, jika kesalahan lebih

17 besar dari patokan yang telah ditetapkan. Proses modifikasi ini disebut proses kalibrasi.

Kalibrasi dapat dilakukan dengan empat cara yaitu :

1. Coba-ulang (trial error) dan pengaturan parameter (variabel) berdasarkan

pengamatan.

2 Pengaturan parameter secara otomatik (automatic parameter adjustment)

yang dicakup dalam program komputer dengan kontrol ketelitian yang dikehendaki dengan cara-cara yang telah ditetapkan.

3 Kombinasi antara kedua cara tersebut.

4. Pengkajian ulang terhadap proses yang terjadi untuk dapat menetapkan parameter / variabel yang tepat dan berpengaruh terhadap proses tersebut.

8. Koefisien Korelasi

Koefisien korelasi (r) adalah harga yang menunjukkan besarnya keterikatan antara nilai observasi dan nilai simulasi.

Tabel 2.1 Koefisien Korelasi

r Derajat korelasi

0.7 - 1.0 Tinggi

0.4 - 0.7 Substansial

0.2 - 0.4 Rendah

< 0.2 Dapat diabaikan

18 Koefisien korelasi dapat dihitung dengan rumus :

∑

= = N i i sim N Q Q 1

dengan: Qisim = debit hasil simulasi periode ke-i,

Qiobs = debit hasil observasi periode ke-i,

N = jumlah data.

Q = debit rata-rata hasil simulasi

9. Hidrograf

Hubungan antara hujan dan limpasan seringkali perlu dibuat dalam proses analisa dan desain hidrologi, dengan menggunakan beberapa faktor yang mempengaruhi limpasan sebagai parameter. Hubungan yang demikian juga berguna untuk mengadakan ekstrapolasi dan interpolasi catatan-catatan data mengenai limpasan dari catatan data hujan yang telah ada. Hidrograf adalah grafik yang menunjukkan ketinggian, debit keluaran, kecepatan, dan karakter lain dari air yang tergantung terhadap waktu.

2 2 2 Dt D Dt

r = −

2 1 2 ) (

∑

= − = n i obs i Q Q Dt 2 1 2 )

( isim

n i obs i Q Q

D =

∑

−

=

(2.9)

(2.10)

(2.11) (2.8)

19 Hidrograf yang menunjukkan hubungan debit keluaran dan waktu disebut discharge hydrograph. Hidrograf terdiri dari tiga bagian, yaitu sisi

naik (rising limb), puncak (crest), dan sisi turun (recession limb). Sifat

pokok dari suatu hidrograf ada tiga yaitu: waktu naik (time of rise), debit

puncak (peak discharge), dan waktu dasar (base time).

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 waktu (min)

limpasan (l/min)

t e r u k u r

Grafik 2.1 Hidrograf limpasan dan waktu

Waktu naik / time of rise (TR) adalah waktu yang diukur dari saat

hidrograf mulai naik sampai waktu terjadinya debit puncak. Debit puncak (peak discharge) adalah konsentrasi limpasan (runoff) yang tertinggi dari

suatu drainage basin. Waktu dasar / time base adalah waktu yang diukur

dari saat hidrograf mulai naik sampai waktu dimana debit kembali pada suatu besaran yang ditentukan. Waktu konsentrasi (time of concentration)

adalah waktu terbesar yang diperlukan hujan saat jatuh pada suatu daerah.

Tanah akan mudah untuk menyerap air yang jatuh diatasnya dan menambahkannya pada air tanah yang sudah ada. Air hujan yang berlebih akan mengalir diatas permukaan dan masuk ke sungai secara langsung sebagai aliran permukaan.

20 Hidrograf aliran keluar dari suatu daerah yang kecil adalah jumlah hidrograf dasar dari semua bagian daerah aliran tersebut dimodifikasi dengan pengaruh waktu perjalanan melalui daerah aliran tersebut dan simpanan sungainya. Kenaikan yang tajam dari hidrograf adalah akibat dari tercapainya titik konsentrasi oleh aliran permukaan. Kepekaan DAS dapat diukur tinggi rendahnya dengan mengetahui bentuk hidrograf.

Hubungan hujan dan limpasan pada model daerah pengaliran dapat diketahui dari infiltrasi yang terjadi. Neraca keseimbangan air pada penelitian ini adalah:

dengan: P = tinggi hujan (mm),

Q = tinggi limpasan (mm),

F = infiltrasi (mm).

