2.6 Kebutuhan Kapasitas Volume Tampungan
2.7.3 Volume Tampungan DAS yang Paling Optimal
Dalam menganalisis volume tampungan yang paling optimal adalah dengan membuat grafik hubungan kedalaman limpasan permukaan dan CN, untuk beberapa periode ulang debit banjir di lokasi penelitian dan pengaruh luas DAS, HSG, dan kemiringan sungai.
1) Daerah Aliran Sungai (DAS).
DAS merupakan suatu area daratan yang menggambarkan satu kesatuan dengan sungai dan anak sungainya, yang berguna menampung, menyimpan, dan mengalirkan air yang berawal dari curah hujan ke laut dengan cara alami, batasan di darat sebagai pemisah topografis dan batasan di laut hingga dengan wilayah perairan yang masih terpengaruh kegiatan daratan (Kementerian PUPR, 2015b).
51 Pengelolaan sumber daya air daerah aliran sungai dan perencanaan penggunaan lahan secara teknis dibutuhkan hal-hal yang sangat kompleks, konsekuensinya dibutuhkan model-model pengembangan DAS dan sistem sungai untuk prediksi response sistem fluvial. Proses fisik yang menentukan reaksi DAS antara lain: sejarah, geologi, tektonik, iklim, topografi, hidrologi dan hidrolika, dan aktifitas manusia (Simons & Li, 1982 dengan elaborasi):
Aspek yang mempengaruhi karakterisitik hidrolik pada DAS yang menggambarkan bagian dari keseluruhan sistem fluvial, adalah (Kinori & Mevorach, 1984):
(1) Bentuk geometrik DAS: bentuk, lokasi, panjang sungai, kemiringan dasar, kerapatan sistem drainase.
(2) Karakteristik tanah: jenis tanah, ukuran butiran, tekstur, erosivitas tanah.
(3) Vegetasi: bentuk penutupan lahan, jenis vegetasi, distribusi vegetasi, intersepsi, transpiration.
(4) Hidrologi dan klimatologi: temperatur, curah hujan (tipe, durasi, waktu, frekuensi, distribusi), laju infiltrasi, perkolasi, kejadian musiman.
(5) Hidrolika dan sedimentasi: debit puncak sungai, jenis aliran, kondisi tanah dasar dan tebing, ukuran butiran sedimen, aliran dasar, aliran permukaan, aliran air tanah, kondisi tanah permukaan, sedimentasi lahan (sediment yield) dari hasil erosi DAS, transport sedimen, pengaruh pasang laut.
(6) Geologi: struktur, fraktur, batuan dasar, jenis material tanah atau lapukan batuan.
(7) Tata guna lahan: pengembangan, aktifitas, penggundulan hutan, perubahan tata guna lahan.
2) Hydrologic Soil Group (HSG).
Tekstur tanah memperlihatkan parameter butir kandungan pada jenis tanah, kriteria penentu HSG awal merupakan kelas tekstur tanah (Sari, 2017).
Komposisi partikel susunan tanah (separat) dinyatakan sebagai perbandingan proporsi (%) relatif antara fraksi pasir (sand) (berdiameter 2,00-0,20 mm atau 2.000-200 𝜇𝑚, debu (silt) (berdiameter 0,20-0,002 mm atau 200-2 𝜇𝑚) dan liat (clay) (< 2 𝜇𝑚) (Hanafiah, 2005). Secara detail tekstur tanah digambarkan pada segitiga USDA seperti ditampilkan pada Gambar 2.21.
Gambar 2.21.Segitiga Tekstur Tanah (Das, 2008)
Pengelompokkan tekstur tanah ke dalam kelas-kelas tekstur adalah sebagai berikut (Hardjowigeno, 1993):
(1) Kasar: pasir, pasir berlempung.
(2) Agak kasar: lempung berpasir.
(3) Sedang : lempung, lempung berdebu, debu.
(4) Agak halus: lempung liat berpasir, lempung liat berdebu, lempung berliat . (5) Halus : liat berpasir, liat berdebu, liat.
Tekstur tanah dikelompokkan dengan cara memijat tanah menggunakan jari-jari untuk merasakan halus kasarnya (Hardjowigeno, 1987):
Tabel 2.13. Klasifikasi Tekstur Tanah
53 Segitiga tekstur tanah di overlay ke bentuk HSG ditampilkan pada Gambar 2.22.
Sebagian besar tekstur tanah digolongkan ke dalam HSG tipe D, dan sebagian yang lain ke HSG A, HSG B, dan HSG C (Sari, 2017).
Gambar 2.22. Kriteria HSG pada Segitiga Tekstur Tanah (Das, 2008; Sari, 2017) 3) Kemiringan Sungai.
Sungai yaitu alur/wadah air alami dan atau buatan berbentuk jaringan pengaliran air beserta air di dalamnya, mulai dari hulu hingga muara, dengan dibatasi kanan dan kiri garis sempadan sungai (Kementerian PUPR, 2015b). Sungai merupakan saluran (channel atau watercourse) alami yang mengalirkan air baku menuju ke laut, danau atau ke sungai yang lain (GNIS-FAQ, 2012). Fungsi utama (primary function) sungai sebagai pembawa air dan sedimen (Jansen et al., 1979).
Sistem sungai ada 3 (tiga) tipe (Charlton, 2008; Schumm & Stanley, 2005): (1) morfological (form) systems, (2) cascading (process) systems, (3) process-response systems.
(1) Morfological (form) systems.
Bentuk lahan (landforms), daerah kemiringan perbukitan dan dataran banjir (flood plains) membentuk sistem morfologi atau sistem bentuk. Dengan kata lain sistem morfologi juga terdiri atas pembagian (batas DAS), kemiringan, dataran banjir dan jaringan sungai. Bentuk dari tiap komponen suatu sistem morfologi terhubung kepada komponen dalam sistem tersebut. Pembagian zona merupakan sistem terbuka dan tiap- tiap zona memiliki kumpulan atribut morfologi.
(2) Cascading (process) systems.
Energi dan material aliran membentuk sistem yang lain yaitu cascading (process) systems. Dalam geomorfologi, cascading system adalah suatu tipe sistem dinamis yang
digolongkan oleh transfer massa dan energi sepanjang suatu rentetan komponen sub sistem. Geomorfologi adalah suatu ilmu yang mempelajari mengenai wujud alam dan prosedur yang pembentuknya. Sistem ini juga dikenal dengan sistem proses atau sistem aliran. Proses atau aliran tersebut mengikuti jalan (pathways) dari hulu, tengah dan hilir ke sungai dan melalui seluruh jaringan sungai. Gerakan air dan sedimen, gaya geser dan tekanan air merupakan cascading systems.
(3) Process-response systems.
Morfological (form) systems dan cascading (process) systems saling mempengaruhi sebagai process-response systems. Sistem tersebut menguraikan penyesuaian antara proses-proses morfological systems dan cascading systems. Ada dua jalan umpan balik antara bentuk dan proses. Dengan kata lain bentuk (form) mempengaruhi jalan dimana proses beroperasi dalam laju dan intensitas.
Sebagai contoh di daerah pegunungan (hulu), bagian yang curam suatu aliran air menyebabkan laju kecepatan aliran yang tinggi dan meningkatkan laju erosi. Dengan berdasarkan persamaan momentum untuk aliran dalam saluran terbuka (salah satu Persamaan Saint Venant) ditunjukkan perubahan kecepatan aliran pada suatu bentang/penggalan (reach) sungai di hulu, tengah dan hilir suatu sungai seperti ditampilkan dalam Gambar 2.23 (Kodoatie & Sjarief, 2010).
