Bahan Ajar Rekayasa Hidrologi Bab.1

BAB.I.

PENDAHULUAN,

 PENGERTIAN DAN SIKLUS HIDROLOGI, PRESIPITASI, EVAPORASI, EVAPOTRANPORTASI, INFILTRASI, PERKOLASI, PARAMETER HIDROLOGI, KORELASI/PENGARUH PARAMETER HIDROLOGI DALAM REKAYASA TEKNIK SIPIL

1.1. PENDAHULUAN

          Hidrologi SPL 144 (2-0) adalah mata kuliah yang wajib diambil oleh mahasiswa Program Teknik Sipil.            Mata kuliah Hidrologi pembahasan dimulai pengertian dan siklus hidrologi, presipitasi, evaporasi, evapotranportasi, infiltrasi, perkolasi, parameter hidrologi, korelasi/pengaruh parameter hidrologi dalam rekayasa teknik sipil pemahaman mengenai sumber daya air (sungai, danau, waduk), metodologi dan pengukuran besaran hidrologi; analisis data hujan besaran rata-rata dan besaran ekstrim; hidrograf tinggi muka air dan hidrograf debit; hidrograf satuan penelusuran banjir sungai dan reservoir serta analisis debit dengan beberapa metoda; pengendalian banjir.

            Penyajian materi dilakukan melalui ceramah dan diskusi, disamping itu dilakukan upaya pendalaman materi dengan mewajibkan mahasiswa untuk mengikuti pratikum di lapangan, berupa data curah hujan untuk perencanaan bangunan air.

Deskripsi Mata Kuliah

            Mata kuliah ini membahas tentang: pembahasan dimulai dari pembahasan dimulai pengertian dan siklus hidrologi, presipitasi, evaporasi, evapotranportasi, infiltrasi, perkolasi, parameter hidrologi, korelasi/pengaruh parameter hidrologi dalam rekayasa teknik sipil pemahaman mengenai sumber daya air (sungai, danau, waduk), metodologi dan pengukuran besaran hidrologi; analisis data hujan besaran rata-rata dan besaran ekstrim; hidrograf tinggi muka air dan hidrograf debit; hidrograf satuan penelusuran banjir sungai dan reservoir serta analisis debit dengan beberapa metoda; pengendalian banjir.

Tujuan Instruksional Umum

            Setelah mengikuti perkuliahan ini mahasiswa dapat memahami pengertian tentang pembahasan dimulai dari pembahasan dimulai pengertian dan siklus hidrologi, presipitasi, evaporasi, evapotranportasi, infiltrasi, perkolasi, parameter hidrologi, korelasi/pengaruh parameter hidrologi dalam rekayasa teknik sipil pemahaman mengenai sumber daya air (sungai, danau, waduk), metodologi dan pengukuran besaran hidrologi; analisis data hujan besaran rata-rata dan besaran ekstrim; hidrograf tinggi muka air dan hidrograf debit; hidrograf satuan penelusuran banjir sungai dan reservoir serta analisis debit dengan beberapa metoda; pengendalian banjir.

Penilaian

            Komposisi penilaian terdiri atas : Kuliah Tatap Mukai (5%), Quis (10%), Tugas Mandiri (25%), UTS (25%), UAS (35%). Komposisi ini sifatnya tidak mengikat, dan dapat berubah sesuai dengan keadaan yang ada.

Bentuk Pembelajaran

Bentuk pembelajaran yang digunakan adalah tatap muka, tanya jawab / diskusi di kelas dan pratikum  atau tugas.

1.2.PENGERTIAN DAN SIKLUS HIDROLOGI

1.2.1.Sejarah singkat hidrologi.

