Analisis Data Hidrologi Menggunakan Metode Statistika dan Stokastik; Seri Hidrologi, oleh Soewarno
Hak Cipta © 2015 pada penulis GRAHA ILMU
Ruko Jambusari 7A Yogyakarta 55283
Telp: 0274-889398; Fax: 0274-889057; E-mail: [email protected]
Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memper banyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit.
ISBN: 978-602-262-439-4 Cetakan Pertama, tahun 2015
BAB ...
KATA PENGANTAR
Penyelenggaraan pengelolaan sumber daya air menghadapi permasalahan yang semakin komplek, sejalan dengan pertambahan jumlah penduduk, maka meningkat pula kubutuhan air untuk berbagai keperluan. Di sisi lain gejala degradasi lingkungan terus berjalan, di antaranya ditandai dengan frekuensi banjir dan kekeringan semakin meningkat, ketersedian air pada musim penghujan dan kemarau dirasakan semakin tidak seimbang terbukti dengan semakin besarnya fluktuasi hidrograf debit runtut waktu, umur layan waduk diperkirakan lebih cepat karena tidak sesuai dengan umur layan desain, sebagai akibat dari besarnya laju sedimentasi yang belum dapat direduksi, degradasi air tanah terus berlangsung.
Untuk mendukung pengelolaan sumber daya air, UU No. 7 tahun 2004, tentang sumber daya air, telah mengamanatkan, perlunya sistem informasi hidrologi. Pengelolaan sumber daya air tanpa didukung informasi hidrologi adalah suatu hal yang mustahil, di sisi lain pendataan dan analisis hidrologi tanpa diaplikasikan untuk pengelolaan sumber daya air adalah suatu pekerjaan yang kurang bermanfaat. Kedekatan antara ilmu hidrologi dengan sumber daya air dapat diibaratkan dengan peribahasa, seperti: 1. Sekeping mata uang logam, di mana sisi sebelah adalah hidrologi dan sisi yang sebelah lagi adalah
sumber daya air, artinya kedua bidang ilmu tersebut tidak dapat dipisahkan satu sama lain.
2. Selembar daun sirih, meskipun agak berbeda warna ke dua sisinya namun bila digigit rasanya sama, artinya kedua bidang ilmu tersebut tidak dapat dipisahkan satu sama lain.
Pernyataan pada peribahasa tersebut mengingatkan kita, bahwa pengelolaan sumber daya air butuh data dan informasi hidrologi. Informasi hidrologi dapat dibuat berdasarkan analisis data hidrologi. Fakta mengenai fenomena hidrologi di lapangan dapat dikumpulkan, dihitung, dianalisis, disajikan dan di-tafsirkan menggunakan banyak metode, di antaranya adalah metode statistika.
Aplikasi Metode Statistika dan Stokastik untuk Analisis Data Hidrologi dalam buku ini, lebih
banyak menyajikan contoh aplikasi daripada teori. Namun hendaknya hasil perhitungan setiap contoh untuk tidak dijadikan suatu kesimpulan tentang fenomena hidrologi dari pos hidrologi atau daerah aliran sungai (DAS) yang bersangkutan berkait dengan pengelolaan sumber daya air. Isinya dimulai dengan
vi Analisis Data Hidrologi Menggunakan Metode Statistika dan Stokastik
uraian tentang Aplikasi Metode Statistika dan Stokastik untuk Analisis Data Hidrologi mencakup: (1) Uji hipotesis terhadap nilai rata-rata, nilai varian, uji non parametrik, analisis varian, (2) Analisis deret berkala: (a) uji ketidak-adaan trend, (b) uji stasioner, (c) uji persistensi, (d) analisis trend, (e) membangkitkan data sintetik, (3) Aplikasi model regresi dan korelasi data hidrologi; (4) Uji ketelitian pengukuran debit di pos hidrometri aliran sungai.
Dilanjutkan cerita contoh sederhana Aplikasi Metode Statistika untuk Analisis Hidrologi dalam pendayagunaan air, yang mencakup uraian: (1) Kebutuhan data, (2) Metode pendekatan, (3) Model sederhana memperkirakan ketersediaan air, (4) Masalah ketersedian air permukaan mencakup: (a) pendangkalan waduk, (b) ineffisiensi penggunaan air irigasi (c) umur layan waduk. Khusus untuk umur layan waduk diuraikan tentang (1) teknosabo, (2) teknik memperkirakan umur layan waduk sebelum penggenangan dan setelah penggenangan menggunakan: (a) metode inflow-outlow, (b) analisis grafis berbasis data pemeruman waduk runtut waktu, (c) metode empiris reduksi-luas (d) metode empiris pertambahan – luas, (3) cara memperlama umur layan waduk: (a) di genangan air waduk (b) aplikasi teknosabo di alur sungai inflow waduk dan di DAS waduk, (4) kasus waduk sungai laharan.
