LUAR SISTEM DAS (HILIR)
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Daerah Aliran Sungai (DAS) dan Parameter Sistem DAS
Daerah aliran sungai (DAS) merupakan daerah yang dibatasi oleh topografi secara alami, sehingga semua air hujan yang jatuh di atasnya akan
mengalir menuju ke suatu lokasi pembuangan (outlet). Menurut Dixon dan Easter
(1986) dan Brooks et al. (1991) DAS merupakan suatu daerah (area) yang dibatasi secara topografi oleh punggung bukit dan air hujan yang jatuh di atasnya akan dialirkan melalui suatu sistem jaringan sungai sampai menuju titik pengukuran (outlet). Sebagai suatu sistem neraca air tertutup, DAS mempunyai fungsi untuk menampung masukan dari curah hujan dan mengalirkan keluaran sebagai debit aliran (Black, 1996). Menurut Chow (1964), siklus air merupakan suatu rangkaian proses peristiwa yang terjadi pada air dari saat air hujan jatuh ke permukaan bumi, dialirkan menjadi aliran permukaan ke badan-badan sungai hingga menguap ke udara, dan kemudian jatuh kembali ke permukaan bumi (Gambar 3). Selanjutnya sebagian air hujan yang jatuh akan menguap melalui evaporasi sebelum jatuh di permukaan bumi, dan sebagian lainnya akan menjadi aliran permukaan (runoff) setelah diintersepsi oleh tanaman dan terinfiltrasi ke dalam tanah, serta mengalami perkolasi dan mengalir ke badan sungai/laut sebagai aliran bawah tanah (base flow).
Siklus air dan distribusi air hujan yang sampai dipermukaan bumi menurut Robinson dan Sivapalan (1996) merupakan proses perubahan air hujan menjadi aliran permukaan dan dikelompokkan menjadi dua bagian, yaitu : 1) fungsi produksi DAS yaitu perubahan dari curah hujan bruto menjadi curah hujan netto (curah hujan sisa), dan 2) fungsi transfer DAS yaitu perubahan dari curah hujan netto menjadi aliran permukaan langsung. Curah hujan bruto didefinisikan sebagai total jumlah air hujan yang jatuh ke permukaan bumi sebelum terjadinya
intersepsi dan infiltrasi. Untuk curah hujan netto (curah hujan sisa) didefinisikan sebagai jumlah air hujan yang mengalir melalui jaringan hidrologi, setelah terjadinya proses intersepsi tanaman dan infiltrasi tanah jenuh. Hasil penelitian Heryani (2001) dan Sarjiman (2004) menyatakan bahwa pengujian model H2U (Hydrogramme Hydrograph Universale) dalam memprediksi debit aliran di sub-DAS Bunder, sub-DAS Oyo, Kretek, Yogyakarta memiliki tingkat akurasi yang tinggi bila memasukkan parameter intersepsi tanaman dan infiltrasi tanah.
Intersepsi Infiltrasi langsung Aliran permukaan Aliran Bawah Permukaan Perkolasi Cadangan bawah tanah Aliran Dasar Aliran Sungai Evaporasi/ Evapotranspirasi Hujan Langsung ke permukaan tanah Simpanan permukaan tanah Infiltrasi tertunda Simpanan bawah permukaan tanah Jatuh langsung
Gambar 3. Siklus hidrologi (Chow, 1964)
Intersepsi merupakan proses ketika air hujan jatuh pada permukaan vegetasi, tertahan beberapa saat untuk kemudian diuapkan kembali ke atmosfer
atau diserap oleh vegetasi yang bersangkutan dan atau jika melebihi kapasitas simpan vegetasi air hujan tersebut akan mengalir ke permukaan tanah (Asdak, 1995). Harahap (1998) menyatakan bahwa intersepsi merupakan selisih antara curah hujan yang sampai di puncak tajuk dengan curah hujan yang sampai di permukaan tanah, baik yang melalui tajuk maupun aliran batang.
Ada dua faktor yang berpengaruh terhadap kapasitas intersepsi, yaitu : 1) faktor vegetasi yang meliputi : total luas permukaan tanaman, sifat dan adsorpsi permukaan daun, dan kerapatan susunan daun, dan 2) faktor iklim yang meliputi : intensitas hujan, lamanya hujan, dan kecepatan angin. Menurut Asdak (1995), besarnya air hujan yang tertampung di permukaan tajuk, batang dan cabang vegetasi dinamakan kapasitas intersepsi dan sangat ditentukan oleh bentuk, kerapatan, dan tekstur dari vegetasi. Hasil penelitian Nuriman (1999) menunjukkan bahwa besarnya intersepsi tanaman berhubungan erat dengan tinggi curah hujan dan indek luas daun, dimana semakin tinggi nilai indeks luas daun maka akan semakin tinggi intersepsi tanaman. Dalam analisis fungsi produksi DAS yaitu perubahan dari hujan bruto menjadi hujan efektif, perhitungan kapasitas intersepsi tanaman didasarkan pada persamaan yang dikembangkan oleh Aston (1979:dalam De Roo et al., 1999). Hasil penelitian Heryani (2001) dan Sarjiman (2004) menunjukkan penggunaan persamaan intersepsi yang dikembangkan oleh Aston (1979:dalam De Roo et al., 1999) dalam analisis debit aliran permukaan di sub-DAS Bunder, DAS Oyo, Kretek, Yogyakarta memiliki tingkat akurasi yang tinggi (F>70%).
