ANALISIS NERACA AIR DAS MENTAYA KABUPATEN
KOTAWARINGIN TIMUR DAN PENGARUH ENSO
TERHADAP KETERSEDIAAN AIR WILAYAH
FRIMADI CHANDRA
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi dengan Judul:“Analisis Neraca Air DAS Mentaya Kabupaten Kotawaringin Timur dan Pengaruh ENSOTerhadap Ketesediaan Air Wilayah”adalah benar karya saya dengan arahan dari Komisi Pembimbing dan belum pernah diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Juni2014
Frimadi Chandra
ABSTRAK
FRIMADI CHANDRA. Analisis Neraca AirDAS Mentaya Kabupaten Kotawaringin Timur dan Pengaruh ENSO Terhadap Ketesediaan Air Wilayah. Dibimbing oleh HIDAYAT PAWITAN.
DAS Mentaya merupakan daerah tangkapan air di Kabupaten Kotawaringin Timur Provinsi Kalimantan Tengah yang berperan sebagai sumber air dan jalur transportasi. Pada tahun El Nino Southern Oscilliation (ENSO) curah hujan akan mengalami perubahandan akan mempengaruhi jumlah air di DAS. Tujuan dari penelitian ini ialah menduga jumlah air dan distribusinya di DAS Mentaya pada tahun normal dan ENSO dengan metodeneraca air lahan. Untuk menganalisis komponen neraca air telah digunakan metode neraca air lahan Mock yang telah dimodifikasi untuk mendugakelengasan tanah(SM) dan evapotranspirasi aktual (ETa). DAS Mentaya yang diteliti ialah daerah hulu dengan luas 5459,2 km2 yang memiliki jenis tanah podsolik merah kuning dengan tekstur lempung berpasir halus dan tutupan vegetasi hutan. Tahun El Nino (1997), normal (2006), dan La Nina (2000) memilikicurah hujan tahunan masing-masing sebesar 1664.5 mm, 2941.2 mm, dan 3494.4 mm. Air yang dievapotranspirasikan (ETa) pada tahun El Nino, normal dan La Nina,masing-masingsebesar 67% , 53% dan 54% dari curah hujan tahunannya. Limpasan total (RO) pada tahun El Nino, La Nina, dan normal sebesar 35%, 50%, dan 47% dari curah hujan tahunannya. Nilai presipitasi, RO neraca air dan pengukuran lebih rendah ditahun El Nino (1997) dan lebih tinggi ditahun La Nina (2000) daripada tahun normal (2006).
Kata kunci:curah hujan, evapotranspirasi aktual, limpasan, kelengasan tanah, Metode Mock
ABSTRACT
FRIMADI CHANDRA. Water Balance Analysisof Mentaya Watershed at Kabupaten Kotawaringin Timur and Effect of ENSO to Regional Water Availability. Supervised by HIDAYAT PAWITAN.
Mentaya watershed is a catchment area in Kotawaringin Timur regency, Central Kalimantan Province as a source of water supply and transport pathways. DuringEl Nino Southern Oscilliation (ENSO) years rainfall will changeand affect the availabilityof water in the watershed. The purpose of this study is to estimate the amount of water available in Mentaya watershed at normal and ENSO years through landwater balance model. Method to analyze water balance components isMockwater accountingmethod that was modified for soil moisture (SM) and actual evapotranspiration (ETa). The study area is upstream part of Mentaya watershed with total area 5459.2 km2that has red-yellow podzolic soil with a sandy loam texture and forest cover. Annual rainfalls of El Nino (1997), Normal (2006) and La Nina (2000) years were1664.5 mm, 2941.2 mm and 3494.4 mm, respectively. Evapotranspirated water (ETa) in El Nino, La Nina, and normal years were 67%, 53% and 54 % of the annual rainfalls, respectively. Total runoff ( RO ) in the year of El Nino, La Nina, and the normal rate of 35%, 50%, and 47% of the annual rainfall. Precipitation, RO water balance and measurement were lower in El Nino (1997) year and higher in La Nina (2000) year than in normal year (2006).
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Geofisika dan Meteorologi
ANALISIS NERACA AIR DAS MENTAYA KABUPATEN
KOTAWARINGIN TIMUR DAN PENGARUH ENSO
TERHADAP KETERSEDIAAN AIR WILAYAH
FRIMADI CHANDRA
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi :Analisis Neraca Air DAS Mentaya Kabupaten Kotawaringin Timur dan Pengaruh ENSO Terhadap Ketesediaan Air Wilayah
Nama : Frimadi Chandra NIM : G24100049
Disetujui oleh
Prof Dr Ir Hidayat Pawitan, M.Sc.E. Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Tanie June, M.Sc. Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga Karya Ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari hingga Mei 2014 ini ialah neraca air lahan dengan judul “Analisis Neraca Air DAS Mentaya Kabupaten Kotawaringin Timur dan Pengaruh ENSO Terhadap Ketesediaan Air Wilayah”.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof Hidayat Pawitan selaku pembimbing.Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada kedua orang tua penulis yaitu Bapak M. Iskandar dan Ibu Srie Hayani, serta seluruh keluarga penulis atas segala dukungan moril, materil serta doa dan kasih sayang yang luar biasa kepada penulis. Tak lupa pula saya ucapkan terima kasih kepada teman-teman satu bimbingan atas segala bantuan, dukungan, dan kebersamaan selama penelitian, kepada teman-teman GFM 47 atas segala kebersamaannya selama empat tahun ini, kepada teman-teman KSR PMI Unit I IPB yang telah membantu dan memberikan semangat dalam penelitian ini. Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam penulisan ini sehingga penulis mengharapkan segala masukan, kritikan, dan saran yang bersifat membangun bagi penulis.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi penulis, pembaca, dan semua pihak yang berkepentingan.
