MODEL HIDROLOGI PENENTUAN INDEKS BANJIR BERDASARKAN ANALISIS DEBIT BANJIR SEBAGAI PENGELOLAAN SUNGAI ASAHAN

DISERTASI

Oleh

RUMILLA HARAHAP NIM : 078106006 Program Doktor (S3)

Pengelolaan Sumberdaya Alam Dan Lingkungan

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2016

PENGELOLAAN SUNGAI ASAHAN

DISERTASI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam Program Doktor Pengelolaan Sumberdaya Alam dan lingkungan pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara di bawah pimpinan

Rektor Universitas Sumatera Utara Prof Dr Runtung Sitepu SH M.Hum untuk mempertahankan dihadapan Sidang Terbuka Senat

Universitas Sumatera Utara

Oleh

RUMILLA HARAHAP NIM : 078106006 Program Doktor (S3)

Pengelolaan Sumberdaya Alam Dan Lingkungan

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

BANJIR SEBAGAI PENGELOLAAN SUNGAI ASAHAN

Nama Mahasiswa : Rumilla Harahap Nomor Induk : 078106006

Program Studi : Doktor ( S3 ) Pengelolaan Sumberdaya Alam dan

Lingkungan

Menyetujui, Komisi Pembimbing

Promotor

Prof.Ir.Zulkifli Nasution, MSc, Ph.D

Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf,MS Prof. Dr. Herman Mawengkang Co-Promotor Co-Promotor

Ketua Program Studi Direktur

(Dr. Delvian, SP , MP) (Prof. Dr. Ir. Erman Munir.M.Sc)

Tanggal 4 Maret 2016

PANITIA PENGUJI DISERTASI Pimpinan Sidang:

Prof. Dr. Ir. Erman Munir (Direktur Sekolah Pascasarjana USU)

Ketua : Prof. Dr. Ir. Zulkifli Nasution, M.Sc, Ph.D USU Medan Anggota : Prof. Dr. Herman Mawengkang USU Medan Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf, MP USU Medan Prof. Dr. Alvi Syahrin, SH., MS USU Medan Dr. Delvian, SP , MP USU Medan

ABSTRAK

Sungai Asahan merupakan sungai yang berhulu dari danau Toba dan mengalir ke Selat Malaka yang panjangnya ± 147 km . Keberadaan sungai Asahan sebagai bagian dari sistem hidrologi menjadi suatu hal yang sangat penting untuk dijaga . Banjir yang sering terjadi di sungai Asahan merupakan salah satu kejadian hidrologi. Disertasi ini mengajukan suatu bentuk Model Hidrologi Penentuan Indeks Banjir berdasarkan Analisis Debit Banjir . Data sekunder meliputi data dari instansi terkait seperti data curah hujan, data debit, data tata guna lahan, kemudian dianalisa. Selanjutnya perhitungan debit banjir menggunakan metode Rasional, Nakayasu, dan perhitungan muka banjir di hilir juga menggunakan kombinasi dari metode HEC-RAS. Sungai yang masuk ke sungai Asahan yaitu sungai Piasa dan Silau.Tujuan utama disertasi ini adalah untuk menghasilkan model hidrologi penentuan indeks banjir yang dapat digunakan sebagai patokan jika terjadinya banjir dan mengelola sungai Asahan yang berkelanjutan. Hasil perhitungan pada Asahan hulu didapat debit banjir periode ulang 2 tahunan dengan luas 617,72 km² hidrograf banjir total adalah 592,698 m³/dt pada jam ke 4. Asahan tengah sekitar Sub DAS Piasa debit banjir periode ulang 2 tahunan dengan luas 51,03 km² hidrograf banjir total adalah 137,439 m³/dt jam ke 4 dan Asahan hilir di dapat debit banjir periode ulang 2 tahunan dengan luas 178,51 km² adalah sebesar 380,704 m³/dt jam ke 4. Indeks luas genangan di hilir rata-rata didapat sebesar 0,32 dan indeks banjir di hilir rata-rata didapat sebesar 0,52. Dengan memodelkan hidrologi berdasarkan indeks debit banjir di sungai Asahan terhadap curah hujan dan lahan dapat dipetakan jika di wilayah tersebut terjadi banjir.

Kata Kunci : Sungai Asahan, Hidrologi, Indeks Banjir.

ABSTRACT

Asahan River is a river whose headwaters of Lake Toba and flow into the waterway whose length is approximately 147 km. The existence of Asahan river as part of the hydrologic system becomes a very important thing to be kept. Frequent flooding in Asahan river is one hydrological events. This dissertation proposes a form of hydrology model for determination on the flood index based analysis of flood discharge. Secondary data include data from relevant agencies such as rainfall data, flow data, land use data, and then analyzed. Furthermore, the calculation of flood discharge using Rational method, Nakayasu, and flooding in the downstream surface calculation also uses a combination of methods HEC- RAS. Rivers Asahan river that goes into that river Piasa and Silau. The main purpose of this dissertation is to produce a model of hydrology flood index determination that can be used as a benchmark would be flooding and manage sustainable Asahan river. The calculation in the Asahan upstream flood discharge obtained an annual return period 2 years with an area of 617.72 km² flood hydrograph the total is 592.698 m³/sec on the hour to 4. Asahan centered around Sub Watershed Piasa return period flood discharge 2 years with an area of 51.03 km² annual flood hydrograph the total is 137.439 m³/sec on the hours to 4 and Asahan downstream of the discharge flood return period 2 years with an area of 178.51 km² year amounted to 380.704 m³/sec to 4 h. Inundation in the downstream area index average of 0.32 and an index obtained in downstream flooding average obtained at 0.52. With hydrological modeling based index flood discharge in Asahan river against rainfall and land can be mapped if there was a flood in the region.

Keywords: Asahan River, Hydrology, Flood Index.

.

karunia-Nya kepada penulis sehingga Disertasi ini dapat terselesaikan dengan baik. Disertasi yang telah diselesaikan oleh penulis berjudul “Model Hidrologi Penentuan Indeks Banjir berdasarkan Analisis Debit Banjir sebagai Pengelolaan Sungai Asahan”, yang disusun dalam memenuhi syarat untuk menempuh ujian Program Studi Doctor (S3) Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Universitas Sumatera Utara.

Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Prof Dr Runtung Sitepu SH M.Hum selaku Rektor Universitas Sumatera Utara .

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Erman Munir, selaku Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Dr. Delvian, SP , MP selaku Ketua Program PSL Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Dr.Ir.Muklis,MS selaku Sekretaris Program PSL Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Prof. Dr. Ir. Zulkifli Nasution, M.Sc, Ph.D sebagai Promotor yang sangat membantu dan memotivasi terhadap terselesainya disertasi ini.

6. Bapak Prof. Dr. Herman Mawengkang sebagai Co-Promotor yang sangat banyak membantu penulis, baik dalam meluangkan waktu, ide-idenya demi terselesainya disertasi ini.

7. Bapak Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf, MP sebagai Co-Promotor yang telah membantu penulis dan meluangkan waktu memeriksa disertasi ini sampai selesai.

8. Bapak Prof. Dr. Alvi Syahrin, SH., MS ., selaku anggota penguji/pembanding atas masukan, saran dan kritik yang diberikan.

9. Ibu Dr. Ichwana, ST.MP., selaku anggota penguji/pembanding atas masukan, saran dan kritik yang diberikan.

10. Dr.Ir. Ahmad Perwira Mulia, MSc yang telah banyak memberi saran saya untuk terus belajar .

lingkungan Universitas Sumatera Utara.

12. kepada seluruh staf pengajar Jurusan Pendidikan teknik bangunan UNIMED saya mengucapkan terimakasih atas kerjasama dan dukungan yang saling menguatkan yang telah terjalin selama ini sehingga saya dapat menyelesaikan studi pada program studi Doktor PSL USU.

13. Kepada rekan-rekan di program studi Doktor PSL USU, saya mengucapkan terimakasih yang tak terhingga atas kerjasama dan dukungan yang saling menguatkan yang telah terjalin selama ini.

Sembah sujud dan terimakasih yang tak terhingga saya persembahkan kepada ayahanda Muhammad Said Harahap (Almarhum) dan ibunda tercinta Syariah Siregar (Almarhumah) yang sangat saya kagumi dan hormati yang sewaktu beliau masih hidup selalu memberikan dukungan dan doa .

Kepada suami tercinta Ir. Torang Siregar M.Si ( Almarhum) terimakasih atas kasih sayangnya kepada saya selama masih hidup , selalu memotivasi saya mulai dari S2 sampai S3.

