Model Hidrologi Untuk Mengisi Data Hujan Yang Hilang Berdasarkan Debit Andalan (Studi Kasus di DAS Dengkeng) BAB 0
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MODEL HIDROLOGI UNTUK MENGISI DATA
HUJAN YANG HILANG BERDASARKAN DEBIT
ANDALAN
(Studi Kasus di DAS Dengkeng)
HYDROLOGYCAL MODEL FOR FILLING OF MISSING
RAINFALL DATA BASED ON DEPENDABLE FLOW
(Study case in Dengkeng Watershed)
SKRIPSI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Surakarta
JUDUL
Disusun Oleh :
PURWANTO
I0112115
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit
to user
2016
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
HALAMAN PERSETUJUAN
MODEL HIDROLOGI UNTUK MENGISI DATA
HUJAN YANG HILANG BERDASARKAN DEBIT
ANDALAN
(Studi Kasus di DAS Dengkeng)
HYDROLOGYCAL MODEL FOR FILLING OF MISSING
RAINFALL DATA BASED ON DEPENDABLE FLOW
(Study case in Dengkeng Watershed)
SKRIPSI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Disusun Oleh :
PURWANTO
I0112115
Telah disetujui untuk dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Program
Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Persetujuan :
Dosen Pembimbing I,
Dosen pembimbing II,
Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, M.T
commit to user
NIP. 19630120 198803 2 002
Setiono, S.T.,M.Sc.
NIP. 19720224 199702 1 001
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGESAHAN SKRIPSI
MODEL HIDROLOGI UNTUK MENGISI DATA
HUJAN YANG HILANG BERDASARKAN DEBIT
ANDALAN
(Studi Kasus di DAS Dengkeng)
HYDROLOGYCAL MODEL FOR FILLING OF MISSING
RAINFALL DATA BASED ON DEPENDABLE FLOW
(Study case in Dengkeng Watershed)
Disusun Oleh
PURWANTO
I0112115
Telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Program Studi
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta pada :
Hari
Tanggal
: Kamis
: 29 September 2016
Tim Penguji
Nama/NIP
Tanda Tangan
1. Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, MT
19630120 198803 2 002
................................
2. Setiono, S.T.,M.Sc.
19720224 199702 1 001
................................
3. Dr. Cahyono Ikhsan, S.T., M.T.
19700907 199702 1 001
................................
4. Ir. Suyanto, M.M.
19520317 198503 1 001
................................
Disahkan,
Tanggal
: ………………………..
Kepala Program Studi Teknik Sipil
Fakultas Teknik UNS
Wibowo,
DEA
commitST,
to user
NIP. 196810071995021001
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
“Maka apabila engkau telah selesai (dari sesuatu urusan), tetaplah bekerja keras
(untuk urusan yang lain).”
(Q.S Al Insyirah : 7)
“Orang boleh pandai setinggi langit, tapi selama ia tidak menulis, ia akan hilang di
dalam masyarakat, dan dari sejarah. Menulis adalah bekerja untuk keabadian”.
(Pramoedya Ananta Toer, Rumah Kaca)
Orang yang hidup bagi dirinya sendiri akan hidup sebagai orang kerdil dan mati
sebagai orang kerdil. Akan tetapi, orang yang hidup bagi orang lain akan hidup
sebagai orang besar dan mati sebagai orang besar.
(Sayyid Qurthb)
Kemampuan kecerdasan seseorang adalah tergantung dari bagaimana cara untuk
menghikmahi segala yang dialami. Jarak menjadi jauh ketika hati kita tidak sabar.
(Emha Ainun Nadjib)
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK
Purwanto, Rintis Hadiani, Setiono, 2016. Model hidrologi Untuk Mengisi Data
Hujan yang Hilang Berdasarkan Debit Andalan (Studi Kasus di DAS
Dengkeng). Skripsi. Program Studi Teknik Sipil. Fakultas Teknik. Universitas
Sebelas Maret. Surakarta
Hujan merupakan kejadian alam yang umum terjadi diwilayah Indonesia, terutama
pada saat musim penghujan. Kelengkapan data hujan merupakan salah satu bagian
terpenting dalam kaitannya perencanaan manajemen keairan, menajemen sumber
daya air, maupun perencanaan pembangunan, terlebih lagi untuk perencanaan
bangunan air. Namun tidak jarang terjadi ketidaklengkapan data pada periode
perekaman pada stasiun hujan yang ada di suatu wilayah. Maka dari itu, model
hidologi untuk mengisi data hujan yang hilang diperlukan.
Penelitian ini dilaksanakan di Daerah Aliran Sungai (DAS) Dengkeng yang terletak
di Kabupaten Klaten, Jawa Tengah. Proses simulasi model diawali dengan
mengeliminasi data dengan metode sampling, kemudian melakukan perhitungan
dengan model untuk mendapatkan data hujan kembali dengan metode ARIMA
(Autoregressive Integrated Moving Average), metode Reciprocal, metode Rerata
dan Artificial Neural Network Method atau Metode Jaringan Syaraf Tiruan (JST).
Parameter untuk menilai model adalah dengan melihat debit andalan hasil
perhitungan berbagai jenis data.
