LAPORAN PRAKTIKUMHIDROLOGI

ANALISIS FREKUENSI UNTUK SUMBERDAYA AIR

Oleh :Rosmalia Dwi Hastuti

NIM A1H009038

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS PERTANIANPURWOKERTO

2011

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Air merupakan bahan alam yang paling berharga. Tidak ada air maka tidak

mungkin terdapat kehidupan. Siklus air adalah rangkaian peristiwa yang terjadi

pada air dari saat jatuh kebumi hingga menguap ke udara untuk kemudian jatuh

kembali ke bumi. Persamaan air menyatakan hubungan antara komponen-

komponen suklus air pada waktu dan untuk suatu massa tanah (Ackerman,

Coleman and Ogrosky, 1954).

Data debit atau aliran sungai merupakan informasi yang paling penting

bagi pengelolaan sumber daya air. Debit puncak (banjir) digunakan untuk

merancang bangunan pengendali banjir. Sementara data debit aliran kecil

diperlukan untuk perancangan aplikasi (pemanfaatan) air untuk berbagai macam

keperluan, terutama pada musim kemarau panjang. Debit aliran rata – rata tahunan

dapat memberikan gambaran potensi sumber daya air yang dapat dimanfaatkan

dari suatu daerah aliran sungai.

Debit aliran adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang

melewati suatu penampang melintang sampai persatuan waktu. Dalam sistem

satuan SI besarnya debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik (m3 /dt).

Dalam laporan – laporan teknis, debit aliran biasanya ditunjukkan dalam bentuk

hidrograf aliran. Hidrograf aliran adalah suatu perilaku debit sebagai respon

adanya perubahan karakteristik biogeofisik yang berlangsung dalam suatu DAS

(oleh adanya kegiatan pengelolaan DAS) dan atau adanya perubahan (fluktuasi

musiman atau tahunan) iklim lokal (Asdak, 1995).

Teknik pengukuran debit aliran langsung dilapangan pada dasarnya dapat

dilakukan melalui empat kategori (Gordon et al.,1992):

1. Pengukuran volume debit sungai.

2. Pengukuan debit dengan cara mengukur kecepatan aliran dan menentukan

luas penampang melintang sungai.

3. Pengukuran debit dengan menggunakan bahan kimia (pewarna) yang

dilalirkan dalam aliran sungai.

4. Pengukuran debit dengan membuat bangunan pengukur debit seperti weir

(aliran air lambat) atau flume (aliran air cepat).

B. Tujuan

Tujuan dari praktikum kali ini adalah:

1. Melatih mahasiswa membuat analisis frekuensi data curah hujan atau debit

sungai.

2. Melatih mahasiswa memperkirakan kala ulang kejadian hujan atau debit

sungai.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Penetapan banjir rancangan untuk perancangan bangunan – bangunan

hidraulik dapat dilakukan dengan berbagai cara tergantung dari ketersediaan data.

Makin baik data yang tersedia, dlaam pengertian kualitatif dan kuantitatif

memberikan kemungkinan penggunaan cara analisis yang diharapkan dapat

memberikan hasil pikiran data hidrologi yang lebih baik. Dalam laporan ini tidak

dikandung maksud untuk memberikan penjelasan tentang statistik data hidrologi,

akan tetapi dimaksudkan sebagai contoh pemakaian – pemkaian statistik dalam

analisis frekuensi data hidrologi, khususnya untuk menetapkan besar hujan atau

debit dengan kala ulang tertentu. Kala ulang (return period) diartikan sebagai

waktu hipotetik dimana hujan atau debit dengan suatu besaran tertentu akan

disamai atau dilampaui sekali dalam jangka waktu tersebut. Jadi tidak ada

pengertian bahwa kejadian tersebut akan berulang secara teratur setiap kala ulang

tersebut.

Analisis frekuensi dapat dilakukan dengan seri data yang diperoleh dari

rekaman data baik data hujan maupun data debit. Analisis ini sering dianggap

sebagai cara analisis yang paling baik, karena dilakukan terhadap data – data yang

terukur langsung tidak melewati pengalihragaman terlebih dahulu. Analisis

frekuensi ini didasarkan pada statistik data yang tersedia untuk memperoleh data

robabilitas besaran hujan (debit) dimasa yang akan datang. Berdasarkan hal

tersebut maka sifat statistik data yang akan datang diandaikan masih sama dengan

sifat statistik data yang telah tersedia. Secara fisik dapat diartikan bahwa sifat

klimatologis dan sifat hidrologis DAS (Daerah Aliran Sungai) diharapkan masih

tetap sama.

Konservasi air pada prinsipnya adalah penggunaan air yang jatuh ke tanah

untuk pertanian se-efisien mungkin, dan pengaturan waktu aliran sehingga tidak

terjadi banjir yang merusak dan terdapat cukup air pada waktu musim kemarau.

Setiap perlakuan yang diberikan pada sebidang tanah akan mempengaruhi

tata air pada tempat itu dan tempat-tempat hilirnya. Oleh sebab itu maka

konservasi tanah dan air merupakan dua hal yang berhubungan erat sekali.

Berdasarkan hubungan ini maka tanggung jawab sektor pertanian dalam masalah

air ada dua, yaitu:

1. Memelihara jumlah, waktu aliran air dan kualitas air sejauh mungkin melalui

cara pengelolaan dan penggunaan tanah yang baik.

2. Memaksimumkan manfaat air melalui penerapan cara-cara yang efisien

(Renne,1960).

Pengukuran debit pada kategori pertama, biasanya dilakukan untuk

keadaan aliran (sungai) lambat. Pengukuran debit dengan cara ini dianggap paling

akurat, terutama untukdebit aliran lambat seperti padaaliran mata air. Cara

pengukurannya dilakukan dengan menentukan waktu yang diperlukan untuk

mengisi container yang telah diketahui volumenya. Prosedur yang biasa dilakukan

untuk pengukuran debit dengan cara pengukuran volume adalah dengan membuat

dam kecil (alat semacam weir) disalah satu bagian dari badan aliran yang akan

diukur.gunanya adalah agaraliran terkonsentrasi pada satu outlet. Ditempat

tersebut pengukuran volume air dilakukan. Besar debit aliran air diukur dengan

cara:

Q=Vt

Keterangan:

Q = debit (m3/dt)

V = volume air (m3)

t = waktu pengukuran (s)

Pada pengukuran debit yang kedua, yaitu pengukuran debit dengan

bantuan alat ukur curret meter atau sering dikenal sebagai pengukuran debit

melalui pendekatan velocity area method paling banya dipraktekkan dan berlaku

untuk kebanyakan aliran sungai.

Pengukuran debit dengan bahan – bahan kimia, pewarna atau radioaktif

sering digunakan untuk jenis sungai yang aliran airnya tidak beraturan

(turbulence). Untuk maksud – maksud pengukuran hidrologi, bahan – bahan

penelusur (tracer) seperti tersebut diatassebaiknya dalam brntuk:

1. Mudah larut dalam aliran sungai.

2. Bersifat stabil.

3. Mudahdikenali pada konsentrasi rendah.

4. Tidak bersifat meracuni biota perairan dan tidak menimbulkan dampak

(negatif) yang permanen pada badan perairan.

Kategori pengukuran debit keempat, yaitu pembuatan bangunan pengukur

debit, biasanya untuk pengukuran debit jangka panjang di stasiun – stasiun

pengamatan hidrologi.

Pengukuran debit yang paling sederhana dapat dilakukan dengan metode

apung (float method).caranya dengan menempatkan benda yang tidak dapat

tenggelam dipermukaan aliran sungai untuk jarak tertentu dan mencatat waktu

yang diperlukan oleh benda apung tersebut bergerak pada satu titik pengamatan ke

titikpengamatan lainnya yang telah ditentukan. Besarnya kecepatan aliran sungai (

V per dalamm

detik¿ adalah:

V per=Lt

Keterangan:

L = jarak antara dua titik pengamatan (m)

t = waktu perjalanan benda apung (detik)

Besarnya debit dihitung dengan persamaan:

Q=A x v

Keterangan:

Q = laju arus / debit yang melalui penampang saluran.

A = luas penampang saluran

V = kecepatan rata – rata

Karena kecepatan aliran yang diperoleh bukan kecepatan aliran rata – rata,

tetapi kecepatan aliran maksimum dalam sungai, maka ia harus dikalikan dengan

angka ketetapan 0,75 (keadaan dasar sungai kasar) atau 0,85 (kedalaman dasar

sungai yang lebih halus) untuk memperoleh angka rata – rata kecepatan aliran.

Cara terakhir ini kurang teliti, namun demikian besarnya debit seharusnya sekitar

20 – 25 % dari angka prakiraan debit tersebut diatas. Pengukuran dengan cara ini

biasabya dilakukan ditempat yang tidak tersedia. Alat pengukuran debit standar

dan umumnya pada keadaan berlangsung debit banjir.

Dalam statistik dikenal beberapa jenis distribusi frekuensi dan banyak

digunakan dalam hidrologi, yaitu:

a. Agihan normal

b. Agihan log normal

c. Agihan log pearson tipe 3

d. Agihan gumbel

Dalam analisis frekuensi data hidrologi baik data hujan maupun data debit sungai

terbukti bahwa sangat jarang dijumpai seri data yang sesuai dengan agihan

normal.

Masing – masing agihan memiliki sifat – sifat yang khas sehingga setiap

data hidrologi harus diuji kesesuainnya dengan sifat statistik masing – masing

agihan tesebut. Pemilihan agihan yang tidak benar dapat mengundang kesalahan

prakiraan yang (dapat) cukup besar, baik “over estimated” maupun “under

estimated”, keduanya tidak diinginkan. Dengan demikian jelas bahwa

pengambilan salah satu agihan secara sembarang untuk analisa tanpa pengujian

data hidrologi sangat dianjurkan meskipun dalam praktek harus diakui besar

kemungkinan agihan tersebut sesuai dengan jenis agihan tertentu.

Analisis frekuensi atas data hidrologi menurut syarat tertentu untuk data

yang bersangkutan, yaitu harus seragam (homogeneous), “independent” dan

mewakili (representative) Haan (1977). Data yang seragam berarti data tersebut

harus berasal dari populasi yang sama. Dalam arti lain stasiun pengumpul data

yang bersangkutan, baik stasiun hujan maupun stasiun hidrometri harus tidak

dipindah, DAS (Daerah Aliran Sungai) tidak berubah menjadi DAS (Daerah

Aliran Sungai) perkotaan (urbacacthment), maupun tidak ada gangguan –

gangguan lain yang menyebabkan data yang terkumpul menjadi lain sifatnya.

Batasan “independence” disini berarti bahwa besaran data ekstrim tidak terjadi

lebih dari sekali syarat lain adalah bahwa data harus mewakili untuk perkiraan

kejadian yang akan datang, misalnya tidak akan terjadi perubahan akibat ulah

tangan manusia secara besar – besaran, tidak dibangun konstruksi yang

mengganggu pengukuran seperti bangunan sadap, perubahan serta tata guna tanah.

Pengujian statistik dapat dilakukan untuk masing – masing syarat tersebut.

1. Distribusi Binomial

Distribusi Binomial adalah suatu distribusi probabilitas yang dapat

digunakan bilamana suatu proses sampling dapat diasumsikan sesuai dengan

proses Bernoulli. Misalnya, dalam perlemparan sekeping uang logam sebanyak 5

kali, hasil setiap ulangan mungkin muncul sisi gambar atau sisi angka. Begitu

pula, bila kartu diambil berturut-turut, kita dapat memberi label “berhasil” bila

kartu yang terambil adalah kartu merah atau “gagal” bila yang terambil adalah

kartu hitam. Ulangan - ulangan tersebut bersifat bebas dan peluang keberhasilan

setiap ulangan tetap sama, yaitu sebasar ½ (Ronald E. Walpole). Rumusnya

adalah sebagai berikut:

2. Distribusi Poisson

Distribusi poisson dapat digunakan untuk mengetahui aliran sungai yang

bisa dikelompokkan/diklasifikasikan dalam poisson saat alirannya masuk ke

reservoir. Saat melebihi waktu yang ditentukan, aliran sungai bisa digambarkan

sebagai “kedatangan” menuju sebuah reservoir. Kedatangan tersebut

diklasifikasikan mengikuti distribusi poisson. Rumus yang digunakan yaitu

sebagai berikut:

Keterangan:

ʎ = konstanta positif (rataan dari kedatangan)

x = bilangan bulat yang non negatif

e = konstanta (2,7182)

Distribusi Poisson sangat berguna untuk desain reservoir saat masukan air

dari rembesan tidak dijelaskan oleh hubungan deterministik (tidak acak). Hal itu

memungkinkan bagian acak dari masukan atau keluaran dapat dijelaskan oleh

distribusi poisson.

3. Distribusi Normal

Distribusi normal biasanya digunakan dalam konsentrasi rata – rata

tahunan dari kandungan air yang terdapat daerah aliran sungai (DAS). Rumus

yang digunakan adalah:

Keterangan:

δ = standar deviasi atau s, standar deviasi dari sampel yang merupakan

perkiraan dari δ.

x = suatu nilai

μ = rataan atau, rataan sampel, yang merupakan perkiraan dari μ.

