PREDIKSI KEKERINGAN DENGAN METODE STANDARDIZED PRECIPITATION INDEX (SPI) PADA DAERAH ALIRAN SUNGAI WURYANTORO KABUPATEN WONOGIRI SKRIPSI

Transkripsi

1 PREDIKSI KEKERINGAN DENGAN METODE STANDARDIZED PRECIPITATION INDEX (SPI) PADA DAERAH ALIRAN SUNGAI WURYANTORO KABUPATEN WONOGIRI Drought Prediction with Standardized Precipitation Index (SPI) in Wuryantoro Watershed District Wonogiri SKRIPSI Disusun sebagai Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun oleh : RIYAN ARDIPUTRO I PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016

2 PENGESAHAN SKRIPSI PREDIKSI KEKERINGAN DENGAN METODE STANDARDIZED PRECIPITATION INDEX (SPI) PADA DAERAH ALIRAN SUNGAI WURYANTORO KABUPATEN WONOGIRI DROUGHT PREDICTION WITH STANDRDIZED PRECIPITATION INDEX (SPI) IN WURYANTORO WATERSHEED DISTRICT WONOGIRI Disusun Oleh RIYAN ARDIPUTRO I Telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta pada : Hari : Kamis Tanggal : 21 Januari 2016 Nama/NIP Tim Penguji Tanda Tangan 1. Dr Ir. Rr. Rintis Hadiani, MT Setiono, ST, MSc Ir. Suyanto, MM Ir. Solichin, MT Disahkan, Tanggal :.. Kepala Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS Wibowo, ST, commit DEA to user NIP

3 HALAMAN PERSETUJUAN PREDIKSI KEKERINGAN DENGAN METODE STANDARDIZED PRECIPITATION INDEX (SPI) PADA DAERAH ALIRAN SUNGAI WURYANTORO KABUPATEN WONOGIRI (Drought Prediction with Standardized Precipitation Index SPI in Wuryantoro Watershed District Wonogiri) Disusun Oleh : RIYAN ARDIPUTRO NIM I SKRIPSI Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Dosen Pembimbing I Persetujuan : Dosen Pembimbing II Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, MT. Setiono, ST, M.Sc. NIP NIP

4 KATA PENGANTAR Puji Syukur atas rahmat, hidayah, dan pertolongan Allah SWT, sehingga penyusun dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul Prediksi Kekeringan dengan Metode Standardized Precipitation Index (SPI) pada Daerah Aliran Sungai Wuryantor Kabupaten Wonogiri guna memenuhi syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Dari Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penyusun mendapat bantuan dari segala pihak dalam proses penyusunan skripsi ini sehingga berbagai kendala dapat diatasi. Oleh karena itu penyusun ingin memberikan penghargaan dan mengucapkan terima kasih kepada : 1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, 2. Bapak Wibowo, S.T, DEA. Ketua Progran Studi Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret Surakarta, 3. Ibu Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiyani, MT., selaku Dosen Pembimbing I, 4. Bapak Setiono, ST, MSc., selaku Dosen Pembimbing II, 5. Fajar Sri Handayani, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik, 6. Dosen Pengajar, staf pengajaran, staf perpustakaan, staf laboratorium, dan karyawan di lingkungan Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret, 7. Ibu, Ayah, Adik-adik, dan keluarga di rumah. 8. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil Non Reguler Angkatan 2013, dan semua pihak yang telah membantu secara langsung maupun tidak langsung yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Penyusun menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Kritik dan saran yang konstruktif penyusun harapkan untuk kesempurnaan skripsi ini dan semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi yang memerlukan. Surakarta, Januari 2016 Penyusun ix

5 MOTTO Hai orang-orang yang beriman, mintalah pertolongan (kepada Allah) dengan Sabar dan Shalat. Sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar. (Q.S. Al- Baqarah: 153). Menggapai mimpi diperlukan usaha, doa dan kepercayaan. Karena tidak ada usaha dan doa yang tidak membuahkan hasil apabila kita percaya. Harga kebaikan manusia adalah diukur menurut apa yang telah dilaksanakan / diperbuatnya. ( Ali Bin Abi Thalib ) Tugas kita bukanlah untuk berhasil. Tugas kita adalah untuk mencoba, karena didalam mencoba itulah kita menemukan dan belajar membangun kesempatan untuk berhasil Pemenang menganganggap kegagalan itu hal yang biasa, karena orang yang tidak pernah gagal berarati dia tidak melakukan hal apa-apa Yang hebat didunia ini bukanlah tempat dimana kita berada Melainkan arah yang kita tuju. (Oliver Wendell Holmes) iv

