ANALISIS BANJIR RANCANGAN DENGAN METODE INVERSELY ESTIMATED RAINFALL

Transkripsi

1 ANALISIS BANJIR RANCANGAN DENGAN METODE INVERSELY ESTIMATED RAINFALL Titiek ABSTRACT To avoid the aucity of rainfall data, develoment of flood estimation methods that rely on hydrograh data are required. Hydrograh data are the outut of the catchment. It means that all the catchment behaviors are reresented in the runoff data. The effect of temoral and the satial variability of rainfall and the initial soil moisture condition has been reresented in the runoff data. Hence, it s necessary research about of design flood used on hydrograh. The research uses 6 flood events collected from Bojongloa sub-river basin and data from Leuwigoong sub-river, which all included Cimanuk river basin in West Java. The filter searation autoregressive method is selected to searate the hydrograh to become baseflow and direct runoff comonents. The resulted direct runoff is then used for deriving the effective rainfall using inversely estimated rainfall (IER) method. The result of IER rainfall and IER attern is used in design flood analysis using unit hydrograh IER method. And the observed rainfall are used as comarisons. The result show that design flood with hydrograh IER method is relatively similar with the observed rainfall. The result design flood with hydrograh IER method give accuracy between design flood the result of frequency analysis. Keywords : hydrograh, inversely estimated rainfalls, unit hydrograh ABSTRAK Data automatic rainfall recorder (ARR) untuk menurunkan agihan hujan ada kenyataan di laangan masih sangat sedikit, disisi lain tersedia data hidrograf yang menggambarkan reson hujan yang memberi kontribusi ada aliran sehingga engaruh yang timbul akibat variabilitas ruang dan waktu dari hujan serta kondisi initial soil moisture (ISM) sudah tercaku didalamnya. Dengan ketersediaan data hidrograf tersebut maka erlu dikembangkan suatu metode erkiraan banjir rancangan dengan menggunakan data hidrograf. Pada enelitian ini digunakan 6 data kasus banjir di Sub DAS Bojongloa dan data kasus banjir di Sub DAS Leuwigoong, dimana keduanya masuk wilayah DAS Cimanuk. Pemisahan hidrograf banjir ke dalam komonen langsung (direct runoff) dan aliran dasar (baseflow) dengan filter searation autoregressive (AR) method. Perkiraan hujan efektif dari data hidrograf menggunakan metode inversely estimated rainfalls (IER). Perkiraan banjir rancangan dihitung dengan metode HS IER dan ola agihan IER. Kesalahan relatif yang ditinjau adalah kesalahan relatif antara banjir rancangan dengan HS tehada banjir rancangan hasil analisis frekuensi. Hidrograf banjir rancangan untuk IER mauun ARR relatif berimit, hal tersebut menunjukkan bahwa hidrograf banjir yang disebabkan oleh hujan IER menghasilkan Pengajar Jurusan Teknik Siil, Fakultas Teknik, Universitas Janabadra, Yogyakarta

2 hidrograf banjir yang sama dengan kondisi hidrograf banjir akibat hujan terukur. Dibandingkan dengan kondisi banjir aktual dari engamatan debit maksimun tahunan maka rosentase relatif kesalahan cuku baik. Kata kunci : hidrograf, inversely estimated rainfall, hidrograf satuan PENDAHULUAN Indonesia berada di daerah yang beriklim trois dimana ada musim enghujan memunyai curah hujan yang relatif cuku tinggi, dan seringkali mengakibatkan terjadi banjir. Setia erencanaan dan erancangan suatu bangunan hidraulik dierlukan suatu usaha memerkirakan banjir rancangan (design flood) agar dieroleh hasil rancangan bangunan yang efektif, efisien dan aman. Salah satu metode erkiraan banjir rancangan untuk bangunan hidraulik adalah dengan metode hidrograf level recorder (AWLR) dan stasiun hujan manual, sehingga data yang tersedia berua data hidrograf dan data hujan harian. Dengan ketersediaan data hidrograf maka erlu dikembangkan suatu metode erkiraan hujan dengan menggunakan data hidrograf, sehingga tana data hujan terukur daat dihitung besar banjir rancangan. Ketersediaan data hujan yang terbatas daat menimbulkan ermasalahan dalam erkiraan banjir rancangan terutama dengan metode HS. Sedangkan ada kondisi tertentu di suatu wilayah hanya memiliki data hidrograf dari encatatan stasiun AWLR. satuan (HS). Penurunan HS memerlukan data hujan durasi endek dan data hidrograf. Data hujan durasi endek seerti jam-jaman atau menitan daat dieroleh dari data automatic rainfall recorder (ARR) atau dari data hujan harian yang diagihkan atau didistribusikan ke dalam tinggi hujan dengan ola agihan hujan tertentu. Stasiun hujan otomatis ada kenyataan di laangan masih sangat sedikit, sementara data hujan terukur yang ada berua data hujan harian. Pada kondisi tertentu di suatu DAS sudah banyak terdaat stasiun automatic water Berdasarkan ermasalahan di atas maka erlu diteliti metode Inversely Estimated Rainfalls (IER) dalam erhitungan banjir rancangan dengan menggunakan data data hidrograf. TINJAUAN PUSTAKA Hidrograf meruakan enyajian grafis antara salah satu unsur aliran yaitu debit atau tinggi muka air dengan waktu. Hidrograf menggambarkan reson terhada hujan yang memberi kontribusi ada aliran setelah roses infiltrasi, evaorasi, evaotransirasi yang tergantung kondisi toografi DAS yang ditinjau (Gambar ).

3 Suatu hidrograf daat diangga sebagai suatu gambaran dari karakteristik fisiografis dan klimatologis yang mengendalikan hubungan antara curah hujan dan besar engaliran dari suatu DAS (Sobriyah, 3). Rekaman AWLR adalah hidrograf tinggi muka air, sedangkan hidrograf debit dieroleh dari rekaman AWLR yang dikonversi dengan Hujan ersamaan liku-kalibrasi (rating curve) Penelitian ini mengembangkan metode erkiraan hujan efektif dengan menggunakan data hidrograf yang disebut metode IER. Besar limasan langsung jam-jaman dihitung menggunakan Persamaan ( Hino dan Hasebe, 984). Hidrograf Inut Sistem DAS Outut Gambar. Skema Reson Hujan terhada Hidrograf q (t) (t) = a q (t ) + a q (t ) + K K+ a q (t ) + λb (t) + ε (t) () rˆ dimana : a : koefisien AR, b : koefisien yang dihitung dengan Persamaan, λ b : faktor konversi dihitung dengan Persamaan3, : orde yang ditinjau. = a a a K K a 3 A λ = (3) 3,6 dimana : A : luas DAS (km²). Koefisien AR dihitung berdasarkan eriode resesi data limasan langsung dengan metode the Yule-Walker system (Cryer, 986). Fungsi samle autocorrelation dihitung berdasarkan Persamaan 4.

4 n (q (t) q)(q (t k) q) R t= k+ (t) k = = untuk k =,, n n (q (t) q) (q (t) q) dimana : k q M = a t= : autocorrelation, t= : debit limasan langsung rata-rata. = a M = a + a + a M + a + KK + a + KK + a M + KK + a,,,... (4) (5) Persamaan 5 daat diselesaikan dalam bentuk matriks ada Persamaan 6. a a = M M a 3 L L L M (6) Jika koefisien AR ( a ) didaat, maka seri data IER dihitung dengan Persamaan 7. i rˆ (t) = (q (t) a q (t ) a q (t ) K K a q (t ) ε (t) ) (7) λb dimana : rˆ (t) : hujan efektif IER (mm/jam). Hasil enelitian Sujono (3) hujan IER yang dieroleh dengan menggunakan Persamaan 7, menunjukkan kemirian ola distribusi antara hujan efektif terukur dengan hujan IER. Pola agihan IER rerata yang dieroleh ada enelitian Titiek (5) relatif miri dengan ola agihan ARR rerata, sehingga ola agihan IER daat digunakan untuk mengalihragamkan hujan harian menjadi hujan durasi endek dalam erkiraan banjir rancangan dengan metode HS terukur dari data hujan otomatis. Hujan efektif daat dieroleh dari data hidrograf, sehingga kendala yang dihadai dalam menurunkan HS seerti ketersediaan hujan efektif terukur daat diatasi oleh metode hujan IER (Uniadi, 5). Dalam enelitian Uniadi (5) ola agihan menggunakan metode Alternating Block Method (ABM). Pada enelitian ini akan dikembangkan

