MODUL PERKULIAHAN

Rekayasa
Hidrologi
Dasar-dasar Perhitungan Debit
Banjir Rencana

Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh

Teknik Teknik Sipil 11024 Gneis Setia Graha, ST., MT.

10

Abstract Kompetensi

modul ini menjelaskan mengenai Mahasiswa mampu menjelaskan

dasar-dasar perhitungan debit banjir tentang perhitungan debit banjir
rencana. rencana.
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI.............................................................................................................................................2

1 PENDAHULUAN..............................................................................................................................3

2 ANALISIS DEBIT BERDASARKAN HASIL PENGUKURAN...................................................................3

3 ANALISIS DEBIT BANJIR BERDASARKAN METODA SINTESIS...........................................................4

3.1 Interaksi Hujan-DAS-Runoff...................................................................................................4

3.1.1 Debit..............................................................................................................................4

3.1.2 Interaksi Hujan-DAS.......................................................................................................4

3.1.3 Intensitas Hujan.............................................................................................................5

3.1.4 Luas DAS........................................................................................................................6

3.2 Koefisien Runoff ()...............................................................................................................7

3.3 Waktu Konsentrasi.................................................................................................................9

4 DAFTAR PUSTAKA........................................................................................................................12

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

2 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id
1 PENDAHULUAN
Banjir merupakan kejadian yang sangat kompleks, karena banjir dipengaruhi oleh parameter
random baik yang independen maupun terkait satu sama lain. Dalam pengendalian banjir
harus dilakukan analisis yang seksama mengenai beberapa parameter sbb.:

1. Karakteristik hujan
2. Karakteristik DAS
3. Karakteristik komunitas/wilayah yang dilayani.

Pada bab ini akan dibahas mengenai beberapa metoda yang dapat digunakan untuk
menentukan debit banjir yang terkait hanya pada parameter pertama dan kedua.

Berdasarkan jenis sumber datanya, metoda analisis probabilistik besaran debit banjir
dibedakan atas 2 cara :

1. Data hasil pengukuran selama minimal (10-20) tahun.

2. Data hasil pembangkitan debit berdasarkan data curah hujan, DAS dan runoff.

Dalam melakukan analisis debit banjir dengan kedua metoda tersebut tetap diperlukan
analisis frekuensi. Pada umumnya, data hasil pengamatan debit disuatu DAS sulit dan
sangat mahal diperoleh sehingga metoda kedua lebih sering dipakai.

2 ANALISIS DEBIT BERDASARKAN

HASIL PENGUKURAN
Berdasarkan analisis data hasil pengukuran kecepatan akan diperoleh data debit yang
mencermikan aliran permukaan dari sungai atau saluran yang bersangkutan. Bila
pengukuran dilakukan dalam waktu yang cukup lama, data debit yang diperoleh dapat
dikaitkan dengan kejadian hujan yang menyebabkannya. Data debit tersebut dapat
digunakan untuk menentukan besaran debit yang disebabkan oleh hujan ekstrem yang perlu
diperhitungkan dalam perencanaan suatu bangunan atau sumberdaya air. Dalam hal ini,
dapat digunakan metoda analisis frekuensi yang biasa digunakan dalam menentukan hujan
ekstrem, antara lain metode Log Pearson Type III, metoda log normal, dan lain-lain.

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

3 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id
3 ANALISIS DEBIT BANJIR
BERDASARKAN METODA SINTESIS
3.1 Interaksi Hujan-DAS-Runoff

Pada prinsipnya metoda sintetik dikembangkan untuk menghitung debit banjir berdasarkan
karakteristik DAS yang mempengaruhi interaksi antara hujan-DAS-runoff. Karakteristik
tersebut biasanya dikaitkan dengan faktor topografi, geologi permukaan,
porositas/permebilitas tanah, distribusi hujan dan lain-lain. Pada saat ini telah banyak
metoda yang dikembangkan untuk menganalisis debit banjir. Dengan mengevaluasi
parameter-parameter yang dipakai dalam setiap metoda tersebut, dapat dikatakan bahwa
metoda-metoda tersebut pada umumnya merupakan pengembangan dari konsep dasar
yang diterapkan pada metoda rasional. Oleh karena itu, pada umumnya formulasi dari
metoda-metoda tersebut dapat dituliskan dalam bentuk umum sebagai berikut:

Debit = Interaksi Hujan DAS x Intensitas hujan x Luas DAS

Secara ringkas pengertian dari masing-masing suku adalah sbb.:

3.1.1 Debit

Debit yang didapat adalah debit aliran permukaan (direct runoff + base flow)
ekstreem berperiode ulang T dititik kontrol yang ditinjau. Besarnya periode ulang T
mengikuti periode ulang dari besaran intensitas hujan yang dipakai.

