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 1209141 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.
22
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 =
∑ (DROx∆ t ) A
DRO
: Aliran langsung yang terukur (m 3/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. Sebagai contoh jika total volume hujan efektif adalah 5 mm, maka seluruh nilai ordinat dari hidrograf DRO harus dibagi dengan 5 untuk mendapatkan hidrograf satuan dengan ketebalan hujan efektif sebesar 1 mm.
23
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 lua s DA S yang d iuk ur d i h ulu gar is ya ng ditar ik te ga k lur us gar is hu bu ng a ntara stas iu n hid ro metr i den ga n tit ik ya ng paling dekat den ga n t it ik ber at DAS di su ngai, melewat i tit ik te rse but (Au ) g) P engu kura n ketinggian titik tertinggi dan ketinggian titik keluaran (outlet) pada sungai utama. Setelah parameter yang diukur tersebut diperoleh, langkah selanjutnya adalah penghitungan p arameter- parameter berik ut : 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 waktunaik/time to rise (TR), debit -puncak/peak -discharge (QP), waktu dasar/time to base
24
(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):
(t ) ∑ q(t ) −q$ CE = 1 − ∑ q(t )−q N
t =1
2
N
2
........................................................... (18)
t =1
2. Relative error dari volume total (EV) N
EV =
∑ q$(t ) − q(t ) t =1
N
∑ q (t )
x 100 % ........................................................... (19)
t =1
3. Absolute error dari debit puncak (AEQp) ^
AEQp = QP − Qp ................................................................................ (20)
4. Relative error dari debit puncak (EQp) EQp =
$ − qp qp x100% ....................................................................... (21) qp
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).
25
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 km 2 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
26
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.
27
08/$,
3(56,$3$1
3(1*8038/$1 ' $7$ 8 7$0 $
0 RUIRP HWU'L $ 6
&XUDK+ XM DQ 7LQJJL0 XND$ LU
3HQHQW XDQ + LGURJUDI 6 DW XDQ 3HQJDPDWDQ
3HQJXNXUDQ 0 RUIRPHWUL ' $6 & LOLZXQJ + XO X $QDOLVLV. RUHO DVL 0 RGHO + LGURJ UDI 6DW XDQ 6LQWHWLN* DP D
$QDOLVLV5 HJUHVL 8 ML . XDQW LW DW LI
7LGDN%DLN
3HQ\HVXDLDQ 0 RGHO
0 RGHO+ 6 6 6 LPSOLILNDVL
0RGHO +6 6 * DPD
$QDOLVLV8 M LW
%DLN
0 RGHO + 66 6LPSOLILNDVL9 DO LG
0 RGHO 9 DO LG
Gambar 10. Diagram alir Tahapan Penelitian
28
KEADAAN UMUM DAERAH PENELITIAN Letak dan Luas Daerah Aliran Sungai Ciliwung Hulu mencakup areal seluas 146 km 2 yang merupakan daerah pegunungan dengan elevasi antara 300 m sampai 3.000 m dpl. Secara geografis DAS Ciliwung Hulu berada di posisi 6002’ – 60 55’ LS dan 106035’ – 1070 00’ 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 1060 50’20’’ 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 terjalsangat 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 le reng 2-15% (70,5 km2 ), 15-45% (52,9 km 2), dan sisanya lebih dari 45%. Di bagian hulu masih banyak dijumpai mata air yang bergantung pada komposisi litografi dan kelulusan batuan (Irianto 2000).
29
Tabel 1. Luas Masing-Masing Sub DAS yang Berada di DAS Ciliwung Hulu No.
Sub DAS
Luas 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
14.964
100.00
Jumlah 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. DAS Ciliwung Hulu di didominasi oleh
Jenis tanah pada
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
disajikan dalam Tabel 3.
30
kelas lereng di DAS Ciliwung Hulu
Tabel 2. Jenis Tanah di DAS Ciliwung Hulu No Jenis Tanah
Luas (Ha)
Prosentase
282,00
1,88
1
Kompleks Typic Troporthens – Typic Fluvaquents
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
14.964,00
100,00
Jumlah
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
14.964,00
100,00
Jumlah 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.