Ucapan terimakasih yang setulusnya saya ucapkan kepada anak-anakku, Rafuad , Mahathir dan Syifa yang telah memotivasi saya dan ikut membantu saya memberikan doa yang tidak habis-habisnya demi keberhasilan saya.

Pengorbanan ini juga tidak dapat saya lupakan. Semoga Allah melimpahkan rahmat, inayah, dan pahala yang berlimpah atas segala pengorbanan tersebut.

Kepada semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan namanya satu persatu, saya sampaikan terimakasih atas bantuan yang diberikan. Semoga Allah SWT memberikan pahala sesuai dengan amal yang diberikan dan meridhoi kita semua. Amin.

Semoga penelitian ini bermanfaat bagi pembaca dan kontribusinya bagi ilmu pengetahuan khususnya pengelolaan sungai.

Medan, Maret 2016

Rumilla harahap lahir di Medan tanggal 05 Agustus 1965. Putri ke 9 dari 11 bersaudara pasangan M. Said Harahap (alm) dan Syariah Siregar (alm).

Menikah pada tahun 1993 dengan Ir. Torang Siregar M.Si (alm) di karunia tiga orang anak yaitu Rafuad. T.Siregar, Mahathir Siregar dan Syifa Sari Siregar.

Lulus SD. Negeri Medan, Tahun 1977, Lulus SMP Negeri 3 Medan, Tahun 1981, Lulus SMA Negeri II Medan, Tahun 1984 Selanjutnya Rumilla Harahap Tahun 1990 Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Sipil dari Universitas Islam Sumatera Utara, Pada Tahun 1996 Memperoleh Gelar Master Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung. Saat ini bekerja sebagai Pengajar di UNIMED dengan golongan IV/a.

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

RIWAYAT HIDUP ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR TABEL... viii

DAFTAR ... x

DAFTAR LAMPIRAN ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Perumusan Masalah ... 5

1.3. Tujuan Penelitian ... 5

1.4. Hipotesis ... 7

1.5. Manfaat ... 7

1.6. Novelty ... 8

1.7. Sistematika Pembahasan ... 8

BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 10

2.1. Daerah Aliran Sungai (DAS) ... 10

2.2. Penduduk Kabupaten Asahan ... 12

2.3. Kebutuhan Air Untuk Irigasi ... 13

2.4. Kebutuhan Air Untuk Domestik ... 14

2.5. Kajian Hidrologi ... 15

2.6. Curah Hujan ... 16

2.6.1. Hujan Kawasan (Areal Rainfall ... 17

2.6.2. Distribusi Frekuensi Curah Hujan ... 19

2.6.3. Perhitungan Faktor Frekuensi Untuk Setiap Distribusi ... 24

2.6.4. Uji Distribusi Frekuensi Curah Hujan... 25

2.7. Debit Banjir ... 27

2.8. Debit Banjir Rencana ... 27

2.8.1. Metode Hasper ... 29

2.8.2. Metode Weduwen ... 29

2.8.3. Metode Rasional ... 29

2.8.4. Hidrograf Satuan Sintetis ... 30

2.8.5. Hidrograf Satuan Sintetis Gama I ... 30

2.8.6. Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu ... 33

2.9. Analisa Hidrolik dengan menggunakan Pemodelan HEC RAS... 34

2.10. Pengembangan Model Indeks Banjir ... 35

2.11. Hasil Penelitian Sebelumnya ... 37

3.3.1. Penentuan Daerah Aliran Sungai (DAS) ... 45

3.3.2. Pemodelan HEC-RAS ... 46

3.3.3. Penentuan Nilai Indeks Banjir ... 47

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 49

4.1. Pemodelan Hidrologi ... 49

4.1.1. Data Hidroklimatologi ... 49

4.1.2. Penyiapan dan Analisis Data Hidroklimatologi ... 50

4.1.3. Penyiapan Data Fisik DAS Asahan ... 51

4.1.4. Analisis Kondisi Topografi DAS Asahan ... 52

4.1.5. Pola Jaringan Sungai ... 53

4.1.6. Tata Guna Lahan ... 57

4.1.7. Kebutuhan Air Rumah Tangga,Perkotaan dan Industri... 59

4.2. Analisa Hidrologi ... 64

4.2.1.Analisis Probabilitas Frekwensi Hujan dengan Metode Log Pearson ... 66

4.2.2. Analisis Probabilitas Frekuensi Hujan dengan Metode Normal ... 68

4.2.3. Metode Smirnov Kolmogorov ... 79

4.2.4. Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) Nakayasu ... 85

4.2.5. Metode Rasional ... 91

4.3. Indeks Banjir... 94

4.3.1. DAS Hulu Sungai ... 94

4.3.2. DAS Tengah Sungai ... 97

4.3.3. DAS Hilir sungai ...100

4.3.4. Asahan Total. ...103

4.3.5. Analisis Hidrolika dengan Pemodelan HEC – RAS 4.0 ...108

4.3.6. Input Data Geometri Sungai ...109

4.3.7. Input Data Debit ...111

4.3.8. Hasil Analisis Hidrolika Sungai Asahan ...112

4.3.9. Indeks Debit Inflow ...114

4.3.10. Indeks Luas Genangan ...116

4.3.11. Indeks Debit Inflow ...122

4.3.12. Indeks Banjir ...125

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...130

5.1. Kesimpulan ...130

5.2. Saran ... ...132

DAFTAR PUSTAKA ...133

2.1. Keadaan Penduduk di Daerah Studi Kabupaten Asahan ...13

2.2. Nilai χ2 Kritis Untuk Uji Chi-Square ...27

3.1. Parameter Pemilihan pola sebaran Distribusi hujan ...43

4.1. Kemiringan Lereng DAS Asahan ...52

4.2 Luas DAS Asahan ...52

4.3. Anak Sungai SWS Asahan ...54

4.4. Anak Sungai Sub DAS Asahan ...55

4.5 . Anak Sungai Sub DAS Silau...55

4.6. Luas Masing-masing Sub DAS di DAS Asahan ...56

4.7. Luas Tata Guna Lahan di DAS Asahan ...57

4.8. Proyeksi Penduduk Kabupaten Asahan 2010 s/d 2030 ...61

4.9. Rerata Curah Hujan Bulanan di 5 Lokasi Studi ...65

4.11. Hasil Perhitungan Curah Hujan Rencana dengan Metode Log Pearson ...66

4.12. Hasil Perhitungan Periode Ulang Metode Log Pearson Tipe III ...67

4.13. Hasil Perhitungan Curah Hujan Rencana dengan Metode Normal ...68

4.14. Hasil Perhitungan Curah Hujan Rencana dengan etode Log Pearson ...71

4.15. Hasil perhitungan Curah Hujan Rencana dengan Metode Log Pearson Tipe III dengan Periode Ulang ...72

4.16. Hasil Perhitungan Curah Hujan Rencana dengan Metode Gumbel ...73

4.17. Hasil Perhitungan Curah Hujan Rancangan Metode Gumbel dengan Periode Ulang ...73

4.18. Data Curah Hujan ...75

4.19. Hasil perhitungan distribusi Frekuensi Uji Chi-Square ...76

4.20. Hasil Perhitungan Uji Chi-Square Untuk Metode Normal ...78

4.21. Hasil Perhitungan Uji Chi-Square Untuk Metode Gumbel ...78

4.22. Hasil Perhitungan Uji Chi-Square Untuk Metode Log Pearson Tipe III ...78

4.23. Hasil Perhitungan Uji Distribusi Smirnov Kolmogorov untuk Metode Normal ...80

4.24. Hasil Perhitungan Uji Distribusi Smirnov Kolmogorov untuk Metode Gumbel ...81

4.25. Hasil Perhitungan Uji Distribusi Smirnov Kolmogorov untuk Metode Log Pearson Type III ...83

4.26 . Hasil Perhitungan Distribusi Hujan Jam-jaman untuk berbagai Periode Ulang (Hujan Rrancangan Metode Gumbel)... 84

4.27. Hasil perhitungan Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu ...88 4.28. Hasil Perhitungan Debit Banjir

4.32. Hasil perhitungan intensitas curah hujan A = 178,51km² ...93 4.33. Hasil Perhitungan Debit Banjir Rancangan dengan

Metode Rasional ...

