PEMBUATAN LENGKUNG ALIRAN

PEMBUATAN LENGKUNG ALIRAN

       I.            TUJUAN

Menetapkan persamaan garis hubungan antara tinggi muka air dengan debit aliran.

    II.            DASAR TEORI

Metode Pembuatan Lengkung Aliran (Discharge Rating Curve)

Lengkung aliran merupakan gambaran dari sifat fisik hidraulis dari lokasi penampang sungai, biasanya gambaran tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut :

Q = A’ X V

Q = Debit, (m3/det)

A’ = Luas penampang basah (m2)

V = Kecepatan aliran rata-rata (m/dt)

Apabila penampang sungainya teratur dan stabil, maka baik (A’) maupun (V) merupakan fungsi dari nilai tinggi muka air (H). Semua titik dengan koordinat-koordinat (H,Q) pada grafik arithmatik akan merupakan garis lengkung.

Di bawah ini akan dicoba mengemukakan dua metode pembuatan lengkung aliran, yaitu metode :

- Metode Analitik

- Metode Logaritmik.

Metode Logaritmik

Q = a ( H - Ho ) b

dimana :

Q = debit

H = tinggi muka air

H0 = tinggi muka air pada aliran nol ( saat Q = 0 )

a dan b konstanta.

Data titik aliran nol ( H0 ), berguna untuk menentukan arah lengkung aliran pada tinggi muka air rendah.

Cara yang baik untuk menentukan nilai H0 adalah dengan cara mengukur langsung pada lokasi penampang sungai yang bersangkutan. Nilai H0 dapat juga diperkirakan dengan menggunakan persamaan :

Nilai H1 dan H3 ditentukan berdasarkan nilai Q1 dan Q3 yang dipilih dari grafik, sedang nilai H2 adalah tinggi muka air pada nilai debit sama dengan Q2 dengan syarat :

Cara menentukan Ho juga dapat menggunakan metode grafis.

Untuk mencari a dan b dapat dibantu oleh tabel dan dua buah persamaan di bawah ini

Metode Analitik

               Dengan metode ini penentuan lengkung aliran ditentukan dengan cara kwadrat terkecil (least square), pada cara ini diusahakan agar jumlah kwadrat penyimpangan harga debit hasil pengukuran aliran terhadap debit lengkung aliran, menjadi minimum (terkecil). Biasanya dapat dirumuskan sebagai berikut:

               Dimana : nilai (A); (B) dan (C) adalah suatu bilangan, yang dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :

 III.            ALAT DAN BAHAN

1.      Alat tulis

2.      Kertas millimeter

3.      Kalkulator

 IV.            CARA KERJA

1.      Data tinggi muka air dan debit dalam tabel digambar dalam kertas milimeter, sumbu y untuk data tinggi muka air dan sumbu x untuk data debit.

2.      Lengkung aliran dapat ditarik dengan garis lengkung dengan tangan atau dicari bentuk persamaannya dengan rumus :

Q = a (H-Ho)^b , dimana           :

Q         = debit aliran (m³/s)

H         = tinggi muka air yang dibaca (m)

Ho       = tinggi muka air pada debit nol

Ho dapat bernilai positif atau negative bisa pula nol.

