Tabel Lampiran 15 Jenis Tanah DTA Danau Toba
Hutan 23.619,03 Kebun Campuran 6.770,
4.2 Kajian Neraca Air 1 Curah Hujan
4.2.2 Masukan Air ke Danau Toba
Peningkatan pertumbuhan penduduk akan meningkatkan pemanfaatan sumber daya air sementara ketersediaan sumber daya air semakin terbatas. Sesuai dengan daur hidrologi ketersediaan air dari waktu ke waktu relatif tetap namun pemakaian dan pemanfaatannya menjadi terbatas karena kondisi kuantitas dan mutu air yang tidak memenuhi syarat. Untuk menghitung ketersediaan air yang masuk ke Danau Toba adalah dengan menghitung curah hujan yang terjadi sepanjang tahun dan sumber air yang berasal dari luar daerah tangkapan air
a. Evapotranspirasi
Perhitungan nilai ETp Evapotranspirasi Potensial (ETp=e) menggunakan metode Dr. Thornthwaite yang memanfaatkan suhu udara sebagai indeks ketersediaan energi panas untuk berlangsungnya proses Evapotranspirasi dengan asumsi suhu udara tersebut berkorelasi dengan radiasi matahari dan unsur lain yang mengendalikan proses (Sosrodarsono, 1978).
ETp = e = 1,6 * (10*t/I) a ………(2.4) a = 0,000000675.I³ – 0,0000771.I² + 0.017921.I + 0.49239
a ;
e = Evapotranspirasi potensial bulanan (cm/bulan) dan t = suhu rata-rata bulanan (ºC)
Perbedaan evapotranspirasi potensial dengan evapotranspirasi terbatas (ET) dibanding dengan evapotranspirasi potensial dihitung menurut metode F.J.Mock (Sri Harto Br. 1993) dengan rumus :
(ETp – ET)/ETp = (m/20)(18-n)...(2.5) (ETp – ET) = ETp* (m/20)(18-n)
ET = ETp – [ETp*(m/20)(18-n)]………..….. (2.6) dimana m = singkapan lahan (%) dan n = jumlah hari hujan dalam sebulan.
Secara matematis evapotranspirasi dirumuskan sebagai berikutE=ETp-ET seuai dengan rumus (2.6). Nilai singkapan lahan untuk beberapa variasi perubahan luasan tutupan lahan pada tahun pengamatan tahun 2001 dan tahun 2005 diperoleh dari interpretasi tabel Nilai Singkapan Lahan(m) dengan asumsi perhitungan sebagaimana disajikan pada Tabel 27
Tabel 27 Nilai Singkapan Lahan (m)
No. Kondisi Lahan Nilai m
1 Daerah Terbuka 20 % - 40 % 2 Hutan Lebat 0 % - 10 % 3 Lahan Sekunder 10 % - 40 % 4 Lahan Yang Tererosi 20 % - 50 % 5 Lahan Pertanian Yang Diolah 20 % - 50 %
Faktor Singkapan Lahan yang dihitung sesuai dengan jenis tutupan lahan pada DTA Danau Toba disajikan pada Tabel Lampiran 10 dan 11.Metode perhitungan nilai singkapan lahan tersebut menggunakan interpretasi nilai singkapan lahan dari masing-masing tutupan lahan pada Tabel Lampiran tersebut