Nilai detensi permukaan (Da) dapat dihitung dari persamaan (2.12) atau dapat dihitung daari analisis hidrograf.

Da = limpasan sisa massa + infiltrasi sisa massa = Σ (qr + fr)

Kita dapat menganggap bahwa selang waktu sisa, nisbah antara laju limpasan (qr) dan laju infiltrasi tetap sama seperti saat berhentinya hujan,

yaitu:

Da F Q

P = + +

qa fa qr fr r fr qa fa = → = (2.12) (2.13)

21 dengan: fa = infiltrasi saat hujan berhenti,

qa = limpasan saat hujan berhenti,

fr = infiltrasi sisa massa,

qr = limpasan sisa massa.

Nilai limpasan dapat dihitung dari detensi permukaan yang diperoleh dengan rumus Chezy dengan menganggap kondisi aliran pada daerah

pengaliran tetap, seragam dan turbulen.

Rumus Chezy yang digunakan jika R dianggap sama dengan Da:

dengan: q = limpasan

Da = detensi permukaan dalam bentuk lapisan air (mm)

C = koefisien Chezy

So = kemiringan lahan

Gambar 2.2 Sketsa kedudukan Rainfall Simulator

) 1 )( ( ) ( qa fa qr fr qr

Da =Σ + = Σ + _(2.14)

(2.15) Da So q *) 2 / 1 ) * (

* a o

a C D S D

22 Koefisien Chezy diperoleh dengan menggunakan rumus:

dengan: C = koefisien Chezy,

n = koefisien Manning (lihat tabel 2.2), R = jari-jari hidrolik (mm).

Tabel 2.2 Koefisien kekasaran Manning

Wujud dasar dan dinding saluran n

Diplester semen Beton

Pasangan batu Pasangan batu kali Tanah asli bersih Tanah rumput Batu padas Tanah tak dirawat Saluran alam

0.011 - 0.015 0.014 - 0.019 0.012 - 0.018 0.017 - 0.03 0.016 - 0.02 0.025 - 0.033 0.025 - 0.04 0.05 - 0.14 0.075 - 0.15

(Sumber : Hindarko, Drainase Perkotaan, 2000 dalam Oriza Andamari, 2003) Aliran limpasan bervariasi dan sangat tergantung dari besaran parameter DAS sebagaimana yang telah disebutkan diatas. Besaran tersebut sangat berbeda untuk masing-masing bagian kecil dari DAS yang bersangkutan. Beberapa model menggunakan prinsip simulasi deterministik, untuk penyelesaian yang bersifat umum, dengan mendekati proses aliran

(2.16) 6 / 1 * /

1 n R

23 limpasan dengan persamaan-persamaan semi empirik berdasarkan parameter DAS yang bersangkutan.

Salah satu contoh model sederhana yang dikembangkan oleh Holtan (Fleming, 1975) *) berdasarkan persamaan kontinuitas.

Pe - Q = D

Qo = aDb

dengan :

Pe = hujan efektif (dikurangi infitrasi dan tampungan cekungan

(depression storage),

Qo = aliran limpasan (m3/det),

D = kedalaman rata-rata limpasan (m),

a = tetapan sebagai fungsi parameter DAS,

b = tetapan, 1.67 untuk aliran turbulen dan 3 untuk aliran laminar.

(2.17) (2.18)

24

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Umum

Penelitian ini merupakan penelitian ilmiah jika ditinjau dari cara perlakuannya. Penelitian ilmiah menghendaki adanya cara-cara atau langkah-langkah tertentu dengan urutan yang tertentu pula. Penelitian ilmiah adalah suatu penelitian yang bersistem dan dikontrol dengan baik serta dibangun di atas teori tertentu. Penelitian ini tidak menghasilkan teori yang baru tetapi menggunakan beberapa teori yang sudah ada.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen yaitu mengadakan percobaan untuk mendapatkan variabel-variabel yang diinginkan. Eksperimen dilakukan di laboratorium dengan menggunakan model. Prinsip model pada penelitian ini berdasarkan pada proses penyiraman.

Gambar 3.1 Test penyiraman Q

25 Variabel-variabel pada penelitian ini terdiri dari:

1. Variabel bebas (independent variabel) yaitu variabel hujan, kemiringan

lahan, luas catchment area, kedalaman lapisan.

2. Variabel tak bebas (dependent variabel) yaitu limpasan.

B. Tempat Penelitian

Metode eksperimen di laboratorium yaitu melakukan percobaan dengan menggunakan peralatan yang ada di Laboratorium Hidrolika Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. Data yang diambil adalah data primer

C. Peralatan dan Bahan Penelitian

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Ground water/well abstraction yang berfungsi sebagai Rainfall Simulator,

mempunyai dimensi 2 x 1 x 0.530 m3. (lihat Gambar 3.2) 2. Plastik untuk membedakan daerah permeable dan impermeable.

3. Pasir 4. Stopwatch 5. Penggaris

6. Gabus untuk menutup lubang yang terhubung ke piezometer.

26

D. Langkah Penelitian

Langkah penelitian dibagi menjadi dua tahap yaitu tahap persiapan dan tahap pengambilan data

1. Tahap persiapan dilakukan untuk mempersiapkan peralatan dan bahan terdiri dari:

a. Penyiapan pasir yang sesuai dengan ukuran alatnya. Pasir yang dipakai telah dibersihkan terlebih dahulu.

b. Menutup saluran drainase, sumur, lubang–lubang yang berhubungan dengan piezometer.

c. Memasukkan pasir yang telah dipersiapkan ke dalam bak rainfall

simulator.

d. Mengisi tangki air.

e. Mensetting alat sampai kedudukan air pada piezometer memiliki

ketinggian yang sama. Jika tinggi air belum sama, berarti masih ada udara / pasir pada selang yang menghubungkan tangki pasir dan piezometer.

f. Pada percobaan simulasi hujan pada daerah impermeable digunakan

plastik yang telah dilubangi sebelumnya dan diletakkan pada setengah dari tinggi pasir. Ukuran plastik sesuai ukuran alat.

2. Tahap pengumpulan data berupa pengukuran data input dan output dari

alat tersebut.

a. Mengatur debit pompa untuk menentukan intensitas hujan pada model daerah tangkapan tersebut.

27 b. Mengoperasikan hujan buatan dengan intensitas yang telah

ditentukan sebelumnya dengan membuka spray nozzle.

Menghidupkan stopwatch sejak alat mulai dioperasikan sampai saat

debit yang keluar dari outlet mencapai nilai nol / mendekati nol.

Limpasan akan mencapai nilai konstan saat waktu konsentrasi telah tercapai. Jika keadaan tersebut telah tercapai, maka hujan buatan dapat dihentikan dan menunjukkan telah terjadi keseimbangan antara hujan, debit, dan kehilangan air (infiltrasi).

c. Saat hujan telah dihentikan tidak berarti debit yang keluar itu terhenti, karena masih adanya tahanan permukaan (surface detention),

maka masih ada aliran yang keluar dari tanah tersebut. Pengukuran dilakukan sejak dioperasikan alat sampai debit aliran yang keluar dari bak kurang lebih sama dengan nol.

d. Selama masih ada aliran air di permukaan tanah, maka selama itu pula masih terjadi infiltrasi.

e. Mengukur tinggi air pada piezometer

f. Melakukan percobaan point a sampai dengan e untuk durasi hujan yang berbeda (100% tc; 70% tc; 50% tc), dimana tc adalah waktu konsentrasi, dan kemiringan yang berbeda (1:100, 1: 50, 1: 33.3).

28

E. Teknik Pengolahan Data

Model persamaan yang digunakan pada penelitian ini adalah model persamaan Chezy. Persamaan ini dipilih dengan menganggap aliran merupakan

aliran seragam. Pengolahan data dilakukan dengan spread-sheet MS excel.

Setelah variabel yang diperlukan diperoleh, tahap selanjutnya adalah menghitung ketinggian rata-rata piezometer untuk memperoleh besarnya tinggi air di permukaan.

Rumus yang digunakan adalah:

20 ... ₂₀

2

1 h h

h

h_r = + + +

dengan: hr = ketinggian air rata-rata dalam piezometer (mm)

h1...h20 = ketinggian air dalam piezometer dari hulu ke hilir (mm)

Tinggi air di permukaan pasir merupakan nilai kumulatif dari tinggi rata-rata setiap waktu yaitu:

h = hrt+1-hrt

dengan: h = tinggi air di permukaan (mm)

hrt+1 = tinggi rata-rata air dalam piezometer saat t+1 (mm)

hr_t = tinggi rata-rata air dalam piezometer saat t

Tahap perhitungan selanjutnya adalah mencari koefisien Chezy dengan

persamaan (2.16) dan limpasan baru, dengan menganggap R (jari-jari hidrolik) sama dengan h menggunakan persamaan Chezy (2.15).

Tahap pengolahan selanjutnya adalah melakukan kalibrasi model dengan

trial-error untuk memperoleh model yang diinginkan.

(3.1)

29 Berikut dijelaskan langkah-langkah perhitungan yang disajikan dalam bentuk tabel:

Tabel 3.1 Format Pengambilan Data Tinggi Air di Piezometer

Tinggi air dalam piezometer (mm) Waktu

(min)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1 2

0.0 0.5 Dst.

Keterangan :

Kolom 1 :Waktu (min)

Kolom 2 : Tinggi air hasil pengamatan dalam piezometer (mm) no 1,2,…20

Tabel 3.2 Format Pengambilan Data Limpasan

Waktu (min) Hujan (l/min) Limpasan (l/min)

1 2 3

0.0

0.5

dst

Keterangan :

Kolom 1 : Waktu (min)

Kolom 2 : Hujan hasil pengamatan (l/min) Kolom 3 : Limpasan (l/min)

30

Tabel 3.3 Perhitungan Tinggi Air di Permukaan (h)

Waktu (min)

Tinggi air pada piezometer (mm)

Tinggi rata-rata (mm)

h (mm) 2

1

1 2 3 … … … 20 3 4

0.0 0.5 dst

Keterangan :

Kolom 1 : Waktu (min)

Kolom 2 : Tinggi air dalam piezometer (mm)

Kolom 3 : Tinggi air rata-rata dalam piezometer (mm), dihitung dengan rumus (3.1).

20 ... ₂₀

2

1 h h

h

h_r = + + +

Kolom 4 : Besarnya nilai h dihitung dengan rumus (3.2).

31

Tabel 3.4 Debit limpasan secara pemodelan

Waktu Hujan Limpasan h C Qhit

(min) (l/min) (mm) (l/min) (mm) (l/min)

1 2 3 4 5 6

0.0 0.5 dst

Keterangan :

Kolom 1 : Waktu (min)

Kolom 2 : Intensitas hujan hasil pengamatan (l/min) diubah menjadi mm Kolom 3 : Limpasan hasil pengamatan (l/min)

Kolom 4 : Tinggi air permukaan hasil perhitungan sebelumnya (tabel 3.3) Kolom 5 : Koefisien Chezy, C dihitung dengan persamaan (2.16)

C = 1/n * R 1/6

Kolom 6 : Berdasarkan rumus awal (2.15) dihitung Qhit, kemudian dilakukan

kalibrasi sampai Qhit mendekati Qterukur. Qhit (l/min) = h * C * (h* So)0.5 * B

32

Tabel 3.5 Uji Korelasi

Waktu (min)

Qterukur

(l/min)

Qhit

(l/min)

(Qterukur-Qr)2

Dt 2

(Qterukur-Qhit)2

D2

1 2 3 4 5

Keterangan :

Kolom 1 : Waktu (min) Kolom 2 : Qterukur (l/min)

Kolom 3 : Qhit (l/min) dari perhitungan pada tabel sebelumnya

Kolom 4 : Dt2 = (Qterukur-Qr)2

Qr merupakan limpasan hitungan rata-rata dihitung dengan rumus (2.11)

Kolom 5 : D2 = (Qterukur-Qhit)2

Kemudian menghitung koefisien korelasi dengan rumus (2.8), korelasi yang baik berdasarkan tabel 2.1 yaitu r ≥ 0.7.

33 Gambar 3.5 Sketsa Ground Water/Well Abstraction

. 1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 . 8 .9 .10 .116 .17 .18 .19 .20 .11

.12 .13 .14 .15

P= 2 m

34 F. Bagan Alir

Mulai

Input data:

1. Data hujan (l/min)

2. Tinggi air pada piezometer(mm) 3. Data limpasan (l/min)

4. Kemiringan lahan

5. Dimensi daerah tangkapan p=2m, l=1m

Debit terukur Analisa Data:

1. Menghitung tinggi air di permukaan dengan pers (3.1), (3.2).

2. Menghitung koefisien Chezy dengan pers (2.16)

Menghitung debit dengan pers (2.15)

Korelasi ≥ 0.7

SELESAI YA Kalibrasi parameter

TIDAK

Ulangi dengan variasi intensitas, durasi hujan, dan kemiringan lahan

Gambar 3.6 Bagan Alir

Variasi lain ?

TIDAK

35

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

A. Analisa Data

Percobaan dilakukan sebanyak 18 kali dengan perincian sebagai berikut :

Tabel 4.1 Jenis Percobaan

Percobaan Jenis Lapisan Kemiringan Durasi Hujan

A1 Permeable 1 : 100 100 % tc

A2 Permeable 1 : 100 70 % tc

A

A3 Permeable 1 : 100 50 % tc

B1 Permeable 1 : 50 100 % tc

B2 Permeable 1 : 50 70 % tc

B

B3 Permeable 1 : 50 50 % tc

C1 Permeable 1 : 33.3 100 % tc

C2 Permeable 1 : 33.3 70 % tc

C

C3 Permeable 1 : 33.3 50 % tc

D1 Impermeable 1 : 100 100 % tc D2 Impermeable 1 : 100 70 % tc D

D3 Impermeable 1 : 100 50 % tc E1 Impermeable 1 : 50 100 % tc E2 Impermeable 1 : 50 70 % tc E

E3 Impermeable 1 : 50 50 % tc F1 Impermeable 1 : 33.3 100 % tc F2 Impermeable 1 : 33.3 70 % tc F

36 1. Tinggi Air Permukaan (h)

Tinggi air di permukaan dihitung dengan persamaan (3.2) setelah tinggi rata-rata pada piezometer dihitung.

Contoh perhitungan:

Data pada percobaan I (daerah permeable, kemiringan 1: 100, 100% tc)

adalah:

Tinggi rata-rata piezometer saat t0 = hr1 = 65 mm

Tinggi rata-rata piezometer saat t0.5 = hr2 = 78.35 mm

maka berdasarkan rumus (3.2) diperoleh tinggi air permukaan (h) sebesar : h = 78.35 - 65 = 13.35 mm

2. Koefisien Chezy

Koefisien Chezy dihitung berdasarkan rumus (2.16), setelah h diketahui, dengan menganggap h sebagai jari-jari hidrolik (R).*) Hasil perhitungan h pada perhitungan sebelumnya adalah 13.35, jadi koefisien Chezy juga sama dengan :

01 . 77 35 . 13 02 . 0 / 1 / 1 / 1 6 / 1 6 / 1 6 / 1 = × = × = = C h n nR C

3. Limpasan Hasil Perhitungan

Limpasan yang baru dihitung berdasarkan persamaan (2.15) dengan menganggap aliran seragam, dan turbulen. Kemudian dilakukan trial and error

untuk merumuskan model hubungan antara hujan dan limpasan. Trial and error

dilakukan sampai debit hasil perhitungan mendekati debit yang terukur. Limpasan hasil perhitungan dibandingkan dengan limpasan terukur dengan menghitung

37 korelasinya menggunakan persamaan (2.8). Perhitungan dengan bantuan

microsoft excel.

Q = A*V

Q = h* B*C*(h * So)0.5

Q= 13.35* 1000* 77.01* (13.35*0.01)0.5 = 0.26 l/min

Perhitungan selanjutnya analog pada perhitungan diatas dan contoh perhitungan seperti pada tabel 4.1; 4.2; 4.3 dapat dilihat pada lampiran II dan III.

38

B. Pembahasan

Hasil perhitungan dan grafik menunjukkan bahwa ada perbedaan bentuk hidrograf pada setiap hasil percobaan. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan besaran parameter DAS sangat berpengaruh terhadap besarnya limpasan.

Daerah yang permeable dengan kemiringan yang landai (1:100), bentuk

hidrograf yang dihasilkan lebih tumpul dan limpasan lebih lambat terjadi dibandingkan hidrograf pada daerah impermeable dengan kemiringan sama. Hal

ini disebabkan air tidak dapat atau sedikit sekali yang berinfiltrasi, sehingga air lebih cepat melimpas,

Daerah dengan kemiringan curam (1:33.3) hidrograf yang dihasilkan lebih tajam dibandingkan pada daerah yang landai (1:100). Pengaruh durasi hujan pada bentuk hidrograf juga besar, terbukti meskipun daerahnya permeable, jika durasi

hujan 70 % dan 50% dari waktu tercapainya debit puncak, hidrograf yang dihasilkan agak tajam.

Model yang dibuat pada penelitian ini merupakan pengembangan dari model persamaan Chezy. Pengembangan model tersebut adalah menambahkan

koefisien kalibrasi pada persamaan tersebut, dengan trial and error

Koefisien kalibrasi yang diperoleh dari trial and error pada masing-masing percobaan berbeda.

Hasil trial and error koefisien kalibrasi pada kondisi percobaan :

1. Permeable dan impermeable; m 1:100; adalah 0.7, tetapi angka korelasi

39 2. Permeable dan impermeable; m 1:50 adalah 0.3. Angka korelasi yang

dihasilkan dengan koefisien kalibrasi 0.3, tinggi, kecuali pada kondisi

permeable; multiple storm; 50% tc.

3. Permeable dan impermeable; m 1:33.3 adalah 0.25. Angka korelasi yang

dihasilkan juga tinggi, kecuali pada kondisi permeable; multiple storm;

40

BAB V

KESIMPULAN dan SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengolahan data dapat disimpulkan bahwa :

1. Hujan efektif yang dialihragamkan menjadi aliran keluar memiliki bentuk yang tidak linier terhadap waktu karena adanya kehilangan– kehilangan seperti infiltrasi, dan detensi permukaan.

2. Model persamaan yang diperoleh dari penelitian ini adalah pengembangan dari model persamaan Chezy dengan menambahkan koefisien kalibrasi yang berbeda untuk setiap kondisi kemiringan, agar diperoleh debit yang besarnya mendekati debit terukur. Model yang diperoleh pada penelitian ini adalah :

Qhit (l/min)= B*h*C*(h*So)0.5*á

dengan á = 0.7 untuk kemiringan 1:100

a ₌ 0.3 untuk kemiringan 1:50

á = 0.25 untuk kemiringan 1: 33.3

3. Limpasan pada daerah permeable dan berkemiringan landai (1:100) lebih

lambat daripada daerah impermeable dengan kemiringan yang sama.

4. Angka korelasi tertinggi, yaitu 0.98, terjadi pada kondisi daerah

41

B. Saran

1. Sebaiknya dilakukan proses kalibrasi terhadap model yang didapat agar model tersebut dapat diaplikasikan di lapangan.

2. Sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh aliran masuk (inflow), disamping hujan, terhadap limpasan.

3. Sebaiknya percobaan dilakukan dengan variasi kemiringan dan intensitas hujan yang lebih banyak.

42

DAFTAR PUSTAKA

CD Sumarto, 1987, Hidrologi Teknik, Usaha Nasional, Surabaya

Deni Nurdin, 2002, Skripsi, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta

Linsley, R. K, Kohler, M. A, Paulhus, Joseph L. H, 1989, Hidrologi untuk

Insinyur, Erlangga, Jakarta

Linsley, Franini Joseph B, 1979, Water Resources Engineering, Mc Graw Hill

Book Company

Nazemi et al, 2003, Evolutionary Neural Network Modelling for Describing

Rainfall-Runoff Process, 225-226

Oriza Andamari, 2003, Skripsi, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Seyhan, Ersin (alih bahasa Sentot Subagyo), 1990, Dasar-Dasar Hidrologi, Gajah

Mada University Press, Yogyakarta

Sharma, R. K, 1987, A Text Book of Hydrology & Water Resources, Dhanpat Rai

& Sons, India

Sri Harto Br, 1993, Analisis Hidrologi, Gramedia, Jakarta

korelasinya menggunakan persamaan (2.8). Perhitungan dengan bantuan microsoft excel.

Q = A*V

Q = h* B*C*(h * So)0.5

Q= 13.35* 1000* 77.01* (13.35*0.01)0.5 = 0.26 l/min

Perhitungan selanjutnya analog pada perhitungan diatas dan contoh perhitungan seperti pada tabel 4.1; 4.2; 4.3 dapat dilihat pada lampiran II dan III.

38 B. Pembahasan

Hasil perhitungan dan grafik menunjukkan bahwa ada perbedaan bentuk hidrograf pada setiap hasil percobaan. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan besaran parameter DAS sangat berpengaruh terhadap besarnya limpasan.

Daerah yang permeable dengan kemiringan yang landai (1:100), bentuk hidrograf yang dihasilkan lebih tumpul dan limpasan lebih lambat terjadi dibandingkan hidrograf pada daerah impermeable dengan kemiringan sama. Hal ini disebabkan air tidak dapat atau sedikit sekali yang berinfiltrasi, sehingga air lebih cepat melimpas,

Daerah dengan kemiringan curam (1:33.3) hidrograf yang dihasilkan lebih tajam dibandingkan pada daerah yang landai (1:100). Pengaruh durasi hujan pada bentuk hidrograf juga besar, terbukti meskipun daerahnya permeable, jika durasi hujan 70 % dan 50% dari waktu tercapainya debit puncak, hidrograf yang dihasilkan agak tajam.

Model yang dibuat pada penelitian ini merupakan pengembangan dari model persamaan Chezy. Pengembangan model tersebut adalah menambahkan koefisien kalibrasi pada persamaan tersebut, dengan trial and error Koefisien kalibrasi yang diperoleh dari trial and error pada masing-masing percobaan berbeda.

Hasil trial and error koefisien kalibrasi pada kondisi percobaan :

1. Permeable dan impermeable; m 1:100; adalah 0.7, tetapi angka korelasi yang dihasilkan tidak terlalu tinggi.

2. Permeable dan impermeable; m 1:50 adalah 0.3. Angka korelasi yang dihasilkan dengan koefisien kalibrasi 0.3, tinggi, kecuali pada kondisi permeable; multiple storm; 50% tc.

3. Permeable dan impermeable; m 1:33.3 adalah 0.25. Angka korelasi yang dihasilkan juga tinggi, kecuali pada kondisi permeable; multiple storm; 50% tc dan impermeable; single storm; 100%tc.

40 BAB V

KESIMPULAN dan SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengolahan data dapat disimpulkan bahwa :

1. Hujan efektif yang dialihragamkan menjadi aliran keluar memiliki bentuk yang tidak linier terhadap waktu karena adanya kehilangan– kehilangan seperti infiltrasi, dan detensi permukaan.

2. Model persamaan yang diperoleh dari penelitian ini adalah pengembangan dari model persamaan Chezy dengan menambahkan koefisien kalibrasi yang berbeda untuk setiap kondisi kemiringan, agar diperoleh debit yang besarnya mendekati debit terukur. Model yang diperoleh pada penelitian ini adalah :

Qhit (l/min)= B*h*C*(h*So)0.5*á dengan á = 0.7 untuk kemiringan 1:100

a ₌ 0.3 untuk kemiringan 1:50 á = 0.25 untuk kemiringan 1: 33.3

3. Limpasan pada daerah permeable dan berkemiringan landai (1:100) lebih lambat daripada daerah impermeable dengan kemiringan yang sama.

4. Angka korelasi tertinggi, yaitu 0.98, terjadi pada kondisi daerah permeable; m 1: 33.3; single storm; 100%tc.

B. Saran

1. Sebaiknya dilakukan proses kalibrasi terhadap model yang didapat agar model tersebut dapat diaplikasikan di lapangan.

2. Sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh aliran masuk (inflow), disamping hujan, terhadap limpasan.

3. Sebaiknya percobaan dilakukan dengan variasi kemiringan dan intensitas hujan yang lebih banyak.

42

DAFTAR PUSTAKA

CD Sumarto, 1987, Hidrologi Teknik, Usaha Nasional, Surabaya Deni Nurdin, 2002, Skripsi, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta

Linsley, R. K, Kohler, M. A, Paulhus, Joseph L. H, 1989, Hidrologi untuk Insinyur, Erlangga, Jakarta

Linsley, Franini Joseph B, 1979, Water Resources Engineering, Mc Graw Hill Book Company

Nazemi et al, 2003, Evolutionary Neural Network Modelling for Describing Rainfall-Runoff Process, 225-226

Oriza Andamari, 2003, Skripsi, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Seyhan, Ersin (alih bahasa Sentot Subagyo), 1990, Dasar-Dasar Hidrologi, Gajah Mada University Press, Yogyakarta

Sharma, R. K, 1987, A Text Book of Hydrology & Water Resources, Dhanpat Rai & Sons, India

Sri Harto Br, 1993, Analisis Hidrologi, Gramedia, Jakarta