4.34. Hasil Perhitungan Debit Banjir Rancangan Periode Ulang

2 Tahunan A=617,72 km², L= 41,63 km ...96 93

4.34. Hasil Perhitungan Debit Banjir Periode Ulang 2 Tahunan

A = 51,03 km², L = 23,21 km ...98 4.35. Hasil Perhitungan Debit Banjir Periode Ulang 2 Tahunan

A=34,22 km², L=15,58 km ...99 4.36. Hasil perhitungan Debit Banjir Periode Ulang 2 Tahunan

A= 141,37 km², L=22,29 km ...

4.37. Hasil Perhitungan Debit Banjir Rancangan Periode Ulang

2 Tahunan A =178,51 km², L = 28,15 km ...101 100

4.38. Hasil Perhitungan Debit Banjir Rancangan 2 Tahunan, A = 2181,05 km²

4.39. Perhitungan Debit Banjir Rancangan Periode Ulang

25 Tahunan ... 106

; L =147 km ...103

4.40. Hasil perhitungan Indeks Debit Inflow Hulu (A = 267,46 km²

4.41. Hasil Perhitungan Indeks Luas Genangan dan Banjir (A = 267,46 km

, L = 18,03 km) ...117

2

4.42. Indeks Debit Inflow DTA Tengah ...123 , L = 18,03 km) ...118 4.43. Hasil _Indeks Banjir DAS Tengah untuk A =34,22 km²

4.44. DAS Hilir Debit maks rerata ...127

, L = 15,58 km 125

1.1. Kerangka Pemikiran Model Hidrologi

Penentuan Indeks Banjir Sungai Asahan ...6

2.1. Siklus Hidrologi ...16

2.2. Poligon Thiessen pada DAS...18

2.3. Peta Isohyet 19 2.4. Model Parameter Kkarakteristik DAS Metode Gamma I ...31

2.5. Model hidrograf Nakayasu ...34

3.1. Bagan Alir Metodelogi ...48

4.1a. Peta Pembagian DAS/SUB DAS Ws Toba-Asahan ...49

4.1b. Peta Sebaran Lokasi Sstasiun Hujan di DAS Asahan ...50

4.2. Analisis Hujan Wilayah Menggunakan Poligon Theissen ...51

4.3. Pola Jaringan Sub Orde Sungai Asahan ...53

4.4. Peta Sub DAS Anak Sungai Utama di DAS Asahan ...56

4.5. Peta Penggunaan Lahan DAS Asahan ...58

4.6. Peta Kabupaten Asahan...58

4.7. Neraca Kebutuhan dan Ketersediaan Air WS Asahan ...60

4.8. Sta, Curah Hujan pada 5 Sta ...66

4.9. Hubungan antara Curah Hujan Rencana Metode Normal dengan Periode Ulang (tahun) ...71

4.10. Hubungan antara Curah Hujan Rencana Log Pearson III dengan Periode Ulang (tahun) ...72

4.11. Hubungan antara Curah Hujan Rancangan Metode Gumbel dan Log Person III dengan Periode Ulang(Tahun) ...74

4.12. Perhitungan Debit Banjir Rancangan 2 Tahunan ...94

4.13. Perhitungan Debit Banjir Rancangan 5 Tahunan ...95

4.14. Skematisasi DAS Asahan ...97

4.15. Perhitungan Debit Banjir Rancangan 2 Tahun...100

4.16. Hasil Perhitungan Banjir 2 Tahun dan 5 Tahun ...104

4.17. Hasil Perhitungan Banjir 2 Tahun dan 5 Tahun ...105

4.18. Perhitungan Debit Banjir Rancangan 25 tahun ...107

4.19. Perhitungan Debit Banjir Rancangan 50 tahun ...107

4.20. SungaiAsahan ... 109

4.21. Tampilan Input Data Geometri Sungai ...110

4.22. Tampilan Input Data Potongan Melintang Sungai ...110

4.23. Tampilan Input Data Debit Sungai ...112

4.24. Tampilan Hasil Analisis Hidrolika dengan Program HEC-RAS ...113

4.25. Tampilan Grafis Muka Air Pada Penampang Melintang Sungai... ...114

4.26. Hubungan antara Periode Ulang dan Luas Genangan...119

4.27. Indeks Debit ,Luas, Banjir ...119

4.28. Luas maks, Luas min,Lt ...120

4.34. Hasil perhitungan Indeks Debit danIndeks Luas Genangan... .126

4.35. Hasil perhitungan Indeks Debit dan Indeks luas genangan... .126

4.36. Hasil hubungan antara periode ulang dan Luas Genangan ...128

4.37. Hasil perhitungan indeks luas genangan di hilir ...128

4.38. Hasil perhitungan indeks banjir di hilir ...129

No Judul

1. Nilai YT, Yn, dan untuk Sn Distribusi GumbelVariasi YT

2. Faktor Frekuensi K Untuk Distribusi Log Pearson

Tipe III dengan Koefisien Skewness (Cs) Positif ...141 .. ...140

3. Nilai Kritis untuk Distribusi Chi-Square

(uji satu sisi) ...143 4. Nilai Kritis Do untuk Uji Smirnov-Kolmogorov ... 144 5. Luas Wilayah di Bawah Kurve Normal ... 145

1.1. Latar Belakang

Danau Toba merupakan hulu dari Sungai Asahan dimana sungai tersebut berasal dari perairan Danau Toba. DAS Asahan berada sebagian besar di wilayah Kabupaten Asahan disebut sebagai sub DAS tengah Sungai Asahan dan sebagian lagi melewati daerah Kota Tanjung Balai disebut sub DAS hilir Sungai Asahan.

Pengelolaan DAS sebagai proses formulasi dan implementasi kegiatan atau program yang bersifat manipulasi sumber daya alam dan manusia yang terdapat di daerah aliran sungai untuk memperoleh manfaat produksi dan jasa tanpa menyebabkan terjadinya kerusakan sumberdaya tanah dan air masuk dalam pengelolaan DAS adalah identifikasi keterkaitan antara tataguna lahan, tanah dan air, dan keterkaiatan antara daerah hulu dan hilir suatu daerah aliran sungai (Asdak, 2007). Secara hidrologi pengelolaan DAS berupaya untuk mengelola kondisi biofisik permukaan bumi, sedemikian rupa sehingga didapatkan suatu hasil air (water yield, total streamflow) secara maksimum, serta memiliki regime aliran (flow regime) yang optimum, yaitu terdistribusi merata sepanjang tahun (Siswoyo, 2003).

Respon dari kerusakan DAS tersebut adalah semakin sensitifnya lingkungan terhadap komponen yang ada dalam sistem lingkungan . Ketika turun hujan akan mudah banjir, sebaliknya terjadi kekeringan ketika kemarau. Berbagai kajian wilayah menyebutkan bahwa penyelamatan daerah aliran sungai dari

bahaya erosi, banjir dan kekeringan menjadi amat penting bagi kesejahteraan penduduk di sekitarnya (Harahap, 2002).

Banjir yang terjadi di sungai Asahan disebabkan oleh hujan dengan intensitas hujan yang tinggi jatuh di daerah sekitar sungai Asahan sehingga terjadinya peluapan air yang berlebihan yang tidak dapat menampung sungai tersebut. Sungai Asahan juga meluap dikarenakan sudah tidak dapat menampung kelebihan air permukaan, karena tidak berfungsinya hutan sekitar DAS Asahan sebagai penyerap dan penampung air pada musim hujan, akibat dari penggundulan hutan ilegal (illegal logging) yang dilakukan oleh manusia yang mendapatka keuntungan sendiri. Banjir kembali menimpa sejumlah tempat di Sumatera Utara khususnya di Asahan. Menurut Murdiyanto,( 2010) Banjir adalah satu keadaan sungai dimana keadaannya tidak tertampung lagi oleh palung sungai, sedangkan palung sungai adalah bagian utama dari sungai berupa alur yang berfungsi untuk mengalirkan sejumlah air dari hulu ke hilir. Curah hujan yang cukup tinggi dan ketidak mampuan sungai menampung air hujan dituding sebagai penyebab terjadinya banjir. Ribuan orang jadi korban, rumah-rumah penduduk terendam, bahkan ada beberapa warga yang tewas karena hanyut terbawa banjir.seperti pada tahun 2006 di Kabupaten Sinjai terjadi, hujan deras yang turun di daerah pegunungan dengan cepat menenggelamkan daerah perkotaan Sinjai dan menimbulkan ratusan jiwa tewas serta kerugian materi yang besar (Zahir, 2012).

