hidrologi - SMA MTA Surakarta
advertisement
HIDROLOGI Pertemuan -1 PENGANTAR AIR Air (H2O) menempati lebih dari 70 % permukaan bumi, Air di bumi : sekitar 1,3 – 1,4 milyard km3 97,5 % berupa air laut, 1,75 % berupa es (kutub dan puncak-2 gunung), 0,73 % air tawar (air tanah dan air permukaan), 0,001 % berupa uap air di udara Persebaran : darat, laut, udara Bentuk : cair, gas, padat dengan keseimbangan dinamis, tergantung dari temperatur dan tekanan Tidak berwarna, tidak berbau, dapat berubah bentuk Banyak material dapat terlarut dalam air, oleh sebab itu air merupakan bahan pelarut paling populer KARAKTERISTIK AIR Air merup. suatu komposisi kimia : terdiri atas dua atom , yi dua atom H dan satu atom O H2O. Air terbentuk secara alami terdapat di mana saja dalam satu bentuk atau bentuk yang lain. Air mungkin terdapat dalam bentuk padat, cair maupun gas, dan dapat berubah dari bentuk satu ke bentuk yang laIN Air termasuk sumberdaya pulih (renewable resources) Air mempunyai fungsi sosial, lingkungan hidup, dan ekonomi Pengelolaan air diselenggarakan dan diwujudkan secara selaras. Sumber daya air dikuasai oleh negara dan dipergunakan untuk sebesar-besar kemakmuran rakyat. Negara menjamin hak setiap orang untuk mendapatkan air bagi kebutuhan pokok minimal sehari-hari guna memenuhi kehidupannya yang sehat, bersih, dan produktif. MANFAAT AIR Air sangat bermanfaat bagi manusia. Memenuhi kebutuhan domestik : MCK, makan, minum, menyiram tanaman, dll. Irigasi (pertanian) Industri energi (listrik, penggerak turbin, dll) Transportasi (laut, sungai, danau) Rekreasi Business material KARAKTERISTIK AIR Air juga dapat bersifat merusak karena dpt menimbulkan bencana Banjir di darat maupun Rob di pantai Gelombang besar di laut Kekeringan (kekurangan air) Penyebab longsor lahan Siklus Air awan awan awan Hujan/ presipitasi Hujan/ presipitasi Hujan/ presipitasi intersepsi Evapotranspirasi Aliran permukaan/ Run off Aliran bawah permukaan/ sub surface flow Evaporasi infiltrasi perkolasi Laut Sumberdaya air Sumberdaya air adalah kemampuan dan kapasitas potensi air yang dapat dimanfaatkan oleh kegiatan manusia untuk kegiatan sosial ekonomi. Jenis sumber air yang umum dimanfaatkan oleh masyarakat : air laut, air hujan, air tanah, dan air permukaan. Dari keempat jenis air tersebut, sejauh ini air permukaan merupakan sumber air tawar yang terbesar digunakan oleh masyarakat. Air permukaan yang umum dijumpai : air sungai, danau, dan waduk buatan Karakteristik SD Air Dapat mencakup beberapa wilayah administratif (cross-administrative boundary) dikarenakan oleh faktor topografi dan geologi Dipergunakan oleh berbagai pemangku kepentingan (multi-stakeholders) Bersifat sumberdaya mengalir (flowing/dynamic resources) Dipergunakan baik oleh generasi sekarang maupun generasi mendatang (antar generasi). Merupakan bagian siklus alam (daur hidrologi) kaberadaannya yang semakin langka (scarcity), maka air perlu dipandang sebagai barang ekonomis (economic Kuantitas dan kualitas air Kuantitas dan kualitas air amat bergantung pada tingkat pengelolaan sumber daya air masing-masing daerah, keragaman penggunaan air yang bervariasi – pertanian, air baku domestik dan industri, pembangkit tenaga listrik, perikanan, dan pemeliharaan lingkungan – selain iklim, musim (waktu) serta sifat ragawi alam (topografi dan geologi) dan kondisi demografi (jumlah dan penyebaran) serta apresiasi (persepsi) tentang air. Kebijaksanaan Pengelolaan Sumberdaya air Nasional holistik, terencana, dan berkelanjutan terdesentralisasi dengan berdasar atas daerah pengaliran sungai (DPS) prinsip partisipasi dengan melibatkan masyarakat dalam pengambilan keputusan dalam seluruh aspek kegiatan (perencanaan, pelaksanaan, pengawasan, pengendalian dan pembiayaan) diprioritaskan pada sungai-sungai strategis bagi perkembangan ekonomi, kesatuan, dan ketahanan nasional NERACA AIR Air di bumi mengikuti suatu sistem : Masukan Proses Keluaran Neraca air suatu danau atau