DEBIT PUNCAK ALIRAN PERMUKAAN DAN WAKTU MENUJU DEBIT PUNCAK DIPENGARUHI KARAKTERISTIK GEOMORFOLOGI DAS, SERTA PEMODELAN
DEBIT ALIRAN PERMUKAAN
(EFFECTS OF WATERSHED GEOMORPHOLOGY CHARACTERISTICS ON PEAK DISCHARGE OF RUNOFF AND TIME TO PEAK DISCHARGE , AND MODELLING DISCHARGE OF RUNOFF)
M. Luthful Hakim1*), Oteng Haridjaja2), Sudarsono 2), dan Gatot Irianto 3)
1*)BPTP Kalimantan Timur Jl. Pangeran M. Noor, Sempaja, Samarinda, Kalimantan Timur
Telp. 0541-220857
2)Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian Institut Pertanian Bogor
3)Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian Departemen Pertanian
Jl. Ragunan 29, Pasar Minggu, Jakarta Selatan 12540
*) E-mail: [email protected]
ABSTACT
Research of effects watershed geomorphology characteristics on peak discharge of runoff and time to peak discharge, and modelling discharge of runoff must be conducted, because watershed management in Indonesia. The objective of this research are: 1) to study effects of geomorphology characteristics on peak discharge of runoff, and 2) to design prediction model of discharge runoff. The result indicate that geomorphology characteristics of watershed (geometric and morphometric) have an effect to peak discharge of runoff and time to peak discharge, when lower total channel-segment
length, gravelius index, bifurcation ratio ( Rb), and
ratio of mean length (RL) of watershed will have to
higher peak discharge of runoff and higher drainage density will have a lower time to peak discharge. Model of discharge runoff by production function and transfer function models have a high accuration
level (F>85%) between simulation and
measurement result.
Keywords: geomorphology characteristics, peak discharge, runoff, time to peak discharge, watershed
ABSTRAK
Penelitian mengenai pengaruh karakteristik
geomorfologi DAS terhadap debit puncak aliran permukaan dan waktu menuju debit puncak, serta pemodelan debit aliran permukaan perlu dilakukan,
karena untuk pengelolaan DAS di Indonesia. Penelitian bertujuan untuk: 1) mengetahui pengaruh karakteristik geomorfologi terhadap debit puncak aliran permukaan dan waktu menuju debit puncak, dan 2) menyusun model pendugaan debit aliran permukaan. Hasil analisis menunjukkan bahwa karakteristik geomorfologi DAS sangat ber-pengaruh terhadap besarnya debit puncak aliran permukaan (volume puncak aliran permukaan) dan waktu menuju debit puncak. Semakin pendek panjang total jaringan sungai, dan kecil indek gravelius (bentuk DAS), rasio percabangan sungai
(Rb), dan rasio rata-rata panjang sungai (RL) akan
semakin tinggi debit puncak aliran permukaan, dan semakin tinggi kerapatan jaringan, drainase DAS akan memiliki waktu menuju debit puncak yang lebih rendah dibandingkan dengan DAS yang memiliki kerapatan jaringan drainase rendah. Pemodelan debit aliran permukaan berdasarkan model fungsi produksi dan fungsi transfer pada DAS Usup, Soyi, dan Badin memiliki tingkat akurasi yang tinggi (F>85%) antara hasil simulasi dengan hasil pengukuran.
Kata kunci: geomorfologi, debit puncak, aliran permukaan, waktu menuju debit puncak, daerah aliran sungai
PENDAHULUAN
Pemodelan debit aliran permukaan sangat diperlukan untuk menganisis banjir. Hal tersebut dilatarbelakangi meningkatnya intensitas bencana banjir di Indonesia sebagai dampak dari kerusakan lahan dan DAS. Ada dua besaran (magnitude) penting yang harus dikomputasi secara akurat dalam analisis banjir yaitu: debit puncak (peak discharge) dan waktu menuju debit puncak (time to peak
discharge). Debit puncak berkaitan erat dengan
tingkat bahaya/resiko banjir yang akan terjadi, sedangkan waktu menuju debit puncak sangat menentukan lamanya waktu untuk evakuasi korban. Berdasarkan ilustrasi tentang analisis banjir dan besaran pencirinya, maka kemampuan analisis sistem hidrologi dalam pemodelan debit aliran permukaan menentukan tingkat akurasi dan presisi dalam pendugaan debit puncak dan waktu menuju debit puncak untuk analisis penanggulangan banjir. Kedua besaran tersebut secara faktual merupakan respons hidrologis daerah aliran sungai untuk setiap perubahan masukan (input).
Perkembangan teknik komputasi untuk menduga besaran debit puncak aliran dan waktu respon (unit hidrograf) sudah banyak dilakukan. Teknik komputasi tersebut diantaranya ialah model TOPMODEL (Beven dan Kirkby, 1979), AGNPS (Young et al., 1990), ANSWERS (Beasley dan Huggins, 1991), HEC HMS (USACE, 2000), dan SWAT (Neitsch et al., 2001). Namun demikian model-model tersebut membutuhkan kelengkapan seri data yang cukup tinggi, baik data iklim, tanah, topografi, maupun jenis penggunaan lahan, sedangkan kelengkapan data tersebut sering menjadi problem dalam penggunaan model-model tersebut di Indonesia.