Adanya curah hujan yang merata, intensitas tinggi dan berlangsung terus menerus di beberapa daerah khususnya di DAS Asahan di Sumatera Utara telah menyebabkan bencana banjir dan tanah longsor. Sehingga banyak penduduk yang

dengan judul ini sesuai indeks banjir bisa sebagai peringatan siaga berdasarkan analisis debit pada sungai asahan penting bagi masyarakat untuk kesiapsiagaan (preperedness) dengan melatih dan memberikan penyuluhan pada masyarakat didaerah rawan banjir untuk selalu siap menghadapi banjir yang datang mendadak misalnya bagaimana melakukan evakuasi. Peringatan dini (early warning) dengan membuat sistem peringatan dini yang dapat dioperasikan pada saat banjir mengancam. Indikator keberhasilan dalam tahapan ini adalah terciptanya masyarakat yang terlatih dalam menghadapi bencana banjir, sistem peringatan dini berfungsi dengan baik serta tidak terjadi keresahan masyarakat.

Untuk memiliki kesiapan menghadapi banjir, karena pihak pertama yang akan menghadapi atau terkena dampak bencana adalah masyarakat itu sendiri (Arafat, 2007). Menurut Sutan (2004), di negara-negara maju, prediksi akan terjadinya banjir sudah dilakukan dengan adanya sistem early warning dengan cara memperkirakan kejadian hujan yang terjadi saat itu.

Banjir adalah suatu kejadian yang tidak diharapkan adanya, tetapi terjadi.

Air meluap dari tebing sungai melimpah ke daerah rendah, sehingga mengakibatkan kerusakan-kerusakan fisik dan ekonomi masyarakat yang daerahnya dilanda banjir (Novirina, 2005). Kumpulan dari variate-variate biasanya disebut data. Investigasi terhadap potensi air permukaan untuk keperluan perencanaan maka dibutuhkan data hidrologi. Data hidrologi harus memenuhi standard, dapat dipercayai, ketelitian dan persis untuk dapat dipergunakan. Setiap negara mempunyai jaringan hidrologi dan hidroklimatologi sendiri, cara-cara pengumpulan serta analisa data sendiri. Karena alasan sejarah atau alasan-alasan

lain, berbagai negara di dunia mempunyai cara yang sangat beragam dalam pengumpulan data dan dalam proses data (Suryadi, 2008).

Pemahaman proses-proses hidrologi penting dalam melakukan konservasi air dan tanah. Kegiatan utama dalam pengelolaan Daerah Pengaliran Sungai (DPS) untuk menentukan antara ketersediaan air dan kebutuhan air di sekitar DPS. Di dalam suatu DPS, karakteristik sumber daya alam yang dimaksud dapat di identifikasi secara terinci yang berkaitan dengan topografi, tanah, geologi, geomorpologi, vegetasi, tata guna lahan, hidrologi dan manusia. Dengan diketahui karakteristik DPS seperti diatas, maka akan diperoleh suatu gambaran umum mengenai sifat, kondisi dan ciri-ciri DPS lainnya yang berguna bagi penyusunan dan pengelolaan daerah pengaliran sungai itu sendiri (Asdak, 2007).

Secara khusus analisis hidrologi dalam pekerjaan pengendalian banjir adalah untuk memperkirakan debit banjir dan elevasi muka air banjir pada sungai, sehingga dapat direncanakan tinggi jagaan yang dapat melindungi daerah sekitar sungai dari bahaya terendam banjir, Untuk keperluan pengalihragaman data hujan ke besaran debit banjir (hidrograf banjir) dapat dilakukan dengan metode hidrograf satuan, Metode hidrograf satuan sintetik yang paling umum dan paling cocok diterapkan untuk DAS-DAS di Indonesia adalah Metode Nakayasu ( Harahap,2013)

Dalam pengembangan Kabupaten Asahan kawasan budi daya tanaman pangan diperuntukkan bagi pengembangan tanaman pangan lahan basah dan lahan kering. Lahan basah dikembangkan dengan komoditi utama padi sawah dan padi ladang sedangkan pada lahan kering dikembangkan komoditi jagung, ubi, dan

18.585.422 m³

1.2. Perumusan Masalah

(Gunawan, 2006). Diproyeksikan masa mendatang akan mencapai kenaikan sebesar 0.9 %.

1. Bagaimana ketersediaan air dan kemampuan Sungai Asahan untuk mengatasi banjir.

2. Seberapa besar pengaruh hujan dan apakah perlu analisa Hidrologi untuk pengelolaan Sungai Asahan yang berkelanjutan.

3. Bagaimana mengetahui debit banjir dengan menggunakan HEC-RAS dalam pemodelan profil muka air Sungai Asahan Hilir.

4. Bagaimana membangun model hidrologi yang akan mampu menentukan indeks banjir Sungai Asahan sebagai usaha membantu dalam pengelolaan lingkungan.

1.3. Tujuan Penelitian

Berdasarkan uraian dari latar belakang dan permasalahan tersebut di atas maka yang menjadi tujuan dalam penelitian ini sebagai berikut:

1. Menganalisis ketersediaan air dan kemampuan Sungai Asahan untuk mengatasi banjir.

2. Menjabarkan analisa hidrologi pada penerapan statistik dalam curah hujan untuk pengelolaan Sungai Asahan.

3. Menganalisis debit banjir periodik secara teknis dengan HEC-RAS sebagai acuan dalam pemodelan profil muka air Sungai Asahan Hilir .

4. Membentuk model hidrologi penentuan indeks banjir berdasarkan analisis debit banjir Sungai Asahan.

Dalam studi model hidrologi untuk penentuan indeks banjir berdasarkan analisa debit banjir sebagai pengelolaan Sungai Asahan maka perlu data curah hujan, data iklim, data debit dan juga dipengaruhi faktor-faktor lain sesuai dengan Gambar 1.1.

Gambar 1.1 Kerangka Pemikiran Model Hidrologi Penentuan Indeks Banjir Sungai Asahan

SUNGAI ASAHAN

Kebijakan Daerah Peraturan yang berlaku

Data DAS

-Karakteristik DAS -Data Curah Hujan -Data iklim. Data Debit

Data Demand Industri, Domestik

-Peta Administrasi -Peta pengguna lahan

- Peta DAS

- Peta Hidroklimatologi Analisa Hidrologi

-Inventarisasi kebutuhan

Debit Banjir Rencana Metode HEC-RAS

Model Hidrologi untuk Penentuan Indeks Banjir berdasarkan Analisa Debit banjir

sebagai Pengelolaan Sungai Asahan

1.4. Hipotesis

• Terjaganya ketersediaan air sesuai kebutuhannya dan kemampuan Sungai Asahan untuk mengatasi banjir dengan mengetahinya berdasarkan besaran debit banjir .

• Dengan ditemukan nilai curah hujan dan nilai debit banjir berdasarkan analisis hidrologi maka dapat mengantisipasi banjir pada Sungai Asahan.

• Dengan ditemukan nilai debit banjir melalui penerapan statistik dan menggunakan metode HEC-RAS maka akan dapat diprediksi profil muka air Sungai Asahan yang berkelanjutan.

• Memperkirakan nilai indeks banjir berdasarkan kumulatif yang terjadi di sekitar lokasi Sungai Asahan.

1.5. Manfaat

• Berdasarkan keseimbangan air dapat dilakukan upaya pengelolaan DAS Asahan terhadap lingkungan sekitar lokasi.

• Dengan diketahuinya besaran curah hujan melalui analisa Hidrologi maka berguna untuk mengantisipasi banjir pada Sungai Asahan.

• Dengan ditemukan besaran debit banjir maka dapat diperkirakan debit banjir 2 sampai 25 tahun akan datang , sehingga PEMDA setempat dapat mengelola Sungai Asahan yang berkelanjutan.

• Dengan memodelkan hidrologi berdasarkan indeks debit banjir di Sungai Asahan maka dapat dipetakan jika di wilayah tersebut terjadi banjir.

1.6. Novelty

Kajian terhadap DAS telah banyak dilakukan baik di wilayah kabupaten maupun propinsi. Tetapi penelitian mengkaji Model Hidrologi Penentuan Indeks Banjir belum pernah dilakukan di Sungai Asahan. Sedangkan pembaharuan dalam penelitian ini adalah model hidrologi Sungai Asahan untuk keseimbangan air sungai Asahan yang berkelanjutan dan untuk memberikan rekomendasi terhadap pengendalian banjir di Kabupaten Asahan , sehingga diharapkan dapat mengurangi masalah banjir.

