METODOLOGI PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di DAS Ciliwung Hulu. Penelitian dilakukan selama 7 bulan dimulai pada bulan September 2005 hingga bulan Maret 2006.
Bahan dan Alat
Bahan dan alat yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah : Peta Rupa Bumi Digital skala 1 : 25.000 Lembar 1209-124 Salabintana, Lembar 1209- 141 Ciawi, Lembar 1209-142 Cisarua, data tinggi muka air jam-jaman, data curah hujan jam-jaman, curvimeter, planimeter, seperangkat PC, perangkat lunak Microsoft Excel dan perangkat lunak Rainbow versi 1.1.
Data tinggi muka air (TMA) jam-jaman dan curah hujan jam-jaman di DAS Ciliwung Hulu yang dipergunakan adalah periode pengukuran tahun 2003 sampai 2005. Untuk validasi model dipergunakan data morfometri daerah tangkapan air (DTA) Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu dan hidrograf satuan pengukur an tahun 2004 sampai 2005 serta data morfometri dan hidrograf satuan pengukuran DAS Progo tahun 1977 sampai 1980.
Sumber Data
Peta Rupa Bumi Digital Skala 1 : 25.000 diperoleh dari BAKOSURTANAL sedangkan data tinggi muka air (TMA) hasil rekaman alat automatic water level recorder (AWLR) dan curah hujan jam-jaman di DAS Ciliwung Hulu diperoleh dari Proyek Induk Pengembangan Wilayah Sungai (PIPWS) Ciliwung-Cisadane Jakarta dan dari Badan Meteorologi dan Geofisika.
Metode Penelitian
Pemilihan Hidrograf Direct Runoff
Pemilihan hidrograf direct runoff dilakukan dengan tahapan sebagai berikut : 1. Pemilihan debit banjir atau direct runoff (DRO) yang mempunyai puncak
tunggal
2. Penetapan hujan yang menyebabkan hidrograf direct runoff (DRO) tersebut.
3. Mencari curah hujan rata -rata DAS sesuai dengan hidrograf DRO terpilih dengan menggunakan metode aritmatika.
Analisis Hidrograf
Tahap awal adalah memisahkan aliran dasar (base flow) sehingga diperoleh hidrograf aliran langsung saja. Adapun tahapannya adalah sebagai be rikut :
1. “Stage hydrograph” dialihragamkan menjadi “discharge hydrograph” dengan bantuan lengkung kalibrasi. Lengkung Kalibrasi DAS Ciliwung Hulu di Katulampa dibuat oleh Departemen Pekerjaan Umum untuk masing-masing tahun perekaman.
2. Aliran dasar dipisahkan dari hydrograf total dengan metode Straight line method.
3. Setelah aliran dasar (base flow) dipisahkan dari hidrograf total maka diperoleh hidrograf direct runoff (DRO).
Penentuan Tabal Hujan Efektif
1. Penentuan tebal hujan efektif yang menyebabkan direct runoff (DRO) dilakukan dengan persamaan yang dikemukakan oleh (Viessman et al. 1989) yaitu .
Tebal Hujan efektif =
( )
A t
∑
DROx∆DRO : Aliran langsung yang terukur (m3/s)
∆t : Interval waktu pengukuran (jam) A : Luas DAS (m2)
2. Setelah diketahui besaran hujan efektif yang membentuk hidrograf DRO, tahap selanjutnya adalah menurunkan hidrograf satuan dari hidrograf DRO tersebut.
Penurunan Hidrograf Satuan
Hidrograf Satuan pengukuran diperoleh dengan cara membagi setiap ordinat hidrograf DRO terukur dengan besarnya hujan efektif yang membentuk DRO.
