MODEL PENDUGAAN DEBiT BERDASARKAN DATA CUACA Dl DAERAH ALfRAN SUNGAI (DAS) CILIWUNG HULU
Oleh:
DIDIK KUSWRDI
PROGRAM PASCASARJANA iNSTlTUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2002
DIdlk Kuswadi. Model Pendugaan Debit Berdasarkan Data Cuaca di Daerah AIiran Sungal (DAS) Ciliwung Hulu. Dibimbing oleh Soedodo Hardjoamidjojo dan M,Yanuar J. Purwanto.
RINGKASAN Air mempunyai peranan khas dalam ekosistsrn yaitu sebagai zat yang dibutuhkan oleh setiap rnakluk hidup dan sebagai media angkut. Air terdapat dalam tiga lokasi, yaitu air di kedalaman tanah, air di permuban tanah, dan air di atas permukaan tanah. Walaupun kandungan materi air di atmosfer merupakan porsi
yang terkecil, tetapi sangat potensial terhadnp peluang kandungan air di bawah dan permukaan tanah. Proses pemindahan air antar daerah di dalam dan permukaan tanah sangat dipengaruhi oleh curah hujan.
Secara ideal suatu luasan tertefitu terutama di daratan memerlukan curah hujan dengan frekuensi dan kuantitas tertentu. Penyimpangan dari batas nilai frekuensi dan kuantitas curah hujan dapat menjadi faktor pembatas pada aktivitas budidaya, bahkan dapat menyebabkan malapetaka seperti banjir dan kekeringan.
Salah satu peluang untuk rnenyelesaikan persoalan banjir adalzh mengetahui jumlah limpasan permukaan yang disebabkan nleh hujan. Model tangki atau storage type merupakan satah satu model hidrologi yang telah banyak digunakan di banyak negara. Ciri ~ t a m a model ini adalah
kesederhanaan strukturnya sehingga memungkinkan untuk dimodifikasi sesuai
dengan kebutuhan seperti menduga besarnya limpaaan permukaan. Tujuan penelitian ini adalah pambuatan model pendugaan debit sungai pada '
Daerah Aliran Sungai (DAS) Ciliwung Hulu berdasarkan data cuaca khususnya nilai temperatur minimum awan yang diperoleh dari citra sensor satelit cuaca d m
kelembaban relatif udara (Relative Humidity) dengan pendekatan menggunakan
model tangki. Ada dua tahapan dalam pendugaan debit berdasarkan penelitian ini, yaitu penyusunan model curah hujan dan penyusunar; model debit. Model curah hujan disusun berdasarkan masukan data cuaca. Data cuaca diperoleh dari citra satelit
cuaca dan stasiun klimatologi. Data yang digunakan datam penyusunan model curah hujan adalah suhu minimum awan (T) dan kelembaban relatif udara (RH) sebagai variabel bebas, serta curah hujan sebagai variabel tak bebas. Model curah hujan dibangun dengan bantr~atlSoftware Eureka. Katibrasi model dilakukan dengan
membandingkan antara curah hujan dcgaan dengan cutah hujan aktual. Hasil kalibrasi model curah hujan harus menghasilkan nilai koefisien determinasi (R') lebih
dari O,6. Validasi model dilakukan dengan membandingkan nilai curah hujan dugaan dengan curah hujan aktual berdasarkan masukan data T dan RH yang lain. Hasil validasi model curah hujan harus menghasilkan nilai curah hujan dugaan mendekati nilai curah hujan aktual dengan nilai R' lebih dari 0,6.Pendugaan debit dilakukan dengan menerapkan model tangki. blasukan model tangki berupa curah hujan
harian dan evapotranspirasi aktual harian. Curah hujan harian diperoleh dari perhitungan menggunakan model curah hujan dengan masukan suhu minimum
awan (T) dan kelernbaban relatif udara (RH). Evapotranspirasi aktual harian diperoleh dari hasil perkalian antara evapotranspirasi potensial acuan harian dengan koefisien tanaman pada masing-masing tata guna lahan. Evapotranspirasi potensiai
acuan dihitung menggunakan metoda Penman-Monteith. Keluaran model berupa debit harian dugaan. Kalibrasi model debit berdasarkan masukan data tahun 1998
dilakukan dengan merubah parameter dalam model tangki hingga diperoleh nilai debi dugaan mendekati nilai debit aktual. Hasil kalibrasi harus menunjukkan nilai R' lebih dari 0 , 6 . Vaiidasi model dilakukan dengan menerapkan parameter model tangki hasil kalibrasi model uniuk rnenghitung debit dengan masukan data curah hujan dan evapotranspirasi aktual tahun 1999. Hasil validasi model harus menghasilkan nila~ debi dugaan mendekati nilai debit aktual dengan nilai R~ lebih dari 0,6.Jika semua
kondisi di atas tercapai, maka model pendugaan debi berdasarkan data cuaca
dapat diterapkan pada CAS Ciliwung Hulu. Model curah hujan yang disusun berdasarkan masukan suhu minimum awan (T) dan kelembaban relatif udara (RH) adalah :
CH = - 18,377 - 0,518 T + 0,255 RH Model tersebut layak digunakan sebagai masukan model tangki, karena hasil kalibrasi dan validasi model menunjukkan nilai koefisien determinasi ( R ~ )sebesar 0,72 dan 0,86. Debit dugaan harian dalam satu tahun yang dihitung menggunakan model
tangki mendekati nilai debit aktual hasil pengarnatan. Kalibrasi model menghasilkar, nilai koefisien determinasi (R*) sebesar 0,6.Sedangkan validasi model debl menghasilkan nilai R~ sebesar 0,62 dan 0,65.
SURATPERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa Tesis yang betjudul : "MODEL PENDUGAAN DEBIT BERDASARKAN DATA CUACA Dl DAERAH ALlRAN SUNGAI ClLlWUNG (DAS) ClLlWUNG HULU"
adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah dipublikasikan.
Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan dengan jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, 2 Mei 2002
Penulis
Didik Kuswadi NRP 99301rTEP
MODEL PENDUGAAN DEBIT BERDASARKAN DATA CUACA D1 DAERAH ALIRAN SUNGAI (DAS) ClLlWUNG HULU
Oleh :
DlDlK KUSWADI
Tesis Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Pada Program Studi llmu Keteknikan Pertanian
PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2002
Judul Penelitian
: MODEL PENDUGAAN DEBIT BERDASARKAN DATA CUACA Dl DAERAH ALlRAN SUNGAI (DAS) ClLtWUNG HULU
Nama Mahasiswa
: Didik Kuswadi
Nomor Pokok
: 99301
Program Studi
: llmu Keteknikan Pertanian
Menyetujui :
Komisi Pembimbing
-
Prof.Dr.lr. Sododo Hardwrn~d~o~o. MSc. Ketua
5
Ir. M. Yanuar . Purwanto, MS. A W Q ~
Ketua Program Studi Iimu Keteknikan Pertanian
Dr.lr. Kudann Born Seminar. MSc
1 7 MAY 232 Lulus Tanggal :8 MARET 2002
Penulis lahir pada tanggal 16 Januari 1969 di Madiun Propinsi Jawa Timur dari orang tua Bapak Paimin dan Ibu Suratml. Tahun 1981 lulus dari Sekolah Oasar
Negeri Ngepeh Kecamatan Saradan Kabupaten Madiun, tahun 1984 luIus dari Sekolah Menengah Pertama Negeri t Caruban Kabupaten Madiun, dan tahun 1987 lulus dari Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Caruban. Pada tahun 1992 memperoleh
gelar sajana pertanian Jurusan Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya Malang. Penulis bekeja sebagai staf pengajar pada Program Studi Tata Air Pertanian,
Jurusan Teknologi Pertanian Politeknik Negeri Bandar Lampung sejak I Februari 1994.
Sejak bulan September 1999 penulia mengikuti pendidikan S2 pada Program Studi Keteknikan Pertanian Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, dengan Beasiswa Pendidikan Program Pascasarjana (BPPs) Ditjen Pendidikan Tinggi
Departemen Pendidikan Nasionat.
Penulis Menikah tahun
1998 dengan lis Xlsyah M 8 ? ~ t iSE , dan telah
dikaruniai seorang putra Moch. Febdansylh Trisnedi.
PRAKATA
Dengan mengucapkan Syukur Alhamdullilah dan berkst rahmat Allah S W penulis dapat mgnyelesaikan seluruh rangkaian penelitian ini dengan b i k . Tesis ini menitik-beratkan pada pembuatan model debi yang didasarkan pada
masukan data cuaca (suhu minimum awan dan keiembaban relatif udara) untuk menduga curah hujan sehingga diharapkan bemanfaat ddalam peringatan dini
terhadap banjir yang terjadi. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan rasa
hormat yang paling tulus kepada: I.Departemen Pendidikan Nasional dar~Direktur ?ascasajana lnstitut Pertanian
Bogor yang telah memberikan kesempatan untuk menerima Beasiswa Pendidikan Program Pascasajana (BPPs) Ditjen Pendidikan Tingqi. 2. Prof.Dr.lr. Soedodo Hardjoamidjojo, MSc. (Ketua Komisi) dan Ir. M. Yanuar J. Puwanto, MS. (Anggota Komisi) yang telah banyak memberikan bimbingan dan petunjuk serta saran-saran yang sapgat besar manfaatnya, mulai dari persiapan
sampai penulisa laporan. 3. Ayahanda Paimin dan lbunda Suratmi, Bapak msttua Drs.
