STUDI VARIABILITAS CURAH HUJAN STASIUN PENGAMATAN KATULAMPA BERDASARKAN DATA OBSERVASI TAHUN 1981 - 2006 RAINFALL VARIABILITY ANALYSIS OF KATULAMPA RAIN STATION IN BOGOR, 1981 - 2006 Astrid Wulandari1 dan Arief Sudradjat2 Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, Jl Ganesha 10 Bandung 40132 1
[email protected] dan
[email protected] Abstrak: Karakteristik curah hujan dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti faktor meteorologi dan klimatologi. Faktor ini bervariasi secara geografis, waktu ataupun musim, dan mengakibatkan apa yang disebut dengan variabilitas curah hujan. Dalam penelitian ini, kami ingin mengidentifikasi variabilitas curah hujan pada stasiun Katulampa di Bogor karena lokasinya yang berada di daerah DAS Ciliwung. Identifikasi variabilitas dilakukan dengan mengkategorikan hujan menjadi curah hujan ringan, menengah dan tinggi, yang kemudian dianalisis frekuensi, akumulasi serta intensitas curah hujannya. Hasil analisis memperlihatkan tren yang menurun untuk akumulasi dan frekuensi, namun peningkatan intensitas untuk curah hujan ringan. Untuk curah hujan menengah, akumulasi dan frekuensi cenderung konstan, namun terjadi peningkatan intensitas. Sedangkan, curah hujan tinggi tidak menunjukkan perubahan yang signifikan untuk semua karakteristik yang dianalisis. Analisis juga dilakukan untuk curah hujan 5-harian dan 10-harian di mana hasil studi menunjukkan penurunan frekuensi untuk curah hujan 5 - harian dan tidak ada perubahan tertentu untuk hujan 10-harian. Kata kunci: presipitasi; tren Abstract: Rainfall characteristic is influenced by a number of factors, such as meteorological or climatic factors. These factors vary spatially and temporally, and thus result in the variability of rainfall. In this study, we would like identify the rainfall variability of Katulampa rain station due to the proximity to Ciliwung River Basin. Rain variability is identified by categorizing rainfall into light, intermediate and heavy rain, which then will be analyzed by its characteristic of frequency, amount and intensity. The result showed a declining trend for the amount and frequency of light rain, but an increase in intensity. For intermediate rain, the amount and frequency is rather constant, but the intensity happened to be increasing. Meanwhile, heavy rain exhibits no significant changes for all characteristics analyzed. Analysis is also being done for 5-days and 10-days rain occurences, which displayed a decrease in frequency for 5-days rain and no change for 10-days rain. Key words: precipitation; trend
PENDAHULUAN Penelitian curah hujan global di daerah tropis oleh Lau & Wu (2006) menunjukkan adanya perubahan karakteristik curah hujan tropis di mana struktur dari karakteristik hujan; khususnya pada hujan berintensitas tinggi, mungkin lebih sensitif terhadap kondisi lingkungan yang lebih hangat. Penelitian tersebut juga menyebutkan bahwa sejak tahun 1980an, frekuensi curah hujan berintensitas tinggi di Indonesia cenderung berkurang namun curah hujan dengan intensitas menengah kian meningkat. Perubahan karakteristik hujan ini kemudian penulis kaitkan dengan peristiwa banjir di Jakarta yang terus terjadi.
Sungai Ciliwung merupakan salah satu dari sungai yang mengalir di kota Jakarta dan seringkali menjadi penyebab terjadinya banjir. Dalam hal ini, selain aspek infrastruktu, aspek hidrologi juga penting untuk diteliti dalam upaya pencegahan dan mitigasi banjir. Penelitian ini bermaksud untuk mempelajari variabilitas curah hujan dalam kurun waktu terakhir pada stasiun hujan Katulampa karena lokasinya yang berdekatan dengan Sungai Ciliwung. METODOLOGI Untuk studi ini, digunakan data observasi curah hujan harian yang diperoleh dari Dinas Pengelolaan Sumber Daya Air Bogor dan Pusat Penelitian & Pengembangan Sumber Daya Air (PUSAIR). Hanya terdapat 3 stasiun penakar hujan yang memiliki data lengkap untuk periode observasi yang panjang, yaitu stasiun Empang, Gunung Mas dan Katulampa. Tabel 1 menunjukkan kelengkapan data dari stasiun - stasiun tersebut. Dengan data yang sangat terbatas, kami menentukan periode studi variabilitas curah hujan sepanjang 25 tahun, yaitu dari tahun 1981 hingga 2006. Gambar 1 mengilustrasikan posisi dari stasiun - stasiun tersebut pada DAS Ciliwung Hulu. Tabel 1. Data Curah Hujan Harian DAS Ciliwung Hulu Stasiun Periode Data Yang Hilang Warna Pada Peta Empang 1967 - 2006 Biru Gunung Mas 1978 - 2012 Oranye Katulampa 1981 - 2012 Merah
Gambar 1. Posisi alat penakar hujan yang dipilih (Sumber : modifikasi dari Google Maps, 2013) Sebelum melakukan analisis data, dilakukan uji konsistensi dari seluruh data yang telah dikumpulkan dengan metode kurva ganda dan menyesuaikan data - data yang tidak konsisten. Data stasiun Empang dan Gunung Mas digunakan sebagai perbandingan untuk uji ini. Harus dipastikan bahwa tren yang terjadi disebabkan oleh perubahan meteorologis, dan bukan karena perubahan posisi alat penakar hujan, atau perubahan dalam sistem observasi curah hujan (Searcy & Hardison, 1960).
