Model Hidrograf Satuan Sintetik Menggunakan Parameter Morfometri (Studi Kasus di Das Ciliwung Hulu)
MODEL HIDROGRAF SATUAN SINTETIK MENGGUNAKAN
PARAMETER MORFOMETRI
(STUDI KASUS DI DAS CILIWUNG HULU)
BEJO SLAMET
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul : Model Hidrograf
Satuan Sintetik Menggunakan Parameter Morfometri (Studi Kasus Di DAS
Ciliwung Hulu) adalah benar hasil karya saya sendiri dengan arahan dari
pembimbing, dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah
dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, Juni 2006
Bejo Slamet
NIM E 051030021
ii
ABSTRAK
BEJO SLAMET. Model Hidrograf Satuan Sintetik Menggunakan Parameter
Morfometri (Studi Kasus Di DAS Ciliwung Hulu). Dibimbing oleh LAILAN
SYAUFINA dan HENDRAYANTO.
Salah satu luaran dari sistem DAS adalah debit aliran sungai yang merupakan indikator
fungsi DAS dalam pengaturan proses, khususnya dalam alih ragam hujan menjadi aliran.
Terdapat sifat khas dalam sistem DAS yang menunjukkan sifat tanggapan DAS terhadap
suatu masukan (hujan) tertentu dan sifat ini diandaikan tetap untuk masukan dengan besaran
dan penyebaran tertentu. Sifat khas sistem DAS ini adalah hidrograf satuan (unit
hydrograph). Data pengukuran tinggi muka air, debit, hujan harian dan hujan yang lebih
pendek dengan kualitas baik tidak selalu tersedia di setiap DAS sehingga untuk
mendapatkan informasi tentang hidrograf satuan didekati dengan pendekatan hidrograf
satuan sintetik (HSS) yang diantaranya memanfaatkan data morfometri DAS. Pendekatan
dengan HSS bersifat empiris dan seringkali bersifat setempat, sehingga untuk digunakan di
tempat lain memerlukan pengujian keberlakuannya. Tujuan dari penelitian ini adalah (1)
Mendapatkan model hidrograf satuan sintetik terbaik di DAS Ciliwung Hulu, (2)
Mendapatkan informasi keberlakuan model hidrograf satuan sintetik di DAS yang lainnya,
dan (3) Mendapatkan model HSS dengan parameter morfometri DAS yang lebih mudah
diukur di Peta Rupa Bumi. Penerapan HSS Gama 1 untuk menduga hidrograf satuan di
DAS Ciliwung Hulu masih belum memuaskan terlihat dari besarnya nilai coefficient of
efficiency (CE) yang hanya 0,81, 0,85, 0,73 dan 0,81 secara bertutut-turut untuk HSS tahun
2003, 2004, 2005 dan HS periode 2003 -2005. Setelah dilakukan penyesuaian konstanta
model terjadi peningkatan keakuratan dibandingkan dengan hidrograf satuan (HS)
pengukurannya dimana nilai CE secara berturut-turut untuk tahun 2003, 2004 dan 2005
adalah sebesar 0,98, 0,95,dan 0,93. Penyesuaian untuk HSS Gama 1 dengan HS
pengukuran rata -rata (HS periode 2003-2005) diperoleh 2 (dua) buah set model
penyesuaian yaitu HSS Gama 1 Solver 1 dan HSS Gama 1 Solver 2. Nilai CE kedua set
model tersebut adalah sebesar 0,98 yang berarti kedua model memberikan bentuk
hidrograf yang tidak berbeda dengan HS pengukuran. Validasi kedua set model dengan
data DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu belum memberikan unjuk kerja yang baik
dimana nilai CE hanya sebesar -1,02 dan 0,37. Nilai CE masih jauh dari nilai 1 (satu)
sehingga bentuk HSS masih jauh berbeda dengan HS pengukurannya. Validasi kedua set
model di DAS Progo diperoleh nilai CE secara berturut -turut sebesar 0,86 dan 0,92.
Namun besarnya Absolute Error dari debit puncak HSS terhadap HS pengukuran masih
tinggi yaitu sebesar -6,22 m3 /det dan -4,48 m3/det. Hasil penelitian ini menunjukkan
bahwa parameter morfometri DAS dapat dipergunakan untuk menduga hidrograf satuan,
namun konstanta model sangat bervariasi untuk setiap DAS, sehingga untuk mendapatkan
hasil pendugaan yang lebih akurat diperlukan penyesuaian konstanta di setiap tempat.
Simplifikasi model HSS dilakukan dengan menggunakan parameter yang relatif mudah
diukur di Peta Rupa Bumi yaitu luas DAS (A), panjang sunga i utama (L), dan jumlah
pertemuan sungai (JN). Besarnya koefisien determinasi (R 2) secara berturut-turut untuk
persamaan penduga waktu puncak (TP), debit puncak (QP) dan waktu dasar (TB) adalah
sebesar 90,30 %, 99,20 % dan 93,50 %.
Kata Kunci : Ciliwung Hulu, Daerah Aliran Sungai, Hidrograf Satuan Sintetik (HSS)
Morfometri DAS
iii
MODEL HIDROGRAF SATUAN SINTETIK MENGGUNAKAN
PARAMETER MORFOMETRI
(STUDI KASUS DI DAS CILIWUNG HULU)
BEJO SLAMET
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
iv
Judul Tesis
: Model Hidrograf Satuan Sintetik Menggunakan Parameter
Morfometri (Studi Kasus Di DAS Ciliwung Hulu)
Nama
: Bejo Slamet
NIM
: E051030021
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr.Ir. Lailan Syaufina, M.Sc
Ketua
Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Pengetahuan Kehutanan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Rinekso Soekmadi, M.Sc
Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS
Tanggal Ujian : 20 Juni 2006
Tanggal Lulus :
v
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas segala
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan.
Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister
Sains pada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Pada
kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya
kepada :
1. Dr. Ir. Lailan Syaufina, M.Sc dan Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr yang telah
memberikan bimbingan, arahan serta saran, dan kritik kepada penulis selama
penelitian dan penyus unan tesis ini.
2. Dr. Ir. Nora H. Pandjaitan, DEA atas kesediannya untuk menjadi dosen
penguji luar komisi atas koreksian, saran dan masukannya dalam perbaikan
tesis ini.
3. Kepala Proyek Induk Pengembangan Wilayah Sungai Ciliwung Cisadane
(PIPWS) Jakarta atas bantuan data yang diberikan kepada penulis.
4. Fadli, S.Hut atas bantuan data morfometri DTA Cipopokol, data Tinggi
Muka Air (TMA) dari AWLR di Cipopokol, kurva lengkung kalibrasi
dan data debitnya.
5. Ir. Sayogo Hutomo, MSi yang telah membantu penulis dalam me ncari
literatur di Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada Yogyakarya.
6. Direktorat Pendidikan Tinggi yang telah memberikan beasiswa (BPPS)
kepada penulis.
7. Rektor Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ijin dan
bantuan biaya pendidikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di
Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
8. Teman -teman mahasiswa Pascasarjana Program Studi IPK angkatan
2002, 2003 dan 2004 atas bantuan dan kebersamaan selama penulis
mengkuti kuliah di IPB, terutama Bapak Nurdin Sulistiyono, S.Hut, M.Si
atas bantuan Laptopnya.
9. Orang tua dan mertua penulis yang telah memberikan doa dan bantuan
kepada penulis selama mengikuti pendidikan di Sekolah Pasca Sarjana
IPB.
10. Istri dan kedua buah hati penulis yang telah dengan sabar dalam
menghad api berbagai suka duka selama penulis menyelesaikan studi S2
ini.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, sehingga
perlu adanya perbaikan-perbaikan. Semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi
penulis dan semua pihak yang memerlukan.
Bogor , Juni 2006
Bejo Slamet
vi
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Temanggung pada tanggal 9 Juli 1975 dari orang tua
Bapak Sunarjo dan Ibu Mujamilah.
Tahun 1993 penulis lulus dari SMAN 1 Temanggung dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan
Seleksi Masuk IPB (USMI). Tahun 1994 penulis diterima di Jurusan Manajemen
Hutan Fakultas Kehutanan IPB dan lulus Bulan Desember tahun 1997.
Pada tahun 1999 penulis diterima sebagai staf pengajar di Jurusan
Kehutanan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara (USU). Tahun 2003
penulis diterima di Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan (IPK) Sekolah
Pascasarjana IPB dengan beasiswa dari Direktorat Pendidikan Tinggi (DIKTI).
Penulis menikah dengan Iwan Risnasari, S.Hut, M.Si pada tahun 2000
dan telah dikarunia 2 orang buah hati yaitu Fachry Mustafa Salim (5 tahun) dan
Afifah Mufidah Salmah (2,5 Tahun).
vii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL.............................................................................................. x
DAFTAR GAMBAR....................................................................................... xii
DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................. xiii
PENDAHULUAN.............................................................................................. 1
Latar Belakang......................................................................................... 1
Tujuan ...................................................................................................... 3
Manfaat Penelitian ................................................................................... 3
Hipotesis Penelitian.................................................................................. 4
TINJAUAN PUSTAKA.................................................................................... 5
Daerah Aliran Sungai .............................................................................. 5
Morfometri Daerah Aliran Sungai ......................................................... 6
Hidrograf ................................................................................................. 7
Bentuk Hidrograf ..................................................................................... 8
Hidrograf Satuan .................................................................................... 9
Penentuan Hidrograf Satuan Pengukuran .......................................... 13
Penentuan Tebal Hujan Efektif............................................................ 14
Hidrograf Satuan Sintetik ..................................................................... 15
METODOLOGI PENELITIAN .................................................................... 21
Tempat dan Waktu Penelitian .............................................................. 21
Bahan dan Alat ....................................................................................... 21
Sumber Data........................................................................................... 21
Metode Penelitian................................................................................... 21
viii
KEADAAN UMUM DAERAH PENELITIAN ............................................ 29
Letak dan Luas ....................................................................................... 29
Bentuk dan Hidrologi DAS................................................................... 29
Jenis Tanah dan Topografi ................................................................... 30
Iklim ........................................................................................................ 32
HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................... 34
Curah Hujan ........................................................................................... 34
Hidrograf Aliran Sungai Ciliwung....................................................... 36
Morfometri DAS Ciliwung Hulu .......................................................... 41
Penerapan Model Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 DAS
Ciliwung
Hulu......................................................................................................... 42
Penyesuaian HSS Gama 1 Dengan DAS Ciliwung
Hulu.......................
47
Validasi Model HSS Gama 1 Hasil
Penyesuaian....................................
53
Simplifikasi Model HSS Menggunakan Parameter Morfometri
DAS ...
60
SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 70
Simpulan ................................................................................................ 70
Saran ....................................................................................................... 70
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 71
LAMPIRAN.................................................................................................... 73
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
1.
Luas Masing-Masing Sub DAS yang Berada di DAS Ciliwung Hulu30
2.
Jenis Tanah di DAS Ciliwung Hulu..................................................... 31
3.
Kelas Kelerengan di DAS Ciliwung Hulu ........................................... 31
4.
Keadaan Iklim DAS Ciliwung Hulu Berdasarkan Pengukuran
pada Stasiun Klimatologi Citeko.......................................................... 32
5.
Curah Hujan Rata-Rata Bulanan di DAS Ciliwung Hulu
Periode 1981-2002.................................................................................. 33
6.
Curah Hujan Tahunan di DAS Ciliwung Hulu Periode 1981-2002 . 33
7.
Hujan Harian Maksimum di DAS Ciliwung Hulu............................. 34
8.
Hasil Analisis Frekuensi Curah Hujan Maksimum di DAS
Ciliwung Hulu ........................................................................................ 35
9.
Lengkung Kalibrasi Hubungan Antara Tinggi Muka Air (H)
dengan Debit Sungai Ciliwung di SPAS Katulampa .......................... 37
10.
Parameter Hidrograf Aliran Permukaan Langsung (Direct Run
Off) terpilih untuk periode tahun 2003................................................ 38
11.
Parameter Hidrograf Aliran Permukaan Langsung (Direct Run
Off) terpilih untuk periode tahun 2004................................................ 39
12.
Parameter Hidrograf Aliran Permukaan Langsung (Direct Run
Off) terpilih untuk periode tahun 2005................................................ 39
13.
Variabel Pokok Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2003........... 39
14.
Variabel Pokok Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2004........... 40
15.
Variabel Pokok Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2005........... 40
16.
Hasil Pengukuran Morfometri Jaringan Sungai di DAS
Ciliwung Hulu................... ..................................................................... 41
17.
Parameter Morfometri DAS Ciliwung Hulu ...................................... 42
18.
Komponen HSS Gama 1 dan HS Pengukuran di DAS Ciliwung
Hulu......................................................................................................... 44
19.
Hasil Uji Kuantitatif HSS Gama 1 terhadap HS Pengukuran.........45
20.
