-
BAHAN AJAR DAN EVALUASI MATERI I PENDAHULUAN
(Minggu ke 1-2)
MK. HIDROLOGI DASAR
Oleh:
Sudarmadji Suyono
Pramono Hadi Tjahyo Nugroho Adji
Kata kunci: potamologi, geohidrologi, limnologi,
hidrometeorologi, kriologi, siklus hidrologi, infiltrasi,
perkolasi, soil moisture, airtanah, run-off, evaporasi,
transpirasi, simpanan air lengas tanah,
simpanan air intersepsi, simpanan air run-off, simpanan air
airtanah
PROGRAM STUDI GEOGRAFI DAN ILMU LINGKUNGAN JURUSAN GEOGRAFI
LINGKUNGAN
FAKULTAS GEOGRAFI UGM 2014
-
2
MATERI I
PENDAHULUAN
1.1. Pengantar Air merupakan salah satu sumberdaya alam yang
sangat berharga. Tanpa
air tidak mungkin ada kehidupan di muka bumi ini. Disamping
mempunyai manfaat secara biologis, air juga mempunyai energi berupa
daya angkut dan daya pukul. Energi air dapat dimanfaatkan untuk
menunjang kehidupan manusia, bahkan kadangkala air dapat juga
menjadi tenaga perusak. Tetes air dan aliran air dapat menyebabkan
kerusakan tanah melalui proses erosi, pencucian unsur hara dan
sedimentasi tubuh perairan. Hujan dan aliran air yang berlebihan
dapat menimbulkan banjir di suatu ruang tertentu (sepanjang alur
sungai, dataran banjir/aluvial). Banjir merupakan proses alami yang
dapat menimbulkan dampak negatif bagi kehidupan dan dilaporkan
sudah terjadi sejak jaman dahulu. Dewasa ini, intensitas dan
kerugian akibat banjir dirasakan makin meningkat. Mekanisme dan
faktor penyebab banjir dapat dikaji dengan ilmu hidrologi secara
keruangan dengan pendekatan geografis/spasial.
Air didefinisikan sebagai suatu sumberdaya karena mempunyai
nilai kemanfaatan sesuai dengan keberadaannya untuk memenuhi
kebutuhan yang ditentukan oleh pemanfaat. Air digunakan untuk
memenuhi kebutuhan manusia seperti kebutuhan air untuk domestik,
pertanian, industri, pembangkit tenaga listrik, transportasi dan
keamanan. Air merupakan sumberdaya alam yang terbarukan namun
keberadaannya terbatas karena keberadaan dan karakteristiknya
sangat ditentukan oleh kondisi lingkungan. Air bergerak tanpa
mengenal batas administrasi (batas kecamatan ,kabupaten, propinsi
bahkan negara). Ilmu yang mempelajari air adalah hidrologi. Menurut
Linsley et. al. (1975) hidrologi adalah cabang dari ilmu geografi
fisik yang berurusan dengan air dimuka bumi yang sebatas pada
lapisan kehidupan dengan sorotan khusus pada sifat, fenomena dan
distribusi air di daratan. Hidrologi dikategorikan secara khusus
mempelajari kejadian air di daratan/bumi, deskripsi pengaruh sifat
daratan terhadap air, pengaruh fisik air terhadap daratan dan
mempelajari hubungan air dengan kehidupan.
Ruang Lingkup kajian hidrologi : 1. Pengukuran, pencatatan dan
publikasi data air 2. Deskripsi tantang sifat, fenomena dan
distribusi air menurut ruang maupun
waktu 3. Analisis data air untuk membangun teori-teori yang ada
dalam hidrologi 4. Aplikasi teori-teori hidrologi untuk memecahkan
masalah-masalah praktis
yang berkaitan dengan air seperti banjir, kekeringan, dan
penyediaan air.
Hidrologi bukanlah ilmu yang berdiri sendiri, tetapi berhubungan
dengan bidang ilmu lain seperti meteorologi, klimatologi, geologi,
geomorfologi, agronomi , kehutanan, ilmu tanah, hidraulika,
statistik , matematika, kimia air, dan geografi fisik.
-
3
Seiring dengan pertumbuhan penduduk dan pembangunan, kebutuhan
air semakin meningkat dan kondisi lingkungan dirasa semakin menurun
sehingga keberadaan air semakin terancam, sehingga diperlukan ilmu
pengelolaan sumberdaya air (water resources management) yang
menekankan pada kajian tentang efisiensi dan optimalisasi
penggunaan air serta cara-cara konservasi untuk kelestarian air
melalui arahan pemanfaatan, penataan, pengawasan, pengendalian,
pemulihan, dan pemantauan.
Menurut the International Association of Scientific Hydrology
(Linsley et. al, 1975) hidrologi dapat dibagi menjadi lima cabang
yaitu:
1. Potamologi (potamology), khusus mempelajari aliran air
permukaan dalam alur/sungai (suface stream)
2. Linologi (limnology), khusus mempelajari air permukan yang
relatif diam seperti air danau.
3. Geohidrologi (geohydrology), khusus mempelajari air dibawah
permukaan tanah pada zone jenuh air
4. Kriologi (crylogy), khusus mempelajari es dan salju. 5.
Hidrometeorologi (hydrometeorology), khusus mempelajari
masalah-
masalah yang ada antara meteologi dan hidrologi. Mengingat
kajian air tidak hanya dari aspek kuantitas dan distribusinya,
aspek kualitas air juga menentukan peruntukan air. Oleh karena
itu ilmu kualitas air (water quality) diperlukan dalam kajian
hidrologi. 1.2. Daur Hidrologi Air merupakan zat yang dapat
berwujud padat, cair, dan gas dengan senyawa kimia H2O. Wujud air
dapat berubah-ubah tergantung kondisi cuaca. Ada 3 wujud air,
yaitu: 1) wujud padat (solid state) sebagai kristal es, 2) wujud
cair (liquid state) sebagai air, dan 3) wujud gas (gaseous state)
sebagai uap air. Dalam setiap proses perubahan bentuk, terjadi
pelepasan panas atau penyerapan panas seperti yang ditunjukkan
dalam Gambar 1.1.
Gambar 1.1. Tiga Wujud Air dan Prosesnya
-
4
Selanjutnya, daur hidrologi menjelaskan peredaran air di muka
bumi. Peredaran air dan keberadaan air didaratan dijelaskan pada
Gambar 1.2. Hujan dari atmosfer jatuh ke darat pada berbagai
kondisi penutupan lahan, jatuh di hutan, lahan terbuka, sawah,
daerah perdesaan dan perkotaan; jatuh di berbagai kondisi topografi
dan tipe tanah yang berbeda. Kondisi lahan dimana air hujan jatuh
akan menentukan besaran hujan yang terinfiltrasi dan bagian hujan
yang akan menjadi limpasan (overlandflow). Air hujan yang
terinfiltrasi akan menjadi simpanan/timbunan air dibawah permukaan
tanah (subsurface water storage) sebagai lengas tanah (soil
moisture) dan airtanah (groundwater).
Sebagian air hujan tersimpan di permukaan tanah sebagai simpanan
air permukaan (surface storage) seperti air danau, air rawa, air
waduk; ada sebagian air hujan tersimpan sementara ditajuk daun
sebagai simpanan intersepsi (interception storage) yang segera
kembali ke atmosfer melalui proses evaporasi. Air kembali ke
atmosfer melalui evaporasi dan transpirasi. Air di daratan ini ada
yang mengalir dalam alur-alur sungai sebagai runoff dan berakhir di
laut. Sumber air runoff berasal dari overland flow dan aliran air
yang berasal dari aliran dari bawah permukaan (subsurface flow)
yang terdiri dari interflow dan baseflow.
Daur hidrologi oleh beberapa pakar dapat digambarkan dalam suatu
diagram alir dengan versi yang berbeda-beda tergantung dari tujuan
dan tekanan pembahasannya. Nagle dan Spencer (1997) menggambarkan
daur hidrologi dari suatu daerah aliran sungai (DAS) (Gambar 1.3.).
Daur hidrologi ditampilkan dengan model yang sederhana oleh van de
Griend (1979) seperti ditunjukkan pada Gambar 1.4. Chorley (1969)
juga mengilustrasikan daur hidrologi dari suatu DAS dengan
penampilan yang agak berbeda (Gambar 1.5.).
Gambar 1.2. Blok diagram daur hidrologi (Todd,1980)
-
5
Memperhatikan Gambar 1.4., di daratan atau lebih khusus disuatu
DAS, simpanan atau timbunan air dapat berupa:
a. Simpanan intersepsi, yaitu air yang menempel melekat
ditajukan daun, batang pohon atau semak. Simpanan intersepsi
dipengaruhi oleh: jenis dan kerapatan vegetasi, umur, dan kondisi
cuaca. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada suatu tegakan hutan,
intersepsi selama musim hujan sangat bervariasi tergantung dari
karakteristik hujan dan angin. Intersepsi hutan pinus berkisar
antara 24% sampai 32% dari total hujan (Fakultas Kehutanan UGM,
1976). Sementara itu, intersepsi hutan tropis mempunyai nilai
kurang lebih 40% dari total hujan (Asdak, 1995.).
Gambar 1.3. Diagram alir daur hidrologi DAS (Nagle, 1997)
b. Simpanan permukaan, yaitu air yang tersimpanan dipermukaan
tanah dalam
ledok-ledok (surface depression), berupa air danau, air rawa,
dan air waduk. Besar kecilnya simpanan air ini tergantung pada
karakteristik bentang lahan (landscape) dan topografi daerahnya.
Bentang lahan dataran aluvial sering dijumpai rawa-rawa, oxbow lake
dan laguna di daerah pantai. Pada daerah gunung api sering terjadi
danau kawah, dan pada daerah perbukitan dan pegunungan sering
dijumpai waduk buatan atau danau alam yang terbentuk karena aliran
sungai terbendung oleh longsoran.
c. Simpanan lengas tanah, yaitu air yang tersimpan dalam
pori-pori tanah pada zona tidak jenuh air. Besar kecilnya simpanan
air ini tergantung dari tekstur dan struktur tanah, tebal lapisan
tanah dan topografi. Lengas tanah ini tersimpan pada zone aerasi
yaitu zone yang tidak 100% jenuh air.
-
6
d. Simpanan airtanah (groundwater storage), yaitu air yang
tersimpan di zone jenuh air dibawah permukaan tanah. Besar kecilnya
simpanan airtanah tergantung dari karaktersitik geologi,
geomorfologi dan hujan. Lapisan batuan yang mampu menyimpan dan
melepas air dalam jumlah besar dan ekonomis dikenal sebagai akuifer
(aquifer).
Gambar 1.4. Diagram alir daur hidrologi
1.3. Neraca Air Neraca air merupakan penaksiran secara
kuantitatif dari komponen-komponen daur hidrologi dalam format
persamaan neraca air yaitu berupa neraca masukan (input) air dengan
keluran air (output). Prinsip dalam neraca air adalah selama
periode waktu tertentu, masukan air total pada suatu ruang tertentu
harus sama dengan keluaran total ditambah perubahan simpanan atau
cadangan air. Neraca air dari berbagai ruang menurut Seyhan (1977)
adalah sebagai berikut:
a) Neraca air bumi b) Neraca air DAS c) Neraca air dalam akuifer
d) Neraca air dalam tanah e) Neraca air danau
-
7
Gambar 1.5. Diagram alir daur hidrologi DAS (Chorley, 1969)
1.3.1 Neraca Air Bumi Gambar 1.6. menunjukkan komponen neraca
air bumi, arah aliran air serta
jumlah air dalam satuan tebal/panjang.
-
8
Gambar 1.6. Neraca Air Bumi
Keterangan : - Presipitasi jatuh dilaut dan daratan -
Presipitasi yang jatuh didaratan menjadi runoff masuk kelaut - Air
kembali ke atmosfer sebagai evaporasi di laut dan
evapotranspirasi
di daratan.
1.3.2 Neraca Air Daerah Aliran Sungai (DAS) Daratan hampir
seluruhnya terbagi dalam satuan DAS. Neraca air pada DAS disajikan
pada Gambar 1.7.
Gambar 1.7. Neraca Air Daerah Aliran Sungai (DAS)
Dengan anggapan bahwa DAS tidak menerima atau mengeluarkan air
ke DAS di sebelahnya (stream piracy = 0), masukan air berupa air
hujan, keluaran
-
9
air berupa runoff ke laut serta evapotranspirasi dan simpanan
air dalam DAS berupa simpanan air permukaan, simpanan air bawah
permukaan, maka neraca airnya dapat didefinisikan sebagai:
P = Ro + Eta S
Keterangan: P = presipitasi jatuh di DAS Ea = evapotranspirasi
aktual Q = runoff keluar DAS di outlet = Ro S = perubahan simpanan
air.
Dalam kurun waktu lama , perubahan simpanan air di DAS dapat
dianggap nol, sehingga persamaan neraca airnya adalah sebagai
berikut:
P = Ro + Ea
Pada perhitungan kurun waktu panjang, perubahan simpanan air =
nol,
sehingga total runoff rata-rata adalah :
Ro = P - Ea Contoh: Luas DAS= 500 km2, presipitasi rata-rata =
2500 mm/th dan
evapotranspirasi = 1500 mm/th, runoff terhitung sebasar 1000
mm/th atau total volume runoff sebesar = (2500 mm - 1000 mm) x 500
juta meter persegi = 500 juta meter kubik per tahun.
1.3.3. Neraca Air Akuifer Gambar 1.8. menunjukan profil vertikal
dari suatu lapisan tanah dan batuan, zone aerasi dan zone jenuh air
serta arah aliran air. Memperhatikan gambar tersebut ada masukan
air ke dalam kolom penyimpan airtanah (akuifer), aliran keluar dari
akuifer dan air tersimpan dalam kolom akuifer.
-
10
Gambar 1.8. Parameter Neraca Air Akuifer
Keterangan: Masukan:
Fr = perkolasi Qi = aliran airtanah dari hulu
Simpanan airtanah:
Sg = perubahan simpanan airtanah
Keluaran: Qo = aliran airtanah keluar dari kolom akuifer Eta =
evapotranspirasi aktual Qex = debit pompa sumur C = air kapiler
Persamaan neraca airtanahnya adalah sebagai berikut:
Fr + Qi = Qo + Eta + C Sg
Masukan air dari permukaan tanah , berupa air yang mengalami
infiltrasi adalah hujan bersih (net rainfall) minus infiltrasi.
Bila masukan air lebih kecil dari keluaran air, simpanan airtanah
akan berkurang yang ditandai dengan penurunan muka airtanah dan
sebaliknya. Untuk menjaga kuantitas airtanah, maka perlu dilakukan
pengawasan dan perlindungan daerah resapan air dan pengawasan
pengambilan airtanah melalui sumur-sumur untuk industri dan irigasi
lahan sawah.
-
11
1.3.4. Neraca Air Pada Kolom Tanah Neraca air ini penting untuk
ahli-ahli dibidang pertanian. Hal yang dianggap penting dari neraca
ini adalah berapa besar air yang ada dalam kolom tanah (berapa
besar lengas tanah yang tersedia dalam tanah pada berbagai
kedalaman), karena ada kaitannya dengan konsumsi air oleh tanaman
pertanian. Model neraca air pada kolom tanah ditunjukkan ini pada
Gambar 1.9.
Gambar 1.9. Model Neraca Air dalam Kolom Tanah
Keterangan: Masukan :
Fr = infiltrasi. Fr = (P + Qsi) Qso) Qsi = overlandflow masuk ke
petak tanah
P = hujan jatuh di petak tanah Qi = aliran bawah permukaan masuk
ke kolom tanah C = air kapiler dari airtanah, masuk ke kolom
tanah
Keluaran: Ea = evapotranspirasi Fr = perkolasi
Qo = aliran bawah permukaan keluar dari kolom tanah Qso =
overlandflow keluar dari petak tanah
Simpanan air: S = perubahan simpanan air dalam kolom tanah
(perubahan soil
moisture)
Persamaan neraca air :
-
12
Fr + Qsi + C = Qso + Qo + Eta S
Pada waktu musim kemarau, masukan air lebih kecil dari keluaran,
menyebabkan simpanan air dalam kolom tanah terus berkurang, bila
kandungan air sampai pada wilting point suatu tanaman, tanaman
tersebut akan segera layu. Dalam kondisi ini, tambahan air perlu
dilakukan, sebagai contoh adalah melalui irigasi atau penyiraman.
1.4. Soal Untuk Evaluasi Materi Pendahuluan
a. Sebutkan hubungan antara ilmu bantu hidrologi (potamologi,
hidrometeorologi,geohidrogeologi, limnologi) dengan dengan
ilmu-ilmu lain
b. Berikan contoh-contoh pengukuran, pencatatan dan bentuk
publikasi data air ( data air (carilah dari buku-buku hidrologi
atau atau publikasi data)
c. Berikan contoh pengembangan teori-teori hidrologi (model atau
rumus rumus hidrologi)
d. Berikan contoh masalah praktis yang bekaitan dengan air dan
peran hidrologi dalam menyelesaikan masalah praktis yang saudara
ambil sebagai sebagai contoh!
e. Menurut siklus hidrologi, sebutkan sumber air di daratan.
Faktor apa yang mempengaruhinya.
f. Wujud air dapat berupa gas, cair, padat; jelaskan proses
perubahan ujud air.
g. Apakah ada perbedaan siklus air di daerah gunung api dengan
daerah pegunungan karst? Jelaskan perbedaannya.!!
h. Apa yang mempengaruhi jumlah air di daratan? i. Apa yang
mempengaruhi kualitas air di daratan? j. Sebutkan macam-macam
proses hidrologi yang ada dalam siklus dan
jelaskan!
k. Sebutkan jenis-jenis simpanan air (water storage) yang ada di
daratan dan jelaskan faktor yang mempengaruhinya!
l. Sebutkan konponen runoff (limpasan atau aliran permukaan) m.
Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi limpasan. n. Sebutkan
jenis-jenis simpanan air yang ada di bawah permukaan tanah,
gambarkan digram distribusi air di bawah permukaan tanah!
o. Airtanah ada dimana? Dipengaruhi oleh faktor apa?
-
13
p. Sebutkan sumber air yang dapat dipakai untuk bahan baku air
domestik, industri, dan pengairan. Jelaskan untung ruginya!
q. Buatlah rumus neraca airtanah airtanah dan lengkapi dengan
secara 3 dimensi!
r. Coba bandingkan porositas dan specific yield dari, gravel
pasir, dan lempung?
s. Sebutkan jenis-jenis simpanan air di daratan t. Jelaskan
pengaruh geomorfologi (jenis tanah atau batuan) terhadap
simpanan airtanah (groundwater storage), kecepatan aliran
airtanah dan jumlah air yang yang dapat dapat dilepas dari
akuifer.
u. Kondisi yang bagaimana dapat menyebabkan muka airtanah
(watertable/phreatic surface) surface) turun atau naik?