Asal kata Hidrologi dituliskan sebagai sejarah singkat Hidrologi dan digambarkan mengikuti kronologis sebagai berikut: tahun 1000 SM ditemukan asal air, oleh Hormer (dalam bukunya : Hiad) dan pada tahun 650 SM asal air juga dibahas oleh Thales. Homer yakin bahwa terdapat tampungan yang demikian besar yang dapat mencatu air di sungai, laut, mata air, sumur, dan lain-lain. Ada suatu hal yang menarik untuk dicatat bahwa saat itu Homer telah memahami tentang debit dan kecepatan air yang mengalir dalam saluran di Yunani. Kemudian hal yang sama juga dibahas oleh Aristoteles (tahun 483 SM) dan plato (tahun 427 SM), namun hubungan antar komponen air masih belum dikemukakan secara jelas. Tahun 1608 M ditemukan Hidrologi praktis antara lain ditandai dengan pengukuran hujan selama 3 tahun dan pengukuran limpasan di Daerah Aliran Sungai (DAS) Seine oleh Pierre Perrault. Hidrologi Praktis ini juga diamati oleh Edme Mariotte (tahun 1620 M) dan Edmund Haley (tahun 1656 M). Saat itu beliau menganggap bahw a air di mata air tidak sama dengan air sungai yang berasal dari hujan, alasannya air hujan tidak cukup banyak dan permukaan bumi sangat kedap. Pada jaman Nabi Isa, Marcus Virturius menemukan infiltrasi (tahun 1452 M). Dalam buku Volume 8 of his treatise De Architectura Libri Decem (the engineer's chief handbook during the Middles Ages), Marcus Viturius sudah mulai memperhatikan adanya siklus hidrologi antara lain dengan memberikan hipotesis bahwa hujan dan salju yangjatuh di daerah pegunungan terinfiltrasi ke dalam permukaan bumi dan akhirnya muncul di dataran rendah sebagai aliran dan mata air. Kemudian pada tahun 1509 M, Pallisy dan Leonardo Da Vinci mengembangkan lebih lanjut tentang siklus hidrologi. Akhirnya sejak saat inilah Hidrologi berkembang terus sampai sekarang.

1.2.2.Definisi hidrologi.

Menurut CD Soemarto (1995), Hidrologi adalah ilmu yang menjelaskan tentang kehadiran dan gerakan air di alam kita ini, yang meliputi berbagai bentuk air, yang menyangkut perubahan-perubahannya antara keadaan cair, padat, dan gas dalam atmosfir, di atas dan bawah permukaan tanah. Menurut Sri Harto (1990), secara umum, hidrologi dimaksudkan sebagai ilmu yang menyangkut masalah air.

Pada pertemuan International Association of Scientilic Hidrology di Zurich (1938),

Hidrologi dibagi menjadi 3 antara lain: (1). Potamology berhubungan dengan sungai; (2). Cryology, berhubungan dengan salju; dan (3). Limnology, berhubungan dengan danau.

1.2.3.Siklus hidrologi.

Air di bumi antaralain meliputi yang ada di atmosfir, di atas permukaan tanah dan di bawah permukaan tanah. Jumlah air di bumi kurang lebih berjumlah   yang terdiri dari

1. Air laut : 97%

2. Air tawar : 3% yang meliputi:

a. Salju, es, gletser                         75%

b. Air tanah (jenuh)                        24 %

c. Air danau                                    0,3 %

d. Butir-butir daerah tak jenuh       0,065%

e. Awan, kabut, embun, hujan       0,035%

f. Air sungai                                   0,030 %

Siklus hidrologi merupakan gerakan air laut ke udara, kemudian jatuh ke permukaan bumi lagi sebagai hujan atau bentuk presipitasi yang lain, dan aktrirnya mengalir ke laut. Hal-hal penting yang perlu diketahui berkaitan dengan siklus hidrologi : (1). Dapat berupa siklus pendek , yaitu dari hujan,  menuju laut / danau / sungai,  kemudian menuju laut lagi; (2). Terjadinya tidak ada keseragaman waktu; (3). Intensitas dan frekuensi bergantung pada geografi dan iklim (hal ini berkaitan dengan letak matahari yang berubah sepanjang tahun); dan (4). Berbagai bagian siklus sangat kompleks.

Gambar 1.1.Siklus Hidrologi.

1.2.4. Konsep Dasar Hidrologi.

Dalam pengembangan sumberdaya air, estimasi volume air itu merupakan hal yang sangat penting karena merupakan dasar perencanaan dan pengoperasian sistem sumber daya air.

Proyek sumber daya air sederhana meliputi: (1). Suplesi air, untuk irigasi, industri, air minum, dan lain-lain; (2). Pengendalian banjir; (3). PLTA; (4). Pengelolaan DAS; (5).

Penggelontoran; (6). Tambak, dan lain-lain.

Untuk pengendalian banjir, diperlukan harga tertinggi dan untuk ini dilakukan analisa banjir rancangan , yang memerlukan disain parameter. Sedangkan untuk suplesi air dilakukan analisa debit andalan.

