Templat tugas akhir S1

4

5

MAKALAH SEMINAR HASILDEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGIFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMINSTITUT PERTANIAN BOGOR

Nama:May Parlindungan

NIM:G24090022

Judul:Analisis Karakteristik Jejaring Sungai Ciliwung Hulu Untuk Menentukan Pola Hidrograf Banjir

Pembimbing 1:Prof Dr Ir Hidayat Pawitan

Hari,Tanggal:Kamis, 3 Oktober 2013

Waktu:13.00 WIB

Tempat:Laboratorium Hidrometeorologi Departemen Geofisika dan Meteorologi

Tipe tugas akhir:Skripsi

Bagian:Laboratorium Hidrometeorologi

ii

1Makalah Seminar Program Meteorologi Terapan IPB, dibimbing oleh: Prof.Dr. Hidayat Pawitan. M.Sc.E. Analisis Karakteristik Jejaring Sungai Ciliwung Hulu Untuk Menentukan Pola Hidrograf Banjir1

May Parlindungan22Mahasiswa Mayor Meteorologi Terapan,Departemen Geofisika dan Meteorologi, FMIPA-IPBKampus IPB Dramaga Bogor 16880E-mail: may.parlindungan@gmail.com

ABSTRAK

Hidrograf merupakan penyajian grafis yang menghubungkan debit aliran dengan waktu. Bentuk hidrograf dipengaruhi oleh input masukan yaitu curah hujan dan morfometri suatu DAS. DAS Ciliwung Hulu merupakan suatu DAS yang berkontribusi besar dalam bencana banjir yang melanda DKI Jakarta. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan karakteristik jejaring sungai Ciliwung Hulu dan menganalisis pola hidrograf banjir yang terbentuk berdasarkan kerapatan jejaring sungai. Penentuan karakteristik sungai menggunakan data DEM SRTM 90 x 90, sehingga diperoleh bahwa DAS Ciliwung Hulu memiliki 4 orde sungai dengan rasio panjang (RL), rasio percabangan (Rb), dan rasio luas (RA) yang berbeda-beda tiap ordenya. Hidrograf banjir menggunakan metode konvolusi untuk simulasi debit aliran dan dibandingkan dengan debit pengamatan yang tercatat pada stasiun curah hujan pada tanggal 16 Januari dan 4 Maret 2013. Berdasarkan nilai uji keakuratan yang diperoleh dari perbandingan debit simulasi dan debit pengamatan yaitu 0.72 pada tanggal 16 Januari 2013 dan 0.66 pada tanggal 4 Maret 2013, maka pola hidrograf banjir dapat ditentukan melalui kerapatan jaringan sungai.

Kata Kunci : Hidrograf, DAS Ciliwung Hulu, Karakteristik jejaring sungai.

PENDAHULUANLatar BelakangMenurut Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 37 Tahun 2012, daerah aliran sungai (DAS) merupakan suatu wilayah daratan yang merupakan satu kesatuan dengan sungai dan anak-anak sungainya, yang berfungsi menampung, menyimpan, dan mengalirkan air yang berasal dari curah hujan ke danau atau ke laut secara alami, yang batas di darat merupakan pemisah topografis dan batas di laut dampai dengan daerah perairan yang masih terpengaruh aktivitas daratan. Pengelolaan DAS menjadi penting dalam kaitannya dengan hubungan timbal balik antara manusia dan lingkungannya. Pengetahuan mengenai DAS kemudian sangat dibutuhkan untuk pengelolaan yang baik. Debit aliran sungai dapat dijadikan sebagai indikator fungsi DAS dalam pengaturan proses, khususnya alih ragam hujan menjadi aliran. Bentuk penyajian debit yang informatif adalah dalam bentuk hidrograf yang merupakan penyajian grafis hubungan debit aliran dengan waktu ( Sri Harto, 1993).DAS di setiap tempat berbeda-beda secara morfometrinya. Morfometri DAS merupakan ukuran kuantitatif karakteristik DAS yang terkait dengan aspek geomorfologi suatu daerah. Karakteristik DAS yang dimaksud terdiri atas luas DAS, bentuk DAS, jaringan sungai, kerapatan aliran, pola aliran, dan gradien kecuraman sungai (Rahayu et al., 2009). Hidrograf memberikan gambaran mengenai berbagai karakteristik yang ada di DAS secara bersama-sama, sehingga apabila karakteristik DAS berubah maka akan menyebabkan perubahan bentuk hidrograf (Sosrodarsono & Takeda, 1983). Karakteristik jaringan sungai atau jejaring sungai dapat mempengaruhi besarnya debit aliran sungai yang dialirkan oleh anak-anak sungainya yang kemudian juga berpengaruh terhadap pola hidrograf suatu DAS. Analisis mengenai karakteristik jejaring sungai untuk menentukan pola hidrograf suatu DAS yang kemudian melatarbelakangi penelitian ini. Daerah kajian penelitian ini adalah DAS Ciliwung Hulu. Secara geografis daerah ini terletak pada 60.30 LS 60.50 LS dan 1060.45 BT - 1070.5 BT. DAS Ciliwung Hulu meliputi areal seluas 146 km2 yang merupakan daerah pegunungan dengan elevasi antara 300 m sampai dengan 3000 m dp

