BAB V ANALISIS HIDROLOGI

Transkripsi

1 BAB V ANALISIS HIDROLOGI 5.1 HUJAN RERATA KAWASAN Dalam penelitian ini untuk menghitung hujan rerata kawasan digunakan tiga stasius hujan yang terdekat dari lokasi penelitian yaitu stasiun Prumpung, Brongang, dan Kemput yang terletak di Kecamatan Ngaglik. Data hujan yang digunakan menggunakan data hujan harian 15 tahun yang diperoleh dari Balai Besar Wilayah Sungai Opak Yogyakarta dari tahun 1994 sampai tahun Data hujan yang digunakan merupakan data hujan maksimal harian pada hari yang sama di setiap stasiun hujan yang dapat dilihat pada Tabel 5.1 sebagai berikut. Tabel 5.1 Data hujan harian tahunan antara tahun 1994 sampai 2008 Tahun Curah hujan maks (mm) Kemput Prumpung Brongang Tanggal Desember November November Febuari Desember Desember November November Desember Januari Desember Februari April Oktober April Pada data yang diperoleh terdapat data hujan pada stasiun dan periode tertentu yang tidak tercatat dikarenakan masalah yang dialami di lapangan pada periode tersebut. Untuk memperoleh data hujan yang hilang tersebut dapat dilakukan dengan koreksi berdasarkan data hujan dari beberapa stasiun di sekitarnya.

2 Pada perhitungan ini digunakan metode Reciprocal. Berikut perhitungan metode Reciprocal. p x = n p i i=1 2 L i 1 n i=1 2 L i (5.1) Dimana : Px = Data hujan yang hilang di stasiun x P1, P2, Pn = Data hujan di stasiun sekitarnya pada periode yang sama n L = Jumlah stasiun hujan di sekitar x = Jarak antar stasiun (km) Dengan jarak antar stasiun hujan dapat dilihat pada Tabel 5.2 sebagai berikut. Tabel 5.2 Jarak antar stasiun Stasiun Jarak antar Stasiun (Km) Kemput Prumpung Brongang Kemput Prumpung Brongang Setelah jarak antar stasiun diketahui maka data curah hujan yang hilang dapat dihitung. Sebagai contoh perhitungan digunakan pada stasiun Kemput periode tahun 1998, dengan perhitungan sebagai berikut. p x = 110,5 7, , , ,35 2 = 84,19 mm

3 Dengan cara yang sama diperoleh data curah hujan yang hilang sebagai berikut pada Tabel 5.3. Tabel 5.3 Data Curah Hujan Setelah Perbaikan Tahun Curah hujan maks (mm) Kemput Prumpung Brongang Setelah data hujan yang hilang tiap stasiun telah lengkap, maka dapat dihitung hujan kawasan yang terjadi pada Kampus Terpadu UII. Dalam perhitungan hujan kawasan terdapat tiga metode perhitungan yaitu metode rerata aritmatika (aljabar), metode Thiessen, dan metode Isohiet. Dalam penelitian ini digunakan metode Thiessen karena dapat memberikan data yang cukup akurat dikarenakan wilayah tangkapan hujan diwakili secara proposional oleh masing-masing alat penakar hujan. Dari data tiap stasiun dibuat skema tiap stasiun hujan, kemudian ditarik garis untuk mengghubungkan tiap-tiap stasiun lalu ditarik garis-garis sumbu tegak lurus terhadap garis penghubung antar stasiun hujan agar diperoleh luasan catchment area hujan kawasan yang diwakili tiap-tiap stasiun hujan sesuai dengan Metode Thiessen seperti pada Gambar 5.1 berikut.

4 U Gambar 5.1 Skema Hujan kawasan dengan Metode Poligon Thiessen Dari gambar di atas diperoleh luasan masing-masing area yang dapat dilihat pada Tabel 5.4 berikut. Tabel 5.4 Luasan area tangkapan hujan Stasiun Luas area (Km 2 ) Kemput 0.58 Prumpung 0.76 Brongang 0.57 Total 8.50 Dengan curah hujan dan luasan area yang telah diketahui maka dapat dihitung hujan harian maksimal tahunan menggunakan persamaan (3.1), sebagai berikut.

