Analisa Debit Banjir Sintetis Engineering Hydrology Lecturer: Hadi KARDHANA, ST., MT., PhD.
Metode Debit Banjir Sintetis Debit banjir sintetis mengambil asumsi dasar bahwa hujan dengan periode ulang X tahun menghasilkan banjir periode ulang X tahun. Debit banjir sintetis terdiri dari: 1. Debit Puncak dari model parametric dan empiris A. B. C. D. E. Rasional Weduwen Haspers Melchior Mononobe. Hydrograf Sintetis, konvolusi unit hidrograf terhadap hujan desain.
Hydrograph & Debit Banjir Desain Debit Puncak (Qp) V tb V ( f (t ) Qc )dt Kapasitas Desain (Qc) Capacity Q=f(t) Sebuah kejadian hidrograph akan overflow jika Qc < Qp sejak ta sampai tb dan mengakibatkan banjir dengan volume V dimana: ta Maka debit banjir desain seharusnya ditetapkan dengan periode ulang tertentu dimana: Qdesain Qc Q p ta tb
Rasional Aplikabilitas metoda ini adalah untuk daerah tangkapan yang kecil kurang dari,5 km (Ponce), dimana karakteristik limpasannya concentrated atau super concentrated seperti pemukiman, jalan raya, jalan KA, lapangan terbang dll. Menurut metoda ini besarnya debit aliran permukaan akibat hujan yang turun disuatu DAS (hujan wilayah) dapat dituliskan sbb.: Q=C.I.A di mana Q = besarnya debit banjir maksimum C = koefisien pengaliran I = intensitas hujan selama waktu konsentrasi (tc) A = luas catchment area (daerah pengaliran)
Hujan Desain - Intensitas Hujan (I) dan IDFC Karena daerah tangkapannya yang kecil, Hujan wilayah dalam metoda rasional bisa merupakan hujan point (Hujan 1 stasiun). Dengan aplikabilitasnya yang concentrated maka hujan desain adalah hujan dengan durasi=tc Intensitas hujan desain diperkirakan berdasarkan Mononobe:
Isopluvial Map: Citarum Bagian Hulu Bandung Kota
Contoh 1 A a C B 1 b D c Diketahui: A=1 ha, Tc=1 mnt, c=0.8 B=1 ha, Tc=1 mnt,c=0.8 C=36 ha, Tc=18 mnt, c=0.6 D=6 ha, Tc=9 mnt, c=0.9 R4= 100 mm 3 d a=300 m b=300 m c=600 m d=300 m Berapakah Qd di: 1=? =? 3=?
Debit Desain Qd ih kecepatan desain awal saluran untuk mengasumsikan travel time di saluran. sal pasangan batu Kecepatan Izin=1.5 m/s
Contoh Drainase Perkotaan
Ket: (1): line, (4) Length (ft), (5)=Area, (6) Line 1 Accumulative Area (acre), (7) Concentration Time Line (mnt), (8)Flow Time in Line 3 Channel (9) Average
rce: ASCE Manual of Engineering Practice, No 37/1960
Weduwe n Metoda dikembangkan di Indonesia oleh seorang ilmuwan belanda bernama Weduwen untuk menganalisis debit banjir dari sebuah DAS dengan luas < 100 km. Formulasi empiris diturunkan berdasar curah hujan harian maksimum berperiode ulang 70 tahun yang pada saat itu mempunyai tinggi curah hujan 40 mm dan dapat dituliskan sbb.: QT = MT. f. q.(r70/40)atau QT = MT. f. q.(r70/40) = debit maksimum untuk periode ulang n tahun = koefisien yang bergantung pada periode ulang T = luas daerah pengaliran(catchment area) (km) = q = debit dengan curah hujan maksimum 40 mm (m3/det/km) = dihitung dari monogram/grafik hubungan kemiringan (i) dan luas (f) lahan. = Slope Sinus = curah hujan maksimum dengan periode ulang 70 tahun = R/(mp) = (5/6)m/(mp) = curah hujan maksimum kedua pada urutan plotting data = data curah hujan maksimum. = koefisien untuk periode ulang sebanyak jumlah p tahun pengukuran data.
DEBIT MAXIMUM CATCHMENT DENGAN LUAS : 0-100 KM MENURUT METHODE Ir. JP. dep - WEDUWEN ( DE ING. IN NED. INDIE 1937 No. 10 ) q n = in d e x u n tu k Q n p = p e r io d a p e n g a m a ta n h u ja n h a ria n 35 p mn mp 1/5 0.38 1/4 0.6 0 1/3 0.91 15 1/ 0.339 1 0.410 0.49 3 0.541 4 0.579 5 0.60 10 0.705 15 0.766 0 0.811 n 5 0.845 30 0.875 40 0.915 50 0.940 60 0.975 70 1.00 80 1.0 90 1.03 100 1.05 15 1.08 30 10 9 8 7 6 5 4 3 q 1.5 1 100 km Lengkung debit maksimum dan harga q dalam fungsi luas DAS (Weduwen) 60 50 40 30 0 15 <1km untuk catchment <1km diambil 10 6 5 q banyaknya air dalam m /dt 3 per km dengan hujan peresmel = 40 mm [ = R70 untuk Jakarta i = Verhang fiktiv 3 q untuk 1km f q' = 4 [ 1km ] 1
Melchior Metoda Melchior dikembangkan untuk menganalisis debit banjir pada DAS berbentuk ellips yang mempunyai luas > 100 km dan pergerakan awan mendung searah dengan sumbu sungai utama menuju titik kontrol. Menurut metoda ini, formulasi debit banjir dapat dituliskan dalam bentuk sbb.: Q =. f. q x R/00 ana = koefisien pengaliran (fungsi dari vegetasi, tanah, kemiringan dan iklim) = antara 0,4, 0,5, 0,60 dan 0,75 (melchior menganjurkan 0.5) = luas daerah pengaliran = besar debit satuan yang diperoleh dari grafik melchior (m3/det/km) = curah hujan maksimum absolut = curah hujan referensi Melchior dalam penelitian Dalam menerapkan metoda Melchior dapat ditempuh langkah perhitungan sbb.: Gambar ellips yang meliputi DAS (bersumbu panjang = a, sumbu pendek b /3 a) Hitung luas ellips = nf = 1/4 a b. tetapkan q dengan cara coba-coba menggunakan grafik g I- II berdasarkan luas ellips tsb.
m3 h u ja n Lengkung Melchior untuk harga q Lembar G - II Melchior Curah hujan terbesar dalam m 40 3 perdetik per km pada daerah dengan luas dari 0-10000 km dengan duration dari 15 menit 48 jam didasarkan pada curah hujan setempat terbesar 00 35 T menit 10 30 0 5 % Q ( % ) KARENA T menit T T menit % % 630-70 10 1330-140 18 035-10 6 3 70-810 11 140-1510 19 10-10 7 190 4 810-895 1 1510-1595 0 10-93 8 190-70 5 895-980 13 1595-1680 1 93-380 9 70-360 6 980-1070 14 1680-1770 380-465 30 360-450 7 1070-1155 15 1770-1860 3 465-580 31 450-540 8 1155-140 16 1860-1950 4 580-640 3 540-630 9 140-17 1950-035 5 640-75 33-115 30 1330 3 m3.5 0 9 T menit 115-40 15 jam PERTAMBAHAN % 40 mm per 4 DAFTAR 40 1 1.5 50 4 6 1 8 0.5 10 75 q 0 0 16 19 18 0 4 6 8 100 00 75 50 100 40 4 44 46 n F km 0.14 9.6 1.44 4.79 7.0.3 0.7.43.16 4 10.80 1.85 0 1 1.4 19.9.88 3.6 14.40 1.93 4 7. 14.15 3.60 3.3 1.60 1. 0 9 10 14 11.85 4.3 3.05 8.80 1 9 9 504.85 430 0.7 7 6.5 576.63 5760 0.54 108 5.5 6.53 3.45 700 0.48 15 300 38 48 ANTARA n F dan q q m 3 / dt /km 40 50 36 n F km 16 15 34 q m 3 / dt /km 30 150 3.1 HUBUNGAN n F km 5 17 30 DAFTAR 0 q m 3 / dt /km 0 5 30 150 400 40 10 00 50 500 75 50 600 lengkungan yang menyatakan besaran n F 100 300 700 800 900 00 50 300 500 1000 600 150 700 800 900 1000 150 1500 1750 000 50 500 3000 3500 1500 1750 000 50 500 3000 3500 4000 4500 5 150 400 5000 6000 400 500 600 700 800 900 1000 150 1500 1750 000 50 500 4000 4500 5000 6000 7000 8000 9000 7000 8000 9000 10000 3000 3500 4000 5000 6000 7000 8000 9 000 10000 10000 0 15 30 menit 45 60 1 jam 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 13 14 15 16 17 18 19 0
Haspers Dalam penggunaannya, metoda ini tidak mensyaratkan adanya batasan luas DAS. Menurut Haspers, besarnya debit dapat dihitung dengan menggunakan formulasi sbb.: Q=..q.f