Tujuan PenelitianPenelitian ini bertujuan untuk menentukan karakteristik jejaring Sungai Ciliwung bagian hulu dan menentukan pola hidrograf banjir berdasarkan kerapatan jejaring sungai.

METODE

Tempat dan Waktu PenelitianPenelitian dilaksanakan mulai bulan Maret hingga Agustus 2013 di Laboratorium Hidrometeorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Institut Pertanian Bogor.Alat dan Bahan Data curah hujan wilayah Sungai Ciliwung Hulu stasiun Katulampa tahun 1983-2012 Data debit aliran Sungai Ciliwung Hulu dari bendung Katulampa tahun 1983-2012 Data episode hujan dan debit aliran Ciliwung Hulu tanggal 16 Januari 2013 dan 4 Maret 2013 Data SRTM wilayah Jawa Barat dari http://srtm.csi.cgiar.org/ Software Microsoft Office (Word dan Excell) tahun 2007 Software Arc Gis 9.3

Prosedur Analisis DataKarakteristik sungaia. Orde SungaiUntuk menentukan orde sungai menggunakan metode Strahlerb. Panjang SungaiMenentukan panjang sungai dengan menghitung jarak datar dari muara sungai ke arah hulu sepanjang sungai induk.c. Tingkat PercabanganTingkat percabangan sungai adalah angka atau indeks yang ditentukan berdasarkan jumlah alur sungai untuk suatu orde, dengan menggunakan rumus sebagai berikut.Rb = d. Dimensi FraktalMerupakan rasio logaritmik dari rasio percabangan terhadap rasio panjang sungai.D = , dengan - RL = e. Kerapatan Aliran SungaiKerapatan aliran sungai menggambarkan kapasitas penyimpanan air permukaan dalam cekungan-cekungan seperti danau, rawa, dan badan sungai yang mengalir di suatu DAS. Kerapatan aliran sungai dapat dihitung dari rasio total panjang jaringan sungai terhadap luas DAS.Dd = Penentuan Curah Hujan NettoDalam menentukan hidrograf aliran permukaan diperlukan informasi mengenai curah hujan yang sampai di permukaan bumi setelah melalui proses intersepsi oleh tajuk tanaman, penyimpanan oleh cekungan, evaporasi, dan infiltrasi atau yang biasa disebut curah hujan netto. Curah hujan netto dapat ditentukan dengan cara sebagai berikut- :Kr , Pt = dengan- :Kr = Koefisien aliran permukaan Vr = Volume aliran permukaan ( m3)S = Luas DAS ( m2)Pt = Tinggi hujan total dalam satu kejadian hujan ( mm )D ( t ) = Tinggi hujan pada waktu t ( mm )t = Interval waktu pengamatan ( t )

