Aspek Hidrologi Lombok (1).doc

ASPEK HIDROLOGI

1. UMUM

Data-data hidrologi yang berhasil dikumpulkan kemudian dianalisa dan dievaluasi. Hasil analisa dan evaluasi data digunakan sebagai masukan dalam pengkajian perhitungan hidrologi di lokasi pekerjaan. Pengkajian pekerjaan hidrologi dimaksudkan untuk meninjau dan melengkapi data akhir yang telah ada. Analisa dan evaluasi data hidrologi secara garis besar diuraikan di bawah ini.

Analisa hidrologi, meliputi hal-hal di bawah ini:

1. Pengumpulan dan Pengolahan Data:

Curah hujan harian yang didapatkan dari Stasiun Hujan yang ada/terdekat di lokasi kajian yaitu Pos Sapit.

Data Klimatologi yang didapatkan dari Stasiun Meteorologi Sambelia.

Peta Rupa Bumi (Kontur/Topografi, Jaringan Jalan, Daerah Rawan Bencana, Kawasan Hutan Lindung, Kepadatan Penduduk, Potensi Pariwisata, Sistem Penyediaan Air Bersih, Rencana Pemanfaatan Ruang, Lingkungan Wilayah Rencana dan Sumber Daya Air).

Pengolahan data klimatologi yang meliputi suhu, kelembaban relatif, lama penyinaran matahari, kecepatan angin, curah hujan, dan penguapan (evapotranspirasi)..

Peta tata guna lahan dan Jenis Tanah

2. Analisis Debit ketersediaan/Andal.

Berikut ini akan dijelaskan perhitungan-perhitungan yang dilakukan dalam analisa hidrologi.

Tabel 1 Stasiun Pos Hujan

No. Nama Stasiun Hujan Periode

1. Sapit 2005 - 2011

Tabel 2 Data Hujan Bulanan

1

Tahun Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

2005 154.80 57.00 255.40 198.00 0.00 27.90 7.70 50.80 32.20 149.10 136.40 228.802006 150.70 191.70 210.20 245.10 44.20 10.80 33.70 0.00 0.00 0.00 33.80 171.402007 210.20 394.80 296.80 203.30 14.70 110.10 4.30 11.90 4.70 58.60 116.50 336.702008 91.50 161.20 365.30 125.00 8.10 15.20 0.00 0.00 0.00 29.20 157.20 344.402009 253.20 42.50 104.50 49.10 105.20 1.80 14.90 8.80 92.20 48.70 66.68 71.302010 253.20 44.70 104.50 154.30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 48.70 66.68 0.002011 193.50 185.20 264.30 260.90 281.50 4.00 3.80 128.10 8.90 97.60 128.10 131.802012 560.40 322.00 441.70 150.80 54.70 5.10 101.60 0.00 5.40 0.00 0.00 0.00

Jumlah 1867.50 1399.10 2042.70 1386.50 508.40 174.90 166.00 199.60 143.40 431.90 705.36 1284.40Max 560.40 394.80 441.70 260.90 281.50 110.10 101.60 128.10 92.20 149.10 157.20 344.40Rata-rata 233.44 174.89 255.34 173.31 63.55 21.86 20.75 24.95 17.93 53.99 88.17 160.55Min 91.50 42.50 104.50 49.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

1.1 Peta Tata Guna Lahan DAS

Kondisi tata guna lahan secara umum meliputi: sawah, hutan dan sebagainya. Peta tata guna lahan didapat dari Bakosurtanal dengan skala 1 : 250.000, Peta ini digunakan untuk mengetahui kondisi dari tata guna lahan di daerah studi. Kondisi data dari wilayah tersebut cukup lengkap. Sehingga dari peta tata guna lahan dan topografi dapat diketahui karakteristik DAS-nya. Secara umum kondisi tata guna lahan di lokasi studi masih didominasi oleh ladang, hutan, Perkebunan dan sisanya berupa pemukiman. Kebutuhan akan data tata guna lahan ini digunakan untuk perhitungan analisis ketersediaan debit. Berikut Peta DAS Sungai pada Gambar 1.

2

Gambar 1 DAS Sungai Kok Batuempak.

2. ANALISIS KETERSEDIAAN AIR

2.1 Analisis Ketersediaan Air Dengan Metode Mock

2.1.1 Umum

Kegiatan analisis ketersediaan air ditujukan untuk memperoleh informasi mengenai potensi atau ketersediaan air di lokasi kajian. Metode yang paling ideal untuk memperkirakan potensi air permukaan adalah dengan melakukan kajian berdasarkan data catatan debit sungai yang diperoleh dari hasil pengukuran langsung di titik yang ditinjau untuk durasi pengukuran yang lama (tahunan). Namun hal ini sangat bergantung dari intansi yang terkait, apakah sudah melaksanakan pengukuran debit air secara kontinyu.

Alternatif lain adalah melakukan prediksi kuantitas berdasarkan data sekunder yang ada, dengan durasi yang lama. Data sekunder yang dimaksud adalah data klimatologi. Salah satu metode untuk memperkirakan limpasan (aliran permukaan / runoff) adalah dengan menggunakan metode Mock. Agar hasil kajian dengan metode ini dapat diandalkan, data hasil survei lapangan sangat perlu untuk digunakan sebagai acuan dalam menentukan “orde” besaran debit yang diperkirakan. Debit sungai berasal dari aliran limpasan hujan (direct run off) dan aliran air tanah (mata air).

3

Air permukaan adalah air yang mengalir secara berkesinambungan atau dengan terputus-putus dalam alur sungai atau saluran dari sumbernya yang tertentu, dimana semua ini merupakan bagian dari sistem sungai yang menyeluruh. Ilustrasi dari proses terbentuknya aliran permukaan disajikan pada gambar sebagai berikut:

AIR TANAH

BATU PERKOLASI

INFILTRASI

HUJAN

EVAPO

TRANSPIRASI

LimpasanPermukaan

Al

i r

an

TANAH

A L I R AN A I R T AN AH

Sung

ai

Gambar 2 Ilustrasi aliran permukaan.

Yang paling berperan adalah data rekaman debit aliran sungai. Rekaman tersebut harus berkesinambungan dalam periode waktu yang dapat digunakan untuk pelaksanaan proyek penyediaan air. Apabila penyadapan air akan dilakukan dari sungai yang masih alami, maka diperlukan rekaman data dari periode-periode aliran rendah yang kristis yang cukup panjang, sehingga keandalan pasok air dapat diketahui.

