STUDI PENGARUH DAN HUBUNGAN VARIABEL ... - jurnalsmartek

ekSIPIL MESIN ARSITEKTUR ELEKTROSTUDI PENGARUH DAN HUBUNGAN VARIABEL BENTUK DASTERHADAP PARAMETER HIDROGRAF SATUAN SINTETIK(Studi Kasus: Sungai Salugan, Taopa dan Batui di Sulawesi Tengah)I Wayan Sutapa *AbstractUnit Hydrograph can be used as one of method to calculate the design flood which is alightedfrom rainfall data and discharge measurement from catchment area. Unit Hydrograph only validfor the pertinent catchment area and at point where discharge measurement is conducted. Thelimitation of data and limitation go into effect Unit Hydrograph peep out the idea to develop theSynthetic Unit Hydrograph (SUH). In this research is made model of Synthetic Unit Hydrograph likepeak discharge (Qp), time peak (Tp) and time base (Tb) with the characteristic of physical ofform factor catchment area as single variable in model. The model of Synthetic Unit Hydrographparameter use the statistically regression methods, where parameter SUH ( Qp, Tp and Tb) asvariable is not free and form factor catchment area ( FD) as free variable. As can be seen, theresult of this research is form factor of Catchment area have the strong linear relation. This matteris shown by value of coefficient correlation to Synthetic Unit Hydrograph parameter (Qp, Tp andTb). Chosen Model for the Qp of = 0,375,1 FD -2,7457 by coefficient of determination, R 2 = 0,9986, Tp= 30,0621FD - 2,9864 by coefficient of determination, R 2 = 0,7496 and Tb = 35,4835 FD + 14,6429by coefficient of determination, R 2 = 0,9862.Keywords: Rainfall, catchment area and discharge measurementAbstrakHidrograf Satuan dapat digunakan sebagai salah satu metode untuk menghitung debit banjirrancangan yang diturunkan dari data hujan dan pengukuran debit dari suatu Daerah AliranSungai (DAS). Hidrograf Satuan hanya berlaku untuk DAS yang bersangkutan dan hanya padatitik dimana pengukuran debit dilakukan. Keterbatasan data dan keterbatasan berlakunyaHidrograf Satuan memunculkan gagasan untuk mengembangkan Hidrograf Satuan Sintetik (HSS).Dalam penelitian ini dibuat model parameter Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) seperti debitpuncak(Qp), waktu puncak (Tp) dan waktu dasar (Tb) dengan karakteristik fisik faktor bentukDAS, sebagai variabel tunggal dalam pemodelan. Pemodelan parameter Hidrograf SatuanSintetik (HSS) menggunakan metode statistik regresi, dimana parameter HSS (Qp, Tp dan Tb)sebagai variabel tidak bebas dan faktor bentuk DAS (FD) sebagai variabel bebas. Hasil penelitianini adalah faktor bentuk DAS mempunyai hubungan linier yang kuat. Hal ini ditunjukkan oleh nilaikoefisien korelasi terhadap parameter Hidrograf Satuan Sintetik (Qp, Tp dan Tb). Model terpilihuntuk Qp = 0,3751 FD -2,7457 dengan koefesien determinasi, R 2 = 0,9986, Tp = 30,0621FD- 2,9864dengan koefisien determinasi, R 2 = 0,7496 dan Tb = 35,4835 FD +14,6429 dengan koefesiendeterminasi, R 2 = 0,9862.Kata kunci: Hujan, DAS, debit pengukuran1. PendahuluanPada suatu Daerah Aliran Sungai(DAS) terdapat sifat respon terhadapmasukan tertentu yang dikenal sebagaiHidrograf Satuan (HS) yaitu tipikalHidrograf khas untuk suatu DAS tertentu,akibat hujan efektif satu satuan denganintensitas merata di seluruh DAS dalamwaktu yang ditetapkan. Konsephidrograf satuan ini pertama kali* Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Tadulako, Palu

