KAJIAN PUSTAKA
2.3 Model Hidrologi
2.3.1 Aliran Permukaan (run-off)
Aliran permukaan atau run-off didefinisikan sebagai bagian dari hujan atau presipitasi yang alirannya menuju ke saluran-saluran sungai, danau, atau laut.
Aliran tersebut dapat mengalir pada permukaan tanah (overland flow) maupun melalui bawah permukaan tanah (sub-surface atau interflow) (Haridjaja et al., 1990). Istilah run-off sering diartikan sebagai aliran air pada permukaan tanah (Schwaab et al., dalam Haridjaja et al., 1990).
15
Menurut NCSRI (2003) debit adalah jumlah atau volume air yang mengalir pada suatu titik atau melalui suatu saluran per satuan waktu yang diformulasikan sebagai:
Q = A x V dimana:
Q = debit air (m3/detik)
A = luas penampang aliran (m2) V = kecepatan aliran (m/detik)
Selama hujan berlangsung, debit air sungai akan meningkat seiring dengan meningkatnya volume air hujan yang masuk ke dalam sungai. Pada penelitian ini debit maksimum dan debit minimum yang digunakan adalah data debit terukur pada pintu SPAS Empang, yaitu titik outlet Sub DAS Cisadane Hulu.
Faktor-faktor yang mempengaruhi aliran sungai (Viesman et al., 1972) meliputi: (1) direct run-off, (2) interflow/delayed run-off, (3) groundwater/
baseflow, dan (4) channel presipitation. Menurut Schwaab et al., dalam Sudadi et al. (1991), secara umum faktor-faktor yang mempengaruhi aliran sungai dapat dibagi menjadi dua, yaitu karakteristik hujan dan karakteristik DAS. Karakteristik hujan meliputi jumlah, intensitas, dan lama hujan serta distribusinya di area DAS, sedangkan pengaruh karakteristik DAS ditentukan oleh ukuran, bentuk, orientasi, topografi, geologi, dan penggunaan lahan.
16 2.3.2 Model untuk Prediksi Hasil Air
Studi ini menggunakan model hidrologi HEC-HMS, untuk menghitung limpasan permukaan dari penggunaan lahan hasil prediksi. HEC-HMS, yang dikembangkan oleh Corps of Engineers Angkatan Darat Amerika Serikat, dirancang untuk mensimulasikan curah hujan-limpasan yang merupakan proses dendritik sistem DAS. Program HEC-HMS merupakan program komputer untuk menghitung transformasi hujan dan proses penelusuran (routing) pada suatu sistem DAS. Model ini dapat digunakan untuk menghitung volume runoff, direct run-off, baseflow dan channel flow (USACE-HEC, 2010).
HEC-HMS merupakan model semi distributed yang menggunakan sub-DAS sebagai unitnya. Model semi distributed merupakan perpaduan antara model global (blackbox) dengan model terdistribusi, atau sering disebut dengan pendekatan pseudo distributed. Metoda ini didasarkan pada konsep similarity/
kemiripan, dengan asumsi bahwa subDAS adalah suatu luasan yang identik dengan DAS. Pembagian subDAS dan karakteristiknya menggunakan Geospasial Ekstensi Pemodelan Hidrologi (HEC-GeoHMS) yang merupakan tool tambahan pada aplikasi ARC-GIS. Tool HEC-GeoHMS digunakan untuk pra-pemrosesan dengan memanfaatkan topografi permukaan (Digital Elevation Model-DEM) menjadi jaringan aliran, dan subDAS dari delineasi data DEM.
Untuk mengetahui faktor penutupan lahan serta tindakan pengelolaannya, dilakukan pengamatan secara langsung di lapangan. Setelah proses awal (pra-prosesing) dengan menggunakan HEC-GeoHMS selesai, baru
17
dilakukan simulasi dengan Model HEC-HMS yang memiliki tiga bagian utama yaitu;
1. Curah hujan sebagai parameter masukan 2. Karakteristik Sub-DAS
3. Penelusuran (routing) aliran
Data hujan untuk simulasi ini berasal dari stasiun curah hujan di stasiun Empang dan stasiun lain yang terletak di wilayah DAS. Data merupakan data hujan harian yang dirata-ratakan dari mulai tahun 2003 sampai dengan 2010.
Data curah hujan digunakan sebagai input untuk model simulasi, masukan yang juga digunakan untuk berbagai penggunaan lahan seri data. Dalam HEC-HMS data hujan diperhitungkan berdasarkan rata-rata pembobotan pada setiap subdas.
Untuk karakteristik Sub-DAS diawali dengan membagi DAS Cisadane Hulu pada beberapa sub DAS yang diproses melalui HEC-GeoHMS, data RTM dengan spatial Hydrology model. Aplikasi ini juga memproses hampir semua input data yang dibutuhkan oleh HEC-HMS. Simulasi hidrologi DAS ini menggunakan SCS Curve Number, SCS Curve Number Hidrograf dan metode base flow bulanan. Didalam HEC-HMS terdapat beberapa model yang terpisah dimana masing-masing model yang dipilih mempunyai input yang berbeda-beda.