5 erhitungan banjir rancangan dengan metode HS IER dan ola agihan IER. TUJUAN PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk mendaatkan cara erhitungan banjir rancangan dengan metode IER. Dimana metode IER digunakan untuk mendaatkan hujan efektif dari data hidrograf. Dari hujan IER digunakan untuk menurunkan HS IER dan ola agihan IER. Hasil enelitian diharakan daat memberikan suatu alternatif emilihan erhitungan banjir rancangan dengan metode HS sesuai data yang dimiliki (khususnya data hidrograf) dan teat dalam eneraan tana mengurangi kualitas hasil rancangan. METODE PENELITIAN Lokasi enelitian Lokasi enelitian terdiri dari Sub DAS Bojongloa dan Sub DAS Leuwigoong dengan didasarkan ada ketersediaan data yang dierlukan meliuti : a. Data AWLR sebagai data hidrograf banjir, rincian data daat dilihat ada Tabel. b. Data hujan harian maksimum tahunan untuk mendaatkan hujan DAS yang kemudian digunakan untuk menghitung hujan rancangan dengan metode analisis frekuensi. Data hujan DAS yang dieroleh dalam enelitian ini untuk Sub DAS Bojongloa sebanyak 4 data (987-) dan Sub DAS Leuwigoong sebanyak 8 data (99-999). c. Data banjir maksimum tahunan untuk mendaatkan banjir rancangan dengan metode analisis frekuensi. Data debit banjir yang dieroleh dalam enelitian ini untuk Sub DAS Bojongloa sebanyak 3 data (987- ) dan Sub DAS Leuwigoong sebanyak 6 data ( ). Tabel. Stasiun Pengukuran AWLR ada Lokasi Penelitian No Stasiun Sungai A (km ) Kejadian banjir (th.bl.hr) Jumlah Bojongloa Cimanuk 8,

6 Leuwigoong Cimanuk 77, Analisis Hujan Efektif IER Langkah kerja sebagai berikut. a. Data AWLR yang berua data elevasi muka air diubah menjadi debit dengan menggunakan ersamaan liku-kalibrasi (rating curve), sehingga dieroleh hidrograf debit. b. Kurva resesi ada hidrograf banjir digambar dengan skala semi logaritmik dieroleh besar konstanta resesi (K) terhada kemiringan kurva resesi sehingga dieroleh besar cutoff frequency ( f c ). c. Pemisahan komonen hidrograf banjir menjadi hidrograf baseflow dan HLL. d. Data HLL diergunakan untuk menghitung seri data hujan efektif IER ( rˆ (t) ) dengan menggunakan Persamaan 6, setelah dihitung koefisien AR ( a ) dengan i ersamaan matrik (Persamaan 5). Bagan Alir Penelitian Bagan alir enelitian secara jelas daat dilihat ada Gambar di bawah ini. Mulai Data Hujan Harian Maks. Tahunan Data AWLR Data Debit Maks. Tahunan Hujan DAS Hidrograf Banjir Analisis Frekuensi Pemisahan Hidrograf menjadi HLL Analisis Frekuensi Hujan Rancangan Hujan Efektif IER

7 Gambar. Bagan Alir Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Hujan Efektif IER Perkiraan hujan dengan menggunakan data hidrograf ada enelitian ini menghasilkan hujan IER. Tabel. Hasil Perhitungan IER Sub DAS Bojongloa Jam Data ke-/ Tanggal ke ,4,3,7,8,5,9,5,55,9,5,7,37 3,,3,,4,9,84,4,89 5,5 3,33 4,36 3,88 3,4 4,5,5,9 5,45,5 8,58 3,8 3,39 3,,4,46,5 6,6,7,67 4,76,7,8 9, 3,98,8 4,,59 3,8 4,38,9,56,78 3,9,,94,7,9 5,,4,,45,9,4,8 4,78,5 6,77,39,8,55,5,4,33,38 7,,3,6,7,37,5,3 8,7,,33,,4 9,3,3,33,9,3,5,4,6

