5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Landasan Teori

2.1.1 Hujan / Presipitasi

Hujan merupakan satu bentuk presipitasi, atau turunan cairan dari angkasa,

seperti salju, hujan es, embun dan kabut. Hujan terbentuk apabila titik air yang terpisah

jatuh ke bumi dari awan. Tidak semua air hujan sampai ke permukaan bumi, sebagian

menguap ketika jatuh melalui udara kering, sejenis presipitasi yang dikenali sebagai

virga.

Hujan merupakan salah satu komponen input dalam suatu proses dan menjadi

faktor pengontrol yang mudah diamati dalam siklus hidrologi pada suatu kawasan

(DAS). Peran hujan sangat menentukan proses yang akan terjadi dalam suatu kawasan

dalam kerangka satu sistem hidrologi dan mempengaruhi proses yang terjadi

didalamnya.

Jumlah air hujan diukur menggunakan pengukur hujan. Ia dinyatakan sebagai

kedalaman air yang terkumpul pada permukaan rata, dan diukur kurang lebih 0.25mm.

Air hujan sering digambarkan sebagai berbentuk "lonjong", lebar di bawah dan menciut

di atas, tetapi ini tidaklah tepat. Air hujan kecil hampir bulat. Air hujan yang besar

menjadi semakin leper, seperti roti hamburger; air hujan yang lebih besar berbentuk

  6

payung terjun. Air hujan yang besar jatuh lebih cepat berbanding air hujan yang lebih

kecil.

Pada dasarnya Hujan dapat saja terjadi di sembarang tempat, asalkan terdapat

dua faktor, yaitu terdapat massa udara lembab, dan terdapat sarana meteorologis yang

dapat mengangkat massa udara tersebut untuk berkondensasi. Hujan terjadi akibat

adanya massa udara yang menjadi dingin, mencapai suhu di bawah titik embunnya yang

memulai pembentukan molekul air. Titik embun adalah temperatur pada saat udara

menjadi jenuh apabila udara didinginkan pada temperature tetap. Hujan hanya akan

terjadi apabila molekul-molekul air hujan sudah mencapai ukuran lebih dari 1 mm. Hal

ini memerlukan waktu yang cukup untuk tumbuh dari ukuran sekitar 1 – 100 mikron.

Proses gerakan udara keatas disebabkan oleh berbagai sebab, yang kemudian hal

tersebut menentukan jenis genetic hujan, yaitu hujan konvektif, hujan siklonik, dan

hujan orografik.

Hujan konvektif biasanya terjadi sebagai hujan dengan intensitas yang tinggi,

akibat massa udara yang terangkat keatas oleh pemanasan lahan, atau karena udara

dingin yang bergerak di atas laut atau dataran yang panas. Hujan jenis ini dapat tejadi di

daerah yang relatif luas, dan bergerak sesuai dengan gerakan angin. Pembentukan hujan

ini dapat dilihat dalam sketsa gambar berikut.

  7

(Sumber : Sri Harto BR, Hidrologi, 2000)

Gambar 2.1 Proses Pembentukan Hujan Konvektif

Hujan Siklonik dapat terjadi karena udara lembab panas terangkat ke atas oleh

lapisan udara yang lebih dingin dan lebih rapat. Penyebaran hujan jenis ini sangat

dipengaruhi oleh landai bidang pertemuan antara udara panas dan udara dingin (warm

front / cold front) dan biasanya merupakan hujan dengan daerah penyebaran terbatas

dalam waktu pendek. Proses pembentukannya seperti gambar berikut.

(Sumber : Sri Harto BR, Hidrologi, 2000)

Gambar 2.2 Proses Pembentukan Hujan Siklonik

  8

Hujan orografik terjadi karena massa udara lembab terangkat keatas oleh angin

yang terangkat karena adanya gunung / pegunungan / dataran tinggi. Kejadian yang

sebenarnya tidak sesederhana hal tersebut, karena mekanisme terangkatnya massa udara

dapat disebabkan oleh gabungan dari ketiga hal tersebut, yang menyebabkan hujan

memiliki variabilitas ruang dan variabilitas waktu yang berbeda-beda. Khusus di daerah

tropic seperti Indonesia, variabilitas tersebut dapat terjadi sangat tinggi. Sketsa

sederhana yang menunjukkan proses pembentukan hujan orografik dapat dilihat dalam

gambar berikut.

(Sumber : Sri Harto BR, Hidrologi, 2000)

Gambar 2.3 Proses Pembentukan Hujan Orografik

2.1.2 Karakteristik Sungai

Sungai merupakan jalan air alami. Laluan melalui sungai merupakan cara biasa

air hujan yang turun di daratan untuk mengalir ke laut atau tampungan air yang besar

seperti danau. Sungai terdiri dari beberapa bagian, bermula dari mata air yang mengalir

ke anak sungai. Beberapa anak sungai akan bergabung untuk membentuk sungai utama.