Hasil penaksiran atau perkiraan debit limpasan (run off) tidak bisa menggantikan dokumentasi data aliran sungai. Namun dalam hal dimana sangat dibutuhkan tersedianya data tersebut, maka diperlukan adanya penaksiran atau perkiraan.

Ada banyak metode untuk menaksir debit limpasan. Akurasi dari masing-masing metode tersebut bergantung pada keseragaman dan keandalan data yang tersedia. Salah satu metode tersebut adalah Metode Mock.

Metode Mock adalah suatu metode untuk memperkirakan keberadaan air berdasarkan konsep water balance. Keberadaan air yang dimaksud di sini adalah besarnya debit suatu daerah aliran sungai. Data yang digunakan untuk memperkirakan debit ini berupa data klimatologi dan karakteristik daerah aliran sungai.

Metode Mock dikembangkan oleh Dr. F. J. Mock berdasarkan atas daur hidrologi. Metode Mock merupakan salah satu dari sekian banyak metode yang menjelaskan hubungan rainfall-runoff.

Metode Mock dikembangkan untuk menghitung debit bulanan rata-rata. Data-data yang dibutuhkan dalam perhitungan debit dengan Metode Mock ini adalah data klimatologi, luas, dan penggunaan lahan dari catchment area.

4

Pada prinsipnya, Metode Mock memperhitungkan volume air yang masuk, keluar, dan yang disimpan dalam tanah (soil storage). Volume air yang masuk adalah hujan. Air yang keluar adalah infiltrasi, perkolasi, dan yang dominan adalah akibat evapotranspirasi. Perhitungan evapotranspirasi menggunakan Metode Aritmatik. Sementara soil storage adalah volume air yang disimpan dalam pori-pori tanah, hingga kondisi tanah menjadi jenuh. Secara keseluruhan perhitungan debit dengan Metode Mock ini mengacu pada water balance, dimana volume air total yang ada di bumi adalah tetap, hanya sirkulasi, dan distribusinya yang bervariasi.

Proses perhitungan yang dilakukan dalam Metode Mock dijelaskan dalam Gambar 3.

Gambar 3 Bagan alir perhitungan debit dalam Metoda Mock.

2.1.2 Water Balance

Dalam siklus hidrologi, penjelasan mengenai hubungan antara aliran ke dalam (inflow) dan aliran keluar (outflow) di suatu daerah untuk suatu perioda tertentu disebut neraca air atau keseimbangan air (water balance). Hubungan-hubungan ini lebih jelas ditunjukkan oleh Gambar 4.

Bentuk umum persamaan water balance adalah:

P = Ea + GS + TRO

dengan:

P = presipitasi.

Ea = evapotranspirasi.

5

PerhitunganBase Flow, Direct Run Off, dan Storm Run Off

PerhitunganEvapotranspirasi Potensial

(Metode Penman)

PerhitunganEvapotranspirasi Aktual

PerhitunganWater Surplus

GS = perubahan groundwater storage.

TRO = total run off.

Water balance merupakan siklus tertutup yang terjadi untuk suatu kurun waktu pengamatan tahunan tertentu, dimana tidak terjadi perubahan groundwater storage atau GS = 0. Artinya awal penentuan groundwater storage adalah berdasarkan bulan terakhir dalam tinjauan kurun waktu tahunan tersebut. Sehingga persamaan water balance menjadi:

P = Ea + TRO

Beberapa hal yang dijadikan acuan dalam prediksi debit dengan Metode Mock sehubungan dengan water balance untuk kurun waktu tertentu adalah:

Dalam satu tahun, perubahan groundwater storage (GS) harus sama dengan nol.

Jumlah total evapotranspirasi dan total run off selama satu tahun harus sama dengan total presipitasi yang terjadi dalam tahun itu.

Dengan tetap memperhatikan kondisi-kondisi batas water balance di atas, maka prediksi debit dengan Metode Mock akan akurat.

Gambar 4 Sirkulasi air.

2.1.3 Data Iklim

Data iklim yang digunakan dalam Metode Mock adalah presipitasi, temperatur, penyinaran matahari, kelembaban relatif dan data kecepatan angin. Secara umum data-data ini digunakan untuk menghitung evapotransprasi. Dalam Metode Mock, data-data iklim yang dipakai adalah data bulanan rata-rata, kecuali untuk presipitasi yang digunakan adalah jumlah data dalam satu bulan. Notasi dan satuan yang dipakai untuk data iklim ditabelkan pada Tabel 2.

6

Curah Hujan

Air Permukaan

Presipitasi

Limpasan

Perkolasi

Air

kelu

ar

Perkolasi

Presipitasi

Evaporasi

Presipitasi

Evaporasi

Uap Air

Kelembaban Tanah dan Air Tanah

Tabel 3 Notasi dan Satuan Parameter Iklim

Data Meteorologi Notasi Satuan

Presipitasi P Milimeter (mm)

Temperatur T Derajat Celcius (0C)

Penyinaran Matahari S Persen (%)

Kelembaban Relatif H Persen (%)

Kecepatan Angin W Mile per hari (mile/hr)

Analisis hidrologi dan hidrolika sangat bergantung pada data historis iklim yang berasal dari pengukuran langsung di lokasi yang ditinjau.

2.1.4 Evapotranspirasi

Evapotranspirasi merupakan faktor penting dalam memprediksi debit dari data curah hujan dan klimatologi dengan Metode Mock. Alasannya adalah karena evapotranspirasi ini memberikan nilai yang besar untuk terjadinya debit dari suatu daerah pengaliran sungai. Evapotranspirasi diartikan sebagai kehilangan air dari lahan dan permukaan air dari suatu daerah pengaliran sungai akibat kombinasi proses evaporasi dan transpirasi. Hasil Evapotranspirasi diuraikan di bawah ini.