5 p = 12 x0, ,13 x 0, x 0,57 0,58 + 0,76 + 0,57 = 64,34 mm Dengan cara yang sama diperoleh hujan kawasan untuk Kampus Terpadu UII disajikan pada Tabel 5.5 sebagai berikut. Tabel 5.5 Hujan rata-rata kawasan Kampus Terpadu UII Tahun Hujan rerata (mm) Tanggal Desember November November Febuari Desember Desember November November Desember Januari Desember Februari April Oktober April 5.2 PENGUKURAN STATISTIK DATA HIDROLOGI Untuk mengetahui jenis distribusi yang akan digunakan, data hujan yang telah diperoleh tersebut diolah secara statistik untuk mencari nilai rerata, standar deviasi, derajat kemencengan (a), koefisien asimetri (C s ), koefisien kurtosis (C k ), dan koefisien variasi (C v ). Kriteria statistik tersebut digunakan untuk mengetahui jenis distribusi yang sesuai untuk analisis frekuensi hujan. Berikut perhitungan nilai parameter statistik yang diperoleh pada Tabel 5.6 sebagai berikut.

6 Tabel 5.6 Perhitungan parameter statistik hujan Tahun Hujan (x) (x-x ) (x-x ) 2 (x-x ) 3 (x-x ) Total Diperoleh rerata (x ) = 1231, Standar deviasi (s) = 1 n 1 3. Koefisien variasi (C v ) = s x = 0,29 4. Koefisien asimetri (C s ) = 5. Koefisien kurtosis (C k ) = = 82,12 mm n i=1 (x x )2 = 24,011 n (n 1)(n 2)s 3 n 2 (n 1)(n 2)(n 3)s 4 n i=1 (x x )3= 0,86 n i=1 (x x )4 = 5, PENENTUAN JENIS DISTRIBUSI Analisis distribusi hujan dilakukan untuk memperoleh probabilitas besaran hujan yang akan terjadi di waktu yang akan datang berdasarkan kejadian hujan yang telah lalu. Dengan anggapan bahwa sifat statistik kejadian hujan yang akan datang masih sama dengan sifat statistik kejadian hujan masa lalu. Analisis frekuensi ini dilakukan dengan menggunakan sebaran kemungkinan teori probability distribution dan sebaran yang biasa digunakan adalah sebaran

7 Gumbel, sebaran Log Pearson III, sebaran Normal dan sebaran Log Normal. Dengan syarat sebagai dan hasil dari perhitungan sebagai berikut. Tabel 5.7 Persyaratan parameter statistik untuk menentukan jenis distribusi No Distribusi Persyaratan Hasil Hitungan 1 (x ± s) = 68,27% 73,33% Normal (x ± 2s) = 95,44% 93,33% Cs 0 0,86 Ck 3 5,38 2 Cs = Cv Log Normal + 3Cv = 0,90 0,86 Ck = Cv 8 + 6Cv Cv Cv = 4,48 5,38 3 Cs = 1,14 0,86 Gumbel Ck = 5,4 5,38 4 Log Pearson III Selain dari nilai diatas Dari tabel diatas maka distribusi yang digunakan pada penelitian ini adalah distribusi Log Pearson III. Analisis distribusi Log Pearson III merupakan bentuk sebaran Log Pearson III yang merupakan hasil transformasi dari sebaran Pearson tipe III dengan menggantikan variat menjadi nilai logaritmik. Berikut perhitungan dengan metode Log Pearson III yang disajikan pada Tabel 5.8 sebagai berikut. Tabel 5.8 Hasil Perhitungan metode Log Pearson Tipe III Tahun Hujan (x) Y= log (x) (y-y ) (y-y ) 2 (y-y ) 3 (y-y )