    V.            HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

Tabel Perhitungan Lengkung Aliran

No	Q	H(m)	(H-Ho); Ho=-0,034	Log Q=y	Log(H-Ho)=x	xy	x2
1	0,07135	0,05	0,084	-1,15	-1,08	1,23	1,16
2	0,07274	0,05	0,084	-1,14	-1,08	1,22	1,16
3	0,06977	0,05	0,084	-1,16	-1,08	1,24	1,16
4	0,12725	0,07	0,104	-0,90	-0,98	0,88	0,97
5	0,13241	0,075	0,109	-0,88	-0,96	0,85	0,93
6	0,08917	0,055	0,089	-1,05	-1,05	1,10	1,10
7	0,08697	0,055	0,089	-1,06	-1,05	1,11	1,10
8	0,09042	0,06	0,094	-1,04	-1,03	1,07	1,05
9	0,06358	0,045	0,079	-1,20	-1,10	1,32	1,22
10	0,08474	0,06	0,094	-1,07	-1,03	1,10	1,05
11	0,07432	0,05	0,084	-1,13	-1,08	1,21	1,16
12	0,08828	0,06	0,094	-1,05	-1,03	1,08	1,05
13	0,12499	0,07	0,104	-0,90	-0,98	0,89	0,97
14	0,09907	0,06	0,094	-1,00	-1,03	1,03	1,05
15	0,07771	0,05	0,084	-1,11	-1,08	1,19	1,16
16	0,07274	0,05	0,084	-1,14	-1,08	1,22	1,16
17	0,07116	0,05	0,084	-1,15	-1,08	1,23	1,16
18	0,22142	0,1	0,134	-0,65	-0,87	0,57	0,76
19	0,26464	0,12	0,154	-0,58	-0,81	0,47	0,66
20	0,24302	0,11	0,144	-0,61	-0,84	0,52	0,71
21	0,22142	0,1	0,134	-0,65	-0,87	0,57	0,76
22	0,17662	0,09	0,124	-0,75	-0,91	0,68	0,82
23	0,14093	0,08	0,114	-0,85	-0,94	0,80	0,89
24	0,08133	0,05	0,084	-1,09	-1,08	1,17	1,16
25	0,06088	0,045	0,079	-1,22	-1,10	1,34	1,22
26	0,06327	0,045	0,079	-1,20	-1,10	1,32	1,22
27	0,0864	0,06	0,094	-1,06	-1,03	1,09	1,05
28	0,07293	0,05	0,084	-1,14	-1,08	1,22	1,16
29	0,12733	0,08	0,114	-0,90	-0,94	0,84	0,89
30	0,12438	0,07	0,104	-0,91	-0,98	0,89	0,97
JUMLAH				-29,73	-30,33	30,50	30,86

PERHITUNGAN

Ho     =            H₁H₃-H₂² 

            H₁+H₃-2H₂

             =            7x 8,3 – 7,6²

            7 + 8,3 - 2 x 7,6

          =            0,34

            0,1

          = 3,4 cm

          = 0,034 m

Persamaan       :

∑y – m log a – b ∑x                            = 0

∑xy - ∑x log a – b ∑x²                               = 0

{-29,73 – 30 log a + 30,33 b               = 0       }          x 30,33

{30,50 + 30,33 log a – 30,86 b           = 0       }          x 30

-901,7109        -           909,9  log a     + 919,9089 b               = 0

915                 +          909,9  log a     - 925,8 b                      = 0   _

13,2891           +          0                      - 5,8911 b                    = 0

5,8911 b                                                                                  = 13,2891

b                                                                                              = 2,3

dari salah satu persamaan

30,50 + 30,33 log a – 30,86 b             = 0

30,50 + 30,33 log a – (30,86 x 2,3)     = 0

30,50 + 30,33 log a  - 69,61                = 0 

30,33 log a                                          = 39,11

Log a                                                               = 1,29

a                                                          = 19,5

jadi    a = 19,5

          b = 2,3

Q       = a (H-Ho)^b

          = 19,5 (H+0,034)^2,3

 VI.            PEMBAHASAN

Lengkung aliran debit (Discharge Rating Curve), adalah kurva yang menunjukkan hubungan antara tinggi muka air dan debit pada lokasi penampang sungai tertentu. Debit sungai adalah volume air yang melalui penampang basah sungai dalam satuan waktu tertentu, biasanya dinyatakan dalam satuan m3/detik atau l/detik.