Mononobe Metoda ini juga tidak mensyaratkan batasan luas DAS. Besarnya debit dapat dihitung dengan menggunakan formulasi sbb.:
Metoda Hydrograph Sintetis Aplikabilitas metoda hydrograf sintetis adalah untuk DAS ukuran sedang sampai besar. (lihat materi SUH) Debit banjir diperoleh dengan aplikasi teknik konvolusi unit hidrograf terhadap hujan desain. Input hujan (P) merupakan curah hujan wilayah Input konvolusi merupakan curah hujan effektif (PAbstraksi Hujan) Abstraksi hujan bisa menggunakan abstraksi horton, green ampt, phi index, ataupun Curve number method. Setiap metoda unit hydrograph bisa digunakan, dimana parameter catchment lag (tl) merupakan parameter kunci
Hujan Desain (1) Hujan desain dengan periode ulang X dihitung dengan Analisis Frekwensi. Isu yang penting adalah menentukan disagregasi hujan harian menjadi hujan jam jaman yang disebut Standard Project Storm/SPS (Hujan Desain Standard). SPS merupakan hujan hipotetik yang terdistribusi dalam waktu yang pernah atau mungkin terjadi dalam suatu kondisi lokal. Contoh: Sumber: Engineeering Manual, USACE, 195
Hujan Desain () Menurut Van Breen, hujan besar di Indonesia mempunyai durasi 4-6 jam. Dari definisi debit puncak, hujan dengan tinggi sama yang memiliki durasi paling pendek akan memberikan debit puncak yang paling besar. Untuk alasan demikian, distribusi yang sering digunakan adalah uniform selama 4 jam. Contoh: Hujan Harian R=10 mm, menjadi hujan 10 mm dalam 4 jam (@ 30 mm)
Area Reduction Factor/Point Depth Jika suatu DAS yang cukup besar hanya memiliki 1 stasiun hujan (point rainfall). Curah hujan wilayah didekati dengan konsep Area Reduction Factor(ARF)/Point depth reduction factor. Dimana: Pwilayah=ARF x Ppoint Contoh: Sebuah DAS dengan luas 518 km memiliki 1 stasiun hujan. Data hujan yang tercatat pada stasiun tersebut adalah 100 mm. Berapakah curah hujan wilayahnya. Jawab A=518 km=00 mi Dari grafik ARF=54% Maka contoh: Pwilayah=54% x 100=54 mm (30 min)
Revisit: Contoh Soal SUH Sebuah DAS dengan luas 00 km, memiliki catchment lag jam dan Cp=0.6. Menurut Snyder, bagaimana hydrograph yang terjadi oleh: a. Hujan effektif 0 mm dalam 4 Ilustrasi Hujan Desa jam b. Hujan effektif 40 mm dalam 4 jam c. Hujan effektif 40 mm dalam 8 jam
Contoh 1 DAS A yang cukup besar memiliki unit hidrograf (tunit=1 jam, Punit=1 cm) seperti pada gambar. Curah hujan wilayah Ptr=00 tahun=160 mm. DAS tersebut memiliki abstraksi hujan dengan Phi index=10 mm/jam. Berapakah debit banjir periode ulang 00 tahun Qtr=00 tahun Revisit: Phi Index
Contoh DAS B yang cukup besar memiliki unit hidrograf (tunit=1 jam, Punit=1 cm) yang sama. Curah hujan wilayah Ptr=00 tahun=160 mm. DAS tersebut memiliki abstraksi hujan dengan horton memiliki fo=0 mm/jam, fc=10 mm/jam dan k=1 jam-1. Berapakah debit banjir periode ulang 00 tahun Qtr=00 tahun Revisit: Horton Infiltration Capacity f f c ( f o f c )e kt
Contoh 3 DAS C yang cukup besar memiliki unit hidrograf (tunit=1 jam, Punit=1 cm) yang sama. Curah hujan wilayah Ptr=00 tahun=160 mm. DAS tersebut memiliki abstraksi hujan dengan CN=75. Berapakah debit banjir periode ulang 00 tahun Revisit: Qtr=00Curve tahun Number R CN ( P / R ) 00 Q CN CN ( P / R 8) 800 In cm, where R=.54 Jawab: Jika P=16 cm dan CN=75, Maka Q=8.99 cm Nilai Q adalah potensial runoff curah hujan wilayah effektif Catatan: Jika P didistribusikan seragam dengan durasi 4 jam (@ 4 cm) kemudian dicari Q, maka hasil yang didapatkan menjadi tidak realistis karena untuk P=4 cm dan CN=75 maka Q adalah 0,5 cm