H. M. Komarudin
Saleh, MSi. dan lbunda mertua Hj. Tiing, SPd., serta adik-adik: Wawang, Superrnitah, Mariyono, Linda, Asep, Dedi, Nurdin yang senantiasa membantu
dan rnemberi dorongan dan doa. 4. lstri tercinta lis Aisyah Marwati, SE, dan ananda tersayang Moch. Febriansyah Trisnadi atas segala pengertian, pengorbanan, ketabahan, kesabaran, dan doa
yang tulus selama penulis tugas belajar di IPB. 5. Rekan-rekan mahasiswa program studi lln~uKeteknikan Pertanian PPs IPB, teman-teman sepejuangan , atas segala dukungan dan kajasamanya. Penulis berharap hasil penelitian ini dapat bermanfaat dalam perencanaan dan pengelolaan sumberdaya alam di kawasan daerah aliran sungai. Akhirnya semoga
Allah SVVT senantiasa memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya kepada klita semua. Amin.
Bogor, April 2002 Penulis
DAFTAR IS1
Halaman
Teks
DAFTAR TABEL ............................................................................................. ix
DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... x DAFTAR LAMPIRAN...................................................................................
xii
PENDAHULUAN ..............................................................................
1
t
1 .1. Latar Belakapg ............................................................................. 1 1.2. Tujuan Perielitian ........................................................................ I!
2
TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 4 2.1.
Dasar Penginderaan Satelit Cuaca ............................................
2.2.
Pembentukan Awan .................................................................... 5
2.2.1. AwanOrografik .......................................................................
4
6
2.2.2. Awan Konveksi ......................................................................... 7
2.3. Pendugaan Curah Hujan ............................................................. 7 2.4. Hubungan Curah Hujan dengan Limpasan (runoff) .................... 9 2.5. Sistem dan Model........................................................................ 10 2.6. Perkernbangan Model Pendugaan Rul~off............................... 12
Ill
DESKRlPSl D.4ERAH PENELlTlAN .............................................. 14 3.1.
1V
V
Letak Geografis .....................................................................14 3.2. Bentuk dan Hidrologi DAS .................................................. 14 3.3. lklim ........................................................................................ 15 3.4. FisiografiLahan ......................................................................... 17 3.5. Jenis Tanah ................................................................................. 18 3.6. Penggunaan Lahan ................................................................19 PELAKSANAAN PENELITIAN .............................................................. 21 4.1. Tempat dan Waktu Penelitjar! ................................................. 21 4.2. Bahan dan Alat Penelitian ........................................................ 21 4.3. Prosedur Penelitian ...................................................................... 21 4.3.1. PengumpulanData ................................................................ 21 4.3.2. Analisis Data ............................................................................. 22 HASlL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 34 5.1. Analisis Model Curah Hujan ...................................................... 34 vii
5.2. Evapotranspirasi Aktual ....................................:.....# ....................
................................................................ 5.4. Analisis Model Tangki .................................... ............................. 5.4.1. Masukan dan Keluaran Model .................................................. 5.3. Karaktsristik Infiltrasi
5.4.2. Kalibrasi dan Validasi Model ................................................... 5.5. Analisis Aliran Permukaan (Surface RunofflSro).Aliran Bawah Permukaan (Sub Surface Runoff). d m Aliran Dasar (Baseflow) 5.6. Model Pendugaan debit ............................................................
.
5.6.1 Penyusunan Model Curah Hujan
...........................................
5.6.2. Penyusunan Model Debit ..........................................................
VI
KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 6.1. Kesimpulan ................................................................................
6.2. Saran ............................................................................................
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul label
Halaman
1.
Luas Masing-masing Sub DAS di DAS Ciliwung Hulu ..................
14
2.
Keadaan lklim DAS Ciliwung Hulu Berdasarkan Pengukuran pada ............ Stasiun Klimatologi Citeko ................................ . .
16
3.
Curah Hujan Rata-rata Butanan pada DAS Ciliwung Hulu ...........
