II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Siklus Hidrologi

Siklus hidrologi adalah gerakan air laut ke udara, yang kemudian jatuh ke

permukaan tanah lagi sebagai hujan atau bentuk presipitasi lain, akhirnya

mengalir ke laut kembali. Susunan secara siklis peristiwa tersebut sebenarnya

tidaklah sesederhana yang kita gambarkan.

Gambar. 2.1 Siklus hidrologi sederhana

Siklus hidrologi secara sederhana dapat dideskripsikan, Yang pertama daur

tersebut dapat merupakan daur pendek, yaitu misalnya hujan yang jatuh di laut,

6

danau, atau sungai yang segera dapat mengalir kembali ke laut. Kedua, tidak

adanya keseragaman waktu yang diperlukan oleh satu siklus hidrologi. Pada

musim kemarau kelihatannya siklus hidrologi berhenti sedangkan dimusim hujan

berjalan kembali. Ketiga, intensitas daur tergantung pada keadaan geografi dan

iklim, yang mana hal ini merupakan akibat dari adanya matahari yang berubah-

ubah letaknya terhadap meridian bumi sepanjang tahun. Keempat, berbagai

bagian siklus hidrologi dapat menjadi sangat kompleks. Sehingga kita hanya

dapat mengamati bagian akhirnya saja dari suatu hujan yang jatuh di atas

permukaan tanah dan kemudian mencari jalannya untuk kembali ke laut.

(Soemarto,1986).

Berikut ini adalah skema urutan siklus hidrologi secara detail :

Gambar. 2.2 Siklus lengkap hidrologi

(b)

(h)

(c)

(c) (h)

(d)

(c)

(a)

(g) (i)

(f1) (e)

(f3)

Lap. Tak jenuh

(f2) (f4) Laut

Lap. Jenuh

Sungai

7

Dengan masing-masing keterangannya adalah sebagai berikut :

a. Air laut yang mendapat sinar matahari, sebagian akan menjadi uap

terevaporasi ke atmosfer.

b. Uap air di atmosfer terkondensasi dan membentuk awan hujan.

c. Awan hujan berubah menjadi presipitasi atau hujan.

d. Air hujan yang jatuh ke permukaan bumi dari atmosfer sebagian akan

ditampung atau diserap oleh daun dan batang tumbuhan. Air yang diserap

tersebut akan diuapkan kembali oleh tumbuhan ke atmosfer. Peristiwa

terserapnya air oleh tumbuhan dan penguapan kembali air yang terserap ke

atmosfer disebut proses intersepsi.

e. Sebagian lagi air hujan akan mengisi lekukan, cekungan atau tampungan di

permukaan bumi. Tampungan yang ada di permukaan bumi yang terisi oleh

air hujan disebut tampungan permukaan atau surface detention.

f. Air hujan yang jatuh ke permukaan tanah akan meresap ke dalam tanah

terlebih dahulu. Lapisan tanah terbagi menjadi dua bagian yaitu lapisan tak

jenuh dan lapisan jenuh. Lapisan tak jenuh adalah lapisan tanah yang pori-

porinya berisi udara dan masih dapat menyerap air. Sedangkan lapisan jenuh

adalah lapisan tanah yang pori-porinya telah penuh berisi air. Aliran air dari

permukaan tanah terbagi menjadi dua bagian. Aliran vertikal air hujan dari

permukaan tanah menuju ke lapisan tak jenuh disebut infiltrasi (f1).

g. Sedangkan aliran horintal yang mengalir di daerah tak jenuh disebut aliran

antara atau interflow (f3). Aliran air vertikal juga terjadi dari lapisan tak jenuh

menuju lapisan jenuh. Proses ini dinamakan perkolasi (f2).

8

h. Perkolasi sebenarnya bukan proses pengisian pori-pori tanah di lapisan jenuh

melainkan suplai air dari lapisan tak jenuh ke lapisan jenuh untuk

mempertinggi muka air tanah atau ground water level. Sedangkan aliran air

horizontal yang terjadi di lapisan jenuh disebut aliran dasar atau baseflow (f4).

Aliran dasar ini adalah sumber pemasok air sungai di saat kemarau.

i. Sebagian besar air hujan yang jatuh ke permukaan bumi akan menjadi aliran

permukaan atau surface runoff. Aliran permukaan akan mengalir ke badan-

badan air seperti parit, saluran, dan sungai yang akhirnya akan bermuara di

laut. Aliran permukaan adalah bagian terpenting dari siklus hidrologi di

permukaan bumi.

B. Pengukuran Hidrologi dan Hidrometri

1. Pengukuran Hidrologi

1. Hujan

hujan adalah jatuhnya hydrometeor yang berupa partikel-partikel air

dengan diameter 0.5 mm atau lebih. Jika jatuhnya sampai ketanah maka

disebut hujan, akan tetapi apabila jatuhannya tidak dapat mencapai tanah

karena menguap lagi maka jatuhan tersebut disebut Virga. Hujan juga

dapat didefinisikan dengan uap yang mengkondensasi dan jatuh ketanah

dalam rangkaian proses hidrologi.

Hujan merupakan salah satu bentuk presipitasi uap air yang berasal dari

awan yang terdapat di atmosfer. Bentuk presipitasi lainnya adalah salju dan

es. Untuk dapat terjadinya hujan diperlukan titik-titik kondensasi, amoniak,

9

debu dan asam belerang. Titik-titik kondensasi ini mempunyai sifat dapat

mengambil uap air dari udara. Satuan curah hujan selalu dinyatakan dalam

satuan millimeter atau inchi namun untuk di Indonesia satuan curah hujan

yang digunakan adalah dalam satuan millimeter (mm).