1.7. Sistematika Pembahasan

Sistematika pembahasan penulisan ini berdasarkan studi pada sungai Asahan yang diuraikan secara jelas gambaran permasalahan, analisis, simulasi, dan kondisi yang terjadi serta kemungkinan solusi yang dapat diberikan atas permasalahan yang timbul. Sistematika pembahasan tersebut adalah sebagai berikut:

1. BAB I PENDAHULUAN membahas tentang latar belakang pengambilan topik penelitian pemahaman proses-proses hirologi, tentang banjir terjadi, tujuan, manfaat dan novelty penulisan disertasi.

2. BAB II KAJIAN PUSTAKA membahas dasar-dasar teori yang berkenaan dengan lingkup pembahasan dalam upaya mendukung segala pengambilan keputusan dan hasil yang diperoleh dalam disertasi ini serta mencakup data kepustakaan yang diperoleh dengan cara menghimpun berbagai literatur yang berhubungan data yang diperlukan.

3. BAB III METODE PENELITIAN membahas tentang kondisi atau tempat,

hujan lebih mendalam sesuai tentang data Debit, sehingga menjadi kerangka acuan dalam penulisan.

4. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN membahas tentang data Hidro klimatologi, Penyiapan Data Fisik DAS Asahan, Berdasarkan Peta Rupa Bumi Indonesia yang mencakup wilayah DAS Asahan dapat diidentifikasi karakteristik kelerengan untuk lahan yang bersumber dari bentuk file DEM (Digital Elevation Model). Tata Guna Lahan dan Kebutuhan Air Rumah Tangga, Perkotaan dan Industri dan Proyeksi Penduduk Kabupaten Asahan. Dan juga membahas tentang Debit Banjir, Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) Nakayasu, Metode Rasional,Analisis Hidrolika Dengan Pemodelan HEC – RAS 4.0, Input Data Geometri Sungai dan data Analisis Indeks Banjir, Analisis Probabilitas Frekwensi Hujan Untuk Penentuan Debit Banjir, DAS hulu Sungai, DAS tengah Sungai, DAS hilir Sungai, Indeks Luas Genangan dan indeks banjir.

5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN membahas tentang Kesimpulan dari pembahasan yang telah dilakukan dan juga saran yang dapat diberikan untuk memberi solusi alternatif bagi keberlanjutan penelitian berikutnya.

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1. Daerah Aliran Sungai (DAS)

Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah daerah yang dibatasi oleh punggung bukit yang mengalirkan air dari hulu sampai ke hilir (Effendi, 2012).

Debit merupakan jumlah air yang mengalir di dalam saluran atau sungai per unit waktu. Metode yang umum diterapkan untuk mendapatkan debit sungai adalah metode profil sungai (Rahayu, 2009). Informasi debit aliran sungai akan memberikan hasil lebih bermanfaat bila disajikan dalam bentuk hidrograf. Namun demikian tidak semua Daerah Aliran Sungai (DAS) mempunyai data pengukuran debit, hanya sungai-sungai yang DAS-nya telah dikembangkan mempunyai data pengukuran debit yang cukup. Dengan demikian berkembang penurunan hidrograf satuan sintetis yang didasarkan atas karakteristik fisik dari suatu daerah aliran sungai, sesuai penelitian (Siswoyo, 2003) optimasi penggunaan lahan dalam pengelolaan DAS dengan pendekatan aspek hidrologi berdasarkan teori hidrograf satuan.

Ketersediaan data dan informasi hidrologi yang memadai, akurat, tepat waktu dan berkesinambungan sudah menjadi tuntutan mendesak untuk dapat segera diwujudkan, sebagaimana yang diamanatkan dalam Undang-Undang Sumber Daya Air No. 7 Tahun 2004. Namun kenyataannya hingga saat ini kualitas data hidrologi yang ada, dapat dikatakan secara umum masih rendah.

Sehingga untuk mewujudkan cita-cita tersebut harus didukung usaha pengelolaan hidrologi yang lebih professional mulai dari tingkat pusat hingga daerah.

Pengelolaan hidrologi merupakan kegiatan yang mencakup perencanaan, inventarisasi, pengolahan, pengelolaan, pemeliharaan dan pengawasan baik data dan informasi hidrologi, pos/bangunan hidrologi, termasuk peralatan hidrologi sebagai bagian dari pengelolaan sumber daya air. Kesalahan dalam pemantauan data hidrologi dalam suatu wilayah sungai akan menghasilkan informasi yang tidak benar dan periode data tersebut digunakan dalam perencanaan, maka akan didapatkan hasil perencanaan yang salah pula. Bilamana data hidrologi yang dipantau baik dan ditunjang oleh metode yang tepat dan kualitas sumber daya manusia yang handal maka akan diperoleh hasil perencanaan, penelitian dan pengelolaan sumber daya air yang benar (Sosrodarsono, 1985).

Untuk mencapai lingkungann yang andal, perlu dipahami mengenai ekosistem yang terdiri atas komponen biotis dan anbiotis yang saling berinteraksi membentuk satu kesatuan yang teratur. Dengan demikian dalam suatu ekosistem tidak ada satu komponenpun yang berdiri sendiri. Melainkan mempunyai keterkaitan dengan komponen yang lain, langsung atau tidak langsung. Aktivitas suatu komponen selalu memberi pengaruh pada komponen-komponen ekosistem yang lain. Manusia adalah salah satu komponen yang penting. Analisis peruntukan lahan DAS dalam kaitannya dengan perencanaan tata ruang yang dinamis, manusia dalam menjalankan aktivitasnya seringkali mengakibatkan dampak pada salah satu komponen lingkungan dan dengan demikian mempengaruhi ekosistem secara keseluruhan. Selama hubungan timbal balik antar komponen ekosistem dalam keadaan seimbang, selama itu pula ekosistem berada dalam kondisi stabil. Sebaliknya, bila hubungan timbal balik antar komponen lingkungan mengalami gangguan, maka terjadilah gangguan ekologi (Odum,

1969).Secara Hidrologis wilayah hulu dan hilir merupakan satu kesatuan organis yang tidak dapat terpisahkan, keduanya memiliki keterkaitan dan ketergantungan yang sangat tinggi (Purwanto, 1997).

2.2. Penduduk Kabupaten Asahan

Penduduk Kabupaten Asahan terus berubah dari tahun ke tahun dengan tingkat pertumbuhan yang berfluktuasi. Perubahan ini dipengaruhi oleh berbagai faktor, yaitu kelahiran (fertilitas), kematian (mortalitas) dan juga migrasi. Laju pertumbuhan penduduk Kabupaten Asahan cenderung mengalami peningkatan hal ini dapat di lihat dari angka 0,58% menjadi 1,92% (Gunawan, 2006). Jumlah penduduk Kabupaten Asahan pada tahun 2014 sebanyak 1.232.216 jiwa.

Untuk mengetahui pertambahan penduduk dapat dihitung dengan formula:

Pt = Po ((1 + r)^t) (2.1)

dimana ; Pt = Jumlah penduduk pada tahun ke t, Po = Jumlah penduduk pada tahun n, r = Pertumbuhan penduduk rata-rata (%), t = Selisih Waktu (tahun) dengan tahun dasar perhitungan.Perhitungan jumlah penduduk sesuai pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Keadaan Penduduk di Daerah Studi Kabupaten Asahan

Jml Luas Jumlah Rumah Rerata Kepadatan No Kecamatan Desa Wilayah Penduduk Tangga Keluarga Penduduk

(km²) (jiwa) (KK) (jiwa/KK) (jiwa/km² 1

)

B.P Mandoge 7 651,00 42380 9472 5 65

2 Bandar Pulau 18 735,00 69287 15417 5 94

3 Pulau Rakyat 11 250,99 41210 9097 7 164

4 Aek Kuasan 12 181,01 56815 12021 7 314

5 Sei Kepayang 17 464,00 50866 10160 7 110

6 Tanjung Balai 8 55,61 44089 8275 7 793

7 Simpang Empat 11 226,55 69066 15071 7 305

8 Air Batu 17 190,71 92717 19663 7 486

9 Buntu Pane 15 435,50 69837 15851 5 160

10 Meranti 18 284,96 81877 18055 7 287

11 Air Joman 11 155,00 78071 16201 7 504

12 Tanjung Tiram 11 173,79 77897 14607 7 448

13 Sei Balai 11 109,88 45060 10062 5 410

14 Talawi 13 89,80 71454 14274 7 796

15 LimaPuluh 27 239,55 111991 23419 7 468

16 Air Putih 12 72,24 61548 13356 7 852

17 Sei Suka 13 171,47 67635 14928 7 394

18 Medang Deras 14 65,47 59397 12407 7 907

19 Kisaran Barat 13 32,96 74906 15587 7 2273

20 Kisaran Timur 12 38,92 87104 17468 7 2238

Sumber: Hasil perhitungan Statstik, 2014

2.3. Kebutuhan Air untuk Irigasi

Tanaman membutuhkan air agar dapat tumbuh dan berproduksi dengan baik. Air tersebut dapat berasal dari air hujan maupun air irigasi. Air irigasi adalah sejumlah air yang umumnya yang diambil dari sungai atau waduk dan dialirkan melalui sistem jaringan irigasi, guna menjaga keseimbangan jumlah air dalam pertanian (Suhardjono, 1994).

Menurut Suhardjono (1994) Kebutuhan air irigasi untuk tanaman padi dan palawija perlu dihitung dengan tujuan yang utama adalah mendapatkan keuntungan yang optimal bagi petani, dalam pengertian:

1. Efisien dalam penggunaan air.

2. Hasil produksi tanaman akan maksimal memudahkan pola operasi pada bangunan-bangunan fasilitasnya.

3. Hasil produksi tanaman akan maksimal.

Dalam Penelitian ini kebutuhan untuk irigasi diambil dari sekitar lokasi penelitian yang memanfaatkan air Sungai Asahan yaitu pada Kabupaten Simalungun dan Kabupaten Asahan.

2.4. Kebutuhan Air Untuk Domestik

Kebutuhan air untuk rumah tangga adalah kebutuhan air untuk memenuhi kebutuhan hidup sehari-hari manusia. Kebutuhan air rumah tangga meliputi kebutuhan untuk minum, masak, mandi, mencuci dan yang lainnya.

Kriteria penentuan kebutuhan air rumah tangga terdiri dari supply and demand, kondisi sosial ekonomi masyarakat, institusi dan hukum, kondisi lingkungan dan kualitas air. Kriteria lain yang digunakan dalam penentuan kebutuhan air rumah tangga adalah pengembangan wilayah yang tertuang dalam rencana tata ruang wilayah, kebijakan Pemerintah pusat terutama dalam bidang ekonomi, tarif pemakaian air beserta perubahannya.

2.5. Kajian Hidrologi

Meskipun banyak perbedaan, tetapi ada beberapa hal yang dipandang bersama tidak dapat dibaikan dalam penggunaan data hidrologi yang benar. Hal- hal tersebut yaitu:

- Daerah Pengaliran Sungai (DPS) yang terdiri dari luas, bentuk geometrik, konfigurasi dan kemiringan tanah, klasifikasi aliran serta karakteristik fisiografik lainnya.

- Curah hujan, statistik curah hujan harian, bulanan dan tahunan, berikut harga maksimum, minimum dan harga rata-rata.

Jumlah air yang mengaliri bumi tetap dan mengikuti suatu aliran yang dinamakan siklus hidrologi. Dari siklus inilah (pengendapan,pengaliran, dan penguapan) kebutuhan kita akan air secara terus-menerus dapat dipenuhi.

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya aliran (debit) dari suatu daerah pengaliran antara lain: daerah aliran sungai yang dibutuhkan dalam perhitungan debit banjir antara lain, karakteristik topografi DAS yaitu bentuk dan ukuran DAS, kemiringan lereng, umumnya ditentukan dari peta topografi.

Karakteristik tata guna lahan dan karakteristik geologi. Data curah hujan, yaitu besarnya curah hujan yang terjadi berdasarkan besarnya debit sungai tahunan (Jailani, 2005).

Data aliran yang tidak terukur di tahun tertentu dapat diidentifikasi atau diperpanjang berdasarkan data hujan dengan menggunakan metode hidrologi data data curah hujan yang dikumpulkan. Dalam hal ini adalah data curah hujan bulanan dan data curah hujan bulanan ini digunakan untuk analisis ketersediaan

data (Suryadi, 2008). Data debit dan data hujan termasuk yang dimulai dari siklus hidrologi sesuai dengan Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Siklus Hidrologi

2.6. Curah Hujan

Hujan adalah komponen penting dalam proses hidrologi, Karakteristik hujan diantaranya adalah intensitas, durasi, kedalaman dan frekuensi (Suroso, 2006). Indonesia berada di daerah yang beriklim tropis dimana pada musim penghujan mempunyai curah hujan yang relatif cukup tinggi, dan seringkali mengakibatkan terjadinya banjir. Banjir yang terjadi di sungai pada suatu daerah aliran biasanya disebabkan oleh hujan yang jatuh di daerah tersebut, kejadian ini merupakan salah satu peristiwa hidrologi. Banjir terbesar disebabkan oleh curah hujan terbesar pula dengan melihat pola, sifat dan karakteristik alirannya.

Data curah hujan yang tercatat diproses berdasarkan areal yang mendapatkan hujan sehingga didapat tinggi curah hujan rata-rata dan kemudian diramalkan besarnya curah hujan pada periode tertentu. Berikut dijabarkan

tentang cara menentukan tinggi curah hujan kawasan (areal rainfall), dan menentukan distribusi frekuensi curah hujan.

2.6.1. Hujan Kawasan (Areal Rainfall)

Dengan melakukan penakaran atau pecatatan hujan, kita hanya mendapat curah hujan di suatu titik tertentu (point rainfall). Jika di dalam suatu areal terdapat beberapa alat penakar atau pencatat curah hujan, maka dapat diambil nilai rata-rata untuk mendapatkan nilai curah hujan areal.

Ada 3 macam cara yang berbeda dalam menentukan tinggi curah hujan rata-rata pada areal tertentu dari angka-angka curah hujan di beberapa titik pos penakar hujan.

1. Cara Rata-rata Aljabar

Tinggi rata-rata curah hujan didapatkan dengan mengambil nilai rata-rata aljabar pengukuran hujan di pos penakar-penakar hujan di dalam areal studi.

d = d1+d2+d3+ … + dn

n = ∑ⁿ_i=1^di_n (2.2) di mana d = tinggi curah hujan rata-rata, d1, d2 . . . dn

2. Cara Poligon Thiessen

= tinggi curah hujan pada pos penakar 1, 2, . . . , n, dan n = banyak pos penakaran.

Cara ini akan memberikan hasil yang dapat dipercaya jika pos-pos penakarnya ditempatkan secara merata di areal tersebut, dan hasil penakaran masing-masing pos penakar tidak menyimpang jauh dari nilai rata-rata seluruh pos di seluruh areal.

Cara ini berdasarkan rata-rata timbang (weighted average). Masing- masing penakar mempunyai daerah pengaruh yang dibentuk dengan

menggambarkan garis-garis sumbu tegak lurus terhadap garis penghubung di antara dua buah pos penakar.Gambar 2.2 menunjukkan contoh posisi stasiun 1, 2, dan 3 dari skema Poligon Thiessen dalam Daerah Aliran Sungai (DAS).

Gambar 2.2. Poligon Thiessen pada DAS

Curah hujan pada suatu daerah dapat dihitung dengan persamaan berikut:

n 2

1

n n 2

2 1 1

A ...

A A

d . A ...

d . A d . A

+ + +

+ +

= + d

(2.3)

A

d . A ...

d . A d .

d= A^{1 1}+ ^{2 2}+ + ^{n n}

(2.4) di mana d = tinggi curah hujan rerata daerah (mm), dn = hujan pada pos penakar hujan (mm), A_n = luas daerah pengaruh pos penakar hujan (km²), dan A = luas total DAS (km²

3. Cara Isohyet

).

Dalam hal ini kita harus menggambarkan dulu kontur dengan tinggi curah hujan yang sama (Isohyet), seperti terlihat pada Gambar 2.3. berikut.

Gambar 2.3. Peta Isohyet

Kemudian luas bagian di antara Isohyet-Isohyet yang berdekatan diukur, dan nilai rata-ratanya dihitung sebagai berikut:

n

n n n

A A A

d A A d

d Ad d d

d ...

... 2 2

2

2 1

1 2

1 1 0

+ +

+ + + +

=

−

(2.5)

∑

∑

⁺

=

−

i i i i

A d A d

d 2

1

(2.6) di mana d = tinggi curah hujan rata-rata areal, A= luas areal total= A1+ A2+ A3+

...+ An, dan d0, d1, ..., dn

2.6.2. Distribusi Frekuensi Curah Hujan

= curah hujan pada isohyet 0, 1, 2, ..., n.

Untuk memperkirakan besarnya debit banjir dengan Periode Ulang tertentu, terlebih dahulu data-data hujan didekatkan dengan suatu sebaran distribusi, agar dalam memperkirakan besarnya debit banjir tidak sampai jauh melenceng dari kenyataan banjir yang terjadi. Ukuran sebaran yang paling banyak digunakan adalah deviasi standar. Apabila penyebaran sangat besar terhadap nilai rata-rata maka nilai S₁ akan besar, akan tetapi apabila penyebaran data sangat

kecil terhadap nilai rata-rata maka nilai S1 akan kecil. Jika dirumuskan dalam suatu persamaan adalah sebagai berikut

1 - n

) X - X (

= S

2

1

(Sudjarwadi, 1997) .

Adapun rumus-rumus yang dipakai dalam penentuan distribusi tersebut antara lain:

(2.7)

C = S

v X

(2.8)

( )

3 n

1

= i

3

S 2) - (n 1) - (n

X - n Xi

=

Cs × ×

×

∑

(2.9)

( )

Ck =

n Xi - X

(n-1) (n-2) (n-3) S

2 4

i = 1 n

4

×

× × ×

∑

(2.10)

dimana S1 = standar deviasi, CV = koefisien keragaman, CS = koefisien kemencengan, dan Ck

1. Distribusi Normal

= koefisien kurtosis.

Untuk menganalisis probabilitas curah hujan biasanya dipakai beberapa macam distribusi yaitu:

Distribusi ini mempunyai fungsi densitas peluang normal (normal probability density function) dari variabel acak kontinyu X sebagai berikut:

2 2

2σ μ) ] - [-(x

e 2π . σ 1

= (X)

P’ (2.11)

di mana P’(X) = fungsi densitas peluang normal (normal probability density function), π = 3.14156, X = variabel acak kontinyu, σ = varian, µ = rata- rata.

2. Distribusi Log normal

Distribusi log normal merupakan hasil transformasi dari distribusi normal, yaitu dengan mengubah nilai varian X menjadi nilai logaritmik varian X.

Distribusi ini mempunyai fungsi densitas peluang (probability density function) dari variabel acak kontinyu X sebagai berikut:















 



= 

2

(S) ) x - log(x

* 0,5 eksp 2π

* (S)

* log(x) (X) 1

P' (2.12)

dimana P’(X) = log normal, X = nilai varian pengamatan, X = nilai rata- rata dari logaritmik varian X, dan S = standar deviasi dari logaritmik varian X.

Distribusi log normal dua parameter mempunyai persamaan transformasi X

SLog

* k X Log X

Log = + (2.13)

Dimana log X = nilai varian X yang diharapkan terjadi pada peluang atau tertentu, X

log = rata-rata nilai X hasil pengamatan, Slog X = deviasi standar logaritmik nilai X hasil pengamatan, dan k = karakteristik dari distribusi log normal

Distribusi log normal tiga parameter mempunyai persamaan transformasi.

(

μ ⁰

)

σ ; μ - x

* ln 0,5 2πeksp

σ *

* x (X) 1 P'

n 2 n n

 >









 



 



=  (2.14)

Dimana : µn = _



 





+ ²

2 4

σ μ ln μ 2

1 dan _



 



 +

= ² ₂ ²

2

n μ

μ ln σ

σ

Besar asimetri (skewness) adalah:

v 3 v 3η η

γ= + (2.15)

dimana v

(

e ^σ 1

)

^0.5

μ

η = σ − ²ⁿ −

kurtosis (Ck ) = ^{ηv8 +6ηv6 +15ηv4 +16ηv2 +3} (2.16) 3. Log Pearson Tipe III

Rumus yang digunakan dalam metode Log Pearson III adalah:

s . G X log X

Log _T = + (2.17)

Dimana Log X_T LogX

= logaritma dari curah hujan rancangan dengan Periode Ulang, = logaritma rata-rata dari data curah hujan, G = besaran dari fungsi koefisien kemencengan dari Periode Ulang, dan s = simpangan baku logaritma data curah hujan.

Rumus-rumus parameter yang digunakan pada metode ini yaitu:

1. Harga Rata-rata (Mean)

n X Log X

Log

n

1 i

∑

i

= = (2.18)

2. Koefisien Kemencengan (Skewness)

3 n

1 i

3 i

S 2).

- 1).(n - (n

) X Log - X (Log n.

Cs

∑

=

= (2.19)

3. Simpangan Baku (Standard Deviasi)

1 - n

) X Log - X (Log S

n

1 i

2

∑

i

= = (2.20)

Besarnya curah hujan rancangan adalah:

S . G X log X

Log _T = + (2.21)

Probability density function distribusi ini adalah:

( )

X P₀

( )(

X 1 X/a

)

^ce ^cx/a

P′ = ′ + ⁻ (2.22)

di mana c = 4/β1 – 1, a =(cμ_3c) (/ 2μ_2c),

^{P X}

0

( ) ( ) ^{nc / ae r} (

^{( )}

)

c 1 c c 1

′ =

^{+ +}

4. Metode Gumbel

Distribusi ini mempunyai fungsi densitas peluang (probability density function) dari variabel acak kontinyu X sebagai berikut:

( )











 



 





−

− −

=

A

B C

X e C

X P

(2.23) di mana A = 1.281/ σ, dan B = μ – 0,45σ hubungan antara Faktor Frekuensi K

dengan Periode Ulang T dapat disajikan dalam persamaan sebagai berikut:

( ) ( )

( )

( )

[

0.5772 ln ln T X / T X 1

]

/η 6

K=− + − (2.24)

Secara umum frekuensi analisis dapat disederhanakan dalam bentuk:

X = X+sK (2.25)

Dimana XT

2.6.3. Perhitungan Faktor Frekuensi Untuk Setiap Distribusi

= besaran dengan Periode Ulang tertentu, X = besaran rata rata, s = simpangan baku.

Faktor-faktor frekuensi untuk setiap distribusi tentu berbeda-beda dan dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:

P =1

T (2.26) T = n + 1

m atau P = m n + 1

w =�Ln �1

P²� (2.27)

z = w - 2,515517 + 0,802853w + 0,010328w²

1 + 1,432788w + 0,189263w² + 0,001308w³ (2.28)

KT₁ = -√6

π �0,5772 + Ln�Ln T

T - 1�� (2.29)

KT₂ = z + �z²- 1� �Cs 6� + 1

3�z³- 6z� �Cs 6�

2

- �z²- 1� �Cs 6�

3

+ z�Cs 6�

4

+ 1 3�Cs

6�

5

(2.30)

Dimana :

Cs = Koefisisen Kemencengan (Coefficient Skewness) K = Faktor frekuensi (K)

m = Nomor urut (peringkat) data setelah diurutkan dari besar ke kecil n = Banyaknya data atau jumlah kejadian

P = Probabilitas Kejadian

T = Periode Ulang /Periode Ulang (Tahun)

2.6.4. Uji Distribusi Frekuensi Curah Hujan

Untuk mengetahui apakah data tersebut benar sesuai dengan jenis sebaran teoritis yang dipilih maka perlu dilakukan pengujian lebih lanjut. Untuk keperluan analisis uji kesesuaian dipakai dua metode statistik sebagai berikut:

1. Uji Chi-Square

Uji Chi-Square digunakan untuk menguji apakah distribusi pengamatan dapat disamai dengan baik oleh distribusi teoritis. Pada dasarnya uji ini merupakan pengecekan terhadap data rerata yang dianalisis terhadap distribusi terpilih. Penyimpangan tersebut diukur dari perbedaan nilai probabilitas setiap variat X menurut hitungan distribusi frekuensi teoritik dan menurut hitungan dengan pendekatan empiris (Sri Harto, 2000). Perhitungannya dengan menggunakan persamaan berikut:

∑

=

= ^k

1 i

2 2

hit EF

) OF -

X (EF (2.31)

di mana k = 1 + 3,22 Log n, OF = nilai yang diamati, dan EF = nilai yang diharapkan.

Agar distribusi frekuensi yang dipilih dapat diterima, maka harga X² hitung < X²Cr. Harga X²Cr dapat diperoleh dengan menentukan taraf signifikan α dengan derajat kebebasan. Batas kritis X² tergantung pada derajat kebebasan dan α. Untuk kasus ini derajat kebebasan mempunyai nilai yang didapat dari perhitungan sebagai berikut:

DK = JK - (P + 1) (2.32)

di mana DK = derajat kebebasan, JK = jumlah kelas, dan P = faktor keterikatan (untuk pengujian Chi-Square mempunyai keterikatan 2).