Studi Pengaruh dan Hubungan Variabel Bentuk DAS TerhadapParameter Hidrograf Satuan Sintetik(I Wayan Sutapa)mengemuka sebagai upaya untukmendapatkan perkiraan banjir yangterjadi akibat berbagai intensitas hujandan hujan jam-jaman rata-rata. Akantetapi disadari pula, karenamenggunakan perkiraan-perkiraansehingga hidrograf aliran yangsebenarnya terjadi selalu berbeda untuksetiap masukan yang terjadi pada saatyang berbeda pula. Oleh karena itu,untuk memperoleh hidrograf yangdapat dianggap sebagai hidrograf khasdan mewakili DAS diperlukan peratarataanhidrograf satuan yang diperolehdari beberapa kasus banjir. Untukmendapatkan suatu hidrograf satuandiperlukan tersedianya data yangakurat yaitu data pengukuran debitlangsung dari pencatatan otomatis(AWLR, Automatic Water Level Record)dan data hujan. Yang menjadi masalahadalah apabila tidak tersedianya datatersebut di atas, maka dikembangkansuatu cara untuk memperoleh hidrografsatuan dengan memanfaatkanparameter DAS untuk memperolehHidrograf Satuan Sintetik (HSS). Dalamusaha menambah model HSS yangdikembangkan berdasarkan datakarakteristik fisik DAS, maka dilakukanpenelitian untuk membuat HSSberdasarkan faktor bentuk DAS dankarakteristik fisik DAS berupaperbandingan luas DAS dan Keliling DASyang kemudian disebut Faktor BentukDAS (FD). Penelitian ini dilakukan diSungai Taopa, Salugan dan Sungai Batuidi Sulawesi Tengah)Tujuan penelitian ini adalah untukmendapatkan model Hidrograf SatuanSintetik (HSS) yang dirumuskanberdasarkan data karakteristik fisik DASdan pengaruh faktor bentuk DAS (FD)terhadap parameter HSS sertahubungan (model) antara variabel FDterhadap parameter HSS (Qp, Tp danTb).2. Studi Pustaka2.1 Bentuk Daerah Aliran Sungai (DAS)Bentuk DAS mempunyai artipenting dalam hubungannya denganaliran sungai yaitu berpengaruhterhadap kecepatan terpusatnya aliran.Ada 4 (empat) bentuk DAS yangdiketahui, sebagai berikut (Sumarto,1995) :a. MemanjangBiasanya induk sungai memanjangdengan anak-anak sungai langsungmasuk kedalam induk sungai. Bentukini (Gambar 1) menyebabkan debitbanjirnya relatif kecil karenaperjalanan banjir dari anak sungaiberbeda-beda waktunya tetapibanjirnya berlangsung agak lama.QQpTDAS Memanjang (Bulu burungHidrograf DAS Memanjang (Bulu burung)Gambar 1. Bentuk DAS memanjang (Bulu Burung) dan Hidrograf yang dihasilkan225

Jurnal SMARTek, Vol. 4, No. 4, Nopember 2006: 224 - 232QTDAS Radial (Kipas)Hidrograf DAS Radial (Kipas)Gambar 2. Bentuk DAS Radial (kipas) dan Hidrograf banjir yang dihasilkanC1C2CDAS Radial (Kipas)C1CC2Hidrograf banjir DAS ParalelGambar 3. Bentuk DAS Paralel dan Hidrograf banjir yang dihasilkanb. RadialBentuk ini (Gambar 2) terjadi karenaarah alur sungai seolah-olahmemusat pada suatu titik sehinggamenggambarkan adanya bentukradial. Kadang-kadang gambarantersebut berbentuk kipas ataulingkaran. Akibatnya waktu yangdiperlukan aliran yang datang darisegala penjuru arah alur sungaimemerlukan waktu yang hampirbersamaan. Apabila terjadi hujanyang sifatnya merata di seluruh DASmaka akan terjadi banjir besar.226

Studi Pengaruh dan Hubungan Variabel Bentuk DAS TerhadapParameter Hidrograf Satuan Sintetik(I Wayan Sutapa)c. ParalelDAS ini (Gambar 3) dibentuk oleh 2jalur Sub DAS yang bersatu di bagianhilirnya. Banjir biasanya terjadi didaerah hilir setelah titik pertemuanantara kedua alur sungai sub DAStersebut.d. KompleksBentuk DAS ini terjadi akibatgabungan dua atau lebih DAS.Dalam keadaan hujan yang samadaerah aliran sungai radial,hidrografnya lebih tajam sertaperiode kejadian banjirnya lebihpendek dibandingkan denganbentuk DAS bulu burung.2.2 Koefisien reduksihujanDalam suatu analisis hujan, jikahanya ada satu stasiun pengukur hujanperlu dikalikan dengan suatu koefisienreduksi seperti berikut:t = 0,1. L 0,8 . I -0,31B= 1 +⎡⎢⎣….……………….….(1)− 0,4t0,75( t + 3,7 x 10 ) ⎤ ⎛ F( ) ⎟ ⎞⎥ x⎜2t + 1512 ⎠⎦⎝….