di atas. Dengan menghitung luas tutupan lahan dikalikan dengan nilai singkapan lahan pada Tabel 20 dan dibagi luas total tutupan lahan,dihasilkan nilai singkapan lahan rata-rata. Berdasarkan luas hasil dari interpretasi Citra Landsat maka didapatkan nilai singkapan lahan untuk setiap tahun pengamatan. Dari hasil perhitungan didapat nilai faktor singkapan lahan pada tahun 2001 adalah sebesar 0,35 dan pada tahun 2007 adalah sebesar 0,30 sebagaimana disajikan pada Tabel Lampiran 10 dan 11. Nilai singkapan inilah yang dipakai untuk menghitung nilai evapotranspirasi terbatas atau evapotranspirasi aktual dengan rumus sebagai berikut :
Luas Tutupan Lahan x Nilai Singkapan Lahan Setiap Jenis Tutupan Lahan m = ---
Luas Total Tutupan Lahan
Nilai Evapotranspirasi Terbatas atau Evapotranspirasi aktual setiap bulannya dari tehun 1997-2007 disajikan pada Tabel 28
Tabel 28 Nilai evapotranspirasi aktual
Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Aug Sep Okt Nop Des
1997 41,36 44,65 46,07 47,13 50,12 45,20 82,58 84,45 88,68 87,44 83,45 78,82 1998 50,40 48,79 57,13 60,08 63,58 59,73 55,86 63,50 57,18 61,38 57,78 53,72 1999 72,11 76,26 76,19 84,09 80,53 83,15 77,96 72,04 73,51 74,08 76,78 72,59 2000 64,93 68,87 75,29 80,45 78,73 76,22 80,51 78,76 73,46 86,64 77,61 80,35 2001 65,94 63,82 83,77 74,78 75,87 69,15 71,42 82,13 71,94 85,17 79,08 73,30 2002 61,16 65,72 76,28 76,91 79,70 75,08 75,85 72,32 74,93 75,62 76,87 74,62 2003 64,90 65,00 74,55 75,17 73,73 68,72 70,18 73,09 79,18 79,16 74,33 68,91 2004 67,50 65,37 69,35 68,34 80,75 74,44 64,55 74,26 68,86 76,99 75,61 71,78 2005 54,57 44,29 76,11 79,27 80,24 53,44 73,19 79,50 81,65 80,02 78,59 76,33 2006 60,50 54,63 74,18 44,66 71,82 70,59 75,95 79,10 80,84 77,99 77,86 74,40 2007 67,10 65,19 76,35 76,76 84,15 72,90 74,19 72,63 78,87 73,82 75,24 70,75 Rata2 60,95 60,23 71,39 69,78 74,48 68,06 72,93 75,62 75,37 78,03 75,75 80,35
Nilai evapotranspirasi aktual = ET
Tahun Nilai evapotranspirasi aktual bulanan (mm/bl)
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa nilai Evapotranspirasi Aktual yang paling tinggi terjadi pada bulan September 1997 sebesar 88,68 mm/bulan dan terkecil terjadi pada bulan Januari 1997 sebesar 41,36 mm/bulan serta rata-rata selama tahun 1997 sampai dengan tahun 2007 adalah 71,91 mm/bulan.
b. Perhitungan Surplus Curah Hujan
Surplus Curah Hujan (Water Surplus)adalah curah hujan yang jatuh ke permukaan daratan setelah mengalami evapotranspirasiyang dirumuskan dengan SCH = CH- ET seperti dijelaskan pada Tabel 29.
