Analisis Data Hidrologi Menggunakan Metode Statistika dan Stokastik; Seri Hidrologi, oleh Soewarno Hak Cipta © 2015 pada penulis GRAHA ILMU Ruko Jambusari 7A Yogyakarta 55283 Telp: 0274-889398; Fax: 0274-889057; E-mail:
[email protected] Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit. ISBN: 978-602-262-439-4 Cetakan Pertama, tahun 2015
Semua informasi tentang buku ini, silahkan scan QR Code di cover belakang buku ini
BAB ..... KATA PENGANTAR
Penyelenggaraan pengelolaan sumber daya air menghadapi permasalahan yang semakin komplek, sejalan dengan pertambahan jumlah penduduk, maka meningkat pula kubutuhan air untuk berbagai keperluan. Di sisi lain gejala degradasi lingkungan terus berjalan, di antaranya ditandai dengan frekuensi banjir dan kekeringan semakin meningkat, ketersedian air pada musim penghujan dan kemarau dirasakan semakin tidak seimbang terbukti dengan semakin besarnya fluktuasi hidrograf debit runtut waktu, umur layan waduk diperkirakan lebih cepat karena tidak sesuai dengan umur layan desain, sebagai akibat dari besarnya laju sedimentasi yang belum dapat direduksi, degradasi air tanah terus berlangsung. Untuk mendukung pengelolaan sumber daya air, UU No. 7 tahun 2004, tentang sumber daya air, telah mengamanatkan, perlunya sistem informasi hidrologi. Pengelolaan sumber daya air tanpa didukung informasi hidrologi adalah suatu hal yang mustahil, di sisi lain pendataan dan analisis hidrologi tanpa diaplikasikan untuk pengelolaan sumber daya air adalah suatu pekerjaan yang kurang bermanfaat. Kedekatan antara ilmu hidrologi dengan sumber daya air dapat diibaratkan dengan peribahasa, seperti: 1. 2.
Sekeping mata uang logam, di mana sisi sebelah adalah hidrologi dan sisi yang sebelah lagi adalah sumber daya air, artinya kedua bidang ilmu tersebut tidak dapat dipisahkan satu sama lain. Selembar daun sirih, meskipun agak berbeda warna ke dua sisinya namun bila digigit rasanya sama, artinya kedua bidang ilmu tersebut tidak dapat dipisahkan satu sama lain.
Pernyataan pada peribahasa tersebut mengingatkan kita, bahwa pengelolaan sumber daya air butuh data dan informasi hidrologi. Informasi hidrologi dapat dibuat berdasarkan analisis data hidrologi. Fakta mengenai fenomena hidrologi di lapangan dapat dikumpulkan, dihitung, dianalisis, disajikan dan ditafsirkan menggunakan banyak metode, di antaranya adalah metode statistika. Aplikasi Metode Statistika dan Stokastik untuk Analisis Data Hidrologi dalam buku ini, lebih banyak menyajikan contoh aplikasi daripada teori. Namun hendaknya hasil perhitungan setiap contoh untuk tidak dijadikan suatu kesimpulan tentang fenomena hidrologi dari pos hidrologi atau daerah aliran sungai (DAS) yang bersangkutan berkait dengan pengelolaan sumber daya air. Isinya dimulai dengan
vi
Analisis Data Hidrologi Menggunakan Metode Statistika dan Stokastik
uraian tentang Aplikasi Metode Statistika dan Stokastik untuk Analisis Data Hidrologi mencakup: (1) Uji hipotesis terhadap nilai rata-rata, nilai varian, uji non parametrik, analisis varian, (2) Analisis deret berkala: (a) uji ketidak-adaan trend, (b) uji stasioner, (c) uji persistensi, (d) analisis trend, (e) membangkitkan data sintetik, (3) Aplikasi model regresi dan korelasi data hidrologi; (4) Uji ketelitian pengukuran debit di pos hidrometri aliran sungai. Dilanjutkan cerita contoh sederhana Aplikasi Metode Statistika untuk Analisis Hidrologi dalam pendayagunaan air, yang mencakup uraian: (1) Kebutuhan data, (2) Metode pendekatan, (3) Model sederhana memperkirakan ketersediaan