Berkenaan dengan hal tersebut di atas, maka perlu disusun suatu model sederhana dalam pendugaan debit aliran permukaan berdasarkan model fungsi produksi dan fungsi transfer. Fungsi produksi menyatakan transformasi curah hujan bruto menjadi curah hujan netto (curah hujan sisa) melalui dua tahapan proses yaitu: intersepsi oleh tajuk tanaman dan infiltrasi tanah. Fungsi transfer ialah transformasi curah hujan neto menjadi debit aliran permukaan, dimana debit aliran permukaan dihitung berdasarkan akumulasi hujan netto yang
berasal dari setiap titik di permukaan DAS yang mencapai titik pelepasan DAS menurut fungsi jarak. Dalam pemodelan hujan-limpasan, ada satu hal yang sangat menarik tentang hubungan antara respons hidrologi dengan karateristik geomorfologi DAS. Berdasarkan hasil penelitian Irianto et al. (2001), Cudennec et al. (2003) menunjukkan bahwa respons hidrologi DAS merupakan fungsi kerapatan peluang (probability density function/pdf) DAS berorder satu, dan fungsi kerapatan peluang tersebut sangat dipengaruhi oleh karakteristik geomorfologi DAS (panjang total jaringan sungai, bentuk DAS,
kerapatan jaringan sungai, rasio percabangan/Rb,
dan rasio rata-rata panjang sungai/RL).
Penelitian bertujuan untuk mengetahui
pengaruh karakteristik geomorfologi DAS
(geometrik dan morfometrik) terhadap debit puncak aliran permukaan dan waktu menuju debit puncak dan menyusun model debit aliran permukaan berdasarkan fungsi produksi dan fungsi transfer.
BAHAN DAN METODE
Penelitian dilakukan di 3 Sub DAS Separi (Sub DAS Separi-Usup, Sub DAS Separi-Badin, dan Sub DAS Separi-Soyi), Kecamatan Tenggarong Seberang, Kabupaten Kutai Kartanegara, Provinsi Kalimantan Timur (Gambar 6). Penelitian lapang dimulai pada bulan Januari sampai Juni 2006.
Metode penelitian dalam penelitian
didasarkan pada beberapa tahapan, yaitu: 1) pengumpulan data, 2) parameterisasi model, 3) penyusunan model simulasi, dan 4) uji akurasi model.
1. Pengumpulan Data
Untuk mengembangkan model debit aliran permukaan, maka dilakukan pengamatan tinggi muka air (TMA) pada tiga Sub DAS Separi, yakni : 1) DAS Usup (didominasi klas tekstur tanah liat), 2) DAS Soyi (didominasi klas tekstur tanah pasir), dan 3) DAS Badin (didominasi klas tekstur tanah lempung). Data iklim diperoleh dari stasiun iklim (AWS) Separi, Lempake, dan Marang Kayu. Selain data tersebut, juga dilakukan pemasangan alat penakar hujan semi-otomatis di daerah Seleko, Separi (Gambar 6).
2. Parameterisasi Model
Perhitungan Intersepsi didasarkan pada persamaan yang telah dikembangkan oleh Aston (1979 dalam De Roo et al., 1999) ialah sebagai berikut : SMAX PCUM p) (1 e 1 SMAX INTCP …...1)
INTCP ialah intersepsi kumulatif (mm), PCUM ialah curah hujan kumulatif (mm), SMAX ialah kapasitas simpanan maksimum (mm), p ialah faktor koreksi (1-0,046.LAI). Perhitungan kapasitas intersepsi maksimum diduga dengan menggunakan persamaan yang dikembangkan oleh Von Hoyningen-Huene, 1981 dalam De Roo et al., 1999
SMAX = 0.935 + 0.498.LAI – 0.00575.LAI2 ...2)
SMAX ialah kapasitas simpanan maksimum (mm), LAI ialah indeks luas daun. Untuk penentuan indeks luas daun (LAI) didasarkan pada persamaan sebagai berikut (Geomatica, 2004) : ln(0.75) ln(SAVI) 0.6.ln(0.65) LAI …(3)
SAVI merupakan indek vegetasi yang sangat ditentukan oleh jenis tanah dan menurut Huete (1988), persamaannya ialah sebagai berikut :
L)
red
(nir
red)
-(nir
*
L)
(1
SAVI
…...(4)L ialah konstanta yang bernilai 0.5.
Perhitungan infiltrasi didasarkan pada
persamaan Horton (1940 dalam Bedient dan Huber, 1992) dan ditentukan berdasarkan pada masing-masing respons hidrologis atau kombinasi antara jenis tanah dengan jenis penggunaan lahan. Persamaan laju infiltrasi ialah sebagai berikut :
f (t) = fc + (fo - fc)e-Kt ……... (5)
f(t) ialah kapasitas infiltrasi pada waktu t (mm/menit), fo ialah kapasitas infiltrasi awal (mm/menit), fc ialah kapasitas infiltrasi konstan (mm/menit), t ialah waktu (menit), k ialah konstanta yang dipengaruhi oleh tanah dan tanaman (per menit).
Perhitungan parameter topografi (fungsi kerapatan peluang) didasarkan pada metode yang dikembangkan oleh Duchesne dan Cudennec (1998
dalam Irianto et al., 2001). Persamaan matematis
dari fungsi kerapatan peluang (pdf) ialah sebagai berikut :
2L nL 1 2 n 2 n exp L 2 n 1 L 2 n ) L (
...6)ρ(L) ialah fungsi kerapatan peluang (pdf) dari panjang jaringan sungai berorder 1, n ialah order
maksimum DAS menurut kriteria Strahler, L ialah
panjang rata-rata jaringan sungai (m), ialah fungsi gamma, L ialah panjang maksimum jaringan sungai (m). Fungsi kerapatan peluang (pdf) merupakan fungsi dari panjang jaringan sungai berorder-1 (L), yang mana untuk merekonstruksi jaringan sungai tersebut digunakan data DEM (Digital Elevation
Model) SRTM (Shuttle Radar Tophography Mission). Selanjutnya ditetapkan isokron, yaitu :
tempat kedudukan titik-titik di permukaan DAS yang memiliki waktu tempuh yang sama menuju outlet, dan kemudian membuat kurva kerapatan jaringan sungai DAS berorder 1 yang didasarkan pada selang isokron. Penentuan selang isokron didasarkan pada persamaan sebagai berikut :
t V.