Tabel 29 Surplus Curah Hujan (mm)
Jan Peb Mar Apr Mei Juni Juli Aug Sep Okt Nop Des
1997 68,69 82,51 190,57 147,45 66,86 46,25 125,35 35,63 44,73 146,50 177,89 55,19 1998 92,62 62,94 6,86 25,19 12,33 17,60 129,54 267,91 82,84 41,97 161,15 147,30 1999 83,03 42,70 139,71 35,94 67,15 1,05 33,52 86,99 278,94 197,57 86,87 100,24 2000 95,11 81,84 146,92 116,98 6,64 13,98 - - 195,84 - 109,41 90,22 2001 181,91 38,87 58,40 172,77 123,64 18,48 25,95 10,47 98,94 266,48 153,32 97,31 2002 197,81 36,97 65,89 170,63 119,80 12,56 21,52 20,28 95,95 276,03 155,52 95,98 2003 100,25 142,63 176,94 245,70 90,50 86,81 83,60 124,23 64,37 134,33 226,09 170,89 2004 97,64 183,65 137,74 245,60 130,51 - 119,40 - 267,50 173,61 236,96 186,96 2005 182,82 39,64 114,83 160,67 31,59 20,48 45,59 86,29 48,10 330,44 215,40 110,16 2006 159,94 180,36 100,75 232,59 143,37 43,49 - 83,76 109,25 228,16 183,91 163,86 2007 127,28 89,22 88,38 244,35 155,69 50,16 65,66 80,09 146,03 227,48 125,86 149,07 Rata‐rata 126,10 89,21 111,54 163,44 86,19 28,26 59,10 72,33 130,23 183,87 166,58 124,29
Tahun Curah hujan surplus bulanan (mm/bl)
Curah hujan surplus rata-rata yang terjadi pada DTA Danau Toba adalah sebesar 111,76 mm/bulan dan yang terbesar terjadi pada bulan Oktober sebesar 183,87 mm/bulan serta yang terrendah pada bulan Juni yakni sebesar 28,26 mm/bulan. Namun pada beberapa bulan nilai curah hujan surplus adalah nol, hal ini terjadi karena pada bulan tersebut evapotranspirasi lebih besar dari curah hujan yang terjadi sehingga nilai surplus curah hujan tidak ada atau bernilai nol.
c. Curah Hujan Yang Langsung Jatuh Ke Danau
Curah hujan danau adalah curah hujan yang jatuh langsung masuk ke permukaan danauyang dihitung dengan rumus Q1=(CH-Eo)xLuas Danau, dimana CH = Curah Hujan bulanan (mm/bulan) ; Eo= Evaporasi Danau dan Ld = Luas Permukaan Danau , seperti disajikan dalam Tabel 30
Tabel 30 Curah hujan yang langsung jatuh ke Danau Toba
Jan Peb Mar Apr Mei Juni Juli Aug Sep Okt Nop Des 1997 68,69 82,51 190,57 147,45 66,86 46,25 125,35 35,63 44,73 146,50 177,89 55,19 1998 92,62 62,94 6,86 25,19 12,33 17,60 129,54 267,91 82,84 41,97 161,15 147,30 1999 83,03 42,70 139,71 35,94 67,15 1,05 33,52 86,99 278,94 197,57 86,87 100,24 2000 95,11 81,84 146,92 116,98 6,64 13,98 - - 195,84 - 109,41 90,22 2001 181,91 38,87 58,40 172,77 123,64 18,48 25,95 10,47 98,94 266,48 153,32 97,31 2002 197,81 36,97 65,89 170,63 119,80 12,56 21,52 20,28 95,95 276,03 155,52 95,98 2003 100,25 142,63 176,94 245,70 90,50 86,81 83,60 124,23 64,37 134,33 226,09 170,89 2004 97,64 183,65 137,74 245,60 130,51 - 119,40 - 267,50 173,61 236,96 186,96 2005 182,82 39,64 114,83 160,67 31,59 20,48 45,59 86,29 48,10 330,44 215,40 110,16 2006 159,94 180,36 100,75 232,59 143,37 43,49 - 83,76 109,25 228,16 183,91 163,86 2007 127,28 89,22 88,38 244,35 155,69 50,16 65,66 80,09 146,03 227,48 125,86 149,07 Rata‐rata 126,10 89,21 111,54 163,44 86,19 28,26 59,10 72,33 130,23 183,87 166,58 124,29
Curah hujan surplus rata-rata yang terjadi pada DTA Danau Toba adalah sebesar 111,76 mm/bulan dan yang terbesar terjadi pada bulan Oktober sebesar 183,87 mm/bulan serta yang terrendah pada bulan Juni yakni sebesar 28,26 mm/bulan.