Curah hujan merupakan ketinggian air hujan yang terkumpul dalam tempat

yang datar, tidak menguap, tidak meresap, dan tidak mengalir. Curah hujan

1 (satu) milimeter artinya dalam luasan satu meter persegi pada tempat

yang datar tertampung air setinggi satu milimeter atau tertampung air

sebanyak satu liter.

Intensitas hujan adalah banyaknya curah hujan persatuan jangka waktu

tertentu. Apabila dikatakan intensitasnya besar berarti hujan lebat dan

kondisi ini sangat

berbahaya karena berdampak dapat menimbulkan banjir, longsor dan efek

negatif terhadap tanaman.

Hujan merupakan unsur fisik lingkungan yang paling beragam baik

menurut waktu maupun tempat dan hujan juga merupakan faktor penentu

serta faktor pembatas bagi kegiatan pertanian secara umum. Oleh karena

itu klasifikasi iklim untuk wilayah Indonesia (Asia Tenggara umumnya)

seluruhnya dikembangkan dengan menggunakan curah hujan sebagai

kriteria utama (Lakitan, 2002). Bayong (2004) mengungkapkan bahwa

dengan adanya hubungan sistematik antara unsur iklim dengan pola tanam

dunia telah melahirkan pemahaman baru tentang klasifikasi iklim, dimana

10

dengan adanya korelasi antara tanaman dan unsur suhu atau presipitasi

menyebabkan indeks suhu atau presipitasi dipakai sebagai kriteria dalam

pengklasifikasian iklim.

1. Tipe Hujan

Hujan dibedakan menjadi empat tipe, pembagiannya berdasarkan factor

yang menyebabkan terjadinya hujan tersebut :

a. Hujan Orografi

Hujan ini terjadi karena adanya penghalang topografi, udara dipaksa naik

kemudian mengembang dan mendingin terus mengembun dan selanjutnya

dapat jatuh sebagai hujan. Bagian lereng yang menghadap angina hujannya

akan lebih lebat dari pada bagian lereng yang ada dibelakangnya. Curah

hujannya berbeda menurut ketinggian, biasanya curah hujan makin besar

pada tempat-tempat yang lebih tinggi sampai suatu ketinggian tertentu.

b. Hujan Konvektif

Hujan ini merupakan hujan yang paling umum yang terjadi didaerah tropis.

Panas yang menyebabkan udara naik keatas kemudian mengembang dan

secara dinamika menjadi dingin dan berkondensasi dan akan jatuh sebagai

hujan. Proses ini khas buat terjadinya badai guntur yang terjadi di siang

hari yang menghasilkan hujan lebat pada daerah yang sempit. Badai guntur

lebih sering terjadi di lautan dari pada di daratan.

11

c. Hujan Frontal

Hujan ini terjadi karena ada front panas, awan yang terbentuk biasanya tipe

stratus dan biasanya terjadi hujan rintik-rintik dengan intensitas kecil.

Sedangkan pada front dingin awan yang terjadi adalah biasanya tipe

cumulus dan cumulunimbus dimana hujannya lebat dan cuaca yang timbul

sangat buruk. Hujan front ini tidak terjadi di Indonesia karena di Indonesia

tidak terjadi front.

d. Hujan Siklon Tropis

Siklon tropis hanya dapat timbul didaerah tropis antara lintang 0°-10°

lintang utara dan selatan dan tidak berkaitan dengan front, karena siklon ini

berkaitan dengan sistem tekanan rendah. Siklon tropis dapat timbul

dilautan yang panas, karena energi utamanya diambil dari panas laten yang

terkandung dari uap air. Siklon tropis akan mengakibatkan cuaca yang

buruk dan hujan yang lebat pada daerah yang dilaluinya.

2. Banjir

Banjir merupakan salah satu masalah lingkungan yang sering terjadi di

lingkungan daerah sekitar hilir Sungai. Banjir yang terjadi dapat

mengakibatkan kerugian. Diakibatkan karena keadaan alur sungai yang

belum stabil, bahkan ada beberapa alur yang dipersempit, pendangkalan

dasar sungai dan kelongsoran tebing sungai, hal ini mengakibatkan

12

berkurangnya kapasitas sungai untuk menampung air sehinga terjadilah

banjir.

Setiap sungai akan mengalami banjir yang dapat terjadi secara berkala.

Sehingga diperlukan adanya suatu untuk meminimalisasi terjadinya banjir

dan dampak negatif yang ditimbulkan dari banjir tersebut. Untuk

meminimalisasi terjadinya banjir tersebut, maka dibutuhkanlah adanya

suatu perencanaan floodway (saluran banjir) yang mampu mengatur

ketinggian muka air sungai, sehingga banjir yang terjadi dapat diatasi

dengan baik tanpa adanya kerugian yang ditimbulkan dan sungai dapat

berfungsi dengan baik untuk menampung curah hujan dan mengalirkannya

ke laut. Floodway adalah saluran baru yang dibuat untuk mengalirkan ir

secara terpisah dari sungai utamanya. Saluran banjir (floodway) ini dapat

mengalirkan sebagian atau bahkan seluruh debit banjir.