Bogor, Juni2014
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN i
PRAKATA ii
DAFTAR TABEL iv
DAFTAR GAMBAR iv
DAFTAR LAMPIRAN iv
PENDAHULUAN 1
Perumusan Masalah 1
Tujuan Penelitian 1
Manfaat Penelitian 1
Ruang Lingkup Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Daerah Aliran Sungai 2
Neraca Air 2
Presipitasi 3
Evapotranspirasi potensial 3
El Nino Southern Oscilliation (ENSO) 4
METODE 5
Tempat dan Waktu Penelitian 5
Bahan 5
Alat 5
Prosedur Analisis Data 5
Analisis Pengaruh ENSO 7
Prosedur Perhitungan Neraca Air Lahan 8
HASIL DAN PEMBAHASAN 10
Deskripsi DAS Mentaya 10
Neraca Air Tahun El Nino 12
Neraca Air Tahun Normal 14
Neraca Air Tahun La Nina 15
Analisis Pengaruh ENSO 17
SIMPULAN DAN SARAN 18
Saran 18
DAFTAR PUSTAKA 19
LAMPIRAN 20
RIWAYAT HIDUP 21
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Komponen neraca air ... 2
Tabel 2 Oceanic Nino Index (ONI) tahun 1997 – 2006 ... 4
Tabel 3 Neraca air DAS Mentaya tahun El Nino (1997) ... 12
Tabel 4 Neraca air DAS Mentaya tahun normal (2006) ... 14
Tabel 5 Neraca air DAS Mentaya tahun La Nina (2000) ... 15
Tabel 6 Perbandingan komponen neraca air tahun El Nino, normal dan La Nina ... 17
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Grafik persentase kesalahan pada pendugaan rataan evapotranspirasi ... 4Gambar 2 Bentuk poligon metode Thiessen ... 6
Gambar 3 Diagram alir perhitungan neraca air ... 8
Gambar 4 Diagram alir perhitungan kelengasan tanah (SM) ... 8
Gambar 5 Diagram perhitungan nilai Water Surplus (WS) ... 9
Gambar 6 Daerah aliran sungai Mentaya ... 11
Gambar 7 Grafik neraca air DAS Mentaya tahun El Nino 1997 ... 13
Gambar 8 Grafik perbandingan RunOff tahun El Nino (1997) ... 13
Gambar 9 Grafik neraca air DAS Mentaya tahun normal 2006 ... 14
Gambar 10 Grafik perbandingan RunOff tahun normal (2006) ... 15
Gambar 11 Grafik neraca air DAS Mentaya tahun La Nina (2000) ... 16
Gambar 12 Grafik perbandingan RunOff tahun La Nina (2000) ... 16
PENDAHULUAN
Ketersediaan air dan distribusinya di suatu tempat perlu diketahui agar manusia dapat mengelola sumber daya air yang ada untuk memenuhi kebutuhan airnya. Oleh karena itu perlu analisis neraca air yang ada pada suatu tempat atau daerah. Metode Mock digunakan pada penelitian ini karena metode ini dapat menganalisis dan menduga ketersediaan air dalam bentuk debit air dan metode ini juga pernah digunakan di pulau yang sama yaitu pulau Kalimantan untuk menduga ketersediaan air aktual di Provinsi Kalimantan Selatan pada penelitian Haryanto et al. 2013. Ketersediaan air dalam bentuk curah hujan pada tahun ENSO dapat mengalami penurunan ataupun peningkatan dibandingkan dengan sebelum ataupun sesudah tahun ENSO. Keadaan iklim ekstrim ini tentunya dapat mempengaruhi masukan neraca air yaitu curah hujan.Di daerah Indonesia pada umumnya saat terjadi El Nino maka akan mengalami kekeringan dan saat La Nina akan mengalami curah hujan yang lebih banyak dari normal.
Daerah aliran sungai (DAS) Mentaya merupakan salah satu DAS di Provinsi Kalimantan Tengah. DAS Mentaya memiliki sungai utama yaitu Sungai Mentaya sebagai jalur transportasi air dan sumber air Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) di Kabupaten Kotawaringin Timur (Kab. Kotim). DAS Mentaya sangatlah penting bagi masyarakat Kab. Kotimsehingga perlu dilakukan eksplorasi lebih mendalam untuk mengenal potensinya dan dapat memanfaatkan sesuai daya dukungnya. Selain itu DAS Mentaya juga merupakan daerah asal tempat tinggal penulis.
Perumusan Masalah
Jumlah air yang tersedia dan distribusinya di DAS serta air yang mengalir sebagai debit di Sungai Mentaya belum diketahui seluruhnya dan hanya dibagian hulu yang telah terukur. Keadaan iklim ekstrim di tahun ENSO dapat meningkatkan ataupun menurunkan curah hujan yang ada di DAS Mentaya. Metode neraca air lahan Mock yang telah dimodifikasi digunakan untuk menghitung jumlah air dan distribusinya dalam komponen neraca air pada tahun ENSO dan membandingkannya dengan hasil pengukuran debit.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menduga jumlah air dan distribusinya dalam komponen neraca air yang ada di DAS Mentaya pada saat keadaan normal, El Nino, dan La Nina dengan model neraca air lahan.