Untuk studi ini, kami menggunakan metode penelitian yang secara garis besar sama dengan metode penelitian deteksi tren pada karakteristik hujan tropis global oleh Lau dan Wu (2006). Setelah uji konsistensi, kami mengelompokkan curah hujan dengan interval sebesar 1 mm per hari. Data curah hujan tersebut juga dikategorikan menjadi 3 jenis yaitu B5, T10 dan I25. B5 didefinisikan sebagai curah hujan ringan, yaitu 5% terbawah dari data hujan, T10 adalah curah hujan tinggi yang mencakup data 10% teratas, dan I25 adalah curah hujan menengah sebagai data yang berada pada rentang kuartil 2 dan 3. Setelah itu ditentukan nilai batas ambang dari masing - masing kategori per tahun beserta nilai ambang batas rata - ratanya. Setelah batas ambang ditentukan, dilakukan evaluasi intensitas per kategori dengan nilai ambang batas per tahun, yang kemudian dianalisis dengan grafik time series. Dilakukan juga analisis perubahan jumlah atau akumulasi curah hujan yang turun. Hal ini dilakukan dengan menghitung jumlah hujan yang berada pada rentang ambang batas rata - rata masing - masing kategori hujan. Untuk analisis frekuensi, kami menghitung jumlah kejadian curah hujan di dalam nilai batas ambang untuk masing - masing kategori hujan. Analisis frekuensi ini dilakukan dengan menggunakan bantuan grafik time series. Setelah itu dilakukan penentuan jumlah kejadian curah hujan 5 dan 10-harian untuk data observasi stasiun hujan Katulampa, yang kemudian diolah dengan grafik time series. Untuk mengidentifikasi perubahan pada fungsi distribusi probabilitas, dibuat grafik histogram untuk kelompok curah hujan dengan interval 1 mm/hari. Seluruh hasil pengolahan data kemudian diuji dengan menggunakan tes Spearman-Conley. Tes Spearman-Conley dilakukan sebagai suatu alternatif untuk mengetahui adanya korelasi berulang dari variabel - variabel independen yang nilainya tidak lengkap. Melalui uji ini, kita dapat mengetahui apakah suatu tren pada data yang univariat signifikan atau tidak. Batas signifikansi yang digunakan untuk uji ini adalah 5%.
Gambar 2. Diagram alir metodologi penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN Sebagai pengolahan data awal, setelah melakukan uji konsistensi dengan data dari stasiun lain, kami mengakumulasi curah hujan per tahun pada stasiun hujan Katulampa untuk melihat tren hujan secara keseluruhan. Hasil pengolahan data tersebut memperlihatnya adanya penurunan sejak tahun 1981 - 2006 seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3, namun setelah diuji dengan tes Spearman-Conley penurunan ini tidak signifikan.
