MODEL HIDROGRAF SATUAN SINTETIK MENGGUNAKAN PARAMETER MORFOMETRI (STUDI KASUS DI DAS CILIWUNG HULU) BEJO SLAMET SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
SURAT PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul : Model Hidrograf Satuan Sintetik Menggunakan Parameter Morfometri (Studi Kasus Di DAS Ciliwung Hulu) adalah benar hasil karya saya sendiri dengan arahan dari pembimbing, dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya. Bogor, Juni 2006 Bejo Slamet NIM E 051030021 ii
ABSTRAK BEJO SLAMET. Model Hidrograf Satuan Sintetik Menggunakan Parameter Morfometri (Studi Kasus Di DAS Ciliwung Hulu). Dibimbing oleh LAILAN SYAUFINA dan HENDRAYANTO. Salah satu luaran dari sistem DAS adalah debit aliran sungai yang merupakan indikator fungsi DAS dalam pengaturan proses, khususnya dalam alih ragam hujan menjadi aliran. Terdapat sifat khas dalam sistem DAS yang menunjukkan sifat tanggapan DAS terhadap suatu masukan (hujan) tertentu dan sifat ini diandaikan tetap untuk masukan dengan besaran dan penyebaran tertentu. Sifat khas sistem DAS ini adalah hidrograf satuan (unit hydrograph). Data pengukuran tinggi muka air, debit, hujan harian dan hujan yang lebih pendek dengan kualitas baik tidak selalu tersedia di setiap DAS sehingga untuk mendapatkan informasi tentang hidrograf satuan didekati dengan pendekatan hidrograf satuan sintetik (HSS) yang diantaranya memanfaatkan data morfometri DAS. Pendekatan dengan HSS bersifat empiris dan seringkali bersifat setempat, sehingga untuk digunakan di tempat lain memerlukan pengujian keberlakuannya. Tujuan dari penelitian ini adalah (1) Mendapatkan model hidrograf satuan sintetik terbaik di DAS Ciliwung Hulu, (2) Mendapatkan informasi keberlakuan model hidrograf satuan sintetik di DAS yang lainnya, dan (3) Mendapatkan model HSS dengan parameter morfometri DAS yang lebih mudah diukur di Peta Rupa Bumi. Penerapan HSS Gama 1 untuk menduga hidrograf satuan di DAS Ciliwung Hulu masih belum memuaskan terlihat dari besarnya nilai coefficient of efficiency (CE) yang hanya 0,81, 0,85, 0,73 dan 0,81 secara bertutut-turut untuk HSS tahun 2003, 2004, 2005 dan HS periode 2003-2005. Setelah dilakukan penyesuaian konstanta model terjadi peningkatan keakuratan dibandingkan dengan hidrograf satuan (HS) pengukurannya dimana nilai CE secara berturut-turut untuk tahun 2003, 2004 dan 2005 adalah sebesar 0,98, 0,95,dan 0,93. Penyesuaian untuk HSS Gama 1 dengan HS pengukuran rata -rata (HS periode 2003-2005) diperoleh 2 (dua) buah set model penyesuaian yaitu HSS Gama 1 Solver 1 dan HSS Gama 1 Solver 2. Nilai CE kedua set model tersebut adalah sebesar 0,98 yang berarti kedua model memberikan bentuk hidrograf yang tidak berbeda dengan HS pengukuran. Validasi kedua set model dengan data DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu belum memberikan unjuk kerja yang baik dimana nilai CE hanya sebesar -1,02 dan 0,37. Nilai CE masih jauh dari nilai 1 (satu) sehingga bentuk HSS masih jauh berbeda dengan HS pengukurannya. Validasi kedua set model di DAS Progo diperoleh nilai CE secara berturut -turut sebesar 0,86 dan 0,92. Namun besarnya Absolute Error dari debit puncak HSS terhadap HS pengukuran masih tinggi yaitu sebesar -6,22 m 3 /det dan -4,48 m 3 /det. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa parameter morfometri DAS dapat dipergunakan untuk menduga hidrograf satuan, namun konstanta model sangat bervariasi untuk setiap DAS, sehingga untuk mendapatkan hasil pendugaan yang lebih akurat diperlukan penyesuaian konstanta di setiap tempat. Simplifikasi model HSS dilakukan dengan menggunakan parameter yang relatif mudah diukur di Peta Rupa Bumi yaitu luas DAS (A), panjang sunga i utama (L), dan jumlah pertemuan sungai (JN). Besarnya koefisien determinasi (R 2 ) secara berturut-turut untuk persamaan penduga waktu puncak (TP), debit puncak (QP) dan waktu dasar (TB) adalah sebesar 90,30 %, 99,20 % dan 93,50 %. Kata Kunci : Ciliwung Hulu, Daerah Aliran Sungai, Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) Morfometri DAS iii