Pn ( t ) = Kr x P (t)dengan- :Pn (t) = Intensitas hujan netto pada waktu t Pt = Tinggi hujan total dalam satu kejadian hujan ( mm )Hidrografa. Pemisahan Aliran DasarPemisahan aliran dasar dari hidrograf sangat diperlukan dalam menentukan besarnya banjir di dalam sungai, sehingga perlu diketahui besarnya aliran langsung (direct runoff) yang disebabkan oleh hujan dengan Fixed Based Length.c. Simulasi Debit AliranMenghitung simulasi debit aliran berdasarkan pengaruh morfologi sungai dilakukan dengan metode konfolusi antara intensitas curah hujan netto yang jatuh pada DAS dan respon hidrologi yang terdapat pada DAS tersebut (pdf). Metode konfolusi dilakukan seperti berikut- :

Qt = ( Pnt * i ) x A

Tabel 1 Metode Konfolusi Aliran PermukaanDebit ke-tKonfolusiDebit simulasi (m3/liter)

Q1Q2Q3QtP11 AP21 A + P12 AP31 A + P22 A + P13 APnt * i A

Perbandingan Debit Simulasi dan Debit ObservasiDebit simulasi dibandingkan dengan debit observasi atau pengamatan dengan menggunakan kriteria uji yang dilakukan Nash dan Sutcliffe ( 1970 ) dengan metode berikut- :

F = dengan- :Qs = Debit simulasi ( m3/liter )Qp = Debit pengamatan ( m3/liter )Qp = Rata-rata debit pengamatan ( m3/liter )Besarnya nilai F berkisar antara - hingga 1. Bilai nilai F mendekati 1 maka hasil simulasi dapat dikatakan mendekati sempurna.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik Jejaring Sungai Ciliwung Hulu. Hidrograf memberikan gambaran mengenai berbagai kondisi (karakteristik) yang ada di suatu daerah aliran sungai (DAS), sehingga apabila karakteristik DAS berubah maka akan menyebabkan perubahan bentuk hidrograf (Sosrodarsono dan Takeda 1983). Hidrograf juga menunjukkan tanggapan menyeluruh DAS terhadap masukan tertentu. Sesuai dengan sifat dan perilaku DAS yang bersangkutan, hidrograf aliran selalu berubah sesuai dengan besaran dan waktu terjadinya masukan (Sri Harto 1993).

Gambar 1 Orde Sungai Ciliwung Hulu Berdasarkan Metode Strahler

Sungai Ciliwung Hulu terbagi menjadi empat orde sungai yang ditunjukkan pada gambar di atas. Orde sungai adalah posisi percabangan alur sungai di dalam urutannya terhadap sungai pada suatu DAS. Informasi mengenai panjang sungai, percabangan sungai, dan luas sungai kemudian juga didapat dari data SRTM yang diolah menggunakan ArcGis dan disajikan dalam bentuk tabel-tabel di bawah.

Tabel 2 Rasio Panjang Tiap Orde (RL)OrdePanjang rata2 / L (m)L-1RL

1837.8

2778.3837.80.9

3821.8778.31.1

4541.5821.80.7

Dari tabel di atas, diperoleh bahwa panjang rata-rata tiap orde berbeda-beda. Orde yang memiliki panjang rata-rata paling tinggi adalah orde 1 dengan 837.8 meter dan orde dengan panjang rata-rata terendah adalah orde 4 yaitu 541.5 meter. Rasio panjang (RL) tiap orde berkisar antara 0.7 1.1 . Nilai RL tersebut masih berada di bawah nilai normal untuk sungai dalam kondisi alami yang berkisar antara 1.5- 3.5 (Rodriguez-Iturbe dan Valdez, 1979).

