HIDROLOGI DESAIN

PENDAHULUAN Hidrologi Desain adalah kegiatan penilaian/penaksiran dampak kejadian hidrologi terhadap sebuah sistem sumber daya air serta pemilihan nilai bagi variabel desain yang cukup berperan pada sistem tersebut. Hidrologi Desain dibutuhkan pada saat membuat perencanaan bangunan air, seperti tanggul pengendali banjir, atau pada saat membuat program manajemen sistem pengendali banjir yang sudah ada agar berfungsi lebih baik. Sebagai contoh, dengan hidrologi desain dapat dihasilkan peta daerah banjir yang berguna untuk mengeleminir pembangunan rumah di daerah pinggir sungai. Selain hidrologi, banyak faktor lain yang harus dipertimbangkan pada perencanaan sistem sumber daya air, yaitu meliputi: kesejahteraan masyarakat, keamanan, ekonomi, estetika, hukum, dan faktor teknis, seperti geoteknik dan desain struktur. Namun demikian, bagi hidrologis pusat perhatiannya adalah masalah aliran air yang melalui sebuah sistem, dan faktor-faktor lain yang menyebabkan masalah hidrologi dapat menimbulkan dampak terhadap sistem tersebut. Oleh karenanya dibandingkan dengan hidrologi analisis, hidrologi desain memiliki ruang lingkup yang lebih luas.

SKALA HIDROLOGI DESAIN Tujuan perencanaan dan manajemen sumber daya air secara kasar dapat dikelompokkan kedalam 2 katagori. Pertama adalah pengendali air, seperti drainase, pengendali banjir, pengurangan polusi, pengendali serangga, pengendali sedimen, dan pengendali salinitas. Kedua adalah penggunaan air dan manajemen, seperti suplai air domistik dan industri, irigasi, pembangkit tenaga listrik, rekreasi, pemiliharaan ikan dan kehidupan liar, penambahan aliran rendah untuk manajemen kualitas air, dan manajemen watershed. Pada kasus lain, lingkup hidrologi sama, yaitu menentukan aliran rencana, menelusuri aliran yang melalui sebuah sistem, dan memeriksa apakah nilai output yang dihasilkan memuaskan. Perbedaan antara dua kasus adalah desain untuk pengendali air umumnya berhubungan dengan kejadian ekstrim pada durasi pendek, seperti debit puncak sesaat selama banjir, atau aliran minimum selama periode beberapa hari pada musim kemarau. Sementara desain untuk penggunaan air berhubungan dengan aliran lengkap hidrograf yang terjadi selama periode satu tahun.

SKALA HIDROLOGI DESAIN Skala hidrologi desain adalah rentang besarnya nilai variabel rencana , seperti aliran rencana, dalam hal ini sebuah nilai harus dipilih untuk menentukan aliran masuk ke dalam sebuah sistem . Faktor yang terpenting dalam pemilihan nilai desain ini adalah biaya dan keamanan. Adalah terlalu mahal untuk desain struktur kecil seperti gorong-gorong untuk debit puncak yang sangat besar, namun jika bangunan hidraulik utama, seperti spillway pada bendungan yang besar, didesain untuk banjir yang terlalu kecil, yang hasilnya dapat mengakibatkan bencana, seperti runtuhnya dam. Besarnya nilai optimum untuk desain adalah satu yang menyeimbangkan pertimbangan konflik antara biaya dan keamanan.