Lengkung aliran dibuat berdasarkan data pengukuran aliran yang dilaksanakan pada muka air dan waktu yang berbeda-beda. Kemudian data pengukuranan aliran tersebut digambarkan pada kertas arithmatik atau kertas logaritmik, tergantung pada kondisi lokasi yang bersangkutan. Tinggi muka air digambarkan pada sumbu vertikal sedang debit sumbu horizontal. Pada praktikum kali ini data diperoleh dari hasil pengukuran seorang peneliti di catchment Hutan Alam di salah satu HPH di Kalimantan Tengah dengan metode area velocity method. Velocity method pada prinsipnya adalah pengukuran luas penampang basah dan kecepatan aliran. Penampang basah (A) diperoleh dengan pengukuran lebar permukaan air dan pengukuran kedalaman dengan tongkat pengukur atau kabel pengukur. Kecepatan aliran dapat diukur dengan metode : metode current-meter dan metode apung. Current meter adalah alat untuk mengukur kecepatan aliran (kecepatan arus). Ada dua tipe current meter yaitu tipe baling-baling (proppeler type) dan tipe canting (cup type). Oleh karena distribusi kecepatan aliran di sungai tidak sama baik arah vertikal maupun horisontal, maka pengukuran kecepatan aliran dengan alat ini tidak cukup pada satu titik.

Untuk mendapatkan hasil yang benar dan sesuai dengan kondisi lapangan diperlukan data antara lain sebagai berikut:

1. Data debit hasil pengukuran aliran, data ini harus cukup, minimal 30 data tersedia dari saat muka air rendah sampai muka air banjir, dan dapat dipercaya kebenarannya.
2. Data muka air pada saat pengukuran aliran diadakan, data muka air rendah untuk menentukan besarnya debit terkecil, data muka air tertinggi, baik aliran tersebut tertampung pada penampang sungai ataupun aliran melimpas, berguna untuk menentukan debit terbesar.
3. Data titik aliran nol (zero flow), berguna untuk menentukan arah lengkung aliran pada muka air rendah pada periode waktu tertentu.
4. Data penampang sungai, berguna untuk menentukan arah dan bentuk dari lengkung aliran, serta berguna untuk memperkirakan debit banjir bila belum dilakukan pengukuran aliran pada saat banjir.
5. Informasi tentang stabilitas dan materi dasar penampang sungai, serta sifat dari bentuk morfologis sungai.
6. Sifat aliran, seperti informasi tentang kemiringan muka air, kecepatan aliran, penyebaran arah aliran, sifat kenaikan dan penurunan muka air pada saat banjir dan sebagainya.

Dari data yang seharusnya, data penampang sungai, informasi tentang stabilitas dan materi dasar penampang, serta sifat aliran tidak diketahui.

Pada praktikum kali ini disediakan 30 data tinggi muka air (TMA) dan debit aliran. Dari data tinggi muka air dan debit aliran, dapat dilakukan analisis untuk menentukan Ho atau tinggi muka air saat debit aliran sama dengan nol m3/s. Ada dua cara untuk menentukan Ho, yaitu secara grafik dan perhitungan matematis. Nilai Ho dengan menggunakan cara grafis diperoleh nilai sebesar 0,032 meter sedangkan dengan cara matematis diperoleh nilai sebesar - 0,034 meter. Perbedaan nilai Ho dari kedua cara bisa dikarenakan beberapa kemungkinan, antara lain     :

1.      Pembuatan grafik yang bersifat subyektif

2.      Penarikan garis lengkung yang tidak mewakili.

3.      Kesalahan praktikan dalam membuat perpanjangan grafik.

Dalam perhitungan kali ini nilai Ho yang digunakan adalah nilai yang berasal dari cara matematis karena dianggap lebih akurat walaupun pada kenyataannya dalam penentuan Q1,H1, dan Q3,H3 tetap bergantung pada pembuatan grafik (yang subyektif). Sebenarnya, cara yang baik untuk menentukan Ho adalah dengan cara mengukur langsung pada lokasi penampang sungai yang bersangkutan (Astuti dan Hatma, 2011)

