Metode Perhitungan Hidrograf Sintesis

Hidrograf satuan adalah grafik suatu limpasan air yang diakibatkan oleh satu satuan hujan efektif yang terjadi secara merata di seluruh Daerah Aliran Sungai (DAS) dengan intensitas tetap selama satuan waktu tertentu.

Keterbatasan data observasi sering dijumpai pada DAS. Oleh karena itu, diperlukan pendekatan dari sungai pada DAS yang sama atau DAS terdekat yang mempunyai persamaan karakteristik. Hasil penurunan hidrograf satuan disebut hidrograf satuan sintesis.

Dalam perhitungan hidrograf satuan sintetis, terdapat beberapa metode yang dapat digunakan, antara lain :

Metode Snyder

Metode Snyder dikembangkan oleh F.F. Snyder dari Amerika Serikat pada tahun 1938.

Metode Snyder merupakan metode pendekatan dengan rumus berdasarkan koefisien-koefisien empiris yang menghubungkan unsur-unsur hidrograf satuan dengan karakteristik daerah pengaliran.

Unsur-unsur hidrograf tersebut dihubungkan dengan luas daerah pengaliran, panjang aliran utama, jarak antara titik berat daerah pengaliran dengan  pelepasan (outlet) yang diukur sepanjang aliran utama.

Tahap-tahap perhitungan menggunakan metode Snyder adalah sebagai berikut :

Menentukan UH duration (tr) 

UH duration (tr) adalah tinggi hujan 1 satuan dalam waktu tertentu. Pada perhitungan hidrograf satuan, tr yang ditentukan adalah 1 jam.

Menghitung lag time (tL)

Lag time adalah waktu yang diperlukan antara permulaan hujan hingga mencapai puncak hidrograf. Untuk menghitung lag time diperlukan data-data sebagai berikut :

• Luas DAS
• Jarak titik berat DAS ke outlet (Lc)
• Jarak sungai terjauh ke outlet (L)
• C1 = 0.75
• Ct = 1.8 – 2.2

Menghitung UH duration (te)

te = tL/5.5

Menghitung debit puncak (Qp)

Menghitung time base (tb)

Lebar Unit Hidrograf

Menghitung Waktu Puncak (tp)

Waktu puncak (tp) adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai debit puncak. Satuan tp adalah jam.

Metode SCS

Metode Soil Conversation Services (SCS) merupakan metode yang dikembangkan oleh Victor Mockustahun pada tahun 1950.

Hidrograf ini merupakan fungsi hidrograf tanpa dimensi untuk menyediakan bentuk standar hidrograf satuan. Koordinat hidrograf ini telah ditabelkan, sehingga mempersingkat waktu untuk perhitungan hidrograf.

Dalam metode ini, debit dinyatakan sebagai nisbah debit q terhadap debit puncak qp dan waktu dalam nisbah waktu t terhadap waktu naik dari hidrograf satuan tp.

Jika debit puncak dan waktu kelambatan dari suatu durasi hujan efektif diketahui maka hidrograf satuan dapat diestimasi dari hidrograf satuan sintesis SCS suatu DAS.

Berikut ini tahap-tahap perhitungan hidrograf satuan sintesis dengan menggunakan metode SCS :

Metode Nakayasu

Metode Nakayasu adalah metode yang dikembangkan oleh Nakayasu dari Jepang.

Rumus hidrograf sintesis dibuat dari hasil penelitian yang dilakukan berdasarkan hidrograf satuan pada beberapa sungai dari Jepang.

Parameter yang diperlukan dalam analisis menggunakan metoda Nakayasu antara lain :

1. Tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak hidrograf (Time to Peak Magnitude).
2. Tenggang waktu dari titik berat hujan sampai titik berat hidrograf (Time to Lag).
3. Tenggang waktu hidrograf (Time Base of Hydrograph).
4. Luas daerah pengaliran (Catchment Area).
5. Panjang alur sungai utama terpanjang (Length of The Longest Channel).
6. Koefisien pengaliran (Run off Coefficient).

Metode GAMA-1

Metode GAMA-1 merupakan satu upaya untuk memperoleh hidrograf satuan suatu DAS yang belum pernah diukur.