reservoir. Perolehan = Kehilangan Qi + Qg + P + S = Qo + Sq + Eo Dimana : Qi = masukan air Qg = masukan air di bawah permukaan tanah P = presipitasi S = perubahan cadangan Qo = keluaran air Sq = perembesan Eo = evaporasi air permukaan bebas Neraca air suatu kolom tanah Qsi + Qi + C + P + S = Qso + Qo + FR + E Dimana : Qsi Qi C P S Qso Qo FR E = masukan air limpasan permukaan = debit air tanah = air kapiler = presipitasi = perubahan pada lengas tanah = keluaran air limpasan permukaan = keluaran air di bawah permukaan tanah = perkolasi = evaporasi tanah Evaporasi vs Transpirasi Evaporasi = proses pertukaran molekul air di permukaan menjadi molekul uap air di atmosfer melalui kekuatan panas Faktor-faktor yang mempengaruhi: - faktor-faktor meteorologis - jenis permukaan tanah Transpirasi = proses penguapan pada tumbuh-tumbuhan, lewat sel-sel stomata Faktor-faktor yang mempengaruhi: - faktor-faktor meteorologis, terutama sinar matahari - jenis tumbuhan - jenis tanah Evaporasi Penuk peguapan air dari permukaan air, tanah dan bentuk permukaan bukan vegetasi lainnya oleh proses fisika Dua unsur utama : Energi (radiasi matahari) sebagian gelombang dirubah menjadi panasmenghangatkan udara sekitartenaga mekanikperputaran udara dan uap air Ketersediaan airtidak hanya air yang ada akan tetapi persediaan air yang siap untuk evaporasi Faktor-faktor penentu Evaporasi Panas perubahan bentuk cair dan gasshortwave radiation lebih berpengaruh (ketinggian tempat dan musim)longwave hanya menambah panas yangdihasilkan oleh shortwave Suhu udara, permukaan bidang penguapan (air, vegetasi, dan tanah) Kapasitas kadar airtinggi rendahnya suhu di tempat itu Proses tergantung pada Dpv (Saturated vapour preseeure deficit) di udara atau jumlah uap air yang dapat diserap oleh udara sebelum udara tersebut menjadi jenuh Evaporasi banyak terjadi di pedalaman dibanding di Pantai karena udara sudah lembab Kecepatan angin diatas bidang penguapan Sifat bidang penguapan Kasar memperlambat garak angin turbulenmemperbesar evaporasi Pengukuran Evaporasi Diukur dari permukaan badan air : membandingkan jumlah air yang diukur antara dua waktu yang berbeda Evaporasi waduk atau danau yang berurutan : E0 = I – O - S I = masukan air ke waduk ditambah curah hujan yang langsung jatuh pada waduk O = keluaran dari waduk ditambah bocoran air dalam tanah S = perubahan kapasitas tampung waduk E0 (mm/hari) = C (eo -ea) C = (0.44+0.073 u)*(1.465-0,00073p) U = kecepatan angin rata-rata (km/jam) diukur pada ketinggian 0,5 m diatas permukaan tanah eo = tekanan uap air pada permukaan air yang merupakan fungsi suhu ea = tekanan uap air di permukaan air C = angka tetapan yang dihitung dengan persamaan (Rohwer, 1931) P = tekanan atmosfer (mmHg) Untuk angka evaporasi waduk maka E0 dikalikan angka tetap 0,77 Nilai C : Kolam C = 15 + 0,93 u Danau dan waduk kecil C = 11 + 0,68 u Evaporasi : pendekatan neraca energi Qs-QTS-Qlw-Qh-Qe+Qv- Qve = Qc Qs = Radiasi matahari datang QTS = Radiasi matahari terefleksi Qlw = Radiasi gelombang panjang bersih dari permukaan badan air ke udara bebas Qh = Pindahan energi dari badan air ke atmosfer dalam bentuk panas-tampak (sensible heat) Qe = Energi yang digunakan untuk proses evaporasi Qv = Energi adveksi bersih yang masuk ke badan air akibat aliran air Qve = Energi adveksi keluar dari badan air karena proses evaporasi Qc = Energi tersimpan dalam badan air Satuan dalam kalori/cm2 (langleys) Variabel pindah panas-tampak tidak diukur langsung tercakup dalam nisbah Bowen (Bowen’s ratio, R) R =Qh/ Qe=0,00061 P (Ts-Ta)/(es-ea) P = Tekanan udara (mb) TS = Suhu permukaan badan air (C) Ta = Suhu udara (C) es = Tek. Uap air permukaan badan air, es=f (Ta) (mb) ea = Tek. Uap air permukaan udara, ea=es x Rh (mb) Rh = Kelembaban relatif udara (%) Besarnya tek.uap air tergantung suhu pada badan air Tek.uap air di udara dapat diukur dengan sling psychrometer Energi yang dipindahkan dari badan air proses evaporasi yang berlangsung di permukaan badan air dihitung : Qve = Qe c (Ts-Tb)/L c = Angka panas air (kal/mg/C) Tb = Suhu dasar yang ditentukan (0C) L = Panas-tak tampak (590 kal/mg) Persamaan sebelumnya dapat diturunkan sebagai berikut Hubungan antara Qe dengan kedalaman evaporasi dari badan air (Eo) dapat ditunjukkan pada persamaan : p = Kerapatan air (mg/cm3) Sehingga persamaan menjadi pengukuran Qv dan Qc = Dievaluasi dengan cara mengukur suhu dan volume air yang keluar dan masuk kedalam waduk Ts = Suhu permukaan waduk Ta = Suhu udara, tekanan udara (p) dan tekanan uap air atmosfir (ea) Qs = Radiasi matahari datang dapat diukur secara langsung dengan alat pyrheliometer jarang ditemukan di stasiun metereologi Black dalam Chang (1986) Sinar gelombang panjang dari bumi ke atmosfersebag besar diserap oleh uap, awan dan CO2 di atmosferdipantulkan kembali ke permukaan bumi sebagai radiasi atmosfer. H2O dan CO2 diradiasikan kembali dalam bentuk gel yg lbh panjang. Faktor berpengaruh : profil suhu udara, kadar uap air, tutupan awan di atmosfer Krn sulit dihitung maka didekati dengam Qlw Persamaan panjang gelombang bersih Brunt (Anderson, 1954) σ = Tetapan Stefan-Baltzman (1,17 x 10-1 kal/cm2/˚K4/hari Ts = Suhu permukaan (˚K) T2 = Suhu udara pada ketinggian 2m di atas bidang kajian (˚K) e2 = Tekanan uap air pada ketinggian 2m di atas bidang kajian (mb) c,d = Angka tetapan epiris, ebrvariasi tergantung letak geografis C = Angka tetapan awan a = Angka tetapan, tergantung pada tipe awan. Awan rendah =0,9 ; awan sedang = 0,6 dan awan tinggi = 0,2 Jika data ketinggian awan tidak tersedia maka (1-aC) diganti dengan (0,10+0,90 n/N) n = lama penyinaran matahari (jam) dan N lama penyinaran matahari maksimal (jam) Radiasi panjang gelombang bersih yang tidak menjadi bagian dari radiasi matahari datang dan tidak diradiasikan kembali ke atmosfer : Transpirasi Transpirasi adalah suatu proses ketika air diuapkan ke udara dari permukaan daun/tajuk vegetasi Laju transpirasi ditentukan: Radiasi matahari Membuka dan menutupnya pori-pori kedudukan daun dan cabang, ketersediaan air, tanaman meranggas Faktor-faktor penentu Transpirasi Faktornya hampir sama dengan evaporasi: Radiasi matahari Suhu Kecepatan angin Gradien tekanan udara Karakteristik dan kerapatan vegetasi seperti struktur tajuk, perilaku pori-pori daun, kekasaran permukaan vegetasi Transpirasi di hutan lebih besar dibanding di padang rumput Keakaran vegetasi akan berpengaruh jika cadangan air tanah menyusut Pengukuran Transpirasi T = Transpirasi (cm/th) Pg = Curah hujan (cm/th) R = Air larian (cm/th) It = Total intersepsi (cm/th) S = Perubahan kapasitas tampung air tanah S = umumnya diabaikan,keseimbangan air tersebut dipengaruhi akan ditentukan Evapotranspirasi Jumlah air total yang dikembalikan lagi ke atmosfer dari permukaan tanah, badan air, dan vegetasi oleh adanya pengaruh faktor-foktor iklim dan fisiologis vegetasi Gabungan antara evaporasi, intersepsi, dan transpirasi T = Transpirasi vegetasi It = Intersepsi total Es = Evaporasi dari tanah, batuan dan jenis permukaan tanah lainnya Eo = Evaporasi permukaan badan air seperti sungai, danau, dan waduk S = Perubahan kapasitas tampung air tanah Untuk tegakan hutan, Eo dan Es biasanya diabaikan ET = T+It untuk tegakkan hutan, bila unsur vegetasi dihilangkan, ET= ES Faktor-faktor Evapotranspirasi Evapotranspirasi/Evaporasi Total = peristiwa evaporasi dan transpirasi yang terjadi bersama-sama Evapotranspirasi potensial (potential evaporation, PET) = evaporasi yang terjadi, apabila tersedia cukup air (dari presipitasi atau irigasi) untuk memenuhi pertumbuhan optimum dipengaruhi faktor2 metereologi radiasi matahari dan suhu Evapotranspirasi sesungguhnya (Actual evapotranspiration, AET) = evapotranspirasi yang terjadi sesungguhnya, dengan kondisi pemberian air seadanya dipengaruhi oleh faktor fisiologi tanaman dan unsur tanah Consumptive use = air yang diperlukan tumbuhtumbuhan untuk pertumbuhan sel-selnya Perkiraan Evaporasi Perkiraan evaporasi berdasarkan pan evaporasi………… (1) Evaporasiperm. Air bebas = Cpan x Evaporasipan Penguapan dari evaporasi pan biasanya lebih besar dari evaporasi sebenarnya, karena: luas permukaan sempit gel. dan turbulensi udara kecil kemampuan menyimpan panas berbeda antara pan dan danau terjadinya pertukaran panas antara pan dgn tanah, udara, air sekitar pengaruh panas, kelembaban, angin akan berbeda bagi perm. kecil dgn perm. besar atmometer, lysimeter, phytometer Evaporation pan = 1.21 m = 4” H = 25.4 cm = 10” Lysimeter….1 2 type lysimeter Tipe drainage (Drainage type) Tipe timbang (Spring-balance weighing type) Metode Thornthwaite Memanfaatkan suhu udara sebagai indeks ketersediaan energi panas Ta = Suhu rata-rata bulanan (C) I = Indeks panas tahunan Metoda Blaney-Criddle Memperkirakan besarnya evapotranspirasi potensial (PET) pada awalnya dikembangkan untuk memperkirakan besarnya konsumsi air irigasi di Amerika Serikat (Dunne dan Leopold, 1978) Besaran suhu dan sepanjang hari (lamanya waktu penyinaran matahari) PET = Evapotranspirasi potensial (cm/bln) Ta = Suhu rata-rata (C) apabila Ta <3C maka angka konstan 0,142 harus diganti dengan 1,38 k = Faktor pertanaman empiris, bervariasi menurut tipe pertanaman serta tahap pertumbuhan tanaman tahunan, angka koefisien disajikan secara bulanan, untuk angka koef tanaman musiman dinyatakan dalam persentase menurut musim pertumbuhan d = Fraksi lama penyinaran matahari per bulan dalam waktu satu tahun Angka faktor pertamananan meningkat sejalan dengan pertambahan ketinggian vegetasi, untuk memperkirakan besarnya air yang diperlukan suatu vegetasi selama pertumbuhannya (Blaney-Criddle) K = Koefisien pertanaman selama periode pertumbuhan n = Jumlah bulan selama masa pertumbuhan Tai = Suhu udara (C) di = Fraksi lama penyinaran matahari setiap bulan dalam waktu satu tahun, Metoda Penman Dikembangkan untuk menentukan besarnya evaporasi dari permukaan air terbuka Digunakan untuk menentukan besarnya evapotranspirasi potensial (PET) Perhitungan besarnya evaporasi dari permukaan vegetasi jenuh air dapat ditentukan tanpa harus mengukur suhu pada permukaan bidang penguapan s = Laju perubahan tekanan uap jenuh dan merupakan fungsi dari suhu (PaC) A = Energi yang tersedia (Rn-GRn) Ec = Laju evaporasi tajuk dalam kondisi jenuh (PET) (mm/s) = Kerapatan udara (kg/m3) Cp = Specific heat of air pada tekanan udara konstan, (dalam hal ini adalah 1010 J/Kg/C) es(T) = Tekanan uap air jenuh pada suhu atmosfer suhu (PaC) ea = Tekanan uap airatmosfer (PaC) = Latent heat of vaporation (J/Kg) = Tahanan psikrometik (Pa/C) ra = Aerodynamic transfer resistance (s/m) rs = Resistensi stomata (s/m) Analisis Neraca Kelembaban Tanah (soil moisture budget analysis) Memanfaatkan perangkat komputer Teknik membandingkan ET aktual (AET)dan ET potensial (PET) dikenal dengan istilah ETR (Evapotranspiration Ratio) AET = Evapotranspirasi aktual (panjang/waktu) PET = Evapotranspirasi potensial (panjang/waktu) AW = Jumlah air dalam tanah yang diserap oleh akar tanaman (SM-PWP) AWC = Kapasitas air yang tersedia (FC-PWP) PWP = Tingkat kelembaban tanah ketika tanaman tidak mampu lagi menyerap air tanah (wilting point) FC = Jumlah air yang masih dapat dithan oleh tanah dari gaya tarik bumi ( field capacity) Komponen ETR Indeks PET untuk kondisi tanah dan vegetasi setempat Kelembaban tanah terkait dengan water table AET yang merupakan fraksi PET untuk tingkat kelembaban tanah tertentu Perkiraan Evaporasi Perkiraan evaporasi dengan menggunakan rumus empiris - aerodynamic method/Dalton law………. (2) Ea = K. Uz (ew – ez) Ea = evap perm bebas selama pengamatan K = konstanta empiris Uz = fungsi antara evap thd kec angin pada ketinggian z ew = tekanan uap jenuh di udara pada temperatur sama dengan air ez = tekanan uap sesungguhnya di udara pd ketinggian z Perkiraan Evaporasi Persamaan Rohwer E = a (ew – ea) (1 + b V) E = 0.484 (1+0.6 V) (ew – ea) E = evaporasi (mm/hari) ew = tekanan uap jenuh pada temperatur sama dengan temp air (millibar) ea = tekanan uap di udara sesungguhnya (millibar) V = kecepatan angin rata-rata dalam sehari (m/detik) Perkiraan Evaporasi Persamaan Orstom E = 0.358 (1 + 0.588 V) (ew – ea) Persamaan Danau Hefner E = 0.00177 V (ew – ea) E = inch/hari V = meter/jam Perkiraan Evaporasi 3. Pengukuran Evaporasi secara langsung Water-balance: EL = P + Isurf + Igw – Osurf – Ogw - S EL = evaporasi muka air bebas per hari P = presipitasi/hujan harian Isurf = surface inflow/aliran perm masuk Igw = ground water inflow/air tanah masuk Osurf = surface outflow/aliran perm keluar Ogw = ground water outflow/air tanah keluar S = perubahan jumlah simpanan air selama pengamatan (1 hari) PRESIPITASI Siklus Air awan awan awan Hujan/ presipitasi Hujan/ presipitasi Hujan/ presipitasi intersepsi Evapotranspirasi Aliran permukaan/ Run off Aliran bawah permukaan/ sub surface flow Evaporasi infiltrasi perkolasi Laut Pengertian Presipitasi adalah nama umum dari uap air yang tekondensasi dan jatuh ke permukaan bumi. Jumlah presipitasi pada umumnya dinyatakan dalam ketebalannya (kedalamannya), misalnya mm, cm, inchi. Bentuk presipitasi : air, salju, es KELEMBABAN UDARA Adalah banyaknya uap air yang terkandung dalam udara. Jumlah uap air ini sebetulnya hanya merupakan bagian kecil dari zat-zat yang lain yang berada di atmosfir (sekitar 2 %), namun uap air merupakan komponen yang sangat penting dalam kejadian cuaca dan iklim. Uap air yang berada di atmosfir ini merupakan hasil penguapan (evaporasi) dari permukaan bumi dan dari dalam tanah.. Uap air yang terdapat di atmosfir bumi ini jumlahnya tidak konstan, bervariasi antara 0 % – 5%. Pentingnya uap air di udara terhadap cuaca dan iklim adalah : Besarnya uap air yang terkandung diudara merupakan indikator akan terjadinya presipitasi Uap air mempunyai sifat menyerap radiasi bumi sehingga akan menentukan besarnya radiasi yang diterima bumi, sehingga akan mempengaruhi temperatur udara Ukuran kelembaban udara Kelembaban Spesifik Adalah berat uap air per satuan berat udara (termasuk berat uap airnya). Biasanya dinyatakan dalam gram /kg udara Kelembaban Absolut Adalah berat uap air per satuan volume udara, misalnya gram/m3 udara. Kelembaban Relatif Merupakan perbandingan antara jumlah uap air yang benar-benar ada (terkandung) di udara dengan jumlah uap air dalamudaratersebutjika padatemperatur dan tekanan yang sama udara tersebut jenuh dengan uap air. Kelembaban relatif dapat pula dirumuskan : Kelembaban absolut -----------------------Kapasitas Udara atau Kelembaban Spesifik ----------------------Kapasitas Udara Kapasitas udara menyatakan jumlah uap air maksimum yang dapat dikandung oleh udara pada suatu temperatur Analisis Data Hujan Pengukuran hujan : harian (misal setiap jam 07.00 pagi) Curah Hujan bulanan : jumlah hujan selama satu bulan Rata-rata curah hujan harian dalam bulan tertentu : jumlah hujan selama 1 bulan / PENGAMATAN HUJAN Pengamatan hujan delakukan dengan alat penakar hujan (rain gauge). Ada 2 jenis alat ukur yang digunakan untuk pengamatan, yakni jenis manual dan jenis otomatis. Alat ukur manual (tidak otomatis) ditempatkan di tempat terbuka yang tidak dipengaruhi oleh pohon-pohon dan gedung-gedung. Bagian atas alat ini dipasang 20 cm lebih tinggi dari permukaan bumi yang sekelilingnya ditanami rumput. Ketelitian pembacaan adalah 1/10 mm, dan pembacaan dilakukan satu kali dalam 24 jam (sehari) dan dalam waktu-waktu yang tetap (misalnya setiap jam 07.00 pagi). Curah hujan yang kurang dari 0,1 mm harus dicatat 0,00 mm, yang harus dibedakan dengan keadaan tidak ada curah hujan yang dicatat dengan membubuhkan garis (-). PENGAMATAN HUJAN Alat ukur hujan otomatis Digunakan untuk pengamatan yang kontinue, dan tidak harus diamati setiap harinya, tergantung dari kertas pias yang tersedia (biasanya kertas pias/kertas pencatat diganti seminggu sekali). Ada dua jenis alat ukur otomatis, yakni jenis sifon dan jenis penampung bergerak (tilting bucket). Pada jenis sifon air hujan tertampung dalam sebuah silinder dimana terdapat sebuah pelampung yang dapat diangkat oleh air hujan yang masuk . Pelampung tersebut dihubungkan dengan jarum pencatat. Jika silinder penuh, air akan dibuang dan pelampung kembali turun, secara otomatis jarum pencatat juga ikut turun., pencatatan mulai dari titik nol lagi. Data curah hujan yang dihasilkan secara otomatis dari alat pengukur curah hujan ini dapat dikirimkan secara online melalui internet dengan operating sistem IGOS dan disimpan dalam suatu database yang dapat diakses oleh siapa saja melalui internet. Keunggulan Memudahkan BMG dalam mengamati curah hujan pada suatu daerah. Mengukur curah hujan secara otomatis. Database curah hujan di setiap daerah dapat diakses secara online dan setiap saat sehingga dapat memprediksi terjadinya banjir di suatu daerah. Memberikan data hidrologi untuk kepentingan depertemendepartemen yang terkait. Software aplikasi dapat dikembangkan menjadi Sistim Informasi Monitoring banjir, kelembaban udara, temperatur, dan sebagainya. Pencatatan waktu dalam data curah hujan menggunakan waktu yang tertelusur ke time server ntp.kim.lipi.go.id. PENGAMATAN HUJAN Alat ukur otomatis jenis penampung bergerak (tilting bucket), Penampung terdiri dari 2 bagian yang sama, yang dapat bergerak/berputar pada sumbu horisontal yang terpasang di tengah-tengah. Air hujan yang masuk oleh penampung yang satu. Jika air hujan yang masuk mencapai jumlah tertentu, maka penampung itu bergerak sehingga air hujan berikutnya ditampung oleh penampung yang lain. J ika hujan berlangsung terus maka penampungpenampung itu akan berganti-ganti menampung air hujan yang masuk. Pena/jarum pencatat yang dapat ditempatkan jauh dari alat pencatat ini dapat digerakkan oleh listrik melalui kabel setiap kali terjadi perputaran penampung.. DISTRIBUSI HUJAN 1. Rata-rata Arithmatik/Aljabar Metode yang paling sederhana, diperoleh dengan menghitung rata-rata dari hasil pengamatan beberapa titik. Metode ini : Sesuai untuk kawasan-kawasan yang datar/rata Sesuai untuk DAS dengan jumlah penakar hujan besar yang didistribusikan secara merata pada lokasi-lokasi yang mewakili. Rumus : 1 R = ---- ( R1 + R2 R3 + + Rn) n Dimana : R : Curah hujan wilayah (mm) n : jumlah titik pengamatan] R1, R2 , R3 : curah hujan di tiap titik pengamatan Curah hujan (mm/th) 2 4 1 1 = 3150 mm 2 = 3200 mm 3 = 3100 mm 4 = 3150 mm 3 5 5 = 3000 mm 6 = 2900 mm 7 = 2800 mm 6 7 3150 + 3200 + 3100 + 3150 + 3000 + 2900 + 2800 21300 CH rata = ------------------------------------------------------------------------= ----------- = 3043 mm 7 Poligon Thiesen Metode ini : Sesuai untuk kawasan-kawasan dengan jarak penakar-penakar curah hujan yang tidak merata Memerlukan stasiun-stasiun pengamat di dan dekat kawasan tersebut Penambahan atau pemindahan suatu stasiun pengamat akan mengubah seluruh jaringan Metode ini tidak memperhitungkan topografi Curah hujan daerah dapat dihitung dengan persamaan berikut : A1R1 + A2R2 +……+AnRn R = A1 + A2 + ……+An R = A1R1 + A2R2 +……+AnRn A R = W1R1 + W2R2 + …….+WnRn Dimana : R = curah hujan daerah R1, R2, ….Rn = curah hujan di tiap titik pengamatan da n adalah jumlah titik Pengamatan A1, A2,….An = bagian daerah yang mewakili tiap titik pengamatan A1 A2 A W1, W2, Wn = A A A Curah hujan (mm/th) 2 4 1 1 = 3150 mm 2 = 3200 mm 3 = 3100 mm 4 = 3150 mm 3 5 5 = 3000 mm 6 = 2900 mm 7 = 2800 mm 6 7 Metode Isohyet Metode ini memungkinkan penghitungan curah hujan dengan bantuan isohyet ( garis yang menghub tpt-tpt yang curah hujannya sama). Curah hujan rata-rata ditentukan dengan menjumlahkan hasil kali luas isohyet dan besarnya curah hujan, dibagi dengan luas total. Luas bagian daerah antara dua isohyet yang berdekatan diukur dengan planimeter. Curah hujan daerah dihitung dengan persamaan : A1R1 + A2R2 +……+AnRn R = A1 + A2 + ……+An Dimana : R = Curah hujan daerah; R1, R2, ….Rn = curah hujan rata-rata pada bagian2 A1, A2, …..An A1, A2,….An = luas bagian-bagian antara garis-garis isohyet. 2 - 1 - 4 3150 3100 - - 3050 - - 3050 3 5 3000 - 2950 6 7 3100 3050 Curah hujan (mm/th) 1 = 3150 mm 2 = 3200 mm 3 = 3100 mm 4 = 3150 mm 5 = 3000 mm 6 = 2900 mm 7 = 2800 mm INFILTRASI Pengertian awan awan awan Hujan/ presipitasi Hujan/ presipitasi Hujan/ presipitasi intersepsi Evapotranspirasi Aliran permukaan/ Run off Aliran bawah permukaan/ sub surface flow Evaporasi infiltrasi perkolasi Laut Proporsi air hujan menjadi berbagai bentuk Bagian hujan yg langsung jatuh di badan sungai Lengas tanah Ketebalan hujan Aliran permukaan interflow detensi Air tanah intersepsi waktu Infiltrasi Adalah perjalanan air ke dalam tanah sebagai akibat gaya kapiler dan gaya grafitasi. Perkolasi merupakan proses kelanjutan perjalanan air ke lapisan tanah yang lebih dalam Proses infiltrasi melibatkan tiga proses : Proses masuknya air hujan melalui pori-pori permukaan tanah, Tertampungnya air tersebut di dalam tanah Proses mengalirnya air tersebut ke tempat lain (bawah, samping) Infiltrasi Air hujan yg masuk ke dlm tanah dlm batas tertentu bersifat mengendalikan ketersedian air dalam tanah untuk evapotrasnpirasi Pemasokan air ke dalam tanah sangat berperan bagi keberlangsungan kehidupan tanaman Hubungan keseimbangan antara Tanaman -Tanah - Air Laju Infiltrasi : Adalah kecepatan masuknya air ke dalam tanah. Pada tahap-2 awal biasanya kecepatan infiltrasinya tinggi, semakin lama semakin kecil dan akhirnya konstan. Apabila intensitas hujan < laju infiltrasi, mk laju infiltrasi = laju hujan (mm/jam) Kapasitas infiltrasi Adalah laju infiltrasi maksimum yang terjadi pada suatu kondisi tertentu . Kapasitas infiltrasi terjadi apabila intensitas hujan melebihi kemampuan tanah dalam menyerap air. PROSES INFILTRASI Proses infiltrasi meliputi beberapa proses sebagaiberikut: Tahap ke-1 : Proses masuknya air hujan melaluipori-pori permukaan tanah Tahap ke-2 : Tertampungnya air hujan tersebut didalam tanah Tahap ke-3 : Proses mengalirnya air tersebut ketempat lain (bawah, samping) Kelembaban tanah Air dalam tanah ditahan oleh gaya absorbsi permukaan butir2 tanah dan tegangan antara molekul air. Gaya yang menahan pergerakan air disebut kapasitas menahan air ( water holding capacity) dinyatakan dengan harga pF Kelembaban Tanah Air higroskopis, adalah liapisan/membran tipis disekeling butir tanah yang ditahan oleh gaya absorsi permukaan butir tanah. Air ini tidak hilang meskipun musim kemarau panjang, nilai pF 4,5 – 7 Air kapiler, air yang hanya ditahan oleh tegangan antar butir tanah. Gerakan air kapiler bisa ke bawah, ke samping bahkan ke atas. Air grafitasi, air yang hanya dipengaruhi oleh gaya grafitasinya saja, bergerak di rongga Faktor-faktor yang mempengaruhi 1. Kondisi/sifat tanah a. Kelembaban tanah Semakin lembab, laju infiltrasi semakin berkurang. b. Tekstur dan struktur tanah Semakin kasar, laju infiltrasi semakin besar, sebaliknya semakin halus laju infiltrasi semakin kecil. Pada tanah lempung air yang terikat susah dikeluarkan. Kondisi/sifat tanah Penyumbatan /pemampatan permukaan tanah tanah Penyumbatan pori-pori tanah pada waktu erosi percikan, atau pada waktu kering, atau oleh pengendapan garam-garam dari dalam tanah. Semakin banyak penyumbatan menurunkan laju infiltrasi Faktor-faktor yang mempengaruhi 2. Vegetasi Penutup a. Jenis tanaman Besar pohon dan jenis akar b. Kerapatan tanaman Semakin rapat biasanya semakin besar laju infiltrasinya 3. Topografi Lereng semakin miring, semakin kecil laju infiltrasinya Pengukuran Infiltrasi Percobaan laboratorium : dg menentukan beda air hujan buatan dengan volume air larian Dengan Ring Infiltrometer Pemisahan hidrograf aliran Pengukuran infiltrasi Menggunakan double ring infiltrometer Berupa 2 ring silinder dari baja, ring kecil Ø 30 cm dan ring besar Ø 50 cm. Pengukuran hanya dilakukan pada ring kecil ; silinder besar berfungsi sebagai penyangga. Air Aplikasi praktis infiltrasi Dalam suatu DAS laju infiltrasi merup salah satu indikator kesehatan DAS. Jika infiltrasi besar DAS sehat Jika terjadi penurunan nilai infiltrasi indikator terjadinya proses perusakan DAS. Besarnya infiltrasi dicerminkan oleh nilai koefisien resapan (recharge coeffisient) yaitu merup banyaknya volume curah hujan yang masuk ke dalam tanah sebagai air infiltrasi. Koefisien resapan (C) tahunan C = ( I x 365 x A ) ( P x A ) Dimana : I = Laju infiltrasi ( base flow ) A = Luas DAS P = curah hujan tahunan (m) Semakin besar nilai C, kondisi DAS semakin sehat. LIMPASAN ( run off / aliran permukaan ) Limpasan/aliran permukaan / Air Larian/surface run off Merupakan bagian air hujan yang mengalir di atas permukaan tanah Air yg mengalir dari berbagai lokasi akan mengalir ke suatu tempat, misal sungai ,waduk atau laut Berlangsung ketika jumlah hujan melampaui laju infiltrasi air ke dalam tanah Besar kecilnya run off merupakan indikator kesehatan DAS Pengertian awan awan awan Hujan/ presipitasi Hujan/ presipitasi Hujan/ presipitasi Evapotranspirasi intersepsi Aliran permukaan/ Run off Aliran bawah permukaan/ sub surface flow Evaporasi infiltrasi perkolasi Muka air tanah Laut Proporsi air hujan menjadi berbagai bentuk Bagian hujan yg langsung jatuh di badan sungai Lengas tanah Ketebalan hujan Aliran permukaan interflow detensi Air tanah intersepsi waktu Debit sungai Disumbang dari : Air hujan yg jatuh langsung di atas permukaan saluran (intersepsi saluran (channel interception) Aliran permukaan (surface run off) Aliran bawah permukaan (subsurface flow) yaitu bagian dari curah hujan yang terinfiltrasi kemudian mengalir dan bergabung dengan aliran debit Faktor2 yg mempengaruhi Elemen meteorologi Jenis Presipitasi : hujan , salju atau Es Intensitas hujan : terjadi jika intensitas hujan > kapasitas infiltrasi Lamanya/durasi hujan Distribusi hujan dalam DAS Elemen DAS Penggunaan lahan (land use) Luas DAS Topografi Kondisi tanah Lama Hujan Hujan dengan waktu yang singkat tidak banyak menghasilkan air larian Pada hujan dengan intensitas yang sama dengan waktu yang lebih lama akan menghasilkan air larian yang lebih besar Intensitas Hujan Intensitas hujan akan berpengaruh pada laju dan volume air larian Dengan jumlah hujan yang sama, intensitas hujan lebih tinggi akan menghasilkan volume air larian lebih besar Hujan dengan intensitas tinggi dapat menurunkan infiltrasi akibat kerusakan srtuktur tanah permukaan (pemadatan) Penyebaran Hujan Umumnya laju dan volume air larian besar jika seluruh DAS ikut berperan. Artinya laju dan volume Air larian terbesar dicapai jika curah hujan merata di seluruh DAS Faktor DAS Jika hujan turun di seluruh areal DAS, semakin besar ukuran DAS akan semakin besar volume air larian Volume dan laju air larian pada bentuk DAS memanjang dan sempit lebih kecil dibanding bentuk melebar, meskipun luas DAS sama Untuk hujan yang sama semakin tinggi kerapatan aliran DAS smk tinggi laju aliran permukaan Aliran Permukaan (surface flow) Adalah bagian dari air hujan yang mengalir dalam bentuk lapisan tipis di atas permukaan tanah. Aliran permukaan disebut juga aliran langsung (direct runoff).Aliran permukaan dapat terkonsentrasi menuju sungai dalam waktu singkat,sehingga aliran permukaan merupakan penyebab utama terjadinya banjir Aliran antara (interflow) Adalah aliran dalam arah lateral yang terjadi di bawah permukaan tanah.Aliran antara terdiri dari gerakan air dan lengas tanah secara lateral menuju elevasi yang lebih rendah HIDROGRAF Merupakan diagram/grafik yg menggambarkan variasi debit atau ketinggian muka air sungai menurut waktu Gambar hidrograf dapat menunjukkan gambaran karakteristik DAS Jika karakteristik DAS berubah maka bentuk hidrograf juga berubah Contoh hidrograf Diagram dapat juga antara ketinggian air sungai dengan waktu Jika antara tinggi muka air dengan debit dinamakan “rating cueve” 200 Debit 150 m3/dtk Bentuk2 hidrograf 100 50 5 10 15 20 25 30 Waktu (jam)
