APLIKASI HEC-HMS UNTUK PERKIRAAN HIDROGRAF ALIRAN DI DAS CILIWUNG BAGIAN HULU RISYANTO DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
ABSTRAK RISYANTO. Aplikasi HEC-HMS untuk Perkiraan Hidrograf Aliran di Daerah Aliran Sungai Ciliwung Bagian Hulu. Dibimbing oleh BAMBANG DWI DASANTO. Salah satu tujuan pengelolaan DAS adalah untuk mencapai terwujudnya kondisi tata air yang optimal. Kondisi tata air tersebut dapat dikenali dari sifat aliran sungai sebagai luaran DAS. Berbagai model simulasi hidrologi yang menerangkan proses perubahan masukan hujan menjadi luaran DAS berupa debit sungai telah banyak dikembangkan, salah satunya adalah HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modelling System). Penelitian ini antara lain bertujuan untuk: (1) mendapatkan hidrograf aliran HEC-HMS berdasarkan metode hidrograf satuan Clark, SCS dan Snyder, (2) menentukan metode yang paling sesuai diantara ketiga metode tersebut, serta (3) memperkirakan debit banjir berdasarkan perubahan penggunaan lahan dan curah hujan harian maksimum. Daerah kajian penelitian adalah DAS Ciliwung bagian hulu dengan luasan sekitar 148 km 2, yang terletak antara 06 o 05 06 o 50 LS dan 106 o 40 BT 107 o 00 BT. Dalam HEC-HMS, metode bilangan kurva dipilih untuk menghitung besar curah hujan efektif, yaitu dari pengurangan curah hujan bruto dengan berbagai bentuk kehilangan air (loss). Transformasi dari curah hujan efektif menjadi hidrograf aliran langsung (direct runoff) diperoleh dengan menggunakan metode hidrograf satuan Clark, SCS dan Snyder. Hidrograf aliran HEC- HMS merupakan total dari aliran langsung ditambah dengan aliran dasar (baseflow) yang diturunkan dengan metode konstanta resesi. Hampir semua hidrograf aliran yang dihasilkan HEC-HMS memberikan nilai yang lebih besar dari hidrograf aliran pengamatan. Dari 9 kasus kejadian hujan terpilih pada tahun 2004, didapatkan nilai debit puncak (Q p ) terbesar 102,23 m 3 /s pada metode Clark, dan terkecil 16,83 m 3 /s pada metode Snyder. Nilai volume puncak (V p ) terbesar juga dihasilkan hidrograf Clark, yaitu 3.172.630 m 3 dan terkecil 699.190 m 3 pada metode Snyder. Waktu puncak (T p ) pada hidrograf aliran yang dihasilkan model berkisar antara 3 6,5 jam. Hasil uji kemiripan Nash dan Sutcliff (1970) menunjukkan bahwa kemiripan model Clark, SCS maupun Snyder dengan pengamatan adalah sedang. Dibandingkan metode lainnya, metode SCS memiliki nilai kemiripan yang tertinggi, menunjukkan bahwa dalam kasus penelitian ini, metode SCS adalah yang paling sesuai untuk DAS Ciliwung hulu. Bila laju perubahan penggunaan lahan per tahun dianggap tetap dan tidak terjadi penambahan tipe penggunaan lahan yang baru, maka pada tahun 2010, jika terjadi hujan harian maksimum periode ulang 5 tahun, debit dan volume puncak yang diperkirakan model HEC-HMS sebesar 114,6 m 3 /s dan 4.217.240 m 3 dengan waktu puncak selama 4 jam. ii
APLIKASI HEC-HMS UNTUK PERKIRAAN HIDROGRAF ALIRAN DI DAS CILIWUNG BAGIAN HULU RISYANTO Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Geofisika dan Meteorologi DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007 iii
Judul Nama NRP : Aplikasi HEC-HMS untuk Perkiraan Hidrograf Aliran di DAS Ciliwung Bagian Hulu : Risyanto : G24101014 Menyetujui, Pembimbing Drs. Bambang Dwi Dasanto, M.Si NIP. 132014045 Mengetahui, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, M.Sc NIP. 131473999 Tanggal Disetujui: iv
