i
TUGAS AKHIR
PENERAPAN MODEL TANGKI DENGAN SUSUNAN GABUNGAN UNTUK TRNSFORMASI DATA HUJAN MENJADI DATA DEBIT
(STUDI KASUS PADA INFLOW WADUK SELOREJO DAN WADUK LAHOR)
Disusun oleh :
RAHMAN BUDIHARTO ( 04520039 )
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
TUGAS AKHIR
PENERAPAN MODEL TANGKI DENGAN SUSUNAAN GABUNGAN UNTUK TRANSFORMASI DATA HUJAN MENJADI DATA DEBIT (STUDI KASUS PADA INFLOW WADUK SELOREJO DAN WADUK LAHOR)
Diajukan Kepada
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan
Akademik Dalam Menyelesaikan Program Sarjana Teknik
Disusun oleh : RAHMAN BUDIHARTO
( 04520039 )
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
i LEMBAR PENGESAHAN
JUDUL TUGAS AKHIR :
PENERAPAN MODEL TANGKI DENGAN SUSUNAAN GABUNGAN UNTUK TRANSFORMASI DATA HUJAN MENJADI DATA DEBIT (STUDI KASUS PADA INFLOW WADUK SELOREJO DAN WADUK LAHOR)
OLEH :
RAHMAN BUDIHARTO ( 04520039 )
TELAH DIUJI PADA HARI SABTU, 1 MEI 2010 OLEH PENGUJI : 1. IR. WARIH KUSUMO, M. ENG, MT ... 2. IR. HARI EKO MEIYANTO, MT ...
Malang, Mei 2010 Menyetujui,
PEMBIMBING I PEMBIMBING II
IR. SULIANTO, MT IR.ERNAWAN SETYONO, MT
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Sipil
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji syukur Alhamdulillah, saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karuniaNya dan tidak lupa Shalawat serta salam kepada nabi Muhammad SAW, sehingga penulisan Tugas Akhir dengan judul ”PENERAPAN MODEL TANGKI DENGAN SUSUNAN GABUNGAN UNTUK TRANSFORMASI DATA HUJAN MENJADI DATA DEBIT” ini dapat diselesaikan.
Tugas Akhir ini disusun sebagai persyaratan akademis dalam menyelesaikan jenjang pendidikan Strata Satu (S1) di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Malang.
Terlaksananya Tugas Akhir sampai dengan selesainya penulisan laporan ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini saya mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada :
1. Kedua Orang Tua beserta keluarga penulis yang selalu mendoakan lahir dan bathin dan memberikan dorongan, motifasi serta semangat.
2. Bapak Ir. Sudarman. MT, selaku Dekan Fakultas Teknik.
3. Bapak Ir. Khoirul Abadi, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil. 4. Bapak Ir. Sulianto, MT, selaku Dosen Pembimbing I.
5. Bapak Ir. Ernawan Setyono, MT, selaku Dosen Pembimbing II.
iii 7. Teman – teman angkatan Jurusan Teknik Sipil atas semua bantuan dan
dukungannya.
8. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebut namanya yang telah banyak membantu penulis dalam menyeleaikan Tugas Akhir ini.
Terima kasih atas bimbingan, saran dan petunjuk serta masukan yang diberikan sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan sesuai waktu yang diharapkan.
Besar harapan semoga Tugas Akhir yang penulis susun dapat bermanfaat dan menambah pengetahuan yang luas bagi pembacanya. Amin.
Wassalamu’alaikum, Wr. Wb.