31
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 Stasiun Klimatologi Citeko No Bulan Rata-Rata Suhu Udara RH LPM KA 0 0 0 C C C % % Knot 1 Januari 24,5 20,2 22,4 84,7 32,7 3,7 2 Pebruari 23,8 18,3 21,1 83,0 28,3 4,2 3 Maret 25,8 18,3 22,1 84,0 36,0 4,2 4 April 26,0 19,1 22,6 86,0 47,3 4,1 5 Mei 26,2 18,0 22,1 83,0 59,0 3,2 6 Juni 25,8 18,1 22,0 81,3 44,0 3,7 7 Juli 25,6 17,8 21,7 82,7 44,7 4,9 8 Agustus 26,3 17,5 21,9 78,7 74,7 3,6 9 September 26,9 17,7 22,3 77,7 44,3 3,8 10 Oktober 25,8 18,1 22,0 84,3 45,3 3,8 11 Nopember 25,4 18,2 21,8 86,3 28,0 3,1 12 Desember 26,3 17,9 22,1 80,3 39,3 4,8
pada
ETo mm 3,5 3,4 3,6 3,5 3,6 3,3 3,5 4,3 4,2 3,8 3,2 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 ratarata bulanan di DAS Ciliwung Hulu disajikan dalam Tabel 5.
32
Tabel 5. Curah Hujan Rata-Rata Bulanan di DAS Ciliwung Hulu Periode 1981-2002 No
Bulan
Nama Stasiun Citeko Ciawi Katulampa (mm) (mm) (mm) 1 Januari 548,4 548,2 503,0 2 Pebruari 477,5 434,3 416,2 3 Maret 343,5 425,0 430,6 4 April 258,6 372,0 350,0 5 Mei 176,6 314,4 339,3 6 Juni 114,2 200,5 221,5 7 Juli 104,7 171,5 192,1 8 Agustus 85,9 190,5 205,7 9 September 143,1 232,1 272,6 10 Oktober 206,6 388,0 388,9 11 Nopember 313,1 389,8 422,8 12 Desember 331,5 382,5 351,7 Keterangan : Data Stasiun Gn. Mas periode 1998-2002 Sumber : Badan Meteorologi dan Geofisika
Gn. Mas*) (mm) 555,4 681,4 398,6 367,6 247,8 220,6 126,8 93,4 82,2 299,8 454,6 214,6
CH DAS 538,8 502,4 399,4 337,0 269,5 189,2 148,8 143,9 182,5 320,8 395,1 320,1
Tabel 6. Curah Hujan Tahunan di DAS Ciliwung Hulu Periode 1981-2002 Citeko Ciawi Tahun CH (mm) HH CH (mm) 1981 6282,6 1982 3327,6 1983 3847,0 1984 3907,0 1985 1545,5 151 3486,5 1986 3578,2 199 5490,8 1987 2923,1 150 4245,0 1988 2850,0 154 3745,2 1989 2728,0 171 3888,5 1990 2788,3 180 4106,5 1991 3071,5 183 3784,5 1992 3725,0 249 4836,0 1993 3893,5 227 4375,0 1994 2768,3 173 3236,5 1995 3782,8 227 3736,5 1996 3944,6 219 3709,5 1997 2263,8 172 2657,5 1998 3252,8 235 5860,5 1999 3022,8 222 3533,0 2000 2892,7 226 3249,6 2001 3709,4 212 4294,0 2002 3123,9 185 3474,0 Keterangan : CH = Curah Hujan, HH = Hari Hujan Sumber : Badan Meteorologi dan Geofisika
33
HH 219 166 171 228 189 210 185 187 186 214 177 203 214 146 170 211 158 205 147 178 180 171
Katulampa CH (mm) 5108,0 3790,0 3822,5 4770,0 3892,0 3776,0 3849,0 3443,5 3954,0 3584,0 2962,0 4350,0 4975,5 4010,0 4381,5 4264,0 2741,0 5104,5 3624,0 3325,0 4253,0 4279,0
HH 223 185 171 247 186 203 161 168 155 168 110 122 22 167 179 180 119 185 149 148 160 156
