Rating Curve

I.                   PENDAHULUAN

                     A.  Latar Belakang

Monitoring debit sungai secara kontinyu sangat diperlukan untuk melakukan evaluasi DAS dalam jangka panjang. Metode yang digunakan dalam monitoring debit adalah metode lengkung debit atau 'rating curve'. 'Rating curve' merupakan persamaan garis yang menghubungkan tinggi muka air sungai (m) dengan besarnya debit air, sehingga debit dapat diduga melalui ukuran tinggi muka air sungai

Debit aliran adalah jumlah air yang mengalir dalam satuan volume per waktu. Kemampuan pengukuran debit aliran sangat diperlukan untuk mengetahui potensi sumberdaya air suatu wilayah DAS. Debit aliran dapat dijadikan sebuah alat untuk memonitor dan mengevaluasi neraca air suatu kawasan melalui pendekatan potensi sumberdaya air permukaan yang ada.

Rating curve merupakan persamaan garis yang menghubungkan tinggi muka air sungai (m) dengan besarnya debit aliran, sehingga debit dapat diduga melalui ukuran tinggi muka air. Banyak pengukuran debit sungai yang dibuat atas berbagai tahap sungai. Kurva Rating biasanya di plot sebagai tahap pada x-axis vs debit pada y-axis.

A.    Tujuan

Tujuan dari praktimum kali ini adalah :

1.      Mengetahui cara pengukuran rating curve.

2.      Mengetahui manfaat dari pengukuran rating curve.

II.    TINJAUAN PUSTAKA

Tinggi muka air (stage hight, gauge hight) sungai adalah elevasi permukaan air (water level) pada suatu penambang melintang sungai terhadap suatu titik tetap yang elevasinnya telah diketahui. Tinggi muka air biasanya dinyatakan dalam satuan meter (m) atau centimeter (cm). Fluktuasi permukaan air sungai menunjukan adanya perubahan kecepatan aliran dan debitnya. Pengukuran tinggi muka air merupakan langkah awal dalam pengumpulan data aliran sungai sebagai data dasar hidrologi.

Data tinggi muka air dapat digunakan secara langsung untuk berbagai pembangunan, misalnya saja untuk perhitungan pengisian air pada waduk, perencanaan pembangunan fisik di daerah dataran banjir dan untuk keperluan lainnya.

Untuk keperluan analisis hidrologi, data tinggi muka air digunakan sebagai dasar perhitungan debit setelah dibuat hubungan antara tinggi muka air dan debit hasil pengukuran debit yang dilakukan secara berkala, yang mencakup pengukuran debit pada muka air rendah samapi tinggi. Dengan demikian ketelitian dalam perhitungan data debit juga tergantung daripada ketelitian pengukran tinggi muka air.

Debit merupakan jumlah air yang mengalir di dalam saluran atau sungai persatuan waktu. Metode yang umum digunakan untuk menetapkan debit sungai adalah metode profil sungai (cross section). Pada metode ini debit merupakan hasil perkalian antara luas penampang vertical sungai (profil sungai) dengan kecepatan aliran air.

Q = A x V

Dimana :

Q = debit aliran (m3/s)

A = luas penampang (m2)

V = kecepatan aliran sunga (m/s)

Debit sungai juga dapat kita ketahui dari tinggi permukaan air diatas dasar kalau sebelumnya sudah kita tentuhkan lebih dulu hubungan antara tinggi air dan debit. Untuk ini pada berbagai ketinggian air diukur debitnya dan hasilnya digambarkan dengan suatu grafik. Ordinat menunjukan tinggi muka air diatas dasar sungai sedangkan absisnya menunjukan debit, lengkung yang diperoleh pada grafiknya disebut rating curve. Rating curve dapat ditentuhkan dengan metode kuadrat kecil, regresi, korelasi, atau dengan logaritma. Rating curve merupakan persamaan garis yang menghubungkan tinggi muka air sungai (m) dengan besarnya debit air, sehingga debit dapat diduga melalui ukuran tinggi muka air sungai.