17
4.
Luas dan Kelas Lereng DAS Ciliwung Hulu
5.
Penyebaran Jenis Tanah DAS Ciliwung Hulu
6.
Penggunaan Lahan DAS Ciliwung Hulu
7.
Nilai Ko&isien Tanaman pada berbagai Tata Guna Lahan ..........
8.
Nilai Koefisien Lubang lnfiltrasi ( 2 ,) dan Lubang Perkolasi (z2) pada berbagai Tata Guna Lahan .................................................. 40
9.
Nilai Parameter Model Berdasarkan Data Tahun 1998 ...............
..............................
18
...................... . ...
18
.................. ......
.......
20 27
43
I 0. Persentase Aliran Permukaan. Aliran Bawah Permu~aan.dan Aliran Dasar untuk Setiap Tata Guna Lahan ............................. 51
15.
Grafrk Hasil Simulasi Validasi Data Tahun 1999 DAS Ciliwung Hulu Berdasarkan Masukan Curah Hujan Duyaan ............................... 47
16.
Ptoting Debit Dugaan Berdasarkan Masukan Curah Hujan Dugaan dengan Debit b,Mual untuk Mengetahui Nilai R ' DAS Ciliwung Hulu Tahun 1999 .......................................................................... 47
17a. Grafik ABran Pemukaan, Aliran Bawah Permukaan, Aliran Dasar, dan Totaf Lirnpasan pada Tata Gune Lahan Sawah di DAS Ciliwung Hulu .................................................................................... 48 17b.
Grafik Aliran Permukaan, Aliran Bawah Permukaan, Aliran Dasar, dan Total Limpasan pada Tata Guna Lahan Kutan di DAS Ciliwung Hulu .................................................................................... 49
17c. Grafik Alifan ~ermukaan,Aliran Bawah Permukaan, Aliran Dasar, dan Total Limpasan pada Tata Guna Lahan Perkebunan di DAS Ciliwung Hulu ........................................................................49 17d.
GraRk Aliran Permukaan, Aliran Bawah Permukaan, Aliran Dasar, dan Total Limpasan pada Tata Gilna Iahan Pertanian Dataran Tinggi di DAS Ciliwung Hulu ..................................................... 50
17e. Grafik Aliran Permukaan, Aliran Bawah Permukaan, Aliran Dasar, dan Total Limpasan pada Tata Guna Lahan Pemukimanl Pekarangan di DAS Ciliwung Hulr~.............................................
50
Nornor
Juduf Lampiran
Halaman
....... . . ... ........,, , . . . .
59
......... ........ ..... .. . ........... ... ...
60
Tabel Nilai Tinggi Awan, Luas Awan. Suhu Minimum Awan, dan Kelembaban Udara Ta hun 1998 .................... ... . . . ..... .... . .. . ...
61
Peta Jaringan Stasiun Hujan dengan Poligon Thiessen Daerah Aliran Sungai Ciliwung Hulu .. ..... . . ..,,............ . . ......
62
5.
Tabel Hasil Parhitungan Evapotranspirasi Potensial Acuan (1998)
63
6.
Tabel Hasil Perhitungan Evapotranspirasi Potensial Acusn (1999)
64
7.
Hasit Perhitungan Laju lnfiltrasi di OAS Ciliwung Hulu
......... ... ... .
65
8.
Hasil Perfiitungafl Curah Hujan Rata-rata DAS Ciliwung Hulu Tahun 7998 .... . . .. . ....... ... . . . . . ... ....... ........ ....... ... . . .. . ..............
66
Hasil Perhitungan Curah Hujan Rata-rata DAS Ciliwung Hulu Tahun f 989 ... ............ ... ...... ........................... ............... ... ..
74
10.
Hasil Perhitungan Curah Hujan Dugaan Tahun 1998 . . . . . . ............
82
11.
Hasil Perhitungan Curah Hujan Dugaan Tahun 1999 ....... . . .. . ... ...
90
12.
Hasil Perhitungan Debit dengan Model Tangki pada DAS Ciliwung Hulu Tahun 1998 .... . . . . . . . . ....... ... . . ............. . .. . . ... ....... ... . .. . . . . . .
98
Hasil Perhitungan Debit dengan Model Tangki pada DAS Ciliwung Hulu Tahun 1998 . . . .. . .......... ... . . .. . .......... . .. . . .......... . .. , . . . . ... ....
106
1
Peta Tata Guna Lahan DAS Ciliwung Hulu
2.
Sfruktur Program Model Tangki
3. 4.
9.
13.
.
.
