1 BAB I
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Fenomena hidrologi yang terjadi di bumi merupakan siklus yang sangat kompleks. Sebagaimana diketahui, hidrologi diartikan sebagai ilmu pengetahuan alam yang mempelajari keberadaan, persebaran, gerak dan sifat air bumi serta hubungannya dengan lingkungannya (Viessman et al., 1989 dalam Hadi, 2003). Definisi lain Hidrologi dipaparkan oleh (Asdak, 2010) yang menyatakan Hidrologi merupakan ilmu yang mempelajari air dalam segala bentuknya (cairan, gas, padat) pada, dalam, dan di atas permukaan tanah, termasuk di dalamnya penyebaran, daur, dan perilakunya, sifat-sifat kimia dan kimianya, serta hubungannya dengan unsur-unsur hidup dalam air itu sendiri. Hidrologi sebagai sebuah ilmu memiliki rentang bahasan yang sangat banyak, oleh karenanya para ahli hidrologi mengklasifikasikannya ke dalam beberapa cabang, yakni: Geohidrologi, Potamologi, Limnologi, Kriologi, dan Hidrometeorologi. Secara khusus kajian hidrologi juga dapat diterapkan untuk kajian tertentu misalnya hidrologi hutan, hidrologi daerah pasang-surut, dan hidrologi perkotaan. Pada penelitian ini, bahasan kajian akan difokuskan pada air permukaan di kawasan perkotaan.
Kajian Potamologi saat ini menjadi perbincangan yang cukup menarik, utamanya studi tentang hidrologi perkotaan yang membahas mengenai hubungan antara hujan dan limpasan sebagai respon Daerah Aliran Sungai (selanjutnya disingkat DAS) terhadap hujan (Lazaro, 1990). Kajian hidrologi kota merupakan pengetahuan yang spesifik pada aplikasi hidrologi di area yang sangat tinggi aktivitas manusianya yang berhubungan dengan proses alam. Berkaitan dengan itu, pada umumnya perkembangan kota yang pesat menyebabkan lahan terbangun (impervious area) menjadi semakin banyak sehingga respon DAS dalam menanggapi hujan yang terjadi akan berbeda karakternya.
Respon DAS terhadap hujan pada daerah perkotaan menghasilkan karakteristik DAS yang khas. Kebanyakan daerah-daerah perkotaan memiliki karakter DAS yang mudah banjir. Menurut (Chow, 1964) banjir didefinisikan sebagai setiap aliran yang relatif tinggi dan menimbulkan masalah pada manusia.
2 Definisi lain banjir dipaparkan oleh Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah (Kimpraswil, 2003) yang menyatakan bahwa aliran air di permukaan tanah (surface water) yang relatif tinggi dan tidak dapat ditampung oleh saluran drainase atau sungai, sehingga melimpah ke kanan dan kiri serta menimbulkan genangan/aliran dalam jumlah melebihi normal dan mengakibatkan kerugian pada manusia. Banjir juga merupakan ancaman alam yang paling sering terjadi dan paling banyak merugikan, baik dari segi kemanusiaan maupun ekonomi. Menurut Naryanto (2009), penyebab banjir pada dasarnya disebabkan tiga hal. Pertama, kegiatan manusia yang menyebabkan terjadinya perubahan tata ruang dan berdampak pada perubahan alam. Kedua, peristiwa alam seperti curah hujan sangat tinggi, kenaikan permukaan air laut, badai, dan sebagainya. Ketiga, degradasi lingkungan seperti hilangnya tumbuhan penutup tanah pada daerah aliran sungai, pendangkalan sungai akibat sedimentasi, penyempitan alur sungai dan sebagainya. Permasalah banjir cenderung meningkat dari tahun ke tahun yang diakibatkan oleh adanya perubahan watak banjir serta pesatnya pembangunan berbagai kegiatan manusia.
Aliran air di sungai merupakan hasil dari beberapa proses yang terjadi pada alih ragam hujan-limpasan di dalam Daerah Aliran Sungai (DAS) dan dikenal sebagai hasil siklus hidrologi DAS. Hasil aliran sungai dalam siklus hidrologi DAS akan dipengaruhi oleh karakteristik curah hujan, tutupan vegetasi DAS, penggunaan lahan, dan morfometri DAS.
Karakteristik hujan mempunyai efek yang besar pada pengalihragaman hujan-limpasan dalam siklus hidrologi DAS. Karakteristik hujan tidak dapat dipisahkan dengan penggunaan lahan dalam proses pembentukan aliran limpasan. Semakin besar daya retensi DAS mengindikasikan kondisi DAS yang semakin baik, dicirikan oleh tutupan vegetasi yang dominan, infiltrasi besar, dan debit puncak limpasan tidak melebihi kapasitas tampungan sungai. Adapun proses pembentukan limpasan permukaan dimulai dari sebagian curah hujan yang mencapai permukaan (throughfall), sebagian yang lain akan menjadi simpanan sementara di dalam vegetasi (intersepsi). Pada kondisi yang jenuh air, daun pada pepohonan akan
3 mengakibatkan air jatuh ke permukaan bergabung menjadi limpasan permukaan, sedangkan sebagian yang lain akan mengalami evapotrasnpirasi setelah hujan reda. Sebelum menjadi limpasan permukaan, air hujan yang jatuh akan mengalami infiltrasi sampai pada zona perakaran tanaman (interflow) dan perkolasi hingga zone lapisan jenuh air (baseflow). Walaupun demikian, air pada zona tak jenuh (interflow) dan zone jenuh air (baseflow) akan mengumpul pada titik tertentu sebagai luaran (outlet) sungai.
Selain karakteristik curah hujan, alih ragam hujan menjadi aliran juga dipengaruhi oleh penggunaan lahan. Penggunaan lahan di daerah perkotaan yang banyak didominasi oleh permukiman dan lahan terbangun (impervious area) mengakibatkan dampak negatif terhadap karakteristik hidrologis pada sejumlah DAS. Perkembangan lahan terbangun yang dinamis menyebabkan volume dan debit limpasan permukaan meningkat sehingga intensitas banjir akan semakin tinggi. Kondisi tersebut diperparah dengan meningkatnya pertambahan jumlah penduduk yang diikuti dengan meningkatnya kebutuhan sarana dan prasarana permukiman, sosial ekonomi, kesehatan, kawasan industri, pariwisata, dan perkantoran. Mengingat ketersediaan lahan untuk memenuhi sarana dan prasarana sudah tidak dapat dipenuhi lagi, maka untuk memenuhinya adalah dengan menempati lahan yang tidak layak huni yang pada akhirnya menimbulkan bahaya seperti di daerah bantaran sungai atau di dataran banjir. Perubahan penggunaan lahan pada daerah perkotaan akan mengakibatkan perubahan karakteristik debit puncak dan volume aliran sehingga respon hidrologi DAS akan mengalami gangguan.
Morfometri DAS seperti bentuk DAS, luas DAS, panjang sungai utama, luas daerah hulu, kerapatan sungai, dan topografi sungai merupakan faktor lain yang mempengaruhi alir ragam hujan menjadi aliran. Bentuk dan luas DAS yang berbeda akan berpengaruh terhadap respon DAS dalam menghasilkan volume dan debit sungai. Pada bentuk DAS yang panjang dan luas yang besar, debit puncak akan terjadi pada waktu yang relatif lebih lama jika dibandingkan dengan bentuk DAS yang membulat dan luas yang kecil.
4 Analisis tanggapan DAS terhadap masukan hujan yang menghasilkan keluaran berupa aliran sungai pada umumnya mengandung ketidaktelitian (inaccuracy) dan ketidakpastian (uncertainty) padahal keluaran tersebut biasanya akan digunakan untuk dasar pertimbangan rancang bangun tanggul banjir (Hadi, 2003). Pelbagai metode dalam penentuan aliran sungai telah dikembangkan oleh pakar hidrologi, diantaranya yakni: metode rasional, hidrograf aliran, Soil Conservation Service Curve Number (SCS CN), hidrograf satuan, dan hidrograf satuan sintetik untuk mengetahui karakterisik aliran yang terjadi pada suatu wilayah tertentu. Beragamnya metode yang dikembangkan disesuaikan dengan kebutuhan dan ketersediaan data sehingga masing-masing metode penentuan aliran tersebut memiliki kelebihan dan kelemahan.