d. Infiltrasi
Nilai infiltrasi tergantung kepada kemiringan lahan, porositas tanah dan luas penutupan lahan serta nilai koefisien adalah antara 0-1. Dalam hal ini dipakai koefisien infiltrasi sebesar 0.4 sesuai dengan hasil perhitungan pada analisis topografi. Besar infiltrasi di DTA Danau Toba disajikan pada Tabel 31
Tabel 31 Nilai Infiltrasi bulanan DTA Danau Toba
Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Aug Sep Okt Nop Des
1997 27,48 33,00 76,23 58,98 26,74 18,50 50,14 14,25 17,89 58,60 71,16 22,08 1998 37,05 25,18 2,74 10,08 4,93 7,04 51,82 107,16 33,14 16,79 64,46 58,92 1999 33,21 17,08 55,88 14,38 26,86 0,42 13,41 34,80 111,58 79,03 34,75 40,10 2000 38,05 32,74 58,77 46,79 2,66 5,59 - - 78,34 - 43,77 36,09 2001 72,77 15,55 23,36 69,11 49,46 7,39 10,38 4,19 39,58 106,59 61,33 38,92 2002 79,12 14,79 26,36 68,25 47,92 5,02 8,61 8,11 38,38 110,41 62,21 38,39 2003 40,10 57,05 70,77 98,28 36,20 34,73 33,44 49,69 25,75 53,73 90,44 68,36 2004 39,06 73,46 55,10 98,24 52,20 - 47,76 - 107,00 69,45 94,78 74,78 2005 73,13 15,86 45,93 64,27 12,64 8,19 18,24 34,52 19,24 132,17 86,16 44,07 2006 63,98 72,14 40,30 93,04 57,35 17,40 - 33,50 43,70 91,26 73,56 65,54 2007 50,91 35,69 35,35 97,74 62,27 20,06 26,27 32,04 58,41 90,99 50,34 59,63 Rata-rata 50,44 35,68 44,62 65,38 34,48 11,30 23,64 28,93 52,09 73,55 66,63 49,72
Tahun Infiltrasi bulanan (mm/bl)
Infiltrasi bulanan rata-rata yang terjadi pada DTA Danau Toba adalah sebesar 44,71 mm/bulan dan yang terbesar terjadi pada bulan Oktober sebesar 73,55 mm/bulan serta yang terrendah pada bulan Juni yakni sebesar 11,30 mm/bulan. Pada beberapa bulan tertentu infiltrasi air ke dalam tanah tidak ada.
e. Aliran Permukaan (Direct Run Off=DRO)
Nilai limpasan permukaan tergantung kepada nilai koefisien infiltrasi. Sementara nilai infiltrasi tergantung kepada kemiringan lahan, porositas tanah dan luas penutupan lahan serta nilai koefisien adalaj antara 0-1. Hasil perhitungan nilai koefisien infiltrasi adalah sebesar 0,40 dan DRO adalah (1,0-nilai koefisien infiltrasi) x Surplus Curah Hujan. Nilai aliran permukaan disajikan pada Tabel 32
Tabel 32 Aliran permukaan bulanan DTA Danau Toba
Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Aug Sep Okt Nop Des
1997 41,21 49,50 114,34 88,47 40,12 27,75 75,21 21,38 26,84 87,90 106,73 33,11 1998 55,57 37,76 4,11 15,11 7,40 10,56 77,72 160,75 49,71 25,18 96,69 88,38 1999 49,82 25,62 83,82 21,57 40,29 0,63 20,11 52,20 167,36 118,54 52,12 60,15 2000 57,07 49,10 88,15 70,19 3,99 8,39 117,51 65,65 54,13 2001 109,15 23,32 103,66 74,18 11,09 15,57 59,36 159,89 91,99 58,38 2002 118,69 22,18 39,53 102,38 71,88 7,53 12,91 12,17 57,57 165,62 93,31 57,59 2003 60,15 85,58 106,16 147,42 54,30 52,09 50,16 74,54 38,62 80,60 135,65 102,53 2004 58,58 110,19 82,64 147,36 78,30 71,64 160,50 104,17 142,17 112,18 2005 109,69 23,79 68,90 96,40 18,95 12,29 27,35 51,78 28,86 198,26 129,24 66,10 2006 95,97 108,22 60,45 139,55 86,02 26,10 50,26 65,55 136,90 110,35 98,31 2007 76,37 53,53 53,03 146,61 93,41 30,10 39,40 48,06 87,62 136,49 75,52 89,44 Rata-rata 75,66 53,53 70,11 98,07 51,71 18,65 43,34 58,89 78,14 121,35 99,95 74,57
