Tanggal lulus :
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Daur Hidrologi pada Skala DAS
Daur hidrologi adalah suatu proses pergerakan air secara kontinu dari atmosfer, kemudian dalam bentuk presipitasi jatuh ke bumi, melalui berbagai peristiwa dan proses masuk ke dalam saluran-saluran atau sungai-sungai mengalir kembali ke laut dan menguap kembali ke udara (Seyhan, 1990).
Air yang jatuh di permukaan tanah pada suatu DAS terpisah menjadi dua bagian. Pertama yaitu bagian yang mengalir di permukaannya yang disebut sebagai aliran permukaan dan seterusnya menjadi aliran di sungai. Aliran permukaan sebelum mencapai sungai/saluran tertahan di permukaan tanah dalam cekungan-cekungan dan sampai jumlah tertentu merupakan bagian air yang hilang karena proses infiltrasi. Kedua yaitu yang mengalir di bawah permukaan tanah menjadi aliran lateral yang disebut aliran bawah permukaan yang juga dapat mencapai sungai. Bagian lain dari air yang terinfiltrasi diteruskan sebagai air perkolasi yang dapat mencapai akuifer menjadi aliran airbumi. Air ini dapat juga mengalir ke sungai. Selain itu, aliran air sungai dapat juga berasal dari air hujan yang langsung jatuh di atasnya.
Siklus hidrologi (Gambar 1) merupakan suatu konsep pengantar yang bermanfaat dalam menggambarkan hubungan antara presipitasi dan aliran sungai. Pengertian konsep siklus hidrologi secara lebih luas dapat digunakan sebagai konsep kerja untuk analisis dari berbagai permasalahan DAS, misalnya dalam pengelolaan DAS (Asdak, 1995).
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Air merupakan sumber kehidupan yang dapat diperoleh langsung dari atmosfer melalui hujan atau dari berbagai sumber di bumi melalui proses hidrologi yang kompleks. Semakin bertambahnya jumlah penduduk di bumi dengan didukung tumbuh dan berkembangnya sektor ekonomi dan sektor industri beserta prasarana pendukungnya telah memberikan tekanan yang berat terhadap ketersediaan sumberdaya air saat ini dan di masa mendatang. Konsekuensi yang jelas terjadi dari fenomena tersebut yaitu terjadinya penurunan produksi pertanian dan kompetisi antar pengguna air semakin bertambah sehingga menyebabkan kelangkaan air yang makin serius (Kite, 2000). Di negara-negara berkembang, kondisi tersebut semakin diperparah dengan maraknya konversi hutan alam yang tidak terkontrol. Pengaruh hidrologis yang terjadi yaitu dapat berupa terjadinya perubahan pada limpasan permukaan, erosi dan tingkat pengisian air bumi (Schulze, 2000). Dalam skala lokal, perubahan penutupan lahan memberikan efek yang cepat terhadap kondisi hidrologi lokal.
DAS Cicatih-Cimandiri yang kaya akan sumber mata air telah mengalami eksploitasi sumberdaya air akhir-akhir ini yaitu dengan menjamurnya industri air kemasan di DAS tersebut. Kajian tentang fungsi hidrologi DAS Cicatih telah diinisiasi Pawitan et al. (2004; 2006a; 2006b) untuk memberikan gambaran umum tentang kondisi biofisik dan sosial ekonomi DAS tersebut. Salah satu fungsi hidrologi DAS yaitu fungsi penyangga (Farida dan Noordwijk, 2004) yang akan merespon curah hujan yang terjadi menjadi bagian limpasan dan infiltrasi air tanah. Suatu DAS yang baik akan mampu meredam lonjakan fluktuasi aliran permukaan dan mampu menstabilkan besarnya aliran debit sungai sehingga ketersediaan air di musim kemarau terjamin.
