Pengaruh Debit Sungai dan Erosi Berdasarkan Karakteristik Lingkungan Biofisik Sub DAS dengan menggunakan Model Hidrologi Stanford dan Usle
L a t a r Belakang
Tanah,
dalam
air
suatu
kehidupan
dan iklim merupakan
ekosistem
biologis.
memegang
Lahan
tiga
peranan
sebagai
suatu
komponen
utama
penting
dalam
media,
selain
berfungsi dalam menerima, menyimpan dan menyalurkan air, juga
berfungsi
dalam
tumbuh-tumbuhan
bahwa
mendukung
kehidupan manusia,
yang berada di atasnya. Lebih
hewan
khusue
lagi,
tersedianya air dan kualitas lahan dalam suatu
aliran
sungai
pertanian
sangat menentukan
daerah
sistem
dan
daerah
pengelolaan
yang bersangkutan untuk
lahan
memberikan haeil
yang lebih baik.
Pada daerah yang padat penduduknya dengan luaean
yang
terbatas menyebabkan
penggunaannya
untuk
berbagai
kepentingan seperti pertanian, pemukiman, induetri,
dan
lain-lain
menyebabkan
semakin meningkat. Hal ini
lahan
rekreasi
selanjutnya akan
konflik antara kepentingan pelestarian
di
satu
pihak dan kepentingan ekonomi masyarakat di pihak lain.
Konflik
ini
semakin
bertambahnya
jumlah
lahan
sama bila
yang
meningkat
penduduk yang
ditinjau
eejalan
mernanfaatkan
dari
aspek
dengan
eumberdaya
perencanaan
penggunaan yang tidak didasarkan pada kelestarian lingkungan.
Di
sisi lain upaya konservasi dan rehabilitasi
lahan
telah
lama dilakukan di berbagai daerah di Indonesia dan kini masih
terus dikembangkan. Berbagai model
lahan
pendayagunaan
diterapkan pada daerah-daerah yang
padat
dengan cara memadukan antara tanaman semusim
sumberdaya
penduduknya
dengan
tanaman
tahunan, antara tanaman untuk
tahunan, - talun-kebun,
makanan ternak dengan
pertanaman
lorong
tanaman
lallew,
teraeering dan lain-lain.
Perencanaan
melibatkan
keadaan
tataguna
berbagai
yang
lahan
di
disiplin dengan
daerah
hulu
sungai
kepentingannya.
demikian diperlukan pendekatan
secara
Dalam
sistem
untuk memecahakan dan merencanakan pengunaan lahan yang dapat
menjamin
untuk
kelestarian
lingkungan.
Model
pengelolaan
lahan
menjamin kelestarian lingkungan merupakan idaman
pbrencana dan pengambil
para
keputusan dalam era pembangunan yang
I
berwawaean
sangat
lingkungan
sulit
memadai
dewasa ini, namun model
dikembangkan
bila tidak
ataupun menggunakan ribuan data
eeperti
tereedia
data
ini
yeng
~ a n g pengolahannya
dilakukan dalam waktu yang singkat.
Untuk
mengurangi
pemecahan
menanggulangi
tingkat
permasalahan tereebut serta tidak
ketelitian hasil
yang
diperoleh,
masalah tersebut dapat ditempuh dengan
maka
penggunaan
model simulasi .
Penggunaan model
sj,mulasi telah
terbukti
memberikan
hasil yang memuaskan dengan tingkat ketelitian yang tinggi di
berbagai
negara
maju
eimulasi
sangat
ditentukan
digunakan
di dunia.
oleh
Keberhaeilan
berbagai
dalam membentuk model tersebut
suatu
parameter
serta
model
yang
urut-urutan
solusi permasalahan.
Dalam
kering
penelitian ini, ditelaah debit air selama
musim
sampai mueim hujan tahun 1991/1992 di sub DAS Citalem
3
beserta
debit
maksimum dan
minimum
berdasarkan
lahan
yang ada sebagai dasar perencanaan
dalam
memadukan
tataguna
pengelolaan
antara pelestarian tanah dan
lahan
air untuk
mengendalikan erosi, sedimen dan debit sungai.
Untuk
hidrologi
keperluan simulasi debit sungai, digunakan model
(Crawford and Lisnley, 1966),
Stanford
sedangkan
untuk menduga besarnya erosi digunakan persamaan umum kehilangan umum tanah (Universal Soil Loss EquationflSLE; Wishmeier
and Smith, 1978).