6 PERSEMBAHAN ALLAH SWT yang Maha kuasa dan Maha penyayang kepada seluruh umat- Nya hingga akhir zaman, Maha pemberi pengetahuan serta Maha Pembolakbalik kehidupan, yang selalu memberikan kekuatan, kelancaran serta kemudahan dalam menyelesaikan Skripsi ini, Sri Sugiharyati, Ibu yang telah membesarkanku dan mengajarkan arti kehidupan yang sesungguhnya. Terima kasih telah mengajarkkan, membimbing agar saya menjadi manusia yang lebih baik, serta usaha kerasnya dalam hidup untuk melihat anak-anaknya tumbuh besar dan jadi orang besar kelak, Edi Sutrisno, Ayah yang telah menunjukkan segala kesalahan hidupnya untuk terus saya jadikan cermin besar agar menjadi pria yang lebih baik. Irsidela Karima, Adikku tersayang. Terima kasih atas doa dan dukungan yang selalu mengalir deras dari kamu, Keluarga di Banjarnegara dan Solo yang telah banyak mendukung, mendoakan, serta membantu dalam segala hal. Terima kasih atas segalanya, Dr. Ir. RR Rintis Hadiani, MT dan Setiono, ST, MSc. Terima kasih banyak atas segala ilmu dan bimbingannya, terima kasih juga atas kesabarannya dalam membimbing saya selama ini hingga saya bisa mendapatkan gelar Sarjana Teknik. Lativah Nurul V, terimakasih banyak atas segala do a, support, dan motivasi yang telah kamu berikan. Hanif Satria Wardanu, Nuansah Fidiawan, Doddy Setyadi. Terima Kasih atas segala canda, tawa, ilmu, dan segala mimpi yang sudah kita toreh bersama. Sejauh apapun saya pergi, sejauh apapun saya bertualang pasti pada akhirnya balik cerita ke kalian. Terima kasih telah menjadi sahabat dari semester 1 sampai semester terakhir. Semoga menjadi sahabat selamanya. v

7 Tim Klan Air, Teman-teman satu perjuangan, satu visi dan misi, satu kelompok skripsi yang terdiri dari, Sigit Nur Waskito, Julian Wahyu P., Hanif Satria Wardanu, Virdya Nurlalily A., dan Nuansah Fidiawan yang telah bersama-sama dalam suka maupun duka, penuh perjuangan dalam menyusun skripsi ini. Gembus Group, yang saya tidak bisa sebutkan satu per satu. Terimakasih selama ini sudah menjadi teman-teman yang selalu saling support, saling bantu, saling menguatkan, berjuang bersama dalam meraih cita-cita. Tetap kompak dan solid. Sukses untuk kalian semua. Rekan-rekan Teknik Sipil Non-Reg Angkatan Terima kasih sudah menjadi keluarga baru bagi saya. Sukses untuk kalian semua.. See you on top guys! We will be there TOGETHER!! Terima kasih untuk semua pihak yang membantu dalam mengerjakan skripsi hingga selesai. Terima kasih Universitas Sebelas Maret dan Kota Surakarta untuk semua keceriaan, kesedihan, perjuangan, pengalaman, dan kenangan. vi

8 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii MOTTO & PERSEMBAHAN... iv ABSTRAK... vii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR PUSTAKA... xvi DAFTAR LAMPIRAN... xvii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 3 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Landasan Teori Data Curah Hujan DAS (Daerah Aliran Sungai) Analisis Konsistensi atau Uji Kepanggahan Hujan Wilayah x

9 Simulasi Perhitungan Hujan Jaringan Syaraf Tiruan Jaringan Syaraf Backpropagation Standardized Precipitation Index (SPI) Indeks Ketajaman Standardized Precipitation Index (SPI) Evapotranspirasi Potensial Perhitungan Debit Simulasi Bulanan Metode Mock Debit Andalan dan Debit Normal (Q 80 dan Q 50 ) Perhitungan Ambang Batas (Threshold) Perhitungan Defisit dan Durasi Kering Perhitungan Indeks Kekeringan Hidrologi (IKH) Derajad Ketajaman Kekeringan berdasarkan IKH BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Lokasi Penelitian Metode Penelitian Alat yang Digunakan Tahapan Penelitian Pengumpulan Data Perhitungan Hujan Wilayah Bulanan Perhitungan Indeks Kekeringan SPI Historis Algoritma Pemodelan Backpropagation Perhitungan Indeks Kekeringan SPI Prediksi Perhitungan Indeks Kekeringan Hidrologi (IKH) Prediksi Diagram Alir Penelitian Langkah-langkah Perhitungan Hujan Wilayah Bulanan Algoritma Model Jaringan Syaraf Tiruan BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Uji Kepanggahan Data xi

10 Uji Kepanngahan Metode RAPS Uji Kepanggahan Metode Kurva Massa Ganda Perhitungan Hujan Wilayah Perhitungan Indeks Kekeringan dan Indeks Ketajaman SPI Historis Analisis Prediksi Kekeringan Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan dengan Metode Backpropagation Validitas Data Simulasi Perhitungan Prediksi Kekeringan dan Indeks Ketajaman SPI Evapotranspirasi Potensial Perhitungan Debit Simulasi Metode Mock Data Curah Hujan Evapotranspirasi Terbatas Keseimbangan Air di Permukaan Tanah (Water Balance) Aliran dan Penyimpanan Air dalam Tanah Debit Simulasi Rekapitulasi Debit Simulasi Bulanan Metode Mock DAS Wuryantoro Tahun Perhitungan Ambang Batas Q 50 dan Q Perhitungan Defisit dan Durasi Kekeringan Perhitungan Indeks Kekeringan Hidrologi (IKH) Perhitungan IKH 1 (Defisit Maksimal) Tahun Perhitungan IKH 2 (Defisit Total) Tahun Derajad Ketajaman Kekeringan Berdasarkan IKH Verifikasi Prediksi Indeks Ketajaman Kekeringan SPI dengan Ketajaman Berdasar IKH BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran xi

11 DARTAR GAMBAR Gambar 2.1. Gambar Poligon Thiessen DAS Wuryantoro Gambar 2.2. Arsitektur Layar Tunggal Gambar 2.3. Arsitektur Layar Jamak Gambar 3.1. Lokasi Penelitian Gambar 3.2. Peta DAS Wuryantoro Gambar 3.3. Diagram Alir Penelitian Gambar 3.4. Diagram Alir Perhitungan Hujan Wilayah Gambar 3.5. Algoritma Pemodelan Jaringan Syaraf Tiruan (JST) Gambar 4.1. Kurva Massa Ganda Sta Wuryantoro (114b) Gambar 4.2. Poligon Thiessen DAS Wuryantoro Dengan Tiga Stasiun Hujan Gambar 4.3. Artificial Neural Network untuk Prediksi Curah Hujan Gambar 4.4. Neural Network Training (nntraintool) Gambar 4.5. Grafik Hasil Simulasi Curah Hujan Bulanan Tahun pada DAS Wuryantoro Gambar 4.6. Grafik Hasil Prediksi Curah Hujan Bulanan Tahun pada DAS Wuryantoro Gambar 4.7. Grafik Hasil Training Curah Hujan Bulanan Tahun pada DAS Wuryantoro Gambar 4.8. Perhitungan Evapotranspirasi Potensial menggunakan Program CROPWAT Gambar 4.9. Grafik Ambang Batas Tahun xv

12 DARTAR TABEL Tabel 2.1. Novelty Penelitian Mengenai Indeks Kekeringan dan Prediksi... 5 Tabel 2.2. Nilai Kritik Q dan R... 9 Tabel 2.3. Kriteria Ketajaman Kekeringan Berdasar Nilai SPI Tabel 4.1. Uji Kepanggahan Metode RAPS Sta Wuryantoro (114b) Tabel 4.2. Hasil Uji Kepanggahan Metode RAPS Tabel 4.3. Uji Kepanggahan Metode Kurva Massa Ganda Sta Wuryantoro (114b). 40 Tabel 4.4. Data Hujan Bulanan Tahun 2003 untuk Sta Manyaran (114 a), Wuryantoro (114b), dan Kedunguling (114f) Tabel 4.5. Data Hujan Bulanan Wilayah pada Bulan Januari Tahun Tabel 4.6. Indeks Kekeringan dan Indeks Ketajaman Kekeringan berdasar SPI pada tahun Tabel 4.7. Data Curah Hujan Bulanan DAS Wuryantoro Tahun Tabel 4.8. Curah Hujan Bulanan Hasil Simulasi DAS Wuryantoro Tahun Tabel 4.9. Perhitungan Indeks Kekeringan dan Indeks Ketajaman Kekeringan berdasar Metode SPI Tahun Tabel Perhitungan Indeks Kekeringan dan Indeks Ketajaman Kekeringan berdasar Metode SPI Tahun Tabel Perhitungan Indeks Kekeringan dan Indeks Ketajaman Kekeringan berdasar Metode SPI Tahun Tabel Perhitungan Indeks Kekeringan dan Indeks Ketajaman Kekeringan berdasar Metode SPI Tahun Tabel Data Klimatologi Rerata Selama 10 tahun Terakhir Tabel Rekapitulasi Konfersi Satuan untuk Evapotrasnpirasi Potensial Tabel Perhitungan Debit Simulasi dengan Metode Mock Tahun Tabel Rekapitulasi Debit Simulasi Bulanan Metode Mock DAS Wuryantoro Tahun xiii

13 Tabel Perhitungan Ambang Batas Q 50 dan Debit Andalan Tahun Tabel Defisit dan Surplus Bulanan Tahun Tabel Defisit dan Durasi Defisit Bulanan Tahun Tabel Rekapitulasi IKH 1 dan IKH 2 Tahun Tabel Derajad Ketajaman Kekeringan berdasar IKH Tahun Tabel Verifikasi SPI dengan IKH xiv

14 ABSTRAK Riyan Ardiputro, Rr. Rintis Hadiani, Setiono, Prediksi Kekeringan dengan Metode Standardized Precipitation Index (SPI) pada Daerah Aliran Sungai Wuryantoro Kabupaten Wonogiri. Skripsi. Program Studi Teknik Sipil. Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret. Surakarta. Perubahan cuaca dan iklim yang tidak menentu yang diakibatkan oleh pemanasan global dapat menimbulkan berbagai dampak negatif. Seperti durasi antara musim penghujan dan musim kemarau tidak seimbang dan musim kemarau yang berkepanjangan. DAS Wuryantoro yang terletak di Kabupaten Wonogiri Jawa Tengah mempunyai kondisi geografis berupa tanah kapur. Jenis tanah ini sulit untuk meresapkan air ke dalam tanah. Kondisi ini menjadikan wilayah Wonogiri rawan akan bencana kekeringan ketika musim kemarau tiba. Tujuan dari penelitian ini adalah (1) Mengetahui indeks kekeringan dan indeks ketajaman kekeringan metode Standardized Precipitation Index (SPI) di DAS Wuryantoro dan (2) Mengetahui prediksi kekeringan berdasarkan Metode Standardized Precipitation Index (SPI) jika diverifikasi dengan Indeks Kekeringan Hidrologi (IKH) berdasar debit pada tahun di DAS Wuryantoro. Tahapan penelitian dilaksanakan dengan mempersiapkan data curah hujan pada tahun , data klimatologi dan peta topografi. Perhitungan hujan wilayah menggunakan Metode Poligon Thieseen. Untuk hujan simulasi menggunakan metode Jaringan Syaraf Tiruan (JST) Backpropgation dengan Matlab. Indeks kekeringan dan indeks ketajaman kekeringan menggunakan Metode Standardized Precipitation Index (SPI). Hasil hujan simulasi digunakan untuk menghitung prediksi indeks kekeringan dan indeks ketajaman kekeringan Metode SPI. Dari hasil prediksi curah hujan juga digunakan untuk menghitung Indeks Kekeringan Hidrologi (IKH) berdasar debit Metode Mock. Derajad ketajaman kekeringan berdasar debit dijadikan sebagai verifikasi dengan hasil kriteria kekeringan SPI. Hasil dari analisis ini diperoleh bahwa indeks kekeringan dan indeks ketajaman kekeringan pada tahun mengalami kondisi normal dan tahun mengalami kondisi kering terutama pada bulan Juli sampai Oktober dengan indeks kekeringan -1,0131 sampai -1,2487. Prediksi kekeringan pada tahun 2015 sampai tahun 2018 mengalami kondisi Sangat Kering di bulan Juli-September dengan indeks kekeringan rata-rata -1,7907 sampai -1,8056, sementara kondisi kering terjadi pada bulan Juli dengan indeks kekeringan rata-rata -1,1265 sampai - 1,1584. Selebihnya bulan-bulan lainnya selama empat tahun tersebut mengalami kondisi normal. Dari hasil analisis dan prediksi antara Metode SPI dan IKH, hasil perhitungan kekeringan metode SPI hampir sama dengan derajad ketajaman kekeringan IKH berdasar debit yaitu pada pertengahan tahun selama 4 tahun mengalami kondisi Kering dan Sangat Kering. Selebihnya bulan-bulan lain mengalami kondsi normal dan basah. Kata Kunci: Indeks Kekeringan Hidrologi (IKH), Indeks Kekeringan, Indeks Ketajaman Kekeringan, Jaringan Syaraf Tiruan, Pediksi, Standardized Precipitation commit to Index user (SPI). vii