Saluran banjir (floodway) dibuat dalam keadaan berbagai kondisi, tetapi

tujuan utamanya adalah untuk menghindarkan pekerjaan sungai didaerah

pemukiman yang padat atau untuk memperpendek salah satu ruas sungai.

Biasanya saluran banjir (floodway) dilengkapi dengan pintu atau bendung

untuk membagi debit sesuai dengan rencana. Penelitian yang seksama perlu

dilakukan untuk rencana floodway, terutama untuk floodway yang besar,

karena floodway ini dapat mengubah resim bagian hilir sungai yang sudah

ada dan daerah pantai yang akan menjadi muara banjir kanal.

13

Perencanaan perbaikan dan pengaturan sungai diadakan, agar disesuaikan

dengan tingkat perkembangan suatu lembah sungai serta kebutuhan

masyarakat. Sungai diperbaiki dan diatur sedemikian rupa, sehingga dapat

diadakan pencegahan terhadap bahaya banjir dan sedimentasi serta

mengusahakan agar alur sungai senantiasa dalam keadaan stabil, sehingga

memudahkan pemanfaatan air yang akan memberikan kemudahan dalam

penyadapannya, pelestarian lingkungan dan menjamin kelancaran serta

keamanan lalu-lintas sungai.

Perencanaan pengamanan terhadap banjir disebut juga perencanaan

pengendalian banjir yang akan digunakan sebagai landasan yang penting

dalam menetapkan berbagai pekerjaan sipil yang harus dilaksanakan dalam

rangka usaha pengamanan terhadap bencana banjir tersebut.

Pekerjaan-pekerjaan pokok dalam rangka pengamanan banjir secara umum

dapat dibagi menjadi:

1. Pembangunan sistem pengamanan dan pengendalian banjir seperi

bendung, floodway, tanggul, dan lain-lain.

2. Pekerjaan non-sipil.

Pekerjaan sipil adalah usaha pencegahan bahaya banjir dengan suatu sistem

pengaman banjir yang terdiri dari normalisasi alur sungai seperti

perencanaan floodway . Sebaliknya pekerjaaan non-sipil adalah usaha

pencegahan banjir dengan pengaturan-pengaturan yang dilandasi undang-

14

undang, guna mengurangi tingkat kerugian yang mungkin terjadi, apabila

teradi banjir, antara lain pengaturan penggunaan tanah didaerah bantaran

sungai, mendrikan bangunan yang tahan terhadap genangan air, asuransi

banjir dan kegiatan-kegiatan pengamanan terhadap kemungkinan terjadinya

bencana banjir.

Dalam perencanaan perbaikan dan pengaturan sungai yang diutamakan

adalah konsep pengaliran banjir sungai secara aman, guna mencegah

terjadinya luapan-luapan yang dapat menyebabkan terjadinya bencana

banjir. Dengan demikian usaha yang penting adalah membuat dan

kemudian mempertahankan penampang basah yang cukup memadai sesuai

dengan kapasitas pengaliran rencananya, yakni dengan konsep pencegahan

sedimentasi didasar sungai dan mengatur alur sungai agar senantiasa dalam

keadaan stabil.

1. Penyebab Banjir

Banjir sungai merupakan peningkatan debit air yang terjadi di badan

sungai. Jika debit air sungai semakin meningkat dan badan sungai tidak

mampu lagi menampung debit air, maka air sungai itu akan melimpah

keluar badan sungai (Kironoto, 2008). Menurut Kodoatie dan Sugiyanto

(2002) Faktor penyebab terjadinya banjir dapat dikelompokkan dalam 2

kategori, yaitu banjir yang disebabkan oleh sebab-sebab alamiah dan banjir

yang diakibatkan oleh tindakan manusia. Banjir yang disebabkan oleh

15

sebab-sebab alamiah diantaranya: curah hujan, pengaruh fisiografi, erosi

dan sedimentasi, kapasitas sungai, kapasitas drainase yang tidak memadai,

pengaruh air pasang. Sedangkan banjir yang disebabkan oleh tindakan

manusia adalah: perubahan kondisi DAS, kawasan kumuh, sampah,

kerusakan bangunan pengendali banjir, perencanaan sistem pengendalian

banjir tidak tepat.

Kodoatie dan Sjarief (2006), perubahan tata guna lahan merupakan

penyebab utama banjir dibandingkan dengan yang lainnya, dimana

perubahan tata guna lahan memberikan kontribusi dominan kepada aliran

permukaan (run-off). Hujan yang jatuh ke tanah, airnya akan menjadi aliran

permukaan di atas tanah dan sebagian meresap ke dalam tanah tergantung

kondisi tanahnya. Suatu kawasan hutan bila diubah menjadi pemukiman

maka yang terjadi adalah bahwa hutan yang bisa menahan run-off cukup

besar diganti menjadi pemukiman dengan resistensi run-off yang kecil.

Akibatnya ada peningkatan aliran permukaan tanah yang menuju sungai

dan hal ini berakibat adanya peningkatan debit sungai yang besar sehingga

terjadilah banjir.

2 Pengukuran banjir

Terdapat dua pengertian untuk membedakan jenis banjir yaitu banjir di

dalam sungai dan banjir yang berupa penggenaangan air di daerah tertentu

16

yang melebihi suatu batas tinggi tertentu. Tergantung pada tujuannya,

banjir dapat dinyatakan dengan berbagai ukuran sebagai berikut :

a. Untuk keperluan perencanaan bangunan di dalam sungai, baik

melintang atau memanjangsungai, banjir diukur menurut tinggi muka

airnya di dalam sungai.

b. Untuk perencanaan pemanfaatan tanah di sekitar sungai, banjir diukur

menurut luas daerah yang tergenang air banjir.

c. Untuk perencanaan peluap, jembatan, gorong-gorong, saluran dan lain

sebagainya, banjir diukur maneurut besarnya aliran maksimum,

dinyatakan dengan m3 / detik.

d. Untuk perencanaan bangunan penampungan untuk keperluan irigasi,

penyediaan air, pengendalian banjir dan sebagainya, banjir diukur menurut

volumenya, dinyatakan dengan meter hektar atau m / detik.

3. Pola pengendalian banjir

Pola pengendalian banjir yang kurang tepat akan menghasilkan pekerjaan

pengendalian banjir yang kurang efisien, baik ditinjau dari biaya

pelaksanaan maupun biaya untuk operasi dan pemeliharaannya. Pola

pengendalian banjir untuk sungai harus ditetapkan secara khusus untuk

sungai yang bersangkutan, mengingat kondisi sungai serta

permasalahannya tidak ada yang sama antara sungai yang satu dengan yang

lainnya. Selain itu pola pengendalian banjir dan tahap penanganannya,

serta dikaitkan pula dengan pola pengembangan wilayah sungai secara

17

menyeluruh dan terpadu pada wilayah sungai yang bersangkutan (Teknik

sungai, 1991, Pusat Pendidikan Keahlian Teknik Bandung). Kodoatie dan

Sjarief (2006), mengatakan bahwa pada hakekatnya pengendalian banjir

merupakan suatu tindakan yang kompleks yang melibatkan banyak disiplin

ilmu teknik dan berhasilnya program pengendalian banjir tergantung pada

banyak aspek. Pengendalian banjir dapat dilakukan melalui 2 pendekatan

yaitu pendekatan struktur dan pendekatan non struktur. Metode struktur

dilakukan dengan bangunan pengendali banjir (bendungan, kolam retensi,

check dam, bangunan pengurang kemiringan sungai, sumur resapan) dan

perbaikan dan pengaturan sistem sungai (sistem jaringan sungai,

perlindungan tanggul, perbaikan muara, sudetan, perbaikan sungai dengan

pelebaran atau pengerukan sungai, pengendalian sedimen). Metode non

struktur dilakukan dengan pengelolaan DAS, pengaturan tata guna lahan,

pengembangan daerah banjir, pengendalian erosi, peramalan banjir,

peringatan bahaya banjir, pengendalian daerah bantaran, pengaturan daerah

banjir, asuransi dan law enforcement.

3. Sungai

Suatu alur yang panjang di atas permukaan bumi tempat mengalirnya air

yang berasal dari hujan disebut alur sungai. Bagian yang senantiasa

tersentuh aliran air ini disebut aliran air. Dan perpaduan antara alur sungai

dan aliran air di dalamnya disebut sungai. Defenisi tersebut merupakan

18

defenisi sungai yang ilmiah alami, sedangkan pada Peraturan Menteri

Pekerjaan Umum No. 63 Tahun 1993, sungai adalah tempat-tempat dan

wadah-wadah serta jaringan pengaliran air mulai dari mata air sampai

muara dengan dibatasi kanan dan kirinya sepanjang pengalirannya oleh

garis sempadan.

Sungai sebagai drainase alam mempunyai jaringan sungai dengan

penampangnya, mempunyai areal tangkapan hujan atau disebut Daerah

Aliran Sungai (DAS). Bentuk jaringan sungai sangat dipengaruhi oleh

kondisi geologi, kondisi muka bumi DAS, dan waktu (sedimentasi,

erosi/gerusan, pelapukan permukaan DAS, pergerakan berupa tektonik,

vulkanik, longsor lokal dll. Berkaitan dengan perilaku sungai secara umum

dapat dipahami bahwa sungai akan mengalirkan debit air yang sering

terjadi (frequent discharge) pada saluran utamanya, sedangkan pada

kondisi air banjir, pada saat saluran utamanya sudah penuh, maka sebagian

airnya akan mengalir ke daerah bantarannya.

Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya aliran sungai ialah :

1. Keadaan hujan

2. Luas dan bentuk daerah aliran

3. Kemiringan daerah aliran dan kemiringan dasar sungai

4. Daya infiltrasi dan daya perkolasi tanah

5. Kebasahan tanah

6. Suhu udara dan angin serta evaporasi yang berhubungan dengan itu

19

7. Letak daerah aliran terhadap arah angin

8. Daya tampung palung sungai dan daerah sekitarnya

Berikut ini merupakan sebab-sebab bencana banjir yang disebabkan oleh

luapan sungai diantaranya :

1. Berkurangnya luas profil pengaliran sungai karena sudah sangat

mendangkalnya dasar sungai oleh pengendapan bahan-bahan padat yang

terbawa air berasal dari erosi, longsoran tebing sungai, bahan-bahan letusan

gunung berapi, dan lain sebagainya.

2. Rintangan-rintangan terhadapaliran oleh batang-batang pohon yang

tumbang dan menghalang di dalam palung sungai.

3. Meningkatnya debit sungai karena penggundulan hutan-hutan atau

pembukaan tanah di daerah pengalirannya.

4. Rusaknya tanggul-tanggul oleh tanaman, tumbuh-tumbuhan, hewan

dan sebagainya.