Hasil penelitian menunjukkan korelasi data hujan observasi dengan data hujan
simulasi metode Rerata menunjukkan nilai yang tertinggi pada kedua stasiun, yaitu
sebesar 0,79 dan 0,94. Berdasarkan perhitungan debit andalan diketahui bahwa
metode Reciprocal merupakan metode yang paling sesuai untuk mengisi data hujan.
Karena, hasil perhitungan debit andalan dengan data simulasi Reciprocal mendekati
hasil perhitungan debit andalan dengan data observasi.
Kata Kunci : ARIMA, Debit Andalan, JST, Metode Reciprocal, Rerata
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT
Purwanto, Rintis Hadiani, Setiono, 2016. Hydrologycal Model For Filling Of
Missing Rainfall Data Based On Dependable Flow (Study Case In Dengkeng
Watershed). Thesis. Civil Engineering Department. Engineering Faculty. Sebelas
Maret University. Surakarta
Rainfall is nature, occurrence which occurs commonly in Indonesia’s region,
especially in the wet season. The complete rainfall data is one of most important
piece in relevancy for water management, water resource management, also
development planning, in especially water building plan. But not rare event
incomplete data on period on rainfall gauge in a region. Then caused it,
hydrological model for filling of missing rainfall data is needed.
This research has been held in Dengkeng watershed located in Klaten regency,
Central Java. Simulated process is begun from elimination data with the sampling
method, then calculating for getting the rainfall data back with ARIMA
(Autoregressive Integrated Moving Average) Method, Reciprocal Method, Average
Method and Artificial Neural Network Method. The parameter to graded model is
from seeing the dependable flow result from calculation various data.
The result shown that correlation observation rainfall data with rainfall data from
the simulation Average method have given the highest value for two of gauges, that
is 0,79 and 0,94. Based on calculation of dependable flow ascertainable that
Reciprocal method is the most appropriate method for filling rainfall data. Cause
result of dependable flow calculation with simulation Reciprocal rainfall data is
the nearest result of dependable flow calculation with observed data.
Keyword : ANN, ARIMA, Average, Dependable Flow, Reciprocal Method
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur selalu terpanjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas berkat dan
rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Model
Hidroligi Untuk Mengisi Data Hujan yang Hilang Berdasarkan Debit Andalan
(Studi Kasus di DAS Dengkeng)”. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan
akademik untuk meraih gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Ucapan terima kasih atas bantuan yang telah diberikan dari awal pelaksanaan
hingga terselesaikannya skripsi ini, kepada :
1. Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, M.T. selaku dosen pembimbing 1 yang telah
memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi.
2. Bapak Setiono, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing 2 yang telah memberikan
pengarahan selama penyusunan skripsi.
3. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil UNS.
4. Seluruh rekan-rekan Studi Ilmiah Mahasiswa (SIM UNS).
5. Seluruh pihak yang tidak dapat tersebutkan satu persatu yang telah membantu
hingga terwujudnya skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat memberi manfaat bagi segenap civitas akademika
dalam menambah pengetahuan dan menunjang pemahaman mengenai penerapan
ilmu di bangku kuliah.
Surakarta, September 2016
Penyusun
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL................................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN................................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN................................................................................ iii
MOTTO.................................................................................................................. iv
PERSEMBAHAN ....................................................................................................v
ABSTRAK ............................................................................................................. vi
ABSTRACT............................................................................................................ vii
KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii
DAFTAR ISI.......................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL................................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii
DAFTAR NOTASI ................................................................................................xv
HALAMAN LAMPIRAN ................................................................................... xiii
BAB 1 PENDAHULUAN .......................................................................................1
1.1 Latar Belakang Masalah .................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah ..........................................................................................2
1.3 Batasan Masalah.............................................................................................3
1.4 Tujuan.............................................................................................................3
1.5 Manfaat Penelitian..........................................................................................4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI.................................5
2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................................5
2.2 Dasar Teori ...................................................................................................12
2.2.1. Data.....................................................................................................12
2.2.2. Hujan ..................................................................................................12
2.2.3. Uji Konsistensi Data Hujan ................................................................12
2.2.4. Uji Boxplot..........................................................................................14
commit
to user
2.2.5. Uji Distribusi Data Hujan
...................................................................15
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2.2.6. Pengujian Chi Kuadrat........................................................................16
2.2.7. Sampling Data ....................................................................................17
2.2.8. Debit Andalan dan Metode F.J Mock.................................................19
2.2.9. Jaringan Syaraf Tiruan........................................................................23
2.2.9.1 Definisi Jaringan Syaraf Tiruan ..............................................23
2.2.9.2 Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation ...............................25
2.2.10. Reciprocal Method ...........................................................................31
2.2.11. ARIMA (Autoregressive Integrated Moving Average) ....................31
2.2.12. Matlab...............................................................................................33
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN.................................................................37
3.1 Lokasi Penelitian ..........................................................................................38
3.2 Metode Penelitian.........................................................................................38
3.3 Alat Penelitian ..............................................................................................38
3.4 Tahapan Penelitian .......................................................................................38
3.4.1. Pengolahan Data .................................................................................38
3.4.2. Pemodelan Simulasi Hujan Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan
Backpropagation ..........................................................................................39
3.4.3. Pemodelan Simulasi Hujan Menggunakan Metode Reciprocal .........39
3.4.4.
Pemodelan
Simulasi Hujan
Menggunakan
Metode
ARIMA
(Autoregressive Integrated Moving Average) ..............................................40
3.4.5.