Penghujung sungai di mana sungai bertemu laut dikenali sebagai muara sungai.

  9

Sungai mempunyai fungsi mengumpulkan curah hujan dalam suatu daerah

tertentu dan mengalirkannya ke laut. Sungai itu dapat digunakan juga untuk berjenis-

jenis aspek seperti pembangkit tenaga listrik, pelayaran, pariwisata, perikanan, dan lain-

lain. Dalm bidang pertanian sungai itu berfungsi sebagai sumber air yang penting buat

irigasi.

a. Daerah Pengaliran

Daerah pengaliran sebuah sungai adalah daerah tempat presipitasi itu

mengkonsentrasi ke sungai. Garis batas daerah-daerah aliran yang berdampingan disebut

batas daerah pengaliran. Luas daerah pengaliran diperkirakan dengan pengukuran daerah

itu pada peta topografi. Daerah pengaliran, topografi, tumbuh-tumbuhan dan geologi

mempunyai pengaruh terhadap debit banjir, corak banjir, debit pengaliran dasar dan lain-

lain.

b. Corak dan Karakteristik Daerah Pengaliran

• Daerah pengaliran berbentuk bulu burung

Jalur daerah di kiri kanan sungai utama dimana anak-anak sungai mengalir ke

sungai utama disebut daerah pengaliran bulu burung. Daerah pengaliran sedemikian

mempunyai debit banjir yang kecil, oleh karena waktu tiba banjir dari anak-anak sungai

itu berbeda-beda. Sebaliknya banjirnya berlangsung agak lama.

  10

(Sumber : Suyono Sosrodarsono, Hidrologi untuk pengairan, 2003)

Gambar 2.4 Daerah Pengaliran Berbentuk Bulu Burung

• Daerah pengaliran radial

Daerah pengaliran yang berbentuk kipas atau lingkaran dimana anak-anak sungainya

mengkonsentrasi ke suatu titik secara radial disebut daerah pengaliran radial. Daerah

pengaliran dengan corak demikian mempunyai banjir yang besar di dekat titik

pertemuan anak-anak sungai.

  11

(Sumber : Suyono Sosrodarsono, Hidrologi untuk pengairan, 2003)

Gambar 2.5 Daerah Pengaliran Radial

• Daerah pengaliran paralel

Bentuk ini mempunyai corak dimana dua jalur daerah pengaliran yang berada di

bagian pengaliran yang sama, bersatu di bagian hilir. Banjir itu terjadi di sebelah hilir

titik pertemuan sungai-sungai.

(Sumber : Suyono Sosrodarsono, Hidrologi untuk pengairan, 2003)

Gambar 2.6 Daerah Pengaliran Paralel

  12

2.1.3 Daerah Aliran Sungai (DAS)

Daerah aliran sungai (DAS) menurut definisi adalah suatu daerah yang dibatasi

(dikelilingi) oleh garis ketinggian dimana setiap air yang jatuh di permukaan tanah akan

dialirkan melalui satu outlet. Komponen yang ada di dalam sistem DAS secara umum

dapat dibedakan dalam 3 kelompok, yaitu komponen masukan yaitu curah hujan,

komponen output yaitu debit aliran dan polusi / sedimen, dan komponen proses yaitu

manusia, vegetasi, tanah, iklim, dan topografi. Setiap komponen dalam suatu DAS harus

dikelola sehingga dapat mencapai tujuan yang kita inginkan. Tujuan dari pengelolaan

DAS adalah melakukan pengelolaan sumberdaya alam secara rasional supaya dapat

dimanfaatkan secara maksimum lestari dan berkelanjutan sehingga dapat diperoleh

kondisi tata air yang baik. Sedangkan pembangunan berkelanjutan adalah pemanfaatan

dan pengelolaan sumberdaya alam bagi kepentingan umat manusia pada saat sekarang

ini dengan masih menjamin kelangsungan pemanfaatan sumberdaya alam untuk generasi

yang akan datang.

DAS ditentukan dengan menggunakan peta topografi yang dilengkapi dengan

garis-garis kontur. Untuk maksud tersebut dapat digunakan peta topografi skala 1:

50000. Garis-garis kontur dipelajari untuk menentukan arah dari limpasan permukaan.

Limpasan berasal dari titik-titik tertinggi dan bergerak menuju titik-titik yang lebih

rendah dalam arah tegak lurus dengan garis kontur. Daerah yang dibatasi oleh garis yang

menghubungkan titik-titik tertinggi tersebut adalah DAS. Gambar 2.4 menunjukkan

contoh bentuk DAS. Dalam gambar tersebut ditunjukkan pula penampang pada keliling

DAS. Garis yang mengelilingi DAS tersebut merupakan titik-titik tertinggi. Air hujan

  13

yang jatuh di dalam DAS akan mengalir menuju sungai utama yang ditinjau, sedang

yang jatuh di luar DAS akan mengalir ke sungai lain di sebelahnya.