8 , 3, 4,9 5,9 6,4 7, 8,9 Tabel 3. Hasil Perhitunngan IER Sub DAS Leuwigoong Jam Data ke ,3,78,8,,,,,,5,,48,8 3,35,9,,97,4,,3,45 3,4,95,68,86,3,44,9 3,7,9,3 4,8,88,8,5,7,37,7,33,7,7 5,,76,4,9,, 3,8,43, 6,7,98 3,69,,3,6,95,3,8 7,9,9,9,36,3 8,6,8,,33,3 9,,,6,8,,7,5,4,,7 Analisis Pola Agihan IER Pola agihan daat dieroleh dari distribusi hujan dengan durasi endek, seerti hujan jam-jaman. Hasil yang dieroleh dari enelitian ini berua hujan IER yang agihan ARR rerata untuk akan digunakan sebagai embanding dengan ola agihan IER rerata hasil analisis ada enelitian ini. Gambar ola agihan IER rerata dan ARR rerata daat dilihat ada Gambar 3. meruakan hujan durasi endek, Gambar 3 menunjukkan bahwa ola sehingga distribusi hujan IER daat diolah menjadi ola agihan hujan IER. Pola agihan IER rerata relatif miri atau berimit dengan ola agihan ARR rerata, agihan hujan yang dieroleh ada sehingga ola hujan IER yang dihasilkan enelitian ini adalah ola agihan rerata dari data Sub DAS Bojongloa dan Sub memiliki ola yang sama dengan hujan terukur. Pola agihan hujan digunakan DAS Leuwigoong. untuk mengagihkan hujan rancangan Pada enelitian ini digunakan ula hasil enelitian Titiek (5) yang berua ola yang berua hujan harian menjadi hujan dengan durasi endek.

9 % P 5 4 IER rerata 3 Bojongloa ARR rerata Bojongloa % Waktu % P 5 4 IER rerata 3 Leuwigoong ARR rerata Leuwigoong % Waktu Gambar 3. Pola Agihan IER dan ARR Analisis HS IER Dalam enelitian ini juga dihitung HS ARR Penelitian ini menggunakan HS terukur rerata (observed rainfall) sebagai dengan metode Collins dari data IER menjadi HS IER. Hasil HS IER tia kejadian dari beberaa kasus banjir dirata-ratakan menjadi HS IER rerata. embanding. Hasil erhitungan HS IER rerata HS ARR rerata Sub DAS Bojongloa dan Sub DAS Leuwigoong daat dilihat ada Gambar 4 dibawah ini : 5 5 HS IER Bojongloa HS ARR Bojongloa HS IER Leuwigoong HS ARR Leuwigoong UH UH Jam ke Jam ke- Gambar 4. Pola Agihan IER dan ARR Analisis Banjir Rancangan dieroleh dengan menggunakan metode Hujan rancangan yang dieroleh dari oligon Thiessen. Pada enelitian ini analisis frekuensi data hujan DAS yang erhitungan hujan rancangan untuk kala

10 ulang 5 dan tahunan, hasil daat dilihat ada Tabel 4. Tabel 4. Hujan Rancangan Hasil Analisis Frekuensi No. Sub-DAS P T (mm) Keterangan P 5 P Bojongloa 7 75 Normal Leuwigoong 6 64 Normal Banjir rancangan dengan hasil analisis frekuensi daat dilihat ada Tabel 5. Tabel 5. Banjir Rancangan Hasil Analisis Frekuensi No. Sub-DAS Q T (m 3 /s) Distribusi Data Q 5 Q Bojongloa 3 5 Log Normal Leuwigoong Log Pearson III Durasi hujan erlu diketahui untuk didekati dengan waktu konsentrasi (t c ). erkiraan banjir rancangan, durasi hujan Hasil erhitungan ada Tabel 6 Tabel 6. Baseflow Rerata dan Durasi Hujan Luas Sub-DAS No. Sub-DAS (km ) Q b Durasi Hujan (m 3 /s) (jam) Bojongloa 8,9,78 5 Leuwigoong 77,75,8 9 Banjir rancangan daat dihitung dengan Persamaan 9 di bawah ini : m n m= Q = P U + Q (9) n dimana : Q n Q b m k b : banjir rancangan (m 3 /s), : baseflow (m 3 /s), P U : hujan efektif, : ordinat HS,

