D a t a Pengembangan Anggaran Air
AIR
M.R.
Abstract
Spatial monthly water budget for the uppermost of Citarum Watershed have been developed based on soil water balance. CN-SCS, soil permeability distribution and soils-rocks hydraulic conductivity differences methods have been elaborated t o separate infiltration, percolation water and ground water recharge. and output data have been stored under the form of database format. This database could be represented as thematic maps of the local quantity of monthly waterresources components production as well as graphics of tabular data. Validation have been made by comparing the calculation result by hydrograph recorded a t monitoring station. Calculation result still shows an important different t o the measurement result. Improvement of calculation procedureis t o be made t o have a better result and reliability for the application i n another region. Some infrastructure problems arise during development this method are: spatial representatives of rainfall data, automatic land cover classification from satellite image, and lack of appropriate ooo) soil
many region in Indonesia.
Keywords: water budget, soil water balance, spatial, monthly, error, data infrastructure
Anggaran Air di hulu DAS Citarum telah disusun secara spasial berdasarkan neraca airtanah. Metoda- distribusi permeabilitos perbedaan nilai konduktivitas hidraulik dan batuan dipakai untuk memisahkan air larian, air infiltrasi dan airperkolasi serta imbuhon airtanah. Data masukan dan luaran proses penghitungan disimpan dalam bentuk basisdata pada perangkat lunak Basisdata dapat ditampilkan dalam bentuk peta tematik produksi komponen SDA atau dalam bentuk grafik data tabular. Validasi hasil dilakukan dengan memperbandingkan hasil perhitungan dengan kurva hidrograf yang terekam d i stasiun Hasil perhitungan masih memperlihatkan perbedaan yang cukup besar dengan pengukuran. Prosedur perhitungan masih dapat diperbaiki untuk tnendapatkan hasil yang lebih baik dan konsisten untuk diterapkan di lain. Beberapa masalah infrastruktur data yang dihadapi dalam pengembangkan ini adalah: representativitas spasial data hujan, klasifikasi otomatis lahan dari citra dan ketiadaan peta pada skala yangdiinginkan ooo) untuk banyakdaerah di Indonesia.
Kata anggaran air, neraca airtanah, spasial, kesalahan, infrastruktur data
P e m a n f a a t a n SDA d a n lahan di air, khususnya di d a e r a h b e r p e n g h u n i p a d a saat ini y a n g t e l a h t i d a k sesuai lagi d e n g a n b a t a s - b a t a s daya d u k u n g n y a . Terlarnpauinya batas-batas daya d u k u n g i n i dicirikan d e n g a n p e n i n g k a t a n
d a n intensitas b e n c a n a y a n g b e r k a i t a n d e n g a n air, banjir, s e r t a k e k e r i n g a n di m u s i m k e m a r a u y a n g di b e b e r a p a sudah kasus t a h u n a n . Peningkatan
lahan d a n air berangsur-angsur sejalan d e n g a n p e r t u m b u h a n p e n d u d u k d a n a k t i f i t a s di l a h a n t e r s e b u t , s e d a n g k a n batas-batas
Prosiding Lokakarya "Sistem Pengelolaan DAS: pengembangan
Data" 5 September 2007
kernarnpuan daya dukungnya tidak diketahui dengan untuk menilai dan rnengevaluasi daya dukung surnberdaya lahan dari sisi geologi teknik (rnisalnya: daya sangga atau bearingcapacity) atau dari sisi kesuburan dan kesesuaian telah dipakai dan yang sudah dibakukan. Tetapi dari sisi ketersediaan air di suatu lokasi atau daerah, sarnpai saat ini belum ada baku yang d a p a t dipakai sebagai dasar untuk perencanaan dan evaluasi. Sehingga pada akhirnya, daerah atau lokasi yang dikembangkan untuk aktifitas-aktifitas yang boros air sebelumnya mernperhatikan kondisi sumberdaya tersedia.
Untuk rnengevaluasi dan mernperbaiki kondisi hidrologis di daerah berpenghuni diperlukan suatu garnbaran kondisi hidrologis yang rinci d a n terukur baik secara kuantitas, fluktuasi rnaupun sebarannya. kondisi ini harus pula meliputi paling tidak untuk satuan wilayah hidrologis yang ditentukan oleh
DAS. Suatu konsep kuantitatif yang mernpertimbangkan semua komponen SDA (air permukaan, dangkal dan dalam) beserta fluktuasinya pada suatu daerah dikenal dengan anggaran air (water budget) yang dikembangkan pada dekade terakhir.
Anggaran air untuk daerah hulu DAS Citarum sebagai bantu untuk. mengevaluasi pengelolaan penggunaan SDA dan di daerah ini. DAS Citarum rnerupakan salah s a t u daerah strategis yang pada saat ini mengalami tekanan penduduk yang terberat di Indonesia. Daerah ini harus rnendukung perkernbangan kebutuhan akan sumberdaya lahan (pemukirnan) dan air untuk sektor-sektor domestik dan industri. Air sungai Citarurn dimanfaatkan pula untuk penyediaan 5 Kwh Tenaga Listrik (Saguling, Cirata dan Jatiluhur) serta airirigasi bagi Ha pesawahan di Pantai Utara Jawa Dengan yang harus didukungnya, fenornena kerusakan fungsi hidrologis DAS Citarum, khususnya di bagian hulu telah tampak berupa banjir tahunan, kekurangan air di
kernarau dan sedirnentasi yangtinggi di Waduk Saguling.
Anggaran air yang dirnaksud pada penelitian ini dikembangkan berdasarkan pada prinsip neraca dengan rnemisahkan air presipitasi yang jatuh pada suatu daerah komponen-komponen evapotranspirasi, air perrnukaan, dalam dan dangkal. Pernisahan komponen-komponen dilakukan Gabungan model
dan kesetirnbangan Dengan bantuan perangkat SIC,
model-model pernisahan kornponen dilakukan secara spasial dan hasilnya dapat dipergunakan sebagai basisdata anggaran air.
2 .
Daerah studi
Daerah studi merupakan bagian paling hulu DAS Citarurn mulai dari puncak-puncak dan punggung-punggung gunung yang rnengitari cekungan
sarnpai dengan stasiun pengukur Sungai Citarurn di Pada area kira-kira dengan ketinggian antara 600-2500 rndpl., daerah ini rnerniliki bentuk lahan yang datar dan bergelornbang di bagian tengahnya sarnpai berlereng dan pada batas-batas DAS yang mengitarinya. Bagian tengah sub-DAS rnerupakan dasardanau purba (holosen) yang dikelilingi oleh pegunungan vulkanik di sekitarnya. Endapan banjir menutupi bagian dasar cekungan, yang dialasi oleh endapan danau,
selingdengan endapan dan endapan rawa (DAM Sedangkan batuan vulkanik
Data Air
di sekeliling-nya terdiri dari berbagai muda yang
didominasi oleh tufa yang dengan breksi dan lava (Ruchiyat e t
al.
Aust Batuan terobosan dijumpai di bagian sub-DAS yang merupakan bagian
f
3 hujan tahunan yang jatuh di daerah ini berkisar antara 1800 mm di dasar cekungan sampai dengan sekitar mm di puncak-puncak gunungTerdapat perbedaan hujan yang antara musim hujan dan tetapi
pada umumnya, kecil hujan rnasih jatuh di musim kemarau, terutama di bagian puncak pegunungan.
Sebagian besar di daerah studi masih muda tahap
perkembangannya (inceptisols Tanah-tanah andic
yang merupakan khas daerah vulkanik (andosol) terdapat di daerah pegunungan yang relatif datar. Sedangkan pada bahan induk endapan di
dasar cekungan umumnya memperlihatkan ciri-ciri pengaruh genangan yang kesarangan besar dijumpai ketinggian, pada bahan induk yang dari pasirvulkanikmuda. Di bagian lereng, umumnya kesarangan
berkurang dengan tingginya kandungan butiran liat sebagai
Pada endapan aluvial di dasar cekungan, kesarangan kecil, bahkan bawah (subsoil) alluvial ini yang kedap pada musim hujan karena tingginya kandungan halus (liat). Kesarangan aluvial ini mengalami peningkatan pada musim kemarau dengan adanya rekahanrekahan (cracks) tingginya kandungan bahan organik yang tercampur.
Daerah yang datar atau berkemiringan di daerah penelitian umumnya digunakan untuk Pada daerah dengan kemiringan lebih tinggi, pertanian pada kultur lahan kering. Sayuran merupakan komoditi yang paling dibudidayakan, terutama pada lahan pertanian pada tinggi. Perkebunan teh dan kina
dikembangkan pada daerah Belanda. Sedangkan yang
Data" September 2007
cepatnya perluasan lahan pemukiman. Alih fungsi ini tidak pada lahan-lahan pertanian yang datar, tetapi merambah sampai ke lereng-lereng yang bahkan kesesuaiannya untuk lahan pertanian.
2.2.
Pemisahan air menjadi komponen-komponen SDA dilakukan melalui tahapan berikut: Pertama, menghitung air yang (infiltrasi) ke dalam dengan CN yang dikembangkan oleh US-SCS. Air yang ke dalam kemudian dipisahkan lagi berdasarkan distribusi ukuran pori (tegangan air =
air yang mengalir sebagai runoff, menguap kembali melalui evapotranspirasi, dan air perkolasi ke dalam dan mengisi dangkal pada muka Sedangkan air yang mengisi pembawa air pada batuan yang dalam di pisahkan dari dangkal berdasarkan perbedaan konduktifitas (k) dan batuan. Prinsip yangdipakai pada setiap tahap adalah sebagai berikut:
a.
Metoda CN didasarkan hubungan infiltrasi pada setiap dengan yang pada setiap kali Total yang jatuh pada setiap hujan (P) di dengan potensi maksimal untuk (retention) air tertentu, akan terbagi menjadi tiga komponen; air larian (Q), infiltrasi (F) dan abtraksi awal
I,), dengan hubungan:
pengalaman empiris di (di AS) diperoleh
,
sehingga persamaan (I)Q dan P dapat diketahui dari hasil pengukuran, sedangkan dan la merupakan parameter yang tidak diketahui. Penetapan nilai dilakukan dengan melalui nilai runoff CN dengan
25400
254, (3)
CN adalah indeks yang mencerminkan kombinasi faktor-faktor hidrologis yang merupakan fungsi dari tiga faktor: (tekstur) lahan dan keiembaban awal. SCS mengkelaskan kelas (A, B, C dan D), mengkelaskan lahan menjadi kelas, mengkelaskan kelembaban awal (antecedent moisture classes-AMC) menjadi tiga kelas. CN berada pada kisaran antara o sampai
diketahui nilai P, Q, dan maka infiltrasi dapat dihitung dengan persamaan berikut:
F = P
4)b.
Pengembangan Anggaran Air Sub-DAS Citarum
mengisi pori-pori halus, sedangkan pori-pori yang lebih berikutnya pori halus Pada proses pelepasan air, pori-pori berukuran kasar akan
terlebih dahulu. Air pengisi pori-pori drainase) yangtertahan oleh dengan tegangan yang lebih lemah dari gaya gravitasi akan mengalir ke yang lebih bawah atau keluar lagi sebagai air di yang lebih Air yang masuk ke dalam pori-yang lebih kecil (pori kapiler), tertahan oleh tegangan yang lebih besar dari gaya grafitasi 2) sehingga tidak akan rnengalir dan hanya bisa dari dengan akar atau penguapan. Sedangkan pada pori-pori yang halus akan ditahan oleh kuat sehingga akantetap berada di dalam
Dua faktor terpenting yang mempengaruhi proporsi dan distribusi ukuran pori-pori di dalam adalah tekstur dan aktifitas biota Di lain pihak proporsi dan distribusi ukuran pori-pori menentukan perrneabilitas Untuk pengembangan Anggaran air, pendugaan proporsi berbagai pori didekati berdasarkan hubungan antara tekstur dan permeabilitas. Jumlah air perkolasi pada setiap kali adaiah jumlah air lnfiltrasi dikurangi jumlah air yang mengisi pori kapiler. Pada bulan pori kapiler yang diisi pada setiap kali hujan diperkirakan hanya dari keseluruhan pori kapiler, sedangkan pada musim kernarau diperkirakan setengahnya.
Jurnlah air perkolasi (p) adalah:
p = padn bulan
...
(5)= padn k e r i n g ... (5)
Dimana menyatakan persentasi pori kapiler, Fair infiltrasi, dan kapasitas bulan dan bulan keringpada hujan bulanan = 6 0 mm.
c.
Pengisian dalam dari zona tak dilakukan berdasarkan dasar hukum Darcy. Pada model anggaran air, peralihan antara dan batuan dianggap terjadi pada bidang kontak. Pada bidang kontak ini, terdapat tekanan atau aliran air yang diakibatkan oleh air di atasnya sampai dengan dari paras. Apabila terdapat kekosongan atau penurunan tekanan di dalarn akifer dalam (akifer tertekan) sebagai akibat kebocoran (leakage) atau pengambilan air maka akan ada aliran air dari masa k e dalarn batuan. Apabila k lebih besar daripada k batuan
debit yangmengisi batuan adalah sebesar:
Sedangkan sisanya akan mengalir secara lateral dan akan keluar ke perrnukaan sebagai mata air. Apabila lebih besar atau sama dengan maka debit air pada dan batuan akan sama besar. Untuk kondisi cekungan tahun terjadi kekosongan yang semakin bertambah karena adanya pengambilan (Delinom Rahmat 2005).
d. spasial dan temporal
CN didisain untuk menduga perbandingan air hujan dan air pada setiap kali hujan di tertentu. Untuk luaran spasial perhitungan
Prosiding Lokakarya DAS: Inisiatif pengembangan Infrastruktur Data" 5 September 2007
dilakukan untuk satu satuan lahan dengan karakteristik geologi dan lahan yang seragam. Sedangkan untuk mendapatkan gambaran variasi temporal, tungan secara spasial dilakukan untuk setiap bulan. Data masukan hujan yang dipakai pada perhitungan adalah hujan harian rata-rata pada bulan yang bersangkutan.
2.3. Data
Data input untuk pembangkitan Anggaran air ini adalah sebagai berikut: peta topografi Peta bulanan yang dibuat berdasarkan hasil rekaman hujan pada stasiun di dalam wilayah studi sepanjang tahun peta
lahan yang dihasilkan dari penafsiran Citra tahun d a n Peta Geologi (litologi).
Data masukan d a n luaran proses penghitungan disimpan dalam bentuk basisdata pada perangkat lunak Data dapat ditampilkan sebagai peta-peta tematik, baik untuk data masukan (misalnya distribusi hujan, porositas atau lahan) maupun untuk luarannya (misalnya: distribusi spasial jumlah bulanan masing-masing data komponen SDA). Data tabular untuk keseluruhan daerah studi maupun daerah tertentu yang diinginkan d a p a t pula diekstrak untuk ditampilkan (Gambar 2). Hasil perhitungan baru komponen-komponen SDA yang dihasilkan pada suatu lokasi yang berasal dari hujan yang jatuh di tersebut, sedangkan penambahan dan pengurangan yangdiakibatkan adanya airyangmasukdan keluarbelum diperhitungkan.
Basisdata ini d a p a t dipakai untuk melihat potensi ketersediaan air di suatu lokasi perbandingannya d e n g a n lokasi-lokasi lain di sekitarnya di wilayah sub-DAS yang dipelajari. Dengan basisdata ini pula hidrologis suatu lokasi dalam lingkungan DAS bisa dianalisis, misalnya penentuan daerah produktif, daerah penghasil air limpasan, dsb. Basisdata bisa diperbarui setiap s a a t misainya d e n g a n
masukan data hujan d a n lahan yangdari tahun ke tahun atau
lainnya apabila diperlukan.
Validasi hasil diiakukan dengan memperbandingkan air larian total
tahunan hasil perhitungan t e r h a d a p total aliran tinggi (highflow) yang di pisahkan dari hidrograf yang terekam di stasiun Nanjung. Gambar 3 memperlihatkan adanya perbedaan antara hasil perhitungan dan hasil pengukuran yang bervariasi untuk setiap
bulan. Perbedaan (error =
+
terbesardijumpai pada bulan (0.87) yang merupakan bulan terkering, sedangkan perbedaan terendah dijumpai pada bulan Nopember yang merupakan bulan terbasah. Perbedaan rata-rata bulanan s e b e s a r dan perbedaan tahunan s e b e s a r
Karena belum t e r d a p a t d a t a intensitas hujan rata-tata bulanan maka untuk perhitungan di dipakai pendekatan dengan mernakai rata-rata hujan harian sebagai masukan untuk memperoleh distribusi bulanan. Rerata dilakukan pula untuk data spasial seperti misalnya untuk permeabilitas dan batuan. Pada dasarnya setiap langkah pada prosedur perhitungan memiliki kerawanan terhadap terjadinya kesaiahan. Memperhatikan distribusi kesalahan pada hasil di tampak bahwa hasil perhitungan memiliki kesalahan yang kecil untuk rata-rata tahunan, tetapi besar untuk setiap bulannya. Hal yang sama akan dijumpai pula dari sisi distribusi spasial. demikian, tampaknya data ini bisa dipakai untuk informasi yang setara dengan peta skala Sedangkan
Data Air
variasi bulanan dan variasi untuk bisa dianggap sebagai nilai acuan untuk memperkirakan jumlah ketersediaan. lain pihak, untuk tujuan penggunaan yang lebih detil, seperti misalnya untuk disain engineering, akan diperlukan studi yang lebih rinci secara di sekitar lokasi yang akan dikembangkan. masih terdapat kesalahan-kesalahan seperti di perbaikan prosedur perhitungan di
masih memungkinkan untuk diperbaiki untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dan konsisten untukditerapkan ditempat lain.
Prosiding Informasi DAS: pengembangan Data" September 2007
-
3. Kalibrasi jumlah bulanan air larian terhitung t e r h a d a p jumlah terukurdi stasiun Nanjung.
4 .
Data
basisdata Anggaran Air ini dibangun berdasarkan teori-teori yangsudah baku dan diuji, tetapi di dalamnya terdapat sejumlah asurnsi yang sifatnya subjektif sehingga akan ketidak-konsistenan untuk digunakan di lain d a n masih terhadap kesalahan masih tinggi. Kesalahan ini akan sulit ditemukan untuk daerah-daerah dimana tidak terdapat prasarana data untuk Oleh karena itu untuk diterapkan di daerah lain, diperlukan diperlukan pula persyaratan pembuatan format data dasar yang akan menjadi masukan untuk perhitungan, termasuk diantaranya pembangkitan data spasial (peta) dari d a t a titik. Berdasarkan pengalaman untuk hulu DAS Citarum, beberapa pembenahan (infrastruktur) d a t a yang rnemerlukan perhatian antara lain:
Data
Kerapatan stasiun pengukur hujan khususnya di Pulau Jawa cukup memadai untuk skala peta Tetapi stasiun-stasiun yang ditempatkan di ketinggian (di
mdpl) masih sedikit sehingga mengurangi akurasi hasil apabila dibuat peta Padahal untuk mendapatkan distribusi spasial di daerah yang
seperti P. Jawa dan P. Sumatera, penggunaan rnetoda polygon thiessen seringkali rnemberikan hasil yangtidak bisa diterima.
Data intensitas hujan di kebanyakan daerah di Indonesia sulit diperoleh. stasiun hujan yang melakukan pengukuran selang waktu yang (setiap 15, a t a u atau real time) kurang. intensitas hujan diperlukan sebagai d a t a masukan pada model aplikasi hubungan hujan limpasan, infiltrasi, erosi, dsb.). Intensitas hujan rata-rata di suatu daerah d a p a t didekati
rnelalui model hubungan yang untuk penyusunannya
kan data intensitas hujan selama tahun. Stasiun-stasiun klimatologi yang memiliki model ini di kawasan Asia Tenggara (sepanjang pengetahuan penulis) baru a d a di Serawak,
Malaysia dan Jakarta Wert sehingga sebagian besar kawasan
Data Anggaran Air Spasial:
lahan dari citra
Dengan adanya citra dan penggunaan
lahan untuk skala lebih dilakukan dengan cara pengkelasan automatis berdasarkan perbedaan nilai intensitas pernantulan (reflectance)
elektrornagnetik Tetapi yang adalah akurasi dan konsistensinya, karena pada yang diperoleh tergantung pada yang dipakai oleh penafsir. karena itu perlu dicari dan dibakukan: (I) penafsiran yangpaling rnendekati nilai sebenarnya, (2) sistem klasifikasi lahan. Pembakuan ini harus dilakukan untuk setiap format data dari setiap karena setiap merekam kisaran gelombang (band) yang berbeda, sehingga memberikan karakter citra yang berbeda dan untuk pengolahan datanya algoritma yang berbeda pula. Studi karakter setiap jenis citra dan pembakuan algoritma perlu dilakukan agar perbedaan yangdiberikan oleh masing-masingcitra bisa diminimalkan.
4.3.
Sebaran jenis relatif tetap. Hal berbeda yang bisa menyebabkan perubahan adalah apabila terjadi perubahan lahan yang drastis sehingga erosi yang besar yang menyisakan residu yang berbeda di
apabila sebagian besar horizon A tererosi. demikian peta dapat dipakai sudah dipetakan dengan baikdan benar. Masalahnya adalah baru sebagian dari wilayah kita yang dipetakan dengan skala yang cukup besar (Semi detail, Sebagian besar wiiayah di air baru peta atau peta eksplorasi (skala di
bawah Peta pada tidak untuk
pembangunan model Anggaran airyangrinci.
saat ini, deskripsi dari peta-peta lebih ditujukan untuk penilaian kesuburan sedangkan untuk deskripsi sifat-sifat hidrologis baru digambarkan secara (mis: drainase baik, buruk, dsb.). Hubungan
antara proporsi berbagai pori-pori dengan dapat
dengan model tetapi untuk hubungannya yang aktifitas biota ada.
untuk lahan d i Indonesia
dikembangkan di Serikat iklim, jenis dan pola lahannya berbeda dengan yang biasa kita ternukan d i Indonesia.
rnisalnya, rnerupakan satu jenis penggunaan lahan yang arnat umum di Indonesia (dan Asia pada yang rnemiliki karakteristik hidrologis tersendiri karena ter-genangpada sebagian besar rnasa pemanfaatannya. adalah kebun atau yang rnerupakan cara penggunaan lahan yangumum dan khas d i Asia Tenggara. jenis-jenis penggunaan lahan ini diperlukan
CN khusus yangdidasarkan studi
4.5. program pada perangkat
Lokakarya "Sistem pengembangan Data" September 2007
Pengembangan Anggaran air ditujukan untuk mendapatkan gambaran kuantitatif yang lebih rinci SDA secara spasial dapat dilakukan dengan menggunakan
CN-SCS, distribusi permeabilitas dan perbedaan nilai konduktivitas hidraulik dan batuan. demikian untuk pengulangan aplikasi ini di lain masih akan kesalahan sebagai akibat perbedaan dalam s u m b e r d a t a masukan yang dipakai serta penanganannya. studi mengenai penyempurnaan d a n pembakuan pengolahan d a t a diperlukan agar ini dapat diterapkan di lain dengan memberikan yang handal dan konsisten.
National Engineering handbook, sect 4: Hydrology. Soil Conservation Service, USDA.
Aust Siebenhuner, M Toloczyki, and W Wagner. Groundwater Protection and Selection of Waste Disposal sites in t h e Greater Area., Indonesia. Natural Resources a n d Development. for Sci. Co-operation Fed. Rep. of
DR Maidment a n d Mays. 1988. Applied Hydrology. Mc. Graw Hill co.
Dam MAC. The late quartenary evolution of Basin, West Java Indonesia. Dept. of Quartenary Geology, Of Earth University, Amsterdam.
MR, R Haryanto. Spatial Monthly water budget Development of Basin. Proc. Of Int. Symp on Ceotechnical Hazards.
CP. Estimation of Ground Water Recharge d u e t o Rainfall by Modelling of Soil Moisture Movement. National Institute of Hydrology, Roorke Uttaranchal, Technical report
1, Some Rainfall Characteristics in Basin. Proc. Of
Int. Symp. o n Geotechnical Hazards.
RH. t o Hydrologic Analysis Methods. Prentice Hall Publ.
Ruchiyat A Sukrisna. Penyelidikan Potensi Cekungan Jawa
Direktorat Lingkungan- Dept. Pertambangan dan Energi.
SAM. Analysis of Rainfall pattern triggering landslides a t hillview, Selangor. Proc. Int. Symp. on geotechnical Hazards.
