BAB IV ANALISIS HIDROLOGI

Transkripsi

1 BAB IV ANALISIS HIDROLOGI 4. TINJAUAN UMUM Analisis hidrologi diperlukan untuk mengetahui karakteristik hidrologi daerah pengaliran sungai Serayu, terutama di lokasi Bangunan Pengendali Sedimen, yaitu karakteristik hujan, debit atau potensi air. Analisis hidrologi ini akan digunakan sebagai dasar analisis pekerjaan detail desain. Karena tidak ada debit maksimum maka untuk analisa debit menggunakan data hujan. Data hujan harian selanjutnya akan diolah menjadi data curah hujan rencana, yang kemudian akan diolah menjadi debit banjir rencana. Data hujan harian didapatkan dari beberapa stasiun di sekitar lokasi rencana BPS, di mana stasiun tersebut diutamakan yang terletak dalam daerah aliran sungai dan yang jaraknya relatif dekat dengan daerah aliran sungai. Adapun langkah-langkah dalam analisis hidrologi adalah sebagai berikut :. Menentukan luas pengaruh daerah stasiun-stasiun penakar hujan sungai.. Menentukan curah hujan maksimum tiap tahunnya dari data curah hujan yang ada.. Menganalisis curah hujan rencana dengan periode ulang T tahun. 4. Menghitung debit banjir rencana berdasarkan besarnya curah hujan rencana di atas pada periode ulang T tahun. 4. PENENTUAN DAERAH ALIRAN SUNGAI Penentuan Daerah Aliran Sungai (DAS) dilakukan berdasar pada peta rupabumi skala : (DPU Subdin Pengairan Wonosobo, 007). DAS Serayu berdasar peta tersebut mempunyai luasan sebesar 00,6 km, dengan rencana lokasi Bangunan Pengendali Sedimen pada Sungai Serayu, di Desa Leksono, Kecamatan Leksono, Kabupaten Wonosobo. Penentuan luasan ini dengan menggunakan alat planimeter.

2 4. ANALISIS CURAH HUJAN RATA-RATA DAERAH ALIRAN SUNGAI Besarnya curah hujan rata-rata daerah dihitung dengan metode Thiessen, di mana pada metode ini mempertimbangkan daerah pengaruh tiap titik pengamatan. Penggunaan metode Thiessen karena kondisi topografi dan jumlah stasiun memenuhi syarat untuk digunakan metode ini. Stasiun hujan yang berpengaruh pada DAS Serayu yaitu stasiun hujan Kretek, stasiun hujan Wanganaji dan stasiun hujan Wonosobo. Lokasi stasiun hujan pada DAS Serayu dan poligon Thiessen dapat dilihat pada gambar 4.. Berdasarkan hasil pengukuran dengan planimeter, luas pengaruh dari tiap stasiun ditunjukkan pada tabel 4.. Tabel 4. Luas pengaruh stasiun hujan terhadap DAS Serayu no Nama Stasiun Luas (Km ) Bobot (%) Kretek 6,,06 Wanganaji 8 4,7 Wonosobo 55, 7,57 Luas total 00,6 00 (sumber: perhitungan dengan planimeter) 60

3 Gambar 4. Peta DAS dan poligon Thiessen 6

4 4.. Data Harian Curah Hujan Maksimum Tabel 4. Data curah hujan harian maksimum di lokasi bangunan pengendali sedimen No Tahun Stasiun Pencatat hujan Kretek Wanganaji Wonosobo (sumber: PSDA Jawa Tengah dan Dinas Pengairan Wonosobo,007) 4.. Analisis Curah Hujan Dengan Metode Thiessen Untuk perhitungan curah hujan dengan metode Thiessen digunakan persamaan: R = A. R + A. R A. R A + A A n n (.7) n 6