Salah satu metode yang sering dipakai dalam analisis aliran ialah dengan melihat hidrograf aliran sungai. Hidrograf aliran diperlukan untuk mempelajari respon hidrologi sungai seperti fluktuasi volume dan waktu debit puncak terutama selama terjadi banjir. Suatu hidrograf banjir menunjukkan bagaimana perubahan volume sungai sebelum dan sesudah banjir melanda, melalui kenaikan puncak hidrograf aliran hingga penurunan hidrograf aliran. Dengan hidrograf aliran akan diperoleh hubungan antara curah hujan dengan debit sungai dalam rentang waktu tertentu (Sene, 2008). Hidrograf merupakan metode yang dapat menentukan karakteristik aliran suatu sungai. Namun demikian, dalam wilayah yang lebih kecil (DAS kurang dari 2.5 Km2) penentuan aliran biasanya menggunakan metode rasional (Ponce, 1989 dalam Triatmodjo, 2010) yang dinilai lebih sederhana. Metode rasional kerap digunakan dalam perencanaan drainase perkotaan mengingat metode ini menghasilkan debit maksimum sebagai fungsi dari koefisien aliran (C), intensitas hujan (I), dan luas DAS (A). Namun demikian model prediksi limpasan metode rasional tidak dapat menerangkan hubungan curah hujan dan aliran permukaan dalam bentuk hidrograf (Suripin, 2004).
Salah satu daerah yang mengalami permasalahan banjir ialah Kali Belik yang terletak di sebagian Kota Yogyakarta dan Kabupaten Sleman. Kali Belik memiliki karakteristik urban dengan sebagian besar lahan terbangun (impervious area).
5 Hubungan hujan – limpasan pada Kali Belik menjadi menarik untuk dikaji mengingat secara morfologi masuk ke dalam daerah perkotaan dengan penggunaan lahan yang didominasi oleh lahan terbangun. Hal ini ditambah dengan kejadian banjir kota yang telah berulangkali terjadi sehingga menimbulkan genangan, bahkan mampu untuk merobohkan sebagian rumah warga sekitar yang dilalui banjir ini. Banjir yang terjadi di sebagian kali belik menunjukkan kapasitas maksimum sungai tidak mampu lagi untuk menampung limpasan sehingga kajian mengenai hubungan antara hujan – limpasan untuk mengetahui sejauh mana karakteristik hujan berpengaruh terhadap limpasan kali belik.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian sebagaimana yang dipaparkan pada latar belakang di atas maka dapat dirumuskan permasalahan penelitian sebagai berikut:
a. Bagaimana karakteristik hujan pada DAS Belik Hulu?
b. Bagaimana karakteristik limpasan pada DAS Belik Hulu sebagai respon dalam menangapi hujan?
c. Bagaimana hubungan antara karakteristik hujan – limpasan pada DAS Belik Hulu.
1.3. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah yang telah disebutkan di atas, penelitian ini memiliki tujuan, yakni:
a. Menganalisis Karakteristik Hujan DAS Belik hulu
b. Mendeterminasi karakteristik limpasan pada DAS Belik Hulu sebagai respon dalam menanggapi hujan
c. Menganalisis hubungan antara karakteristik Hujan – limpasan pada DAS Belik Hulu.
1.4. Kegunaan Penelitian
Kegunaan penelitian ini antara lain: a. Manfaat Pengembangan Akademis
6 Hubungan hujan – limpasan merupakan kajian yang penting dalam hidrologi, sehingga diharapkan penelitian ini dapat memperkaya kajian hidrologi utamanya dalam kajian tentang banjir.
b. Manfaat Praktis
Penelitian ini memfokuskan pada hubungan karakteristik hujan – limpasan permukaan pada Kali Belik yang memiliki penggunaan lahan dominan perkotaan (urban catchment) sehingga diharapkan penelitian ini dapat dijadikan sebagai salah pertimbangan dalam pengelolaan DAS Belik Hulu.
1.5. Tinjauan Pustaka
1.5.1. Konsep Daerah Aliran Sungai (DAS)
Istilah Daerah Aliran Sungai (DAS) banyak digunakan oleh beberapa ahli dengan makna atau pengertian yang berbeda-beda, ada yang menyamakan dengan cacthment area, watershed, atau drainage basin. Menurut Sudjarwadi (1987), Daerah Aliran Sungai (DAS) ialah suatu wilayah kesatuan ekosistem yang dibatasi oleh pemisah topografi yang berfungsi mengumpulkan, menyimpan dan menyalurkan air beserta sedimen unsur hara dalam sistem sungai dan keluar melalui outlet tunggal sedangkan menurut Dictionary of Scientific and Technical Term DAS (Watershed) diartikan sebagai suatu kawasan yang mengalirkan air ke satu sungai utama (Lapedes, et al., 1974).
Sebagaimana pengertian di atas, DAS merupakan sebuah sistem yang di dalamnya terdapat banyak interaksi satu dengan yang lainnya. Namun demikian, pengertian DAS pada penelitian ini dibatasi pada definisi kedua sebagaimana dipaparkan oleh Lapedes, et al, 1974 karena tinjauan penelitian ini fokus terhadap masalah hidrologis.
1.5.2. Siklus Hidrologi DAS
Keseluruhan air yang berada di bumi pada dasarnya memiliki satu kesamaan proses utama yang dinamakan siklus hidrologi. Menurut Triatmodjo (2010) siklus hidrologi merupakan proses kontinyu dimana air bergerak dari bumi ke atmosfer dan kemudian ke bumi lagi. Pada siklus hidrologi, air sebagai penyusun utamanya
7 mengalami pelbagai perubahan wujud yang bergantung pada proses hidrologi yang terjadi. Dalam daur hidrologi, energi panas matahari dan faktor-faktor iklim lainnya menyebabkan terjadinya proses evaporasi pada permukaan vegetasi dan tanah, di laut atau badan-badan air lainnya. uap air sebagai hasil evaporasi akan terbawa oleh angin melintasi daratan yang bergunung maupun datar, dan apabila keadaan atmosfer memungkinkan, sebagian uap air tersebut akan terkondensasi dan turun sebagai hujan (Asdak, 2010).
Dalam siklus hidrologi, hujan merupakan proses awal yang memungkinkan air berpindah dari atmosfer menuju ke bumi. Perpindahan air dari atmosfer ke bumi merupakan awalan dari keseluruhan proses hidrologi yang terjadi dalam Daerah Aliran Sungai (selanjutnya disingkat DAS). Sebelum mencapai permukaan tanah air hujan akan tertahan oleh tajuk vegetasi. Sebagian air hujan akan tersimpan di permukaan tajuk/daun dan sebagian lainnya akan jatuh ke atas permukaan tanah melalui sela-sela daun (throughfall) atau mengalir ke bawah melalui permukaan batang pohon (stemflow). Sebagian air hujan tidak akan pernah sampai di permukaan tanah, melainkan terevaporasi kembali ke atmosfer (dari tajuk dan batang) selama dan berlangsungnya hujan (interception loss).
Air hujan yang mencapai permukaan tanah sebagian akan masuk (terserap) ke dalam tanah (infiltration), sedangkan air hujan yang tidak terserap ke dalam tanah akan tertampung sementara dalam cekungan-cekungan permukaan tanah (surface detention) untuk kemudian mengalir di atas permukaan tanah ke tempat yang lebih rendah (runoff) yang selanjutnya masuk ke sungai. Air infiltrasi akan tertahan di dalam tanah oleh gaya kapiler yang selanjutnya akan membentuk kelembaban tanah. Apabila tingkat kelembaban airtanah telah cukup jenuh maka air hujan yang masuk ke dalam tanah akan bergerak secara lateral (horizontal) yang selanjutnya pada tempat tertentu akan keluar lagi ke permukaan tanah (subsurface flow) dan akhirnya mengalir ke sungai. Alternatif lainnya, air hujan yang masuk ke dalam tanah akan bergerak vertikal ke tanah akan bergerak vertikal ke tanah yang lebih dalam dan menjadi bagian dari airtanah (groundwater). Airtanah tersebut akan mengalir pelan-pelan ke sungai (baseflow) (Asdak, 2010). Secara lebih detail, siklus hidrologi ditunjukkan pada Gambar 1.1.
8 Gambar 1.1. Siklus Hidrologi DAS
(Tarboton, 2003)
1.5.3. Proses Hujan Menjadi Aliran/Limpasan
Menurut Ariwibowo (2002), hujan didefinisikan sebagai presipitasi berbentuk cair yang jatuh sampai ke permukaan bumi. Hujan terjadi karena penguapan air terutama air dari permukaan laut, yang naik ke atmosfer, dan mendingin kemudian menyuling dan jatuh sebagian di atas laut dan sebagian di daratan. Hujan yang jatuh pada DAS tidak semuanya akan menjadi limpasan. Limpasan akan terbentuk apabila hujan yang jatuh di suatu DAS melebihi kapasitas infiltrasi.
Mekanisme terbentuknya limpasan diawali dengan jatuhnya hujan ke bumi yang kemudian sebagian akan tertampung pada daun dan batang serta meresap ke tanah. Air hujan yang tidak dapat tertampung oleh daun, batang, serta tanah kemudian akan mengalir (melimpas) di atas permukaan tanah menuju parit-parit dan selokan yang selanjutnya akan bergabung menjadi anak sungai dan akhirnya menjadi aliran sungai. Air yang meresap ke dalam tanah (infiltrasi) menyebabkan terjadinya aliran antara (interflow), yakni aliran yang terjadi di bawah permukaan tanah. Air yang berada pada zona lengas tanah ini dapat bergerak ke elevasi yang
9 lebih rendah yang pada akhirnya akan bergabung dengan sungai. Sedangkan air yang mengalami perkolasi akan membentuk aliran airtanah. Pada kondisi tertentu, aliran airtanah dapat keluar dalam bentuk mataair (spring) yang menyebabkan adanya aliran dasar pada sungai (baseflow). Komponen limpasan yang terbentuk pada sungai (channel) diperlihatkan pada Gambar 1.2.
Gambar 1.2. Komponen Limpasan (Triatmodjo, 2010) 1.5.4. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Limpasan
Seperti yang dipaparkan di atas, limpasan terjadi karena adanya hujan yang tidak dapat tertampung oleh kapasitas infiltrasi. Limpasan sebagai alihragam hujan dipengaruhi oleh beberapa hal. Asdak (2001) dan Sosrodarsono (2009) menyebutkan terdapat dua faktor yang mempengaruhi karakteristik limpasan, yakni faktor iklim dan faktor DAS. Lebih lanjut Seyhan (1990) menyatakan bahwa terdapat faktor lain yang juga signifikan berpengaruh terhadap limpasan, yakni faktor manusiawi (struktur hidrolik, teknik pertanian, dan urbanisasi). Masing-masing faktor memiliki pengaruh yang berbeda dalam pembentukan limpasan, bergantung pada ciri khas dari DAS yang bersangkutan.
a. Faktor Iklim
Faktor iklim oleh Sosrodarsono (2009) dipaparkan sebagai kelebatan curah hujan, lamanya curah hujan, dan intensitas curah hujan. Adapun Asdak (2010) menjelaskan bahwa faktor iklim yang mempengaruhi limpasan ialah durasi hujan, intensitas hujan, dan distribusi hujan. Secara lebih detail Seyhan (1990) menyebutkan bahwa faktor iklim yang mempengaruhi limpasan ialah banyaknya
10 presipitasi (hujan), evapotrasnpirasi, dan faktor meteorologis (radiasi matahari, suhu, kelembaban, kecepatan angin, tekanan atmosfer).
Griend (1979 dalam Setyowati 2010) menyebutkan sifat-sifat hujan yang penting untuk diperhatikan dalam pengalihragaman hujan menjadi limpasan antara lain (1) jumlah hujan yang menunjukkan tebal hujan selama hujan berlangsung dalam satuan millimeter; (2) intensitas hujan yang menyatakan jumlah hujan yang jatuh persatuan waktu; (3) lama hujan yang menunjukkan lama waktu hujan berlangsung; (4) frekuensi hujan yang menggambarkan jumlah hujan yang diharapkan terjadi dalam periode ulang tertentu, dan (5) sebaran atau daerah hujan yang menunjukkan luas daerah yang terwakili oleh suatu penakar hujan.
b. Faktor Daerah Aliran Sungai (DAS)
DAS memiliki karakteristik tertentu yang ditentukan dari kondisi geologi dan geomorfologinya. Sosrodarsono (2009) menyebutkan bahwa terdapat empat faktor DAS yang mempengaruhi limpasan. Keempat faktor tersebut antara lain penggunaan lahan, topografi, jenis tanah, dan kelembaban tanah. Asdak (2010) menambahkan bahwa faktor DAS yang juga mempengaruhi limpasan ialah bentuk dan ukuran DAS dan kondisi geologi.
Secara lebih spesifik dalam penelitian ini yang akan lebih ditekankan ialah faktor DAS dari sisi penggunaan lahan. Mengingat Kali Belik berada di area perkotaan (urban) maka kondisi penggunaan lahan sangat berpengaruh terhadap limpasan yang dihasilkannya. Areal perkotaan menjadi menarik untuk dikaji karena perkotaan merupakan pusat segala aktivitas manusia, sehingga mempelajari aspek limpasan pada daerah perkotaan sama dengan berusaha untuk mencari sintesis permasalahan, utamanya dalam aspek hidrologi untuk memecahkan permasalahan berupa banjir limpasan.
1.5.5. Definisi Urban
Secara luas urban (kota) didefinisikan menjadi enam tinjauan (Yunus, 1982) yang didasarkan pada aspek yuridis administratif, segi morfologikal, jumlah penduduk, kepadatan penduduk, jumlah penduduk kriteria tertentu, dan segi
11 fungsinya dalam suatu organic region. Dari sisi yuridis administratif kota diartikan sebagai suatu daerah tertentu dalam wilayah Negara dimana keberadaannya diatur oleh undang-undang (peraturan tertentu) dibatasi oleh batas-batas administratif tertentu berstastus sebagai kota berpemerintahan tertentu dengan segala hak dan kewajiban mengatur wilayahnya. Tinjauan berdasar sisi morfologikal sedikit berbeda dengan definisi berdasar aspek yuridis Administratif. Hal ini didasari kenyataan bahwa sisi morfologikal melihat kota sebagai suatu daerah tertentu dengan karakteristik penggunaan lahan non-agraris, dimana sebagian besar tertutup bangunan (baik residensial maupun non residensial) dan secara umum building coverage, pola jaringan jalan lebih kompleks, dalam sistem permukiman yang berada di daerah sekitarnya (Yunus, 2007).
Definisi dari aspek jumlah penduduk menganggap Kota sebagai daerah yang dihuni oleh penduduk dengan population threshold tertentu. Adapun pengertian kota menurut tinjauan kepadatan mengacu pada besarnya kepadatan yang ada pada suatu daerah tertentu sesuai dengan batasan yang ditetapkan. Definisi Kota berdasar tinjauan gabungan antara batasan jumlah penduduk dengan kriteria tertentu yang lain melihat bahwa aspek jumlah penduduk saja cenderung tidak cukup sehingga diperlukan pengertian lebih detail, yakni penambahan kriteria lain untuk penentuan definisi kota (Yunus, 2007), sedangkan pengertian Kota menurut tinjauan fungsinya dalam suatu organic region melihat adanya hubungan fungsional antara berbagai sektor kegiatan dalam wilayah yang luas, saling berimplikasi satu sama lain dan membentuk satu simpul tertentu yang terpusat pada titik tertentu. (Clark, 1982).
1.5.6. Penggunaan Lahan (Land Use)
Menurut Vink (1975) lahan ialah suatu wilayah di permukaan bumi, yaitu semua benda penyusun biosfer yang dapat dianggap bersifat menetap atau berpindah meliputi atmosfer, tanah, batuan, topografi, air, flora, fauna, serta akibat-akibat kegiatan manusia pada masa lalu maupun sekarang. Semua itu mempunyai pengaruh terhadap penggunaan lahan oleh manusia di masa sekarang maupun di masa mendatang. Adapun penggunaan lahan menurut Malingreau (1978 dalam Ritohardoyo 2009) ialah segala macam campur tangan manusia, baik secara
12 menetap ataupun berpindah-pindah terhadap suatu kelompok sumberdaya alam dan sumberdaya buatan, yang secara keseluruhan disebut lahan, dengan tujuan untuk mencukupi kebutuhan baik material maupun spiritual, ataupun kebutuhan kedua-duanya.
Secara lebih spesifik, penggunaan istilah penutup lahan (land cover) dan penggunaan lahan (land use) dalam penelitian ini harus dibedakan secara jelas. Penutup lahan (land cover) dalam pemakaiannya mengacu pada sumberdayanya itu sendiri sedangkan penggunaan lahan mengacu pada aktivitas yang ada hubungannya dengan penggunaan sumberdaya itu sendiri.
1.5.7. Penggunaan Lahan Perkotaan
Secara umum penggunaan lahan perkotaan didominasi oleh lahan terbangun. Penutup lahan berupa vegetasi menjadi hal yang langka mengingat aktivitas manusia di perkotaan sangat tinggi. Dengan persentase lahan terbangun (impervous surface) yang tinggi maka kapasitas infiltrasi tanah untuk menangkap air menjadi semakin sedikit, akibatnya limpasan sebagai hasil alih ragam hujan menjadi meningkat. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa penggunaan lahan perkotaan sangat signifikan berpengaruh terhadap limpasan.
Penggunaan lahan perkotaan erat kaitannya dengan nilai koefisien limpasan yang tinggi, karena pada hakikatnya penggunaan lahan perkotaan menyebabkan infiltrasi menjadi berkurang dan persentase volume hujan yang teralihragamkan menjadi limpasan meningkat. Koefisien limpasan teoritik yang sering digunakan pada perhitungan debit puncak Rumus Rasional merupakan hasil dari penurunan dari uji limpasan secara riil di lapangan.
1.5.8. Analisis Frekuensi untuk Pengolahan Data Hujan
Analisis Frekuensi ialah suatu analisis data hidrologi dengan menggunakan statistika yang bertujuan untuk memprediksi suatu besaran hujan dengan masa ulang tertentu. Analisis frekuensi didasarkan pada sifat data pada pengukuran yang lampau untuk menentukan probabilitas curah hujan di masa yang akan datang (Sri Harto, 1993). Analisis Frekuensi pada hujan rencana dilakukan untuk menentukan
13 intensitas hujan tertinggi yang diperoleh dari data hujan otomatis. Data hujan dalam beberapa tahun secara time series dianalisis sehingga menghasilkan intensitas hujan maksimum. Dengan memperhitungkan periode ulangnya, maka intensitas hujan maksimum dapat diperkirakan berdasarkan analisis statistik.
Variabel tebal hujan menerangkan variatnya. Nilai numerik dari kumpulan curah hujan merupakan deret berkala (time series), menggambarkan sampel dari populasi tebal hujan yang telah tercatat pada masa lalu dan yang akan datang di lokasi studi (Triatmodjo, 2010).
1.5.9. Penentuan Besarnya Limpasan
Besarnya limpasan sungai berdasarkan hujan dapat ditentukan dengan pelbagai metode, seperti metode rasional, hidrograf, Soil Conservation Service Curve Number (SCS CN), dan Hidrograf Satuan, dan Hidrograf Satuan Sintetik (HSS). Sebagaimana telah diuraikan terdahulu, besarnya aliran sungai ditentukan oleh besarnya hujan, intensitas hujan, luas daerah hujan, lama waktu hujan, luas daerah aliran sungai, dan ciri-ciri daerah aliran itu. (Subarkah, 1980).
Penentuan besarnya limpasan didasarkan pada ketersediaan data dan tujuan dari sebuah penelitian. Penelitian yang bertujuan untuk mengetahui karakteristik limpasan secara mendetail biasanya akan memerlukan data yang sangat banyak sehingga ketersediaan data yang lengkap merupakan sebuah keharusan yang harus dipenuhi.
1.5.10. Metode Rasional
Metode Rasional merupakan metode memperkirakan laju aliran permukaan puncak yang umum dipakai, digunakan sejak tahun 1889 oleh Emil Kuichling (Needhidasan et al, 2013). Metode ini sangat mudah untuk digunakan, namun terbatas untuk DAS yang kurang dari 2.5 km2. (Ponce, 1989 dalam Triatmodjo, 2010). Persamaan matematik metode rasional dinyatakan pada persamaan (1.1).
14 dimana:
Qp : debit Puncak (m3/det)
C : koefisien aliran yang tergantung pada jenis permukaan lahan I : intensitas hujan (mm/jam)
A : luas DAS (km2)
Metode rasional dikembangkan berdasarkan asumsi bahwa hujan yang terjadi memiliki intensitas seragam dan merata di seluruh DAS selama paling sedikit sama dengan waktu konsentrasi (tc) DAS. Jika hujan yang terjadi lamanya
kurang dari tc maka debit puncak yang terjadi lebih kecil dari Qp karena seluruh
DAS tidak dapat memberikan kontribusi aliran secara bersama pada titik kontrol (outlet). Sebaliknya, jika hujan yang terjadi lebih lama dari tc, maka debit puncak aliran permukaan akan tetap sama dengan Qp (Suripin, 2004).
Koefisien aliran (C) permukaan didefinisikan sebagai bilangan yang menunjukkan perbandingan antara besarnya limpasan permukaan terhadap besarnya curah hujan (Asdak, 2010). Faktor utama yang mempengaruhi koefisien aliran ialah laju infiltrasi tanah atau persentase lahan kedap air, kemiringan lahan, tanaman penutup lahan, dan intensitas hujan. Permukaan kedap air, seperti perkerasan aspal dan atap bangunan, akan menghasilkan aliran hampir 100% setelah permukaan menjadi basah, seberapa pun kemiringannya. Koefisien limpasan juga tergantung pada sifat dan kondisi tanah. Laju infiltrasi menurun pada hujan yang terus menerus dan juga dipengaruhi oleh kondisi kejenuhan air sebelumnya. Faktor lain yang mempengaruhi nilai koefisien aliran adalah airtanah, derajat kepadatan tanah, porositas tanah, dan penggunaan lahan (Suripin, 2004).
Dalam persamaan (1.1), intensitas hujan diperoleh dari kurva IDF (Intensity Duration Frequency), dimana telah diperhitungkan durasi dan frekuensi (periode hujan). Adapun waktu konsentrasi merupakan waktu yang diperlukan oleh air hujan yang jatuh untuk mengalir dari titik terjauh sampai ke tempat keluaran DAS (titik kontrol) setelah tanah menjadi jenuh dan depresi-depresi kecil terpenuhi. Berdasarkan hasil penelitian ahli hidrologi terdapat banyak rumus untuk menentukan waktu konsentrasi.
15 1.5.11. Hidrograf Aliran
Hidrograf adalah suatu grafik yang menggambarkan hubungan antara tinggi muka air (river stage), debit, kecepatan aliran dan elemen-elemen aliran lainnya dengan waktu (Chow, 1964 dalam Suyono, 1982). Terdapat tiga macam bentuk hidrograf yakni hidrograf muka air (stage hydrograph), hidrograf limpasan (discharge hydrograph), dan hidrograf sedimen (sediment hydrograph). Hidrograf muka air menunjukkan hubungan antara perubahan muka air sungai terhadap waktu, hidrograf limpasan menunjukkan hubungan antara debit terhadap waktu, sedangkan hidrograf sedimen menunjukkan hubungan antara kandungan sedimen terhadap waktu.
Hidrograf aliran menunjukkan tanggapan menyeluruh DAS terhadap masukan curah hujan. Sesuai dengan sifat dan perilaku DAS, hidrograf aliran selalu berubah sesuai dengan besarnya dan waktu terjadinya masukan. Bentuk hidrograf dipengaruhi oleh sifat hujan dan karakteristik DAS (Harto, 1993). Sebuah hidrograf aliran menunjukkan informasi mengenai empat sifat pokok limpasan yang meliputi limpasan langsung (direct runoff, DRO), debit puncak (Qp), waktu puncak (Tp), dan
waktu dasar (Tb) seperti yang disajikan pada Gambar 1.4. Debit puncak ialah debit
maksimum yang ditunjukkan oleh sebuah hidrograf pada kurva puncak, waktu puncak ialah waktu yang dimulainya aliran awal hingga debit puncak, waktu dasar adalah waktu yang dimulai dari terbentuknya aliran hingga kembali ke aliran dasar.
1.5.12. Hidrograf Satuan
Hidrograf satuan pertama kali diperkenalkan oleh Sherman pada tahun 1932 dengan konsep transformasi hujan menjadi debit aliran. Menurutnya, hidrograf satuan didefinisikan sebagai hidrograf limpasan langsung (tanpa aliran dasar). Hidrograf aliran sungai selalu berubah tergantung dari sifat masukannya. Hal tersebut terjadi karena sistem DAS yang sebenarnya adalah nonlinear time variant. Akan tetapi dengan andaian DAS sebagai sistem yang linear time variant pengalihragaman hujan menjadi aliran menjadi lebih sederhana. Dengan anggapan yang demikian, maka masukan yang terjadi setiap saat akan mengakibatkan aliran
16 yang sama. Dengan demikian, suatu DAS tertentu mempunyai tanggapan yang khas (specificresponse) terhadap masukan dengan besaran tertentu (Harto, 1993).
Sherman (1932 dalam Harto, 1993) mengemukakan bahwa dalam suatu sistem DAS terdapat satu sifat khas yang menunjukkan sifat tanggapan DAS terhadap suatu masukan tertentu. Tanggapan ini dianalogikan tetap untuk masukan dengan besaran dan penyebaran tertentu. Tanggapan yang demikian dalam konsep model hidrologi dikenal dengan hidrograf satuan (unit hydrograph). Hidrograf satuan adalah hidrograf limpasan langsung (direct runoff hydrograph) yang dihasilkan oleh hujan efektif yang terjadi merata di seluruh DAS dan dengan intensitas tetap dalam satu satuan waktu yang ditetapkan. Hidrograf satuan ini dianggap merupakan hidrograf khas untuk suatu DAS tertentu, misalnya untuk hujan dengan kedalaman 1 mm (atau kedalaman lain yang ditetapkan). Konsep hidrograf pertama kali dikemukakan oleh Sherman (1932) dalam Harto (1993) dalam upayanya untuk mendapatkan perkiraan banjir yang terjadi akibat berbagai kedalaman hujan dan berbagai agihan jam-jamnya. Akan tetapi disadari pula, karena anggapan-anggapan yang digunakan, bahwa hidrograf aliran yang sebenarnya terjadi selalu berbeda untuk setiap masukan yang terjadi pada saat yang berbeda. Oleh sebab itu, untuk memperoleh hidrograf yang dianggap sebagai hidrograf khas dan mewakili DAS tersebut diperlukan perata-rataan hidrograf satuan yang diperoleh dari beberapa kasus banjir. Harto (1989) menunjukkan bahwa semakin sedikit jumlah kasus banjir yang digunakan maka semakin besar nilai debit puncak yang diperoleh dibandingkan dengan jumlah kasus banjir yang banyak.
1.5.13. Hidrograf Satuan Sintetik (HSS)
Pada daerah yang tidak tersedia data hidrologi yang lengkap untuk menurunkan hidrograf satuan, digunakan Hidrograf Satuan Sintetik (HSS) yang didasarkan pada karakteristik fisik dan DAS. Ada berbagai jenis hidrograf satuan sintetik, diantaranya HSS Snyder, GAMA I, Nakayasu, dan lain-lain. Berbagai HSS tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing.
17 Pemilihan HSS pada umumnya disesuaikan dengan kemiripan dari geometri DAS yang menjadi faktor utama karakter limpasan. Masing-masing model HSS merupakan hasil penerapan HSS di DAS tertentu yang diturunkan dari Hidrograf Satuannya. Oleh karena itu, tidak ada HSS yang mampu memprediksi secara tepat karakter limpasan pada DAS yang berbeda.
1.5.14. Soil Conservation Service Curve Number (SCS CN)
Perkiraan besarnya volume limpasan total dari suatu DAS dapat ditentukan dengan oleh U.S. Soil Conservation Service (SCS). Metode SCS dikembangkan dari hasil pengamatan curah hujan selama bertahun-tahun dan melibakan banyak daerah pertanian di Amerika Serikat. Metode ini baik untuk digunakan pada luas DAS kurang dari 13 km2 dengan rata-rata kemiringan lereng kurang dari 30%. Metode SCS mengaitkan karakteristik DAS seperti tanah, vegetasi, dan tataguna lahan dengan bilangan kurva (curve number) limpasan yang menunjukkan potensi limpasan untuk curah hujan tertentu (Asdak, 2010). Persamaan yang menunjukkan potensi limpasan berdasarkan metode SCS ditunjukkan oleh persamaan (1.2) (Asdak, 2010).
𝑄 =(𝐼−0.2𝑆)𝐼+0.8𝑆2 ………..………… (1.2)
dimana:
I : curah hujan (mm)
Q : limpasan dengan satuan kedalaman (mm)
Persamaan (1.2) menunjukkan bahwa besar kecilnya limpasan dipengaruhi oleh retensi potensial maksimum air (S) oleh tanah, yang sebagian besar adalah karena infiltrasi. Retensi potensial maksimum memiliki bentuk yang disajikan pada persamaan (1.3).
𝑆 =25400𝐶𝑁 − 254 ……… (1.3)
Bilangan kurva (curve number = CN ) merupakan fungsi dari karakteristik DAS seperti tipe tanah, tanaman penutup, tataguna lahan, kelembaban dan cara pengerjaan tanah. Nilai CN bervariasi antara 0 – 100. Untuk CN = 100 ditandai
18 dengan permukaan lahan yang kedap air. Apabila lahan terdiri beberapa penggunaan lahan dan tipe tanah maka dihitung nilai CN komposit.
1.5.15. Karakteristik Limpasan
Limpasan dapat dibedakan menjadi tiga macam, yakni: limpasan permukaan (surface runoff), limpasan bawah permukaan (subsurface runoff), dan aliran airtanah (groundwater flow) (Seyhan, 1977, Chow, et.al., 1964 dalam Setyowati, 2010). Limpasan permukaan adalah air yang mencapai sungai melalui permukaan tanah, berasal dari curah hujan, genangan, dan air yang tertahan. Limpasan permukaan biasanya mengalir ke dalam channel sungai dengan volume yang besar dan kecepatan tinggi. Limpasan bawah permukaan (unsaturated) merupakan limpasan yang menyatu dengan limpasan permukaan sedangkan limpasan airtanah bergerak ke dalam sungai dalam kurun waktu yang lama, tergantung dari sifat fisik litologi yang ada.
Lamanya air yang mengalir dari hulu hingga titik pengamatan memerlukan waktu yang disebut waktu konsentrasi (time of concentration). Hal ini terjadi manakala cekungan-cekungan yang berada di sepanjang aliran telah jenuh oleh adanya air (Asdak, 2010, Triatmodjo, 2010).
Koefisien aliran didefinisikan sebagai bilangan yang menunjukkan perbandingan antara besarnya limpasan terhadap besarnya curah hujan (Asdak, 2010). Definisi tersebut biasanya digunakan untuk menyebutkan koefisien aliran volumetrik (Cv). Adapun koefisien aliran puncak (Cp) merupakan perbandingan antara besarnya puncak limpasan terhadap perkalian intensitas curah dan luas DAS/daerah tangkapan air (Sosrodarsono dan Takeda, 1977). (Arsyad 1989 dalam Astuti 2008) menyebutkan bahwa koefisien aliran puncak dipengaruhi oleh laju infiltrasi tanah, tanaman penutup, dan intensitas hujan.
Besarnya intensitas hujan akan berpengaruh terhadap debit puncak dan waktu konsentrasi. Pada DAS perkotaan, debit puncak dan waktu konsentrasi diperlukan untuk mengetahui kapasitas sungai dalam menampung limpasan dan evakuasi apabila terjadi banjr.
19 Gambar 1.3. Komponen Hidrograf (Triatmodjo, 2010)
Komponen hidrograf aliran terdiri dari sisi naik (rising limb), puncak aliran (recession limb), sisi resesi (recession limb), dan aliran dasar (baseflow). Hujan dengan tebal, intensitas, dan lama hujan tertentu akan berpengaruh pada sisi naik (rising limb) hidrograf. Puncak hidrograf menunjukkan adanya debit maksimum untuk suatu kejadian hujan sedangkan sisi resesi menunjukkan adanya aliran dasar (baseflow) yang mengalir ke sungai setelah hujan berhenti. Bentuk lengkung hidrograf aliran bergantung pada karakteristik hujan. Semakin tinggi intensitas hujan, semakin tinggi pula puncak hidrografnya. Kejadian hujan dengan intensitas tetap dengan durasi yang lama akan mengakibatkan terlampainya waktu konsentrasi, sehingga lama durasi puncak hidrografnya semakin besar (Sobriyah, (2003 dalam Setyowati, 2010).
1.5.16. Hubungan Hujan – Limpasan
Aliran permukaan pada DAS terjadi dalam bentuk yakni (1) aliran limpasan pada permukaan tanah, (2) aliran melalui parit/selokan, (3) aliran melalui sungai-sungai kecil. Ketiga tipe aliran tersebut akan bergabung menjadi aliran sungai-sungai. Dengan demikian terdapat hubungan antara hujan dan debit aliran, yang tergantung pada karakteristik DAS. Hubungan antara hujan – limpasan dapat ditunjukkan melalui persamaan (1.4) dan Gambar 1.4 (Triatmodjo, 2010).
20
𝑄 = 𝑏 (𝑃 − 𝑃𝑎)………..……….(1.4)
Q : kedalaman limpasan P : kedalaman hujan
Pa : kedalaman hujan di bawah nilai tersebut tidak terjadi limpasan
b : kemiringan garis
Gambar 1.4. Hubungan Hujan dan Limpasan (Triatmodjo, 2010)
Apabila curah hujan P lebih kecil dari Pa berarti seluruh hujan tersebut
hilang di DAS yang berupa infiltrasi dan evapotranspirasi, tampungan permukaan; dan limpasan mulai terjadi setelah P lebih besar dari Pa. Dalam persamaan (1.4), b
dan Pa dihitung dengan analisis regresi berdasar data hujan dan limpasan.
Beberapa penelitian yang telah dilakukan sebelumnya menunjukkan bahwa intensitas hujan (I) berpengaruh terhadap debit puncak (Qp) secara langsung. Pada persamaan rasional dapat diperoleh hubungan antara intensitas hujan dan debit puncak, intensitas yang tinggi menyebabkan DAS mengalami kejenuhan yang secara tidak langsung juga menunjukkan bahwa intensitas bersama dengan lama hujan berpengaruh terhadap koefisien limpasan (Setyowati, 2010).
Ponce (1989 dalam Setyowati, 2010) menyatakan bahwa intensitas hujan dapat diklasifikasikan menjadi hujan kecil, hujan sedang, dan hujan deras. Hujan kecil memiliki dimensi 3 mm/jam, hujan sedang memiliki dimensi 3 – 10 mm/jam, sedangkan hujan deras memiliki intensitas hujan lebih dari 10 mm/jam. lebih lanjut Hadi (2003) menyatakan bahwa jumlah hujan, intensitas hujan, lama hujan, dan penyebarannya akan berpengaruh pada banyaknya air yang tertimbun dalam
21 simpanan DAS (catchment storage), mempengaruhi infiltrasi dan limpasan, kesemuanya akan mempengaruhi keberadaan sumberdaya.
1.5.17. Penelitian Sebelumnya
Penelitian mengenai hubungan antara karakteristik hujan dan aliran sebenarnya sudah banyak dilakukan oleh peneliti terdahulu. Penelitian terebut memiliki tujuan dan metode yang berlainan. Keberadaan penelitian sebelumnya dapat dijadikan sebagai acuan dan pengembangan analisis. Tujuan dari penelitian ini ialah untuk mengetahui karakteristik hujan – limpasan serta mengkaji hubungan di antara keduanya pada DAS urban dalam hal ini peneliti menggunakan DAS Belik sebagai lokasi penelitian. Sejumlah penelitian yang dilakukan terdahulu lebih memfokuskan pada karakteristik hujan dan aliran pada DAS yang masih memiliki lahan terbangun kecil (bukan wailayah urban), sedangkan pada penelitian kali ini peneliti mencoba untuk mengetahui karakteristik limpasan sebagai hasil fungsi dari faktor klimatik dan penggunaan lahan.
Hasil penelitian Nurokhman (1999) menyebutkan bahwa variabel tebal hujan merupakan variabel yang menentukan nilai koefisien aliran puncak pada dua penggunaan lahan. Lebih lanjut ia mengatakan bahwa koefisien aliran pada sub DAS hutan lebih kecil dibandingkan dengan sub DAS campuran.
Adapun penelitian Komalawati (2000) menyebutkan bahwa variabel tebal hujan merupakan variabel yang menentukan besarnya koefisien aliran volumetrik, sedangkan koefisien aliran puncak lebih dipengaruhi oleh variabel lama hujan. Pendapat yang sama dikemukakan oleh Suhandi (2003). Ia menyatakan bahwa koefisien aliran volumetrik dipengaruhi oleh variabel tebal hujan. Astuti (2003) menyatakan bahwa hubungan antara variabel karakteristik hujan terhadap limpasan ialah positif. Namun demikian secara lebih lanjut ia tidak menjelaskan secara lebih detail pengaruh karakteristik hujan yang lebih dominan terhadap limpasan. Abustan, et al (2008) dalam penelitiannya berjudul Determination of Rainfall – Runoff Characteristics in An Urban Are: Sungai Kerayong Catchment, Kuala Lumpur mengemukakan bahwa hubungan yang terjadi pada tebal limpasan
22 terhadap kedalaman runoff ialah hubungan linear dengan R2 = 0,9405. Dalam analisis mengenai waktu konsentrasi Abustan, et al (2008) menyebutkan bahwa rumus waktu konsentrasi terbaik dalam memprediksi Tc ialah rumus yang disusun oleh NAASRA (1986) dengan tingkat kesalahan 2,8 menit dibandingkan dengan analisis hidrograf.
Penelitian lain yang dilakukan oleh Tampubolon (2009) dan Puspitorukmini (2011) pada area perkotaan menggunakan metode rasional untuk mengevaluasi drainase menunjukkan bahwa pada masing-masing wilayah kajian hujan dengan periode ulang 10 tahun menyebabkan drainase tidak mampu untuk menampung limpasan sehingga menyebabkan banjir. Tampubolon (2009) dalam menganalisis intensitas hujan menggunakan metode mononobe sedangkan Puspitorukmini (2011) menggunakan data hujan jangka pendek untuk membangun kurva IDF (Intensity Duration Frequncy) yang dihasilkan dari data hujan jangka pendek. Teknik evaluasi dilakukan dengan membandingkan antara kapasitas drainase dengan debit rencana yang dihasilkan dari hujan rancangan. Kedua penelitian tersebut menunjukkan bahwa di masing-masing wilayah kajian, saluran drainase tidak mampu lagi untuk menampung limpasan permukaan pada hujan rancangan dengan periode ulang tertentu. Namun demikian, mengingat tidak adanya validasi yang dilakukan dengan menggunakan metode penentuan limpasan yang lain, maka sulit untuk meyakini secara spesifik bahwa benar adanya saluran drainase yang tidak mampu lagi untuk menampung limpasan permukaan.
Praja (2013) melakukan penelitian di Daerah Tangkapan Air (DTA) Belik yang bertujuan untuk mengevaluasi kapasitas drainase Kali Belik dengan menggunakan metode rasional yang digunakan untuk menganalisis debit puncak pada berbagai intensitas hujan. Berbeda dengan penelitian yang dilakukan Tampubolon dan Puspitorukmini, Praja tidak menggunakan hujan rancangan untuk menentukan intensitas hujan melainkan menggunakan data hujan otomatis untuk mengetahui curah hujan terbesar yang digunakan untuk menentukan intensitas hujan tertinggi pada tahun tertentu.
23 Setiawan (2014) meneliti limpasan pada sebagian DAS Kali Belik Hulu yang terbentang di dua desa yakni Desa Caturtunggal dan Condongcatur. Tujuan penelitian ini ialah untuk mengetahui hubungan antara karakteristik hujan dan limpasan. Metode Rasional dipakai untuk menentukan debit puncak (Qp), kurva IDF dipakai untuk menentukan intensitas hujan pada kala ulang 2, 5, dan 10 tahun. Selain itu, waktu konsentrasi (Tc) ditentukan dengan rumus emipiris dari beberapa ahli hidrologi. Tujuannya ialah untuk menentukan waktu konsentrasi terbaik pada DAS Belik Hulu. Adapun untuk metode hidrograf dipakai untuk menentukan karakteristik hujan – limpasan berupa hujan efektif, debit puncak (Qp), waktu puncak (Tp), memvalidasi waktu konsentrasi (Tc), dan memvalidasi koefisien aliran (C).
24 Tabel 1.1. Penelitian Sebelumnya yang Relevan Dengan Penelitian
Peneliti dan
Tahun Tujuan Metode Variabel Hasil
Nurokhman, 1999
1. Mempelajari hubungan antara sifat hujan
(intensitas hujan dan tebal hujan) dengan sifat aliran (tebal aliran dan debit puncak)
2. Mempelajari hubungan antara sifat hujan dengan koefisien aliran
volumetric
3. Menganalisis aliran puncak dan tebal aliran antara sub DAS hutan dan Sub DAS campuran
1. Analisis hidrograf 2. Model statistik analisis
regresi berganda dan korelasi
Koefisien aliran (koefisien aliran volumetrik dan koefisien aliran puncak)
1. Karakteristik hujan (tebal hujan, intensitas hujan, lama hujan, API) 2. Tebal aliran
langsung (DRO), debit puncak
1. Tebal hujan merupakan variabel yang
menentukan nilai koefisien aliran puncak pada kedua jenis penggunaan lahan 2. Koefisien aliran
volumetrik pada sub DAS hutan lebih kecil dibandingkan dengan koefisien aliran puncak pada sub DAS
campuran. Koefisien aliran puncak pada sub DAS campuran lebih besar dibandingkan dengan sub DAS hutan 3. Variabel karakteristik
hujan, tebal hujan sangat berpengaruh terhadap karakteristik aliran dan koefisien aliran baik pada sub DAS hutan maupun campuran
Komalawati, 2000
Mempelajari hubungan koefisien aliran volumetric
1. Metode analisis hidrograf
1. Koefisien aliran (koefisien aliran
1. Variabel tebal hujan merupakan variabel
25 Peneliti dan
Tahun Tujuan Metode Variabel Hasil
(Cv) dan koefisien aliran puncak (Cp) dengan karakteristik hujan (tebal hujan, durasi hujan, intensitas hujan maksimum 30 menitan dan indeks curah hujan terdahulu (API)
2. Analisis statistik model regresi berganda
volumetrik dan koefisien aliran puncak)
2. Karakteristik hujan (tebal hujan, intensitas hujan, lama hujan, API)
yang menentukan besarnya koefisien aliran volumetrik, sedang koefisien aliran puncak lebih
dipengaruhi oleh variabel lama hujan Suhandi, 2003 1. Mempelajari hubungan
antara koefisien aliran volumetric dengan tebal hujan, lama hujan, intensitas hujan maksimum dan API
2. Mempelajari hubungan antara koefisien aliran puncak dengan tebal hujan, lama hujan, intensitas hujan maksimum dan API
Metode analisis hidrograf dan stastistik model regresi berganda dan korelasi
1. Koefisien aliran puncak dan koefisien aliran volumetrik
2. Karakteristik hujan (tebal hujan, lama hujan, intensitas hujan,
API)
1. Koefisien aliran volumetrik dipengaruhi oleh variabel tebal hujan 2. Koefisien aliran puncak
dipengaruhi oleh variabel lama hujan
Astuti, 2008 1. Mendeskripsikan karakteristik hujan dan karakteristik aliran yang terbentuk dari daerah penelitian
2. Mengkaji hubungan antara hujan dan karakteristik aliran yang terbentuk di daerah penelitian dan kaitannya dengan bentuk
1. Metode analisis hidrograf 2. Analisis grafis
3. Model statistik regresi berganda dan korelasi (uji normalitas, uji bivariate, uji kelinearan, dan uji koefisien)
1. Karakteristik hujan (tebal hujan, durasi hujan, intensitas hujan (Imak dan Irata), API-7 2. Karakteristik aliran
(debit puncak, tebal aliran langsung, koefisien aliran volumetric, dan 1. hubungan variabel karakteristik hujan terhadap DRO, Qp, Qps, Cv, Cp adalah positif kecuali durasi hujan terhadap Qps, P terhadap
Cv, Imak terhadap Cv dan
26 Peneliti dan
Tahun Tujuan Metode Variabel Hasil
penggunaan lahan yang ada
3. Menentukan faktor karakteristik hujan apa yang berpengaruh terhadap karakteristik aliran di daerah penelitian
koefisien aliran puncak)
Abustan, et al
2008
1. Menentukan hubungan hujan – limpasan antara hujan efektif dengan besar runoff yang terjadi
2. Menentukan waktu konsentrasi (Tc) dengan membandingkan antara hasil perhitungan secara empiris dengan Tc hasil analisis hidrograf
1. Metode analisis hidrograf
2. Rumus empiris dalam perhitungan Tc (Bransby – William, 1977), (Yen and Chow, 1983), (NAASRA, 1986), dan Kerby
1. Hujan efektif dan tebal
direct runoff
2. Waktu konsentrasi (Tc)
1. Adanya hubungan yang kuat antara hujan efektif dan runoff, ditunjukkan dengan R2=0,9405 2. Rumus waktu
konsentrasi yang terbaik dalam menentukan Tc ialah NAASRA dengan tingkat kesalahan 2,8 menit Vickie Igor Romualdez Tampubolon, 2009 1. Mengevaluasi kemampuan saluran drainase di bandara internasional Adisucipto untuk menampng limpasan maksimum yang
disebabkan hujan dengan periode ulang 2 tahun, 5 tahun, dan 10 tahun 2. Mengetahui besar volume
genangan dan lama penggenangan
1. Perhitungan kapasitas saluran drainase dengan menggunakan rumus
slope area method
2. Rumus rasional untuk menghitung limpasan maksimum 3. Perhitungan hujan rancangan menggunakan metode gumbel 1. Koefisien aliran, intensitas hujan, luas daerah kajian, kapasitas tampung drainase
1. Sistem saluran drainase di bandara Adisucipto Yogyakarta secara umum tidak mampu menampung limpasan maksimum dengan hujan rancagan periode 2, 5, 10
2. Hanya saluran 9U yang mampu menampng limpasan maksimum dengan hujan rancangan 2 tahun
27 Peneliti dan
Tahun Tujuan Metode Variabel Hasil
4. Analisis hujan rancangan menggunakan rumus Mononobe Arum Puspitorukmini, 2011 1. Menghitung besar
limpasan maksimum yang disebabkan oleh hujan rancangan pada periode ulang 2, 5, dan 10 tahun 2. Mengetahui kapasitas
maksimum saluran 3. Mengetahui kemampuan
saluran drainase terhadap besarnya limpasan
1. Slope area method
untuk menghitung debit saluran
2. Menentukan limpasan maksimum
menggunakan rumus rasional
3. Membuat kurva IDF menentukan kala ulang banjir 2, 5, dan 10 tahun
Koefisien aliran, intensitas hujan, luas DTA, dan kapasitas maksimum drainase
Kapasitas saluran drainase di daerah penelitian sudah tidak mampu menampung air hujan yang terjadi pada kala ulang 10 tahun
Shenty Anindya Praja, 2013
1. Mengetahui kemampuan saluran existing
2. Mengetahui debit puncak dengan berbagai intensitas hujan
3. Mengetahui intensitas hujan yang dapat
ditampung sistem saluran drainase
1. Menghitung debit saluran dengan slope area method
2. Rumus rasional untuk menghitung debit aliran 3. Perhitungan intensitas
hujan dari curah hujan otomatis untuk mengetahui hubungan limpasan maksimum dengan berbagai intensitas hujan
Koefisien aliran, intensitas hujan, luas DTA, dan kapasitas maksimum drainase
Kapasitas saluran drainase di lembah UGM dan jalan batikan tidak dapat menampung limpasan karena kapasitas maksimum saluran lebih kecil dibandingkan dengan limpasan maksimumnya
Intensitas hujan maksimum yang dapat ditampung drainase di elmbah UGM sebesar 40 mm/jam, sedangkan
28 Peneliti dan
Tahun Tujuan Metode Variabel Hasil
di daerah Klitren sebesar 60 mm/jam dan di jalan batikan sebesar 26 mm/jam
Setiawan, 2014 1. mengetahui karakteristik hujan pada DAS urban
2. mengetahui karakteristik limpasan pada DAS urban
3. mengetahui hubungan antara karakteristik hujan - limpasan pada DAS urban
1. Membangun hujan rencana untuk menentukan Intensitas hujan
2. Rumus rasional untuk menghitung debit puncak 3. Membangun hidrograf limpasan langsung untuk memvalidasi C danTc 4. Membangunhidrograf satuan untuk
memperkirakan intensitas hujan yang dapat
menyebabkan banjir
1. Intensitas hujan 2. karakteristik limpasan (C, Tc, Qp, DRO dan Tp)
29 1.6. Kerangka Pemikiran
Karakteristik limpasan merupakan hasil dari masukan karakteristik hujan dan komponen-komponen DAS. Masukan (input) berupa hujan sesaat dengan karakteristik tertentu akan menimbulkan keluaran (output) dalam bentuk respon limpasan tertentu, tergantung pada proses dan interaksi faktor iklim dan komponen DAS. Pada daerah perkotaan, lahan terbangun yang mendominasi penggunaan lahan mengakibatkan karakteristik limpasan yang berbeda dengan DAS yang berpenutup lahan dominan vegetasi. Penggunaan lahan yang dominan lahan terbangun menjadikan koefisien aliran tinggi, ditandai dengan adanya limpasan yang semakin besar dan kapasitas infiltrasi yang semakin mengecil. Melimpahnya limpasan permukaan pada gilirannya menyebabkan banjir yang menggenangi wilayah dengan topografi yang lebih rendah. Banjir ini memiliki karakteristik yang khas, dimana ia akan terjadi manakala curah hujan dengan intensitas tertentu turun. Kajian karakteristik hujan yang saling terkait dengan limpasan akan mempengaruhi besarnya kali belik dalam menampung debit limpasan. Pada sungai yang lebih besar dengan potensi banjir yang tinggi kerusakan dapat terjadi dengan parah, sehingga kajian karakteristik hujan akan menentukan pemasangan sistem peringatan dini (early warning system) untuk tujuan evakuasi penduduk agar terhindar dari banjir limpasan.