Malang, Mei 2010
DAFTAR ISI
halaman HALAMAN JUDUL
LEMBAR PERSETUJUAN ... i
KATA PENGANTAR ... ii
ABSTRAK ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR LAMPIRAN ... x
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 4
1.5 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5
2.1 Tinjauan Umu …..………... 5
2.2 Konsep Dasar Pemodelan ………... 6
2.2.1Daur Hidrologi ... 7
2.2.2Daerah Aliran Sungai ... 17
2.2.3Akuifer ... 19
v
2.2.5Keseimbangan Air ... 21
2.3 Pendekatan dengan Konsep Model Tangki ... 22
2.4 Model Tangki Susunan Gabungan ... 24
2.5 Tipikal Aliran pada Tangki... 25
2.6 Ukuran Tingkat Kesesuaian Model ... 27
2.7 Algoritma Genetik ... 28
2.8 Penelitian Terdahulu ... 30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN……….. 31
3.1 Lokasi Penelitian ... 31
3.2 Tahapan Penelitiatn ... 32
3.2.1 Pengumpulan Data ... 32
3.2.2 Analisa Curah Hujan ... 33
3.2.3 Pengukuran Evapotranspirasi ... 33
3.2.4 Penentuan Parameter Model Tangki cara Manual... 33
3.2.5 Penerapan Algoritma Genetik untuk Optimasi Parameter Model Tangki... 34 BAB IV PEMBAHASAN DAN ANALISIS... 36 4.1 Kondisi Waduk ………... 36 4.1.1 Waduk Selorejo ………... 36 4.1.2 Waduk Lahor ……… 37
4.2 Debit Inflow... 37
4.3 Curah Hujan Wilayah ... 42
4.4 Evapotranspirasi ... 46
4.5 Sistem Kerja Model Tangki Susunan Gabungan ... 53
4.6 Penentuan Parameter Model Tangki cara Manual ... 59
4.7.1 Running Program dengan Input Data 3 Tahun Sekaligus ... 72
BAB V PENUTUP... 77
5.1 Kesimpulan ... 77
5.2 Saran ... 80
vii DAFTAR TABEL
halaman
Tabel 2.1 Albedo untuk Berbagai Tutupan ... 16
Tabel 2.2 Rekapitulasi RMSE Penelitian Terdahulu ... 30
Tabel 2.3 Rekapitulasi RMSE Penelitian Terdahulu... 30
Tabel 4.1 Debit Inflow Ratarata Waduk Selorejo ... 38
Tabel 4.2 Debit Inflow Ratarata Waduk Lahor ... 39
Tabel 4.3 Data Debit Inflow Waduk Selorejo Periode 10 harian ... 40
Tabel 4.4 Data Debit Inflow Waduk Lahor Periode 10 harian ... 41
Tabel 4.5 Curah Hujan Periode 10 harian DAS Konto ... 44
Tabel 4.6 Curah Hujan Periode 10 harian DAS Lahor ... 45
Tabel 4.7 Data Evapotranspirasi DAS Konto ... 51
Tabel 4.8 Data Evapotranspirasi DAS Lahor ... 52
Tabel 4.9 Penentuan Parameter Model Tangki cara Cobacoba... 60
Tabel 4.10 Rekapitulasi Data Debit Amatan dan Debit Model pada Waduk Selorejo th. 2005 s.d. 2007 ... 68
Tabel 4.11 Rekapitulasi Data Debit Amatan dan Debit Model pada Waduk Lahor th. 2005 s.d. 2007 ... 69
Tabel 4.12 Penentuan Parameter dan Indikator Kinerja Model Berbasis Alogaritma untuk Waduk Selorejo dan Waduk Lahor tahun 2005 s.d 2007 untuk Input Data 3 Tahun ... 72
Tabel 4.14 Rekapitulasi Data Debit Amatan dan Debit Model pada
ix DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 2.1 Siklus Hidrologi ... 7
Gambar 2.2 Skema Daur Hidrologi ... 8
Gambar 2.3 Mengukur Tinggi Curah Hujan dengan Cara Poligon Thiessen ... 10
Gambar 2.4 Mengukur Tinggi Curah Hujan dengan Cara Isohyet ... 10
Gambar 2.5 Watershed Sebagai Sistem Hidrologi ... 18
Gambar 2.6 Sistem Geohidrogeologi ... 19
Gambar 2.7 Skema Sistem Sederhana ... 22
Gambar 2.8 Skema Simulasi Model Tangki Susunan Paralel ... 25
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian ... 31