Simulasi Model HSS Gama 1 dengan Morfometri DAS Ciliwung Hulu Parameter morfometri DAS Ciliwung Hulu diperoleh dari pengukuran Peta Rupa Bumi skala 1 : 25.000, pengukuran dilakukan 3 (tiga) kali untuk mendapatkan hasil pengukuran yang baik. Pengukuran Morfometri DAS Ciliwung Hulu dilakukan terhadap parameter :
a) Luas DAS (A),
b) Panjang Sungai Utama (L),
c) Penetapan orde sungai dengan menggunakan metode Strahler dan pengukuran panjang setiap segmen (orde) sungai,
d) Pengukuran lebar DAS yang diukur pada titik di sungai yang berjarak 0,75 L dan lebar DAS yang diukur pada titik di sungai yang berjarak 0,25 L dari stasiun hidrometri (outlet),
e) Penentuan titik berat DAS
f) Pengukuran luluaas sDADAS S yayangng ddiuiukkurur ddi ihhululuu gagarrisis yayangng ddiittaarrikik tetegagak k lulurrusus gagarrisis huhububungng aantntaarraa ststaassiuiun n hihiddroromemetrtri i dedenngagan n titittikik yayangng papalilinngg dedekakatt dedenngagan ntitittiikk bbeerratat DDASAS ddii susungngaai,i, mmeelelewawatti i ttiittiikk tteersrseebubutt ((AAuu) )
g) PPeengnguukukurraan n ketinggian titik tertinggi dan ketinggian titik keluaran (outlet) pada sungai utama.
Setelah parameter yang diukur tersebut diperoleh, langkah selanjutnya adalah penghitungan ppararaammeteteer-r-ppaararamemeteter r bbeeririkkutut : :
a) Faktor Sumber (SF) b) Frekuensi Sumber (SN) c) Faktor Lebar (WF)
d) Rasio luas DAS bagian hulu atau Relatif Upper Area (RUA) e) Faktor Simetri (SIM)
f) Jumlah pertemuan sungai (JN) g) Kerapatan jaringan drainase (D) h) Kemiringan rata -rata DAS/Slope (S)
Tahapan selanjutnya adalah memasukkan semua parameter yang diperoleh ke dalam persamaan model HSS Gama 1 untuk mendapatkan besaran waktu- naik/time to rise (TR), debit -puncak/peak -discharge (QP), waktu dasar/time to base
(TB) dan koefisien tampungan (K). Kurva sisi resesi HSS Gama 1 ditetapkan dengan menggunakan koefisien tampungan (K). Setelah itu dilakukan penggambaran HSS Gama 1 untuk DAS Ciliwung Hulu yang merupakan hubungan antara waktu (pada sumbu x) dengan debit (sumbu y).
Analisis Perbandingan kuantitatif
Untuk membandingkan secara kuantitatif antara hidrograf satuan sintetik dan hidrograf satuan pengukuran dilakukan dengan metode yang dikemukakan oleh (Chou & Wang 2002) yaitu:
1. Coefficient of efficiency (CE):
$
21
2
1
1
( ) ( ) ( )
N
t N
t
CE
q t q t q t q
=
=
= −
−
∑
−
∑
... (18)
2. Relative error dari volume total (EV)
$
1
1
( ) ( )
( )
N
t N
t
q t q t EV
q t
=
=
−
=
∑
∑
x 100 % ... (19) 3. Absolute error dari debit puncak (AEQp)^
AEQp=QP Qp− ... (20)
4. Relative error dari debit puncak (EQp)
$ q p qp 100%
EQp x
qp
= − ... (21)
5. Absolute error dari waktu puncak (ETp)
^
ETp=TP Tp− ... (22) Dimana q$(t) merupakan estimasi hasil simulasi dari q(t), sedangkan q(t) merupakan nilai rata-rata dari q(t).
Penyesuaian Konstanta Model
Penyesuaian model dilakukan untuk mendapatkan model HSS Gama 1 yang sesuai dengan hidrograf satuan pengukuran DAS Ciliwung Hulu.
Penyesuaian model dilakukan dengan meminimalkan selisih antara hidrograf sataun hasil pengukuran dengan hidrograf satuan sintetik Gama 1 hasil simulasi melalui perubahan konstanta model HSS Gama 1 menggunakan solver command dalam perangkat lunak Microsoft Excel. Model yang mempunyai nilai parameter uji kuantitatif baik dengan ciri-ciri mempunyai nilai coefficient of efficiency (CE) mendekati nilai 1 (satu), relative error dari volume total (EV) mendekati nilai 0 (nol), absolute error dari debit puncak (AEQp) yang mendekati nilai 0 (nol), relative error dari debit puncak (EQp) yang mendekati nilai 0 (nol) , dan absolute error dari waktu puncak (ETp) yang nilainya mendekati nilai 0 (nol) saja yang selanjutnya dipergunakan untuk menduga hidrograf satuan di DAS yang lainnya.
