Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan pada DTA Cihoe Hulu Sub DAS Cihoe, DAS Citarum, yang secara administrasi termasuk kedalam Kecamatan Cariu dan Kecamatan Sukamakmur Kabupaten Bogor Propinsi Jawa Barat. Pengolahan data dilakukan di Laboratorium Remote Sensing dan Sistem Informasi Geografis Departemen Manajemen Hutan Fakultas Kehutanan IPB pada bulan September sampai dengan November 2005. Peta lokasi penelitian secara spasial disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Peta lokasi penelitian
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian yaitu:
1. Peta Digital Penutupan Lahan Kabupaten Bogor (Hasil klasifikasi citra satelit SPOT 5 tahun 2003)
2. Peta Digital Kontur Kabupaten Bogor skala 1 : 25 000 (Bakosurtanal, Bogor) 3. Peta Digital Jenis Tanah Kabupaten Bogor (Puslittanak, Bogor)
4. Peta Tanah Semi Detail Bekasi dan Sekitarnya skala 1 : 50 000 (Puslittanak, Bogor)
5. Peta Digital Jaringan Sungai Kabupaten Bogor (Dinas Pengairan Kabupaten Bogor)
6. Curah hujan harian selama 7 tahun (1998-2004) stasiun pengukuran hujan Kecamatan Cariu
Sedangkan alat-alat yang digunakan adalah seperangkat komputer dengan program ArcView versi 3.3, AGNPS versi 3.65.3, Rainbow for Window, dan Microsoft Excel 2003.
Metode Penelitian
Tahapan penelitian yang dilaksanakan dalam penelitian ini adalah: pengumpulan data, pengamatan lapangan, pengolahan data, analisis keluaran model, analisis sensitivitas model, analisis simulasi, dan analisis simulasi terbaik. Tahapan awal penelitian ini adalah pengumpulan data berupa peta dasar dan data curah hujan. Setelah data terkumpul dilakukan pengamatan dan identifikasi keadaan lapang untuk mengamati dan mengidentifikasi tutupan lahan, tindakan konservasi, dan pengelolaan tanaman yang sebenarnya dilapangan. Sedangkan tahapan dalam pengolahan data berupa: pengolahan data curah hujan, proyeksi peta, pembuatan Daerah Tangkapan Air (DTA), pembuatan sel model AGNPS, dan pembangkitan data setiap sel. Tahapan Penelitian selengkapnya disajikan pada Gambar 2.
Tahapan pengolahan data selengkapnya sebagai berikut:
Pengolahan Data Curah Hujan
Data curah hujan maksimum harian digunakan untuk memprediksi besarnya aliran permukaan. Pengolahan data curah hujan harian maksimum selama 7 tahun menggunakan program Rainbow dengan periode ulang 25 tahun. Hasil keluaran program Rainbow tersebut selanjutnya dirata-rata, sehingga diperoleh nilai curah hujan harian maksimum rata-rata. Nilai curah hujan harian maksimum rata-rata tersebut digunakan untuk menghitung nilai energi hujan intensitas 30 menit (EI30) dengan menggunakan persamaan Bols (1978) yaitu:
( )
725 . 0 0727 . 0 467 . 2 2 30 = R+ R EIDimana: EI30 = energi hujan intensitas 30 menit (m.ton.cm.ha-1.jam-1) R = curah hujan harian (cm)
Gambar 2. Tahapan penelitian Data Peta Digital
Kontur Penutupan Lahan Jenis Tanah Jaringan Sungai Pengamatan Lapangan Pembuatan DTA Pembangkitan Data Setiap Sel Pembuatan Sel Model AGNPS
Data Curah Hujan Transformasi Proyeksi Peta Pembangkitan Data Setiap Sel Analisis Keluaran Model AGNPS Analisis Sensitivitas Analisis Simulasi
Dalam memprediksi besarnya erosi dan sedimentasi tahunan, digunakan data curah hujan bulanan untuk menghitung besarnya curah hujan rata-rata tahunan. Sedangkan nilai energi hujan intensitas 30 menit dihitung dengan menggunakan data curah hujan bulanan dengan menggunakan persamaan Bols (1978) yaitu:
( ) (
1.21) (
0.47)
0.5330 6.199 RAIN DAYS MAXP
EI = −
Dimana: EI30 = energi hujan intensitas 30 menit (m.ton.cm.ha-1.jam-1) RAIN = curah hujan bulanan (cm)
DAYS = banyaknya hari hujan bulanan (hari) MAXP = hujan harian maksimum bulanan (cm)
Transformasi Proyeksi Peta
Penyeragaman proyeksi peta perlu dilakukan agar peta dapat di-overlay dan dianalisa secara spasial. Penyeragaman proyeksi peta menggunakan Program ArcView dengan extension Projection Utility Wizard. Proyeksi yang digunakan adalah UTM (Universal Transver Mercator) dengan datum WGS 84 dan Zone 48S.
