Pengembangan Model Hidrograf Satuan Sintetik Berdasarkan Karakteristik Fraktal Daerah Aliran Sungai

Tunas, I Gede (2017) Pengembangan Model Hidrograf Satuan Sintetik Berdasarkan Karakteristik Fraktal Daerah Aliran Sungai. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img]
Preview
Text
3114301003-Disertation.pdf - Published Version

Download (13MB) | Preview

Abstract

Hidrograf satuan sintetik (HSS) merupakan salah satu model transformasi hujan-debit yang masih populer digunakan sampai saat ini terutama untuk memperkirakan debit banjir (rancangan) dalam rangka perencanaan dan pengelolaan sumber daya air. Kelebihan dari model ini adalah mampu memperkirakan debit berdasarkan sekuen waktu pada suatu kejadian hujan, sehingga diperoleh hubungan antara waktu dan debit dalam bentuk hidrograf. Umumnya Model HSS dikembangkan akibat keterbatasan data hidrologi terutama data debit di sungai, sehingga hidrograf satuan pada sungai-sungai yang tidak memiliki data tersebut diperkirakan berdasarkan karakteristik morfometri DAS. Beberapa model HSS yang telah dikembangkan dan banyak digunakan di Indonesia diantaranya HSS Snyder, Nakayasu, GAMA I dan beberapa model lainnya. Kelemahan mendasar dari HSS adalah cenderung memberikan hasil yang menyimpang pada DAS-DAS yang tidak memiliki karakteristik hidrologi serupa dengan DAS-DAS sebagai penyusun model. Pada kebanyakan kasus penyimpangan juga dapat terjadi pada DAS penyusun pada waktu kejadian hujan yang lain. Penyimpangan ini diperkirakan sebagai akibat dari asumsi-asumsi yang digunakan untuk membangun konsep hidrograf satuan dan kompleksitasnya faktor yang mempengaruhi hidrograf terutama sifat hujan dan karakteristik DAS yang tidak terakomodasi dalam model termasuk karakteristik fraktal DAS yang dianggap sangat berpengaruh terhadap pembentukan hidrograf. Penelitian ini dilakukan pada 8 DAS di Sulawesi Tengah untuk mengembangkan dan menyusun model HSS, dimana berdasarkan hasil studi pendahuluan ketiga model HSS yang diuji (Snyder, Nakayasu dan GAMA I) memiliki kinerja relatif rendah. Penelitian dilakukan dengan cara menyusun model dengan memperhitungkan (menggunakan) beberapa parameter berdasarkan kombinasi karakteristik fraktal dan morfometri utama DAS, dengan melibatkan jumlah DAS terukur yang memadai sebagai obyek penyusun parameter hidrograf sehingga diharapkan dapat menghasilkan model HSS dengan kinerja yang baik terutama untuk diterapkan di daerah penelitian dan sekitarnya di Sulawesi Tengah. Penelitian ini berhasil merumuskan persamaan waktu puncak (Tp) sebagai fungsi dari parameter panjang sungai utama (L), rasio panjang sungai (RL) dan kerapatan jaringan drainase (D) dengan koefisien determinasi (r2) 99.9%, persamaan waktu dasar (Tb) sebagai fungsi dari luas DAS (A) dan kemiringan sungai utama (S) dengan koefisien determinasi (r2) 98.7% dan persamaan debit puncak sebagai fungsi dari waktu puncak (Tp) dan luas DAS (A). Selain itu penelitian ini juga berhasil merumuskan persamaan kurva tunggal yang lebih sederhana dan dapat mengatasi kelemahan dan keterbatasan persamaan kurva tunggal HSS lainnya. Persamaan kurva hidrograf ini diturunkan dari Persamaan Distribusi Gamma yang merupakan bagian dari distribusi probabilitas kontinyu 2 parameter (2PGDF). Koefisien determinasi tersebut menunjukkan bahwa model yang dikembangkan mempunyai kinerja dan keberlakuan yang baik pada 8 DAS yang diobservasi dan memenuhi semua syarat uji statistik yang diterapkan. Validasi model HSS pada 3 DAS di Sulawesi Tengah menunjukkan semua parameter pokok hidrograf yang dievaluasi mempunyai kinerja yang sangat baik. Penyimpangan paramater pokok hidrograf rata-rata di bawah 20% dengan perincian penyimpangan debit puncak rata-rata sebesar 6.87%, penyimpangan waktu puncak rata-rata sebesar 10.17%, dan penyimpangan waktu dasar rata-rata sebesar 10.78%. Selain itu hasil hitungan juga menunjukkan Koefisien Efisiensi Model Nash–Sutcliffe (E) pada ketiga DAS relatif sangat tinggi dengan nilai rata-rata sebesar 0.87, yang memperlihatkan kinerja yang baik. Verifikasi model pada 3 DAS di Pulau Jawa dan Bali menunjukkan bahwa penyimpangan paramater pokok hidrograf rata-rata <30% dan Koefisien Efisiensi Model Nash–Sutcliffe (E) relatif cukup baik (> 0.7). Hal ini menunjukkan bahwa pada kasus ini model HSS tersusun memiliki keberlakuan relatif masih cukup baik pada DAS lain di luar Provinsi Sulawesi Tengah. Namun demikian verifikasi perlu dilakukan dengan melibatkan jumlah DAS yang lebih banyak lagi baik DAS-DAS yang berada di wilayah yang sama terutama di Pulau Sulawesi maupun DAS-DAS di daerah lain di luar Pulau Sulawesi, dengan berbagai karakteristik morfometri