Gambar 3. Akumulasi curah hujan tahunan pada stasiun hujan Katulampa Tren akumulasi curah hujan pada stasiun Katulampa tidak menunjukkan perubahan yang signifikan, namun kami ingin mengetahui karakteristik curah hujan yang turun dalam kurun waktu 25 tahun terakhir dengan lebih detail. Untuk meneliti hal tersebut kami telah mengelompokkan curah hujan menjadi beberapa kategori yaitu curah hujan ringan (B5), curah hujan menengah (I25) dan curah hujan tinggi (T10), di mana B5 adalah 5% data terbawah dari seluruh data, I25 adalah data yang berada pada rentang kuartil 2 dan 3, dan T10 adalah 10% data teratas dari seluruh data. Tabel 2. Karakteristik curah hujan pada stasiun Katulampa tahun 1981 - 2006 Ambang Batas Hujan (mm/hari) Jumlah Kejadian Hujan (hari) %Jumlah Kejadian Hujan Akumulasi Intensitas Hujan (mm)
T10
B5
I25
>55
<4
(10, 34)
422
363
2208
9.8
8.4
51.2
32,067
825
40,672
Kemudian, kami menganalisis intensitas menggunakan ambang batas hujan per tahun untuk tiap kategori hujan B5, I25 dan T10 yang sudah dihitung dengan menggunakan grafik time series. Hasil pengolahan data pada Gambar 4 menunjukkan peningkatan intensitas untuk hujan ringan (B5) dan hujan menengah (I25) dalam periode pengamatan. 12 8 6 4
2005
2003
2001
1999
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
0
1983
2 1981
Intensitas (mm/hari)
10
Tahun
20 15 10
1997
1999
2001
2003
2005
1997
1999
2001
2003
2005
1995
1993
1991
1989
1987
1985
0
1983
5 1981
Intensitas (mm/hari)
25
Tahun
50 40 30 20
1995
1993
1991
1989
1987
1985
0
1983
10 1981
Intensitas (mm/hari)
60
Tahun
Gambar 4. Analisis intensitas untuk hujan (A) B5, (B) I25 batas bawah, (C) I25 batas atas
Kategori hujan tersebut juga kami analisis untuk perubahan akumulasi hujan dan frekuensi dengan grafik time series dengan menggunakan nilai ambang batas rata - rata. Hasil analisis data menunjukkan bahwa kejadian curah hujan untuk karakteristik hujan ringan (B5) cenderung menurun sejak tahun 1981, dan untuk curah hujan menengah (I25) dan tinggi (T10) cenderung konstan. Frekuensi kejadian curah hujan untuk B5 dan T10 dapat dilihat pada Gambar 5. Akumulasi curah hujan tahunan untuk B5 dan T10 juga menunjukkan hasil yang serupa dengan frekuensi kejadian hujan untuk masing - masing kategori, yaitu penurunan akumulasi curah hujan untuk kategori B5; I25 dan T10 cenderung konstan.
(A)
(B)
(C)
(D)
Gambar 5. Time series dari (A) kejadian curah hujan tahunan untuk B5 dan (B) T10, dan akumulasi hujan tahunan untuk kategori hujan (C) B5 dan (D) T10
Pengelompokkan data dengan interval 1 mm/hari juga dianalisis dengan histogram (Gambar 6) untuk melihat perbedaan distribusi curah hujan dalam waktu 25 tahun terakhir, dengan membandingkan karakteristik kelompok data hujan pada tahun 1981 - 1993 dan 1994 2006 (dekadal). Terdapat perbedaan di mana pada dekade awal, curah hujan berkarakteristik hujan ringan (B5) dengan kelompok data di bawah 4 mm/hari lebih banyak terjadi, dengan karakteristik hujan menengah (I25) yang berada pada rentang 9 - 34 mm/hari yang intensitasnya berada pada rentang bawah dari interval intensitas hujan I25. Sedangkan pada dekade akhir (1994 - 2006), dapat dilihat bahwa peristiwa curah hujan ringan (B5) cenderung menurun, dan curah hujan menengah (I25) semakin sering terjadi dengan tingkat intensitas rentang atas pada interval intensitas 9 - 34 mm/hari.
(A)
(B)
Gambar 6. Kelompok data curah hujan untuk tahun (A) 1981-1993 dan (B) 1994-2006
Analisis juga dilakukan untuk kejadian hujan 5-harian & 10-harian untuk tahun 1981 - 2006. Untuk hujan 5-harian terdapat penurunan yang cukup drastis dari tahu 1981 hingga sekarang. Tren penurunan ini juga telah diuji dengan tes Spearman-Conley dan menunjukkan tren dengan signifikansi yang cukup tinggi. Namun untuk tren data hujan 10-harian yang menurun, hasil uji Spearman-Conley tidak menunjukkan tren yang signifikan.