Model-model
dasar lain yang digunakan dalam
penelitian
ini dikutip dari berbagai pustaka ilmiah yang dapat
pada
bagian
tersebut
akhir
tulisan
ini.
dijumpai
Dari model-model
diharapkan akan diperoleh suatu hasil
yang
sistem
secara
kuantitatif dapat digunakan untuk menerangkan perilaku sistem
yang
diteliti
serta dapat
digunakan dalam
perencanaan
penggunaan lahan suatu daerah aliran sungai.
Tujuan Penelitian
Tujuan utama penelitian ini adalah untuk:
1.
Menduga
(mengestimasi) debit air sungai sepanjang tahun
termasuk debit maksimum dan minimum berdasarkan
tataguna
lahan yang ada.
2.
Menduga
besarnya sedimen melayang
(suspended sediment)
dalam air sungai.
3. Menduga besarnya hara tanaman
sungai pada waktu hujan.
yang
terangkut ke
dalam
,
4. Menduga besarnya erosi berdasarkan pols penggunaan
5..~engungka~kanalternatif arahan pengmnaan
lahan-
lahan berda-
sarkan butir satu, dua, tiga dan empat.
Kegunaan Penelitian
Ditinjau dari segi pembangunan, maka hasil
penelitian
ini diharapkan dapat berguna dalam hal:
1. Memberikan
Sub
sumbangan dalam proses pendugaan debit sungai
DAS
dapat
selama setahun
dimanfaatkan
untuk
sumberdaya alam
sebagai
berbagai
irigasi, sumber energi ataupun untuk
keperluan
memenuhi
yang
seperti
keperluan
domestik.
2. Memberi
gambaran tentang besarnya erosi sesuai pola peng-
gunaan lahan di daerah studi.
3. Sebagai
dasar bagi pemerintah dalam mempertimbangkan
menetapkan
arahan
penggunaan
lahan untuk
dan
tercapainya
pembangunan yang berwawasan lingkungan.
Ditinjau dari segi ilmu pengetahuan, penelitian ini juga
juga
turut
memberi
gambaran tentang:
1. Aplikasi teori (ilmu) hidrologi secara praktis di lapangan
seperti
perhitungan-perhitungan:
mukaan,
infiltrasi, evapotranspirasi, aliran bawah
mukaan
yang
secara
intersepsi, aliran per-
keseluruhan dapat
mengestimasi debit air sungai.
digunakan
perdalam
I
2.
Kesalahan
penggunaan
persamaan
umum
kehilangan tanah
(Universal Soil Loss EquationnSLE) dalam
besarnya erosi yang terjadi dalam
memprakirakan
suatu daerah
aliran
sungai.
Hipotesis
Hipotesis-hipotesis utama yang mendasari penelitian ini
adalah:
1.
Debit sungai yang diukur dalam
berbeda dengan yang
suatu sub
DAS, tidak
diduga berdasarkan model hidrologi
Stanford IV.
2.
Pendugaan erosi
berdasarkan
persamaan umum kehilangan
tanah (Universal Soil Loss EquationflSLE) tidak
dengan
erosi
yang diukur dalam
petak
standar
berbeda
(erosi
aktual ) .
3.
Besarnya beberapa
unsur hara tanaman yang
terbawa
ke
dalam sungai sangat tergantung pada waktu pemupukan.
4.
Besarnya
aliran permukaan dan erosi di
lokasi
tanaman
kelapa dan tumpangsari, selain dipengaruhi oleh curah
hujan dan jenis tanaman juga
dipengaruhi oleh tindakan-
tindakan konservasi tanah dan air.
TINJAUAN PUSTAKA
Model, Sistem dan Analisis Sistem
Klasifikasi Hodel
Dengan menggunakan model seseorang dapat lebih mengerti
serta menjelaskan fenomena alam dan di bawah berbagai kondisi
ia
dapat
pula
melakukan
deterministik atau
peramalan
probabilistik.
berdasarkan
Apa yang
model
dimaksud bila
seseorang mengatakan bahwa ia mengerti berbagai aspek tentang
kejadian dalam
mengungkapkan
suatu
lingkungan kita
bahwa bila
?
de
Griend
(1979)
kita mengerti suatu kejadian atau
keteraturan, jika kita dapat memberi suatu penjelasan
ilmiah tentang kejadian tersebut.
de
Van
Griend
misalkan
Makna dari pengertian van
tentang penjelasan ilmiah tersebut
adalah
bahwa
kita membuat suatu pernyataan E yang menggambarkan
beberapa fenomena yang terjadi atau prinsip-prinsip
teoritis
dan
empiris,
suatu pernyataan C1, CZ,-..Cn tentang
maka kita dapat mengatakan bahwa pernyataan
keadaan
tersebut
telah
dijelaskan oleh E.