A. Evapotranspirasi Potensial

Evapotranspirasi potensial adalah evapotranspirasi yang mungkin terjadi pada kondisi air yang tersedia berlebihan. Faktor penting yang mempengaruhi evapotranspirasi potensial adalah tersedianya air yang cukup banyak. Jika jumlah air selalu tersedia secara berlebihan dari yang diperlukan oleh tanaman selama proses transpirasi, maka jumlah air yang ditranspirasikan akan relatif lebih besar dibandingkan apabila tersedianya air di bawah keperluan. Beberapa rumus empiris untuk menghitung evapotranspirasi potensial adalah: rumus empiris dari Thornthwaite, Blaney-Criddle, Penman dan Turc-Langbein-Wundt. Dari rumus-rumus empiris di atas, Metode Mock menggunakan rumus empiris dari Penman. Rumus empiris Penman memperhitungkan banyak data klimatologi yaitu temperatur, radiasi matahari, kelembaban, dan kecepatan angin sehingga hasilnya relatif lebih akurat. Perhitungan evaporasi potensial Penman didasarkan pada keadaan bahwa agar terjadi evaporasi diperlukan panas.

Menurut Penman besarnya evapotranspirasi potensial diformulasikan sebagai berikut:

dengan:

H = energy budget,

= R (1-r) (0,18 + 0,55 S) - B (0,56 – 0,092 ) (0,10 + 0,9 S)

D = panas yang diperlukan untuk evapotranspirasi, dan

= 0,35 (ea – ed) (k + 0,01w)

A = slope vapour pressure curve pada temperatur rata-rata, dalam mmHg/oF.

7

B = radiasi benda hitam pada temperatur rata-rata, dalam mmH2O/hari.

ea = tekanan uap air jenuh (saturated vapour pressure) pada temperatur rata-rata (mmHg).

Besarnya A, B dan ea tergantung pada temperatur rata-rata. Hubungan temperatur rata-rata dengan parameter evapotranspirasi ini ditabelkan pada Tabel 4.

Tabel 4 Hubungan Temperatur Rata-rata vs Parameter Evapotranspirasi A, B dan ea

Temperatur (0C) 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

A (mmHg/0F) 0.304 0.342 0.385 0.432 0.484 0.541 0.603 0.671 0.746 0.828 0.917 1.013

B (mmH2O/hari) 12.60 12.90 13.30 13.70 14.80 14.50 14.90 15.40 15.80 16.20 16.70 17.10

ea

(mmHg) 8.05 9.21 10.50 12.00 13.60 15.50 17.50 19.80 22.40 25.20 28.30 31.80

Sumber: Sudirman (2002).

R = radiasi matahari, dalam mm/hari.

Besarnya tergantung letak lintang. Besarnya radiasi matahari ini berubah-ubah menurut bulan, seperti Tabel 5 berikut ini.

Tabel 5 Nilai Radiasi Matahari Pada Permukaan Horizontal Luar Atmosfir (mm/hari)

Bulan Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Agu Sep Okt Nop Des Tahun

50 LU 13.7 14.5 15.0 15.0 14.5 14.1 14.2 14.6 14.9 14.6 13.9 13.4 14.39

00 14.5 15.0 15.2 14.7 13.9 13.4 13.5 14.2 14.9 15.0 14.6 14.3 14.45

50 LS 15.2 15.4 15.2 14.3 13.2 12.5 12.7 13.6 14.7 15.2 15.2 15.1 14.33

100 LS 15.8 15.7 15.1 13.8 12.4 11.6 11.9 13.0 14.4 15.3 15.7 15.8 14.21

r = koefisien refleksi, yaitu perbandingan antara radiasi elektromagnetik (dalam sembarang rentang nilai panjang gelombang yang ditentukan) yang dipantulkan oleh suatu benda dengan jumlah radiasi yang terjadi, dan dinyatakan dalam persentasi.

Koefisien Refleksi sangat berpengaruh pada evapotranspirasi. Tabel 5 adalah nilai koefisien refleksi yang digunakan dalam Metode Mock.

8

Tabel 6 Koefisien Refleksi, r

No. Permukaan Koefisien Refleksi [r]

1 Rata-rata permukaan bumi 40 %2 Cairan salju yang jatuh diakhir musim – masih segar 40 – 85 %3 Spesies tumbuhan padang pasir dengan daun berbulu 30 – 40 %4 Rumput, tinggi dan kering 31 – 33 %5 Permukaan padang pasir 24 – 28 %6 Tumbuhan hijau yang membayangi seluruh tanah 24 – 27 %7 Tumbuhan muda yang membayangi sebagian tanah 15 – 24 %8 Hutan musiman 15 – 20 %9 Hutan yang menghasilkan buah 10 – 15 %10 Tanah gundul kering 12 – 16 %11 Tanah gundul lembab 10 – 12 %12 Tanah gundul basah 8 – 10 %13 Pasir, basah – kering 9 – 18 %14 Air bersih, elevasi matahari 450 5 %15 Air bersih, elevasi matahari 200 14 %

S = rata-rata persentasi penyinaran matahari bulanan, dalam persen (%).

ed = tekanan uap air sebenarnya (actual vapour pressure), dalam mmHg.

= ea x h.

h = kelembaban relatif rata-rata bulanan, dalam persen (%).

k = koefisien kekasaran permukaan evaporasi (evaporating surface).

Untuk permukaan air nilai k = 0,50 dan permukaan vegetasi nilai k = 1,0.

w = kecepatan angin rata-rata bulanan, dalam mile/hari.

Substitusi persamaan-persamaan di atas menghasilkan:

dalam bentuk lain:

jika:

9

maka:

E = F1 x R(1 - r) - F2 x (0,1 + 0,9S) + F3 x (k + 0,01w)

dan jika:

E1 = F1 x R(1 - r)

E2 = F2 x (0,1 + 0,9S)

E3 = F3 x (k + 0,01w)

maka bentuk yang sederhana dari persamaan evapotranspirasi potensial menurut Penman adalah:

E = E1 - E2 + E3

Formulasi inilah yang dipakai dalam Metode Mock untuk menghitung besarnya evapotranspirasi potensial dari data-data klimatologi yang lengkap (temperatur, lama penyinaran matahari, kelembaban relatif, dan kecepatan angin). Besarnya evapotrans-pirasi potensial ini dinyatakan dalam mm/hari. Untuk menghitung besarnya evapotrans-pirasi potensial dalam 1 bulan maka kalikan dengan jumlah hari dalam bulan itu.

