© 2001  Ery Suhartanto                                                Posted: 4 November 2001   [rudyct]  

Makalah Falsafah Sains (PPs 702)   

Program Pasca Sarjana / S3

Institut Pertanian Bogor

November 2001

 

Dosen:

Prof Dr Ir Rudy C Tarumingkeng (Penanggung Jawab)

 

 

 

Optimasi Pengelolaan DAS di Sub Daerah Aliran Sungai Cidanau Kabupaten Serang Propinsi Banten Menggunakan Model Hidrologi ANSWERS

(Optimal Watershed Management of Cidanau Sub Watershed Kabupaten Serang, Banten Province Using ANSWERS Hydrologic Model)

 

Ery Suhartanto

 

Abstract

The environmental damage occuring at Cihideung Sub watershed is increasing, due to erosion, sedimentation, runoff and flood. The rate of the erosion, sedimentation and runoff are influenced by the physical condition of watershed and the change in land use pattern. ANSWERS model was used to predict the indicator of the damage and to identify an optimal watershed management model, that it is suitable to the principal soil and water conservation. The result of the Answers model simulation showed that, integration between wooded and grass land areas was the optimal model to decrease the rate of erosion, sedimentation and runoff.

Keywords : Conservation, Erosion, Sedimentation, Runoff, Answers Model.

 

1.      Pendahuluan

Pada saat ini tata guna lahan di Sub DAS Cihideung terdiri dari 180 ha hutan campuran, 6 ha sawah, dan sekarang ini terjadi di beberapa lokasi pengalihragaman hutan campuran menjadi lahan pertanian (ladang/kebun). Perubahan tata guna lahan ini akan mempengaruhi keseimbangan tata air di area tersebut dengan melihat kondisi debit dan sedimentasi (Seyhan, 1977). Untuk mengurangi terjadinya erosi, sedimentasi dan banjir, optimasi pengelolaan DAS lahan merupakan hal yang sangat penting dalam prinsip konservasi yang diaplikasikan untuk memperoleh keuntungan ekonomi dan berkelanjutan.

Model hidrologi disimulasikan sebagai suatu pendekatan sistem dalam pengelolaan DAS yaitu skenario yang diformulasikan dari masing-masing perubahan tata guna lahan. Suatu model simulasi yang umum digunakan adalah ANSWERS (Areal Non-point Source Watershed Environment Response Simulation), yang dapat digunakan untuk mengevaluasi dan merumuskan letak dari tata guna lahan yang sesuai dengan aspek konservasi.

Pengelolaan DAS adalah suatu usaha untuk mengatur sumberdaya alam utama yaitu tanah dan air. Suatu pengelolaan DAS yang baik untuk penggunaan tanah dan air seharusnya memperhitungkan prinsip konservasi untuk mencapai hasil yang optimum. Pengelolaan DAS yang tidak tepat akan mengakibatkan banjir di musim hujan dan kekeringan di musim kemarau. Tata guna lahan termasuk jenis dan kerapatan tanaman, dimana menggambarkan komponen utama yang mempengaruhi kapasitas tanah untuk menyerap air (Bruce dan Clark. 1980, dalam Budi Indra. 1999). Kerapatan tanaman adalah hal yang lebih penting dibandingkan jenis tanaman, dimana telah terbukti dengan menurunnya laju dan kapasitas infiltrasi di area perumahan yang mempunyai kerapatan vegetasi rendah.

Siklus hidrologi menggambarkan suatu rantai fenomena alam yang menghubungkan erosi, sedimentasi dan limpasan. Bagian dari siklus hidrologi yang disebut hujan, kondisi tanah dan vegetasi mempunyai peranan penting dalam proses erosi, sedimentasi dan limpasan. Erosi adalah peristiwa pindahnya tanah dari suatu tempat ke tempat lain dengan media alam (Hudson.1973, dalam Budi Indra. 1999). Menurut Frevert et al. (1963), erosi tanah didefinisikan sebagai kehilangan tanah lebih cepat dari proses erosi geologi. Menurut Baver et al. (1972) terjadinya erosi tanah tergantung dari beberapa faktor yaitu karakteristik hujan, kemiringan lereng, tanaman penutup dan kemampuan tanah untuk menyerap dan melepas air ke dalam lapisan tanah dangkal. Dampak dari erosi tanah dapat diklasifikasikan dalam dua kategori : 1) menurunnya produktifitas lahan seiring dengan kehilangan lapisan tanah bagian atas yang subur, dan 2) terjadi sedimentasi di sungai yang menyebabkan kerusakan saluran dan berkurangnya kapasitas tampungan.