Luas DAS diperkirakan dengan mengukur daerah itu pada peta topografi. Luas

DAS sangat berpengaruh terhadap debit sungai. Pada umumnya semakin besar DAS

semakin besar jumlah limpasan permukaan sehingga semakin besar pula aliran

permukaan atau debit sungai.

  (Sumber : Bambang Triatmodjo , Hidrologi Terapan, 2008)

Gambar 2.7 Daerah Aliran Sungai (DAS)

  14

2.1.4 PMF dan PMP

PMF (Probable Maximum Flood) adalah Banjir maksimum yang dapat terjadi di

suatu daerah dengan durasi tertentu sedangkan PMP (Probable Maximum Precipitation)

didefinisikan sebagai hujan maksimum boleh jadi di suatu pos hujan untuk durasi

tertentu. PMP juga merupakan besaran hujan rancangan terbesar yang dapat digunakan

untuk menyelamatkan bangunan hidrolik yang mengandung resiko besar.

Sasaran utama dari analisis hidrologi adalah menetapkan nilai rancangan debit

sungai pada lokasi tertentu dengan tingkat resiko yang dapat diterima, sesuai dengan

tingkat kerugian yang mungkin dialami. Untuk merancang bangunan dengan resiko

bencana yang besar, khususnya jika menyangkut korban jiwa manusia, diinginkan debit

rancangan tanpa resiko gagal sama sekali. Debit rancangan tersebut adalah PMF

(Probable Maximum Flood) atau Banjir Maksimum Boleh Jadi (BMB).

Banjir Maksimum Boleh Jadi dihitung berdasarkan hasil dari perhitungan Curah

Hujan Maksimum Boleh Jadi. Jika data debit maksimum terbesar untuk suatu DAS

dapat diamati dan diukur, maka perhitungan BMB menjadi sederhana. Karena data debit

yang ada di Indonesia sangat jarang dan kurang lengkap, maka perhitungan CMB perlu

dilakukan dan selanjutnya dapat dilakukan sintesis untuk menghasilkan BMB dengan

menggunakan beberapa teknik hubungan hujan-limpasan. Dengan pertimbangan-

pertimbangan demikian penting sekali diperhitungkan kondisi objektif fisik dari DAS

bersangkutan yang akan menentukan hubungan hujan-limpasan yang perlu digunakan.

  15

2.1.5 Analisa Konsistensi Data

Satu seri data hujan untuk satu stasiun tertentu, dimungkinkan sifatnya tidak

konsisten. Data semacam ini tidak dapat langsung dianalisis, karena sebenarnya data di

dalamnnya berasal dari populasi data yang berbeda. Ketidak konsisten data seperti ini

dapat saja terjadi karena berbagai sebab, yaitu :

• Alat ukur yang diganti dengan spesifikasi yang berbeda, atau alat yang sama

akan tetapi dipasang dengan patokan aturan yang berbeda.

• Alat ukur dipindahkan dari tempat semula, akan tetapi secara administrative

nama stasiun tersebut tidak diubah, misalnya karena masih dalam satu desa yang

sama.

• Alat ukur sama, tempat tidak dipindakan, akan tetapi lingkungan yang berubah,

misalnya semula dipasang di tempat yang ideal, akan tetapi kemudian berubah

karena ada bangunan atau pohon besar yang terlalu dekat.

Untuk menguji Konsistensi data digunakan Metode Double Mass Curve. Metode

ini digunakan untuk menguji konsistensi data dari satu stasiun curah hujan, dengan

menggunakan acuan data rata-rata stasiun stasiun hujan disekitarnya.

