02.SI-2231 Pengukuran Parameter Hidrologi (minggu2)

SI-2231 Rekayasa Hidrologi &
Drainase
Pengukuran Parameter Hidrologi
2 Februari 2012
(Mg2)
(Dr. Dhemi Harlan, ST, MT, MSc)

1. Pengamatan dan Data Hydrometeorology
● Berdasarkan pada World Meteorological Organization’s Technical Regulation, stasiun
pengamatan meteorology diklasifiksan sebagai:
(a) Stasiun synoptik (udara permukaan)
(b) Stasiun klimatologi
(c) Stasiun pertanian
(d) Stasiun meteorology aeronautic
(e) Stasiun khusus
● Untuk tujuan hydrology, data dari stasiun klimatologi, meteorologi pertanian, dan
stasiun khusus lebih mendominasi.
● Stasiun klimatologi berupa stasiun utama, standar, presipitasi, atau tujuan khusus.
● Pada stasiun utama, pengamatan dibuat meliputi unsur-unsur: cuaca, angin, kondisi
awan, temperatur, kelembaban, tekanan atmosfir, presipitasi, tutupan salju, sinar
matahari, temperatur tanah

● Stasiun klimatologi standar, pengamatan dilakukan untuk temperatur ekstrim dan
jumlah presipitasi
● Stasiun presipitasi mengukur presipitasi baik harian atau secara terus-menerus.
● Stasiun meterologi pertanian melakukan pengamatan detail dari lingkungan fisik dan
pengamatan sifat biologi. Sebagai tambahan untuk presipitasi, temperatur udara dan
kelembaban, stasiun2 ini mengukur temperatur tanah, kelembaban tanah, evaporasi
(permukaan air, tanah, dan tanaman) dan turbulen serta kecepatan lapisan
berkarakteristik dari udara dekat permukaan tanah. Stasiun ini juga mengamati data
phenologi (pertumbuhan tanaman sehubungan dengan perkembangan cuaca),
penyebaran penyakit tanaman, dll.
● Stasiun khusus melayani tujuan yang tidak dikofer oleh stasiun lain dan termasuk
dalam stasiun khusus untuk hidrologi dan untuk deteksi radar dari presipitasi, untuk
mikroklimatologi, dan untuk pengukuran radiasi. Yang terakhir sangat penting untuk
perkiraan evaporasi (evapotranspirasi).
● Stasiun disiapkan sehingga hasil pengamatannya mewakili, dengan kata lain
merefleksikan kondisi meteorologi tidak hanya pada stasiun itu sendiri juga area yang
lebih luas di sekitarnya.

2. Jaringan Optimum Stasiun Klimatologi untuk
Tujuan Hydrology
● Berdasarkan ketentuan WMO (1970), area kerapatan stasiun yang bervariasi dibagi
kedalam tiga wilayah, sebagai berikut:
(a) Wilayah2 datar pada zona temperate, mediterania, dan tropis
* 11-17 stasiun untuk 10.000 km 2 ; 1 stasiun untuk 600-900 km 2 .
Untuk negara dimana tidak mungkin untuk mencapai jumlah tsb,
disebabkan oleh kerapatan populasinya rendah, fasilitas komunikasi
yang kurang, atau alasan ekonomi lainnya, pengurangan kerapatan
jaringan diterima untuk range: 1 stasiun untuk 900 – 3000 km 2 .
(b) Wilayah2 pegunungan pada zona temperate, mediterania, dan tropis
Di wilayah2 pegunungan, diharapkan memiliki stasiun terdistribusi di
zona ketinggian kurang lebih 500 m per zona dan dengan kerapatan
minimum: 40 – 100 stasiun untuk 10.000 km 2 ; 1 stasiun untuk
100 – 250 km 2

(c) Zona kering dan kutub
1-7 stasiun untuk 10.000 km 2 ; 1 stasiun untuk 1500-10.000 km 2
tergantung pada kelayakan.
Hal ini tidak bisa diterapkan untuk gurun yang luas dengan tidak ada
jaringan hydrograp terorganisasi (Sahara, Gobi, Arab, dll) dan bidang
es yang luas (Antartika, Greenland, pulau Arctic). Pada wilayah ini,
presipitasi tidak dipelajari dengan jaringan pengukur hujan type
standar tetapi dengan stasiun dan metode pengamatan khusus.
Beberapa wilayah akan sesuai dengan salah satu kategori diatas
sementara yang lainnya tidak.

3. Perlengkapan pada Jaringan Minimum
● Jaringan minimum sebaiknya terdiri dari tiga jenis alat ukur:
1. Alat ukur standar.
Alat ukur ini dibaca harian. Disamping kedalaman presipitasi harian,
pengamatan turun salju, kedalaman salju pada tanah, dan pencatatan
cuaca dibuat untuk masing2 stasiun presipitasi standar.
2. Alat perekam
Diharapkan terdapat 10 % dari stasiun yang ada dilengkapi dengan
alat pencatat pada iklim panas, dan 5 % pada iklim dingin.
3. Storage Gauges. Secara random ditempatkan atau wilayah
jauh dari jangkauan, seperti di gurun atau daratan yang bergunung2,
storage gauges dapat digunakan. Alat ukur ini dibaca bulanan,
musiman, atau ketika memungkinkan untuk menginspeksi stasiun2.
● Lokasi alat ukur presipitasi relatif terhadap jaringan pengukuran sungai. Untuk
memastikan alat ukur presipitasi ada untuk melanjutkan pencatatan aliran sungai,
untuk tujuan peramalan, atau untuk analisis keseimbangan air, perlu adanya
koordinasi alat ukur presipitasi dengan jaringan alat ukur sungai.

4. Stasiun Klimatologi untuk Tujuan Hidrologi
● Kondisi utama untuk pemasangan stasiun klimatologi yang baik adalah kepastian
bahwa pengamatan akan diteruskan secara konsisten berdasarkan pada aturan
pelayanan hydrometeorologi.
● Stasiun sebaiknya ditempatkan dalam typikal ruang terbuka dari area dimana
mewakili. Lokasi alat ukur dipilih jadi tidak dekat dengan struktur atau objek lain
(pohon, rumah) yang lebih dari dua kali tingginya.
● Sekali dipasang, stasiun tidak boleh dipindahkan bahkan pada jarak yang pendek,
sebab ini akan mengganggu homogenitas dari pengamatan dalam ruang.
● Untuk memastikan homogenitas dalam waktu, stasiun (dengan pengecualian stasiun
synoptik) melakukan pengamatannya berdasarkan waktu lokal rata-rata, dimana
berbeda dari zona waktu. Karena fenomena meteorologi mempunyai siklus harian
terhadap posisi matahari, pengamatan dibuat pada jam-jam tertentu berdasarkan
waktu lokal rata-arat atau GMT, dimana tetap tidak berubah sepanjang tahun.

4.1 Pengukuran Lama Penyinaran Matahari
● Menggunakan alat “Campbell stokes Recorder”. Alat ini dipasang diatas pasangan
bata.
● Alat ini terdiri dari bola gelas padat dengan diameter 4 inci (10,1 cm) yang dipasang
konsentris didalam bidang cekung, sehingga sinar matahari difokuskan dengan
tajam.
● Kartu dipasang di dalam saluran pada bidang cekung. Sinar matahari yang
difokuskan membakar kartu dan membentuk tanda.

Campbell Stokes Recorder

4.2 Pengukuran temperatur udara
● Temperatur udara diukur dua meter diatas permukaan tanah/air. Pengamatan
temperatur yang terus-menerus akan lebih baik, paling tidak dilakukan pencatatan
tiap interval 1, 2, atau 6 jam.
● Dapat digunakan thermometer sebagai pengukuran, harus terlindung dari sinar
matahari dengan pertukaran udara bebas yang tidak terbatas.
● Pengukuran temperatur udara dan radiasi matahari dilakukan pada tempat yang
sama dengan sepasang thermometer (maksimum dan minimum) yang dipasang
dalam sangkar meteo.
● Thermometer maksimum untuk mencatat temperatur tertinggi pada hari itu
sementara thermometer minimum untuk temperatur terendah.

Thermometer dalam sangkar

4.3 Pengukuran Kelembaban Udara
● Dilakukan pada tempat yang sama dengan temperatur udara.
● Kelembaban diukur dengan psychrometer yang dilengkapi dengan 2 thermometer
thermocouple. Thermometer ini berfungsi mencatat temperatur bola basah dan
temperatur bola kering.
● Penentuan titik embun dan kelembaban relatif ditentukan dengan tabel psychrometer
setelah selisih temperatur bola basah dan bola kering diketahui.
● Psychrometer diletakkan pada bagian belakang rumah/sangkar thermometer agar
terlindung dari sinar matahari serta ventilasi yang cukup terutama untuk thermometer
bola basah.

Psychrometer

4.4 Pengukuran Kecepatan Angin
● Pengukuran dilakukan dekat dengan pengukuran evaporasi, 2 meter diatas
permukaan tanah.
● Alat ukur yang digunakan adalah anemometer untuk penentuan kecepatan angin
rata-rata harian.
● Rotor dengan tiga mangkuk atau anemometer fan merupakan pengukur kecepatan
angin yang paling baik.
● Alat ini dilengkapi dengan gaya torsi yang besar, dengan sistem rantai dan counter
penjumlah atau hubungan/peralatan elektris yang berfungsi mencatat gerakan angin.
Pembacaan dilakukan untuk interval tertentu, misal harian.

Anemometer dengan rotor
tiga mangkuk
Anemometer dengan kipas/baling-baling

4.5 Pengukuran Evaporasi dan Transpirasi
● Lokasi stasiun pengukuran harus datar dan bebas dari halangan.
● Untuk pengukuran evaporasi permukaan air bebas dan permukaan tanah serta
transpirasi dari tanaman.
● Untuk permukaan air bebas (danau dan reservoir) dapat digunakan pan evaporasi.
Berbagai jenis pan evaporasi dipakai, ada berbentuk segi empat dan ada yang bulat.
Beberapa ditempatkan seluruhnya diatas tanah atau tenggelam ditanah sehingga
permukaan air sama dengan muka tanah. Atau juga pan evaporasi yang terapung di
danau dan sungai.
● Untuk suatu bidang berpori yang dibasahi air dapat digunakan atmometer. Ada
beberapa macam diantaranya: Piche atmometer (bejana kaca), livingstone
atmometer (bola porselin berpori), dan black bellani atmometer (plat porselin berpori)
.
● Untuk pengukuran evaporasi dari tanah dan tanaman (evapotranspirasi) dapat
digunakan lysimeter. Alat ukur yang lain khusus untuk transpirasi dapat digunkan
phytometer.

● Peralatan tambahan yang digunakan pada stasiun pan evaporasi:
- anemometer pada ketinggian 1 – 2 meter diatas pan,
untuk penentuan kecepatan angin.
- Alat ukur presipitasi manual.
- Thermometer air untuk penentuan temperatur air dalam pan.
- Thermometer udara/hygrothermograph/psychrometer untuk temperatur
dan kelembaban udara yang diinginkan.
● Dengan data-data tambahan dapat dihitung evaporasi berdasarkan rumus-rumus
empiris dan prinsip keseimbangan air.

Pan Evaporasi
Lysimeter

5. Pengukuran Presipitasi
● Perlu pertimbangan pemilihan tempat; menghindarkan angin kencang dan terlalu
dekat dengan gedung/pohon yang tinggi (menghalangi pengamatan).
● Dapat menggunakan alat ukur hujan manual dan otomatis. Tujuannya untuk
mengukur banyaknya dan intensitas hujan yang turun pada permukaan datar.
● Alat ukur manual dengan menakar dengan gelas ukur dari jumlah air hujan yang
tertampung dalam kaleng pengumpul. Lama hujan dan distribusi intensitas hujn pada
alat ukur manual tidak bisa dicatat. Hasil curah hujan hari ini berasal dari data hari
kemarin, ketelitiannya 1/10 mm
● Sementara alat hujan otomatis untuk pengamatan yang kontinu. Ada dua jenis alat
ukur otomatis: jenis sifon dan penampung bergerak (tilting bucket)
● Data hujan disajikan dalam bentuk: hujan harian, bulanan, tahunan, hari hujan
(jumlah hari hujan dalam satu bulan), hujan harian maksimum dalam satu tahun, dan
tanggal dan bulan kejadian hujan harian maksimum.

Alat ukur hujan manual dg
gelas ukur
Alat ukur hujan jenis lain
Tipping Bucket
Tilting Bucket

6. Pengukuran Aliran Air
● Berdasarkan ketentuan WMO (1970), area kerapatan stasiun jaringan seperti ini
sebagai berikut:
(a) Wilayah2 datar pada zona temperate, mediterania, dan tropis
* 4-10 stasiun untuk 10.000 km 2 ; 1 stasiun untuk 1000-2500 km 2 .
Untuk negara dimana kesulitan untuk mencapainya, kerapatan yang
disyaratkan, karena kerapatan populasi yang rendah, kurangnya
pengembangan fasilitas komunikasi, atau alasan ekonomi lainnya,
kerapatan jaringan alat ukur aliran bisa dikurangi menjadi: 1 stasiun
untuk 3000 – 10000 km 2 .
(b) Wlayah2 bergunung pada zona temperate, mediterania, dan tropis
Untuk wilayah ini diinginkan memiliki stasiun terdistribusi pada zona
ketinggian 500 m per zona dengan kerapatan minimum: 10-30
stasiun untuk 10000 km 2 ; 1 stasiun untuk 300 – 1000 km 2 .
Untuk negara2 dimana kelihatannya tidak mungkin mencapai
kerapatan yg dsyaratkan, karena kerapatan rendah dari populasi,
kurangnya perkembangan fasilitas komunikasi, atau alasan ekonomi
lainnya, kerapatan jaringan alat ukur aliran bisa dikurangi menjadi:
1 stasiun untuk 1000 – 5000 km 2 .

Dengan kata lain, untuk pulau2 berbukit-bukit kurang dari 20000 km 2
dengan regim sangat tidak beraturan dan jaringan aliran yang sangat
rapat, kerapatan minimum adalah: 1 stasiun untuk 140-300 km 2 .
(c) Zona kering dan kutub
1-2 stasiun untuk 10000 km 2 ; 1 stasiun untuk 5000-20000 km 2 ,
tergantung pada kelayakan.
Ketentuan seperti ini tidak dapat diterapkan untuk gurun yang luas
dengan tidak adanya jaringan aliran yang pasti (seperti gurun Sahara,
Gobi, Arab, dan Korakorum) dan lapangan es yang luas (pulau
Antartika, Greenland, Arctic)

6.1 Pengukuran elevasi muka air sungai, danau, dan reservoir.
● Untuk meramalkan aliran pada daerah banjir dan merencanakan dimensi bangunan
yang akan dibangun pada sungai atau di dekatnya. Pengukuran dilakukan relative
terhadap datum.
● Pengukuran dapat dilakukan secara manual dan otomatis. Pengukuran manual
menggunakan papan duga. Sementara pengukuran otomatis dapat menggunakan
pencatat dengan pengapung (float recorder) dan pencatat pneumatik (pneumatic
recorder).
● Pengukuran manual lebih murah namun tergantung dari sering atau tidaknya
pengamatan dan ketelitian dari pengamat jika menempatkan beberapa papan duga.
Sementara alat ukur otomatis dengan pengapung lebih mahal, tetapi ketelitian cukup
tinggi. Untuk alat ukur otomatis peumatic harganya relaif murah, namun ketelitian
kurang

Papan duga pada sungai
Papan duga pada tiang jembatan
Alat ukur otomatis dalam sangkar

6.2 Pengukuran debit
● Umumnya dilakukan untuk waktu2 tertentu untuk mendapat rating curve.
● Semakin banyak dilakukan pengukuran, semakin teliti analisa datanya. Jumlah
pengukuran tergantung dari: tujuan, kepekaan sungai, ketelitian yang ingin dicapai.
● Dapat dilakukan dengan dua cara:
1. Pengukuan tidak langsung.
2. Pengukuran debit cara langsung.
6.2.1 Pengukuran tidak langsung
● Debit diukur dengan metode luas penampang dan kecepatan dengan
(a) pengukura langsung kecepatan rata-rata dengan pengapung, current
meter, pitot tube, atau alat pengukuran velocity lainnya.
(b) perhitungan kecepatan rata-rata dengan rumus seperti persamaan
Chezy (Manning)

● Dalam metode luas penampang dan kecepatan, debit Q dihitung dengan persamaan
Q = A V
dimana:
A = luas penampang
V = kecepatan rata-rata dari aliran pada suatu potongan melintang.
6.2.2 Pengukuran langsung
● Dapat dilakukan dengan cara volumetric (dengan suatu bejana). Atau dapat
dilakukan dengan bantuan bangunan hydraulic, seperti bendung dan flume

Penentuan kecepatan dengan pengapung

Penentuan kecepatan dengan current meter

Penentuan kecepatan dengan pitot tube

Penentuan debit dengan bendung V-notch dan segiempat

Penentuan debit dengan parshall
flume

Free flow
Q = C h n
Submerged flow
Q = C h n – Q e
b < 3,05
Q e
= 0,07 b 0,815 ( ….)
b >= 3,05
Q e
=C s
Q 3
C s
= (0,3281) b
Q 3
dari tabel