ã 2003 Hari Siswoyo Posted 22 March, 2003

Makalah Pengantar Falsafah Sains (PPS702)

Program Pasca Sarjana / S3

Institut Pertanian Bogor

March 2003

Dosen :

Prof Dr Ir Rudy C Tarumingkeng

OPTIMASI PENGGUNAAN LAHAN DALAM PENGELOLAAN DAS

DENGAN PENDEKATAN ASPEK HIDROLOGI

BERDASARKAN TEORI HIDROGRAF SATUAN SINTETIS US SCS

Oleh :

Hari Siswoyo

NRP. A262020021

Program Studi Pengelolaan Daerah Aliran Sungai (DAS)

PENDAHULUAN

Daerah Aliran Sungai DAS adalah suatu wilayah daratan yang secara topografik dibatasi oleh punggung-punggung gunung yang menampung dan menyimpan air hujan untuk kemudian menyalurkannya ke laut melalui sungai utama (Asdak, 2002). Pemanfaatan sumberdaya alam pada suatu DAS secara garis besar dapat dikelompokkan menjadi 2 jenis yaitu pemanfaatan sumberdaya tanah dalam hal ini lahan dan pemanfaatan sumberdaya air. Pemanfaatan sumberdaya lahan dalam suatu DAS meliputi pertanian, hutan, perkebunan, perikanan, pertambangan, dan lain-lain; sedangkan pemanfaatan sumberdaya air diperuntukkan bagi suplai air irigasi, suplai air minum, PLTA, suplai air industri, dan lain-lain. Untuk dapat dimanfaatkan secara berkelanjutan, maka sumberdaya yang ada pada suatu DAS harus dikelola.

Pengelolaan DAS adalah suatu proses formulasi dan implementasi kegiatan atau program yang bersifat manipulasi sumberdaya alam dan manusia yang terdapat di daerah aliran sungai untuk memperoleh manfaat produksi dan jasa tanpa menyebabkan terjadinya kerusakan sumberdaya tanah dan air. Termasuk dalam pengelolaan DAS adalah identifikasi keterkaitan antara tataguna lahan, tanah dan air, dan keterkaiatan antara daerah hulu dan hilir suatu DAS (Asdak, 2002). Secara hidrologi, pengelolaan DAS berupaya untuk mengelola kondisi biofisik permukaan bumi, sedemikian rupa sehingga didapatkan suatu hasil air (water yield, total streamflow) secara maksimum, serta memiliki regime aliran (flow regime) yang optimum, yaitu terdistribusi merata sepanjang tahun (Purwanto, 1992).

KERANGKA PEMIKIRAN

DAS adalah suatu sistem dalam hidrologi, sehingga di sini terdapat sistem masukan dan sistem keluaran. Salah satu keluran dari sistem DAS adalah debit aliran sungai. Debit aliran sungai adalah integrator dari suatu DAS. Hal ini mempunyai arti bahwa debit aliran sungai merupakan penyimpan informasi tentang ciri dan kondisi DAS tersebut.

Debit aliran sungai ini dapat dijadikan petunjuk mampu tidaknya DAS berperan sebagai pengatur proses, khususnya dari segi hidrologi. Selain itu, dari sistem keluaran DAS tersebut dapat dievaluasi kondisi DAS yang bersangkutan. Dengan demikian masukan ke dalam suatu DAS dapat dioptimalkan menjadi suatu keluaran yang baik dengan mengatur kondisi biofisik yang ada pada DAS tersebut. Perubahan penggunaan lahan pada suatu DAS akan dapat mengakibatkan perubahan efektifitas perlakuan DAS.

Informasi debit aliran sungai akan memberikan hasil lebih bermanfaat bila disajikan dalam bentuk hidrograf. Namun demikian tidak semua Daerah Aliran Sungai (DAS) mempunyai data pengukuran debit, hanya sungai-sungai yang DAS-nya telah dikembangkan mempunyai data pengukuran debit yang cukup. Dengan demikian berkembang penurunan hidrograf satuan sintetis yang didasarkan atas karakteristik fisik dari suatu DAS.

Melalui model hidrograf satuan sintetis, optimasi penggunaan lahan pada suatu DAS dapat dilakukan dengan merubah pola hidrograf. Dengan demikian dapat dinyatakan bahwa optimasi penggunaan lahan untuk perencanaan pengelolaan DAS dapat didekati dari aspek hidrologi dengan pendekatan teori hidrograf satuan sintetis.

TUJUAN PENULISAN

Tujuan penulisan paper ini adalah untuk:

1. Memberikan wacana tentang kegunaan model hidrograf satuan sintetis selain untuk keperluan prediksi debit banjir atau aliran di sungai sebagai dasar perencanaan bangunan air.