dan parameter fraktal DAS serta pola distribusi hujan wilayah. ================================================================= Synthetic unit hydrograph (SUH) is one of the rainfall-runoff transformation models which remains popular today, particularly used to estimate design flood discharge for water resource planning and management. The advantage of this model is its ability to predict discharge (run-off) based on time sequence of a rainfall event, and thus the correlation between time and discharge in the form of hydrograph can be obtained. SUH Model is generally developed due to limitations of hydrological data especially discharge data, therefore the unit hydrograph of these rivers are predicted based on watershed morphometry. Some SUH models which developed based on watershed morphometry are Snyder, Nakayasu, GAMA I SUH and the others. The fundamental weakness of SUH is tending to deviate in others watershed which different characteristics with the watershed used to construct the model. In most cases, the deviation may also occur in watershed which used to construct the model in other rainfall event. These deviations are predicted as a consequence of the assumptions used to establish unit hydrograph concept and complexity factors affecting hydrograph particularly rainfall and watershed characteristics which are not accommodated in the model, including fractal characteristics of watershed which are considered highly affecting of hydrograph formation. The research was conducted at 8 watersheds in Central Sulawesi to develop and establish SUH models, where based on preliminary study the three evaluated SUH models such as Snyder, Nakayasu and GAMA I showed low performance. The SUH model was constructed by using some parameters based on combination of fractal and main morphometry characteristics of watersheds and using a sufficient amount of measured watersheds to obtain a high performance SUH model for applying around research area in Central Sulawesi. This research was successfully formulated equation of peak time (Tp) as the function of main river length (L), ratio of river length (RL) and drainage density (D) with determination coefficient (r2) of 99.9%, equation of base time (Tb) as the function of watershed area (A) and main river slope (S) with determination coefficient (r2) of 98.7% and equation of peak discharge (Qp) as the function of peak time (Tp) and watershed area (A). In addition, this research was also successfully formulated a simpler single curve equation which can overcame limitation and weakness of other single curve equations. The hydrograph curve equation was derived from Gamma Distribution Formula as part of 2 parameters continues probability distribution (2PGDF). These determination coefficients showed that the developed model has good performance and enforceability at 8 observed watersheds and met all the requirements of applied statistical tests. Model validation at three watersheds in Central Sulawesi showed a very well performance for all evaluated main hydrograph parameters. Deviation of average main parameters hydrograph are below 20% with the following details: 6.87% of average peak discharge deviation, 10.17% of average peak time deviation and 10.78% of average base time deviation. Moreover, the result of calculation showed a high performance of average efficiency coefficient of Nash–Sutcliffe Model (E) in the value of 0.87. Model verification at three watersheds in Java and Bali Island showed a fair performance for all evaluated main hydrograph parameters with average deviation under 70% and average efficiency coefficient of Nash–Sutcliffe Model (E) above 0.7. It shows that the SUH model has still relatively good performance for applying at other watersheds outside of Central Sulawesi Province. However, verification should be conducted by involving more watersheds which located both in Sulawesi Island and outside of Sulawesi Island, with various morphometriy and fractal characteristics of watershed and rainfall distribution pattern of the region.

Item Type: Thesis (Doctoral)
Additional Information: RDS 551.46 Tun p
Uncontrolled Keywords: synthetic unit hydrograph, fractal characteristics of watershed, performance, Hidrograf satuan sintetik, karakteristik fraktal DAS, kinerja
Subjects: T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General)
Divisions: Faculty of Civil Engineering and Planning > Civil Engineering > 22001-(S3) PhD Thesis
Depositing User: I GEDE TUNAS
Date Deposited: 08 Nov 2017 03:04
Last Modified: 05 Mar 2019 04:21
URI: https://repository.its.ac.id/id/eprint/42190

Actions (login required)

View Item View Item