Mekanika Fluida

Pengukuran dan analisis curah hujan

Presipitasi

• Presipitasi : turunnya air dari atmosfer ke permukaan bumi, yang bisa berupa hujan, hujan salju, kabut, embun dan hujan es.

• Di daerah tropis, termasuk Indonesia, yang memberikan sumbangan paling besar adalah hujan, sehingga seringkali hujanlah yang dianggap sebagai presipitasi.

Istilah-istilah terkait dengan presipitasi

1.Tebal hujan (rain depth) merupakan jumlah presipitasi yang terjadi, dinyatakan sebagai tebal lapisan air di atas permukaan tanah. Satuannnya mm atau inch.2.Durasi hujan (duration of rainfall) adalah lamanya presipitasi berlangsung. Satuannya menit atau jam 3.Intensitas hujan (rainfall intensity) adalah laju presipitasi/ kederasan hujan/intensitas hujan, merupakan kedalaman atau ketinggian air yang jatuh per satuan waktu. Satuannya mm/menit, mm/jam, atau inch/jam. 4.Frekuensi hujan (return periode).adalah banyak kejadian hujan berlangsung, umumnya dinyatakan dengan periode ulang.

Mekanisme HujanHujan terjadi karena adanya perpindahan massa air basah ke tempat yang

lebih tinggi sebagai respon adanya perbedaan tekanan udara antara dua tempat yang berbeda ketinggiannya. Di tempat tersebut karena adanya akumulasi uap air pada suhu rendah, maka terjadilah proses kondensasi dan pada gilirannya massa air basah tersebut jatuh sebagai hujan. Disamping itu hujan bisa juga terjadi akibat dari pertemuan antara dua massa air basah dan panas. Mekanisme berlangsungnya hujan melibatkan 3 faktor utama, yaitu:

1.Kenaikan massa uap air ke tempat yang lebih tinggi sampai saatnya atmosfer menjadi jenuh.

2.Terjadi kondensasi atas partikel-partikel uap air kecil di atmosfer. 3.Partikel-partikel uap air tersebut bertambah besar sejalan dengan

waktu untuk kemudian jatuh ke permukaan tanah dan permukaan laut (sebagai hujan) karena gravitasi bumi.

Pola Hujan

Berdasarkan intensitas dan model dari histogramnya, hujan dapat diklasifikasikan menjadi 4 model hujan, yaitu:1.Uniform patern, bentuk hujan dengan intensitas merata sepanjang berlangsungnya hujan. 2.Advanced patern, hujan dengan intensitas terpusat di depan (awal hujan berlangsung). 3.Intermediate patern, hujan dengan intensitas terpusat ditengah-tengah berlangsungnya hujan 4.Delayed patern, hujan dengan intensitas terpusat di belakang (pada akhir hujan berlangsung).

Tipe Hujan• Hujan terjadi karena udara

basah yang naik ke atmosfer mengalami pendinginan sehingga terjadi proses kondensasi.

• Naiknya udara ke atas dapat terjadi secara siklonik, orografik dan konvektif.

HUJAN KONVEKTIF• Hujan jenis ini biasanya

terjadi sebagai hujan dengan intensitas yang tinggi, akibat massa udara yang terangkat ke atas oleh pemanasan lahan. Hujan jenis ini biasanya terjadi di daerah yang relatif luas dan bergerak sesuai dengan pergerakan angin.

Pembentukan hujan konvektif

HUJAN SIKLONIK• Hujan jenis ini biasanya

terjadi karena udara lembab panas terangkat ke atas oleh lapisan udara yang lebih dingin dan lebih rapat. Penyebaran hujan jenis ini sangat dipengaruhi oleh landai pertemuan antara udara panas dan dingin dan biasanya merupakan hujan dengan daerah penyebaran terbatas dan dalam waktu pendek.

Pembentukan hujan siklonik

HUJAN OROGRAFIK• Hujan jenis ini terjadi karena massa udara lembab

terangkat ke atas oleh angin karena adanya gunung/pegunungan. Udara lembab yang melintasi daerah pegunungan akan naik dan mengalami pendinginan, sehingga terbentuk awan dan hujan.

Pembentukan hujan orografik

Alat Pengukur Hujan Alat ukur hujan dapat dibedakan menjadi 2

macam, yaitu penakar hujan biasa (manual raingauge) dan penakar hujan otomatis (automatic raingauge).

Data curah hujan dapat berupa data curah hujan harian atau curah hujan pada periode waktu yang lebih pendek, misal setiap menit. Data hujan tipe pertama dapat diukur dengan penakar hujan biasa terdiri dari bejana dan corong seluas 200 cm2 yang dipasang setinggi 120 cm dari permukaan tanah. Data hujan untuk periode pendek didapat dari alat penakar hujan otomatis ARR (automatic rainfall recorder) yang dapat merekam setiap kejadian hujan selama jangka waktu tertentu. Berdasarkan mekanisme perekaman data hujan ada tiga jenis ARR, yaitu tipe weighing bucket, tipping bucket dan float.

Stasiun Hujan

Stasiun Hujan

ALAT PENAKAR HUJAN BIASA Alat penakar hujan biasa terdiri dari corong dan

botol penampung yang berada di dalam suatu tabung silinder. Hujan yang jatuh pada corong akan tertampung di dalam tabung silinder, kemudian kedalaman hujan di dapat dari pengukuran volume air yang tertampung dan luas corongnya. Curah hujan kurang dari 0,1 mm dicatat sebagai 0,0 mm, sedangkan jika tidak ada hujan dicatat dengan garis (-).

Alat Penakar Hujan Biasa

PENAKAR HUJAN JENIS TIMBANGAN

• Tipe timbangan (weighing bucket) dapat merekam jumlah kumulatif hujan secara kontinyu. Alat ini tidak dilengkapi dengan sistem pengurasan otomatik.

Bucket

Pan

PemberatPena

Silinder dibungkuskertas berskala

PENAKAR HUJAN JENIS TIMBANGAN

ALAT PENAKAR HUJAN JENIS TIMBA JUNGKIT

• Alat penakar hujan otomatis dengan tipping bucket digunakan untuk pengukuran khusus.

• Air hujan yang tertampung ke dalam corong akan diteruskan ke saringan kemudian masuk ke dalam tipping bucket. Kapasitas bucket ini didesain khusus setara dengan 0.5 mm, sehingga apabila tampungan air hujan tercapai akan terjungkir (tipping) yang akan diteruskan dengan proses perekaman.

ALAT PENAKAR HUJAN JENIS TIMBA JUNGKIT

Tipping bucketSaringan

Pipa pembuang

Penakar hujan jenis pelampung • Prinsip mekanisme kerja alat penakar hujan otomatis

tipe ketiga yaitu float adalah dengan memanfaatkan gerakan naik pelampung dalam bejana akibat tertampungnya curah hujan. Pelampung ini berhubungan dengan sistem pena perekam di atas kertas berskala yang menghasilkan grafik rekaman data hujan. Alat ini dilengkapi dengan sistem pengurasan otomatis, yaitu pada saat air hujan yang tertampung telah mencapai kapasitas receivernya akan dikeluarkan dari bejana dan pena akan kembali pada posisi dasar kertas rekaman data hujan.

Penakar hujan jenis pelampung

Pelampung

Corong

Jam pencatat

Sifon

Kertas perekam data hujan

Syarat teknis Penempatan dan pemasangan alat pada stasiun hidrologi

• Penakar hujan ditempatkan pada lokasi sedemikian sehingga kecepatan angin di tempat tersebut sekecil mungkin dan terhindar dari pengaruh penangkapan air hujan oleh benda lain di sekitar alat penakar hujan.

• Penempatan setasiun hujan hendaknya berjarak minimum empat kali tinggi rintangan terdekat.

• Lokasi di suatu lereng yang miring ke satu arah tertentu hendaknya dihindarkan.

• Penempatan corong penangkap hujan diusahakan dapat menghindari pengaruh percikan curah hujan ke dalam dan disekitar alat penakar sebaiknya ditanami rumput atau berupa kerikil, bukan lantai beton atau sejenisnya.

Penentuan Hujan Kawasan/Hujan DAS

• Stasiun penakar hujan hanya memberikan kedalaman (tinggi) hujan di titik di mana stasiun tersebut berada, sehingga hujan pada suatu luasan harus diperkirakan dari titik pengukuran tersebut.

• Apabila pada suatu daerah terdapat lebih dari satu stasiun pengukuran yang ditempatkan secara terpencar, hujan yang tercatat di masing-masing stasiun dapat tidak sama.

METODE

• Dalam analisis hidrologi sering diperlukan untuk menentukan hujan rerata pada daerah tersebut.

• Terdapat 3 metode :– Aritmatik– Poligon Thiessen– Isohiet

1. Metode rerata aritmatik (aljabar) • Metode ini adalah metode yang paling sederhana. Pengukuran

dengan metode ini dilakukan dengan merata-ratakan hujan di seluruh DAS. Stasiun hujan yang digunakan untuk menghitung dengan metode ini adalah yang berada di dalam DAS, akan tetapi stasiun yang berada di luar DAS dan jaraknya cukup berdekatan masih bisa diperhitungkan. Metode aljabar ini memberikan hasil yang tidak teliti, metode ini memberikan hasil yang cukup baik jika penyebaran hujan merata, serta hujan tidak terlalu bervariasi.

• Hujan DAS dengan cara ini dapat diperoleh dengan persamaan:

• dengan: p = hujan rerata di suatu DAS

pi = hujan di tiap-tiap stasiunn = jumlah stasiun

n

pp

n

ii

1

nppppp n

.....321

Contoh Ilustrasi

nppppp n

.....321

Hitung hujan rerata dengan metode aljabar!

A = 22 mm

B = 28 mm C = 30 mm

D = 25 mm

3CBA pppp

3302822

p

mmp 67,26

Jika stasiun D di luar DAS ikut diperhitungkan maka: mmp 25,26

425302822

2. Metode Thiessen

• Metode ini digunakan untuk menghitung bobot masing-masing stasiun yang mewakili luasan di sekitarnya. Metode ini digunakan bila penyebaran hujan di daerah yang ditinjau tidak merata.

