52889391-HIDROLOGI PDF

Preview

Summary

BAB 1 PENGENALAN Objektif: Objektif bab ini ialah: ™ Memperkenalkan subjek serta skop bidang hidrologi kepada para pelajar buat kali pertama dalam program pengajian kejuruteraan awam dan program program lain berkaitan air, sumber air dan alam sekitar. ™ Memberi penjelasan mengenai pertalian diantara...

Description

Accelerat ing t he world's research.

52889391-HIDROLOGI aidil azmi

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

JUDUL: KAJIAN HIDROLOGI UNT UK KAWASAN TADAHAN SUNGAI SEMENYIH Firdaus Hashim

Masalah Sediment asi Dan Penyelesaiannya Melalui Kaedah Pengurusan Persekit aran: Sat u Kajian Ke… idris muhammad BORANG PENGESAHAN STAT US T ESIS JUDUL : PENENT UKURAN HALAJU SUNGAI MENGGUNAKAN KAE… Yusof Ahmad

BAB 1 PENGENALAN Objektif: Objektif bab ini ialah: ™ Memperkenalkan subjek serta skop bidang hidrologi kepada para pelajar buat kali pertama dalam program pengajian kejuruteraan awam dan program program lain berkaitan air, sumber air dan alam sekitar. ™ Memberi penjelasan mengenai pertalian diantara ilmu hidrologi dan masalah praktis berkaitan dengan projek-projek berkaitan dengan pembangunan sumber air, pengawalan alam sekitar dan ekosistem berasaskan air.

1.1.

Definisi Hidrologi

“ Tahukah anda Ilmu hidrologi merupakan ilmu Allah yang termaktub dalam AlQuran?” Apa itu ilmu hidrologi. Hidrologi ialah gabungan dua sukukata `hydro’ yang bermaksud air dan ‘logy’ yang bermaksud kajian. Sukukata hydro berasal daripada bahasa Greek ‘hudor’ bermaksud air. Oleh itu, subjek hidrologi boleh ditakrifkan secara ringkas sebagai kajian mengenai air dan sumber air. Skop kajian ini sangat luas dan dapat dilihat daripada dua sudut iaitu sudut kuantitatif dan kualitatif. Hidrologi kuantitatif bermaksud kajian atau analisis yang melibatkan data atau maklumat yang boleh diukur secara kuantitatif. Umpanya jumlah ukur dalam hujan harian dalam mm, kadar aliran sungai dalam m3s-1, kadar penggunaan air harian dalam Mgh-1, dsb. Hidrologi kualitatif pula lebih menjurus kepada penerangan atau penjelasan secara diskriptif mengenai proses atau proses-proses berlakunya sesuatu kejadian atau fenomena yang berakaitan dengan air dan

2

sumber air. Umpamanya penjelasan bagaimana proses perbandaran mampu memberi kesan kepada perubahan kadar aliran sungai. Dalam bidang kejuruteraan, hidrologi kuantitatif lebih diberi keutamaan kerana ianya merupakan asas utama kepada perancangan dan perencanaan pelbagai projek pembinaan infrastruktur seperti sistem saliran bandar, projek kawalan banjir, pembinaan empangan dan takungan, sistem pengairan dan saliran pertanian, dsb. Hidrologi kualitatif pula diperlukan sebagai pelengkap kepada kajian hidrologi bagi mendapatkan penjelasan secara analitikal mengenai perlakuan dan proses berlakunya sesuatu kejadian dan perlu dihujah dengan menggunakan bahasa dan pendekatan saintifik. Secara ringkas, ilmu hidrologi boleh di definasikan seperti berikut ‘ Hidrologi ialah satu bidang sains yang mengkaji air di dunia ini, kewujudannya, kitaran dan taburannya, sifat fizik dan kimia, tindakbalas dengan persekitaran, termasuk benda hidup dan benda mati’.

1.2.

