Bab V
Penilaian Ketersediaan Sumber Daya Air
5.1 Pendahuluan
Data hidrologi merupakan kumpulan keterangan atau fakta mengenai fenomena alam dan informasi yang sangat penting dalam pelaksanaan kegiatan pengelolaan Sumber Daya Air (SDA)
Potensi SDA khususnya untuk air permukaan (debit aliran sungai) diperoleh berdasarkan data hasil monitoring/pengamatan muka air di sungai dan persamaan garis lengkung debit atau pengukuran debit secara langsung.
Keandalan informasi yang dihasilkan dari analisa hidrologi dalam suatu wilayah sungai (catchment) sangat tergantung pada panjang, kesinambungan dan akurasi data yang tersedia.
Secara statistik diberi gambaran tentang analisa kemungkinan penyimpangan/ kesalahan data terhadap ketersediaan data seperti terlihat dalam tabel berikut ini
1 + 50 sampai - 40 3 + 27 sampai - 24 5 + 16 sampai - 14 10 + 8 sampai - 8 20 + 3 sampai - 3 30 + 2 sampai - 2 Jangka waktu pengamatan (tahun)
Kemungkinan kesalahan terhadap harga rata-rata hasil pengamatan jangka waktu yang panjang (%)
Sumber : Saunders - Concept of Hydrological Analysis
Contoh :
Tersedia data hujan selama 5 tahun dengan curah hujan tahunan rata-rata adalah 200 mm. Maka sesuai dengan table tersebut diatas, curah hujan tahunan rata-rata adalah berkisar antara (200 + 16%) dan (200 – 14%) atau antara 232 – 172 mm.
Berdasarkan tabel tersebut diatas maka sebaiknya analisa hidrologi menggunakan data minimal 10 tahun, menerus, dan akurat.
5.2 Penggunaan probabilitas (peluang) dalam Analisis data hidrologi
Tujuan dari analisis ketersediaan SDA adalah memperkirakan besarnya aliran yang diharapkan terjadi pada suatu tingkat keandalan tertentu. Pendekatan analisis dilakukan sesuai dengan konsep peluang yaitu berdasarkan pada perubahan variabel data, mempunyai berbagai kemungkinan (tidak dapat dipastikan 100%) dan tidak tergantung waktu.
Berdasarkan data yang tercatat pada masa yang lalu dapat dilakukan analisis besarnya prosentase peluang terjadinya dimasa mendatang sehingga dapat diperkirakan nilainya untuk periode ulang tertentu.
Besarnya peluang terjadi dimasa mendatang mempunyai hubungan terbalik dengan periode ulang (T) atau sesuai dengan persamaan berikut ini yaitu:
1 T =
P
Agar lebih mudah memahami teori peluang (P) dapat diambil contoh berikut ini:
Melakukan undian dengan koin mata uang yang mempunyai dua sisi yaitu sisi A & sisi B.
Probabilitas atau Psisi A akan muncul sama dengan Psisi B atau nilai P adalah 0.5
Artinya pada saat koin dilemparkan keudara, maka kemungkinan koin jatuh dengan sisi A menghadap keatas adalah sama dengan peluang kemungkinan sisi B menghadap keatas.
Debit minimum Kali Rejoso adalah:
Tahun Debit (m3/dt) 1991 1992 1993 1994 1995 1996 7.80 7.20 9.40 10.50 8.94 7.12
Peluang dari masing-masing nilai tersebut diatas yang akan muncul kembali adalah sama, artinya debit sebesar 7.80 m3/dt mempunyai peluang untuk muncul
sebesar 1/6 atau 16.7 %.
Namun debit tersebut mempunyai kemungkinan peluang muncul selama beberapa kali dalam kurun waktu 6 tahun atau dapat juga tidak muncul sama sekali.
Data debit banjir dengan periode ulang 10 tahun akan terjadi rata-rata 1 kali dalam 10 tahun akan tetapi terjadinya tidak harus tiap 10 tahun melainkan rata-rata 1 kali dalam 10 tahun atau 5 kali dalam 50 tahun atau 10 kali dalam 100 tahun. Banjir dengan periode ulang 10 tahun dapat saja terjadi tahun ini atau tahun depan tanpa perlu menunggu 10 tahun. Peluang banjir 10 tahunan yang akan terjadi disembarang waktu adalah 1/10 = 0.1 atau 10 %.
Dari contoh sederhana diatas dapat dipahami bahwa tujuan dari analisis peluang adalah agar dapat menentukan nilai yang diharapkan akan terjadi.
Perhitungan peluang terjadinya dapat menggunakan rumus : N R N-R
P(R) = C P Q R
keterangan:
P(R) = peluang terjadinya sebesar R dalam jumlah kejadian N
N = jumlah kejadian
R = jumlah kejadian yang diharapkan = 0,1,2,…,N
P = peluang terjadinya kejadian atau disebut parameter distribusi
Q = peluang kegagalan (tidak terjadi) = 1 – P
N N !
C =
N! = 1 x 2 x 3 x…x (N-1) x N R ! = 1 ! = 1
Contoh:
Analisis peluang debit untuk periode ulang 5 tahun adalah sebesar 9.70 m3/dt, maka debit
ini dalam kurun waktu 10 tahun kedepan mempunyai peluang sbb: Peluang debit 9.70 m3/dt untuk muncul adalah :
Peluang debit untuk tidak muncul adalah sebesar 80 % (1-P)
Untuk kurun waktu 10 tahun (N) debit tersebut akan mempunyai peluang : Tidak terjadi (R = 0)
Terjadi satu kali (R = 1)
Terjadi dua kali (R = 2)
Terjadi tiga kali (R = 3)
Terjadi empat kali (R = 4)
Terjadi lima kali (R = 5)
Dari contoh di atas dapat diambil kesimpulan bahwa debit 9.70 m3/dt, dalam kurun
waktu 10 tahun kedepan, debit tersebut tidak terjadi mempunyai peluang sebesar 11%, sedangkan peluang terjadi satu kali adalah 27%, peluang terjadi dua kali adalah 30%, peluang terjadi tiga kali adalah 20% dst.
