PENDEKATAN SIMULASI HIDROLOGI - Pendekatan Simulasi Hidrologi Dalam Perencanaan Pengelolaan DAS 124 optimal. Di sisi lain DAS sebagai suatu megasistem yang kompleks, keterkaitan komponen

Pendekatan Simulasi Hidrologi Dalam Perencanaan Pengelolaan DAS

122

PENDEKATAN SIMULASI HIDROLOGI

DALAM PERENCANAAN PENGELOLAAN DAS

Oleh:

Wuri Handayani

Gunardjo Tjakrawarsa


123

I. PENDAHULUAN

Keterkaitan berbagai komponen biofisik DAS dan kepentingan ekonomi wilayah, menjadikan pengelolaan DAS merupakan pendekatan yang penting dalam perencanaan pembangunan wilayah. Namun pendekatan pengelolaan DAS dalam perencanaan pembangunan wilayah masih belum populer/ jarang digunakan dibanding pendekatan lainnya. Pemanfaatan sumberdaya alam sebagai input pembangunan wilayah pada masa kini masih lebih banyak menekankan pada batas-batas yang bersifat politis atau administratif, padahal dampak yang ditimbulkan mengikuti batas alam/ekosistemnya yang tidak mengenal batas administrasi.

Pengelolaan DAS adalah pengelolaan berbagai sumberdaya alam yang terdapat di dalam satuan DAS dengan mempertimbangkan aspek sosial ekonomi budaya yang berkembang di dalam DAS, sehingga dapat dicapai pengelolaan yang rasional untuk mencapai keuntungan optimal yaitu dalam waktu tak terbatas dan resiko kerusakan minimal. Dengan demikian pengelolaan DAS dapat ditinjau dari sudut pandang fisik maupun institusi sehingga kegiatan dan kebijakan pengelolaan DAS yang perlu ditempuh tidak hanya mendasarkan pada indikator fisik, tetapi keberhasilannya sangat didukung oleh adanya kelembagaan untuk mewujudkan koordinasi, integrasi, sinkronisasi dan sinergi.

Daerah Aliran Sungai merupakan megasistem kompleks yang terbangun atas sistem fisik, sistem biologis dan sistem manusia, dan setiap sub sistem saling berinteraksi (Kartodihardjo, 2005). Unsur penyusun sistem di dalam DAS tersebut antara lain berupa sumberdaya alam seperti tanah, vegetasi dan air, umumnya menjadi obyek atau sasaran fisik alamiah, sedangkan manusia menjadi subyek atau pelaku pendayagunaan unsur-unsur tersebut (Murtilaksono, 1987). Pendayagunaan salah satu atau beberapa unsur/komponen akan mempengaruhi komponen lainnya di dalam DAS dan dapat menimbulkan perubahan dari keadaan alaminya sehingga terjadi gangguan keseimbangan atau gangguan ekologis yang menunjukkan terjadinya degradasi DAS. Hidrologi adalah indikator yang sangat signifikan untuk mengetahui adanya degradasi DAS seperti terjadinya erosi, longsor dan sedimentasi serta distribusi aliran yang tidak seimbang/merata (timbulnya banjir dan kekeringan).

Pengelolaan DAS dijalankan atas prinsip kelestarian sumberdaya yang memadukan kepentingan produktivitas dan konservasi sumberdaya untuk mencapai beberapa tujuan. Untuk mencapai kelestarian (pemeliharaan dan pemulihan) DAS, pengelola DAS harus mengambil langkah-langkah yang dapat menjamin terpeliharanya keseimbangan ekosistem yang dapat terjadi apabila kondisi hubungan timbal balik antar komponen berjalan baik dan


124

optimal. Di sisi lain DAS sebagai suatu megasistem yang kompleks, keterkaitan komponen sistem dalam perencanaan pengelolaan DAS, akan sangat diperlukan dalam analisis sistem DAS yang akan dikelola dengan memanfaatkan model dan simulasi sebagai alat bantunya. Dengan pendekatan simulasi (model) hidrologi maka keterkaitan input, proses dan ouput DAS dapat diketahui, sehingga dapat dilakukan perencanaan pengelolaan wilayah yang bersifat lintas sektoral dan komprehensif sehingga dapat ditentukan aktivitas pengelolaan dan perbaikan terhadap sistem DAS serta memprediksi dampak pengelolaan di masa mendatang.

Tulisan ini akan memberikan gambaran penggunaan simulasi hidrologi dalam perencanaan pengelolaan DAS, beberapa tujuan penggunaannya dan manfaat yang diperoleh. Dalam tulisan ini juga diberikan contoh aplikasi simulasi (model) hidrologi dikaitkan dengan penutupan/penggunaan lahan sehingga dapat diketahui pengaruh perubahan penutupan/penggunaan lahan terhadap perubahan hasil air DAS.

II. SIMULASI (PEMODELAN) HIDROLOGI

Kelestarian DAS berkaitan dengan pemahaman terhadap tata air di dalam DAS. Berbagai unsur sumberdaya alam di dalam DAS seperti bentang lahan, air, tanah, vegetasi, iklim, yang saling berinteraksi dan terhubung oleh siklus hidrologi sehingga terbentuklah tata air DAS. Menjaga kelestarian DAS berarti memperlakukan sumberdaya alam (komponen) DAS sedemikian rupa untuk menghasilkan tata air yang seimbang dan yang sesuai dengan kepentingan/ kebutuhan manusia. Oleh karena itu indikator hidrologi merupakan kunci yang signifikan dan mudah terbaca terhadap terjadinya gangguan ekologi/ degradasi DAS atau sebaliknya dapat menunjukkan adanya peningkatan kualitas/ perbaikan lingkungan DAS.

Interaksi berbagai sumberdaya alam DAS yang membentuk sistem biofisik ditambah dengan manusia sebagai pelaku pendayagunaan sumberdaya alam tersebut yang membentuk sistem manusia, menjadikan DAS sebagai megasistem yang terdiri dari banyak sub sistem yang sangat rumit/kompleks. Di pihak lain pengenalan atau analisis sistem terhadap megasistem DAS sangat diperlukan dalam pekerjaan pengelolaannya, karena dapat mengetahui akibat-akibat yang timbul dari adanya perubahan (perlakuan) dan dapat memutuskan untuk mengoptimumkan, memaksimumkan atau meminimumkan fungsi perlakuan melalui simulasinya.


125

Di dalam pekerjaan analisis sistem seperti DAS yang sangat rumit digunakan alat bantu berupa model yang menyederhanakan sistem dengan mempertimbangkan aspek-aspek yang terkait dalam masalah tersebut dan mengabaikan aspek-aspek yang dapat menimbulkan komplikasi yang tidak relevan. Suatu penyederhanaan yang memberikan kemudahan dalam pemahaman dan pengendalian serta merupakan suatu versi dari dunia nyata.

Penggunaan model sendiri mempunyai keterbatasan yang harus dipahami, bahwa model banyak membutuhkan data, terdapat asumsi kritis yang tersembunyi yang dapat menghasilkan prediksi tidak tepat, serta tidak seluruh proses alami dapat diwakili dan tidak mudah untuk diwujudkan dalam bentuk persamaan-persamaan matematika.

Pendekatan simulasi (pemodelan/modeling) hidrologi bertujuan untuk menggambarkan sistem hidrologi yang nyata secara matematis. Model tersebut digunakan untuk (PPSL-Unmul, 1997) :

1. Menetapkan ciri-ciri lebih lanjut dan mengerti sistem yang ada

2. Untuk mengevaluasi respon sistem terhadap berbagai masukan presipitasi

3. Membantu merancang dan mengoptimalkan fungsi-fungsi cara bekerjanya dan perawatan struktur sumberdaya air

4. Mengevaluasi respon sistem untuk perubahan-perubahan dalam faktor-faktor DAS (yaitu daya infiltrasi tanah, jalur aliran air), dan

5. Mengevaluasi respon sistem terhadap perubahan-perubahan dalam faktor-faktor manusia (yaitu tata guna lahan).

Model-model hidrologi DAS dapat dikelompokan mempunyai dua yaitu yang bersifat tetap (deterministik) dan stochastik. Dalam model-model deterministik proses-proses DAS diperlakukan baik secara empiris atau konseptual sebagai bagian dari sistem yang tetap, tidak menjelaskan proses-proses yang bersifat acak. Padahal di dalam ekosistem DAS dimungkinkan adanya peristiwa/proses yang bersifat acak. Sebaliknya model-model stochastik memperkenalkan suatu ketidakpastian ke dalam model-model, mendasarkan pada data/proses yang panjang dan berurutan untuk melihat ciri-ciri peluang dan statistik.

Model deterministik terbagi menjadi model empiris dan konseptual. Model empiris menggunakan metode-metode empiris (linier dan non-linier), yang berdasarkan pada pengamatan-pengamatan dari dua atau lebih fenomena yang diamati dan untuk mengetahui hubungan hidrologinya. Model-model konseptual


126

mencoba menggambarkan dimensi waktu dan ruang dalam proses-proses yang mempengaruhi respon DAS.

Model konseptual sendiri dapat terbagi lagi menjadi model diskrit atau kontinyu dan model yang disatukan (lumped model) atau dikelompokkan. Perbedaan model diskrit dan kontinyu dalam contohnya dengan variabel hujan yaitu pada model diskrit didasarkan pada kejadian curah hujan tunggal (untuk melihat nilai hujan berapa yang dapat berpengaruh terhadap variabel debit banjir), sebaliknya pada model kontinyu didasarkan pada seri/rangkaian curah hujan yang terakumulasi dari hitungan waktu (untuk mengetahui periode basah dan kering, penyimpanan air/ storage). Model-model yang disatukan (lumped models) menggunakan sub-unit (yaitu pembuatan model sub-DAS) untuk menghitung dan menambahkan respon ”DAS demi DAS”, sebaliknya model-model diskrit mempertimbangkan DAS sebagai unit-unit tunggal dan menggunakan rata-rata untuk faktor-faktor DAS (yaitu tanah, tata guna lahan, dsb) dalam perhitungannya.

Model-model hidrologi DAS menggambarkan interaksi antar variabel-variabel di dalam konteks DAS. Model-model tersebut dapat dibangun dari model yang sederhana hingga yang kompleks sesuai dengan tujuan penggunaan model, akurasi, kemudahan atau efisiensinya. Pada Tabel 1 disajikan beberapa contoh model hidrologi (PPSL-Unmul, 1997). Contoh model tersebut terus saja berkembang sesuai dengan kemajuan teknologi. Perkembangan model-model hidrologi yang seiring dengan perkembangan ilmu penginderaan jauh dan SIG (Sistem Informasi Geografi), telah mencapai integrasi teknologi yang makin mengembangkan kebutuhan model untuk berbagai penggunaan yang lebih luas. Penggunaan model hidrologi DAS yang sering digunakan untuk analisis tata ruang berdasarkan tata guna lahan dalam DAS, untuk peramalan/ prediksi dari perubahan/ perlakuan (banjir, kekeringan, erosi, sedimentasi, dll), kini telah berkembang menganalisis hasil air DAS untuk penilaian (valuation) jasa variabel lingkungan DAS. Model-model pun telah berkembang lebih praktis dan mudah diterapkan, serta muktahir.


127

Tabel 1. Beberapa Contoh Model Hidrologi

No Tipe Nama Model

Uraian

Model sederhana,

Model peristiwa tunggal,

Model curah hujan- aliran permukaan

HEC-1 Menghitung hidrograf banjir untuk peristiwa historis dan hipotetis

TR - 20 Menghitung aliran permukaan dari rancangan badai. Mengarahkan aliran melalui sistem sungai DAS

DRM3 Menyediakan simulasi terinci aliran permukaan dari penggunaan curah hujan atau badai yang sudah ditetapkan

Model simulasi aliran sungai kontinyu

SWRRB Mensimulasi proses-proses hidrologi dalam lembah pedesaan. Meramalkan hasil sedimen di bawah berbagai kondisi hidrologi dan pengelolaan lahan

PRMS Mensimulasi respon DAS terhadap berbagai kombinasi presipitasi, iklim dan tata guna lahan. Tingkatan variasi waktu dapat digunakan.


128

SHE Berdasarkan fisik, sistem pembuatan model tangkapan parameter yang tersebar

CREAMS Masukan-masukan meliputi presipitasi, radiasi, suhu, tataguna lahan dan pemakaian pestisida. Keluaran meliputi Et, aliran permukaan, erosi, sedimen dan kualitas air.

WEPP Diterapkan untuk pertanian, proyek padang penggembalaan dan lahan hutan yang rusak. Meramalkan aliran permukaan dari badai, erosi permukaan dan hasil sedimen.

STANFORD Bertujuan untuk melihat pengaruh perubahan-perubahan DAS pada aliran antara, penyimpanan air tanah dan Et untuk meramalkan aliran permukaan

KYERMO Dikembangkan sebagai alat penelitian pada model curah hujan, aliran permukaan dan proses-proses erosi. Termasuk jaringan alur dinamis.


129

SWMM Mensimulasi peristiwa badai berdasarkan masukan curah hujan dan faktor-faktor DAS (seperti tangkapan,pengangkutan, penyimpanan dan penerimaan air) untuk meramalkan hidrograf debit banjir.

Model hidrolik/ banjir HEC - 2 Menghitung profil-profil permukaan air dalam keadaan tetap dalam saluran terbuka atau saluran buatan

WSPRO Menghitung profil permukaan air dalam keadaan tetap dalam saluran terbuka

Sumber: PSL-Unmul, 1997


130

III. APLIKASI SIMULASI (PEMODELAN) HIDROLOGI

Prinsip pengelolaan DAS yang memadukan kepentingan produktivitas dan konservasi, dalam perencanaannya dapat menggunakan pemodelan hidrologi untuk merumuskan tataguna lahan anjuran (propose landuse) sesuai dengan fungsi dan struktur lahan. Prinsip produktivitas lahan memang tidak sepenuhnya dapat dipenuhi dengan permodelan hidrologi, sehingga perlu didukung dengan permodelan/perhitungan ekonomi (produksi tanaman). Tataguna lahan anjuran yang sederhana adalah memuat berapa tipe luasan yang harus dipertahankan atau diperbaiki untuk mendapatkan hasil air yang diharapkan. Semakin detil data dan informasi yang dapat masuk ke dalam model, maka tataguna lahan anjuran dapat memuat prinsip konservasi yang lebih rinci.

Berikut di bawah disajikan penggunaan beberapa model untuk melihat pengaruh luas dan kerapatan penutupan/penggunaan lahan terhadap indikator berupa hasil aliran DAS dan besarnya erosi-sedimentasi. Aplikasi yang terdiri dari beberapa model yang akan disajikan di bawah ini masih sederhana, meskipun dalam perkembangan terkini, telah terdapat model-model yang dapat mengukur/ menilai sekaligus indikator tersebut di atas.

A. Persamaan matematis model

Aplikasi model yang digunakan untuk mengetahui indikator aliran adalah model hidrologi Stanford IV, indikator erosi dengan model USLE (Wischmeier dan Smith, 1978) dan indikator sedimentasi dengan nisbah limpasan sedimen (Sediment Delivery Ratio). Berikut adalah persamaan matematis/ urutan perhitungan model hidrologi Stanford IV:


131

Tabel 2. Urutan Perhitungan Setiap Parameter dalam Modifikasi Model Hidrologi Stanford IV

No. Parameter Model Matematika

1 Hujan (CH)

2 Intersepsi (SEP) SEP = a + b CH (rms 2.3)

3 Evapotranspirasi potensial (ETP)

ETP = f ETPx

(rms 2.7 & 2.8)

4 Evapotranspirasi aktual (ETA) Jika CH ETP, ETA=ETP

Jika CH<ETP, ETA=CH + ST

5 Suplai air (SA) SA = CH – SEP

6 Simpanan daerah bawah permukaan (LZS)

LZSn = LZSn-1 / e(ETPn – CHn)/LZS

maks

7 Infiltrasi kumulatif maksimum (b)

b = SA – OLFH

OLFH = aliran permukaan dari analisis hidrograf

8 Parameter yang mengontrol jumlah air tertahan pada daerah bawah permukaan ( c )

c = CC. 2(LZS/LZSN)

LZSN = rataan LZS

CC = rataan dari rasio INTFH dengan

OLFH tiap bulan

INTFH = aliran bawah permukaan dari analisis

Hidrograf

9 Infiltrasi langsung (INFL) Jika SA<b, INFL = SA – (SA2/2b)

Jika b<SA<cb, INFL= 0,56b

Jika SA>cb, INFL = 0,56b


132

10 Air yang mengisi simpanan bawah permukaan (INDET)

Jika SA>b, INDET= (SA2

/ 2b) (1-1/c)

Jikab<SA<cb, INDET= SA - 0,56b - SA

2 / 1,7cb

Jika SA>cb, INDET= b( 0,56c – 1,7)

11 Air yang mengisi simpanan per-mukaan (SURDET)

Jika SA<b, SURDET= SA2

/ 2cb

Jika b<SA<cb, SURDET= SA2 /

1,7 cb

Jika SA>cb, SURDET = SA – 0,56cb

12 Simpanan daerah atas permukaan (UZS)

UZS = SEP + SURDET

13 Infiltrasi tertunda (INFD) Jika UZS / UZSN < 2, maka:

INFD={1-UZS/2UZSN)(1/(1+UZI1))

UZI1}xS

URDET

UZI1 = 2 UZS / 2UZSN - 1 + 1

Jika UZS / UZSN >2, maka :

INFD = { ( 1 / (1+UZI2) )UZI2

} x SURDET

UZS2 = 2 UZS / UZSN - 2 + 1

UZSN = 0,08 LZSN (Tabel 3)

14 Aliran permukaan (OLF) OLF = SURDET – INFD

15 Simpanan bawah permukaan

(INTS)

INTS bulan awal:

INTS1 = (1/PINTF) ( INTFH1/ k1)

INTS bulan/periode berikutnya :

INTSj+1= INTSj – INTFj + INDET

j+1

PINTF= 1- IRC

IRC = konstanta resesi aliran bawah permukaan

k1 = konstanta interflow hasil trial dan error

16 Aliran bawah permukaan (INTF)

INTF = (PINTF) (INTS) k1


133

17 Perkolasi (PERCO) PERCO = INFL + INFD - (ETA – SEP)

18 Simpanan bawah air tanah (GWS)

GWS bulan awal :

GWS1 = (1/PGWF) (GWFH1/ k2)

GWS bulan/periode berikutnya :

GWSj+1 = GWSj – GWFj + PERCOj+1

PGWF = 1- GWRC

GWRC = konstanta resesi aliran air bawah tanah

GWFH1= aliran air bawah tanah bulan awal dari

analisis hidrograf

k2 = konstanta aliran air bawah tanah hasil

rial dan error

19 Aliran air bawah tanah (GWF) GWF = (PGWF) (GWS) k2

20 Limpasan air sungai (STF) STF = OLF + INTF + GWF

Besarnya erosi diprediksi dengan model USLE yang dikembangkan oleh Wischmeier dan Smith (1978) yaitu :

EROSI = R K (LS) C P

EROSI = kehilangan tanah (ton/ha/tahun)

R = faktor erosivitas hujan

K = faktor erodibilitas tanah

(LS) = faktor panjang dan kemiringan lereng

C = faktor pengelolaan tanaman

P = faktor praktek-praktek konservasi tanah

Besarnya sedimentasi diprediksi dengan model nisbah limpasan sedimen oleh Manning sebagai berikut :

NLS = S 1-0,868 A-0,202

/ (2 (S + N)) + 2 A-0,202

SED = NLS x EROSI x A


134

NLS = Nisbah Limpasan Sedimen

A = luas Sub-DAS (ha)

S = kemiringan lereng rata-rata (%)

N = koefisien kekasaran Manning (Tabel 7)

SED = hasil sedimen (ton/bulan)

EROSI = kehilangan tanah (ton/ha/bulan)

B. Jenis data dasar yang diperlukan

Berdasarkan ketiga model di atas maka dapat diketahui jenis data apa saja yang diperlukan untuk input model, yaitu :

1. Data curah hujan

Data curah hujan diperlukan sebagai input utama model, baik pada model hidrologi maupun model erosi. Data curah hujan yang diperlukan pada model hidrologi adalah berupa curah hujan bulanan dan pada model erosi berupa jumlah hujan harian dan bulanan, hujan maksimum dan intensitas hujan.

2. Data kondisi penutupan lahan

Kedudukan kondisi penutupan lahan atau penggunaan lahan dalam model sistem adalah sebagai prosesor dan sasaran/ obyek, secara aktual memberikan pengaruh terhadap hasil air/hidrologi DAS, sehingga dapat dilakukan simulasi untuk mendapatkan penggunaan lahan anjuran berdasarkan model yang telah divalidasi. Data/informasi yang diperlukan dalam penggunaan lahan adalah gambaran rapat tidaknya penutupan lahan sehingga memberikan pengaruh langsung terhadap intersepsi dan aliran permukaan serta evapotranspirasi.

3. Data evapotranspirasi

Data evapotranspirasi diperlukan pada model hidrologi berupa evapotranspirasi bulanan.

4. Data debit sungai

Debit sungai adalah output model (DAS) dari tinjauan sistem hidrologi DAS. Data yang diperlukan adalah berupa data debit bulanan yang dikonversi menjadi tebal limpasan.


135

5. Data kondisi topografi

Kondisi topografi yang diperlukan dalam model erosi adalah panjang dan kemiringan lereng sebagai faktor yang menentukan laju erosi.

6. Data sedimen suspensi sungai

Sedimen suspensi diketahui melalui pengambilan contoh air yang selanjutnya dianalisis dengan persamaan hubungan untuk memperoleh data seri bulanan. Seri data suspensi ini diperlukan pada model sedimentasi.

C. Simulasi hidrologi untuk penatagunaan lahan dalam perencanaan pengelolaan DAS

Aplikasi model dilakukan pada DAS Walanae, Sulawesi Selatan pada tahun 2003 dan Sub DAS Karang Mumus (Kalimantan Timur) pada tahun 2001. Model hidrologi yang digunakan pada kedua DAS sama, yaitu Stanford IV yang telah dimodifikasi. Pada DAS Walanae dilakukan simulasi tata guna lahan khususnya penutupan hutan (1 skenario) untuk mengetahui pengaruh luasan penutupan hutan terhadap hasil air DAS. Pada Sub DAS Karang Mumus dilakukan simulasi lahan untuk beberapa skenario agar dapat diketahui penutupan lahan yang optimal dan evaluasi terhadap tata ruang yang telah disusun oleh pemerintah daerah. Hasil simulasi lahan melalui pemanfaatan model ini adalah untuk mendapatkan informasi pengaruh penggunaan/ penutupan lahan terhadap berbagai indikator yang telah ditetapkan, sehingga dapat dijadikan dasar penentuan penatagunaan lahan dalam perencanaan pengelolaan DAS.

1. DAS Walanae, Sulawesi Selatan

DAS Walanae mencakup wilayah administrasi Kabupaten Maros, Bone, Wajo dan Soppeng dengan sungai utama Sungai Walanae yang bermuara di Teluk Bone. Pada saat banjir, aliran Sungai Walanae dapat masuk ke Danau Tempe yang menyebabkan peningkatan tinggi muka air banjir di Danau Tempe (umumnya terjadi ketika terdapat peningkatan tinggi muka air Sungai Billa). Luas DAS Walanae adalah 272.094 ha dengan tipe penggunaan lahan terluas berupa pertanian lahan kering (dan bercampur semak) seluas 40,3%, diikuti terluas lainnya berupa belukar seluas 28,9% dan hutan sekunder 27,2%. Rata-rata curah hujan tahunan adalah 2004,9 mm dan tebal aliran sungai tahunan


136

Sungai Walanae sebesar 515,5 mm serta koefisien limpasan 0,26.

Pemanfaatan model hidrologi di DAS Walanae adalah untuk simulasi penutupan lahan hutan, agar dapat diketahui pengaruh luasan penutupan hutan terhadap hasil air DAS.

a. Validasi Model

Setelah data input dimasukkan ke dalam model, selanjutnya dilakukan beberapa uji untuk mengetahui kesahihan model agar dapat digunakan untuk simulasi penutupan/penggunaan lahan. Pengujian model hidrologi dilakukan terhadap komponen aliran atau hasil air DAS dengan uji beda nilai tengah berpasangan terhadap komponen aliran hasil model (simulasi) dengan hasil pengukuran (aktual) seperti pada Tabel 3.

Tabel 3. Uji Beda Nilai Tengah Berpasangan Terhadap Komponen Aliran S Walanae

S Walanae t Tab (0,05) = 2,201

t Tab (0,01) = 3,106

t OLF 0,16 Tidak beda nyata

Tidak beda sangat nyata

t INTF -1,85 Tidak beda nyata


t GWF -4,67 Tidak beda nyata


t STRF -0,18 Tidak beda nyata


Pada Tabel 3 terlihat bahwa dari empat pasangan nilai tengah yang diuji menunjukkan bahwa seluruh komponen aliran sungai Walanae tidak berbeda nyata (95%) dan tidak berbeda sangat nyata (99%). Hasil ini menunjukkan bahwa pemodelan Stanford IV di DAS Walanae sudah dapat dipergunakan untuk kepentingan simulasi tata guna lahan. Secara grafis sebaran hasil simulasi/pendugaan dan aktual dapat dilihat pada Lampiran 1.


137

b. Hasil Simulasi Lahan

Berdasarkan model hidrologi yang telah divalidasi, lalu dilakukan simulasi penutupan/penggunaan lahan untuk mengetahui pengaruh luasan hutan terhadap hasil air DAS. Simulasi lahan yang diterapkan adalah dengan menerapkan eksperimen/skenario perubahan luas penggunaan/penutupan lahan dari penutupan lahan belukar seluas 78.525, ha dan tanah terbuka seluas 3.948,6 ha menjadi hutan sekunder seluas 156.53,9 ha seperti tampak pada Tabel 4.


138

Tabel 4. Skenario Perubahan Penggunaan Lahan di DAS Walanae

Penggunaan/ Peutupan Lahan

Luas Lahan Aktual (saat ini) Luas Lahan Simulasi (Skenario)

Ha % Ha %

Belukar 78.525,0 0,29 0 0

Hutan Sekunder 74.110,4 0,27 156.583,9 0,58

Pert. Lhn kering cmpr smk 65.715,6 0,24 65.715,6 0,24

Pert Lhn kering 43.942,6 0,16 43.942,5 0,16

Pemukiman 5.294,6 0,02 5.294,6 0,02

Sawah 557,4 0,00 557,4 0

Tanah Terbuka 3.948,6 0,01 0 0

Jumlah 272.094,0 1,00 272.094,0 1,0

Hasil simulasi lahan terhadap komponen aliran Sungai Walanae ternyata tidak memberikan perbedaan yang nyata terhadap komponen aliran yang diperoleh dari model (Tabel 5). Ada beberapa penyebab sehingga perubahan luasan penutup n hutan (simulasi lahan) melalui penggunaan model tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap komponen aliran. Penyebab tersebut antara lain, ukuran DAS yang terlalu luas (272.094 ha) sehingga penyeragaman terhadap variabel terlalu sederhana/ sangat global.


139

Tabel 5. Komponen Aliran Aktual (Hidrograf), Model (Simulasi Hidrologi) dan Simulasi Lahan (Skenario)

pada DAS Walanae

Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sep Okt Nov Des

OLFH 6,08 95,9 15,0 6,3 2,03 14,7 1,7 1,9 2,0 3,9 7,1 38,3

OLF mdl 3,07 40,7 4,1 27,6 0,07 17,9 0,01 0,04 36,6 5,5 5,2 43,0

OLF sk 3,07 40,7 4,1 27,6 0,07 17,9 0,01 0,04 36,6 5,5 5,2 43,0

INTFH 8,6 16,4 7,0 4,1 0,5 5,6 0,8 2,2 2,8 4,2 8,1 9,3

INTF mdl 8,6 7,1 9,5 14,0 12,5 16,0 13,6 12,0 19,8 20,6 20,8 23,5

INTF sk 8,6 7,1 9,5 14,0 12,5 16,0 13,6 12,0 19,8 20,6 20,8 23,5

GWFH 64,6 22,8 21,9 16,7 26,8 15,5 12,4 10,2 8,4 7,4 29,1 38,3

GWFmdl 64,6 48,5 57,3 97,2 47,8 71,2 32,3 21,2 121,7 115,8 103,9 108,7

GWF sk 64,6 48,5 57,3 97,2 47,8 71,2 32,3 21,2 121,7 115,8 103,9 108,7

Q/STRF H 30,0 174,4 47,3 31,6 19,9 46,3 18,8 16,5 14,6 16,8 22,3 77,0

STRF mdl 76,3 96,2 70,9 138,7 60,4 105,1 45,9 33,2 178,0 141,8 129,8 175,1

STRF sk 76,3 96,2 70,9 138,7 60,4 105,1 45,9 33,2 178,0 141,8 129,8 175,1


140

Keterangan :

- OLF : overlandflow simulasi

- STRF : streamflow (simulasi)

- OLFH : overlandflow hidrograf/aktual

- Q : debit (aktual)

- INTF : interflow simulasi

- H : hidrograf/aktual

- INTFH : interflow hidrograf/aktual

- Mdl : model/ simulasi hidrologi

- GWF : groundwaterflow simulasi

- Sk : skenario

- GWFH : groundwaterflow hidrograf/aktual


141


142

2. Sub DAS Karang Mumus, Kalimantan Timur

Luas total Sub DAS Karang Mumus adalah 27.172 ha. Secara administratif mencakup 1 wilayah kecamatan dominan yaitu Kecamatan Samarinda Utara dan terletak pada koordinat 0

o15’08”-0

o27’29” LS dan 117

o07’02”-117

o20’00”

BT.

Curah hujan rata-rata tahunan sebesar 2094,8 mm dan termasuk tipe iklim A (menurut Schmidt dan Ferguson). Jenis tanah dibedakan menjadi kelompok besar tanah yaitu Tropodults yang berasosiasi dengan Tropaquepts, Tropodults dengan Dystropepts, asosiasi Rendols dengan Entropepts. Tanah-tanah tersebut bertekstur lempung berpasir sampai lempung berliat, struktur bergumpal, konsistensi tanah gembur pada lapisan atas dan teguh pada lapisan bawah, daya menahan air kurang dan kedalam tanah efektif berkisar antara 80-120 cm (solum tanah dalam). Kemiringan lereng didominasi kelas 15-25% (luas 60 %). Semak dan belukar mendominasi dengan luas 71%. Panjang Sungai Karang Mumus adalah 39,8 km, dengan pola aliran berbentuk dendritik dan faktor bentuk sebesar 0,45.

Pemanfaatan model hidrologi pada Sub DAS Karang Mumus adalah unuk melakukan simulasi lahan dengan beberapa skenario agar dapat diketahui penutupan/penggunaan lahan yang optimal dan evaluasi terhadap tata ruang yang telah disusun oleh pemerintah daerah. Penentuan luas dan tipe penutupan/penggunaan lahan yang optimal didasarkan pada indikator hasil air (komponen aliran) dan erosi. Model yang digunakan dalam prediksi erosi dalam simulasi lahan adalah model USLE.

a. Validasi Model dan Hasil Simulasi

Hasil pengujian terhadap komponen aliran pada beda nilai tengah berpasangan antara hasil simulasi dengan aktual menunjukkan tidak terdapat perbedaan yang signifikan (t hit = - 0,73, -0,15, -1,33, -1,07; t tab(0,05) = 2,20). Hasil uji koefisien regresi linier sederhana pada berbagai komponen aliran diketahui bahwa b0=0 dan b1=1 dapat diterima (t hit b0 =0,71, 0,13, 0,40, 0,68; t hit b1=0,78, 0,94, 0,70, 0,74; t tab(0,05)=2,23). Demikian pula hasil pengujian terhadap sedimentasi pada beda nilai tengah menunjukkan hasil simulasi dengan aktual menunjukkan tidak terdapat


143

perbedaan yang signifikan (t hit= -1,0; t tab = 2,20) dan pada regresi linier dapat diterima koefisien b0=0 dan b1=1 (t hit b0 = 0,30; t hit b1 = 0,74; t tab (0,05) = 2,23). Secara grafis sebaran hasil simulasi/pendugaan dan aktual dapat dilihat pada Lampiran 2.

Selanjutnya dilakukan simulasi atau eksperimentasi perubahan penggunaan lahan untuk mengetahui tataguna lahan yang dapat mengurangi aliran permukaan yang berlebih atau penekanan fluktuasi limpasan air sungai (maupun komponen aliran lainnya) sekaligus mampu menekan laju erosi. Pada eksperimentasi disusun beberapa skenario mengenai tipe dan proporsi penutup lahan dengan mengubah/meningkatkan lahan yang tidak produktif seperti semak dan belukar atau memperbaiki lahan yang berpotensi menghasilkan aliran permukaan dan erosi yang tinggi seperti ladang. Skenario yang ditetapkan pada eksperimentasi ini terutama bertujuan untuk mengetahui seberapa luas tipe penggunaan lahan hutan yang perlu dipertahankan di dalam DAS. Susunan skenario perubahan luas penggunaan lahan pada Sub DAS Karang Mumus dapat dilihat pada Tabel 6, sedangkan pengaruhnya terhadap komponen aliran dan erosi-sedimentasi dapat dilihat pada Tabel 7 dan 8.


144


145

Tabel 6. Skenario Perubahan Luas Penggunaan Lahan pada Sub DAS Karang Mumus

Penggunaan Lahan

Skenario

0 (aktual)

luas (%)

1

luas (%)

2

luas (%)

3

luas (%)

4

luas (%)

5

luas (%)

6

luas (%)

Kebun 4 4 5 5 5 4 5

Kebun Campuran 13 13 13 36 59 13 13

Ladang 1 1 0 0 0 1 0

Semak 46 46 46 23 0 23 0

Belukar 26 0 0 0 0 0 0

Hutan 1 27 27 27 27 50 73

Lainnya 10 10 10 10 10 10 10


146

Tabel 7. Perubahan Nilai Komponen Aliran dan Persentase Penurunan/ Peningkatan

pada Berbagai Skenario

Skenario

Komponen Aliran

Aliran Permukaan

(OLF)

Aliran bawah permukaan

(INTF)

Aliran air bawah tanah

(GWF)

Aliran/limpasan air sungai

(STRF)

mm P% mm P% mm P% mm P%

0 246 101 380 728

1 204 -17 101 0,2* 410 8 716 -1,7

2 196 -21 101 -0,4* 418 10 715 -1,8

3 164 -34 99 -3 454 19 716 -1,6

4 147 -40 97 -4 479 26 724 -0,6

5 151 -39 96 -5 476 25 723 -0,6

6 144 -41 99 -2 492 29 736 1,1

Keterangan : * Nilai komponen aliran merupakan angka pembulatan sehingga masih dapat diperoleh nilai penurunan yang mendekati nol


147

Tabel 8. Penurunan Laju Erosi dan Sedimen pada Setiap Skenario

Skenario (SK)

Laju erosi Sedimen P%

ton/ ha/ th mm/th ton/ ha/ th mm/th

0 178 15 109 9,0

1 177 15 108 9,0 -0,3

2 174 15 106 8,8 -2

3 150 13 92 7,6 -16

4 127 11 77 6,4 -29

5 118 10 72 6,0 -34

6 55 5 34 2,8 -69


148


149

Berdasarkan uji beda nilai tengah diketahui bahwa perubahan besarnya aliran permukaan (OLF) dan aliran bawah tanah (GWF) hasil eksperimentasi/ simulasi berbeda signifikan terhadap aliran aktual, sedangkan perubahan besarnya aliran bawah permukaan (INTF) dan limpasan air sungai (STRF) hasil eksperimentasi dengan aliran aktualnya tidak berbeda signifikan. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa peningkatan luas hutan, kebun dan/atau kebun campuran secara bertahap dengan mengurangi luas belukar, ladang dan semak berpengaruh secara signifikan terhadap penurunan jumlah aliran permukaan dan peningkatan aliran air bawah tanah, tetapi tidak berpengaruh terhadap aliran air bawah permukaan dan aliran sungai meskipun masih dapat dilihat kecenderungannya.

Pengaruh perubahan luas & kerapatan penutupan/ penggunaan lahan juga tampak pada sebaran bulan aliran. Meskipun hasil uji statistik terhadap limpasan air sungai tahunan tidak menunjukkan perubahan yang signifikan, tetapi kecenderungan tersebut masih terlihat. Pada Gambar 1. terlihat pada lahan yang berpenutupan terluas (skenario 6) dihasilkan limpasan air sungai tertinggi pada saat jeluk rendah/menurun dan limpasan air sungai terendah pada saat jeluk rendah/menaik. Ini berarti bahwa peningkatan luas & kerapatan penutupan/ penggunaan lahan cenderung menurunkan limpasan air sungai maksimum dan meningkatkan limpasan air sungai minimum, sehingga dihasilkan limpasan air sungai dengan fluktuasi yang relatif lebih rendah atau teragihkan secara merata dalam setahun.


150

Gambar 1. Limpasan Air sungai Karang Mumus Pada Berbagai Skenario (SK)

Peningkatan luas & kerapatan penutupan lahan dapat menekan laju erosi dan sedimen (Tabel 8). Persentase penurunan erosi dan sedimen mulai terlihat jelas (16%) pada skenario 3 dimana luas & kerapatan penutupan lahan mencapai 50% dari total luas DAS (hutan menjadi 27%, kebun menjadi 5% dan kebun campuran menjadi 36%). Pada skenario 5 dimana perubahan tipe penggunaan lahan mencapai luasan yang hampir sama sebesar 49% tetapi peningkatan luas hutan 1,9 kali lebih besar dari skenario 3, mampu menurunkan erosi dan sedimen sebesar 34% atau 2,2 kali lebih rendah dari skenario 3. Demikian pula pada skenario 4 dan 6, meski luas total lahan yang diubah pada kedua skenario hampir sama besar, tetapi pada skenario 6 lahan hutan diperluas 2,7 kali lebih besar dari skenario 4, penurunan erosi dan sedimen yang dihasilkan pada skenario 6 lebih rendah 2,4 kali dari skenario 4. Ini menandakan hutan sangat berperan dalam menekan laju erosi dan sedimentasi. Perhitungan penurunan erosi ini hanya didasarkan pada

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

B U L A N

0

50

100

150

200

Jelu

k L

impasan A

ir S

ungai (m

m) SK0

SK1

SK2

SK3

SK4

SK5

SK6


151

alternatif pengubahan lahan terhadap luas dan kerapatannya tanpa disertai perbaikan terhadap faktor pengelolaan dan konservasi tanah (CP). Dengan memperbaiki atau meningkatkan upaya pengelolaan dan konservasi tanah yang lebih baik, maka laju erosi dan sedimen dapat lebih ditekan.

b. Pemilihan Alternatif (Skenario) Penggunaan Lahan

Untuk memilih alternatif pola penggunaan lahan yang diharapkan dapat meningkatkan fungsi Sub-DAS Karang Mumus dalam rangka pengelolaannya, maka diperlukan kriteria sebagai bahan pertimbangan optimalisasi. Kriteria tersebut dapat dikembangkan menjadi indikator yang lebih detil atau memasukkan pertimbangan aspek lain seperti nilai ekonomi produksi tanaman yang diperlukan bagi pemilik lahan/ masyarakat petani.

Pada penelitian ini digunakan RTRW Samarinda sebagai bahan pertimbangan memilih alternatif penatagunaan lahan yang juga sekaligus dapat mengevaluasi RTRW tersebut terhadap indikator output DAS (aliran dan erosi-sedimentasi).

Skenario 6 disusun hanya untuk mendapatkan gambaran ekstrim dengan menghutankan kembali (73%) seluruh semak dan belukar yang ada di wilayah penelitian, sehingga pemilihan alternatif ditujukan pada skenario 1 hingga 5.

Skenario 4 dan 5 berpengaruh menekan laju erosi dan sedimentasi tertinggi dibanding skenario lainnya dengan nilai masing-masing hampir sama besar. Simpangan baku dan galat baku limpasan air sungai pada skenario 4 dan 5 masing-masing juga tidak berselisih jauh seperti halnya pada laju erosi dan sedimentasi. Demikian pula pada persentase penurunan aliran permukaan dan peningkatan aliran bawah tanah yang dihasilkan.

Menurut Rencana Tata Ruang Wilayah Kotamadya Samarinda (Tahun 1994-2004), tipe penutup lahan semak akan ditingkatkan produktivitasnya menjadi lahan perkebunan, pertanian dan peternakan, sedangkan belukar ditingkatkan menjadi hutan kota, hutan rawa dan jalur hijau. Perluasan hutan pada skenario 4 lebih menyerupai RTRW Kotamadya Samarinda, yaitu pengurangan belukar menjadi kondisi hutan yang rapat (luas menjadi 27%) dan mengurangi semak menjadi kebun dan kebun campuran.


152

Pada skenario 5 perluasan hutan berasal dari areal belukar dan sebagian areal semak sehingga luas total hutan menjadi 50%. Dengan demikian, skenario 4 lebih sesuai diterapkan pada Sub-DAS Karang Mumus, karena mempunyai nilai lebih dari perbaikan lahan semak menjadi lahan kebun dan kebun campuran yang memiliki produktivitas lebih tinggi (bukan melulu hutan) yang akan menguntungkan ekonomi masyarakat. Disamping itu keserupaannya dengan RTRW secara politis akan banyak membantu mendukung keberhasilan penatagunaan lahan.

Alternatif pola penggunaan lahan skenario 4 dapat dijadikan dasar pengelolaan Sub-DAS Karang Mumus tentunya dengan catatan bahwa kondisi penelitian masih sama dan penggunaan lahan tidak mengalami perubahan yang ekstrim seperti adanya penggalian tambang dalam skala besar, pembangunan industri dan lainnya. Meskipun penurunan laju erosi dan sedimen yang dihasilkan pada skenario 4 tersebut masih lebih besar daripada laju pembentukan tanah, tetapi dengan menerapkan penambahan ragam kegiatan konservasi tanah dan air, maka bukan tidak mungkin akan terjadi penurunan laju erosi dan sedimen hingga di bawah laju erosi yang diperkenankan. Bentuk-bentuk konservasi tanah dan air yang dapat ditambahkan misalnya adalah pembangunan teras pada tanah-tanah miring, pemberian mulsa dan pupuk pada tanah-tanah yang rentan erosi atau pada tanah dengan tingkat kesuburan kurang, penghijauan/ membangun taman kota atau pekarangan pada areal pemukiman dan sebagainya.


153

IV. PENUTUP

Berdasarkan yang telah diuraikan di atas, dapat disimpulkan beberapa hal mengenai pendekatan simulasi (model) hidrologi yaitu :

1. Pemanfaatan model hidrologi dan simulasinya dapat membantu dalam perencanaan penatagunaan lahan atau mengevaluasi kondisi lahan aktual (existing landuse) terhadap hasil air dan ikutannya (aliran dan sedimentasi). Selain itu model hidrologi dan simulasinya juga dapat dimanfaatkan untuk mengevaluasi hasil implementasi atau kebijakan perencanaan yang telah disusun dengan pendekatan yang berbeda (misalnya rencana tata ruang yang disusun dengan pendekatan ekonomi wilayah).

2. Penggunaan teknik/pendekatan simulasi hidrologi memiliki kelemahan disamping kelebihan manfaatnya, sehingga dalam penerapannya harus teliti dan benar-benar memahami model yang akan digunakan (mengetahui keterbatasan model, dll), serta tidak terlalu menyederhanakan variabel yang ada yang dapat menghilangkan informasi kritis. Dengan demikian tidak akan terjadi hasil prediksi yang keliru atau dapat mengurangi ketajaman/ kepekaan model sebagai alat bantu dalam masalah pengelolaan.

3. Ukuran DAS yang terlalu besar dapat menghilangkan informasi kritis yang tersembunyi karena penyederhanaan yang terlalu banyak dari unsur sistem. Dengan demikian pada DAS yang berukuran kecil memiliki peluang yang lebih baik dalam aplikasi pendekatan simulasi hidrologi untuk penatagunaan lahan dalam perencanaan pengelolaan DAS.


154

DAFTAR PUSTAKA

Handayani, W. 2002. Model Karakteristik Hidroorologi dan Simulasi Pola Penggunaan Lahan pada Sub DAS Karang Mumus, Samarinda, Kalimantan Timur. Tesis Magister. Program Pascasarjana Universitas Mulawarman, Samarinda. Kalimantan Timur.

Kartodihardjo, H. 2005. Institusi Pengelolaan DAS untuk Membangun Hubungan Hulu Hilir. Lokakarya Pengelolaan DAS. Direktorat Jenderal Rehabilitasi Lahan dan Perhutanan Sosial, Departemen Kehutanan. Jakarta.

Murtilaksono, K. 1987. Simulasi Perilaku Hidrologi Sub DAS Gongseng. Tesis Magister Sains. Fakultas Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, Bogor.

PPSL, Unmul. 1997. Panduan Pelatihan Untuk Pelatih Pengelolaan Terpadu DAS. Jilid 1. Pengembangan Pusat Studi Lingkungan, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.

Tjakrawarsa, G., R. Nandini, M. Syarif dan Supardi. 2004. Kajian Tata Ruang dan Model Pemanfaatan Sumberdaya Alam dalam Satuan DAS. Laporan Kegiatan Litbang. Balai Litbang Teknologi Pengelolaan DAS IBT. Makassar.

Viessman, W., Gary L. Lewis and John W. Knapp. 1989. Introduction to Hidrology. Harper & Row Publishers, New York.

Wischmeier, W.H. and D.D. Smith. 1978. Predicting Rainfall Erosion Losses. A Guide to Conservation Planning. USDA Agriculture Handbook No. 537.


155


156

Lampiran 1. Grafik perbandingan hasil simulasi/pendugaan dan aktual dari berbagai komponen aliran di DAS Walanae

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

OLF

OLFH

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

INTF

INTFH

Aliran Permukaan Aliran bawah permukaan


157

Keterangan:

- OLF :overlandflow simulasi

- OLFH : overlandflow hidrograf/aktual

- INTF : interflow simulasi

- INTFH : interflow hidrograf/aktual

- GWF : groundwaterflow simulasi

- GWFH : groundwaterflow hidrograf/aktual

- STRF : streamflow (simulasi)

- Q : debit (aktual)

0

20

40

60

80

100

120

140

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

GWF

GWFH

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

STRF

Q

Aliran air bawah tanah Aliran/limpasan sungai


158

Lampiran 2. Grafik perbandingan hasil simulasi/pendugaan dan aktual dari berbagai komponen aliran dan sedimentasi di Sub DAS Karang Mumus

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

BULAN

0

50

100

150

200

mm

SIMULASI

AKTUAL

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

BULAN

0

5

10

15

20

mm

SIMULASI

AKTUAL

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

BULAN

0

50

100

150

200

mm

SIMULASI

AKTUAL

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

BULAN

0

50

100

150

200

mm

SIMULASI

AKTUAL

Aliran permukaan Aliran bawah permukaan

Aliran air bawah tanah Aliran/ limpasan air sungai

PENDEKATAN SIMULASI HIDROLOGI - Pendekatan Simulasi Hidrologi Dalam Perencanaan Pengelolaan DAS 124 optimal. Di sisi lain DAS sebagai suatu megasistem yang kompleks, keterkaitan komponen

Documents