Tujuan Instruksional Khusus
A. Konsep Neraca Air
Pendekatan neraca air dapat digunakan untuk memprakirakan besarnya
aliran permukaan dalam suatu DAS dengan kapasitas infiltrasi dan kedalaman tanah yang tinggi. Aliran tersebut pada umumnya dipengaruhi oleh sifat-sifat atau karakteristik yang berkaitan dengan kapasitas simpan kelembaban tanah. Perubahan aliran air sebagai hasil perubahan vegetasi penutup tanah dapat
53
diprakirakan besarnya melalui analisis neraca air dengan menggunakan indikasi kedalaman akar vegetasi yang berbeda.
Cara perhitungan neraca air sangat penting untuk mempelajari perilaku hubungan air – tanaman – tanah. Transpirasi tanaman yang merupakan bagian penting dari evapotranspirasin dapat mempengaruhi neraca air, demikian pula infiltrasi dan limpasan. Dengan asumsi alirah bawah permukaan yang masuk sama dengan yang keluar, dan panjang akar tanaman berada jauh di atas permukaan air tanah, persamaan neraca air dapat ditulis sebagai berikut:
Q = P -ET ± ΔS
Keterangan :
Q = Debit aliran (m3/dt) P = curah hujan (mm/tahun) ET= Evapotranspirasi (mm/tahun)
ΔS= kelembaban tanah (mm) mewakili persatuan wilayah
Nilai ΔS positif menunjukkan penambahan kelembaban tanah di tempat bersangkutan. Untuk menyederhanakan perhitungan besarnya ΔS diasumsikan = 0 atau air masukan = air keluaran. Makin besar ET makin kecil debit aliran. ET dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain: iklim dan jenis tumbuhan. Iklim bersifat tidak dapat dimodifikasi oleh manusia dan oleh karenanya faktor jenis tumbuhan inilah yang menjadi perhatian untuk pengelolaan sumberdaya air. Metodologi untuk memprakirakan besarnya limpasan adalah sebagai berikut:
1. Apabila P > PET, AET = PET
Kelebihan air (P-PET) pertama-tama akan disimpan dalam tanah sampai kapasitas air tersedia tercapai. Ketika kapasitas tanah mencapai nilai maksimum, sebagian kelebihan air tersebut akan melimpas. Thornthwaite menyarankan untuk membagi alimpasan dalam dua bagian yaitu 50% dari
54
kelebihan air akan melimpas selama berlangsungnya penelitian, sementara 50% lainnya melimpas pada bulan berikutnya.
Limpasan yang terjadi pada bulan tersebut adalah sisa limpasan bulan terdahulu ditambah kelebihan limpasan pada bulan berikutnya.
2. Pada keadaan P < PET
Apabila SM mewakili jumlah kelembaban air tanah cukup, maka: AET = PET = P + bagian dari SM
Apabila SM tidak mewakili jumlah kelembaban air tanah yang cukup, maka: AET < PET
AET = P + sisa dari SM
Apabila besarnya SM tidak cukup tersedia dalam tanah, maka AET < PET dan AET = P
Besarnya harga SM merupakan fungsi dari keadaan alam, kedalaman tanah, jenis vegetasi, dan terutama oleh kedalaman tanah yang dapat dicapai oleh sistem perakaran vegetasi. Besarnya harga SM umumnya diperoleh dari Tabel 3.5.
Tabel 3.5 Besarnya harga SM (mm)
Jenis tanaman Tanah berpasir Pasir berlempung Tanah berlempung
Sayuran 35 80 70
Padi-padian 50 130 130
Alfafa 70 170 170
Buah-buahan 100 200 170
Sumber: Bonnier (1979)
Beberapa butir yang perlu diperhatikan apabila menggunakan metode Thornthwaite untuk memprakirakan besarnya limpasan :
1. Besarnya kelembaban tanah (SM) biasanya diperoleh dari tabel 3.5 atau diasumsikan (dari Tabel 3.5 besarnya SM diperoleh dari pengukuran di
55
lapangan). Untuk luas daerah aliran sungai yang besar sulit untuk mendapatkan angka rata-rata SM yang akurat.
2. Apabila terjadi hujan lebat, limpasan tetap akan berlangsung meskipun nilai SM belum jenuh benar.
3. Metode Thornthwaite tidak mempertimbangkan faktor-faktor intersepsi curah hujan oleh suatu komunitas vegetasi.
4. Angka limpasan yang dihasilkan tidak hanya mewakili limpasan permukaan, tetapi juga termasuk infiltrasi.
Sebagaimana dikemukakan di atas bahwa limpasan terjadi karena hujan melebihi laju infiltrasi. Selama berlangsungnya hujan, laju infiltrasi disamping ditentukan oleh jumlah dan penyebaran curah hujan, juga tergantung pada kelembaban awal tanah serta karakteristik tanah seperti tekstur, porositas, konduktivitas hidrolik, struktur dan kedalaman tanah serta bentuk permukaan tanah. Unsur lain yang juga mempengaruhi besar-kecilnya laju infiltrasi adalah tataguna tanah, jenis dan cara pengelolaan vegetasi. Limpasan dihitung dari data curah hujan dengan menggunakan beberapa teknik perhitungan, antara lain indel hujan, persamaan regresi, persamaan hubungan curah hujan harian dan limpasan serta dengan menggunakan persamaan infiltrasi. Pada keadaan kelembaban tanah tidak terbatas, besarnya ET akan ditentukan oleh nilai ET potensial, tekstur dan karakteristik permukaan tanah, dan karakteristik vegetasi yang tumbuh di daerah tersebut (terutama karakteristik permukaan daun dan kedalaman akar). Secara umum tampak bahwa nilai ET meningkat dengan pertambahan luas dan pertumbuhan tegakan hutan. Sebaliknya nilai ET menurun dengan adanya penebangan dan penyusutan luas tegakan hutan
Neraca air tersebut di atas menganggap tidak adanya masukan atau keluaran air dari DAS yang disebelahnya. Kalau ada masukan ataupun keluaran yang terjadi karena keadaan struktur geologi dan litologinya (batuan) maka persamaan neraca air ditulis dengan persamaan :
56
Keterangan :
Qsi= Aliran masuk bawah permukaan (Transbasin Ground Waterinflow) Qso = Aliran keluar bawah permukaan (Transbasin Ground water Outflow)
1. Analisis Neraca Air Metode Thornwaite Mather
Perhitungan neraca air menurut fungsi meteorologis sangat berguna untuk evaluasi ketersediaan air di suatu wilayah terutama untuk mengetahui kapan ada surplus dan defisit air. Neraca air ini umumnya dihitung dengan metoda Thornthwaite Mather.
Data yang diperlukan berupa : 1. Curah hujan bulanan 2. Suhu udara bulanan 3. Penggunaan lahan
4. Jenis tanah atau tekstur tanah 5. Letak garis lintang
Langkah-langkah perhitungan :
1. Hitung suhu udara bulanan rata-rata
Data suhu udara pada umumnya sulit diperoleh, oleh karena itu suhu udara dapat diperkirakan dengan data suhu yang ada di suatu tempat :Δ t = 0,006 x Δ ht1 = t
2 ± ΔtΔ h = beda tinggi tempat lokasi 1 dengan lokasi 2 (dalam meter)Δ t = beda suhu udara (Δ C);t2 = suhu udara di lokasi 2.
2. Hitung Evapotranspirasi dengan metode Thornthwaite Mather (Ep) 3. Hitung selisih hujan (P) dengan evapotranspirasi
4. Hitung accumulated potential water losses (APWL)
5. Hitung “Water Holding Capacity” (Sto) berdasar Tabel (Lampiran 4) 6. Hitung soil moisture storage (St.)
57
8. Hitung delta St tiap bulannyaΔ st = Sti bulan ke i dikurangi St bulan ke (i – 1) 9. Hitung evapotranspirasi aktual (Ea)
untuk bulan basah ( P > Ep), maka Ea = Ep
untuk bulan kering ( P < Ep), maka Ea = P + |- Δ St|
10. Hitung surplus air (S); Bila P > Ep, maka S = ( P – EP) - Δ St. 11. Hitung defisit (D), D = Ep - Ea.