Pemodelan
Simulasi Hujan
Menggunakan
Metode
ARIMA
(Autoregressive Integrated Moving Average) ..............................................40
3.4.6. Perhitungan Debit Bulanan Metode F.J. Mock dan Debit Andalan ...40
3.4.7. Membandingkan Rata-rata Debit Andalan .........................................41
3.4.8. Membandingkan Rata-rata Debit Andalan Semua Jenis Data............41
3.4.9. Diagram Alir.......................................................................................41
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN ...........................................................52
4.1 Penyiapan Data.............................................................................................52
4.2 Uji Konsistensi Data.....................................................................................54
4.3 Uji Boxplot....................................................................................................56
4.4 Uji Distribusi Data........................................................................................60
4.5 Uji Kesesuaian Distribusi Data ....................................................................62
4.6 Sampling Data ..............................................................................................63
4.7 Simulai Data Hujan dengan Metode Rerata .................................................65
4.8 Simulasi Data Hujan dengan Metode Reciprocal.........................................67
4.9 Simulasi Data Hujan dengan Metode ARIMA.............................................69
4.10 Simulasi Data Hujan dengan Meode Jaringan Syaraf Tiruan
Backpropagation ................................................................................................82
4.10.1. Pembuatan GUI (Graphical User Interface) ....................................82
4.10.2. Perencanaan Jaringan Backpropagation...........................................84
4.10.3. Penentuan Pola Input dan Target......................................................84
4.10.4. Pelatihan Jaringan.............................................................................84
4.11 Korelasi Data Hujan Observasi dengan Data Hujan Simulasi ...................87
4.12 Perhitungan Jumlah Hari Hujan .................................................................88
4.13 Perhitungan Debit Bulanan Metode F.J Mock dan Debit Andalan ............89
4.14 Pemilihan Model yang Tepat......................................................................95
4.15 Simulasi Data Hujan pada Stasiun Mlese...................................................99
4.16 Menghitung Debit Bulanan dan Debit Andalan .......................................100
4.17 Membandingkan Rerata Debit Andalan Observasi dengan Simulasi.......103
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN................................................................105
5.1 Kesimpulan.................................................................................................105
5.2 Saran ...........................................................................................................106
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... xvi
commit to user
xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Novelty Penelitian ....................................................................................8
Tabel 4.1 Data Hujan Stasiun Bawak ...................................................................52
Tabel 4.2 Data Hujan Stasiun Kalijaran.................................................................53
Tabel 4.3 Data Hujan Tahunan Stasiun Bawak dan Stasiun Kalijaran ..................54
Tabel 4.4 Analisis Kurva Massa Ganda .................................................................55
Tabel 4.5 Hasil Koreksi Data Hujan Stasiun Bawak dengan Uji Boxplot .............58
Tabel 4.6 Hasil Koreksi Data Hujan Stasiun Kalijaran dengan Uji Boxplot .........59
Tabel 4.7 Nilai Cs, Ck, Cv, Rerata, dan Standar Deviasi ......................................61
Tabel 4.8 Hasil Analisis Chi-Square dan Chi-Square Tabel..................................62
Tabel 4.9 Data Hujan Stasiun Bawak Setelah Proses Sampling............................63
Tabel 4.10 Data Hujan Stasiun Kalijaran Setelah Proses Sampling ......................64
Tabel 4.11 Data Hujan Hasil Simulasi Rerata di Stasiun Bawak ..........................65
Tabel 4.12 Data Hujan Hasil Simulasi Rerata di Stasiun Kalijaran.......................66
Tabel 4.13 Data Hujan Hasil Simulasi Reciprocal di Stasiun Bawak ...................67
Tabel 4.14 Data Hujan Hasil Simulasi Reciprocal di Stasiun Kalijaran................68
Tabel 4.15 Data Hujan Hasil Simulasi ARIMA di Stasiun Bawak .......................80
Tabel 4.16 Data Hujan Hasil Simulasi ARIMA di Stasiun Kalijaran....................81
Tabel 4.17 Data Hujan Hasil Simulasi JST di Stasiun Bawak...............................86
Tabel 4.18 Data Hujan Hasil Simulasi JST di Stasiun Kalijaran...........................86
Tabel 4.19 Rekapitulasi Korelasi Stasiun Bawak dan Korelasi Stasiun Kalijaran 88
Tabel 4.20 Perhitungan Debit Bulan Januari 2005 dengan Metode Mock ............92
Tabel 4.21 Perhitungan Debit Andalan Stasiun Bawak (Data Observasi).............94
Tabel 4.22 Perhitungan Rata-rata Debit Andalan ..................................................96
Tabel 4.23 Perhitungan Selisih Rata-rata Debit Andalan ......................................96
Tabel 4.24 Data Hujan Simulasi Stasiun Mlese.....................................................99
Tabel 4.25 Perhitungan Debit Bulanan Metode Mock Stasiun Mlese Tahun
2005......................................................................................................................101
Tabel 4.26 Perhitungan Debit Andalan Stasiun Mlese ........................................102
Tabel 4.27 Rata-rata Debit Andalan (Observasi dan Simulasi) ..........................104
commit to user
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Ilustrasi Kurva Massa Ganda .............................................................14
Gambar 2.2 Ilustrasi Boxplot..................................................................................15
Gambar 2.3 Struktur Unit Jaringan Syaraf Tiruan .................................................24
Gambar 2.4 Model Jaringan Backpropagation ......................................................26
Gambar 2.5 Flowchart Algoritma Backpropagation .............................................27
Gambar 2.6 Tahapan Metode ARIMA...................................................................33