Para teknisi mempunyai kepentingan untuk (l) Mengatur aliran sungai; (2) Pembuatan waduk-waduk; dan (3) Pembuatan saluran-saluran irigasi. Untuk keperluan tersebut diperlukan ilmu-ilmu yang menunjang antara lain Matematika, Ilmu Alam, Statistika, Meteorologi, Oceanografi, Geografi, Geologi, Geomorfologi, dan Hidrolika. Selain itu harus mempunyai pengalaman di bidang Kehutanan, Pertanian, Biologi, dan Botani.

Gambar 1.1.Penyebaran ilmu hidrologi

Gambar1.2.Gambaran hidrologi untuk teknik sipil

1.2.5.Perbedaan secara sederhana antar deterministic, Stokostik dan probabilistic.

Proses (hidrologi) merupakan gambaran fenomena (hidrologi) yang mengalami perubahan terus menerus, terutama terhadap waktu. Berkenaan dengan hal tersebut, ada 3 proses yang perlu diketahui yaitu Proses Deterministik, Proses Stokastik dan Proses Probabilistik.

a.      Proses Deterministik

Proses deterministik mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:

1.      Tidak bergantung pada peluang;

2.      Tidak berubah karena waktu;

3.      Perubahan variabel mengikuti hokum kepastian; dan

4.      Memakai variabel (data dipakai untuk menentukan parameter).

Contoh : aliran air tanah. Secara matematik, proses deterministik digambarkan sebagai berikut:

1.      Merupakan fungsi matematik; dan

2.      Tidak ada error.

b.      Proses Stokastik

Proses stokostik mempunyai ciri-ciri sebagai berikut :

1.      Bergantung pada waktu

2.      Perubahan variable merupakan foktor peluang

3.      Memakai matematika, ada unsur random.

Contoh kebayakan proses hidrologi. Secara matematik, proses stokastik di gambarkan sebagai berikut :

1.      Mempunyai irama, mempunyai kecendrungan (trend) dan

2.      Merupakan fungsi waktu.

c.      Proses Probabilistik.

Proses probabilistic mempunyai ciri-ciri sebagai berikut

1.      Tidak tergantung waktu

2.      Perubahan variable merupakan factor peluang dan

3.      Mekanisme fisik bergantung pada data.

Contoh lengkung durasi aliran, analisis frekuensi. Secara matematis proses probabilistic digambarkan sebagai berikut:

Ada unsur random  dan merupakan fungsi waktu

Berdasarkan gambaran di atas, proses hidrologi umumnya dikategorikan menjadi 2 bagian besar yaitu

Hidrologi Parametrik, merupakan pengembangan dan analisis hubungan antar parameter fisik dalam kejadian hidrologi

Hidologi Stokostok, merupakan manioulasi karakteristik statistic dari variable-variabel hidrologi., Dalam penerapannya, yang utama adalah penataan urutan kejadian dan urutan non historik.

1.3.PRESIPITAS

Presipitasi adalah hujan berbentuk air yang jatuh ke  permukaan bumi, bentuk ini bisa berupa butiran-butiran es, salju dancairan air.  Untuk daerah katulistiwa/ tropik seperti Indonesia, bentuk presipitasi adalah pada  umumnya berbentuk cairan dan biasa disebut hujan. Hujan berasal dari  perpadatan dan kondensasi uap, yang selalu ada dalam atmosfir.

Tipe Hujan

•      Hujan Siklonik

•      Hujan Konvektif

•      Hujan Orografik

Hujan Siklonik: berasal dr naiknya udara yg dipusatkan di daerah dgn tek rendah

Hujan Konvektif: berasal dr naiknya udara ke rempat yg lbh dingin

Hujan Orografik: berasal dr naiknya udara krn adanya rintangan pegunungan

Hujan berasal dari perpadatan dan kondensasi uap, yang selalu ada dalam atmosfir. Gerakan  udara atau angin mempunyai saham besar dalam pembentukan hujan,  berdasarkan atas gerakan udara ini hujan dapat dibagi dalam :

1) Hujan (presipitasi) convective ialah presipitation yang disebabkan oleh

naiknya udara panas, lapisan udara naik ini kemudian bergerak ke daerah

yang lebih dingin (terjadi perpadatan dan kondensasi) dan terjadi hujan.

2) Hujan (presipitasi) cyclonic, berasal dari naiknya udara terpusatkan dalam

daerah dengan tekanan rendah.

3) Hujan (presipitasi) orografic, ini disebabkan oleh udara naik terkena

rintangan - rintangan antara lain gunung-gunung.

