JURNAL TUGAS AKHIR ESTIMASI DEBIT ALIRAN BERDASARKAN DATA CURAH HUJAN DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM INFORMASI GEOGRAFIS (STUDI KASUS : WILAYAH SUNGAI POLEANG RORAYA) Oleh : LAODE MUH. IQRA D 111 10 310 JURUSAN SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HASANUDDIN GOWA 2017
ESTIMASI DEBIT ALIRAN BERDASARKAN DATA CURAH HUJAN DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM INFORMASI GEOGRAFIS (STUDI KASUS : WILAYAH SUNGAI POLEANG RORAYA) DEBIT FLOW ESTIMATE BASED ON RAINFALL DATA USING GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM (CASE STUDY : POLEANG-RORAYA RIVER REGION) L.M. Iqra, F. Maricar, R. Karamma Jurusan Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Makassar Alamat Korespondensi Laode Muhammad Iqra Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas Hasanuddin Gowa, 92133 HP : 085242294479 Email : laode.iqra@gmail.com 1
ESTIMASI DEBIT ALIRAN BERDASARKAN DATA CURAH HUJAN DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM INFORMASI GEOGRAFIS (STUDI KASUS : WILAYAH SUNGAI POLEANG RORAYA) DEBIT FLOW ESTIMATE BASED ON RAINFALL DATA USING GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM (CASE STUDY : POLEANG-RORAYA RIVER REGION) L.M. Iqra 1, F.Maricar 2, R. Karamma 2 ABSTRAK Dalam pelaksanaan perencanaan dan perancangan bangunan-bangunan air, analisis hidrologi masih merupakan bagian analisis yang sangat dominan dan memerlukan penanganan yang cermat dan perhitungan debit puncak merupakan elemen yang sangat penting dalam pengendalian banjir. Curah hujan, luas daerah tangkapan, serta informasi geografis seperti kemiringan lereng dan tutupan lahan merupakan parameter untuk mengestimasi debit dengan menggunakan metode rasional. Tujuan dari penelitian ini adalah Mengestimasi debit aliran berdasarkan data curah hujan di Wilayah Sungai Poleang-Roraya dengan menggunakan perangkat lunak open-source berbasis Sistem Informasi Geografis (SIG/GIS). Pada penelitian ini dihitung curah hujan rencana dengan kala ulang 2 tahun, 5 tahun, 10 tahun, dan 25 tahun dengan metode distribusi Log Pearson tipe III. Dengan menggunakan perangkat lunak ArcGIS debit aliran yang diperoleh adalah 377,05 m 3 /det pada kala ulang 2 tahun; 448,17 m 3 /det pada kala ulang 5 tahun; 482,00 m 3 /det pada kala ulang 10 tahun; serta 512,49 m 3 /det pada kala ulang 25 tahun. Kata Kunci : Debit Aliran, Curah Hujan, Metode Rasional, Sistem Informasi Geografis, ArcGIS ABSTRACT In the implementation of the planning and design of water buildings, hydrological analysis still a very dominant part of the analysis and require careful handling and calculation of top debit is a very important element in flood control. Rainfall, catchment area, as well as geographic information such as slope and land cover is a parameter for estimating debit by using rational method. The purpose of this study is Estimating the debit flow based on the rainfall data in the Poleang-Roraya River Region using open-source software-based Geographic Information System (GIS). In this study calculated rainfall plans to return period of 2 years, 5 years, 10 years, and 25 years with the method of Log Pearson Type III distribution. By using the ArcGIS software debit flow obtained was 377.05 m 3 / sec on a return period of 2 years; 448.17 m 3 / sec on a return period of 5 years; 482.00 m 3 / sec on a return period of 10 years; and 512.49 m 3 / sec on a return period of 25 years. Keywords : Debit Flow, Rainfall, Rational Method, Geographic Information System, ArcGIS 1 Mahasiswa, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin 2 Dosen, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin 2