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 3 Oktober 1982 sebagai anak kedua dari empat bersaudara. Penulis lahir dari pasangan Bapak Paliman dan Ibu Umirah. Tahun 2001 penulis lulus dari SMU Negeri 47 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Meteorologi, Jurusan Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama perkuliahan, penulis ikut berperan aktif dalam kegiatan kemahasiswaan, diantaranya tergabung dalam organisasi HIMAGRETO (Himpunan Mahasiswa Agrometeorologi) sebagai Ketua Departemen Pengembangan Sumber Daya Manusia pada tahun 2003, dan sebagai Ketua Departemen Keilmuan dan Keprofesian pada tahun 2004. Pada tahun ajaran 2004/2005 penulis menjadi asisten mata kuliah Meteorologi Fisik untuk program Sarjana. Penulis melaksanakan Praktik Lapang di Pusat Pengkajian dan Penerapan Teknologi Lingkungan (P3TL), Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) Jakarta pada bulan Juni Agustus 2004. v
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah- Nya, penelitian dan penulisan laporan skripisi dengan judul Aplikasi HEC-HMS untuk Perkiraan Hidrograf Aliran di DAS Ciliwung Bagian Hulu dapat terselesaikan. Laporan ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Penulis menyadari pelaksanaan penelitian dan penyusunan laporan ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Untuk itu, ungkapan terima kasih patut penulis sampaikan kepada Bapak Drs. Bambang Dwi Dasanto, M.Si selaku pembimbing, atas arahan dan bimbingannya selama pelaksanaan penelitian sampai pada penyusunan laporan. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Teguh dan Bapak Marwan (PPBPP Ciliwung-Cisadane), Bapak Fakhrudin (LIPI), Kak Iman, Tenike, Benny, Jonsen dan Tari yang telah membantu dalam penyediaan data, Sasat, Fikri, Adi, Rico, Utian, Haries, Maidi, Yasa, rekan-rekan Meteorologi 38, rekan-rekan LabKlim, rekan-rekan CER Indonesia, dan rekan-rekan lainnya, atas saran, dukungan, dan kebersamaannya, serta semua pihak dan instansi yang telah membantu selama penulis menyelesaikan penelitian. Tak lupa penghargaan khusus penulis sampaikan kepada keluarga penulis, Ibu, Bapak, Kak Wanti, Dede dan Ayu, serta keluarga Bapak Syarif Hidayat atas segala doa, motivasi dan kasih sayangnya. Akhirnya penulis berharap semoga karya kecil ini dapat memberikan informasi dan manfaat bagi semua pihak. Bogor, Mei 2007 Risyanto vi
DAFTAR ISI Halaman I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Penelitian... 1 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Siklus Hidrologi... 1 2.2 Daerah Aliran Sungai (DAS)... 1 2.3 Presipitasi... 2 2.4 Analisis Presipitasi... 2 2.5 Limpasan... 2 2.6 Hidrograf Satuan... 3 2.7 Hidrograf Satuan Sintetik... 3 2.8 Aliran Dasar... 4 2.9 Penelusuran Banjir... 4 2.10 Model HEC-HMS... 4 III. METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian... 5 3.2 Alat dan Bahan Penelitian... 6 3.3 Metode Penelitian... 6 3.3.1 Analisis Presipitasi... 7 3.3.2 Penentuan Bilangan Kurva dan Impervious Area... 7 3.3.3 Penyusunan Basin Model... 8 3.3.4 Kalibrasi... 11 IV. KEADAAN UMUM DAS CILIWUNG BAGIAN HULU 4.1 Letak dan Luas Daerah... 11 4.2 Iklim... 11 4.3 Topografi... 12 4.4 Tanah dan Penggunaan Lahan... 13 4.5 Morfometri DAS... 13 V. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Analisis Presipitasi... 14 5.2 Bilangan Kurva dan Impervious Area... 14 5.3 Penyusunan Basin Model... 15 5.4 Hidrograf Aliran Pengamatan... 17 5.5 Hidrograf Aliran HEC-HMS... 18 5.6 Pengujian Model... 19 5.7 Kepekaan HEC-HMS terhadap Parameter Bilangan Kurva... 19 5.8 Simulasi Hidrograf Aliran... 20 VI. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan... 22 6.2 Saran... 22 DAFTAR PUSTAKA... 23 vii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1 Kelompok hidrologi tanah menurut SCS dan sifat-sifatnya... 7 Tabel 3.2 Hubungan laju infiltrasi minimum dengan kelompok tanah menurut SCS... 7 Tabel 3.3 Batasan jumlah curah hujan pada setiap kondisi KAT sebelumnya... 8 Tabel 3.4 Faktor imperviousness berdasarkan tipe penggunaan lahan... 8 Tabel 3.5 Metode perhitungan objective function... 11 Tabel 4.1 Curah hujan rata-rata bulanan tiap stasiun dan curah hujan wilayah DAS Ciliwung bagian hulu 1985-2002... 