bab ii landasan teori

99 Pages·2012·2.14 MB·English

BAB II  LANDASAN TEORI 
1

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Uraian Umum
Bendung merupakan bangunan air, dimana dalam perencanaan dan pelaksanaannya
melibatkan berbagai disiplin ilmu yang mendukung, seperti ilmu hidrologi, irigasi, teknik
sungai, pondasi, mekanika tanah, dan ilmu teknik lingkungan untuk menganalisis dampak
lingkungan akibat pembangunan bendung tersebut.
Untuk menunjang proses perencanaan bendung maka berbagai teori dan rumus-rumus
dari berbagai studi pustaka sangat diperlukan, terutama ketika pengolahan data maupun
desain rencana bangunan air.
2.2 Analisis Hidrologi
Data hidrologi adalah kumpulan keterangan atau fakta mengenai fenomena hidrologi
(hydrologic phenomena), seperti besarnya: curah hujan, temperatur, penguapan, lamanya
penyinaran matahari, kecepatan angin, debit sungai, tinggi muka air sungai, kecepatan
aliran, konsentrasi sedimen sungai akan selalu berubah terhadap waktu.
Data hidrologi dianalisis untuk membuat keputusan dan menarik kesimpulan
mengenai fenomena hidrologi berdasarkan sebagian data hidrologi yang dikumpulkan.
Untuk perencanaan bendung analisis hidrologi yang terpenting yaitu dalam menentukan
debit banjir rencana dan debit andalan.
Adapun langkah-langkah dalam analisis debit tersebut adalah sebagai berikut :
a. Menentukan Daerah Aliran Sungai (DAS) beserta luasnya.
b. Menentukan luas pengaruh daerah stasiun-stasiun penakar hujan.
c. Menentukan curah hujan maksimum tiap tahunnya dari data curah hujan yang ada.
d. Menganalisis curah hujan rencana dengan periode ulang T tahun.

PERENCANAAN BENDUNG SAPON DI SUNGAI PROGO   TEGUH DWIMENA  L2A 004 121 
KABUPATEN KULON PROGO YOGYAKARTA  TRI HARYADI  L2A 004 126
BAB II  LANDASAN TEORI 
2

e. Menghitung debit banjir rencana berdasarkan besarnya curah hujan rencana di atas pada
periode ulang T tahun.
f. Menghitung debit andalan dimana merupakan debit minimum sungai yang
dipergunakan untuk keperluan irigasi.
g. Menghitung kebutuhan air di sawah yang dibutuhkan untuk tanaman.
h. Menghitung neraca air yang merupakan perbandingan antara debit air yang tersedia
dengan debit air yang dibutuhkan untuk keperluan irigasi.
2.3 Perhitungan Debit Banjir Rencana
2.3.1 Uraian Umum Mengenai Banjir Rencana
Pemilihan banjir rencana untuk bangunan air adalah suatu masalah yang sangat
bergantung pada analisis statistik dari urutan kejadian banjir baik berupa debit air di sungai
maupun hujan. Dalam pemilihan suatu teknik analisis penentuan banjir rencana tergantung
dari data-data yang tersedia dan macam dari bangunan air yang akan dibangun.
2.3.2 Curah Hujan Daerah
Untuk memperoleh data curah hujan, maka diperlukan alat untuk mengukurnya yaitu
penakar hujan dan pencatat hujan. Dalam perencanaan bendung Sapon ini data curah hujan
diperoleh dari stasiun-stasiun sekitar lokasi bendung dimana stasiun hujan tersebut masuk
dalam DAS.
2.3.3 Daerah Aliran Sungai (DAS)
Daerah aliran sungai ditentukan berdasarkan topografi daerah tersebut, dimana daerah
aliran sungai adalah daerah yang dibatasi oleh punggung-punggung bukit di antara dua
buah sungai sampai ke sungai yang ditinjau. Pada peta topografi dapat ditentukan cara
membuat garis imajiner yang menghubungkan titik yang mempunyai elevasi kontur
tertinggi di sebelah kiri dan kanan sungai yang ditinjau. Untuk menentukan luas daerah
aliran sungai dapat digunakan alat planimeter.

PERENCANAAN BENDUNG SAPON DI SUNGAI PROGO   TEGUH DWIMENA  L2A 004 121 
KABUPATEN KULON PROGO YOGYAKARTA  TRI HARYADI  L2A 004 126
BAB II  LANDASAN TEORI 
3

2.3.4 Analisis Curah Hujan Rencana
Dalam penentuan curah hujan data dari pencatat atau penakar hanya didapatkan curah
hujan di suatu titik tertentu (point rainfall). Untuk mendapatkan harga curah hujan areal
dapat dihitung dengan beberapa metode :
2.3.4.1 Metode Rata-Rata Aljabar
Curah hujan didapatkan dengan mengambil rata-rata hitung (arithmatic mean) dari
penakaran pada penakar hujan areal tersebut. Cara ini digunakan apabila :
1. Daerah tersebut berada pada daerah yang datar
2. Penempatan alat ukur tersebar merata
3. Variasi curah hujan sedikit dari harga tengahnya
Rumus yang digunakan pada perhitungan ini adalah sebagai berikut:
1
R = ( R1+R2+.........+Rn) .................................................................... (2.1)
n
(Hidrologi untuk Pengairan. Ir.Suyono Sosrodarsono dan Kensaku Takeda. hal :27)
dimana :
R = curah hujan maksimum rata-rata (mm)
n = jumlah stasiun pengamatan
R1 = curah hujan pada stasiun pengamatan satu (mm)
R2 = curah hujan pada stasiun pengamatan dua (mm)
Rn = curah hujan pada stasiun pengamatan n (mm)
2.3.4.2 Metode Polygon Thiessen
Cara ini didasarkan atas cara rata-rata timbang, dimana masing-masing stasiun
mempunyai daerah pengaruh yang dibentuk dengan garis-garis sumbu tegak lurus terhadap
garis penghubung antara dua stasiun, dengan planimeter maka dapat dihitung luas daerah
tiap stasiun. Sebagai kontrol maka jumlah luas total harus sama dengan luas yang telah
diketahui terlebih dahulu. Masing-masing luas lalu diambil prosentasenya dengan jumlah

PERENCANAAN BENDUNG SAPON DI SUNGAI PROGO   TEGUH DWIMENA  L2A 004 121 
KABUPATEN KULON PROGO YOGYAKARTA  TRI HARYADI  L2A 004 126
BAB II  LANDASAN TEORI 
4

total 100%. Kemudian harga ini dikalikan dengan curah hujan daerah di stasiun yang
bersangkutan dan setelah dijumlah hasilnya merupakan curah hujan yang dicari.
Hal yang perlu diperhatikan dalam metode ini adalah sebagai berikut :
1. Jumlah stasiun pengamatan minimal tiga buah stasiun.
2. Penambahan stasiun akan mengubah seluruh jaringan
3. Topografi daerah tidak diperhitungkan.
4. Stasiun hujan tidak tersebar merata
Perhitungan menggunakan rumus sebagai berikut:
A .R + A .R +..... + A .R
1 1 2 2 n n
R = ....................................................................... (2.2)
A + A + ...... + A
1 2 n
(Hidrologi untuk Pengairan, Ir.Suyono Sosrodarsono dan Kensaku Takeda, hal :27)
dimana :
R = curah hujan maksimum rata-rata (mm)
R1, R2,.......,Rn = curah hujan pada stasiun 1,2,..........,n (mm)
2
A1, A2, …,An = luas daerah pada polygon 1,2,…...,n (km )

Gambar 2.01 Polygon Thiessen

PERENCANAAN BENDUNG SAPON DI SUNGAI PROGO   TEGUH DWIMENA  L2A 004 121 
KABUPATEN KULON PROGO YOGYAKARTA  TRI HARYADI  L2A 004 126
BAB II  LANDASAN TEORI 
5

2.3.4.3 Metode Isohyet
Pada metode ini, dengan data curah hujan yang ada dibuat garis-garis yang merupakan
daerah yang mempunyai curah hujan yang sama (isohyet), seperti terlihat Gambar 2.2
Kemudian luas bagian di antara isohyet-isohyet yang berdekatan diukur, dan harga
rata-ratanya dihitung sebagai rata-rata timbang dari nilai kontur, kemudian dikalikan
dengan masing-masing luasnya. Hasilnya dijumlahkan dan dibagi dengan luas total daerah
maka akan didapat curah hujan areal yang dicari.
Metode ini ini digunakan dengan ketentuan :
1. Dapat digunakan pada daerah datar maupun pegunungan
2. Jumlah stasiun pengamatan harus banyak
3. Bermanfaat untuk hujan yang sangat singkat
Rumus yang digunakan pada perhitungan ini adalah sebagai berikut:
R + R R + R R + R
1 2 3 4 n n−1
A + A + ................ + A
1 2 n
2 2 2
R = .............................( 2.3 )
A + A + ....... + A
1 2 n
(Hidrologi Teknik, Ir.CD.Soemarto,B.I.E.Dipl.H, hal: 34)
dimana:
R = curah hujan rata-rata (mm)
R1, R2, ......., Rn = curah hujan stasiun 1, 2,....., n (mm)
2
A1, A2, ….. , An = luas bagian yang dibatasi oleh isohyet-isohyet (km )

