3.analisis Data Hidrologi Mengunakan Statistika Dan Stokastik - Soewarno - Rekayasa Sungai 2-1 [PDF]

Citation preview

ANALISIS DATA HIDROLOGI Menggunakan Metode Statistika dan Stokastik Oleh Soewarno



Diketik ulang oleh: NEAGEL BANDERAS ZEPANYA SIAHAAN KRISNA CRISTA MAHENDRA AUDRY SEBASTIAN INDRAJAYA AHMAD NURAHIM KEVIN LIANDRO ANISA WIDYASTUTI SRI MAISARAH YEREMIA APRILIO TUNDAN RUSNANA SULETAE ARIS AFRIANTA GINTING GRACE MARIA CHRISTY FLORIDA ASTUTI SAMUL SISI AYU ANDINI SITI AZIZA KURNIA DELIA MONICA AFANDA RENOTO ANDI PURWADI EIN JAVIER ANTONIA



DAB 118 005 DAB 118 013 DAB 118 017 DAB 118 011 DAB 118 014 DAB 118 007 DAB 118 001 DAB 118 012 DAB 118 010 DAB 118 003 DAB 118 020 DAB 118 019 DAB 118 004 DAB 118 009 DAB 118 018 DAB 118 008 DAB 118 015 DAB 118 002



KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS PALANGKA RAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL



Analisis Data Hidrologi Menggunakan Metode Statistika dan Stokastik; Seri Hidrologi, oleh Soewarno Hak Cipta © 2015 pada penulis GRAHA ILMU Ruko Jambusan 7A Yogyakarta 55283 Telp. 0274-8893; Fax: 0274-889057; E-mail:[email protected]



Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan ssebagian 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.



1



KATA PENGANTAR



Penyelenggaraan pengelolaan sumber daya air menghadapi permasalahan semakin komplek, sejalan dengan pertambahan jumlah penduduk, maka meningkat pula keburuhan air di berbagai keperluan. Di sisi lain gejala degredasi lingkungan terus berjalan, di antaranya ditandai dengan frekuensi banjir dan kekeringan semakin meningkat, ketersediaan air pada musim penghujan dan kemarau dirasakan semakin tidak seimbang terbukti dengan semakin besarnya fluktuasi hidrograh 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, degreadasi air terus berlangsung. Untuk mendukung pengelolaan sumber daya air, UU No. 7 tahun 2004, tentang sumber daya air, telah mengamanatkan, perlunya system 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. 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. 2. 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, dianalisi, disajikan dan ditafsirkan menggunakan banyak metode, diantaranya adalah metode statistika. Aplikasi Metode Statistika dan Stokastik untuk Analisi Data Hidrologi dalam buku ini, lebih banyak menyajikan contoh aplikasi daripada teori. Namun hendaknya hasil perhitungan setiap contoh untuk tidak dijadikan suatu kesimpulan tentang fenomenal hidrologi dari pos hidrologi atau daerah aliran sungai (DAS) yang bersangkutan berkait dengan pengelolaan sumber daya air. Isinya dimulai dengan uraian tentang Aplikasi Metode Statistika dan Stokastik untuk Analisi Data Hidrologi mencakup: (1) Uji hipotesis terhadap nilai ratarata, nilai varian, uji non parametric, analisis varian, (2) Analisis deret berkala: (a) uji ketidak-adaan trend, (b) uji stasioner, (c) uji persistensi, (d) abalisis trend, (e) pengukuran debit di pos hidrometri aliran sungai. Dilanjutkan cerita contoh sederhana Aplikasi Metode Statistika dan Stokastik untuk Analisi Data Hidrologi dalam pendayagunaan air, yang mencakup uraian: (1) Kebutuhan data, (2) Metode pendekatan, (3) Model sederhana memperkirakan ketersediaan air, (4) Masalah ketersediaan air permukaan mencakup: (a) pendangkalan waduk, (b) ineffisiensi penggunaan air irigasi (c) umur layan waduk. Khusus umur layan waduk diuraika tentang (1) teknosabo, (2) teknik memperkirakan umur layan waduk sebelum penggenangan dan setelah penggenangan menggunakan: (a) metode inflow-outflow, (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 alu sungai inflow waduk dan di DAS waduk, (4) kasus waduk laharan. Aplikasi Metode Statistika dan Stokastik untuk Analisi 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 ARIMA, dengan contoh aplikasi inflow waduk Saguling dan waduk Mrica dilanjutkan 2



informasi tentang koefisien aliran, sumber kesalahan teknis pendataan hidrologi. Buku ini ditutup secara singkat tentang air tanah mencakup tinjauan umum, akifer, uji pompa (pumping-test), debit aliran 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 pekerjaan yang tidak mudah dan penulis belum mampu untuk melaksanakannya. Oleh sebab itu penulis sadar, karena keterbatasan kemampuan, wawasan dan pengetahuan serta pengalaman, sehingga lingkup dan bobot materi buku ini masih jauh dari lengkap dan belum sempurna, maka kritik dan saran sangat saya harapkan.



Sleman, Yogyakarta Penyusun: Soewarno



3



KATA PENGANTAR



1



DAFTAR ISI



4



DAFTAR GAMBAR



7



DAFTAR TABEL



21



BAB I



APLIKASI UJI HIPOTESIS DATA HIDROLOGI



28



1.1 1.2 1.3



28 29 32 33 39 44 47 50 52 53 53 55 56 59 61 61 64 66 67 72



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 Analisi Varian 1.6.1 Klasifikasi Satu Arah 1.6.2 Klasifikasi Dua Arah



BAB II APLIKASI METODE STATISTIK UNTUK ANALISIS DATA HIDROLOGI RUNTUT WAKTU 89 2.1 2.2



2.3 2.4 2.5



2.6 BAB III



Pendahuluan 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 Uji Stasioner Data Hidrologi Runtut Waktu Uji Persistensi Data Hidrologi Runtut Waktu Analisis Trend 2.5.1 Metode Analisis Regresi 2.5.2 Metode Rata-rata Bergerak Membangkitkan Data Hidrologi Sinetik



APLIKASI MODEL REGRESI DAN ANALISIS KORELASI DATA HIDROLOGI 3.1 3.2 3.3



Pendahuluan Model Regresi Model Regresi Linear Sederhana



89 90 91 94 96 98 100 103 103 103 106 125 125 127 130 4



3.4 3.5 3.6 3.7 3.8



3.9 BAB IV



130 138 141 143 145 146 148 156 161 166 181 181 190 194



APLIKASI METODE STATISTIK UNTUK UJI KETELITIAN PENGUKURAN DEBIT 203 4.1 4.2 4.3



4.4



BAB V



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 Model Regresi Eksponensial Model Reegresi Berpangat Model Regresi Logaritmik Model Regresi Polinonial Model Regresi Berganda 3.8.1 Regresi Linier Berganda 3.8.2 Model Regresi Berpangkat Berganda Uji Durbin-Watson



Pendahuluan Jenis Kesalahan Pengukuran Debit 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 Ketelitian Pengukuran Debit Menggunakan Ambang 4.4.1 Ketelitian Pengukuran Lebar Ambang 4.4.2 Ketelitian Pengukuran Tinggi Muka Air Ambang 4.4.3 Ketelitian 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 5.2 5.3 5.4



5.5



5.6



Pendahuluan Kebutuhan Ketersediaan Data Debit Runtut Waktu Metode Pendekatan Jika Data Ketersediaan Debit Tak Cukup Model Memperkirakan 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 Masalah Hidrologi Ketersediaan Air Permukaan 5.5.1 Ketersediaan Air Akibat Pendangkalan Waduk 5.5.2 Inefisiensi Penggunaan Ketersediaan Air Irigasi 5.5.3 Taknosabo 5.5.4 Teknik Memperkirakan Umur Layak Waduk Karakteristik Data Debit Runtut Waktu 5.6.1 Manfaat Data Debit Runtut Waktu 5.6.2 Struktur Data Debit Runtut Waktu



203 203 204 204 206 210 211 223 223 223 224 225 228 231 231 232 234 235 235 236 238 242 242 244 250 257 344 344 345 5



5.7 5.8 5.9 5.10 5.11



Pengujian Data Debit Runtut Waktu Teknik Pemodelan Debit Runtut Waktu untuk Perkiraan Ketersediaan Air Model Stokastik Jenis Autoregresi Aliran Tahunan Model Stokastik Jenis Autoregresi Aliran Bulanan 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 Pengertian Umum Tinjauan Umum 6.2.1 Terjadinya Air Tanah 6.2.2 Sumber Air Tanah 6.2.3 Karakteristik Air Tanah 6.2.4 Akifer 6.3 Tinjauan Sifat Fisik dan Hirdulis Akifer 6.3.1 Hasil Spesifik dan Retensi Spesifik 6.3.2 Hubungan Permeabilitas dan Transmisibilitas 6.4 Uji-Pompa 6.5 Debit Aliran 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



347 350 352 352 354 354 359 362 363 363 375 377 384



6.1 6.2



384 384 384 386 386 390 390 391 392 393 397 399 303 404 406 409



DAFTAR PUSTAKA



414



6



DAFTAR GAMBAR



H1: μ145% semestinya tetap dipertahankan sebagai kawasan lindung (hutan) dan lahan dengan kemiringan