12 Tabel 4.2 Luas DAS Ciliwung bagian hulu berdasarkan kemiringan... 12 Tabel 4.3 Jenis tanah DAS Ciliwung bagian hulu... 13 Tabel 4.4 Tipe penggunaan lahan DAS Ciliwung bagian hulu tahun 2004... 13 Tabel 4.5 Parameter morfometri DAS Ciliwung bagian hulu... 14 Tabel 5.1 Bobot poligon Thiessen pada masing-masing subdas di DAS Ciliwung bagian hulu... 14 Tabel 5.2 Total curah hujan 5 hari sebelum kejadian hujan terpilih di DAS Ciliwung bagian Hulu... 15 Tabel 5.3 Nilai bilangan kurva dan imperviousness tiap SubDAS di DAS Ciliwung bagian hulu tahun 2004... 15 Tabel 5.4 Metode dan parameter masukan HEC-HMS... 16 Tabel 5.5 Nilai parameter direct runoff model pada masing-masing subdas... 17 Tabel 5.6 Parameter hidrograf pengamatan Katulampa pada kasus kejadian hujan terpilih... 18 Tabel 5.7 Nilai F hasil pengujian model Clark, SCS dan Snyder... 19 Tabel 5.8 Rasio selisih nilai Q p, V p dan T p yang dihasilkan HEC-HMS pada KAT hujan terpilih dengan KAT kondisi II terhadap Q p, V p dan T p pengamatan... 20 Tabel 5.9 Penggunaan lahan DAS Ciliwung Hulu tahun 1996 dan 2004 serta prediksi tahun 2010... 21 Tabel 5.10 Curah hujan harian maksimum wilayah DAS Ciliwung bagian hulu... 21 Tabel 5.11 Rata-rata persentase distribusi hujan harian durasi 2, 3 dan 4 jam di Stasiun Gadog dan Gunung Mas... 21 Tabel 5.12 Perkiraan debit puncak, volume puncak dan waktu puncak hidrograf model HEC- HMS pada tahun 2010... 21 viii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Siklus hidrologi... 1 Gambar 2.2 Hidrograf satuan segitiga model SCS... 3 Gambar 2.3 Komponan hujan-limpasan yang direpresentasikan mdel HEC-HMS... 5 Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian... 6 Gambar 3.2 Konstruksi curah hujan wilayah metode poligon Thiessen... 7 Gambar 4.1 Peta lokasi daerah penelitian... 12 Gambar 5.1 Konfigurasi DAS Ciliwung bagian hulu dalam basin model HEC-HMS... 16 Gambar 5.2 Grafik 1:1 antara parameter debit puncak hidrograf aliran HEC-HMS dengan pengamatan... 19 Gambar 5.3 Grafik 1:1 antara parameter volume puncak hidrograf aliran HEC-HMS dengan pengamatan... 19 Gambar 5.4 Grafik 1:1 antara parameter waktu puncak hidrograf aliran HEC-HMS dengan pengamatan... 19 ix
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Tabel Bilangan Kurva (CN) aliran permukaan untuk berbagai kompleks penutupan tanah... 24 Lampiran 2. Peta jaringan sungai, batas DAS dan subdas, dan peta jenis tanah DAS Ciliwung bagian hulu... 25 Lampiran 3. Peta kelompok hidrologi tanah dan peta penggunaan lahan 2004 DAS Ciliwung bagian hulu... 26 Lampiran 4. Curah hujan kumulatif per 30 menit pada Stasiun Gadog dan Gunung Mas dan curah hujan kumulatif harian pada Stasiun Cilember dan Citeko tahun 2004... 27 Lampiran 5. Debit aliran (m 3 /det) pengamatan dari Stasiun Pengamat Arus Sungai Katulampa... 28 Lampiran 6. Nilai parameter loss model dalam HEC-HMS untuk setiap tanggal kejadian hujan terpilih... 29 Lampiran 7. Hidrograf aliran yang dihasilkan HEC-HMS metode Snyder, SCS dan Clark, serta hidrograf pengamatannya pada kejadian hujan terpilih berdasarkan parameter masukan awal... 30 Lampiran 8. Nilai rata-rata parameter hasil kalibrasi menggunakan kriteria peak weighted RMS error objective function dengan algoritma univariate gradient... 31 Lampiran 9. Hidrograf aliran yang dihasilkan HEC-HMS metode Snyder, SCS dan Clark, serta hidrograf pengamatannya pada kejadian hujan terpilih berdasarkan parameter masukan terkalibrasi... 32 Lampiran 10. Parameter debit puncak, Q p, Volume puncak, V p dan Waktu puncak, T p dari hidrograf HEC-HMS berdasarkan parameter masukan awal dan parameter hasil kalibrasi (kal), dengan nilai pengamatannya (obs)... 33 Lampiran 11. Langkah-langkah pengerjaan HEC-HMS... 34 x