Rekayasa Hidrologi

Bab XIV - 1

REKAYASA HIDROLOGI

MODUL 14

Perhitungan Debit Banjir Rencana Dengan Hidrograf

Bab XIV - 1

JURUSAN TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN UNIVERSITAS MERCU BUANA

Mata Kuliah : Rekayasa Hidrologi

Modul No.14 : Perhitungan Debit Banjir Rencana Dengan Hidrograf

Tujuan Instruksional Umum (TIU)

Mahasiswa mengetahui maksud dan tujuan perhitungan debit banjir rencana dengan

menggunakan hidrograf, mempelajari parameter-parameter yang mempengaruhi, dan

kegunaan hasil perhitungan debit banjir rencana untuk bangunan sipil dan informasi

kepada masyarakat pengguna aliran sungai.

Tujuan Instruksional Khusus (TIK)

Mahasiswa mampu menjelaskan dan mampu memberikan contoh-contoh arti dari debit

banjir rencana, mampu mengolah data hujan sebagai bahan masukan perhitungan banjir

rencana dengan menggunakan hidrograf, mampu memberikan pilihan periode Wang banjir

rencana dengan dasar pertimbangan yang diperlukan dan dapat menerapkan hasil

perhitungan untuk bahan masukan kebutuhan perhitungan selanjutnya, seperti perhitungan

stabilitas konstruksi, bangunan pengolah banjir dan bangunan pelimpah.

14. Perhitungan Debit Banjir Rencana Dengan Hidrograf

14.1. Pendahuluan

Dalam perencanaan bendungan, spillway, bangunan Flood Control, jembatan,

Culvert, dan drainage jalan raya, perlu memperkirakan debit terbesar dari aliran

sungai yang mungkin terjadi dalam suatu periode tertentu, debit ini disebut debit

rencana. Periode tertentu yang mungkin terjadi banjir rencana berulang disebut

"Peiode Ulang".

Penentuan debit rencana berikut periode ulang ditentukan berdasarkan

pertimbangan-pertimbangan diantaranya adalah sebagai berikut :

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ir. Hadi Susilo MMREKAYASA HIDROLGI

Bab XIV - 2

Biaya pembangunan dan biaya pemeliharaan bangunan pengendalian banjir :

makin besar periode Wang, makin aman, tetapi biaya makin besar (over design).

Umur ekonomis dari bangunan pengendalian banjir.

(Jangan mendesain untuk Q dengan perido ulang 75 tahun kalau umur bangunan

hanya 50 tahun)

Besamya kerugian yang akan ditimbulkan, bila bangunan pengendalian banjir

dirusak oleh banjir, serta sering/tidaknya kerusakan itu terjadi.

Penentuan debit rencana dapat dilakukan dengan beberapa metoda-metoda:

grafis

1. Analisa statistik

analisis

Qo dapat dihitung dengan mencari distribusi nilai-nilai extreem/max, bila tersedia

data pengamatan aliran sungai jangka panjang (Metoda E.J. Gumble, metoda

California, metoda Faster, metoda Hazen, metoda Ven Te chow, analisa

frekwensi).

2. Metoda Infiltrasi.

3. Metoda Rational : Q = C.i.A.

Bila data aliran sungai tidak mencukupi, sehingga data curah hujan dipakai

dalam rumus tersebut (i = intensitas curah hujan ; C = koef run off = R.O

P

4. Metoda Empiris

Sama dengan metoda rational, hanya di sini hubungan debit dan intensitas curah

hujan diturunkan menurut persamaan matematis berdasarkan pengamatan di

suatu daerah aliran tertentu.

14.2. Metoda Infiltrasi

Metode ini menghitung besarnya kapasitas infiltrasi dan sehingga dapat diketahui

run off yang terjadi dan merupakan debit aliran. Parameter prinsip dasar yang perlu

diketahui diantaranya adalah


Bab XIV - 3

Indeks Infiltrasi adalah nilai rata-rata dari intensitas air yang hilang (intensitas hujan

yang datang dikurangi tinggi aliran permukaan)

= (Ptot – Pnet) / t

= (Ptot – Q) / lamanya hujan

= (d (P – Q)) / dt

Limpasan langsung adalah besamya presipitasi dikalikan dengan koefisien limpasan

langsung.

RO = K.P

(Limpasan langsung = Koef limpasan langsung x Presipitasi).

Sedangkan K = ; dimana i = intensitas hujan.