Dalam tabel 5.1 diberikan gambaran/ilustrasi mengenai peluang yang akan muncul dari suatu data dalam kurun waktu 10 tahun untuk beberapa periode ulang.
% 20 20 , 0 5 1 1 T P
0,20
0,80
0,107 10,7% 0 10 ) 0 ( 1 10 R P
0,20
1 0,80
9 1 10 ) 1 ( R P
0,20
0,80
0,268 26,8% )! 1 10 ( ! 1 ! 10 ) 1 ( 1 9 R P
2
8 80 , 0 20 , 0 2 10 ) 2 ( R P
0,20
0,80
0,301 30,1% )! 2 10 ( ! 2 ! 10 ) 1 ( 2 8 R P
0,20
0,80
0,201 20,1% )! 3 10 ( ! 3 ! 10 ) 3 ( 3 7 R P % 9 P % 3 PTabel 5.1 Peluang terjadinya data hidrologi dalam kurun waktu 10 tahun Peluang
Kejadian 5 10Periode Ulang20 50
0 11 35 62 82 1 37 39 32 17 2 30 19 7 2 3 20 6 1 0 4 9 1 0 0 5 3 0 0 0 6 1 0 0 0 > 6 0 0 0 0
Berdasarkan tabel diatas terlihat bahwa data yang diperoleh selama kurun waktu 10 tahun tersebut untuk periode ulang 20 dan 50 tahun kemungkinan tidak terjadi selama kurun waktu 10 tahun sangat besar (> 50%). Sedang untuk periode ulang 5 tahun peluang kejadian adalah 0 – 6 kali, dan untuk periode ulang 10 tahun peluang terjadinya adalah 0 – 4 kali.
5.3 Analisa Debit Andalan
Perhitungan debit harian rata-rata tergantung dari alat yang dipasang dan frekuensi pembacaan tinggi muka air. Khusus untuk pembacaan TMA di lokasi bendung, jika lebih dari satu kali pembacaan tiap hari, maka sebaiknya data TMA tersebut dikonversi terlebih dahulu menjadi data debit kemudian dihitung debit harian rata-rata.
Penyusun database data debit harian dan perhitungan data setengah bulanan atau sepuluh harian dapat menggunakan Ms Excel atau Ms Access seperti yang dibahas dalam volume 1 bab III.
Adapun ketentuan penetapan data setengah bulan pertama adalah dihitung mulai tanggal 1 sampai tanggal 15, dan setengah bulan kedua mulai tanggal 16 sampai hari terakhir bulan itu, sedangkan untuk data sepuluh harian di hitung mulai tanggal 1 sampai 10; 11 sampai 20 dan dari tanggal 21 sampai akhir bulan untuk sepuluh harian ketiga.
Debit andalan diasumsikan sebagai debit yang dijamin dapat memenuhi kebutuhan air tertentu di suatu wilayah.
Untuk perencanaan/pelaksanaan operasionil daerah irigasi digunakan debit andalan atau Q80 yaitu debit yang mempunyai keandalan/diharapkan terjadi/terlampaui dengan
probabilitas 80% dan dihitung berdasarkan data debit rata-rata setengah bulan atau 10 harian.
Untuk perencanaan/operasionil air domestik dan industri dibutuhkan debit dengan tingkat keandalan yang lebih tinggi lagi yaitu 98% karena kegagalan akan menimbulkan dampak yang besar, dan perhitungan hendaknya dihitung berdasarkan data debit harian atau sedikitnya rata-rata 3 atau 5 harian.
5.4.1 Distribusi Normal
Terdapat banyak jenis distribusi frekuensi yang dapat dipergunakan akan tetapi untuk penentuan debit andalan umumnya dipergunakan distribusi normal.
Untuk perhitungan debit andalan dibutuhkan data minimum 10 tahun
Sebelum dilakukan analisa data debit tersebut harus sudah diuji akurasi dan ketelitiannya termasuk garis lengkung debit, pengukuran aliran, pengoperasian pos & peralatan.
Suatu contoh metoda Distribusi Normal diberikan dalam tabel 5.2 (hal 1 dan 2), Debit andalan (Q80) dapat dihitung dengan rumus sbb:
Q80 = Qrata-rata - 0,84 * SD
Keterangan:
Q80 = debit setengah-bulanan 80%
Qrata-rata = debit rata-rata untuk setengah-bulanan
SD = deviasi standar
SD = ( ( Σ (Xi - Xm)2 ) / (r-1)0,5
Keterangan:
Xi = nilai data untuk setengah bulanan i;
Xm = rata-rata untuk semua nilai X;
r = jumlah tahun data.
Langkah yang perlu dilakukan adalah sbb: Langkah 1 :
Susunlah data setengah bulanan seperti terlihat dalam tabel 5.2 halaman 1 (untuk 10 tahun data maka diperlukan 10 lajur atau dari lajur 2 sampai 11). Jumlahkan data debit setengah bulanan selama periode pencatatan seperti
terlihat pada lajur 12.
Hitung nilai rata-rata data tiap setengah bulanan seperti terlihat pada lajur 13. Langkah 2 :
Hitung (Xi-Xm)2 , dimana:
- Xi adalah debit tiap setengah bulanan
- Xm adalah debit rata-rata setengah bulanan untuk seluruh periode
pencatatan.
Susunlah dalam tabel seperti terlihat dalam tabel 5.2 halaman 2 (untuk 10 tahun data maka perlu lajur 14 sampai lajur 23)
Langkah 3 :
Jumlahkan masing-masing data setengah bulanan yaitu data yang tertulis pada lajur-lajur 14 sampai 23 (kesalahan kuadrat rata-rata setengah bulanan) dan cantumkan pada lajur 24.