Pembuatan Daerah Tangkapan Air
Pembuatan daerah tangkapan air menggunakan program ArcView. Tahapan pembuatan DTA yaitu:
1). Pemotongan peta kontur pada daerah yang diperkirakan sebagai DTA dengan didasarkan pada peta jaringan sungai. Pemotongan (clipping) peta kontur ini dimaksudkan agar proses pengolahan data selanjutnya lebih cepat dilakukan. Proses pemotongan peta kontur dilakukan dengan menggunakan extension Geoprocessing Wizard.
2). Pembuatan TIN (Triangulated Irregular Network). Peta kontur yang telah dipotong selanjutnya dibuat TIN.
3). Pembuatan DEM (Digital Elevation Model). TIN kemudian dibuat grid, sehingga diperoleh model ketinggian digital (DEM).
4). Pembutan DTA. DEM tersebut kemudian diolah lebih lanjut dengan mengggunakan extension AV-SWAT 2000, sehingga menghasilkan DTA (Gambar 3.a)
Pembuatan Sel Model AGNPS
Pembuatan sel dilakukan dengan memanfaatkan Sistem Informasii Geografis (SIG) dengan program ArcView. Tahapan pembuatan sel AGNPS adalah:
1) Pembuatan Grid. DTA yang telah terbentuk (Gambar 3.a) dibuat grid (gridding). Luas daerah penelitian berdasarkan hasil pembuatan DTA seluas 3 863.75 ha, oleh karena itu ukuran grid yang digunakan sebesar 300x300 m (9 ha). Ukuran grid yang dibuat sesuai dengan ketentuan AGNPS bahwa DAS yang luasannya lebih dari 2 000 acre (809.36 ha), ukuran sel yang digunakan maksimum berukuran 40 acre atau16.19 ha (Young et al.,1990). 2) Pembuatan DTA Point. DTA dibuat point dengan menggunakan script
grid2pt.ave, sehingga diperoleh DTA berbentuk point (Gambar 3.b).
3) Pembuatan Sel. DTA yang berbentuk point, selanjutnya dibuat grid kembali dengan ukuran yang sama dengan proses sebelumnya dan disimpan kedalam format shapefile, sehingga diperoleh DTA yang berbentuk sel (Gambar 3.c).
4) Penghapusan. Hasil pembuatan DTA sel terdapat beberapa sel yang tidak berbentuk persegi, oleh karena itu dilakukan penghapusan atau penghilangan terhadap sel yang tidak berbentuk persegi, sehingga diperoleh hasil akhir sel DTA (Gambar 3.d).
5) Penomoran Sel. Penomoran dilakukan sesuai dengan ketentuan model AGNPS, dimana penomoran dimulai dari ujung sel sebelah kiri atas menuju sel sebelah kanan, kemudian dilanjutkan pada baris selanjutnya dengan arah yang sama sampai dengan baris terakhir.
a b
c d Gambar 3. Tahapan pembuatan sel model AGNPS
Pembangkitan Data Setiap Sel
Sebelum dilakukan pembangkitan data setiap sel dilakukan pemotongan (clipping) semua peta digital dengan batas DTA. Setelah itu ditambahkan data atribut berupa nilai parameter-parameter masukan model sesuai dengan distribusi spasial petanya. Penurunan parameter-parameter masukan model dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak ArcView. Penurunan parameter masukan model dari peta dasar disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4. Parameter masukan model AGNPS Keterangan:
DEM = Digital Elevation Model P = Faktor teknik konservasi tanah
S = Kemiringan lereng SCC = Konstanta kondisi permukaan
L = Panjang lereng N = Koefisien kekasaran Manning
FD = Arah aliran COD = Kebutuhan oksigen kimiawi
T = Tekstur CI = Indikator saluran
K = Faktor erodibilitas tanah CS = Kemiringan saluran
CN = Bilangan kurva aliran permukaan CL = Panjang saluran C = Faktor pengelolaan tanaman
Peta Penutupan
lahan Peta
Kontur JenisTanaPeta h
DEM FD S L Gridding T K Gridding CN N C SCC Overlay Peta Grid
Sel Overlay Jaringan Sungai Peta
CI CS
CL
COD
Data turunan peta kontur. Parameter panjang lereng diperoleh dari pengukuran peta kontur yang di-overlay dengan peta grid sel, sedangkan parameter kemiringan lereng dan arah aliran diperoleh dari data DEM (Digital Elevation Model). DEM merupakan suatu model yang mempresentasikan ketinggian muka bumi dengan format raster. Pembuatan DEM dilakukan dengan membuat TIN dari peta kontur dan dilanjutkan dengan gridding terhadap TIN dengan ukuran sel sebesar 300 x 300 m. Turunan dari data DEM yaitu:
1) Kemiringan lereng. Parameter kemiringan lereng diperoleh dari data DEM dengan menggunakan extension DEMAT, dengan satuan persen. Untuk mendapatkan data kemiringan lereng setiap sel maka data hasil penghitungan Demat diubah menjadi bentuk point dengan menggunakan script grid2.ave,
2) Arah aliran. Parameter arah aliran diperoleh dari data DEM dengan menggunakan extension Hydrologic Modelling v.1.1. Dari hasil keluaran Hydrologic Modelling v.1.1 kemudian dilakukan penyesuaian kode arah aliran sesuai dengan ketentuan model AGNPS, yaitu sebagai berikut:
Gambar 5. Arah aliran pada model AGNPS
Data turunan peta jenis tanah. Dari peta jenis tanah dapat diturunkan parameter tekstur dan faktor erodibilitas tanah. Pada peta jenis tanah dilakukan penambahan data atribut nilai tekstur dan nilai erodibilitas tanah. Nilai tekstur tanah diperoleh dari peta tanah semi detail skala 1 : 50 000, sedangkan nilai faktor erodibilitas tanah diperoleh dari hasil penelitian Puslitbang Pengairan (1996). Nilai masukan tekstur pada model AGNPS disajikan pada Tabel 3.
1 2 3 4 5 6 7 8
Tabel 3. Nilai masukan tekstur model AGNPS
Tekstur Nilai Masukan Model
Air 0 Pasir 1 Lempung 2 Liat 3 Gambut 4 Sumber: Young et al. (1990)
Data turunan peta penutupan lahan. Dari peta penutupan lahan dapat diturunkan parameter: faktor pengelolaan tanaman, tindakan konservasi tanah, koefisien kekasaran Manning, dan bilangan kurva aliran permukaan. Pemasukan nilai parameter tersebut disesuaikan dengan hasil pengamatan dan identifiikasi lapangan. Untuk memperoleh nilai parameter masukan setiap sel, dilakukan proses gridding terhadap peta tutupan lahan tersebut.
Data turunan peta jaringan sungai. Dari peta jaringan sungai dapat diturunkan parameter: indikator saluran, kemiringan lereng saluran, kemiringan sisi saluran, dan panjang saluran. Nilai kemiringan lereng saluran, kemiringan sisi saluran, dan panjang saluran diperoleh dari hasil penghitungan maupun dengan asumsi sesuai dengan ketentuan model AGNPS.
