Langkah-langkah Perhitungan Debit Rencana dengan Metode Rasional

Bangunan-bangunan air yang berada di sungai yang peruntukannya sebagai bangunan pengatur dan perbaikan sungai serta pengendalian banjir, dalam perencanaannya selalu memperhitungkan debit rencana. Bangunan-bangunan air tersebut antara lain pintu air, kanal banjir, tebing sungai, tanggul, kolam penampung banjir sementara, check dam, dll.

Apa yang dimaksud dengan debit rencana ? Debit rencana (Q_T) adalah debit dengan periode ulang tertentu (T) yang diperkirakan akan melalui suatu sungai atau bangunan air. Periode ulang sendiri adalah waktu hipotetik dimana suatu kejadian dengan nilai tertentu, debit rencana misalnya, akan disamai atau dilampaui 1 kali dalam jangka waktu hipotetik tersebut. Curah hujan itu sesuatu yang bersifat tidak pasti (probabilitas), otomatis kejadian (debit) yang terjadi pada kurun waktu tertentu bukan berarti akan berulang secara teratur setiap periode ulang tersebut. Misalnya, debit rencana dengan periode ulang 5 tahun (Q₅) = 10 m³/detik, tidak berarti debit sebesar 10 m³/detik akan terjadi secara periodik 1 kali dalam setiap 5 tahun. Dalam 5 tahun ada kemungkinan 1 kali terjadi debit yang besarnya sama atau lebih dari 10 m³/detik. Dalam 10 tahun ada kemungkinan 2 kali terjadi debit yang besarnya sama atau lebih dari 10 m³/detik.

Perhitungan debit rencana menjadi bagian yang sangat penting dalam perencanaan teknis bangunan sungai, karena nilai (besar-kecilnya) debit rencana akan menentukan besar kecilnya dimensi hidrolis suatu bangunan air. Dimensi hidrolis suatu bangunan air yang lebih besar akan lebih aman dalam mengalirkan debit tertentu, namun dimensi yang lebih besar akan berdampak pada pembengkakan biaya. Sebaliknya dimensi hidrolis bangunan air yang lebih kecil akan menjadi kurang aman dalam mengalirkan debit tertentu. Muara dari perhitungan debit rencana adalah mendapatkan dimensi hidrolis (kapasitas) yang ideal dan terbaik, terbaik dari segi teknis maupun ekonomi.

Dalam melakukan perhitungan debit rencana, data atau informasi dasar yang minimal harus ada dan sangat dibutuhkan adalah sebagai berikut :

a        Data klimatologi yang terdiri dari data hujan, angin, kelembapan dan temperatur dari stasiun BMKG terdekat. Data tersebut minimal data dalan kurun waktu 10 tahun terakhir.

b        Data hidrologi, seperti karakteristik daerah aliran, debit sungai, laju sedimentasi, frekuensi banjir, dll.

c         Peta-peta yang representatif, seperti peta tata guna lahan, peta topografi, peta sistem jaringan jalan, peta sistem drainase, dll.

Ada beberapa metode yang sering digunakan dalam menghitung atau memperkirakan besarnya debit rencana, seperti Metode Rasional, Melchior, Weduwen, Haspers, dll. Namun kali ini yang akan dibahas hanyalah langkah-langkah perhitungan debit rencana secara garis besar dengan Metode Rasional.

Metode Rasional dapat digunakan untuk menghitung debit puncak sungai atau saluran, namun dengan daerah pengaliran yang terbatas.

Rumus umum dari Metode Rasional adalah :

Q = 0,278 x C x I x A          ............................... (I)

Keterangan :

Q = debit puncak limpasan permukaan (m³/det).

C = angka pengaliran (tanpa dimensi)

A = luas daerah pengaliran (Km²)

I = intensitas curah hujan (mm/jam).

Jika persamaan diatas digunakan untuk menghitung debit rencana dengan periode ulang tertentu, maka persamaan tersebut menjadi :

Q_T= 0,278 x C x I_T x A            ...................................  (II)

Keterangan :

Q_T = debit puncak limpasan permukaan dengan periode ulang T tahun (m³/det).

C = angka pengaliran (tanpa dimensi)

A = luas daerah pengaliran (Km²)

Dengan melihat kenyataan di lapangan dimana sangat sulit menemukan daerah pengaliran yang homogen (tidak melulu aspal semua atau hutan semua, pasti merupakan gabungan atau heterogen), nilai C dapat dihitung dengan persamaan berikut :

   

............................................ (III)

Cara lain menghitung debit rencana adalah mensubtitusikan persamaan II dan III sehingga menjadi seperti ini :

Q = 0,278 x I_T x (Σ A_i x C_i)        .......................................  (IV)

Keterangan :

C_i = Koefisien limpasan sub daerah pengaliran ke i

A_i = luas sub daerah pengaliran ke i

n = jumlah sub daerah pengaliran

Metode Rasional bisa dikembangkan dengan asumsi sebagai berikut :

a        Hujan yang terjadi mempunyai intensitas yang seragam dan merata di seluruh daerah pengaliran selama paling sedikit sama dengan waktu konsentrasi (t_c) daerah pengaliran.

b        Periode ulang debit sama dengan periode ulang hujan.

c         Koefisien pengaliran dari daerah pengaliran yang sama adalah tetap untuk berbagai periode ulang.

Selanjutnya langkah-langkah perhitungan debit rencana adalah sebagai berikut :

1        Jika koefisien limpasan dari suatu daerah pengaliran  atau daerah aliran sungai (DAS) adalah tidak seragam maka daerah pengaliran atau DAS tersebut dibagi-bagi terlebih dahulu menjadi sub DAS (Ai) sesuai dengan tata guna lahan (Ci).

2        Ukur tiap-tiap luas Ai

3        Hitung C Rata-rata pakai persamaan III

4        Hitung Σ A_i C_i

5        Hitung waktu konsentrasi menggunakan rumus Kirpich

 .................................. (V)

Keterangan :

Tc = waktu konsentrasi (jam)

L = Panjang lintasan air dari titik terjauh sampai titik yang ditinjau (Km).

S = Kemiringan rata-rata daerah lintasan air

6        Hitung intensitas hujan (I)

Jika data hujan yang tersedia adalah data harian maka hitung dengan menggunakan metode Mononobe :

              Rumus Mononobe : 

............................................................. (VI)

7        Setelah poin 1-6 hasilnya telah didapat, masukan dalam rumus untuk mendapatkan debit rencana (Q_t). Sesuaikan dengan ketersediaan data dan karakteristik daerah aliran, persamaan mana yang dipakai, apakah persamaan II atau IV untuk mendapatkan nilai debit rencana ?

Hal yang sifatnya fundamental untuk diperhatikan dalam melakukan perhitungan debit rencana adalah ketersediaan data, seperti harus tersedia data-data dalam periode waktu yang panjang guna menjadi bahan kajian (data curah hujan, debit sungai, frekuensi banjir misalnya).

Kira-kira seperti itu langkah-langkah perhitungan debit rencana secara garis besar dengan Metode Rasional. Mungkin kelihatan agak rumit dan susah dicerna. Akan mudah dipahami kalau ada datanya yang dibuat dalam contoh soal, umumnya debit rencana banyak tabelnya dan perhitungannya panjang, namun ruang di blog ini terbatas. Jadi ringkasan langkah-langkah perhitungan debit rencana dengan Metode Rasional demikian. (*)

Sumber Pustaka  :

Kamiana, I Made. 2001. Teknik Perhitungan Debit Rencana Bangunan Air. Graha Ilmu. Yogyakarta