4. Distribusi log normal

Plot dari aliran rata – rata mingguan umunya miring ke kanan dan tidak

kelihatan sebagai distribusi normal. Bagaimanapun jika nilai terusan mingguan di

plot sebagai histogram, hasilnya bisa menjadi distribusi normal. Rumus yang

digunakan adalah:

Sebagai catatan μ dan δ adalah rataan dan standar deviasi dari ln (x). Jika

kemungkinan diantara keduanya diperlukan, bisa dihitung dengan menggunakan:

5. Distribusi Eksponensial

Distribusi eksponensialndigunakan dalam studi tentang volume tampungan

suatu reservoir dan intensitas curah hujan.

6. Distribusi Gumbel

Distribusi gumbel digunakan untuk menjelaskan kejadian aliran tahunan.

Kebanyakan distribusi kemungkinan aliran mempunyai bentuk yang serupa.

Aliran tersebut dikalkulasikan dengan distribusi gumbel untuk memperkirakan

kemungkinan adanya banjir. Distribusi gumbel memiliki kecondongan tetap pada

+1,14. Aliran yang paling besar pertahun melebihi 365 hari diambil untuk tiap

tahunnya.

Rumus distribusi gumbel adalah sebagai berikut:

X τ=Xbar+sK

Keterangan:

Xτ = perkiraan nilai yang diharapkan terjadi dengan periode ulang T-tahuanan

Ẋ = harga rata – rata sample data curah hujan (dalam hal ini curah hujan

harian maksimum)

S = simpangan baku (standar deviasi) data sampel curah

K = faktor frekuensi/faktor probabilitas

7. Log Pearson Tipe III

Cara menggunakan log pearson tipe III adalah sebagai berikut:

a. Mengubah data ke dalam bentuk logaritma.

X = logX

b. Menghitung harga rata – rata.

c. Menghitung harga simpangan baku.

d. Menghitung koefisien kemencengan (skewness)

e. Menghitung logaritma data curah hujan atau banjit dengan periode ulang T

dengan rumus:

Log Xτ = log Ẋ + Ks™

f. Menghitung curah hujan rancangan dengan periode ulang T dengan

menghitung anti log dari log Xτ.

III. METODOLOGI

A. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah:

1. Alat tulis

2. Kalkulator

3. Komputer/laptop

B. Prosedur Kerja

1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Menyiapkan data – data debit suatu wilayah yang digunakan untuk

menganalisis frekuaensi sumberdaya air wilayah tersebut.

3. Menganalisis data debit wilayah tersebut dengan menggunakan windows

excel.

4. Mengolah data dengan menghitung nilai – nilai sebagai berikut:

a. Nilai rata – rata

b. Standar deviasi

c. Koefisien skewness

d. Koefisien variasi

e. Koefisien kurtosis

5. Minyampan data tersebut dalam file.

6. Membereskan alat dan bahan yang telah digunakan.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil

Terlampir

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

1. Debit aliran adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati

suatu penampang melintang sampai persatuan waktu. Dalam sistem satuan SI

besarnya debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik (m3 /dt).

2. Statistika banyak diterapkan dalam berbagai disiplin ilmu, baik ilmu-ilmu

alam (misalnya astronomi dan biologi maupun ilmu-ilmu sosial (termasuk

sosiologi dan psikologi), maupun di bidang bisnis, ekonomi, dan industri).

3. Analisis frekuensi untuk data debit sungai pada praktikum kali ini adalah :

mean (56,84), standar deviasi (33,29), koefisien variasi (0,59), koefisien

skewness (1,07) dan koefisien kurtosis (4,93)

B. Saran

1. Sebelum praktikum dilaksanakan sebaiknya alat dan bahan yang akan

digunakan disiapkan terlebih dahulu agar praktikan mudah dalam mengambil

alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Asisten lebih memahami nateri sehingga praktikan juga mudah menerima

materi yang disampaikan.

DAFTAR PUSTAKA

Arsyad,. S. 1989. Konservasi Tanah dan air. Penerbit IPB. Bogor.

Asdak,. C. 1995. Hidrologi dan Pengelola Daerah Aliran Sungai. Penerbit Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.

Hidayat, Fathoni. 2008. Potensi Sumber Daya Air Bawah Tanah Berdasarkan Sifat Kelistrikan Bumi. Universitas Sebelas Maret. Surakarta.

Sosrodarsono,. 1976. Hidrologi untuk Pengairan. Penerbit. P.T. Pradnya Paramita Jakarta.