Perubahan Nilai Parameter Uji Kuantitatif Model HSS Gama
1 Setelah Penyesuaian Konstanta Model dan
Sebelum
Penyesuaian Konstanta Model Terhadap Hidrograf Satuan
Pengukuran .......................................................................................50
x
21.
Perubahan Nilai Parameter Uji Kuantitatif Model HSS Gama 1
Setelah Penyesuaian Konstanta Model Terhadap HS Rata-Rata
Pengukuran......... ................................................................................... 52
22.
Morfometri DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu ..................... 54
23.
Nilai Parameter Uji Kuantitatif HSS Gama 1 Terhadap
Hidrograf Satuan Pengukuran DTA Cipopokol Sub-Das
Cisadane Hulu ....................................................................................... 54
24.
Perubahan Nilai Parameter Uji Kuantitatif Penerapan Model
HSS Gama 1 Di DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu............... 56
25.
Morfometri DAS Progo......................................................................... 57
26.
Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Progo ............... ................... 58
27.
Nilai Parameter Uji Kuantitatif Penerapan Model HSS Gama 1
Dan HSS Gama 1 Penyesuaian di DAS Progo .................................... 59
28.
Morfometri DAS Contoh untuk Pendugaan Besaran TP, QP
dan TB
....................................................................................... 61
29.
Matriks Korelasi Antar Parameter dan Korelasi Antara
Parameter Morfometri dengan Variabel Hidrograf Satuan ............. 61
30.
Persamaan -Persamaan Model Hidrograf Satuan Sintetik (HSS)
Simplifikasi....... ...................................................................................... 62
31.
Rasio Dimensi Hidrograf Satuan ......................................................... 64
32.
Perbandingan Hasil Simulasi antara HSS Gama 1 dengan HSS
Simplifikasi....... ...................................................................................... 66
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.
Bentuk Hidrograf ................................................................................ 9
2.
Hidrograf Satuan Bebas Terhadap Waktu Dan Limpasannya
Berbanding Lurus Dengan Tebal Hujan Efektif (Soemarto 1987).. 11
3.
Hidrograf Satuan Memenuhi Prinsip Superposisi (Soemarto 1987) 11
4.
Metode Pemisahan Aliran Dasar (Base Flow) dari Hidrograf
Aliran Total............................................................................................12
5.
Konsep Indeks Phi (F)..........................................................................15
6.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik US SCS.......................................18
7.
Penetapan Tingkat-Tingkat Sungai Menurut Strahler................... 19
8.
Penentuan Faktor Lebar DAS........................................................... 19
9.
Penetapan Relatif Upper Area (RUA) suatu DAS............................. 20
10.
Diagram alir Tahapan Penelitian ..................................................... 28
11.
Bentuk Outlet DAS Ciliwung Hulu di Katulampa dengan Alat
Automatic Water Level Recorder (AWLR) ..........................................36
12.
Hubungan Antara Orde Sungai Dengan Jumlah Segmen............. 41
13.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik DAS Ciliwung Hulu dengan
Menggunakan Model HSS Gama 1.................................................. 44
14.
Hidrograf Satuan Pengukuran Tahunan dan HSS Gama 1 Hasil
Pemodelan di DAS Ciliwung Hulu................................................... 44
15.
Hidrograf Satuan Pengukuran Periode 2003-2005 dan Hasil
Pemodelan Dengan HSS Gama 1 di DAS Ciliwung Hulu.................45
16.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 Setelah Penyesuaian
Konstanta Model dan Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun
2003 ..................................................................................................... 48
17.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 Setelah Penyesuaian
Konstanta Model dan Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun
2004 ..................................................................................................... 49
18.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 Setelah Penyesuaian
Konstanta Model dan Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun
2005 ..................................................................................................... 50
19.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Setelah Dilakukan
Penyesuaian Dan Hidrograf Satuan Rata-Rata
Hasil
Pengukuran ...........................................................................................52
20.
Hidrograf Satuan Pengukuran dan HSS Gama 1 di DTA
Cipopokol Sub-DAS Cisadane H ulu...................................................55
xii
21.
Hidrograf Satuan Pengukuran dan Hidrograf Satuan Sintetik
di DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu .....................................56
22.
Hidrograf Satuan Pengukuran dan Hidrograf Satuan Sintetik
DAS Progo .............................................................................................59
23.
Bentuk Umum Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) Simplifikasi.........63
24.
Gambar HSS Simplifikasi Setelah Penghalusan ...............................63
25.
Boxplot Analisis Uji -t antara Variabel Pokok Hidrograf Satuan
Hasil Simulasi dengan HSS Gama 1 terhadap Hasil Simulasi
HSS Simplifikasi...................................................................................67
26.
Hasil Uji-t antara Variabel Pokok Hidrograf Satuan Hasil
Pengukuran dengan (A) HSS Gama 1 dan (B) HSS Simplifikasi ....68
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Analisis Frekuensi Curah Hujan Harian Maksimum di DAS
Ciliwung Hulu .................................................................................. 74
2. HSS Gama 1 Hasil Simulasi dan Hidrograf Satuan
Pengukuran Di DAS Ciliwung Hulu ............................................. 76
3. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata, HSS Gama 1, HSS
Gama 1 Penyesuaian dengan Data DAS Ciliwung Hulu ................77
4. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata di DTA Cipopokol
Sub-DAS Cisadane Hulu, HSS Gama 1, dan HSS Gama 1 Hasil
Penyesuaian dengan Menggunakan Peta Rupa Bumi Skala
1:50.000................................................................................................78
5. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata di DTA Cipopokol
Sub-DAS Cisadane Hulu, HSS Gama 1, dan HSS Gama 1 Hasil
Penyesuaian Dengan Mempertimbangkan Lembah Sebagai
Saluran Drainase ................................................................................79
6. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata di DAS Progo, HSS
Gama 1, dan HSS Gama 1 Hasil Penyesuaian .................................80
7. Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Ciliwung Hulu Tahun
2003......................................................................................................82
8. Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Ciliwung Hulu Tahun
2004......................................................................................................83
9. Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Ciliwung Hulu Tahun
2005......................................................................................................84
10. Hidrograf Satuan Pengukuran di DTA Cipopokol Sub-DAS
Cisadane Hulu ....................................................................................85
11. Hasil Analisis Statistik Regresi Parameter Morfometri dengan
Waktu Puncak (TP) Hidrograf Satuan Menggunakan
Perangkat Lunak Minitab Versi 14..................................................86
12. Hasil Analisis Statistik Regresi Parameter Morfometri dengan
Debit Puncak (QP) Hidrograf Satuan Menggunakan
Perangkat Lunak Minitab Versi 14..................................................87
13. Hasil Analisis Statistik Regresi Parameter Morfometri dengan
Waktu Dasar
(TB) Hidrograf Satuan Menggunakan
Perangkat Lunak Minitab Versi 14..................................................88
14. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TP HSS Gama 1 dengan
TP HSS Simplifikasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab
Versi 14 ................................................................................................89
15. Hasil Analisis Statistik Uji t antara QP HSS Gama 1 dengan
QP HSS Simplifikasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab
Versi 14 ................................................................................................89
xiv
16. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TB HSS Gama 1 dengan
TB HSS Simplifikasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab
Versi 14 ................................................................................................89
17. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TP HSS Gama 1 dengan
TP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi
14..........................................................................................................90
18. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TP HSS Simplifikasi
dengan TP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak
Minitab Versi 14 .................................................................................90
19. Hasil Analisis Statistik Uji t antara QP HSS Gama 1 dengan
QP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi
14..........................................................................................................90
20. Hasil Analisis Statistik Uji t antara QP HSS Simplifikasi
dengan QP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak
Minitab Versi 14 .................................................................................91
21. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TB HSS Gama 1 dengan
TB Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi
14..........................................................................................................91
22. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TB HSS Simplifikasi
dengan TB Observasi Menggunakan Perangkat Lunak
Minitab Versi 14 .................................................................................91
23. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 1 (Satu) di DAS Ciliwung
Hulu Hasil Pengukuran pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000...92
24. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 2 (dua) di DAS Ciliwung
Hulu Hasil Pengukuran pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000...93
25. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 3 (tiga) di DAS Ciliwung
Hulu Hasil Pengukuran pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000...94
26. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 4 (empat) dan Panjang
Sungai orde 5 (lima) di DAS Ciliwung Hulu Hasil Pengukuran
pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000 ............................................95
27. Morfometri 32 DAS yang Dipergunakan untuk Perbandingan
Hasil Simulasi antara HSS Gama 1 dengan HSS Simplifikasi ......96
28. Peta Jaringan Sungai DAS Ciliwung Hulu......................................98
29. Peta Jaringan Sungai DAS Progo .....................................................99
xv
PENDAHULUAN
Latar B elakang
Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah suatu sistem hidrologi, yang terdiri dari
subsistem masukan, proses dan subsistem luaran. Salah satu luaran dari sistem
DAS adalah debit aliran sungai (Agus et al. 2002). Debit aliran sungai dapat
dijadikan sebagai indikator fungsi DAS dalam pengaturan proses, khususnya alih
ragam hujan menjadi aliran. Debit sungai juga dapat dijadikan sebagai bahan
evaluasi kondisi DAS yang bersangkutan, sehingga debit aliran sungai perlu
disajikan dalam bentuk sajian yang informatif.
Bentuk penyajian debit yang
informatif adalah dalam bentuk hidrograf. Hidrograf merupakan penyajian grafis
hubungan debit aliran dengan waktu (Sri Harto 1993) yang menggambarkan
perilaku debit dalam kurun waktu tertentu.
Proses alih ragam curah hujan menjadi debit sebenarnya melalui dua tahap.
Tahap pertama adalah fungsi produksi, yaitu perubahan dari hujan bruto menjadi
hujan efektif yang kemudian bergerak menuju jaringan aliran terdekat, dan tahap
kedua adalah fungsi transfer yang mentransfer air dari titik masuknya di jaringan
aliran sampai outlet yang diekspresikan dalam bentuk kurva hidrograf satuan
sesaat (instaneous unit hydrograph/IUH) yang merupakan fungsi debit aliran
terhadap waktu (Dooge 1973).
Sherman (1932, diacu dalam Sri Harto 1993) mengemukakan bahwa dalam
sistem DAS terdapat sifat khas yang menunjukkan sifat tanggapan (respon) DAS
terhadap suatu masukan (hujan) tertentu. Tanggapan ini diandaikan tetap untuk
masukan dengan besaran dan penyebaran tertentu. Tanggapan yang demikian
dalam konsep hidrologi dikenal dengan hidrograf satuan (unit hydrograph ).
Hidrograf satuan merupakan hidrograf limpasan langsung (direct runoff
hydrograph) yang dihasilkan oleh hujan efektif yang terjadi secara merata di
seluruh DAS dengan intensitas tetap dalam satuan waktu yang ditetapkan (Seyhan
1977).
Hujan efektif merupakan sisa hujan dalam bentuk limpasan setelah
dikurangi dengan evaporasi, intersepsi dan infiltrasi.
Hidrograf satuan dapat diperoleh jika terdapat rekaman data curah hujan
jam-jaman yang tersebar merata serta data debit jam -jaman dengan kuantitas,
kualitas dan kontinuitas yang baik dari DAS yang bersangkutan.
Data hasil
pengukuran tinggi muka air, debit, hujan harian dan hujan yang lebih pendek,
dengan kuantitas, kualitas dan kontinuitas yang baik tidak selalu tersedia di setiap
DAS sehingga dikembangkan suatu cara untuk mendapatkan hidrograf satuan tanpa
mempergunakan data tersebut.
Selama bertahun-tahun para ahli hidrologi mencoba untuk menghubungkan
antara respon hidrologi suatu DAS dengan morfologi DAS dan struktur
topografinya (Ajward & Muzik
2000).
Metode seperti ini dikenal dengan
hidrograf satuan sintetik. Dengan demikian berkembang penurunan hidrograf
satuan sintetik yang didasarkan atas karakteristik fisik dari suatu DAS. Beberapa
pendekatan telah dikemukakan oleh para ahli hidrologi diantaranya adalah yang
dikembangkan oleh Snyder 1938, metode Nakayasu, US SCS, dan Common.
Metode hidrograf satuan sintetik dikembangkan berdasarkan data empiris, dimana
pendekatan empiris ini seringkali bersifat setempat sehingga untuk digunakan
ditempat lain memerlukan pengujian keberlakuannya. Sri Harto (200a)
mengemukakan bahwa metode-metode yang dikembangkan di luar negeri tersebut
ketika diterapkan di Indonesia menunjukkan penyimpangan yang besar
dibandingkan dengan hidrograf-satuan terukurnya. Sehingga Sri Harto (1993)
mengembangkan model hidrograf satuan yang dikenal dengan Hidrograf Satuan
Sintetik (HSS) Gama 1.
Model HSS Gama 1 dibangun berdasarkan hasil pengukuran terhadap
morfometri 30 DAS yang ada di Pulau Jawa. Daerah aliran sungai di Jawa Barat
yang digunakan untuk membangun model HSS Gama 1 adalah DAS
Cikapundung, Cikarang, Cimanuk, Cisanggarung, Citandui, Cimandiri, Ciliman,
Ciujung, dan Cisadane (Sri Harto 2000a). Mengingat model HSS Gama 1 juga
dikembangkan berdasarkan data empiris, maka model ini harus diuji
keberlakuannya pada DAS-DAS yang lain.
Pendugaan hidrograf satuan sintetik dari DAS yang tidak mempunyai
stasiun
hidrometri
dengan
menggunakan
parameter
morfom etri
dipergunakan karena data morfometri lebih mudah diperoleh.
banyak
Selain itu,
sebagaimana yang dikemukakan oleh Sherman (1932, diacu dalam Sri Harto
1993) bahwa hidrograf satuan merupakan sifat khas yang menunjukkan sifat
2
tanggapan (respon) DAS terha dap suatu masukan (hujan) tertentu. Sifat khas ini
dapat dijadikan sebagai dasar penentuan tipologi suatu DAS yang diperlukan
dalam penilaian kinerja pengelolaan DAS. HSS Gama 1 dan metode hidrograf
satuan sintetik lainnya masih menggunakan parameter morfometri DAS yang
relatif sulit diukur. Pengukuran morfometri untuk model HSS Gama 1
memerlukan ketelitian dan waktu yang lama, sehingga model ini tentunya kurang
diminati oleh para penggunan meskipun menurut Sri Harto (2000a) model ini
mempunyai tingkat ke akuratan yang baik dalam menduga hidrograf satuan di
Indonesia. Diperlukan penyederhanaan (simplifikasi) terhadap model HSS Gama
1 menjadi model yang tingkat ketelitiannya memadai namun menggunakan
parameter morfometri DAS yang lebih mudah diukur di Peta Rupa Bumi.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mendapatkan model hidrograf satuan sintetik menggunakan parameter
morfometri DAS yang sesuai dengan hidrograf satuan pengukuran DAS
Ciliwung Hulu.
2. Mendapatkan informasi keberlakuan persamaan model hidrograf satuan
sintetik DAS Ciliwung pada saat diterapkan di DAS yang lainnya.
3. Mendapatkan model HSS simplifikasi yang menggunakan parameter
morfometri DAS yang lebih mudah diukur pada Peta Rupa Bumi.
Manfaat Penelitian
Sebagai salah satu alat yang sederhana (simple tool) untuk pendugaan
hidrograf satuan bagi DAS-DAS yang tidak mempunyai stasiun hidrometri terutama
dalam kegiatan perancangan bangunan air serta untuk pengembangan kriteria
penilaian kinerja pengelolaan DAS terkait tipologi DAS.
3
Hipotesis penelitian
Hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini adalah :
1. Model empiris yang dibangun dari beberapa DAS contoh akan selalu
memerlukan penyesuaian ketika diterapkan di DAS lain.
2. Model yang lebih sederhana tidak selalu mempunyai ke akuratan yang rendah
dalam menduga variabel pokok hidrograf satuan dibandingkan dengan model
yang lebih kompleks.
4
TINJAUAN PUSTAKA
Daerah aliran Sungai
Daerah aliran sungai yang diartikan sebagai bentang lahan yang dibatasi
oleh pembatas topografi (to pography divide) yang menangkap, menampung dan
mengalirkan air hujan ke suatu titik patusan (outlet) telah secara luas diterima
sebagai satuan (unit) pengelolaan sumberdaya alam yang ada di dalam DAS (Tim
IPB 2002).
DAS sebagai sistem hidrologi dimana titik patusan merupakan titik kajian
hasil air (water yield) menjelaskan lebih lanjut bahwa air di titik patusan tidak
hanya berasal dari aliran di permukaan tanah (surface flow) tetapi juga berasal
dari aliran di dalam tanah, yaitu aliran bawah permukaan (sub surface flow) dan
aliran bumi (ground water flow). Pergerakan aliran bawah permukaan dan aliran
bumi dipengaruhi oleh sifat tanah dan jenis serta struktur batuan (geology) yang
terdapat disuatu DAS. Dengan melihat sistem hidrologi tersebut, batas s uatu DAS
tidak hanya batas di permukaan tanah saja tetapi juga terdapat batas di dalam
tanah, di mana batas keduanya tidak selalu bersesuaian (coincide). Batas di dalam
tanah (di bawah permukaan tanah) relatif lebih sulit ditetapkan dan cenderung
bersifat dinamis, sehingga dalam kegiatan praktis, batas suatu DAS hanya
menggunakan batas di permukaan tanah, yang bersifat definitif untuk aliran
permukaan dan bersifat indikatif untuk aliran di dalam tanah dan untuk
keseluruhan sistem hidrologi DAS tersebut (Putro et al. 2003).
Mengacu kepada pengertian DAS dalam uraian di atas, maka di dalam suatu
DAS terdapat berbagai komponen sumberdaya, baik sumberdaya alam (natural
capital), yaitu udara (atmosphere), tanah dan batuan penyusunnya, vegetasi,
satwa, sumberdaya manusia (human capital) beserta pranata institusi formal
maupun informal masyarakat (social capital), maupun sumberdaya buatan (man
made capital) yang satu sama lain saling berinteraksi (interaction). Komponenkomponen sumberdaya tersebut adalah khas untuk suatu DAS sehingga menjadi
karakteristik dari DAS tersebut (Putro et al. 2003).
Daerah Aliran Sungai (DAS) sebagai satuan perencanaan terkecil
mempunyai karakter yang spesifik yang sangat dipengaruhi oleh jenis tanah,
5
topografi, geologi, geomorfologi, vegetasi dan tataguna lahan (Seyhan 1977).
Istilah “one river, one plan, one management” yang populer mengindikasikan
pentingnya DAS dikelola sebagai suatu kesatuan utuh ekosistem sumberdaya
alam (Tim IPB 2002).
Cakupan luas suatu DAS bervariasi mulai dari beberapa puluh meter persegi
sampai dengan ratusan ribu hektar yang memiliki komponen-komponen masukan
yaitu curah hujan, komponen output yaitu debit aliran dan polusi/sedimen, dan
komponen proses yaitu manusia, vegetasi, tanah, iklim, dan topografi, sehingga
Asdak (2002), menyatakan bahwa pengelolaan DAS adalah suatu proses
formulasi dan implementasi kegiatan atau program yang bersifat manipulasi
sumberdaya alam dan manusia yang terdapat di DAS untuk memperoleh manfaat
produksi dan jasa tanpa menyebabkan terjadinya kerusakan sumberdaya tanah dan
air.
Morfometri Daerah Aliran Sungai
Istilah morfometri secara umum diaplikasikan pada pengukuran bentuk dan
pola. Terkait dengan morfometri DAS maka yang dimaksud dengan morfometri
DAS adalah pengukuran bentuk dan pola DAS dari suatu peta.
Dikarenakan
adanya saling hubungan antar faktor, salah satu (biasanya yang paling mudah
diukur) seringkali dapat dijadikan sebagai pewakil untuk faktor yang lainnya.
Faktor-faktor yang terpilih dapat dipergunakan untuk menduga respon hidrologi
dari suatu daerah aliran sungai atau DAS terhadap masukan curah hujan di
kawasan tersebut. Selain itu morfometri DAS juga dapat dijadikan sebagai faktor
pembeda antara satu DAS dengan DAS lainnya untuk tujuan pembandingan
maupun klasifikasi (Gordon et al. 1992).
Parameter daerah tangkapan baik itu parameter topografi maupun parameter
morfometri telah dikenal mempunyai pengaruh terhadap proses alih ragam hujan
menjadi aliran/debit. Terdapat beberapa persamaan aliran yang kebanyakan
persamaan empiris dan sintetik yang dibangun dengan menggunakan parameter
DAS dikarenakan oleh ketiadaan data aliran (Sri Harto 2000a).
Kontribusi dari aliran interflow yang tertunda dan aliran air tanah (ground
water) ke sungai utamanya tergantung kepada variabel iklim dan topografi DAS.
6
Faktor topografi yang dominan adalah kelerengan DAS dan kerapatan Drainase
(Mazvimavi et al. 2004).
Hidrograf
Hidrograf dapat digambarkan sebagai penyajian grafis antara salah satu
unsur aliran dengan waktu (Sri Harto
1993).
Sedangkan hidrogaf limpasan
didefinisikan sebagi grafik yang kontinyu yang menunjukkan sifat-sifat dari aliran
sungai berkaitan dengan waktu.
Normalnya diperoleh dari garis pencatatan
kontinyu yang mengindikasikan debit dengan waktu (Viessman et al. 1989).
Hidrograf memberikan gambaran mengenai berbagai kondisi (karakteristik)
yang ada di DAS secara bersama-sama, sehingga apabila karakteristik DAS
berubah maka akan menyebabkan perubahan bentuk hidrograf (Sosrodarsono &
Takeda
1983).
Hidrograf juga menunjukkan tanggapan menyeluruh DAS
terhadap masukan tertentu. Sesuai dengan sifat dan perilaku DAS yang
bersangkutan, hidrograf aliran selalu berubah sesuai dengan besaran dan waktu
terjadinya masukan (Sri Harto 1993).
Linsley et al. (1982) menyatakan terdapat 3 (tiga) komponen penyusun
hidrograf, yaitu : (1) aliran di atas tanah (overland flow/surface runoff), ialah air
yang dalam perjalannya menuju saluran melalui permukaan tanah; (2) aliran
bawah permukaan (interflow/ subsurface storm flow), ialah sebagian air yang
memasuki permukaan tanah dan bergerak ke samping melalui lapisan atas tanah
sampai saluran sungai. Kecepatan pergerakan aliran bawah permukaan ini lebih
lambat dibandingkan dengan aliran permukaan; dan (3) aliran air tanah
(groundwater flow) yang juga disebut sebagai aliran dasar. Sedangkan Viessman
et al. (1989) menambahkan satu komponen lagi sebagai penyusun hidrograf.
Sehingga menurutnya komponen hidrograf terdiri dari : (1) aliran permukaan
langsung, (2) aliran antara (inter flow), (3) air tanah atau aliran dasar, dan (4)
presipitasi di saluran air (channel precipitation).
Wilson (1990) mengemukakan bahwa mula-mula yang ada hanya aliran
dasar yaitu aliran yang berasal dari air tanah dan akuifer-akuifer yang berbatasan
dengan sungai yang mengalir terus menerus secara perlahan-lahan sepanjang
waktu.
Segera setelah hujan mulai turun, terdapat suatu periode awal dari
intersepsi dan infiltrasi sebelum setiap limpasan terukur mencapai aliran
7
sungai/anak sungai dan selama per iode turunnya hujan kehilangan tersebut akan
terus berlangsung tetapi dalam jumlah yang semakin kecil. Apabila kehilangan
awal telah terpenuhi, maka limpasan permukaan akan mulai terjadi dan akan
berlanjut terus hingga mencapai suatu nilai puncak yang terjadi pada waktu TP.
Kemudian limpasan permukaan akan turun sepanjang sisi turun (recession limb)
sampai hilang sama sekali.
Bentuk Hidrograf
Bentuk hidrograf pada umumnya dapat sangat dipengaruhi oleh sifat hujan
yang terjadi, akan tetapi juga dapat dipengaruhi oleh sifat DAS yang lain (Sri
Harto
1993; Viessman et al. 1989).
Seyhan (1977) mengemukakan bahwa
hidrograf periode pendek terdiri atas cabang naik, puncak (maksimum) dan
cabang turun. Sedangkan untuk hidrograf jangka panjang dibedakan menjadi 3
(tiga) yaitu Hidrograf bergigi, hidrograf halus dan hidrograf yang ditunjukkan
oleh sungai- sungai besar (Ward 1967, diacu dalam Seyhan 1977). Perbedaan
antara jangka pendek dan jangka panjang tersebut tergantung pada panjang waktu
dari tujuan pengamatan yang dilakukan (Kobatake 2000).
Seyhan (1977), Viessman et al. (1989) dan Sri Harto (1993) membagi
hidrograf menjadi 3 (tiga) bagian yaitu sisi naik (rising limb), Puncak (crest ) dan
sisi resesi (recession limb). Oleh sebab itu bentuk hidrograf dapat ditandai dari
tiga sifat pokoknya, yaitu waktu naik (time of rise), debit puncak (peak discharge)
dan waktu dasar (base time).
Waktu naik adalah waktu yang diukur dari saat hidrograf mulai naik
sampai terjadinya debit puncak. Debit puncak (Qp) adalah debit maksimum yang
terjadi dalam kejadian hujan tertentu.