I(L)
………...(7)
ΔI(L) ialah interval isokron sebagai fungsi jarak tempuh (m), V ialah kecepatan rata-rata aliran (m/detik), dan t ialah selang waktu pengamatan (360 detik). Kecepatan rata-rata aliran permukaan (V) juga dapat di hitung berdasarkan perbandingan antara panjang rata-rata jaringan sungai dengan waktu respons, dan persamaan matematisnya sebagai berikut : r t L V ...(8)
L
ialah panjang rata-rata jaringan sungai (m) dan trialah waktu respons (detik). 3. Model Simulasi
Dalam pemodelan debit aliran permukaan, ada dua tahap yang harus dilakukan yaitu: 1) pemodelan fungsi produksi, dan 2) pemodelan fungsi transfer (Gambar 1).
Pemodelan fungsi produksi (perhitungan curah hujan netto) didasarkan pada selisih antara curah hujan bruto yang tercatat di penangkar hujan (Pb) dengan jumlah air yang diintersepsi oleh
tanaman (INTCP) dan air yang diinfiltrasikan ke
dalam tanah (f(t)). Secara matematis
perhitungannya ialah sebagai berikut :
Pn(t) = Pb – {INTCP(t) + f(t)}...(9)
Perhitungan fungsi transfer (debit
simulasi/Qs) dihitung berdasarkan produk konvolusi antara curah hujan netto (Pn) dengan fungsi kerapatan peluang (pdf) dan luas DAS (A). Secara matematis persamaannya ialah sebagai berikut :
xA
x
(
t
)}
Pn(t)
{
s
Q
………...(10)Qs ialah debit simulasi (m3/detik), ρ(t) ialah fungsi
kerapatan peluang (pdf), dan A ialah luas DAS (m2).
4. Uji Akurasi
Uji akurasi model debit simulasi didasarkan dengan membandingkan debit simulasi dan debit pengukuran menurut persamaan Nash dan Sutcliffe (1970 dalam Irianto et al.,1999) , seperti berikut :
N pr s N p sQ
Q
Q
Q
F
1 2 2 1)
(
)
(
1
…………(11)F ialah akurasi model, Qpr ialah debit rata-rata
pengukuran, Qs ialah debit simulasi dan Qp ialah debit pengukuran. Besarnya nilai F menurut metode Nash dan Sutcliffe terbagi dalam tiga kelompok yaitu : 1) tingkat akurasi rendah jika F ≤ 0,50, 2) tingkat akurasi sedang jika 0.50 < F < 0.70 dan 3) tingkat akurasi tinggi jika F ≥ 0.70
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Geomorfologi DAS
Berkenaan dengan analisis debit aliran permukaan (unit hidrograf), maka gambaran atau informasi mengenai karakteristik geomorfologi DAS (geometrik dan morfometrik) sangat penting. Karakteristik geometrik DAS Badin, Soyi, dan Usup ialah DAS yang berukuran kecil, karena memiliki ukuran yang kurang dari 1000 Ha dan mempunyai bentuk yang memanjang. DAS
tersebut dicirikan oleh Indeks Gravelius (KG) yang
masing-masing ialah1.31; 1.32; dan 1.42 (Tabel 1). Menurut Chow (1964) Indeks Gravelius suatu DAS kurang dari atau sama dengan 1,00 merupakan DAS
yang berbentuk bulat, dan bila Indeks Graveliusnya berkisar antara 1.15 – 1.20, maka DAS tersebut berbentuk persegi, serta bila DAS tersebut memiliki Indeks Gravelius lebih dari 1.20, maka DAS tersebut berbentuk memanjang. Berkenaan dengan gambaran tentang karakteristik geometrik dari ketiga DAS, menunjukkan bahwa ketiga DAS tersebut yang akan menghasilkan hidrograf dengan debit puncak lebih rendah dan waktu respons yang lebih lama.
Menurut Bras (1990) dan Chow (1964) DAS yang memiliki bentuk memanjang akan meng-hasilkan debit puncak yang lebih rendah dan waktu respons yang lebih lama, jika dibandingkan dengan DAS yang berbentuk bulat dengan ukuran sama dari suatu kejadian hujan. Hal tersebut terjadi karena akumulasi volume air di titik keluaran (outlet) DAS saat hujan, tidak terjadi pada waktu yang relatif bersamaan akan tetapi terbagi sepanjang jarak dari titik terjauh DAS sampai dengan outlet. Dengan demikian, resiko banjir dari DAS yang berbentuk memanjang lebih kecil dibandingkan dengan DAS berbentuk bulat.
Karakteristik morfometrik dari ketiga DAS (DAS Badin, Soyi, dan Usup) memiliki pola aliran dendritik dengan kerapatan jaringan drainase
masing-masing ialah 3l.80 km/km2 (DAS Badin),
5.01 km/km2 (DAS Soyi), dan 4.59 km/km2 (DAS
Usup). Untuk rasio percabangan sungai (Rb)
menurut Hukum Horton untuk ketiga DAS masing-masing ialah 4.00 (DAS Badin), 4.00 (DAS Soyi), dan 4.75 (DAS Usup). Rasio rata-rata panjang
sungai (RL) untuk ketiga DAS masing-masing ialah
1.69 (DAS Badin), 2.07 (DAS Soyi), dan 2.96 (DAS Usup). Menurut Schumm (1956 dalam Rodriguez-Itubo dan Valdes, 1979) bahwa rasio
percabangan sungai (Rb) dan rasio rata-rata panjang
sungai (RL secara normal masing- masing berkisar
antara 3 – 5 untuk Rb dan 1.5 – 3.5 untuk RL.