R1A1 2

4

1 R2A2 3
R4A4 RnAn

R3A3
Batas DAS
n

PERENCANAAN BENDUNG SAPON DI SUNGAI PROGO   TEGUH DWIMENA  L2A 004 121 
KABUPATEN KULON PROGO YOGYAKARTA  TRI HARYADI  L2A 004 126
BAB II  LANDASAN TEORI 
6

Gambar 2.02 Metode Isohyet
2.3.5 Analisis Frekuensi
Dari curah hujan rata-rata dari berbagai stasiun yang ada di daerah aliran sungai,
selanjutnya dianalisis secara statistik untuk mendapatkan pola sebaran data curah hujan
yang sesuai dengan pola sebaran data curah hujan rata-rata.
2.3.5.1 Perhitungan Dispersi
Pada kenyataannya tidak semua varian dari suatu variabel hidrologi terletak atau sama
dengan nilai rata-ratanya. Variasi atau dispersi adalah besarnya derajat dari sebaran varian
di sekitar nilai rata-ratanya. Cara menghitung besarnya dispersi disebut perhitungan
dispersi.
Adapun cara penghitungan dispersi antara lain :
a. Standar Deviasi (S)
Rumus yang digunakan untuk menghitung standar deviasi adalah sebagai berikut:
n
2
∑(X i − X )
i=1
S = ...............................................................................(2.4)
n
(Hidrologi Teknik, Ir.CD.Soemarto,B.I.E.Dipl.H,)
dimana:
S = standar deviasi
Xi = nilai hujan DAS ke i
X = nilai rata-rata hujan DAS
n = jumlah data
b. Koefesien Skewness (CS)

PERENCANAAN BENDUNG SAPON DI SUNGAI PROGO   TEGUH DWIMENA  L2A 004 121 
KABUPATEN KULON PROGO YOGYAKARTA  TRI HARYADI  L2A 004 126
BAB II  LANDASAN TEORI  7

Kemencengan (skewness) adalah suatu nilai yang menunjukan derajat ketidak
simetrisan dari suatu bentuk distribusi yang dihitung dengan rumus sebagai berikut:
n
2
n∑(X i − X )
i=1
CS =
3 ..........................................................................(2.5)
(n −1)(n − 2)S
(Hidrologi Teknik, Ir.CD.Soemarto,B.I.E.Dipl.H,)
dimana:
CS = koefesien skewness
Xi = nilai hujan DAS ke-i
X = nilai rata-rata hujan DAS
n = jumlah data
S = standar deviasi
c. Pengukuran Kurtosis
Pengukuran kurtosis dimaksudkan untuk mengukur keruncingan yang muncul dari
bentuk kurva distribusi, dihitung dengan rumus sebagai berikut:
1 n 4
∑ (X i − X )
n i=1
CK =
4 ........................................................................................(2.6)
S
(Hidrologi Teknik, Ir.CD.Soemarto,B.I.E.Dipl.H,)
dimana:
CK = koefisien kurtosis
Xi = nilai hujan DAS ke-i
X = nilai rata-rata hujan DAS
n = jumlah data
S = standar deviasi
d. Koefisien Variasi (CV)

PERENCANAAN BENDUNG SAPON DI SUNGAI PROGO   TEGUH DWIMENA  L2A 004 121 
KABUPATEN KULON PROGO YOGYAKARTA  TRI HARYADI  L2A 004 126
BAB II  LANDASAN TEORI 
8

Koefisien Variasi adalah nilai perbandingan antara deviasi standar dengan nilai rata-
rata hitung suatu distribusi. Perhitungan koefisien variasi digunakan rumus berikut:
S
C = .............................................................................................. (2.7)
V
X
(Hidrologi Teknik, Ir.CD.Soemarto,B.I.E.Dipl.H,)
dimana:
CV = koefisien variasi
X = nilai rata-rata hujan DAS
Dari nilai-nilai di atas, kemudian dilakukan pemilihan jenis sebaran yaitu dengan
membandingan koefisien distribusi dari metode yang akan digunakan.
2.3.5.2 Pemilihan Jenis Sebaran
Ada berbagai macam distribusi teoritis yang semuanya dapat dibagi menjadi dua yaitu
distribusi diskret dan distribusi kontinyu. Yang termasuk distribusi diskret adalah binomial
dan poisson, sedangkan yang termasuk distribusi kontinyu adalah Normal, Log Normal,
Gama, Beta, Pearson dan Gumbel.
Untuk memilih jenis sebaran, ada beberapa macam distribusi yang sering dipakai
yaitu :
a. Distribusi Normal
Dalam analisis hidrologi distribusi normal sering digunakan untuk menganalisis
frekwensi curah hujan, analisis stastistik dari distribusi curah hujan tahuan, debit rata-rata
tahuan. Rumus yang digunakan dalam perhitungan:
Xt = X + z Sx ….……………………………… (2.8)
Di mana : Xt = curah hujan rencana
X = curah hujan maksimum rata-rata
1 2
Sx = standard deviasi = Σ(X − X )
1
1− n

PERENCANAAN BENDUNG SAPON DI SUNGAI PROGO   TEGUH DWIMENA  L2A 004 121 
KABUPATEN KULON PROGO YOGYAKARTA  TRI HARYADI  L2A 004 126
BAB II  LANDASAN TEORI 
9

z = faktor frekuensi ( Tabel 2.01 )
Tabel 2.01 Faktor Frekuensi Normal
P ( z ) Z P ( z ) Z
0,001 -3,09 0,6 0,24

0,005 -2,58 0,7 0,52
0,01 -2,3 0,8 0,84

0,02 -2,05 0,85 1,04
0,03 -1,8 0,9 1,28
0,04 -1,75 0,95 1,64

0,05 -1,64 0,96 1,75
0,1 -1,28 0,97 1,8
0,15 -1,04 0,98 2,05

0,2 -0,84 0,9 2,3
0,3 -0,52 0,95 2,58

0,4 -0,25 0,9 3,09
0,5 0
(Sumber : CD Soemarto,1999)
Distribusi tipe normal, mempunyai koefisien kemencengan (Coefficient of skewness)
atau CS = 0
b. Distribusi Log Normal
Distribusi Log Normal, merupakan hasil transformasi dari Distribusi Normal, yaitu
dengan mengubah varian X menjadi nilai logaritmik varian X. Distribusi ini dapat
diperoleh juga dari distribusi Log Pearson Tipe III, apabila nilai koefisien kemencengan CS
= 0 .
Rumus yang digunakan dalam perhitungan metode ini adalah sebagai berikut:
Xt = X + Kt . Sx ….……………………………………………… (2.9)
dimana: Xt = Besarnya curah hujan yang mungkin terjadi pada periode ulang T tahun
1 2
Sx = Standar deviasi = Σ(X − X )
1
1− n
X = Curah hujan rata-rata

PERENCANAAN BENDUNG SAPON DI SUNGAI PROGO   TEGUH DWIMENA  L2A 004 121 
KABUPATEN KULON PROGO YOGYAKARTA  TRI HARYADI  L2A 004 126
BAB II  LANDASAN TEORI 
10

Kt = Standar variabel untuk periode ulang tahun (Tabel 2.02)

Tabel 2.02 Standar Variabel ( Kt )
T Kt T Kt T Kt
1 -1,86 20 1,89 96 3,34
2 -0,22 25 2,10 100 3,45
3 0,17 30 2,27 110 3,53
4 0,44 35 2,41 120 3,62
5 0,64 40 2,54 130 3,70
6 0,81 45 2,65 140 3,77
7 0,95 50 2,75 150 3,84
8 1,06 55 2,86 160 3,91
9 1,17 60 2,93 170 3,97
10 1,26 65 3,02 180 4,03
11 1,35 70 3,08 190 5,09
12 1,43 75 3,60 200 4,14
13 1,50 80 3,21 220 4,24
14 1,57 85 3,28 240 4,33
15 1,63 90 3,33 260 4,42
(Sumber : Sri Harto, BR, Dipl, H. Hidrologi Terapan)
Distribusi tipe Log Normal, mempunyai koefisien kemencengan (Coefficient of
3
skewness) atau CS = 3 CV + CV .
8 6 4 2
Syarat lain distribusi sebaran Log Normal CK = CV + 6 CV + 15 CV + 16 CV + 3

PERENCANAAN BENDUNG SAPON DI SUNGAI PROGO   TEGUH DWIMENA  L2A 004 121 
KABUPATEN KULON PROGO YOGYAKARTA  TRI HARYADI  L2A 004 126