Bagilah jumlah tersebut dengan (jumlah tahun pencatatan dikurangi 1) sehingga untuk data 10 tahun kurang 1 menjadi 9, dan masukkan hasil perhitungan tersebut pada lajur 25.
Langkah 5 :
Ambil akar kuadrat dari hasil tersebut dalam langkah 4 (akar kuadrat dari lajur 25) seperti dalam lajur 26.
Langkah 6 :
Debit Andalan atau Q80dihitung dengan persamaan tesebut diatas:
Xm - 0,84 * SD.
atau
lajur 13 dikurangi (0,84 * lajur 26), seperti dalam lajur 27.
Berdasarkan hasil perhitungan debit andalan seperti tersebut diatas maka dapat diketahui bahwa debit andalan setengah bulanan yang terendah terjadi pada bulan Juni kedua yaitu 104 1/s.
5.4.2 Cara Ranking
Perhitungan debit andalan (Q80) selain dengan metode tersebut diatas maka ada
cara lain yaitu dengan cara rangking seperti terlihat pada tabel 5.3 Tahapan kegiatan yang perlu dilakukan adalah sbb:
Ranking data yang ada dari kecil ke besar (ascending), untuk melaksanakan ranking data dapat dipergunakan program Ms excel dengan urutan sebagai berikut “menu Data --> Sort --> ascending”
Data kosong akan tertumpuk pada akhir dari kolom. Rumus untuk menetapkan debit andalan adalah:
R = (N + 0,25) * P + 0,375
keterangan:
R = ranking N = Jumlah data
P = peluang/probabilitas
Debit andalan dengan probabilitas 80 % adalah debit yang kemungkinan akan terjadi sebesar 80 % atau kemungkinan gagal sebesar 20 %.
Sebagai contoh untuk data yang tersedia sepanjang 10 tahun maka Q80 atau debit andalan berada pada data dengan ranking yang ditetapkan berdasarkan rumus diatas yaitu: R = (10+0.25)* 0.2 +0.375 atau sama dengan 2.425
Dengan demikian maka Q80 berada diantara rangking data kedua dan ketiga
Data asli Hasil ranking Tahun Data Debit Ranking Tahun Debit
1977 m 1 1989 2.1 1978 6.3 2 1990 3.1 1979 m 3 1981 3.5 1980 8.4 4 1983 4.2 1981 3.5 5 1992 5.0 1982 m 6 1997 5.1 1983 4.2 7 1993 5.1 1984 10.0 8 1978 6.3 1985 9.6 9 1988 7.1 1986 16.0 10 1987 7.9 1987 7.9 11 1980 8.4 1988 7.1 12 1985 9.6 1989 2.1 13 1984 10.0 1990 3.1 14 1991 12.5 1991 12.5 15 1995 12.6 1992 5.0 16 1996 12.9 1993 5.1 17 1986 16.0 1994 21.3 18 1994 21.3 1995 12.6 19 1977 m 1996 12.9 20 1979 m 1997 5.1 21 1982 m Jumlah data 18 Ranking debit andalan (Q80) 4
Perkiraan debit andalan (Q80) 4.2
Catatan.: m = data hilang
Dalam tabel tersebut diatas
N = 18, P adalah 0.2 (20 %) maka akan menghasilkan R = 4,025.
Dengan demikian maka debit andalan (Q80) terletak diantara debit dengan
ranking ke 4 dan 5
Debit andalan dapat ditetapkan berdasarkan :
Diambil sama dengan data debit dengan ranking yang terdekat yaitu sama dengan debit pada ranking ke 4 atau Q80 = 4.2 m3/dt
Cara interpolasi antara debit pada ranking ke 4 dan ke 5 atau Q80 = 4.2 + 0.025 x 0.8 = 4.22 m3/dt.
Penetapan ranking selain dengan rumus diatas ada beberapa rumus lainnya yaitu:
a) Cara yang sederhana yaitu : R = N x P, dengan pembulatkan keatas.
Misalnya untuk data tersebut diatas, nilai R = 18 x 0,2 = 3,6 dibulatkan menjadi 4, atau Q80 = 4.2 m3/dt
b) Analisa Frekwensi/probabilitas
Untuk debit andalan atau debit dengan probabilitas akan terjadi 80 % atau kegagalan akan terjadi adalah 100%-80% atau dapat dikatakan dengan nilai P = 20 % ( dalam 5 tahun ada kemungkinan satu tahun gagal).
Ada beberapa rumus yang dapat dipergunakan untuk perhitungan analisa frekwensi antara lain:
Rumus Hasen: 2 m-1 P = X 100 % 2 N Rumus Weibul: m P = X 100 % N+1 Keterangan:
m = No urut data yang diurut dari bilangan yang kecil ke besar
N = Jumlah data
Tabel 5.4 Perhitungan debit Andalan (m3/dt) dengan cara analisa Frekwensi
Tahun Data Debit No urut Debit
Hazen Weibul 1977 m 1 2.1 3 5 1978 6.3 2 3.1 8 11 1979 m 3 3.5 14 16 1980 8.4 4 4.2 19 21 1981 3.5 5 5 25 26 1982 m 6 5.1 31 32 1983 4.2 7 5.1 36 37 1984 10 8 6.3 42 42 1985 9.6 9 7.1 47 47 1986 16 10 7.9 53 53 1987 7.9 11 8.4 58 58 1988 7.1 12 9.6 64 63 1989 2.1 13 10 69 68 1990 3.1 14 12.5 75 74 1991 12.5 15 12.6 81 79 1992 5 16 12.9 86 84 1993 5.1 17 16 92 89 1994 21.3 18 21.3 97 95 1995 12.6 19 m 1996 12.9 20 m 1997 5.1 21 m Jml. Data 18
Data asli Analisa Frekwensi
Berdasarkan contoh seperti tertulis dalam tabel 5.4 maka untuk debit andalan (Q80) baik dengan cara Hazen berkisar antar ranking 4 demikian pula dengan cara Weibul berdekatan dengan debit yang tertulis dalam ranking ke 4 yaitu debit sebesar 4.2 m3/dt
Sebagai perbandingan bilamana berdasarkan data tersebut dihitung debit andalan dengan cara distribusi normal (sesuai dengan sub bab 5.4.1) akan menghasilkan nilai sebesar 4.24 m/dt
Contoh perhitungan untuk Sungai Cikeusik yang disajikan pada Tabel 5.5 Grafik di bawah tabel tersebut memberikan ilustrasi dari pola debit rata-rata setengah bulanan, debit minimum dan debit andalan/Q80.
5.5 Penentuan Debit andalan dengan data debit kurang dari 10 tahun
Bilamana tersedia data debit yang pendek (<10 tahun) agar dapat memberi gambaran tentang debit andalan dari suatu lokasi/pos sambil menunggu data yang tersedia maka ada dua cara yang dapat dipergunakan untuk menganalisa debit andalan
Pemilihan cara yang perlu dilakukan tergantung dari kondisi lokasi dan data yang tersedia.
Prinsip dasar dari kedua cara tersebut adalah metoda hubungan antara data curah hujan dengan debit atau lebih dikenal dengan nama “Rainfall-Runoff”
Perlu diperhatikan tentang mutu data curah hujan seperti halnya dengan mutu data debit. harus hati-hati dengan data curah hujan jadi sebelumnya melakukan analisa data perlu dicek terlebih dahulu apakah data itu sahih (valid)atau tidak. Data yang tidak valid sebaiknya dikeluarkan dari perhitungan.
Dengan metoda Rainfall-runoff ini perkiraan debit andalan tidak dapat dihitung langsung seperti dalam contoh di atas akan tetapi faktor subyektivitas dan asumsi-asumsi merupakan bagian dari analisis.
Dengan demikian untuk mengurangi kemungkinan terjadinya kesalahan-kesalahan maka sebaiknya mencoba tiap metoda yang mungkin, bandingkan hasil yang dperoleh, dan pilih hasil yang diperkirakan paling mendekati kenyataan dilapangan.
5.5.1 Membandingkan Curah Hujan Andalan dengan Debit
Prinsip dasar dari metode ini adalah mencari koeffisien/hubungan antara data debit dengan curah hujan pada suatu daerah dan dengan periode yang sama membandingkan data debit yang ada dengan kemungkinan penyebaran data hujan untuk daerah yang sama, pada periode yang sama.
Kebutuhan Data - Minimum :
- 10 tahun data curah hujan yang terjadi di suatu wilayah sungai/catchment area sebagai hasil perhitungan dari metoda thiesen, isohyet atau aritmatika.
- Minimum tersedia 1 tahun data debit harian rata-rata
Perhitungan yang sama dilakukan seperti yang diberikan dalam contoh data debit, tetapi jumlah data curah hujan setengah bulanan yang dipakai dan bukan data debit rata-rata setengah bulanan.
Jumlah curah hujan andalan 80% setengah bulanan dihitung, dengan mengikuti prosedur yang sama seperti yang diuraikan untuk debit.
Curah hujan andalan 80% yang sudah dihitung kemudian dibandingkan dengan pengamatan curah hujan untuk tahun atau tahun-tahun yang memiliki data debit juga.
Kalau satu dari tahun pengamatan data hujan untuk setengah bulanan yang kritis kira-kira sama dengan curah hujan andalan 80% untuk tengah bulanan yang sama, maka dapat diasumsikan bahwa pengamatan debit rata-rata setengah bulanan juga kira-kira sama dengan debit andalan 80%. Kalau tidak sama, maka asumsi ini tidak dapat dilakukan, dan metoda kedua harus dipergunakan.
Sebuah contoh diberikan dalam Tabel 5.5 (terdiri atas 3 halaman)
Perhitungan didahului dengan menentukan jumlah curah hujan andalan setengah bulanan, kemudian membandingkan dengan tahun dimana pada tahun yang sama tersedia data debit.
Berikut ini langkah-langkah yang perlu dilakukan sbb: Langkah 1 :
Susunlah dalam satu tabel jumlah curah hujan setengah bulanan (lajur 2 sampai 11) untuk semua tahun data yang tersedia, seperti dicantumkan dalam halaman 1 Tabel 5.5
Jumlahkan semua jumlah curah hujan setengah bulanan selama periode data yang tersedia (lajur 12).
Hitunglah rata-rata (lajur 13) untuk tiap setengah bulanan. Langkah 2 :
Hitunglah SD (deviasi standar) dari data curah hujan yang tercantum dalam langkah 1
Mula-mula, ambil X1 (tiap jumlah curah hujan setengah bulanan) dan Xm
(rata-rata jumlah curah hujan setengah bulanan untuk periode catatan). yang sudah dihitung, susunlah suatu tabel seperti dalam hal. 2 tabel 5.5.
Langkah 3 :
Hitunglah Xi - Xm dan kuadratkan hasilnya, untuk setengah-bulanan dan
untuk tiap tahun pencatatan (lajur 14 sampai 23). Langkah 4 :
Jumlah lajur 14 sampai 23 (kesalahan kuadrat rata-rata setengah bulanan), seperti dalam lajur 24.
Langkah 5 :
Bagilah jumlah itu dengan jumlah tahun pencatatan (r dalam persamaan 3.2) kurang 1 (10 tahun data dikurangi 1 = 9), seperti dalam lajur 25.
Langkah 6 :
Tarik akar kuadrat dari hasilnya (akar kuadrat lajur 25) seperti dalam lajur 26.
Langkah 7 :
Curah Hujan Andalan 80% dihitung dengan rumus: Xm - 0,84 * SD,
atau lajur 13 dikurangi (0,84 * lajur 26), seperti dalam lajur 27. Langkah 8 :
Susunlah dalam satu tabel seperti terlihat dalam hal. 3 Tabel 5.5.
Curah hujan andalan 80% dari lajur 27 di hal. 2 dipindahkan ke hal.3, demikian juga untuk lajur-lajur 10 dan 11 dari hal.1
Data debit yang tersedia untuk dua tahun yang sama kemudian ditambahkan pada tabel itu.
Kedua tahun ini dipakai karena tersedia data curah hujan dan debit. Langkah 9 :
Buatlah suatu perbandingkan antara curah hujan andalan 80% (lajur 27) dengan data setengah bulanan yang sebenarnya (lajur 10 dan 11).
Dalam contoh,
Curah hujan andalan setengah bulanan 80% untuk Juni 1 adalah 52 mm.
Angka itu dapat dilihat dalam lajur 10 (1990) dan 11 (1991) bahwa curah hujan untuk Juni 1 tersebut, masing-masing 49 mm dan 55 mm.
Terkecuali kalau kita dapat yakin tentang debit andalan, maka kita harus mengasumsikan hal yang lebih pesimistik.
Oleh karena itu, tahun yang dipakai untuk mewakili curah hujan andalan 80% haruslah tahun 1990, bukan tahun 1991. Debit untuk Juni 1, 1990 (lajur 28) adalah 90 1/s. Ini akan dipakai sebagai debit andalan yang diharapkan.
Dengan membandingkan lajur-lajur yang sama untuk Juni 2, menunjukkan curah hujan andalan yang dihitung sebesar 50 mm,
Curah hujan pada 1990 sebesar 52 mm dan pada tahun 1991 sebesar 58 mm. Dalam hal ini, baik curah hujan 1990 maupun 1991 berjumlah lebih besar dari curah hujan andalan, jadi suatu angka debit yang lebih kecil dari angka 1990 dan 1991 harus dipakai.
Dalam contoh ini, curah hujan setengah bulanan untuk Juni 2 sangat dekat dengan curah hujan Juni 1, jadi debit 90 1/s untuk Juni 1 akan dipergunakan. Kalau membandingkan pengamatan curah hujan setengah bulanan dengan perhitungan curah hujan andalan 80%, perbedaan harus tidak lebih dari 10%. Kalau lebih besar dari 10%, maka metoda ini dianggap tidak dapat diterima, dan harus memakai metoda kedua, seperti yang diuraikan dibawah ini.
5.5.2 Perkiraan debit andalan menurut karakteristik wilayah sungai
Adalah jarang terjadi pos duga air diletakkan pada lokasi yang ideal untuk tujuan perhitungan ketersediaan air karena dapat saja terjadi anak sungai di daerah hilir yang tidak terukur digunakan untuk pemenuhan kebutuhan air. Pendekatan yang digunakan untuk menghitung pada lokasi tidak terukur adalah dengan rasio luas wilayah sungai.
Perhitungan ini cukup baik namun memerlukan pertimbangan seperti luas wilayah sungai yang lebih besar mempunyai karakteristik hujan dan aliran yang berbeda terlebih jika data terukur untuk wilayah sungai yang lebih kecil. Diperlukan lebih banyak pos dengan keseluruhan variabel wilayah sungai untuk mendapatkan hubungan limpasan yang dapat diandalkan.
Jika diperlukan data diberikan faktor tertentu untuk bulan bulan tertentu aliran sesuai dengan karakterisitiknya.
Idealnya pendekatan berdasarkan karakteristik wilayah sungai membutuhkan cukup pada wilayah sungai yang akan digunakan sebagai pembanding untuk mewakili berbagai variasi, metoda regresi ganda dapat diterapkan untuk mengembangkan persamaan dengan bentuk sebagai berikut:
MAR = aAb X cEd X eSf X (parameter lainnya yang penting) Keterangan:
MAR = rerata limpasan tahunan,
A = luas wilayah sungai,
E = rerata ketinggian wilayah sungai,
S = kemiringan wilayah sungai, dan
a,b,c,d,e,f dsb.= koefisien yang diturunkan secara statistk
Walaupun persamaan di atas tidak realistik lagi untuk saat ini, namun di dalam menggambarkan hubungan luas wilayah sungai dengan data debit cukup realistik seperti meningkatnya limpasan sejalan dengan peningkatan elevasi dan lereng, dan sedikit kecenderungan terbalik dengan luas wilayah sungai (lihat Gambar 5.2 sebagai contoh)
Secara sederhana memperkirakan rerata debit tahunan maupun debit bulanan dilokasi tertentu pada wilayah sungai yang sama atau wilayah sungai lain dengan karakterisitik menyerupai dapat mengacu dari data hasil analisa pencatatan data yang panjang.
Persamaannya adalah sebagai berikut: Q1 = Q2 (A1/A2)x
keterangan:
Q1 = rerata debit bulanan atau tahunan pada sungai yang diteliti
Q2 = rerata debit bulanan atau tahunan pada setasiun data panjang
A1 = luas Wilayah Sungai sungai yang diteliti
A2 = luas Wilayah Sungai pada setasiun yang memiliki data panjang
x = eksponen
Eksponen ditentukan dengan menerapkan persamaan ini di antara dua pos data panjang atau sebagaimana diperlukan untuk menyesuaikan dengan rerata
limpasan tahunan hasil perhitungan, berdasarkan kondisi wilayah sungai setempat dan curah hujan.
Sebagai contoh, nilai eksponen rerata tahunan sebesar 0.65 dihitung diantara dua pos yang berada pada sungai yang sama (hulu dan hilir). Pada umumnya nilai eksponen dapat bervariasi dari 0.5 sampai 1.5.
Pada umumnya data curah hujan jauh lebih panjang daripada data debit.
Data hujan wilayah sungai terhitung dapat digunakan untuk membandingkan hasil analisa debit untuk periode yang sama untuk melihat kemiripan fluktuasi data terutama pada perbedaan musim dan nilai-nilai yang terlihat cukup ekstrim (lihat Gambar 5.3) karena diperlukan jika fluktuasi data tidak menunjukan kemiripan.
Grafik hubungan hujan bulanan dan aliran bulanan perlu dibuat untuk melihat hubungan keduanya dan pengecekan data yang dianggap tidak sesuai (dalam mm).
Selanjunya plot juga hubungan rerata hujan bulanan, rerata aliran bulanan dan aliran andalan 80%.
Perbandingan rata-rata akan menghasilkan persentase dari aliran dan kehilangan air akibat evapotranspirasi, perkolasi dan penggunaan air.
Pada umumnya persentase dari aliran akan jatuh dari maksimum pada musim hujan dan minimum pada musim kemarau. Perbedaan dari kedua persentasi perlu diperhatikan.
5.5.3 Tern
Apabila ada trend data debit (misalkan kecendrungan perubahan rata-rata aliran, distribusi musim dan derajat variasi) dan tidak dipertimbangkan maka perhitungan ketersediaan air saat ini dan akan datang perlu pertimbangan untuk mendapat hasil yang tepat.
Pada umumnya analisa data hidrologi menggunakan pendekatan deterministik yang mengasumsikan variabel hidrologi dipandang sebagai variabel yang tidak berubah menurut waktu
Terkadang tidak cukup data untuk membuktikan adanya trend tersebut walaupun sebenarnya trend tersebut ada akan tetapi cukup sulit untuk melihat perubahan tersebut.
Dengan adanya perubahan iklim global yang dapat mempengaruhi aliran dimasa akan datang menjadikan perlunya trend menjadi perhatian dalam setiap analisa. Program spreadsheet saat ini sudah dilengkapi dengan kemampuan untuk menghitung trend secara otomatis.
Namun analisa tetap diperlukan untuk pengecekan kebenaran trend tersebut karena ada kemungkinan terjadi data yang tidak benar (terutama data debit tahunan dan hujan tahunan).
Penggunaan “moving average” cukup baik misalkan dengan pengeplotan 5 tahunan untuk melihat perubahan secara lebih halus data yang ada. Data
perubahan penggunaan lahan atau adanya peningkatan pengambilan air di daerah hulu.
Perhitungan dari data bendung irigasi misalnya dapat berguna untuk melihat kebenaran trend yang dihasilkan.
Jika diketahui adanya perubahan aliran yang significant maka perhitungan debit perlu disesuaikan dengan misalnya data pengambilan air dari hulu.
Pada kenyataan perhitungan ini cukup rumit dan sulit dilakukan karena sistim wilayah sungai dan daerah pengambilan air juga terkadang cukup kompleks. Sehingga biasanya perhitungan cukup dilakukan dengan mengurangi besarnya pengambilan saat ini dengan pengambilan sebelumnya.
Perhitungan ketersediaan air di atas berlaku jika tidak ada reservoir di daerah hulu dari daerah pengambilan air. Efek dari reservoir ini terhadap data yang terekam pada pos duga air perlu diperhatikan terlebih jika data hidrometri tersebut ada sebelum reservoir dibangun.
Tabel 5.5 (Lanjutan 1)
Tabel 5.5 (Lanjutan 2)
Tata Cara Penggunaan Program “Basinmodel 1.xls”
1. Pendahuluan
Peramalan debit andalan /ketersediaan sumberdaya air umumnya dihitung berdasarkan data hasil monitoring/pengamatan muka air/debit dengan periode pengamatan secara terus menerus sedikitnya sepanjang sepuluh ( 10 ) tahun.
Akan tetapi kemungkinan ada suatu lokasi yang memerlukan data peramalan debit andalan akan tetapi ketersediaan data debit tidak tersedia. Untuk kasus seperti ini maka dengan berdasarkan model yang dibuat dalam rangka IDTO (Irrigation Development and Turnover Component), dapat diperkirakan debit andalan tersebut berdasarkan data hujan bulanan atau hujan tahunan.
2. Data Penunjang yang diperlukan
A) Data mutlak yang harus tersedia a. Lokasi catchment area
Berdasarkan data yang dikumpulkan pada saat pembuatan model ini maka khusus untuk P. Jawa terbagi atas wilayah sbb:
Propinsi Bagian Balai yang berada dalam wilayah tersebut
Jabar Utara Ciujung-Ciliman Cisadane-Ciliwung Citarum
Cimanuk-Cisanggarung Selatan Cisadea-Kuningan
Citanduy-Ciwulan Jateng Utara Pemali-Comal
Jratun Seluna Selatan Sercit Probolo Bengawan Solo DIY POO Sermo Jatim Bengawan Solo Hilir Bengawan Solo Buntung Peketingan Madura Madura Lainnya Madiun Puncu Selodono Bango Gedangan Gembong Pekalen Bondoyudo Mayang Pekalen Sampean b. Luas catchment area
c. Data Curah Hujan tahunan rata-rata didaerah catchment area, d. Data Penggunaan air bulanan, meliputi data:
Data kebutuhan air untuk Irigasi, terdiri atas data: - Luas daerah Irigasi (ha)
- Tanggal saat pengolahan tanah untuk musim taman pertama (musim hujan)
- Intentitas tanaman (%) dalam satu tahun untuk masing-masing musim tanam pertama, kedua dan ketiga.
Data kebutuhan air untuk kebutuhan lain
B) Data yang sebaiknya dikumpulkan/dipergunakan dalam proses perhitungan a. Data Curah Hujan Bulanan rata didaerah catchment area
Bilamana tidak tersedia data bulanan rata-rata maka berdasarkan data yang dikumpulkan pada saat pembuatan model ini maka data curah hujan tahunan rata-rata tersebut dapat didistribusikan menjadi data curah hujan bulanan rata-rata berdasarkan letak lokasi dari catchment tersebut.
b. Koeffisien distribusi bulanan dari aliran lokal (Jumlah koeffisien ini dalam satu tahun harus sama dengan satu).
c. Koeffisien distribusi bulanan untuk debit andalan (Jumlah koeffisien ini dalam satu tahun harus sama dengan satu)
Bilamana tidak ada data maka dalam model telah dipersiapkan koeffisien distribusi bulanan debit andalan
ANALISA KETERSEDIAAN DEBIT
Sebelum dilakukan analisa ketersediaan debit atau lebih dikenal dengan debit andalan pada suatu DPS baik dengan cara perhitungan distribusi normal maupun dengan cara ranking, harus kita perhatikan beberapa masalah yaitu mengenai :
- ketersediaan data, - validasi data
Untuk menunjang validasi dan keberadaan data tersebut maka berikut ini diterangkan mengenai :
I. Analisa keseragaman hujan tahunan (seluruh pos hujan di DPS terpilih)
I. Analisa grafik hujan dengan limpasan
I. Koefisien perbandingan antara limpasan dan hujan
I. Perbaikan data debit berdasarkan koefisien perbandingan
I. Perpanjangan data debit
I. Analisa ketersediaan dengan metode perhitungan distribusi normal
I. Analisa ketersediaan data dengan metode ranking
Sebaiknya dalam menganalisa data hujan dan debit limpasan tahunan data disusun atas tahun hidrologi (bln basah – bulan kering misalnya bulan Nopember - bulan Oktober).
Flowchart Analisa Ketersediaan Air
Flow chart
Debit limpasan 15 harian
Q ( m3/ dt) Dta hujan 3 stasiun 15 harian / P (mm)
Rerata hujan 3 stasiun / P rata-rata (mm) Debit limpasan 15 harian
Q ( mm )
Perbandingan antara Q dan P C = Q / P rata-rata
C rata-rata perperiode
C > 1 dihapus
Perbaikan Q (mm ) pada perode yang nilai C nya > 1 Perpanjangan Q (mm) Perbaikan Q (mm) ( Q = Crata-rata x Prata-rata ) Q (m3/dt ) Q andalan
I. Analisa keseragaman hujan tahunan (seluruh pos hujan) di DPS terpilih
Dari data hujan pada DPS terpilih yang sudah kita entry ke dalam format yang ada, dapat kita lakukan analisa keseragaman data hujan tahunan seperti pada gambar berikut ini
Berdasarkan gambar tersebut dibawah ini dapat ditarik kesimpulan bahwa :
Curah Hujan pada pos stasiun hujan Singosari ditahun 1999 mengalami lonjakan yang cukup tinggi
bilamana dibandingkan dengan data-data sebelumnya dan juga terhadap data hujan dari pos hujan lainnya.
Untuk itu maka data hujan dari pos Singosari untuk tahun 1999 perlu dicek ulang / validasi.
Hujan Tahunan DPS Bango Gedangan malang
0 1000 2000 3000 4000 5000 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Tahun T in g g i H u ja n ( m m )
Ciliwung Jabung Karang Ploso Kedung Kandang
Lowok waru Singosari Dau Batu
II. Analisa grafik rerata hujan dengan limpasan
Setelah kita melakukan analisa data hujan dan mengadakan perbaikan data jika diperlukan, maka langkah berikutnya kita melakukan analisa grafik rerata hujan dengan limpasan suatu bendung.
Untuk lebih jelasnya posisi stasiun hujan dan bendung dapat dilihat pada gambar 2. Gambar 2
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Rerata 3 stasiun Debit Limpasan
III. Koefisien perbandingan antara limpasan dan rerata hujan
Sebelum dilakukan perbandingan antara data debit limpasan dengan rerata hujan, perlu untuk diperhatikan adalah jumlah ketersediaan data dan maksud dilakukannya perbandingan ini serta penggunaan hasil perbandingan ini.
Pada uraian dibawah ini akan dijelaskan antara ketersediaan data yang ada dengan tujuan yang akan di capai.
Data debit 10 th atau lebih, data hujan 10 tahun atau lebih, maka perbandingan ini dimaksudkan
untuk mengetahui korelasi antara kedua data tersebut.
Data debit kurang dari 10 tahun atau tidak lengkap sedangkan data hujan lengkap, maka maksud
dari perbandingan dari kedua data tersebut adalah untuk mengkoreksi data debit, melengkapi data debit dan mengetahui korelasinya.
Data debit hanya ada 3 tahun ( min 2 th) sedangkan data hujan 10 th atau lebih, maka maksud dari
perbandingan dari kedua data tersebut adalah untuk memperpanjang data debit yang ada berdasarkan ketersediaan data hujan.
Data debit di bagian hulu ada sedangkan di bagian hilir tidak ada , sedangkan data hujan dari
sekitarnya ada dan lengkap, maka untuk mengetahui limpasan data debit yang ada di bawahnya/ dibagian hilir tersebut dapat dilakukan dengan melakukan perbandingan data luas cathment area yaitu :
Q1 = Q2*( A1/A2).
Yang perlu diperhatikan adalah luas 1.5 A1 > A2 > 0.5 A1
Setelah didapatkan nilai rata-rata tinggi curah hujan pada DPS bendung, kemudian kita bandingkan dengan data limpasan di bendung tersebut.
Jika nilai perbandingan tersebut lebih dari satu ( Q / P > 1 ) maka data debit bendung tersebut perlu kita perhatikan kevalidannya dan bilamana sebaiknya perlu diperbaiki.