Gambar No. 14.1

Bab XIV - 4

Windex = kecepatan infiltrasi rata-rata selama intensitas hujan melebihi kapasitas

infiltrasi: [ cm/jam ]

=

F, = Masa infiltrasi yang terjadi selama intensitas hujan melebihi kapasitas

infiltrasi.

Te = Waktu selama infiltrasi yang terjadi sacra dengan kapasitas infiltrasi

[jam].

P = Hujan komulative yang menyebabkan R.O.

R.O = Aliran permukaan komulative yang ada hubungannya dengan P.

se = Aliran permukaan effective (depression storage), umumnya diabaikan.

14.3. Metoda Rational (Rational Method)

Di dalam rumus yang dipakai, terlihat hubungan antara debit (Q), dengan intensitas

hujan (i), yang merupakan fungsi dari parameter fisika.

Q = C.i.A dengan Q = debit rencana

C = Koef Limpasan (berbeda-beda untuk macam-macam

D.A.S. harus ditentukan berdasarkan

i = Intensitas

hujan

A = Luas D.A.S

Yang termasuk cara rational ini, adalah :

- Metoda Melchior

- Metoda Weduwen

- Metoda Haspers

Ketiga Metoda di atas mengikuti konsep yang sama tetapi masing-masing metoda

mempunyai parameter yang berbeda.

Metoda Melchior


Bab XIV - 5

Rumus yang dipakai dikenal sebagai rumus Pascher, yaitu:

Q p = . . q . A

L impasan

= K o e f . L i m p a s a n =

Curah hujan total

Hujan rata-rata di D.A.S. ybs

= k o e f i s i e n r e d u k s i =

H u j a n h a r i a n m a k s i m u m d a r i

s a l a h s a t u s t a i s u n d a l a m D A S

t s b p a d a h a r i y a n g s a m a

q = besamya hujan terbesar (max. point rain fall) (m3/det/km2)

A = Iuas D.A.S (km2)

Qp = debit puncak banjir (m3/det.)

Metoda Weduwen

Rumus yang dipakai :

Qp = . . q . A

L impasan

D e n g a n : = K o e f . L i m p a s a n =

Curah hujan total

= 0.2 +

tc = waktu konsentasi = waktu yang dibutuhkan oleh air untuk bergerak dari titik

terjauh mencapai titik tertentu dihilir sungai (mulut D.A.S.)

= koef Reduksi


Bab XIV - 6

= (menurut Ir. Boerena dianggap dapat berlaku untuk seluruh

Indonesia)

T = Duration hujan yang diharapkan dapat menyebabkan banjir

= 2 t c

F = luas ellips yang dapat mencakup D.A.S.

= ¼ .a.b.

a = sumbu panjang ellips (km)

b = sumbu pendek ellips (km)

q = besamya hujan terpusat yang maksimum

= (m3/det/km)

A = Luas D.A.S.(km2)

Qp = debit puncak banjir (m3/det)

Ketiga metoda ini, dahulu sering dipakai di Indonesia, tetapi kini telah ditinggalkan,

karena dianggap estimasinya terlalu besar (Over estimate).

14.4. Metoda Empiris (Empirical Method)

Rumus-rumus berikut ini digunakan, dengan mendasarkan ketentuan-ketentuannya

pada hasil pengamatan. Rumus-rumus empiris yang sudah dipakai antara lain :

Unit graph method/ Actual unit hydrograph Sherman L.K. 1932.

Synthetic unit Hydrograph Snyder. FF. 1938.

Dimensionless Unit Hydrograph.

Distribution Graph.

14.4.1. Metode Unit Graph (Unit Graph Method/ActualUnit Hidrograph)

Dalam metode ini dikemukakan bahwa unit hydrografh hasil pengolahan data dan

pengukuran merupakan salah satu alat untuk memperkirakan hidrograph jika

diketahui data curah hujan, selama karakteristik fisik daerah aliran tidak mengalami


Bab XIV - 7

banyak perubahan. Metode ini dipergunakan bila data-data yang tersedia didapatkan

dengan periode pendek dan berlaku untuk D.A. yang tidak terlalu besar.

Prosedure Pengerjaan Hidograf Satuan (Actual Unit Hydrograph):

1. Dari pencatatan hujan lebat, yang turun merata di suatu daerah, pilih beberapa

intensitas dengan duration tertentu.

2. Dari pencatatan data debit banjir, dipersiapkan hidrograph banjir (Flood

Hydrograph) selama beberapa hari sebelum dan sesudah perioda hujan pada

butir 1

3. Pisahkan aliran dasar (Base Flow): terhadap aliran permukaan dengan berbagai

metoda yang ada

4. Dari hasil pemisahan ini, akan didapat/ dihitung ordinat aliran dasar dan ordinat

limpasan langsung

5. Dihitung vol. limpasan langsung dengan persamaan:

Heff = deff =

= (cm)

dengan: A = luas daerah aliran (m2)

Qnet = Ordinat debit limpasan langsung

(Qnet = Qtot- QBF)

Qtot = debit limpasan total

QBF = debit limpasan dasar

t = batas interval

6. Hitung ordinat-ordinat Hidrograph satuan dengan rumus.

Ordinat-ordinat limpasan langsung

Ordinat-ordinat hidrograph satuan =

heff


Bab XIV - 8

Tabel No. 14.1. Contoh tabel Menghitung Hidrograf Satuan

Waktu

Tgl. Jam

Debit Total

(m3/det)

Aliran Dasar

(m3/det)

Ordinat limpasan

langsung

(m3/det)

Ordinat

hidrograph

satuan (m3/det)

(1) (2) (3) (4) = (2) – (3) (5) = (4)/heff

heff =

Dimana:

Q = debit (m3/det)

A = Luas Daerah Aliran Sungai (DAS) (m2)

T = periode / durasi waktu lamanya debit aliran (detik atau jam)

Contoh soal 1 :

Data dibawah ini (Tabel 14.2) adalah hasil pengukuran aliran dan hujan lebat dengan

duration 6 jam, luas daerah pengaliran sungai yang diukur ini = 316 Km2.

Pertanyaan :

1. Hitung dan gambar unit hydrograph dengan duration 6 jam

2. Hitung tinggi hujan reff. Yang diwakili oleh Flood Hyidrograph

Tabel No. 14.1. Data Debit Aliran

Waktu : Aliran (m3 / det) Waktu Aliran (m3 / det)

1 Juni 0.00 17,0 3 Juni 0.00 53,8


Bab XIV - 9

6.00

12.00

18.00

2 Juni 0.00

6.00

12.00

18.00

113,2

254,5

198,0

150

113,2

87,7

67,9

6.00

12.00

18.00

1 Juni 0.00

42,5

31,1

22,64

17,0

Asumsikan aliran dasamya konstan = 17.0 m3/ det.

Penyelesain :

Langkah-Iangkah perhitungan

a) Pemisahan aliran dasar (base flow) terhadap aliran permukaan.

Debit total = limpasan langsung + aliran dasar atau

Ordinat limpasan langsung = debit total – aliran dasar

(4) (2) (3)

b) Menghitung jumlah debit limpasan langsung dari seluruh interval

Waktu

= (4) t

c) Menghitung volume limpasan langsung dengan persamaan

heff = =

=


Bab XIV - 10

A adalah luasan daerah aliran (pendekatan)

d) Menghitung ordinat-ordiant hydrograph satuan dengan rumus :

Ordinat limpasan langsung

Ordinat-ordinat hydrograph satuan =

heff

atau

kol . (5) =

Tabel No. 14.3 Perhitungan Ordinat Hidrograf Satuan

Waktu

Tgl. Jam

Debit Total

(m3/det)

Aliran Dasar

(m3/det)

Ordinat limpasan

langsung

(m3/det)

Ordinat

hidrograph

satuan (m3/det)

(1) (2) (3) (4) = (2) – (3) (5) = (4)/heff

1 Juni 0.00

6.00

12.00

18.00

17,0

113,2

254,5

198,0

17

17

17

17

0

96,2

237,5

181

0

14,846

36,651

27,932

2 Juni 0.00

6.00

12.00

18.00

150

113,2

87,7

67,9

17

17

17

17

131

96,2

70,7

50,9

20,252

14,846

10,910

7,855

3 Juni 0.00

6.00

12.00

18.00

53,8

42,5

31,1

22,64

17

17

17

17

36,8

25,5

14,1

5,64

5,679

3,935

2,176

0,870

4 Juni 0.00 17,00 17 0 0

Qnet = 947,54


Bab XIV - 11

947,54.6.60.60

Heff = = 0,0648 m = 6,48 cm

316000000


Bab XIV - 12

Gambar No. 14.2.

Contoh Soal

Hitung ordinat dari hydrograf banjir yang dihasilkan dari 3 jam hujan lebat. Masing -

masing hujan eff. Besarnya 2; 6,75 dan 3,75 cm dan dimulai selang 3 jam. Ordinat

dari unit hydrografnya diberikan dalam tabel berikut.

Tabel No. 14.4. Debit Unit Hidrograf

Jam 03 06 09 12 15 18 21 24 03 06 09 12 15 18 21 24

Ordinat

Unit

Hid

(m3/det)

0 110 365 500 390 310 250 235 175 130 95 65 40 22 10 0

Asumsikan kehilangan air awal = 5 mm, indeks infiltrasi = 2,5 mm/jam, aliran dasar

(base flow) = 10 m3 / det

Penyelesaian :

Gambar No. 14.3. Bagan Alir Total Aliran Air


Bab XIV - 13

Dianggap: Hujan dipermukaan sungai dan interflow sangat kecil dibandingkan

surface run off, jadi hujan efektif seluruhnya akan menjadi direct run off. Jadi Infiltrasi

dan kehilangan air awal tidak mempengaruhi hujan efektif.

Ordinat limpasan langsung = hujan efektif x ordinat unit hydrograph.

Kolom (3) = 2 x kolom (2)

Kolom (4) = 6,15 x kolom (2)

Kolom (5) = 3,75 x kolom (2)

Tabel No. 14.5 Perhitungan Ordinal Limpasan


Bab XIV - 14

Jam

Ordinat

unit

Hidograph

(m3/det)

Ordinat Limpasan LangsungBae

Flow

(m3/det)

Ordinat

Limpasan

(m3/det)

U1

(m3/det)

U2

(m3/det)

U3

(m3/det)

Utotal

(m3/det)

(1) (2) (2) x heff

I

(2) x heff

II

(2) x heff

III

(6) = 3 - +

(4)

(5)

(7) (8)=(6)+(7)

03

06

09

12

15

18

21

24

03

06

09

12

15

18

21

24

03

06

09

0

110

365

500

390

310

250

235

175

130

95

65

40

22

10

0

0

220

730

1000

780

620

500

470

350

250

190

130

80

44

20

0

0

742,5

2463,75

3375

2632

2092,5

1687,5

1586,25

1181,25

877,5

641,25

438,75

270

148,5

67,5

0

0

412,5

1368,75

1875

1462,5

1162,5

937,5

881,25

656,25

487,25

356,25

234,75

150

82,5

37,5

0

0

220

1472,5

3876,25

5522,75

5127,5

4055

3320

2873,75

2322,5

1723,75

1258,5

875

557,75

318,5

150

37,5

0

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

230

1482,5

3886,25

5532,75

5137,5

4065

3330

2883,75

2332,5

1733,75

1268,5

885

567,75

328,5

160

47,5

10

Debit banjir = 5532,75 m3/det (= Ordinat Debit Limpasan Total Maksimum)

14.4.2. Metoda Syntetic Unit Hydrograph

Cara ini mempergunakan metoda empiris, dengan memperkirakan adanya hubungan

antara debit, time of concentration, terhadap karakteristik daerah aliran data suatu


Bab XIV - 15

bentuk persamaan-persamaan seperti dibawah ini:

** qp = C p.

Dengan qp = debit maximum unit hydrograph [ma/det/km2]

tp = lag time. [jam]

= Ct.(Lc.L)"

L = panjang sungai [Km]

Lc = panjang sungai ke titik das [km]

n = koefisien yang bersifat proporsional terhadap Ct.

Ct&Cp = koefisien yang tergantung pada karakteristik daerah aliran. Umumnya dipakai

harga:

Ct = 1.1 - 1.4

Cp = 0,56 - 0.69 Menurut Snyder

Bentuk dari synthetic unit hydrograph ini mengikuti persamaan alexseye :

* y = 10-a

dengan : y = Q/Qp

x = t/Tp

a = 1.32 2 + 0.15 + 0.045

=

=

Qp = debit maksimum limpasan total [m3/det]

= qp. Heff. A.

n, Ct, & Cp. Didapat dengan Trial & Error sehingga hydrograph banjir (Flood


Bab XIV - 16

hydrograph) hasil perhitungan = hasil pengamatan.

Prosedure pembuatan

1) Menentukan satuan curah hujan efektif. (heft) dan tr = time duration.

heft = 1 mm atau 1 cm atau 1 inch.

tr = 1 jam atau 1 menit.

2) Menentukan nilai Ct, Cp, n untuk kemudian menghitung:

- tp. (lag.time = Ct. (Lc. L")

- qp. (debit max unit hydrogaph / Km2 bias)

= 275

3) Menghitung Tp (time rise to peak).

- te (lamanya hujan eff) = (seharusnya te = tr)


Bab XIV - 17

- Bila te > tr dilakukan koreksi terhadap tp

tp = tp + 0.25 (tr – te)

4) Menghitung Qp (debit maaxumum Synthetic unit hidrograph)

Qp = qp. A. Heft.

Dengan : qp [m3 /det/km2 ]

A [Km2]

heff [m]

Qp [m3/det]

5) Menentukan grafik hubungan antara Q dan t (UH) berdasarkan persamaan alexeye:

y = 10-a

dengan : y = Q/Qp

x = t/Tp

a = 1.32 2 + 0.15 + 0,045

=

=

- Setelah X dan a dihitung, maka nilai y untuk masing-masing x dapat dapat

dihitung. (secara langsung atau tabel)

- Sehingga apabila nilai x ditransper menjadi t = x.Tp. dan nilai y ditransfer

menjadi Q = y.Qp. maka grafik hubungan Q dan t dapat diplot.

- Grafik hubungan antara Q dan t ini dapat dinyatakan sebagai hydrograph

satuan (Unit hydrograph) apabila

heff =


Bab XIV - 18

Bila heff = 1 satuan curah hujannya.

Maka ordinat Q dikoreksi.

6) Buat hidrograph banjir (flood hydrograph) bare berdasarkan perhitungan.

7) Cek hidrograph banjir hasil perhitungan di atas terhadap hidrograph hasil

pengamatan.

8) Bila masih jauh berbeda, ulangi prosedure no. 2 sampai dengan no. 7, sehingga

didapat hidrograph banjir hash perhitungan mendekati hidrograph pengamatan.

14.4.3. Rumus-rumus Empiris untuk Perhitungan Banjir Rencana

Beberapa rumus empiris untuk mengetimasi debit banjir berdasarkan rumus:

Q = C.A." dengan

Q = debit banjir

A = luas daerah aliran

n = indeks banjir

C = Koefisien banjir

C dan n didasarkan atas hasil pengamatan, di mana nilai ini bervariasi menurut :

- Ukuran, bentuk dan letak daerah aliran.

- Topography daerah aliran

- Intensitas dan lamanya (duration hujan serta pola distribusi dari hujan lebat pada

daerah aliran).

1. Rumus Dicken : Q = C. A3/4

Q = debit (m3/det)

A = luas d.a.s: (km2)

C = 11.4 untuk area dengan hujan tahunan 24" s/d 50”

= 13.9 - 19.5 untuk Madya Pradesh (India Tengah)


Bab XIV - 19

= 22.2 – 25 untuk Ghat Barat.

Batasan : Umumnya dipakai untuk daerah dengan ukuran sedang (di daerah India

Utara dan Tengah)

2. Rumus Boston Society : Q =

Q = debit

T = time base dari hydrograph (jam)

R = faktor hujan

Batasan : Penggunaan lebih umum, selama tersedia data hydrograph hasil

pengamatan dan data hujan.

3. Rumus-rumus lain

(dengan penggunaan yang terbatas).

14.5. Istilah Istilah

Tinggi hujan efektif Ordinat Limpasan Total

Lag Time Time concentration

Time rise to peak Debit maksimum Synthetic Unit Hydrodraph.

14.6. Soal Latihan

Hitung ordinat dari hydrograf banjir yang dihasilkan dari 3 jam hujan Iebat. Masing-

masing hujan eff. Besamya 2,5; 6,5 dan 3,5 cm dan dimulai selang 3 jam. Ordinat dari

unit hydrografnya diberikan dalam tabel berikut.

Tabel No. 14.4. Debit Unit 1-Tidroaraf

Jam 03 06 09 12 15 18 21 24 03 06 09 12 15 18 21 24


Bab XIV - 20

Ordinat

Unit

Hid

(m3/det)

0 110 365 500 390 310 250 235 175 130 95 65 40 22 10 0

Asumsikan Kehilangan Air Awal = 5 mm, Indeks Infiltrasi = 2,5 mm/jam, aliran

dasar (base flow) = 15 m3/det

14.7. Referensi

1. Hidrologi Untuk Pengairan, Ir. Suyono Sosrodarsono , Kensaku Takeda, PT.

Pradnya Paramita, Jakarta , 1976.

2. Hydrotogi for Engineers, Ray K. Linsley Ir. Max. A. Kohler, Joseph L.H.

Apaulhus.Mc.Grawhill, 1986.

3. Mengenal dasar dasar hidrologi, fr. Joice Martha, Ir. Wanny Adidarma Dipl. H.

Nova, Bandung.

4. Hidrologi & Pemakaiannya, jilid I, Prof. Ir. Soemadyo, diktat kuliah ITS. 1976

5. Hidrologi Teknik Ir. CD. Soemarto, Dipl. HE


Documents

Rekayasa Hidrologi