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini meliputi analisis neraca air pada tahun normal dan tahun ENSO. Pengaruh ENSO dilihat dari jumlah curah hujan, evapotranspirasi aktual, kelengasan tanah, dan limpasan atau debit airpada tahun El Nino, normal, dan La Nina yang telah ditentukan dari Oceanic Nino Index (ONI). Jumlah air yang mengalir di sungai Mentaya sebagai limpasan (RO) yang dihitung dengan analisis neraca air dan dibandingkan dengan debit hasil pengukuran. Perbandingan antara limpasan hasil analisis neraca air dan pengukuran ialah dengan melakukan plot pada grafik garis dan membandingkan jumlah total air selama satu tahun.
TINJAUAN PUSTAKA
Daerah Aliran Sungai
Daerah aliran sungai (DAS) merupakan ukuran standar spasial dalam sains hidrologi dan didefinisikan sebagai area drainase suatu danau ataupun sungai dan komponennya yang terpisah dari DAS lainnya. Drainase sebuah DAS akan terbagi sesuai dengan topografinya. DAS diawali oleh sebuah sungai dari hulu dan air yang jatuh akan mengalir ke sungai tersebut. Sungai tersebut akan mengalirkan air yang tertampung di DAS tersebut hingga ke laut dalam satu saluran keluar akhir. Menurut UU RI No. 7 tahun 2004 DAS ialah
“... suatu wilayah daratan yang merupakan satu kesatuan dengan sungai dan anak-anak sungainya, yang berfungsi menampung, menyimpan, dan mengalirkan air yang berasal dari curah hujan ke danau atau ke laut secara alami, yang batas di darat merupakan pemisah topografis dan batas di laut sampai dengan daerah perairan yang masih terpengaruh aktivitas daratan
...”.
Neraca Air
Pada keadaan alami sistem hidrologi berada pada keseimbangan jangka panjang.Persamaan neraca air menyatakan hubungan antara komponen-komponen penyusunnya. Menurut Arsyad (2006) persamaan neraca air dapat ditulis sebagai berikut :
(Air yang diterima) – (Air hilang) = (Air tersimpan)
Komponen neraca air dari air yang diterima, hilang, dan tersimpan ada pada tabel 1.
Tabel 1 Komponen neraca air
(Air diterima) (Air hilang) (Air tersimpan)
3 Semua komponen neraca air tersebut dihitung dengan istilah jeluk dalam satuan milimeter. Jeluk dalam bentuk milimeter didapatkan dengan konversi per unit area.
Presipitasi (P) ialah air meteorik (air langsung dari atmosfer) yang jatuh ke permukaan bumi dalam bentuk cair (hujan atau gerimis), padat (salju, butiran es, hujan es), atau bentuk kasat mata (es, embun, embun beku). Seluruh bentuk air meteorik tersebut dipicu oleh perubahan suhu ataupun tekanan (Musy dan Higy 2011). Presipitasi merupakan masukan utama dan sangat bervariasi pada sebuah DAS ataupun area tangkapan air. Jumlah presipitasi yang turun ke suatu DAS bervariasi secara ruang dan waktu (Davie 2008).
Nilai presipitasi pada umumnya menggunakan jeluk yang menyatakan tinggi kolom vertikal dari air dalam bentuk cair. Curah hujan yang merupakan presipitasi diukur dalam milimeter atau inci (Davie 2008). Pengukuran curah hujan diperlukan pada titik tertentu dan terdistribusi pada berbagai titik di sebuah DAS. Pengukuran jumlah presipitasi dalam bentuk curah hujan pada skala suatu daerah sangatlah sulit dan oleh karena itu digunakan beberapa metode untuk mengestimasi presipitasi suatu daerah.
Metode yang sering digunakan untuk mengestimasi nilai presipitasi suatu daerah diantaranya ialah metode rataan aritmatika, Thiessen, dan isohyet (Viessman 1997). Metode pendekatan nilai curah hujan wilayah lainnya yang menggunakan informasi spasial geografis selain poligon Thiessen dan isohyet ialah hipsometrik (Davie 2008).
Evapotranspirasipotensial
Evapotranspirasi (ET) merupakan gabungan antara evaporasi dan transpirasi.Nilai evapotranspirasi suatu area dapat diduga dengan konsep evapotranspitasi potensial(ETp).Evapotranspirasi potensial tidak bergantung pada faktor tanah ataupun tanaman namun bergantung pada faktor iklim. ETp didefenisikan sebagai evapotranspirasi yang terjadi ketika tanah tertutup oleh vegetasi yang tumbuh pada kondisi air yang selalu tersedia. ETp dapat diduga dengan pengukuran langsung dengan lisimeter dan panci evaporasi. Selain itu ETp juga dapat diduga dengan formula empiris.
4
metode tersebut digunakan sehingga dapat dibandingkan persentase kesalahannya dengan metode FAO. Perbandingan beberapa metode tersebut ada pada gambar 1.
Gambar 1 Grafik persentase kesalahan pada pendugaan rataan evapotranspirasi (THO=Thornthwaite, BL/CR = Blaney-Criddle, HRGR = Hargreaves)
Atroosh et al. 2013
Metode yang memiliki kesalahan kecil danmembutuhkan data suhu ialah metode Hargreaves dan Blaney-Criddle. Sedangkan metode Ivanov dan Thornwaite cukup besar kesalahan dalam mengestimasi evapotranspirasi.
El Nino Southern Oscilliation (ENSO)
El Nino merupakan fenomena skala global yang terkait dengan kejadian suhu permukaan air lautyang meningkat di daerah tropis pasifik timur dan tengah dan kejadiannya tidak teratur namun cenderung berulang 3 – 7 tahunan sekali. La Nina merupakan kebalikan dari El Nino,yaitu kejadian suhu permukaan air laut yang menurun daripada suhu permukaan laut pada keadaan normal.Saat El Nino dan La Nina terjadi, kejadian ini berlangsung sekitar satutahun hingga 18 bulan.