MODEL HIDROGRAF SATUAN SINTETIK MENGGUNAKAN PARAMETER MORFOMETRI (STUDI KASUS DI DAS CILIWUNG HULU) BEJO SLAMET Tesis Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006 iv
Judul Tesis : Model Hidrograf Satuan Sintetik Menggunakan Parameter Morfometri (Studi Kasus Di DAS Ciliwung Hulu) Nama NIM : Bejo Slamet : E051030021 Disetujui Komisi Pembimbing Dr.Ir. Lailan Syaufina, M.Sc Ketua Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr Anggota Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Rinekso Soekmadi, M.Sc Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS Tanggal Ujian : 20 Juni 2006 Tanggal Lulus : v
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas segala limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan. Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Dr. Ir. Lailan Syaufina, M.Sc dan Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr yang telah memberikan bimbingan, arahan serta saran, dan kritik kepada penulis selama penelitian dan penyus unan tesis ini. 2. Dr. Ir. Nora H. Pandjaitan, DEA atas kesediannya untuk menjadi dosen penguji luar komisi atas koreksian, saran dan masukannya dalam perbaikan tesis ini. 3. Kepala Proyek Induk Pengembangan Wilayah Sungai Ciliwung Cisadane (PIPWS) Jakarta atas bantuan data yang diberikan kepada penulis. 4. Fadli, S.Hut atas bantuan data morfometri DTA Cipopokol, data Tinggi Muka Air (TMA) dari AWLR di Cipopokol, kurva lengkung kalibrasi dan data debitnya. 5. Ir. Sayogo Hutomo, MSi yang telah membantu penulis dalam me ncari literatur di Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada Yogyakarya. 6. Direktorat Pendidikan Tinggi yang telah memberikan beasiswa (BPPS) kepada penulis. 7. Rektor Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ijin dan bantuan biaya pendidikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. 8. Teman-teman mahasiswa Pascasarjana Program Studi IPK angkatan 2002, 2003 dan 2004 atas bantuan dan kebersamaan selama penulis mengkuti kuliah di IPB, terutama Bapak Nurdin Sulistiyono, S.Hut, M.Si atas bantuan Laptopnya. 9. Orang tua dan mertua penulis yang telah memberikan doa dan bantuan kepada penulis selama mengikuti pendidikan di Sekolah Pasca Sarjana IPB. 10. Istri dan kedua buah hati penulis yang telah dengan sabar dalam menghadapi berbagai suka duka selama penulis menyelesaikan studi S2 ini. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, sehingga perlu adanya perbaikan-perbaikan. Semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi penulis dan semua pihak yang memerlukan. Bogor, Juni 2006 Bejo Slamet vi
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Temanggung pada tanggal 9 Juli 1975 dari orang tua Bapak Sunarjo dan Ibu Mujamilah. Tahun 1993 penulis lulus dari SMAN 1 Temanggung dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Tahun 1994 penulis diterima di Jurusan Manajemen Hutan Fakultas Kehutanan IPB dan lulus Bulan Desember tahun 1997. Pada tahun 1999 penulis diterima sebagai staf pengajar di Jurusan Kehutanan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara (USU). Tahun 2003 penulis diterima di Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan (IPK) Sekolah Pascasarjana IPB dengan beasiswa dari Direktorat Pendidikan Tinggi (DIKTI). Penulis menikah dengan Iwan Risnasari, S.Hut, M.Si pada tahun 2000 dan telah dikarunia 2 orang buah hati yaitu Fachry Mustafa Salim (5 tahun) dan Afifah Mufidah Salmah (2,5 Tahun). vii