(2)(H H0)I= ……………………………(3)L1−2.3 Distribusi hujanJika data hujan jam-jaman tidaktersedia, maka diperlukan suatu modeluntuk pengalihragaman hujan harianpenyebab banjir ke waktu yang lebihpendek, yaitu hujan jam-jaman. Untukpendekatan digunakan rumus yangdikembangkan oleh Ishiguro tahun 1953di Jepang, yang dikenal dengan rumusMononobe (Suyono, 1999) sepertiberikut:It=⎡ R24⎢⎣ 24⎤ ⎡⎥⎦⎢⎣24t⎤⎥⎦23…………………(4)2.4 Hidragraf satuanUntuk memperoleh hidrografsatuan dari suatu kasus banjir, diperlukandata:a. Rekaman AWLRb. Pengukuran debit yang cukupc. Data hujan manuald. Data hujan otomatik.Cara perhitungan hidrograf satuanadalah :a. Aliran dasarUntuk menganalisa hidrograf satuandiperlukan hubungan antara hujanefektif dengan limpasan langsung,sehingga aliran dasar (Base flow)harus dipisahkan dari hidrografnya.Untuk memperoleh hidrograflimpasan langsungnya, Sri Harto,1993, memberikan tiga metode yangdapat dilakukan yaitu:• Straight line Method• Fixed base lenght method• Variabel Slope method.b. Hidrograf limpasan langsungHidrograf limpasan langsungmerupakan besarnya debit alirandikurangi dengan besarnya alirandasar pada jam tersebut, dapatdirumuskan sebagai berikut :HLL = Q – AD ..................................(5)c. Indeks Phi (φ)Indeks φ adalah hujan rata-rataminimum yang mengakibatkanvolume aliran seimbang denganvolume seimbang. Indeks φdirumuskan sebagai berikut :φ =Ptot − Pnet .........................(6)td. Hujan efektifHujan efektif dalam penelitian inidiartikan sebagai hujan yang dapatmengakibatkan terjadinya limpasanlangsung, yaitu hujan total setelahdikurangi dengan kehilangankehilangan.Dalam hal ini yangdapat dihitung adalah infiltrasi. Hujanefektif dapat dirumuskan sebagaiberikut :HE = CH – Indeks φ ......................(7)e. Volume limpasan langsungVolume limpasan langsungmerupakan volume hujan yangmenyebabkan terjadinya limpasanlangsung dalam satuan meter kubik(m 3 ). Volume limpasan langsungdapat dirumuskan sebagai berikut :VLL = HLL x 3600 ........................(8)227

Jurnal SMARTek, Vol. 4, No. 4, Nopember 2006: 224 - 232f. Ordinat Hidragraf satuanSalah satu cara menghitung ordinathidrograf satuan yaitu dengan caramembagi hidrograf limpasanlangsung dengan tinggi hujanefektifnya. Ordinat hidrograf satuandapat dirumuskan, sebagai berikut :OHS = HLL / ΣHE .............................(9)g. Hidragraf satuan terukur rata-rataDari data kasus banjir yang terjadidiperoleh sifat pokok hidrograf satuanterukur. Sifat pokok hidrograf satuanterukur (Qp dan Tp) dirata-ratakansehingga diperoleh sifat pokokhidrograf satuan terukur. Dari sifatpokok hidrograf ini kemudian dicariordinat-ordinat hidrograf satuanterukur rata-rata dengan cara trialand error. Sebagai kontrol volumehidrograf satuan terukur dibagi luasDAS sama dengan 1 mm.2.5 Hidragraf satuan sintetikDalam mengembangkanpersamaan hidrograf satuan sintetik diIndonesia pada tahun 1985, Sri Hartomemasukkan parameter luas DAS danpanjang sungai utama sebagai faktoryang penting. Dalam Sri Harto, 1985,diberikan beberapa kriteria dalammemasukkan parameter-parameteruntuk menurunkan persamaan yangdikemukakan oleh Horton (1932), yaitu :• Faktor tersebut harus dapat diterimasecara umum.• Dapat ditentukan secara mudahdengan data yang tersedia.• Mempunyai nilai yang panggah,berarti mempunyai nilai yang samabila ditetapkan oleh orang yangberbeda.Dalam penelitian ini digunakankarakteristik fisik bentuk DAS yaitu faktorbentuk DAS (FD) sebagai variabelhidrograf satuan sintetik. Faktor bentukDAS (FD) adalah nilai banding antarakeliling batas DAS (km) terhadap luasDAS (km 2 ), dalam bentuk persamaandapat ditulis :FD = P/A ......................................