B. Evapotranspirasi Aktual

Jika dalam evapotranspirasi potensial air yang tersedia dari yang diperlukan oleh tanaman selama proses transpirasi berlebihan, maka dalam evapotranspirasi aktual ini jumlah air tidak berlebihan atau terbatas. Jadi evapotranspirasi aktual adalah evapotranspirasi yang terjadi pada kondisi air yang tersedia terbatas. Evapotranspirasi aktual dipengaruhi oleh proporsi permukaan luar yang tidak tertutupi tumbuhan hijau (exposed surface) pada musim kemarau. Besarnya exposed surface (m) untuk tiap daerah berbeda-beda. F.J. Mock mengklasifikasikan menjadi tiga daerah dengan masing-masing nilai exposed surface ditampilkan pada Tabel 7.

Tabel 7 Exposed Surface, m

No. m Daerah

1 0 % Hutan primer, sekunder

2 10 – 40 % Daerah tererosi

3 30 – 50 % Daerah ladang pertanian

Sumber: Sudirman (2002).

Selain exposed surface evapotranspirasi aktual juga dipengaruhi oleh jumlah hari hujan (n) dalam bulan yang bersangkutan.

Menurut Mock rasio antara selisih evapotranspirasi potensial dan evapotranspirasi aktual dengan evapotranspirasi potensial dipengaruhi oleh exposed surface (m) dan jumlah hari hujan (n), seperti ditunjukan dalam formulasi sebagai berikut.

10

Sehingga:

Dari formulasi diatas dapat dianalisis bahwa evapotranspirasi potensial akan sama dengan evapotranspirasi aktual (atau E = 0) jika:

Evapotranspirasi terjadi pada hutan primer atau hutan sekunder. Dimana daerah ini memiliki harga exposed surface (m) sama dengan nol.

Banyaknya hari hujan dalam bulan yang diamati pada daerah itu sama dengan 18 hari.

Jadi evapotranspirasi aktual adalah evapotranspirasi potensial yang memperhitungkan faktor exposed surface dan jumlah hari hujan dalam bulan yang bersangkutan. Sehingga evapotranspirasi aktual adalah evapotranspirasi yang sebenarnya terjadi atau actual evapotranspiration, dihitung sebagai berikut:

Nilai Evapotranspirasi di DAS dapat dilihat pada Tabel 8.

Tabel 8 Hasil Evapotranspirasi Tahun

Bulan Jan Feb Mar Aprl Mei Juni Juli Agst Sept Okt Nov Des

2005 108.48 109.96 102.98 102.15 125.89 75.08 107.88 117.12 127.86 132.69 124.15 92.022006 99.38 113.82 91.28 128.85 137.18 94.20 126.33 151.10 158.13 174.30 171.09 152.972007 129.56 130.11 110.59 133.71 147.60 95.72 123.05 150.78 157.83 174.31 171.12 153.312008 129.57 97.61 135.44 133.82 150.60 99.10 131.14 137.90 151.18 164.23 135.55 129.972009 133.92 127.48 143.27 142.36 148.95 101.56 127.56 137.24 148.00 162.40 153.45 164.142010 133.92 127.48 143.27 142.36 148.95 101.56 127.56 137.24 148.00 162.40 153.45 164.142011 157.01 112.44 136.91 119.26 141.48 112.55 129.02 138.87 154.51 154.21 145.84 119.742012 154.47 89.45 130.50 109.09 143.64 111.71 134.31 127.96 146.90 146.61 130.39 128.43

Rata-Rata 125.80 108.04 123.45 121.67 133.74 95.07 120.56 132.26 140.31 147.86 137.83 130.29

Max 157.01 130.11 143.27 142.36 150.60 112.55 134.31 151.10 158.13 174.31 171.12 164.14

Min 99.38 83.39 91.28 91.91 93.44 73.08 98.70 78.00 90.42 96.59 93.41 92.02

Evapotranspirasi (mm/month)

2.1.5 Water Surplus

Water surplus didefinisikan sebagai air hujan (presipitasi) yang telah mengalami evapotranspirasi dan mengisi tampungan tanah (soil storage, disingkat SS). Water surplus ini berpengaruh langsung pada infiltrasi atau perkolasi dan total run off yang merupakan komponen debit. Persamaan water surplus (disingkat WS) adalah sebagai berikut:

WS = (P – Ea) + SS

Dengan memperhatikan Gambar 5, maka water surplus merupakan air limpasan permukaan ditambah dengan air yang mengalami infiltrasi.

11

Tampungan kelembaban tanah (soil moisture storage, disingkat SMS) terdiri dari kapasitas kelembaban tanah (soil moisture capacity, disingkat SMC), zona infiltrasi, limpasan permukaan tanah dan tampungan tanah (soil storage, disingkat SS). Besarnya soil moisture capacity (SMC) tiap daerah tergantung dari tipe tanaman penutup lahan (land covery) dan tipe tanahnya, seperti ditunjukkan dalam Tabel 8.

Dalam studi yang dilakukan Mock di daerah kajian, ditetapkan besarnya kapasitas kelembaban tanah maksimum adalah 200 mm/bulan. Dalam Metode Mock, tampungan kelembaban tanah dihitung sebagai berikut:

SMS = ISMS + (P – Ea)

dengan,

ISMS = initial soil moisture storage (tampungan kelembaban tanah awal), merupakan soil moisture capacity (SMC) bulan sebelumnya.

P–Ea = presipitasi yang telah mengalami evapotranspirasi.

Asumsi yang dipakai oleh Dr. F.J. Mock adalah air akan memenuhi SMC terlebih dahulu sebelum water surplus tersedia untuk infiltrasi dan perkolasi yang lebih dalam atau melimpas langsung (direct run off). Ada dua keadaan untuk menentukan SMC, yaitu:

SMC = 200 mm/bulan, jika P – Ea < 0.

Artinya soil moisture storage (tampungan tanah lembab) sudah mencapai kapasitas maksimumnya atau terlampaui sehingga air tidak disimpan dalam tanah lembab. Ini berarti soil storage (SS) sama dengan nol dan besarnya water surplus sama dengan P - Ea.

SMC = SMC bulan sebelumnya + (P – Ea), jika P – Ea < 0.

Untuk keadaan ini, tampungan tanah lembab (soil moisture storage) belum mencapai kapasitas maksimum, sehingga ada air yang disimpan dalam tanah lembab. Besarnya air yang disimpan ini adalah P – Ea. Karena air berusaha untuk mengisi kapasitas maksimumnya, maka untuk keadaan ini tidak ada water surplus (WS = 0).

Selanjutnya WS ini akan mengalami infiltrasi dan melimpas di permukaan (run off). Besarnya infiltrasi ini tergantung pada koefisien infiltrasi.

12

KAPASITAS KELEMBABAN TANAH

Z

O

N

A

I

N

F

I

L

T

R

A

S

I

L

I

M

P

A

S

A

N

P

E

R

M

U

K

A

A

N

PRESIPITASI

EVAPOTRANSPIRASI

T A M P U N G A N K E L E M B A B A N T A N A H

Gambar 5 Water surplus merupakan presipitasi yang telah mengalami evapotranspirasi atau limpasan yang ditambah infiltrasi.

Tabel 9 Nilai Soil Moisture Capacity Untuk Berbagai Tipe Tanaman dan Tipe Tanah

Tipe Tanaman Tipe Tanah Zone Akar(dalam m)

Soil Moisture Capacity(dalam mm)

Tanaman Berakar Pendek

Pasir Halus 0.50 50Pasir Halus dan Loam 0.50 75Lanau dan Loam 0.62 125Lempung dan Loam 0.40 100Lempung 0.25 75

Tanaman Berakar Sedang


Tanaman Berakar Dalam


Tanaman Palm


Mendekati Hutan Alam


2.1.6 Limpasan Total

Air hujan yang telah mengalami evapotranspirasi dan disimpan dalam tanah lembab selanjutnya akan melimpas di permukaan (surface run off) dan mengalami perkolasi. Berikutnya, menurut Mock besarnya infiltrasi adalah water surplus (WS) dikalikan dengan koefisien Infiltrasi (if), atau:

Infiltrasi (i) = WS x if

Koefisien infiltrasi ditentukan oleh kondisi porositas dan kemiringan daerah pengaliran. Lahan yang bersifat poros umumnya memiliki koefisien yang cenderung besar. Namun jika kemiringan tanahnya terjal dimana air tidak sempat mengalami infiltrasi dan perkolasi ke dalam tanah, maka koefisien infiltrasinya bernilai kecil.

13

Infiltrasi terus terjadi sampai mencapai zona tampungan air tanah (groundwater storage, disingkat GS). Keadaan perjalanan air di permukaan tanah dan di dalam tanah diperlihatkan dalam Gambar 6.

Dalam Metode ini, besarnya groundwater storage (GS) dipengaruhi oleh:

Infiltrasi (i).

Semakin besar infiltrasi maka groundwater storage semakin besar pula, dan begitu pula sebaliknya.

Konstanta resesi aliran bulanan.

Konstanta resesi aliran bulanan (monthly flow recession constan) disimbolkan dengan K adalah proporsi dari air tanah bulan lalu yang masih ada bulan sekarang. Nilai K ini cenderung lebih besar pada bulan basah.

Groundwater storage bulan sebelumnya (GSom).

Nilai ini diasumsikan sebagai konstanta awal, dengan anggapan bahwa water balance merupakan siklus tertutup yang ditinjau selama rentang waktu menerus tahunan tertentu. Dengan demikian maka nilai asumsi awal bulan pertama tahun pertama harus dibuat sama dengan nilai bulan terakhir tahun terakhir.

Dari ketiga faktor di atas, Mock merumuskan sebagai berikut:

GS = { 0,5 x (1 + K) x i } + { K x GSom }

Gambar 6 Perjalanan air hujan sampai terbentuk debit.

Seperti telah dijelaskan, metode Mock adalah metoda untuk memprediksi debit yang didasarkan pada water balance. Oleh sebab itu, batasan-batasan water balance ini harus dipenuhi. Salah satunya adalah bahwa perubahan groundwater storage (GS) selama rentang waktu tahunan tertentu adalah nol, atau (misalnya untuk 1 tahun):

14

SRO Ea

DRO

Percolasi

BF

TRO Channel

P

SROS

GS

Perubahan groundwater storage (GS) adalah selisih antara groundwater storage bulan yang ditinjau dengan groundwater storage bulan sebelumnya. Perubahan groundwater storage ini penting bagi terbentuknya aliran dasar sungai (base flow, disingkat BF). Dalam hal ini base flow merupakan selisih antara infiltrasi dengan perubahan groundwater storage, dalam bentuk persamaan:

BF = i - GS

Jika pada suatu bulan GS bernilai negatif (terjadi karena GS bulan yang ditinjau lebih kecil dari bulan sebelumnya), maka base flow akan lebih besar dari nilai Infiltrasinya. Karena water balance merupakan siklus tertutup dengan perioda tahunan tertentu (misalnya 1 tahun) maka perubahan groundwater storage (GS) selama 1 tahun adalah nol. Dari persaman di atas maka dalam 1 tahun jumlah base flow akan sama dengan jumlah infiltrasi. Selain base flow, komponen debit yang lain adalah direct run off (limpasan langsung) atau surface run off (limpasan permukaan). Limpasan permukaan berasal dari water surplus yang telah mengalami infiltrasi. Jadi direct run off dihitung dengan persamaan:

DRO = WS - i

Setelah base flow dan direct run off komponen pembentuk debit yang lain adalah storm run off, yaitu limpasan langsung ke sungai yang terjadi selama hujan deras. Storm run off ini hanya beberapa persen saja dari hujan. Storm run off hanya dimasukkan ke dalam total run off, bila presipitasi kurang dari nilai maksimum soil moisture capacity. Menurut Mock storm run off dipengaruhi oleh percentage factor, disimbolkan dengan PF. Percentage factor adalah persen hujan yang menjadi limpasan. Besarnya PF oleh Mock disarankan 5% - 10%, namun tidak menutup kemungkinan untuk meningkat secara tidak beraturan hingga mencapai 37,3%.

Dalam perhitungan debit ini, Mock menetapkan bahwa:

Jika presipitasi (P) > maksimum soil moisture capacity, nilai storm run off = 0.