PENDAHULUAN Latar Belakang Air merupakan unsur yang sangat penting bagi kelangsungan hidup setiap makhluk di bumi tidak terkecuali bagi kelangsungan hidup manusia. Dampak dari perubahan tata guna lahan adalah meningkatnya aliran permukaan langsung sekaligus menurunnya air yang meresap ke dalam tanah. Dampak selanjutnya adalah distribusi air yang makin timpang antara musim penghujan dan musim kemarau, debit banjir meningkat dan ancaman kekeringan semakin menjadi-jadi. Untuk mengatasi masalah-masalah tersebut dibutuhkan sebuah perencanaan bangunanbangunan air ataupun pengendalian benjir yang tepat. Dalam pelaksanaan perencanaan dan perancangan bangunan- bangunan air, serta pengendalian banjir, analisis hidrologi masih merupakan bagian analisis yang sangat dominan dan memerlukan penanganan yang cermat khususnya analisis penetuan debit puncak. Sistem Informasi Geografis (SIG) adalah sistem/alat untuk membuat peta secara digital dengan mengikut sertakan data-data atribut/keterangan/data tabular dari peta tersebut, sehingga dari setiap peta terdapat sebuah link yang menuju data atributnya. Berbagai macam data atribut dapat dibuat sesuai kebutuhan, seperti misalnya luas areal, jenis penutupan lahan, curah hujan, dan lain-lain. Dalam penelitian ini sistem GIS akan digunakan untuk mengestimasi debit aliran. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai adalah : Mengestimasi debit aliran berdasarkan data curah hujan di Wilayah Sungai Poleang-Roraya dengan menggunakan perangkat lunak open-source berbasis Sistem Informasi Geografis (SIG/GIS). METODOLOGI PENELITIAN Gambaran Umum Kondisi Daerah Studi Secara administrasi Wilayah Sungai Poleang- Roraya terletak di provinsi Sulawesi Tenggara dengan jumlah Daerah Aliran Sungai (DAS) sebanyak 174 DAS. Diantara DAS yang menjadi bagian Wilayah Sungai Poleang-Roraya salah satu yang terbesar daerah tangkapannya adalah DAS Poleang. DAS Poleang adalah DAS terbesar di Kabupaten Bombana, Sulawesi Tenggara dengan luas daerah tangkapan yaitu 1.090,33 km 2. Panjang sungai utama yang melalui DAS Poleang adalah 84 km. Gambar 1. DAS Poleang, Bombana, Sulawesi Tenggara Pengumpulan Data Data yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah : 1. Data curah hujan yang diperoleh dari stasiun curah hujan di sekitar DAS Poleang. 2. Peta DAS Poleang 3. Digital Elevation Model DAS Poleang untuk menentukan kemiringan lereng/slope. 4. Peta daerah tutupan lahan DAS Poleang. Pelaksanaan Penelitian Analisa Data Curah Hujan 1. Menentukan curah hujan rata-rata dengan metode Thiessen. 2. Menentukan parameter statistik berdasarkan curah hujan rata-rata. 3. Menentukan pola distribusi yang tepat diantara distribusi Gumbel, distribusi Log Normal, distribusi Log Pearson Type III dan distribusi Normal. Rumus umum yang digunakan : = +. 4. Melakukan pengujian distribusi dengan uji Chi-Square Menghitung Intensitas Curah Hujan Analisis intensitas curah hujan dilakukan untuk mendapatkan intensitas hujan dalam periode 1 jam dari data curah hujan harian maksimum. Penentuan intensitas curah hujan harian dalam kala ulang tertentu dengan metode mononobe: 3
