Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das Belawan Kabupaten Deli Serdang
ANALISIS CURAH HUJAN UNTUK PENDUGAAN DEBIT
PUNCAK DENGAN METODE RASIONAL PADA
DAS BELAWAN KABUPATEN DELI SERDANG
SKRIPSI
Oleh:
FEBRINA GIRSANG
030308039
DEPARTEMEN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2008
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
2
ANALISIS CURAH HUJAN UNTUK PENDUGAAN DEBIT
PUNCAK DENGAN METODE RASIONAL PADA
DAS BELAWAN KABUPATEN DELI SERDANG
SKRIPSI
Oleh :
FEBRINA GIRSANG
030308039
Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh gelar Sarjana
di Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara Medan
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
(Ir.Edi Susanto M.Si)
(Achwil Putra Munir, STP, M.Si)
Ketua
Anggota
DEPARTEMEN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2007
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
3
ABSTRACT
Rainfall is the most important input component in the hydrologic process. Some of
rainfall characteristics, are intensity (I), duration (t), depth (d) and frequency.
Intensity that is related to duration and frequency can be expressed by intensity
duration frequency (IDF) curve. IDF curve can be used to calculated floodrate
using rational method. In this IDF study, daily rainfall depth was calculated by
frequency analysis, which was started by determining the daily maximum mean
rainfall, in this case there are three stations were observed at DAS Belawan i.e
Bulu Cina, Tandem Hilir and Sei Semayang, then followed by calculating
statistical parameter to choose the best distribution. Intensity could be calculated
by mononobe method, while coefficient of runoff value was taken from land use
data at DAS Belawan. The result of this study indicated that most data was fixed
to the log Pearson Type III distribution.
Keyword : Rainfall, Intensity, duration, frequency, distribution, and floodrate .
ABSTRAK
Hujan adalah komponen masukan penting dalam proses hidrologi.
Karakteristik hujan diantaranya intensitas, durasi, kedalaman, dan frekuensi.
Intensitas yang berhubungan dengan durasi dan frekuensi dapat diekspresikan
dengan kurva Intensity-Duration-Frequency (IDF). Kurva IDF digunakan untuk
menghitung debit puncak dengan metode rasional. Dalam kurva IDF, kedalaman
curah hujan harian dihitung dengan analisis frekuensi, dimulai dengan
menghitung curah hujan maksimum harian, dalam hal ini ada tiga stasiun yang
diamati pada DAS Belawan yaitu Bulu Cina, Tandem Hilir dan Sei Semayang,
kemudian dilanjutkan dengan menghitung parameter statistik dan memilih jenis
distribusi yang sesuai. Intensitas hujan dapat dihitung dengan metode mononobe
sementara nilai koefisien limpasan diperoleh dari jenis tata guna lahan yang ada
pada DAS Belawan. Hasilnya diperoleh bahwa jenis distribusi yang sesuai adalah
distribusi Log Pearson Type III.
Kata kunci: curah hujan, intensitas, durasi, frekuensi, pola distribusi dan debit
puncak.
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
4
RINGKASAN PENELITIAN
Febrina, “Analisis Curah Hujan untuk Pendugaan Debit Puncak dengan
Metode Rasional pada DAS Belawan kabupaten Deli Serdang” di bawah
bimbingan Edi Susanto, selaku ketua komisi pembimbing dan Achwil P. Munir
selaku anggota komisi pembimbing.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pola distribusi yang tepat dan
menghitung debit puncak dengan metode rasional pada DAS Belawan kabupaten
Deli Serdang. Dari penelitian yang dilakukan menghasilkan kesimpulan sebagai
berikut :
Kondisi DAS Belawan
Luas total daerah pengaliran sungai Belawan (A) sebesar 439,37 km 2 ,
panjang sungai 65 km, kemiringan sungai (S) 0,00798 m/m. Ada lima stasiun
penakar hujan pada DAS Belawan yaitu Sei Semayang, Tiga Panah, Tandem
Hilir, Bulu Cina dan Belawan. Dari kelima stasiun hujan yang ada, stasiun yang
mempunyai data yang lengkap hanya stasiun Bulu Cina, Tandem Hilir dan Sei
Semayang. Curah hujan di DAS Belawan dapat diwakili oleh ketiga stasiun hujan
tersebut.
Kondisi tata guna lahan DAS Belawan terdiri dari kawasan hutan primer,
hutan mangrove, hutan sekunder, padang rumput, kebun campuran, kelapa sawit,
sawah irigasi dan permukiman. Kawasan yang mendominasi adalah perkebunan
dan permukiman.
Analisis Curah Hujan
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
5
Curah hujan maksimum tertinggi sebesar 155 mm dan curah hujan
maksimum terendah 45 mm. Berdasarkan parameter statistika yang diperoleh dan
setelah diuji dengan uji Chi-Square dan Smirnov-Kolmogorov, jenis distribusi
yang cocok dengan sebaran data curah hujan harian maksimum di wilayah studi
adalah distribusi Log Pearson Type III. Besarnya curah hujan rancangan berbagai
periode ulang 1, 2, 5, 10, 20, 25, 30, 40, 50, 100, 200, tahun adalah sebesar 47,38
mm; 78,61 mm; 98,97 mm; 112,93 mm; 118,66 mm; 124,82 mm; 131,13 mm;
133,54 mm; 138,52 mm; 143,65 mm; 159,55 mm; dan 174,5 mm.
Intensitas Hujan
Salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam penggunaan metode rasional
adalah nilai intensitas hujan dengan durasi tertentu harus sama dengan waktu
konsentrasi. Hal ini terpenuhi dimana waktu konsentrasi diperoleh sebesar 10,60
jam yang tidak melebihi durasi hujan yang umum terjadi 1-6 jam dan paling
maksimum 12 jam. Intensitas hujan yang diperoleh berdasarkan waktu konsentrasi
untuk kala ulang sama sebesar 3,5 mm/jam; 5,76 mm/jam; 7,25 mm/jam; 8,28
mm/jam; 8,69 mm/jam; 9,15 mm/jam; 9,61 mm/jam; 9,79 mm/jam; 10,15
mm/jam; 10,53 mm/jam; 11,69 mm/jam; dan 12,79 mm/jam.
Debit Puncak
Koefisien limpasan sangat mempengaruhi debit puncak yang terjadi. Pada
DAS Belawan koefisien limpasan diperoleh sebesar 0,2122. Hal ini berarti bahwa
DAS Belawan dalam kondisi baik. Perubahan tata guna lahan yang terjadi harus
bersamaan dengan upaya pelestarian lingkungan. Debit puncak yang diperoleh
untuk masing-masing kala ulang sebesar sebesar
95,27 m 3 /detik; 156,78
m 3 /detik; 197,34 m 3 /detik; 225,37 m 3 /detik; 236,53 m 3 /detik; 249,05 m 3 /detik;
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
6
261,57 m 3 /detik; 266,47 m 3 /detik; 276,27 m 3 /detik; 286,61 m 3 /detik; 318,19
m 3 /detik; dan 348,13 m 3 /detik.
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
7
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kuta Buluh pada tanggal 01 Pebruari 1986 dari
bapak T. Girsang dan Ibu M br Bangun. Penulis merupakan putri ketiga dari
empat bersaudara.
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Swasta Cahaya Medan dan pada tahun
2003 lulus seleksi masuk USU melalui jalur SPMB. Penulis memilih program
studi Teknik Pertanian, Departemen Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian.
Selama masa kuliah penulis mengikuti beberapa organisasi seperti
IMATETA dan KMK pada tahun 2003-2008. Penulis melaksanakan praktek kerja
lapangan (PKL) di Pabrik Gula PTPN II Kwala Madu.
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
8
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Kuasa
karena berkat rahmat dan karuniaNya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini
dengan baik.
Adapun judul dari skripsi ini adalah “ Analisis Curah Hujan untuk
Pendugaan Debit Puncak dengan Metode Rasional pada DAS Belawan Kabupaten
Deli Serdang “.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada bapak Ir. Edi Susanto, M.Si dan
Bapak Achwil Putra Munir STP, M.Si selaku pembimbing yang telah banyak
memberikan saran. Disamping itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada
teman-teman yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada kedua orang tua atas segala
dukungannya kepada penulis.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam skripsi ini masih banyak
terdapat kekurangan, oleh sebab itu penulis mengharapkan saran dan kritik untuk
kesempurnaan skripsi ini. Sekian dan terima kasih.
Medan, Mei 2008
Penulis
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
9
DAFTAR ISI
ABSTRAK -----------------------------------------------------------------------RINGKASAN PENELITIAN--------------------------------------------------RIWAYAT HIDUP -------------------------------------------------------------KATA PENGANTAR ----------------------------------------------------------DAFTAR ISI
Hal
i
ii
iv
v
vi
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR -----------------------------------------------------------DAFTAR LAMPIRAN ----------------------------------------------------------
ix
x
PENDAHULUAN
Latar Belakang -------------------------------------------------------------Tujuan Penelitian ----------------------------------------------------------Kegunaan Penelitian -------------------------------------------------------
1
6
6
TINJAUAN LITERATUR
Siklus Hidrologi -----------------------------------------------------------Daerah Aliran Sungai ( DAS ) -------------------------------------------Analisis Frekuensi ---------------------------------------------------------Distribusi Normal ----------------------------------------------------Distribusi Log Normal ----------------------------------------------Distribusi Log Pearson Type III -----------------------------------Distribusi Gumbel ---------------------------------------------------Uji Kecocokan -------------------------------------------------------------Intensitas Curah Hujan ----------------------------------------------------Waktu Konsentrasi --------------------------------------------------------Koefisien Limpasan -------------------------------------------------------Metode Rasional ------------------------------------------------------------
7
9
10
14
16
18
19
21
23
25
26
28
METODOLOGI PENELITIAN
Lokasi dan Waktu Penelitian ---------------------------------------------Bahan Dan Alat ------------------------------------------------------------Metode Penelitian ---------------------------------------------------------Pelaksanaan Penelitian ----------------------------------------------------Pengolahan Data ------------------------------------------------------------
30
30
30
31
32
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kondisi DAS Belawan ----------------------------------------------------Analisis Curah Hujan -----------------------------------------------------Curah Hujan Harian Maksimum -----------------------------------Penentuan Pola Distribusi Hujan-----------------------------------Uji Kecocokan (Goodness of Fit) ----------------------------------------Curah Hujan Rencana -----------------------------------------------------Intensitas Hujan -------------------------------------------------------------
34
35
35
37
39
39
41
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
10
Analisis Debit Banjir ------------------------------------------------------Waktu Konsentrasi --------------------------------------------------Koefisien Limpasan -------------------------------------------------Debit Puncak ----------------------------------------------------------
42
42
43
45
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan -----------------------------------------------------------------Saran -------------------------------------------------------------------------
46
46
DAFTAR PUSTAKA ------------------------------------------------------------
48
LAMPIRAN ----------------------------------------------------------------------
50
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
11
DAFTAR TABEL
Hal
1. Parameter statistik analisis frekuensi --------------------------------------
14
2. Koefisien limpasan berdasarkan fungsi lahan ----------------------------
27
3. Data penggunaan lahan pada DAS Belawan ------------------------------
35
4. Data curah hujan harian makimum tahun 1985-2006 --------------------
37
5. Parameter statistik analisis frekuensi --------------------------------------
37
6. Hasil uji Chi-Square dan Smirnov-Kolmogorov ------------------------
39
7. Parameter statistik analisis frekuensi disribusi
Log Pearson Type III --------------------------------------------------------
40
8. Hujan rancangan berbagai periode ulang ---------------------------------
40
9. Intensitas hujan jam-jaman--------------------------------------------------
41
10. Perhitungan koefisien limpasan --------------------------------------------
43
11. Debit puncak DAS Belawan ------------------------------------------------
45
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
12
DAFTAR GAMBAR
Hal
1. Gambar siklus hidrologi -----------------------------------------------------
9
2. Gambar kurva distribusi frekuensi normal --------------------------------
15
3. Distribusi frekuensi hujan DAS Belawan ---------------------------------
38
4. Kurva IDF (Intensity-Duration-Frequency) ------------------------------
42
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
13
DAFTAR LAMPIRAN
Hal
1
Kerangka pemikiran penelitian-----------------------------------------
49
2
Data curah hujan maksimum harian -----------------------------------
50
3
Nilai faktor frekuensi K -------------------------------------------------
52
4
Nilai kritis untuk distribusi Chi-Kuadrat (uji satu sisi) --------------
54
5
Uji kritis Do untuk uji Smirnov-Kolmogorov ------------------------
55
6
Tabel distribusi normal -------------------------------------------------
56
7
Peta DAS Belawan ------------------------------------------------------
57
8
Peta tata guna lahan DAS Belawan ------------------------------------
58
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
14
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Air merupakan sumber daya alam yang paling berharga, karena tanpa air
tidak mungkin terdapat kehidupan. Air tidak hanya dibutuhkan untuk kehidupan
manusia, hewan, dan tanaman, tetapi juga merupakan media pengangkutan,
sumber energi dan berbagai keperluan lainnya. Pada suatu saat dalam bentuk
hujan lebat dan banjir, air juga dapat menjadi benda perusak, menimbulkan
kerugian harta dan jiwa, serta menghanyutkan berjuta-juta ton tanah subur.
Ilmu yang mempelajari proses yang mengatur kehilangan dan penambahan
serta penampungan sumber-sumber air di bumi adalah hidrologi. Dua besaran
ekstrim dalam hidrologi adalah besaran maksimum berupa banjir dan besaran
minimum berupa kekeringan. Mengingat pentingnya sungai bagi kehidupan
manusia, maka keadaan ekstrim alirannya, baik kekeringan maupun banjir tidak
dikehendaki. Terutama untuk kasus banjir, perlindungan terhadap berbagai aspek
kehidupan di sepanjang sungai perlu diperhatikan. Di dalam analisis hidrologi,
salah satu hasil akhir yang sering diharapkan adalah perkiraan besar banjir (hujan)
rancangan untuk suatu bangunan hidraulik tertentu (Sri Harto, 1993).
Aliran air sangat bergantung kepada kondisi tata guna lahan di permukaan
bumi. Bila tidak ada daerah yang bisa menyerap dan daerah yang bisa menahan
laju aliran maka pada waktu musim penghujan air akan mengalir langsung ke laut.
Pada waktu musim kemarau karena tidak ada lagi hujan maka keberadaan air di
suatu tempat tergantung dari kuantitas dan kualitas resapan dan penahan air pada
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
15
waktu musim penghujan. Dengan resapan maupun penahan air yang baik dan
optimal maka kebutuhan air dapat terpenuhi di musim kemarau karena masih ada
air yang tertampung dan terhenti misalnya : waduk, danau, dan lain-lain serta
yang meresap di dalam tanah sehingga membentuk air tanah, sumur, spring, dan
lain-lain (Kodoatie dan Syarief, 2005).
Daerah aliran sungai (DAS) adalah wilayah tangkapan air hujan yang akan
mengalir ke sungai yang bersangkutan. Perubahan fisik yang terjadi di DAS akan
berpengaruh langsung terhadap kemampuan retensi DAS terhadap banjir. Retensi
DAS dimaksudkan sebagai kemampuan DAS untuk menahan air di bagian hulu.
Perubahan tata guna lahan misalnya dari hutan dijadikan perumahan, perkebunan
atau lapangan golf akan menyebabkan retensi DAS ini berkurang secara drastis.
Seluruh air hujan akan dilepaskan DAS ke arah hilir. Sebaliknya semakin besar
retensi suatu DAS semakin baik, karena air hujan dapat dengan baik diresapkan
di DAS ini dan secara perlahan-lahan dialirkan ke sungai hingga tidak
menimbulkan banjir di hilir (Maryono, 2005).
Adanya tekanan penduduk terhadap kebutuhan lahan baik untuk kegiatan
pertanian, perumahan, industri, rekreasi, maupun kegiatan lain akan menyebabkan
perubahan penggunaan lahan. Perubahan penggunaan lahan yang paling besar
pengaruhnya terhadap kelestarian sumber daya air adalah perubahan dari kawasan
hutan ke penggunaan lainnya seperti pertanian, perumahan ataupun industri.
Kerapatan bangunan yang tinggi misalnya akan mengurangi area peresapan air
hujan ke dalam tanah. Kerapatan bangunan (perumahan) ini dipengaruhi oleh
meningkatnya jumlah penduduk. Apabila kegiatan tersebut tidak dengan segera
dikelola dengan baik, maka akan menyebabkan kelebihan air (banjir) pada saat
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
16
musim hujan dan kekeringan pada saat musim kemarau. Hal ini disebabkan
karena perubahan penggunaan lahan yang tidak bijaksana (tidak disertai tindakan
konservasi), sehingga hujan yang jatuh sebagian besar akan menjadi aliran
permukaan (run off).
Kekeringan dan banjir, secara bersamaan maupun terpisah, menjadi
pandangan publik yang memilukan. Dalam beberapa dekade terakhir ini,
kekeringan berlangsung diberbagai tempat di Indonesia. Akibatnya, jutaan hektar
areal pertanian di Jawa dan luar Jawa terancam gagal panen. Sementara masih
sangat kental dalam ingatan, musim hujan selalu memaksa orang untuk tergopohgopoh karena datangnya banjir yang meredam berbagai kota.
Sejumlah sungai dan pantai di Sumatera Utara dewasa ini dalam kondisi
kritis dan mengancam kehidupan masyarakat. Di samping kualitas dan kuantitas
air sungainya yang semakin menurun untuk penyediaan air baku pada musim
kemarau, hal itu juga menimbulkan bahaya banjir pada musim hujan. Luas daerah
pengaliran sungai yang telah kritis di kota Medan lebih kurang 592.000 Ha,
tersebar di satuan wilayah sungai (SWS) Wampu-Besitang, SWS BelawanBelumai-Ular, SWS BahBolon, SWS Barumun Kualah, dan SWS Batang GadisBatang Toru. Sedangkan yang rawan terhadap banjir mencapai seluas 115.903 Ha,
terdiri dari perkotaan 7.996 Ha, daerah industri 4.549 Ha, dan daerah pertanian
atau pedesaan 103.903 Ha, serta sarana transportasi yang rawan banjir terdapat
sepanjang 386,40 km. Sungai-sungai yang dalam kondisi kritis antara lain sungai
pada SWS Wampu-Besitang dan SWS Belawan-Belumai-Ular, yaitu Sungai Deli,
Sungai Percut, dan Sungai Belawan (Anonimous, 2006).
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
17
Menurut Sudjarwadi (1987), banjir adalah aliran atau genangan air yang
menimbulkan kerugian ekonomi bahkan kehilangan jiwa. Aliran atau genangan
air ini dapat terjadi karena adanya luapan-luapan pada daerah di kanan atau kiri
sungai atau saluran akibat alur sungai tidak memiliki kapasitas yang cukup bagi
debit aliran yang lewat.
Bencana banjir selain akibat kerusakan ekosistem ataupun aspek
lingkungan yang tidak terjaga juga disebabkan karena bencana alam itu sendiri
seperti curah hujan yang tinggi. Curah hujan sangat berpengaruh pada besarnya
debit air yang mengalir pada suatu sungai. Curah hujan yang diperlukan untuk
analisis hidrologi adalah curah hujan rata-rata dari seluruh daerah yang
bersangkutan, bukan curah hujan pada suatu titik tertentu (stasiun). Curah hujan
ini disebut curah hujan wilayah atau daerah dan dinyatakan dalam mm. Analisis
hidrologi memerlukan data curah hujan yang akurat, namun data curah hujan ini
sulit untuk diperoleh. Ketidaklengkapan data dapat disebabkan oleh terbatasnya
jumlah alat yang dipasang dan tidak semua data tercatat secara lengkap. Dalam
perencanaan bangunan pengendali banjir seperti saluran drainase, tanggul dan
lain-lain, data masukan curah hujan sangat diperlukan.
Ada 3 cara untuk memperkirakan debit banjir yaitu :
1. Cara Statistik (Probabilistik)
2. Cara Satuan hidrograf
3. Cara Empiris (Whistler, Rasional, dll)
Metoda rasional sudah dipakai sejak pertengahan abad 19 dan merupakan metoda
yang paling sering dipakai untuk perencanaan banjir daerah perkotaan. Walaupun
banyak yang mengkritik akurasinya, namun metoda ini tetap dipakai karena
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
18
kesederhanaanya. Metoda ini dipakai untuk DAS yang kecil. Metoda ini juga
menunjukkan parameter-parameter yang dipakai metoda perkiraan banjir lainnya
yaitu koefisien run off, intensitas hujan, dan luas DAS. Kurva frekuensi intensitaslamanya dipakai untuk perhitungan limpasan (run off) dengan rumus rasional dan
untuk perhitungan debit puncak. Luas DAS untuk metoda rasional kurang dari 81
Ha (Dumairy, 1992).
Analisis frekuensi adalah prosedur memperkirakan frekuensi suatu
kejadian pada masa lalu atau masa yang akan datang. Prosedur tersebut dapat
digunakan menentukan hujan rancangan dalam berbagai kala ulang berdasarkan
distribusi yang paling sesuai antara distribusi hujan secara teoritis dengan
distribusi hujan secara empiris.
Dalam analisis frekuensi diperlukan seri data hujan yang diperoleh dari
pos penakar hujan, baik yang manual maupun yang otomatis. Analisis frekuensi
ini didasarkan pada sifat statistik data kejadian yang telah lalu untuk memperoleh
probabilitas besaran hujan di masa yang akan datang. Dengan anggapan bahwa
sifat statistik kejadian hujan yang akan datang masih sama dengan sifat statistik
kejadian hujan masa lalu (Suripin, 2004).
Sungai Belawan merupakan sumber utama air untuk pengairan pada areal
persawahan di daerah aliran sungai tersebut serta untuk keperluan lainnya. Suatu
permasalahan yang umum terjadi di areal persawahan adalah mengenai
ketersediaan air yang memadai untuk kebutuhan pengairan persawahan dan untuk
keperluan lainnya. Hal ini biasanya terjadi pada musim kemarau dimana biasanya
jumlah air pada sungai tersebut pada kondisi minimum. Oleh karena itu perlu
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
19
dilakukan pendugaan jumlah debit aliran sungai yang terjadi pada saat tersebut
agar dapat dilakukan antisipasi dalam menghadapi keadaan tersebut.
Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui pola distribusi frekuensi yang tepat pada DAS
Belawan.
2. Untuk menghitung debit puncak aliran sungai pada DAS Belawan dengan
menggunakan metoda rasional.
Kegunaan Penelitian
1. Sebagai bahan bagi penulis untuk menyusun skripsi yang merupakan
syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Teknik
Pertanian Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas
Sumatera Utara.
2. Sebagai bahan informasi bagi pihak yang membutuhkan.
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
20
TINJAUAN LITERATUR
Siklus Hidrologi
Siklus hidrologi merupakan proses pengeluaran air dan perubahannya
menjadi uap air yang mengembun kembali menjadi air yang berlangsung terusmenerus tiada henti-hentinya. Sebagai akibat terjadinya sinar matahari maka
timbul panas. Dengan adanya panas ini maka air akan menguap menjadi uap air
dari semua tanah, sungai, danau, telaga, waduk, laut, kolam, sawah dan lain-lain
dan prosesnya disebut penguapan (evaporation). Penguapan juga terjadi pada
semua tanaman yang disebut transpirasi
(transpiration) (Soedibyo, 2003).
Siklus hidrologi dimulai dengan penguapan air dari laut. Uap yang
dihasilkan dibawa oleh udara yang bergerak. Dalam kondisi yang memungkinkan,
uap tersebut terkondensasi membentuk awan, pada akhirnya dapat menghasilkan
presipitasi. Presipitasi jatuh ke bumi menyebar dengan arah yang berbeda-beda
dalam beberapa cara. Sebagian besar dari presipitasi tersebut sementara tertahan
pada tanah di dekat tempat ia jatuh, dan akhirnya dikembalikan lagi ke atmosfir
oleh penguapan (evaporasi) dan pemeluhan (transpirasi) oleh tanaman. Sebagian
air mencari jalanya sendiri melalui permukaan dan bagian atas tanah menuju
sungai, sementara lainnya menembus masuk lebih jauh ke dalam tanah menjadi
bagian dari air tanah (groundwater). Di bawah pengaruh gaya gravitasi, baik
aliran air permukaan (surface streamflow) maupun air dalam tanah bergerak ke
tempat yang lebih rendah yang dapat mengalir ke laut. Namun, sejumlah besar air
permukaan dan air bawah tanah dikembalikan ke atmosfer oleh penguapan dan
pemeluhan (transpirasi) sebelum sampai ke laut ( Linsley, dkk, 1989 ).
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
21
Secara gravitasi (alami) air mengalir dari daerah yang tinggi ke daerah
yang rendah, dari gunung-gunung, pegunungan ke lembah, lalu ke daerah lebih
rendah, sampai ke daerah pantai dan akhirnya akan bermuara ke laut. Aliran air ini
disebut aliran permukaan tanah karena bergerak di atas muka tanah. Aliran ini
biasanya akan memasuki daerah tangkapan atau daerah aliran menuju ke sistem
jaringan sungai, sistem danau ataupun waduk (Kodoatie dan Syarief, 2005).
Sebagian air hujan yang jatuh di permukaan bumi akan menjadi aliran
permukaan (surface run off). Aliran permukaan sebagian akan meresap ke dalam
tanah menjadi aliran bawah permukaan melalui proses infiltrasi (infiltration), dan
perkolasi (percolation), selebihnya terkumpul di dalam jaringan alur sungai (river
flow). Apabila kondisi tanah memungkinkan sebagian air infiltrasi akan mengalir
kembali ke dalam sungai (river), atau genangan lainnya seperti waduk, danau
sebagai interflow. Sebagian dari air dalam tanah dapat muncul lagi ke permukaan
tanah sebagai air eksfiltrasi (exfiltration) dan dapat terkumpul lagi dalam alur
sungai atau langsung menuju ke laut (Soewarno, 2000).
Akibat panas matahari air di permukaan bumi juga akan berubah wujud
menjadi gas atau uap dalam bentuk evaporasi dan bila melalui tanaman disebut
transpirasi. Air akan diambil oleh tanaman melalui akar-akarnya yang dipakai
untuk kebutuhan hidup dari tanaman tersebut, lalu air di dalam tanaman juga akan
keluar berupa uap akibat energi panas matahari ( evaporasi ). Proses pengambilan
air oleh akar tanaman kemudian terjadinya penguapan dari dalam tanaman disebut
sebagai evapotranspirasi (Kodoatie dan Syarief, 2005).
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
22
Gambar 1 : siklus hidrologi
Daerah Aliran Sungai
Daerah Aliran Sungai (DAS) merupakan daerah dimana semua airnya
mengalir ke dalam suatu sungai yang dimaksudkan. Daerah ini umumnya dibatasi
oleh batas topografi, yang berarti tidak ditetapkan berdasarkan air bawah tanah
karena permukaan air tanah selalu berubah sesuai dengan musim dan tingkat
kegiatan pemakaian. Nama sebuah DAS ditandai dengan nama sungai yang
bersangkutan dan dibatasi oleh titik kontrol yang umumnya merupakan stasiun
hidrometri. Dalam praktek, penetapan batas DAS ini sangat diperlukan untuk
menetapkan batas-batas DAS yang akan dianalisis (Sri Harto, 1993).
DAS dapat dipandang sebagai bagian dari permukaan bumi tempat air
hujan menjadi aliran permukaan dan mengumpul ke sungai menjadi aliran sungai
menuju ke suatu titik di sebelah hilir (down stream point) sebagai titik
pengeluaran (catchment outlet). Setiap DAS besar yang bermuara ke laut
merupakan gabungan dari beberapa DAS sedang (sub DAS) dan sub DAS adalah
gabungan dari sub DAS kecil-kecil (Soewarno, 2000).
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
23
DAS merupakan ekosistem yang terdiri dari berbagai macam komponen
dan terjadi keseimbangan dinamik antara komponen yang merupakan masukan
(input) dan komponen yang merupakan keluaran (output), dimana keadaan atau
pengaruh yang berlaku pada salah satu bagian didalamnya akan mempengaruhi
wilayah secara keseluruhan (Hartono, dkk, 2005).
Pengelolaan DAS adalah proses formulasi dan implementasi kegiatan atau
program yang bersifat manipulasi sumber daya alam dan manusia yang terdapat di
DAS untuk memperoleh manfaat produksi dan jasa tanpa menyebabkan terjadinya
kerusakan sumber daya air dan tanah. Ia mempunyai arti sebagai pengelolaan dan
alokasi sumber daya alam di DAS termasuk pencegahan banjir dan erosi, serta
perlindungan nilai keindahan yang berkaitan dengan sumber daya alam.
Pengelolaan DAS perlu mempertimbangkan aspek-aspek sosial, ekonomi dan
kelembagaan yang beroperasi di dalam dan di luar DAS (Asdak, 1995).
Analisis Frekuensi
Analisis
frekuensi
adalah
suatu
analisis
data
hidrologi dengan
menggunakan statistika yang bertujuan untuk memprediksi suatu besaran hujan
atau debit dengan masa ulang tertentu. Frekuensi hujan adalah besarnya
kemungkinan suatu besaran hujan disamai atau dilampaui. Sebaliknya, kala ulang
(return period) diartikan sebagai waktu dimana hujan atau debit dengan suatu
besaran tertentu akan disamai atau dilampaui sekali dalam jangka waktu tersebut.
Dalam hal ini tidak berarti bahwa selama jangka waktu ulang tersebut (misalnya T
tahun) hanya sekali kejadian yang menyamai atau melampaui, tetapi merupakan
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
24
perkiraan bahwa hujan ataupun debit tersebut akan disamai atau dilampaui K kali
dalam jangka panjang L tahun dimana K/L kira-kira sama dengan 1/T
(Sri Harto, 1993).
Analisis frekuensi atas data hidrologi menurut syarat tertentu untuk data yang
bersangkutan, yaitu harus seragam (homogeneous), ‘independent’ dan mewakili
(representative). Data yang seragam berarti bahwa data tersebut harus berasal dari
populasi yang sama. Dalam arti lain, stasiun pengumpul data yang bersangkutan, baik
stasiun hujan atau stasiun hidrometri harus tidak pindah, DAS tidak akan berubah
menjadi DAS perkotaan (urban catchment), maupun tidak ada gangguan-gangguan
lain yang menyebabkan data yang terkumpul menjadi lain sifatnya. Batasan
‘independence’ disini berarti bahwa besaran data ekstrim tidak terjadi lebih dari
sekali. Syarat lain adalah bahwa data harus mewakili untuk perkiraan kejadian yang
akan datang, misalnya tidak akan terjadi perubahan akibat tangan manusia secara
besar-besaran, dibangun konstruksi yang mengganggu pengukuran, seperti bangunan
sadap dan perubahan tata guna tanah(Sri Harto, 1993).
Perhitungan data hujan maksimum harian rata-rata DAS harus dilakukan
secara benar untuk analisis frekuensi data hujan. Dalam praktek sering kita jumpai
perhitungan yang kurang pas, yaitu dengan cara mencari hujan maksimum harian
setiap pos hujan dalam satu tahun, kemudian dirata-ratakan untuk mendapatkan hujan
DAS. Cara ini tidak logis karena rata-rata hujan dilakukan atas hujan masing-masing
pos hujan yang terjadi pada hari yang berlainan. Hasilnya akan jauh menyimpang dari
yang seharusnya (Suripin, 2004).
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
25
Curah hujan daerah ini harus diperkirakan dari beberapa titik pengamatan
curah hujan. Cara-cara perhitungan curah hujan daerah dari pengamatan curah hujan
di beberapa titik adalah sebagai berikut.
1) Cara rata-rata aljabar
Jika titik pengamatan banyak dan tersebar merata di seluruh daerah dapat digunakan cara ini. Hasil yang
diperoleh dengan cara ini tidak berbeda jauh dari hasil yang didapat dengan cara lain.
2)
Cara poligon Thiessen
Jika titik-titik pengamatan di dalam daerah itu tidak tersebar merata, maka perhitungan curah hujan harian ratarata itu dilakukan denga memperhitungkan daerah pengaruh tiap titik pengamatan.
3)
Cara Isohiet
Cara ini adalah cara rasionil yang paling baik jika garis-garis isohiet dapat digambar dengan teliti. Akan tetapi
jika titik-titik pengamatan itu banyak dan variasi curah hujan di daerah bersangkutan besar, maka pada pembuatan peta
isohiet ini akan terdapat kesalahan pribadi sipembuat peta
(Sosrodarsono dan Takeda, 1993).
Makin baik data yang tersedia, dalam pengertian kuantitatif dan kualitatif
memberikan kemungkinan penggunaan cara analisis yang diharapkan dapat
memberikan hasil perkiraan data hidrologi yang lebih baik, khususnya untuk
menetapkan besar hujan atau debit dengan kala ulang tertentu. Kala-ulang (return
period) diartikan sebagai waktu hipotetik dimana hujan atau debit dengan suatu
besaran tertentu akan disamai atau dilampaui sekali dalam jangka waktu tersebut.
Jadi, tidak ada pengertian bahwa kejadian tersebut akan berulang secara teratur
setiap kala-ulang tersebut. Dalam statistik dikenal beberapa jenis distribusi
frekuensi dan yang banyak digunakan dalam hidrologi yaitu :
1. Distribusi Normal
2. Distribusi Log-Normal
3. Distribusi Log-Person Type III
4. Distribusi Gumbel
Dalam analisis frekuensi data hidrologi baik data hujan maupun data debit
sungai terbukti sangat jarang dijumpai seri data yang sesuai dengan distribusi
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
26
normal. Sebaliknya, sebagian besar data hidrologi sesuai dengan tiga distribusi
lainnya. Masing-masing distribusi memiliki sifat-sifat khas sehingga setiap data
hidrologi harus diuji kesesuaiannya dengan sifat statistik masing-masing distribusi
tersebut. Pemilihan distribusi yang tidak benar dapat mengandung kesalahan
perkiraan yang cukup besar baik, ‘overestimated’ maupun ‘underestimated’,
keduanya tidak diingini. Dengan demikian, jelas bahwa pengambilan salah satu
distribusi secara sembarang untuk analisis tanpa pengujian data hidrologi sangat
tidak dianjurkan, meskipun dalam praktek harus diakui bahwa besar kemungkinan
banyak dilakukan analisis frekuensi dengan menggunakan distribusi tertentu
(Sri Harto, 1993).
Dalam statistik dikenal beberapa parameter yang berkaitan dengan analisis
data yang meliputi: 1) nilai rata-rata (mean), 2) simpangan baku, 3) koefisien
variasi, 4) koefisien skewness, 5) koefisien kurtosis.
Tabel 1. Parameter statistik analisis frekuensi
Parameter
Rata-rata
Simpangan Baku
Koefisien Variasi
Sampel
X=
1 n
∑ Xi
n i =1
(
)
2
1 n
S=
log
X
log
X
−
i
Σ
n − 1 i −1
Cv =
1
2
S
X
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
27
(
n
n∑ Xi − X
Koefisien
Skewness
Cs =
)
i =1
(n −1)(n − 2)s 3
n
(
n2 ∑ X i − X
Koefisien
Kurtosis
Ck =
3
)
4
i =1
(n −1)(n − 2)(n − 3)s 4
Sumber: Singh, 1992.
Distribusi Normal
Distribusi normal atau kurva normal disebut pula distribusi Gauss. Fungsi
densitas peluang normal (PDF = probability density function) yang paling dikenal
adalah sebagai distribusi normal. PDF distribusi normal dalam bentuk rata-rata
dan simpangan bakunya, sebagai beriku t:
(x − µ) 2
P' ( X ) =
exp −
………………….........….................. (1)
2σ 2
σ 2π
1
dimana : P’(X)
X
= fungsi densitas peluang normal (ordinat kurva normal)
= Variabel acak kontiniu
= Rata-rata nilai X
= Simpangan baku dari X.
Analisis kurva normal cukup menggunakan parameter statistik µ dan σ .
Bentuk kurvanya simetris terhadap X = µ , dan grafiknya selalu di atas sumbu
datar X serta mendekati sumbu datar X dan di mulai dari X = µ + 3 σ dan
X = µ - 3 σ , nilai mean = median = modus. Nilai X mempunyai batas -:
PUNCAK DENGAN METODE RASIONAL PADA
DAS BELAWAN KABUPATEN DELI SERDANG
SKRIPSI
Oleh:
FEBRINA GIRSANG
030308039
DEPARTEMEN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2008
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
2
ANALISIS CURAH HUJAN UNTUK PENDUGAAN DEBIT
PUNCAK DENGAN METODE RASIONAL PADA
DAS BELAWAN KABUPATEN DELI SERDANG
SKRIPSI
Oleh :
FEBRINA GIRSANG
030308039
Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh gelar Sarjana
di Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara Medan
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
(Ir.Edi Susanto M.Si)
(Achwil Putra Munir, STP, M.Si)
Ketua
Anggota
DEPARTEMEN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2007
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
3
ABSTRACT
Rainfall is the most important input component in the hydrologic process. Some of
rainfall characteristics, are intensity (I), duration (t), depth (d) and frequency.
Intensity that is related to duration and frequency can be expressed by intensity
duration frequency (IDF) curve. IDF curve can be used to calculated floodrate
using rational method. In this IDF study, daily rainfall depth was calculated by
frequency analysis, which was started by determining the daily maximum mean
rainfall, in this case there are three stations were observed at DAS Belawan i.e
Bulu Cina, Tandem Hilir and Sei Semayang, then followed by calculating
statistical parameter to choose the best distribution. Intensity could be calculated
by mononobe method, while coefficient of runoff value was taken from land use
data at DAS Belawan. The result of this study indicated that most data was fixed
to the log Pearson Type III distribution.
Keyword : Rainfall, Intensity, duration, frequency, distribution, and floodrate .
ABSTRAK
Hujan adalah komponen masukan penting dalam proses hidrologi.
Karakteristik hujan diantaranya intensitas, durasi, kedalaman, dan frekuensi.
Intensitas yang berhubungan dengan durasi dan frekuensi dapat diekspresikan
dengan kurva Intensity-Duration-Frequency (IDF). Kurva IDF digunakan untuk
menghitung debit puncak dengan metode rasional. Dalam kurva IDF, kedalaman
curah hujan harian dihitung dengan analisis frekuensi, dimulai dengan
menghitung curah hujan maksimum harian, dalam hal ini ada tiga stasiun yang
diamati pada DAS Belawan yaitu Bulu Cina, Tandem Hilir dan Sei Semayang,
kemudian dilanjutkan dengan menghitung parameter statistik dan memilih jenis
distribusi yang sesuai. Intensitas hujan dapat dihitung dengan metode mononobe
sementara nilai koefisien limpasan diperoleh dari jenis tata guna lahan yang ada
pada DAS Belawan. Hasilnya diperoleh bahwa jenis distribusi yang sesuai adalah
distribusi Log Pearson Type III.
Kata kunci: curah hujan, intensitas, durasi, frekuensi, pola distribusi dan debit
puncak.
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
4
RINGKASAN PENELITIAN
Febrina, “Analisis Curah Hujan untuk Pendugaan Debit Puncak dengan
Metode Rasional pada DAS Belawan kabupaten Deli Serdang” di bawah
bimbingan Edi Susanto, selaku ketua komisi pembimbing dan Achwil P. Munir
selaku anggota komisi pembimbing.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pola distribusi yang tepat dan
menghitung debit puncak dengan metode rasional pada DAS Belawan kabupaten
Deli Serdang. Dari penelitian yang dilakukan menghasilkan kesimpulan sebagai
berikut :
Kondisi DAS Belawan
Luas total daerah pengaliran sungai Belawan (A) sebesar 439,37 km 2 ,
panjang sungai 65 km, kemiringan sungai (S) 0,00798 m/m. Ada lima stasiun
penakar hujan pada DAS Belawan yaitu Sei Semayang, Tiga Panah, Tandem
Hilir, Bulu Cina dan Belawan. Dari kelima stasiun hujan yang ada, stasiun yang
mempunyai data yang lengkap hanya stasiun Bulu Cina, Tandem Hilir dan Sei
Semayang. Curah hujan di DAS Belawan dapat diwakili oleh ketiga stasiun hujan
tersebut.
Kondisi tata guna lahan DAS Belawan terdiri dari kawasan hutan primer,
hutan mangrove, hutan sekunder, padang rumput, kebun campuran, kelapa sawit,
sawah irigasi dan permukiman. Kawasan yang mendominasi adalah perkebunan
dan permukiman.
Analisis Curah Hujan
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
5
Curah hujan maksimum tertinggi sebesar 155 mm dan curah hujan
maksimum terendah 45 mm. Berdasarkan parameter statistika yang diperoleh dan
setelah diuji dengan uji Chi-Square dan Smirnov-Kolmogorov, jenis distribusi
yang cocok dengan sebaran data curah hujan harian maksimum di wilayah studi
adalah distribusi Log Pearson Type III. Besarnya curah hujan rancangan berbagai
periode ulang 1, 2, 5, 10, 20, 25, 30, 40, 50, 100, 200, tahun adalah sebesar 47,38
mm; 78,61 mm; 98,97 mm; 112,93 mm; 118,66 mm; 124,82 mm; 131,13 mm;
133,54 mm; 138,52 mm; 143,65 mm; 159,55 mm; dan 174,5 mm.
Intensitas Hujan
Salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam penggunaan metode rasional
adalah nilai intensitas hujan dengan durasi tertentu harus sama dengan waktu
konsentrasi. Hal ini terpenuhi dimana waktu konsentrasi diperoleh sebesar 10,60
jam yang tidak melebihi durasi hujan yang umum terjadi 1-6 jam dan paling
maksimum 12 jam. Intensitas hujan yang diperoleh berdasarkan waktu konsentrasi
untuk kala ulang sama sebesar 3,5 mm/jam; 5,76 mm/jam; 7,25 mm/jam; 8,28
mm/jam; 8,69 mm/jam; 9,15 mm/jam; 9,61 mm/jam; 9,79 mm/jam; 10,15
mm/jam; 10,53 mm/jam; 11,69 mm/jam; dan 12,79 mm/jam.
Debit Puncak
Koefisien limpasan sangat mempengaruhi debit puncak yang terjadi. Pada
DAS Belawan koefisien limpasan diperoleh sebesar 0,2122. Hal ini berarti bahwa
DAS Belawan dalam kondisi baik. Perubahan tata guna lahan yang terjadi harus
bersamaan dengan upaya pelestarian lingkungan. Debit puncak yang diperoleh
untuk masing-masing kala ulang sebesar sebesar
95,27 m 3 /detik; 156,78
m 3 /detik; 197,34 m 3 /detik; 225,37 m 3 /detik; 236,53 m 3 /detik; 249,05 m 3 /detik;
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
6
261,57 m 3 /detik; 266,47 m 3 /detik; 276,27 m 3 /detik; 286,61 m 3 /detik; 318,19
m 3 /detik; dan 348,13 m 3 /detik.
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
7
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kuta Buluh pada tanggal 01 Pebruari 1986 dari
bapak T. Girsang dan Ibu M br Bangun. Penulis merupakan putri ketiga dari
empat bersaudara.
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Swasta Cahaya Medan dan pada tahun
2003 lulus seleksi masuk USU melalui jalur SPMB. Penulis memilih program
studi Teknik Pertanian, Departemen Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian.
Selama masa kuliah penulis mengikuti beberapa organisasi seperti
IMATETA dan KMK pada tahun 2003-2008. Penulis melaksanakan praktek kerja
lapangan (PKL) di Pabrik Gula PTPN II Kwala Madu.
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
8
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Kuasa
karena berkat rahmat dan karuniaNya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini
dengan baik.
Adapun judul dari skripsi ini adalah “ Analisis Curah Hujan untuk
Pendugaan Debit Puncak dengan Metode Rasional pada DAS Belawan Kabupaten
Deli Serdang “.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada bapak Ir. Edi Susanto, M.Si dan
Bapak Achwil Putra Munir STP, M.Si selaku pembimbing yang telah banyak
memberikan saran. Disamping itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada
teman-teman yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada kedua orang tua atas segala
dukungannya kepada penulis.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam skripsi ini masih banyak
terdapat kekurangan, oleh sebab itu penulis mengharapkan saran dan kritik untuk
kesempurnaan skripsi ini. Sekian dan terima kasih.
Medan, Mei 2008
Penulis
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
9
DAFTAR ISI
ABSTRAK -----------------------------------------------------------------------RINGKASAN PENELITIAN--------------------------------------------------RIWAYAT HIDUP -------------------------------------------------------------KATA PENGANTAR ----------------------------------------------------------DAFTAR ISI
Hal
i
ii
iv
v
vi
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR -----------------------------------------------------------DAFTAR LAMPIRAN ----------------------------------------------------------
ix
x
PENDAHULUAN
Latar Belakang -------------------------------------------------------------Tujuan Penelitian ----------------------------------------------------------Kegunaan Penelitian -------------------------------------------------------
1
6
6
TINJAUAN LITERATUR
Siklus Hidrologi -----------------------------------------------------------Daerah Aliran Sungai ( DAS ) -------------------------------------------Analisis Frekuensi ---------------------------------------------------------Distribusi Normal ----------------------------------------------------Distribusi Log Normal ----------------------------------------------Distribusi Log Pearson Type III -----------------------------------Distribusi Gumbel ---------------------------------------------------Uji Kecocokan -------------------------------------------------------------Intensitas Curah Hujan ----------------------------------------------------Waktu Konsentrasi --------------------------------------------------------Koefisien Limpasan -------------------------------------------------------Metode Rasional ------------------------------------------------------------
7
9
10
14
16
18
19
21
23
25
26
28
METODOLOGI PENELITIAN
Lokasi dan Waktu Penelitian ---------------------------------------------Bahan Dan Alat ------------------------------------------------------------Metode Penelitian ---------------------------------------------------------Pelaksanaan Penelitian ----------------------------------------------------Pengolahan Data ------------------------------------------------------------
30
30
30
31
32
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kondisi DAS Belawan ----------------------------------------------------Analisis Curah Hujan -----------------------------------------------------Curah Hujan Harian Maksimum -----------------------------------Penentuan Pola Distribusi Hujan-----------------------------------Uji Kecocokan (Goodness of Fit) ----------------------------------------Curah Hujan Rencana -----------------------------------------------------Intensitas Hujan -------------------------------------------------------------
34
35
35
37
39
39
41
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
10
Analisis Debit Banjir ------------------------------------------------------Waktu Konsentrasi --------------------------------------------------Koefisien Limpasan -------------------------------------------------Debit Puncak ----------------------------------------------------------
42
42
43
45
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan -----------------------------------------------------------------Saran -------------------------------------------------------------------------
46
46
DAFTAR PUSTAKA ------------------------------------------------------------
48
LAMPIRAN ----------------------------------------------------------------------
50
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
11
DAFTAR TABEL
Hal
1. Parameter statistik analisis frekuensi --------------------------------------
14
2. Koefisien limpasan berdasarkan fungsi lahan ----------------------------
27
3. Data penggunaan lahan pada DAS Belawan ------------------------------
35
4. Data curah hujan harian makimum tahun 1985-2006 --------------------
37
5. Parameter statistik analisis frekuensi --------------------------------------
37
6. Hasil uji Chi-Square dan Smirnov-Kolmogorov ------------------------
39
7. Parameter statistik analisis frekuensi disribusi
Log Pearson Type III --------------------------------------------------------
40
8. Hujan rancangan berbagai periode ulang ---------------------------------
40
9. Intensitas hujan jam-jaman--------------------------------------------------
41
10. Perhitungan koefisien limpasan --------------------------------------------
43
11. Debit puncak DAS Belawan ------------------------------------------------
45
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
12
DAFTAR GAMBAR
Hal
1. Gambar siklus hidrologi -----------------------------------------------------
9
2. Gambar kurva distribusi frekuensi normal --------------------------------
15
3. Distribusi frekuensi hujan DAS Belawan ---------------------------------
38
4. Kurva IDF (Intensity-Duration-Frequency) ------------------------------
42
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
13
DAFTAR LAMPIRAN
Hal
1
Kerangka pemikiran penelitian-----------------------------------------
49
2
Data curah hujan maksimum harian -----------------------------------
50
3
Nilai faktor frekuensi K -------------------------------------------------
52
4
Nilai kritis untuk distribusi Chi-Kuadrat (uji satu sisi) --------------
54
5
Uji kritis Do untuk uji Smirnov-Kolmogorov ------------------------
55
6
Tabel distribusi normal -------------------------------------------------
56
7
Peta DAS Belawan ------------------------------------------------------
57
8
Peta tata guna lahan DAS Belawan ------------------------------------
58
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
14
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Air merupakan sumber daya alam yang paling berharga, karena tanpa air
tidak mungkin terdapat kehidupan. Air tidak hanya dibutuhkan untuk kehidupan
manusia, hewan, dan tanaman, tetapi juga merupakan media pengangkutan,
sumber energi dan berbagai keperluan lainnya. Pada suatu saat dalam bentuk
hujan lebat dan banjir, air juga dapat menjadi benda perusak, menimbulkan
kerugian harta dan jiwa, serta menghanyutkan berjuta-juta ton tanah subur.
Ilmu yang mempelajari proses yang mengatur kehilangan dan penambahan
serta penampungan sumber-sumber air di bumi adalah hidrologi. Dua besaran
ekstrim dalam hidrologi adalah besaran maksimum berupa banjir dan besaran
minimum berupa kekeringan. Mengingat pentingnya sungai bagi kehidupan
manusia, maka keadaan ekstrim alirannya, baik kekeringan maupun banjir tidak
dikehendaki. Terutama untuk kasus banjir, perlindungan terhadap berbagai aspek
kehidupan di sepanjang sungai perlu diperhatikan. Di dalam analisis hidrologi,
salah satu hasil akhir yang sering diharapkan adalah perkiraan besar banjir (hujan)
rancangan untuk suatu bangunan hidraulik tertentu (Sri Harto, 1993).
Aliran air sangat bergantung kepada kondisi tata guna lahan di permukaan
bumi. Bila tidak ada daerah yang bisa menyerap dan daerah yang bisa menahan
laju aliran maka pada waktu musim penghujan air akan mengalir langsung ke laut.
Pada waktu musim kemarau karena tidak ada lagi hujan maka keberadaan air di
suatu tempat tergantung dari kuantitas dan kualitas resapan dan penahan air pada
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
15
waktu musim penghujan. Dengan resapan maupun penahan air yang baik dan
optimal maka kebutuhan air dapat terpenuhi di musim kemarau karena masih ada
air yang tertampung dan terhenti misalnya : waduk, danau, dan lain-lain serta
yang meresap di dalam tanah sehingga membentuk air tanah, sumur, spring, dan
lain-lain (Kodoatie dan Syarief, 2005).
Daerah aliran sungai (DAS) adalah wilayah tangkapan air hujan yang akan
mengalir ke sungai yang bersangkutan. Perubahan fisik yang terjadi di DAS akan
berpengaruh langsung terhadap kemampuan retensi DAS terhadap banjir. Retensi
DAS dimaksudkan sebagai kemampuan DAS untuk menahan air di bagian hulu.
Perubahan tata guna lahan misalnya dari hutan dijadikan perumahan, perkebunan
atau lapangan golf akan menyebabkan retensi DAS ini berkurang secara drastis.
Seluruh air hujan akan dilepaskan DAS ke arah hilir. Sebaliknya semakin besar
retensi suatu DAS semakin baik, karena air hujan dapat dengan baik diresapkan
di DAS ini dan secara perlahan-lahan dialirkan ke sungai hingga tidak
menimbulkan banjir di hilir (Maryono, 2005).
Adanya tekanan penduduk terhadap kebutuhan lahan baik untuk kegiatan
pertanian, perumahan, industri, rekreasi, maupun kegiatan lain akan menyebabkan
perubahan penggunaan lahan. Perubahan penggunaan lahan yang paling besar
pengaruhnya terhadap kelestarian sumber daya air adalah perubahan dari kawasan
hutan ke penggunaan lainnya seperti pertanian, perumahan ataupun industri.
Kerapatan bangunan yang tinggi misalnya akan mengurangi area peresapan air
hujan ke dalam tanah. Kerapatan bangunan (perumahan) ini dipengaruhi oleh
meningkatnya jumlah penduduk. Apabila kegiatan tersebut tidak dengan segera
dikelola dengan baik, maka akan menyebabkan kelebihan air (banjir) pada saat
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
16
musim hujan dan kekeringan pada saat musim kemarau. Hal ini disebabkan
karena perubahan penggunaan lahan yang tidak bijaksana (tidak disertai tindakan
konservasi), sehingga hujan yang jatuh sebagian besar akan menjadi aliran
permukaan (run off).
Kekeringan dan banjir, secara bersamaan maupun terpisah, menjadi
pandangan publik yang memilukan. Dalam beberapa dekade terakhir ini,
kekeringan berlangsung diberbagai tempat di Indonesia. Akibatnya, jutaan hektar
areal pertanian di Jawa dan luar Jawa terancam gagal panen. Sementara masih
sangat kental dalam ingatan, musim hujan selalu memaksa orang untuk tergopohgopoh karena datangnya banjir yang meredam berbagai kota.
Sejumlah sungai dan pantai di Sumatera Utara dewasa ini dalam kondisi
kritis dan mengancam kehidupan masyarakat. Di samping kualitas dan kuantitas
air sungainya yang semakin menurun untuk penyediaan air baku pada musim
kemarau, hal itu juga menimbulkan bahaya banjir pada musim hujan. Luas daerah
pengaliran sungai yang telah kritis di kota Medan lebih kurang 592.000 Ha,
tersebar di satuan wilayah sungai (SWS) Wampu-Besitang, SWS BelawanBelumai-Ular, SWS BahBolon, SWS Barumun Kualah, dan SWS Batang GadisBatang Toru. Sedangkan yang rawan terhadap banjir mencapai seluas 115.903 Ha,
terdiri dari perkotaan 7.996 Ha, daerah industri 4.549 Ha, dan daerah pertanian
atau pedesaan 103.903 Ha, serta sarana transportasi yang rawan banjir terdapat
sepanjang 386,40 km. Sungai-sungai yang dalam kondisi kritis antara lain sungai
pada SWS Wampu-Besitang dan SWS Belawan-Belumai-Ular, yaitu Sungai Deli,
Sungai Percut, dan Sungai Belawan (Anonimous, 2006).
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
17
Menurut Sudjarwadi (1987), banjir adalah aliran atau genangan air yang
menimbulkan kerugian ekonomi bahkan kehilangan jiwa. Aliran atau genangan
air ini dapat terjadi karena adanya luapan-luapan pada daerah di kanan atau kiri
sungai atau saluran akibat alur sungai tidak memiliki kapasitas yang cukup bagi
debit aliran yang lewat.
Bencana banjir selain akibat kerusakan ekosistem ataupun aspek
lingkungan yang tidak terjaga juga disebabkan karena bencana alam itu sendiri
seperti curah hujan yang tinggi. Curah hujan sangat berpengaruh pada besarnya
debit air yang mengalir pada suatu sungai. Curah hujan yang diperlukan untuk
analisis hidrologi adalah curah hujan rata-rata dari seluruh daerah yang
bersangkutan, bukan curah hujan pada suatu titik tertentu (stasiun). Curah hujan
ini disebut curah hujan wilayah atau daerah dan dinyatakan dalam mm. Analisis
hidrologi memerlukan data curah hujan yang akurat, namun data curah hujan ini
sulit untuk diperoleh. Ketidaklengkapan data dapat disebabkan oleh terbatasnya
jumlah alat yang dipasang dan tidak semua data tercatat secara lengkap. Dalam
perencanaan bangunan pengendali banjir seperti saluran drainase, tanggul dan
lain-lain, data masukan curah hujan sangat diperlukan.
Ada 3 cara untuk memperkirakan debit banjir yaitu :
1. Cara Statistik (Probabilistik)
2. Cara Satuan hidrograf
3. Cara Empiris (Whistler, Rasional, dll)
Metoda rasional sudah dipakai sejak pertengahan abad 19 dan merupakan metoda
yang paling sering dipakai untuk perencanaan banjir daerah perkotaan. Walaupun
banyak yang mengkritik akurasinya, namun metoda ini tetap dipakai karena
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
18
kesederhanaanya. Metoda ini dipakai untuk DAS yang kecil. Metoda ini juga
menunjukkan parameter-parameter yang dipakai metoda perkiraan banjir lainnya
yaitu koefisien run off, intensitas hujan, dan luas DAS. Kurva frekuensi intensitaslamanya dipakai untuk perhitungan limpasan (run off) dengan rumus rasional dan
untuk perhitungan debit puncak. Luas DAS untuk metoda rasional kurang dari 81
Ha (Dumairy, 1992).
Analisis frekuensi adalah prosedur memperkirakan frekuensi suatu
kejadian pada masa lalu atau masa yang akan datang. Prosedur tersebut dapat
digunakan menentukan hujan rancangan dalam berbagai kala ulang berdasarkan
distribusi yang paling sesuai antara distribusi hujan secara teoritis dengan
distribusi hujan secara empiris.
Dalam analisis frekuensi diperlukan seri data hujan yang diperoleh dari
pos penakar hujan, baik yang manual maupun yang otomatis. Analisis frekuensi
ini didasarkan pada sifat statistik data kejadian yang telah lalu untuk memperoleh
probabilitas besaran hujan di masa yang akan datang. Dengan anggapan bahwa
sifat statistik kejadian hujan yang akan datang masih sama dengan sifat statistik
kejadian hujan masa lalu (Suripin, 2004).
Sungai Belawan merupakan sumber utama air untuk pengairan pada areal
persawahan di daerah aliran sungai tersebut serta untuk keperluan lainnya. Suatu
permasalahan yang umum terjadi di areal persawahan adalah mengenai
ketersediaan air yang memadai untuk kebutuhan pengairan persawahan dan untuk
keperluan lainnya. Hal ini biasanya terjadi pada musim kemarau dimana biasanya
jumlah air pada sungai tersebut pada kondisi minimum. Oleh karena itu perlu
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
19
dilakukan pendugaan jumlah debit aliran sungai yang terjadi pada saat tersebut
agar dapat dilakukan antisipasi dalam menghadapi keadaan tersebut.
Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui pola distribusi frekuensi yang tepat pada DAS
Belawan.
2. Untuk menghitung debit puncak aliran sungai pada DAS Belawan dengan
menggunakan metoda rasional.
Kegunaan Penelitian
1. Sebagai bahan bagi penulis untuk menyusun skripsi yang merupakan
syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Teknik
Pertanian Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas
Sumatera Utara.
2. Sebagai bahan informasi bagi pihak yang membutuhkan.
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
20
TINJAUAN LITERATUR
Siklus Hidrologi
Siklus hidrologi merupakan proses pengeluaran air dan perubahannya
menjadi uap air yang mengembun kembali menjadi air yang berlangsung terusmenerus tiada henti-hentinya. Sebagai akibat terjadinya sinar matahari maka
timbul panas. Dengan adanya panas ini maka air akan menguap menjadi uap air
dari semua tanah, sungai, danau, telaga, waduk, laut, kolam, sawah dan lain-lain
dan prosesnya disebut penguapan (evaporation). Penguapan juga terjadi pada
semua tanaman yang disebut transpirasi
(transpiration) (Soedibyo, 2003).
Siklus hidrologi dimulai dengan penguapan air dari laut. Uap yang
dihasilkan dibawa oleh udara yang bergerak. Dalam kondisi yang memungkinkan,
uap tersebut terkondensasi membentuk awan, pada akhirnya dapat menghasilkan
presipitasi. Presipitasi jatuh ke bumi menyebar dengan arah yang berbeda-beda
dalam beberapa cara. Sebagian besar dari presipitasi tersebut sementara tertahan
pada tanah di dekat tempat ia jatuh, dan akhirnya dikembalikan lagi ke atmosfir
oleh penguapan (evaporasi) dan pemeluhan (transpirasi) oleh tanaman. Sebagian
air mencari jalanya sendiri melalui permukaan dan bagian atas tanah menuju
sungai, sementara lainnya menembus masuk lebih jauh ke dalam tanah menjadi
bagian dari air tanah (groundwater). Di bawah pengaruh gaya gravitasi, baik
aliran air permukaan (surface streamflow) maupun air dalam tanah bergerak ke
tempat yang lebih rendah yang dapat mengalir ke laut. Namun, sejumlah besar air
permukaan dan air bawah tanah dikembalikan ke atmosfer oleh penguapan dan
pemeluhan (transpirasi) sebelum sampai ke laut ( Linsley, dkk, 1989 ).
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
21
Secara gravitasi (alami) air mengalir dari daerah yang tinggi ke daerah
yang rendah, dari gunung-gunung, pegunungan ke lembah, lalu ke daerah lebih
rendah, sampai ke daerah pantai dan akhirnya akan bermuara ke laut. Aliran air ini
disebut aliran permukaan tanah karena bergerak di atas muka tanah. Aliran ini
biasanya akan memasuki daerah tangkapan atau daerah aliran menuju ke sistem
jaringan sungai, sistem danau ataupun waduk (Kodoatie dan Syarief, 2005).
Sebagian air hujan yang jatuh di permukaan bumi akan menjadi aliran
permukaan (surface run off). Aliran permukaan sebagian akan meresap ke dalam
tanah menjadi aliran bawah permukaan melalui proses infiltrasi (infiltration), dan
perkolasi (percolation), selebihnya terkumpul di dalam jaringan alur sungai (river
flow). Apabila kondisi tanah memungkinkan sebagian air infiltrasi akan mengalir
kembali ke dalam sungai (river), atau genangan lainnya seperti waduk, danau
sebagai interflow. Sebagian dari air dalam tanah dapat muncul lagi ke permukaan
tanah sebagai air eksfiltrasi (exfiltration) dan dapat terkumpul lagi dalam alur
sungai atau langsung menuju ke laut (Soewarno, 2000).
Akibat panas matahari air di permukaan bumi juga akan berubah wujud
menjadi gas atau uap dalam bentuk evaporasi dan bila melalui tanaman disebut
transpirasi. Air akan diambil oleh tanaman melalui akar-akarnya yang dipakai
untuk kebutuhan hidup dari tanaman tersebut, lalu air di dalam tanaman juga akan
keluar berupa uap akibat energi panas matahari ( evaporasi ). Proses pengambilan
air oleh akar tanaman kemudian terjadinya penguapan dari dalam tanaman disebut
sebagai evapotranspirasi (Kodoatie dan Syarief, 2005).
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
22
Gambar 1 : siklus hidrologi
Daerah Aliran Sungai
Daerah Aliran Sungai (DAS) merupakan daerah dimana semua airnya
mengalir ke dalam suatu sungai yang dimaksudkan. Daerah ini umumnya dibatasi
oleh batas topografi, yang berarti tidak ditetapkan berdasarkan air bawah tanah
karena permukaan air tanah selalu berubah sesuai dengan musim dan tingkat
kegiatan pemakaian. Nama sebuah DAS ditandai dengan nama sungai yang
bersangkutan dan dibatasi oleh titik kontrol yang umumnya merupakan stasiun
hidrometri. Dalam praktek, penetapan batas DAS ini sangat diperlukan untuk
menetapkan batas-batas DAS yang akan dianalisis (Sri Harto, 1993).
DAS dapat dipandang sebagai bagian dari permukaan bumi tempat air
hujan menjadi aliran permukaan dan mengumpul ke sungai menjadi aliran sungai
menuju ke suatu titik di sebelah hilir (down stream point) sebagai titik
pengeluaran (catchment outlet). Setiap DAS besar yang bermuara ke laut
merupakan gabungan dari beberapa DAS sedang (sub DAS) dan sub DAS adalah
gabungan dari sub DAS kecil-kecil (Soewarno, 2000).
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
23
DAS merupakan ekosistem yang terdiri dari berbagai macam komponen
dan terjadi keseimbangan dinamik antara komponen yang merupakan masukan
(input) dan komponen yang merupakan keluaran (output), dimana keadaan atau
pengaruh yang berlaku pada salah satu bagian didalamnya akan mempengaruhi
wilayah secara keseluruhan (Hartono, dkk, 2005).
Pengelolaan DAS adalah proses formulasi dan implementasi kegiatan atau
program yang bersifat manipulasi sumber daya alam dan manusia yang terdapat di
DAS untuk memperoleh manfaat produksi dan jasa tanpa menyebabkan terjadinya
kerusakan sumber daya air dan tanah. Ia mempunyai arti sebagai pengelolaan dan
alokasi sumber daya alam di DAS termasuk pencegahan banjir dan erosi, serta
perlindungan nilai keindahan yang berkaitan dengan sumber daya alam.
Pengelolaan DAS perlu mempertimbangkan aspek-aspek sosial, ekonomi dan
kelembagaan yang beroperasi di dalam dan di luar DAS (Asdak, 1995).
Analisis Frekuensi
Analisis
frekuensi
adalah
suatu
analisis
data
hidrologi dengan
menggunakan statistika yang bertujuan untuk memprediksi suatu besaran hujan
atau debit dengan masa ulang tertentu. Frekuensi hujan adalah besarnya
kemungkinan suatu besaran hujan disamai atau dilampaui. Sebaliknya, kala ulang
(return period) diartikan sebagai waktu dimana hujan atau debit dengan suatu
besaran tertentu akan disamai atau dilampaui sekali dalam jangka waktu tersebut.
Dalam hal ini tidak berarti bahwa selama jangka waktu ulang tersebut (misalnya T
tahun) hanya sekali kejadian yang menyamai atau melampaui, tetapi merupakan
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
24
perkiraan bahwa hujan ataupun debit tersebut akan disamai atau dilampaui K kali
dalam jangka panjang L tahun dimana K/L kira-kira sama dengan 1/T
(Sri Harto, 1993).
Analisis frekuensi atas data hidrologi menurut syarat tertentu untuk data yang
bersangkutan, yaitu harus seragam (homogeneous), ‘independent’ dan mewakili
(representative). Data yang seragam berarti bahwa data tersebut harus berasal dari
populasi yang sama. Dalam arti lain, stasiun pengumpul data yang bersangkutan, baik
stasiun hujan atau stasiun hidrometri harus tidak pindah, DAS tidak akan berubah
menjadi DAS perkotaan (urban catchment), maupun tidak ada gangguan-gangguan
lain yang menyebabkan data yang terkumpul menjadi lain sifatnya. Batasan
‘independence’ disini berarti bahwa besaran data ekstrim tidak terjadi lebih dari
sekali. Syarat lain adalah bahwa data harus mewakili untuk perkiraan kejadian yang
akan datang, misalnya tidak akan terjadi perubahan akibat tangan manusia secara
besar-besaran, dibangun konstruksi yang mengganggu pengukuran, seperti bangunan
sadap dan perubahan tata guna tanah(Sri Harto, 1993).
Perhitungan data hujan maksimum harian rata-rata DAS harus dilakukan
secara benar untuk analisis frekuensi data hujan. Dalam praktek sering kita jumpai
perhitungan yang kurang pas, yaitu dengan cara mencari hujan maksimum harian
setiap pos hujan dalam satu tahun, kemudian dirata-ratakan untuk mendapatkan hujan
DAS. Cara ini tidak logis karena rata-rata hujan dilakukan atas hujan masing-masing
pos hujan yang terjadi pada hari yang berlainan. Hasilnya akan jauh menyimpang dari
yang seharusnya (Suripin, 2004).
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
25
Curah hujan daerah ini harus diperkirakan dari beberapa titik pengamatan
curah hujan. Cara-cara perhitungan curah hujan daerah dari pengamatan curah hujan
di beberapa titik adalah sebagai berikut.
1) Cara rata-rata aljabar
Jika titik pengamatan banyak dan tersebar merata di seluruh daerah dapat digunakan cara ini. Hasil yang
diperoleh dengan cara ini tidak berbeda jauh dari hasil yang didapat dengan cara lain.
2)
Cara poligon Thiessen
Jika titik-titik pengamatan di dalam daerah itu tidak tersebar merata, maka perhitungan curah hujan harian ratarata itu dilakukan denga memperhitungkan daerah pengaruh tiap titik pengamatan.
3)
Cara Isohiet
Cara ini adalah cara rasionil yang paling baik jika garis-garis isohiet dapat digambar dengan teliti. Akan tetapi
jika titik-titik pengamatan itu banyak dan variasi curah hujan di daerah bersangkutan besar, maka pada pembuatan peta
isohiet ini akan terdapat kesalahan pribadi sipembuat peta
(Sosrodarsono dan Takeda, 1993).
Makin baik data yang tersedia, dalam pengertian kuantitatif dan kualitatif
memberikan kemungkinan penggunaan cara analisis yang diharapkan dapat
memberikan hasil perkiraan data hidrologi yang lebih baik, khususnya untuk
menetapkan besar hujan atau debit dengan kala ulang tertentu. Kala-ulang (return
period) diartikan sebagai waktu hipotetik dimana hujan atau debit dengan suatu
besaran tertentu akan disamai atau dilampaui sekali dalam jangka waktu tersebut.
Jadi, tidak ada pengertian bahwa kejadian tersebut akan berulang secara teratur
setiap kala-ulang tersebut. Dalam statistik dikenal beberapa jenis distribusi
frekuensi dan yang banyak digunakan dalam hidrologi yaitu :
1. Distribusi Normal
2. Distribusi Log-Normal
3. Distribusi Log-Person Type III
4. Distribusi Gumbel
Dalam analisis frekuensi data hidrologi baik data hujan maupun data debit
sungai terbukti sangat jarang dijumpai seri data yang sesuai dengan distribusi
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
26
normal. Sebaliknya, sebagian besar data hidrologi sesuai dengan tiga distribusi
lainnya. Masing-masing distribusi memiliki sifat-sifat khas sehingga setiap data
hidrologi harus diuji kesesuaiannya dengan sifat statistik masing-masing distribusi
tersebut. Pemilihan distribusi yang tidak benar dapat mengandung kesalahan
perkiraan yang cukup besar baik, ‘overestimated’ maupun ‘underestimated’,
keduanya tidak diingini. Dengan demikian, jelas bahwa pengambilan salah satu
distribusi secara sembarang untuk analisis tanpa pengujian data hidrologi sangat
tidak dianjurkan, meskipun dalam praktek harus diakui bahwa besar kemungkinan
banyak dilakukan analisis frekuensi dengan menggunakan distribusi tertentu
(Sri Harto, 1993).
Dalam statistik dikenal beberapa parameter yang berkaitan dengan analisis
data yang meliputi: 1) nilai rata-rata (mean), 2) simpangan baku, 3) koefisien
variasi, 4) koefisien skewness, 5) koefisien kurtosis.
Tabel 1. Parameter statistik analisis frekuensi
Parameter
Rata-rata
Simpangan Baku
Koefisien Variasi
Sampel
X=
1 n
∑ Xi
n i =1
(
)
2
1 n
S=
log
X
log
X
−
i
Σ
n − 1 i −1
Cv =
1
2
S
X
Febrina Girsang : Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada Das
Belawan Kabupaten Deli Serdang, 2008.
USU Repository © 2009
27
(
n
n∑ Xi − X
Koefisien
Skewness
Cs =
)
i =1
(n −1)(n − 2)s 3
n
(
n2 ∑ X i − X
Koefisien
Kurtosis
Ck =
3
)
4
i =1
(n −1)(n − 2)(n − 3)s 4
Sumber: Singh, 1992.
Distribusi Normal
Distribusi normal atau kurva normal disebut pula distribusi Gauss. Fungsi
densitas peluang normal (PDF = probability density function) yang paling dikenal
adalah sebagai distribusi normal. PDF distribusi normal dalam bentuk rata-rata
dan simpangan bakunya, sebagai beriku t:
(x − µ) 2
P' ( X ) =
exp −
………………….........….................. (1)
2σ 2
σ 2π
1
dimana : P’(X)
X
= fungsi densitas peluang normal (ordinat kurva normal)
= Variabel acak kontiniu
= Rata-rata nilai X
= Simpangan baku dari X.
Analisis kurva normal cukup menggunakan parameter statistik µ dan σ .
Bentuk kurvanya simetris terhadap X = µ , dan grafiknya selalu di atas sumbu
datar X serta mendekati sumbu datar X dan di mulai dari X = µ + 3 σ dan
X = µ - 3 σ , nilai mean = median = modus. Nilai X mempunyai batas -: