PENURUNAN HUJAN EFEKTIF DARI DATA HIDROGRAF

Transkripsi

1 PENURUNAN HUJAN EFEKTIF DARI DATA HIDROGRAF Uniadi Mangidi Staf Pengajar Jurusan Teknik Siil Fakultas Teknik Universitas Haluoleo Jl. HEA.Mokodomit Kamus Hijau Bumi Tridharma Anduonohu Kendari 97 Abstract Effective rainfalls has an imortant role in redicting accurately the design of floods by using unit hydrograh. Conventionally, it can be gained from observed rainfall data which searated into two main comonents, namely effective rainfall and losses. The effective rainfall gives largest contribution to the stream flow. But in ractice, getting observed rainfall data is not an easy task. A number of roblem arises such as the availability and the quality of observed data. To overcome those roblems, an analysis of effective rainfall from hydrograh data (IER has been conducted. This study was done in six selected sub river basin of Cimanuk with various area of catchments. It located in west java rovince. The selection of catchments mainly considers its comleted data. This work begins with searating baseflow from hydrograh data which roduces direct runoff, comuting autoregressive coefficient from recession of direct runoff hydrograh (DRH. The relationshi of both autoregressive coefficient and the rising side of DRH will roduce effective rainfall. For testing the erformance of the result, the calculation of effective rainfall from observed ones was also done in two common methods, i.e. Ф-indeks (ARR-Ф and coefficient runoff (ARR-f The result of this study showed that effective rainfall from hydrograh data gives a more similar characteristic with ARR-f than ARR-Ф. It is due to assumtion of losses used both IER and ARR-f. but effective rainfall from both IER and ARR-f is more lausible because they consider the real rocess of losses as it is seen in Horton s infiltration curve. Key words : hujan efektif, hidrograf, koefisien autoregresif PENDAHULUAN Sistem daerah aliran sungai (DAS terdiri atas tiga bagian enting yaitu masukan (inut, oerator/sistem (transfer function dan keluaran (outut. Masukan utama ke dalam sistem DAS adalah hujan, keluaran dari sistem tersebut berua debit aliran sedangkan oerator adalah sistem DAS itu sendiri. Debit aliran yang keluar dari sistem sangat bervariasi seanjang tahun, tergantung ada hujan dan karakteristik DAS. Hujan meruakan faktor utama yang memengaruhi besarnya debit aliran di sungai. Berbagai fenomena banjir dan kekeringan sering terjadi mengikuti kejadian hujan. Mengingat entingnya hujan dalam berbagai analisis hidrologi maka dierlukan ketersediaan data hujan terukur dengan kualitas dan kuantitas yang baik. Umumnya Data hujan terukur dieroleh dari stasiun engukur curah hujan Hujan yang jatuh di DAS daat dibagi menjadi dua bagian enting, yaitu hujan efektif dan kehilangan (losses. Hujan efektif menemuh sungai dengan cara melimas diermukaan tanah sedangkan losses akan terinfiltrasi ke dalam tanah, sebagian menjadi air tanah sebagian lain menuju ke sungai sebagai baseflow. Dalam analisis aliran uncak, Hujan efektif memunyai eranan yang signifikan dalam memrediksi debit banjir rancangan dengan menggunakan metode hidrograf satuan. Uaya untuk memeroleh hujan efektif yang teliti terus dikembangkan, mulai dari yang sederhana samai yang komleks. Dalam raktek, rakiraan hujan efektif terukur dengan menggunakan metode konvensional tidak selalu daat dieroleh dengan mudah. Sejumlah masalah muncul, antara lain ketersediaan data hujan, variabilitas hujan dalam ruang dan waktu serta kondisi kelengasan DAS. Kekeliruan dalam menetakan hujan efektif akan menyebabkan kekeliruan akan hasil yang dieroleh. Yue dan Hashino (000 mengatakan bahwa salah satu enyebab ketidaktelitian hasil analisis banjir rancangan dengan menggunakan hidrograf satuan adalah endefinisian hujan efektif.

2 Untuk mengatasi ermasalahan tersebut, dikembangkan suatu metode rakiraan hujan efektif yang tidak mengandalkan ada data hujan terukur tetai dengan menggunakan data hidrograf. Pengunaan data hidrograf didasarkan kenyataan bahwa data ini meruakan hasil akhir dari keseluruhan roses yang terjadi di DAS, termasuk hujan efektif DAS. Hino dan Hasebe (98,98,986a juga telah mengembangkan suatu metode untuk memeroleh hujan efektif tana menggunakan hujan terukur yang disebut metode rakiraan balik (inversely estimated rainfall. Pada metode ini, komonen hujan efektif daat dihitung dari data hidrograf. Hasil unjuk kerja metode ini telah dilakukan ada sungai Omono dan Kanna di Jeang, dan terbukti memberikan hasil yang miri dengan hujan efektif terukur. HUJAN EFEKTIF TERUKUR Hujan efektif didefinisikan sebagian hujan yang tidak tertahan baik di ermukaan lahan mauun terinfiltrasi ke dalam tanah, hujan ini memberikan konstribusi menjadi limasan langsung (direct runoff ada suatu DAS (Chow dkk., 988. Pengertian hujan efektif terukur daat diartikan sebagai hujan efektif yang dieroleh dari hasil emisahan terhada data hujan terukur yaitu dengan mengurangkannya dengan losses. Losses itu sendiri menggambarkan kemamuan dari suatu DAS untuk menahan air, dimana komonen utamanya adalah infiltrasi dari hujan ke dalam tanah (soil storage. Berbagai metode emisahan hujan efektif yang telah dikembangkan dan sering digunakan dalam analisis antara lain metode Φ-indeks, koefisien runoff (f, kurva kaasitas infiltrasi Horton (McCuen, 998. Metode Φ-indeks didefinisikan sebagai laju losses konstan yang akan menghasilkan sebuah hyetograh hujan efektif dengan kedalaman hujan efektif total sama dengan kedalaman limasan langsung (Gambar a. Koefisien runoff didefinisikan sebagai rasio antara hujan terukur total dengan kedalaman limasan langsung terkait. Hujan efektif terukur dieroleh dengan menggalikan koefisien runoff dengan hujan terukur (Gambar b. Gambar c meruakan kurva infiltasi Horton, dimana losses tertinggi terjadi di awal hujan saat kondisi tanah masih relatif kering, selanjutnya semakin menurun akibat mulai terisinya butiran tanah. I t I t I t losses t (a (b (c Gambar. (a Ф-indeks, (b koefisien runoff, (c. kurva infiltrasi Horton HUJAN EFEKTIF DARI DATA HIDROGRAF Hidrograf aliran secara umum terdiri dari tiga komonen utama yaitu komonen limasan ermukaan (surface runoff, aliran antara (interflow dan aliran dasar (baseflow. Pada beberaa model hujan-aliran, ketiga komonen tersebut disederhanakan menjadi dua komonen saja, dimana aliran antara digabungkan dengan limasan ermukaan menjadi limasan langsung (direct runoff. Penyederhanaan ini didasari ada andaian bahwa keduanya masih tergolong dalam quick resonse DAS terhada masukan hujan (Sri Harto, 000. Proses untuk mendaatkan hujan efektif dari data hidrograf bukanlah hal yang mudah. Hal ini diakibatkan oleh roses infiltrasi sebenarnya meruakan roses yang sangat komleks dan bervariasi menurut waktu. Hino dan Hasebe (98, menjelaskan bahwa hubungan masukan dan keluaran ada sistem DAS daat diangga linier sedangkan enyebab utama ketidaklinearan dari keseluruhan sistem hidrologi diakibatkan oleh roses emisahan hujan ke dalam subsistemsubsistemnya. Oleh karena itu, komonen hujan daat dihitung balik (inversely estimated rainfall dari data hidrograf.