Beberapa model yang digunakan untuk menghitung volume runoff, direct runoff, baseflow dan channel flow ditunjukkan pada tabel dibawah ini.
18 Tabel 2.1.
Perhitungan dan Model yang terdapat dalam HEC-HMS
Sumber :UserManual HEC-HMS, 2009
Persamaan limpasan SCS (Soil Conservation Service) adalah sebuah model empiris yang mulai digunakan secara umum pada tahun 1950-an.
Persamaan tersebut merupakan hasil kajian selama lebih dari 20 tahun yang melibatkan hubungan hujan dengan limpasan dari DAS kecil di Amerika Serikat.
Model tersebut dikembangkan untuk memberikan suatu dasar yang konsisten dalam memperkirakan jumlah limpasan pada berbagai tata guna lahan dan jenis
19
tanah. Persamaan SCS curver number berdasarkan User’s Manual HEC-HMS (2010) adalah :
dimana:
Qsurf = akumulasi limpasan atau kelebihan curah hujan (mm H2O) Rday = tinggi curah hujan pada hari tersebut (mm H2O)
Ia = pengambilan awal yang meliputi tampungan permukaan, intersepsi dan infiltrasi sebelum terjadi limpasan (mm H2O) S = parameter retensi (mm H2O)
Parameter retensi bervariasi secara spasial akibat perubahan jenis tanah, tata guna lahan, pengelolaan dan kemiringan serta bervariasi secara temporal akibat perubahan kadar air dalam tanah. Parameter retensi didefinisikan sebagai:
Dimana CN adalah curve number
Pengambilan awal, Ia, umumnya didekati sebagai 0,2S sehingga Persamaan menjadi:
Limpasan hanya akan terjadi apabila Rday>Ia.
Pra-proses karakteristik DAS sebelum disimulasi dengan HEC-HMS secara rinci diperlihatkan dalam Gambar 2.2.
20 Gambar 2.2.
Pra proses input- HEC-HMS dengan HEC-GeoHMS HEC (USACE-HEC, 2009)
Untuk mendapatkan nilai CN yang diperlukan pada SCS Curve Number dibutuhkan Hidrologi Soil Group (HSG) yang didapat dari hasil analisis beberapa parameter seperti: tekstur, infiltrasi dan kapasitas retensi setiap jenis tanah. Untuk lebih jelasnya pengelompokan HSG diperlihatkan pada Tabel 2.2
Tabel 2.2
Pengelompokkan Hidrologi Soil Group (HSG) Kelompok
tanah Keterangan Laju infiltrasi
A Potensi air larian paling kecil, termasuk tanah pasir dalam
dengan unsur debu dan liat. Laju infiltrasi tinggi 8 – 12 B Potensi air larian kecil, tanah berpasir lebih dangkal dari A.
Tekstur halus sampai sedang. Laju infiltrasi sedang. 4 – 8 C
Potensi air larian sedang, tanah dangkal dan mengandung cukup liat. Tekstur sedang sampai halus. Laju infiltrasi rendah.
1 – 4
D
Potensi air larian tinggi, kebanyakan tanah liat, dangkal dengan lapisan kedap air dekat permukaan tanah. Infiltrasi paling rendah.
0 – 1
Sumber: US SCS 1972 dalam Asdak, 2007.
21
Curve Number (CN) berasal dari analisis spasial di mana peta tanah yang dikonversi menjadi Hydrology Soil Group dan ditumpangsusunkan dengan tutupan lahan. CN merupakan parameter empiris yang digunakan dalam hidrologi untuk memprediksi limpasan langsung atau direct runoff dari kelebihan curah hujan. Metode curve number dikembangkan oleh USDA-Soil Conservation Service. Jumlah kurva limpasan dikembangkan dari analisis empiris limpasan dari DAS kecil dan plot lereng dipantau oleh USDA. Hal ini banyak digunakan dan merupakan metode yang efisien untuk menentukan perkiraan jumlah limpasan langsung dari curah hujan di daerah tertentu. Jumlah kurva debit didasarkan pada HSG di daerah itu, penggunaan lahan dan kondisi hidrologi. Angka CN untuk deskripsi tutupan lahan dan karakteristik hidrologi kelompok tanah diperlihatkan pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3.
Bilangan Kurva aliran (CN) untuk kondisi penggunaan lahan
Penggunaan Lahan Kedap H S G
A B C D
Pemukiman/Bangunan permanen 85 89 92 94 95
Pemukiman/Bangunan semi permanen 38 61 75 83 87 Danau/Sistu/Empang/Rawa/Sungai 100 100 100 100 100
Sawah Irigasi 38 65 76 84 88
Sumber : US SCS 1972 dalam Asdak, 2007
22