15 ABSTRACT Riyan Ardiputro, Rr. Rintis Hadiani, Setiono, Drought Prediction with Standardized Precipitation Index (SPI) Method in Wuryantoro Watershed District Wonogiri. Thesis. Department of Civil Engineering. Faculty of Engineering. Sebelas Maret University. Surakarta. Uncertaints climate change is caused by global warming can cause various negative impacts. Such as duration between the rainy season and dry season unbalanced and long dry season. Wuryantoro Watershed is located in Wonogiri, Central Java has the geographical conditions in the form limestone soil. That soil is difficult to infiltrate water into the ground. This condition is making Wonogiri at risk of droughtness when dry season. The purposes of this researchs are (1) to know the drought index and sharpness of the drought index based on Standardized Precipitation Index (SPI) Method in Wuryantoro s Watershed Wonogiri Regency and (2) to know the drought prediction based on Standardized Precipitation Index (SPI) Method if is verificated with classifications sharpnes drought IKH based on discharge in Stages of the research are carried out by preparing the rainfall data in , data climatology in and topographic maps. Calculate rainfall area using Thiessen Polygon method. For rainfall simulation using Artificial Neural Network (ANN) Backpropagation with Matlab software. The results of rainfall simulation used to calculate prediction index drought and index sharpness drought SPI method. The results of a prediction rainfall also used to calculate the Hydrology Drought Index (HDI) based discharge a method of a Mock. Classifications sharpnes drought based on discharge be used as the verification to drought index based on SPI. The result of analysis obtained that the drought index and sharpness drought index in 2003 to 2010 experienced normal condition, in 2011 to 2014 experience dry condition in July to October with average drought index -1,0131 to -1,2487. The drought prediction in 2015 to 2018 experienced very dry condition in Juli to September with average drought index -1,7907 to -1,8056. Meanwhile dry condition happened in July with average drought index -1,1265 to -1,1584. The other months for four the year the experience normal condition. From the results of the analysis and by prediction between SPI method and HDI method, the calculation on HDI almost the same the results the drought method SPI, In the middle of all four years the experience dry and very dry condition. The other months for four the year the experience normal condition and wet condition. Keywords : Hydrology Drought Index (HDI), Drought Index, Shrapness Drought Index, Artificial Neural Networks (ANN), Prediction, Standardized Precipitation Index (SPI). viii