Waktu dasar (Tb) adalah waktu yang
diukur saat hidrograf mulai naik sampai waktu dimana debit kembali pada suatu
besaran yang ditetapkan (Sri Harto 1993).
Karakter kontribusi air tanah pada aliran banjir sangat berbeda dari
limpasan permukaan, maka kontribusi air tanah harus dianalisis secara terpisah,
dan oleh karenanya salah satu syarat utama dalam analisis hidrograf ialah
memisahkankedua hal tersebut (Wilson 1990).
8
Tp = waktu naik
Qp = debit puncak
Tb = waktu dasar
QP
Debit
(m3/detik)
TP
Sisi Naik/Lengkung Naik
Sisi Resesi/Lengkung Resesi
TB
Waktu (jam)
Gambar 1. Bentuk Hidrograf
Hidrograf Satuan
Hidrograf satuan merupakan hidrograf limpasan langsung (direct runoff
hydrograph) yang dihasilkan oleh hujan efektif yang terjadi secara merata di
seluruh DAS dan dengan intensitas tetap dalam satuan waktu yang ditetapkan
(Sherman 1932, diacu dalam Sri Harto 1993). Bentuk hidrograf satuan yang
benar untuk DAS tertentu dapat diperkirakan dengan suatu rata -rata dari sejumlah
hidrograf satuan yang diperoleh untuk DAS yang sama atau dengan hidrograf
satuan tunggal dari suatu hujan badai yang hebat, yang terpusatkan dan
terdistribusi dengan baik (Banes 1952; Gray 1973, diacu dalam Seyhan 1977).
Namun demikian Sri Harto (1993) mengemukakan bahwa tidak pernah terdapat
petunjuk tentang berapa jumlah kasus yang diperlukan untuk memperoleh
hidrograf satuan ini. Semakin sedikit jumlah kasus banjir yang dipergunakan,
makin besar nilai debit puncak yang diperoleh dibandingkan dengan
menggunakan jumlah kasus banjir yang banyak.
Wilson (1990) menekankan bahwa korelasi yang dicari adalah antara hujan
bersih atau hujan ef ektif (yaitu sisa hujan dalam bentuk limpasan sesudah semua
kehilangan akibat evaporasi, intersepsi dan infiltrasi telah diperhitungkan) dan
limpasan permukaan (yaitu hidrograf limpasan dikurangi aliran dasar). Metode
ini meliputi 3 (tiga) prinsip, yaitu :
9
a. Pada hujan bersih intensitas seragam pada suatu daerah aliran tertentu,
intensitas hujan yang berbeda tetapi mempunyai durasi yang sama
menghasilkan limpasan dengan periode yang sama, meskipun jumlahnya
berbeda
b. Pada hujan bersih intensitas seragam pada suatu daerah aliran tertentu,
intensitas hujan yang berbeda tetapi mempunyai durasi yang sama
menghasilkan hidrograf limpasan, dimana ordinatnya pada setiap waktu
sembarang memiliki proporsi yang sama terhadap satu sama lain seperti
intensitas hujan. Ini berarti bahwa hujan sebanyak n kali lipat dalam suatu
waktu tertentu akan menghasilkan suatu hidrograf dengan ordinat sebanyak n
kali lipat. Prinsip superposisi dipakai pada hidrograf yang dihasilkan oleh
hujan bersih berintensitas seragam yang memiliki pe riode -periode yang
berdekatan dan atau tersendiri.
Soemarto (1987) mengemukakan 4 (empat) dalil dalam teori klasik
tentang hidrograf satuan, yang menganggap bahwa teori hidrograf satuan
merupakan penerapan dari teori sistem linier dalam bidang hidrologi. Keempat
dalil tersebut adalah sebagai berikut :
a.
Dalil I (Prinsip merata) : hidrograf satuan ditimbulkan oleh satu satuan
hujan lebih yang terjadi merata di seluruh DAS, selama waktu yang
ditetapkan.
b.
Dalil II (prinsip waktu dasar konstan) : dalam suatu DAS, hidrograf satuan
yang dihasilkan oleh hujan-hujan efektif dalam waktu yang sama akan
mempunyai waktu dasar yang sama, tanpa melihat intensitas hujannya
(Gambar 2).
c.
Dalil III (prinsip linearitas) : besarnya limpasan langsung pada suatu DAS
berbanding lurus terhadap tebal hujan efektif, yang berlaku bagi semua
hujan dengan waktu yang sama (Gambar 2).
d.
Dalil IV (prinsip superposisi): total hidrograf limpasan langsung yang
disebabkan oleh beberapa kejadian hujan yang terpisah merupakan
penjumlahan dari tiap-tiap hidrograf satuan (Gambar 3).
10
Hujan (Masukan)
Hidrograf Satuan (Keluaran)
Q2 = d2
Q1 = d1
Gambar 2. Hidrograf Satuan Bebas Terhadap Waktu Dan Limpasannya Berbanding
Lurus Dengan Tebal Hujan Efektif (Soemarto 1987)
Hujan (Masukan)
Qh1 = Q11 + 0
Qh2 = Q12 + Q 21
Qh3 = Q13 + Q 22
Gambar 3. Hidrograf Satuan Memenuhi Prinsip Superposisi (Soemarto 1987)
11
Schulz (1980) mengemukakan bahwa aplikasi dari konsep hidrograf satuan
dari suatu hidrograf aliran permukaan membutuhkan analisis pemisahan aliran
permukaan dari aliran dasar terhadap hidrograf hasil pencatatan. Analisis hidrograf
satuan dari perekaman aliran membutuhkan pengisolasian aliran permukaan dari
total aliran. Terdapat tiga metode yang umum digunakan untuk memisahkan aliran
dasar (base flow) dari total hidrograf yang tercatat, yaitu :
a. Straight line method
b. Fixed Base Length Method
c. Variab le Slope Method
0.2
T Days = (DA)
DA
= Luas DAS (mil 2)
T
T itik Infleksi
Days
Debit
1 = Straight Line Method
2 = Fixed Base Lenght Method
3 = Variable Slope Method
1
3
2
Waktu
Gambar 4. Metode Pemisahan Aliran Dasar (Base Flow) dari Hidrograf Aliran Total
Hidrograf satuan pengukuran dapat diperoleh jika tersedia data rekaman
AWLR (automatic water level recorder), pengukuran debit yang cukup dan data
hujan (manual dan otomatis). Untuk memudahkan analisis, dipilih kasus hidrograf
yang terpisah (isolated ) dan mempunyai satu puncak (single peak) serta distribusi
hujan yang cukup (Sri Harto 1993). Sesudah hidrograf satuan ditentukan untuk
suatu lokasi tertentu, adalah mungkin untuk menaksir limpasan permukaan dari
suatu curah hujan dengan berbagai lama hujan dan intensitas. Hal ini dapat
diketahui dengan memanfaatkan informasi kedalaman hujan dan lama hujan
efektif yang ditentukan (Seyhan
1977).
12
Untuk mengatasi kendala tidak
tersedianya data yang cukup dikarenakan oleh kurangnya stasiun pengukuran pada
sejumlah sungai, maka dikembangkanlah beberapa hidrograf satuan sintetik
(Veissman et al. 1989).
Penentuan Hidrograf Satuan Pengukuran
Untuk me nurunkan hidrograf satuan dari suatu hujan yang sederhana dapat
dilakukan dengan cara membagi nilai aliran langsung kurva debit dengan
besarnya kedalaman hujan efektif sehingga diperoleh hidrograf satuan.
Waktu
dasar (Tb) diasumsikan konstan untuk hujan denan durasi yang sama (Bedient &
Huber 1989).
Persamaan Konvolusi diskret, seperti yang tersebut di bawah, merupakan
kegunaan dari hidrograf satuan untuk menentukan aliran langsung (direct runoff)
Qn, dengan hujan efektif tertentu Pm, dan hidrograf satuan Un-m+1 (Wilson 1990).
Q1 =
Q2 =
Q3 =
........
QM =
QM+1 =
........
QN-1 =
QN =
P1U1 +
P2U1 +
P3U1 +
P1U 2 +
P2U 2 +
P1U3
PMU1 +
0+
PM-1U2
PMU 2
+ ....... +
+ ....... +
P1UM
P2UM
P1UM+1
0+
0+
0+
0+
+ ....... +
+ ....... +
0+
0+
0+
0+
+ ....... +
+ ....... +
PMU N- M+1
0+
PM-1UN-M+1
PMU N- M+1
Jika terdapat M denyut (pulse) hujan efektif dan N denyut (pulse) aliran langsung
dari sutau hujan yang dipertimbangkan untuk dipergunakan dalam menetapkan
hidrograf satuan, maka terdapat sebanyak N persamaan yang dapat dibuat untuk
menentukan besarnya Qn, dengan n = 1, 2,3, ..., N. Persamaan tersebut akan
terdiri dari N-M +1 nilai yang belum diketahui dari hidrograf satuan. Beberapa
persamaan akan berulang karena terdapat lebih banyak persamaan (N) daripada
yang tidak diketahui (N-M + 1).
Proses kebalikannya disebut dengan
Dekonvolusi, yaitu dipergunakan untuk menurunkan hidrograf satuan dari data
hujan efektif Pm tertentu dan aliran langsung Qn tertentu. Besaran hidrograf
satuan pada U1 dan U 2 dapat dicari dengan cara seperti berikut :
U1 = Q1/P 1
U2 = (Q 2 – P 2U1)/P 1
demikian seterusnya, sehingga diperoleh hasil hidrograf
satuan dari data pengukuran.
13
Penentuan Tebal Hujan Efektif
Hujan kotor
(gross rainfall) yang jatuh
dalam suatu kawasan akan
terdistribusi dalam beberapa komponen. Komponen tersebut adalah Evaporasi,
infiltrasi, depression storage, detention storage, dan direct runoff/aliran langsung
(Bedient & Huber 1989). Dengan demikian Hujan lebih atau hujan efektif adalah
sisa hujan dalam bentuk limpasan sesudah kehilangan akibat evaporasi, intersepsi dan
infiltrasi (Wilson 1990). Hujan lebih (volume dari limpasan) untuk suatu kejadian
hujan dapat ditentukan dengan menggunakan sala h satu dari persamaan infiltrasi yang
sudah dikembangkan (Ward 1995).
Viessman et al. (1989) mengemukakan bahwa salah satu metode untuk
mengetahui tebal hujan yang menyebabkan direct runoff (DRO) ditentukan dengan
persamaan sebagai berikut :
Tebal Hujan efektif =
∑ (DROx∆ t ) .................................................................
A
(1)
Dimana :
DRO : Aliran langsung yang terukur (m 3/s)
∆t
: Interval waktu pengukuran (jam)
A
: Luas DAS (m2)
Schulz (1980) mengemukakan bahwa manakala hidrograf pengukuran dan
hujan dianalisis, perbedaan antara volume hujan dengan volume runoff dapat
didefinisikan sebagai indeks phi (F). Indeks phi (F) merupakan laju hujan rata-rata
dimana diatas indeks ini besarnya volume runoff sama dengan volume hujan. Jika
volume infiltrasi desebut dengan basin recharge, maka indeks phi (F) dapat dihitung
dengan persamaan sebagai berikut :
φ=
Basin Recharge F
= .................................................................. (2)
Lama Hujan
t
Konsep indeks phi (F ) adalah sebagaimana yang disajikan pada Gambar 5.
Perkiraan indeks infiltrasi juga dapat dilakukan dengan mempertimbangkan
pengaruh parameter DAS yang secara hidrologik dapat diketahui pengaruhnya
terhadap indeks infiltrasi. Persamaan pendekatannya (Harto 1993) adalah sebagai
berikut :
F = 10,4903 – 3,859 . 10 -6 A2 + 1,6985 . 10-13 (A/SN)4
14
.......... (3)
Dimana :
A =
luas DAS (dalam km 2)
SN =
perbandingan antara jumlah orde sungai tingkat satu dengan jumlah orde
Intensitas Hujan (mm/Jam)
sungai semua tingkat
7
Intensistas Hujan
Indeks Phi
6
5
4
Hujan yang menjadi DRO
3
2
Basin Recharge
1
F
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Waktu (Jam)
Gambar 5. Konsep Indeks Phi (F)
Hidrograf Satuan Sintetik
Seyhan (1977) mengemukakan bahwa beberapa parameter fisik DAS
berperan dalam menentukan bentuk hidrograf satuan selain karakteristik hujan.
Parameter fisik DAS tersebut adalah luas DAS, kemiringan, pola drainase, dan lainlain.
Parameter-parameter fisik DAS itulah yang akan dipergunakan untuk
menetapkan besarnya hidrograf satuan dari DAS yang bersangkutan dengan metode
hidrograf satuan sintetik.
Keuntungan dari penggunaan hidrograf satuan sintetik adalah bisa
mensintesasikan hidrograf dari DAS yang terukur dan menggunakannya untuk DAS
yang tidak terukur (Seyhan 1977). Kelemahan dari hidrograf satuan sintetik adalah
karena persamaan hidrograf satuan sintetik dibuat secara empiris dengan data yang
PARAMETER MORFOMETRI
(STUDI KASUS DI DAS CILIWUNG HULU)
BEJO SLAMET
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul : Model Hidrograf
Satuan Sintetik Menggunakan Parameter Morfometri (Studi Kasus Di DAS
Ciliwung Hulu) adalah benar hasil karya saya sendiri dengan arahan dari
pembimbing, dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah
dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, Juni 2006
Bejo Slamet
NIM E 051030021
ii
ABSTRAK
BEJO SLAMET. Model Hidrograf Satuan Sintetik Menggunakan Parameter
Morfometri (Studi Kasus Di DAS Ciliwung Hulu). Dibimbing oleh LAILAN
SYAUFINA dan HENDRAYANTO.
Salah satu luaran dari sistem DAS adalah debit aliran sungai yang merupakan indikator
fungsi DAS dalam pengaturan proses, khususnya dalam alih ragam hujan menjadi aliran.
Terdapat sifat khas dalam sistem DAS yang menunjukkan sifat tanggapan DAS terhadap
suatu masukan (hujan) tertentu dan sifat ini diandaikan tetap untuk masukan dengan besaran
dan penyebaran tertentu. Sifat khas sistem DAS ini adalah hidrograf satuan (unit
hydrograph). Data pengukuran tinggi muka air, debit, hujan harian dan hujan yang lebih
pendek dengan kualitas baik tidak selalu tersedia di setiap DAS sehingga untuk
mendapatkan informasi tentang hidrograf satuan didekati dengan pendekatan hidrograf
satuan sintetik (HSS) yang diantaranya memanfaatkan data morfometri DAS. Pendekatan
dengan HSS bersifat empiris dan seringkali bersifat setempat, sehingga untuk digunakan di
tempat lain memerlukan pengujian keberlakuannya. Tujuan dari penelitian ini adalah (1)
Mendapatkan model hidrograf satuan sintetik terbaik di DAS Ciliwung Hulu, (2)
Mendapatkan informasi keberlakuan model hidrograf satuan sintetik di DAS yang lainnya,
dan (3) Mendapatkan model HSS dengan parameter morfometri DAS yang lebih mudah
diukur di Peta Rupa Bumi. Penerapan HSS Gama 1 untuk menduga hidrograf satuan di
DAS Ciliwung Hulu masih belum memuaskan terlihat dari besarnya nilai coefficient of
efficiency (CE) yang hanya 0,81, 0,85, 0,73 dan 0,81 secara bertutut-turut untuk HSS tahun
2003, 2004, 2005 dan HS periode 2003 -2005. Setelah dilakukan penyesuaian konstanta
model terjadi peningkatan keakuratan dibandingkan dengan hidrograf satuan (HS)
pengukurannya dimana nilai CE secara berturut-turut untuk tahun 2003, 2004 dan 2005
adalah sebesar 0,98, 0,95,dan 0,93. Penyesuaian untuk HSS Gama 1 dengan HS
pengukuran rata -rata (HS periode 2003-2005) diperoleh 2 (dua) buah set model
penyesuaian yaitu HSS Gama 1 Solver 1 dan HSS Gama 1 Solver 2. Nilai CE kedua set
model tersebut adalah sebesar 0,98 yang berarti kedua model memberikan bentuk
hidrograf yang tidak berbeda dengan HS pengukuran. Validasi kedua set model dengan
data DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu belum memberikan unjuk kerja yang baik
dimana nilai CE hanya sebesar -1,02 dan 0,37. Nilai CE masih jauh dari nilai 1 (satu)
sehingga bentuk HSS masih jauh berbeda dengan HS pengukurannya. Validasi kedua set
model di DAS Progo diperoleh nilai CE secara berturut -turut sebesar 0,86 dan 0,92.
Namun besarnya Absolute Error dari debit puncak HSS terhadap HS pengukuran masih
tinggi yaitu sebesar -6,22 m3 /det dan -4,48 m3/det. Hasil penelitian ini menunjukkan
bahwa parameter morfometri DAS dapat dipergunakan untuk menduga hidrograf satuan,
namun konstanta model sangat bervariasi untuk setiap DAS, sehingga untuk mendapatkan
hasil pendugaan yang lebih akurat diperlukan penyesuaian konstanta di setiap tempat.
Simplifikasi model HSS dilakukan dengan menggunakan parameter yang relatif mudah
diukur di Peta Rupa Bumi yaitu luas DAS (A), panjang sunga i utama (L), dan jumlah
pertemuan sungai (JN). Besarnya koefisien determinasi (R 2) secara berturut-turut untuk
persamaan penduga waktu puncak (TP), debit puncak (QP) dan waktu dasar (TB) adalah
sebesar 90,30 %, 99,20 % dan 93,50 %.
Kata Kunci : Ciliwung Hulu, Daerah Aliran Sungai, Hidrograf Satuan Sintetik (HSS)
Morfometri DAS
iii
MODEL HIDROGRAF SATUAN SINTETIK MENGGUNAKAN
PARAMETER MORFOMETRI
(STUDI KASUS DI DAS CILIWUNG HULU)
BEJO SLAMET
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
iv
Judul Tesis
: Model Hidrograf Satuan Sintetik Menggunakan Parameter
Morfometri (Studi Kasus Di DAS Ciliwung Hulu)
Nama
: Bejo Slamet
NIM
: E051030021
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr.Ir. Lailan Syaufina, M.Sc
Ketua
Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Pengetahuan Kehutanan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Rinekso Soekmadi, M.Sc
Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS
Tanggal Ujian : 20 Juni 2006
Tanggal Lulus :
v
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas segala
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan.
Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister
Sains pada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Pada
kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya
kepada :
1. Dr. Ir. Lailan Syaufina, M.Sc dan Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr yang telah
memberikan bimbingan, arahan serta saran, dan kritik kepada penulis selama
penelitian dan penyus unan tesis ini.
2. Dr. Ir. Nora H. Pandjaitan, DEA atas kesediannya untuk menjadi dosen
penguji luar komisi atas koreksian, saran dan masukannya dalam perbaikan
tesis ini.
3. Kepala Proyek Induk Pengembangan Wilayah Sungai Ciliwung Cisadane
(PIPWS) Jakarta atas bantuan data yang diberikan kepada penulis.
4. Fadli, S.Hut atas bantuan data morfometri DTA Cipopokol, data Tinggi
Muka Air (TMA) dari AWLR di Cipopokol, kurva lengkung kalibrasi
dan data debitnya.
5. Ir. Sayogo Hutomo, MSi yang telah membantu penulis dalam me ncari
literatur di Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada Yogyakarya.
6. Direktorat Pendidikan Tinggi yang telah memberikan beasiswa (BPPS)
kepada penulis.
7. Rektor Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ijin dan
bantuan biaya pendidikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di
Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
8. Teman -teman mahasiswa Pascasarjana Program Studi IPK angkatan
2002, 2003 dan 2004 atas bantuan dan kebersamaan selama penulis
mengkuti kuliah di IPB, terutama Bapak Nurdin Sulistiyono, S.Hut, M.Si
atas bantuan Laptopnya.
9. Orang tua dan mertua penulis yang telah memberikan doa dan bantuan
kepada penulis selama mengikuti pendidikan di Sekolah Pasca Sarjana
IPB.
10. Istri dan kedua buah hati penulis yang telah dengan sabar dalam
menghad api berbagai suka duka selama penulis menyelesaikan studi S2
ini.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, sehingga
perlu adanya perbaikan-perbaikan. Semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi
penulis dan semua pihak yang memerlukan.
Bogor , Juni 2006
Bejo Slamet
vi
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Temanggung pada tanggal 9 Juli 1975 dari orang tua
Bapak Sunarjo dan Ibu Mujamilah.
Tahun 1993 penulis lulus dari SMAN 1 Temanggung dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan
Seleksi Masuk IPB (USMI). Tahun 1994 penulis diterima di Jurusan Manajemen
Hutan Fakultas Kehutanan IPB dan lulus Bulan Desember tahun 1997.
Pada tahun 1999 penulis diterima sebagai staf pengajar di Jurusan
Kehutanan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara (USU). Tahun 2003
penulis diterima di Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan (IPK) Sekolah
Pascasarjana IPB dengan beasiswa dari Direktorat Pendidikan Tinggi (DIKTI).
Penulis menikah dengan Iwan Risnasari, S.Hut, M.Si pada tahun 2000
dan telah dikarunia 2 orang buah hati yaitu Fachry Mustafa Salim (5 tahun) dan
Afifah Mufidah Salmah (2,5 Tahun).
vii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL.............................................................................................. x
DAFTAR GAMBAR....................................................................................... xii
DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................. xiii
PENDAHULUAN.............................................................................................. 1
Latar Belakang......................................................................................... 1
Tujuan ...................................................................................................... 3
Manfaat Penelitian ................................................................................... 3
Hipotesis Penelitian.................................................................................. 4
TINJAUAN PUSTAKA.................................................................................... 5
Daerah Aliran Sungai .............................................................................. 5
Morfometri Daerah Aliran Sungai ......................................................... 6
Hidrograf ................................................................................................. 7
Bentuk Hidrograf ..................................................................................... 8
Hidrograf Satuan .................................................................................... 9
Penentuan Hidrograf Satuan Pengukuran .......................................... 13
Penentuan Tebal Hujan Efektif............................................................ 14
Hidrograf Satuan Sintetik ..................................................................... 15
METODOLOGI PENELITIAN .................................................................... 21
Tempat dan Waktu Penelitian .............................................................. 21
Bahan dan Alat ....................................................................................... 21
Sumber Data........................................................................................... 21
Metode Penelitian................................................................................... 21
viii
KEADAAN UMUM DAERAH PENELITIAN ............................................ 29
Letak dan Luas ....................................................................................... 29
Bentuk dan Hidrologi DAS................................................................... 29
Jenis Tanah dan Topografi ................................................................... 30
Iklim ........................................................................................................ 32
HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................... 34
Curah Hujan ........................................................................................... 34
Hidrograf Aliran Sungai Ciliwung....................................................... 36
Morfometri DAS Ciliwung Hulu .......................................................... 41
Penerapan Model Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 DAS
Ciliwung
Hulu......................................................................................................... 42
Penyesuaian HSS Gama 1 Dengan DAS Ciliwung
Hulu.......................
47
Validasi Model HSS Gama 1 Hasil
Penyesuaian....................................
53
Simplifikasi Model HSS Menggunakan Parameter Morfometri
DAS ...
60
SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 70
Simpulan ................................................................................................ 70
Saran ....................................................................................................... 70
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 71
LAMPIRAN.................................................................................................... 73
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
1.
Luas Masing-Masing Sub DAS yang Berada di DAS Ciliwung Hulu30
2.
Jenis Tanah di DAS Ciliwung Hulu..................................................... 31
3.
Kelas Kelerengan di DAS Ciliwung Hulu ........................................... 31
4.
Keadaan Iklim DAS Ciliwung Hulu Berdasarkan Pengukuran
pada Stasiun Klimatologi Citeko.......................................................... 32
5.
Curah Hujan Rata-Rata Bulanan di DAS Ciliwung Hulu
Periode 1981-2002.................................................................................. 33
6.
Curah Hujan Tahunan di DAS Ciliwung Hulu Periode 1981-2002 . 33
7.
Hujan Harian Maksimum di DAS Ciliwung Hulu............................. 34
8.
Hasil Analisis Frekuensi Curah Hujan Maksimum di DAS
Ciliwung Hulu ........................................................................................ 35
9.
Lengkung Kalibrasi Hubungan Antara Tinggi Muka Air (H)
dengan Debit Sungai Ciliwung di SPAS Katulampa .......................... 37
10.
Parameter Hidrograf Aliran Permukaan Langsung (Direct Run
Off) terpilih untuk periode tahun 2003................................................ 38
11.
Parameter Hidrograf Aliran Permukaan Langsung (Direct Run
Off) terpilih untuk periode tahun 2004................................................ 39
12.
Parameter Hidrograf Aliran Permukaan Langsung (Direct Run
Off) terpilih untuk periode tahun 2005................................................ 39
13.
Variabel Pokok Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2003........... 39
14.
Variabel Pokok Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2004........... 40
15.
Variabel Pokok Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2005........... 40
16.
Hasil Pengukuran Morfometri Jaringan Sungai di DAS
Ciliwung Hulu................... ..................................................................... 41
17.
Parameter Morfometri DAS Ciliwung Hulu ...................................... 42
18.
Komponen HSS Gama 1 dan HS Pengukuran di DAS Ciliwung
Hulu......................................................................................................... 44
19.
Hasil Uji Kuantitatif HSS Gama 1 terhadap HS Pengukuran.........45
20.
Perubahan Nilai Parameter Uji Kuantitatif Model HSS Gama
1 Setelah Penyesuaian Konstanta Model dan
Sebelum
Penyesuaian Konstanta Model Terhadap Hidrograf Satuan
Pengukuran .......................................................................................50
x
21.
Perubahan Nilai Parameter Uji Kuantitatif Model HSS Gama 1
Setelah Penyesuaian Konstanta Model Terhadap HS Rata-Rata
Pengukuran......... ................................................................................... 52
22.
Morfometri DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu ..................... 54
23.
Nilai Parameter Uji Kuantitatif HSS Gama 1 Terhadap
Hidrograf Satuan Pengukuran DTA Cipopokol Sub-Das
Cisadane Hulu ....................................................................................... 54
24.
Perubahan Nilai Parameter Uji Kuantitatif Penerapan Model
HSS Gama 1 Di DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu............... 56
25.
Morfometri DAS Progo......................................................................... 57
26.
Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Progo ............... ................... 58
27.
Nilai Parameter Uji Kuantitatif Penerapan Model HSS Gama 1
Dan HSS Gama 1 Penyesuaian di DAS Progo .................................... 59
28.
Morfometri DAS Contoh untuk Pendugaan Besaran TP, QP
dan TB
....................................................................................... 61
29.
Matriks Korelasi Antar Parameter dan Korelasi Antara
Parameter Morfometri dengan Variabel Hidrograf Satuan ............. 61
30.
Persamaan -Persamaan Model Hidrograf Satuan Sintetik (HSS)
Simplifikasi....... ...................................................................................... 62
31.
Rasio Dimensi Hidrograf Satuan ......................................................... 64
32.
Perbandingan Hasil Simulasi antara HSS Gama 1 dengan HSS
Simplifikasi....... ...................................................................................... 66
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.
Bentuk Hidrograf ................................................................................ 9
2.
Hidrograf Satuan Bebas Terhadap Waktu Dan Limpasannya
Berbanding Lurus Dengan Tebal Hujan Efektif (Soemarto 1987).. 11
3.
Hidrograf Satuan Memenuhi Prinsip Superposisi (Soemarto 1987) 11
4.
Metode Pemisahan Aliran Dasar (Base Flow) dari Hidrograf
Aliran Total............................................................................................12
5.
Konsep Indeks Phi (F)..........................................................................15
6.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik US SCS.......................................18
7.
Penetapan Tingkat-Tingkat Sungai Menurut Strahler................... 19
8.
Penentuan Faktor Lebar DAS........................................................... 19
9.
Penetapan Relatif Upper Area (RUA) suatu DAS............................. 20
10.
Diagram alir Tahapan Penelitian ..................................................... 28
11.
Bentuk Outlet DAS Ciliwung Hulu di Katulampa dengan Alat
Automatic Water Level Recorder (AWLR) ..........................................36
12.
Hubungan Antara Orde Sungai Dengan Jumlah Segmen............. 41
13.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik DAS Ciliwung Hulu dengan
Menggunakan Model HSS Gama 1.................................................. 44
14.
Hidrograf Satuan Pengukuran Tahunan dan HSS Gama 1 Hasil
Pemodelan di DAS Ciliwung Hulu................................................... 44
15.
Hidrograf Satuan Pengukuran Periode 2003-2005 dan Hasil
Pemodelan Dengan HSS Gama 1 di DAS Ciliwung Hulu.................45
16.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 Setelah Penyesuaian
Konstanta Model dan Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun
2003 ..................................................................................................... 48
17.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 Setelah Penyesuaian
Konstanta Model dan Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun
2004 ..................................................................................................... 49
18.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 Setelah Penyesuaian
Konstanta Model dan Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun
2005 ..................................................................................................... 50
19.
Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Setelah Dilakukan
Penyesuaian Dan Hidrograf Satuan Rata-Rata
Hasil
Pengukuran ...........................................................................................52
20.
Hidrograf Satuan Pengukuran dan HSS Gama 1 di DTA
Cipopokol Sub-DAS Cisadane H ulu...................................................55
xii
21.
Hidrograf Satuan Pengukuran dan Hidrograf Satuan Sintetik
di DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu .....................................56
22.
Hidrograf Satuan Pengukuran dan Hidrograf Satuan Sintetik
DAS Progo .............................................................................................59
23.
Bentuk Umum Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) Simplifikasi.........63
24.
Gambar HSS Simplifikasi Setelah Penghalusan ...............................63
25.
Boxplot Analisis Uji -t antara Variabel Pokok Hidrograf Satuan
Hasil Simulasi dengan HSS Gama 1 terhadap Hasil Simulasi
HSS Simplifikasi...................................................................................67
26.
Hasil Uji-t antara Variabel Pokok Hidrograf Satuan Hasil
Pengukuran dengan (A) HSS Gama 1 dan (B) HSS Simplifikasi ....68
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Analisis Frekuensi Curah Hujan Harian Maksimum di DAS
Ciliwung Hulu .................................................................................. 74
2. HSS Gama 1 Hasil Simulasi dan Hidrograf Satuan
Pengukuran Di DAS Ciliwung Hulu ............................................. 76
3. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata, HSS Gama 1, HSS
Gama 1 Penyesuaian dengan Data DAS Ciliwung Hulu ................77
4. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata di DTA Cipopokol
Sub-DAS Cisadane Hulu, HSS Gama 1, dan HSS Gama 1 Hasil
Penyesuaian dengan Menggunakan Peta Rupa Bumi Skala
1:50.000................................................................................................78
5. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata di DTA Cipopokol
Sub-DAS Cisadane Hulu, HSS Gama 1, dan HSS Gama 1 Hasil
Penyesuaian Dengan Mempertimbangkan Lembah Sebagai
Saluran Drainase ................................................................................79
6. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata di DAS Progo, HSS
Gama 1, dan HSS Gama 1 Hasil Penyesuaian .................................80
7. Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Ciliwung Hulu Tahun
2003......................................................................................................82
8. Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Ciliwung Hulu Tahun
2004......................................................................................................83
9. Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Ciliwung Hulu Tahun
2005......................................................................................................84
10. Hidrograf Satuan Pengukuran di DTA Cipopokol Sub-DAS
Cisadane Hulu ....................................................................................85
11. Hasil Analisis Statistik Regresi Parameter Morfometri dengan
Waktu Puncak (TP) Hidrograf Satuan Menggunakan
Perangkat Lunak Minitab Versi 14..................................................86
12. Hasil Analisis Statistik Regresi Parameter Morfometri dengan
Debit Puncak (QP) Hidrograf Satuan Menggunakan
Perangkat Lunak Minitab Versi 14..................................................87
13. Hasil Analisis Statistik Regresi Parameter Morfometri dengan
Waktu Dasar
(TB) Hidrograf Satuan Menggunakan
Perangkat Lunak Minitab Versi 14..................................................88
14. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TP HSS Gama 1 dengan
TP HSS Simplifikasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab
Versi 14 ................................................................................................89
15. Hasil Analisis Statistik Uji t antara QP HSS Gama 1 dengan
QP HSS Simplifikasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab
Versi 14 ................................................................................................89
xiv
16. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TB HSS Gama 1 dengan
TB HSS Simplifikasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab
Versi 14 ................................................................................................89
17. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TP HSS Gama 1 dengan
TP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi
14..........................................................................................................90
18. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TP HSS Simplifikasi
dengan TP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak
Minitab Versi 14 .................................................................................90
19. Hasil Analisis Statistik Uji t antara QP HSS Gama 1 dengan
QP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi
14..........................................................................................................90
20. Hasil Analisis Statistik Uji t antara QP HSS Simplifikasi
dengan QP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak
Minitab Versi 14 .................................................................................91
21. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TB HSS Gama 1 dengan
TB Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi
14..........................................................................................................91
22. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TB HSS Simplifikasi
dengan TB Observasi Menggunakan Perangkat Lunak
Minitab Versi 14 .................................................................................91
23. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 1 (Satu) di DAS Ciliwung
Hulu Hasil Pengukuran pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000...92
24. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 2 (dua) di DAS Ciliwung
Hulu Hasil Pengukuran pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000...93
25. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 3 (tiga) di DAS Ciliwung
Hulu Hasil Pengukuran pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000...94
26. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 4 (empat) dan Panjang
Sungai orde 5 (lima) di DAS Ciliwung Hulu Hasil Pengukuran
pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000 ............................................95
27. Morfometri 32 DAS yang Dipergunakan untuk Perbandingan
Hasil Simulasi antara HSS Gama 1 dengan HSS Simplifikasi ......96
28. Peta Jaringan Sungai DAS Ciliwung Hulu......................................98
29. Peta Jaringan Sungai DAS Progo .....................................................99
xv
PENDAHULUAN
Latar B elakang
Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah suatu sistem hidrologi, yang terdiri dari
subsistem masukan, proses dan subsistem luaran. Salah satu luaran dari sistem
DAS adalah debit aliran sungai (Agus et al. 2002). Debit aliran sungai dapat
dijadikan sebagai indikator fungsi DAS dalam pengaturan proses, khususnya alih
ragam hujan menjadi aliran. Debit sungai juga dapat dijadikan sebagai bahan
evaluasi kondisi DAS yang bersangkutan, sehingga debit aliran sungai perlu
disajikan dalam bentuk sajian yang informatif.
Bentuk penyajian debit yang
informatif adalah dalam bentuk hidrograf. Hidrograf merupakan penyajian grafis
hubungan debit aliran dengan waktu (Sri Harto 1993) yang menggambarkan
perilaku debit dalam kurun waktu tertentu.
Proses alih ragam curah hujan menjadi debit sebenarnya melalui dua tahap.
Tahap pertama adalah fungsi produksi, yaitu perubahan dari hujan bruto menjadi
hujan efektif yang kemudian bergerak menuju jaringan aliran terdekat, dan tahap
kedua adalah fungsi transfer yang mentransfer air dari titik masuknya di jaringan
aliran sampai outlet yang diekspresikan dalam bentuk kurva hidrograf satuan
sesaat (instaneous unit hydrograph/IUH) yang merupakan fungsi debit aliran
terhadap waktu (Dooge 1973).
Sherman (1932, diacu dalam Sri Harto 1993) mengemukakan bahwa dalam
sistem DAS terdapat sifat khas yang menunjukkan sifat tanggapan (respon) DAS
terhadap suatu masukan (hujan) tertentu. Tanggapan ini diandaikan tetap untuk
masukan dengan besaran dan penyebaran tertentu. Tanggapan yang demikian
dalam konsep hidrologi dikenal dengan hidrograf satuan (unit hydrograph ).
Hidrograf satuan merupakan hidrograf limpasan langsung (direct runoff
hydrograph) yang dihasilkan oleh hujan efektif yang terjadi secara merata di
seluruh DAS dengan intensitas tetap dalam satuan waktu yang ditetapkan (Seyhan
1977).
Hujan efektif merupakan sisa hujan dalam bentuk limpasan setelah
dikurangi dengan evaporasi, intersepsi dan infiltrasi.
Hidrograf satuan dapat diperoleh jika terdapat rekaman data curah hujan
jam-jaman yang tersebar merata serta data debit jam -jaman dengan kuantitas,
kualitas dan kontinuitas yang baik dari DAS yang bersangkutan.
Data hasil
pengukuran tinggi muka air, debit, hujan harian dan hujan yang lebih pendek,
dengan kuantitas, kualitas dan kontinuitas yang baik tidak selalu tersedia di setiap
DAS sehingga dikembangkan suatu cara untuk mendapatkan hidrograf satuan tanpa
mempergunakan data tersebut.
Selama bertahun-tahun para ahli hidrologi mencoba untuk menghubungkan
antara respon hidrologi suatu DAS dengan morfologi DAS dan struktur
topografinya (Ajward & Muzik
2000).
Metode seperti ini dikenal dengan
hidrograf satuan sintetik. Dengan demikian berkembang penurunan hidrograf
satuan sintetik yang didasarkan atas karakteristik fisik dari suatu DAS. Beberapa
pendekatan telah dikemukakan oleh para ahli hidrologi diantaranya adalah yang
dikembangkan oleh Snyder 1938, metode Nakayasu, US SCS, dan Common.
Metode hidrograf satuan sintetik dikembangkan berdasarkan data empiris, dimana
pendekatan empiris ini seringkali bersifat setempat sehingga untuk digunakan
ditempat lain memerlukan pengujian keberlakuannya. Sri Harto (200a)
mengemukakan bahwa metode-metode yang dikembangkan di luar negeri tersebut
ketika diterapkan di Indonesia menunjukkan penyimpangan yang besar
dibandingkan dengan hidrograf-satuan terukurnya. Sehingga Sri Harto (1993)
mengembangkan model hidrograf satuan yang dikenal dengan Hidrograf Satuan
Sintetik (HSS) Gama 1.
Model HSS Gama 1 dibangun berdasarkan hasil pengukuran terhadap
morfometri 30 DAS yang ada di Pulau Jawa. Daerah aliran sungai di Jawa Barat
yang digunakan untuk membangun model HSS Gama 1 adalah DAS
Cikapundung, Cikarang, Cimanuk, Cisanggarung, Citandui, Cimandiri, Ciliman,
Ciujung, dan Cisadane (Sri Harto 2000a). Mengingat model HSS Gama 1 juga
dikembangkan berdasarkan data empiris, maka model ini harus diuji
keberlakuannya pada DAS-DAS yang lain.
Pendugaan hidrograf satuan sintetik dari DAS yang tidak mempunyai
stasiun
hidrometri
dengan
menggunakan
parameter
morfom etri
dipergunakan karena data morfometri lebih mudah diperoleh.
banyak
Selain itu,
sebagaimana yang dikemukakan oleh Sherman (1932, diacu dalam Sri Harto
1993) bahwa hidrograf satuan merupakan sifat khas yang menunjukkan sifat
2
tanggapan (respon) DAS terha dap suatu masukan (hujan) tertentu. Sifat khas ini
dapat dijadikan sebagai dasar penentuan tipologi suatu DAS yang diperlukan
dalam penilaian kinerja pengelolaan DAS. HSS Gama 1 dan metode hidrograf
satuan sintetik lainnya masih menggunakan parameter morfometri DAS yang
relatif sulit diukur. Pengukuran morfometri untuk model HSS Gama 1
memerlukan ketelitian dan waktu yang lama, sehingga model ini tentunya kurang
diminati oleh para penggunan meskipun menurut Sri Harto (2000a) model ini
mempunyai tingkat ke akuratan yang baik dalam menduga hidrograf satuan di
Indonesia. Diperlukan penyederhanaan (simplifikasi) terhadap model HSS Gama
1 menjadi model yang tingkat ketelitiannya memadai namun menggunakan
parameter morfometri DAS yang lebih mudah diukur di Peta Rupa Bumi.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mendapatkan model hidrograf satuan sintetik menggunakan parameter
morfometri DAS yang sesuai dengan hidrograf satuan pengukuran DAS
Ciliwung Hulu.
2. Mendapatkan informasi keberlakuan persamaan model hidrograf satuan
sintetik DAS Ciliwung pada saat diterapkan di DAS yang lainnya.
3. Mendapatkan model HSS simplifikasi yang menggunakan parameter
morfometri DAS yang lebih mudah diukur pada Peta Rupa Bumi.
Manfaat Penelitian
Sebagai salah satu alat yang sederhana (simple tool) untuk pendugaan
hidrograf satuan bagi DAS-DAS yang tidak mempunyai stasiun hidrometri terutama
dalam kegiatan perancangan bangunan air serta untuk pengembangan kriteria
penilaian kinerja pengelolaan DAS terkait tipologi DAS.
3
Hipotesis penelitian
Hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini adalah :
1. Model empiris yang dibangun dari beberapa DAS contoh akan selalu
memerlukan penyesuaian ketika diterapkan di DAS lain.
2. Model yang lebih sederhana tidak selalu mempunyai ke akuratan yang rendah
dalam menduga variabel pokok hidrograf satuan dibandingkan dengan model
yang lebih kompleks.
4
TINJAUAN PUSTAKA
Daerah aliran Sungai
Daerah aliran sungai yang diartikan sebagai bentang lahan yang dibatasi
oleh pembatas topografi (to pography divide) yang menangkap, menampung dan
mengalirkan air hujan ke suatu titik patusan (outlet) telah secara luas diterima
sebagai satuan (unit) pengelolaan sumberdaya alam yang ada di dalam DAS (Tim
IPB 2002).
DAS sebagai sistem hidrologi dimana titik patusan merupakan titik kajian
hasil air (water yield) menjelaskan lebih lanjut bahwa air di titik patusan tidak
hanya berasal dari aliran di permukaan tanah (surface flow) tetapi juga berasal
dari aliran di dalam tanah, yaitu aliran bawah permukaan (sub surface flow) dan
aliran bumi (ground water flow). Pergerakan aliran bawah permukaan dan aliran
bumi dipengaruhi oleh sifat tanah dan jenis serta struktur batuan (geology) yang
terdapat disuatu DAS. Dengan melihat sistem hidrologi tersebut, batas s uatu DAS
tidak hanya batas di permukaan tanah saja tetapi juga terdapat batas di dalam
tanah, di mana batas keduanya tidak selalu bersesuaian (coincide). Batas di dalam
tanah (di bawah permukaan tanah) relatif lebih sulit ditetapkan dan cenderung
bersifat dinamis, sehingga dalam kegiatan praktis, batas suatu DAS hanya
menggunakan batas di permukaan tanah, yang bersifat definitif untuk aliran
permukaan dan bersifat indikatif untuk aliran di dalam tanah dan untuk
keseluruhan sistem hidrologi DAS tersebut (Putro et al. 2003).
Mengacu kepada pengertian DAS dalam uraian di atas, maka di dalam suatu
DAS terdapat berbagai komponen sumberdaya, baik sumberdaya alam (natural
capital), yaitu udara (atmosphere), tanah dan batuan penyusunnya, vegetasi,
satwa, sumberdaya manusia (human capital) beserta pranata institusi formal
maupun informal masyarakat (social capital), maupun sumberdaya buatan (man
made capital) yang satu sama lain saling berinteraksi (interaction). Komponenkomponen sumberdaya tersebut adalah khas untuk suatu DAS sehingga menjadi
karakteristik dari DAS tersebut (Putro et al. 2003).
Daerah Aliran Sungai (DAS) sebagai satuan perencanaan terkecil
mempunyai karakter yang spesifik yang sangat dipengaruhi oleh jenis tanah,
5
topografi, geologi, geomorfologi, vegetasi dan tataguna lahan (Seyhan 1977).
Istilah “one river, one plan, one management” yang populer mengindikasikan
pentingnya DAS dikelola sebagai suatu kesatuan utuh ekosistem sumberdaya
alam (Tim IPB 2002).
Cakupan luas suatu DAS bervariasi mulai dari beberapa puluh meter persegi
sampai dengan ratusan ribu hektar yang memiliki komponen-komponen masukan
yaitu curah hujan, komponen output yaitu debit aliran dan polusi/sedimen, dan
komponen proses yaitu manusia, vegetasi, tanah, iklim, dan topografi, sehingga
Asdak (2002), menyatakan bahwa pengelolaan DAS adalah suatu proses
formulasi dan implementasi kegiatan atau program yang bersifat manipulasi
sumberdaya alam dan manusia yang terdapat di DAS untuk memperoleh manfaat
produksi dan jasa tanpa menyebabkan terjadinya kerusakan sumberdaya tanah dan
air.
Morfometri Daerah Aliran Sungai
Istilah morfometri secara umum diaplikasikan pada pengukuran bentuk dan
pola. Terkait dengan morfometri DAS maka yang dimaksud dengan morfometri
DAS adalah pengukuran bentuk dan pola DAS dari suatu peta.
Dikarenakan
adanya saling hubungan antar faktor, salah satu (biasanya yang paling mudah
diukur) seringkali dapat dijadikan sebagai pewakil untuk faktor yang lainnya.
Faktor-faktor yang terpilih dapat dipergunakan untuk menduga respon hidrologi
dari suatu daerah aliran sungai atau DAS terhadap masukan curah hujan di
kawasan tersebut. Selain itu morfometri DAS juga dapat dijadikan sebagai faktor
pembeda antara satu DAS dengan DAS lainnya untuk tujuan pembandingan
maupun klasifikasi (Gordon et al. 1992).
Parameter daerah tangkapan baik itu parameter topografi maupun parameter
morfometri telah dikenal mempunyai pengaruh terhadap proses alih ragam hujan
menjadi aliran/debit. Terdapat beberapa persamaan aliran yang kebanyakan
persamaan empiris dan sintetik yang dibangun dengan menggunakan parameter
DAS dikarenakan oleh ketiadaan data aliran (Sri Harto 2000a).
Kontribusi dari aliran interflow yang tertunda dan aliran air tanah (ground
water) ke sungai utamanya tergantung kepada variabel iklim dan topografi DAS.
6
Faktor topografi yang dominan adalah kelerengan DAS dan kerapatan Drainase
(Mazvimavi et al. 2004).
Hidrograf
Hidrograf dapat digambarkan sebagai penyajian grafis antara salah satu
unsur aliran dengan waktu (Sri Harto
1993).
Sedangkan hidrogaf limpasan
didefinisikan sebagi grafik yang kontinyu yang menunjukkan sifat-sifat dari aliran
sungai berkaitan dengan waktu.
Normalnya diperoleh dari garis pencatatan
kontinyu yang mengindikasikan debit dengan waktu (Viessman et al. 1989).
Hidrograf memberikan gambaran mengenai berbagai kondisi (karakteristik)
yang ada di DAS secara bersama-sama, sehingga apabila karakteristik DAS
berubah maka akan menyebabkan perubahan bentuk hidrograf (Sosrodarsono &
Takeda
1983).
Hidrograf juga menunjukkan tanggapan menyeluruh DAS
terhadap masukan tertentu. Sesuai dengan sifat dan perilaku DAS yang
bersangkutan, hidrograf aliran selalu berubah sesuai dengan besaran dan waktu
terjadinya masukan (Sri Harto 1993).
Linsley et al. (1982) menyatakan terdapat 3 (tiga) komponen penyusun
hidrograf, yaitu : (1) aliran di atas tanah (overland flow/surface runoff), ialah air
yang dalam perjalannya menuju saluran melalui permukaan tanah; (2) aliran
bawah permukaan (interflow/ subsurface storm flow), ialah sebagian air yang
memasuki permukaan tanah dan bergerak ke samping melalui lapisan atas tanah
sampai saluran sungai. Kecepatan pergerakan aliran bawah permukaan ini lebih
lambat dibandingkan dengan aliran permukaan; dan (3) aliran air tanah
(groundwater flow) yang juga disebut sebagai aliran dasar. Sedangkan Viessman
et al. (1989) menambahkan satu komponen lagi sebagai penyusun hidrograf.
Sehingga menurutnya komponen hidrograf terdiri dari : (1) aliran permukaan
langsung, (2) aliran antara (inter flow), (3) air tanah atau aliran dasar, dan (4)
presipitasi di saluran air (channel precipitation).
Wilson (1990) mengemukakan bahwa mula-mula yang ada hanya aliran
dasar yaitu aliran yang berasal dari air tanah dan akuifer-akuifer yang berbatasan
dengan sungai yang mengalir terus menerus secara perlahan-lahan sepanjang
waktu.
Segera setelah hujan mulai turun, terdapat suatu periode awal dari
intersepsi dan infiltrasi sebelum setiap limpasan terukur mencapai aliran
7
sungai/anak sungai dan selama per iode turunnya hujan kehilangan tersebut akan
terus berlangsung tetapi dalam jumlah yang semakin kecil. Apabila kehilangan
awal telah terpenuhi, maka limpasan permukaan akan mulai terjadi dan akan
berlanjut terus hingga mencapai suatu nilai puncak yang terjadi pada waktu TP.
Kemudian limpasan permukaan akan turun sepanjang sisi turun (recession limb)
sampai hilang sama sekali.
Bentuk Hidrograf
Bentuk hidrograf pada umumnya dapat sangat dipengaruhi oleh sifat hujan
yang terjadi, akan tetapi juga dapat dipengaruhi oleh sifat DAS yang lain (Sri
Harto
1993; Viessman et al. 1989).
Seyhan (1977) mengemukakan bahwa
hidrograf periode pendek terdiri atas cabang naik, puncak (maksimum) dan
cabang turun. Sedangkan untuk hidrograf jangka panjang dibedakan menjadi 3
(tiga) yaitu Hidrograf bergigi, hidrograf halus dan hidrograf yang ditunjukkan
oleh sungai- sungai besar (Ward 1967, diacu dalam Seyhan 1977). Perbedaan
antara jangka pendek dan jangka panjang tersebut tergantung pada panjang waktu
dari tujuan pengamatan yang dilakukan (Kobatake 2000).
Seyhan (1977), Viessman et al. (1989) dan Sri Harto (1993) membagi
hidrograf menjadi 3 (tiga) bagian yaitu sisi naik (rising limb), Puncak (crest ) dan
sisi resesi (recession limb). Oleh sebab itu bentuk hidrograf dapat ditandai dari
tiga sifat pokoknya, yaitu waktu naik (time of rise), debit puncak (peak discharge)
dan waktu dasar (base time).
Waktu naik adalah waktu yang diukur dari saat hidrograf mulai naik
sampai terjadinya debit puncak. Debit puncak (Qp) adalah debit maksimum yang
terjadi dalam kejadian hujan tertentu.
Waktu dasar (Tb) adalah waktu yang
diukur saat hidrograf mulai naik sampai waktu dimana debit kembali pada suatu
besaran yang ditetapkan (Sri Harto 1993).
Karakter kontribusi air tanah pada aliran banjir sangat berbeda dari
limpasan permukaan, maka kontribusi air tanah harus dianalisis secara terpisah,
dan oleh karenanya salah satu syarat utama dalam analisis hidrograf ialah
memisahkankedua hal tersebut (Wilson 1990).
8
Tp = waktu naik
Qp = debit puncak
Tb = waktu dasar
QP
Debit
(m3/detik)
TP
Sisi Naik/Lengkung Naik
Sisi Resesi/Lengkung Resesi
TB
Waktu (jam)
Gambar 1. Bentuk Hidrograf
Hidrograf Satuan
Hidrograf satuan merupakan hidrograf limpasan langsung (direct runoff
hydrograph) yang dihasilkan oleh hujan efektif yang terjadi secara merata di
seluruh DAS dan dengan intensitas tetap dalam satuan waktu yang ditetapkan
(Sherman 1932, diacu dalam Sri Harto 1993). Bentuk hidrograf satuan yang
benar untuk DAS tertentu dapat diperkirakan dengan suatu rata -rata dari sejumlah
hidrograf satuan yang diperoleh untuk DAS yang sama atau dengan hidrograf
satuan tunggal dari suatu hujan badai yang hebat, yang terpusatkan dan
terdistribusi dengan baik (Banes 1952; Gray 1973, diacu dalam Seyhan 1977).
Namun demikian Sri Harto (1993) mengemukakan bahwa tidak pernah terdapat
petunjuk tentang berapa jumlah kasus yang diperlukan untuk memperoleh
hidrograf satuan ini. Semakin sedikit jumlah kasus banjir yang dipergunakan,
makin besar nilai debit puncak yang diperoleh dibandingkan dengan
menggunakan jumlah kasus banjir yang banyak.
Wilson (1990) menekankan bahwa korelasi yang dicari adalah antara hujan
bersih atau hujan ef ektif (yaitu sisa hujan dalam bentuk limpasan sesudah semua
kehilangan akibat evaporasi, intersepsi dan infiltrasi telah diperhitungkan) dan
limpasan permukaan (yaitu hidrograf limpasan dikurangi aliran dasar). Metode
ini meliputi 3 (tiga) prinsip, yaitu :
9
a. Pada hujan bersih intensitas seragam pada suatu daerah aliran tertentu,
intensitas hujan yang berbeda tetapi mempunyai durasi yang sama
menghasilkan limpasan dengan periode yang sama, meskipun jumlahnya
berbeda
b. Pada hujan bersih intensitas seragam pada suatu daerah aliran tertentu,
intensitas hujan yang berbeda tetapi mempunyai durasi yang sama
menghasilkan hidrograf limpasan, dimana ordinatnya pada setiap waktu
sembarang memiliki proporsi yang sama terhadap satu sama lain seperti
intensitas hujan. Ini berarti bahwa hujan sebanyak n kali lipat dalam suatu
waktu tertentu akan menghasilkan suatu hidrograf dengan ordinat sebanyak n
kali lipat. Prinsip superposisi dipakai pada hidrograf yang dihasilkan oleh
hujan bersih berintensitas seragam yang memiliki pe riode -periode yang
berdekatan dan atau tersendiri.
Soemarto (1987) mengemukakan 4 (empat) dalil dalam teori klasik
tentang hidrograf satuan, yang menganggap bahwa teori hidrograf satuan
merupakan penerapan dari teori sistem linier dalam bidang hidrologi. Keempat
dalil tersebut adalah sebagai berikut :
a.
Dalil I (Prinsip merata) : hidrograf satuan ditimbulkan oleh satu satuan
hujan lebih yang terjadi merata di seluruh DAS, selama waktu yang
ditetapkan.
b.
Dalil II (prinsip waktu dasar konstan) : dalam suatu DAS, hidrograf satuan
yang dihasilkan oleh hujan-hujan efektif dalam waktu yang sama akan
mempunyai waktu dasar yang sama, tanpa melihat intensitas hujannya
(Gambar 2).
c.
Dalil III (prinsip linearitas) : besarnya limpasan langsung pada suatu DAS
berbanding lurus terhadap tebal hujan efektif, yang berlaku bagi semua
hujan dengan waktu yang sama (Gambar 2).
d.
Dalil IV (prinsip superposisi): total hidrograf limpasan langsung yang
disebabkan oleh beberapa kejadian hujan yang terpisah merupakan
penjumlahan dari tiap-tiap hidrograf satuan (Gambar 3).
10
Hujan (Masukan)
Hidrograf Satuan (Keluaran)
Q2 = d2
Q1 = d1
Gambar 2. Hidrograf Satuan Bebas Terhadap Waktu Dan Limpasannya Berbanding
Lurus Dengan Tebal Hujan Efektif (Soemarto 1987)
Hujan (Masukan)
Qh1 = Q11 + 0
Qh2 = Q12 + Q 21
Qh3 = Q13 + Q 22
Gambar 3. Hidrograf Satuan Memenuhi Prinsip Superposisi (Soemarto 1987)
11
Schulz (1980) mengemukakan bahwa aplikasi dari konsep hidrograf satuan
dari suatu hidrograf aliran permukaan membutuhkan analisis pemisahan aliran
permukaan dari aliran dasar terhadap hidrograf hasil pencatatan. Analisis hidrograf
satuan dari perekaman aliran membutuhkan pengisolasian aliran permukaan dari
total aliran. Terdapat tiga metode yang umum digunakan untuk memisahkan aliran
dasar (base flow) dari total hidrograf yang tercatat, yaitu :
a. Straight line method
b. Fixed Base Length Method
c. Variab le Slope Method
0.2
T Days = (DA)
DA
= Luas DAS (mil 2)
T
T itik Infleksi
Days
Debit
1 = Straight Line Method
2 = Fixed Base Lenght Method
3 = Variable Slope Method
1
3
2
Waktu
Gambar 4. Metode Pemisahan Aliran Dasar (Base Flow) dari Hidrograf Aliran Total
Hidrograf satuan pengukuran dapat diperoleh jika tersedia data rekaman
AWLR (automatic water level recorder), pengukuran debit yang cukup dan data
hujan (manual dan otomatis). Untuk memudahkan analisis, dipilih kasus hidrograf
yang terpisah (isolated ) dan mempunyai satu puncak (single peak) serta distribusi
hujan yang cukup (Sri Harto 1993). Sesudah hidrograf satuan ditentukan untuk
suatu lokasi tertentu, adalah mungkin untuk menaksir limpasan permukaan dari
suatu curah hujan dengan berbagai lama hujan dan intensitas. Hal ini dapat
diketahui dengan memanfaatkan informasi kedalaman hujan dan lama hujan
efektif yang ditentukan (Seyhan
1977).
12
Untuk mengatasi kendala tidak
tersedianya data yang cukup dikarenakan oleh kurangnya stasiun pengukuran pada
sejumlah sungai, maka dikembangkanlah beberapa hidrograf satuan sintetik
(Veissman et al. 1989).
Penentuan Hidrograf Satuan Pengukuran
Untuk me nurunkan hidrograf satuan dari suatu hujan yang sederhana dapat
dilakukan dengan cara membagi nilai aliran langsung kurva debit dengan
besarnya kedalaman hujan efektif sehingga diperoleh hidrograf satuan.
Waktu
dasar (Tb) diasumsikan konstan untuk hujan denan durasi yang sama (Bedient &
Huber 1989).
Persamaan Konvolusi diskret, seperti yang tersebut di bawah, merupakan
kegunaan dari hidrograf satuan untuk menentukan aliran langsung (direct runoff)
Qn, dengan hujan efektif tertentu Pm, dan hidrograf satuan Un-m+1 (Wilson 1990).
Q1 =
Q2 =
Q3 =
........
QM =
QM+1 =
........
QN-1 =
QN =
P1U1 +
P2U1 +
P3U1 +
P1U 2 +
P2U 2 +
P1U3
PMU1 +
0+
PM-1U2
PMU 2
+ ....... +
+ ....... +
P1UM
P2UM
P1UM+1
0+
0+
0+
0+
+ ....... +
+ ....... +
0+
0+
0+
0+
+ ....... +
+ ....... +
PMU N- M+1
0+
PM-1UN-M+1
PMU N- M+1
Jika terdapat M denyut (pulse) hujan efektif dan N denyut (pulse) aliran langsung
dari sutau hujan yang dipertimbangkan untuk dipergunakan dalam menetapkan
hidrograf satuan, maka terdapat sebanyak N persamaan yang dapat dibuat untuk
menentukan besarnya Qn, dengan n = 1, 2,3, ..., N. Persamaan tersebut akan
terdiri dari N-M +1 nilai yang belum diketahui dari hidrograf satuan. Beberapa
persamaan akan berulang karena terdapat lebih banyak persamaan (N) daripada
yang tidak diketahui (N-M + 1).
Proses kebalikannya disebut dengan
Dekonvolusi, yaitu dipergunakan untuk menurunkan hidrograf satuan dari data
hujan efektif Pm tertentu dan aliran langsung Qn tertentu. Besaran hidrograf
satuan pada U1 dan U 2 dapat dicari dengan cara seperti berikut :
U1 = Q1/P 1
U2 = (Q 2 – P 2U1)/P 1
demikian seterusnya, sehingga diperoleh hasil hidrograf
satuan dari data pengukuran.
13
Penentuan Tebal Hujan Efektif
Hujan kotor
(gross rainfall) yang jatuh
dalam suatu kawasan akan
terdistribusi dalam beberapa komponen. Komponen tersebut adalah Evaporasi,
infiltrasi, depression storage, detention storage, dan direct runoff/aliran langsung
(Bedient & Huber 1989). Dengan demikian Hujan lebih atau hujan efektif adalah
sisa hujan dalam bentuk limpasan sesudah kehilangan akibat evaporasi, intersepsi dan
infiltrasi (Wilson 1990). Hujan lebih (volume dari limpasan) untuk suatu kejadian
hujan dapat ditentukan dengan menggunakan sala h satu dari persamaan infiltrasi yang
sudah dikembangkan (Ward 1995).
Viessman et al. (1989) mengemukakan bahwa salah satu metode untuk
mengetahui tebal hujan yang menyebabkan direct runoff (DRO) ditentukan dengan
persamaan sebagai berikut :
Tebal Hujan efektif =
∑ (DROx∆ t ) .................................................................
A
(1)
Dimana :
DRO : Aliran langsung yang terukur (m 3/s)
∆t
: Interval waktu pengukuran (jam)
A
: Luas DAS (m2)
Schulz (1980) mengemukakan bahwa manakala hidrograf pengukuran dan
hujan dianalisis, perbedaan antara volume hujan dengan volume runoff dapat
didefinisikan sebagai indeks phi (F). Indeks phi (F) merupakan laju hujan rata-rata
dimana diatas indeks ini besarnya volume runoff sama dengan volume hujan. Jika
volume infiltrasi desebut dengan basin recharge, maka indeks phi (F) dapat dihitung
dengan persamaan sebagai berikut :
φ=
Basin Recharge F
= .................................................................. (2)
Lama Hujan
t
Konsep indeks phi (F ) adalah sebagaimana yang disajikan pada Gambar 5.
Perkiraan indeks infiltrasi juga dapat dilakukan dengan mempertimbangkan
pengaruh parameter DAS yang secara hidrologik dapat diketahui pengaruhnya
terhadap indeks infiltrasi. Persamaan pendekatannya (Harto 1993) adalah sebagai
berikut :
F = 10,4903 – 3,859 . 10 -6 A2 + 1,6985 . 10-13 (A/SN)4
14
.......... (3)
Dimana :
A =
luas DAS (dalam km 2)
SN =
perbandingan antara jumlah orde sungai tingkat satu dengan jumlah orde
Intensitas Hujan (mm/Jam)
sungai semua tingkat
7
Intensistas Hujan
Indeks Phi
6
5
4
Hujan yang menjadi DRO
3
2
Basin Recharge
1
F
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Waktu (Jam)
Gambar 5. Konsep Indeks Phi (F)
Hidrograf Satuan Sintetik
Seyhan (1977) mengemukakan bahwa beberapa parameter fisik DAS
berperan dalam menentukan bentuk hidrograf satuan selain karakteristik hujan.
Parameter fisik DAS tersebut adalah luas DAS, kemiringan, pola drainase, dan lainlain.
Parameter-parameter fisik DAS itulah yang akan dipergunakan untuk
menetapkan besarnya hidrograf satuan dari DAS yang bersangkutan dengan metode
hidrograf satuan sintetik.
Keuntungan dari penggunaan hidrograf satuan sintetik adalah bisa
mensintesasikan hidrograf dari DAS yang terukur dan menggunakannya untuk DAS
yang tidak terukur (Seyhan 1977). Kelemahan dari hidrograf satuan sintetik adalah
karena persamaan hidrograf satuan sintetik dibuat secara empiris dengan data yang