Jika P < maksimum soil moisture capacity maka storm run off adalah jumlah curah hujan dalam satu bulan yang bersangkutan dikali percentage factor, atau:

SRO = P x PF

Dengan demikian maka total run off (TRO) yang merupakan komponen-komponen pembentuk debit sungai (stream flow) adalah jumlah antara base flow, direct run off dan storm run off, atau:

TRO = BF + DRO + SRO

Total run off ini dinyatakan dalam mm/bulan. Maka jika TRO ini dikalikan dengan catchment area (luas daerah tangkapan air) dalam km2 dengan suatu angka konversi tertentu akan didapatkan besaran debit dalam m3/det.

2.1.7 Parameter Mock

Secara umum, parameter-parameter yang akan dijelaskan ini mempengaruhi besarnya evapotranspirasi, Infiltrasi, groundwater storage dan storm run off.

15

Koefisien refleksi (r), yaitu perbandingan antara jumlah radiasi matahari yang dipantulkan oleh suatu permukaan dengan jumlah radiasi yang terjadi, yang dinyatakan dalam persen. Koefisien refleksi ini berbeda-beda untuk tiap permukaan bumi. Menurut Mock, rata-rata permukaan bumi mempunyai harga koefisien refleksi sebesar 40%. Mock telah mengklasifikasikan tiap permukaan bumi dengan nilai koefisien refleksinya masing-masing.

Exposed surface (m), yaitu asumsi proporsi permukaan luar yang tidak tertutupi tumbuhan hijau pada musim kering dan dinyatakan dalam persen. Besarnya harga m ini, tergantung daerah yang diamati. Mock mengklasifikasikan menjadi tiga bagian daerah, yaitu hutan primer atau sekunder, daerah tererosi dan daerah ladang pertanian. Besarnya harga exposed surface ini berkisar antara 0% sampai 50% dan sama untuk tiap bulan. Harga m untuk ketiga klasifikasi daerah ini telah ditabelkan dalam Tabel 25 di atas.

Koefisien Infiltrasi (if), adalah koefisien yang didasarkan pada kondisi porositas tanah dan kemiringan daerah pengaliran. Koefisien Infiltrasi mempunyai nilai yang besar jika tanah bersifat porous, sifat bulan kering dan kemiringan lahanya tidak terjal. Karena dipengaruhi sifat bulan maka if ini bisa berbeda-beda untuk tiap bulan. Harga minimum koefisien infiltrasi bisa dicapai karena kondisi lahan yang terjal dan air tidak sempat mengalami infiltrasi.

Konstanta resesi aliran (K), yaitu proporsi dari air tanah bulan lalu yang masih ada bulan sekarang. Pada bulan hujan Nilai K cenderung lebih besar, ini berarti tiap bulan nilai K ini berbeda-beda. Harga K suatu bulan relatif lebih besar jika bulan sebelumnya merupakan bulan basah.

Percentage factor (PF), merupakan persentase hujan yang menjadi limpasan. Digunakan dalam perhitungan storm run off pada total run off. Storm run off hanya dimasukkan kedalam total run off, bila P lebih kecil dari nilai maksimum soil moisture capacity. Besarnya PF oleh Mock disarankan berkisar 5%-10%, namun tidak menutup kemungkinan untuk meningkat sampai harga 37,3%.

2.1.8 Data Kalibrasi

Kalibrasi terhadap parameter Mock yang digunakan perlu dilakukan agar hasil perhitungan debit dengan metoda ini dapat mewakili kondisi aktual seperti di lapangan (dibandingkan dengan debit hasil survei hidrometri).

Dalam perhitungan debit limpasan dengan menggunakan metode Mock tersebut, akan digunakan data debit hasil survei hidrometri untuk kalibrasi yang dilakukan pada beberapa sungai di wilayah kajian.

A. Kuantifikasi Potensi Air Permukaan

1) Jumlah Sungai

Langkah kuantifikasi air permukaan adalah melacak DAS dan menghitung luas catchment area pada peta hasil survei topografi. Penelusuran didasarkan pada muara aliran di sepanjang garis pantai. Dari sekitar sungai dan alur yang terdapat di wilayah kajian, tidak semua akan dihitung besar debit sintetiknya. Dilakukan pemilihan dan pemilahan terhadap sungai-sungai yang dianggap mempunyai potensi dimanfaatkan sebagai sumber air baku, ditinjau dari aspek kuantitasnya.

2) Titik Perhitungan

16

Besar ketersediaan air baku di sungai dihitung berdasarkan curah hujan di DAS (hujan bulanan), luas DAS dan koefisien pengaliran. Dengan demikian ketersediaan air baku adalah besar debit di suatu titik pengeluaran (outlet) pada suatu waktu tertentu. Debit yang dihitung adalah debit pada tiap outlet yang dipilih:

1. Di titik yang merupakan lokasi pencatatan debit, yang berfungsi sebagai kalibrasi perhitungan debit dengan model mock.

2. Di titik muara sungai, dimana dapat diketahui besarnya potensi debit untuk keseluruhan luas DAS.

Gambar 7 Titik perhitungan debit Mock.

2.1.9 Hasil Perhitungan

Secara statistik, debit pada outlet dinyatakan dengan peluang kejadian yang dihubungkan dengan jenis pengambilan, misal debit 90% terlampaui (Q90) untuk pengambilan DMI (Domestik, Municipal, Industri) atau 50% terlampaui (Q50) untuk pengeluaran dengan waduk/tampungan.

Hasil perhitungan debit bulanan dengan menggunakan Mock, disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 8 s/d Gambar 10. Sedangkan hasil perhitungan lengkap disajikan dalam Tabel 10 s/d Tabel 12.

Tabel 10 Tabel Hasil Perhitungan Debit Kesediaan

17

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

De

bit

(m3/

dt)

Waktu

Debit Ketersediaan Bulanan

2005 2006 2007 2008

2009 2010 2011 2012

Gambar 8 Hasil perhitungan debit ketersediaan dengan Mock.