3 Hino dan Hasebe (98,98,986a telah melakukan analisis untuk memeroleh hujan efektif dari data hidrograf dengan metode inversely estimated rainfall. Metode ini telah dialikasikan ada dua sungai di Jeang yaitu sungai Omono dan Kanna. Dari hasil analisis tersebut terlihat adanya kemirian ada karakteristik hujan efektif yang dihasilkan jika dibandingkan dengan hujan efektif terukurnya. Metode untuk memeroleh inversely estimated effective rainfall (IER daat dilakukan dengan menggunakan model ARX (Hino dan Hasebe, 98a. Rumusan dari model ARX diberikan ada ersamaan berikut: xi b dengan : b ( l ( q... ( i a q i i a q a qi λ a i (l a a a... a = faktor konversi satuan, (λ = A/.6 = koefisien autoregresif, FILTER SEPARATION AUTOREGRESSIVE METHOD x i q i A ( = inversely estimated rainfall (mm/jam, = limasan langsung (m /detik, = orde autoregresif. = luas DAS. Menurut Hino dan Hasebe, (986a Filter searation autoregressive (FSA daat digunakan untuk memisahkan hidrograf aliran menjadi dua komonen, yaitu komonen aliran eriode endek (limasan langsung dan komonen aliran eriode anjang (aliran dasar. Pemisahan komonen aliran tersebut memerlukan arameter cutoff frequency (f c yang daat ditentukan dengan menggunakan grafik semi-logaritmik ada kurva resesi (Sujono, 00. Untuk memeroleh cutoff frequency terlebih dahulu menentukan kemiringan kurva resesi, sebagaimana yang telah diusulkan Linsley dkk (98 ada Persamaan berikut. t Qt Qo K ( Persamaan ini daat disederhanakan sehingga dieroleh hubungan f c dan konstanta resesi (K sebagaimana tertera ada Persaman dan berikut ini. K f c ln(k f e c ( ( Aabila nilai f c telah didaat maka arameter cutoff frequency (c 0 dan c daat dieroleh melalui Persamaan 5 dan 6 berikut (Hino dan Hasebe, 98, 986a dan 986b. c 0 ( / Tc ( / Tc (5 c (6 dengan : δ = faktor daming (δ >, maka T c =/f c, T c = waktu resesi. Selanjutnya dari arameter cutoff frequency yang telah didaat, maka aliran dasar q (l (t daat dihitung menggunakan Persamaan 7, 8 dan 9 berikut ini(hino dan Hasebe, 98, 986a dan 986b. N q ( t k ( w q k ( t k (7 dengan w k h( k. t, (k = 0,,,...,N, w k = low-frequency ass filter, ω = faktor embobot (weighting factor. 0,5 0, 5 untuk τ 0, h( co ex( 0,5. c. sinh (0,5. c c0. /(0,5. c c0 (8 untuk τ < 0, h(τ = 0 (9 Jika aliran dasar q ( (t telah diketahui maka limasan langsung q ( (t daat dihitung dengan menggunakan Persamaan 0 berikut (Hino dan Hasebe, 98, 986a dan 986b. ( ( ( q ( t q( t q ( t, q ( t 0 (0

4 METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan ada beberaa sub DAS Cimanuk (Gambar di Pro. Jawa Barat meliuti sub DAS Cieles-Sukatali (A = 86 km, sub DAS Bantarmerak (A = 0 km, sub DAS Leuwidaun (A = 5,6 km, sub DAS Leuwigoong (A = 77,75 km, sub DAS Damkamun (A = 60,5 km dan sub DAS Bojongloa (A = 8,9 km. Pemilihan sub DAS Cimanuk di atas didasarkan ada ketersediaan dan kelengkaan data yang dierlukan. Penelitian dimulai dengan mengumulkan dan memilih data hidrograf banjir yang memenuhi kriteria. Selanjutnya memisahkan aliran dasar dari hidrograf aliran dengan menggunakan filter searation autoregressive method hingga dieroleh hidrograf limasan langsung, kemudian berdasarkan ordinat sisi naik dari limasan langsung dilakukan analisis dengan menggunakan ersamaan model ARX sehingga dieroleh hujan efektif. Beberaa kriteria yang harus dienuhi meliuti:. memilih hidrograf banjir beruncak tunggal, hal ini dimaksudkan untuk memudahkan dalam analisis,. diilih kasus banjir dengan debit uncak yang relatif cuku besar, minimal dengan kala ulang lebih besar tahun. Persyaratan ini diambil karena dalam keerluan raktis besarnya kala ulang untuk erancangan bangunan hidraulik ada umumnya lebih besar dari tahunan. Prosedur erhitungan untuk memeroleh hujan efektif dari data hidrograf dilakukan dengan mengikuti langkah-langkah berikut:. menggambarkan sisi resesi dari hidrograf banjir di atas kertas semi-logaritmik, dimana ordinat (debit dalam skala logaritma, kemudian membuat garis lurus yang melalui titik-titik resesi tersebut,. berdasarkan garis lurus yang terbentuk, dihitung nilai konstanta resesi, cutoff frequency dan waktu resesi dengan menggunakan Persamaan, dan,. dengan menggunakan cutoff frequency yang telah didaat maka arameter cutoff frequency (co dan c daat dihitung dengan menggunakan Persamaan 5 dan 6,. berdasarkan co dan c tersebut diatas, maka aliran dasar dan limasan langsung daat dihitung dengan menggunakan Persamaan 7 dan 0, 5. menghitung koefisien korelasi dan autoregresif dengan menggunakan sisi resesi dari hidrograf limasan langsung yang telah dieroleh, 6. selanjutnya dengan menggunakan koefisien autoregresif di atas dan ordinat sisi naik dari limasan langsung, maka hujan efektif daat dieroleh dengan menggunakan Persamaan. Hasil hujan efektif tersebut, kemudian dibandingkan dengan hujan efektif terukur dengan menggunakan metode koefisien runoff (ARR-f dan Ф-indeks (ARR-Ф, Sub DAS Cieles-Sukatali Sub DAS Leuwigoong Sub DAS Bantarmerak Sub DAS Damkamun Sub DAS Bojongloa Sub DAS Leuwidaun Stasiun AWLR Stasiun ARR Laut Jawa Kertasmaya Jatiwangi Monjot Sukatali Damkamun Bantarmerak Ciasang Leuwigoong Leuwidaun Bojongloa Gambar. Lokasi enelitian

5 HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil analisis hujan efektif dari data hidrograf yang dilakukan ada setia kasus banjir memberikan karakteristik hujan (intensitas, durasi dan distribusi sebagaimana tertera ada Tabel berikut. Tabel. Hujan efektif dari data hidrograf (IER No Sungai Stasiun Kejadian banjir Hujan efektif dari data hidrograf (mm Jam - ke (tgl.bln.thn Cieles Sukatali Cilutung Bantarmerak Cimanuk Leuwidaun Cimanuk Leuwigoong Hilir Cilutung Damkamun Cimanuk Bojongloa Hulu Tabel menunjukkan bahwa karakteristik hujan efektif mengikuti kurva sisi naik dari hidrograf limasan langsung. Hal ini mengandung engertian bahwa setia hujan yang jatuh akan memberikan konstribusi ada limasan langsung dengan intensitas yang berbeda-beda. Karakteristik hujan dari data hidrograf ada Tabel di atas selanjutnya dibandingkan dengan karakteristik hujan efektif terukur dengan ARR-f dan ARR-Ф. Gambar berikut ini meruakan contoh hasil erbandingan karakteristik hujan. 5

6 Hujan efektif (mm Hujan efektif (mm 0 Waktu (jam-ke IER ARR-f Waktu (jam-ke IER ARR-Φ Gambar. Karakteristik IER, ARR-f dan ARR-Ф sub DAS Bojongloa (banjir..8 Gambar menunjukkan bahwa karakteristik hujan dari data hidrograf lebih miri dengan karakteristik ARR-f dariada ARR-Φ. Kemirian yang terjadi disebabkan karena seluruh hujan yang jatuh di DAS diangga memberikan kontribusi ada limasan langsung dengan intensitas yang berbeda-beda. Hal ini sesuai dengan hasil enelitian laangan yang dilakukan oleh Horton (99, dimana dari kurva infiltrasi Horton terlihat bahwa losses tidak terjadi secara konstan selama hujan tetai terjadi secara gradual dimana losses tertinggi terjadi diawal hujan saat kaasitas infiltrasi masih besar. sedangkan losses berikutnya akan semakin mengecil mengikuti kaasitas infiltrasi, akibatnya seluruh hujan yang jatuh akan memberikan konstribusi terhada limasan langsung. Pada ARR-Ф hujan efektif yang memberikan konstribusi ada limasan langsung hanyalah hujan dengan intensitas yang lebih