Gambar 7. Frekuensi kejadian hujan 5-harian & 10-harian Tren kejadian hujan serta akumulasi curah hujan untuk kategori hujan B5, I25, dan T10 juga telah diuji dengan tes Spearman Conley, di mana seluruh tren ternyata tidak signifikan, kecuali untuk seluruh perubahan karakteristik curah hujan B5 dan perubahan intensitas curah hujan I25. Secara keseluruhan dapat dilihat bahwa, terjadi penurunan kejadian curah hujan dan akumulasinya untuk B5 sedangkan hujan I25 dan T10 konstan. Untuk curah hujan ringan, ditemukan bahwa intensitasnya cenderung meningkat namun akumulasi serta frekuensinya menurun. Hal ini sesuai dengan generalisasi umum dalam hidrologi terkait dengan hubungan frekuensi, akumulasi dan intensitas; di mana apabila intensitas meningkat dan akumulasi curah hujan menurun, maka frekuensi diharapkan untuk menurun. Peningkatan intensitas curah hujan B5 ini mungkin diakibatkan oleh peningkatan curah hujan I25 yang terjadi, di mana curah hujan I25 mencakup 51.2 % (Tabel 2) dari seluruh data curah hujan sehingga mempengaruhi karakteristik curah hujan lainnya. Untuk curah hujan I25 yang mengalami peningkatan intensitas, hal ini mungkin dapat mempengaruhi distribusi intensitas curah hujan pada stasiun Katulampa. Perubahan distribusi intensitas curah hujan ini sesuai dengan penelitian Milly dkk. (2008), di mana disebutkan bahwa perubahan distribusi tersebut menandakan bahwa sistem hujan tidak stasioner. Disebutkan juga bahwa selama ini, analisis hidrologi dalam perencanaan dan manajemen sumber daya air mengasumsikan bahwa rentang variabilitas hujan cenderung stasioner. Hal ini dapat dilihat dalam praktik manajemen sumber daya air, di mana variabilitas hujan diasumsikan dalam kurun waktu tertentu (misal kejadian hujan ekstrim dengan kala ulang 10 tahunan) tidak akan mengalami perubahan. Selain itu, hasil pengolahan data untuk frekuensi hujan 5-harian juga memperlihatkan penurunan dari tahun 1981 - 2006. Curah hujan 5-harian berkaitan dengan kapasitas infilrasi tanah. Tanah memiliki kapasitas tertentu untuk menginfiltrasi air hujan. Namun ketika curah hujan melebihi kapasitas tanah untuk menginfiltrasi, akan lebih banyak limpasan yang terbentuk (Fetter, 2001). Sehingga, seharusnya penurunan curah hujan 5 - harian berarti menunjukkan
penurunan limpasan yang dibentuk oleh curah hujan yang turun pada area yang diwakili oleh stasiun hujan Katulampa. KESIMPULAN Dari keseluruhan pengolahan data, dapat diambil kesimpulan bahwa curah hujan ringan dari tahun 1981 - 2006 pada stasiun hujan Katulampa di area DAS Ciliwung Hulu menurun, mulai dari jumlah curah hujan setiap tahun dan frekuensi. Sedangkan frekuensi dan jumlah hujan untuk curah hujan menengah dan tinggi cenderung konstan, kecuali untuk intensitas hujan menengah. Intensitas curah hujan menengah yang berubah mengindikasikan perubahan pada distribusi intensitas data curah hujan stasiun pengamatan Katulampa secara menyeluruh. Untuk kejadian curah hujan 5-harian, ditemukan bahwa trennya semakin menurun dalam kurun waktu periode studi. Hal ini menunjukkan bahwa kemungkinan kontribusi curah hujan pada area stasiun hujan Katulampa rendah terhadap limpasan yang terbentuk. Karakteristik curah hujan lain pada kategori curah hujan menengah dan tinggi yaitu akumulasi dan frekuensi curah hujan tidak menunjukkan adanya perubahan. DAFTAR PUSTAKA Fetter, C. W. (2001). Applied hydrogeology (3th ed.). Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall. Lau, K., & Wu, H. (2006). Detecting Trends In Tropical Rainfall Characteristics, 1979-2003. International Journal of Climatology, 27(8), 979-988. Diakses 20 Mei 2013, dari http://dx.doi.org/10.1002/joc.1454 McCuen, R. H. (2002). Modeling hydrologic change: statistical methods. Florida : CRC press. Milly, P. C., Betancourt, J., Falkenmark, M., Hirsch, R. M., Kundzewicz, Z. W., Lettenmaier, D. P., et al. (2008). CLIMATE CHANGE: Stationarity Is Dead: Whither Water Management?. Science, 319(5863), 573-574. Diakses 20 Agustus, 2013, dari http://dx.doi.org/10.1126/science.1151915 Searcy, J. K., & Hardison, C. H. (1960).Double-mass curves. Washington, D.C.: U.S. G.P.O.