Gambar 3.2 Peta Stasiun Pengamat Hujan ... 32
Gambar 3.3 Bagan Alir Tahapan Kegiatan Penelitian ... 35
Gambar 4.1 Sarana Outlet Waduk Selorejo ... 36
Gambar 4.2 Kondisi Waduk Lahor ... 37
Gambar 4.3 Fluktuasi Aliran Sungai Konto sebagai Inflow Waduk Selorejo pada tahun 2005 s.d. 2007 ... 38
Gambar 4.4 Fluktuasi Aliran Sungai Lahor sebagai Inflow Waduk Lahor pada tahun 2005 s.d. 2007 ... 39
Gambar 4.5 Fluktuasi Curah Hujan di sub DAS Konto dan DAS Lahor th 2005 s.d. 2007 ... 43
Gambar 4.7 Parameter Model Tangki Secara Manual ... 54 Gambar 4.8 Grafik Hubungan Parameter Model dengan
Simpangannya (RMSE)... 63 Gambar 4.9 Perbandingan Antara Debit Amatan dan Debit Model pada
Waduk Selorejo tahun 2005 s.d 2007 cara Manual ... 70 Gambar 4.10 Perbandingan Antara Debit Amatan dan Debit Model pada
Waduk Selorejo tahun 2005 s.d 2007 cara AG... 73 Gambar 4.11 Perbandingan Antara Debit Amatan dan Debit Model pada
xi DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I Data Curah Hujan Harian dan Hujan Wilayah Lampiran II Debit Inflow
Lampiran III Evapotranspirasi
DAFTAR PUSTAKA
· Hanselman & Littlafield, 2001, MATLAB Bahasa Komputer Teknis, ANDI, Yogyakarta, Indonesia.
· Soemarto, CD, 1986, Hidrologi Teknik, Usaha Nasional Surabaya, Indonesia. · Sri Harto, Br, 1993, Analisis Hidrologi, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta
Indonesia.
· Sulianto, 2009,Pengembangan Prosedur Optimasi Parameter Untuk Meningkatkan Kinerja Model KonseptualDeterministik Sebagai
UpayaMengatasi Masalah Keterbatasan Data Aliran Sungai, Laporan Hasil Penelitian.
· Suyanto, 2005, Algoritma Genetik dalam MATLAB, ANDI, Yogyakarta, Indonesia.
· Soewarno, 1991, Hidrologi Pengukuran dan Pengolahan Data Aliran Sungai, Penerbit Nova.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Hidrologi merupakan suatu ilmu yang menjelaskan kehadiran dan gerakan
air di alam. Secara luas hidrologi meliputi berbagai bentuk air, termasuk
tranformasi keadaan cair, padat, dan gas dalam atmosfer, diatas dan di bawah
permukaan tanah.
Salah satu faktor yang menjadi inspirasi untuk membuat model hidrologi
khususnya model transformasi data hujan menjadi data debit adalah adanya
keterbatasan data pengukuran debit. Tidaklah mudah untuk mengumpulkan
data-data debit suatu sungai yang berupa data-data yang cukup panjang untuk perencanaan
bangunan air (Soemarto, 1995 : 268).
Proses terjadinya aliran sungai yang berasal dari variabel input berupa data
iklim dan karakteristik fisik daerah aliran sungai merupakan sistem yang sangat
komplek sehingga seringkali dianggap sebagai suatu “black box”. Terdapat 2
jenis pemodelan yang umum digunakan untuk melakukan pendekatan tersebut,
yaitu model data driven dan konseptual. Model data driven dibentuk tanpa
melibatkan hukum-hukum fisik pada proses terjadinya hujan menjadi aliran,
hanya didasarkan pada hubungan antara perilaku variabel input yang terukur
(iklim dan karakteristik fisik DAS) dan variabel outputnya (aliran sungai).
Kelemahan mendasar dari model data driven adalah diperlukan seri data yang
mengimplementasikannya baik ditinjau pada dimensi ruang maupun waktu.