Berbagai
suatu
sistem
kriteria telah digunakan
klasifikasi model.
kriteria tersebut
menggambarkan
untuk
Dalam
keadaan
mengembangkan
kebanyakan
tertentu,
ha1
atau
kebutuhan dari disiplin tertentu. Namun demikian secara umum
model-model
yang
dikategorikan
digunakan
dalam
disiplin
sebagai model formal ataupun
apapun
dapat
sebagai model
materul.
W l m a l ;
adalah bahasa
sirnbolik yang merupakan
pernyataan matematik dari suatu keadaan ideal yang
struktur utama dari sistem sebenarnya.
membentuk
Suatu model maberid
adalah suatu gambaran
fisik
dari
suatu sistem yang kompleks dan secara sederhana menggambarkan
keadaan
sistem lebih rinci serta diasumsikan pula mempunyai
materi yang sama dengan sistem sebenarnya. Gambaran mengenai
klasifikasi model
dilukiskan dalam Gambar 1.
1 prototipa atau Sistem yang
'%?=.
~ebenarnyal
Model-model Material
Model-model Formal
atau htematik
rf
Ikonik
Gambar 1.
Klasifikasi Model
Sumber: Woolshiser, dalam Haan et alL 1982.
Yang tergolong dalam model-model material adalah modelikonik (iconic) dan model-model analog.
model
adalah
suatu penyederhanaan
sebenarnya,
dari
keadaan
sedangkan dalam model analog
yang sama seperti keadaan sebenarnya.
curah hujan dan
model ikonik.
sebuah
kita
sistim eksperimen DAS
ikonik
sistem
diperlukan materi
adalah contoh-contoh
Dengan mengukur volume air yang merembes
memperoleh gambaran
yang
Lisimeter, simulator
lisimeter yang kemudian ditimbang
akan
Model
mengenai
dari
secara periodik,
derajat
perkolasi
relatif serta evapotranspirasi dari daerah
tidak
sekitarnya yang
terusik dengan kondisi vegetasi dan tanah yang
Sebenarnya kita tidak tertarik
pada
sama.
cara pengukuran
itu
aendiri tetapi pada hal-ha1 yang berkaitan dengan proses yang
terjadi dalam sistem alam yang sangat rumit. Simulator curah
hujan
dan
sistem percobaan DAS akan membantu menentukan
faktor-faktor apa yang sangat penting dan perlu
dalam
model
erosi.
mudah
matematik dari aliran
permukaan
dimasukkan
serta proses
Untuk dapat bermanfaat, maka model-model ikonik harus
diterapkan pada sistem yang sebenarnya dan harus pula
diperoleh beberapa informasi yang belum diketahui sebelumnya.
Perubahan dalam
jangka panjang dan
skala waktu
yang*
berbeda kadang-kadang perlu diperhitungkan untuk menciptakan
model
sehingga dapat bermanfaat.
Akibat
perubahan
dalam
skala waktu dan penyederhanaan lainnya kadang-kadang dalam
model-model
ikonik
terdapat
distorsi
yang
dipertimbangkan secara seksama dalam membentuk
perlu
persamaan
peramalan.
Lain halnya dengan model analog, jumlah atau kuantita
yang
diukur
dibandingkan
dalam model, substansi fisiknya berbeda
jika
dengan sistem yang sebenarnya.
arus
Misalnya
aliran listrik dapat digunakan untuk menggambarkan aliran air
atau penyusutan suatu lapisan tipis (membran) dapat digunakan
untuk
li,t&Le).
menggambarkan drawdown dari
permukaan
air
(water
Keabsahan dari suatu model analog ditentukan oleh
identiknya model hubungan matematis yang menggambarkan sistem
riil
dengan
analoginya.
Dalam hidrologi DAS, semua model
formal adalah sama dengan~modelmatematik.
Selanjutnya model matematik dapat dibedakan dalam modelmodel teoritis dan model-model empiris.
Suatu model teoritis
kaidah-kaidah umum dan prinsip-prinsip teori
meliputi
pernyataan-pernyataan empiris,
sedangkan suatu model empiris
menyatakan data riil dan tidak memperhitungkan
umum.
Semua hubungan empiris
kebetulan
di
serta
bisa
kaidah-kaidah
saja terjadi
mana terjadi korelasi antara dua
secara
peubah
yang
1
berbeda
namun
dalam
keeratan hubungan.
keadaan
sebenarnya tidak
Oleh karena itu hubungan
yang
terdapat
demikian
tidak dapat diaplikasikan di luar selang data dari mana
tersebut
diperoleh.
Dalam suatu DAS yang tidak luas
w a t e r e w ) contoh dari model-model teoritis banyak
Aliran
permukaan dalam suatu DAS kecil umumnya
data
(small
dijumpai.
digambarkan
konservasi momen
oleh
suatu persamaan konservasi massa dan
yang
mengandung pengertian tahanan hidrolik empiris.
Dalam
kondisi tertentu persamaan momen dapat disederhanakan menjadi
apa yang disebut persamaan kinematik.
Pembentukan model infiltrasi modern yang didasarkan pada
persamaan
sistem
Green
aliran.
Ampt
Baik
merupakan suatu penyederhanaan
model empiris maupun
model
dari
teoritis
kedua-duanya digunakan dalam pembuatan model-model hidrologi
suatu DAS.
Model-model matematik untuk bidang hidrologi yang banyak
kita
jumpai
sekarang dapat diklasifikasi berdasarkan
enam
-- - kmll%TZa33erlfrrrt :
1.
struktur dan masalah pembuatan model,
2.
peranan faktor waktu,
3. nilai kognitif suatu model,
4.
ciri dari hasil yang diperoleh,
5.
pendekatan aplikasi dan cara pemecahannya, eerta
6.
fungsi operator.
--
(1) Struktur d.n Msalah Peabuatan24tx@l
/
&-hubungandengan daur hidrologi
-
--
ari model.
ada
diidentifikasi
dalam
dalam
Hal-ha1
abstraksi model adalah
tiap sistim, (b) model-model
,
:
,
yang
perlu
4a)
W ~ P O? ~
c J-,
DAS
Keenpat tingkat
terpadu dan (d) modal-model DAS eecew
dilukiekan dalm Gambar 2.
tersebut di atas
am model adalah tidak lain dari
matematik
daur hidrologi.
dari proses
fisik yang
terjadi
suatu
dalam
Miealnya, model evaporaei dari permukaan air
bebas, aliran dalam media porous yang tidak jenuh, dan aliran
pada
permukaan
bebas
yang
kesemuanya
sebagai model-model proses tunggal.
diklasifikasi
Seperti yang
dalam Gambar 2a. bentuk persamaannya menjadi:
dilukiskan
Y (t) = Q CX ( t ) l
dalam ha1 ini:
Y (t) = output
X (t) = input, dan
Q
= operator dari proses.
suatu model evaporasi output Y (t), dapat
berupa
derajat pengangkutan massa uap air dari permukaan dan
peubah
Dalam
X
input
(t) dapat meliputi radiasi neto, kecepatan angin,
defisit tekanan uap serta kemungkinan-kemungkinan lain.
Model komponen seperti yang dilukiskan dalam
menggambarkan keterkaitan model dari
dengan
dalam
proses-proses
sebuah komponen operator yang
proses
tunggal
ke order
Gambar 2b
yang
mengatur
sesuai.
tunggal
aliran
air
Proses yang
terjadi pada bagian tertentu dalam DAS perlu dikenali. Contoh
model
komponen adalah evapotranspirasi, aliran permukaan,
erosi dan aliran bawah
tanah. Model
evapotranspirasi meng-
gambarkan proses tunggal yang meliputi intersepsi, evaporasi
dari
permukaan tanah dan daun tanaman, pergerakan air
tanah serta respons tanaman terhadap kekurangan air.
dalam
14
menghubungkan
dengan
rata-rata
faktor-faktor
sebagai model
memerlukan
sebagai
statis.
debit
tahunan dari
iklim, dan
suatu
fisiografi
Di lain pihak
sungai
dikelompokkan
model-model
dinamis
persamaan-persamaan diferensial dengan
suatu peubah bebas sehingga memberi
waktu
gambaran bahwa
waktu sangat mempengaruhi keragaman dari output.
(3) N i l a i Kognitif Suatu Model
Nilai kognitif suatu model didasarkan pada
:
(a) model-model yang disusun berdasarkan keadaan fisik,
(b) model-model konsepsi,
(c)
model-model trend.
Model-model
model-model
yang didasarkan pada keadaan fisik
yang
diatur
oleh
adalah
kaidah-kaidah fisika
dan
struktur yang telah diketahui dengan jelas dan dicirikan oleh
persamaan-persamaan fisik matematik.
Model-model
konseptual
dapat digunakan bila struktur model dan kaidah-kaidah fisika
tidak
diketahui atau model yang disusun berdasarkan
kondisi
fisik yang sangat rwnit sehingga model tersebut lebih
menggambarkan
perilaku
dari sistim.
Model linier
banyak
dan
non
linier dapat digolongkan sebagai model trend.
C i r i dari Hasil yang Diperoleh
(4)
Ciri hasil yang diperoleh dari suatu keluaran model dapat
dikelompokkan dalam model stokastik dan model
Bila
sembarang peubah dalam suatu model
deterministik.
matematik
diterima
sebagai
peubah
sebaran
acak
Jika
acak
maka model tersebut
semua peubah
variation)
atau random
yang
va-
adalah
mempunyai
mode1 -stokastik.
dianggap bebas dari variasi acak
maka model tersebut dikelompokkan
(random
sebagai model
deterministik (van de Griend, 1979).
(5) Pendekatan, Aplikasi dan Cara Pemecahannya
Cara pendekatan ini tumpang tindih dengan kriteria
yang
diungkapkan dalam uraian mengenai nilai kognitif suatu model,
namun
menggunakan terminoldgi yans berbeda.
dapat
mengacu pada
tergantung
pada
black
Pendekatan
box ~vstem tau a t e bnx
hubungan
yang
terjadi
apakah
ini
s v w ,
secara
horisontal atau secara vertikal (Gambar 3).
I Keadaan
~isteml
Gambar 3- Konsep dari Sistem Operasi
Hubungan
horisontal
l
a
c
atau pendekatan h
dilakukan sebagai suatu pengendali
input
sistem
menjadi output sedangkan pendekatan zllrhite
dicirikan
oleh
hubungan
vertikal
yang
fisika dan keadaan alami sistem yang tel&
suatu
yang
box
+?step
menerapkan
kaidah
disintesa ke dalam
sistem operasi tanpa diobservasi input
terlebih dahulu.
mentransfer
dan
outputnya
'
Fungsi Operator
(6)
Kriteria klasifikasi yang
digunakan sehubungan dengan
fungsi operator, erat kaitannya dengan
dalam
fungsi operator
yang
persamaan matematik
bersangkutan.
Modelnya
dapat
diklasifikasi dalam model linear atau non linear, berkelompok
atau menyebar dan stasioner atau
de Griend (1979), penggunaan
pengertian.
Prinsip
istilah
Suatu model adalah
teori sistem, jika
prinsip
s t a ~ w Menurut
.
Van
linear mengandung dua
linear
dalam
pengertian
adalah syah.
Byper DOPW
super position menyatakan bahwa jika Y1 (t) dan
(t) adalah output dari sistem sesuai dengan inputnya X1
Y2
(t)
dan X2 (t) maka reepons terhadap XI (t) + X2 (t) adalah Yl( t
+ Y2
(t).
Prinsip ini umunmya
digunakan dalam
analisis
sistem hidrologi (Dooge, 1973).
Alternatif lain dari istilah
linear adalah
pengertian
dalam konteks statistik. Penggunaan istilah model
linear da-
lam konteks
statistik mengandung pengertian bahwa parameter-
parameter yang diestimasi harus linier.
output
Y
Misalnya jika
suatu
Y yang erat kaitannya dengan input X dalam persamaan
= a + bX
;
maka dalam pengertian statistik model
adalah linear dan
tidak
Sebagai contoh Y1 + Y2
=
terdapat
a
+
b (Xi
prinsip
+
tersebut
super position.
X2)-
Dalam model-model berkelompok variasi spasial dari input
dan output serta parameter-parameter lainnya secara eksplisit
tidak diperhitungkan dan biasanya dimasukkan dalam
diferensial.
persamaan
Dalam
model-model
diperhitungkan
lainnya
distribusi
dalam input, output
dan
variasi
spasial
parameter-parameter
serta kadang-kadang terdiri dari
satu set persamaan
diferensial parsial yang saling berkaitan.
Satu
bentuk
operator deterministik dikatakan
stasioner, jika
dan parameter-parameternya tidak berubah dalam waktu
yang
tertentu.
jika
semua unsurnya
mutlaknya.
Suatu model stokastik dikatakan
tidak
berubah
stasioner,
sesuai dengan
Dalam hidrologi model-modelnya
tidak
waktu
stasioner
karena terjadi variasi musim secara periodik, perubahan
guna
lahan yang
kesemuanya sangat mempengaruhi
tata
proses
hidrologi dan komponen-komponennya.
Konsep S i s t e m
Sejak
untuk
berupa
awal
abad 20 para ahli hidrologi
telah
mencoba
menguraikan hubungan antara input ke da'lam suatu DAS
presipitasi
dengan output berupa
aliran permukaan.
Berbagai model yang dewasa ini dijumpai menggambarkan respons
DAS terhadap presipitasi maupun pencairan salju. Model- model
tersebut menggambarkan respons pragmatis dari keadaan seharihari.
akibat
model
Ciri dari model-model yang ada sangat beragam
cara
yang
pendekatan sistem yang
berbeda
pula.
sebagai
akhirnya menghasilkan
Pendekatannya bervariasi
empiris murni sampai pada fisika murni.
dari
Istilah sistem dan model tiap ahli memberikan arti
berbeda
sesuai dengan disiplin ilmunya.
Untuk
yang
menjelaskan
kedua istilah tersebut pertama-tama perlu diuraikan beberapa
konsep dasar tentang sistem dan model.
Menurut
Dooge (1968) suatu sistem dapat
didefinisikan
sebagai :
Tiap struktur, perancang, bagan, atau prosedur
nyata
atau abstrak
yang
saling berhubungan
tertentu berdasarkan masukan,
energi maupun informasi
dan
penyebab
atau
yang
dalam waktu
stimulus dari
keluaran, serta respons dari
I
energi..
Perlu dibedakan
sistem
yang
yang abstrak.
benar-benar
segala aspeknya.
antara sistem yang
sebenarnya dengan
Suatu sistem yang riil adalah
terjadi, misalnya
daur
proses
hidrologi dengan
Sedangkan sistem yang abstrak mencoba untuk
menggambarkan keadaan sebenarnya dengan struktur, perancang,
bagan, atau prosedur yang pada gilirannya menghasilkan
suatu
model
dapat
daur hidrologi.
didefinisikan
berhubungan
Dengan demikian istilah model
sebagai suatu
dalam
waktu
sistem abstrak
tertentu
yang
sesuai dengan
saling
masukan
(input) dan keluaran (-).
Konsepsi-konsepsi
kaitannya dengan
berikut
sistem
banyak
digunakan
dan analisis sistem.
(1).
dalam
Suatu
sistem yang kompleks dapat diuraikan ke dalam subsistem yang
saling berhubungan
subsistem yang
dalam konteks input dan
tidak dapat diuraikan lebih
output.
lanjut
Suatu
disebut
komponen.
(2).
Suatu
sistem tidak
mempunyai
memori
atau
mungkin mempunyai memori yang terbatas dan mungkin pula tidak
terbatas.
keadaan
pada
Jika
mempunyai
memori
maka
sistem tersebut dapat ditentukan berdasarkan
waktu
memori
suatu sistem tidak
yang
yang
bersamaan.
Jika
input
suatu sistem mempunyai
tidak terbatas maka keadaan sistem dan
output
seluruhnya tergantung pada keadaan masa lampau dan bila suatu
sistem
dengan memori' yang
terbatas
keadaannya
tergantung pada memori masa lampau. ( 3 ) .
linier jika dalam
sangat
Suatu sistem adalah
perhitungannya digunakan
prinsip
super
position. Sebagai contoh jika input XI (t) menghasilkan suatu
output
(t),
Y1 (t) dan input X2 (t) menghasilkan suatu output
Y2
maka sistem tersebut adalah linier jika input X1 (t) +
X2 (t) menghasilkan output Y1 (t) + Y2 (t). ( 4 ) . Suatu sistem
tidak berubah sesuai dengan waktu jika hubungan antara
dan output
disebut
pula.
dipengaruhi oleh waktu.
kontinyu jika fungsi dari sistim
( 5 ) . Suatu sistem
tersebut
kontinyu
Suatu sistem disebut diskrit jika keadaan sistem tidak
berubah
secara kontinyu namun terjadi perubahan
tertentu
waktu
tidak
pula.
tertentu
Jika nilai input dan
output
pada
dan berada secara konstan selama
kuantitatif.
sebagai
parameter
data
Kebanyakan
data
presipitasi
kuantitatif. (6). Bila
sistem
waktu
berubah
output
diproses
input, output
adalah seragam dalam ruang
pada
interval
waktu tertentu maka kita berbicara mengenai input dan
yang
input
dan
tertentu
maka
sistem disebut m e d ~vstem,jika tidak disebut sistem
yang
'
menyebar.
Presipitasi
tertentu
umumnya
selama
diasumsikan
antara
penetapan sistem.
menyebar
secara merata.
deterministik dan
(7).
Perlu
probabilistik
dalam
Dalam suatu sistem deterministik hubungan
dan output akan tidak berubah sepanjang keadaan dari
sistem adalah sama.
ditetapkan
secara
probabilistik
Masukan dan keluaran dalam
statistik akan cenderung
suatu
dari pada deterministik. ( 8 ) . Perlu
sistem alami ialah
bahwa
buatan
sifat
dan masukannya
adalah
dapat
suatu
sistem
yang
yang
sebelum inputnya terjadi.
dalam
Dalam
sistem
diatur.
Dengan
sistem buatan dapat digunakan untuk
sistem alami. ( 9 ) . Sistem
penting
peubah-peubah
dapat diukur namun tidak dapat diatur.
sistem
juga di-
Ciri
sistem
demikian
sistern yang
mempunyai sifat
bedakan antara sistem alami dan sistem buatan.
dalam
periode
yang digunakan sebagai input dalam studi hidrologi
dibedakan
input
suatu DAS
dalam
mensimulasikan
terjadi sebagai sebab akibat
outputnya
tidak
dapat
terjadi
Dengan lain perkataan bahwa
suatu
penyebab sistem tidak dapat bereaksi terhadap input yang akan
datang.
Konsep
dari m a 1 ~vstemdan m n c a u s a l sa-
ngat menentukan dalam deskripsi matematik dari
fungsi-fungsi
respons.
Analisis Sistem
Seperti
utama
yang
telah diungkapkan sebelumnya bahwa
dari suatu sistem hidrologi ialah bahwa
input
ciri
berupa
curah hujan dikonversi menjadi output dalam bentuk debit
air
'
dan evapotranspirasi dalam suatu DAS.
Dalam analisis sistem
kita dihadapkan kepada tiga unsur utama yaitu input, operasi
dalam sistem dan output.
Rumusan matematis hubungan tersebut
digambarkan sebagai berikut :
Y (t) = h (t) W X (t),
dalam ha1 ini :
h (t) = fungsi sitem yang menyatakan sistem operasi,
X (t) = fungsi input,
Y (t) = fungsi output,
= Suatu operator dari sistem, yaitu suatu sandi
W
untuk menggambarkan kombinasi operasi h (t) dan
X (t) yang menghasilkan respons sistem Y (t).
Tiap
kombinasi dari
dua fungsi yang
diketahui
tiga
unsurnya menyatakan suatu fase tunggal dalam proses peramalan
aliran
permukaan.
i
berarti
kita
identifikasi
dalam
berbicara
Bila input dan
masalah
output
diketahui
identifikasi.
Masalah
biasanya merupakan salah satu
analisis
Demikian
eietea.
langkah pertama
sistem bila input dan output
pula bila rangkaian input d m
dapat
outputnya
diukur.
diketahui
maka operasi dari sistem dapat diketahui.
Prediksi.
Bila
sistem operasi telah
diidentifikasi,
maka sistem operasi dapat digunakan untuk melakukan peramalan
misalnya
aliran puncak diperlukan untuk
konstruksi suatu jembatan dan lain-lain.
merancang
kriteria
Peubah Input
----------->
Proses Tungeal
Peubah Output
----------->
a - Proses dalam t i a p s i s t e m
Peubah Input
4
L
b - Model-model komponen
t
Peubah Output
PTzsxX-]
Satu Komponen
Peubah
Input
Satu Komponen
Peubah
Output
____,
Satu Komponen
Satu Komponen
I
r
c - Model DAS terpadu
Peubah Input
'operator Global
d a r i s u a t u DAS
Peubah Output
d, Model-model DAS s e c a r a umum
Gambar 2 - S t r u k t u r Diagram d a r i Model-Model
Hidrologi ( d a r i Ozga-Zielinska. 1976, dalam
Haan et aL, 1982)
13
Suatu model terintegrasi adalah contoh komprehensif dari
model
DAS seperti yang dilukiskan
bar
dal&
Zc,
model
terintegrasi terdiri dari satu set model-model komponen yang
saling
terkait dengan operator yang mengatur aliran
air
ke
tiap komponen dalam orde yang tepat.
Kadang-kadang model yang terintegrasi meliputi komponenkomponen dengan tingkat abstraksi
yang
membuat
terintegrasi
model
dikembangkan
komponen-komponen
dan nyata,
menjadi
atau perubahan-perubahan
sederhana.
berdasarkan
Model-model
proses
yang telah mempunyai struktur
sangat dipengaruhi
oleh
sintesa
yang
tegas
keadaan fisik DAS yang
bersangkutan.
Model-model
terintegrasi.
global adalah alternatif dari
Struktur model global lebih
model-model
sederhana yang
mengasumsikan bahwa terdapat hubungan fungsi antara suatu set
peubah masukan dan keluaran yang
komponen (Gambar 2d).
bentuk
saling terkait
dalam
tiap
Keadaan dari sistim digambarkan dalam
yang sederhana seperti model linier yang
operatornya
dapat diidentifikasi dengan cara melakukan analisis
terhadap
satu seri observasi input dan output.
(2) Peranan Faktor W a k t u
Model
dinamis.
dapat
diklasifikasi sebagai model
Model-model
empiris dan
statis
meliputi
persamaan-persamaan
model-model regresi yang dalam ha1
waktu tidak merupakan peubah bebas.
statis atau
ini masalah
Suatu model regresi yang
Det-.
sistem
Masalah ketiga adalah deteksi
operasi
dideteksi.
dan
Masalah
output
diketahui maka
ini terjadi bila
kepada
keterbatasan alat
sistem
operasi
pengukur.
input.
input
Jika
dapat
seseorang dihadapkan
Pengetahuan mengenai
pengukuran sangat penting
dalam mendeteksi
nilai dari parameter-parameter lain yang tidak diukur.