Contoh untuk data tahunan
Data Hujan (mm) Limpasan Tahunan Perbandingan
Sta - 1 Sta - 2 Sta - 3 Rerata ( K-Bango) Limp dan Hjn
Tahun Kd kandang Lowok waru Singosari m3/dt mm Q / P
1990 1501 1864 1721 1695 0 0 1991 1444 1939 1706 1696 1.13 443 0.3 1992 2864 2471 2345 2560 1.81 709 0.3 1993 1484 1635 1695 1605 1.22 477 0.3 1994 2035 1921 1283 1746 1.13 443 0.3 1995 2347 2311 2844 2501 5.19 2032 0.8 1996 1795 1739 2317 1950 4.47 1751 0.9 1997 1127 1378 1623 1376 3.60 1410 1.0 1998 2060 2174 1705 1980 7.66 3001 1.5 1999 1024 2227 4296 2516 0 2000 0 Rerata 0.6 m3/dt = ( q x 365 x 24 x 3,6 / A ) mm q : debit yang melimpas
A ; Luas CA km2 Contoh untuk data 10 harian
Perbandingan debit dan hujan
Tahun Januari Pebruari Maret April Mei
Jan-1 Jan-2 Jan-3 Peb-1 Peb-2 Peb-3 Mar-1 Mar-2 Mar-3 Apr-1 Apr-2 Apr-3 Mei-1 Mei-2 Mei-3
1991 0.2 0.4 0.7 0.6 0.8 0.7 0.5- 0.7 0.9- - 1.0-1992 0.2 1.3 0.7 1.5 0.9 0.5- 2.0 1.0- - - 1.1 1993 0.1 0.9 0.4 0.4 2.0 3.3 0.5 0.6- 0.7 1.0- - - -1994 0.1 0.2 0.6 0.7 0.7 0.7 0.6 0.5- 1.1 1.0- - 1.0-1995 0.1 0.2 0.2 0.5 0.8 0.8 8.7 0.9- 1.0 0.9- - 0.5 5.2 1996 - - - -1997 - - - 0.8 0.9 1.0 3.6- - - 0.7- - - -1998 0.1 0.1 0.5 0.1 0.1 0.1 0.8 1.1 0.7 0.7 1.0- - - -1999 0.2 1.0 1.6 1.6 1.3 0.8 1.3 0.9 1.0 0.7 0.7- 0.1- -Max 0.2 1.3 1.6 1.6 2.0 3.3 8.7 1.1 1.0 2.0 1.0 0.0 0.1 1.0 5.2 Rerata 0.1 0.6 0.6 0.7 0.9 1.1 2.1 0.7 0.9 1.0 0.9 0.5 0.1 0.8 3.1 Min 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.1 0.5 0.5 0.7 0.7 0.7 0.0 0.1 0.5 1.1 Jml hari 10.00 10.00 11.00 10.00 10.00 8.25 10.00 10.00 11.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 11.00
Catatan untuk data 10 harian :
Pada cell yang mempunyai nilai perbandingan > 1, kita berikan tanda ( warna hijau ) ,kemudian pada cell debit limpasan pada tahun dan periode yang sama ,dilakukan perbaikan nilai debit limpasan.
Debit limpasan tersebut diperoleh dari perkalian antara rerata coefisien perperiode dengan hujan rerata pada tahun dan periode yang sama. ( C rata-rata x P rata rata )
C rata-rata diperoleh setelah pada kolom periode tsb nilai yang lebih dari satu kita hapus terlebih dahulu. Sedangkan untuk yang berwana biru, dilakukan perbaikan berdasarkan nilai C sebelumnya dan nilai C sesudahnya.
Perbandingan debit dan hujan
Tahun Januari Pebruari Maret April Mei
Jan-1 Jan-2 Jan-3 Peb-1 Peb-2 Peb-3 Mar-1 Mar-2 Mar-3 Apr-1 Apr-2 Apr-3 Mei-1 Mei-2 Mei-3
1991 0.2 0.4 0.7 0.6 0.8 0.7 0.5- 0.7 0.9- - 1.0 0.1 1992 0.2 0.7 0.9 0.5- 1.0- - -1993 0.1 0.9 0.4 0.4 0.5 0.6- 0.7 1.0- - - -1994 0.1 0.2 0.6 0.7 0.7 0.7 0.6 0.5- 1.1 1.0- - 1.0-1995 0.1 0.2 0.2 0.5 0.8 0.8 0.9- 1.0 0.9- - 0.5 1996 - - - -1997 - - - 0.8 0.9 1.0 - - - 0.7- - - -1998 0.1 0.1 0.5 0.1 0.1 0.1 0.8 1.1 0.7 0.7 1.0- - - -1999 0.2 1.0 0.8 1.3 0.9 1.0 0.7 0.7- 0.1- -Max 0.2 1.0 0.6 0.8 0.9 1.0 1.3 1.1 1.0 1.1 1.0 0.0 0.1 1.0 0.1 Rerata 0.1 0.5 0.4 0.6 0.6 0.7 0.8 0.7 0.9 0.8 0.9 0.5 0.1 0.8 0.1 Min 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.1 0.5 0.5 0.7 0.7 0.7 0.0 0.1 0.5 0.1 Jml hari 10.00 10.00 11.00 10.00 10.00 8.25 10.00 10.00 11.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 11.00
IV. Perbaikan data debit berdasarkan koefisien perbandingan
Setelah kita tentukan perbaikan nilai C rata-rata seperti diatas, maka perbaikan debit limpasan dapat diperoleh dari hasil perkalian antara rata-rata koefisien perbandingan debit dengan rerata hujan.
V. Perpanjangan data debit
Setelah didapatkan nilai C rata-rata, maka data tersebut dapat digunakan untuk memperpanjang data debit.
Adapun caranya dapat digunakan persamaan berikut :
( C X P ) dimana :
C : Rata-rata koefisien perbandingan debit dengan rerata hujan P : Tinggi rerata hujan
VI. Analisa ketersediaan dengan metode perhitungan distribusi normal
Dari perbaikan data dan perpanjangan data limpasan debit yang mengalir tersebut, dapat kita gunakan untuk melakukan analisa ketersediaan air (debit andalan dengan metode “ Distribusi Normal “).
Yang perlu diperhatikan adalah perubahan satuan debit dari mm menjadi m3/dt. (Untuk
lebih jelasnya dapat dilihat buku pedoman OJT Hidrologi ).
VII. Analisa ketersediaan data dengan metode ranking
Selain dengan menggunakan metode diatas kita dapat juga menggunakan analisa ketersediaan air dengan cara ranking
