Analisis Data Curah Hujan

Membandingkan data hujan dengan data untuk iklim yang sama 4. Analisis kurva massa ganda 5. Analisis statistik Analisis Kurva Massa Ganda Untuk data h...

0 downloads 5 Views 4MB Size
4/12/2009

Analisis Data Curah Hujan

PERAN HIDROLOGI DALAM SISTEM SUMBERDAYA AIR

1. Hampir semua kegiatan pengembangan sumberdaya air memerlukan informasi hidrologi untuk dasar perencanaan dan perancangan. Akibatnya apabila informasi hidrologi yang dihasilkan tidak cermat akan mengasilkan rancangan yang tidak akurat pula (bahkan dapat berakibat fatal ). 2. Interpretasi terhadap fenomena hidrologi akan dapat dilakukan dengan cermat apa bila didukung ketersediaan data yang cukup. (Diperlukan sarana pengumpulan data yang memadai dan kegiatan pengumpulan data yang kon – sisten, kemampuan mengidentifikasi masalah, dan mampu memilih cara penyelesaian terbaik )

1

4/12/2009

ANALISIS KUALITATIF KUANTITATIF

FENOMENA ALAM

UNCERTAINTIES INACCURACIES

UNCERTAINTIES INACCURACIES

WATER RESOURCES WORKS

HUMAN ACTIVITIES

NATURAL PHENOMENA REDUCED UNCERTAINTIES, INACCURACIES

HYDROLOGIC TRANSFORMATION

HYDRAULIC TRANSFORMATION

IMPLEMENTATION, CONSTRUCTIONS

1. BETTER UNDERSTANDING OF NATURAL PHENOMENA 2. BETTER UNDERSTANDING OF CATCHMENT BEHAVIOR 3. BETTER ANTICIPATION OF ANTHROPHOGENIC CHANGES

2

4/12/2009

inflow

outflow SISTEM DAS

INFORMASI HIDROLOGI

SPATIAL VARIABILITY (VARIABILITAS RUANG) TEMPORAL VARIABILITY (VARIABILITAS WAKTU) FAKTOR ALAMI FAKTOR ANTROPOGENIK (ANTHROPOGENIC FACTORS, HUMAN RELATED FACTORS )

KONSTRUKSI

TRANSFORMASI HIDRAULIK

RANCANGAN

Tujuan: mengolah data mentah menjadi data siap pakai untuk perhitungan perencanaan atau perhitungan lain dalam memonitor kualitas air  KARAKTERISTIK HUJAN SUATU DPS DPS Hujan Daerah

X1

Analisis hujan daerah

Data siap dipakai sebagai hujan terpusat Analisis curah hujan terpusat

Data Mentah Pengumpula n data

Pos Hujan

Berupa: Tabel-tabel • Curah hujan, jam/menit • Hujan harian&lamanya • Hujan Bulanan • Hujan Tahunan • Hujan Harian max dalam 1 tahun

X5

X6

X2 X3

X4

X, pos –pos hujan

Berupa: • Grafik AWLR atau • Tabel pengukuran hujan harian Dengan perlengkapan alat penakar hujan otomatis/non otomatis

3

4/12/2009

HUJAN (precipitation) KERAPATAN JARINGAN jumlah sta hujan pola penempatan sta hujan

KELENGKAPAN DATA cara perkiraan ??

normal ratio method ? reciprocal method ?

KEPANGGAHAN ( consistency )

Syarat pemilihan lokasi setasiun hujan

• sesuai dengan evaluasi jaringan • tidak terlalu terbuka ( over exposed ) • tidak terlalu tertutup ( under exposed )

optimum exposure

• berjarak minimal 4x tinggi rintangan terdekat

4

4/12/2009

SETASIUN METEOROLOGI

SETASIUN METEOROLOGI

5

4/12/2009

SETASIUN METEOROLOGI

Terminologi 1. 2.

3. 4. 5.

6.

Hujan : bentuk tetesan air yang mempunyai garis tengah lebih dari 0,05 mm atau lebih kecil dan terhambur luas pada suatu kawasan Curah hujan (R) : banyaknya air yang jatuh ke permukaan bumi, dalam hal ini permukaan bumi dianggap datar dan kedap, tidak mengalami penguapan dan tersebar merata serta dinyatakan sebagai ketebalan air (rain depth, mm, cm) Durasi hujan (t) : lamanya waktu hujan tercurah dari atmosfer ke permukaan bumi, dinyatakan sebagai satuan waktu (menit, jam, hari) Intensitas hujan (I) : ukuran yang menyatakan tebal hujan dalam satuan tertentu (mm/jam, cm/hari) Frekuensi Intensitas Hujan (T) : interval watu rata-rata antara kejadian curah hujan yang mempunyai intensitas tertentu dengan kejadian curah hujan dengan intensitas yang sama atau lebih lebat Luas daerah hujan (A) : luas areal dengan suatu hujan yang tebalnya dianggap sama, dan dinyatakan sebagai satuan luas (ha, km2)

6

4/12/2009

Analisis untuk Karakteristik Hujan 1. 2. 3. 4.

5.

Pengisian data kosong Pengecekan kualitas data (uji konsistensi) Menentukan hujan rata-rata DPS Analisis tebal dan intensitas hujan terhadap durasi Hubungan intensitas dengan debit maksimum

Memperkirakan Data Hujan yang Hilang Kekosongan data dapat terjadi akibat ketidakhadiran pengamat atau kerusakan alat. Jumlah hujan dihitung dari pengamatan di ketiga stasiun terdekat dan sedapat mungkin berjarak sama terhadap stasiun yang kehilangan data Metoda: 1.Bila hujan tahunan normalnya pada masing-masing stasiun pembanding dalam 10% dari stasiun yang kehilangan data  rata-rata aritmatik Rx = 1/n (∑Ri) 2.Bila hujan tahunan normalnya pada masing-masing stasiun pembanding lebih besar dari 10% terhadap stasiun yang kehilangan data  rasio normal Rx = 1/n (∑(Nx/Ni)Ri) 1.Dimana

:

Rx n N Ri

= data hilang yang akan diperkirakan = jumlah stasiun pembanding = hujan tahunan normal = data hujan stasiun pembanding

7

4/12/2009

DATA COMPLETENESS

CAUSES OF MISSING DATA METHODS OF ESTIMATING MISSING DATA normal ratio method reciprocal method

VERY HIGH ERROR 100 % – 200 %

IGNORING THE EXISTANCE OF THE STATION WITH THE MISSING DATA FOR COMPUTATION

CONSISTENCY TESTS



CONVENTIONAL DOUBLE MASS ANALYSIS 

Cumulative annual rainfall of the tested station vs cumulative average annual rainfall of three (or more) reference stations.

inconsistant line consistant line inconsistant line

Cumulative annual rainfall of three reference stations

8

4/12/2009

Uji konsistensi 

Kegunaan: menguji kebenaran data



Data hujan disebut konsisten  data yang terukur dan dihitung adalah teliti dan benar serta sesuai dengan fenomena saat hujan itu terjadi



Data tidak konsisten, disebabkan:



1.

Penggantian jenis dan spesifikasi alat

2.

Perkembangan lingkungan sekitar pos hujan

3.

Pemindahan lokasi pos hujan

Metoda : 1.

Observasi lapangan

2.

Observasi ke kantor pengolahan data

3.

Membandingkan data hujan dengan data untuk iklim yang sama

4.

Analisis kurva massa ganda

5.

Analisis statistik

Analisis Kurva Massa Ganda Untuk data hujan musiman atau tahunan dari suatu DPS: Yang diuji pos hujan “Y” maka data kumulatif dari pos ”Y” itu dapat dibandingkan secara grafis dengan data hujan acuan “X”. Data hujan acuan “X” merupakan nilai rata-rata dari pos hujan A, B, C, dan D atau lebih yang lokasinya di sekeliling pos hujan “Y” bila kondisinya masih sama.

Data hujan minimal 10 tahun; data pos “Y” : sumbu Y dan data pos “X” sumbu X Ketentuan perubahan pola: a.Pola yang terjadi berupa garis lurus dan tidak terjadi patahan arah garis itu  DATA POS “Y” KONSISTEN b.Pola yang terjadi berupa garis lurus dan terjadi patahan arah garis itu  DATA POS “Y” TIDAK KONSISTEN  perlu dikoreksi Koreksi sesuai dengan kemiringan perubahan garis lurus tersebut

9

4/12/2009

Hujan RataRata-rata pada Suatu Daerah Hujan yang terjadi dapat merata di seluruh kawasan yang luas atau terjadi hanya bersifat setempat Hujan bersifat setempat  hujan dari satu pos hujan belum tentu dapat mewakili hujan untuk kawasan yang lebih luas (karakteristik DPS) Faktor yang mempengaruhi karakteristik DPS: a.

b. c. d.

Jarak pos hujan sampai ke tengah kawasan yang dihitung curah hujannya Luas daerah Topografi Sifat hujan

Metode pendekatan: a. b. c.

Rata-rata Aritmatika Poligon Thiessen Isohiet

HUJAN RATA-RATA DAS (CATCHMENT RAINFALL)

RATA-RATA ALJABAR

P = (P1+P2+…..+Pn) / n

10

4/12/2009

POLIGON THIESSEN

P = α1P1 + α2P2 ...... αnPn

ISOHYET

P = α P + α P + .... + α P 1

1

2

2

n

n

Hujan rata-rata dihitung dari satu hujan titik P = β.P i

Β = faktor reduksi

11

4/12/2009

Standar untuk menghitung curah hujan daerah 

Daerah dengan luas 250ha (variasi topografi kecil)  1 alat ukur curah hujan



Daerah dengan luas 250ha – 50.000ha  2 atau 3 titik pengamatan  cara rata-rata



Daerah 120.000ha – 500.000ha (curah hujan tidak dipengaruhi topografi)  



titik pengamatan tersebar merata  aljabar titik pengamatan tersebar tidak merata  Thiessen

Daerah > 500.000ha  isohiet atau intersection method

Cara Memilih Metoda Pendekatan Hujan RataRata-rata Daerah 



Jaring-jaring pos hujan Jumlah pos hujan cukup

Metoda Isohiet, Thiessen, rata-rata aritmatik

Jumlah pos hujan terbatas

Metoda Thiessen, rata-rata aritmatik

Pos hujan tunggal

Metoda hujan titik

Luas DPS DPS besar (> 5000 km2) DPS sedang (500-5000 DPS kecil(< 500



km2)

km2)

Metoda Isohiet Metoda Thiessen Metoda rata-rata aritmatik

Topografi DPS Berbukit dan tidak beraturan

Metoda Isohiet

Dataran

Metoda Thiessen, rata-rata aritmatik

12

4/12/2009

Analisis Frekuensi 





Sistem hidrologi kadang-kadang dipengaruhi oleh kejadian ekstrim. Besarnya kejadian ekstrim berbanding terbalik dengan frekuensi kejadian  kejadian luar biasa ekstrim terjadi sangat langka Tujuan analisis frekuensi: Melihat besaran kejadian ekstrim yang berkaitan dengan frekuensi kejadiaannya  aplikasi distribusi kemungkinan



Frekuensi hujan : Besarnya kemungkinan suatu besaran hujan disamai atau dilampaui



Kala Ulang hujan (return period) Waktu hipotetik diana hujan dengan suatu besaran tertentu akan disamai atau dilampaui



Analisis frekuensi memerlukan seri data hujan

13

4/12/2009

Tinggi Hujan Rencana (Analisis Frekuensi) Persamaan Umum:

XT = Xr + k.SD

XT = nilai tinggi hujan pada periode ulang tertentu Xr = nilai rata-rata dari besarnya tinggi hujan selama periode pengamatan SD = standar deviasi dari besarnya tinggi hujan selama periode pengamatan k = faktor frekuensi (tergantung persamaan distribusi yang digunakan)

Teori distribusi dapat digunakan untuk menyelesaikan persamaan umum tinggi hujan untuk analisis frekuensi, seperti:    

Gumbel tipe I atau III Pearson atau log Pearson Normal atau log Normal Gamma, dsb

Data yang hendak dianalisis sebaiknya dicoba dihitung dengan banyak persamaan distribusi untuk selanjutnya dengan uji statistik ditentukan persamaan distribusi yang paling sesuai dengan data tersebut (UJI KECOCOKAN)

Distribusi Gumbel Distribusi Gumbel sering digunakan untuk menganalisis keadaan maksimum seperti analisis frekuensi banjir  Untuk aplikasi di Indonesia, persamaan distribusi yang sering digunakan adalah metoda modifikasi Gumble  Persamaan: RT = Rr - {0,78 x ln[ln (T/(T-1)]+0,45}.SD 

14

4/12/2009

Contoh Soal 



Dari data pengukuran debit hujan puncak dengan jumlah data 36 tahun, diperoleh rata-rata (Xr) = 409,20 mm, deviasi standar (SD) = 195,56 mm Hitung hujan pada periode ulang hujan 2,5,20 dan 50 tahunan dengan distribusi normal.

NILAI VARIABEL REDUKSI GAUSS No

Periode Ulang , T (tahun)

Peluang

KT 11

2,500

0,400

0,25

1

1,001

0,999

-3,05

12 3,300

0,300

0,52

2

1,005

0,995

-2,58

13 4,000

0,250

0,67

0,200

0,84

3

1,010

0,990

-2,33

14 5,000

4

1,050

0,950

-1,64

15 10,000

0,100

1,28

5

1,110

0,900

-1,28

16 20,000

0,050

1,64

0,020

2,05

6

1,250

0,800

-0,84

17 50,000

7

1,330

0,750

-0,67

18 100,000

0,010

2,33

8

1,430

0,700

-0.52

19 200,000

0,005

2,58

0,002

2,88

0,001

3,09

9

1,670

0,600

-0.25

20 500,000

10

2,000

0,500

0

21 1000,000

15

4/12/2009

Hasil    

X2 = 409,20 mm X5 = 573,47 mm X20 = 729,92 mm X50 = 810,10 mm

Analisis Intensitas Hujan 

Intensitas hujan Tinggi kedalaman air hujan per satuan waktu



Sifat umum hujan:  Semakin singkat hujan berlangsung intensitasnya cenderung makin tinggi  Semakin besar periode ulangnya makin tinggi intensitasnya

16

4/12/2009

i

i

t

t i

t DISTRIBUSI HUJAN JAM-JAMAN



Hubungan antara intensitas, lama hujan, dan frekuensi hujan biasanya dinyatakan dalam lengkung INTENSITAS-DURASIFREKUENSI (IDF=Intensity-DurationFrequency Curve)

17

4/12/2009

Analisis Intensitas Hujan 

Diperlukan data hujan jangka pendek (5 menit, 10 menit, 30 menit, 60 menit dan jam-jaman) untuk membentuk kurva IDF



Data hujan jangka pendek hanya didapat dari pos hujan otomatis



Beberapa persamaan dapat digunakan untuk intensitas hujan: (data hujan jangka pendek harus ada)   





Rumus Talbot  I = a/(t+b) Rumus Sherman  I = a/(tn) Rumus Ishiguro  I = a/ (√t + b)

Berdasarkan observasi Van Breen (di Indonesia), hujan terkonsentrasi selama 4 jam (Duration Uniform Rainfall) dengan jumlah hujan (Depth) sebesar 90% dari hujan selama 24 jam Intensitas hujan di Indonesia dapat mengacu pada pola kurva IDF dari van Breen yang dapat didekati dengan persamaan ITt = (54 RT + 0,07 RT2)/ (t + 0,3 RT) I Tt = intensitas hujan (mm/jam) pada PUH T dan durasi t t = lamanya hujan (menit) RT = tinggi hujan maksimum harian (selama 24 jam) (mm) pada PUH

18

4/12/2009



Bila data hujan jangka pendek tidak ada, dapat menggunakan rumus MONONOBE

It = (R24/24 )x(24/t)2/3 I t = intensitas hujan (mm/jam) untuk durasi t t = lamanya hujan (jam) R24 = tinggi hujan maksimum harian (selama 24 jam) (mm)





Di Indonesia, sebagian besar dari jumlah pos hujan tidak otomatis  hanya ada informasi tinggi hujan setiap durasi 24 jam Solusi: pola curah hujan mengikuti kurva massa hujan yang terukur pada pos hujan otomatis terdekat yang mempunyai sifat sama pada kondisi yg sama.

Kurva IntensitasIntensitas-Durasi Durasi-Frekuensi Untuk analisi hidrologi, diperlukan beberapa persamaan intensitas hujan-durasi untuk berbagai periode ulang atau frekuensi  KURVA

IDF

Durasi : absis Intensitas : ordinat Frekuensi/periode ulang : parameter kurva Analisis frekuensi melibatkan urutan data semua pengukuran dalam suatu periode pengamatan (30 tahun) Dari urutan data dapat ditentukan jumlah tahun suatu nilai kejadian intensitas hujan dengan durasi tertentu akan sama atau melebihi intensitas itu

Periode ulang (return period): interval waktu rata-rata dari besarnya suatu nilai intensitas hujan tertentu akan disamai atau dilampaui satu kali

19

4/12/2009

Soal 



Buat kurva IDF dari hasil hujan dengan periode ulang hujan 2, 5, 20, 50 ((soal soal terdahulu terdahulu)) dengan metoda van Breen Durasi hujan (5, 10, 30, 60, 120 menit) menit)

20