5 Tabel 4. Perhitungan curah hujan harian maksimum rata-rata dengan metode Thiessen No Tahun Stasiun Pencatat Hujan Kretek Wanganaji Wonosobo Rh Rencana Luas(km ) (mm) 6, 8 55, (sumber :perhitungan) 4.4 PERHITUNGAN CURAH HUJAN RENCANA Beberapa metode yang dapat digunakan dalam perhitungan curah hujan rencana adalah sebagai berikut :. Metode Normal. Metode Log Pearson Type III. Metode Gumbel 6

6 Untuk memperoleh metode yang digunakan maka terlebih dahulu dicari beberapa faktor yang diperoleh dari data data yang ada sebagai persyaratan penggunaan metode distribusi. Faktor faktor tersebut adalah sebagai berikut : Standar Deviasi (SD) ( Ri R SD = n rt ) (.0) Koefisien Skewness (Cs) n ( Ri R rt ) i= Cs = ( n ) ( n ) S (.) Koefisien Kurtosis (Ck) 4 n ( Ri R rt ) Ck = 4 ( n ) ( n ) ( n ) S (.) Koefisien Variasi (Cv) SD Cv = (.) Rrt Tabel 4.4 menunjukkan beberapa parameter yang menjadi syarat penggunaan suatu metode distribusi. Dari tabel tersebut ditunjukkan beberapa nilai Cs dan Ck yang menjadi persyaratan dari penggunaan empat jenis metode distribusi Tabel 4.4 Persyaratan metode Distribusi Jenis Sebaran Parameter Penentu Normal Cs 0 Ck 0 Log Pearson III Cs (log X) 0 Ck (log X) =,5Cs (log X) + Gumbel Cs,4 Ck 5,4 (sumber:sutiono,996) 64

7 Tabel 4.5 Perhitungan distribusi hujan dengan metode Sebaran Normal dan Gumbel DAS Serayu no tahun Rh Rh-Rrt (Rh-Rrt) (Rh-Rrt) (Rh-Rrt) Jumlah Rata-rata.04 hasil perhitungan Sd,Cs,Cv,Ck SD 9.77 Cs Cv 0.5 Ck

8 Tabel 4.6 Perhitungan distribusi hujan dengan metode Log Pearson Type III DAS Serayu no tahun log Rh logrh-logrrt (logrh-logrrt) (logrh-logrrt) (logrh-logrrt) Jumlah Rata-rata.0 hasil perhitungan Sd,Cs,Cv,Ck SD 0.09 Cs Cv 0.04 Ck

9 Tabel 4.7 Rekapitulasi hasil perhitungan Hasil Jenis Sebaran Parameter Keterangan hitungan Normal Cs 0 Cs = 0,000 Mendekati Cs = 0,006 Log Pearson Cs(logX) 0 Mendekati Ck = III Ck(logX)=,5Cs(logX) + =,009 Mendekati 0,507 Cs,4 Cs = 0,000 Gumbel Ck 5,4 Ck = 0,000 Dari ketiga metode yang digunakan diatas yang paling mendekati metode sebaran Log Pearson III Cs = 0,006 yang mendekati persyaratan Cs 0 dan nilai Ck = 0,507 yang mendekati persyaratan Ck =,009 Dipakai metode sebaran Log Pearson III : Y = X + ksd sehingga persamaan menjadi log R = log Rrt + ks di mana: Y : nilai dari R log Ri X : rata rata hitung nilai X atau log Rrt = =, n SD : standar deviasi, menjadi SD = log ( Ri Rrt) n = 0,09 Nilai kemencengan Cs = log( Ri Rrt) ( n )( n )( S ) = 0,006 Harga k tergantung dari nilai Cs yang sudah diperoleh (Tabel.8). Dalam perencanaan bangunan pengendali sedimen di Sungai Serayu ini, curah hujan rencana yang dipakai adalah curah hujan rencana dengan periode ulang 50 tahun. Oleh karena itu dicari curah hujan rencana untuk periode 50 tahun, berdasar curah hujan rata-rata yang ada. Dengan nilai Cs = 0,006 dan periode ulang 50 tahun, maka nilai k=,0578 logr = log Rrt + ( k SD) log R =,+ (,0578 0,09) =,98 R rencana = 98,70mm 67

10 4.5 PENGUJIAN KECOCOKAN SEBARAN DENGAN MENGGUNAKAN CHI SQUARE TEST Rumus n Efi Ofi X Cr (.8) = i= Perhitungan: Ef i K = +,log n = +, log 0 = 5, 0 Dk = K ( R + ) = 0 ( + ) = 8 Ef X X awal = R = n 0 = = K 0 terbesar R K terkecil,47,969 = = 0,04 0 = X min X =,969 ( 0,04) =,948 Tabel 4.8 Nilai kritis untuk Chi Square Test Dk α 0,995 0,99 0,975 0,95 0,05 0,05 0,0 0,005 0, ,000 0,077 0,07 0,4 0,676 0,989,44,75,56 0, ,0 0,5 0,97 0,554 0,87 0,9,646,088 0,558 0, , ,6 0,4848 0,8,7,690,80,700,47 0,009 0,0 0,5 0,7,45,65,67,77,5,47,84 5,99 7,85 9,488,070,59 4,067 5,507 6,99 8,07 5,04 7,78 9,48,4,8 4,449 6,0 7,55 9,0 0,48 6,65 7,879 9,0 0,579,45,88,77 4,860 5,086 6,750 6,8 8,548 8,475 0,78 0,090,955,666,589,09 5,88 68

11 Tabel 4.9 Hitungan Chi Square Test Nilai batas tiap kelas Ef Of (Ef-Of) (Ef-Of) /Ef,948<Rh<, ,990<Rh<,0 0 0,0<Rh<, ,074<Rh<,6 4 4,6<Rh<, ,58<Rh<,0 0 0,0<Rh<,4 0 0,4<Rh<,84 0 4,84<Rh<,6 0 4,6<Rh<, jumlah 0 0 (sumber: perhitungan) Untuk Dk = 8, signifikasi (α) = 5% maka dari table 4.8 harga X Cr = 5,507. Karena nilai analitis < X Cr tabel ( < 5,507 ) maka pemilihan melalui distribusi Log Pearson III memenuhi syarat. 4.6 PERHITUNGAN DEBIT BANJIR RENCANA Untuk menghitung debit banjir rencana digunakan hasil perhitungan intensitas curah hujan periode ulang 50 tahun. Besarnya debit rencana dapat ditentukan berdasarkan curah hujan rencana dan karakteristik daerah aliran sungai. Adapun data yang diperlukan adalah. Luas DAS(A) = 00,6 Km. Panjang sungai (L) = 6,8 Km. Kemiringan sungai (i) = 0,004 69

12 4.6. Metode Haspers Perhitungan debit banjir rencana untuk metode ini menggunakan persamaanpersamaan sebagai berikut : Q = α x β x q x A (.5) α = + (0,0 A + (0,075 A 0,7 0,7 ) ) (.6) 0,40t 0,75 t + (,70 0 ) A = + (.7) β t + 5 t = 0, x L 0,8 x i -0, (.9) Perhitungan: t = 0, x L 0,8 x i -0,0 t = 0, x 6,8 0,8 x 0,004-0, = 7,76 jam α = + (0,0 A + (0,075 A 0,7 0,7 ) ) 0,7 + (0,0 00,6 ) α = = 0, 66 0,7 + (0,075 00,6 ) β = t + (, t + 5 0,40t ) A 0,75 β β = 0,40x7,76 0,75 7,76 + (,70 0 ) 00,6 = + =, 00 7, Untuk t < jam t R 4 R n = (.0) t + 0,0008(60 R4 )( t) Untuk t > jam t R4 R n = (.) t + 70

13 q r = n (.8), 6 t Dari perhitungan t = 7,76 jam > jam, maka: 7,76 98,70 r = = 74,69 7, ,69 q = = 6,669,6 7,76 Q = α x β x q x A = 0,66 x x 6,669 x 00,6 = 489,65 m /dtk 4.6. Metode Rasional Rumus: C I A Q = (.),60 Intensitas hujan dapat dihitung dengan rumus Mononobe: R4 4 I = (.) 4 tc waktu konsentrasi dihitung menggunakan rumus yang dikembangkan Kirpich (940), yang ditulis sebagai berikut: tc = 0,0L i 0,6 di mana: tc : waktu konsentrasi L : panjang sungai i : kemiringan sungai Data A = 00,6 Km L = 6,8 Km 7

14 R 4 = 99,66 mm i = 0,004 tc = 0,0 6,8 0,004 0,6 = 9,789 Intensitas hujan dapat dihitung setelah tc diperoleh. I = R tc 98,70 4 I = 4 9,789 = 6,589 Koefisien limpasan (C) Angka koefisien limpasan merupakan indikator apakah suatu DAS telah mengalami gangguan. Besar kecilnya nilai C tergantung pada permeabilitas dan kemampuan tanah menampung air. Nilai C yang besar menunjukan bahwa banyak air hujan yang menjadi limpasan. Koefisien limpasan pada permukaan pada kajian ini dihitung berdasarkan pola penggunaan lahan hasil pengamatan penulis dari peta penggunaan lahan Kabupaten Wonosobo. Karena tata guna lahan di DAS Serayu merupakan campuran, maka diberikan bobot untuk memperoleh nilai rata-rata tertimbang. Secara garis besar hasil perhitungan disajikan dalam tabel 4.0. Tabel 4.0 Perhitungan koefisien limpasan (C) di DAS Serayu No Penggunaan lahan % Luas C C x % Luas 4 5 Hutan alam Perladangan Perkebunan Pemukiman Sawah ,005 0,4 0,5 0,4 0,0 0,5 4 7,5 4 0,5 00 5,9 Sehingga nilai C di DAS Serayu ini adalah 0,59 Hasil perhitungan debit banjir rencana dengan metode Rasional C I A Q =,60 7

15 ,59 6,589 00,6 Q = = 46,975m, Metode Weduwen / det Perhitungan debit banjir rencana untuk metode ini menggunakan persamaan persamaan sebagai berikut : Qn = α β qn A (.) 4, α = (.4) β q + 7 t A β = t + 9 (.5) 0 + A Rn 67,65 qn = (.6) 40 t +,45 0,5 0,5 t = 0,5 L Qn I (.7) Perhitungan : dicoba t = 5 jam t A β = t + 9 = A q n R 67,65 = n 40 t +,45 =.6 m /dtk.km α 4, = β. q + 7 = Q n = α. β.. A. = m /dtk q n t = 0,5.L.Q 0,5.i 0,5 = 0,905 jam dicoba t = jam t A β = t + 9 = A q n R 67,65 = n 40 t +,45 = m /dtk.km α 4. = β. q + 7 = 0,669 7

16 Q n = α. β.. A. = 7,5 m /dtk q n t = 0,5.L.Q 0,5 0,5.i =,686 jam dicoba t =,66 jam t A β = t A q n = α = = 0,9 R n 67,65 = 5,988 m /dtk.km 40 t +,45 4. β. q + 7 = 0,67 Q n = α. β.. A. = 76, m /dtk q n t = 0,5.L.Q 0,5 0,5.i =,66 jam didapat t =,66 jam Rn Q 50 = α. β. q n. A. = 76, m /dtk Debit Banjir yang Dipakai Dari hasil perhitungan dua metode diatas dapat disimpulkan sebagai berikut: Tabel 4. Debit banjir yang dipakai Metode Debit banjir 50 tahun (m /dtk) Haspers 489,65 Rasional 46,975 Weduwen 76, (sumber : perhitungan) Debit banjir yang digunakan dari perhitungan metode Haspers. Untuk perencanaaan dam di Serayu menggunakan Q desain = 500 m /dtk 74