air, (4) Masalah ketersedian air permukaan mencakup: (a) pendangkalan waduk, (b) ineffisiensi penggunaan air irigasi (c) umur layan waduk. Khusus untuk umur layan waduk diuraikan tentang (1) teknosabo, (2) teknik memperkirakan umur layan waduk sebelum penggenangan dan setelah penggenangan menggunakan: (a) metode inflow-outlow, (b) analisis grafis berbasis data pemeruman waduk runtut waktu, (c) metode empiris reduksi-luas (d) metode empiris pertambahan – luas, (3) cara memperlama umur layan waduk: (a) di genangan air waduk (b) aplikasi teknosabo di alur sungai inflow waduk dan di DAS waduk, (4) kasus waduk sungai laharan. Aplikasi Metode Stokastik untuk Analisis Data Hidrologi mencakup ceritera tentang (1) karakteristik data debit runtut waktu (2) pengujian data debit runtut waktu, (3) Model Stokastik jenis AR, (4) Model Stokastik jenis ARIMA, dengan contoh aplikasi inflow waduk Saguling dan waduk Mrica, dilanjutkan informasi tentang koefisien aliran, sumber kesalahan teknis pendataan hidrologi. Buku ini ditutup ceritera singkat tentang air tanah mencakup tinjauan umum, akifer, uji-pompa (pumping-test), debit aliran air tanah, pemanfaatan air tanah, pengaruh pemompaan sumur bor terhadap sumur gali, dampak pemanfaatan air tanah yang berlebih, intrusi air asin ke akifer, imbuhan buatan. Metode analisis hidrologi sebenarnya mempunyai lingkup yang sangat luas dan dinamis, serta selalu terus berkembang seiring dengan kemajuan teknologi. Menganalisis data hidrologi tidak akan berakhir, selama dunia ini keberadaannya belum berakhir, sejalan dengan berakhirnya siklus hidrologi. Pembahasan analisis hidrologi untuk sumber daya air yang terpadu dan lebih luas lingkupnya, sungguh merupakan pekerjan yang tidak mudah dan penulis belum mampu untuk melaksanakannya. Oleh sebab itu penulis sangat sadar, karena keterbatasan kemampuan, wawasan dan pengetahuan serta pengalaman, sehingga lingkup dan bobot materi buku ini tentu masih jauh dari lengkap dan belum sempurna, maka kritik dan saran sangat saya harapkan.
Sleman, Yogyakarta Penyusun: Soewarno
BAB ..... DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
v
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL BAB I
APLIKASI UJI HIPOTESIS DATA HIDROLOGI 1.1 1.2 1.3
1.4
1.5
1.6
Pendahuluan Cara Pengujian Pengujian Nilai Rata-rata 1.3.1 Pengujian Nilai Rata-rata Sampel Besar 1.3.2 Pengujian Nilai Rata-rata Sampel Kecil 1.3.3 Interval Kepercayaan untuk Nilai Rata-rata 1.3.4 Uji-t untuk Data Berpasangan 1.3.5 Pengujian Rata-rata Sampel Jika Varian Tidak Sama Jenis 1.3.6 Penentuan Jumlah Sampel Pengujian Nilai Varian 1.4.1 Pengujian Varian Sampel dan Varian Populasi 1.4.2 Pengujian Varian Populasi 1.4.3 Uji Kesamaan Jenis Varian Sampel 1.4.4 Uji–Chi Kuadrat untuk Data Berpasangan Metode Non Parametrik 1.5.1 Uji Mann dan Whitney 1.5.2 Uji Kruskal – Wallis Analisis Varian 1.6.1 Klasifikasi Satu Arah 1.6.2 Klasifikasi Dua Arah
xxi 1 1 2 5 6 12 16 19 22 24 25 25 27 29 32 35 35 38 41 42 48
viii
BAB II
Analisis Data Hidrologi Menggunakan Metode Statistika dan Stokastik
APLIKASI METODE STATISTIK UNTUK ANALISIS DATA HIDROLOGI RUNTUT WAKTU 2.1 Pendahuluan 2.2 Ketidakadaan Trend Data Hidrologi Runtut Waktu 2.2.1 Uji Korelasi Peringkat Metode Spearman 2.2.2 Uji Mann dan Whitney 2.2.3 Uji Tanda dari Cox dan Stuart 2.3 Uji Stasioner Data Hidrologi Runtut Waktu 2.4 Uji Persistensi Data Hidrologi Runtut Waktu 2.5 Analisis Trend 2.5.1 Metode Analisis Regresi 2.5.2 Metode Rata-rata Bergerak 2.6 Membangkitkan Data Hidrologi Sintetik