Tahun Aliran permukaan bulanan (mm/bl)
Infiltrasi bulanan rata-rata yang terjadi pada DTA Danau Toba adalah sebesar 70,33 mm/bulan dan yang terbesar terjadi pada bulan Oktober sebesar 121,35 mm/bulan serta yang terrendah pada bulan Juni yakni sebesar 18,65 mm/bulan
f. Penyimpanan Air Tanah (Ground Water Storage)
Penyimpanan air tanah (Ground Water Storage) tergantung pada kondisi geologi daerah tangkapan air yang dapat dihitung dengan rumus Vn = [k*V(n – 1)] + [0.5*(1 +k)*In] ; V’n=Vn-V(n-1); k = Faktor resesi aliran tanah; V’n= Volume air tanah bulan ke n; Vn-1= Volume air tanah bulan ke (n-1) ; Vn = Perubahan volume air tanah ; In= Infiltrasi volume air yang masuk ke dalam tanah.
g. Aliran di bawah permukaan tanah (Base Flow)
Aliran di bawah permukaan tanah (Bf) adalah air yang menginfiltrasi mencapai lapisan yang impermeable, kemudian mengalir masuk ke danau yang besarnya adalah aliran infiltrasi dikurangi dengan penyimpanan air tanah. Besarnya nilai aliran di bawah permukaan dihitung dengan rumus Bf = If - V’n
Tabel 33 Nilai Base Flow (Bf)
Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Aug Sep Okt Nop Des
1997 16,24 33,00 49,03 58,98 26,74 18,50 33,99 14,25 17,89 18,74 35,01 22,08 1998 34,53 25,18 2,74 10,08 4,93 7,04 20,61 55,94 33,14 16,79 40,68 53,29 1999 33,21 17,08 35,76 14,38 26,52 0,42 11,67 19,13 51,56 77,81 34,75 40,10 2000 38,05 32,74 42,80 46,79 2,66 5,59 - - 24,81 - 26,50 34,56 2001 35,90 15,54 - 21,50 3,42 4,07 6,83 8,34 18,32 22,36 27,96 44,76 2002 62,43 12,40 24,82 40,09 46,32 2,29 6,18 6,38 17,27 51,19 61,73 37,68 2003 57,43 54,69 62,01 74,70 34,72 32,23 31,19 39,01 24,73 38,43 58,41 67,70 2004 36,89 56,25 53,70 69,22 50,58 - 31,30 - 42,32 69,21 76,87 74,10 2005 71,38 14,25 40,05 48,23 11,02 6,25 15,35 20,69 18,19 54,44 85,67 43,34 2006 61,02 64,07 38,81 62,66 55,90 14,83 - 19,11 29,92 52,07 70,06 64,84 2007 50,91 35,69 35,35 56,61 62,27 20,06 26,27 31,52 39,74 60,72 50,34 59,63 Rata-rata 45,27 32,81 35,01 45,75 29,55 10,12 16,67 19,49 28,90 41,98 51,63 49,28
Tahun Aliran bawah tanah bulanan (mm/bl)
Aliran di bawah permukaan tanah bulanan rata-rata yang terjadi pada DTA Danau Toba adalah sebesar 33,87 mm/bulan dan yang terbesar terjadi pada bulan Oktober sebesar 51,63 mm/bulan serta yang terrendah pada bulan Juni yakni sebesar 10,12 mm/bulan
h. Limpasan (Run Off)