III.     METODOLOGI

A.    Alat dan Bahan

Alat :

1.      Penggaris

2.      Current meter

3.      Meteran

4.      Stopwatch

5.      Sekat ukur

6.      Ember

7.      Talang

Bahan :

1.      Alat tulis

2. Metode Kerja

1.      Sekat ukur kecil

a.       Siapkan saluran atau talang

b.      Tempatkan sekat ukur di ujung talang

c.       Tuangkan air pada ujung talang lainnya

d.      Tunggu sampai ketinggian konstan

e.       Tampung air dalam ember selama 10 detik

f.       Ulangi langkah c-e hingga beberapa ketinggian air

g.      Buat tabel sebagai berikut

NO	h (cm)	Q (m3/s)

h.      Buat grafik dengan regresi polynomial/pangkal

2. Saluran terbuka (sungai)

a.       Ukur tinggi muka air pada posisi tertentu dari tepi

b.      Ukur debit pada saluran terbuka

c.       Ulangi langkah ke a-b pada tinggi muka air tertentu

NO	h (cm)	Q (m3/s)

d.      Buat grafik dengan regresi polynomial/pangkal

IV.    HASIL DAN PEMBAHASAN

A.    Hasil

Diketahui :

 h1           : 1 cm

h 2           :2 cm

h 3           : 3 cm

h 4           : 4 cm

t 1            : 10 s

t 2            : 10 s

t 3            : 10 s

t 4            : 10 s

v 1           : 500 ml      = 0,0005 m3

v 2           : 550 ml      = 0,00055 m3

v 3           : 950 ml      = 0,00095 m3

v 4           : 3300 ml    = 0,0033 m3

Q = V

        t

Q 1 = 0,0005     = 0,00005 m3/s

              10

Q 2 = 0,00055   = 0,000055 m3/s

              10

Q 3 = 0,00095   = 0,000095 m3/s

              10

Q 3 = 0,0033     = 0,00033 m/s

              10

Tabel percobaan 1

NO	h (cm)	Q (m/s)
1	1	0,00005
2	2	0,000055
3	3	0,000095
4	4	0,00033

Diketahui :

 h1           : 1 cm

h 2           :2 cm

h 3           : 3 cm

h 4           : 4 cm

t 1            : 10 s

t 2            : 10 s

t 3            : 10 s

t 4            : 10 s

v 1           : 400 ml      = 0,0004 m3

v 2           : 900 ml      = 0,0009 m3

v 3           : 1650 ml    = 0,00165 m3

v 4           : 2600 ml    = 0,0026 m3

Q = V

        t

Q 1 = 0,0004     = 0,00004 m3/s

              10

Q 2 = 0,0009     = 0,00009 m3/s

              10

Q 3 = 0,00165   = 0,000165 m3/s

              10

Q 3 = 0,0026     = 0,00026 m/s

              10

Tabel percobaan 2

NO	h (cm)	Q (m/s)
1	1	0,00004
2	2	0,00009
3	3	0,000165
4	4	0,00026

B.     Pembahasan

Rating Curve adalah grafik debit dibandingkan panggung untuk titik tertentu pada sungai, biasanya terdapat di stasiun pengukuran, dimana debit aliran diukur di saluran sungai dengan flow meter. Rating Curve adalah Sebuah plot yang menunjukkan hubungan antara panggung dan debit (debit sungai) dari aliran tertentu pada lokasi tertentu. Dari penjelasan tersebut dapat disimpulkan bahwa Rating curve merupakan hubungan antra elevasi muka air dengan debit. Rating  curve merupakan persamaan garis yang menghubungkan tinggi muka air sungai (m) dengan besarnya debit air, sehingga debit dapat diduga melalui ukuran tinggi muka air sungai.

Rating Curve yang notabennya adalah sebuah grafik memerluhkan data-data tertentu dalam pembuatanya. Data yang dibutuhkan tersebut antara lain adalah tinggi muka air, debit aliran, waktu pengukuran, kecepatan aliran.