5. Semakin tersumbatnya muara sungai karena kurang intensifnya

pengerukan, dan lain sebagainya.

Adapun beberapa contoh pekerjaan perbaikan sungai antara lain:

1. Memotong belokan-belokan yang tajam pada aliran sungai.

2. Memperbesar atau mengurangi lebarnya sungai.

3. Memperdalam palung sungai bila perlu.

4. Mengusahakan garis aliran yang teratur dan berangsur-angsur.

20

5. Mengurangi perpecahan aliran.

6. Melindungi tebing-tebing yang mengalami serangan arus aliran

sungai.

2. Pengukuran Hidrometri

1. Debit

Dalam hidrologi dikemukakan, debit air sungai adalah tinggi permukaan

air sungai yang terukur oleh alat ukur pemukaan air sungai.

Pengukurannya dilakukan tiap hari, atau dengan pengertian yang lain debit

atau aliran sungai adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang

melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu. Faktor

utama yang mempengaruhi ketinggian air sungai, adalah curah hujan yang

terjadi di hulu tempat alat pengukur permukaan air sungai ditempatkan.

Karena curah hujan merupakan data deret waktu yang memiliki komponen

musiman, dan siklus tahunan dengan karakteristik musim hujan panjang

(kemarau pendek), atau kemarau panjang (musim hujan pendek). Dalam

sistem satuan SI besarnya debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per

detik (m3/dt).

Distribusi kecepatan aliran di dalam alur tidak sama arah horisontal

maupun arah vertikal, dengan kata lain kecepatan aliran pada tepi alur tidak

sama dengan tengah alur, dan kecepatan aliran dekat permukaan air tidak

sama dengan kecepatan pada dasar alur.

21

Debit maksimum di dalam sungai atau debit banjir biasanya terdapat pada

hujan yang berlangsung cukup lama. Besarnya sangat dipengaruhi oleh

bentuk dari daerahpengalirannya, miringnya permukaan tanah, mudah atau

tidaknya air hujan yang mengalir di atas muka tanah itu untuk mencapai

sungai dan faktor-faktor lain yang mempengaruhi pengaliran.

C. Analisa Hidrolika Sungai

Dalam menganalisa hidrolis sungai, perhitungan secara umum dilakukan

berdasarkan tiga persamaan dasar yaitu persamaan kontinuitas, persamaan

energi, dan persamaan keseimbangan momentum. Pendekatan didasarkan pada

persamaan aliran seragam dengan memperhitungkan nilai kekasaran saluran,

yang pada akhirnya dirangkum dan dilakukan dalam program HEC-RAS

menggunakan prinsip metode tahapan standar (standard step) untuk aliran satu

dimensi.

1. Persamaan Kontinuitas

Bentuk sketsa suatu keseimbangan aliran massa zat cair untuk menunjukkan

bentuk persamaan kontinuitas akan ditampilkan pada Gambar berikut.

22

Gambar. 2.3 Keseimbangan aliran zat cair pada sungai

Perubahan massa zat cair yang masuk ke dalam ruang sepanjang x pada waktu

ΔΔt mengakibatkan perubahan elevasi permukaan zat cair. Perubahan massa

zat cair yang masuk dalam waktu t merupakan nilai netto dari aliran zat cair

yang masuk dan keluar pada bentang x. Aliran netto zat cair tersebut dapat

ditulis sebagai:

……………..……………..(1)

Pertambahan volume yang terjadi pada penampang tersebut dalam Δ t adalah

……………………………..……………………………….(2)

Dengan menguraikan debit sebagai perkalian luas (A) dan kecepatan rata-rata,

persamaan kontinuitas menjadi

Δ x

23

………………..………………………………………(3)

dimana:

Q = debit aliran

y = kedalaman aliran

U = kecepatan rata-rata aliran arah x

A = luas penampang saluran

T = waktu

2. Kekasaran Dinding

Kekasaran pada elemen saluran terdapat pada dinding dan dasar saluran

sebagai pembatas tempat aliran berasal dan akan timbul hambatan aliran yang

akan berpengaruh terhadap besarnya kecepatan kecepatan. Beberapa formula

untuk menentukan berbagai parameter aliran yang berkaitan dengan hal ini,

yaitu formula Chezy, formula Manning, dan formula Strickler.

a. Rumus Antoine de Chezy

Berdasarkan data empirik untuk aliran turbulen, Chezy (1718-1783)

mengusulkan suatu formula untuk menghitung debit saluran sebagai berikut:

……………………………...……………(4)

…………………………………………..(5)

Keterangan :

24

Q = debit pengaliran (m3/dt)

A = luas tampang aliran (m2)

u= kecepatan rata-rata tampang aliran (m/dt)

C = koefisien Chezy (m0,5/dt)

R = radius hidrolis (m)

ie = kemiringan garis energi

b. Rumus Manning

Formula yang diberikan oleh Robert Manning (1889) berkaitan dengan

koefisien Chezy yang ditunjukkan pada persamaan berikut:

…………………………………………………...………(6)

Bentuk formula kecepatan rata-rata tampang aliran adalah:

…………………………………………….(7)

dengan n adalah nilai koefisien kekasaran Manning.

c. Formula Strickler

Formula kecepatan rata-rata tampang aliran yang ditunjukkan oleh Strickler

menjadi:

……………………………………..(8)dengan Ks adalah nilai koefisien Strickler yang besarnya adalah 1/n.