= 24 24 / Dimana : I = Intensitas Curah Hujan (mm/jam) R = Curah hujan maksimum dalam 1 hari t = Lamanya Curah hujan (jam) Berdasarkan rumus diatas, selanjutnya dibuat kurva IDF (Intensity Duration Frequency) dengan memvariasikan nilai t. Untuk menentukan intensitas hujan, perlu dihitung waktu konsenterasi dengan rumus kiprich seperti berikut: = 0,06628., Dimana : = waktu konsenterasi (jam) t c L S = panjang sungai (km) = kemiringan lahan antara elevasi maksimum dan minimum Menghitung Koefisien Runoff Hasil klasifikasi kemiringan lereng dan penutup lahan dirubah menjadi nilai koefisien aliran menggunakan Tabel nilai C dan dihitung nilai rata-rata C. Perhitungan nilai C berdasarkan kemiringan lereng dan penutupan lahan dapat dilihat pada Tabel berikut. Tabel 1. Nilai C berdasarkan kemiringan lereng No. Slope Class (%) Nilai C 1 0 3 0.3 2 3 8 0.4 3 8-15 0.5 4 15 30 0.6 5 > 30 0.7 Tabel 2. Nilai C berdasarkan tutupan lahan No. Tutupan Lahan Nilai C 1 Hutan Primer 0.01 2 Hutan Sekunder 0.05 3 Kebun Campuran 0.5 4 Ladang Tegalan 0.5 5 Perkebunan 0.5 6 Semak Belukar 0.3 7 Sawah 0.2 8 Jalan Aspal 0.7 9 Lahan Terbuka 0.95 10 Pemukiman 0.9 Menghitung Debit Aliran Metode yang digunakan untuk mengestimasi debit aliran adalah metode rasional. Adapun rumus metode rasional adalah sebagai berikut: = 0,278... Dimana : Q = Debit aliran (m 3 /detik) C = Koefisien runoff rata rata (0-1) I = Intensitas Hujan (mm/jam) A = Luas area HASIL DAN PEMBAHASAN Data Curah Hujan Data curah hujan yang digunakan adalah data curah hujan harian maksimum selama 12 tahun terakhir mulai tahun 2003 s/d 2014. Berikut adalah data curah hujan harian maksimum di Kabupaten Bombana pada masing-masing stasiun. Tabel 3. Curah hujan harian maksimum Kabupaten Bombana No. Tahun STA. STA. STA. Kampung Taubonto Tampabulu Baru 1 2003 61 44 110 2 2004 95 61 126 3 2005 52 71 39 4 2006 53 67 40 5 2007 85 87 73 6 2008 80 90 82 7 2009 50 84 69 8 2010 74 70 120 9 2011 73 57 76 10 2012 92 70 80 11 2013 84 70 80 12 2014 80 76 91 Menentukan Curah Hujan Rata-Rata Curah hujan rata-rata dengan poligon thiessen. Tabel 4. Curah hujan rata-rata metode thiessen. No. Tahun Curah Hujan Rata-rata 1 2003 75,109 2 2004 103,885 3 2005 48,282 4 2006 49,273 5 2007 81,541 6 2008 80,595 7 2009 55,542 8 2010 87,266 9 2011 73,838 10 2012 88,499 11 2013 82.465 12 2014 83,023 4
Menentukan Jenis Distribusi Freuensi Curah Hujan Syarat memilih jenis distribusi : Apabila Cs = 0, Agihan yang dipakai adalah agihan Normal Apabila Cs = 3Cv, agihan yang dipakai adalah agihan Log Normal Apabila Cs = 1,4 dan Ck = 5,4, agihan yang dipakai adalah agihan Gumbel Apabila ketiga agihan di atas tidak ada yang memenuhi maka digunakan agihan Log Pearson III Jenis distribusi yang digunakan pada penelitian ini adalah Log Pearson III Perhitungan Hujan Rencana Metode Log Pearson III Tabel 5. Nilai Distribusi Log Pearson Tipe III T P(%) Cs G Log X X 2 50-0.8575 0.1412 1.8833 76.4398 5 20-0.8575 0.8548 1.9584 90.8613 10 10-0.8575 1.1551 1.9900 97.7138 25 4-0.8575 1.4244 2.0183 104.3003 Uji Kecocokan dengan cara Chi-Square Tabel 6. Perhitungan metode Chi-Kuadrat Nilai Batas Tiap Kelas E f O f E f -O f (E f -O f ) 2 48.30 <Xi< 59.41 2.4 3-0.6 0.15 59.41 <Xi< 70.51 2.4 0 2.4 2.4 70.51 <Xi< 81.62 2.4 4-1.6 1.06 81.62 <Xi< 92.72 2.4 4-1.6 1.06 92.72 <Xi< 103.8 2.4 1 1.4 0.81 E f Jumlah 12 12 5.5 Dari tabel nilai Chi-Kuadrat untuk Dk = 2, dengan menggunakan signifikasi α=0.05, diperoleh 2 harga Chi-Kuadrat kritis X Cr 5, 991. Dari hasil perhitungan diatas diperoleh X 2 h 5, 5, maka dapat disimpulkan bahwa distribusi memenuhi syarat. Analisis Intensitas Curah Hujan Kurva Intensity Duration Frequency (IDF) Untuk mendapatkan intensitas hujan dalam periode 1 jam dari data curah hujan harian