Dalam hal ini tidak tersedia data pengukuran debit maupun data AWLR (Automatic Water Level Recorder) pada suatu tempat tertentu dalam sebuah DAS.

Hidrograf Satuan Sintesis GAMA-1 dikembangkan atas riset Dr. Sri Harto di 30 daerah pengaliran sungai di Pulau Jawa pada akhir dekade 1980-an yang mengkombinasikan antara metode Strahler dan pendekatan Kraijenhorr van der Leur.

Parameter yang diperlukan dalam analisis menggunakan metode GAMA-1 antara lain:

1. Luas DAS (A)
2. Panjang alur sungai utama (L)
3. Panjang alur sungai ke titik berat DAS (Lc)
4. Kelandaian atau slope sungai (s)
5. Kerapatan jaringan kuras Drainage Density (D)

Metode ITB-1 dan ITB-2

Hidrograf Sintetis Satuan ITB-1 memiliki persamaan lengkung naik dan lengkung turun yang seluruhnya dinyatakan dengan satu persamaan yang sama yaitu:

Hidrograf Sintetis Satuan ITB-2 memiliki persamaan lengkung naik dan lengkung turun yang dinyatakan dengan dua persamaan yang berbeda yaitu:

a. Debit puncak dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

Dengan:

Qp     = debit puncak hidrograf satuan (m3/s)

R         = curah hujan satuan (1 mm)

Tp         = waktu puncak (jam)

ADAS = luas DAS (km2)

AHSS = luas Hidrograf Sintesis Satuan tak berdimensi, dapat dihitung secara eksak atau numerik

b. Rumus standar untuk time lag yang digunakan adalah penyederhanaan dari rumus Snyder sebagai berikut:

Dengan:

TL = time lag (jam)

Ct  = koefisien waktu (untuk proses kalibrasi)

L   = panjang sungai (km)

c. Waktu puncak Tp didefinisikan sebagai berikut:

d. Untuk DAS kecil ( A < 2 km2), menurut SCS harga Tb dihitung dengan untuk DAS berukuran sedang dan besar harga secara teoritis Tb dapat berharga tak berhingga (sama dengan metode Nakayasu), namun prakteknya Tb dapat dibatasi sampai lengkung turun mendekati nol, atau dapat juga menggunakan harga berikut:

Pemodelan Debit Sintesis

Dalam merencanakan sumber daya air, data debit merupakan data yang paling penting. Data debit ini dibutuhkan secara runtut dan berkesinambungan, namun sering kali data debit ini hilang atau tidak lengkap.

Oleh karena itu, dibutuhkan debit aliran sintesis dengan simulasi curah hujan-limpasan (rainfall – run off) berdasarkan data hujan serta evapotranspirasi.

Grand River Conservation Authority/E. Dionisio

Konsep yang digunakan untuk mengolah data tersebut ialah konsep model tampungan yang menjelaskan hubungan antara hujan dan aliran permukaan DAS.

Model NRECA

Metode ini merupakan permodelan matematik hubungan hujan dan limpasan yang dikembangkan di Amerika Serikat oleh Norman H. Crowford dari National Rural Electrical Cooperation Agency (NRECA).

Metode NRECA dianjurkan dalam menghitung debit andalan untuk curah hujan yang relatif kecil dan juga sesuai untuk daerah cekungan yang setelah hujan berhenti masih terdapat aliran air sungai selama beberapa hari. Kondisi ini bisa terjadi apabila tangkapan hujan cukup luas hingga diatas 100 hektar (1 km2).

Metode NRECA ini menstimulasikan kesetimbangan air bulanan pada daerah tangkapan yang dimaksud untuk menghitung total limpasan dari nilai curah hujan bulanan, evapotranspirasi, kelembapan tanah, serta ketersediaan air tanah.

Permodelan ini didasarkan pada proses kesetimbangan air yang umunya yaitu hujan turun di atas permukaan tanah dan tumbuhan kemudian sebagian akan menguap, sebagian menjadi aliran permukaan, dan sebagian lagi akan masuk ke tanah melalui infiltasi.

Perbedaan dengan permodelan lainnya yaitu parameter yang digunakan dalam permodelan ini.