Ho bernilai – 0,034 meter menunjukkan bahwa pada saat debit air mencapai 0 m3/s, tinggi muka airnya sebesar-  0,034 meter dan mengindikasikan bahwa sungai yang diukur langsung oleh peneliti di Catchment Hutan Alam di salah satu HPH di Kalimantan tengah ini tergolong sungai intermittent river, yaitu sungai yang mengalir selama musim hujan dan tidak mengalir selama musim kering (kecuali bila ada hujan) karena muka air tanah akan turun pada musim kering. Sungai ini ditemukan di daerah dengan curah hujan terbatas atau sangat bervariasi, atau dapat terjadi karena kondisi geologi,  seperti memiliki dasar sungai yang sangat permeable. Sedangkan Ho  yang bernilai positif mengindikasikan bahwa sungai tersebut tergolong sungai parrenial river yaitu sungai yang mengalir sepanjang tahun. (Harto, 1983).

Data titik aliran nol (Ho) berguna untuk menentukan arah lengkung aliran pada tinggi muka air terendah atau dengan kata lain Ho dapat digunakan untuk menggolongkan sungai berdasarkan kontinuitas alirannya.

Persamaan rating curve yang diperoleh setelah dilakukan perhitungan diketauhi a = 19,5 dan b = 2,3 sadalah Q = 19,5 (H+0,034)^{2,3 ,} Persamaan ini merupakan hasil dari metode pembuatan lengkung aliran berdasarkan metode logaritmik. Metode ini digunakan untuk sungai-sungai yang relative kecil yaitu ordo 1 dan ordo dua (Astuti, 2001).

Dengan mengetahui persamaan lengkung aliran suatu sungai kita dapat mengetahui besarnya debit sungai di lokasi dan tinggi muka air pada periode waktu tertentu tapi data ini hanya berlaku pada SPAS yang bersangkutan dimana data diambil. Selain itu, persamaan lengkung aliran juga dapat digunakan untuk mengetahui adanya perubahan sifat fisik dan sifat hidraulis dari lokasi penampang sungai yang bersangkutan.

. Akan tetapi, persamaan tersebut menjadi tidak berlaku (lengkung aliran berubah) ketika terjadi perubahan pada sungai, antara lain perubahan bentuk penampang sungai sebagai akibat dari adanya sedimentasi dan penggerusan yang sampai mempengaruhi debit aliran dan tinggi muka air sungai sehingga Ho ikut berubah. Selain faktor diatas, perubahan lebar penampang sungai, kecepatan aliran dan kemiringan aliran oleh adanya aliran balik (back water) juga ikut mempengaruhi (Astuti dan Hatma, 2011).

Jadi, dengan mengetahui persamaan lengkung aliran yang secara otomatis kita dapat mengetahui debit alirannya, sehingga kita dapat memperkirakan terjadinya kekeringan atau kebanjiran pada SPAS tersebut.

VII.            KESIMPULAN

1.      Lengkung aliran debit (Discharge Rating Curve), adalah kurva yang menunjukkan hubungan antara tinggi muka air dan debit pada lokasi penampang sungai tertentu.

2.      Persamaan lengkung aliran pada Catchment Hutan Alam di salah satu HPH di Kalimatan Tengan yaitu Q            = 19,5 (H+0,034)^2,3

VIII.            DAFTAR PUSTAKA

Anonim.2011.Buku Petunjuk Praktikum Hidrologi Hutan.Yogyakarta: Fakultas Kehutanan UGM

Astuti,Sri.Hatma Suryatmojo.2011.Hidrologi Hutan. Yogyakarta : Fakultas Kehutanan UGM

Harto,Sri. 1983. Hidrologi Terapan. Yogyakarta : Biro Penerbit keluarga Mahasiswa Teknik sipil Universitas Gadjah Mada.

www.google.com/mayong.staff.ugm.ac.id/ hidrologi , 14 Mei 2011,19.30