Model konseptual meninjau proses secara fisik terjadinya aliran sesuai kosep daur
hidrologi, sehingga sistem persamaan yang dihasilkan dapat diimplementasikan
lebih luas. Kebutuhan seri data iklim dan aliran pada penerapan model ini hanya
digunakan untuk menetapkan nilai parameter-parameternya sehingga tidak
memerlukan seri data yang panjang. Atas dasar alasan tersebut model konseptual
menjadi relevan untuk diterapkan pada DAS di Indonesia.
Model Tangki Sugawara merupakan salah satu model konseptual dengan
konsep bahwa proses aliran air hujan menjadi aliran sungai dianologikan sebagai
suatu aliran melalui rangkaian tangki-tangki. Pada model tangki pendekatannya
menggunakan 3 sampai 4 buah tangki yang dapat disusun seri, paralel atau
penggabungan keduanya. Kelemahan mendasar penerapan model tangki tersebut
adalah banyaknya parameter yang harus ditentukan terlebih dulu secara simultan
sebelum model tersebut diimplementasikan. Tidak ada panduan khusus dalam
menentukan nilai parameter-parameter tersebut yang sesuai untuk DAS tertentu,
penentuan parameter-parameter tersebut hanya dapat dilakukan melalui kalibrasi
dengan menggunakan seri data amatan. Untuk melakukan kalibrasi dengan jumlah
parameter yang banyak secara simultan bukan pekerjaan yang mudah. Bila nilai
setiap parameter bersifat kontinue dan penentuannya dilakukan dengan cara
coba-coba maka akan memerlukan proses yang sangat panjang dan melelahkan.
Algoritma Genetik (AG) merupakan salah satu metode yang cukup handal
untuk pencarian parameter-parameter optimal. Keuntungan utama penggunaan
3 solusi secara cepat terutama untuk masalah-masalah yang berdimensi tinggi.
Dengan memanfaatkan kelebihan pada AG diharapkan dapat mempermudah
aplikasi Model Tangki, sehingga secara efektif dapat membantu memecahkan
masalah keterbatasan data aliran sungai.
1.2. Rumusan Masalah
Dari uraian diatas, maka pada penelitian ini dapat diambil suatu rumusan
masalah sebagai berikut :
1. Sejauh mana Model Tangki Gabungan (Tangki Seri dan Tangki Paralel)
dengan teknik optimasi konvensioanal dapat mempresentasikan hubungan
antara data iklim dengan aliran sungai ?
2. Sejauh mana Model Tangki Gabungan (Tangki Seri dan Tangki Paralel)
dengan teknik optimasi berbasis AG (Alogaritma Genetik) dapat
mempresentasikan hubungan antara data iklim dengan aliran sungai ?
3. Berapa nilai parameter Model Tangki Gabungan (Tangki Seri dan Tangki
Paralel) menurut teknik optimasi konvensional dan AG (Alogaritma
Genetik) ?
1.2.Batasan Masalah
Agar permasalahan tidak meluas, maka penelitian ini mengambil beberapa
batasan masalah sebagai berikut:
2. Pada penelitian ini menggunakan simulasi model tangki dengan tiga tangki
susunan paralel.
3. Untuk menentukan parameter model digunakan Algaritma Genetik dengan
alat bantu program MatLab 2008a.
1.4. Tujuan Penelitian
Beberapa tujuan utama yang dapat di ambil dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui tingkat kesesuaian penerapan Model Tangki Susunan
Gabungan (Tangki Seri dan Tangki Paralel) dengan teknik optimasi
konvensional pada analisis transformasi data iklim menjadi data aliran
sungai pada Waduk Lahor dan Waduk Selorejo.
2. Mengetahui tingkat kesesuaian penerapan Model Tangki Susunan
Gabungan (Tangki Seri dan Tangki Paralel) dengan teknik optimasi AG
(Alogaritma Genetik) pada analisis transformasi data iklim menjadi data
aliran sungai Waduk Lahor dan Waduk Selorejo.
3. Mengetahui dan membandingkan nilai parameter hasil penelitian.
1.5. Manfaat Penelitian
Meningkatkan kinerja model tangki dengan penerapan Algoritma Genetik