Air dan tamaddun manusia

“ Tahukah anda kebanyakan tamaddun manusia bermula di kawasan terdapatnya sumber bekalan air semula jadi?” Kebanyakan tamaddun manusia bermula dimana terdapatnya sumber bekalan air. Bermula di tanah suci Mekah, apabila punca air telaga zam-zam dijumpai, maka bermulalah tamaddun manusia disitu. Apabila tamadun manusia bermula maka berlakulah pelbagai kegiatan ekonomi berkaitan dengan air seperti pertanian dan penternakan, pelayaran dan perdagangan serta rekreasi. Sejarah telah membuktikan kebanyakan pusat-pusat pertumbuhan tamaddun manusia di sesebuah Negara bermula dimana terdapatnya kemudahan bekalan air secara semulajadi. Umpamanya, Lembangan Sungai Nile di Mesir dan Lembangan Sungai Tigris-Euprathes di Iraq, Lembangan Sungai Hwang Ho dan Yangtze di China, Sungai Mississippi dan Colorado di USA, Sungai Thames di England, Sungai Rhine di Germany, Sungai Amazon di Brazil, merupakan kawasan pertumbuhan tamaddun termaju di Negara masing-masing. Di Negara kita pun berlaku trend yang sama. Antaranya Lembangan Sungai Klang-Gombak di Kuala Lumpur, Sungai Segget di Johor Bahru, Sungai Muda di Kedah, Sungai Pinang di Pulau Pinang, Sungai Kinta di Perak, Sungai Kelantan di Kelantan, merupakan bermulanya penempatan manusia terawal di setiap negeri berkenaan.

3 1.3

Statistik Imbangan Air Dunia

Tahukah anda bahawa jumlah isipadu air yang wujud di dunia ini adalah kekal, iaitu tidak bertambah atau berkurang mengikut masa dari dahulu sehingga sekarang Berikut adalah statistik umum taburan air dunia. sejak dahulu hingga sekarang, statistik ini didapati tidak berubah, suatu bukti bahawa isipadu air dunia kekal. ™ Anggaran jumlah keseluruhan: 1.36 x 1018 m3 ™ Pecahan Taburan air dunia: ™ ™ ™ ™ ™

Lautan dan tasik (masin) Litupan ais dan glasier (tawar) Air bumi (tawar) Tasek dan sungai (tawar) Atmosfera dan biosfera

97.2% 2.15% 0.64% 0.0085% 0.00015%

™ Selain air laut untuk tujuan pelayaran dan perikanan, pada dasarnya hanya sumber air permukaan (tasek dan sungai) dan air bumi sahaja dianggap sebagai air bersih (fresh water) untuk kegunaan manusia. ™ Gambarajah 1.1 menunjukan secara umum trend peningkatan keperluan air dunia dalam pelbagai sektor. ™ Jadual 1.1 pula ialah statistik bekalan-penggunaan sumber air dunia mengikut benua

1.4

Statistik Imbangan Air di Malaysia

Tahukah anda Malaysia ialah antara negara di dunia yang paling kaya dengan sumber air semula jadi Berikut adalah anggaran pecahan sumber air di Malaysia: ™ ™ ™ ™

Jumlah keseluruhan: 990 billion m3 360 billion kembali ke atmosfera dalam bentuk wap 566 billion dalam bentuk air larian permukaan 64 billion dalam bentuk air bumi

4

3500

3

Penggunaan Air (Km )

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

2040

Tahun Pertanian

Industri

Perbandaran

Empangan

Gambarajah 1.1. Trend anggaran penggunaan dan keperluan air dunia

Jadual 1.1. Bekalan sumber air dunia mengikut kawasan Benua

Eropah Amerika Utara Afrika Asia Amerika Selatan Australia

Keluasan Penduduk (juta (juta) km2)

Sumber bekalan air (km3/tahun)

10.46 24.3

685 453

Potensi bekalan air *1000 m3/tahun Per Purata Maksimum Minimum Per km2 kapita 2900 3410 2254 277 4.23 7890 8917 6895 324 17.4