3. Perhitungan Debit Rancana Banjir

25

Debit rencana yang dilakukan oleh konsultan menggunakan salah satunya

metode rational.

Bentuk persamaan dasar analisis debit banjir rencana (design flood) Metode

Rational adalah sebagai berikut :

V = 72

r = .

t =

Q = α . r . ( A / 3,6 ) ………………………………………………..(9)

Keterangan:

Q = debit banjir rencana periode ulang T ( tahun )

t = waktu konsetrasi ( jam )

R = curah hujan harian maksimum ( mm )

r = intensitas hujan selama waktu konsentrasi ( mm / hari )

V = kecepatan perambatan banjir ( mm/hari )

= koefesien limpasan air hujan

L = panjang sungai ( km )

H = beda tinggi antara titik terjauh dan mulut catchment ( km )

D. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Nilai Kekasaran (n) Manning

26

Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi nilai kekasaran baik berupa saluran

alami ataupun saluran buatan. Faktor-faktor ini saling berkaitan, sehingga

pembahasan mengenai suatu faktor dapat diulang sehubungan dengan faktor lainnya.

(Chow, 1992).

a. Kekasaran permukaan, ditandai dengan ukuran dan bentuk butiran bahan yang

membentuk luas basah dan menimbulkan efek hambatan terhadap aliran. Hal

ini akan menambah nilai kekasaran Manning. secara umum dapat dikatakan

bahwa butiran halus mengakibatkan nilai kekasaran relatif rendah dan butiran

kasar mengakibatkan nilai kekasaran tinggi.

b. Tumbuhan di sekitar saluran, dapat memperkecil saluran dan dapat

menghambat saluran. Ini tergantung pada tinggi, kerapatan, distribusi dan

jenis tumbuhan, dan ini sangat penting dalam perancangan pembuangan yang

kecil. Semakin banyak tumbuhan yang menghalangi saluran maka akan

menambah nilai dari Manning.

c. Ketidakteraturan saluran, meliputi ketidakteraturan keliling basah, dan variasi

penampang, ukuran, dan bentuk di sepanjang saluran. Pada saluran alam,

ketidakteraturan ini biasanya ditandai dengan adanya alur-alur pasir,

gelombang pasir, dan tonjolan-tonjolan di dasar saluran. Ketidakteraturan ini

jelas menandakan sebagai tambahan dari yang ditimbulkan oleh kekasaran

permukaan. Secara umum perubahan

27

lambat laun dan teratur dari penampang dan bentuk saluran tidak terlalu

mempengaruhi nilai kekasaran. Tetapi perubahan tiba-tiba atau peralihan dari

penampang kecil ke besar memerlukan penggunaan nilai kekasaran yang

besar.

d. Trase saluran. Trase saluran dengan kelengkungan yang landai dengan garis

tengah yang besar akan menyebabkan nilai n yang rendah, sedangkan

kelengkungan yang tajam dengan belokan yang patah-patah akan

memperbesar nilai n.

e. Pengendapan dan penggerusan. Secara umum, pengendapan akan dapat

menambah saluran yang sangat tidak berauran menjadi cukup beraturan

dengan memperkecil nilai n, sedangkan penggerusan dapat berakibat

sebaliknya dan memperbesar nilai n. namun efek utama dari pengendapan

akan tergantung dari sifat alamiah bahan yang diendapkan. Endapan yang

tidak teratur, seperti gelombang pasir dan alur-alur pasir menjasikan aliran

tidak beraturan dan menjadikan nilai kekasarannya meningkat. Besar

penggerusan dan keserbasamaan waktu penggerusan akan sangat tergantung

dari bahan pembentuk keliling basahnya.

f. Hambatan. Adanya balok sekat, pilar jembatan dan sejenisnya cenderung

memperbesar nilai n. besarnya nilai tergantung pada sifat alamiah hambatan,

ukuran, bentuk, banyaknya dan penyebarannya.

g. Ukuran dan bentuk saluran. Belum ada bukti nyata bahwa ukuran dan bentuk

saluran merupakan faktor penting yang akan mempengaruhi nilai n.

28

pembesaran jari-jari hidrolis dapat memperbesar maupun memperkecil nilai n,

tergantung pada keadaan saluran.

h. Tinggi muka air dan debit aliran. Nilai n pada saluran akan berkurang bila

tinggi muka air dan debitnya bertambah. Bila air rendah, ketidakteraturan

dasar salurn akan menonjol dan efeknya kelihatan. Namun, nilai n dapat pula

besar pada tinggi muka air yang tinggi bila dinding saluran kasar dan

berumput.

i. Perubahan musiman. Akibat pertumbuhan musiman dari tanaman-tanaman air,

rumput dan semak-semak di saluran atau di tebing, nilai n dapat menimbulkan

perubahan faktor-faktor lainnya.

j. Endapan melayang dan endapan dasar. Bahan-bahan yang melayang dan

endapan dasar, baik yang bergerak ataupun tidak bergerak akan menyerap

energi dan menyebabkan kehilangan tinggi energi atau memperbesar

kekasaran saluran.