 

2.      Tujuan

Tujuan dari studi ini adalah : 1) untuk memprediksi besarnya erosi, sedimentasi dan limpasan permukaan yang disebabkan perubahan tata guna lahan di Sub DAS Cihideung, dan 2) untuk mengidentifikasi pengelolaan DAS yang optimal sesuai dengan prinsip konservasi menggunakan model ANSWERS.

 

3.      Tinjauan Pustaka

3.1. Model Answers

Menurut Beasley at al. (1982) ANSWERS (Area Non-point Source Watershed Environment Response Simulation) adalah model simulasi karakteristik DAS, dimana tata guna lahan pertanian mendominasi, dibawah kejadian hujan tertentu. Aplikasi utama adalah simulasi perencanaan dan mengevaluasi strategi untuk mengendalikan erosi. Satu dari karakteristik ANSWERS adalah pendekatan distribusi parameter, dimana berbeda dengan model lain yang menggunakan lump parameter. Variabel spasial, parameter terkendali seperti topografi, tanah, tata guna lahan, dan lainnya yang mempengaruhi distribusi parameter DAS dalam suatu algoritma komputasi.

            Keuntungan dari model ANSWERS adalah :

þ            membuat hasil dalam bentuk erosi, sedimentasi dan limpasan permukaan

þ            memformulasikan skenario tata guna lahan dalam suatu DAS, dan

þ            analisa distribusi parameter dengan tujuan untuk membuat hasil simulasi sesuai karakteristik DAS

ANSWERS adalah suatu model deterministik didasarkan pada hipotesa masing-masing titik dalam DAS memiliki suatu hubungan fungsional antara laju aliran air dan parameter hidrologi terkendali, seperti intensitas hujan, topografi dan jenis tanah. Bagaimanapun juga laju aliran air dapat digunakan dengan komponen lain sebagai suatu model dasar yang berhubungan dengan terjadinya pergerakan dalam erosi tanah dan partikel kimianya dalam lingkup suatu DAS.

            DAS secara konseptual dimodelkan dengan elemen bujursangkar, jadi tingkat variasi dari DAS dapat diperlihatkan. Masing-masing elemen dari DAS dapat didefinisikan sebagai suatu area dengan persamaan parameter erosi dan hidrologi. Kemudian, elemen itu mempunyai peranan dari masing-masing karakteristik.

            Berdasarkan struktur model ANSWERS, parameter dapat dikelompokkan kedalam empat bagian yaitu :

1.      Data hujan termasuk jumlah dan durasi hujan.

2.      Data tanah termasuk total porositas, kapasitas lapang, kedalaman zona infiltrasi, persentase kadar air, laju infiltrasi pada saat konstan, perbedaan maksimum dan infiltrasi konstan, koefisien infiltrasi, dan erodibilitas dengan metode USLE (K).

3.      Tata guna lahan dan kondisi permukaan termasuk jenis tanaman dan pengelolaannya, volume intersepsi potensial, persentase penutup permukaan dan jenis tata guna lahan, koefisien kekasaran permukaan dan relief mikro. Nilai koefisien Manning, dan indeks pengelolaan tanaman untuk metode USLE.

4.      Data sungai dan saluran termasuk lebar saluran dan koefisien kekasaran (n, Manning).

5.      Data individual elemen, termasuk derajat dan arah kemiringan lereng, jenis sungai, jenis tanah, area data hujan terukur, kemiringan saluran, pengelolaan lahan dan rata-rata elevasi.

Hasil dari model ANSWERS terdiri dari (a) limpasan permukaan, dan (b) rerata erosi, maksimum erosi, maksimum sedimentasi, dan penurunan erosi yang disebabkan aspek konservasi.

 

3.2. Toleransi erosi

Jenis-jenis erosi adalah erosi lembar, erosi alur, erosi parit, erosi tebing sungai, longsor dan erosi internal. Erosi yang ditolerir mempunyai arti bahwa erosi dapat diabaikan sepanjang area lahan tetap produktiv (Thompson. 1957; Wischmeier and Smith. 1978). Nilai toleransi erosi dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu iklim, kedalaman tanah, kondisi substrata, permebilitas lapisan tanah dangkal dan karakteristik pertumbuhan tanaman. Penentuan toleransi erosi di Indonesia ditunjukkan pada tabel 1.

 

Tabel 1. Toleransi erosi untuk tanah (Thompson. 1957)

 

Sumber : Konservasi Tanah dan Air. Sitanala Arsyad. 2000

 

 

3.3. Sedimentasi yang diperbolehkan

            Sedimentasi didefinisikan sebagai perpindahan dan pengendapan erosi tanah, khususnya sebagai hasil dari percepatan erosi lembar dan alur (White. 1987, dalam Budi Indra. 1999). Menurut Linsley et al. (1983) sedimentasi menggambarkan material tersuspensi dan diangkut oleh gerakan air dan angin atau diakumulasi sebagai bed load. Dari proses sedimentasi, hanya sebagian aliran sedimen di sungai yang diangkut keluar dari DAS, sedangkan yang lain mengendap dilokasi tertentu dari sungai (Gottschalk. 1948, dalam Ven T Chow. 1964)

            Faktor-faktor yang mempengaruhi sedimentasi (Strand dan Pemberton. 1982, dalam Budi Indra. 1999), adalah jumlah dan intensitas hujan, formasi geologi dan jenis tanah, tata guna lahan, topografi, erosi di bagian hulu, limpasan, karakteristik sedimen dan hidrolika saluran. Menurut Breussers (1974) dalam Budi Indra (1999), sedimen dapat dibagi dalam dua kelompok berdasarkan mekanisme pergerakannya sebagai berikut :

 

þ            Suspended load, dimana partikel sedimen bergerak tersuspensi dalam aliran air

þ            Bed load, dimana partikel sedimen bergerak secara menggelinding dan melompat.

Menurut kondisi asalnya (White. 1987, dalam Budi Indra. 1999; Linsley et al. 1983), sedimen dapat dibagi dalam :

þ            Bed materials transport, dimana material berasal dari saluran itu sendiri

þ            Wash load, dimana material tidak sama dengan sedimen bed load dan ditambah oleh material dari luar saluran.

Bahan sedimen hasil erosi seringkali bergerak menempuh jarak yang pendek sebelum akhirnya diendapkan. Sedimen ini masih tetap berada di lahan atau diendapkan di tempat lain yang lebih datar atau sebagian masuk ke sungai. Persamaan umum untuk menghitung sedimentasi suatu DAS belum tersedia, untuk lebih memudahkan, USDA mengembangkan pendekatan berdasarkan luas area. Rasio sedimen terangkut dari keseluruhan material erosi tanah disebut “Sedimen Delivery Ratio” (SDR), adalah fungsi dari luas area (Tabel 2). Untuk sub DAS Cihideung dengan luas area 186 ha, maka SDR adalah 0,350. Disini, sedimen yang diperbolehkan adalah hasil kali SDR dengan toleransi erosi untuk tanah (Thompson. 1957). Sebagai contoh, jika toleransi erosi untuk tanah dalam di atas batuan adalah 2,24 ton/ha/tahun maka sedimen yang diperbolehkan adalah 0,784 ton/ha/tahun.

 

Tabel 2. Sedimen Delivery Ratio (SDR)

 

Sumber : USDA

 

4.      Metodologi

4.1. Tempat, waktu dan data yang dibutuhkan

            Daerah penelitian adalah Sub DAS Cihideung Daerah Aliran Sungai Cidanau Kabupaten Serang Propinsi Banten. Penelitian ini sedang dilakukan mulai tahun 2001 sampai dengan selesai.

Data yang dibutuhkan sebagai input model ANSWERS adalah :

1.      Data hujan harian

2.      Data debit sungai

3.      Data sedimen

4.      Peta topografi

5.      Peta tata guna lahan

6.      Peta kelas kemiringan lereng

7.      Peta pola sungai

8.      Peta tanah

 

4.2. Kemiringan lereng, jenis tanah dan tata guna lahan

            Sub DAS Cihideung adalah daerah dataran tinggi, lokasi terletak pada elevasi +240 sampai +85 m di atas permukaan laut dan didominasi oleh lereng yang cukup curam (5 - 20 % slope) dengan luas areal 117 ha (62,9 %), sedangkan lahan yang datar (< 5 % slope) hanya sekitar 6 ha (3,2 %), ditunjukkan pada tabel 3. Jenis tanah di sub DAS Cihideung adalah clay loam. Klasifikasi jenis tanah ditunjukkan pada tabel 4.

            Penggunaan lahan oleh masyarakat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap bahaya erosi, sedimentasi dan limpasan permukaan yang terjadi. Tata guna lahan pada area tersebut didominasi oleh hutan campuran (180 ha), sawah (6 ha). Jenis tata guna lahan ditunjukkan pada tabel 5.

 

Tabel 3. Kemiringan Lereng di Sub DAS Cihideung

Sumber : RUBRD/IPB-UT

 

 

 

 

Tabel 4. Jenis tanah di Sub DAS Cihideung

 

 

Sumber : RUBRD/IPB-UT

 

 

 

Tabel 5. Jenis tata guna lahan

di Sub DAS Cihideung

 

 

Sumber : RUBRD/IPB-UT

 

 

 

 

5.      Hasil dan Pembahasan

5.1. Erosi dan sedimentasi

            Berdasarkan model ANSWERS dengan kondisi eksisting diperoleh hasil sebagai berikut :

Tabel 6. Perbandingan antara kondisi eksisting dan toleransi

Sumber : Perhitungan

 

5.2. Optimasi Pengelolaan DAS Menggunakan Model ANSWERS

            Hasil dari beberapa optimasi menunjukkan perubahan erosi, sedimentasi, limpasan dan elemen kritis yang ditunjukkan pada Tabel.7 dan Gambar 2,3 untuk beberapa skenario.

 

Tabel 7. Skenario perubahan tata guna lahan terhadap erosi dan sedimentasi

Sumber : Perhitungan

 

 

 

Gambar 2. Perubahan runoff untuk beberapa scenario

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 3. Perubahan sedimen untuk beberapa skenario

6. Kesimpulan dan Saran

6.1. Kesimpulan

            Berdasarkan pada analisis hidrologi di Sub DAS Cihideung menggunakan model ANSWERS, kesimpulannya sebagai berikut :

1.      Hasil simulasi menunjukkan bahwa areal hutan memiliki kemampuan lebih baik untuk menurunkan laju limpasan, sedangkan areal padang rumput memiliki kemampuan lebih baik untuk menurunkan laju erosi dan sedimentasi.

2.      Faktor dominan yang mempengaruhi erosi, sedimentasi dan limpasan adalah kemiringan lahan, jenis tanah dan tata guna lahan seperti hutan campuran, padang rumput dan areal pertanian/sawah.

3.      Pengelolaan DAS yang optimal adalah integrasi dari areal hutan dan areal tanaman rumput dimana masing-masing aspek memiliki kelebihan dan kekurangan.

 

6.2. Saran

            Optimasi ini merupakan suatu Decision Support System (DSS) bagi Pemerintah Daerah dan pihak-pihak yang berkepentingan, sarannya sebagai berikut :

1.      Untuk model yang lebih baik direkomendasikan menggunakan data intensitas hujan dari beberapa stasiun hujan, dimana dapat merepresentasikan areal sub DAS yang diteliti.

2.      Untuk menekan laju erosi, sedimentasi dan limpasan permukaan, sebaiknya daerah yang kritis dibatasi (zona proteksi) dan melakukan forestrisasi serta kombinasi dengan tanaman rumput pada bagian hulu DAS. Untuk lahan perkebunan/pertanian direkomendasikan untuk menanam jenis tanaman yang bersifat covering dengan density yang cukup tinggi.

3.      Model simulasi ini dapat digunakan untuk optimasi manajemen DAS terpadu (Integrated Watershed Management Optimal), dimana area dengan erosi tinggi dilakukan upaya konservasi pembuatan teras atau border, dan areal dengan sedimentasi tinggi sebaiknya dilengkapi dengan bangunan penangkap sedimen (sediment structure).

 

Daftar Pustaka

 

Arsyad, S. 2000. Konservasi Tanah dan Air. Penerbit IPB. Bogor.

Baver, L.D. 1972. Soil Physics. John Wiley and Son Inc. New York. Charles E. Tuttle Company. Modern Asia Edition. Third Edition.

Beasley, D.B. dan L.F. Huggins. 1982. ANSWERS. User’s Manual. U.S. EPA Region V. Chicago.

Chow, V.T. 1964. Handbook of Applied Hydrology. Mc. Graw-Hill Book Company. New York.

Frevert, R.K, G.O. Schwab, T.W. Edminster, and K.K. Barness. 1963. Soil and Water Conservation Engineering (Third Edition) John Wiley and Son Inc. New York.

Linsley, Jr. R.K, M.A. Kohler and J.L.H. Paulus. 1983. Hydrology for Engineers (Third Edition) Mc. Graw-Hill Book Company. New York.

Setiawan, Budi Indra. 1999. Land Use Planning For Cigulung Maribaya Sub Watershed Using ANSWERS Model. Proceeding of International Workshop on Sustainable Resource Management for Cidanau Watershed. RUBRD-UT/IPB. Bogor.

Seyhan, Ersin. 1990. Dasar-dasar Hidrologi. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.

Suhardjono. 1993. 135 Pertanyaan dan Jawaban tentang Pengantar Penelitian Ilmiah. UPT Penerbitan FT Universitas Brawijaya. Malang

Thompson, L.M. 1957. Soils and Soil Fertility, Mc. Graw-Hill Book Company. New York.

Wischmeier, W.H. and D.D. Smith. 1978. Predicting Rainfall Erosion Losses. A Guide to Conservation Planning. Agricultural Handbook. Science and Education. U.S. Department of Agriculture.