Pengaruh Karakteristik Geomorfologi DAS terhadap Debit Puncak dan Waktu Menuju Debit Puncak
Untuk mengetahui pengaruh karakteristik geomorfologi DAS terhadap debit puncak aliran permukaan dan waktu menuju debit puncak diantara ketiga DAS yang memiliki luas yang
dilakukan uji beda (ANOVA) terhadap rasio debit puncak dengan luas DAS (volume puncak aliran permukaan). Berdasarkan hasil analisis uji beda (ANOVA), menunjukkan bahwa terdapat perbedaan yang nyata (=5%) untuk volume puncak aliran permukaan (rasio Qp/Luas DAS) antara DAS Usup dan DAS Soyi dengan DAS Badin, kecuali pada volume puncak aliran permukaan antara DAS Usup dengan DAS Soyi (Tabel 3 dan Gambar 2). Selain hal tersebut juga terdapat perbedaan yang nyata untuk waktu menuju debit puncak antara DAS Usup dan DAS Badin dengan DAS Soyi, kecuali antara DAS Usup dengan DAS Badin.
Berdasarkan Tabel 3 dan Gambar 2, menunjukkan bahwa perbedaan besarnya debit puncak aliran permukaan (rasio Qp/luas DAS) sangat dipengaruhi oleh karakteristik geomorfologi dari ketiga DAS (Tabel 1 dan 2), dimana semakin pendek panjang total jaringan sungai, dan semakin rendah Indek Gravelius (bentuk DAS), rasio
percabangan sungai (Rb), dan rasio rata-rata panjang
sungai (RL), maka akan semakin tinggi debit puncak
aliran permukaan (rasio Qp/luas DAS). Berdasarkan Tabel 3 dan Gambar 3, untuk waktu menuju debit puncak dari ketiga DAS tersebut juga sangat dipengaruhi oleh kerapatan jaringan drainase (tabel 2), dimana makin tinggi kerapatan jaringan drainase DAS Soyi akan memiliki waktu respons (waktu menuju debit puncak) yang lebih rendah dibandingkan dengan DAS Soyi (Tabel 3 dan Gambar 2). Selain hal tersebut, juga terdapat perbedaan yang nyata untuk waktu menuju debit puncak antara DAS Usup dan DAS Badin dengan DAS Soyi, kecuali antara DAS Usup dengan DAS Badin.
Tabel 3 dan Gambar 2, menunjukkan bahwa perbedaan besarnya debit puncak aliran permukaan (rasio Qp/luas DAS) sangat dipengaruhi oleh karakteristik geomorfologi dari ketiga DAS (Tabel 1 dan 2). Semakin pendek panjang total jaringan
sungai, dan semakin rendah Indek Gravelius
(bentuk rata panjang sungai (RL), maka akan
semakin tinggi debit puncak aliran permukaan (rasio Qp/luas DAS). Selain hal tersebut, berdasarkan Tabel 3 dan Gambar 3, waktu menuju debit puncak dari ketiga DAS tersebut juga sangat dipengaruhi oleh kerapatan jaringan drainase (tabel 2), dimana makin tinggi kerapatan jaringan drainase DAS Soyi akan memiliki waktu respons (waktu menuju debit puncak) yang lebih rendah dibandingkan dengan DAS Usup dan Badin. Menurut Rodriguez-Iturbo dan Valdes (1979), karakteristik geomorfologi DAS sangat ber-pengaruh terhadap debit puncak aliran permukaan dan waktu menuju debit puncak, dengan panjang total jaringan sungai yang semakin pendek, dan
rasio percabangan sungai (Rb), dan rasio rata-rata
panjang sungai (RL) yang makin rendah, maka akan
semakin tinggi debit puncak aliran permukaan dan mempercepat waktu menuju debit puncak.
Pemodelan Debit Aliran Permukaan
Pemodelan debit aliran permukaan sangat penting dalam pendugaan banjir (debit puncak dan waktu respons/waktu menuju debit puncak) dan pengelolaan DAS. Hasil pengujian model pendugaan debit aliran permukaan berdasarkan model fungsi produksi dan fungsi transfer pada ketiga Sub DAS Separi (DAS Usup, Soyi, dan Badin) memiliki rata-rata tingkat akurasi atau kemiripan yang tinggi antara hasil simulasi dibandingkan dengan hasil pengukuran ialah >85% (Tabel 4). Hasil analisis simulasi debit aliran permukaan pada periode hujan tanggal 8 April 2006, yang curah hujan total di DAS Usup sebesar 45.01 mm diintersepsi oleh tanaman sebesar 1.58 mm dan terinfiltrasi ke dalam tanah sebesar 37.58 mm, sedangkan curah hujan limpahannya/sisanya ialah 5.84 mm atau menjadi debit aliran permukaan
Gambar 1. Pemodelan Fungsi Produksi dan Fungsi Transfer DAS
(Figure 1. Modelling of Watershed Production Function and Transfer Function)
Pada episode hujan tanggal 14 April 2006 (Gambar 3b), curah hujan total sebesar 30.88 mm diintersepsi oleh tanaman sebesar 1.08 mm dan terinfiltrasi ke dalam tanah sebesar 24.06 mm, sedangkan curah hujan limpahannya/ sisanya ialah 5.75 mm atau menjadi debit aliran
permukaan (runoff) sebesar 26.99 m3 per detik.
Episode hujan tanggal 23 April 2006 (Gambar 3c), curah hujan total sebesar 40.53 mm diintersepsi oleh tanaman sebesar 1.41 mm dan terinfiltrasi ke dalam tanah sebesar 32,81 mm, sedangkan curah hujan limpahannya/sisanya sekitar 6.31 mm atau menjadi debit aliran
permukaan (runoff) sebesar 29.64 m3 per detik.
Hasil analisis debit aliran permukaan simulasi di DAS Soyi pada episode hujan tanggal 8 April 2006, dimana curah hujan total yang jatuh di DAS Soyi sebesar 45.01 mm akan diintersepsi oleh tanaman sebesar 1.49 mm dan akan terinfiltrasi ke dalam tanah sebesar 34.06 mm,
sedangkan curah hujan limpahannya/sisanya sekitar 9.45 mm menjadi debit aliran permukaan
(runoff) sebesar 35.95 m3 per detik (Gambar 4a).
Episode hujan tanggal 14 April 2006 (Gambar 4b), mempunyai curah hujan total sebesar 30.88 mm diintersepsi oleh tanaman sebesar 1.08 mm dan terinfiltrasi ke dalam tanah sebesar 21.17 mm, sedangkan curah hujan limpahannya/sisanya sekitar 8.70 mm atau menjadi debit aliran
permukaan (runoff) sebesar 33.06 m3 per detik.
Pada episode hujan tanggal 23 April 2006 (Gambar 4c), curah hujan total sebesar 40.53 mm diintersepsi oleh tanaman sebesar 1.33 mm dan terinfiltrasi ke dalam tanah sebesar 29.18 mm, sedangkan curah hujan limpahannya/sisanya ialah 10.02 mm atau menjadi debit aliran permukaan (runoff)sebesar
40.04 m3 per detik.
Hasil analisis simulasi debit aliran per-mukaan untuk DAS Badin, pada episode hujan tanggal 14 April 2006 (Gambar 5a) yang Debit Pengukuran
(Q p) Uji Akurasi(Nash dan Sutcliffe) Peta Respon Hidrologis Intersepsi (INTCP) Infiltrasi (f) Curah Hujan Bruto (Pb)
Curah Hujan Netto (Pn) Pn = Pb – (INTCP + f) DEM (Elevasi) Rekonstruksi Jaringan Drainase (pdf) Debit Simulasi (Q s) Peta Jenis Tanah Peta Tutupan/Peng-gunaan Lahan Terklasifikasi Citra Landsat 7 ETM+ Deleniasi DAS (Luas DAS/A)
mempunyai curah hujan total sebesar 30.88 mm diintersepsi oleh tanaman sebesar 0.99 mm dan terinfiltrasi ke dalam tanah sebesar 15.21 mm, sedangkan curah hujan limpahannya/sisanya sebesar 14.68 mm menjadi debit aliran permukaan
(runoff) sebesar 20.65 m3 per detik. Untuk episode
hujan tanggal 23 April 2006 (Gambar 5b) dengan
curah hujan total sebesar 40.53 mm akan diintersepsi oleh tanaman sebesar 1.30 mm dan terinfiltrasi ke dalam tanah sebesar 21.05 mm, sedangkan curah hujan limpahannya/ sisanya ialah18.19 mm menjadi aliran permukaan (runoff)
atau menjadi debit air sebesar 25.58 m3 per detik
Tabel 1. Karakteristik geometrik DAS
(Table 1. Geometric characteristic of watershed)
Keterangan : L adalah lebar DAS dan I adalah panjang DAS
Tabel 2. Karakteristik morfometrik DAS
(Table 2. Morphometric characteristic of watershed)
Keterangan : Rb = rasio percabangan sungai dan RL = rasio rata-rata panjang sungai
Tabel 3. Uji beda (ANOVA) volume puncak aliran permukaan dan waktu respon antara DAS Badin, Soyi, dan Usup
(Table 3. Different test ( ANOVA) peak volume of overland flow and time respone between Badin, Soyi, and Usup watershed)
Keterangan : Qp = debit puncak aliran permukaan, tp = waktu menuju debit puncak, tad = tidak ada data, dan huruf yang sama menunjukkan kesamaan (=5%)
Nama DAS Luas Keliling Panjang Sungai Panjang Total Indek Gravelius
Utama Jaringan Sungai (KG) L I
(km 2) (km) (km) (km) (km) (km)
Badin 0.49 3.26 1.31 1.86 1.31 1.25 0.39
Soyi 1.25 5.23 2.89 6.28 1.32 2.01 0.62
Usup 1.69 6.55 2,93 7.76 1.42 2.67 0.63
Persegi
Nama DAS Jenis Jaringan Kerapatan Jaringan
Sungai
Sungai
R
BR
L(km/km
2)
Badin Dendritik3.80
4.00
1.69 Soyi Dendritik5.01
4.00
2.07 Usup Dendritik4.59
4.75
2.96Hukum Horton
WaktuQp
Rasio
t
pQp
Rasio
t p
Qp
Rasio
t p
(m3
/
detik) Qp/Luas (jam)(m
3/
detik) Qp/Luas (jam) (m3/
detik) Qp/Luas (jam)08/04/2006 0.79 0.0047 2.5 0.59 0.0047 5.0 tad tad tad
14/04/2006 0.64 0.0038 2.3 0.57 0.0045 5.9 0.46 0.0094 3.5
23/04/2006 0.77 0.0046 3.1 0.77 0.0061 7.1 0.50 0.0102 3.3
Rerata 0.0043 a 2.6 a 0.0051 a 6.0 b 0.0098 b 3.4 a
Sub DAS Separi-Soyi Sub DAS Separi-Badin
Gambar 2. Pengaruh karakteristik tanah terhadap debit pengukuran pada Sub DAS Separi-Usup, Sub DAS Separi-Soyi, dan Sub DAS Separi-Badin pada a. episode hujan tanggal 8 April 2006, b. episode hujan tanggal 14 April 2006, dan c. episode hujan tanggal 23 April 2006
(Figure 2. Effect of physical soil characteristic to observation discharge at: a. rainfall episode April 8 2006, b. rainfall episode April 14 2006, and c. rainfall episode April 23 2006 in Separi-Usup, Separi-Soyi, and Separi-Badin watershed)
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 08/04/2006 4:23 08/04/2006 4:53 08/04/2006 5:23 08/04/2006 5:53 08/04/2006 6:23 08/04/2006 6:53 08/04/2006 7:23 08/04/2006 7:53 08/04/2006 8:23 08/04/2006 8:53 08/04/2006 9:23 08/04/2006 9:53 08/04/2006 10:23 08/04/2006 10:53 08/04/2006 11:23 08/04/2006 11:53 08/04/2006 12:23 08/04/2006 12:53 08/04/2006 13:23 08/04/2006 13:53 08/04/2006 14:23 08/04/2006 14:53 08/04/2006 15:23 08/04/2006 15:53 08/04/2006 16:23 Waktu Debit (m 3/detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan
DAS Usup (Tekstur Tanah Liat) DAS Soyi (Tekstur Tanah Pasir)
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 14/04/2006 16:59 14/04/2006 17:35 14/04/2006 18:11 14/04/2006 18:47 14/04/2006 19:23 14/04/2006 19:59 14/04/2006 20:35 14/04/2006 21:11 14/04/2006 21:47 14/04/2006 22:23 14/04/2006 22:59 14/04/2006 23:35 15/04/2006 0:11 15/04/2006 0:47 15/04/2006 1:23 15/04/2006 1:59 15/04/2006 2:35 15/04/2006 3:11 15/04/2006 3:47 15/04/2006 4:23 15/04/2006 4:59 15/04/2006 5:35 15/04/2006 6:11 Waktu Debit (m 3/detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan
DAS Usup (Tekstur Tanah Liat) DAS Soyi (Tekstur Tanah Pasir) DAS Badin (Tekstur Tanah Lempung)
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 23/04/2006 4:41 23/04/2006 5:23 23/04/2006 6:05 23/04/2006 6:47 23/04/2006 7:29 23/04/2006 8:11 23/04/2006 8:53 23/04/2006 9:35 23/04/2006 10:17 23/04/2006 10:59 23/04/2006 11:41 23/04/2006 12:23 23/04/2006 13:05 23/04/2006 13:47 23/04/2006 14:29 23/04/2006 15:11 23/04/2006 15:53 23/04/2006 16:35 23/04/2006 17:17 23/04/2006 17:59 23/04/2006 18:41 23/04/2006 19:23 23/04/2006 20:05 23/04/2006 20:47 Waktu Debit (m 3/detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan
DAS Usup (Tekstur Tanah Liat) DAS Soyi (Tekstur Tanah Pasir) DAS Badin (Tekstur Tanah Lempung) a
b
Gambar 3. Kurva debit aliran permukaan antara hasil simulasi dan pengukuran pada a. 8 April 2006, b. 14 April 2006, dan c. 23 April 2006 di DAS Usup
(Figure 3. Discharge of overland flow curve between simulation and measurement result at a. April 8th, 2006, b. April 14th, 2006, and c. April 23th, 2006 in Usup watershed)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 08/04/2006 4:23 08/04/2006 4:53 08/04/2006 5:23 08/04/2006 5:53 08/04/2006 6:23 08/04/2006 6:53 08/04/2006 7:23 08/04/2006 7:53 08/04/2006 8:23 08/04/2006 8:53 08/04/2006 9:23 08/04/2006 9:53 08/04/2006 10:23 08/04/2006 10:53 08/04/2006 11:23 08/04/2006 11:53 08/04/2006 12:23 08/04/2006 12:53 08/04/2006 13:23 08/04/2006 13:53 08/04/2006 14:23 08/04/2006 14:53 08/04/2006 15:23 08/04/2006 15:53 08/04/2006 16:23 Waktu Debit (m 3/detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan Q pengukuran Q simulasi 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 14/04/2006 16:11 14/04/2006 16:41 14/04/2006 17:11 14/04/2006 17:41 14/04/2006 18:11 14/04/2006 18:41 14/04/2006 19:11 14/04/2006 19:41 14/04/2006 20:11 14/04/2006 20:41 14/04/2006 21:11 14/04/2006 21:41 14/04/2006 22:11 14/04/2006 22:41 14/04/2006 23:11 14/04/2006 23:41 15/04/2006 0:11 15/04/2006 0:41 15/04/2006 1:11 15/04/2006 1:41 15/04/2006 2:11 15/04/2006 2:41 15/04/2006 3:11 15/04/2006 3:41 15/04/2006 4:11 Waktu Debit (m 3/detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan Q pengukuran Q simulasi 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 23/04/2006 4:41 23/04/2006 5:11 23/04/2006 5:41 23/04/2006 6:11 23/04/2006 6:41 23/04/2006 7:11 23/04/2006 7:41 23/04/2006 8:11 23/04/2006 8:41 23/04/2006 9:11 23/04/2006 9:41 23/04/2006 10:11 23/04/2006 10:41 23/04/2006 11:11 23/04/2006 11:41 23/04/2006 12:11 23/04/2006 12:41 23/04/2006 13:11 23/04/2006 13:41 23/04/2006 14:11 23/04/2006 14:41 23/04/2006 15:11 23/04/2006 15:41 23/04/2006 16:11 23/04/2006 16:41 Waktu Debit (m 3/detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan Q pengukuran Q simulasi a b c
Gambar 4. Kurva debit aliran permukaan antara hasil simulasi dan pengukuran pada a. 8 April 2006, b. 14 April 2006, dan c. 23 April 2006 di DAS Soyi
(Figure 4. Discharge of overland flow curve between simulation and measurement result at a. April 8th, 2006, b. April 14th, 2006, and c. April 23th, 2006 in Soyi watershed)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 08/04/2006 4:23 08/04/2006 4:53 08/04/2006 5:23 08/04/2006 5:53 08/04/2006 6:23 08/04/2006 6:53 08/04/2006 7:23 08/04/2006 7:53 08/04/2006 8:23 08/04/2006 8:53 08/04/2006 9:23 08/04/2006 9:53 08/04/2006 10:23 08/04/2006 10:53 08/04/2006 11:23 08/04/2006 11:53 08/04/2006 12:23 08/04/2006 12:53 08/04/2006 13:23 08/04/2006 13:53 08/04/2006 14:23 08/04/2006 14:53 08/04/2006 15:23 08/04/2006 15:53 08/04/2006 16:23 Waktu Debit (m 3 /detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan Q pengukuran Q simulasi 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 14/04/2006 16:11 14/04/2006 16:41 14/04/2006 17:11 14/04/2006 17:41 14/04/2006 18:11 14/04/2006 18:41 14/04/2006 19:11 14/04/2006 19:41 14/04/2006 20:11 14/04/2006 20:41 14/04/2006 21:11 14/04/2006 21:41 14/04/2006 22:11 14/04/2006 22:41 14/04/2006 23:11 14/04/2006 23:41 15/04/2006 0:11 15/04/2006 0:41 15/04/2006 1:11 15/04/2006 1:41 15/04/2006 2:11 15/04/2006 2:41 15/04/2006 3:11 15/04/2006 3:41 15/04/2006 4:11 Waktu Debit (m 3 /detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan Q pengukuran Q simulasi 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 23/04/2006 4:41 23/04/2006 5:29 23/04/2006 6:17 23/04/2006 7:05 23/04/2006 7:53 23/04/2006 8:41 23/04/2006 9:29 23/04/2006 10:17 23/04/2006 11:05 23/04/2006 11:53 23/04/2006 12:41 23/04/2006 13:29 23/04/2006 14:17 23/04/2006 15:05 23/04/2006 15:53 23/04/2006 16:41 23/04/2006 17:29 23/04/2006 18:17 23/04/2006 19:05 23/04/2006 19:53 Waktu Debit (m 3 /detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan Q pengukuran Q simulasi a b c
Tabel 4. Uji akurasi model debit puncak dan waktu menuju debit puncak antara hasil simulasi dan pengukuran
(Table 4. Accuration level of model peak discharge and time to peak discharge between simulation and measurement result)
Gambar 5. Kurva debit aliran permukaan antara hasil simulasi dan pengukuran pada a. 14 April 2006, dan b. 23 April 2006 di DAS Badin
(Figure 5. Discharge of overland flow curve between simulation and measurement result at a. April 14th, 2006, and b. April 23th, 2006 in Badin watershed)
Episode Uji Akurasi
Hujan Pengukuran Simulasi Pengukuran Simulasi Model (%)
8-Apr-06 0.79 0,70 2,50 1.70 77.69 14-Apr-06 0.64 0.69 2.30 2.50 94.50 23-Apr-06 0.77 0.59 3.10 2.00 71.38 Rerata 81.19 8-Apr-06 0.59 0,66 5,00 3.90 84.49 14-Apr-06 0.57 0.55 5.90 5.00 90.20 23-Apr-06 0.77 0.63 7.10 6.20 81.64 Rerata 85.45 14-Apr-06 0.46 0.38 3.50 3.80 96.55 23-Apr-06 0.50 0.47 3.30 3.50 85.33 Rerata 90.94
Debit Puncak (m 3/detik) Waktu Puncak (jam)
Sub DAS Separi-Usup
Sub DAS Separi-Soyi
Sub DAS Separi-Badin
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 14/04/2006 16:11 14/04/2006 16:47 14/04/2006 17:23 14/04/2006 17:59 14/04/2006 18:35 14/04/2006 19:11 14/04/2006 19:47 14/04/2006 20:23 14/04/2006 20:59 14/04/2006 21:35 14/04/2006 22:11 14/04/2006 22:47 14/04/2006 23:23 14/04/2006 23:59 15/04/2006 0:35 15/04/2006 1:11 15/04/2006 1:47 15/04/2006 2:23 15/04/2006 2:59 15/04/2006 3:35 15/04/2006 4:11 15/04/2006 4:47 15/04/2006 5:23 Waktu Debit (m 3/detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan Q pengukuran Q simulasi 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 23/04/2006 4:35 23/04/2006 5:05 23/04/2006 5:35 23/04/2006 6:05 23/04/2006 6:35 23/04/2006 7:05 23/04/2006 7:35 23/04/2006 8:05 23/04/2006 8:35 23/04/2006 9:05 23/04/2006 9:35 23/04/2006 10:05 23/04/2006 10:35 23/04/2006 11:05 23/04/2006 11:35 23/04/2006 12:05 23/04/2006 12:35 23/04/2006 13:05 23/04/2006 13:35 23/04/2006 14:05 23/04/2006 14:35 23/04/2006 15:05 23/04/2006 15:35 23/04/2006 16:05 Waktu Debit (m 3/detik) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Curah Hujan (mm/6 menit)
Curah Hujan Q pengukuran Q simulasi
a
Gambar 6. Peta Lokasi Stasiun Iklim dan Pengamat Tinggi Muka Air Otomatis
(Figure 6. Location map of weather station and automatic water level recorder)
Pemodelan debit aliran permukaan dan waktu menuju debit puncak (unit hidrograf) di ketiga DAS tersebut (Gambar 3, 4, dan 5) memiliki tingkat akurasi atau kemiripan yang tinggi antara debit hasil pengukuran lapangan dan hasil simulasi, dimana waktu menuju debit puncak hasil simulasi lebih cepat dibandingkan waktu menuju debit puncak hasil pengukuran. Keterlambatan waktu
menuju debit puncak hasil pengukuran
dibandingkan hasil simulasi di DAS Soyi tersebut disebabkan air hujan yang turun terlebih dahulu diintersepsi oleh tanaman dan terinfiltrasi ke dalam tanah sehingga membutuhkan waktu yang lebih lama. Pada waktu menuju debit puncak hasil simulasi lebih cepat, hal tersebabkan disebabkan pada model hujan-limpasan diasumsikan bahwa hujan yang turun akan segera menjadi aliran permukaan, setelah diintersepsi oleh tanaman dan terinfiltrasi ke dalam tanah.
KESIMPULAN DAN SARAN
Karakteristik geomorfologi DAS sangat berpengaruh terhadap besarnya debit puncak aliran permukaan (volume puncak aliran permukaan) dan
waktu menuju debit puncak, yang semakin pendek panjang total jaringan sungai, dan semakin kecil Indek Gravelius (bentuk DAS), rasio percabangan
sungai (Rb), dan rasio rata-rata panjang sungai (RL)
maka tinggi debit puncak aliran permukaan akan semakin tinggi, dan semakin tinggi kerapatan jaringan drainase DAS akan memiliki waktu menuju debit puncak yang lebih lambat dibandingkan dengan DAS yang memiliki kerapatan jaringan drainase rendah.
Pemodelan debit aliran permukaan
berdasarkan model fungsi produksi dan fungsi transfer di 3 DAS (DAS Usup, Soyi, dan Badin) memiliki rata-rata tingkat akurasi atau kemiripan yang tinggi (F>85%) antara hasil simulasi dibandingkan dengan hasil pengukuran.
Disarankan penerapan model pendugaan debit aliran permukaan berdasarkan fungsi produksi dan fungsi transfer untuk DAS lainnya, sebaiknya dilakukan penyesuaian dalam parameterisasi model fungsi produksi dan fungsi transfer, karena sangat berkaitan dengan tingkat akurasi model.
DAFTAR PUSTAKA
Beasley, D. B. and L. F. Huggins, 1991. ANSWERS (Areal Nonpoint Source
Watershed Environment Response
Simulation):User’s Manual. Second
Edition. Agricultural Engineering
Departement Publication No. 5. U.S. Environmental Protection Agency.
Bedient, P. B. and W. C. Huber, 1992. Hydrology
and Floodplain Analysis, 2nd.
Addison-Wesley Publishing Company. p.45-67. Beven, K. J. and M. J. Kirkby, 1979. A Physically
Based Variable Contributing Area Model of Basin Hydrology. Hydrological Sciences Bulletin. 24(1):43-69.
Bras, R. L., 1990. Hydrology: An Introduction to
Hydrologic Science. Addison-Wesley
Publishing Company. Massachusetts
Institute of Technology. p. 567-617.. Chow, V.T. 1964. Geology. In Chow (Ed),
Handbook of Applied Hydrology : A
Compendium of Water Resources
Tevhnology. Mcgraw-Hill Book Company. 4: 41-73.
Cudennec, C., Y. Fouad, G. Irianto and J. Duchesne, 2003. A Geomorphologic Explanation of the Unit Hydrograf Concept. Hydrological Processes, Special Issue on Hydrogeomorphology. p. 1-42.
De Roo, A.P.J., C.G. Wesseling, N.H.D.T. Cremers, R. J. E. Offermans and K. Van Dostindic, 1999. LISEM : A New Physically Based Hydrological and Soil Erosion Model in a 615-Environment. IAHS Publication No. 224 (Proceeding of The Canberra Conference). p. 439 - 448.
Geomatica. 2004. User Guide: Geomatica. Inversion Physical Models (SAVI). PCI Geomatica.
Huete, A.R. 1988. A Soil Adjusted Vegetation Index (SAVI). Remote Sensing Environ-ment. 25: 295-309.
Irianto, G., J. Duchesne and P. Perez. 1999. Influence of Irrigated Terraces on the Hydrological Response of Small Basin 1: Calibration of the Hydraulic Model. p.189-193 In Oxley, L. and F. Scrimgeour (Eds.). Part I, Proceeding of International Congress on Modelling and Simulation; Modelling the Dynamics of Natural Agriculture, Tourism and Socio-Economic Systems. MODSIM 99 Proceedings. Hamilton New
Zealand. 6th-9th Dec. 1999.
Irianto, G., P. Perez and J. Duchesne, 2001. Modelling The Influence of Irrigated Terraces on The Hydrological Response of a Small Basin. Environmental Modelling and Software. 16: 31-36.
Neitsch, S.L., J.G. Arnold, J.R. Kiniry and J.R. Williams, 2001. Soil and Water
Assessment Tool Theoritical
Documentation : Version 2000. Grassland, Soil and Water Research Lab. ARS and Blackland Research Center. pp. 68-69. Rodriguez-Iturbo, I. and B. Valdes, 1979. The
Geomorphologic Structure of Hydrologic Response. Water Resources Research, 15(6) : 1409-1420.
USACE. 2000. Hydrologic Engineering Center : Hydrologic Modeling System HEC-HMS, Technical Reference Manual, March 2000. Www.Usace.Army.Mil.
Young, R.A., C.A. Onstad, D.D. Bosch and W.P. Anderson, 1990. Agricultural Non Point Source Pollution Model, Version 3,51. AGNPS User’s Guide. North Central Soil Conservation Research Laboratory, Morris, Minnesota