Pengembangan kurva rating melibatkan dua langkah, diantaranya adalah sebagai berikut:

1.      Hubungan antara panggung dan debit yang didirikan dengan mengukur tahap dan debit yang sesuai di sungai.

2.      Tahap sungai diukur dan debit dihitung dengan menggunakan hubungan yang dibangun di bagian pertama.

Tahap diukur dengan membaca alat ukur yang dipasang di sungai. Jika hubungan tahap-debit berubah dengan waktu, hal itu disebut kontrol permanen. Jika hubungan tidak berubah, hal itu disebut pergeseran kontrol. Lengkung debit adalah suatu kurva yang menggambarkan hubungan antara tinggi muka air dan debit sungai/saluran terbuka pada suatu penampang melintang tertentu.

Dalam pembuatan Rating Curve diperlukan pengukuran debit aliran. Debit sungai adalah volume air yang melalui penampang basah sungai dalam satuan waktu tertentu, biasanya dinyatakan dalam satuan m3/detik atau l/detik. Pengukuran debit adalah proses pengukuran dan perhitungan kecepatan, kedalaman, dan lebar aliran serta perhitungan luas penampang basah, untuk menghitung debit di sungai/saluran terbuka. Debit diperoleh dari persamaan sebagai berikut:

            Q =  V

                     t

            Dengan:

                     V: Kecepatan aliran(m/s)

                     t: Waktu(s)

                     Q: Debit aliran (m3/s)   

Data hasil dari perhitungan debit aliran dan tinggi muka iar dimasukan kedalam tabel debit. Tabel debit adalah tabel yang menyajikan data tinggi muka air dan debit hasil pembacaan lengkung debit dengan interval tinggi muka air. Lengkung aliran dibuat berdasarkan data pengukuran aliran yang dilaksanakan pada muka air dan waktu yang berbeda-beda.

Ada dua metode yang dapat digunakan untuk menentukan Rating Curve:

1.      Metode Logaritmik

Dalam metode logaritmik digunakan persamaan sebagai berikut:

               Q = A (H - H_o)^B

Dimana :

  Q         =  debit (m³/dt)

  H         =  tinggi muka air (m)

 H_o          =  tinggi muka air pada saat aliran sama dengan nol

 A,B      =  konstanta

            Data titik aliran  nol (H0), berguna untuk menentukan arah lengkung aliran pada tinggi muka air rendah. Cara yang baik untuk menentuhkan niali H0 adalah dengan cara mengukur langsung pada lokasi penampang sungai yang bersangkutan. Nilai H0 dapat juga diperkirakan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

            H0 = H1.H3-H2²

                     H1+H2-2H₂

            Nilai H1 dan H3 ditentuhkan berdasarkan Q1 dan Q2 yang dipilih dari grafik, sedangkan nilai  H2 adalah tinggi muka air pada nilai debit sama dengan Q2 dengan syarat:

Q²₂ = Q_{1 X} Q₂

Untuk mencari a dan b dapat dibantu oleh tabel dan dua buah persamaan di bawah ini:

∑ (Y) – m log - b∑ (X) = 0

∑ (XY) - ∑ (X) log – b ∑ (X) = 0

∑ (Y) = jumlah nilai log Q

∑ (X) = jumlah nilai log (H-H₀)

∑ (X²) = jumlah nilai kuadrat dari X

∑ XY = jumlah nilai X dikalian Y

            m         = jumlah pengamatan

            Metode ini sangat bermanfaat dalam pembuatan Rating Curve. Metode ini dapat pula digunakan untuk pendugaan debit aliran dengan tinggi muka air. Metode ini menggunakan tinggi muka air awal atau tinggi muka air pada saat waktu nol.

2.      Metode Analitik

Dengan metode ini penentuan lengkung aliran ditentukan dengan cara kwadrat terkecil (least square), pada cara ini diusahakan agar jumlah kwadrat penyimpangan harga debit hasil pengukuran aliran terhadap debit lengkung aliran, menjadi minimum (terkecil). Biasanya dapat dirumuskan sebagai berikut:

Q = AH² + BH + C

Dimana : nilai (A); (B) dan (C) adalah suatu bilangan, yang dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :

(∑Q) = _n C + B (∑H) + A (∑ H²)

(∑ HQ) = C (∑H) + B (∑H²) + A (∑H³)

(∑ H²Q) = C(∑H²) + B (∑H³) + A(∑H⁴)

∑ = tanda jumlah

n   = banyaknya data yang digunakan

            Untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat, sebaikna dilakukan perhitungan koreksi debit dan koreksi tinggi muka air.