Limpasan (RO) adalah jumlah air dari daratan yang masuk ke danau yang merupakan jumlah air limpasan permukaan dan aliran di bawah permukaan tanah yang masuk ke danau.Curah Hujan daratan adalah curah hujan yang jatuh ke daratan pada DTA Danau Toba, kemudian masuk ke danau sebagai limpasan permukaan atau direct run-off (DRO) dan limpasan air tanah atau base flow(Bf)
dimana RO = DRO + Bf seperti disajikan pada Tabel 34. Tabel 34 Limpasan air (Run Off)
Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Aug Sep Okt Nop Des
1997 57,46 82,51 163,37 147,45 66,86 46,25 109,20 35,63 44,73 106,64 141,75 55,19 1998 90,10 62,94 6,86 25,19 12,33 17,60 98,33 216,68 82,84 41,97 137,37 141,66 1999 83,03 42,70 119,58 35,94 66,81 1,05 31,78 71,32 218,93 196,35 86,87 100,24 2000 95,11 81,84 130,95 116,98 6,64 13,98 - - 142,31 - 92,15 88,69 2001 145,05 38,86 - 125,16 77,60 15,16 22,40 8,34 77,68 182,25 119,96 103,14 2002 181,12 34,58 64,36 142,47 118,20 9,83 19,09 18,55 74,84 216,81 155,05 95,27 2003 117,58 140,27 168,17 222,12 89,02 84,31 81,35 113,54 63,35 119,02 194,06 170,23 2004 95,48 166,44 136,34 216,58 128,88 - 102,94 - 202,82 173,38 219,04 186,28 2005 181,07 38,03 108,95 144,63 29,97 18,54 42,71 72,47 47,05 252,70 214,91 109,44 2006 156,99 172,28 99,25 202,21 141,93 40,93 - 69,36 95,47 188,97 180,41 163,15 2007 127,28 89,22 88,38 203,22 155,69 50,16 65,66 79,58 127,36 197,20 125,86 149,07 Rata-rata 120,93 86,33 98,75 143,81 81,27 27,07 52,13 62,32 107,04 152,30 151,58 123,85
Limpasan air bulanan (mm/bl)
Tahun
Limpasan air bulanan rata-rata yang terjadi pada DTA Danau Toba adalah sebesar 100,62 mm/bulan dan yang terbesar terjadi pada bulan Oktober sebesar 152,30 mm/bulan serta yang terrendah pada bulan Juni yakni sebesar 27,07 mm/bulan.
i. Debit Sungai Larenun
Dari pengamatan peta topografi, Aliran Sungai Lau Renun adalah sungai yang tidak masuk didalam DTA Danau Toba. Untuk kepentingan PLTA Lau Renun, maka debit air sungai Lau Renun dimasukkan ke Danau Tobadan memanfaatkan energi potensial membangkitkan listrik. Sungai Larenun mempunyai elevasi diatas elevasi permukaan air Danau Toba sehingga pemerintah memanfaatkan energi potensial untuk membangkitkan listrik dan sekaligus airnya masuk ke Danau Toba. Jumlah debit yang masuk ke Danau Toba adalah 10 m3/det atau 25, 62 mm. Dalam penelitian ini, debit air yang berasal dari sungai Larenun menjadi salah satu komponen perhitungan neraca air pada daerah tangkapan air Danau Toba. Oleh karena itu, untuk menjaga ketersediaan debit ini maka selayaknya konservasi di daerah aliran sungai ini juga menjadi bagian dari kebijakan konservasi daerah tangkapan air Danau Toba.
j. Kuantitas Total Air yang Masuk ke Danau Toba
Jumlah air yang masuk (Iw) ke Danau Toba terdiri dari (a) Curah Hujan Danau (I1), (b) Run Off (I2) dan (c) Debit Sungai Lau Renun (I3). Sehingga IW = I1 + I2 + I3.