  16

2.2 Statistik Hidrologi

2.2.1 Rata – Rata Hitung

Rata-rata hitung disebut juga rata-rata dirumuskan sebagai berikut:

DataNilaiBanyaknyaDataNilaiSemuaJumlahHitungrataRata =− (2.1)

Perumusan dan perhitungan rata-rata akan lebih mudah dilakukan dengan memakai

simbol-simbol dari nilai data kuantitatif, X1,X2,X3,...,Xn.

nXXXX

X n++++=

...321 (2.2)

2.2.2 Simpangan Baku

  Simpangan baku atau standar deviasi adalah ukuran sebaran statistik yang paling

lazim. Singkatnya, ia mengukur bagaimana nilai-nilai data tersebar. Simpangan baku

didefinisikan sebagai akar kuadrat varians. Simpangan baku merupakan bilangan tak-

negatif, dan memiliki satuan yang sama dengan data. Rumus Simpangan Baku atau

Standar Deviasi adalah:

1)( 2

−−Σ

=n

XXS (2.3)

  17

S = Standar Deviasi

X = Nilai setiap data/pengamatan dalam sample

X   = Nilai rata-rata hitung dalam sampel

n = Jumlah total data/pengamatan dalam sampel

Σ = Simbol operasi Penjumlahan

2.2.3 Metode Double Mass Curve

Metode ini digunakan untuk menghitung kepanggahan data ( konsistensi data ).

Metode Double Mass Curve adalah metode yang membandingkan data hujan tahunan

kumulatif stasiun yang akan diuji (sumbu Y) dengan kumulatif rata – rata stasiun lain

(sumbu X) sesuai dengan kelompok data yang di uji (Searcy dan Hardison, 1982).

Tabel 2.1 Contoh Tabel Konsistensi Data

Rata-Rata Stasiun Lain Kumulatif Rata-Rata Stasiun Lain Kumulatif Stasiun yang Diuji

... ... ...

... ... ...

  18

Gambar 2.8 Grafik Konsistensi Data

Dari garis konsistensi dapat diketahui konsistensi data stasiun curah hujan yang

diteliti. Jika garis yang dihasilkan berupa garis lurus, maka data curah hujan tergolong

baik.

2.2.4 Metode Hersfield

Metode Hersfield (1961, 1986) merupakan prosedur statistik yang digunakan

untuk menghitung nilai Curah Hujan Maksimum Boleh Jadi. Metode ini digunakan

untuk kondisi dimana data Meteorologi sangat kurang atau perlu perkiraan secara tepat.

Hersfield mengembangkan rumus frekuensi Chow. Rumus Metode Hersfield adalah

sebagai berikut:

nmncmb KXX σ+= (2.4)

Xcmb = Curah Hujan Maksimum Boleh Jadi

nX = Rata-rata dari data hujan harian maksimum tahunan

Kumulatif Stasiun yang diuji

Kumulatif Rata – rata Stasiun lain

Y

X

Garis Konsistensi

  19

σn = Simpangan Baku dari seri data Hujan harian maksimum tahunan

Km = Faktor Frekuensi

Faktor frekuensi (Km) dihitung dengan menggunakan tabel. Nilai Km

berbanding terbalik dengan Hujan Rata-Rata Harian Maksimum Tahunan dan nilainya

bervariasi untuk berbagai durasi seperti 1 jam, 6 jam, 24 jam. Hersfield membuat

lengkung hubungan antara Hujan Rata-Rata Harian Maksimum Tahunan dengan Km

dan durasi hujan. Melalui rumus di atas dapat dihitung nilai CMB jika seri data hujan

maksimum tahunan, rata-rata dan simpangan bakunya tersedia.

  ( Sumber : Tata Cara Perhitungan Curah Hujan Maksimum BolehJadi dengan Metode Hersfield, 2003)

Gambar 2.9 Grafik Perhitungan Km

  20

2.2.5 Peta Isohyet

Di Indonesia variabilitas ruang hujan sangat besar. Oleh sebab itu, peran masing–

masing stasiun hujan dalam menentukan besaran hujan Daerah Aliran Sungai (DAS)

menjadi sangat penting. Cara Isohyet ini mencoba menerjemahkan pengertian tersebut

untuk memperoleh hujan DAS, dengan garis isohyet.

Garis Isohyet adalah garis yang menghubungkan titik-titik dalam suatu DAS

yang mempunyai kedalaman hujan yang sama. Garis ini biasanya diperoleh dengan cara

interpolasi data antar stasiun.

(Sumber : Sri Harto BR, Hidrologi, 2000)

Gambar 2.10 Contoh Pembuatan Peta Isohyet

  21

(Sumber : Suyono Sosrodarsono, Hidrologi untuk pengairan, 2003)

Gambar 2.11 Contoh Peta Isohyet

Peta Isohyet digambar berdasarkan skala peta yang disesuaikan dengan interval

curah hujan yang diinginkan. Interval curah hujan yang dipakai dalam pembuatan peta

Isohyet disesuaikan dengan kebutuhan gambar atau sesuai dengan data. Interval yang

selalu digunakan untuk pembuatan peta isohyet berkisar antara 10 – 50 mm. Manfaat

pembuatan peta Isohyet adalah untuk melihat tinggi curah hujan pada daerah yang

terdapat dalam peta isohyet.