Infiltrasi merupakan proses masuknya air ke dalam tanah, umumnya (tetapi tidak mesti) melalui permukaan tanah dan terjadi secara vertikal, serta merupakan salah satu bagian yang sangat penting dari siklus air dalam menyerap, menampung, dan mendistribusikan air hujan yang jatuh diatasnya. Secara umum besarnya kapasitas infiltrasi tanah mempunyai peranan yang
sangat besar dalam menurunkan besarnya debit aliran permukaan tanah dibandingkan parameter lainnya, seperti intersepsi tanaman. Menurut Arsyad (2000) laju infiltrasi merupakan banyaknya air per satuan waktu yang masuk ke dalam tanah melalui permukaan tanah, sedangkan laju maksimum air dapat masuk ke dalam tanah pada suatu saat disebut kapasitas infiltrasi.
Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi besarnya laju infiltrasi tanah, yaitu : karakteristik tanah (struktur, tekstur, kadar air tanah awal, ukuran pori, kedalaman lapisan kedap, surface sealing dan soil crusting) dan pengelolaan lahan (pola tanam, pemilihan jenis tanaman, pengmbalian bahan organik, dan pengolahan tanah) (Thierfelder, et al., 2002; Herawatiningsih, 2001; Mamedov, et al., 2000). Hasil penelitian Zhang dan Miller (1996) menyatakan bahwa meningkatnya stabilitas agregat tanah dengan pemberian Poliakrilamid
(PAM) dan gipsum (CaSO4) pada tanah Ultisol lempung berpasir dapat
meningkatkan besarnya kapasitas infiltrasi sebesar 50 % dibandingkan dengan kontrol.
Hasil penelitian Mamedov dan Levy (2001) juga menyatakan bahwa tanah yang banyak didominasi oleh liat yang tinggi atau bertekstur liat mempunyai kapasitas infiltrasi yang lebih rendah (3,38 mm/jam) dibandingkan pada tanah bertekstur pasir berlempung (4,88 mm/jam) pada intensitas hujan yang tinggi (64 mm/jam), sedangkan pada intensitas hujan yang rendah (2 mm/jam) pada tanah bertekstur liat memiliki kapasitas infiltrasi yang lebih besar dibandingkan dengan tanah bertekstur pasir berlempung yakni masing-masing
sebesar 18,75 mm/jam dan 5,38 mm/jam. Selain itu, faktor terbentuknya
surface sealing (terbentuknya lapisan tipis yang kedap di permukaan tanah) dan soil crusting (pemadatan tanah) menyebabkan terjadinya penurunan kapasitas
infiltrasi dan peningkatan volume aliran permukaan (Thierfelder, et al., 2002; Mamedov, et al., 2000; Zhang dan Miller, 1996). Menurut Zhang dan Miller
(1996) dan Le Bissonais (1996) terbentuknya surface sealing dan soil crusting disebabkan oleh dua prosses yang saling komplementer, yaitu : 1) dispersi kimia dan pergerakan partikel liat yang menyebabkan tertutupnya pori-pori tanah, serta terbentuknya lapisan kedap di bawah permukaan tanah, dan 2) disintegrasi fisik agregat tanah dan terjadinya pemadatan tanah yang disebabkan oleh energi kinetik hujan.
Faktor pengelolaan lahan, seperti : pengolahan tanah, pengembalian bahan organik kedalam tanah, pemilihan jenis tanaman, dan pola tanam juga sangat berpengaruh terhadap kapasitas infiltrasi tanah. Hasil penelitian Thierfelder et al. (2002) menyatakan bahwa pengelolaan lahan pada tanah Inceptisol (Oxic Dystropept) dengan rata-rata intensitas hujan sekitar 330 mm/jam pada perlakuan penanaman ubi kayu yang dirotasi dengan Brachiaria
decumbens selama 3 tahun (tahun 1999 – 2001) memiliki kapasitas infiltrasi yang
paling tinggi dibandingkan dengan perlakuan penanaman ubi kayu dengan pengolahan tanah minimum (minimum tillage), ubi kayu + Chamaecrista
rotundifolia, ubi kayu secara monokultur, ubi kayu + kotoran ayam 4 ton/ha, ubi
kayu ditanam secara intensif, ubi kayu + kotoran ayam 8 ton/ha, dan tanah dalam kondisi bera. Hal tersebut juga didukung hasil penelitian Yusuf (1991) di daerah berlereng (kemiringan 9 – 10%) yang mana pemberian bahan organik kotoran ayam 10 ton/ha dapat meningkatkan kapasitas infiltrasi tanah sekitar 4,06 % (1.030,40 mm/menit) dibandingkan kontrol/tanpa pemberian bahan organik (988,60 mm/menit) dan dapat menurunkan besarnya volume aliran permukaan (runoff) sebesar 18,71 % (181,60 liter) dibandingkan kontrol (223,40 liter). Selain itu, hasil penelitian Napitupulu (1998) dan Rukaiyyah (2001) juga menunjukkan bahwa pada tanah Entisol (Regosol Coklat Kekelabuan) yang bervegetasi (lahan pertanian yang diberakan dan ditumbuhi rumput-rumputan) dengan kondisi kadar air tanah awal sekitar 44% dan porositas total sekitar 58% mempunyai kapasitas
infiltrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan pada tanah Mollisol (Rendzina) yang bervegetasi dengan kondisi kadar air tanah awal sekitar 36% dan porositas total sekitar 63% (Gambar 4). Demikian juga dengan kapasitas infiltrasi tanah Entisol tidak bervegatasi (lahan pertanian yang diberakan dan tidak ditumbuhi rumput-rumputan) dengan kondisi kadar air tanah awal sekitar 45% dan porositas total sekitar 55% yang lebih besar dibandingkan dengan pada tanah Mollisol tidak bervegetasi dengan kondisi kadar air tanah awal sekitar 30% dan porositas total sekitar 51% (Gambar 4). .
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 0 100 200 300 400 Waktu (Menit) L a ju In fil tra s i ( m m /m e nit ) Regosol_Vegetasi Regosol_NonVegetasi Rendzina_Vegetasi Rendzina_Nonvegetasi
Gambar 4. Perbedaan laju infiltrasi pada jenis tanah dan penggunaan lahan yang berbeda (Napitupulu, 1998; Rukaiyyah, 2001)
Menurut Hakim et al. (1986) besarnya laju infiltrasi tidak hanya meningkatkan besarnya jumlah air yang tersimpan dalam tanah untuk pertumbuhan tanaman, tetapi juga dapat mengurangi besarnya bahaya banjir yang diakibatkan oleh besarnya aliran permukaan. Hasil penelitian Yanrilla (2001) juga menunjukkan bahwa jenis tutupan/penggunaan lahan sangat berpengaruh terhadap besarnya laju infiltrasi tanah, yang mana jenis tutupan lahan hutan alam memiliki laju infiltrasi yang lebih besar dibandingkan jenis tutupan lahan hutan Pinus, ladang
(jagung), dan lahan terbuka (Gambar 5). Hal ini juga didukung hasil penelitian Arianti (1999) yang menunjukkan bahwa jenis tutupan lahan hutan alam mempunyai laju infiltrasi yang lebih tinggi dibandingkan pada jenis tutupan lahan tegalan (pertanaman jagung)
0 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 70 Waktu (menit) L a ju I n filt ra si ( c m/menit ) Lahan Terbuka Ladang (jagung) Hutan Pinus Hutan Alam
Gambar 5. Perbedaan laju infiltrasi pada berbagai jenis tutupan/penggunaan lahan (Yanrilla, 2001)
Selanjutnya analisis fungsi produksi DAS yaitu perubahan dari hujan bruto menjadi hujan efektif, yang mana untuk perhitungan kapasitas infiltrasi tanah didasarkan pada persamaan Horton (1940:dalam Bedient dan Huber, 1992). Persamaan infiltrasi menurut model Horton tersebut telah banyak digunakan dalam analisis simulasi debit aliran permukaan (pemodelan hidrologi), seperti : HYSIM (Manley, 2006), MARINE (Estupina-Borrell et al., 2006), dan SWMM (Huber and Dickinson, 1988:dalam Rossman, 2004). Hal ini dikarenakan penggunaan persamaan infiltrasi menurut model Horton dalam pendugaan banjir (debit puncak aliran permukaan dan waktu respon) memiliki hasil yang lebih baik dan lebih konsisten untuk beberapa kejadian banjir dibandingkan dengan penggunaan persamaan infiltrasi menurut model Philip (1957: dalam Bedient dan
Huber, 1992) dan SCS (1972: dalam Chahinian et al., 2004) dalam pendugaan banjir (Chahinian et al., 2004). Selain itu, hasil penelitian Chahinian et al. (2004) menunjukkan penggunaan persamaan infiltrasi menurut model Horton dalam pendugaan banjir tidak lebih baik dibandingkan dengan penggunaan persamaan infiltrasi menurut model Morel-Seytoux (1978: dalam Chahinian et al., 2004) dalam pendugaan banjir. Persamaan infiltrasi tanah model Morel-Seytoux tersebut merupakan modifikasi dari model Green dan Ampt (1911: dalam Chahinian et al., 2004). Hal ini didukung dari hasil penelitian Heryani (2001) dan Sarjiman (2004) menunjukkan penggunaan persamaan infiltrasi tanah menurut model Horton (1940:dalam Bedient dan Huber, 1992) dalam analisis debit aliran permukaan di sub-DAS Bunder, DAS Oyo, Kretek, Yogyakarta memiliki tingkat akurasi yang tinggi.