Validasi Model Terpilih
Validasi terhadap model yang telah disesuaikan konstantanya tersebut dilakukan dengan menggunakan data hidrograf satuan pengukuran dan data morfometri DTA Cipopokol Sub-DAS Cisadane Hulu yang mempunyai luas 1,40 km2 untuk periode pengukuran tahun 2004 sampai 2005 serta hidrograf satuan pengukuran DAS Progo yang mempunyai luas 411,67 km2 untuk periode tahun 1977 sampai 1980. Hasil simulasi hidrograf satuan sintetik dari model yang telah disesuaikan konstantanya tersebut, kemudian diuji lagi dengan metode yang dikemukakan oleh Chou & Wang (2002).
Penyederhanaan (Simplifikasi) Model
Penyederhanaan (simplifikasi) terhadap model HSS Gama 1 dilakukan untuk mendapatkan model HSS dengan tingkat keakuratan pendugaan yang baik namun menggunakan parameter morfometri DAS yang lebih mudah diukur di Peta Rupa Bumi.
Tahapan awal dari penyederhanaan (simplifikasi) model ini adalah melakukan analisis korelasi antara variabel pokok hidrograf satuan sintetik yaitu waktu-naik/time to rise (TR), debit -puncak/peak-discharge (QP), dan waktu
dasar/time to base (TB) dengan parameter morfometri DAS. DAS yang dipergunakan untuk analisis ini adalah sebanyak 9 (sembilan) buah dengan kriteria mempunyai data pengukuran morfometri dan data pengukuran variabel pokok hidrograf satuan. Hasil dari analisis korelasi ini kemudian dibuat matrik korelasi untuk memudahkan pemilihan parameter morfometri DAS yang pengukurannya pada Peta Rupa Bumi lebih mudah dila kukan namun mempunyai tingkat korelasi yang tinggi. Parameter morfometri DAS yang dipergunakan dalam simplifikasi model HSS Gama 1 ini adalah luas DAS (A), panjang sungai utama (L), dan jumlah pertemuan sungai (JN).
Tahap kedua dari pengembangan Model HSS simplifikasi ini adalah membuat regresi hubungan antara ketiga parameter morfometri DAS tersebut dengan masing-masing variabel pokok hidrograf satuan yaitu waktu puncak (TP), debit puncak (QP) dan waktu dasar (TB). Keakuratan penyederhaan (simplifikasi) model ini dilihat dari besarnya koefisien determinasi yang diperoleh. Semakin tinggi koefisien determinasinya maka model akan semakin baik.
Tahap ketiga adalah melakukan analisi uji-t hasil simulasi menggunakan model HSS Simplifikasi dengan hasil simulasi yang menggunakan model HSS Gama 1. Uji-t dilakukan terhadap setiap variabel pokok yang dihasilkan oleh masing-masing model. Analisis uji-t dilakukan dengan memanfaatkan data morfometri 31 DAS yang telah diketahui morfometrinya. Uji-t dimaksudkan untuk mengetahui hasil simulasi dengan model HSS Simplifikasi berbeda nyata atau tidak berbeda pada taraf nyata 5% dengan hasil simulasi menggunakan model HSS Gama 1. Penggunaan Model HSS Gama 1 sebagai pembanding adalah karena model HSS Gama 1 diasumsikan mempunyai keakuratan yang baik dalam menduga variabel pokok hidrograf satuan DAS-DAS di Indonesia (khususnya di Pulau Jawa).
Adapun tahapan dari penelitian ini disajikan dalam Gambar 10.