maksimum digunakan rumus mononbe. Tabel 7, Perhitungan intensitas curah hujan. Durasi (menit) Periode Ulang 2 Thn 5 Thn 10 Thn 25 Thn 76.458 90.891 97.746 104.334 5 138.93 165.16 177.62 189.59 10 87.52 104.04 111.89 119.43 15 66.79 79.40 85.39 91.14 20 55.13 65.54 70.49 75.24 45 32.11 38.17 41.05 43.82 60 26.51 31.51 33.89 36.17 120 16.70 19.85 21.35 22.79 180 12.74 15.15 16.29 17.39 240 10.52 12.50 13.45 14.35 300 9.07 10.78 11.59 12.37 Dari tebel 7. diatas dapat dibuat kurva Intensity Duration Frequency (IDF) seperti gambar berikut. Intensitas 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Gambar 2. Kurva IDF (Intensity Duration Frequency) Waktu Konsenterasi KURVA IDF DAS POLEANG 0 100 200 300 Waktu (menit) 2 Tahun 5 Tahun 10 Tahun 25 Tahun Panjang sungai utama pada DAS poleang adalah 84 km dan kemiringan lahan sebesar 0,01 sehingga waktu konsnterasi pada DAS Poleang adalah :. 0,06628 84 = 0,01, = 11,833 Dalam hal ini durasi hujan adalah sama dengan waktu konsenterasi (t c ). Sehingga intensitas curah hujan tiap periode ulang pada DAS Poleang dapat dilihat pada tabel berikut: 5
Tabel 8. Hubungan ntensitas hujan dengan kala ulang. No. Kala Ulang (Tahun) Curah hujan Intensitas (mm/jam) 1 2 76.458 5.105 2 5 90.891 6.068 3 10 97.746 6.526 4 25 104.334 6.966 Koefisien Runoff (C) Koefisien Runoff Berdasarkan Kemiringan Lereng Dalam menentukan koefisien limpasan berdasarkan kemiringan lereng pada DAS Poleang, data yang dibutuhkan adalah data DEM ( Digital Elevation Model) SRTM sebagai input utama yang diolah dengan menggunakan perangkat lunak ArcGIS 10.3. Gambar 4. Koefisien runoff berdasarkan tutupan lahan Koefisien Runoff Rata-Rata Nilai koefisien runoff rata-rata didapatkan dengan menggunakan persamaan (2) (C1+C2)/2 dimana C1 adalah nilai koefisien runoff berdasarkan kemiringan lahan (C slope ) dan C2 adalah nilai koefisien runoff berdasarkan tutupan lahan (C slope ). Gambar 3. Koefisien runoff berdasarkan kemiringan lereng. Koefisien Runoff Berdasarkan Tutupan Lahan Pembuatan Peta Grid Koefisien Runoff berdasarkan tutupan lahan (C cover ) dibuat dengan menggunakan Peta Rupa Bumi Indonesia (RBI) Digital skala 1:50000 keluaran BIG (Badan Informasi Geospasial). Gambar 5. Peta koefisien runoff rata-rata DAS Poleang 6
Estimasi Debit Aliran Berdasarkan berbagai data yang telah diperoleh diatas maka dapat dihitung debit aliran DAS Poleang dengan metode rasional yaitu, Q =0,278. C.I.A Tabel 9. Rekapitulasi nilai debit tiap kala ulang Kala Ulang Debit (m 3 /det) 2 Tahun 377,05 5 Tahun 448,17 10 Tahun 482,00 25 Tahun 514,49 Estimasi Debit Aliran Pada Sub DAS Poleang Penggunaan metode rasional biasanya digunakan untuk menghitung debit aliran dengan daerah tangkapan (DAS) kecil. Beberapa ahli memandang bahwa luas DAS kurang dari 2,5 km 2 dapat dianggap sebagai DAS kecil (Ponce,1989). Selanjutnya dilakukan kembali perhitungan nilai t c (waktu konsenterasi) untuk menentukan intensitas hujan dengan menggunakan parameter luas dan panjang sungai pada masing-masing Sub DAS sedangkan untuk nilai C (Koefisien Runoff) sesuai dengan luas sub DAS yang akan dihitung. Tabel 10. Hasil perhitungan estimasi debit aliran pada Sub DAS Poleang Sub DAS A (Km 2 ) I (mm/jam) Q (m 3 /det) I 255.23 13.645 210.19 II 163.09 13.748 211.73 III 147.67 19.525 175.83 IV 205.28 13.892 195.86 V 225.54 11.063 201.79 IV 93.53 15.338 127.53 Total 1090.34 1122.93 Berdasarkan tabel 10. dapat dilihat bahwa debit total untuk kala ulang 25 tahun pada DAS Poleang adalah 1122,93 m 3 /det sedangkan pada perhitungan sebelumnya adalah 514,49 m 3 /det. Selanjutnya pada Sub DAS I kembali dibagi menjadi sub sub-das untuk membandingkan besaran debit pada DAS yang lebih kecil. Gambar 6. Pembagian Sub DAS pada DAS Poleang Gambar 7. Pembagian Sub Sub-DAS Pada Sub DAS I Poleang 7
