HIDROLOGI TERAPAN Bambang Triatmodjo Beta Offset
HIDROLOGI TERAPAN Prof. Dr. Ir. Bambang Triatmodjo, DEA Dosen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Cetakan Kedua Septenber 2010 Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari penerbit, sebagian atau seluruh isi dalam bentuk apapun, baik cetak, photoprint, microfilm dan sebagainya. ISBN: 978 979 8541 40 7 Hak cipta 2006 pada Beta Offset Yogyakarta Diterbitkan oleh : Beta Offset Yogyakarta Perum FT-UGM No. 3 Seturan Caturtunggal Depok Sleman Yogyakarta 55281 Telp./Fax: (0274) 485512
PENGANTAR Dari tahun 1995 sampai 2001 penulis mengajar mata kuliah Hidrologi di Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. Untuk keperluan mengajar penulis menyusun bahan kuliah, yang semula hanya berupa catatan kuliah. Dari tahun ke tahun materi tersebut selalu diperbaiki dan disempurnakan, sehingga akhirnya menjadi buku ini. Penulisan buku Hidrologi ini dimaksudkan untuk membantu mahasiswa S-1 di dalam mengikuti mata kuliah Hidrologi. Untuk mempermudah pemahaman teori yang diberikan, setiap materi yang dibahas dilengkapi dengan contoh soal dan penyelesaiannya, serta soal latihan di akhir bab. Dengan adanya buku ini diharapkan mahasiswa akan bisa mempelajari lebih teratur dan mendalam materi yang diberikan dalam kuliah. Di samping itu mahasiswa juga akan bisa mempelajari terlebih dahulu materi yang akan diberikan, sehingga pada waktu kuliah akan dapat lebih mudah memahami penjelasan yang diberikan oleh dosen. Diharapkan buku ini dapat membantu mahasiswa di dalam memahami materi kuliah hidrologi. Selain untuk mahasiswa S-1, buku ini juga dapat digunakan oleh para praktisi dalam melakukan analisis hidrologi untuk perencanaan bangunan air. Materi yang terkandung dalam buku ini merupakan rangkuman dari beberapa buku referensi seperti yang diberikan dalam daftar pustaka, pengalaman penulis dalam memberikan kuliah, dan pengalaman dalam melaksanakan beberapa studi, penelitian dan pekerjaan yang terkait dengan masalah hidrologi. Sudah cukup banyak buku tentang hidrologi, terutama yang berbahasa Inggris dan terjemahan dari buku asing. iii
Masing-masing buku tersebut mempunyai penekanan materi yang berbeda. Buku ini ditekankan pada aplikasi ilmu hidrologi dalam perencanaan bangunan air. Bab I dari buku ini adalah pendahuluan yang menjelaskan definisi dan penerapan ilmu hidrologi dalam perencanaan dan operasi bangunan air serta penjelasan tentang siklus hidrologi. Bab II mempelajari hujan yang meliputi pengukuran hujan dan analisis data hujan. Penguapan dipelajari dalam BAB II, sedang BAB IV berisi materi tentang infiltrasi. Dalam Bab V diberikan materi tentang hidrometri, yaitu pengukuran parameter aliran di sungai. Bab VI berisi materi limpasan, yaitu pengalihragaman hujan menjadi debit aliran. Dalam Bab VII dipelajari mengenai analisis frekuensi. Bab VIII berisi Hujan Rencana, yang mempelajari cara penurunan kurva IDF dan distribusi hujan rencana. Bab IX adalah Penelusuran Aliran. Bab X adalah Pengembangan Sumberdaya Air. Dalam kesempatan ini penulis ingin memberikan saran kepada mahasiswa di dalam mempelajari materi kuliah hidrologi (juga mata kuliah yang lain). Selain mengikuti kuliah dan penjelasan yang disampaikan oleh dosen, mahasiswa juga harus rajin mempelajari kembali bahan kuliah tersebut di rumah. Usahakan untuk tidak hanya membaca materi kuliah, tetapi juga menulis kembali materi tersebut terutama mengenai penurunan rumus dan contoh-contoh soal. Belajar dengan menulis kembali persamaan-persamaan dan mengerjakan contoh soal serta latihan soal lebih mempermudah pemahaman. Disadari bahwa isi buku ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran, kritik dan koreksi, yang akan digunakan sebagai masukan bagi penyempurnaan buku ini. Semoga buku ini bermanfaat. Yogyakarta, Maret 2008 iv Bambang Triatmodjo
v
DAFTAR ISI PENGANTAR... DAFTAR ISI... iii v BAB I. PENDAHULUAN... 1 1.1. Umum... 1 1.2. Siklus Hidrologi... 2 1.3. Karakteristik Sungai dan Daerah Aliran Sungai... 5 1.3.1. Tingkatan sungai... 6 1.3.2. Daerah aliran sungai... 7 1.3.3. Panjang sungai... 9 1.3.4. Kemiringan sungai... 10 1.4. Neraca Air... 11 1.4.1. Imbangan air untuk DAS besar dan durasi panjang... 12 1.4.2. Imbangan air untuk badan air dalam periode singkat... 12 1.4.3. Imbangan air untuk aliran permukaan... 13 1.5. Soal Latihan... 16 BAB II. HUJAN... 17 2.1. Pendahuluan... 17 2.2. Tipe Hujan... 18 2.3. Parameter Hujan... 20 2.4. Pengukuran Hujan... 24 2.5. Jaringan Pengukuran Hujan... 29 2.6. Penentuan Hujan Kawasan... 31 2.7. Perbaikan Data... 39 2.8. Soal Latihan... 43 6
BAB III. PENGUAPAN... 49 3.1. Pendahuluan... 49 3.2. Beberapa Faktor yang Mempengaruhi Penguapan... 50 3.3. Fisika Evaporasi... 53 3.3.1. Panas laten... 53 3.3.2. Proses penguapan... 54 3.3.3. Kelembaban udara... 55 3.3.4. Radiasi... 56 3.3.5. Keseimbangan radiasi di permukaan bumi... 58 3.4. Perkiraan Evaporasi... 68 3.4.1. Evaporasi dengan panci evaporasi... 68 3.4.2. Neraca air di waduk... 70 3.4.3. Evaporasi dengan metode transfer massa... 71 3.4.4. Evaporasi dengan metode neraca energi... 73 3.5. Evapotranspirasi... 76 3.6. Soal Latihan... 88 BAB IV. INFILTRASI... 91 4.1. Umum... 91 4.2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Infiltrasi... 92 4.3. Pengukuran Infiltrasi... 95 4.4. Kapasitas Infiltrasi... 97 4.5. Indeks Infiltrasi... 102 4.6. Soal Latihan... 104 BAB V. HIDROMETRI... 107 5.1. Pendahuluan... 107 5.2. Teori Pengukuran Debit... 110 5.3. Pengukuran Debit... 112 5.3.1. Pemilihan lokasi stasiun pengukuran... 113 5.3.2. Pengukuran kedalaman sungai... 113 5.3.3. Pengukuran elevasi muka air... 118 5.4. Pengukuran Kecepatan... 121 5.5. Hitungan Debit... 126 5.6. Soal Latihan... 129 7
BAB VI. LIMPASAN... 133 6.1. Umum... 133 6.2. Komponen-komponen Limpasan... 136 6.3. Tipe Sungai... 138 6.4. Hubungan Hujan-Limpasan... 139 6.5. Konsentrasi Aliran... 142 6.6. Metode Rasional... 144 6.7. Hidrograf... 147 6.7.1. Komponen hidrograf... 147 6.7.2. Pemisahan hidrograf... 149 6.8. Hujan Efektif dan Aliran Langsung... 150 6.9. Metode SCS untuk Menghitung Hujan Efektif... 154 6.10. Hidrograf Satuan... 161 6.10.1. Konsep hidrograf satuan... 162 6.10.2. Penurunan hidrograf satuan... 163 6.10.3. Penurunan hidrograf satuan dari hujan sembarang... 166 6.10.4. Perubahan durasi hidrograf satuan... 172 6.11. Hidrograf Satuan Sintetis... 177 6.11.1. Metode Snyder... 177 6.11.2. Metode SCS... 181 6.11.3. Metode GAMA I... 181 6.11.4. Metode Nakayasu... 185 6.12. Soal Latihan... 197 BAB VII. ANALISIS FREKUENSI... 201 7.1. Pendahuluan... 201 7.2. Mengingat Kembali Prinsip Statistik... 202 7.2.1. Tendensi sentral... 203 7.2.2. Dispersi... 203 7.2.3. Konsep probabilitas dalam hidrologi... 209 7.3. Seri Data Hidrologi... 212 7.4. Periode Ulang... 214 7.5. Tingkat Resiko... 216 7.6. Distribusi Probabilitas Kontinyu... 218 7.6.1. Distribusi Normal... 218 8
7.6.2. Distribusi Lognormal... 222 7.6.3. Distribusi Gumbel... 225 7.6.4. Distribusi Log Pearson III... 229 7.7. Penggambaran pada Kertas Pobabilitas... 234 7.7.1. Penggambaran... 234 7.7.2. Pengujian... 238 7.8. Soal Latihan... 256 BAB VIII. HUJAN RENCANA... 259 8.1. Umum... 259 8.2. Intensitas - Durasi - Frekuensi (IDF)... 260 8.3. Kurva IDF dengan Metode Mononobe... 265 8.4. Hyetograph Hujan Rancangan... 268 8.5. Penurunan Distribusi Hujan... 274 BAB IX. PENELUSURAN ALIRAN... 279 9.1. Umum... 279 9.2 Persamaan Penelusuran Aliran... 280 9.3. Penelusuran Waduk... 281 9.4. Penelusuran Kolam Datar... 285 9.5. Penelusuran Sungai... 293 9.6. Latihan Soal... 300 BAB X. PENGEMBANAN SUMBERDAYA AIR... 303 10.1. Umum... 303 10.2. Prosedur Pengembangan Sumberdaya Air... 305 10.3. Ketersediaan Air... 307 10.3.1. Debit andalan berdasar data debit... 307 10.3.2. Penurunan data debit berdasar data hujan... 310 10.3.3. Debit andalan berdasar data debit bulanan... 316 10.4. Kebutuhan Air... 318 10.4.1. Kebutuhan Air Irigasi... 318 10.4.2. Kebutuhan air non-irigasi... 323 10.5. Studi Keseimbangan Air di Pulau Jawa... 327 10.5.1. Ketersediaan Air... 328 9
10.5.2. Kebutuhan Air... 331 10.5.3. Keseimbangan Air... 333 10.5.4. Kesimpulan... 335 10.6. Studi Keseimbangan Air di Sub SWS Cimanuk... 338 10.6.1. Analisa ketersediaan air dan kebutuhan air... 338 10.6.2. Pola pengelolaan... 341 10.6.3. Keseimbangan air... 346 10.6.4. Kesimpulan... 353 DAFTAR PUSTAKA... 355 10
11