PEMODELAN HIDROLOGI DAERAH ALIRAN SUNGAI TUKAD PAKERISAN DENGAN SOFTWARE HEC-HMS TUGAS AKHIR Oleh : Gede Ariahastha Wicaksana NIM : 1104105102 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015 i
ABSTRACT Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah air yang mengalir pada suatu kawasan yang dibatasi oleh titik-titik tinggi di mana air tersebut berasal dari air hujan yang jatuh dan terkumpul dalam sistem tersebut. Guna dari DAS adalah menerima, menyimpan, dan mengalirkan airhujan yang jatuh diatasnya melaluisungai.debit aliran sungai adalah salah satu luaran dari sistem DAS dan menjadi indikator fungsi DAS dalam prosesnya khususnya alih ragam hujan menjadi aliran. Debit sungai juga dijadikan sebagai bahan evaluasi kondisi DAS yang bersangkutan, sehingga debit aliran sungai perlu disaqjikan dalam bentuk sajian yang informatif. Sejak dahulu para ilmuan mengemukakan bagaimana DAS memiliki sifat khas dalam sistem DAS tersebut. Dan dalam konsep hidrologi dikenal dengan hidrograf satuan (direct runoff hydrograph) dan hidrograf satuan itu dihasilkan oleh hujan efektif yang terjadi secara merata dengan intensitas tetap dalam satuan waktu yang ditetapkan. Hidrograf satuan dapat diperoleh jika rekaman data curah hujan jam-jaman yang tersebar merata serta data debit jam-jaman dengan kuantitas, kualitas dan kontinuitas yang baik dari DAS yang bersangkutan. Data hasil pengukuran tinggi muka air, debit, hujan harian dan hujan yang lebih pendek, dengan kuantitas, kualitas dan kontinuitas yang baik tidak selalu tersedia di setiap DAS sehingga dikembangkan suatu cara untuk mendapat hidrograf satuan tanpa mengembangkan data tersebut. Globalisasi yang kini terjadi memberi pengaruh positif terhadap pertumbuhan ilmu hidrologi dibidang teknik sipil yakni telah diciptakannya software HEC-HMS. Program HEC-HMSini merupakan model hidrologi numerik yang dikembangkan oleh Hydrologic Engineering Centre (HEC) dari US Army Corps Of Engineers.Program HEC- HMSmerupakan program komputer untuk menghitung transformasi hujan dan proses routing, volume runoff, direct runoff, baseflow dan channelflow pada suatu sistem DAS.Pemodelan hujan-debit merupakan satuan untuk mendekati nilai-nilai proses hidrologi yang terjadi di lapangan. Kemampuan hujan-debit aliran sangat diperlukan untuk mengetahui potensi Sumber Daya Air di suatu wilayah DAS. Di penulisan ini membahas model hubungan hujan dan debit dari data curah hujan harian dan curah hujan jam-jaman pada DAS Tukad Pakerisan-Gianyar. Data curah hujan maksimum harian yang diperoleh dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Wilayah-III Denpasar-Tuban serta data dari Badan Wilayah Sungai wilayah Bali-Penida digunakan untuk menganalisis curah hujan renacan dengan metode Log Person Type-III, dimana curah hujan maksimu harian rata-rata menggunakan data hujan stasiun Pengotan, Susut dan Tampaksiring dari perhitungan metode Polygon Thiessen. Selanjutnya debit dihitung menggunakan metode HSS-Nakayasu. Kemudian hasil debit banjir dari metode HSS-Nakayasu tersebut dibandingkan dengan debit banjir berdasarkan perhitungan dengan program HEC-HMS. Debit banjir yang dihitung dengan menggunakan HSS-Nakayasu adalah debit maksimum untuk 25 tahun= 65,845 m 3 /det, 50 tahun = 72,570 m 3 /det, 100 tahun = 79,563 m 3 /det. Debit banjir yang dihitung dengan menggunakan program HEC-HMS adalah debit maksimum untuk 25 tahun = 68,2 m 3 /det, 50 tahun = 81,0 m 3 /det dan 100 tahun = 96,1 m 3 /det. Perbandingan yang dapat disimpulkan bahwa tidak memiliki perbedaan hasil debit yang cukup jauh antara metode HSS-Nakayasu dengan HEC-HMS.Perhitungan dengan metode HSS-Nakayasu memiliki hasil debit yang lebih kecil jika dibandingkan dengan hasil perhitungan debit menggunakan program HEC-HMS yang selalu lebih besar namun sedikit. Kata Kunci : Banjir, Daerah Aliran Sungai, Hidrograf Satuan Sintetik (HSS), HSS Nakayasu, HEC-HMS. ii
DAFTAR ISI ABSTRACT UCAPAN TERIMA KASIH... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... vii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 4 1.3 Maksud dan Tujuan... 4 1.4 Manfaat Penulisan... 5 1.5 Batasan Penelitian... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1 Hujan... 6 2.1.1Definisi Hujan... 6 2.1.2Klasifikasi Hujan... 7 2.2Daerah Aliran Sungai (DAS)... 8 2.2.1 Definisi Umum DAS... 8 2.2.2 Klasifkasi Daerah Aliran Sungai (DAS)... 10 2.3 Hidrologi... 12 2.3.1 Definisi Umum Hidrologi... 12 2.3.2 Siklus Hidrologi... 13 2.4 Analisis Hidrologi... 13 2.4.1 Hujan Rencana... 14 2.4.2 Penentuan Hujan Kawasan... 16 2.4.3Penentuan Analisis Frekuensi... 21 2.4.4 Pengeplotan Data... 28 2.4.5 Uji Distribusi Frekuensi... 29 2.5 Hidrograf... 32 2.5.1 Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu... 34 2.5.2 Hidrograf Satuan Sintetik Soil Conservation Services (SCS)... 35 2.6HEC-HMS... 37 iii
BAB III METODE PENELITIAN... 43 3.1 Lokasi Data... 43 3.2 Jenis Data... 44 3.3 TeknikPengumpulan Data... 44 3.4 Analisis Data... 44 3.4.1 Uji Konsistensi... 44 3.4.2 Perhitungan Curah Hujan Kawasan... 45 3.4.3 Penentuan Analisis Frekuensi... 45 3.4.4 Analisis Curah Hujan... 45 3.4.5 Uji Distribusi Frekuensi... 46 3.4.6 Perhitungan Debit Banjir Metode HSS-Nakayasu dengan Debit Banjir dari Hasil HEC-HMS... 46 3.4.7 Hasil Perbandingan... 46 3.4.8 DiagramAlir Penelitian... 47 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 48 4.1 Kondisi Umum DAS Tukad Pakerisan... 48 4.2 Uji Konsistensi Data Hujan... 48 4.2.1 Pemilihan Distribusi Frekuensi... 51 4.2.2 Analisis Curah Hujan Rencana dengan Metode Log Person Type-III... 53 4.2.3 Uji Smirnov-Kolmogorov... 54 4.2.4 Uji Chi Khuadrat... 56 4.4 Perhitungan Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu... 60 4.5 Perhitungan Menggunakan Program HEC-HMS... 68 4.6 Hasil PerbandinganPerhitungan Q Debit HSS-Nakayasu dengan Perhitungan Program HEC-HMS... 71 BAB VPENUTUP... 72 5.1 Kesimpulan... 72 5.2 Saran... 72 DAFTAR PUSTAKA... 73 LAMPIRAN... 74 LAMPIRAN A... 74 Gambar Peta DAS Tukad Pakerisan... 74 Gambar Perhitungan Tinggi Curah Hujan Metode Poligon Thiessen... 75 Gambar Peta Sungai Tukad Pakerisan dengan Pembagian 5 SUBDAS... 76 Gambar Peta Sungai Tukad Pakerisan dengan Pembagian 5 SUBDAS... 77 iv
LAMPIRAN B... 78 Tutorial Menggunakan Program HEC-HMS... 78 LAMPIRAN C... 114 Tutorial Menggunakan Program HEC-HMS... 114 v