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian ................................................................................37
Gambar 3.2 Diagram Alir ......................................................................................51
Gambar 4.1 Grafik Kurva Massa Ganda................................................................55
Gambar 4.2 Hasil Pengujian Boxplot pada Minitab Stasiun Bawak (Januari-Juni)
................................................................................................................................56
Gambar 4.3 Hasil Pengujian Boxplot pada Minitab Stasiun Bawak (Juli-Desember)
................................................................................................................................57
Gambar 4.4 Hasil Pengujian Boxplot pada Minitab Stasiun Kalijaran (Januari-Juni)
................................................................................................................................57
Gambar 4.5 Hasil Pengujian Boxplot pada Minitab Stasiun Kalijaran (JuliDesember) .............................................................................................................58
Gambar 4.6 Hasil Pengujian Distribusi Data Stasiun Bawak ...............................61
Gambar 4.7 Hasil Pengujian Distribusi Data Stasiun Kalijaran ...........................61
Gambar 4.8 Input data Hujan Bulanan kedalam Worksheet Minitab ....................70
Gambar 4.9 Data Hujan yang Disajikan dalam Satu Kolom ................................70
Gambar 4.10 Grafik Hasil Ploting Data Hujan Stasiun Bawak ............................71
Gambar 4.11 Hasil Ploting ACF Stasiun Bawak ..................................................71
Gambar 4.12 Hasil Ploting PACF Stasiun Bawak ................................................71
Gambar 4.13 Data Hasil Pembedaan 1 Kali Stasiun Bawak .................................72
Gambar 4.14 Grafik Hasil Ploting Data Hujan Stasiun Bawak Different Lag 1....73
Gambar 4.15 Hasil Ploting ACF Stasiun Bawak Different Lag 1 .........................73
Gambar 4.16 Hasil Ploting PACF Stasiun Bawak Differeng Lag 1 ......................73
Gambar 4.17 Hasil Perhitungan ARIMA (1,1,2) Stasiun Bawak .........................74
Gambar 4.18 Ploting Residual ACF ARIMA (1,1,2) Stasiun Bawak ...................75
Gambar 4.19 Ploting Residual PACF
ARIMA
(1,1,2) Stasiun Bawak ................75
commit
to user
xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.20 Hasil Perhiungan ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Bawak ..............76
Gambar 4.21 Ploting Residual PACF ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Bawak ....77
Gambar 4.22 Ploting Residual ACF ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Bawak .......77
Gambar 4.23 Hasil Simulasi dengan Model ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Bawak
................................................................................................................................78
Gambar 4.24 Hasil Perhitungan ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Kalijaran .........78
Gambar 4.25 Ploting Residual ACF ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Kalijaran ...79
Gambar 4.26 Ploting Residual PACF ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Kalijaran .79
Gambar 4.27 Hasil Simulasi dengan Model ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun
Kalijaran ................................................................................................................80
Gambar 4.28 Tampilan GUIDE Quick Start pada Matlab ....................................82
Gambar 4.29 Tampilan GUI pada Matlab .............................................................83
Gambar 4.30 Tampilan Editor pada Matlab ..........................................................83
Gambar 4.31 Tampilan Training Network.............................................................85
Gambar 4.32 Debit Andalan Rata-rata Berbagai jenis Data ..................................97
Gambar 4.33 Grafik Penilaian Model ....................................................................98
Gambar 4.34 Debit Andalan Rata-rata Observasi dan Simulasi ..........................104
commit to user
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR NOTASI
Simbol
α
Α
As
β
Ck
Cs
Cv
DK
Keterangan
Kemiringan kurva setelah patahan
Banyaknya keterikatan untuk uji Chi-Kuadrat
Air hujan yang mencapai permukaan tanah
Kemiringan kurva sebelum patahan
Koefisien kurtosis
Koefisien asimetri/skewnes
Koefisien varian
Derajat kebebasan
Ef
Frekuensi yang diharapkan sesuai dengan pembagi kelas
Ep
Et
i
I
k
Evapotranspirasi potensial
Evapotranspirasi terbatas
Nomor urut debit
Koefisien Infiltrasi
Faktor resesi air tanah
K
Banyaknya kelas
Li
M
N
Jarak antar stasiun
Singkapan lahan
Jumlah data (hujan atau debit)
N
Jumlah sub kelompok dalam satu grup
Of
Frekuensi yang terbaca pada kelas yang sama
P
Probabilitas terjadinya kumpulan nilai yang
diharapkan selama periode pengamatan
Curah hujan bulanan
Data hujan disekitarnya pada periode yang sama
Data hujan yang hilang di stasiun x
Debit aliran
Debit andalan (Probabilitas 80%)
Jumlah sampel
Standar deviasi
Varian
Rata-rata data hujan
Nilai Chi-Kuadrat terhitung
Data hujan ke-n
Volume air tanah periode ke n
Pbl
Pi
Px
Q
Q80
s
S
ଶ
ݔҧ
ଶ
Xn
Vn
commit to user
xv
Satuan
Mm
mm
mm
km
kg/m3
mm
mm
mm
mm
m3/s
m3/s
Mm
Mm
mm3
digilib.uns.ac.id
MODEL HIDROLOGI UNTUK MENGISI DATA
HUJAN YANG HILANG BERDASARKAN DEBIT
ANDALAN
(Studi Kasus di DAS Dengkeng)
HYDROLOGYCAL MODEL FOR FILLING OF MISSING
RAINFALL DATA BASED ON DEPENDABLE FLOW
(Study case in Dengkeng Watershed)
SKRIPSI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Surakarta
JUDUL
Disusun Oleh :
PURWANTO
I0112115
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit
to user
2016
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
HALAMAN PERSETUJUAN
MODEL HIDROLOGI UNTUK MENGISI DATA
HUJAN YANG HILANG BERDASARKAN DEBIT
ANDALAN
(Studi Kasus di DAS Dengkeng)
HYDROLOGYCAL MODEL FOR FILLING OF MISSING
RAINFALL DATA BASED ON DEPENDABLE FLOW
(Study case in Dengkeng Watershed)
SKRIPSI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Disusun Oleh :
PURWANTO
I0112115
Telah disetujui untuk dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Program
Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Persetujuan :
Dosen Pembimbing I,
Dosen pembimbing II,
Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, M.T
commit to user
NIP. 19630120 198803 2 002
Setiono, S.T.,M.Sc.