30.1 43.5 17.9

708 3445 315

4050 13510 12030

5082 15008 14350

3073 11800 10320

134 311 672

5.72 3.92 38.2

8.95

28.7

2404

2880

1891

269

83.7

5 Anggaran permintaan bekalan air (termasuk kegunaan domestik, industri, pertanian dan hidro-elektrik) pula adalah seperti berikut: ™ 1993: 11.6 billion m3 ™ 2020: 30.0 billion m3

1.5

Unit Pengukuran air

“Tahukah anda air boleh di ukur dengan menggunakan pelbagai unit mengikut tujuan dan penggunaannya” ™ Sebelum kita mempelajari bab-bab seterusnya, pelajar mestilah terlebih dahulu mahir menggunakan pelbagai unit pengukuran air. ™ Pelajar juga harus mahir menukar antara satu unit dengan unit yang lain khususnya dari unit Imperial ke unit Metrik dan sebaliknya. Sesuai dengan era globalisasi, penukaran unit daripada sistem metrik ke Imperial dan sebaliknya adalah penting kerana tidak semua negara di dunia ini menggunakan system yang sekata. Selain menggunakan buku jadual dan kalkulator saintifik untuk menukar daripda satu unt ke satu unit, pelajar boleh menggunkan saintifik kalkulator yang terdapat di internet (contohnya pelajar boleh mencuba alamat berikut: http://www.worldwidemetric.com/)

1.5.1. Dalam bentuk ukur dalam (L) Unit: mm, cm, m, inci, kaki Contoh: ™ Hujan purata harian yang menyebabkan banjir kilat ialah 300mm ™ Kedalaman maksimum Sg. Sekitar ialah 10 m ™ Keperluan air tanaman pokok durian untuk sehari ialah 0.5 cm

6

1.5.2. Dalam bentuk isipadu (L3) Unit: cm3, m3, liter, kaki padu, meter hektar (m-ha) Contoh: ™ Isipadu air hujan yang perlu di salirkan untuk mengelakan banjir kilat 102000 liter ™ Isipadu air Sg. Golok bagi 10 m panjang ialah 1000 m3

™ 1000 liter air diperlukan untuk mengairi 10 pokok durian sehari.

1.5.3. Dalam bentuk kadar alir (L3 T-1) Unit: liter se saat/minit/jam (lps, lpm, lph), m3/s (cumec) Contoh: ™ Kadar alir Sungai Muda pada kedalaman 10 m ialah 10 lps atau 0.01 m3/s.

1.6

Skop Kajian Hidrologi

“ Tahukah anda bidang hidrologi mempunyai skop yang sangat luas yang berkaitan dengan perkara berkaitan biotik dan abiotik dan semakin penting dalam kehidupan moden dan mencabar masa kini” Pembangunan Sumber Air: Membantu menentukan kedapatan (availability) sumber air dalam suatu kawasan tadahan. Berapa banyak air dan bila air boleh didapati. Penting untuk merancang dan merekabentuk bekalan air untuk pertanian, industri, domestik, rekreasi, pelayaran sungai, pengangkutan, perikanan dan jana kuasa hidro. Ramalan dan Rekabentuk Kawalan Banjir: Membantu meramalkan kemungkinan berlaku banjir di suatu kawasan, dari segi masa, kekerapan dan magnitud. Maklumat ini digunakan untuk mengelakkan dan mengurangkan kerosakan akibat banjir, merancang dan merekabentuk struktur berkaitan seperti

7 sistem perparitan dan saliran (pertanian dan perbandaran), jambatan, kulvet, empangan, kolam takungan, terusan dan struktur kawalan banjir yang lain. Merancang pembangunan sumber air alternatif (air bumi): Mengetahui perkembangan air bumi. Penting diketahui sebagai sumber air tambahan dan alternatif kepada air permukaan khususnya semasa musim kemarau berpanjangan dan juga kesan kewujudannya terhadap muka bumi. Merancang Pengekalan dan Pemuliharaan Ekosistem: Kebanyakan ekosistem semula jadi bergantung kepada keadaan rejim hidrologi suatu kawasan tadahan. Umpamanya populasi hidupan air seperti ikan dan tumbuhan akuatik bergantung kepada tahap rejim hidrologi lembangan sungai.

1.7

Kitaran Hydrologi (Hydrological cycle)

“ Tahukah anda di manakah letaknya titik permulaan bermulanya proses kitaran hidrologi” Definisi: “Kitaran hidrologi ialah satu kitaran peralihan air (water transfer) yang berlaku di muka bumi (earth) secara berterusan dan semula jadi”. Tiga fasa penting berlaku (Gambarajah 1.2) ™ Proses pengwapan/sejatan (evapotranspiration) ™ Curahan/Kerpasan (precipitation) ™ Air Larian (runoff)

(evaporation)

dan

perpeluwapan

Penjelasan: ™ Bumi terdiri dari 1/3 darat, 2/3 laut ™ Proses sejatan (laut, tasek, sungai, tanah basah) dan sejatpeluhan (pokok, tanaman) berlaku secara semulajadi. ™ Air bertukar menjadi wap air. Wap air naik keudara dan berlaku pengentalan (condensation) sebelum bertukar menjadi awam dalam bentuk butiran. Awan

8

P I ET `

R

Hutan

F

E Pertanian

E

R Perbandaran

R

DF

Takungan air bawah tanah

Sungai & tasek

Lautan

GW

P: Hujan; ET: Sejatpeluhan; E: Pengwapan; R: Air larian Permukaan F: Susupan; DF: Susupan dalam; I: Pintasan; GW: Air bawah tanah

Gambarajah 1.2: Kitaran Hidrologi

9 ™ akan mencair (melt) dan terjadi pelbagai bentuk kerpasan (hujan, salji, embun) bergantung kepada kawasan setempat. ™ Sebahagian daripada hujan mengalir dalam bentuk air larian permukaan (memasuki tasek, sungai, laut) dan sebahagiannya menyejat semula dan sebahagiannya menyusup ke dalam tanah dan membentuk air bumi. ™ Proses ini berulang-ulang tanpa henti.

1.8 Data hidrologi “ Tahukah anda tahap ketamadunan sesebuah Negara boleh diukur dari segi kuantiti dan kualiti data hidrolgi yang terdapat di negara tersebut” Bagi melaksanakan analisis hidrologi secara kuantitatif, data hidrologi berkaitan diperlukan. Data-data hidrologi boleh didapati melalui proses cerapan, pengrekodan, pengumpulan dan analisis sebelum boleh digunakan dalam rekabentuk kejuruteraan atau applikasi lain. Selain melalui proses cerapan datadata hidrologi boleh didapati daripada jabatan-jabatan kerajaan berkenaan. ™ Data hujan boleh didapati daripada Jabatan Perkhidmatan Kajicuaca Malaysia (JKC), Jabatan Pengairan dan Saliran (JPS). ™ Data aliran sungai boleh didapati daripada JPS, Jab Alam Sekitar (JAS) ™ Data meteorology; pengwapan, suhu, angin, kelembapan, sinar suria boleh didapatkan daripada JKC ™ Rekod paras air bumi boleh didapati daripada Jabatan Kaji Bumi (JKB) ™ Porla tanaman, tumbuhan boleh didapati daripada Jabatan Pertanian (JP), Jabatan Perhutanan, Jabatan pemetaan ™ Data sifat-sifat fizikal kawasan projek (keluasan, bentuk, topografi, kecerunan, ketumpatan sungai) boleh didapati daripada Jabatan pemetaan, Jabatan Remote Sensing Negara.