PROSEDUR HITUNGAN METODE POLIGON THIESSEN

Hitungan poligon Thiessen dilakukan dengan cara:a. Stasiun hujan digambar pada peta daerah yang ditinjau.b. Stasiun-stasiun tersebut dihubungkan dengan garis

lurus, sehingga akan didapatkan bentuk segitiga.c. Tiap-tiap sisi segitiga dibuat garis berat sehingga saling

bertemu dan membentuk suatu poligon yang mengelilingi tiap stasiun. Tiap stasiun mewakili luasan yang dibentuk oleh poligon, sedangkan untuk stasiun yang berada di dekat batas daerah, garis batas daerah membentuk batas tertutup dari poligon.

d. Luas tiap poligon diukur, kemudian dikalikan dengan kedalaman hujan di tiap poligon. Hasil jumlah hitungan tersebut dibagi dengan total luas daerah yang ditinjau.

A1

A2

A3

A4

Prosedur hitungan ini dijelaskan pada persamaan dan gambar berikut ini.

Dimana:• P = curah hujan rata-rata,• P1,..., Pn = curah hujan pada setiap setasiun,

• A1,..., An = luas yang dibatasi tiap poligon.

total

nn

APAPAPAP ......... 2211

n

nn

AAAAPAPAPAPAP

.....

..........

321

332211

A = 22 mm

B = 28 mm C = 30 mm

D = 25 mm

AA = 50 km2

AB = 53 km2

AC = 45 km2

x

x

Garis ini membagi sisi segitiga menjadi 2 bagian sama panjang (di tengah-tengah) dan tegak lurus terhadapnya.

Contoh Ilustrasi

Gambar tidak berskala, luas bagian dan tinggi hujan hanya merupakan perumpamaan

Hujan rerata cara Thiessen

total

nn

APAPAPAP ......... 2211

CBA

CCBBAA

AAAPAPAPAP

...

45535030.4528.5322.50

P

mm 58,261483934

P

A = 22 mm

B = 28 mm

C = 30 mm

D = 25 mm

AA = 50 km2

AB = 37 km2

AC = 41 km2

AD = 20 km2

Poligon Thiessen dengan melibatkan stasiun hujan D yang berada di luar DAS

Hujan rerata cara Thiessen

total

nn

APAPAPAP ......... 2211

DCBA

DDCCBBAA

AAAAPAPAPAPAP

....

2041375025.2030.4128.3722.50

P

mm 12,261483866

P

3. Metode Isohiet

• Pada prinsipnya isohiet adalah garis yang menghubungkan titik-titik dengan tinggi/kedalaman hujan yang sama, Kesulitan dari penggunaan metode ini adalah jika jumlah stasiun di dalam dan sekitar DAS terlalu sedikit. Hal tersebut akan mengakibatkan kesulitan dalam menginterpolasi.

Metode pembuatan garis Isohiet sebagai berikut:

• Pada peta yang ditinjau, digambarkan lokasi daerah hujan dan kedalaman hujan.

• Di stasiun hujan yang saling berdampingan dinilai kedalaman hujannya dan dibuat interpolasinya. Kemudian hasil interpolasi yang mewakili kedalaman hujan yang sama dihubungkan satu sama lain.

• Luas daerah diantara 2 garis isohiet diukur luasnya, dan dikalikan dengan nilai rerata di kedua garis isohiet. Kemudian jumlah dari hasil hitungan tersebut dibagi dengan total luasan daerah yang ditinjau.

I1=100

I2=95

I3=90

I4=85

I5=80

A1

A2

A3

A4

Hujan DAS menggunakan Isohiet dapat dihitung dengan persamaan:

n

ii

n

i

iii

A

IIAp 1

1

2

n

nnn

AAA

IIAIIAIIAp

.....2

.....2221

1322

211

Dengan:p = hujan rerata kawasanAi = luasan dari titik iIi

= garis isohiet ke i

30

35

40 45

50

60

A = 18 B = 22

C = 36

D = 33

E = 41

F = 42

G = 65 I = 63

H = 49

A1 = 50 km2

A2 = 20 km2

A3 = 180 km2

A4 = 45 km2

A5 = 15 km2

A6 = 25 km2

I1

I2

I3

I4I5

I6

Catatan: tinggi hujan dalam mm

Hujan DAS menggunakan Isohiet

n

nnn

AAA

IIAIIAIIAp

.....2

.....2221

1322

211

654321

646

555

544

423

332

211 222222

AAAAAA

IIAIIAIIAIIAIIAIIAp

25154518020502

5050252

6060152

6045452

45351802

4040202

353050

p

mm 20,42335

5,137.14p

Menghitung Curah Hujan Metode Aritmatik

Cara Poligon (Thiessen polygon)

Tentukan curah hujan untuk wilayah dibawah sebagai mana di tampilkan tabel dibwawah

Cara Isohet (Isohyetal)Tentukan curah hujan untuk wilayah dibawah sebagai mana di tampilkan tabel dibwawah