(10)2.6 Model regresiUntuk menunjukkan hubunganantara parameter hidrograf satuandengan parameter faktor bentuk DAS(FD) digunakan analisis regresi, yaituanalisis yang membahas hubunganantara dua variabel atau lebih. Variabelyang dimaksud dalam analisis regresi ini,yaitu variabel bebas (VB) dan variabeltidak bebas (VTB). Variabel bebasadalah variabel yang telah diketahuinilainya (parameter faktor bentuk DAS),sedangkan variabel tidak bebas adalahvariabel yang akan dicari nilainya(parameter debit puncak Qp dan waktupuncak Tp).Apabila dalam analisis regresitelah ditentukan model persamaanmatematik yang cocok, masalahberikutnya adalah menentukanseberapa kuat hubungan antaravariabel-variabel tersebut, atau dengankata lain harus ditentukan derajathubungan atau derajat asosiasi antaravariabel hidrologi yang digunakandalam analisis regresi.Langkah pertama dalam analisisregresi dan korelasi adalah menentukandata fenomena hidrologi {(Xi, Yi); i =1,2,3,....n} yang dipilih sebagai variabelbebas (VB) dan variabel tidak bebas(VTB), langkah selanjutnya adalah(Soewarno, 1995) :• Menentukan bentuk kurva danpersamaan yang cocok dengansebaran data (Xi, Yi)• Melakukan interpolasi nilai VTBberdasarkan nilai VB yang telahdiketahui.• Bila diperlukan melakukanekstrapolasi nilai VTB berdasarkan nilaiVB yang telah diketahui.Dalam penelitian ini digunakananalisa regresi linier sederhana danregresi berpangkat untuk membuathubungan pasangan datapengamatan {(Xi, Yi); i = 1,2,...n}, sebagaiberikut :• Model sederhana (garis lurus):Y = b1 + a1 X ....................................(11)Y = b1 + a1 (1/X) .............................(12)228

Studi Pengaruh dan Hubungan Variabel Bentuk DAS TerhadapParameter Hidrograf Satuan Sintetik(I Wayan Sutapa)• Model berpangkatY = b1 X a1 ..........................................(13)Y = b1 X a1 + c ..................................(14)Nilai a1 dan b1 dapat dihitungdengan persamaan sebagai berikut :a1=n∑i = 1(Xn∑ii = 1b1−1−(X_X )(Yi−_iX )−2_Y ).........(15)= Y a (X ) .............................(16)Deviasi standar dari nilai residu dapatdihitung dengan persamaan sebagaiberikut :σσxy=⎡⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎢=⎢⎢⎢⎣n∑i = 1n∑i = 1(Xi− X )(n − 1)(Yi− Y )(n − 1)22⎤⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎥⎥⎥⎥⎦1212................(17)................(18)Untuk memilih model regresi yangtepat, maka dari persamaantersebut dicari nilai kesalahanstandar dari perkiraan (SEY =standard error of estimate), dankoefisien penentu atau koefisiendeterminasi (R 2 ). Persamaan untukmencari koefesien korelasi (R) adalahsebagai berikut (Soewarno,1995) :R =⎡⎧⎢⎨⎣⎩n∑i=1n∑i=1(X − X )(Y − Y )2 ⎫⎧(Xi− X ) ⎬⎨⎭⎩in∑i=1i2 ⎫⎤(Yi− Y ) ⎬⎥⎭⎦12...(19)Koefesien regresi dihitungberdasarkan persamaan sebagaiberikut :⎛ σY⎞a =⎜⎟1R...............................(20)⎝ σX ⎠Sehingga, persamaan garis regresi Y,yaitu persamaan untuk meramaldebit puncak banjir suatu DAS jikaFaktor bentuk DAS diketahui adalah :⎛ σY = Y + R⎜⎝ σYX⎞⎟(X− X )................(21)⎠Nilai kesalahan standar dari nilai (SEY)dapat dicari dengan persamaansebagai berikut :SEY=⎡⎢⎢⎢⎢⎣n∑i = 1(Yi−n − 13. Metode Penelitian3.1 Rancangan penelitianPenelitian ini merupakanpenelitian deskriptip berupa analisahubungan antara karakteristik fisik DASdengan hidrograf aliran langsung akibathujan satu satuan (Hidrograf satuan).Sebagai variabel penelitian adalah229Y)2⎤⎥⎥⎥⎥⎦12............(22)Dengan melihat nilai R 2 dan SEY,maka dari beberapa model yangdigunakan dapat dipilih salah satumodel regresi yang tepat. Dalammembandingkan model regresitersebut dicari nilai koefisisendeterminasi terbesar atau mendekati1 yang berarti mempunyai hubunganpositif yang sempurna dan nilaikesalahan standar terkecil.Koefesien korelasi antara (Xi, Yi)menunjukkan hubungan linier antaravariabel Xi dan Yi. Oleh karena ituuntuk nilai R = 0, berarti tidak adanyahubungan linier, mungkin hubungankuadratik. Dengan demikian nilai R =0, mungkin menunjukkan adanyahubungan tak linier yang sempurnaantara kedua variabel.Selanjutnya bagaimana menguji nilaikoefesien korelasi (R) berada jauhdari nol atau R ≠ 0. Pengujian dapatdilakukan dengan rumus berikut :t =R(n(1 − R− 2)2)1212...............................(23)Apabila nilai t hitungan lebih kecildari nilai t tabel, untuk derajatkebebasan n – 2, maka hipotesisyang menyatakan bahwa nilai R ≠ 0dapat diterima.