Aplikasi Metode Stokastik untuk Analisis Data Hidrologi mencakup ceritera tentang (1) karakteristik data debit runtut waktu (2) pengujian data debit runtut waktu, (3) Model Stokastik jenis AR, (4) Model Stokastik jenis ARIMA, dengan contoh aplikasi inflow waduk Saguling dan waduk Mrica, dilanjutkan informasi tentang koefisien aliran, sumber kesalahan teknis pendataan hidrologi. Buku ini ditutup ceritera singkat tentang air tanah mencakup tinjauan umum, akifer, uji-pompa (pumping-test), debit aliran air tanah, pemanfaatan air tanah, pengaruh pemompaan sumur bor terhadap sumur gali, dampak pemanfaatan air tanah yang berlebih, intrusi air asin ke akifer, imbuhan buatan.
Metode analisis hidrologi sebenarnya mempunyai lingkup yang sangat luas dan dinamis, serta selalu terus berkembang seiring dengan kemajuan teknologi. Menganalisis data hidrologi tidak akan berakhir, selama dunia ini keberadaannya belum berakhir, sejalan dengan berakhirnya siklus hidrologi. Pembahasan analisis hidrologi untuk sumber daya air yang terpadu dan lebih luas lingkupnya, sungguh merupakan pekerjan yang tidak mudah dan penulis belum mampu untuk melaksanakannya. Oleh sebab itu penulis sangat sadar, karena keterbatasan kemampuan, wawasan dan pengetahuan serta pengalaman, sehingga lingkup dan bobot materi buku ini tentu masih jauh dari lengkap dan belum sempurna, maka kritik dan saran sangat saya harapkan.
Sleman, Yogyakarta Penyusun: Soewarno
BAB ...
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR v
DAFTAR ISI vii
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR TABEL xxi
BAB I APLIKASI UJI HIPOTESIS DATA HIDROLOGI 1
1.1 Pendahuluan 1
1.2 Cara Pengujian 2 1.3 Pengujian Nilai Rata-rata 5 1.3.1 Pengujian Nilai Rata-rata Sampel Besar 6 1.3.2 Pengujian Nilai Rata-rata Sampel Kecil 12 1.3.3 Interval Kepercayaan untuk Nilai Rata-rata 16 1.3.4 Uji-t untuk Data Berpasangan 19 1.3.5 Pengujian Rata-rata Sampel Jika Varian Tidak Sama Jenis 22 1.3.6 Penentuan Jumlah Sampel 24 1.4 Pengujian Nilai Varian 25 1.4.1 Pengujian Varian Sampel dan Varian Populasi 25 1.4.2 Pengujian Varian Populasi 27 1.4.3 Uji Kesamaan Jenis Varian Sampel 29 1.4.4 Uji–Chi Kuadrat untuk Data Berpasangan 32 1.5 Metode Non Parametrik 35 1.5.1 Uji Mann dan Whitney 35 1.5.2 Uji Kruskal – Wallis 38 1.6 Analisis Varian 41 1.6.1 Klasifikasi Satu Arah 42 1.6.2 Klasifikasi Dua Arah 48
viii Analisis Data Hidrologi Menggunakan Metode Statistika dan Stokastik
BAB II APLIKASI METODE STATISTIK UNTUK ANALISIS DATA HIDROLOGI 65 RUNTUT WAKTU
2.1 Pendahuluan 65 2.2 Ketidakadaan Trend Data Hidrologi Runtut Waktu 66 2.2.1 Uji Korelasi Peringkat Metode Spearman 67 2.2.2 Uji Mann dan Whitney 71 2.2.3 Uji Tanda dari Cox dan Stuart 73 2.3 Uji Stasioner Data Hidrologi Runtut Waktu 74 2.4 Uji Persistensi Data Hidrologi Runtut Waktu 77 2.5 Analisis Trend 79 2.5.1 Metode Analisis Regresi 80 2.5.2 Metode Rata-rata Bergerak 80 2.6 Membangkitkan Data Hidrologi Sintetik 84
BAB III APLIKASI MODEL REGRESI DAN ANALISIS KORELASI DATA HIDROLOGI 101