1.      Koreksi debit

Koreksi debit dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

DQ = Qc-Qm   x 100 %

                             Qc

            keterangan :

DQ   = besarnya koreksi debit, (%)

Qc    = debit dari hasil pembacaan lengkung debit, (m³/dt).

Qm   =  debit dari hasil pengukuran, (m³/dt).

Apabila hasilnya lebih besar dari 10% maka tidak perlu dilakukan koreksi tinggi muka airnya.

2.      Koreksi tinggi muka air

Koreksi tinggi muka air dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

DH = Hc-Hm

Keterangan :

DH   =  besarnya koreksi tinggi muka air, (m).

Hc    = tinggi muka air yang ditunjukkan pada lengkung debit, (m).

Hm   = tinggi muka air pada saat pengukuran debit, (m).

Rating Curve bermanfaat sebagai dasar penentuan besarnya debit sungai di lokasi dan tinggi muka air pada periode waktu tertentu, juga dapat digunakan untuk mengetahui adanya perubahan sifat fisik dan sifat hidraulis dari lokasi penampang sungai yang bersangkutan. Pada kehidupan sehari-hari, manfaat dari rating curve ini adalah untuk mengetahui besarnya debit aliran sungai pada tiap-tiap perbedaan ketinggian muka air sungai yang diukur. Dengan membuat rating curve, debit di suatu sungai daat dketahui dengan menggunakan tinggi muka air sungai.

Selain metode Rating Curve, ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk pendugaan debit:

1. Emboys  Float Method

Rumus yang digunakan:

            Q=WDAL/T

Keterangan :

Q   : Debit air

W  : Rata-rata lebar (m)

D   : Rata-rata kedalaman (m)

A   : Konstanta perairan

L   : Jarak yang ditempuh pelampung (m)

T   : Waktu (detik)

2. Metode NRECA

Metode ini merupakan model konsepsi yang bersifat deterministik. Disebut model konsepsi karena basisnya didasari oleh teori. Oleh karena itu untuk menginterpretasikan fenomena proses fisiknya digunakan persamaan dan rumus semi empiris. Langkah-langkah pendugaan debit dengan metode NRECA, secara singkat dapat diselesaikan dengan persamaan-persamaan sebagai berikut:

Q   = DF+GWF

DF = EM –GWS

GWF = P₂ x GWS

GWS = P₁ x EM

S        = WB-EM

EM    = EMR x WB

WB    = Rb – AET

AET   = AET/PET x PET

Wi      = W₀ /N

N        = 100 + 0,20 Ra

Dimana :

Q          = Debit aliran rerata

DF        = Aliran langsung

GWF    = Aliran air tanah

EM       = Kelebihan kelangasan

GWS    = Tampungan air tanah

P₁             = Parameter yang menggambarkan karakteristik tanah permukaan

P₂             = Parameter yang menggambarkan karakteristik bagian dalam

WB       = Keseimbangan air

EMR    = Rasio kelebihan kelangasan

Rb        = Curah hujan bulanan

AET     = Evapotranspirasi aktual

PET      = Evapotraspirasi potensial

Wi        = Tampungan kelangasan tanah

W₀        = Tampungan kelangasan awal

N          = Nominal

Ra         = Curah hujan tahunan

            Sekat pengukur sangat berguna dalam pengukuran tinggi muka air. Sekat pengukur biasanya digunakan untuk menentuhkan ketinggi muka air yang keluar. Sekat ukur memiliki kelebihan dan kekurangan, daintaranya adalah sebagai berikut:

1. Kelebihan

a.       Murah. Sekat pengukur relatif murah karena dalam pembuatanya juga tidak terlalu rumit (untuk skala keci).

b.      Alat ukur primer yang sederhana. Sekat pengukur merupakan alat bantu pengukur tinggi muka air yang sederhanan.

c.       Dapat dipasang maupun dilepas dengan mudah. Sekat pengukur yang berskala kecil dapat dipasang maupun dibongkar dengan mudah.

d.      Dapat dibuat dari beragam bahan. Sekat ukur tidak hanya terbuat dari bahan kayu saja namun dapat dibuat dari  alumunium, fiberglass, pelat logam, maupun plastik.