Selain parameter yang diperoleh dari hasil turunan peta dasar tersebut terdapat beberapa parameter masukan AGNPS yang diasumsikan konstan. Parameter tersebut yaitu: 1) indikator penggunaan pupuk, 2) ketersedian pupuk pada permukaan tanah, 3) point source indicator, 4) sumber erosi tambahan, dan 5) indikator impoundment.
Analisis Keluaran Model AGNPS
Analisis keluaran model dilakukan terhadap keluaran model pada pelepasan DTA (outlet) maupun pada setiap sel. Keluaran model berupa keluaran hidrologi dan keluaran sedimen. Analisis dilakukan pada keluaran Hidrologi yaitu volume aliran permukaan dan debit puncak aliran permukaan. Dan analisis hasil keluaran sedimen yaitu: laju erosi, laju sedimentasi, dan total sedimen.
Analisis Sensitivitas
Analisis sensitivitas dilakukan untuk mengetahui pengaruh langsung setiap parameter terhadap keluaran model. Analisis sensitivitas dilakukan terhadap sepuluh parameter. Parameter-parameter tersebut diubah dengan
meningkatkan dan menurunkan sebesar 50% dari nilai awalnya, kemudian model dijalankan dengan parameter lainnya dibiarkan tetap. Hasil keluaran model setiap parameter dibandingkan dengan nilai dasar (base) untuk mengetahui sensitivitas setiap parameter yang terpilih. Parameter masukan model dalam analisis sensitivitas disajikan pada Tabel 4.
Tabel 4. Parameter masukan model dalam analisis sensitivitas Parameter Masukan Model
Curah Hujan (CH) Panjang Lereng (L)
Energi Intensitas Hujan (EI30) Kemiringan Lereng (S) Koefisien Kekasaran Manning (N) Faktor Erodibilitas (K)
Faktor Pengelolaan Tanaman (C) Koefisien Kondisi Permukaan (SCC) Faktor Tindakan Konservasi Lahan (P) Bilangan Kurva Aliran Permukaan (CN)
Analisis Simulasi
Simulasi dilakukan dengan melakukan perubahan penutupan lahan dan melakukan tindakan konservasi tanah dan air. Hal tersebut dilakukan untuk menentukan alternatif penggunaan lahan yang efektif menurunkan aliran permukaan, erosi, dan sedimentasi pada DTA Cihoe Hulu. Simulasi tersebut dilakukan dengan beberapa skenario yaitu:
Skenario 1, melakukan peningkatan kerapatan tanaman pada kebun campuran dengan penambahan vegetasi.
Skenario 2, melakukan tindakan konservasi tanah dan air berupa teras bangku dengan konstruksi baik pada kebun campuran.
Skenario 3, merubah tanah kosong dan semak belukar menjadi hutan tanaman kerapatan tinggi dengan sistem silvikultur tebang habis dan tindakan konservasi berupa penanaman berbaris menurut kontur, serta meningkatkan kerapatan tanaman pada kebun campuran.
Skenario 4, merubah tanah kosong dan semak belukar menjadi hutan tanaman dengan sistem silvikultur tebang pilih dan melakukan tindakan konservasi berupa penanaman berbaris menurut kontur, serta meningkatkan kerapatan tanaman pada kebun campuran.
Skenario 5, merubah tanah kosong dan semak belukar menjadi kebun campuran dengan sistem agroforestry dan meningkatkan kerapatan tanaman pada kebun campuran.
Analisis Simulasi Terbaik
Melakukan analisis keluaran model pada setiap skenario dan membandingkan setiap keluaran skenario model terhadap keluaran model pada kondis awalnya, serta menentukan alternatif penggunaan lahan dan tindakan konservasi tanah dan air yang efektif menurunkan aliran permukaan, erosi, dan sedimentasi dari beberapa skenario yang dibuat.