65 65 66 67 71 73 74 77 79 80 80 84
BAB III APLIKASI MODEL REGRESI DAN ANALISIS KORELASI DATA HIDROLOGI 3.1 Pendahuluan 3.2 Model Regresi 3.3 Model Regresi Linear Sederhana 3.3.1 Penentuan Persamaan 3.3.2 Batas Daerah Kepercayaan Garis Regresi 3.3.3 Pengujian Titik Potong 3.3.4 Pengujian Koefisien Regresi 3.3.5 Pengujian Koefisien Korelasi 3.3.6 Koefisien Korelasi Peringkat 3.4 Model Regresi Eksponensial 3.5 Model Regresi Berpangkat 3.6 Model Regresi Logaritmik 3.7 Model Regresi Polinomial 3.8 Model Regresi Berganda 3.8.1 Regresi Linear Berganda 3.8.2 Model Regresi Berpangkat Berganda 3.9 Uji Durbin – Watson
101 101 104 107 107 114 117 119 121 122 125 132 138 143 157 157 166 171
BAB IV APLIKASI METODE STATISTIK UNTUK UJI KETELITIAN PENGUKURAN DEBIT 4.1 Pendahuluan 4.2 Jenis Kesalahan Pengukuran Debit 4.3 Ketelitian Pengukuran Debit dengan Alat Ukur Arus 4.3.1 Sumber Kesalahan Pengukuran 4.3.2 Penentuan Ketelitian Parameter Pengukuran Debit 4.3.3 Perhitungan Ketelitian Pengukuran Debit 4.3.4 Kekurangtelitian Pengukuran Debit dengan Alat Ukur Arus
181 181 181 182 182 184 188 189
Daftar Isi
ix
4.4
BAB V
Ketelitian Pengukuran Debit Menggunakan Ambang 4.4.1 Ketelitian Pengukuran Lebar Ambang 4.4.2 Ketelitian Pengukuran Tinggi Muka Air Ambang 4.4.3 Katelitian Penentuan Koefisien Debit 4.4.4 Contoh Pengukuran Debit dengan Ambang Tajam 4.4.5 Pengukuran Debit dengan Ambang Lebar
ANALISIS HIDROLOGI UNTUK PENDAYAGUNAAN KETERSEDIAAN AIR PERMUKAAN 5.1 Pendahuluan 5.2 Kebutuhan Ketersediaan Data Debit Runtut Waktu 5.3 Metode Pendekatan Jika Data Ketersediaan Debit Tak Cukup 5.4 Model Memperkirakan Ketersediaan Air DAS 5.4.1 Model Regresi Debit di Antara Dua Lokasi atau Lebih 5.4.2 Model Regresi Debit dengan Curah Hujan dan Karakteristik DAS 5.4.3 Model Hidrologi Hujan-Aliran 5.5 Masalah Hidrologi Ketersediaan Air Permukaan 5.5.1 Ketersediaan Air Akibat Pendangkalan Waduk 5.5.2 Inefisiensi Penggunaan Ketersediaan Air Irigasi 5.5.3 Teknosabo 5.5.4 Teknik Memperkirakan Umur Layar Waduk 5.6 Karakteristik Data Debit Runtut Waktu 5.6.1 Manfaat Data Debit Runtut Waktu 5.6.2 Struktur Data Debit Runtut Waktu 5.7 Pengujian Data Debit Runtut Waktu 5.8 Teknik Pemodelan Debit Runtut Waktu untuk Prakiraan Ketersediaan Air 5.9 Model Stokastik Jenis Autoregresi (AR) Aliran Tahunan 5.10 Model Stokastik Jenis Autoregresi (AR) Aliran Bulanan 5.11 Model Stokastik Jenis Arima 5.11.1 Bentuk Model ARIMA 5.11.2 Perangkat Analisis Model ARIMA 5.11.3 Tahap Analisis Model ARIMA 5.11.4 Pemeriksaan Diagnostik Model ARIMA 5.11.5 Contoh Aplikasi Model ARIMA untuk Prakiraan Inflow Waduk 5.12 Ketersediaan Air dan Koefisien Aliran 5.13 Sumber Kesalahan Teknis Pendataan Hidrologi
BAB VI AIR TANAH 6.1 Pengertian Umum 6.2 Tinjauan Umum 6.2.1 Terjadinya Air Tanah 6.2.2 Sumber Air Tanah
197 197 197 197 198 202 205 205 206 209 210 210 211 213 216 216 218 224 231 319 319 320 322 325 327 328 330 330 334 337 338 338 352 354 363 363 363 363 365
x
Analisis Data Hidrologi Menggunakan Metode Statistika dan Stokastik
6.2.3 Karakteristik yang Menentukan Ekstraksi Air Tanah 6.2.4 Akifer 6.3 Tinjauan Sifat Fisik dan Hidraulis Akifer 6.3.1 Hasil Spesifik dan Retensi Spesifik 6.3.2 Hubungan Permeabilitas dan Transmisibilitas 6.4 Uji-Pompa 6.5 Debit Aliran Air Tanah 6.6 Pemanfaatan Air Tanah 6.7 Pengaruh Pemompaan Sumur Bor Terhadap Muka Air Sumur Gali 6.8 Dampak Pemanfaatan Air Tanah yang Berlebih 6.9 Intrusi Air Asin ke dalam Akifer Air Tawar di Pantai 6.10 Imbuhan Buatan DAFTAR PUSTAKA
365 366 370 370 372 373 377 380 383 384 387 390 395
-oo0oo-