8 Lanjutan Tabel 5.8 Tahun Hujan (x) Y= log (x) (y-y ) (y-y ) 2 (y-y ) 3 (y-y ) Total Dengan cara yang sama seperti pada perhitungan parameter statistik untuk metode Log Pearson III diperoleh nilai sebagai berikut. 1. Rerata (x ) = 1,90 2. Standar deviasi (s) = 0, koefisien variasi (Cv) = 0,07 4. koefisien asimetri (Cs) = -0,41 5. Koefisien kurtosis (Ck) = 5,43 Kemudian untuk mencari nilai hujan rancangan digunakan persamaan (3.10), sebagai berikut. Y Y K S Nilai K diperoleh berdasarkan nilai Cs dari hasil perhitungan dimana nilai diperoleh sebesar C s = -0,41 berada di antara -0,40 dan -0,50 sehingga perlu dilakukan interpolasi sebagai berikut. k 2tahun = (0,083 0,066)x0.1 + (0,066) = 0, Sehingga hujan rancangan 2 tahun sebagai berikut : Y2 tahun 1,90 (0,0677 x1,90) = 1,9058 P = anti log (1,9058)

9 = 80,51223 mm Dengan cara yang sama diperoleh hujan rancangan dengan Metode Log Pearson III kala ulang 2 dan 5 tahun disajikan pada Tabel 5.9 sebagai berikut. Tabel 5.9 Hujan rancangan kala ulang Tahun Y K Yn P (mm) KOEFISIEN LIMPASAN PERMUKAAN Air hujan yang jatuh ke permukaan tanah ada yang langsung masuk terserap ke dalam tanah dan ada juga yang tidak sempat masuk ke dalam tanah dan mengalir di atas permukaan tanah ke tempat yang lebih rendah. Faktor yang mempengaruhi masuknya air ke dalam tanah atau mengalir ke permukaan biasa disebut koefisien aliran permukaan. Koefisien aliran permukaan ialah fungsi dari tata guna lahan suatu kawasan, apabila suatu kawasan memiliki permukaan kedap air, seperti perkerasan aspal dan atap bangunan, maka akan menghasilkan aliran hampir 100% setelah permukaan menjadi basah yang artinya air langsung menggalir ke permukaan tanah tanpa terserap masuk ke dalam tanah. Untuk mengetahui koefisien limpasan suatu kawasan maka perlu diketahui terlebih dahulu luasan dan tata guna lahan kawasan tersebut. Berikut ini adalah kondisi daerah layanan saluran drainase di kawasan Kampus Terpadu UII yang disajikan pada Gambar 5.2 dan Gambar 5.3 sebagai berikut.

10 Gambar 5.2 Skema layanan saluran drainase U

11 Keterangan : : Arah aliran air U : Sungai 1-2 : Saluran drainase Gambar 5.3 Skema layanan saluran drainase existing kampus UII

12 Dari skema daerah layanan tiap-tiap saluran di atas untuk masing-masing saluran drainase melayani daerah-daerah dengan kondisi tata guna lahan yang berbedabeda yang dapat dilihat pada Tabel 5.10 sebagai berikut. Tabel 5.10 Perhitungan koefisien limpasan tiap-tiap daerah layanan saluran drainase No Saluran Luas Tata Guna Lahan Dari Ke (ha) C (A C) Gedung Book store Gedung Apotik Taman Dusun Lodadi Total Gedung Badan Wakaf Taman Total Gedung Markas Komando Gedung LEM Taman Total Gedung Mesjid Ulil Parkiran Total Parkiran Gedung Kedokteran Total Parkiran FPSB Gedung FPSB Total Gedung Masjid Ulil Parkiran Total Masjid Ulil Halaman terbuka Total C Kawasan

13 Lanjutan Tabel 5.10 No Saluran Tata Guna Lahan Luas (A C C (ha) ) Taman Gedung Playgrup Total Jalan Total Gedung Perpustakaan Pusat Taman Total Taman kosong Total Parkiran Gedung D3 Ekonomi Gedung FPSB Total Lapangan Bola Lahan Kosong Total Gedung FPSB Parkiran Total Jalan Gedung Taman Total Parkiran Gedung Lab Teknik Gedung Kedokteran Total Jalan Total Gedung GKU Taman Total Jalan Total C Kawasan