18

Tabel 11 Rekap Hujan Bulanan dan Ketersediaan Debit Bulanan

19

Tahun BulanHjn.Bulanan

(mm)Debit

(m3/dt)Tahun Bulan

Hjn.Bulanan (mm)

Debit (m3/dt)

2005 Jan 154.80 0.507 2009 Jan 253.20 0.545Feb 57.00 0.234 Feb 42.50 0.067Mar 255.40 0.826 Mar 104.50 0.086Apr 198.00 0.710 Apr 49.10 0.052May 0.00 0.136 May 105.20 0.076Jun 27.90 0.128 Jun 1.80 0.017Jul 7.70 0.091 Jul 14.90 0.020Aug 50.80 0.097 Aug 8.80 0.015Sep 32.20 0.075 Sep 92.20 0.059Oct 149.10 0.208 Oct 48.70 0.032Nov 136.40 0.190 Nov 66.68 0.042Dec 228.80 0.634 Dec 71.30 0.042




20

Gambar 9 Curve Hujan Bulanan dan Ketersediaan debit bulanan.

Tabel 12 Debit Andal

No. % Terlampaui Debit (m3/det) No. % Terlampaui Debit (m3/det) No. % Terlampaui Debit (m3/det)

1 1.04 1.783 33 34.38 0.208 65 67.71 0.0612 2.08 1.469 34 35.42 0.190 66 68.75 0.0593 3.13 1.327 35 36.46 0.162 67 69.79 0.0594 4.17 1.235 36 37.50 0.152 68 70.83 0.0565 5.21 1.048 37 38.54 0.142 69 71.88 0.0526 6.25 0.959 38 39.58 0.140 70 72.92 0.0457 7.29 0.889 39 40.63 0.136 71 73.96 0.0448 8.33 0.826 40 41.67 0.128 72 75.00 0.0449 9.38 0.813 41 42.71 0.118 73 76.04 0.04310 10.42 0.710 42 43.75 0.113 74 77.08 0.04211 11.46 0.691 43 44.79 0.101 75 78.13 0.04212 12.50 0.683 44 45.83 0.100 76 79.17 0.04113 13.54 0.634 45 46.88 0.099 77 80.21 0.04014 14.58 0.632 46 47.92 0.097 78 81.25 0.04015 15.63 0.595 47 48.96 0.097 79 82.29 0.03716 16.67 0.581 48 50.00 0.091 80 83.33 0.03617 17.71 0.566 49 51.04 0.091 81 84.38 0.03418 18.75 0.558 50 52.08 0.086 82 85.42 0.03319 19.79 0.545 51 53.13 0.084 83 86.46 0.03320 20.83 0.507 52 54.17 0.081 84 87.50 0.03221 21.88 0.482 53 55.21 0.081 85 88.54 0.02822 22.92 0.457 54 56.25 0.076 86 89.58 0.02723 23.96 0.443 55 57.29 0.075 87 90.63 0.02524 25.00 0.438 56 58.33 0.070 88 91.67 0.02425 26.04 0.402 57 59.38 0.068 89 92.71 0.02026 27.08 0.362 58 60.42 0.068 90 93.75 0.01927 28.13 0.288 59 61.46 0.068 91 94.79 0.01728 29.17 0.258 60 62.50 0.067 92 95.83 0.01529 30.21 0.234 61 63.54 0.064 93 96.88 0.01530 31.25 0.222 62 64.58 0.063 94 97.92 0.01531 32.29 0.218 63 65.63 0.063 95 98.96 0.01032 33.33 0.208 64 66.67 0.061 96 100.00 0.005

21

Dari hasil analisa diperoleh:

o Q90 = 0.026 m3/detik

o Q80 = 0.040 m3/detik

Gambar 10 Flow Duration Curve debit andalan.

Dalam menganalisa debit ketersediaan Selain menggunakan menggunakan metode Mock maka digunakan pula model NRECA , sebagai pembanding dalam menganalisis data.

2.2 Estimasi Debit Andalan dengan Metode NRECA

Debit aliran yang dilokasi studi dapat diperkirakan selama tidak tersedia pencatatan atau pengamatan aliran di sungai. Salah satu cara memperkirakan debit adalah dengan bantuan model hujan-limpasan NRECA.

1) Struktur Model NRECA dan Pemilihan Parameternya

Model NRECA dikembangkan oleh Crawford (Ref. 3) untuk memperkirakan debit bulanan dari hujan bulanan. Simulasi debit bulanan dilakukan karena data debit di lokasi studi tidak ada.

Konsep model Nreca ini memerlukan input utama data hujan dan evapotranspirasi actual yang diilustrasikan pada Gambar 11. Kandungan air dalam tanah atau kelengasan tanih (Soil Moisture) dihitung setiap bulan dan merupakan fungsi dari evapotranspirasi actual dan curah hujan. Evapotranspirasi aktual dihitung dari evapotranspirasi potensial dan hujan dengan bantuan persamaan empiris. Bagian dari kelebihan hujan yang tidak teruapkan dapat menjadi aliran permukaan dan bawah permukaaan atau menjadi imbuhan ke tampungan air tanah.

PSUB adalah parameter model yang menggambarkan bagian dari kelebihan tadi dan menjadi imbuhan. Sisanya mengalir sebagai aliran langsung yang terdiri dari aliran permukaan dan bawah permukaan. Tampungan airtanah menampung air imbuhan tersebut yang dikeluarkan menjadi aliran dasar di sungai. Besarnya aliran dasar yang dikeluarkan adalah GWF kali jumlah tampungan, dengan sendirinya GWF nilainya lebih kecil dari satu. Makin besar GWF makin banyak air yang dikeluarkan dari tampungan sehingga air tampungan akan cepat habis, begitu pula sebaliknya.

22

Kombinasi parameter PSUB dan GWF memegang peranan penting dalam menentukan hidrograf aliran di sungai yang merupakan penjumlahan antara debit aliran langsung dan aliran dasar.

Untuk DAS dalam lokasi studi, dikarenakan tidak adanya data debit untuk kalibrasi, maka dilakukan prediksi sesuai data acuan yang diperlukan seperti jenis tanah dan tata guna lahan, sehingga di dalam model sudah mengandung program optimasi yang mengubah parameter dengan cara langkah demi langkah sampai kriteria kecocokan dipenuhi.

Gambar 11 Konsep Model NRECA.

2) Penentuan Parameter NRECA

a) Data Masukan

Data masukan yang diperlukan dari model hujan-limpasan NRECA adalah sebagai berikut :

- Hujan rata-rata bulanan dari suatu DAS.

- Evapotranspirasi potensial bulanan dari DAS (PET).

- Kapasitas tampungan kelengasan (NOM) dapat diperkirakan sebagai berikut :

Nom = 100 + 0.2 x hujan rata-rata tahunan (mm).

