2. 1.Pengertian Water Balance
Neraca air (water balance) merupakan neraca masukan dan keluaran air disuatu tempat pada periode tertentu, sehingga dapat untuk mengetahui jumlah air tersebut kelebihan (surplus) ataupun kekurangan (defisit).
Konsep neraca air pada dasarnya menunjukkan keseimbangan antara jumlah air yang masuk ke, yang tersedia di, dan yang keluar dari sistem (sub sistem) tertentu. Secara umum persamaan neraca air dirumuskan dengan :
2.
Secara umum persamaan neraca air dirumuskan dengan : I = O ± ΔS
dimana : I = masukan (inflow); O = keluaran (outflow) atau bentuk umum persamaan water balance adalah: P = Ea + ΔGS + TRO
dengan: P = presipitasi.
Ea = evapotranspirasi.
ΔGS = perubahan groundwater storage . TRO = total run off.
Kegunaan mengetahui kondisi air pada surplus dan defisit dapat mengantisipasi bencana yang kemungkinan terjadi, serta dapat pula untuk mendayagunakan air sebaik-baiknya.
Manfaat secara umum yang dapat diperoleh dari analisis neraca air antara lain:
1. Digunakan sebagai dasar pembuatan bangunan penyimpanan dan pembagi air serta saluran-salurannya. Hal ini terjadi jika hasil analisis neraca air didapat banyak bulan-bulan yang defisit air.
2. Sebagai dasar pembuatan saluran drainase dan teknik pengendalian banjir. Hal ini terjadi jika hasil analisis neraca air didapat banyak bulan-bulan yang surplus air.
3. Sebagai dasar pemanfaatan air alam untuk berbagai keperluan pertanian seperti tanaman pangan – hortikultura, perkebunan, kehutanan hingga perikanan.
Untuk menyederhanakan system neraca air yang terjadi di lapang maka digunakan suatu persamaan. Persamaan neraca air yang umum pada suatu lahan pertanian adalah sebagai berikut : CH+I=D+Runoff+ETP+∆KAT Dimana: CH : Curah Hujan I : Irigasi D : Drainase
Runoff : Aliran Permukaan
Thornhtwaite dan Mather (1957) membuat persamaan yang sederhana menggunakan input hanya dari curah hujan saja. Pada metode ini semua aliran masuk dan keluar air serta nilai kapasitas cadangan air tanah pada lokasi dengan kondisi tanaman tertentu digunakan untuk mendapatkan besarnya kadar air tanah, kehilangan air, surplus, dan defisit.
3. CH=ETP+∆KAT+Ro
4. Dimana:
5. CH : Curah hujan 6. ETP : Evapotranspirasi
7. ∆KAT : Perubahan kandungan air tanah 8. Ro : Aliran Permukaan
9.
10. Sedangkan persamaan neraca air menurut Chang (1974) sebagai berikut : 11. CH+I=ETP+∆KAT+Pc+Ro
12. CH : Curah Hujan
13. I : Irigasi
14. D : Drainase
15. Runoff: Aliran Permukaan
16. ∆KAT : Perubahan kandungan air tanah 17. Pc : Perkolasi
18.
19. Prosedur perhitungan neraca air menurut Thornthwaite and Mather (1957) menggunakan sistem tata buku yaitu dengan membuat sebuah tabel dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Mengisi curah hujan (CH)
2. Mengisi kolom evapotranspirasi potensial (ETP) 3. APML (Accumulation of Potensial Water Loss).
20. Nilai APWL merupakan akumulasi CH-ETP dari waktu ke waktu. Akumulasi air yang hilang secara potensial ini akan menentukan kandungan air tanah pada saat curah hujan lebih kecil dari evapotranspirasi potensial.
4. Kadar air tanah.
21. Kandungan air tanah dapat maksimum pada suatu periode dimana CH-ETP bernilai positif. Sedangkan apabila CH-ETP bernilai negatif maka kandungan air tanah akan ditentukan:
22.
23. AT= KL- TLP
5. dKAT (Perubahan Kandungan Air Tanah)
24. Perubahan kandungan air tanah merupakan selisih kandungan air tanah antara satu periode dengan periode sebelumnya secara berurutan.Nilai dKAT yang positif menunjukkan terjadinya penambahan kandungan air tanah. Penambahan ini akan terhenti setelah kapasitas lapang terpenuhi.
6. ETA (Evapotranspirasi actual)
25. Bila curah hujan lebih besar dari nilai evapotranspirasi maka nilai ETA sama dengan nilai ETP. Namun bila curah hujan jauh lebih kecil dari nilai ETP maka tanah akan mulai mengering dan ETA menjadi lebih rendah dari nilai potensialnya. Pada kondisi ini maka nilai ETA akan sama dengan nilai CH+dKAT.
26. 27. 7. Defisit
28. Defisit berarti berkurangnya air untuk keperluan evapotranspirasi potensial sehingga defisit air adalah perbedaan atau selisih antara nilai ETP dan ETA. Nilai defisit
merupakan jumlah air yang perlu ditambahkan untuk memenuhi keperluan ETP tanaman.
