1683 ESTIMASI DEBIT PUNCAK MELALUI METODE MANNING DAN METODE COOK
BERBASIS PENGINDERAAN JAUH DAN SISTEM INFORMASI GEOGRAFI DI SUB DAS GESING, KABUPATEN PURWOREJO
Risky Yanuar Setiyono1* Aulia Yogi Hastuti1
Prima Widayani1
1Kartografi dan Penginderaan Jauh, Departemen Sains Informasi Geografi, Fakultas Geografi, Universitas Gadjah Mada
*corresponding author: [email protected] ABSTRAK
Sub DAS Gesing, Kabupaten Purworejo merupakan salah satu wilayah yang memiliki potensi banjir limpasan yang tinggi di Indonesia. Banjir limpasan ini menyebabkan banyak kerugian fisik, sosial dan ekonomi di Kabupaten Purworejo sehingga dibutuhkan suatu metode yang efektif dan cepat untuk menentukan potensi banjir di wilayah tersebut. Estimasi debit puncak menggunakan metode Manning dan metode Cook merupakan salah satu metode yang efektif dan cepat. Metode Manning berfungsi untuk mengukur nilai kapasitas sungai dan menguji estimasi debit puncak dengan menggunakan metode Cook yang berdasarkan pengukuran melalui data penginderaan jauh dan sistem informasi geografi. Estimasi debit puncak metode Cook menggunakan variabel penutup lahan, infiltrasi tanah, kemiringan lereng, curah hujan dan kerapatan aliran sedangkan metode Manning menggunakan variabel koefisien kekasaran permukaan saluran, luas penampang sungai pada banjir, jari-jari hidrolis dan gradient hidrolik sungai. Citra yang digunakan untuk estimasi debit puncak metode Cook yaitu citra Landsat 8 OLI dan citra SRTM. Estimasi debit puncak metode Manning di sub DAS Gesing menggunakan 3 segmen aliran sungai dengan karakteristik kondisi fisik yang berbeda. Estimasi debit puncak metode Manning segmen 1, 2 dan 3 masing-masing sebesar 253,44 m3/s; 224,23 m3/s dan 94,5 m3/s. Estimasi debit puncak sub DAS Gesing metode Cook dihasilkan nilai debit puncak DAS sebesar 546,43 m3/s. Berdasarkan kedua hasil estimasi debit puncak tersebut terdapat potensi banjir yang meluap dari sungai Gesing sebesar 292,99 m3/s. Hasil estimasi debit puncak metode Cook lebih tinggi jika dibandingkan dengan metode Manning karena debit puncak melebihi kapasitas sungai sehingga potensi terjadinya banjir limpasan di sub DAS Gesing sangat tinggi.
Kata kunci : Sub DAS Gesing, Metode Cook, Metode Manning, Penginderaan Jauh. 1. Pendahuuan
1.1 Latar Belakang
Banjir merupakan suatu permasalahan yang besar dan perlu diperhatikan pada sebagian besar DAS (Daerah Aliran Sungai) di Indonesia. Banjir diakibatkan oleh berbagai faktor yang mempengaruhi kondisi dan debit aliran sungai. Beberapa faktor yang mengakibatkan terjadinya banjir antara lain daya dukung DAS yang semakin menurun, alih fungsi lahan yang tidak sesuai, pola curah hujan yang berubah, dan morfometri sungai berupa lebar dan kedalaman sungai. Lebar dan kedalaman sungai berkaitan dengan kemampuan sungai menampung air pada kondisi maksimum.
Wilayah kajian dalam penelitian ini dipilih sub DAS Gesing yang memiliki luas sebesar 41,01 km2. Secara administrasif, DAS Gesing terletak di dua kecamatan yaitu Kecamatan Purworejo dan Kecamatan Kaligesing, Kabupaten Purworejo. Bagian hilir sub DAS Gesing berada di Kecamatan Kaligesing dan bagian hulu sub DAS Gesing berada di Kecamatan Purworejo.
Mitigasi bencana banjir dibutuhkan informasi debit puncak yang dapat terjadi dalam suatu DAS serta besarnya daya tampung sungai dalam DAS tersebut. Estimasi debit puncak DAS menggunakan metode Manning karena menghasilkan estimasi yang akurat dengan
1684 berbagai macam faktor kondisi fisik lingkungan DAS (Pratisto & Danoedoro, 2008). Data penginderaan jauh dan sistem informasi geografi untuk membantu menganalisis kejadian banjir di DAS Gesing. Metode Cook diterapkan untuk mengetahui nilai koefisien limpasan permukaan (Gunawan, 1991). Data penginderaan jauh digunakan untuk mengetahui variabel-variabel dalam mendapatkan nilai koefisien limpasan permukaan.
Metode rasional dalam menentukan debit puncak aliran permukaan mempertimbangkan waktu konsentrasi. Aliran permukaan dari semua tempat dalam DAS telah mencapai titik pembuangan dan debit puncak telah tercapai jika hujan yang jatuh telah berlangsung selama waktu konsentrasi (Haridjaja, dkk, 1990). Waktu konsentrasi yaitu waktu yang diperlukan oleh air mengakir di permukaan tanah dari tempat terjauh dalan daerah aliran untuk mencpaai tempat keluarnya pada daerah tersebut. Metode rasional mengasumsikan frekuensi jatuhan hujan dan aliran permukaan adalah sama (Arsyad, 2010).
Faktor lain yang perlu diperhitungkan dalam mengestimasi debit puncak menggunakan metode rasional yaitu nilai koefisien aliran permukaan (C). Koefisien aliran permukaan (C) didefinisikan sebagai nisbah antara laju puncak aliran permukaan terhadap intensitas hujan. Faktor utama yang mempengaruhi nilai koefisien aliran pemrukaan adalah laju infiltrasi tanah, tanaman penutup lahan, dan intensitas hujan. Sebelum ditetapkan nilai koefisien aliran permukaan (C) diperlukan penentapan interval kejadian hujan yang digunakan, luas DAS yang besangkutan, da jenis penggunaan lahan, keadaan topografi, serta sifat-sifat tanah (Arsyad, 2010). Nilai koefisien aliran permukaan dapat diestimasi salah satunya dengan menggunakan metode Cook.
Estimasi debit dengan metode rasional hanya sebatas menggambarkan debit puncak dalam suatu DAS apabila terjadi intensitas hujan maksimum pada selang waktu tertentu, melainkan nilai tersebut belum mampu menggambarkan kapasitas sungai utama dalam menampung air (Pramono dkk, 2010). Kapasitas sungai suatu DAS dapat diestimasi dengan melakukan pengukuran di lapangan, salah satunya dengan menggunakan metode Manning. Kapasitas sungai menggambarkan debit puncak dari suatu aliran sungai utama, yang mana nilai tersebut sebagai nilai ambang batas untuk menentukan suatu debit puncak dapat menimbulkan banjir atau tidak (Lee, 1980). Metode Manning mengestimasi nilai debit puncak dengan tidak harus menggunakan data debit aliran, melainkan dengan mengidentifikasi bekas banjir puncak untuk mengetahui penampang sungai utama, gradien hidrolik, dan faktor kekasaran saluran (Gunawan, 1991).
1.2 Rumusan Masalah
1) Debit aliran puncak Sub DAS Gesing pada suatu sungai disebabkan karena berbagai faktor-faktor yang tidak mudah untuk dilacak secara langsung dan membutuhkan proses yang cukup lama. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu metode yang lebih efektif dan efisien.
2) Banjir merupakan suatu fenomena yang perlu diperhatikan. Analisis mengenai banjir perlu dilakukan sebagai salah satu langkah dalam upaya mitigasi bencana banjir di Sub DAS Gesing.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan hasil estimasi debit puncak mengunakan penginderaan jauh dan sistem informasi geografis dengan debit puncak metode rasional dan debit puncak metode Manning. Hasil perbandingan nilai debit puncak dari kedua metode dapat digunakan untuk mengetahui potensi banjir di wilayah kajian serta mengetahui tingkat kesehatan sistem DAS dengan menganalisis nilai koefisien aliran permukaan.
1685 1.4 Manfaat Penelitian
1) Memberikan suatu metode penelitian yang efektif dan cepat dalam memberikan data kuantitatif potensi terjadinya bencana banjir di suatu wilayah.
2) Memberikan suatu inovasi metode penelitian dan pemetaan dalam mengurangi resiko bencana sebagai salah satu upaya mitigasi pasif bencana banjir.
2. Metode Penelitian 2.1 Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Seperangkat komputer
2. Double ring infiltrometer 3. GPS Handle 4. Pita ukur 5. Yallon 6. Pemberat 7. Tali rafia 8. ArcGIS 10.3 9. Microsoft Excel 2013
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Citra Landsat 8 Sub DAS Gesing tanggal 2 Februari 2015 2. Peta Batas Sub DAS Gesing
3. Peta Aliran Sungai Sub DAS Gesing
4. Peta Rupabumi Indonesia skala 1:25.000 Lembar 1408-231 Bagelen 5. Peta Rupabumi Indonesia skala 1:25.000 Lembar 1408-231 Purworejo 6. Data Curah Hujan Kabupaten Purworejo Tahun 2001-2010
7. Peta Geologi Bersistem Jawa skala 1:100.000 Lembar 1408-2 dan 1407-5 Yogyakarta 2.2 Tahapan Penelitian
2.2.1 Koefisien Aliran
Koefisien aliran (C) adalah bilangan yang menunjukkan perbandingan antara aliran permukaan terhadap besarnya curah hujan. Secara matematis, nilai C dirumuskan pada persamaan (1) yang mengacu pada metode Cook (Asdak, 2002). Angka koefisien aliran permukaan merupakan indikator yang menunjukkan kondisi fisik suatu DAS. Angka koefisien aliran berkisar 0 – 1. Semakin besar nilai C atau mendekati 1 maka semakin banyak curah hujan yang menjadi aliran permukaan atau jumlah air yang terinfiltrasi semakin sedikit. Nilai C yang besar menunjukkan kemungkinan terjadinya erosi yang cukup besar. Terkait dengan tingkat kesehatan DAS, nilai C yang semakin besar atau lebih dari 0.5 menunjukkan DAS yang tidak sehat.
Koefisien Aliran (C) = aliran permukaan (mm)/curah hujan (mm) … (1)
Nilai koefisien aliran permukaan diperoleh dengan menggunakan parameter lereng, infiltrasi, presentase vegetasi, dan skor kerapatan aliran (Gunawan dkk, 2012). Teknik yang digunakan dalam menghitung nilai C yaitu pemodelan kuantitatif berjenjang (overlay berjenjang) dengan sistem informasi geografi. Hasil pemodelan berupa nilai koefisien aliran pada setiap satuan lahan. Hasil skoring setiap parameter selanjutnya dijumlahkan untuk memperoleh skor total. Untuk mengetahui nilai C
1686 setiap satuan lahan, maka nilai skor total setiap satuan lahan dikalikan dengan faktor pembobot tiap satuan lahan. Faktor pembobot diperoleh dengan persamaan (2). Nilai C DAS merupakan total dari jumlah keseluruhan C setiap satuan lahan. Lihat Tabel 1, Tabel 2, Tabel 3, Tabel 4, dan Tabel 5.
Faktor pembobot tiap satuan lahan = Luas Satuan Lahan/Luas DAS … (2) 2.2.2 Estimasi Debit Puncak Metode Rasional
Estimasi debit puncak dengan metode rasional menggunakan persamaan sebagai berikut:
Qp = 0.278 C.I.A … (3) dimana:
Qp = Debit puncak (m3/s)
A = Luas daerah aliran sungai (km2)
I = Intensitas hujan maksimum selama waktu yang sama dengan waktu konsentrasi (mm/jam)
C = Koefisien aliran permukaan 0.278 = Koefisien/tetapan
Nilai intensitas hujan diperoleh melalui persamaan sebagai berikut: I = (R/24).(24/Tc)0.67… (4)
dimana:
I = Intensitas hujan rencana selama waktu konsentrasi (mm/jam) R = Hujan harian rencana (mm)
Tc = Waktu konsentrasi (jam)
Perhitungan hujan rencana menggunaan teknik Log Pearson tipe III dengan persamaan sebagai berikut:
Log Ptr = R + KS … (5) dimana:
Ptr = Hujan rencana dengan periode ulang tr R = Rerata hujan berdasarkan sampel populasi K = Faktor frekuensi
S = Standar deviasi
Perhitungan waktu konsentrasi menggunakan persamaan sebagai berikut: Tc = L/V … (6)
dimana:
L = Panjang sungai utama DAS (m)
V = 72. (H.L)0.6 dengan H berupa beda tinggi DAS (m) 2.2.3 Perhitungan Debit Puncak Metode Manning
1687 Perhitungan debit puncak selanjutnya dihitung dengan menggunakan rumus Manning sebagai berikut:
𝑄𝑝 = 1
𝑛 𝑥 𝐴 𝑥 𝑅
2/3 𝑥 𝑆1/2 … (7)
dimana:
Qp = Debit puncak (m3/detik)
A = Luas penampang sungai pada bekas banjir (m), yang besarnya: 𝐴 = (𝑑1+𝑑2
2 ) 𝑥 𝑏1 + ⋯ + ((𝑑𝑛 + 𝑑𝑛 + 1)𝑥 𝑏𝑛) … (8)
dimana:
A = Luas penampang (m2)
d = Kedalaman dasar sungai dari tinggi banjir maksimal (bekas banjir/active
flood) (m)
R = Jari-jari hidrolis, yang besarnya: 𝑅 = 𝐴
𝑃 … (9)
dimana:
R = Jari-jari hidrolis (m)
A = Luas penampang sungai pada bekas banjir (m2) P = Perimeter basah (m), yang besarnya:
𝑃 = 𝑏𝑜 + 𝑏1 + 𝑏2 + ⋯ + 𝑏𝑛 + 𝑘 … (1) … (10) 𝑑𝑖𝑚𝑎𝑛𝑎 𝑘 = 𝑘1 + 𝑘2 + ⋯ + 𝑘𝑛 … (2) … (11) dimana:
P = Perimeter basah
b = Panjang interval pada penampang maksimal sungai k = Lebar dasar sungai sesuai interval penampang S = Gradient hidrolik sungai, yang besarnya: 𝑆 = 𝐻
𝐿 … (12)
dimana:
S = Gradient hidrolik sungai
H = Beda tinggi permukaan sungai (m) L = Panjang pengukuran (m)
n = Koefisien kekasaran permukaan saluran sungai dari Manning, yang besarnya:
𝑛 = (𝑛0 + 𝑛1 + 𝑛2 + 𝑛3 + 𝑛4) 𝑥 𝑛5 … (13) dimana:
1688 n0 = Material dasar
n1 = Tingkat ketidakseragaman saluran n2 = Variasi penampang melintang saluran
n3 = Pengaruh adanya penyempitan pada penampang melintang n4 = Tanaman
n5 = Tingkat meander
2.2.4 Perhitungan Gradien Hidrolik
Pengukuran infiltrasi dilakukan dengan menggunakan alat double ring infiltrometer, penggaris dan ember. Penancapan ring infiltrometer 1 (kecil) ke dalam tanah sampai sedalam separuh dari tinggi alat dengan kedudukan tegak lurus terhadap tanah (tempat yang tidak banyak akar tumbuhan di sempadan sungai). Ring infiltrometer 2 (besar) sejajar dengan ring
infiltrometer 1 sehingga ring besar melingkar di luar ring infiltrometer 1. Ring infiltrometer 1
dengan air hingga penuh dan mengukur ketinggian muka air dalam ring dengan penggaris serta memperhitungkan waktu infiltrasi. Menghitung jumlah air yang terserap ke dalam tanah dalam satuan cm/s dan perhitungan rerata laju infiltrasi tanah.
3. Data
3.1 Peta Polygon Thiessen Curah Hujan Sub DAS Gesing Tahun 2001-2010 (Gambar 2.) Hasil dari data curah hujan yang didapatkan dari tiga macam stasiun yaitu stasiun Cengkawak, Kaligesing, dan Purworejo meliputi sub DAS Gesing. Data yang digunakan yaitu data BMKG curah hujan Kab. Purworejo tahun 2001-2010. Metode yang digunakan dalam menentukan area curah hujan di Sub DAS Gesing adalah polygon thiessen. Berdasarkan metode polygon thiessen maka dapat diketahui bahwa area yang mencakup ketiga macam stasiun di Kab. Purworejo juga mencakup area di sub DAS Gesing. Peta polygon thiessen curah hujan ini digunakan untuk menghitung cakupan area batas perhitungan hujan rencana. 3.2 Peta Tekstur Tanah sub DAS Gesing (Gambar 3.)
Peta tekstur tanah Sub DAS Gesing menunjukkan persebaran berbagai macam tekstur tanah di Sub DAS Gesing. Terdapat empat macam tekstur tanah yang mendominsi Sub DAS Gesing yaitu lempung, lempung berpasir, pasir, dan pasir berlempung. Peta tekstur tanah diekstrak melalui Peta Geologi Bersistem Jawa skala 1:100.000 Lembar 1408-2 dan 1407-5 Yogyakarta dan survei lapangan. Informasi mengenai tekstur tanah sangat dibutuhkan dalam menentukan tingkat infiltrasi tanah dan nilai koefisien aliran Sub DAS Gesing. Semakin halus tekstur tanah (lempung) maka semakin tinggi nilai koefisien aliran permukaan.
3.3 Peta Kemiringan Lereng Sub DAS Gesing (Gambar 4.)
Sub DAS Gesing memiliki kemiringan lereng yang bervariasi dan diklasifikasi menjadi empat kelas, yaitu 0%-43,5%, 43,521%-87%, 87,3%-130,5%, dan 130,51%-174%. Berdasarkan peta kemiringan lereng Sub DAS Gesing yang diekstrak melalui kontur peta RBI Bagelen dan Purworejo diketahui bahwa wilayah bagian barat memiliki kemiringan lereng yang dominan datar dan wilayah bagian timur memiliki kemiringan lereng yang bervariasi. Nilai kemiringan lereng diperlukan dalam menentukan informasi mengenai nilai koefisien aliran sub DAS Gesing. Perbedaan kemiringan lereng suatu wilayah memberikan respon kecepatan aliran permukaan yang berbeda. Semakin curam kemiringan lereng maka semakin tinggi koefisien aliran permukaan.
1689 3.4 Peta Penggunaan Lahan Sub DAS Gesing (Gambar 5.)
Peta penggunaan lahan menunjukkan berbagai jenis penggunaan lahan yang terdapat di sub DAS Gesing. Informasi mengenai jenis penggunaan lahan sub DAS Gesing diperoleh dari klasifikasi maximum likehood citra Landsat 8 OLI. Terdapat 10 jenis penggunaan lahan antara lain ladang jagung, ladang ketela, perkebunan campuran, perkebunan teh, permukiman, sabana, sawah irigasi, sawah tadah hujan, semak belukar, dan sungai. Penggunaan lahan dominan pada sub DAS Gesing yaitu sawah irigasi, semak belukar, dan perkebunan campuran. Jenis penggunan lahan sub DAS Gesing sangat mempengaruhi nilai koefisien aliran. Karakteristik penggunaan lahan yang berbeda ini memberikan respon yang berbeda terhadap kecepatan aliran permukaan. Lihat Tabel 6.
3.5 Hujan Rencana Sub DAS Gesing Tahun 2001-2010
Analisis hujan rencana memperhitungkan besarnya curah hujan dengan periode ulang tertentu yang terjadi pada suatu daerah. Analisis ini diperlukan untuk menentukan besarnya debit banjir rencana. Hujan rencana (Rn) adalah besarnya curah hujan yang direncanakan terjadi pada waktu tertentu.
Nilai curah hujan yang terekam pada tiga stasiun hujan yang terletak di Kabupaten Purworejo, yaitu stasiun Cengkawak, Kaligesing, dan Purworejo digunakan sebagai salah satu acuan dalam menentukan nilai hujan rencana. Periode perancangan nilai hujan rencana yaitu selama sepuluh tahun (2001-2010). Hasil nilai hujan rencana menunjukkan curah hujan rerata dari ketiga stasiun yang telah ditentukan sebelumnya. Sementara itu, nilai rerata hujan maksimum menunjukkan nilai curah hujan maksimum yang dapat terjadi di Sub DAS Gesing. Hujan maksimum harian rerata ini digunakan untuk menghitung hujan rencana dengan periode tertentu. Metode yang digunakan adalah menggunakan LOG PEARSON TIPE II untuk perhitungan analisis frekuensi. Berdasarkan perhitungan, harga rata-rata sampel populasi yaitu sebesar 1,169, standar deviasi yaitu sebesar 0,04 dan kemencengan atau derajat kesimetrisan yaitu sebesar 1,85. Perhitungan nilai hujan rencana ini menggunakan variabel logaritma. Variabel yang dibutuhkan adalah faktor frekuensi, standar deviasi dan rerata hujan. Perhitungan ini membutuhkan tabel faktor frekuensi untuk LOG PEARSON TIPE II. Berdasarkan perhitungan hujan rencana didapatkan nilai sebesar 16,66. Selain hujan rencana, dilakukan pula perhitungan waktu konsentrasi yang menggunakan variabel panjang sungai DAS, beda tinggi DAS. Berdasarkan perhitungan waktu konsentrasi didapatkan nilai sebesar 0,02. Informasi hujan rencana dan waktu konsentrasi ini dapat diturunkan menjadi intensitas hujan rencana. Perhitungan intensitas hujan rencana di DAS Gesing didapatkan nilai sebesar 78,369 mm/jam.
4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Koefisien Aliran Metode Cook Sub DAS Gesing
Berdasarkan perhitungan koefisien aliran DAS Gesing menghasilkan total nilai koefisien aliran DAS Gesing sebesar 61. Peta koefisien aliran DAS Gesing menunjukkan bahwa sebaran pola koefisien aliran memiliki pola yang cukup jelas dan sangat berhubungan dengan kemiringan lereng, penggunaan lahan dan litologi batuan. Koefisien aliran yang tinggi di sub DAS Gesing pada umumnya berada di satuan lahan yang memiliki kemiringan lereng yang curam, infilitrasi yang rendah dan presentase penutup vegetasi yang rendah. Nilai koefisien yang rendah ini diakibatkan oleh adanya kemiringan lereng yang datar, infiltrasi yang tinggi dan presentase penutup vegetasi yang tinggi. Wilayah bagian paling timur DAS Gesing terdapat kelas koefisien yang paling rendah sekitar 0,000715-0,227213. Nilai tertinggi
1690 koefisien aliran berada pada bagian tenggara DAS Gesing yang memiliki nilai koefisien sekitar 2,44-3,83. (Gambar 6.)
4.2 Debit Puncak Metode Rasional Sub DAS Gesing
Berdasarkan perhitungan debit puncak DAS Gesing ini dihasilkan nilai debit puncak DAS sebesar 546,43 m3/s. Konstanta yang digunakan dalam pengukuran debit puncak ini
adalah sebesar 0,278. Variabel yang digunakan untuk penentuan debit puncak DAS ini yaitu koefisien aliran permukaan hasil estimasi metode Cook, intensitas hujan rencana dan luas total DAS Gesing.
Koefisien aliran permukaan rerata hasil estimasi metode Cook DAS Gesing yang didapatkan adalah bernilai 0,6116. Intensitas hujan rencana DAS Gesing berdasarkan rentang dari tahun 2000-2010 adalah 78,367 mm/jam. Luas total DAS Gesing yaitu 41,01 km2. Nilai debit puncak DAS sebesar 546,43 m3/s ini dianggap dapat menyebabkan banjir karena
kecepatan aliran yang sangat tinggi. Debit puncak ini harus dengan keadaan yang konstan setiap waktu sehingga DAS dapat dikatakan DAS yang sehat. Hal tersebut menghindarkan dari kejadian banjir akibat kelebihan debit puncak DAS dan kejadian kekeringan akibat kekurangan debit puncak DAS.
4.3 Kekasaran Saluran Permukaan
Lihat Tabel 7. Pengukuran kekasaran saluran permukaan ini dilakukan pada 3 segmen. Pengukuran melalui 3 segmen diharapkan dapat merepresentasikan keadaan yang akurat dalam penentuan kekasaran saluran permukaan. Kondisi kekasaran permukaan segmen 1 memiliki material dasar kerakal yang kasar (n0), tingkat ketidakseragaman saluran yang halus (n1), variasi penampang melintang saluran yang lambat laun (n2), pengaruh adanya penyempitan pada penampang melintang yang diabaikan (n3), kondisi kerapatan tanaman yang rendah (n4) dan tingkat meander yang rendah (n5). Total kekasaran saluran segmen 1 sebesar 0,033.
Kondisi kekasaran permukaan segmen 2 memiliki material dasar kerakal yang berbatu (n0), tingkat ketidakseragaman saluran yang sedang (n1), variasi penampang melintang saluran yang lambat laun (n2), pengaruh adanya penyempitan pada penampang melintang yang diabaikan (n3), kondisi kerapatan tanaman yang rendah (n4) dan tingkat meander yang rendah (n5). Total kekasaran saluran segmen 2 sebesar 0,04.
Kondisi kekasaran permukaan segmen 3 memiliki material dasar kerakal yang berbatu (n0), tingkat ketidakseragaman saluran yang sedang (n1), variasi penampang melintang saluran yang kadang-kadang berubah (n2), pengaruh adanya penyempitan pada penampang melintang yang diabaikan (n3), kondisi kerapatan tanaman yang sedang (n4) dan tingkat meander yang rendah (n5). Total kekasaran saluran segmen 3 sebesar 0,05.
4.5 Kecepatan dan Gradien Hidrolik
Lihat Tabel 8. Pengukuran kecepatan aliran ini dapat mengetahui informasi terkait kemiringan hidrolik pada aliran sungai secara tidak langsung. Semakin tinggi kecepatan aliran sungai maka semakin tinggi tingkat kemiringan hidrolik. Setiap segmen pengukuran menghasilkan kecepatan aliran sungai yang berbeda-beda. Pengukuran kecepatan aliran dilakukan dengan 3 segmen. Segmen 2 merupakan segmen aliran sungai yang memiliki kecepatan aliran sungai tertinggi jika dibandingkan dengan segmen lainnya yaitu sebesar 1,068 m/s. Segmen 3 merupakan segmen aliran sungai yang memiliki kecepatan aliran sungai terendah sebesar 0,732 m/s. Segmen 2 ini dimungkinkan memiliki jumlah sedimen yang lebih sedikit, kemiringan hidrolik yang lebih curam atau lebar sungai yang sempit sehingga kecepatan aliran menjadi tinggi.
1691 Lihat Tabel 9. Pengukuran kemiringan hidrolik ini harus memperhatikan faktor kondisi bentuk aliran sungai. Lokasi yang tepat dalam melakukan pengukuran kemiringan hidrolik sungai yaitu berada pada aliran sungai yang lurus dan jauh dari bentuk aliran sungai yang sudah mengalami meandering. Pengukuran kemiringan hidrolik dilakukan pada 3 segmen dengan masing-masing jarak pengukuran 50 m. Setiap segmen memiliki beda tinggi yang berbeda-beda. Segmen 1 memiliki kemiringan hidrolik yang tertinggi dengan ukuran sebesar 0,01746 m. Hal tersebut disebabkan oleh beda tinggi yang sangat tinggi pada segmen 1. Hasil kemiringan hidrolik yang tinggi ini menyebabkan debit puncak yang menjadi tinggi.
Berdasarkan pengukuran tingkat kedalaman dasar sungai dengan 3 segmen menghasilkan keberagaman kedalaman dasar sungai pada setiap segmen. Variasi kedalaman dasar sungai yang paling tingi yaitu berada pada segmen 1. Segmen 3 memiliki variasi kedalaman dasar sungai yang agak beragam. Variasi kedalaman dasar sungai ini menghasilkan kecepatan aliran sungai yang berbeda-beda pada setiap sisi sungai. Namun semakin homogen variasi kedalaman dasar sungai memberikan kecepatan aliran yang tinggi karena gaya gesek pada dasar sungai yang kecil. (Gambar 7.)
4.6 Infiltrasi dan Tekstur Tanah
Pengamatan tekstur tanah ini hanya dilakukan pada 2 titik pengukuran tekstur tanah yaitu zona 49S X = 393235 mT, Y = 9142920 mU menghasilkan tekstur silty clay loam dan X = 393235 mT, Y = 9142920 mU menghasilkan tekstur clay loam. Tekstur tanah yang didominasi oleh lempung ini menyebabkan air permukaan sulit untuk mengalami infiltrasi sehingga sub DAS Gesing berpotensi untuk dapat terjadinya banjir. Pengukuran infiltrasi ini hanya dilakukan sekali pada zona 49S X = 393235 mT, Y = 9142920 mU yang dilakukan selama 1 jam. Berdasarkan hasil pengukuran infiltrasi ini setiap 5 menit dilakukan pengukuran sehingga menghasilkan setiap 5 menit ketinggian permukaan air turun 0,1 cm secara konstan. Hasil pengukuran infiltrasi rata-rata nilai infiltrasi yaitu sebesar 1,286 cm/menit. Lihat Tabel 10 dan Tabel 11.
4.7 Debit Puncak Metode Manning
Estimasi debit puncak metode Manning ini digunakan untuk melakukan pengujian hasil estimasi debit puncak menggunakan metode Cook berbasis penginderaan jauh dan sistem informasi geografi. Estimasi debit puncak metode Manning di sub DAS Gesing dilakukan pada 3 segmen aliran sungai. Setiap segmen aliran sungai memiliki nilai variabel yang berbeda-beda seperti kekasaran permukaan, luas penampang, jari-jari hidrologi dan gradient hidrologi sungai. Semakin besar nilai seluruh variabel maka semakin tinggi nilai debit puncak terkecuali nilai kekasaran permukaan.
Nilai debit puncak metode Manning ini juga menyatakan besaran kapasitas sungai untuk menampung debit air. Sedangkan nilai debit puncak metode Cook adalah debit puncak yang terjadi pada kondisi intensitas hujan dan perubahan fisik DAS tertentu secara aktual. Jika nilai debit puncak metode Cook melebihi nilai debit puncak metode Manning maka DAS tersebut berpotensi terjadi banjir limpasan karena melebihi kapasitas sungai dalam menampung debit air.
Berdasarkan hasil estimasi debit puncak metode Cook di sub DAS Gesing ini yaitu sebesar 546,43 m3/s. Hasil estimasi debit puncak metode Manning berada pada segmen 1, 2 dan 3 masing-masing yaitu sebesar 253,44 m3/s; 224,234 m3/s dan 94,502 m3/s. Hasil analisis debit puncak metode Cook dan metode Manning ini menghasilkan potensi banjir limpasan yang terbesar dengan debit aliran sebesar 451,928 m3/s pada segmen 3. Hal tersebut
1692 dikarenakan kapasitas sungai pada segmen 3 merupakan kapasitas sungai terkecil dibandingkan dengan segmen yang lainnya. Segmen 1 yang memiliki kapasitas sungai terbesar juga mengalami potensi banjir limpasan yang cukup tinggi yaitu 292,99 m3/s. Karakteristik sub DAS Gesing yang memiliki debit puncak yang tinggi ini membuat sub DAS Gesing berada kategori sub DAS yang berpotensi tinggi terhadap bencana banjir limpasan.
5. Kesimpulan
Estimasi debit puncak metode Cook sub DAS Gesing ini yaitu sebesar 546,43 m3/s. Hasil
estimasi debit puncak metode Manning berada pada segmen 1, 2 dan 3 masing-masing yaitu sebesar 253,44 m3/s; 224,234 m3/s dan 94,502 m3/s. Hasil analisis debit puncak metode Cook dan metode Manning ini menghasilkan potensi banjir limpasan yang terbesar dengan debit aliran terbesar 451,928 m3/s pada segmen 3. Berdasarkan nilai selisih antara estimasi debit
puncak metode Cook dan debit puncak metode rasional memiliki rentang nilai selisih yang sangat tinggi. Hal tersebut mengindikasikan bahwa sub DAS Gesing memiliki potensi bencana banjir luapan yang tinggi.
Acknowledgements
Kami berterima kasih Dr. Prima Widayani, M.Si dalam memberikan dukungan dalam penelitian ini. Kami juga berterima kasih kepada US Geological Survey (USGS) untuk mengakses Citra Landsat 8 OLI, Badan Informasi Geospasial (BIG) untuk data Peta Rupabumi Indonesia dan Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) untuk data curah hujan sub DAS Gesing. Kami juga mengucapkan terima kasih kepada semua pengulas anonim atas pekerjaan mereka yang telah berdedikasi. Hal tersebut sangat membantu dalam revisi tulisan ini. Dana penelitian ini didukung oleh Program Studi Kartografi dan Penginderaan Jauh, Fakultas Geografi, Universitas Gadjah Mada.
Daftar Pustaka
Arsyad, S. 2010. Konservasi Tanah dan Air. Bogor: IPB Press.
Asdak, C. 2002. Hidrologi dan Pengelolaan DAS. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press Gunawan, T., Sudaryatno, Gisarsih, S. 2012. Pedoman Karakteristik DAS. Laporan Penelitian
Kerjasama. Kementrian Kehutanan Republik Indonesia.
Gunawan. 1991. Penerapan Teknik Penginderaan Jauh untuk Menduga Debit Puncak: Studi Kasus di DAS Bengawan Solo Hulu Jawa Tengah. Disertasi. Bogor: Institut Pertanian Bogor
Haridjaja, O., Murtilaksono, K, Sudarmono, dan Rachman, L.M. 1990. Hidrologi Pertanian. Bogor: Jurusan Tanah, Institut Pertanian Bogor (IPB).
Lee, R. 1980. Hidrologi Hutan. Subagio S, penerjemah; Prawirohatmodjo S, editor. 1986. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press. Terjemahan dari: Forest Hydrology. Pramono, I.B., Wahyuningrum, N., dan Wuryanta, A. 2010. Penerapan Metode Rasional
untuk Estimasi Debit Puncak Pada Beberapa Luas Sub DAS. Jurnal Penelitian
1693 Pratisto, Arif & Danoedoro, Projo. 2008. Dampak Perubahan Penggunaan Lahan Terhadap Respons Debit dan Bahaya Banjir (Studi Kasus di DAS Gesing, Purworejo).
Pertemuan Ilmiah Tahunan MAPIN XII ITB Bandung. Vol. 1
Rahim, SE. 2006. Pengendalian Erosi Tanah: Dalam Rangka Pelestarian Lingkungan Hidup. Jakarta: PT. Bumi Aksara.
Gambar 1. Peta Batas Sub DAS Gesing
1694 Gambar 3. Peta Tekstur Tanah Sub DAS Gesing
1695 Gambar 5. Peta Penggunaan Lahan Sub DAS Gesing
Gambar 6. Peta Koefisien Aliran Metode Cook
Gambar 7. Variasi Kedalaman Dasar Sungai
Tabel 1. Skor Parameter Kemiringan Lereng Kemiringan Lereng Konfigurasi Relief Skor 0 – 5 % Datar 10 5 – 10% Bergelombang 20 10 – 30% Perbukitan 30 >30% Medan Terjal dan Kasar 40
Tabel 2. Skor Parameter Infiltrasi
Tingkat Infiltrasi Karakteristik Medan Skor
Cepat Pasir dalam atau tanah lain yang mampu menyerap lebih cepat 5 0 1 2 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
Segmen 1
0 2 4 1 4 7 10 13 16 19 22 25Segmen 2
0 1 2 1 4 7 10 13 16 19 22Segmen 3
1696 Sedang Lempung dalam dengan infiltrasi kira-kira setipe dengan
tanah pasir
10
Lambat Material liat/tanah lain dengan kapasitas infiltrasi rendah 15
Sangat lambat
(diabaikan)
Tidak ada penutup tanah efektif, lapisan tanah tipis 20
Tabel 3. Skor Presentase Penutup Lahan
Kondisi Penutup Lahan Skor
Kira-kira 90% tertutup baik oleh kayu atau sejenisnya 5 Kira-kira 50% tertutup baik oleh pepohonan dan rerumputan
10
Tanaman penutup sedikit, tidak ada tanaman pertanian dan penutup alam sedikit
15
Tidak ada penutup efektif atau sejenis 20 Tabel 4. Skor Kerapatan Aliran
Kriteria Kerapatan Aliran (mil/mil2) Skor Tinggi >5 5 Normal 2 – 5 10 Rendah 1 – 2 15 Diabaikan <1 20
Tabel 5. Tetapan Kekasaran Manning (Manning Roughness Coefficient) Keadaan Saluran Karakteristik n Koefisien
Material Dasar Tanah n0 0.02
Batu 0.024
Gravel Halus 0.025
Gravel Kasar 0.028
1697 Ketidakseragaman
Saluran Agak halus 0.005
Sedang 0.01 Kasar 0.02 Variasi Penampang Melintang Saluran Lambat Daun n2 0 Kadang-kadang Berubah 0.005 Sering Berubah 0.01 – 0.015 Pengaruh adanya Penyempitan pada Penampang Melintang Diabaikan n3 0 Agak Berpengaruh 0.01 – 0.015 Cukup Berpengaruh 0.02 – 0.03 Sangat Berpengaruh 0.04 – 0.06 Tanaman Rendah n4 0.0005 – 0.01 Sedang 0.01 – 0.025 Tinggi 0.025 – 0.05 Sangat Tinggi 0.05 – 0.1
Tingkat Meander Rendah n5 1
Sedang 1.15
Tinggi 1.3
Tabel 6. Perhitungan Hujan Rancangan Sub DAS Gesing
Tahu n C (m m) K (m m) P (mm) Koefisien CH MCH (mm) C K W C (mm) K (mm) P (mm) 2001 56.5 71.7 5 60.5 0.139 0 0.003 47 0.857 44 7.858 3 0.249 0 51.87 52 19.99 42
1698 2002 26.2 5 30.3 32.66 0.139 0 0.003 47 0.857 44 3.650 9 0.105 1 28.00 98 10.58 86 2003 50.6 62.8 51.83 3 0.139 0 0.003 47 0.857 44 7.037 7 0.218 0 44.44 41 17.23 32 2004 46.5 73.6 48.5 0.139 0 0.003 47 0.857 44 6.467 4 0.255 5 41.58 59 16.10 29 2005 52.5 66.2 5 51 0.139 0 0.003 47 0.857 44 7.301 9 0.230 0 43.72 95 17.08 71 2006 38.1 56.2 51.58 3 0.139 0 0.003 47 0.857 44 5.299 1 0.195 1 44.22 97 16.57 46 2007 40.8 104. 6 47.84 1 0.139 0 0.003 47 0.857 44 5.674 6 0.363 1 41.02 15 15.68 64 2008 49.5 64.2 5 37.1 0.139 0 0.003 47 0.857 44 6.884 7 0.223 0 31.81 11 12.97 29 2009 45.4 22.2 2 10.25 0.139 0 0.003 47 0.857 44 6.314 4 0.077 1 8.788 79 5.060 13 2010 65.7 51.4 89.75 0.139 0 0.003 47 0.857 44 9.137 9 0.178 4 76.95 55 28.75 72 C: Cengkawak; K: Kaligesing; P: Purworejo; CH: Curah Hujan Rerata; MCH: Rerata Hujan Maksimum
Tabel 7.Pengukuran Kekasaran Saluran Permukaan
Keadaan Saluran Segmen 1 2 3 n0 Gravel
Kasar 0.028 Batu 0.025 Batu 0.025
n1 Halus 0 Sedang 0.01 Sedang 0.01
n2 Lambat Laun 0 Lambat laun 0 Kadang berubah 0.005
n3 Diabaikan 0 Diabaikan 0 Diabaikan 0
n4 Rendah 0.005 Rendah 0.005 Sedang 0.01
n5 Rendah 1 Rendah 1 Rendah 1
1699 n: Koefisien kekasaran permukaan; n0: Material dasar; n1: Tingkat ketidakseragaman saluran; n2: Variasi penampang melintang saluran; n3: Pengaruh adanya penyempitan pada penampang melintang; n4: Kondisi kerapatan tanaman; n5: Tingkat meander
Tabel 8.Pengukuran Kecepatan Aliran H (m) t (s) v (m/s) Segmen 1 10 10,16 0,984 Segmen 2 10 9,3625 1,068 Segmen 3 10 13,65 0,732
H: Beda tinggi; t: Waktu; v: Kecepatan Tabel 9.Pengukuran Kemiringan Hidrolik
H (m) L (m) S
Segmen 1 0,873 50 0,01746
Segmen 2 0,43 50 0,0087
Segmen 3 0,349 50 0,00698
H: Beda tinggi; L: Panjang
Tabel 10.Pengukuran Infiltrasi Tanah
No T (menit ke) TI (menit) H (cm) 1 1 0 7.2 2 5 5 7 3 10 5 6.9 4 15 5 6.7 5 20 5 6.6 6 25 5 6.5 7 30 5 6.4 8 35 5 6.3 9 40 5 6.2
1700 10 45 5 6.1 11 50 5 6 12 55 5 5.9 13 60 5 5.8 Jumlah 83.6 Rerata 6.43076 9
T: Waktu; TI: Waktu Infiltrasi; H: Tinggi
Tabel 11.Debit Puncak Metode Manning Segmen 1 Segmen 2 Segmen 3 N 0.033 0,04 0,05 A (m2) 69,53 102,5 70,2 R (m) 0,86855 0,9086 0,7231 S (m) 0,0174 0,0087 0,00698 Qp (m3/s) 253,44 224,234 94,502 Potensi Banjir (m3/s) 292,99 322,196 451,928
n: Kekasaran permukaan; A: Luas penampang; R: Jari-jari hidrologi; S: Gradient hidrolik sungai; Qp: Debit puncak