1.4.EVAPORASI,

Evaporasi adalah merupaka proses fisis yang merubah bentuk larutan atau cairan menjadi bentuk gas atau uap (Nugroho Hadisusanta, 2010, hal.78).

Evaporasi adalah penguapan air dari permukaan air, tanah dan bentuk permukaaan bukan vegetasi lainnya oleh proses fisika. (Chay Asdak, 2010,hal.101).

Evaporasi (Eo) adalah penguapan yang terjadi dair permukaan air (seperti laut, danau, sungai, permukaan tanah (genangan diatas tanah dan penguapan dari permukaan air tanah yang dekat dengan permukaan tanah), dan permukaan tanaman ( intersepsi).(Bambang T,2014,hal. 69).

1.5.EVAPOTRANPORTASI,

Evapotrasnpirasi (ET) adalah jumlah air total yang dikembalikan lagi ke atmosfer dari permukaan tanah, badan air, dan vegetasi  oleh adanya pengaruh factor-faktor iklim dan fisiologis vegetasi.  (Chay Asdak, 2010,hal.117).

Evapotranspirasi adalah evapoasi dari permikaan lahan yang ditumbuhi tanaman. (Bambang T,2014,hal. 76).

1.6.INFILTRASI  DAN PERKOLASI,

Infiltrasi adalah aliran air kedalam tanah melului permukaan tanah. (Bambang T,2014,hal. 91). Infiltrasi adalah gerakan air secara vertical kedlam tanah, setelah mengalami infiltrasi lanjut. (Nugroho Hadisusanta, 2010, hal.119). infiltrasi adalah proses aliran air (umumnya berasal dari curah hujan) Masuk kedalam tanah. (Chay Asdak, 2010,hal.117).

Perkolasi adalah gerakan air secara vertical ke dalam tanah, setelah mengalami infiltrasi lanjut. Kapasitas Infiltrasi adalah kecepatan infiltrasi maksimum yang tergantung pada kondisi permukaaan tanah. Infilltration rate adalah kecepatan infiltrasi aktual, yang besarnya selalu lebih kecil atau sama dengan kapasitas infiltrasi. (Nugroho Hadisusanta, 2010, hal.119).

Menurut Nugroho Hadisusanta, 2010, hal.119. Peristiwa infilktasi sangat berguna untuk

1. Mengurangi besarnya banjr dan erosi
2. Mengisisi aliran sungai pada waktu musim kemarau
3. Menyediakan air tanah untuk pertumbuhan tanaman
4. Sebagai pemasukan air tanah.

1.7. PARAMETER HIDROLOGI,

Menurut Soewarno 2013,Siklus hidrologin terdiri dari enam sub sentem yaitu

1. Air di atmosfer
2. Aliran permukaan
3. Aliran bawah permukaan
4. Aliran air tanah
5. Aliran sungai/saluran terbuka
6. Air dilautan dan genangan

Parameter hidrologi untuk tujuan operaianal pekerjaan

1. Mengumpulkan data hujan, iklim, arah angin
2. Memproses data hujan, iklim, arah angin
3. Analisis proses hidrologi, banjir, kekeringan
4. Memprediksi keseimbangan air
5. Memprediksi laju sedimentasi
6. Mengatasi berbagai masalah sumberdaya air.

1.8. KORELASI/PENGARUH PARAMETER HIDROLOGI DALAM REKAYASA TEKNIK SIPIL.

Korelasi parameter hidrologi dalam rekayasa tekniks sipil seperti

1. Perencanaan bangunan air
2. Menganalisis banjir
3. Menganalisis kekeringan
4. Menganalisis sedimen.

Referensi

a.                  Soewarno, 2013, Hidrometri dan Aplikasi Teknosabo dlam pengelolaan Sumber Daya Air penerbit Graha ilmu

b.                  Nugroho Hadisusanta, 2010, Aplikasi Hidrologi, Penerbit Jogja Mediautama

c.                  Sri Harto. 2000. Hidrologi : Teori, masalah, penyelesaian. Nafiri : Yogyakarta

d.                 Chow, V.T. 1988. Applied Hydrology. McGrawHill. New York

e.                  Soemarto, C.D. 1987. Hidrologi Teknik. Surabaya : Usaha Nasional

f.                   Sosrodarsono, S. 1976. Hidrologi untuk Pengairan. Jakarta : Pradnya ParamitaLinsey. 1981. Hidrologi : Pengukuran dan Pengelolaan Data Aliran Sungai (hidrometri). Bandung : Nova.