NIP. 19720224 199702 1 001
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGESAHAN SKRIPSI
MODEL HIDROLOGI UNTUK MENGISI DATA
HUJAN YANG HILANG BERDASARKAN DEBIT
ANDALAN
(Studi Kasus di DAS Dengkeng)
HYDROLOGYCAL MODEL FOR FILLING OF MISSING
RAINFALL DATA BASED ON DEPENDABLE FLOW
(Study case in Dengkeng Watershed)
Disusun Oleh
PURWANTO
I0112115
Telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Program Studi
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta pada :
Hari
Tanggal
: Kamis
: 29 September 2016
Tim Penguji
Nama/NIP
Tanda Tangan
1. Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, MT
19630120 198803 2 002
................................
2. Setiono, S.T.,M.Sc.
19720224 199702 1 001
................................
3. Dr. Cahyono Ikhsan, S.T., M.T.
19700907 199702 1 001
................................
4. Ir. Suyanto, M.M.
19520317 198503 1 001
................................
Disahkan,
Tanggal
: ………………………..
Kepala Program Studi Teknik Sipil
Fakultas Teknik UNS
Wibowo,
DEA
commitST,
to user
NIP. 196810071995021001
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
“Maka apabila engkau telah selesai (dari sesuatu urusan), tetaplah bekerja keras
(untuk urusan yang lain).”
(Q.S Al Insyirah : 7)
“Orang boleh pandai setinggi langit, tapi selama ia tidak menulis, ia akan hilang di
dalam masyarakat, dan dari sejarah. Menulis adalah bekerja untuk keabadian”.
(Pramoedya Ananta Toer, Rumah Kaca)
Orang yang hidup bagi dirinya sendiri akan hidup sebagai orang kerdil dan mati
sebagai orang kerdil. Akan tetapi, orang yang hidup bagi orang lain akan hidup
sebagai orang besar dan mati sebagai orang besar.
(Sayyid Qurthb)
Kemampuan kecerdasan seseorang adalah tergantung dari bagaimana cara untuk
menghikmahi segala yang dialami. Jarak menjadi jauh ketika hati kita tidak sabar.
(Emha Ainun Nadjib)
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK
Purwanto, Rintis Hadiani, Setiono, 2016. Model hidrologi Untuk Mengisi Data
Hujan yang Hilang Berdasarkan Debit Andalan (Studi Kasus di DAS
Dengkeng). Skripsi. Program Studi Teknik Sipil. Fakultas Teknik. Universitas
Sebelas Maret. Surakarta
Hujan merupakan kejadian alam yang umum terjadi diwilayah Indonesia, terutama
pada saat musim penghujan. Kelengkapan data hujan merupakan salah satu bagian
terpenting dalam kaitannya perencanaan manajemen keairan, menajemen sumber
daya air, maupun perencanaan pembangunan, terlebih lagi untuk perencanaan
bangunan air. Namun tidak jarang terjadi ketidaklengkapan data pada periode
perekaman pada stasiun hujan yang ada di suatu wilayah. Maka dari itu, model
hidologi untuk mengisi data hujan yang hilang diperlukan.
Penelitian ini dilaksanakan di Daerah Aliran Sungai (DAS) Dengkeng yang terletak
di Kabupaten Klaten, Jawa Tengah. Proses simulasi model diawali dengan
mengeliminasi data dengan metode sampling, kemudian melakukan perhitungan
dengan model untuk mendapatkan data hujan kembali dengan metode ARIMA
(Autoregressive Integrated Moving Average), metode Reciprocal, metode Rerata
dan Artificial Neural Network Method atau Metode Jaringan Syaraf Tiruan (JST).
Parameter untuk menilai model adalah dengan melihat debit andalan hasil
perhitungan berbagai jenis data.
Hasil penelitian menunjukkan korelasi data hujan observasi dengan data hujan
simulasi metode Rerata menunjukkan nilai yang tertinggi pada kedua stasiun, yaitu
sebesar 0,79 dan 0,94. Berdasarkan perhitungan debit andalan diketahui bahwa
metode Reciprocal merupakan metode yang paling sesuai untuk mengisi data hujan.