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiii PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Tujuan... 3 Manfaat Penelitian... 3 Hipotesis Penelitian... 4 TINJAUAN PUSTAKA... 5 Daerah Aliran Sungai... 5 Morfometri Daerah Aliran Sungai... 6 Hidrograf... 7 Bentuk Hidrograf... 8 Hidrograf Satuan... 9 Penentuan Hidrograf Satuan Pengukuran... 13 Penentuan Tebal Hujan Efektif... 14 Hidrograf Satuan Sintetik... 15 METODOLOGI PENELITIAN... 21 Tempat dan Waktu Penelitian... 21 Bahan dan Alat... 21 Sumber Data... 21 Metode Penelitian... 21 viii
KEADAAN UMUM DAERAH PENELITIAN... 29 Letak dan Luas... 29 Bentuk dan Hidrologi DAS... 29 Jenis Tanah dan Topografi... 30 Iklim... 32 HASIL DAN PEMBAHASAN... 34 Curah Hujan... 34 Hidrograf Aliran Sungai Ciliwung... 36 Morfometri DAS Ciliwung Hulu... 41 Penerapan Model Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 DAS Ciliwung Hulu... 42 Penyesuaian HSS Gama 1 Dengan DAS Ciliwung Hulu... 47 Validasi Model HSS Gama 1 Hasil Penyesuaian... 53 Simplifikasi Model HSS Menggunakan Parameter Morfometri DAS... 60 SIMPULAN DAN SARAN... 70 Simpulan... 70 Saran... 70 DAFTAR PUSTAKA... 71 LAMPIRAN... 73 ix
DAFTAR TABEL Halaman 1. Luas Masing-Masing Sub DAS yang Berada di DAS Ciliwung Hulu30 2. Jenis Tanah di DAS Ciliwung Hulu... 31 3. Kelas Kelerengan di DAS Ciliwung Hulu... 31 4. Keadaan Iklim DAS Ciliwung Hulu Berdasarkan Pengukuran pada Stasiun Klimatologi Citeko... 32 5. Curah Hujan Rata-Rata Bulanan di DAS Ciliwung Hulu Periode 1981-2002... 33 6. Curah Hujan Tahunan di DAS Ciliwung Hulu Periode 1981-2002. 33 7. Hujan Harian Maksimum di DAS Ciliwung Hulu... 34 8. Hasil Analisis Frekuensi Curah Hujan Maksimum di DAS Ciliwung Hulu... 35 9. Lengkung Kalibrasi Hubungan Antara Tinggi Muka Air (H) dengan Debit Sungai Ciliwung di SPAS Katulampa... 37 10. Parameter Hidrograf Aliran Permukaan Langsung (Direct Run Off) terpilih untuk periode tahun 2003... 38 11. Parameter Hidrograf Aliran Permukaan Langsung (Direct Run Off) terpilih untuk periode tahun 2004... 39 12. Parameter Hidrograf Aliran Permukaan Langsung (Direct Run Off) terpilih untuk periode tahun 2005... 39 13. Variabel Pokok Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2003... 39 14. Variabel Pokok Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2004... 40 15. Variabel Pokok Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2005... 40 16. Hasil Pengukuran Morfometri Jaringan Sungai di DAS Ciliwung Hulu...... 41 17. Parameter Morfometri DAS Ciliwung Hulu... 42 18. Komponen HSS Gama 1 dan HS Pengukuran di DAS Ciliwung Hulu... 44 19. Hasil Uji Kuantitatif HSS Gama 1 terhadap HS Pengukuran...45 20. Perubahan Nilai Parameter Uji Kuantitatif Model HSS Gama 1 Setelah Penyesuaian Konstanta Model dan Sebelum Penyesuaian Konstanta Model Terhadap Hidrograf Satuan Pengukuran...50 x