Model F.J. Mock

Metode ini ditemukan oleh Dr.  F.J. Mock pada tahun 1973 dan didasarkan pada fenomena alam di beberapa tempat di Indonesia.

Dengan metode ini, besarnya aliran dari data curah hujan, karakteristik hidrologi daerah pengaliran sungai (DAS) dan evapotranspirasi dapat dihitung.

Dasar dari metode ini adalah hujan yang jatuh pada catchment area sebagian akan hilang sebagai evapotranspirasi, sebagian akan langsung menjadi aliran permukaan (direct run off) dan sebagian lagi akan masuk kedalam tanah (infiltrasi).

Infiltrasi pertama akan menjenuhkan top soil, kemudian menjadi perkolasi membentuk air bawah tanah (ground water) yang kemudian akan keluar ke sungai sebagai aliran dasar atau base flow.

Metode F.J mock memperhitungkan volume air yang masuk, keluar dan yang disimpan di dalam tanah (soil storage).

Volume air yang masuk adalah hujan, volume air yang keluar adalah infiltrasi, perkolasi dan yang paling dominan adalah evapotranspirasi.

Secara keseluruhan, perhitungan debit andalan dengan Metode F.J Mock ini mengacu pada water balance, dimana volume air total yang ada di bumi adalah tetap, hanya sirkulasi dan distribusinya yang bervariasi.

Model Sacramento

Model Sacramento merupakan salah satu model konseptual yang berupaya memperhitungkan secara lebih detail pengaruh parameter tanah terhadap kandungan airnya atau kapasitas tampungan tanah terhadap aliran air permukaan.

Model ini dikembangkan oleh National Weather Service Forecast Center di Sacramento, California, Amerika Serikat.

Konsep dasar Model Sacramento adalah menyatakan daerah pengaliran atas beberapa waduk/tampungan yang saling berhubungan dan mempunyai kapasitas tertentu. Dalam hal ini perhitungan dibagi dalam beberapa komponen yaitu terdiri dari:

• Lahan Catchment
• Intensitas Perkolasi
• Aliran Air Tanah
• Evaporasi
• Debit Aliran Sungai
• Parameter Model Sacramento

Debit Andalan

Setelah debit sintesis ditentukan dengan beberapa metode diatas, maka selanjutnya adalah menentukan Debit Andalan.

Debit Andalan adalah besarnya debit yang tersedia untuk memenuhi kebutuhan air  dengan resiko kegagalan yang telah diperhitungkan.

Atau dengan kata lain, Debit Andalan adalah debit yang disesuaikan sedemikian rupa dengan keadaan yang sebenarnya.

Dalam perencanaan proyek–proyek penyediaan air terlebih dahulu harus dicari debit andalan (dependable discharge), yang tujuannya adalah untuk menentukan debit perencanaan yang diharapkan selalu tersedia di sungai (Soemarto, 1987).

Debit tersebut digunakan sebagai patokan ketersediaan debit yang masuk ke waduk pada saat pengoperasiannya. Untuk menghitung debit andalan tersebut, dihitung peluang 80 % dari debit infow sumber air pada pencatatan debit pada periode tertentu.

Dalam menentukan besarnya debit andalan dengan peluang 80 % digunakan probabilitas Metode Weibull, dengan rumus:

Dengan :
P   =  peluang (%)
m  =  nomor urut data
n   =  jumlah data

Metode Perhitungan Evapotranspirasi

Evapotranspirasi adalah perpaduan dua proses yaitu evaporasi dan transpirasi. Evaporasi adalah proses penguapan atau hilangnya air dari permukaan tanah, sedangkan transpirasi adalah proses keluarnya air dari tanaman akibat proses respirasi dan fotosintesis.

http://blog.rachio.com

Proses hilangnya air akibat evapotranspirasi ini merupakan salah satu komponen yang sangat penting dalam hidrologi. Besarnya nilai evapotranspirasi sangat dibutuhkan untuk tujuan perencanaan irigasi, konservasi air, serta proses irigasi itu sendiri.

Besarnya Evapotranspirasi ini dipengaruhi oleh beberapa faktor sebagai berikut:

Radiasi Panas Matahari (Rd)
Radiasi panas matahari merupakan komponen sumber energi dalam memanaskan air, tanah, dan tanaman. Radiasi potensial sangat ditentukan oleh posisi geografis lokasi.

Kecepatan Angin (u)
Angin merupakan faktor yang menyebabkan terdistribusinya air yang telah diuapkan ke atmosfer, sehingga proses penguapan dapat berlangsung kontinyu sebelum terjadi kejenuhan kandungan uap di udara.

Kelembapan (Rh)
Parameter kelembapan ini memegang peranan paling penting karena udara memiliki kemampuan untuk menyerap air sesuai kondisinya termasuk temperatur udara dan tekanan udara atmosfer.

Temperatur (°C)
Temperatur merupakan faktor yang tidak dapat dipisahkan dari intensitas dan lama waktu radiasi matahari. Temperatur ini berupa temperatur air, tanah, tanaman, dan temperatur atmosfer.

Terdapat beberapa metode yang bisa digunakan untuk menentukan besarnya nilai evapotranspirasi yatiu metode Thornthwaite, Blaney-Criddle, dan Pennman modifikasi.

Metode Thornthwaite

Thornthwaite telah mengembangkan suatu metode untuk memperkirakan besarnya evapotranspirasi potensial dari data klimatologi.

Evapotranspirasi potensial tersebut berdasarkan suhu udara rata-rata bulanan dengan standar 1 bulan (30 hari) dan lama penyinaran 12 jam sehari. Rumus dasar dari metode ini adalah:

Keterangan:
PET = evapotranspirasi potensial bulanan (mm/bulan) dengan asumsi 30 jumlah hari dalam 1 bulan dan penyinaran rata-rata 12 jam/hari
T        = temperatur udara rata-rata bulan ke-n (°C)
J        = index panas tahunan
a        = koefisien yang tergantung dari tempat

Apabila diinginkan nilai evapotranspirasi potensial untuk suatu bulan dengan jumlah hari = D hari dan waktu penyinaran rata-rata = T jam, maka besarnya evapotranspirasi potensial menjadi:

Metode Blaney-Criddle

Metode ini digunakan untuk menentukan besarnya evapotranspirasi dari tumbuhan yang pengembangannya didasarkan pada kenyataan bahwa evapotranspirasi bervariasi sesuai dengan keadaan temperatur, lamanya penyinaran matahari, dan kebutuhan tanaman.

Rumus dari metode ini adalah:

Keterangan:
c   = faktor koreksi yang tergantung (n/N) dan RH
p   = persentase penyinaran matahari
t    = temperatur udara bulanan rata-rata (°C)

Metode Pennman Modifikasi

Metode ini adalah metode yang bervariasi tergantung dari temperatur, lama penyinaran matahari, kelembaban relatif, dan kecepatan angin. Rumus dari metode ini adalah:

Keterangan:
c = Faktor koreksi akibat keadaan iklim siang atau malam
W = Faktor bobot
Rn = Radiasi netto
F(u) = Fungsi kecepatan angin
ea    = Tekanan uap jenuh
ed    = Tekanan uap aktual

Cara Menghitung Luas Daerah Aliran Sungai (DAS)

DAS mempunyai pengertian yang relatif beragam sesuai dengan tujuannya masing-masing. Menurut Dixon dan Easter, DAS adalah suatu area yang secara topografis dibatasi oleh punggung bukit dan air hujan yang jatuh teratuskan oleh suatu sistem sungai.

Menurut Wiersum (1979) dan Seyhan (1990), DAS adalah suatu wilayah daratan yang dibatasi oleh batas alam topografi yang berfungsi untuk menampun, menyimpan, dan mengalirkan air yang diterima menuju sistem sungai terdekat yang pada akhirnya bermuara di laut.

Selain kedua pengertian di atas, terdapat beberapa pengertian lainnya. Salah satunya menyatakan bahwa DAS adalah wilayah yang terletak  di suatu titik pada suatu sungai yang oleh batas-batas topografi mengalirkan air yang jatuh di atasnya ke dalam sungai yang sama dan melalui titik yang sama pada sungai tersebut (Brooks et al., 1992;  Arsyad, 2010).

Daerah Aliran sungai berguna untuk menerima, dan mengalirkan air hujan yang jatuh diatasnya melalui sungai. Air pada DAS merupakan aliran air yang mengalami siklus hidrologi secara alamiah.

Selama berlangsungnya daur hidrologi, yaitu perjalanan air dari permukaan laut ke atmosfer kemudian ke permukaan tanah dan kembali lagi ke laut yang tidak pernah berhenti tersebut, air tersebut akan tertahan (sementara) di sungai, danau/waduk, dan dalam tanah sehingga akan dimanfaatkan oleh manusia atau makhluk hidup.

Jadi dengan adanya daerah aliran sungai ini, maka kita semua bisa memanfaatkan air yang ada untuk kebutuhan dan aktifitas-aktifitas kita sehari-hari.

Untuk mengukur serta menghitung daerah aliran sungai (DAS), terdapat beberapa cara dan metode yang bisa digunakan.

Keakuratan dari hasil pengukuran ini dipengaruhi oleh metode yang digunakan, dimana setiap metode tentu mempunyai nilai positif ataupun negatif dibandingkan dengan yang lainnya.

Berikut beberapa metode atau cara yang bisa digunakan :

Aplikasi Global Mapper dan WMS (Watershed Modelling System)

Metode ini yang kita gunakan dalam penentuan DAS sungai pada makalah ini, dimana Global Mapper dapat menampilkan suatu koordinat lokasi dan mengubahnya menjadi gambar pada peta untuk bisa ditentukan letak kira-kira dari DAS nya.

Setelah gambar peta ini didapatkan, file kemudian di-export ke dalam format file yang bisa dibuka oleh aplikasi WMS. Dengan menggunakan WMS, gambar peta yang sebelumnya sudah didapatkan bisa diubah menjadi suatu peta yang menggambarkan aliran-aliran sungai yang sebenarnya.

Setelah menentukan suatu outlet, maka besarnya DAS bisa didapatkan.

Metoda Segi Empat (Square Method)

Pengukuran luas dengan metode segi empat ini dilakukan dengan cara membuat petak-petak atau kotak-kotak bujur sangkar pada daerah yang akan dihitung luasnya.

Pada batas tepi yang luasnya setengah kotak atau lebih dibulatkan menjadi satu kotak sedangkan kotak yang luasnya kurang dari setengah dihilangkan (tidak dihitung). Hal yang perlu diperhatikan adalah pertimbangan keseimbangan. Harus ada penyesuaian antara kotak yang akan dibulatkan dengan yang dihilangkan.

Untuk menghitung luas akhirnya dapat digunakan rumus berikut:

Luas DAS = jumlah kotak × (luas tiap kotak × skala)

Metoda Jalur (Stripped Method)

Pengukuran luas dengan metode jalur ini dilakukan dengan membuat jalur atau garis horisontal yang sejajar dan berinterval sama, kemudian pada bagian tepi jalur ditarik garis keseimbangan.

Untuk menghitung luas akhirnya dapat digunakan rumus berikut:

Luas DAS = jumlah luas segiempat (jalur) × skala

Metoda Segitiga (Triangle Method)

Pengukuran luas dengan metode segitiga ini dilakukan dengan membuat segitiga-segitiga diseluruh daerah yang akan diukur luasnya pada peta dan pada sisa daerah diluar segitiga ditambahkn garis-garis yaang tegak lurus dengan base line (sisi segitiga) yang disebut offset.

Untuk menghitung luas akhirnya dapat digunakan rumus berikut:

Luas DAS = (jumlah luas segitiga + jumlah luas offset) × skala

Planimeter

Metode ini merupakan metode pengukuran luas dengan menggunakan alat planimeter. Daerah yang diukur harus merupakan polygon atau area tertutup.

Cara pengukuran luas sebagai berikut:

• Kaca pengamat planimeter diletakkan pda titik awal area yang akan diukur luasnya.
• Kemudian alat pengamat digerakkan searah jarum jam mengikuti batas areal yang diukur sampai alat pengamat kembali ke titik awal.
• Luas area atau daerah yang akan dihitung langsung dapat dibaca pada planimeter

Batas DAS ditentukan berdasarkan peta kontur. Batas DAS yang dimaksud adalah batas DAS secara topografik (Topographic Drainase Boundary) (Seyhan, 1979).