El nino southern oscilliation (ENSO) ialah bagian dari variabilitas iklim yang memiliki interaksi kuat antara laut dan atmosfer di ekuatorial dingin pasifik (Meyers et al.2007).
Pada saat terjadi El Nino, Indonesia biasanya mengalami kondisi kekeringan. Sebaliknya, pada saat La Nina Indonesia memiliki curah hujan yang lebih tinggi dari biasanya. ENSO mendatangkan bencana iklim seperti kekeringan di Indonesia. Beberapa tempat di Indonesia mengalami pengaruh dari ENSO yaitu jumlah curah hujan yang kecil dalam tahun ENSO daripada dalam tahun pra dan pasca ENSO. Tahun kejadian El Nino, La Nina, dan normal dapat dilihat dari Tabel 2 Oceanic Nino Index (ONI) oleh NOAA.
5
ONI tersebut dihitung dari anomali suhu permukaan laut rata – rata selama tiga bulan. Warna biru menunjukkan keadaan permukaan laut yang dingin dan warna merah menunjukkan keadaan permukaan laut yang hangat. Nilai ambang batas dingin dan hangat ialah + 0.5ºC. Keadaan El Nino (hangat) ataupun La Nina (dingin) didefenisikan jika ONI melewati ambang batas selama lima kali berturut-turut.
METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Hidrometeorologi Departemen Geofisika dan Meteorologi IPB. Waktu penelitian dilaksanakan pada bulan Januari hingga Mei 2014.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah data curah hujan harian DAS Mentaya stasiun Tumbang Sangai pada posisi 1º 28.2’ LS dan 112º 31.09’ BT, data suhu udara maksimum dan minimum harian stasiun BMKG Bandara Haji Asan Sampit, data debit air harian DAS Mentaya di Kuala Kuayan tahun 1997, 2000, 2006, dan data spasial (wilayah dan sungai) Kabupaten Kotawaringin Timur.
Alat
Alat yang digunakan untuk penelitian ini diantaranya ialah laptop dan perangkat lunak MS Excel untuk pengolahan data (iklim dan debit air) serta ArcGIS 9.3 untuk pengolahan data spasial (titik stasiun dan DAS).
Prosedur Analisis Data
Delineasi Daerah Aliran Sungai
6
Gambar 2Bentuk poligon metode Thiessen
(Davie 2008) (2)
Ṝ = nilai kedalaman / jeluk rata-rata curah hujan (mm) R1, R2, R3 dan Rn = nilai jeluk curah hujan stasiun 1,2,3 hingga ke n
(mm)
Ri = nilai jeluk curah hujan stasiun ke- i (mm)
i = 1,2, 3,.... n
A1, A2, A3 dan An = luas area poligon 1, 2, 3 hingga ke n
A = total luas area tangkapan air
Perhitungan Evapotranspirasi Potensial
Evapotranspirasi potensial diduga dengan perhitungan metode Hargreaves. Metode Hargreaves menggunakan data suhu maksimum dan minimum. Data suhu yang digunakan ialah data suhu tahun 1997, 2000, dan 2006 di stasiun BMKG Bandara Haji Asan Sampit.
ETp = 0.0023 (Tmax– Tmin)0.5 (Tmean+17.8) Ra (Atroosh et al. 2013) (3)
ETp = Evapotranspirasi potensial (mm/hari) Tmax = Suhu maksimum harian (°C)
Tmin = Suhu minimum harian (°C)
Tmean = Suhu rataan harian (°C), (Tmax + Tmin)/2 Ra = Radiasi ekstraterestrial (MJ/m2 hari)
Untuk mencari nilai radiasi ekstraterestrial digunakan formula sebagai berikut :
(4) Ra = Radiasi ekstraterestrial ( MJ/m2 hari)
7
φ = lintang (rad, rumus 2)
δ = deklinasi solar (rad, rumus 3)
ωs = sudut jam datang matahari (rad, rumus 4)
rumus 1 : (5)
J = urutan tanggal pada penanggalan julian
rumus 2 : (6)
L = desimal derajat lintang
rumus 3 : (7)
rumus 4 : (8)
( FAO No. 56 1998)
Pemisahan Aliran Dasar dan Limpasan Permukaan
Data debit air yang digunakan ialah data debit tahun 1997, 2000, dan 2006. Data debit yang diukur langsung ialah data debit tahun 2006 dan data debit tahun lainnya dihitung dengan metode rating curve yaitu melakukan regresi linear antara tinggi muka air yang terukur dengan debit yang terukur. Pemisahan aliran dasar dan limpasan permukaan dilakukan dengan metode N & M (Nathan & McMahon dalam Welderufael dan Woyessa 2010).
(9) (10)
DRO(i) = aliran permukaan langsung (m3/s), DRO(i)> 0 untuk i dalam hari
QT = debit terukur (m3/s)
BFO = aliran dasar (m3/s)
α = koefisien dengan nilai 0.925
β = koefisien dengan nilai 0.5
Analisis Pengaruh ENSO
Pengaruh ENSO dianalisis dengan membandingkan jumlah air setiap unsur neraca air pada tahun El Nino, normal, dan La Nina. Berikut beberapa tahun El Nino, normal, dan La Nina dari tahun 1997 hingga 2007 yang dapat ditentukan dari Oceanic Nino Index :
El Nino : 1997, 2002, 2004 Normal : 2001, 2003, 2005, 2006 La Nina : 1998, 1999, 2000, 2007
8
Prosedur Perhitungan Neraca Air Lahan
Perhitungan neraca air lahan menggunakan metode Mock yang telah dimodifikasi pada nilai soil moisture atau kelengasan tanah (SM) dan evapotranspirasi aktual (ETa). Perubahan ini dilakukan dengan pertimbangan besarnya ETa akan bergantung pada keadaan SM dan keadaan SM memiliki beberapa kondisi seperti pada gambar 3.
Gambar 3Diagram alir perhitungan neraca air
Interval waktu perhitungan neraca air lahan yang dilakukan ialah bulanan karena metode neraca air Mock pada umumnya digunakan dengan interval waktu bulanan dan hasilnya dapat digunakan dalam waktu musiman.
Nilai Soil Moisture (SM)
Nilai awal kelengasan tanah (Initial Soil Moisture =ISM) diawali dengan nilai yang sama dengan WHC(Water Holding Capacity) atau kapasitas lapang tanah dalam menahan air, dan selanjutnya nilai ISM sama dengan nilai SM sebelumnya.Perhitungan kelengasan tanah mengikuti diagram alir gambar 4.
9 Nilai ISM ialah sebesar 300 mm. Nilai ISM ini sama dengan WHC karena menurut Dourado-Neto et al.(2010) pada umumnya nilai ISM diasumsikan pada kapasitas lapang atau WHC pada bulan terakhir musim hujan kecuali iklimnya ialah semi arid.
Evapotranspirasi Aktual (ETa)
Nilai ETa bergantung pada keadaan SM, apabila nilai SM=WHC, maka ETa = ETp, namun apabila nilai SM berada diantara nilai WHC dan PWP(Permanent Wilting Point) atau titik layu permanen maka Nilai ETa ialah :
ETa = ((SM-PWP)/ ( WHC – PWP )).ETp (11) Nilai WHC yang digunakan ialah 300 mm sesuai dengan teksturlempung berpasir halus dan tutupan vegetasi hutan DAS dan nilai PWP sebesar 10% dari WHC yaitu 30 mm didapat dari Duryea dan Dougherty (1991).
Nilai Water Surplus (WS)
Nilai Water Surplus bergantung pada nilai SM dan ETa. Ketentuan nilai SM dan ETa untuk menentukan WS ada pada gambar 5.
Gambar 5Diagram perhitungan nilai Water Surplus (WS)
Nilai Infiltrasi(I)
Nilai infiltrasi bergantung pada nilai WS dan koefisien infiltrasi(if). Persamaan infiltrasi (I) :
I = WS. If (12)
Nilai koefisien infiltrasi antara 0.2 – 0.5 menurut Haryanto et al. 2013. Nilai koefisien yang digunakan ialah 0.5 karena nilai koefisien tersebut telah diparamterisasi sehingga hasil perhitungan nilai akhir runoff mendekati hasil pengukuran.
Nilai Groundwater(G)
Nilai groundwater bergantung pada nilai infiltrasi, koefisien resesi(k), dan
groundwater sebelumnya. Persamaan groundwater (G) :
G = k.Gi-1 + 0.5 I (1+k) (13)
10
Nilai koefisien resesi antara 0.4 – 0.7 menurut Haryanto et al. 2013.Nilai koefisien yang digunakan 0.4 karena nilai koefisien tersebut telah diparameterisasi sehingga hasil perhitungan nilai akhir runoff mendekati hasil pengukuran. Nilai inisial groundwaterberkisar antara 3 – 109 mm (Bappenas dalam Wirasembada 2012) dan nilai yang digunakan setelah dilakukan parematerisasi ialah 109mm.
Nilai Baseflow (BFO), Direct Runoff (DRO), dan Runoff (RO)
Persamaan nilai BFO, DRO, dan RO :
BFO = I –∆G (perubahan groundwater) jika BFO > 0 (15)
DRO = WS – I (16)
RO = BFO + DRO (17)
Nilai RO hasil perhitungan neraca air akan dibandingkan dengan hasil pengukuran di stasiun Kuala Kuayan. Perbandingan ini dilakukan untuk mengevaluasi hasil perhitungan dengan model neraca air dengan hasil pengukuran. Hasil perhitungan RO dengan model neraca air dievaluasi dengan metode Nash-Sutcliffe efficiency(NSE). Nilai NSE berkisar (- ∞) hingga 1. Semakin nilai NSE mendekati angka 1 maka semakin baik. Nilai antara 0 – 1 pada umumnya merupakan level yang dapat diterima, namun jika NSE < 0.0 maka hal tersebut mengindikasikan bahwa nilai rata-rata hasil perhitungan lebih baik dalam pendugaan yang berarti hasil model tidak dapat diterima.
(Moriasi et al. 2010) (18)
Yiobs = nilai hasil pengukuran
Yisim = nilai hasil simulasi model
Ymean = nilai rata-rata hasil pengukuran
HASIL DAN PEMBAHASAN
Deskripsi DAS Mentaya
11
Gambar 6 Daerah aliran sungai Mentaya
12
Delineasi DAS Mentaya dilakukan agar sesuai dengan titik pengukuran debit di stasiun Kuala Kuayanyang menghasilkan luas tangkapan 5459.2 Km2. Curah hujan DAS Mentaya diolah dengan metode poligon Thiessen untuk menetapkan area cakupan dari empat stasiun penakar curah hujan yaitu stasiun Tumbang Sangai, Kota Besi, BMKG Bandara H. Asan dan Sampit. Perhitungan neraca air yang dilakukan ialah pada daerah yang didelineasi tersebut yaitu pada daerahhulu DAS.
Neraca Air Tahun El Nino
Pada tahun 1997 terjadi El Nino dan curah hujan tidak terjadi selama dua bulan yaitu bulan Agustus dan September seperti pada tabel 3.