3.1.2 Interaksi Hujan-DAS

Interaksi Hujan dan DAS merupakan faktor menggambarkan reaksi DAS seluas A
untuk menghasilkan aliran permukaan dari aksi siraman hujan sebesar I. Dalam hal
ini, hujan yang turun dianggap tersebar merata dipermukaan DAS. Bila kita kaitkan
dengan proses produk, faktor ini dapat dianalogikan sebagai efisiensi kapasitas
produksi DAS dalam menghasilkan aliran permukaan persatuan luas untuk tiap
masukan yang diperoleh dari hujan persatuan tinggi. Pada umumnya faktor ini tidak
berdimensi. Seperti yang telah dibahas pada bab sebelumnya, faktor ini dipengaruhi
oleh karakteristik Hujan dan DAS sbb.:

1. Hujan
Karakteristik hujan yang menjadi bahasan utama adalah lama kejadian, distribusi
hujan terhadap waktu, distribusi hujan terhadap ruang dan besar intensitas hujan.
Pada umumnya, metoda perhitungan debit mengasumsikan adanya kesragaman

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

4 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id
 distribusi hujan baik dalam fungsi waktu maupun ruang. Seandainya distribusi
hujan terhadap ruang dtidak merata, perhitungan dapat dilakukan dengan
membagi DAS menjadi beberapa sub-das dengan distribusi hujan yang seragam.

Gambar 1 Skema Distribusi Hujan terhadap Ruang

2. Morfologi sungai/saluran
Morfologi sungai/saluran sangat mempengaruhi lamanya waktu rambat air
hujan untuk menuju titik kontrol, sehingga akan mempengaruhi besar-kecilnya
waktu konsentrasi.

3. Karakteristik tanah/geologi permukaan

Karakteristik tanah/geologi permukaan DAS sangat terkait dengan tingkat
permebilitas lahan yang bersangkutan. DAS dengan permukaan tanah
berpermebilitas lebih tinggi akan menghasilkan direct runoff yang lebih kecil,
karena sebagian dari airnya akan meresap kedalam tanah. Tanah berjenis
pasir memiliki daya tahan terhadap air lebih rendah daripada tanah berjenis
lempung kepaasiran, sehingga akan menghasilkan aliran premukaan yang
lebih besar.

4. Topografi
Topografi akan mempengaruhi tinggi enerji potensial dari air hujan diatas
permukaan tanah dan salura/sungai dalam DAS. Makin miring sebuah DAS
akan semakin besar enerji potensial yang ada sehingga waktu alir air hujan
ketitik outlet akan semakin cepat. Topografi juga mempengaruhi distribusi
awan mendung di atas DAS sehingga juga mempengaruhi distribusi hujan
terhadap ruang. Dengan demikian topografi akan mempengaruhi waktu
konsentrasi aliran permukaan dari DAS yang bersangkutan.

3.1.3 Intensitas Hujan

Besar dan distribusi intensitas hujan bergantung pada cuaca/iklim setempat.

Intensitas hujan pada dasarnya menggambarkan volume air hujan yang akan jatuh
ke dalam DAS persatuan luas DAS yang bersangkutan.

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

5 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id
 Metode Mononobe

Penurunan kurva Intensitas-Durasi-Frekunsi (IDF) dapat dilakukan apabila tersedia

data hujan otomatis, sehingga diperoleh hujan durasi singkat (5, 10, 15, ... menit).
Apabila yang tersedia data hujan harian, maka dapat digunakan persamaan
Mononobe yang diturunkan dari kurva IDF.

R24 24 2
I t= ( )
24 t
3

Dimana:

It = intensitas hujan untuk lama hujan t (mm/jam)

t = lamanya curah hujan (jam)

R24 = curah hujan maksimum selama 24 jam (mm)

3.1.4 Luas DAS

Karakteristik DAS sering tidak homogen, sehingga untuk intensitas hujan yang sama
tiap bagian DAS akan memberikan direct runoff yang berbeda. Berdasarkan
penelitian lapangan terdahulu, telah banyak dibuktikan bahwa tidak semua luasan
DAS mempunyai kemampuan untuk memberikan direct runoff (terutama DAS yang
memiliki kapasitas tampungan), sehingga hal ini akan mempengaruhi besaran waktu
konsentrasi dan waktu debit puncak dari runoff. Dengan demikian luasan DAS akan
mempengaruhi asumsi yang dapat dipakai dalam perhitungan debit rencana. Oleh
karena itu, pemilihan metoda perhitungan debit akan dipengaruhi oleh luas DAS
yang akan dihitung.

Mean daily
Flow rate

Instantaneous

1 2 3 1 2
Days
Large watershed area Small watershed area
Figure 6.2 A comparison of instantaneous and mean daily flow rates
forGambar
large and small watersheds.
2 Perbandingan antara aliran sesaat dan aliran rata-rata

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

6 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id
Dengan demikian, perlu didefinisikan parameter yang dapat ”mengkuantifikasi” pengaruh
faktor tersebut diatas pada besaran debit runoff yang dihitung. Dalam hal ini telah
dikembangkan beberapa konsep sbb.:

3.2 Koefisien Runoff ()

Koefisien runoff menggambarkan rasio antara volume air hujan dan volume air direct runoff
akibat hujan tersebut. Koefisien runoff adalah suatu variabel yang didasarkan pada kondisi
daerah pengaliran dan karakteristik hujan yang jatuh di daerah tersebut. Adapun kondisi dan
karakteristik yang dimaksud adalah :

1. Keadaan hujan,
2. Luas dan bentuk daerah aliran,
3. Kemiringan daerah aliran dan kemiringan dasar sungai,
4. Daya infiltrasi dan perkolasi tanah,
5. Kebasahan tanah,
6. Suhu udara dan angin serta evaporasi, dan
7. Tata guna tanah.

Koefisien pengaliran didasarkan dengan suatu pertimbangan bahwa koefisien tersebut

sangat tergantung pada faktor-faktor fisik. Dalam prakteknya terdapat berbagai tipe tata
guna lahan bercampur baur dalam sebuah daerah aliran. Oleh karena itu, untuk
mendapatkan koefisien pengaliran gabungan Cw harus mempergunakan rumus komposit
berikut:

A 1 C 1 + A 2 C2 + A n C n
C w=
A1 +A 2 + A n

dimana :

Cw = koefisien pengaliran gabungan

A 1 , A2 , An = bagian luasan derah alirans sebanyak n buah, dengan tata guna

lahan yang berbeda-beda

C1 ,C 2 ,Cn = koefisien pengaliran daerah aliran sebanyak n buah, dengan tata

guna lahan yang berbeda

Berikut nilai koefisien runoff

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

7 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id
 Tabel 1 Hubungan antara koefisien runoff dan daerah aliran

Keadaan Daerah Aliran Koefisien Runoff

bergunung dan curam 0,75 - 0,90
pegunungan tersier 0,70 - 0,80
sungai berhutan dibagian atas dan bawahnya 0,50 - 0,75
tanah datar yang ditanami 0,45 - 0,60
sawah waktu diairi 0,70 - 0,80
sungai bergunung 0,75 - 0,85
sungai dataran 0,45 - 0,75

Tabel 2 Standar Koefisien Runoff terhadap kondisi permukaan

Kondisi Permukaan (Groud Surface) Koef. Runoff

Roadway :  Paved road 0.74 - 0.95
 Gravel road 0.30 - 0.70

Shoulder and Slope :  Fine Grainde Soil 0.40 - 0.10

 Coarse Grainde Soil 0.10 - 0.30
 Hard Rock 0.70 - 0.85
 Soft Rock 0.50 - 0.75

Turf and Slope : 0.05 - 0.10

 Grade 0 - 2%
0.10 - 0.15
 Grade 2 - 7%
0.15 - 0.20
 Grade > 7%
Turf Covered Cohesive Soil : 0.50 - 0.10
 Grade 0 - 2% 0.10 - 0.15
 Grade 2 - 7% 0.25 - 0.35
 Grade > 7%
Roof 0.75 - 0.95
Bare Lot 0.21 - 0.40
Parks with Abondant and tress 0.10 - 0.25
Flat Mountains Area 0.30 - 0.70
Steep Mountains Area 0.50 - 0.70
Pady Field and water Body 0.70 - 0.80
Cultivated Field 0.10 - 0.30

Tabel 3 Koefisien Runoff rata-rata terhadap Tata Guna Tanah

Tata Guna Tanah (Land Use) Koef. Runoff

Commercial Area :  Downtown Area 0.75 - 0.95
 Area Adjacent to Downtown 0.50 - 0.70

Industrial Area :  Less Congested Area 0.50 - 0.80

 Congested Area 0.60 - 0.90

Residential Area :  Residential Area with Little Bare Lot 0.65 - 0.80
 Rousing Estate 0.50 - 0.70
0.30 - 0.70
 Residential Area with Bare Lots and Gardens
Green Zone & Others :
 Park and Graveyard
0.10 - 0.25
 Athletic Ground 0.20 - 0.35
 Marshalling Yard 0.20 - 0.40
 Pady Field and Forest 0.10 - 0.30

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

8 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id
3.3 Waktu Konsentrasi

Waktu konsentrasi merupakan waktu yang diperlukan oleh partikel air untuk mengalir dari
titik terjauh di dalam DAS sampai titik yang ditinjau (outlet DAS). Waktu konsentrasi
bergantung pada karakteristik DAS, tata guna lahan, jarak lintasan air dari titik terjauh
sampai titik yang ditinjau (outlet DAS).

Titik terjauh

Outlet DAS

Gambar 3 Waktu Konsentrasi (http://www.slideshare.net/louyalhamy/hydro-chapter11hydrologyby-louy-

al-hami)

Rumus Kirpich

Waktu konsentrasi dapat dihitung dengan persamaan yang diberikan oleh Kirpich, yang
berlaku untuk lahan pertanian kecil dengan luas DAS < 80 Ha.
0.77
0.06628 L
t c=
S 0.385

Dimana:

tc = waktu konsentrasi (jam)

L = panjang lintasan air dari titik terjauh sampai titik outlet (km)

S = kemiringan lahan antara elevasi maksimum dan minimum

Rumus Hathway

0.606 ( ln )0.467
t c=
S 0.234

Dimana:

n = koefisien kekasaran (Tabel 4)

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

9 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id
Pada prinsipnya waktu konsentrasi ini dapat dibedakan atas 2 bagian, yaitu :

 Waktu pemasukan (
tℓ ) yaitu waktu yang diperlukan air hujan untuk mengalir dari

titik jatuhnya ke sistem drainase (sungai/saluran) terdekat. Besarnya

tℓ
dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti topografi, kondisi tanah permukaan, ukuran
dan konfigurasi daerah tangkapan dll. Ada beberapa pendekatan yang dilakukan

untuk memprediksi besaran

tℓ , antara lain adalah sbb.:

0,167
2 nd 
 x 3,28 x L x 
tℓ = 
3 S

dimana :

tℓ = waktu pemasukan (menit)

L = jarak dari titik jatuh hujan ke drainase (m)

S = kemiringan lahan daerah tangkapan hujan.

nd = koefisien hambatan/retardasi (lihat tabel 7.2) mendekati n Manning

Formulasi tersebut diatas memiliki jangkauan yang terbatas, biasanya cukup akurat
untuk intensitas curah hujan sekitar 500 m/jam.

 Waktu pengaliran (ts) yaitu waktu yang dibutuhkan air hujan dari titik jatuhnya disungai
ketitik kontrol. Waktu pengaliran dapat diperoleh dari pendekatan dengan membagi
panjang upstream maksimum dari saluran drainase atau selokan tepi dengan kecepatan
rata-rata pada saluran tersebut. Kecepatan rata-rata dapat diperoleh dari pengukuran
langsung di lapangan atau dengan menggunakan metoda analisis (Chezy, Strickler,
Manning dll). Sebagai contoh dibawah ini disajikan metoda analisis kecepatan cara
Manning yaitu:
1
V = n R2/3 I1/2

dimana :

V = kecepatan rata-rata aliran (m/det)

R = A/P jari-jari hidraulis saluran/sungai (m)

A = luas penampang basah saluran/sungai (m2)

P = panjang keliling basah saluran/sungai (m)

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

10 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id
 i = kemiringan enerji air

n = koefisien kekasaran manning (tak berdimensi, lihat Tabel 4)

Tabel 4 Koefisien Retardasi dari beberapa Bahan Ground Cover (n)

Kondisi Ground Cover nd

Cement Concrete and asphalt concrete 0.013

Smooth and imprevious surface 0.02

Smooth and tight surface 0.10

Poor grassland, cultivated land, and bare lot with a suitable surface roughness 0.20

Meadow land and ordinary grassland 0.40

Deciduous forest land 0.60

Coniferous forest land, and dense deciduous forest land with dese or spares undergress 0.80

Tabel 7. 1. Koefisien kekasaran

Tata Guna Tanah (Land Use) Koef. Kekasaran

Unlined :  earth 0.02 - 0.025
 sand and gravel 0.025 - 0.04
 bed rock 0.025 - 0.035

Cast in place :  cement aortar 0.01 - 0.013

 concret 0.013 - 0.018
 rubbles a wetaorter masonry 0.015 - 0.03
0.025 - 0.035
 rubbles a dryaouter masonry
Precast : 0.011 - 0.014
 centrifugal reinforce concrete pipe
0.012 - 0.016
 concrete pipe 0.016 - 0.025
 corrugate pipe

Dengan demikian, waktu pengaliran ts dapat didekati dengan formulasi :

ts = L / V

dimana :

ts = waktu pengaliran (det)

L = panjang saluran/sungai (m)

V = kecepatan aliran (m/det)

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

11 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id
4 DAFTAR PUSTAKA

Triatmodjo, B. (2006). Hidrologi Terapan. Yogyakarta: Beta Offset.

2016 Rekayasa Hidrologi Pusat Bahan Ajar dan eLearning

12 Gneis Setia Graha, ST., MT. http://www.mercubuana.ac.id