14 Lanjutan Tabel 5.10 No Saluran Luas Tata Guna Lahan Dari Ke (ha) C (A C) Lahan Pohon Total Parkiran FMIPA Jalan Total Gedung FMIPA Parkiran Lapangan Futsal Total Gedung FTI Parkiraan Total Parkiran Dusun Kimpulan Dusun Kopatan Total 142, Jalan Dusun Kimpulam Dusun Kopatan Total Jalan Total Gedung FTSP Total Jalan Total Jalan Total Jalan Total Jalan Total GOR Total GOR Parkir GOR Total C Kawasan

15 Lanjutan Tabel 5.10 No Saluran Luas Tata Guna Lahan Dari Ke (ha) C (A C) Lahan Kosong Paving Total Lahan Kosong Gedung Rusunawa Jalan Taman Total Jalan Total Gedung Bengkel UII Total C Kawasan KEMIRINGAN KAWASAN (SLOPE) Slope saluran adalah kemiringan tanah dari panjang saluran. Untuk mendapatkan nilai slope saluran diketahui panjang saluran dan elevasi tanah awal serta elevasi tanah akhir. Untuk mengetahui elevasi tanah diperoleh dari data gambar elevasi tanah Kampus Terpadu UII yang disajikan pada Tabel 5.11 sebagai berikut. Tabel 5.11 Kemiringan Saluran No Saluran Elevasi Ld Ke Dari Awal Akhir Sd

16 Lanjutan Tabel 5.11 No Saluran Elevasi Ld Ke Dari Awal Akhir Sd

17 Tabel 5.12 Kemiringan Lahan No Saluran Elevasi Ld Ke Dari Awal Akhir Sd

18 5.6 DEBIT BANJIR Perhitungan debit banjir menggunakan metode Rasional dengan persamaan sebagai berikut. Q = C x I x A (5.2) Untuk nilai C dan A dapat dilihat pada Tabel 5.11 sedangkan untuk nilai intensitas hujan dihitung menggunakan persamaan (3.17). Waktu konsentrasi suatu DAS adalah waktu yang diperlukan air hujan yang jatuh untuk mengalir dari titik terjauh sampai ke tempat keluaran DAS (titik kontrol) setelah tanah menjadi jenuh dan titik-titik depresi-depresi kecil terpenuhi. Waktu konsentrasi di sini terbagi atas dua bagian, waktu konsentrasi pada saluran dan waktu konsentrasi pada lahan. Berikut contoh perhitungan debit banjir pada saluran 1 2 sebagai berikut. ` to 2 td 1 Gambar 5.4 Skema perhitungan waktu konsentrasi saluran Waktu konsentrasi pada saluran dihitung menggunakan persamaan (3.20), sebagai berikut.

19 140 td = 60 x 3,474 = menit 2. Waktu konsentrasi pada lahan dihitung menggunakan persamaan (3.19), sebagai berikut. to = 0,76 0, ,38 = 16,003 menit Waktu konsentrasi total diperoleh dengan persamaan (3.21), sebagai berikut. tc = to + td = 0, ,003 = 16,675 menit 3. Intensitas hujan dengan hujan rancangan 2 tahun dihitung dengan persamaan (3.17), sebagai berikut. I 80, ,675 ( ) 60 65,542 mm/jam Dengan cara yang sama dapat diperoleh hujan intensitas kala ulang 5 tahun yang dapat dilihat pada tabel Setelah intensitas hujan diperoleh dapat dihitung debit banjir kala ulang 2 tahun mengunakan persamaan Rasional sebagai berikut. Q = ,65 x 65,542 6,357 = 0,753 m3 /det Dengan cara yang sama dapat diperoleh debit banjir kala ulang 2 tahun dan 5 tahun yang dapat dilihat pada Tabel 5.13 sebagai berikut.

20 Tabel 5.13 Hasil Perhitungan Debit Banjir No Saluran t C d t o t c Intensitas Q banjir Ke Dari (menit) (menit) (menit) 2 thn 5 thn 2 thn 5 thn

21 Lanjutan Tabel 5.13 No Saluran t C d t o t c Intensitas Q banjir Ke Dari (menit) (menit) (menit) 2 thn 5 thn 2 thn 5 thn