8. Surplus
29. Setelah simpan air mencapai kapasitas lapang maka kelebihan curah hujan akan dihitung sebagai surplus. Air ini merupakan kelebihan setelah air tanah terisi kembali. Dengan demikian surplus dihitung sebagai nilai curah hujan dikurangi dengan nilai ETP dan perubahan kadar air tanah (CH-ETP-dKAT)
30.
3. 2.Daerah Pengaliran Sungai (DPS)
31. Daerah Aliran Sungai (DAS) merupakan wilayah yang dikelilingi dan dibatasi oleh topografi alami berupa punggung bukit atau pegunungan, dimana presipitasi yang jatuh di atasnya mengalir melalui titik keluar tertentu (outlet) yang akhirnya bermuara ke danau atau laut. Batas‐batas alami DAS dapat dijadikan sebagai batas ekosistem alam, yang dimungkinkan bertumpang‐tindih dengan ekosistem buatan, seperti wilayah administratif dan wilayah ekonomi.Namun seringkali batas DAS melintasi batas kabupaten, propinsi, bahkan lintas negara.Suatu DAS dapat terdiri dari beberapa sub DAS, daerah Sub DAS kemudian dibagi‐bagi lagi menjadi sub‐sub DAS.
32. Model NRECA {National Rural Electric Cooperative Association) dikembangkan oleh Norman H. Crowford (USA) pada tahun 1985, merupakan penyederhanaan dari Stanford Watershed Model IV (SWM). Pada model SWM terdapat 34 parameter sedangkan NRECA hanya menggunakan 5 parameter. Model ini dapat digunakan untuk menghitung debit bulanan dari hujan bulanan berdasarkan keseimbangan air di DAS.
33. Persamaan keseimbangan tersebut adalah sebagai berikut:
34. Hujan - Evapotranspirasi aktual + Perubahan tampungan = Limpasan. 35. Model NRECA membagi aliran bulanan menjadi dua, yaitu limpasan langsung
(limpasan permukaan dan bawah permukaan) dan aliran dasar. Tampungan juga dibagi dua yaitu tampungan kelengasan (moisture storage) dan tampungan air tanah (ground water storage).
36. Sisa dari curah hujan yang mengalir di atas permukaan bersama aliran dasar bergerak masuk menuju alur sungai. Aliran total yang ada kemudian dikalikan dengan Luas DAS. Hasil dari perkalian tersebut merupakan keluaran {output) dari model NRECA yang berupa debit aliran sungai sesuai periode rencana (Badan Litbang Departemen PU, 1994).
37. Q = (GF + DRF) x A
38. dengan: A = Luas DAS (km2); DRF = Limpasan Langsung (mm); GF = Limpasan air tanah (mm)
39.
40.
41. Pola Aliran Sungai Pola aliran sungai apabila dilihat dari atas tampak menyerupai beberapa bentuk, seperti menyerupai percabangan pohon (dendritik), segi empat (rectangular), jari‐jari lingkaran (radial), dan trellis.Pola aliran ini dapat merupakan petunjuk awal tentang jenis dan struktur batuan yang ada.
42. a. Pola dendritik : umumnya terdapat pada daerah dengan batuan sejenis dan penyebaran yang luas, misalnya kawasan yang tertutup endapan sedimen yang terluas dan terletak pada bidang horizontal, seperti di dataran rendah bagian timur Sumatera dan Kalimantan.
43. b. Pola rectangular : Umumnya terdapat di daerah berbatuan kapur, seperti di kawasan Gunung Kidul, Yogya.
44. c. Pola radial : umumnya dijumpai di daerah lereng gunung berapi, seperti G. Semeru, G. Ijen, G. Merapi. d. Pola trellis : dijumpai di daerah dengan lapisan sedimen di daerah pegunungan lipatan, seperti di Sumatera Barat dan Jawa Tengah
45.
4. 3.Water Bodies
46. Merupakan kumpulan air yang besarnya antara lain bergantung pada relief permukaan bumi, kesarangan batuan pembendungnya, curah hujan, dsb. Missal sungai, rawa, danau, laut, dan samudra.
47. Menurut Wiersum (1979, dalam Lieshout, tanpa tahun) selama siklus atau sub siklus hidrologi maka air akan mempengaruhi kondisi lingkungan baik secara fisik, kimia ataupun biologi. Efek fisik akan terlihat selama proses gerakan air sehingga
menimbulkan erosi pada bagian hulu dan sedimentasi pada bagian hilir. Efek kimia terlihat setelah proses kimiawi antara air yang mengandung bahan larutan tertentu dengan kimia batuan sehingga batuan tersebut terlapukkan, sedangkan efek biologi terutama sebagai media transport bagi perpindahan binatang karang serta media bagi pertumbuhantanaman.
48. Analisis kuantitatif dari konsep siklus hidrologi dapat didekati dengan dua cara yang berbeda, yaitu sederhana dan komplek. Pendekatan sederhana berlandaskan pada persamaan kontinuitas dalam bentuk neraca air atau hidrologi (lihat Persamaan 1) 49. Inflow = Outflow ± Storage ... 1.
50. Persamaan ini cenderung hanya memperhatikan aliran masuk dan keluar serta cadangan air tapi tidak memperhatikan proses yang terjadi di antara keduanya, sehingga dari pandangan konsep mekanistik maka pendekatan pertama kurang sempurna. Berdasarkan keterbatasan tersebut maka pendekatan kedua yang lebih komplek layak untuk diperhitungkan. Pendekatan kuantitatif kedua dari siklus hidrologi adalah diawali dengan pengertian bahwa suatu siklus dibatasi oleh kondisi fisik tertentu seperti DAS atau sebidang lahan, dan di dalamnya menerima masukan (input), proses, dan keluaran (output). Masukan (input) mencakup presipitasi dengan berbagai bentuknya. Keluaran (output) mencakup dua keluaran utama yaitu evaporasi dan limpasan serta bocoran akifer, sedangkan proses meliputi berbagai transfer air yang terjadi dalam system siklus tersebut. Pendekatan kedua ini apabila dikaji lebih jauh bentuknya sama dengan pendekatan pertama yaitu neraca air atau hidrologi, namun prosedur perhitungannya lebih komplek (lihat Persamaan 2)
51. P – (Q + ET) ± L = S ... 2. 52.
dimana:
53. P=presipitasi total
Q = total limpasan dan aliran sungai termasuk aliran air bumi
ET = total evaporasi dan transpirasi
L = bocoran (leakage) air yang keluar dari system atau bocoran air yang masuk ke
dalam sistem
S = perubahan cadangan air dalam sistem dan dipertimbangkan setiap periode waktu tertentu
54. Metode untuk mengukur dan mengestimasi unsur-unsur yang terdapat dalam Persamaan 1 dan 2. akan dibincangkan lebih jauh dalam kajian atau analisis neraca air secara khusus, yaitu neraca air lahan, daerah aliran sungai dan global.
55. 5. 4.Direct Runoff
56. Apabila intensitas hujan melebihi kapasitas infiltrasi, maka air hujan yang jatuh akan menjadi aliran permukaan (surface runoff) dan kemudian menuju sungai atau badan air terdekat. Aliran permukaan ini juga merupakan salah satu energi yang dapat menggerus partikel tanah di permukaan dan menyebabkan erosi.Aliran permukaan semakin besar dengan semakin tingginya intensitas hujan, lereng yang semakin curam, semakin berkurangnya kekasaran permukaan tanah, dan semakin kecilnya kapasitas infiltrasi.
57. Komposisi aliran air di dalam sungai terdiri dari aliran permukaan (surface runoff), aliran bawah permukaan (sub surface runoff), dan aliran air tanah (groundwater). Di dalam aliran air yang mengalir senantiasa membawa bahan dan mineral yang dapat larut dan tidak larut. Bahan yang dibawa aliran air kemudian diendapkan secara selektif.
58. Untuk menafsirkan secara kuantitatif siklus hidrologi dapat dicapai dengan persamaan umum yang dikenal dengan persamaan neraca air, yaitu bahwa dalam selang waktu tertentu, masukan air total pada suatu ruang tertentu harus sama dengan keluran total ditambah perubahan bersih dalam cadangan (Seyhan, 1993). Neraca hidrologi dari suatu wilayah dapat ditulis sebagai berikut :
60. P = (R - G - E - T) + ∆S
61. dimana : peubah P adalah presipitasi (hujan), R adalah aliran permukaan, G adalah air tanah, E adalah evporasi, T adalah transpirasi, dan ∆S adalah perubahan simpanan. Persamaan inilah yang dikenal sebagai persamaan dasar hidrologi.
62. Persamaan neraca air dapat digunakan untuk menentukan besarnya nilai proses hidrologi yang tidak diketahui. Misalnya besarnya evapotranspirasi (ET) yang terjadi di suatu DAS yang besar tidak diketahui, karena peralatan untuk pengukurannya tidak ada. Namun data hujan (P), aliran permukaan (R) , air tanah (G) dan simpanan air (S) untuk DAS tersebut terukur. Dengan demikian besarnya nilai ET dapat ditentukan dengan mengurangi P dengan R, G, dan S (atau ET = P - R - G - S).
63.
64.KESIMPULAN
• Neraca air (water balance) merupakan neraca masukan dan keluaran air disuatu tempat pada periode tertentu, sehingga dapat untuk mengetahui jumlah air tersebut kelebihan (surplus) ataupun kekurangan (defisit).
• Daerah Aliran Sungai (DAS) merupakan wilayah yang dikelilingi dan dibatasi oleh topografi alami berupa punggung bukit atau pegunungan, dimana presipitasi yang jatuh di atasnya mengalir melalui titik keluar tertentu (outlet) yang akhirnya bermuara ke danau atau laut.
• Merupakan kumpulan air yang besarnya antara lain bergantung pada relief permukaan bumi, kesarangan batuan pembendungnya, curah hujan, dsb. Missal sungai, rawa, danau, laut, dan samudra.
• Apabila intensitas hujan melebihi kapasitas infiltrasi, maka air hujan yang jatuh akan menjadi aliran permukaan (surface runoff) dan kemudian menuju sungai atau badan air terdekat.