11 k m : jumlah ordinat HS, : jumlah eriode hujan. Hasil banjir rancangan dengan metode HS IER rerata dan metode HS ARR rerata tia kala ulang daat dilihat ada Gambar 5 dan Gambar 6. Sub DAS Bojongloa 6 4 Q5(IER) Q5(ARR) Q (m3/s) Jam ke Q (m 3 /s) Sub DAS Bojongloa Q(IER) Q(ARR) 3 Jam ke- Gambar 5. Banjir Rancangan Sub DAS Bojongloa Sub DAS Leuwigoong Q5(IER) 4 Q (m 3 Q5(ARR) /s) 3 3 Jam ke- Sub DAS Leuwigoong 7 6 Q(IER) 5 4 Q(ARR) Q (m 3 /s) 3 3 Jam ke- Gambar 6. Banjir Rancangan Sub DAS Leuwigoong Tabel 7. Prosentase Kesalahan Relatif Sub DAS Bojongloa Pola Agihan dan HS Q 5 Q % Q 5 % Q IER ARR 3 36

12 AF 3 5 IER Leuwigoong ARR AF AF = Analisis Frekuensi Kriteria statistik dierlukan untuk mengetahui tingkat kesesuaian antara banjir rancangan dengan metode analisis frekuensi dengan banjir rancangan dengan metode HS IER mauun ARR. Kesalahan relatif dihitung dengan Persamaan 8, hasil erhitungan daat dilihat ada Tabel 7 di bawah ini. Pada Gambar 5 dan Gambar 6 terlihat bahwa hidrograf banjir rancangan untuk IER mauun ARR relatif berimit. Hal tersebut menunjukkan bahwa hidrograf banjir yang disebabkan oleh hujan IER KESIMPULAN Dari hasil analisis yang dilakukan dalam enelitian ini daat diambil kesimulan bahwa sebagai berikut : Hidrograf banjir rancangan untuk IER mauun ARR relatif berimit, hal tersebut menunjukkan bahwa hidrograf banjir yang disebabkan oleh hujan IER menghasilkan hidrograf banjir yang sama dengan kondisi hidrograf banjir akibat hujan terukur. Dibandingkan dengan kondisi banjir aktual dari engamatan debit maksimun tahunan maka rosentase relatif kesalahan cuku baik. Hujan yang dieroleh dari data hidrograf dengan metode IER daat digunakan untuk memerkirakan banjir rancangan, menghasilkan hidrograf banjir yang sama dengan kondisi hidrograf banjir akibat hujan terukur. Bila dibanding dengan kondisi aktual dari engamatan debit setelah dianalisis frekuensi maka relatif kesalahan cuku baik karena kurang dari %. Dari hasil analisis yang dilakukan dalam enelitian ini menunjukkan bahwa hujan yang dieroleh dari data hidrograf dengan metode IER daat digunakan untuk memerkirakan banjir rancangan. Baik untuk menurunkan HS IER mauun ola agihan hujan IER. baik itu untuk menurunkan HS IER mauun ola agihan hujan IER. Metode Inversely Estimated Rainfalls (IER) daat diergunakan untuk memerkirakan banjir rancangan. DAFTAR PUSTAKA Cryer, J.D., 986, Time Series Analysis, Duxbury Press, Boston Sujono, J., 3, Parameter Identification and regionalization of Unit Hidrograh and Storage Fuction Model in Troical River Basin, Thesis, Deartement of Bioroduction Enviromental Science Graduate School of Bioresource and Bioevironmental Sciences, Kyushu University, Fukuoka, Jaan

13 Sobriyah, 3, Pengembangan Model Perkiraan Banjir Daerah Aliran Sungai Besar dari Sintesa Beberaa Persamaan Terilih, Desertasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta Titiek, W., 5, Analisis Agihan Hujan Berdasarkan Data Hidrograf, Sekolah Pascasarjana, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta Uniadi, M., 5, Penurunan Hidrograf Satuan Tana Data Hujan, Sekolah Pascasarjana, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta