BAB II TINJAUAN PUSTAKA

6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Daerah Aliran Sungai (DAS)
Daerah Aliran Sungai (DAS) didefinisikan sebagai suatu hamparan
wilayah atau kawasan yang di batasi oleh pembatas topografi yang
menerima, mengumpulkan air hujan, sedimen dan unsur hara serta
mengalirkannya melalui anak-anak sungai dan keluar pada sungai utama ke
laut atau danau. Daerah Aliran Sungai memiliki dua aliran, yaitu :
- Aliran Dasar
adalah aliran yang berasal dari air hujan yang masuk
kedalam tanah dan keluar ke palung sungai.
- Aliran Rendah adalah debit aliran sungai pada saat tidak ada hujan, atau
pada musim kemarau.
DAS juga memiliki fungsinya sendiri, yaitu :
- Menangkap air artinya suatu proses perpindahan air dari atmosfir menuju
ke dalam tanah.
- Menyimpan air dalam tanah artinya air yang masuk ke dalam tanah akan
diikat oleh partikel tanah. kapasitas tanah untuk mengikat air tergantung
pada kedalaman, tekstur dan sturktur tanah.
- Melepas air artinya sebaiknya air yang sudah tersimpan dalam tanah bisa
dilepas secara alamiah dengan pelan-pelan ke sungai sebagai baseflow.
7
2.2
Siklus Hidrologi
Konsep dasar yang digunakan dalam hidrologi sebenarnya ada dua
buah, yaitu konsep Siklus Hidrologi dan konsep neraca air. Kedua hal
tersebut terikat satu dengan yang lainnya, dan merupakan inti kesuluruhan
ilmu hidrologi.
Pada dasarnya siklus hidrologi dapat dijelaskan secara rinci
sebagai berikut. Penjelasan dapat dimulai dari mana saja, akan tetapi untuk
mudahnya, dimulai dari penguapan. Penguapan merupakan proses alami
berubahnya molekul cairan menjadi molekul gas/uap. Penguapan dapat saja
terjadi dari semua permukaan yang lembab, baik dari pemukaan tanah,
permukaan tanaman maupun dari permukaan air, seperti rawa, danau dan
lautan. Akibat penguapan ini terkumpul masa uap air, yang dalam kondisi
atmosfir tertentu dapat membentuk awan. Awan dalam keadaan ini yang
kalau masih mempunyai butir-butir air yang berdiameter lebih kecil dari 1
mm, masih akan melayang-layang diudara karena berat butir-butir tersebut
masih, masih lebih kecil dari gaya tekan keatas udara. Akibat berbagai
sebab klimatologis, awan tersebut dapat menjadi awan yang potensial
menimbulkan hujan, yang biasanya terjadi bila butir-butir berdiameter lebih
besar daripada 1 mm. Bila terjadi ‘hujan’, masih besar kemungkinan air
teruapkan kembali sebelum samapai dipermukaan bumi, karena keadaan
atmosfir tertentu. Hujan baru disebut sebagai hujan apabila telah sampai di
permukaan bumi dan dapat diukur. Air hujan yang jatuh di permukaan
terbagi menjadi dua bagian, pertama sebagai aliran limpasan dan kedua
8
bagian air yang terinfiltrasi. Jumlah yang mengalir sebagai aliran-infiltrasi
dan yang terinfiltrasi tergantung dari banyak faktor. Makin besar bagian air
hujan yang mengalir sebagai aliran limpasan, maka bagian air yang
terinfiltrasi akan menjadi makin kecil. Demikian pula sebaliknya. Aliran
limpasan selanjutnya dapat selanjutnya mengisi tampungan cekung
tampungan-cekungan. Apabila tampungan ini telah terpenuhi, air akan
menjadi limpasan-permukaan yang selanjutnya ke laut. Air yang
terinfiltrasi, bila keadaan formasi geologi memungkinkan, sabagian dapat
mengalir lateral di lapisan tidak kenyang airsebagai aliran antara. Sebagian
yang lain mengalir vertikal, perkolasi yang akan mencapai lapisan kenyang
air. Air dalam akifer ini akan mengalir sebagai aliran air tanah, sungai atau
ke tampungan dalam.
Siklus hidrologi seperti yang diuraikan tersebut merupakan satu
siklus yang menerus dan tidak terputus, meskipun tidak selalu mengikuti
siklus yang lengkap. Masing-masing unsur aliran dipengaruhi dan
mempengaruhi unsur aliran lainnya, dan tergantung dari faktor-faktor
tertentu yang bersifat khas.
Untuk memberikan gambaran tentang daur hidrologi dijelaskan
dengan menggunakan gambar sebagai berikut :
9
(sumber : www.tanindo.com/abdi18/hal1101.htm)
Gambar 2.1 Daur Hidrologi
2.3
Curah Hujan
Presipitasi adalah turunnya air dari atmosfer ke permukaan bumi,
yang bisa berupa hujan, hujan salju, kabut, embun, dan hujan es. Didaerah
tropis, termasuk Indonesia, yang memberikan sumbangan paling besar
adalah hujan, sehingga seringkali hujanlah yang dianggap sebagai
presipitasi. Hujan berasal dari uap air di atmosfer, sehingga bentuk dan
jumlahnya dipengaruhi oleh faktor klimotologi seperti angin, temperature
dan tekanan atmosfer. Uap air tersebut akan naik ke atmosfer sehingga
mendingin dan terjadi kondensasi menjadi butir-buitr air dan kristal-kristal
es yang akhirnya jatuh sebagai hujan.
Atmosfer bumi mengandung uap air. Meskipun jumlah uap air di
atmosfer sangat kecil dibanding dengan gas-gas lain, tetapi merupakan
sumber air tawar yang sangat penting bagi ehidupan di bumi. Air berada di
udara dalam bentuk gas (uap air), zat cair (butir-butir air) dan kristal-kristal
10
es. Kumpulan butir-butir air dan kristal-kristal es tersebut, yang
mempunyai ukuran sangat halus (diameter 2-40 mikron), membentuk awan
yang melayang di udara. Awan terbentuk sebagai hasil pendinginan
(kondensasi dan sublimasi) dari udara basah (yang mengandung uap air)
yang bergerak ke atas. Proses pendinginan terjadi karena menurunnya suhu
udara tersebut secara adiabatic dengan bertambahnya ketinggian. Partikel
debu, kristal garam dan kristal es yang melayang di udara dapat berfungsi
sebagai inti kondensasi yang dapat mempercepat proses pendinginan.
Dengan demikian ada dua syarat penting terjadinya hujan yaitu massa
udara harus mengandung cukup uap air, dan massa udara harus naik ke atas
sehingga menjadi dingin.
Jumlah air yang jatuh di permukaan bumi dapat dikukur
denganmenggunakan alat penakar hujan. Distribusi hujan dalam ruang
dapat diketahui dengan mengukur hujan du beberapa lokasi pada daerah
yang ditinjau, sedang distribusi waktu dapat diketahui dengan mengukur
hujan sepanjang waktu.
Hujan merupakan sumber dari semua air yang mengalir di sungai
dan di dalam tampungan baik di atas maupun di bawah permukaan tanah.
Jumlah dan variasi debit sungai tergantung pada jumlah, intensitas dan
distribusi hujan. Terdapat hubungan antara debit sungai dan curah hujan
yang jatuh di DAS yang bersangkutan. Apabila data pencatatan debit tidak
11
ada, data pencatatan hujan dapat digunakan untuk memperkirakan debit
aliran.
Tipe hujan
Hujan terjadi karena udara basah yang naik ke atmosfer mengalami
pendinginan sehingga terjadi proses kondensasi. Naiknya udara ke atas
dapat terjadi secara siklonik, orografik dan konvektif. Tipe hujan
dibedakan menurut cara naiknya udara ke atas.
1. Hujan Konvektif.
Didaerah tropis pada musim kemarau udara yang berada di dekat
permukaan tanah mengalami pemanasan yang intensif. Pemanasan
tersebut menyebabkan rapat massa udara berkurang, sehingga udara
basah naik ke atas dan mengalami pendinginan sehingga terjadi
kondensasi hujan. Hujan yang terjadi karena proses ini diebut hujan
konvektif, yang biasanya bersifat setempat, mempunyai intensitas tinggi
dan durasi singkat.
2. Hujan siklonik.
Jika massa udara panas yang relatif ringan bertemu dengan massa
udara dingin yang relatif berat, maka udara panas tersebut akan bergerak
di atas udara dingin. Udara yang bergerak ke atas tersebut mengalami
pendinginan sehingga terjadi kondensasi dan terbentuk awan dan hujan.
12
Hujan yang terjadi di sebut hujan siklonik, yang mempunyai sifat tidak
terlalu lebat dan berlangsung dalam waktu lama.
3. Hujan orografis.
Udara lembab yang tertiup angin melintasi daerah pegunungan
akan naik dan mengalami pendinginan, sehingga terbentuk awan dan
hujan. Sisi gunung yang dilalui oleh udara tersebut banyak mendapatkan
hujan dan disebut lereng hujan, sedang sisi belakangnya yang dilalui
udara kering (uap air telah menjadi hujan dilereng hujan) disebut lereng
bayangan hujan. Daerah tersebut tidak permanen dan dapat berubah
tergantung musim (arah angin). Hujan ini terjadi di daerah pegunungan
(hulu DAS), dan merupakan pemasok air tanah, danau, bendungan, dan
sungai.
Daru ketiga tipe hujan di atas, yang banyak terjadi di Indonesia
adalah hujan konvektif dan orografis.
2.4
Kekeringan
Kekeringan memiliki empat istilah berhubungan dengan wilayah
kekeringan, yaitu :
1. Kegersangan, kondisi alam permanen dan gambaran iklim yang stabil
di suatu wilayah.
13
2. Kekeringan, gambaran sementara dari iklim atau kebiasaan dari
penyimpangan iklim yang dapat diduga.
3. Kekurangan air akibat ulah manusia yang berlebihan sehingga
menimbulkan kekurangan air di suatu wilayah yang sifatnya sementara.
4. Penggurunan, bagian dari proses rezim ekologi yang terganggu oleh
aktifitas manusia sehingga menimbulkan kegersangan atau kekeringan
sampai pada tahap tertentu.
Konteks (ketersediaan air)
Ketidakseimbangan Air
(sifatnya temporer)
Kekurangan Air
(sifatnya permanen)
Kekeringan
Kegersangan
Ulah Alam
KERING
Ulah Manusia
Kekurangan Air
Penggurunan
(sumber : Analisa Kekeringan Dengan Berbagai Pendekatan, 2003)
Gambar 2.2 Diagram Kategori Rezim Kering
14
Kekeringan adalah peristiwa alam berupa penyimpangan iklim yang
sifatnya sewaktu-waktu yang terjadi apabila curah hujan berada di bwah
normal.
2.5
Rata-rata Hitung Populasi
Rata-rata hitung populasi merupakan nilai rata-rata dari data
populasi. Pengertian populasi adalah semua anggota dari suatu ekosistem
atau keseleruhan anggota dari suatu kelompok. Pada umumnya yang
dimaksud dengan populasi adalah semua hal, objek atau orang yang ingin
dipelajari.
Rata-rata hitung populasi dihitung dengan cara :
Rata − rata hitung =
Jumlah seluruh nilai data
Banyaknya nilai data
Rata-rata hitung populasi yang biasa disebut dengan parameter
juga dapat disajikan dalam bentuk simbol yaitu :
μ=
∑X
N
Dimana :
µ
= Rata-rata hitung.
∑
= simbol dari operasi penjumlahan.
X
= Nilai data yang berada dalam populasi.
..........(2.1)
15
N
= Jumlah total data atau pengamatan dalam populasi.
∑X
= Jumlah dari keseluruhan nilai X (data) dalam populasi.
Perumusan dan perhitungan rata-rata hitung akan lebih mudah
dilakukan dengan memakai simbol-simbol dari nilai data kuantitatif, yaitu
X1, X2, X3, X4,..., Xn, bilamana ada n nilai data. Simbol n menyatakan
bahwa data bersumber dari sampel, sedangkan simbol N menyatakan
bahwa data sumber dari populasi; tepatnya n menyatakan banyaknya
sampel dan N menyatakan banyaknya populasi.
2.6
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 dalamnya berasal dari populasi data yang
berbeda. Ketidak konsisten data seperti ini dapat saja terjadi karena
berbagai sebab, yaitu :
1. Alat ukur yang diganti dengan spesifikasi yang berbeda, atau alat yang
sama akan tetapi dipasang dengan patokan aturan yang berbeda.
2. Alat ukur dipindahkan dari tempat semula, akan tetapi secara
administratif nama stasiun tersebut tidak diubah, misalnya karena
masih dalam satu desa yang sama.
3. Alat ukur sama, tempat tidak dipindahkan, 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.
16
Data hujan yang diketahui tidak konsistens, harus dikoreksi terlebih
dahulu. Cara koreksi yang sudah lama digunakan adalah cara grafis,
dengan analisa kurva ganda. Cara ini digunakan untuk menguji
konsistensian data dari satu stasiun curah hujan, dengan menggunakan
acuan data rata-rata stasiun stasiun hujan disekitarnya.
Grafik 2.1 Analisa Kurva Ganda Untuk Data yang Konsisten
Grafik 2.2 Analisa Kurva Ganda Untuk Data yang Tidak konsisten
17
Analisa kurva ganda dapat diinterpretasikan sebagai berikut.
1. Apabila data stasiun yang diuji konsisten, maka garis yang terbentuk
merupakan garis lurus dengan landai yang tidak berubah.
2. Apabila garis tersebut menunjukan perubahan landai, berarti telah
terjadi perubahan sifat data hujan pada tahun tersebut, yang berarti
data tidak konsisten.
2.7
Standar Deviasi
Standar deviasi berkaitan langsung dengan variansi. Standar
deviasi adalah akar pangkat dua dari variansi. Standar deviasi seringkali
disebut simpangan baku.
Sebagaimana s2 merupakan penduga σ2, maka standar deviasi
sampel (s) merupakan penduga bagi standar deviasi populasi σ. Dengan
demikian rumus dari standar deviasi adalah :
Untuk data tidak berkelompok :
__
S=
∑ (X − X )2
……… (2.2)
n −1
Untuk data berkelompok :
__
S=
∑ f (X − X )
n −1
2
dimana n = ∑f
………(2.3)
18
2.8
Analisis Trend
Deret
berkala
mempunyai
empat
komponen
yaitu
trend
(kecenderungan), variasi musim, variasi siklus, dan variasi yang tidak
tetap.
Trend adalah suatu gerakan kecenderungan naik atau turun dalam
jangka panjang yang diperoleh dari rata-rata perubahan dari waktu ke
waktu dan nilainya cuku rata. Trend data berkala bisa berbentuk trend
yang meningkat dan menurun secara mulus. Trend yang meningkat disebut
dengan trend positif dan trend yang menurun disebut dengan trend negatif.
Trend menunjukkan perubahan waktu yang ralatif panjang dan stabil.
Kekuatan yang dapat mempengaruhi trend adalah perubahan populasi,
harga, teknologi, dan produktivitas.
Trend Positif
Trend positif mempunyai kecenderungan nilai ramalan (Y’) meningkatnya
waktu (X), persamaan trend positif adalah :
Y’ = a + bX
...........(2.4)
Dimana a = konstanta dan b adalah tingkat kecenderungan. Apabila X naik
1 satuan, maka Y’ akan naik sebesar b satuan. Trend positif mempunyai
slope/gradien/kemiringan garis yang positif yaitu dari bawah ke atas.
19
Trend negatif
Trend negatif mempunyai kecenderungan nilai ramalan (Y’) menurun
dengan meningkatnya waktu (X’). Persamaan trend negatif adalah :
Y’ = a-bX
...........(2.5)
Dimana a = konstanta dan b adalah tingkat kecenderungan. Apabila x
naik 1 satuan, maka Y’ akan turun sebesar b satuan. Trend negatif
mempunyai slope/gradien/kemiringan garis yang negatif yaitu dari atas
ke bawah.
Metode kuadrat terkecil
Trend
dengan
metode
kuadrat
terkecil
diperoleh
dengan
menentukan garis trend yang mempunyai jumlah terkecil dari kuadrat
selisih data asli dengan data pada garis trend. Apabila Y menggambarkan
data asli dan Y’ merupakan data trend, maka metode terkecil dirumuskan
∑(Y-Y’)2. Nilai trend dilambangkan □, sedang data asli Y dilambangkan
Δ, sehinga kuadrat terkecil ∑(Y-Y’)2 = ∑(Δ-□)2. Perlu diingat bahwa
sifat dari nilai rata-rata hitung ∑(Y-Y’) sama dengan 0, sehingga supaya
berarti nilai tersebut dikuadratkan.
Rumus garis trend dengan metode kuadrat terkecil adalah
Y’=a + bX
Dimana :
Y’
= Nilai trend.
a
= Nilai konstanta yaitu nilai Y pada saat nilai X=0
...........(2.6)
20
b
= Nilai kemiringan yaitu tambahan nilai Y, apabila X bertambah
satu satuan.
X
= Nilai periode tahun.
Untuk memperoleh nilai a dan b dapat digunakan rumus berikut :
A=
B=
∑ Y − B∑ X
i
………..(2.7) [∑ X Y ]− [∑ X ][∑ Y ] N [∑ X ]− [∑ X ]
………..(2.8)
N
N
i
i i
i
2
i
i
2
i
Dimana trend kuadrat terkecil lebih disarankan oleh ahli-ahli
statistik untuk metode yang akan menghitung suatu nilai yang akan terjadi
di masa yang akan datang, hal ini dikarenakan hasil yang didapat dengan
menggunakan trend kua drat terkecil lebih mengarah atau mendekati
kebenaran dibandingkan dengan metode-metode yang lainnya.
2.9
Probabilitas
Probabilitas adalah suatu ukuran tentang kemungkinan suatu
peristiwa akan terjadi di masa yang akan dating. Ada tiga hal penting
dalam rangja membicarakan probabilitas yaitu percobaan, hasil dan
peristiwa.
Percobaan adalah pengamatan terhadap beberapa aktivitas atau
proses yang meungkinkan timbulnya paling sedikit 2 peristiwa tanpa
memperhatikan peristiwa mana yang akan terjadi.
Hasil adalah seluruh kemungkinan peristiwa yang akan terjadi
akibat adanya suatu percobaan atau kegiatan. Peristiwa adalah kumpulan
21
dari satu atau lebih hasil yang terjadi pada sebuah percobaan atau
kegiatan.
Probabilitas dapat dinyatakn dalam decimal atau persentase.
Probabilitas kejadian dengan nilai 0 adalah peristiwa yang tidak mungkin
terjadi, sedangkan probabilitas dengan nilai 1 adalah kejadian yang pasti
terjadi.
Besar probabilitas suatu peristiwa tidak dianggap sama, tetapi
tergantung pada berapa banyak suatu peristiwa terjadi dari keseluruhan
percobaan atau kegiatan yang dilakukan. Probabilitas suatu kejadian dapat
dinyatakn sebagai berikut.
Probabilitas kejadian relatif =
Jumlah peristiwa yang terjadi
Jumlah total percobaan / kejadian
Jadi pendeketan relatif berdasarkan besarnya probabilitas pada
banyaknya suatu peristiwa terjadi dari keseluruhan percobaan, kegiatan
atau pengamatan yang dilakukan.
2.10
Metode Standardized Precipitation Index (SPI)
Pengertian SPI adalah bahwa bila hujan yang turun mengecil akan
mengakibatkan kandungan air dalam tanah dan debit aliran berkurang,
menimbulkan berkembangnya standardized precipitation index (SPI).
SPI dihitung untuk mengklansifikasikan defisit hujan dengan berbagai
skala waktu. Skala waktu tersebut mencerminkan dampak kekeringan
pada ketersediaan air di berbagai sumber. Kondisi kelengasan tanah
22
merespon anomali hujan jangka waktu pendek, sedangkan air tanah, debit
disungai dan tampungan waduk menanggapi anomali hujan lebih lama.
SPI untuk suatu lokasi dihitung berdasarkan data hujan yang cukup
panjang untuk periode yang diinginkan. Data hujan yang cukup panjang
disesuaikan dengan suatu jenis distribusi, kemudian ditransformasikan ke
distribusi normal sehingga rata-rata SPI disuatu lokasi sama dengan nol.
SPI positif mengidentifikasikan hujan yang lebih besar dari median
dan SPI negatif menunjukkan hujan yang lebih kecil dari median.
Kekeringan terjadi pada waktu SPI secara berkesinambungan
negative dan mencapai intensitas kekeringan dengan SPI -1 atau kurang.
Adapun cara mengklasifikasikan indeks kekeringan dengan cara SPI
adalah sebagai berikut :
___
Z ij =
X ij − X
j
σj
Dimana Zij = peubah Z, tahun ke i bulan ke j.
Xij
___
= hujan bulanan tahun ke 1 bulan ke j.
Xj
= hujan bulan j, rata-rata
σj
= simpangan baku bulan j.
………..(2.9)
23
Klasifikasi SPI mengikuti skala sebagai berikut :
Tabel 2.1 Klasifikasi Indeks Kekeringan
Nilai SPI
Kalsifikasi
2.00
Ekstrim Basah
1.50 Æ 1.99
Sangat Basah
1.00 Æ 1.49
Kebasahan sedang
-0.99 Æ 0.99
Hampir normal
-1.0 Æ -1.49
Kekeringan sedang
-1.5 Æ -1.99
Kekeringan parah
-2.0 Æ <-2.00
Kekeringan ekstrim
(sumber : Analisa Kekeringan dengan Berbagai Pendekatan,2003)