Karakteristik limpasan berupa debit puncak (Qp) dan waktu konsentrasi (tc) merupakan gambaran interaksi komponen DAS dan faktor iklim. Pada Kali Belik dengan kondisi morfologi perkotaan (urban) karakteristik limpasan selain dipengaruhi oleh faktor iklim, juga dipengaruhi oleh penggunaan lahan. Ini dapat dipahami bahwa lahan terbangun (impervous area) yang mendominasi penggunaan lahan menyebabkan kapasitas infiltrasi semakin rendah, sehingga hujan yang jatuh banyak yang akan menjadi limpasan permukaan karena tidak dapat tertampung menjadi aliran bawah permukaan (interflow) dan aliran dasar (baseflow). Penelitian sebelumnya dengan kajian yang serupa menunjukkan bahwa penggunaan lahan berdampak pada respon limpasan yang dihasilkan. Penggunaan lahan di daerah perdesaan seperti sawah, tegalan, hutan, dan lain-lain menghasilkan koefisien aliran yang rendah. Sawah yang memiliki teras, tegalan yang memiliki depresi
30 (cekungan), dan hutan yang memiliki banyak seresah akan menghambat hujan sesaat beralihragam menjadi limpasan karena tertampung dalam teras, depresi, dan seresah. Kondisi demikian akan berpengaruh pada debit puncak yang relatif lebih rendah.
Koefisien aliran (C) merupakan faktor yang selalu berubah dari waktu ke waktu sebagai akibat adanya perubahan penggunaan lahan. Besarnya limpasan maksimum di daerah perkotaan tidak terlepas dari koefisien aliran yang mempengaruhinya. Koefisien aliran (C) pada daerah perkotaan yang tinggi diindikasikan dengan banyaknya lahan terbangun. Hal ini dikarenakan sebagian besar air permukaan pada saat hujan tidak mampu untuk terserap ke tanah mengingat adanya lahan yang tertutup oleh beton atau aspal. Walaupun penggunaan lahan bukan merupakan satu-satunya faktor yang mempengaruhi limpasan permukaan, namun demikian pada daerah perkotaan, penggunaan lahan adalah faktor yang dominan mempengaruhi limpasan permukaan. Oleh karena itu kajian hubungan hujan – limpasan permukaan yang melibatkan koefisien aliran merupakan hal yang penting.
Lebih lanjut, variabel tebal hujan merupakan variabel yang menentukan karakteristik aliran. Berbagai penelitian yang telah dilakukan menyimpulkan bahwa intensitas hujan (I) berpengaruh terhadap debit puncak (Qp) secara langsung. Pada persamaan rasional dapat diperoleh hubungan antara intensitas hujan dan debit puncak, intensitas yang tinggi menyebabkan DAS mengalami kejenuhan yang secara tidak langsung juga menunjukkan bahwa intensitas bersama dengan lama hujan berpengaruh terhadap besarnya limpasan. Dengan membandingkan kapasitas kali belik terhadap debit puncak maka dapat diketahui hubungan antara besarnya intensitas hujan yang mampu untuk menghasilkan banjir.
Walaupun demikian, penggunaan hidrograf untuk penentuan karakteristik aliran merupakan metode yang memiliki ketelitian yang tinggi. Metode ini menggunakan data primer berupa Tinggi Muka Air (TMA) yang diperoleh dari Automatic Water Level Recorder (AWLR) atau data logger. Data TMA bersama dengan data debit aliran digunakan untuk mencari lengkung aliran sehingga diketahui hubungan antara TMA terhadap debit aliran. Penggunaan metode
31 hidrograf satuan untuk penentuan karakteristik aliran pada penelitian ini adalah untuk memperkaya kajian hubungan hujan – limpasan dan memvalidasi karakteristik aliran yang ditentukan menggunakan metode rasional.
Analisis hidrograf aliran pada penelitian ini digunakan untuk mengetahui respon Kali Belik dalam menanggapi hujan. Hidrograf dipakai karena memiliki kelebihan yakni ketelitiannya cukup tinggi bila dibandingkan dengan metode lain yang mengandalkan pada pendekatan model dan rumus matematis. Dalam hubungannya dengan pemisahan hidrograf, metode yang dipakai ialah penarikan garis lurus (straight line methods). Metode ini dipilih mengingat penentuan titik akhir resesi berada paling jauh dibandingkan dengan dua metode yang lain. Alasan lainnya yakni penggunaan metode satu dengan metode lainnya tidak memberikan pengaruh yang besar terhadap pemisahan aliran langsung dan aliran dasar. Dalam memahami hubungan antara karakteristik hujan dan limpasan digunakan analisis grafis dan analisis statistik. Penggunaan analisis grafis memungkinkan diketahuinya sifat dasar hubungan antara hujan dan limpasan. Secara konseptual, kerangka pemikiran penelitian ini dapat disajikan pada Gambar 1.5.
Gambar 1.5. Kerangka Pemikiran Penelitian Kawasan resapan kecil
(Sebagian besar telah menjadi kawasan terbangun)
HUJAN DAS Urban Limpasan Permukaan Banjir Koefisien Aliran (C) tinggi
32 1.7. Batasan Penelitian
Untuk mempermudah memahami uraian selanjutnya, di bawah ini disajikan pengertian batasan penelitian dan istilah penting yang digunakan.
Data logger adalah Suatu komputer mikro yang mempunyai kemampuan menyimpan/merekam data secara otomatis dengan periode pencatatan tertentu. (Hadi, 2003)
Debit puncak ialah debit maksimum yang terjadi pada limpasan yang ditandai dengan adanya bagian hidrograf yang berada di puncak. (Triatmodjo, 2010) Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah suatu kawasan yang mengalirkan air ke satu
sungai utama (Lapedes, et al., 1974).
Durasi hujan adalah lama waktu berlangsungnya hujan, dalam hal ini dapat mewakili total curah hujan atau periode hujan yang singkat dari curah hujan yang relatif seragam (Hadi, 2003).
Evaporasi adalah perubahan air dari bentuk cair atau solid ke fase gas serta difusinya ke atmosfer. (Asdak, 2010).
Hidrograf adalah suatu grafik yang menggambarkan hubungan antara tinggi muka air (river stage), debit, kecepatan aliran dan elemen-elemen aliran lainnya dengan waktu (Chow, 1964 dalam Suyono, 1982).
Hujan merupakan presipitasi berbentuk cair yang jatuh sampai ke permukaan bumi (Tjasyono, 2004).
Intensitas hujan (rainfall intensity) adalah banyaknya hujan (tebal hujan) yang terkumpul dalam suatu selang satuan waktu (Asdak, 2010).
Kala ulang ialah waktu hipotetik dimana hujan dengan besaran tertentu akan disamai atau dilampaui (Suripin, 2004).
Limpasan Permukaan (runoff)adalah bagian hujan yang mengalir di permukaan tanah menuju sungai (Triatmodjo, 2010).
33 Tebal aliran langsung adalah aliran yang berasal dari hujan efektif yang tidak disertai dengan aliran dasar (baseflow) dinyatakan dalam satuan tertentu (Sri Harto, 2003).
Waktu Dasar ialah waktu dimulainya limpasan langsung hingga batas titik akhir aliran langsung pada kurva resesi (Triatmodjo, 2010).
Waktu Konsentrasi ialah waktu yang dibutuhkan oleh air hujan yang jatuh pada titik terjauh DAS sampai outlet/titik kontrol (Suripin, 2004).
Waktu Puncak adalah sebagai waktu yang dibutuhkan aliran untuk mencapai puncak hidrograf (debit puncak) (Triatmodjo, 2010).