Tabel 3 Rasio Percabangan Sungai Tiap Orde (Rb)OrdeNN+1Rb

1184922

292452.0

345351.3

435

Nilai rasio percabangan untuk sungai yang alami atau disebut nilai normal berkisar antara 3 5, sementara nilai rasio percabangan untuk Sungai Ciliwung Hulu berkisar antara 1.3 2 atau masih di bawah nilai normal. Nilai Rb kurang dari 3 menyatakan bahwa alur sungai di Sungai Ciliwung Hulu mempunyai kenaikan muka air banjir dengan cepat, sedangkan penurunannya berjalan lambat. Dari nilai rasio panjang dan rasio percabangan dapat ditentukan nilai dimensi fraktal yang merupakan rasio logaritmik dari jumlah rasio percabangan sungai terhadap jumlah rasio panjang sungai. Dari perhitungan tersebut, diperoleh nilai dimensi fraktal untuk Sungai Ciliwung Hulu adalah 1.7 .

Tabel 4 Rasio Jumlah Luas Tiap Orde Sungai Cilwung HuluOrde ()(m2)-1RA

123,321.0

226,100.923,321.01.1

328,394.226,100.91.1

426,543.928,394.20.9

Orde sungai yang paling luas menurut tabel di atas adalah orde 3 dengan 28,394.2 m2 dan yang paling sempit adalah orde 1 dengan 23,321.0 m2, sementara untuk rasio luas yang diperoleh berkisar antara 0.9 1.1 . Untuk luas keseluruhan DAS Ciliwung Hulu adalah 152,476,061.858 m2. Dan jumlah panjang sungai termasuk panjang anak-anak sungai secara keseluruhan adalah 281,686.3 m. Dari data tersebut kemudian diperoleh kerapatan aliran sungai DAS Ciliwung Hulu yaitu 0.002 m/m2 atau 2 km/km2 yang termasuk dalam kategori sedang. Nilai ini juga berarti bahwa DAS Ciliwung Hulu memiliki kapasitas penyimpanan air permukaan yang cukup dalam setiap aliran di badan sungainya.Kondisi Iklim di DAS Ciliwung HuluDAS Ciliwung memiliki curah hujan yang tinggi sepanjang tahun. Klasifikasi iklim di DAS Ciliwung Hulu berdasarkan klasifikasi iklim Koppen adalah tipe Af. Curah hujan diamati melalui stasiun pengamatan curah hujan di Katulampa dari tahun 1983 hingga 2012.

Gambar 2 Curah Hujan Rata-Rata Tahun 1983-2012 pada Stasiun Katulampa

DAS Ciliwung Hulu menerima curah hujan rata-rata tiap tahunnya sebesar 4033.8 mm dan rata-rata tiap bulannya sebesar 336.2 mm. Bulan basah dengan kategori curah hujan di atas 200 mm terjadi sebanyak 10 bulan dan 2 bulan yang lain dengan curah hujan antara 100-200 mm merupakan bulan lembab. Bulan yang memiliki rata-rata curah hujan tertinggi terjadi pada bulan Januari dan rata-rata curah hujan terendah terjadi pada bulan Juli.Pemisahan Aliran DasarAliran sungai terdiri dari 2 bagian yaitu limpasan langsung (direct runoff) dan aliran dasar (baseflow) dengan menitikberatkan perbedaan keduanya pada waktu sampai ke sungai (Linsley et al 1982). Pemisahan aliran dasar dari hidrograf sangat diperlukan dalam menentukan besarnya banjir di dalam sungai, sehingga perlu diketahui besarnya aliran langsung (direct runoff) yang disebabkan oleh hujan.

Gambar 3 Pemisahan Aliran Dasar pada Pengamatan Tanggal 16 Januari 2013

Gambar 4 Pemisahan Aliran Dasar pada Pengamatan Tanggal 4 Maret 2013

Pemisahan aliran dasar dengan menggunakan metode Fixed Based Length menghasilkan persamaan regresi seperti yang ditampilkan pada gambar 7 dan 8 untuk debit yang diamati pada tanggal 16 Januari dan 4 Maret 2013. Persamaan yang diperoleh pada tanggal 16 Januari 2013 adalah y1 = - 2.125x + 30.75 dan y2= 1.825x 24.55 . Sementara persamaan yang diperoleh pada tanggal 4 Maret 2013 adalah y1 = - 0.275x + 7.35 dan y2 = 1.125x 17.85 . Persamaan tersebut kemudian digunakan untuk menentukan besaran aliran dasar atau baseflow.Tabel 5 Pemisahan Aliran Dasar pada Debit PengamatanTanggalDebitAliran Dasar (BFO)Aliran Permukaan (DRO)