0 8 / $ ,
3 ( 5 6 , $ 3 $ 1
3 ( 1 * 8 0 3 8 / $ 1 ' $ 7 $ 8 7 $ 0 $
&XUDK+ XMDQ 7LQJJL0 XND$ LU
3HQHQWXDQ + LGURJUDI 6 DWXDQ
3HQJDPDWDQ
8 ML. XDQWLWDWLI
%DLN
0 RGHO9 DOLG
3HQJXNXUDQ 0 RUIRPHWUL' $ 6
& LOLZXQJ + XOX
0 RGHO+ LGURJ UDI 6DWXDQ 6LQWHWLN* DP D
7LGDN%DLN 3HQ\HVXDLDQ 0 RGHO
0 RUIRP HWUL' $ 6
$QDOLVLV. RUHODVL
$QDOLVLV5 HJUHVL
0 RGHO+ 6 6 6 LPSOLILNDVL
0RGHO+6 6
* DPD
$QDOLVLV8 MLW
0 RGHO+ 6 6 6LPSOLILNDVL9 DOLG
Gambar 10. Diagram alir Tahapan Penelitian
KEADAAN UMUM DAERAH PENELITIAN
Letak dan Luas
Daerah Aliran Sungai Ciliwung Hulu mencakup areal seluas 146 km2 yang merupakan daerah pegunungan dengan elevasi antara 300 m sampai 3.000 m dpl.
Secara geografis DAS Ciliwung Hulu berada di posisi 6002’ – 6055’ LS dan 106035’ – 107000’ BT. Secara administratif pemerintahan DAS Ciliwung Hulu termasuk dalam wilayah administrasi Kabupaten Bogor (Kecamatan Megamendung, Cisarua dan Ciawi) dan sebagian kecil Kota Madya Bogor (Kecamatan Kota Bogor Timur dan Kecamatan Kota Bogor Selatan).
DAS Ciliwung Hulu berbatasan dengan Sub DAS Cisadane Hulu di sebelah selatan dan Barat, Sub DAS Cibeet di sebelah Utara dan DAS Citarum di sebelah Timur. Luas DAS Ciliwung Hulu secara keseluruhan adalah 14.946 Ha.
Adapaun tempat pengukuran aliran sungai untuk DAS Ciliw ung Hulu adalah di Katulampa, yang terletak pada 6038’39’’ LS dan 106050’20’’ BT dengan elevasi 367 m dpl.
Bentuk dan Hidrologi DAS
Bentuk Sub-DAS Ciliwung Hulu lebih menyerupai bentuk kipas dengan outlet pengukuran di Katulampa. Panjang sungai Ciliwung dari hulu sampai di SPAS Katulampa adalah 16,5 km dengan kemiringan rata-rata 13,5%. Bentuk topografi DAS Ciliwung Hulu umumnya kasar -sangat kasar, bentuk lereng terjal- sangat terjal, dengan aliran air turbulen dan mengalir sepanjang tahun.
Di bagian hulu paling sedikit terdapat 7 Sub DAS, yaitu Sub DAS Tugu (Ciliwung Hulu), Cisarua, Cibogo, Cisukabirus, Ciesek, Ciseuseupan, dan Katulampa. Bagian hulu dicirikan oleh sungai pegunungan yang berarus deras, variasi kemiringan lereng tinggi, dengan kemiringan lereng 2-15% (70,5 km2 ), 15-45% (52,9 km2), dan sisanya lebih dari 45%. Di bagian hulu masih banyak
Tabel 1. Luas Masing-Masing Sub DAS yang Berada di DAS Ciliwung Hulu Luas
No. Sub DAS
Ha %
1 Sub DAS Tugu / Hulu Ciliwung 5.082 33.60
2 Sub DAS Cisarua 1.522 10.17
3 Sub DAS Cibogo 1.843 12.32
4 Sub DAS Cisukabirus 2.429 16.23
5 Sub DAS Ciesek 2.453 16.39
6 Sub DAS Ciseuseupan 1.120 13.80
7 Sub DAS K atulampa 596 7.49
Jumlah 14.964 100.00
Sumber : Irianto (2000)
Jenis Tanah dan Topografi
Berdasarkan Peta Geologi Lembar Bogor (1986) dan Lembar Jakarta dan Kepulauan Seribu (1992), di wilayah hulu terdapat formasi volkanik (komplek utama Gunung Salak dan Gunung Gede -Pangrango). Lereng di Hulu bervariasi dan lereng di atas 25% adalah yang dominan. Jenis tanah di DAS Ciliwung Hulu merupakan hasil perombakan dari bahan induk tufa vulkanik. Jenis tanah pada DAS Ciliwung Hulu di didominasi oleh Asosiasi Typic Hapludonds–Typic Troposammens dan Asosiasi Andic Humitropepts–Typic Dystropepts. Secara detail jenis tanah pada DAS Ciliwung Hulu disajikan dalam Tabel 2. Fisiografi DAS Ciliwung Hulu bervariasi mulai dari datar (0-8%) sampai curam (>45%).
DAS Ciliwung Hulu didominasi oleh lereng yang agak terjal sampai terjal sebesar 54,68%. Adapun luas masing-masing kelas lereng di DAS Ciliwung Hulu disajikan dalam Tabel 3.
Tabel 2. Jenis Tanah di DAS Ciliwung Hulu
No Jenis Tanah Luas (Ha) Prosentase
1 Kompleks Typic Troporthens – Typic Fluvaquents 282,00 1,88
2 Typic Hapludents 1.641,00 10,97
3 Typic Dystropepts 1.879,00 12,56
4 Typic Humitropepts 245,00 1,64
5 TypicEutropepts 2.206,00 14,74
6 Typic Hapludonds 2.154,00 14,39
7 Typic Troposammens 27,00 0,18
8 Asosiasi Typic Hapludonds – Typic Troposammens 3.680,00 24,59 9 Asosiasi Andic Humitropepts – Typic Dystropepts 2.850,00 19,05
Jumlah 14.964,00 100,00
Sumber : Peta tanah semi Detail DAS Ciliwung Hulu, Puslitanak 1992 (Irianto 2000)
Tabel 3. Kelas Kelerengan di DAS Ciliwung Hulu
No Kelas Kelerengan (%) Luas (Ha) Prosentase
1 0 – 8 4.927,00 32,93
2 9 - 15 1.854,00 12,39
3 16 - 25 3.751,00 25,07
4 26 - 45 1.937,00 12,95
5 > 45 2.494,00 16,66
Jumlah 14.964,00 100,00
Sumber : Irianto (200 0)
Tabel 3 menunjukkan bahwa sebagian besar DAS Ciliwung Hulu berada di daerah dengan kelas kelerengan yang agak curam sampai curam. Kondisi topografi wilayah yang seperti ini akan mempengaruhi perilaku respon hidrologi terhadap masukan curah hujan yang jatuh di wilayah DAS Ciliwung Hulu.
Iklim
Kondisi iklim di DAS Ciliwung Hulu berdasarkan pengukuran pada Stasiun Klimatologi Citeko disajikan pada Tabel 4. Suhu udara maupun kelembaban nisbi udara tidak mengalami fluktuasi yang besar sepanjang tahun.
Suhu rata-rata bulanan tertinggi terjadi pada bulan April yaitu 22,6 0C, sedangkan suhu rata-rata bulanan terendah terjadi pada bulan Pebruari dan Desember yaitu sebesar 21,1 0C. Suhu maksimum bulanan sebesar 26,90C terjadi pada bulan September dan suhu minimum bulanan sebesar 17,50C terjadi pada bulan Agustus.
Kelembaban nisbi udara rata-rata bulanan tertinggi terjadi pada bulan Nopember sebesar 86,3%, sedangkan kelembaban nisbi udara rata-rata bulanan terendah terjadi pada bulan September sebesar 77,7% (Kuswadi 2002).