Tabel11. Hasil perhitungan estimasi debit aliran pada Sub Sub-DAS I Poleang. Sub DAS I A (Km 2 ) I (mm/jam) Q (m 3 /det) 1 40.54 18.110 45.41 2 28.84 13.748 25.86 3 33.12 19.525 44.64 4 24.1 21.382 34.55 5 28.05 27.422 40.96 6 18.97 22.550 25.84 7 16.08 31.805 22.98 8 30.38 20.654 41.93 9 35.14 20.406 35.16 Total 255.22 317.33 Berdasarkan tabel 11. debit total yang diperoleh untuk sub DAS I adalah sebesar 317,33 m 3 /det sedangkan pada tabel 4.12 nilai debit untuk sub DAS I adalah 210,19 m 3 /det. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Berdasarkan data-data yang telah diperoleh dan hasil analisis maka dapat disimpulkan bahwa pola distribusi curah hujan untuk DAS Poleang mengikuti pola distribusi Log Pearson Tipe III dimana hujan rancangan yang diperoleh adalah untuk kala ulang 2 tahun sebesar 76,440 mm, kala ulang tahun sebesar 90,861 mm, kala ulang 10 tahun sebesar 97,714 mm, dan kala ulang 25 tahun sebesar 104,300 mm. Waktu yang diperlukan oleh hujan untuk mengalir dari titik terjauh (hulu) sampai ke tempat keluaran DAS atau disebut waktu konsenterasi pada DAS Poleang adalah 11,83 jam. Sehingga debit aliran yang diperoleh pada DAS Poleang untuk kala ulang 2 tahun adalah 377,05 m 3 /det, kala ulang 5 tahun adalah 448,17 m 3 /det, kala ulang 10 tahun adalah 482,00 m 3 /det, dan kala ulang 25 tahun adalah 514,49 m 3 /det. Pada pembagian DAS poleang menjadi 6 sub DAS debit total yang diperoleh pada kala ulang 25 tahun adalah 1.122,93 m 3 /det sedangkan sebelumnya berdasarkan perhitungan sebelumnya (tanpa pembagian sub DAS) nilai debit yang diperoleh hanya 514,49 m 3 /det. Kemudian sub DAS I kembali dibagi menjadi 9 sub sub-das, debit total yang diperoleh adalah 317,33 m 3 /det sedangkan pada perhitungan sebelumnya (pada pembagian 6 sub DAS) nilai debit pada sub DAS I adalah 210,19 m 3 /det. Hal ini menunjukkan bahwa metode yang digunakan untuk mengestimasi debit (metode rasional) pada DAS Poleang salah. Saran 1. Untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimal maka dibutuhkan beberapa parameter tambahan seperti parameter jenis tanah dan ilfiltrasi yang juga dapat mempengaruhi besar kecilnya debit. 2. Penggunaan data spasial yang memiliki resolusi yang lebih tinggi (rapat) agar hasil analisis bisa lebih akurat dan sesuai kondisi dilapangan. 3. Penggunaan metode rasional hanya untuk daerah tangkapan (DAS) kecil yaitu < 2,5 km 2. DAFTAR PUSTAKA [1] GIS Konsorsium Aceh Nias, 2007. Modul Pelatihan ArcGIS Tingkat Dasar. Staf Pemerintah Kota Banda Aceh. Banda Aceh. [2] Machairiyah, 2007. Analisis Curah Hujan Untuk Pendugaan Debit Puncak Dengan Metode Rasional Pada DAS Percut Kabupaten Deli Serdang. Universitas Sumatera Utara. Medan. [3] Rahman Ando Arif, 2016. Studi Hidraulik Sungai Muturi Papua Dengan HEC-RAS. Universitas Hasanuddin. Makassar.. [4] Samauna Arham, 2016. Identifikasi Potensi Sumber Air Permukaan Menggunakan Digital Elevation Model di Kabupaten Buton Utara. Universitas Hasanuddin. Makassar. [5] Soewarno, 1995. Hidrologi Aplikasi Metode Statistik Untuk Analisa Data. Nova. Bandung. [6] Soewarno, 2000. Hidrologi Operasional. Citra Aditya Bakti. Bandung. [7] Triatmodjo Bambang, 2009, Hidrologi Terapan Cetakan Ke-2. Beta Offset. Yogyakarta 8