2. Kekurangan

a.       Keakuratannya kurang. Sekat pengukur yang masih sederhana biasanya belum tersentuh teknologi yang secara otomatis dapat mecatat data (ketinggian muka air). Hal ini menyebabkan pengukuran tinggi head menjadi kurang teliti sehingga dugaan debit pun menjadi kurang tepat.

Dalam praktikum kali ini kami akan membaut grafik Rating Curve. Grafik  yang akan kami buat adalah hubungan debit aliran dengan tinggi muka air. Tinggi muka air yang kami peroleh adalah 1 cm, 2cm, 3cm, dan 4 cm. Waktu pengukuran kami samakan 10 sekon. Pada 10 menit pertama dalam percobaan 1 dan 2 dengan tinggi muka air 1 cm volume air yang tertampung sebesar 500 ml dan 400 ml, pada ketinggian 2 cm volume air menjadi 550ml dan 900ml, pada ketinggian 3 cm volume air 900 ml dan 1650 ml, pada ketinggian 4 cm volume air menjadi 3300 ml dan 2600 ml. Setah tinggi muka air, waktu pengukuran dan juga volume air diperoleh, data dicatat dengan lengkap. Selanjutnya kami menghitung debit aliran (Q) dari hasil data praktikum. Debit aliran dihitung dengan volume dibagi waktu. Kemudian grafik dibuat secara manual dengan sumbu x sebagai tinggi muka air dan sumbu y sebagai debit aliran.

Tidak setiap praktikum dapat berjalan dengan lancer, terkadang dalam sebauh praktikum ada beberapa kendala yang harus dihadapi. Pada praktikumkali ini kami mendapatkan kendala ketika membuat tinggi muka air sesuai dengan tinggi muka air yang telah ditentuhkan. Selain itu kami muja mendapatkan kesulitan untuk menjaga tinggi muka air agar tetap kontinyu serta stabil. Tinggi muka air yang tidak kontiyu dan stabil membuat volume air yang tertampung terlalu banyak. Sehingga apabila dicermati terdapat jarak yang sangat jauh antara volume pada setiap tinggi muka air. Hal ini menyebabkan pendugaan debit aliran dengan tinggi muka air kurang akurat.

D.    KESIMPULAN DAN SARAN

A.    Kesimpulan

Dari praktikum kali ini dapat di tarik kesimpulan sebagai berikut :

1.      Rating curve merupakan hubungan antra elevasi muka air dengan debit. Rating  curve merupakan persamaan garis yang menghubungkan tinggi muka air sungai (m) dengan besarnya debit air, sehingga debit dapat diduga melalui ukuran tinggi muka air sungai.

2.      Rating Curve dapat ditentuhkan dengan metode logaritmik dan metode analitik.

3.      Rating Curve bermanfaat sebagai dasar penentuan besarnya debit sungai di lokasi dan tinggi muka air pada periode waktu tertentu, juga dapat digunakan untuk mengetahui adanya perubahan sifat fisik dan sifat hidraulis dari lokasi penampang sungai yang bersangkutan. Pada kehidupan sehari-hari, manfaat dari rating curve ini adalah untuk mengetahui besarnya debit aliran sungai pada tiap-tiap perbedaan ketinggian muka air sungai yang diukur.

4.      Selain metode Rating Curve terdapat beberapa metode lain yang dapat digunakan untuk pendugaan debit yaitu Emboys  Float Methode, Metode NRECA dan lain sebagainya.

5.      Sekat ukur memiliki keunggulan dalam hal harga yang murah, dapat dibuat dari beragam bahan dll. Namun sekat ukur kurang teliti dalam menentukaan pengukuran tinggi head dan dan data yang dihasilkan kurang akurat.

6.      Kendala yang kami alami dalam praktikum seperti kesulitan untuk menjaga kostan air yang keluar dari talang, kesulitan dalam pengukuran tinggi muka air dll.

B.     Saran

Praktikum sudah berjalan dengan lancer, namun akan lebih baik lagi apabila penopang untuk talang air lebih tinggi agar kostanta air yang keluar lebih terjaga.