Nilai Batas Estimasi Secara praktek batas atas skala hidrologi desain tidak terbatas, jika siklus hidrologi global merupakan sistem tertutup, yaitu total jumlah air di dunia ini adalah konstan. Beberapa hidrologis berpendapat tidak ada batas atas, tetapi hal ini secara fisika tidak realistik. Batas bawah skala hidrologi desian adalah nol pada kebanyakan kasus, jika nilai dari variabel desainnya tidak negatif. Meskipun batas atas yang sebenarnya biasanya tidak diketahui, untuk keperluan praktis sebuah batas atas estimasi dapat ditetapkan. Estimated limiting value (ELV= Nilai batas estimasi) didefinisikan sebagai nilai terbesar yang mungkin terjadi pada sebuah kejadian hidrologi pada sebuah tempat tertentu, berdasarkan informasi hidrologi yang terbaik. Rentang ketidakpastian untuk ELV tergantung dari tingkat kepercaayaan informasi, teknis ilmu, dan ketepatan analisis. Dengan informasi, ilmu pengetahuan, dan pengembangan analisis, estimasi lebih baik memperkirakan nilai benar batas atas, dan rentang dari ketidakpastian menjadi lebih kecil. Diketemukan bahwa nilai observasi hidrologi melebihi nilai batas estimasi (ELV) yang diperkirakan sebelumnya.

Nilai Batas Estimasi Pada konsep nilai batas estimasi (Estimated Limiting Value = ELV) umumnya digunakan hujan maksimum mungkin terjadi (Probable Maximum Precipitation = PMP) dan yang bersesuaian dengan banjir maksimum mungkin terjadi (Probable Maximum Flood = PMF). Menurut WMO (World Meteorological Organization) PMP didefinisikan sebagai jumlah hujan yang secara pisikal merupakan nilai yang mendekatai batas atas pada durasi tertentu untuk sebuah basin tertentu. Berdasarkan beberapa catatan di seleruh dunia, PMP dapat memiliki periode ulang 500 juta tahun yang bersesuaian dengan faktor frekuensi 15. Namun priode ulang PMP ini juga bervariasi secara geografis, beberapa PMP dinyatakan hanya memiliki priode ulang 10.000 tahun , meskipun tanpa alasan secara pisikal.

Nilai Batas Probabilitas Oleh karena probabilitas sebuah nilai desain tidak diketahui, maka nilai desain tersebut ditetapkan dengan menggunakan ELV. Batas bawah pada skala desain, sebuah probabilitas atau frekuensi beradasarkan pendekatan biasanya digunakan. Besarnya kejadian hidrologi pada level ini lebih kecil, biasanya didalam atau dekat dengan rentang hasil observasi frekuensi. Sebagai hasilnya, probabilitas kejadian dapat diestiamsi secara tepat jika catatan hidrologi cukup panjang yang tersedia untuk analisis frekuensi. Pendekatan probabilitas lebih sedikit subjektifitas dan lebih teoritis daripada penedekatan deterministik. Probabilitas juga merupakan acuan cara logika untuk menetapkan nilai desain optimum seperti yang digunakan pada hydroeconomicanalysis dan risk analysis.

Nilai Batas Probabilitas Pada daerah yang pada populasinya, dimana kegagalan bangunan pengendali banjir dapat menghilangkan jiaw dan kerusakan bangunan, sebuah desain menggunakan ELV dapat digunakan. Pada daerah yang populasinya sedikit dimana kegagalan konstruksi hanya menghasilkan kerusakan yang ringan, sebuah desain lebih kecil untuk pencegahan lebih masuk akal. Kedua nilai ekstrem ini ada pada skala hidrologi desain, variasi eksistin kondisi dan variasi nilai desain dibutuhkan. Ketika tingkah laku probablisitik sebuah kejadian hidrologi dapat ditentukan, biasanya yang terbaik untuk digunakan besarnya kejadian untuk periode ulang tertentu sebagai nilai desain.

Nilai Batas Probabilitas Berdasarkan pengalaman dan keputusan waktu lampau, beberapa generalisasi kriteria desain untuk bagunan penengendali air telah dikembangkan, sebagai kesimpulan diperlihatkan pada Tabel 13.1.1. Beradasarkan konsekuensi potensial dari kegagalan, bangunan dikalsifikasikan sebagai besar (major), sedang (intermidiate), kecil (minor); kesesiuaian perkiraan rentang pada skala desain diperlihatkan pada Gambar 13.1.1. Kriteria untuk dam pada Tabel 13.1.1 berhubungan dengan desain kapasitas spillway, dan diambil dari National Academy for Sciences (1983). The Academy mendefinisikan dam kecil memilki tampungan 50-1000 acre.ft dan tinggi 25-40 ft. Dam sedang memiliki tampungan 1000 – 50.000 acre.ft dan tinggi 40 – 100 ft. Dam besar memiliki tampungan lebih besar dari 50.000 acre.ft dan tinggi lebih dari 100 ft. Secara umum dam besar dapat mengakibatkan kehilangan jiwa yang luar biasa dan kerusakan yang luar biasa jika dam besar runtuh. Pada kasus dam sedang, kemungkinan kehilangan jiwa kecil dan kerusakan masih dapat dibaiaya oleh owner. Untuk dam kecil, secara umum tidak terjadi kehilangan jiwa dan kerusakan, biayanya sama dengan biaya perbaikan.

Desain Pemakaian Air Diskusi di atas adalah aplikasi untuk hidrolgi desain yang berhubungan dengan pengendalian kelebihan air seperti banjir. Desain untuk pemakaian air ditangani dengan cara yang sama, kecuali bahwa perhatian lebih pada ketidakcukupan dari pada kelebihan air. Oleh karena jarak waktu yang lama pada kemarau, hanya ada sedikit catatan historikal hidrologi dibandingkan dengan banjir ekstrim. Hal ini karenanya lebih sulit menetapkan kemarau berdasarkan analisis frekuensi, khususnya jika desain beberapa tahun yang lalu, seperti kasus desain suplai kebutuhan air. Dasar yang umum untuk desain sistem pemberian air untuk sebuah kota adalah catatan kritis kemarau, yaitu kemarau terjelek yang tercatat. Desain memuaskan jika supplai air memenuhi kebutuhan periode kritis. Batasan pendekatan periode kritis adalah tingkat resiko yang dihubungkan dengan dasar desain pada nilai historikal tunggal tidak diketahui. Untuk mengatasi keterbatasan ini, metode untuk membangkitkan data aliran sintetik sudah dikembangkan dengan menggunakan komputer dan pembangkitan bilangan acak untuk menciptakan catatan aliran sintetik yang statistik ekivalen kepada catatan histori. Bersama dengan catatan histori, catatatn sintetik memberikan dasar probalistik untuk desain kemarau.

Desain Pemakaian Air Hidrologi desain untuk pemakaian air (water use) diatur secara ketat oleh undang-undang air, khsususnya untuk daerah tandus. Hukum mengatur pemakai mengurangi alokasi mereka disaat kekurangan air. Sebuah usaha untuk melindungi ikan dan kehidupan di aliran sungai, telah dikembangkan metode pada beberap tahun belakangan ini untuk menentukan jumlah kebutuhan dari sebuah sungai. Perbedaan pengendali banjir dan penyediaan air, pada ketidak cukupan informasi hidrologi adalah diberikan pada debit aliran dan ketinggian aliran, kebutuhan aliran sungai dipengaruhi juga oleh turbiditas, temeprature, dan varibel kualitas lainnya dalam sebuah cara yang komplek yang berbeda dari satu jenis kejenis yang lain. Sistem sumberdaya air berhubungan dengan permintaan kompetesi pengguna, kebutuhan untuk memelihara aliran sungai, dan kompetisi permintaan yang berhubungan dengan pengendali banjir. Hidrologi desain harus menetapkan tingkat desain yang tepat untuk setiap faktor.

SELEKSI TINGKAT DESAIN Derajat hidrologi desain pada skala desain adalah besarnya nilai hidrologi yang disepakati untuk mendasain suatu struktur bangunan air pada sebuah proyek. Adalah tidak selalu ekonomis untuk mendesain bangunan air jika menggunakan ELV, sehingga ELV dimodifikasi untuk tujuan desain yang sepesifik. Nilai desain final lebih lanjut dimodifikasi menurut keputusan engineer dan pengalaman perencana dan perancang. Tiga pendekatan yang secara umum digunakan untuk menetapkan sebuah nilai desain, yaitu pendekatan emperis, analisis resiko, dan analisis hidroekonomi.