Tabel 4. Keadaan Iklim DAS Ciliwung Hulu Berdasarkan Pengukuran pada Stasiun Klimatologi Citeko
No Bulan Rata-Rata
Suhu Udara RH LPM KA ETo
0C 0C 0C % % Knot mm
1 Januari 24,5 20,2 22,4 84,7 32,7 3,7 3,5 2 Pebruari 23,8 18,3 21,1 83,0 28,3 4,2 3,4
3 Maret 25,8 18,3 22,1 84,0 36,0 4,2 3,6
4 April 26,0 19,1 22,6 86,0 47,3 4,1 3,5
5 Mei 26,2 18,0 22,1 83,0 59,0 3,2 3,6
6 Juni 25,8 18,1 22,0 81,3 44,0 3,7 3,3
7 Juli 25,6 17,8 21,7 82,7 44,7 4,9 3,5
8 Agustus 26,3 17,5 21,9 78,7 74,7 3,6 4,3 9 September 26,9 17,7 22,3 77,7 44,3 3,8 4,2 10 Oktober 25,8 18,1 22,0 84,3 45,3 3,8 3,8 11 Nopember 25,4 18,2 21,8 86,3 28,0 3,1 3,2 12 Desember 26,3 17,9 22,1 80,3 39,3 4,8 4,1
Keterangan : RH = kelembaban nisbi, LPM = Lama penyinaran matahari, KA = Kecepatan angin, Eto = evapotranspirasi
Sumber : Stasiun Klimatologi Darmaga Darmaga (Kuswadi 2002)
Berdasarkan hasil pengukuran dilakukan oleh Badan Meteorologi dan Geofisika, curah hujan rata -rata bulanan di DAS ciliwung Hulu berkisar antara 82,2 mm sampai 681,4 mm. Curah hujan rata-rata bulanan terendah terjadi pada bulan Agustus dan yang tertinggi pada bulan Januari. Distribusi curah hujan rata- rata bulanan di DAS Ciliwung Hulu disajikan dalam Tabel 5.
Tabel 5. Curah Hujan Rata-Rata Bulanan di DAS Ciliwung Hulu Periode 1981-2002 Nama Stasiun
No Bulan
Citeko (mm)
Ciawi (mm)
Katulampa (mm)
Gn. Mas*) (mm)
CH DAS
1 Januari 548,4 548,2 503,0 555,4 538,8
2 Pebruari 477,5 434,3 416,2 681,4 502,4
3 Maret 343,5 425,0 430,6 398,6 399,4
4 April 258,6 372,0 350,0 367,6 337,0
5 Mei 176,6 314,4 339,3 247,8 269,5
6 Juni 114,2 200,5 221,5 220,6 189,2
7 Juli 104,7 171,5 192,1 126,8 148,8
8 Agustus 85,9 190,5 205,7 93,4 143,9
9 September 143,1 232,1 272,6 82,2 182,5
10 Oktober 206,6 388,0 388,9 299,8 320,8
11 Nopember 313,1 389,8 422,8 454,6 395,1
12 Desember 331,5 382,5 351,7 214,6 320,1
Keterangan : Data Stasiun Gn. Mas periode 1998-2002 Sumber : Badan Meteorologi dan Geofisika
Tabel 6. Curah Hujan Tahunan di DAS Ciliwung Hulu Periode 1981-2002
Citeko Ciawi Katulampa
Tahun CH (mm) HH CH (mm) HH CH (mm) HH
1981 - - 6282,6 219 5108,0 223
1982 - - 3327,6 166 3790,0 185
1983 - - 3847,0 171 3822,5 171
1984 - - 3907,0 228 4770,0 247
1985 1545,5 151 3486,5 189 3892,0 186
1986 3578,2 199 5490,8 210 3776,0 203
1987 2923,1 150 4245,0 185 3849,0 161
1988 2850,0 154 3745,2 187 3443,5 168
1989 2728,0 171 3888,5 186 3954,0 155
1990 2788,3 180 4106,5 214 3584,0 168
1991 3071,5 183 3784,5 177 2962,0 110
1992 3725,0 249 4836,0 203 4350,0 122
1993 3893,5 227 4375,0 214 4975,5 22
1994 2768,3 173 3236,5 146 4010,0 167
1995 3782,8 227 3736,5 170 4381,5 179
1996 3944,6 219 3709,5 211 4264,0 180
1997 2263,8 172 2657,5 158 2741,0 119
1998 3252,8 235 5860,5 205 5104,5 185
1999 3022,8 222 3533,0 147 3624,0 149
2000 2892,7 226 3249,6 178 3325,0 148
2001 3709,4 212 4294,0 180 4253,0 160