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Daerah Aliran Sungai (DAS)... 9 Gambar 2.2 Pengukuran Tinggi Curah Hujan Metode Aljabar... 16 Gambar 2.3 Pengukuran Tinggi Curah Hujan Metode Poligon Thiessen... 17 Gambar 2.4 Pengukuran Tinggi Curah Hujan Metode Isohiet... 20 Gambar 2.5 Penyederhanaan DAS... 33 Gambar 2.6 Komponen Hidrograf Aliran Sungai... 33 Gambar 2.7 Sketsa Hidrograf Satuan Sintetik Model Nakayasu... 34 Gambar 2.8 Sketsa Hidrograf Satuan Sintetik SCS tak berdimensi... 35 Gambar 2.9 User Interface psds HEC-HMS... 37 Gambar 2.10 Hasil Simulasi pada HEC-HMS... 39 Gambar 3.1 Lokasi Tukad Pakerisan... 43 Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian... 47 Gambar 4.1 Pengukuran Tinggi Curah Hujan Menggunakan Metode Poligon Thiessen (Gambar DAS)... 50 Gambar 4.2 Ordinat HSS-Nakayasu... 63 Gambar 4.3 HSS-NakayasuTukad Pakerisan dengan kala ulang 25 tahun... 67 Gambar 4.4 HSS-Nakayasu Tukad Pakerisan dengan kala ulang 2, 5, 10, 25, 50, 100, 200 dan 1000 tahun... 67 vi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai Q/ n dan R/ n... 16 Tabel 2.2 Persyaratan Pemilihan Jenis Distribusi / Sebaran Frekuensi... 22 Tabel 2.3 Nilai K untuk Distribusi Logt-Person III... 25 Tabel 2.4 Faktor Penyimpangan (G) untuk Distribusi Log-Person III... 26 Tabel 2.5 Faktor Frekuensi untuk Nilai Ekstrim (K)... 27 Tabel 2.6 Simpangan Baku Tereduksi (Sn)... 27 Tabel 2.7 Rata-rata Tereduksi (Y n )... 28 Tabel 2.8 Hubungan antara Kala Ulang dengan Faktor Reduksi (Y t )... 28 Tabel2.9 Harga Chi-Square (X 2 ) untuk Chi-Square Test... 30 Tabel 2.10 Nilai Kritis Do untuk Uji Smirnov-Kolmogorov... 31 Tabel 2.11 Nilai t/t p dan q/q p HSS SCS... 36 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Data Curah Hujan Maksimum harian untuk stasiun Pengotan, Susut, Tampaksiring... 49 Perhitungan Hujan Harian Maksimum Rata-rata dengan Menggunakan Metode Poligon Thiessen... 51 Tabel 4.3 Perhitungan Koefisien kepencengan (Cs) & Koefisien kepuncakan (Ck)... 52 Tabel 4.4 Perhitungan Curah Hujan (X)... 53 Tabel 4.5 Perhitungan Log Person Type III... 54 Tabel 4.6 Pengamatan Uji Smirnov Kolmogorov... 55 Tabel 4.7 Hasil Uji Smirnov Kolmogorov... 55 Tabel 4.8 Pengujian Nilai Distribusi Frekuensi Log Pearson III Dengan Metode Chi- Kuadrat... 57 Tabel 4.9 Curah Hujan Efektif Rata-Rata sampai jam ke-t... 58 Tabel 4.10 Hasil Perhitungan (persentase)... 58 Tabel 4.11 Perhitungan Curah Hujan Efektif Selama 24 jam... 59 Tabel 4.12 Perhitungan Distribusi Curah Hujan Tiap Jam... 59 Tabel 4.13 Ordinat Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu... 62 Tabel 4.14 Hasil Perhitungan HSS-Nakayasu kala ulang 25 tahun... 63 Tabel 4.14 Rekapitulasi perhitungan HSS-Nakayasu... 65 Tabel 4.15 Hasil Perhitungan HEC-HMS Kala Ulang 2Tahun... 68 Tabel 4.16 Hasil Perhitungan HEC-HMS Kala Ulang 5Tahun... 68 Tabel 4.17 Hasil Perhitungan HEC-HMS Kala Ulang 10Tahun... 69 Tabel 4.18 Hasil Perhitungan HEC-HMS Kala Ulang 25Tahun... 69 Tabel 4.19 Hasil Perhitungan HEC-HMS Kala Ulang 50Tahun... 70 vii
Tabel 4.20 Hasil Perhitungan HEC-HMS Kala Ulang 100 Tahun... 70 Tabel 4.21 Rekapitulasi hasil perhitungan HEC-HMS dengan kala ulang keseluruhan yakni 2 tahun, 5 tahun, 10 tahun, 25 tahun, 50 tahun dan 100 tahun... 71 viii