Gambar 2.23. Aliran Air Sungai di Hulu, Tengah, dan Hilir (Kodoatie & Sjarief, 2010) Kemiringan sungai (𝑆𝑏) merupakan rasio antara beda tinggi dengan jarak horizontal (Vienastra, 2018), menurut Seyhan (1977) ada 2 (dua) pendekatan untuk mengetahui kemiringan sungai, yaitu pendekatan geomorfologi dan pendekatan hidrologi.
𝑆
𝑏=
ℎ2−ℎ1𝐿 ………..…...…...…….…(2.10) dimana:
ℎ = Elevasi pada hulu sungai utama (m)
A. Hulu/Gunung
B. Tengah 1
C. Hilir Slope: 0,1 – 0,01
3
Slope: 0,001
A B
Slope: 0,0001 2
3 4
5 6
LAUT 1 – 2, 3 – 4, 5 – 6 Penggalan Sungai 100 m
55 ℎ1 = Elevasi pada hilir sungai utama (m)
𝐿
= Panjang sungai utama (km)
Kemiringan sungai atau gradien (𝐺) diperoleh dengan persamaan sebagai berikut (Sobatnu et al., 2017):
𝐺 = 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑖𝑘𝑎𝑙
𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 ……….………....…...…….…(2.11) dimana:
𝐺 = Gradien sungai
𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑖𝑘𝑎𝑙 = Beda tinggi antara hulu dengan hilir (m) 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 = Panjang sungai utama (km)
4) Kedalaman limpasan permukaan.
Intensitas hujan yang jatuh pada DAS melampaui kapasitas infiltrasi, sesudah laju infiltrasi terpenuhi air bakal memenuhi cekungan pada permukaan tanah. Sesudah cekungan itu penuh, kemudian air bakal mengalir di atas permukaan tanah. Limpasan permukaan merupakan air hujan yang mengalir dalam wujud lapisan tipis di atas permukaan tanah akan masuk ke saluran/parit setelah itu bersatu sebagai anak sungai akhirnya menjadi aliran sungai (Triatmodjo, 2010;Putri & Ayu, 2018).
Curah hujan yang turun pada permukaan tanah dinyatakan dengan kedalaman air (milimeter), dianggap sebarannya merata pada seluruh daerah tangkapan air. Intensitas hujan merupakan jumlah curah hujan dalam satuan waktu, yang umumnya dinyatakan dalam milimeter/jam, milimeter/hari, milimeter/bulan dan lainnya, dan disebut hujan jam- jaman, hujan harian, hujan mingguan, hujan bulanan, dan sebagainy (Triatmodjo, 2008).
Limpasan dinyatakan dengan volume dan debit. Satuan volume limpasan yaitu meter kubik, debit merupakan volume per satuan waktu yang lewat luasan tertentu dan dinyatakan dalam meter kubik per detik. Dalam hidrologi, sering limpasan dinyatakan dalam satuan kedalaman limpasan. ini dilakukan dengan memisahkan volume limpasan dengan luas DAS guna mendapatkan kedalaman limpasan ekivalen yang terdistribusi pada semua DAS (Triatmodjo, 2010).
5) Curve Number (CN).
Metode SCS-CN yang dikembangkan oleh NRCS banyak digunakan guna memprediksi besarnya volume limpasan permukaan dalam bentuk hidrograf pada DAS.
Metode ini berupaya mengkaitkan karakter DAS dengan suatu angka atau nilai yang disebut curve number (CN)/runoff curve number (Sari, 2017).
Nilai CN terkait dengan curah hujan, jenis tanah, jenis tutupan lahan/tata guna lahan, dan keadaan pengolahan lahan di daerah resapan ataupun DAS. Nilai CN didapat dari tabel National Engineering Handbook - Section 4 NEH-4 (Mockus, 1972).
Guna kesederhanaan aplikasi, nilai CN direalisasikan kedalam tabel CN bersumber pada jenis tanah (HSG) dan tutupan lahan/tata guna lahan (Tabel 2.12).
2.7.4 Rumusan Kebutuhan Kapasitas Volume Tampungan DAS