besar dari nilai Ф-indeks, sedangkan hujan dengan intensitas lebih kecil dari Ф-indeks diangga sebagai losses, dimana losses ditetakan terjadi secara konstan seanjang terjadinya hujan. Hal ini tentu saja bertentangan dengan kondisi laangan sebagaimana ditunjukkan ada hasil enelitian Horton. KESIMPULAN Berdasarkan hasil enelitian dan embahasan dieroleh beberaa kesimulan berikut ini.. Hujan efektif daat dieroleh dari data hidrograf sehingga berbagai kendala yang sering dihadai dalam menurunkan hidrograf satuan suatu DAS seerti ketersediaan dan kualitas data hujan terukur, daat diatasi,. Karakteristik hujan dari data hidrograf seerti intensitas, durasi dan distribusi lebih miri dengan karakteristik hujan efektif terukur dengan metode koefisien runoff (ARR-f dariada dengan metode Ф-indeks (ARR-Φ. Hal ini disebabkan oleh interretasi terhada losses yang terjadi di DAS.. Pada ARR-f, seluruh hujan yang jatuh di DAS diangga ikut memberikan konstribusi ada limasan langsung dengan intensitas yang berbeda-beda tergantung ada ersentase teta dari hujan, sedangkan ada ARR Ф-indeks hanya hujan dengan intensitas yang lebih besar dari Ф- indeks yang akan memberikan konstribusi ada limasan langsung dan hujan yang lebih kecil dengan nilai Ф-indeks diangga tidak memberikan konstribusi ada limasan langsung, SARAN. Analisis hujan efektif terukur dari data hidrograf erlu terus dilakukan dan diterakan ada DAS lain sehingga daat dieroleh suatu dengan membandingkan hasil banjir rancangannya dengan banjir rancangan hasil analisis frekuensi debit,. Penggunaan metode yang lain untuk memeroleh hujan efektif dari data hidrograf erlu dilakukan sehingga dieroleh embanding keakuratan dalam analisis, seerti least square dan linear rogramming.. Perlu dilakukan kajian tentang losses sehingga dieroleh suatu kurva emisahan hujan terukur yang daat digunakan untuk menghitung debit rancangan. 6

7 DAFTAR PUSTAKA Chow, V.T., Maidment, D.R., and Mays, L.W., 988, Alied Hydrology, McGraw-Hill International Editions, Singaore. Cryer, D.J., 986, Times Series Analysis, Duxury Press, Boston. Haan, C., 979, Statistical Methods in Hydrology, The Iowa State University Press/Ames. Hino, M., and Hasebe, M., 98, Analysis of Hydrologic Characteristics from Runoff Data a Hydrologic Inversely Problem, Journal of Hydrology, 9 : 87. Hino, M., and Hasebe, M., 98, Imrovement in the Inversely Estimation Method of Effective Rainfall from Runoff, Journal of Hydrology, 8:7 7. Hino, M., and Hasebe, M., 986, Searation of a Storm Hydrograh into Run off Comonent by both Filter-Searation AR Method and Enviromental Isotoe Tracers, Journal of Hydrology, 85 : 5 6. Hino, M., and Hasebe, M., 986, Identification and Prediction of Nonlinear Hydrologic System by the Filter Searation Autoregressive (AR Method : Extension to Hourly Hydrologic Data, Journal of Hydrology, 68 :8 0. Linsley, R.K., Kohler, M.A., and Paulus, J.L.H., 98, Hydrology for Engineer, McGraw-Hill, New York. McCuen, R., 998, Hydrologic Analysis and Design, second edition, Prentice Hall, Uer Saddle River, New Jersey. Sri Harto Br., 000, Hidrologi : Teori, Masalah, Penyelesaian, Nafiri, Yogyakarta. Sujono, J., 00, Parameter Identification and Regionalization of Unit Hidrograh and Storage Function Model in Troical River Basins, Disertasi, Kyushu University, Jaan. Sujono, J., 998, Penurunan Hidrograf Satuan dengan Data Harian, Jurnal Media Teknik no. Tahun XX Edisi Februari, Fak. Teknik, UGM, Yogyakarta. Yue, S., and Hashino, M., 000, Unit Hydrograh to Model Quick and Slow Runoff Comonent of Streamflow, Journal of Hydrology, 7: