DDA3332 Nota Kuliah Hidrologi

DDA3332 Nota Kuliah Hidrologi
Bab 6 – Hidrologi Bandaraya (Urban Hydrology)
6.1 Kesan Pembandaran Pada Aliran Permukaan (Effects of Urbanization on Surface-water
Runoff)
1) Penggunaan lapik (contoh, konkrit, asphalt, jubin) mempercepatkan aliran ribut ke longkang,
parit dan saluran. Akibatnya, isipadu aliran (Valp) dan puncak kadar alir (Qpuncak) meningkat, dan
masa penumpuan (tc) berkurangan.
2) Penyusupan berkurangan menyebabkan lebih sedikit recaj ke air bumi.
3) Pencemaran meningkat sebab kesan tanah dan tumbuhan sebagai penapis telah berkurangan
atau tidak berlaku.
Peak Q Selepas
dan Sebelum
tc Lepas
tc Sebelum

Rajah menunjukkan kesan urbanisasi pada:
1) Kadar alir puncak meningkat (Peak Q Selepas)
2) Masa penumpuan lebih awal (tc Lepas)

6.2 Kaedah Untuk Mengurangkan atau Melengah-Lengahkan Aliran Ribut
Table 11.2

Kaedah-kaedah meningkatkan penyusupan ataupun memperlahankan halaju aliran air.
Figure 11.2 menunjukkan kesan gabungan lali (imperviousness) dan pembetungan (sewerage)
pada kadar alir puncak tahunan (Qp) untuk tadahan meluas 1 mi2
Figure 11.3 menunjukkan faktor pendaraban untuk Qp tahunan untuk takahan meluas 1 mi2 bagi
peratus luasan dibawah keadaan lali dan peratus dibawah sistem pembetungan (storm sewers)

1

2

3

6.3 Kaedah Untuk Meramalkan Qp Dari Tadahan Bandaraya
Kaedah Kotak Hitam (“Black Box” Approach)
Input (rainfall)

????
Output (Q in river or
drain)

Inside processes not
examined

Output disesuaikan ke data input menggunakan rumusan matematik yang mempunyai pemalar
untuk menggantikan faktor keseimbangan (α). Contoh,
Rumus Manning,
Q α A·R2/3· S1/2
Q = (1/n)·A·R2/3· S1/2
Walaupun (1/n) dipanggil “Manning‟s roughness coefficient”, ia adalah disebabkan oleh pemalar
yang menukar keseimbangan (α) ke kesamaan (=).
Rumusan yang digunakan begitu dipanggil „empirical‟ dan memerlukan penilaian dari uji kaji
dahulu. Satu kaedah yang mengikut kaedah empirikal ialah Kaedah Rasional (Rational Method).

6.4 Menganggar Kadar Alir Maksimum Dengan Kaedah Rasional (Peak Flow Estimation
Using the Rational Method)
6.4.1 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sistem Saliran
Guna Tanah
 Hutan – ketelapan tinggi, larian air permukaan kecil
 Bandar – permukaan tak telap menyebabkan larian air permukaan tinggi
Ciri Fizikal Tanah

 Mempengaruhi kadar penyusupan
o Liat – penyusupan rendah → larian permukaan tinggi
o Pasir – penyusupan tinggi → larian permukaan rendah
 Kedalaman tanah – simpanan air meningkat dengan kedalaman → larian air rendah
Topografi
 Kadar penyusupan berkurang dengan kecerunan → larian air permukaan tinggi
Keluasan Tadahan
 Menentukan isipadu aliran

4

Hujan
 Keamatan hujan
 Tempoh
 Frekuensi
6.4.2 Kaedah Rasional



Sesuai untuk kawasan Bandar

Rumus:

Q = kadar alir maksimum untuk suatu kala kembali T-tahun (ft3/s)
C = pekali air larian (= Q/P = luahan tahunan/jum. Hujan tahun)
i = purata keamatan hujan untuk suatu tempoh yang sama dengan masa penepuan (t c) dan
kala kembali T-tahun (in/jam)
A = luas tadah (acre)
6.4.3 Kaedah Rasional Ubahsuai

yang mana: Cs = pekali simpanan
a) Pekali Air Larian (C)
 Berkaitan dengan guna tanah
 Bergantung kepada Penggunaan Tanah
Penggunaan Tanah
Perniagaan:
Kawasan Bandar, dibangunkan sepenuhnya dengan bangunan
dan rumah kedai
Industri:
Dibangunkan sepenuhnya
Penempatan:

4 rumah/ekar (acre)
4-8 rumah/ekar
8-12 rumah/ekar
12 rumah/ekar
Jalan bertar (asphalt pavement)
Taman (landai, dalam kawasan bandar, kebun)
Ladang getah
Hutan (selalunya curam)
Kawasan lombong (tanah pasir)
Tanah lapang/gondol

5

Nilai Pekali Larian, C
0.90

0.80

0.55
0.65

0.75
0.85
0.95
0.80
0.45
0.35
0.10
0.75



Jika mempunyai guna tanah yang berbeza (heterogenus), C perlu dikira secara
komposit
C=
yang mana:
C = pekali larian komposit
A1, A2, …, An = luas sub-tadahan
A = jumlah luas tadahan
C1, C2 , …, Cn = pekali air larian (dari Jadual di atas)

b) Masa Penumpuan (tc)
= masa untuk air mengalir dari satu titik dihulu tadahan ke titik limpahan (outlet) tadahan
tc = t0 + td
to

td = jarak di dalam saluran
t0 = jarak dari titik ke
saluran

Titik terjauh di
hulu

td

Masa Perjalanan
Air Larian (t0)
 Masa yang diperlukan untuk air larian permukaan mengalir dari titik terjauh di hulu
ke saluran/parit yang terdekat
 Bengantung kepada
i) Jarak cerun

ii) Kecerunan
iii) Guna tanah iaitu pekali larian permukaan (C)
Masa Aliran Saluran (td)
 Masa bagi air mengalir di dalam saluran (parit, sungai, drains) sehingga ke titik
limpahan keluar (outlet) tadahan
 Dianggarkan dari ciri-ciri hidraulik saluran
i)

td =

ii)

yang mana:
Id = panjang saluran (kaki)
vd = halaju aliran dalam saluran (kaki/saat)
Kecerunan saluran
6

c) Keamatan Hujan (i)
 Ribut yang mempunyai tempoh yang sama dengan masa penumpuan (tc)

 Nilai i boleh didapati dari lengkung Keamatan-Tempoh-Frekuensi hujan (IDF
Curves: Intensity-Duration-Frequency)
d) Pekali Simpanan (Cs)
 Kesan dari penyimpanan air larian di dalam saluran/parit




Nilai air larian maksima yang diperolehi dalam unit Imperial (UK)
Untuk tukar ke unit metrik
Q (m3/s) = 0.278 Cs Ci (mm/jam) A (km2)
1 ekar = 0.405 ha
1 ha = 2.47 ekar

Contoh: Kirakan kadar alir banjir maksima 5-tahun yang akan terhasil daripada suatu
pembangunan ke atas kawasan seluas 552 ha. Komponen pembangunan dan ciri-ciri tadahan
adalah seperti berikut.
Komponen Pembangunan
1) Perumahan : 10 rumah/ekar
2) Perumahan : 4 rumah/ekar

3) Komersial
4) Padang G.O.L.F. (Gila Orang Lupakan Famili)

30%
20%
12%
38%

Ciri Saliran
Panjang Saliran : 8,800 kaki
Halaju : 4.3 kaki/saat
Purata Cerun : 5%
Ciri Permukaan
Jarak Permukaan : 450 kaki
Purata Cerun : 2.5%

Penyelesaian:

Q = Cs C i A

1) Pilih nilai C untuk setiap komponen pembangunan (Cn)
2) Membuat purata pemberat C dari % dan Cn
3) Tentukan masa penumpuan, t0 dan td untuk menentukan tc.
7

4) Mencari i dari tc dan X-tahun banjir (Lengkung IDF).
5) Kirakan Q yang maksima untuk semua angkubah.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pemalar Aliran C
1) Keadaan tanah (jenis batu, jenis tanah, jenis tumbuhan, pelapik)
2) Kecerunan tanah
3) Simpanan permukaan
4) Paras simpan lembapan tanah berbanding muatan lapangan (Degree of soil saturation)
5) Keamatan hujan

8

9

10

11

12

6.5 Manual Saliran Mesra Alam (MSMA : Stormwater Management Manual)
The concept of „stormwater management‟ is relatively new in Malaysia and a paradigm shift is
needed to turn around traditional engineering drainage practice based upon the „rapid disposal‟
techniques.
Malaysia has developed a „Stormwater Management Manual‟ (SWWA in B.I., Manual Saliran
Alam Mesra di dalam B.M.), which draws upon various Best Management Practices (BMPs)
worldwide to control not only the quantity of stormwater runoff, but also the quality of runoff
through:





detention or retention storage;
infiltration facilities;
swales;
engineered waterways.

Effective 1 January 2001, all new land development in Malaysia must comply with the new
guidelines to manage stormwater better. MSMA has the following objectives:







Ensure public safety
Control nuisance flooding and provide for safe passage of less frequent and larger flood
events
Stabilise landform and control erosion
Optimise land available for urban development
Minimise the environmental impact of urban runoff on water quality
Enhance the urban landscape

Elements of MSMA include:
Planning and Design
Design Requirements
Design Rainfall and Runoff Estimation
Conveyance and Engineered Waterways
Quantity and Quality Control using BMPs
 Gross Pollutant Traps
 Constructed Wetlands
 Pond Design

13

After development, Uncontrolled or
rapid disposal
Q

Natural hydrograph
After development, Controlled
runoff and storage

Time

The former drainage method was by „rapid disposal‟, i.e., using drains and impermeable surfaces
(concrete, asphalt, tile) to remove water as quickly as possible.
Problems from this, however, are:
 Peak stormflow is increased (Qpuncak)
 Lag time (tc) is decreased
 Reduction in natural groundwater recharge (more water enters the drainage channels)
 Increased surface water pollution
 Higher costs to remove rubbish (e.g., 20 tons garbage collected each day from Sungai
Klang)
The New Stormwater Management Manual (MSMA) implements the concept of „Control-AtSource‟ or the storage-oriented approach. Some major techniques are:
 Increasing infiltration
 Increasing storage
 Increasing conveyance (sistem pembawa)
 Increasing treatment
By using:
 Swales
 Sub-surface detention
 Dry ponds
 Wetlands
 Wading streams
 Recreational ponds
All within the city.
Benefits include:
1) Control peak discharges
→ Reduce runoff velocity (easier for fish)
→ Lengthen flow path (increases filtering of suspended material from the water)
→ Increases time of concentration (tc)
2) Reduce total stormwater runoff volume
14

→ Infiltration into soil and groundwater (recharge)

Influent (Air masuk simpanan air bumi)

Effluent (Air keluar dari simpanan air bumi)

3) Filtration
→ Particulates (e.g., soil, sand) and pollutants are trapped and filtered out by substrates; up to
70% removal of total suspended solids (TSS)
→ Known as „control-at-source‟; i.e., to keep the materials from entering a stream or drainage
channel so that treatment will not be required further downstream (downstream = hilir)
4) Landscape features
→ Greenspace
→ Wading streams, ponds for fishing, etc.
5) Lower cost than for constructed concrete drains

Swales

15

Longkang Depan IKIP

Swale Depan IKIP

16