2. Memberikan wacana dan gambaran awal terhadap penggunaan suatu metode alternatif untuk pengaturan penggunaan lahan sebagai bagian dari kegiatan pengelolaan DAS.

TINJAUAN PUSTAKA

Hidrograf

Hidrograf dapat digambarkan sebagai penyajian grafis antara salah satu unsur aliran dengan waktu. Hidrograf ini menunjukkan tanggapan menyeluruh DAS terhadap masukan tertentu. Sesuai dengan sifat dan perilaku DAS yang bersangkutan, hidrograf aliran selalu berubah sesuai dengan besaran dan waktu terjadinya masukan. Bentuk hidrograf pada umumnya sangat dipengaruhi oleh sifat hujan yang terjadi, akan tetapi juga dapat dipengaruhi oleh sifat DAS yang lain (Sri Harto, 1993).

Gambar 1. Bentuk Umum Hidrograf

Hidrograf Satuan (HS)

Teori klasik hidrograf satuan berasal dari hubungan antara hujan efektif dengan limpasan langsung. Hubungan tersebut merupakan salah satu komponen model watershed yang umum. Teori hidrograf satuan merupakan penerapan pertama teori sistem linier dalam hidrologi (Soemarto, 1987).

Sherman pada tahun 1932 (dalam Sri Harto, 1993) mengemukakan bahwa dalam suatu sitem DAS terdapat suatu sifat khas yang menunjukkan sifat tanggapan DAS terhadap suatu masukan tertentu. Tanggapan ini diandaikan tetap untuk masukan dengan besaran dan penyebaran tertentu. Tanggapan yang demikian dalam konsep model hidrologi dikenal dengan hidrograf satuan. Hidrograf satuan suatu DAS adalah (Soemarto, 1995) suatu limpasan langsung yang diakibatkan oleh satu satuan volume hujan yang efektif yang terbagi rata dalam waktu dan ruang.

Untuk memperoleh hidrograf satuan dalam suatu kasus banjir, maka diperlukan data sebagai berikut:

1. rekaman AWLR

2. pengukuran debit yang cukup

3. data hujan biasa (manual)

4. data hujan otomatis

Selanjutnya perlu dipilih kasus yang menguntungkan dalam analisis, yaitu dipilih hidrograf yang terpisah dan mempunyai satu puncak dan hujan yang cukup serta distribusi jam-jamannya. Syarat di atas sebenarnya bukan merupakan keharusan, kecuali untuk mempermudah hitungan yang dilakukan. Analisa numerik untuk memisahkan hidrograf satuan dari banjir pengamatan dapat dilakukan dengan Metode Collins (Sri Harto, 1993).

Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) US SCS

Untuk mendapatkan suatu hidrograf satuan seperti diuraikan dengan prosedur di atas perlu tersedia data yang baik, yaitu data AWLR, data pengukuran debit, data hujan harian, dan data hujan jam-jaman. Yang menjadi masalah adalah bahwa karena berbagai sebab data ini sangat sulit diperoleh atau tidak tersedia. Data-data sebagaimana disebutkan di atas hanya dapat diperoleh pada suatu DAS/sub DAS yang telah terinstrumentasi dengan baik.

Purwanto (1992) mengemukakan bahwa suatu DAS/sub DAS yang terinstrumentasi dengan baik adalah:

1. DAS yang memiliki stasiun pengukur arus sungai secara otomatis, yaitu AWLR beserta perangakat pengukuran muatan sedimen pada outlet DAS/sub DAS tersebut.

2. Memiliki penakar/alat ukur hujan otomatis dalam jumlah yang cukup, yaitu satu buah untuk tingkat sub DAS dan tiga buah untuk tingkat DAS

Untuk mengatasi hal ini maka dikembangkan suatu cara untuk mendapatkan hidrograf satuan tanpa mempergunakan data tersebut di atas. Salah satu cara tersebut dikembangkan oleh Soil Conservation Service, U.S. Department of Agriculture (USDA-SCS) pada tahun 1972 dengan memanfaatkan parameter DAS untuk memperoleh hidrograf satuan sintetis. Hidrograf satuan sintetis yang ditemukan digambarkan secara sederhana membentuk segitiga, dengan waktu pencapaian puncak lebih cepat dibandingkan dengan waktu turunnya.

US SCS mengembangkan rumus dengan koefisien-koefisien empirik yang menghubungkan unsur-unsur hidrograf satuan dengan karakteristik DAS. Hidrograf satuan tersebut ditentukan dengan unsur yang antara lain Q_p (m³/detik), T_p (jam), dan T_b (jam). Rumusan model HSS US SCS adalah berikut (Wanielista, Kersten, and Eaglin, 1997):

1. Model time lag (t_L)

dimana :

t_L = waktu tenggang (time lag) antara terjadinya hujan lebih sampai terjadinya aliran puncak (jam)

L = panjang aliran sungai utama (ft)

S = retensi maksimum (inchi), S = 1000/CN – 10

CN= bilangan kurva (curve number), yaitu suatu indeks yang menyatakan pengaruh bersama tanah, penggunaan tanah, perlakuan terhadap tanah pertanian, keadaan hidrologi, dan kandungan air tanah sebelumnya.

Y = kemiringan lereng (%)

2. Model time to peak (T_p)

dimana :

T_p = waktu yang diperlukan untuk mencapai laju aliran puncak (jam)

t_L = waktu tenggang (time lag) antara terjadinya hujan lebih sampai terjadinya aliran puncak (jam)

3. Model peak discharge (Q_p)

dimana :

Q_p = debit puncak/laju puncak aliran permukaan (cfs)

T_p = waktu yang diperlukan untuk mencapai laju aliran puncak (jam)

A = luas DAS (mil²)

4. Model time base (T_b)

dimana:

T_b = waktu dasar (jam)

T_p = waktu yang diperlukan untuk mencapai laju aliran puncak (jam)

Pada penggambaran kurva hidrograf satuan sintetik, sering pula untuk DAS kecil diambil nilai T_b = 3 ~ 5 T_p.

Gambar 2. HSS Segitiga US SCS

Dalam perumusan model tersebut di atas dipergunakan koefisien CN (curve number). Koefisien CN (curve number) harus ditentukan secara empirik, karena besarnya berubah-ubah antara daerah yang satu dengan daerah yang lain. Pada penentuan harga CN (curve number) dipengaruhi oleh faktor-faktor penting antara lain tipe tanah (soil type) dan tata guna lahan (land use) (Chow, Maidment, dan Mays 1988). Untuk mempermudah dalam perhitungan Soil Consevation Service memberikan estimasi harga CN yang disajikan dalam tabel yang didasarkan atas kelompok hidrologi tanah.

Tabel 1. Bilangan Kurva Aliran Permukaan untuk Berbagai Kelompok Hidrologi Tanah dan Penutup Lahan

Penggunaan Lahan	Perlakuan	Kondisi Hidrologi	Kelompok Hidrologi Tanah
			A	B	C	D
Bera	-menurut lereng		77	86	91	94
Tanaman semusim dalam baris	-menurut lereng -menurut lereng -menurut kontur -menurut kontur -kontur & terras -kontur & terras	-buruk -baik -buruk -baik -buruk -baik	72 67 70 65 66 62	81 78 79 75 74 71	88 85 84 82 80 78	91 89 88 86 82 81
Padi-padian	-menurut lereng -menurut lereng -menurut kontur -menurut kontur -kontur & terras -kontur & terras	-buruk -baik -buruk -baik -buruk -baik	65 63 63 61 61 59	76 75 74 73 72 70	84 83 82 81 79 78	88 87 85 84 82 81
Leguminosae ditanam rapat atau pergiliran tanaman padang rumput	-menurut lereng -menurut lereng -menurut kontur -menurut kontur -kontur & terras -kontur & terras	-buruk -baik -buruk -baik -buruk -baik	66 58 64 55 63 51	77 72 75 69 73 67	85 81 83 78 80 76	89 85 85 83 83 80
Padang rumput	- - - -menurut kontur -menurut kontur -menurut kontur	-buruk -sedang -baik -buruk -sedang -baik	68 49 39 47 25 6	79 69 61 67 59 35	86 79 74 81 75 70	89 84 80 88 83 79
Padang rumput potong	-	-baik	30	58	71	78
Hutan	- - -	-buruk -sedang -baik	45 36 25	66 60 55	77 73 70	83 79 77
Perumahan petani			59	74	82	86
Jalan dengan permukaan keras			74	84	90	92
Pemukiman dengan berbagai luas kapling	£500m^2 (65% daerah kedap) 1000 m^2 (38% daerah kedap) 1300 m^2 (30% daerah kedap) 2000 m^2 (25% daerah kedap) 4000 m^2 (20% daerah kedap) 8000 m^2 (12% daerah kedap)		77 61 57 54 51 46	85 75 72 70 68 65	90 83 81 80 79 77	92 87 86 85 84 82
Tempat parkir diaspal, atap, jalan aspal, dan lain-lain.			98	98	98	98
Jalan umum	-beraspal dan saluran pembuangan air -beraspal dengan parit terbuka -kerikil -tanah		98 83 76 72	98 89 85 82	98 92 89 87	98 93 91