Dari beberapa faktor utama yang mempengaruhi nilai kekasaran, terdapat pedoman

untuk menentukannya, disepakati bahwa keadaan yang cenderung mengakibatkan

turbulensi dan menimbulkan hambatan akan memperbesar nilai n dan keadaan yang

cenderung mengurangi turbulensi dan hambatan akan memperkecil nilai n. Chow

mengembangkan suatu cara untuk memperkirakan nilai n. dengan cara ini, nilai n

dapat dihitung dengan

n = (n0 + n1 + n2 + n3 + n4)m5 ....................................................................... (10)

dimana;

29

n0 = nilai dasar n untuk saluran lurus, seragam dan halus menurut bahan-bahan

alamiah yang dikandungnya

n1 = nilai yang ditambahkan ke n0 untuk mengoreksi ketidakteraturan permukaan

n2 = nilai untuk variasi bentuk dan ukuran penampang saluran

n3 = nilai untuk hambatan

n4= nilai untuk kondisi tetumbuhan dan aliran

m5= faktor koreksi bagi belokan-belokan saluran

Nilai n0 sampai n4 dan m5 yang sesuai ditunjukan pada Tabel. 2.1 menurut kondisi

yang ada.

Tabel. 2.1 Nilai koefisien kekasaran

Keadaan saluran Nilai

30

Bahan pembentuk

Tanah

no

0.020Batu pecah 0.025

Kerikil halus 0.024Kerikil kasar 0.028

Ketidakteraturan

Halus

n1

0.000Kecil 0.005

Sedang 0.010Jelek/Besar 0.020

Variasi penampangBertahap

n20.000

Kadang berganti 0.005Sering berganti 0.010-0.015

Nilai hambatan

Dapat diabaikan

n3

0.000Kecil 0.010-0.015Cukup 0.020-0.030Besar 0.040-0.060

Tetumbuhan

Rendah

n4

0.005-0.010Sedang 0.010-0.025Tinggi 0.025-0.050

Sangat tinggi 0.050-0.100

Faktor belokanKecil

m51.000

Cukup 1.150Besar 1.300

Nilai n1, derajat ketidakteraturan disebut halus untuk permukaan yang bahan-

bahannya halus, disebut kecil untuk saluran yang digali dengan baik, yang sedikit

tererosi atau tergerus pada tebing-tebing salurannya maupun bagi saluran

pembuangan, disebut sedang untuk saluran yang cukup atau kurang baik galiannya,

agak tererosi tebingnya, dan jelek untuk tebing saluran alam, yang tererosi besar-

besaran dan tidak dibentuk kembali, dan permukaannya dari saluran yang digali pada

buatan.

Nilai n2, variasi ukuran dan bentuk penampang dianggap bertahap bila perubahan atau

bentuk terjadi secara lambat laun, kadang berganti bila penampang kadang-kadang

berganti besar atau kecil atau perubahan bentuk kadang menimbulkan kenaikan aliran

31

utama dari tepi ke tepi, dan sering berganti apabila pergantian penampang besar dan

kecil sangat sering atau bila perubahan bentuk sering menimbulkan kenaikan aliran

utama dari tepi ke tepi.

Nilai n3 ditentukan berdasarkan sifat-sifat dan adanya hambatan seperti penumpukan

ranting, tunggul kayu, akar-akaran yang menonjol, kerakal dan batang-batang kayu

yang hanyut dan menyumbat.

Nilai n4 untuk efek tetumbuhan dianggap sebagai berikut:

1. Rendah (low) untuk kondisi-kondisi:

a. Lempeng rumput tumbuh dengan lebat, dengan kedalaman rata-rata aliran 2

sampai 3 kali tinggi tetumbuhan

b. Semaian semak-semak yang lentur, dengan kedalaman rata-rata aliran 2 sampai

3 kali tinggi tetumbuhan.

2. Sedang (medium) untuk kondisi-kondisi:

a. Lempeng rumput dengan kedlaman rata-rata aliran 1 sampai 2 kali tinggi

tetumbuhan

b. Tangkai rumput pengganggu atausemaian semak yang cukup menutup

permukaan dengan kedalaman rata-rata 2 sampai 3 kali tinggi tetumbuhan

c. Tanaman belukar, cukup rapat, sepanjang tebing saluran tanpa tetumbuhan

yang berarti di dasar saluran dengan jari-jari hidrolis lebih besar dari 2 kaki.

3. Tinggi (high) untuk kondisi-kondisi:

a. Lempeng rumput dengan kedalaman rata-rata aliran yang hampir sama dengan

tinggi tetumbuhan

b. Semak-semak tanpa tetumbuhan berdaun

32

c. Musim semi dengan semak-semak disepanjang tebing saluran.

4. Sangat tinggi (very high) untuk kondisi-kondisi:

a. Lempeng rumput dengan kedalaman rata-rata aliran lebih kecil dari setengah

tinggi tetumbuhan,

b. Semak-semak berdaun di sepanjang tebing saluran

c. Pohon-pohon diselingi semak-semak dan belukar

Untuk nilai m5, besarnya belokan dianggap kecil (minor) untuk angka perbandingan 1

sampai 1,2, cukup besar (appreciable) bila angka perbandingan 1,2 sampai dengan

1,5 dan besar (severe) bila angka perbandingan 1,5 lebih.

Terdapat beberapa referensi yang dapat menunjukkan nilai kekasaran (n) Manning

untuk berbagai tipe saluran. Dalam buku karangan Chow yang berjudul Open-

Channel Hydraulics menjelaskan tentang berbagai kelompok yang luas dari nilai

kekasaran untuk sungai dan sempadannya. Nilai kekasaran untuk berbagai tipe

saluran ditampilkan pada Tabel. 2.2 berikut.