3.1 Pendahuluan 101 3.2 Model Regresi 104 3.3 Model Regresi Linear Sederhana 107 3.3.1 Penentuan Persamaan 107 3.3.2 Batas Daerah Kepercayaan Garis Regresi 114 3.3.3 Pengujian Titik Potong 117 3.3.4 Pengujian Koefisien Regresi 119 3.3.5 Pengujian Koefisien Korelasi 121 3.3.6 Koefisien Korelasi Peringkat 122 3.4 Model Regresi Eksponensial 125 3.5 Model Regresi Berpangkat 132 3.6 Model Regresi Logaritmik 138 3.7 Model Regresi Polinomial 143 3.8 Model Regresi Berganda 157 3.8.1 Regresi Linear Berganda 157 3.8.2 Model Regresi Berpangkat Berganda 166 3.9 Uji Durbin – Watson 171
BAB IV APLIKASI METODE STATISTIK UNTUK UJI KETELITIAN PENGUKURAN 181 DEBIT
4.1 Pendahuluan 181 4.2 Jenis Kesalahan Pengukuran Debit 181 4.3 Ketelitian Pengukuran Debit dengan Alat Ukur Arus 182 4.3.1 Sumber Kesalahan Pengukuran 182 4.3.2 Penentuan Ketelitian Parameter Pengukuran Debit 184 4.3.3 Perhitungan Ketelitian Pengukuran Debit 188 4.3.4 Kekurangtelitian Pengukuran Debit dengan Alat Ukur Arus 189
Daftar Isi ix
4.4 Ketelitian Pengukuran Debit Menggunakan Ambang 197 4.4.1 Ketelitian Pengukuran Lebar Ambang 197 4.4.2 Ketelitian Pengukuran Tinggi Muka Air Ambang 197 4.4.3 Katelitian Penentuan Koefisien Debit 197 4.4.4 Contoh Pengukuran Debit dengan Ambang Tajam 198 4.4.5 Pengukuran Debit dengan Ambang Lebar 202
BAB V ANALISIS HIDROLOGI UNTUK PENDAYAGUNAAN KETERSEDIAAN AIR 205 PERMUKAAN
5.1 Pendahuluan 205 5.2 Kebutuhan Ketersediaan Data Debit Runtut Waktu 206 5.3 Metode Pendekatan Jika Data Ketersediaan Debit Tak Cukup 209 5.4 Model Memperkirakan Ketersediaan Air DAS 210 5.4.1 Model Regresi Debit di Antara Dua Lokasi atau Lebih 210 5.4.2 Model Regresi Debit dengan Curah Hujan dan Karakteristik DAS 211 5.4.3 Model Hidrologi Hujan-Aliran 213 5.5 Masalah Hidrologi Ketersediaan Air Permukaan 216 5.5.1 Ketersediaan Air Akibat Pendangkalan Waduk 216 5.5.2 Inefisiensi Penggunaan Ketersediaan Air Irigasi 218 5.5.3 Teknosabo 224 5.5.4 Teknik Memperkirakan Umur Layar Waduk 231 5.6 Karakteristik Data Debit Runtut Waktu 319 5.6.1 Manfaat Data Debit Runtut Waktu 319 5.6.2 Struktur Data Debit Runtut Waktu 320 5.7 Pengujian Data Debit Runtut Waktu 322 5.8 Teknik Pemodelan Debit Runtut Waktu untuk Prakiraan Ketersediaan Air 325 5.9 Model Stokastik Jenis Autoregresi (AR) Aliran Tahunan 327 5.10 Model Stokastik Jenis Autoregresi (AR) Aliran Bulanan 328 5.11 Model Stokastik Jenis Arima 330 5.11.1 Bentuk Model ARIMA 330 5.11.2 Perangkat Analisis Model ARIMA 334 5.11.3 Tahap Analisis Model ARIMA 337 5.11.4 Pemeriksaan Diagnostik Model ARIMA 338 5.11.5 Contoh Aplikasi Model ARIMA untuk Prakiraan Inflow Waduk 338 5.12 Ketersediaan Air dan Koefisien Aliran 352 5.13 Sumber Kesalahan Teknis Pendataan Hidrologi 354
BAB VI AIR TANAH 363
6.1 Pengertian Umum 363 6.2 Tinjauan Umum 363 6.2.1 Terjadinya Air Tanah 363 6.2.2 Sumber Air Tanah 365
x Analisis Data Hidrologi Menggunakan Metode Statistika dan Stokastik
6.2.3 Karakteristik yang Menentukan Ekstraksi Air Tanah 365 6.2.4 Akifer 366 6.3 Tinjauan Sifat Fisik dan Hidraulis Akifer 370 6.3.1 Hasil Spesifik dan Retensi Spesifik 370 6.3.2 Hubungan Permeabilitas dan Transmisibilitas 372
6.4 Uji-Pompa 373
6.5 Debit Aliran Air Tanah 377 6.6 Pemanfaatan Air Tanah 380 6.7 Pengaruh Pemompaan Sumur Bor Terhadap Muka Air Sumur Gali 383 6.8 Dampak Pemanfaatan Air Tanah yang Berlebih 384 6.9 Intrusi Air Asin ke dalam Akifer Air Tawar di Pantai 387 6.10 Imbuhan Buatan 390
DAFTAR PUSTAKA 395