21. Perubahan Nilai Parameter Uji Kuantitatif Model HSS Gama 1 Setelah Penyesuaian Konstanta Model Terhadap HS Rata-Rata Pengukuran...... 52 22. Morfometri DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu... 54 23. Nilai Parameter Uji Kuantitatif HSS Gama 1 Terhadap Hidrograf Satuan Pengukuran DTA Cipopokol Sub-Das Cisadane Hulu... 54 24. Perubahan Nilai Parameter Uji Kuantitatif Penerapan Model HSS Gama 1 Di DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu... 56 25. Morfometri DAS Progo... 57 26. Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Progo...... 58 27. Nilai Parameter Uji Kuantitatif Penerapan Model HSS Gama 1 Dan HSS Gama 1 Penyesuaian di DAS Progo... 59 28. Morfometri DAS Contoh untuk Pendugaan Besaran TP, QP dan TB... 61 29. Matriks Korelasi Antar Parameter dan Korelasi Antara Parameter Morfometri dengan Variabel Hidrograf Satuan... 61 30. Persamaan-Persamaan Model Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) Simplifikasi...... 62 31. Rasio Dimensi Hidrograf Satuan... 64 32. Perbandingan Hasil Simulasi antara HSS Gama 1 dengan HSS Simplifikasi...... 66 xi
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Bentuk Hidrograf... 9 2. Hidrograf Satuan Bebas Terhadap Waktu Dan Limpasannya Berbanding Lurus Dengan Tebal Hujan Efektif (Soemarto 1987).. 11 3. Hidrograf Satuan Memenuhi Prinsip Superposisi (Soemarto 1987) 11 4. Metode Pemisahan Aliran Dasar (Base Flow) dari Hidrograf Aliran Total...12 5. Konsep Indeks Phi (F)...15 6. Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik US SCS...18 7. Penetapan Tingkat-Tingkat Sungai Menurut Strahler... 19 8. Penentuan Faktor Lebar DAS... 19 9. Penetapan Relatif Upper Area (RUA) suatu DAS... 20 10. Diagram alir Tahapan Penelitian... 28 11. Bentuk Outlet DAS Ciliwung Hulu di Katulampa dengan Alat Automatic Water Level Recorder (AWLR)...36 12. Hubungan Antara Orde Sungai Dengan Jumlah Segmen... 41 13. Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik DAS Ciliwung Hulu dengan Menggunakan Model HSS Gama 1... 44 14. Hidrograf Satuan Pengukuran Tahunan dan HSS Gama 1 Hasil Pemodelan di DAS Ciliwung Hulu... 44 15. Hidrograf Satuan Pengukuran Periode 2003-2005 dan Hasil Pemodelan Dengan HSS Gama 1 di DAS Ciliwung Hulu...45 16. Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 Setelah Penyesuaian Konstanta Model dan Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2003... 48 17. Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 Setelah Penyesuaian Konstanta Model dan Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2004... 49 18. Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Gama 1 Setelah Penyesuaian Konstanta Model dan Hidrograf Satuan Pengukuran Tahun 2005... 50 19. Bentuk Hidrograf Satuan Sintetik Setelah Dilakukan Penyesuaian Dan Hidrograf Satuan Rata-Rata Hasil Pengukuran...52 20. Hidrograf Satuan Pengukuran dan HSS Gama 1 di DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane H ulu...55 xii
21. Hidrograf Satuan Pengukuran dan Hidrograf Satuan Sintetik di DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu...56 22. Hidrograf Satuan Pengukuran dan Hidrograf Satuan Sintetik DAS Progo...59 23. Bentuk Umum Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) Simplifikasi...63 24. Gambar HSS Simplifikasi Setelah Penghalusan...63 25. Boxplot Analisis Uji -t antara Variabel Pokok Hidrograf Satuan Hasil Simulasi dengan HSS Gama 1 terhadap Hasil Simulasi HSS Simplifikasi...67 26. Hasil Uji-t antara Variabel Pokok Hidrograf Satuan Hasil Pengukuran dengan (A) HSS Gama 1 dan (B) HSS Simplifikasi...68 xiii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Analisis Frekuensi Curah Hujan Harian Maksimum di DAS Ciliwung Hulu... 74 2. HSS Gama 1 Hasil Simulasi dan Hidrograf Satuan Pengukuran Di DAS Ciliwung Hulu... 76 3. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata, HSS Gama 1, HSS Gama 1 Penyesuaian dengan Data DAS Ciliwung Hulu...77 4. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata di DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu, HSS Gama 1, dan HSS Gama 1 Hasil Penyesuaian dengan Menggunakan Peta Rupa Bumi Skala 1:50.000...78 5. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata di DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu, HSS Gama 1, dan HSS Gama 1 Hasil Penyesuaian Dengan Mempertimbangkan Lembah Sebagai Saluran Drainase...79 6. Hidrograf Satuan Pengukuran Rata-Rata di DAS Progo, HSS Gama 1, dan HSS Gama 1 Hasil Penyesuaian...80 7. Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Ciliwung Hulu Tahun 2003...82 8. Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Ciliwung Hulu Tahun 2004...83 9. Hidrograf Satuan Pengukuran di DAS Ciliwung Hulu Tahun 2005...84 10. Hidrograf Satuan Pengukuran di DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu...85 11. Hasil Analisis Statistik Regresi Parameter Morfometri dengan Waktu Puncak (TP) Hidrograf Satuan Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...86 12. Hasil Analisis Statistik Regresi Parameter Morfometri dengan Debit Puncak (QP) Hidrograf Satuan Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...87 13. Hasil Analisis Statistik Regresi Parameter Morfometri dengan Waktu Dasar (TB) Hidrograf Satuan Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...88 14. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TP HSS Gama 1 dengan TP HSS Simplifikasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...89 15. Hasil Analisis Statistik Uji t antara QP HSS Gama 1 dengan QP HSS Simplifikasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...89 xiv
16. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TB HSS Gama 1 dengan TB HSS Simplifikasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...89 17. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TP HSS Gama 1 dengan TP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...90 18. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TP HSS Simplifikasi dengan TP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...90 19. Hasil Analisis Statistik Uji t antara QP HSS Gama 1 dengan QP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...90 20. Hasil Analisis Statistik Uji t antara QP HSS Simplifikasi dengan QP Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...91 21. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TB HSS Gama 1 dengan TB Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...91 22. Hasil Analisis Statistik Uji t antara TB HSS Simplifikasi dengan TB Observasi Menggunakan Perangkat Lunak Minitab Versi 14...91 23. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 1 (Satu) di DAS Ciliwung Hulu Hasil Pengukuran pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000...92 24. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 2 (dua) di DAS Ciliwung Hulu Hasil Pengukuran pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000...93 25. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 3 (tiga) di DAS Ciliwung Hulu Hasil Pengukuran pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000...94 26. Rekapitulasi Panjang Sungai Orde 4 (empat) dan Panjang Sungai orde 5 (lima) di DAS Ciliwung Hulu Hasil Pengukuran pada Peta Rupa Bumi Skala 1 : 25.000...95 27. Morfometri 32 DAS yang Dipergunakan untuk Perbandingan Hasil Simulasi antara HSS Gama 1 dengan HSS Simplifikasi...96 28. Peta Jaringan Sungai DAS Ciliwung Hulu...98 29. Peta Jaringan Sungai DAS Progo...99 xv