Karena, hasil perhitungan debit andalan dengan data simulasi Reciprocal mendekati
hasil perhitungan debit andalan dengan data observasi.
Kata Kunci : ARIMA, Debit Andalan, JST, Metode Reciprocal, Rerata
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT
Purwanto, Rintis Hadiani, Setiono, 2016. Hydrologycal Model For Filling Of
Missing Rainfall Data Based On Dependable Flow (Study Case In Dengkeng
Watershed). Thesis. Civil Engineering Department. Engineering Faculty. Sebelas
Maret University. Surakarta
Rainfall is nature, occurrence which occurs commonly in Indonesia’s region,
especially in the wet season. The complete rainfall data is one of most important
piece in relevancy for water management, water resource management, also
development planning, in especially water building plan. But not rare event
incomplete data on period on rainfall gauge in a region. Then caused it,
hydrological model for filling of missing rainfall data is needed.
This research has been held in Dengkeng watershed located in Klaten regency,
Central Java. Simulated process is begun from elimination data with the sampling
method, then calculating for getting the rainfall data back with ARIMA
(Autoregressive Integrated Moving Average) Method, Reciprocal Method, Average
Method and Artificial Neural Network Method. The parameter to graded model is
from seeing the dependable flow result from calculation various data.
The result shown that correlation observation rainfall data with rainfall data from
the simulation Average method have given the highest value for two of gauges, that
is 0,79 and 0,94. Based on calculation of dependable flow ascertainable that
Reciprocal method is the most appropriate method for filling rainfall data. Cause
result of dependable flow calculation with simulation Reciprocal rainfall data is
the nearest result of dependable flow calculation with observed data.
Keyword : ANN, ARIMA, Average, Dependable Flow, Reciprocal Method
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur selalu terpanjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas berkat dan
rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Model
Hidroligi Untuk Mengisi Data Hujan yang Hilang Berdasarkan Debit Andalan
(Studi Kasus di DAS Dengkeng)”. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan
akademik untuk meraih gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Ucapan terima kasih atas bantuan yang telah diberikan dari awal pelaksanaan
hingga terselesaikannya skripsi ini, kepada :
1. Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, M.T. selaku dosen pembimbing 1 yang telah
memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi.
2. Bapak Setiono, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing 2 yang telah memberikan
pengarahan selama penyusunan skripsi.
3. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil UNS.
4. Seluruh rekan-rekan Studi Ilmiah Mahasiswa (SIM UNS).
5. Seluruh pihak yang tidak dapat tersebutkan satu persatu yang telah membantu
hingga terwujudnya skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat memberi manfaat bagi segenap civitas akademika
dalam menambah pengetahuan dan menunjang pemahaman mengenai penerapan
ilmu di bangku kuliah.
Surakarta, September 2016
Penyusun
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL................................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN................................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN................................................................................ iii
MOTTO.................................................................................................................. iv
PERSEMBAHAN ....................................................................................................v
ABSTRAK ............................................................................................................. vi
ABSTRACT............................................................................................................ vii
KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii
DAFTAR ISI.......................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL................................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii
DAFTAR NOTASI ................................................................................................xv
HALAMAN LAMPIRAN ................................................................................... xiii
BAB 1 PENDAHULUAN .......................................................................................1
1.1 Latar Belakang Masalah .................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah ..........................................................................................2
1.3 Batasan Masalah.............................................................................................3
1.4 Tujuan.............................................................................................................3
1.5 Manfaat Penelitian..........................................................................................4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI.................................5
2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................................5
2.2 Dasar Teori ...................................................................................................12
2.2.1. Data.....................................................................................................12
2.2.2. Hujan ..................................................................................................12
2.2.3. Uji Konsistensi Data Hujan ................................................................12
2.2.4. Uji Boxplot..........................................................................................14
commit
to user
2.2.5. Uji Distribusi Data Hujan
...................................................................15
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2.2.6. Pengujian Chi Kuadrat........................................................................16
2.2.7. Sampling Data ....................................................................................17
2.2.8. Debit Andalan dan Metode F.J Mock.................................................19
2.2.9. Jaringan Syaraf Tiruan........................................................................23
2.2.9.1 Definisi Jaringan Syaraf Tiruan ..............................................23
2.2.9.2 Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation ...............................25
2.2.10. Reciprocal Method ...........................................................................31
2.2.11. ARIMA (Autoregressive Integrated Moving Average) ....................31
2.2.12. Matlab...............................................................................................33
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN.................................................................37
3.1 Lokasi Penelitian ..........................................................................................38
3.2 Metode Penelitian.........................................................................................38
3.3 Alat Penelitian ..............................................................................................38
3.4 Tahapan Penelitian .......................................................................................38
3.4.1. Pengolahan Data .................................................................................38
3.4.2. Pemodelan Simulasi Hujan Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan
Backpropagation ..........................................................................................39
3.4.3. Pemodelan Simulasi Hujan Menggunakan Metode Reciprocal .........39
3.4.4.
Pemodelan
Simulasi Hujan
Menggunakan
Metode
ARIMA
(Autoregressive Integrated Moving Average) ..............................................40
3.4.5.