1. Uji Smirnov Kolmogorov

Tahap-tahap pengujian Smirnov Kolmogorov adalah sebagai berikut:

a. Plot data dengan peluang agihan empiris pada kertas probabilitas, dengan menggunakan persamaan Weibull:

(

n 1

)

^{x 100%}

P m

= + (2.33)

dimana m = nomor urut dari nomor kecil ke besar, dan n = banyaknya data.

b. Tarik garis dengan mengikuti persamaan:

s . G X log X

Log _T = + (2.34)

Dari grafik ploting diperoleh perbedaan perbedaan maksimum antara distribusi teoritis dan empiris:

Pt -

max = Pe

∆ (2.35)

dimana∆_max= selisih maksimum antara peluang empiris dengan teoritis, Pe = peluang empiris, dan Pt = peluang teoritis.

c. Taraf signifikan diambil 5% dari jumlah data (n), didapat ΔCr dari tabel.

Dari tabel Uji Smirnov Kolmogorof, bila Δ maks < ΔCr, maka data dapat diterima.

Tabel 2.2.Nilai χ2 Kritis Untuk Uji Chi-Square Degrees

ofFreedom

Probability of a deviation greather then χ2

0,200 0,100 0,050 0,010 0,001

1 1,642 2,706 3,841 6,635 10,827

2 3,219 4,605 5,991 9,210 13,815

3 4,642 6,251 7,815 11,345 16,268

4 5,989 7,779 9,488 13,277 18,465

5 7,289 9,236 10,070 15,086 20,517

6 8,558 10,645 12,592 16,812 22,457

7 9,803 12,017 14,067 18,475 24,322

8 11,030 13,362 15,507 20,090 26,125

9 12,242 14,684 16,919 21,666 27,877

10 13,442 15,987 18,307 23,209 29,588 11 14,631 17,275 19,675 24,725 31,264 12 15,812 18,549 21,026 26,217 32,909 13 16,985 19,812 22,362 27,688 34,528 14 18,151 21,064 23,685 29,141 36,123 15 19,311 22,064 23,685 30,578 37,697 16 20,465 43,524 26,296 32,000 39,252 17 21,615 24,769 27,587 33,409 40,790 18 22,760 25,989 28,869 34,805 42,312 19 23,900 27,204 30,144 36,191 43,820 20 25,038 28,412 31,410 37,566 45,315

Sumber : Teknik Perhitungan Debit Rencana Bangunan Air

2.7. Debit Banjir

Keamanan bangunan-bangunan di sungai terhadap banjir, harus ditentukan dengan pengolahan data debit secara statistik dan penentuan perioda ulangnya sesuai dengan pentingnya bangunan-bangunan tersebut. Berikut dijabarkan tentang debit banjir rencana dan hidrograf debit banjir.

2.8. Debit Banjir Rencana

Penentuan debit banjir ini dilakukan dengan beberapa metode dengan mempergunakan data-data yang tersedia, minimal dibuat 4 cara perhitungan.

Metode yang akan dipergunakan adalah metode-metode empiris yang mempunyai kesesuaian atau relevansi untuk dipergunakan di daerah pekerjaan. Dalam hal ini

akan dipergunakan metode-metode yang dianjurkan pelaksanaannya yaitu metode Melchior, Haspers, dan Der Weduwen. Nakayasu.Tetapi untuk menelusuri Indeks banjir digunakan metode Nakayasu.

2.8.1. Metode Hasper

Perhitungan debit banjir rencana dengan cara Haspers ini menggunakan rumus:

Q = α . β . q . F (2.36)

di mana Q = debit banjir rencana (m³ 1 0 012 1 0 075

0 7

0 7

+ ×

+ ×

, ,

,

,

F F /dt), α run off coefficient=

β = coefficient reduced yang dihitung dengan rumus:

1 β =

12 5

, 1 10 7 , 1 3

75 , 0

2

. 4 ,

0 F

t

t ^t ×

+

×

+ + ⁻

(2.37) dimana t waktu perambatan air (jam) = 0,1 x L^0,8 x I^-0,3

) 2 )(

260 ( 0008 , 0 1

.

t2

R t

R t

t t

−

−

− +

, L = panjang sungai, dan I

= kemiringan dasar sungai rata-rata di mana harga t mempunyai 3 kemungkinan

yaitu: untuk t < 2 jam, maka r= kemungkinan

kedua, 2 jam < t < 19 jam, maka r =

1 . t+ R

t _t , kemungkinan ketiga, 19 jam <

t < 30 hari, maka r = 0,707 x Rt x (t+1) dengan q = hujan maximum, m³/det/km², dan r = waktu perambatan banjir.

2.8.2. Metode Weduwen

Perhitungan debit banjir dengan metode Der Weduwen ini menggunakan rumus sebagai berikut:

Q = F . q . ^Rt

240 (2.38) dimana Q_t = besarnya debit banjir rencana dengan t tahun (m³/dt), F = luas catchment area (km²), q’ = α . β . q = besarnya air dalam m³/det/km² dengan 240 mm yang telah diperhitungkan dengan faktor kehilangan air dan perlambatan pengaliran air dalam miringnya tanah, dan Rt

2.8.3. Metode Rasional

=besarnya curah hujan dalam return periode t tahun (mm).

Menurut Wanielista (1990) Metode Rasional adalah salah satu metode tertua dan awalnya hanya digunakan untuk mencari debit puncak. Penerapan Model ini hanya terbatas pada DAS kecil (Imam Subarkah, 1978). Pengembangan metode Rasional untuk DAS sedang yaitu metode time-area dilakukan dengan membagi DAS menjadi sub DAS- sub DAS dengan garis isochrone yang membentang sungai (Ponce, 1989). Untuk DAS besar dapat menggunakan metode Rasional dengan Sistem Grid (Sobriyah dan Sudjarwadi, 1998).Perhitungan debit banjir rencana dengan cara rasional ini menggunakan rumus:

Q = ^{α. .} ,

r f

3 6 (2.39)

Dimana α = run off coefisient, r intensitas hujan selama time of concentration =

r = ^R t 24

24 ^{2 3}

× 





/

dengan R = hujan sehari (mm), f = luas daerah pengaliran

(km²), Q=debit maximum (m³

2.8.4. Hidrograf Satuan Sintetis

/det).

Curah hujan harian rencana (R24) untuk periode ulang 5 tahun pada daerah studi (Pangperioden Kerinci ) adalah 87,201 mm (Handayani, 2011)

Di daerah di mana data hidrologi tidak tersedia untuk menurunkan hidrograf satuan, maka dibuat hidrograf satuan sintetis yang didasarkan pada karakteristik fisik dari DAS. Berikut ini diberikan beberapa metode yang biasa digunakan dalam menurunkan hidrograf banjir.

2.8.5. Hidrograf Satuan Sintetis Gama I

Kajian sifat dasar Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) Gamma I adalah hasil penelitian 30 buah daerah aliran sungai di Pulau Jawa.Sifat-sifat daerah aliran sungai dalam metode HSS Gamma I adalah sebagai berikut:

1. Faktor sumber (source factor, SF) adalah perbandingan antara jumlah panjang sungai-sungai tingkat satu dengan jumlah panjang sungai semua tingkat.

2. Frekuensi sumber (source frequency, SN) ditetapkan sebagai perbandingan antara jumlah pangsa sungai semua tingkat.

3. Faktor simetri (symmetry factor, SIM), ditetapkan sebagai hasil kali antara faktor lebar (WF) dengan luas relatif DPS sebelah hulu .

4. Faktor lebar (width factor, WF) adalah perbandingan antara lebar DAS yang diukur dari titik di sungai yang berjarak ¾ L dan lebar DPS yang diukur dari titik di sungai yang berjarak ¼ L dari tempat pengukuran.

5. Luas relatif DPS sebelah hulu (relative upper catchment area), yaitu perbandingan antara luas DPS sebelah hulu garis yang ditarik terhadap garis yang mengubungkan titik tersebut dengan tempat pengukuran dengan luas DPS.

6. Jumlah pertemuan sungai (number of junction, JN) yang besarnya sama dengan jumlah pangsa sungai tingkat satu dikurangi satu.

Gambar 2.4. berikut merupakan model parameter karakteristik DAS Metode Gamma I. untuk X ~ A = 0,25 L, X ~ B = 0,75 L, dan WF = WU/WL.

Gambar 2.4. Model parameter karakteristik DAS metode Gamma I

Rumus-rumus yang digunakan dalam metode HSS Gamma I adalah sebagai berikut:

B = 1,5518 N^-0,14991 A^-0,2725 SIM ^–0,0259 S^-0,0733 (2.40) di mana N = jumlah stasiun hujan, A = luas DAS (km²), SIM = faktor simetri,

S = landai sungai rata-rata, dan B = koefiesien reduksi.