16 Januari 2013345.9167.6178.3

4 Maret 2013320.2113.3206.9

Nilai aliran dasar pada tanggal 16 Januari 2013 adalah 167.6 m3/liter dan nilai aliran permukaan langsungnya adalah 178.3 m3/liter, sementara untuk pengamatan pada tanggal 4 Maret 2013, nilai aliran dasar adalah 113.3 m3/liter dan nilai aliran permukaan langsungnya adalah 206.9 m3/liter. Bila dibandingkan dari debit yang masuk, maka nilai DRO pada tanggal 16 Januari 2013 sebesar 0.52 dan pada tanggal 4 Maret 2013 sebesar 0.65 . Nilai tersebut juga berarti bahwa dari curah hujan yang masuk ke dalam DAS Ciliwung Hulu dan menjadi debit aliran sungai akan dilimpaskan sebesar 52% pada tanggal 16 Januari 2013 dan 65% pada tanggal 4 Maret 2013.Respon Hidrologi DAS Ciliwung HuluRespon hidrologi DAS menggambarkan fungsi kerapatan jaringan sungai yang diperoleh setelah memantau lintasan air dalam aliran sungai melalui rekonstruksi jaringan hidrologi. DAS Ciliwung Hulu memiliki 184 buah sungai orde-1, 92 buah sungai orde-2, 45 buah sungai orde-3, dan 35 buah sungai orde-4. Panjang sungai rata-rata adalah 837.8 m dengan sungai terpanjang berukuran 4757.9 m. Kecepatan rata-rata aliran DAS ini sekitar 1.3 m/s dengan waktu respon 60 menit. Sehingga diperoleh 6 isokron yang kemudian dibagi dalam beberapa selang seperti yang terdapat pada tabel 6. Kerapatan jaringan hidrologi tertinggi terletak pada interval 0 - 679.7 m dengan nilai pdf 0.554 dan terendah dengan pdf 0.005 pada interval 4078.2 4757.9 m.

Tabel 6 Fungsi Kerapatan Jaringan Drainase DAS Ciliwung Hulu Panjang sungai orde-1 (m)Jumlah sungaiPdf

0 - 679.71020.554

679.7 -1359.4500.272

1359.4 - 2039.1170.092

2039.1 - 2718.180.043

2718.1 - 3398.530.016

3398.5 - 4078.230.016

4078.2 - 4757.910.005

Jumlah1841

Gambar 5 Fungsi Kerapatan Jaringan Drainase DAS Ciliwung Hulu

Analisis HidrografBanjir pada DAS Cilliwung terjadi apabila curah hujan pada daerah hulu melebihi 50 mm dalam satu hari hujan atau di atas 100 mm dalam 3 hari hujan berturut-turut. Pengamatan yang dilakukan yaitu pada tanggal 16 Januari dan 4 Maret 2013, dengan memperhitungkan faktor karakteristik DAS dan curah hujan yang terjadi kemudian dilakukan metode konvolusi untuk menghitung debit simulasi aliran. Debit simulasi dan debit pengamatan kemudian dibandingkan untuk menguji keakuratan model yang digunakan.

Gambar 6 Debit Simulasi Tanggal 16 Januari 2013

Grafik di atas menunjukkan perbandingan antara debit simulasi dan debit pengamatan yang dilakukan pada tanggal 16 Januari 2013. Dengan metode konvolusi, debit simulasi tertinggi terjadi pada jam 13.00 yang sama waktu puncaknya dengan debit pengamatan, sementara ada keterlambatan antara puncak curah hujan dan puncak debit yang disebabkan waktu tempuh dari titik jatuh butir hujan ke titik pengamatan. Hasil uji kemiripan antara debit simulasi dan debit pengamatan pada tanggal 16 Januari sebesar 0.72 yang artinya metode konvolousi ini baik digunakan dan dapat dinyatakan bahwa hidrograf banjir dipengaruhi oleh karakteristik DAS-nya.