Pemodelan
Simulasi Hujan
Menggunakan
Metode
ARIMA
(Autoregressive Integrated Moving Average) ..............................................40
3.4.6. Perhitungan Debit Bulanan Metode F.J. Mock dan Debit Andalan ...40
3.4.7. Membandingkan Rata-rata Debit Andalan .........................................41
3.4.8. Membandingkan Rata-rata Debit Andalan Semua Jenis Data............41
3.4.9. Diagram Alir.......................................................................................41
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN ...........................................................52
4.1 Penyiapan Data.............................................................................................52
4.2 Uji Konsistensi Data.....................................................................................54
4.3 Uji Boxplot....................................................................................................56
4.4 Uji Distribusi Data........................................................................................60
4.5 Uji Kesesuaian Distribusi Data ....................................................................62
4.6 Sampling Data ..............................................................................................63
4.7 Simulai Data Hujan dengan Metode Rerata .................................................65
4.8 Simulasi Data Hujan dengan Metode Reciprocal.........................................67
4.9 Simulasi Data Hujan dengan Metode ARIMA.............................................69
4.10 Simulasi Data Hujan dengan Meode Jaringan Syaraf Tiruan
Backpropagation ................................................................................................82
4.10.1. Pembuatan GUI (Graphical User Interface) ....................................82
4.10.2. Perencanaan Jaringan Backpropagation...........................................84
4.10.3. Penentuan Pola Input dan Target......................................................84
4.10.4. Pelatihan Jaringan.............................................................................84
4.11 Korelasi Data Hujan Observasi dengan Data Hujan Simulasi ...................87
4.12 Perhitungan Jumlah Hari Hujan .................................................................88
4.13 Perhitungan Debit Bulanan Metode F.J Mock dan Debit Andalan ............89
4.14 Pemilihan Model yang Tepat......................................................................95
4.15 Simulasi Data Hujan pada Stasiun Mlese...................................................99
4.16 Menghitung Debit Bulanan dan Debit Andalan .......................................100
4.17 Membandingkan Rerata Debit Andalan Observasi dengan Simulasi.......103
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN................................................................105
5.1 Kesimpulan.................................................................................................105
5.2 Saran ...........................................................................................................106
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... xvi
commit to user
xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Novelty Penelitian ....................................................................................8
Tabel 4.1 Data Hujan Stasiun Bawak ...................................................................52
Tabel 4.2 Data Hujan Stasiun Kalijaran.................................................................53
Tabel 4.3 Data Hujan Tahunan Stasiun Bawak dan Stasiun Kalijaran ..................54
Tabel 4.4 Analisis Kurva Massa Ganda .................................................................55
Tabel 4.5 Hasil Koreksi Data Hujan Stasiun Bawak dengan Uji Boxplot .............58
Tabel 4.6 Hasil Koreksi Data Hujan Stasiun Kalijaran dengan Uji Boxplot .........59
Tabel 4.7 Nilai Cs, Ck, Cv, Rerata, dan Standar Deviasi ......................................61
Tabel 4.8 Hasil Analisis Chi-Square dan Chi-Square Tabel..................................62
Tabel 4.9 Data Hujan Stasiun Bawak Setelah Proses Sampling............................63
Tabel 4.10 Data Hujan Stasiun Kalijaran Setelah Proses Sampling ......................64
Tabel 4.11 Data Hujan Hasil Simulasi Rerata di Stasiun Bawak ..........................65
Tabel 4.12 Data Hujan Hasil Simulasi Rerata di Stasiun Kalijaran.......................66
Tabel 4.13 Data Hujan Hasil Simulasi Reciprocal di Stasiun Bawak ...................67
Tabel 4.14 Data Hujan Hasil Simulasi Reciprocal di Stasiun Kalijaran................68
Tabel 4.15 Data Hujan Hasil Simulasi ARIMA di Stasiun Bawak .......................80
Tabel 4.16 Data Hujan Hasil Simulasi ARIMA di Stasiun Kalijaran....................81
Tabel 4.17 Data Hujan Hasil Simulasi JST di Stasiun Bawak...............................86
Tabel 4.18 Data Hujan Hasil Simulasi JST di Stasiun Kalijaran...........................86
Tabel 4.19 Rekapitulasi Korelasi Stasiun Bawak dan Korelasi Stasiun Kalijaran 88
Tabel 4.20 Perhitungan Debit Bulan Januari 2005 dengan Metode Mock ............92
Tabel 4.21 Perhitungan Debit Andalan Stasiun Bawak (Data Observasi).............94
Tabel 4.22 Perhitungan Rata-rata Debit Andalan ..................................................96
Tabel 4.23 Perhitungan Selisih Rata-rata Debit Andalan ......................................96
Tabel 4.24 Data Hujan Simulasi Stasiun Mlese.....................................................99
Tabel 4.25 Perhitungan Debit Bulanan Metode Mock Stasiun Mlese Tahun
2005......................................................................................................................101
Tabel 4.26 Perhitungan Debit Andalan Stasiun Mlese ........................................102
Tabel 4.27 Rata-rata Debit Andalan (Observasi dan Simulasi) ..........................104
commit to user
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Ilustrasi Kurva Massa Ganda .............................................................14
Gambar 2.2 Ilustrasi Boxplot..................................................................................15
Gambar 2.3 Struktur Unit Jaringan Syaraf Tiruan .................................................24
Gambar 2.4 Model Jaringan Backpropagation ......................................................26
Gambar 2.5 Flowchart Algoritma Backpropagation .............................................27
Gambar 2.6 Tahapan Metode ARIMA...................................................................33
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian ................................................................................37
Gambar 3.2 Diagram Alir ......................................................................................51
Gambar 4.1 Grafik Kurva Massa Ganda................................................................55
Gambar 4.2 Hasil Pengujian Boxplot pada Minitab Stasiun Bawak (Januari-Juni)
................................................................................................................................56
Gambar 4.3 Hasil Pengujian Boxplot pada Minitab Stasiun Bawak (Juli-Desember)
................................................................................................................................57
Gambar 4.4 Hasil Pengujian Boxplot pada Minitab Stasiun Kalijaran (Januari-Juni)
................................................................................................................................57
Gambar 4.5 Hasil Pengujian Boxplot pada Minitab Stasiun Kalijaran (JuliDesember) .............................................................................................................58
Gambar 4.6 Hasil Pengujian Distribusi Data Stasiun Bawak ...............................61
Gambar 4.7 Hasil Pengujian Distribusi Data Stasiun Kalijaran ...........................61
Gambar 4.8 Input data Hujan Bulanan kedalam Worksheet Minitab ....................70
Gambar 4.9 Data Hujan yang Disajikan dalam Satu Kolom ................................70
Gambar 4.10 Grafik Hasil Ploting Data Hujan Stasiun Bawak ............................71
Gambar 4.11 Hasil Ploting ACF Stasiun Bawak ..................................................71
Gambar 4.12 Hasil Ploting PACF Stasiun Bawak ................................................71
Gambar 4.13 Data Hasil Pembedaan 1 Kali Stasiun Bawak .................................72
Gambar 4.14 Grafik Hasil Ploting Data Hujan Stasiun Bawak Different Lag 1....73
Gambar 4.15 Hasil Ploting ACF Stasiun Bawak Different Lag 1 .........................73
Gambar 4.16 Hasil Ploting PACF Stasiun Bawak Differeng Lag 1 ......................73
Gambar 4.17 Hasil Perhitungan ARIMA (1,1,2) Stasiun Bawak .........................74
Gambar 4.18 Ploting Residual ACF ARIMA (1,1,2) Stasiun Bawak ...................75
Gambar 4.19 Ploting Residual PACF
ARIMA
(1,1,2) Stasiun Bawak ................75
commit
to user
xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.20 Hasil Perhiungan ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Bawak ..............76
Gambar 4.21 Ploting Residual PACF ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Bawak ....77
Gambar 4.22 Ploting Residual ACF ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Bawak .......77
Gambar 4.23 Hasil Simulasi dengan Model ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Bawak
................................................................................................................................78
Gambar 4.24 Hasil Perhitungan ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Kalijaran .........78
Gambar 4.25 Ploting Residual ACF ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Kalijaran ...79
Gambar 4.26 Ploting Residual PACF ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun Kalijaran .79
Gambar 4.27 Hasil Simulasi dengan Model ARIMA (2,1,1)(1,1,2)6 Stasiun
Kalijaran ................................................................................................................80
Gambar 4.28 Tampilan GUIDE Quick Start pada Matlab ....................................82
Gambar 4.29 Tampilan GUI pada Matlab .............................................................83
Gambar 4.30 Tampilan Editor pada Matlab ..........................................................83
Gambar 4.31 Tampilan Training Network.............................................................85
Gambar 4.32 Debit Andalan Rata-rata Berbagai jenis Data ..................................97
Gambar 4.33 Grafik Penilaian Model ....................................................................98
Gambar 4.34 Debit Andalan Rata-rata Observasi dan Simulasi ..........................104
commit to user
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR NOTASI
Simbol
α
Α
As
β
Ck
Cs
Cv
DK
Keterangan
Kemiringan kurva setelah patahan
Banyaknya keterikatan untuk uji Chi-Kuadrat
Air hujan yang mencapai permukaan tanah
Kemiringan kurva sebelum patahan
Koefisien kurtosis
Koefisien asimetri/skewnes
Koefisien varian
Derajat kebebasan
Ef
Frekuensi yang diharapkan sesuai dengan pembagi kelas
Ep
Et
i
I
k
Evapotranspirasi potensial
Evapotranspirasi terbatas
Nomor urut debit
Koefisien Infiltrasi
Faktor resesi air tanah
K
Banyaknya kelas
Li
M
N
Jarak antar stasiun
Singkapan lahan
Jumlah data (hujan atau debit)
N
Jumlah sub kelompok dalam satu grup
Of
Frekuensi yang terbaca pada kelas yang sama
P
Probabilitas terjadinya kumpulan nilai yang
diharapkan selama periode pengamatan
Curah hujan bulanan
Data hujan disekitarnya pada periode yang sama
Data hujan yang hilang di stasiun x
Debit aliran
Debit andalan (Probabilitas 80%)
Jumlah sampel
Standar deviasi
Varian
Rata-rata data hujan
Nilai Chi-Kuadrat terhitung
Data hujan ke-n
Volume air tanah periode ke n
Pbl
Pi
Px
Q
Q80
s
S
ଶ
ݔҧ
ଶ
Xn
Vn
commit to user
xv
Satuan
Mm
mm
mm
km
kg/m3
mm
mm
mm
mm
m3/s
m3/s
Mm
Mm
mm3