Tabel 3Neraca air DAS Mentaya tahun El Nino (1997)
Jan Feb Mar Apr Mei Juni Juli Agust Sept Okt Nov Des Tahunan
*Hasil pemisahan dari pengukuran debit sungai Mentaya
Pada tahun El Nino (1997) DAS Mentaya memiliki curah hujan sebesar 1664.5 mm. Air tersebut digunakan untuk mengisi kelengasan tanah hingga mencapai kapasitas lapang (WHC) dan kemudian dievapotranspirasikan (ETa) sebesar 1107.7 mm. Air yang berlebih mengalami infiltrasi sebesar 245.8 mm dan terlimpas menjadi DRO sebesar 245.8 mm selama satu tahun. Nilai infiltrasi dan DRO sama karena koefisien infiltrasi ialah 0.5 sehingga nilai WS terbagi dua sama besar untuk infiltrasi dan DRO. Sebagian dari air yang diinfiltrasikan menjadi air yang tersimpan di tanah (G) dan terus tersimpan hingga terisi kembali. Sebagian dari air yang diinfiltrasikan menjadi BFO sebesar 337.3 mm selama satu tahun.
13 Pada tahun 1997 keadaan SM dan ETa mengalami penurunan dan tidak dapat mencapat keadaan maksimumnya seperti pada gambar 7.
Gambar 7Grafik neraca air DAS Mentaya tahun El Nino 1997
Nilai SM menurun ketika curah hujan menurun hingga bulan Oktober. Nilai ETa kurang dari ETp ketika SM tidak pada kondisi jenuh (WHC). Pada tahun El Nino (1997), nilai SM dan ETa sedikit berkurang dibulan Maret namun dapat jenuh kembali kemudian berkurang dibulan Juni - November tetapi diakhir tahun mengalami sedikit peningkatan.
Pada gambar 8 nilai RO hasil perhitungan neraca air hampir selalu lebih rendah daripada hasil pengukuran, namun pola naik dan turunnya RO hampir mirip dengan RO(obs) dibulan Maret hingga Juni meskipun pada bulan April hasil perhitungan lebih tinggi. Debit air bulanan dalam m3/s hasil perhitungan (RO) maksimum sebesar 8240.8 m3/s dibulan April dan minimum 165.6 m3/s dibulan September, sedangkan hasil pengukuran (RO(obs)) maksimum sebesar 12633 m3/s dibulan Mei dan minimum sebesar 1330.5 m3/s dibulan Desember.
Gambar 8 Grafik perbandingan RunOff tahun El Nino (1997)
Nilai RO hasil perhitungan neraca air hampir selalu lebih rendah daripada hasil pengukuran, namun pola naik dan turunnya RO hampir mirip dengan RO(obs) dibulan Maret hingga Juni meskipun pada bulan April hasil perhitungan lebih tinggi. Debit air bulanan dalam m3/s hasil perhitungan (RO) maksimum sebesar 8240.8 m3/s dibulan April dan minimum 165.6 m3/s dibulan September, sedangkan hasil pengukuran (RO(obs)) maksimum sebesar 12633 m3/s dibulan Mei dan minimum sebesar 1330.5 m3/s dibulan Desember.
Nilai NSE hasil perhitungan neraca air pada tahun El Nino 1997 ialah sebesar 0.30. Nilai tersebut menunjukkan bahwa hasil perhitungan atau model
0.0
Jan Feb Mar Apr Mei Juni Juli Agust Sept Okt Nov Des
m
Jan Feb Mar Apr Mei Juni Juli Agust Sept Okt Nov Des
14
neraca air masih dapat diterima. Salah satu yang mempengaruhi nilai NSE ialah adanya nilai yang meningkat pada bulan Maret dan April namun RO(obs) meningkat pada bulan April dan Mei. Selain hal tersebut pada bulan Januari – Maret RO menunjukkan penurunan namun RO(obs) menunjukkan peningkatan meski tidak begitu tinggi.
Neraca Air Tahun Normal
Pada tahun 2006 termasuk tahun normal. Curah hujan di tahun tersebut terjadi dua kali penurunan yaitu bulan Februari dan Juli – Oktober seperti pada tabel 4.
Tabel 4Neraca air DAS Mentaya tahun normal (2006)
Jan Feb Mar Apr Mei Juni Juli Agust Sept Okt Nov Des Tahunan
*Hasil pemisahan dari pengukuran debit sungai Mentaya
Pada tahun normal (2006), curah hujan mencapai 2941.2 mm dan dievapotranspirasikan (ETa) sebesar 1546 mm selama setahun. Air yang diinfiltrasikan sebesar 733.9 mm dan menjadi DRO sebesar 733.9 mm selama setahun. Pada bulan Maret, Mei, Juni, dan November nilai RO hasil perhitungan neraca air melebihi pengukuran debit sungai Mentaya (RO(obs)), namun selama setahun nilai RO masih kurang dari nilai debit pengukuran.
Pada tahun normal (2006) nilai SM mengalami penurunan mengikuti pola curah hujan seperti pada gambar 9.
Gambar 9Grafik neraca air DAS Mentaya tahun normal 2006
0.0
Jan Feb Mar Apr Mei Juni Juli Agust Sept Okt Nov Des
15 Pada tahun normal (2006) nilai SM sedikit berkurang dibulan Februari. Nilai SM mulai berkurangkembali dibulan Agustus – Oktober dan jenuh kembali dibulan November. Penurunan Nilai SM dikarenakan nilai curah hujan atau presipitasi yang juga berkurang. Nilai ETa mengalami pola penurunan yang sama dengan SM.
Hasil perhitungan RO dengan metode neraca air ditahun normal memiliki nilai yang lebih rendah pada saat menurun dan nilai yang lebih tinggi pada saat terjadi peningkatan jika dibandingkan dengan nilai RO(obs), namun pola naik dan turun RO mengikuti pola RO(obs) seperti pada gambar 10. Debit air bulanan dalam m3/s hasil perhitungan (RO) maksimum sebesar 19057.7 m3/s dibulan Juni dan minimum 894.7 m3/s dibulan Oktober, sedangkan hasil pengukuran (RO(obs)) maksimum sebesar 13903.5 m3/s dibulan Juni dan minimum sebesar 3761.6 m3/s dibulan September.
Gambar 10Grafik perbandingan RunOff tahun normal (2006)
Nilai NSE hasil perhitungan neraca air pada tahun normal 2006 ialah sebesar -0.23 . Nilai tersebut menunjukkan bahwa hasil perhitungan atau model neraca air tidak dapat diterima dan nilai rata-rata hasil pengukuran lebih baik dalam memprediksi daripada hasil perhitungan. Salah satu yang mempengaruhi nilai NSE yang rendah ialah nilai RO yang terlalu tinggi (over estimate) dibulan Juni dan November dan terlalu rendah (under estimate) dibulan Februari dan Oktober.
Neraca Air Tahun La Nina
Pada tahun 2000 merupakan tahun La Nina. Pada tahun tersebut curah hujan lebih tinggi daripada tahun normal 2006 dan El Nino 1997 meskipun pada tahun 200 juga mengalami penurunan pada bulan Maret dan Agustus (tabel 5).
Tabel 5Neraca air DAS Mentaya tahun La Nina (2000)
Jan Feb Mar Apr Mei Juni Juli Agust Sept Okt Nov Des Tahunan
Jan Feb Mar Apr Mei Juni Juli Agust Sept Okt Nov Des
16
*Hasil pemisahan dari pengukuran debit sungai Mentaya
Pada tahun La Nina (2000) curah hujan mencapai 3494.4 mm. Kelengasan tanah selalu dalam keadaan jenuh karena curah hujan (P) setiap bulannya dapat memenuhi nilai ETa sebesar 1887.9 mm selama setahun. Air yang masuk kedalam tanah terinfiltrasi sebesar 803.3 mm dan melimpas menjadi DRO sebesar 803.3 mm selama setahun. Air yang masuk kedalam tanah menjadi simpanan air tanah dan mengalir menjadi BFO sebesar 855.2 mm selama setahun. Nilai total RO hasil perhitungan neraca air mendekati nilai RO(obs).
Pada gambar 11 terlihat bahwa nilai SM tidak mengalami penurunan selama tahun 2000. Nilai ETa selalu sama dengan ETp karena nilai SM selalu jenuh dan jenuhnya kelengasan tanah dikarenakan jumlah curah hujan yang selalu mencukupi untuk menjenuhkan tanah meskipun SM berkurang karena evapotranspirasi.
Gambar 11Grafik neraca air DAS Mentaya tahun La Nina (2000)
Pada gambar 12 terlihat pola RO mengikuti RO(obs) meskipun tidak terlalu tepat nilainya.
Gambar 12Grafik perbandingan RunOff tahun La Nina (2000)
0.0
Jan Feb Mar Apr Mei Juni Juli Agust Sept Okt Nov Des
m
Jan Feb Mar Apr Mei Juni Juli Agust Sept Okt Nov Des
17 Pada tahun La Nina nilai RO memiliki nilai yang lebih rendah saat mengalami penurunan dan lebih tinggi saat mengalami peningkatan terhadap hasil pengukuran,namun pola naik dan turunnya nilai RO hasil perhitungan mengikuti nilai RO(obs). Debit air bulanan dalam m3/s RO maksimum sebesar 13473.1 m3/s dibulan Juni dan minimum 2933.1 m3/s dibulan September, sedangkan RO(obs) maksimum sebesar 13442.2 m3/s dibulan Januari dan minimum sebesar 6096.8 m3/s dibulan September.
Nilai NSE hasil perhitungan neraca air pada tahun La Nina 2000 ialah sebesar -0.38. Nilai tersebut menunjukkan bahwa hasil perhitungan atau model neraca air tidak dapat diterima dan nilai rata-rata hasil pengukuran lebih baik dalam memprediksi daripada hasil perhitungan. Salah satu yang mempengaruhi nilai NSE yang rendah ialah nilai RO yang terlalu tinggi (over estimate) dibulan April - Juni dan terlalu rendah (under estimate) dibulan September.
Analisis PengaruhENSO
Perbandingan antara tahun El Nino, normal, dan La Nina dapat dilihat pada tabel 6. Nilai perbedaan RO hasil perhitungan neraca air terhadap pengukuran jika dirata-ratakan antara tahun El Nino, normal, dan La Nina memiliki nilai persentase perbedaan sebesar -9%.
Tabel 6 Perbandingan komponen neraca air tahun El Nino, normal dan La Nina
Komponen El Nino (1997) Normal (2006) La Nina (2000)
*Persentase menandakan perbandingan jumlah pada tahun tersebut dengan tahun normal.
**Persentase nilai RO yang minus menandakan hasil perhitungan lebih rendah daripada hasil pengukuran
18
Hasil perhitungan neraca air menunjukkan pada tahun El Nino, normal, dan La Nina air yang dievapotranspirasikan (ETa) ialah 67% , 53% dan 54% dari curah hujan tahunan. Air yang melimpas (RO) pada tahun El Nino, normal, dan La Nina ialah sebesar 35%, 50%, dan 47% dari curah hujan tahunannya.
Nilai Presipitasi, RO dan RO(obs) pada tahun El Nino memiliki penurunan yang lebih tinggi dan peningkatan yang lebih tidak terlalu tinggi pada tahun La Nina. Hal ini dapat disebabkan karena pada tahun El Nino (1997) diikut oleh IOD ( Indian Ocean Dipole) yaitu anomali suhu permukaan di Samudra Hindia yang bernilai positif. Gabungan El Nino dan IOD positif ditahun 1997 menguatkan efek penurunan presipitasi (Meyers et al 2007), sedangkan ditahun 2000 IOD dalam keadaan normal.
Perbedaan hasil perhitungan dan pengukuran RO dapat disebabkan oleh data curah hujan yang digunakan hanya ada di daerah barat hulu DAS Mentaya sedangkan debit air yang terukur berasal dari daerah timur dan barat hulu DAS. Curah hujan di daerah timur hulu DAS tidak terukur padahal daerah tersebut cukup berpengaruh karena memiliki topografi bukit yang dapat memiliki curah hujan yang lebih tinggi daripada di barat hulu DAS.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Jumlah air yang ada di DAS Mentaya dapat diduga dengan model neraca air lahan metode Mock yangdimodifikasi pada nilai ETa,dengan memperhitungkan keadaan kelengasan tanah (SM). Didapatkan bahwa jumlah curah hujan dan air yang menjadi BFO dan DRO ditahun El Nino (1997) lebih rendah 60% daripada tahun normal dan ditahun La Nina (2000) lebih tinggi 13% daripada tahun normal (2006). Jumlah perhitungan ROselama satu tahun dengan metode neraca air lebih rendah daripada debit hasil pengukuran di tahun El Nino (1997) dan normal (2006).
Saran
19
DAFTAR PUSTAKA
Arsyad S. 2006. Konservasi Tanah dan Air. Bogor : IPB Press
Atroosh KB, Mukred AWO, Moustafa AT. 2013. Water requierement of grape (Vitis vinifera) in Northern Highlands of Yemen. Journal of Agricultural Science; Vol. 5, No. 4; 2013
Davie T. 2008. Fundamentals of Hydrology. USA: Routledge Taylor & Francis Group
Dinas Pekerjaan Umum Provinsi Kalimantan Tengah. 2010. Kabupaten Kotawaringin Timur [internet]. [diunduh 2014 Januari 03]. Tersedia pada: http://www.tarukalteng.net/wp-content/uploads/CETAK-10-KOTIM.pdf
Duryea ML, Dougherty PM. 1991. Forest Regeneration Manual. Kluwer Academic Publishers: USA
Dourado-Neto D, Jong van Lier Q, Metselaar K, Reichardt K, Nielsen DR. 2010. General procedure to initialize the cyclic soil water balance by the Thornthwaite and Mather method. Journal of Science Agriculture, v.67, n.1, p.87-95
[FAO] Food and Agrriculture Organization. 1998. Crop Evapotranspiration: Guidelines For Computing Crop Water Requirements. FAO irrigation and drainage paper No 56
Haryanto TE, Shadiq HF, Sulistyono R, Kusuma Z. 2013. Actual water availability and water needs in irrigation area of Riam Kanan in South Kalimantan Province. Academic Research International Vol 4 No. 6 Nov 2013. ISSN 2223 – 9944
Meyers G, McIntosh, Pigot L, Pook M. 2007. The years of el nino, la nina, and interactions with the tropical indian ocean. Journal of climate American Meteorological Society : Vol 20, 2872 – 2880. DOI: 10.1175/JCLI4152.1 Musy A, Higy C. 2011. Hydrology : A Science of Nature. USA : Science
Publishers
[NOAA] National Oceanic and Atmospheric Administration. 2014. Cold and Warm Episodes by Season [internet]. [diunduh 2014 Juni 17]. Tersedia pada : http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyea rs.shtml
Thornthwaite CW, Mather JR. 1957. Instructions and tables for computing potential evapotranspiration and the water balance. Publications in Climatology. 10:185-311
Viessman WJr, Lewis GL. 1997. Introduction to Hydrology Fourth Edition. New Jersey: Prentice Hall Professional Technical Reference
Welderufael WA, Woyessa YE. 2010. Stream flow analysis and comparison of baseflow separation methods case study of Modder River Basin in Central South Africa. European Water 31 : 3-12
20
LAMPIRAN
Lampiran 1Grafik debit air hasil pengukuran sungai Mentaya Tahun El Nino (1997)
109 127 145 163 181 199 217 235 253 271 289 307 325 343 361
Debit air
103 120 137 154 171 188 205 222 239 256 273 290 307 324 341 358
Debit air
103 120 137 154 171 188 205 222 239 256 273 290 307 324 341 358
Debit air
Baseflow
21
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sampit pada tanggal 24Oktober 1992 dari ayahM. Iskandar dan ibu Srie Hayani. Penulis adalah putrapertama dari dua bersaudara. Penulis menyelesaikan sekolah dasar di SDN 6 Mentawa Baru Hulu Kabupaten Kotawaringin Timur dan lulus pada tahun 2004. Penulis meneruskan pendidikan di SMPN 1 Sampit Kabupaten Kotawaringin Timur dan lulus pada tahun 2007. Tahun 2010 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Sampit dan pada tahun yang samapenulis diterimamasuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan menjadi mahasiswa di Program Studi Meteorologi Terapan, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama di IPB penulis mendapatkan beasiswa unggulan Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan dan CIMB Niaga.