10

1.9

Data Meteorologi (Meteorological Data)

Data-data meterologi sering kali diperlukan bersama-sama data hidrologi dalam analisis tertentu. Antaranya ialah, Suhu (temperature): Alat pengukur: jangkasuhu (thermometer) Unit: oC, oF Suhu Max: Tmax oC 31-32 Suhu Min: Tmin oC 21-22 Suhu Purata: T avg oC 26-27 Kelajuan angin (wind speed) Alat pengukur: anemometer (kelajuan), cawan anemometer (arah angin), unit: m/s, km/hari Sinaran suria (sunshine) Alat: meter sinar suria Unit: Joule (J), KJ, MJ Kelembapan bandingan (relative humidity) Alat: Termohidrograf (Thermohydrograph) unit: peratus (%)

1.10

Persamaan Am Hidrologi (Hydrological Water Balance)

“ Tahukah anda persamaan am hidrologi merupakan persamaan yang paling asas dalam menyelesaikan sebarang masaalah berkaitan sumber air ” Persamaan hidrologi ialah satu kenyataan mengenai hukum Pengabadian dan keseimbangan terhadap kuantiti air,

dS = I −O dt

1.1

11

di mana: dS/dt I O

= kadar perubahan air dalam satu system takungan/simpanan = jumlah air masuk = jumlah air keluar

Persamaan ini menyatakan untuk satu jangkamasa tertentu, keseimbangan air akan berlaku dan jumlah kadar air masuk mestilah sama dengan jumlah kadar alir air keluar ditambah dengan kadar perubahan yang terdapat dalam takungan. Peroses keseimbangan ini dijelaskan dalam gambarajah 1.3. Gambarajah 1.3a mewakili kawasan tadahan atau takungan yang telah diketahui keluasan atau saiznya, manakala gambarajah 1.3b menggambarkan perubahan kadar alir yang berlaku dalam tadahan tersebut disebabkan oleh perubahan simpanan dalam takungan.

Q

O I

dS/dt

I O

Takungan/ Kawasan Tadahan

t (a)

(b)

Gambarajah 1.3: Konsep Persamaan Am Hidrologi

12

BAB 2 CURAHAN Objektif: ™ Memperkenalkan kepada pelajar tentang satu komponen kitaran hidrologi yang paling penting, iaitu curahan atau kerpasan. ™ Mengenali jenis-jenis curahan ™ Mempelajari pelbagai kaedah menentukan kuantiti curahan ™ Mempelajari bagaimana kuantiti hujan digunakan dalam rekabentuk kejuruteraan

2.1

Definasi Curahan atau Kerpasan

Curahan terbahagi kepada 2 kumpulan ™ Curahan bentuk cecair (liquid) – hujan ™ Curahan bentuk pejal (frozen) – salji, hail, sleet, dsb Hujan: titisan air bergarispusat 0.5 – 6.0 mm yang jatuh dari udara. < 2.5 mm/jam – hujan renyai (light rain) 2.5-7.5 mm/jam – sederhana lebat (moderate) > 7.5 mm/jam – hujan lebat (heavy) Dalam konteks Negara kita, oleh kerana tidak terdapat salji, maka curahan atau kerpasan yang kita maksudkan ialah hujan.

13 2.2.

Jenis-jenis Hujan

Jenis hujan pada dasarnya ditentukan mengikut faktor yang bertanggungjawab bagi mengangkut udara lembab ke udara sebelum membentuk hujan. ™ ™ ™ ™ ™

Hujan olakan (covective) Hujan Orografi (Orographic) Hujan perenggan (frontal) Hujan putting beliung (cyclone) Hujan Tiruan-pembenihan Awan (Cloud Seeding)

2.1.1. Hujan Olakan Udara panas yang berketumpatan rendah ditiup angin keudara dan disejukan melalui proses adiabatik untuk membentuk awam. Kadar penyejukan ialah pada kadar 5oC/100m ketinggian, sehingga udara lembab mencapai suhu embun (dew point). Jika proses penyejukan terus berlaku, maka awan akan terlerai dan terjadilah hujan.

Udara lembab Tanah lembab

Gambarajah 2.1. Hujan Olakan

2.1.2 Hujan Orografi Hujan yang terbentuk akibat pergerakan udara panas ke kawasan pergunungan dan proses penyejukan berlaku.

14

Gambarajah 2.2. Hujan Orografi

2.1.3. Hujan Perenggan Hujan yang berlaku akibat pertembungan jisim-jisim udara yang mempunyai suhu dan ketumpatan yang berbeza dan berlaku proses pengwapcairan.

2.1.4. Hujan putting beliung (cylone rain): Berlaku apabila udara lembab bergerak menumpu kepada kawasan bertekanan rendah. Angin akan bertiup berputar ke dalam mengikut pusingan lawan jam (bagi kawasan di hemisfera utara), dan mengikut pusaingan jam (bagi kawasan di hemispfera selatan). Putting beling tropika dipanggil juga hurricane, typhoon, dsb. Angin Laut Pasifik

Angin Laut China Selatan

Garisan Tekanan Udara

PENINSULAR MALAYSIA

BRUNEI SOUTH CHINA SEA

SABAH

SARAWAK KALIMANTAN

Garisan Khatulistiwa

Gambarajah 2.3. Hujan putting beliung

15 2.1.5. Hujan Tiruan/Pembenihan Awam Terangkan, proses bagaimana hujan tiruan dan pembenihan awan di bentuk?

2.3.

Pencerapan Data Hujan

Peralatan ™ Alat yang diguna: tolok hujan ™ jenis tolok hujan: bukan automatik dan automatik, rain logger ™ Mengandungi beberapa komponen: jam perakam waktu mekanikal, drum serta kertas graf, pen untuk mencatat carta hujan Tolok hujan bukan automatik (non-recording): ™ tidak boleh buat bacaan sendiri. Kena periksa dan ukur jumlah setiap hari Tolok hujan automatik ™ ™

jenis; Tipping bucket dan weighing data logger

Automatik radio reporting rain gauge ™ bagi kawasan pendalaman Radar-satellite ™ signal pada radar yang terpantul oleh hujan dapat menentukan banyaknya hujan dan taburannya

16

Gambarajah 2.4:. Tolok Hujan Automatik 2.2.2.

Kedudukan tolok hujan

™ kawasan yang rata dan lapang ™ kedudukan mestilah >4 h meter dari bangunan atau pokok yang tingginya h meter ™ diletakkan pada ketinggian 75 cm dari permukaan tanah

h h Tolok hujan

2h

Gambarajah 2.5: Kedudukan tolok hujan yang betul 2.2.3. • •

Rangkaian tolok hujan yang diperlukan kawasan rata: 600-900 km persegi/stesen kawasan berbukit: 100-250 km persegi/stesen

17 2.4

Analisis Data Hujan

™ Rekod hujan perlu kemaskini sebelum boleh dianalisis secara saintifik dan boleh digunakan dalam reka bentuk kejuruteraan. Analisis data hujan bermula dari dua konsep: Hujan Tititk dan Hujan Kawasan. ™ Hujan Titik (point rainfall): rekod hujan yang satu stesen hujan, biasanya mewakili 10% dpd nilai hujan tahunan stesen-stesen berhampiran yang digunakan dalam penganggaran Prosidur: a. Dapatkan bacaan hujan bagi bulan ? bagi stesen-stesen yang berdekatan (Stesen A, B, C,,,) dengan stesen X

19

b. Dapatkan bacaan hujan purata tahunan bagi semua stesen yang terlibat termasuk stesen X c. Anggarkan bacaan hujan bagi Stesen X untuk bulan X menggunakan rumus berikut:

PX =

⎫ N 1 ⎧ NX ) PA + ( X ) PB + .......⎬ ⎨( NB n ⎩ NA ⎭

(2.2)

di mana, n = Px = NX = NA, NB, NC = PA, PB, PC =

jumlah stesen hujan berdekatan yang terlibat hujan bulanan bagi stesen X yang ingin dianggar hujan purata tahunan bagi stesen X hujan purata tahunan bagi stesen-stesen A, B, C hujan bulanan bagi stesen-stesen A, B, C

Kaedah interpolasi garisan sehujan ™ Sesuai di...