Penelitian ini berusaha untuk melengkapi usaha-usaha yang telah dilakukan yaitu dengan melakukan kajian tentang pengaruh penggunaan lahan terhadap imbuhan daerah aliran sungai (DAS). Dari literatur yang diperoleh, penggunaan lahan tanaman pertanian memberikan kontribusi yang besar terhadap
imbuhan DAS dari pada penggunaan lahan semak dan tegakan (Prych, 1998).
1.2 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menghitung pengaruh penggunaan/tutupan lahan terhadap imbuhan daerah aliran sungai (DAS) di DAS Cicatih-Cimandiri, Kabupaten Sukabumi.
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Daur Hidrologi pada Skala DAS
Daur hidrologi adalah suatu proses pergerakan air secara kontinu dari atmosfer, kemudian dalam bentuk presipitasi jatuh ke bumi, melalui berbagai peristiwa dan proses masuk ke dalam saluran-saluran atau sungai-sungai mengalir kembali ke laut dan menguap kembali ke udara (Seyhan, 1990).
Air yang jatuh di permukaan tanah pada suatu DAS terpisah menjadi dua bagian. Pertama yaitu bagian yang mengalir di permukaannya yang disebut sebagai aliran permukaan dan seterusnya menjadi aliran di sungai. Aliran permukaan sebelum mencapai sungai/saluran tertahan di permukaan tanah dalam cekungan-cekungan dan sampai jumlah tertentu merupakan bagian air yang hilang karena proses infiltrasi. Kedua yaitu yang mengalir di bawah permukaan tanah menjadi aliran lateral yang disebut aliran bawah permukaan yang juga dapat mencapai sungai. Bagian lain dari air yang terinfiltrasi diteruskan sebagai air perkolasi yang dapat mencapai akuifer menjadi aliran airbumi. Air ini dapat juga mengalir ke sungai. Selain itu, aliran air sungai dapat juga berasal dari air hujan yang langsung jatuh di atasnya.
Siklus hidrologi (Gambar 1) merupakan suatu konsep pengantar yang bermanfaat dalam menggambarkan hubungan antara presipitasi dan aliran sungai. Pengertian konsep siklus hidrologi secara lebih luas dapat digunakan sebagai konsep kerja untuk analisis dari berbagai permasalahan DAS, misalnya dalam pengelolaan DAS (Asdak, 1995).
Gambar 1. Siklus hidrologi
(Sumber : www.usgcrp.gov)
2.2. Hidrograf Aliran Sungai
Hidrograf adalah suatu diagram yang menggambarkan variasi debit sungai atau tinggi muka air menurut waktu (Sosrodarsono dan Takeda, 2003). Hidrograf menunjukkan tanggapan menyeluruh DAS terhadap masukan tertentu. Sesuai dengan sifat dan perilaku DAS yang bersangkutan, hidrograf aliran selalu berubah sesuai dengan besaran dan waktu terjadinya masukan. Bentuk hidrograf pada umumnya sangat dipengaruhi oleh sifat hujan yang terjadi, akan tetapi juga dapat dipengaruhi oleh sifat DAS yang lain.
Hidrograf sungai merupakan rekaman timeseries kondisi sungai (aliran sungai atau water level) pada suatu tempat pengukuran. Secara umum komponen hidrograf terdiri dari dua bagian, yaitu: (i)
quickflow, merupakan bentuk respon
langsung dari suatu kejadian hujan yang meliputi aliran permukaan (overland flow), aliran bawah permukaan (interflow) dan air hujan yang langsung masuk ke sungai
(direct precipitation) dan (ii) baseflow, yaitu
debit sungai yang berasal dari sumber alami. Dengan memahami pembagian tersebut, hidrograf sungai dapat juga untuk menyatakan respon hidrologi DAS dari suatu kejadian hujan. Jika dari suatu kejadian hujan memberikan respon yang cepat berupa banjir maka DAS dapat dikategorikan bermasalah yaitu dapat berupa
menurunnya fungsi penyangga dari suatu DAS (Farida dan Noordwijk, 2004).
Dengan adanya dua komponen hidrograf tersebut, hidrologis memberikan perhatian yang besar terhadap teknik separasi komponen tersebut tergantung pada konteks tujuannya. Tujuan pemisahan hidrograf antara lain untuk kalibrasi model, studi low flow (mis: Smakhtin, 2001), studi
instream flow, dan untuk menghitung
kapasitas penyangga DAS (mis: Farida dan Noordwijk, 2004). Wittenberg dan Sivapalan (1999) menggunakan teknik separasi baseflow untuk menghitung neraca
air groundwater yang meliputi kehilangan
evapotranspirasi, discharge air bumi, imbuhan air bumi dan cadangan air bumi. Xu et al. (2002) menggunakan teknik pemisahan hidrograf untuk mengkaji interaksi antara hidrogeomorfologi dengan
groundwater discharge di Afrika Selatan.
Bentuk hidrograf dipengaruhi oleh banyak faktor. Suyono (1986) mengelompokkan faktor-faktor itu menjadi faktor-faktor tetap berupa faktor morfometri DAS (luas, bentuk, kelerengan DAS, pola jaringan sungai, kerapatan drainase, dan landaian sungai utama), dan faktor tidak tetap (curah hujan, laju infiltrasi, evapotranspirasi, dan tata guna lahan). Hidrograf debit adalah kurva yang menunjukkan variasi debit sesaat sebagai fungsi waktu, diukur pada outlet DAS.
Gambar 2. Komponen hidrograf satuan (Ward and Trimble, 2004) Keterangan :
A-B = waktu
D = lama curah hujan
tp = waktu puncak (waktu mulai terjadi aliran permukaan (run off) sampai terjadi puncak aliran)
tb = waktu dasar (panjang hidrograf satuan atau total waktu terjadi aliran)
tl = waktu keterlambatan (waktu dari setengah massa curah hujan sampai puncak langsung)
tr = waktu respon (waktu mulai hujan maksimum sampai puncak aliran) Bentuk hidrograf yang berasal dari hujan tunggal berdurasi pendek yang jatuh di atas DAS mengikuti suatu bentuk umum. Pada Gambar 2 mengilustrasikan suatu komponen-komponen yang dapat diketahui dari kurva hidrograf.
2.3. Limpasan DAS (Q)
Limpasan merupakan jumlah air yang mengalir di permukaan tanah (surface flow) maupun di bawah permukaan tanah
(subsurface flow) yang menuju ke daerah
yang berelevasi lebih rendah (sungai, danau, laut) atau memiliki potensial air lebih rendah (Asdak, 1995). Limpasan berlangsung ketika jumlah curah hujan melampaui laju infiltrasi air ke dalam tanah. Setelah laju infiltrasi terpenuhi, air akan mengisi cekungan pada permukaan tanah. Ketika pengisian selesai, kemudian air mengalir di atas permukaan tanah dengan bebas. Konsep limpasan permukaan ini dikenal sebagai Hortonian
overland flow.
Faktor-faktor yang mempengaruhi limpasan DAS dapat dikelompokkan menjadi faktor-faktor yang berhubungan dengan curah hujan dan yang berhubungan dengan karakteristik morfologi DAS. Pengaruh dari curah hujan seperti lama waktu hujan, intensitas dan penyebaran hujan. Sedangkan pengaruh morfologi DAS terhadap limpasan permukaan antara lain; bentuk dan ukuran DAS, topografi, geologi, dan keadaan tataguna lahan. Limpasan permukaan juga dipengaruhi oleh faktor urbanisasi (Weng 2001), kekasapan permukaan (Helming et al., 1998; Govers et al. 2000), reforestasi (Lukey et al, 2000), curah hujan (Putty dan Prasad 2000) dan persentase penutupan tajuk (Croke et al,
1999). Kecepatan limpasan permukaan dikontrol oleh resistansi hidrolik permukaan tanah (Govers et al. 2000).
2.4. Imbuhan DAS (F)
Infiltrasi adalah proses perjalanan air masuk ke dalam tanah sebagai akibat gaya kapiler (gerakan air ke arah lateral) dan gaya gravitasi (gerakan air ke arah vertikal) (Asdak, 1995). Imbuhan DAS merupakan bagian dari infiltrasi tersebut. Imbuhan diartikan sebagai suatu proses penambahan air pada suatu sistem (Hadiwidjoyo et al., 1987). Sedangkan Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah daerah yang dibatasi punggung-punggung gunung dimana air hujan yang jatuh pada daerah tersebut akan ditampung oleh punggung gunung dan dialirkan melalui sungai-sungai kecil ke sungai utama (Asdak, 1995). Jadi imbuhan DAS dapat didefinisikan sebagai suatu
proses perjalanan air masuk ke dalam tanah yang mengakibatkan penambahan air pada sistem daerah aliran sungai. Pada suatu saat tertentu, nilai imbuhan adalah sama dengan nilai infiltrasi.
Setelah keadaan menjadi jenuh, sebagian dari air infiltrasi akan mengalir ke lapisan yang lebih dalam lagi sebagai akibat gaya gravitasi bumi dan dikenal sebagai proses perkolasi. Proses infiltrasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : tekstur dan struktur tanah, kelembaban tanah awal, kegiatan biologi dan unsur organik, jenis dan kedalaman serasah, serta vegetasi penutup tanah. Ada tiga proses yang terlibat dalam infiltrasi, antara lain :
1. Proses masuknya air hujan melalui pori-pori permukaan tanah.
2. Tertampungnya air tersebut di dalam tanah.
3. Proses mengalirnya air tersebut ke lapisan yang lebih bawah, ke samping, atau kembali ke lapisan yang lebih atas.
Infiltrasi dipengaruhi oleh kekasapan permukaan (Govers et al., 2000). Kekasapan permukaan menentukan simpanan air pada permukaan tanah dan secara tidak langsung juga menentukan kapasitas infiltrasinya. Kekasapan permukaan tidak hanya berdampak pada jumlah limpasan sepanjang penurunan simpanan, tetapi juga berdampak pada volume dan laju infiltrasi. Beberapa eksperimen telah menunjukkan dampak dari kekasapan permukaan pada laju infiltrasi.
2.5. Penggunaan Lahan
Penggunaan lahan dicirikan sebagai suatu rencana, aktifitas, dan peran yang dijalankan manusia pada beberapa tipe tutupan lahan untuk menghasilkan, mengubah, atau memeliharanya (Land cover
classification system, 2000). Penggunaan
lahan dapat diartikan juga sebagai setiap bentuk intervensi (campur tangan) manusia baik secara permanen atau siklik untuk memenuhi kebutuhan manusia, baik material atau spiritual atau keduanya, dari sumber natural maupun artifaksial (hasil kecerdasan manusia) (Vink, 1975). Jadi secara lebih sederhana penggunaan lahan didefinisikan sebagai peran, tujuan, ataupun campur tangan manusia terhadap suatu lahan baik untuk dikelola maupun dipelihara.
Konsep dari penggunaan lahan biasanya dianggap sebagai suatu subjek
yang relatif stabil, dihubungkan dengan penggunaan suatu lahan pada suatu daerah pada suatu waktu tertentu. Penggunaan lahan merupakan hasil dari perlakuan secara kontinu pada suatu daerah yang diciptakan antara ketersediaan sumberdaya dan kebutuhan manusia dan diperbuat atas dasar usaha manusia.
Beberapa sumberdaya seperti iklim dan relief tidak secara langsung responsif pada intervensi manusia, oleh karena itu cenderung stabil. Sumberdaya lain seperti vegetasi, air, dan tanah adalah sangat respon terhadap intervensi manusia dan membuat suatu perkembangan, kadang-kadang perkembangan yang berlebihan menuju arah degradasi.
2.6.Aplikasi Metode SCS
SCS (Soil Conservation Service, sekarang disebut sebagai Natural Resources
Conservation Service – NRCS) metode
runoff Curve Number (CN) adalah salah satu
dari metode paling populer untuk menghitung limpasan permukaan (USDA, 1986; Burges et al., 1998 di dalam Hong et al, 2007). Model SCS-CN memperkirakan kelebihan presipitasi sebagai fungsi dari presipitasi kumulatif, tipe tanah, tutupan lahan, dan kelembaban tanah. Tiga parameter terakhir kemudian dirata-ratakan menjadi sebuah parameter, yang disebut
Curve Number (CN). Pada metode SCS-CN
digunakan persamaan untuk mendefinisikan bagian dari curah hujan yang menjadi limpasan dan infiltrasi (Pers.1 dan 5).
Walaupun metode ini telah digunakan secara luas, SCS-CN dikritik sebagai suatu metode simpel untuk mensimulasi sistem hidrologi yang rumit (Ponce and Hawkins, 1996 di dalam Hong et al., 2007). Bagaimanapun, metode SCS-CN telah digunakan secara luas di Amerika Serikat dan banyak negara lainnya dengan merasakan keuntungan dari metode ini, seperti simpel, dapat diprediksi, dan stabil. Karena tanggapannya pada faktor-faktor pembangkit limpasan utama seperti tipe tanah, penggunaan lahan dan kondisi permukaan, metode ini telah diterapkan dengan sukses untuk situasi mulai dari perhitungan limpasan yang sederhana, perkiraan perubahan penggunaan lahan, sampai simulasi kualitas air atau sistem hidrologi yang kompleks (Melesse et al., 2003; Mishra et al., 2005; Michel et al., 2005; Binh et al., 2006).
Baru-baru ini, teknik remote sensing telah ditingkatkan penggunaannya untuk menambah metode konvensional (seperti SCS-CN) untuk sejumlah besar daerah yang sulit diakses atau daerah yang kompleks. Pemanfaatan image dari remote sensing telah digunakan secara luas untuk mengidentifikasi bentuk permukaan lahan seperti topografi, jaringan sungai, tutupan lahan, vegetasi, dan lain-lain. Banyak peneliti telah menggunakan data remote sensing untuk mengestimasi CN (Weng, 2001; Melesse, 2003&2004).
2.7. Aplikasi GIS dalam Pemodelan Hidrologi
Perkembangan teknologi GIS terakhir sangat membantu dalam pemodelan hidrologi DAS. Yaitu dengan kemampuannya dalam menangkap
(capture), menampilkan, menyimpan,
mengolah, dan menganalisa data dari data titik ke data spasial. Teknik GIS memungkinkan untuk pemodelan hidrologi yang lebih akurat yaitu dengan kemampuannya mengakomodasi parameter-parameter hidrologi yang beragam (Melesse et al., 2003). Dengan penggabungan dan
overlay (tumpang tindih) informasi tanah
dan vegetasi, unit respon hidrologi dari suatu DAS menjadi lebih mudah ditentukan (Blaszczynki, 2003). Integrasi teknis GIS dalam pemodelan juga bermanfaat untuk simulasi data spasial dan time series secara simultan.
Aplikasi teknik GIS dalam pemodelan hidrologi sangat beragam tergantung dari tujuan yang hendak dicapai, dan prosesnya dapat dijelaskan dalam beberapa kategori tahapan. Weng (2001) menggunakan teknik GIS dalam dua tahapan besar untuk menghitung limpasan permukaan yaitu untuk menghitung parameter hidrologi dan untuk pemodelannya. Sedangkan Melesse et al. (2003) merinci menjadi empat tahapan. Tahapan yang dimaksud yaitu; (i) penghitungan input parameter untuk pemodelan hidrologi, (ii) pemetaan dan penampilan variabel hidrologi, (iii) tampilan permukaan daerah aliran sungai, dan (iv) identifikasi unit respon hidrologi.
III. METODE PENELITIAN