Gambar 7 Debit Simulasi Tanggal 4 Maret 2013

Simulasi debit aliran yang dilakukan pada tanggal 4 Maret 2013 memiliki kemiripan sebesar 0.66 dengan debit pengamatan. Nilai uji kemiripan ini cukup baik atau bernilai sedang untuk menduga keterkaitan antara karakteristik DAS dengan pola hidrograf banjir. Debit puncak pada simulasi terjadi pada waktu yang sama dengan debit pengamatan yaitu pada pukul 18.00. Bentuk hidrograf dari kedua simulasi hampir menyerupai bentuk hidrograf pengamatan, namun terdapat perbedaan hasil simulasi yang disebabkan metode konvolusi yang memperhitungkan curah hujan dan fungsi kerapatan jaringan aliran sungai (pdf).

SIMPULAN DAN SARAN

SimpulanDAS Ciliwung Hulu memiliki karakteristik sungai yang terbagi dalam 4 orde sungai berdasarkan metode Strahler dengan rasio panjang sungai (RL) 0.7 1.1, rasio percabangan (RB) 1.3 2, dan rasio luas (RA) 0.9 1.1. Karakteristik tersebut menyimpulkan bahwa DAS Ciliwung Hulu memiliki dimensi fraktal 1.7 dan kerapatan aliran sungai 2 km/km2. Nilai ini juga berarti bahwa DAS Ciliwung Hulu memiliki kapasitas penyimpanan air permukaan yang cukup dalam setiap aliran di badan sungainya. Pola hidrograf banjir ditentukan berdasarkan karakteristik sungai dan curah hujan yang terjadi di DAS Ciliwung Hulu pada tanggal 16 Januari dan 4 Maret 2013. Simulasi debit aliran dengan tingkat kemiripan 0.72 dan 0.66 menyimpulkan bahwa hidrograf banjir dapat ditentukan berdasarkan karakteristik DAS-nya, terutama oleh kerapatan jaringan sungai dengan cukup baik. SaranPerlu pengkajian menggunakan data yang lebih baik dan akurat untuk menentukan karakteristik sungai misalnya dengan data DEM 30 x 30 atau DEM 15 x 15. Untuk menentukan hidrograf banjir sebaiknya menggunakan lebih banyak simulasi dan pengamatan sehingga akan mendapatkan lebih banyak perbandingan dalam menyimpulkan pengaruh kerapatan jaringan sungai untuk menentukan pola hidrograf.

DAFTAR PUSTAKAGordon ND, McMahon TA, Finlayson BL. 1992. Stream Hydrology an Introduction for Ecologist. John Wiley & Sons.Heryani N, Pawitan H, Irianto G. 2002. Model Simulasi Transfer Hujan-Aliran Permukaan (H2U) Untuk Pendugaan Debit Daerah Aliran Sungai. Jurnal Agromet 16 (1 & 2). Bogor. Linsley RK, Kohler MA, Paulus JJH. 1982. Hydrology for Engineers. New York : Mc Graw Hill Inc.Rahayu S, Widodo RH, Van Noordwijk M, Suryadi I, Verbist B. 2009. Monitoring Air di Daerah Aliran Sungai. Bogor, Indonesia. World Agroforestry Centre-Southeast Asia Regional Office.104p.Rodriguez-Iturbe dan J.B Valdez. 1979. The Geomorphologic Structure of Hydrologic Response. Caracas, Venezuela : Simon Bolivar Univ. Sosrodarsono D, Takeda K. 1983. Hidrologi Untuk Pengairan. Jakarta : PT Pradnya Paramitra.Sri Harto. 1993. Analisis Hidrologi. Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama.Viessman W, Lewis GL, Knapp JW. 1989. Introduction to Hydrology. ED Ke-3. New York : Harper & Row, Publisher, Inc.