- Persentasi limpasan yang keluar dari DAS di sub surface (PSUB). Nilai PSUB berkisar antara 0.3 sampai dengan 0.9.

- Persentasi limpasan tampungan air tanah menuju ke sungai (GWF) yang berkisar 0.2 sampai dengan 0.8.

- Nilai awal dari tampungan kelengasan tanah (SMSTOR) dan air tanah (GWSTOR).

- Faktor tanaman (CROPF)

b) Perhitungan Limpasan

Perhitungan limpasan model NRECA dibagi menjadi dua bagian, yaitu perhitungan limpasan langsung (direct runoff) dan airtanah yang menuju ke sungai (groundwater).

Q = (DRO + GF) x A (m3/dt)

Total debit sungai dihitung sebagai berikut :

23

Recharge to GW

Groundwater flow

Excess Moisture Direct flowMOISTURE STORAGE

GROUNDWATER STORAGE

TOTAL DISCHARGE

Hujan Evapotranspirasi

dengan :

A = luas DAS (km2)

DRO = limpasan langsung (mm)

= excm (1 – PSUB), dengan excm = kelebihan kelengasan

GF = limpasan airtanah (mm)

= GWF x (PSUB x excm = GWSTOR)

excm = excess moisture (kelebihan kelengasan)

= exrat x (P – AET)

exrat = excess moisture ratio (nilai banding kelebihan kelengasan)

= 0.5 x (1 + tgh ((Sr – 1)/0.52)) bila Sr > 0

= 0 bila Sr < 0

Sr = angka tampungan

= SMSTOR/NOM = tampungan kelengasan tanah /kapasitas tampungan kelengasan

P = hujan bulanan (mm)

AET = evapotranspirasi actual

= CROPF x PET bila P/PET > 1 atau Sr > 2

= (kl x PET) x CROPF bila P/PET < 1 dan Sr <2

kl = (P/PET) x (1 – 0.5 x Sr) + 0.5 x Sr

CROPF = Faktor tanaman

Tabel 13 menampilkan berbagai parameter hasil estimasi dari model NRECA sedangkan detail hasil perhitungan dapat dilihat pada Lampiran, Ketersediaan debit andal dengan menggunakan metode NRECA.

Tabel 13 Parameter model Nreca

Parameter DAS

PSUB

GWF

CROPF

SMSTOR

GWSTOR

0.65

0.25

0.9

1000

500

3) Perhitungan debit andalan

24

Besarnya debit andalan diperlukan untuk menjamin ketersediaan air untuk berbagai kebutuhan seperti irigasi, air bersih, air bersih, pembangkit listrik tenaga air ,dll.

Perhitungan debit andalan berkaitan dengan tingkat atau resiko keandalan ketersediaan air. Dalam studi ini dihitung tingkat keandalan 60%, 80% dan 90% atau kata lain tingkat kegagalan 40%, 20% dan 10%. Sehubungan dengan keterbatasan debit aliran, cara perhitungan debit andalan dilakukan dengan model Nreca di atas.

Tabel 14 Tabel Hasil Perhitungan Debit Kesediaan

Gambar 12 Hasil perhitungan debit ketersediaan dengan NRECA.

25

Tabel 15 Rekap Hujan Bulanan dan Ketersediaan Debit Bulanan

Tahun BulanHjn.Bulanan

(mm)Debit

(m3/dt)Tahun Bulan

Hjn.Bulanan (mm)

Debit (m3/dt)





26

Gambar 13 Curve Hujan Bulanan dan Ketersediaan debit bulanan.

Tabel 16 Debit Andal

No. % Terlampaui Debit (m3/det) No. % Terlampaui Debit (m3/det) No. % Terlampaui Debit (m3/det)

1 1.04 1.249 33 34.38 0.259 65 67.71 0.1012 2.08 0.955 34 35.42 0.257 66 68.75 0.1003 3.13 0.930 35 36.46 0.255 67 69.79 0.0984 4.17 0.920 36 37.50 0.251 68 70.83 0.0945 5.21 0.899 37 38.54 0.238 69 71.88 0.0846 6.25 0.815 38 39.58 0.222 70 72.92 0.0817 7.29 0.728 39 40.63 0.213 71 73.96 0.0768 8.33 0.725 40 41.67 0.199 72 75.00 0.0759 9.38 0.687 41 42.71 0.195 73 76.04 0.07210 10.42 0.686 42 43.75 0.180 74 77.08 0.07011 11.46 0.670 43 44.79 0.179 75 78.13 0.06512 12.50 0.616 44 45.83 0.177 76 79.17 0.06413 13.54 0.576 45 46.88 0.173 77 80.21 0.06314 14.58 0.565 46 47.92 0.171 78 81.25 0.05715 15.63 0.548 47 48.96 0.167 79 82.29 0.05616 16.67 0.531 48 50.00 0.158 80 83.33 0.05517 17.71 0.505 49 51.04 0.155 81 84.38 0.05318 18.75 0.460 50 52.08 0.150 82 85.42 0.05319 19.79 0.424 51 53.13 0.147 83 86.46 0.04820 20.83 0.416 52 54.17 0.143 84 87.50 0.04721 21.88 0.413 53 55.21 0.143 85 88.54 0.04022 22.92 0.405 54 56.25 0.142 86 89.58 0.03623 23.96 0.402 55 57.29 0.135 87 90.63 0.03324 25.00 0.400 56 58.33 0.134 88 91.67 0.03025 26.04 0.332 57 59.38 0.133 89 92.71 0.02226 27.08 0.318 58 60.42 0.125 90 93.75 0.02127 28.13 0.312 59 61.46 0.117 91 94.79 0.01728 29.17 0.304 60 62.50 0.117 92 95.83 0.01629 30.21 0.302 61 63.54 0.112 93 96.88 0.01330 31.25 0.296 62 64.58 0.112 94 97.92 0.01331 32.29 0.276 63 65.63 0.103 95 98.96 0.00932 33.33 0.262 64 66.67 0.101 96 100.00 0.007

27

Dari hasil analisa diperoleh:

o Q90 = 0.034 m3/detik

o Q80 = 0.063 m3/detik

Gambar 14 Flow Duration Curve debit andalan.

.

28

Documents

Aspek Hidrologi Lombok (1).doc