Jurnal SMARTek, Vol. 4, No. 4, Nopember 2006: 224 - 232karakteristik fisik DAS dan parameterhidrograf satuan. Karakteristik fisik DASberupa faktor bentuk DAS (FD) yaitu nilaibanding antara keliling batas DAS (Km)terhadap luas DAS (Km 2 ). Sedangkanparameter hidrograf satuan terdiri daridebit puncak banjir (Qp) dan waktupuncak banjir (Tp).3.2 Pengumpulan dataBahan yang digunakan dalampenelitian ini berupa data sekunderyang didapat dari kantor Satuan KerjaSementara Pengendalian Banjir danPengamanan Pantai Sulawesi Tengahyang berupa:• Karakteristik fisik DAS diukur dari petatopografi 1 : 50.000• Data debit hasil pencatatan AWLR• Data hujan .3.3 Analisa dataBerdasarkan data yang telahdikumpulkan dilakukan pemilihan datauntuk analisis selanjutnya, dari petatopografi dapat ditentukan parameterDAS dengan langkah sebagai berikut :• Menentukan batas-batas DASdengan mengacu pada stasiunhidrometri di titik kontroll setiap DASyang ditinjau.• Pengukuran luas DAS (Km 2 ) danpanjang keliling DAS (Km)• Menghitung faktor bentuk DAS (FD)yaitu nilai banding antara kelilingbatas DAS (Km) terhadap luas DAS(Km 2 ).Untuk menurunkan hidrograf satuanterukur setiap DAS yang ditinjaudilakukan langkah-langkah sebagaiberikut :• Menentukan hidrograf banjir atausaat terjadi banjir.• Menentukan liku kalibrasi darihidrograf yang dipilih.• Memisahkan hidrograf limpasanlangsung masing-masing kasus banjirdan aliran dasarnya• Menentukan hujan penyebab banjirpada tanggal yang sama denganhidrograf yang dipilih.• Menghitung hujan rerata harian DAS.• Analisa hujan jam-jaman dari hujanrerata harian• Hujan efektif dihitung denganmetode phi indeks.• Penurunan hidrograf satuandengan cara membagi ordinatlimpasan langsung dengan tinggihujan efektif.3.4 PemodelanHasil penurunan hidrograf satuanberdasarkan data yang telah diperolehdirata-ratakan untuk digunakan sebagaidata penurunan model parameter HSS.Pemodelan parameter HSSmenggunakan metode regresi denganvariabel tidak bebas adalah parameterHSS (QP dan TP), sedangkan sebagaivariabel bebas adalah faktor bentukDAS (FD). Penggunaan teknik regresidengan pemodelan awalmenggunakan regresi linier sederhanadan regresi berpangkat, apabila belumdidapatkan hasil yang baik, dilanjutkanregresi yang lain sampai didapatkanmodel yang baik dengan kriteria nilaikoefisien determinasi R 2 .4. Hasil dan Pembahasan4.1 Hasil penelitianDengan mengunakan data yangtersedia dan mengikuti langkahpenelitian di atas maka didapatkan hasilhidrograf satuan terukur dan faktorbentuk DAS seperti pada Tabel 1.Selanjutnya dilakukan pemodelanuntuk masing-masing parameter HSS(Qp, Tp dan Tb) yang hasilnya disajikanpada tabel 2, tabel 3 dan tabel 4.Tabel 1. Hidrograf Satuan Terukur dan Faktor Bentuk DASNoNama Qp Tp TbFDsungai (m 3 /det) (jam) (jam) (km/km 2 )1. S. Taopa 30,073 3,571 21,929 0,2022. S. Salugan 8,442 7,333 26,167 0,3203. S. Batui 13,829 4,000 24,000 0,272BentukDASParalel230