Tabel. 2.2 Nilai kekasaran (n) Manning untuk Sungai Alami

Tipe saluran dan deskripsinya Minimum Normal Maks

1. Saluran utamaa. Bersih lurus, penuh, tampa

rekahan atau ceruk dalamb. Sama dengan atas, banyak

batuan dan tanaman

0.025 0.030 0.003

33

penggangguc. Bersih, berliku, berceruk,

bertebingd. Sama dengan atas, dengan

tanaman pengganggu dan bebatuan

e. Sama dengan atas, tidak terisi penuh banyak kemiringan dan penampang tidak beraturan

f. Sama dengan poin “d”, berbatu banyak

g. Tenang pada bagian lurus, tanaman pengganggu, ceruk dalam

h. Banyak tanaman pengganggu, ceruk dalam, saluran air penuh tumbuhan kayu,ranting

0.030

0.033

0.035

0.040

0.045

0.050

0.070

0.035

0.040

0.045

0.048

0.050

0.070

0.100

0.040

0.045

0.050

0.055

0.060

0.080

0.0150

2. Sempadan Sungaia. Padang rumput tampa belukar

1. Rumput pendek2. Rumput tinggi

b. Areal pertanian1. Tampa tanaman2. Tanaman dibariskan3. Tanaman tidak dibariskan

c. Belukar1. Belukar tersebar, banyak

tanaman pengganggu2. Belukar jarang dan berpohon,

musim dingin3. Belukar jarang dan berpohon,

musim semi4. Berbelukar sedang sampai

rabat, musim dingin5. Berbelukar sedang sampai

rabat, musim semid. Pepohonan

1. Tanah telah dibersihkan, tunggul pohan,tidak bertunas

2. Sama dengan atas, dengan tunas lebat

3. Banyak batang kayu,Beberapa tumbang, ranting-

0.025

0.030

0.020

0.025

0.030

0.035

0.035

0.040

0.045

0.070

0.030

0.050

0.080

0.100

0.110

0.030

0.035

0.030

0.035

0.040

0.050

0.050

0.060

0.070

0.100

0.040

0.060

0.100

0.120

0.150

0.035

0.050

0.040

0.045

0.050

0.070

0.060

0.080

0.110

0.160

0.050

0.080

0.120

0.160

0.200

34

ranting, taraf banjir dibawah cabang pohon

4. Sama dengan atas, taraf banjir mencapai cabang pohon

5. Willow rapat, musim semi, dan lurus

3. Saluran dipegunungan, tanpa tetumbuhan disaluran, tebing umumnya curam, dengan pepohonan dan berbelukar dibawah muka air a. Dasar: kerikil,kerakal dan

sedikit batu besarb. Dasar: kerakal dengan batu

besar

0.030

0.040

0.040

0.050

0.050

0.070

Sumber: HEC-RAS, Hydrolic Reference Manual for n Manning value.

E. Program Hec-Ras

HEC-RAS adalah suatu software gabungan, yang dirancang untuk penggunaan

yang interaktif di lingkungan. Sistem ini terdiri atas Graphical User Interface

(GUI), komponen-komponen analisis hidrolik, kemampuan penyimpanan data

35

dan manajemen, grafik dan fasilitas-fasilitas pelaporan. Pada dasarnya, system

HEC-RAS berisi tiga komponen-komponen analisis hidrolik satu dimensi yaitu :

1. Perhitungan – perhitungan profil permukaan air aliran tunak (steady flow)

2. Simulasi aliran tak tunak (unsteady flow), dan

3. Perhitungan sediment transport. pembuatan model dan perhitungan-

perhitungan pengangkutan endapan serta kualitas air. HEC-RAS adalah suatu

program modeling 1-dimensional. Dalam penggunaan software ini diperlukan

pengetahuan mendalam tentang ilmu tata air untuk mengolah dan

mengkalibrasi model.

4. Perhitungan kualitas air

Kita dapat berhubungan dengan HEC-RAS melalui Graphical User Interface

(GUI). Tujuan utama di dalam perancangan alat penghubung ini untuk

membuatnya mudah digunakan. Alat penghubung tersebutterdiri dari beberapa

fungsi yaitu : Manajemen arsip, Entri Data dan Editing, Analysis hidrolik,

Pentabelan dan Graphical Displays dari Input dan Output Data, Failitas

pelaporan, Bantuan on-line.

Di dalam program HEC-RAS, kumpulan data tergabung di dalam proyek sistem

sungai. Pengguna program ini dapat melakukan berbagai macam tipe analisa

tentang pemodelan untuk formulasi beberapa rencana yang berbeda. Masing-

masing rencana mewakili kumpulan data geometri dan data aliran. Setelah data

awal dimasukkan ke dalam HEC-RAS, pemodel dapat dengan mudah

36

memformulasikan rencana baru. Setelah simulasi selesai dibuat untuk berbagai

macam rencana, hasil simulasi dapat dibandingkan dlam bentuk tabel dan grafik

yang berbeda.

Langkah utama pengembangan model hidrolis dengan HEC-RAS adalah:

1. Memulai proyek baru

2. Memasukkan data geometri aliran/sungai

3. Memasukkan data aliran

4. Melakukan perhitungan hidrolis

5. Melihat dan mencetak hasil

Program ini bisa dibuka setelah software diinstal ke dalam computer. Program ini

dapat diinstal pada computer dengan spesifikasi minimum intel Pentium 3

dengan RAM minimal 128 MB, untuk penelitian ini computer spesifikasinya

intel (R) Core (Tm) i3 CPU dengan RAM 2.00 GB.