Pendekatan Pembentukan Model
Segera
setelah
sistem operasi diketahui maka
dapat
disusun modelnya. Dari model tersebut kita dihadapkan pada
bagaimana sistem tersebut dianalisis ke dalam model yang akan
mensimulasi keadaan sebenarnya dalam sistem dan mengkonversi
input
menjadi
output
dengan
tingkat
ketelitian
diinginkan. Model yang
mensimulasikan keadaan riil
yang
stokastik, umumnya
memiliki
sifat
deskripsi fisik secara detail
sesuai
yang
sietem
didasarkan pada
struktur sistem yang
bersangkutan.
Selanjutnya mungkin saja dibuat suatu klasifikasi model
m u m yang dijadikan sebagai dasar tiap eubmodel.
a. Model-model
stokastik
(s-j
stokastik digunakan untuk
output
dari
suatu
c
mow).
menganalisis
sistem yang
Model-model
sifat statistik
didasarkan pada
kejadian sebagai akibat perubahan waktu
urutan
dan menghasilkan
suatu set data dalam jangka panjang dengan sifat yang sama
pula. Set data tersebut dapat dianalisis untuk
memperuleh
gambaran mengenai kemungkinan urutan
kejadian yang
akan
terjadi di masa datang, misalnya frekuensi harapan
dari
debit air tertentu.
b. Model
probabilistik.1- (
probabilistik
peranan
yang
model
konsep frekuensi dan probabilitas memegang
penting
tidak
Dalam
seperti halnya
memperhitungkan
dalam
urutan
kejadian-kejadian diperlakukan
model
stokastik,
kejadian. Misalnya
sebagai time-i
dan memperkirakan kejadian yang paling ekstrim berdasarkan
karakteristik etatistik dari populasi data yang tersedia.
c . Model-model
rn~dela).
Mode 1
konseptual didasarkan pada keadaan sebenarnya dari
sistem
konseptual 1-(
dengan struktur yang lebih sederhana. Model tersebut dapat
didasarkan pada ide umum mengenai proses aliran permukaan,
namun mungkin diskripsinya tidak dilakukan secara detail.
Sebagai
contoh
mode 1-model
penyederhanaan dari
pendekatan
konseptual
merupakan
DAS yang didasarkan pada
(1)
:
model rasional, (2) pendekatan linier dan
non
linier dari suatu reservoir, (3) kombinasi model rasional
dan pendekatan reservoir.
d. Model-model
parametrik
(parametric
models).
Mode 1
parametrik biasanya digunakan untuk mendapatkan pernyataan
matematik
dikonversi
yang
mengungkapkan fungsi dari DAS
yang
akan
ke dalam input dan output ( b l a c ) r b o x m a d e l s ) .
Selanjutnya model
tersebut
akan
lebih rumit
ditambahkan- parameter-parameter DAS penting
apabila
yang muncul
kernudian jika dibandingkan dengan respon yang berbeda dari
DAS
lain berdasarkan
parametrik
input yang
akan mernberikan
sama.
Model-model
gambaran yang
lebih jelas
mengenai bagaimana siatem bekerja.
deterministik (deterministic models).
e . Model-model
model
deterministik didasarkan pada
Model-
struktur sebenarnya
dari sistem dan kaidah-kaidah fisika yang mengatur perilaku
sistem
hasil-hasil
tersebut. Urutan pendekatan akhir
yang diperoleh berdasarkan model
terhadap
didapatkan
dari hasil perhitungan respon DAS dengan cara menentukan
serta semua karakteristik DAS terhadap aliran
pengaruh
permukaan.
yang
Perlu disadari bahwa data hidrologi dan model
digunakan akan tidak memberikan
jelas bila
proses dalam sistem
pengetahuan secara
tidak
diketahui secara
tepat. Alasannya adalah :
- Terdapat variabilitas waktu dari sistem hidrologi yang
sangat dipengaruhi akibat kegiatan manueia dan prosesproses
alami seperti pelapukan, erosi, perubahan
iklim
dan lain-lain yang menentukan evolusi geomorfologi dari
lahan.
- Terdapat
ketidak
pastian
yang
brkaitan
dengan
kepentingan, ruang dan distribusi waktu dari input
output
dalam sistem hidrologi yang
oleh kondisi DAS.
dan
sangat dipengaruhi
- Terdapat
kesulitan dalam
formulasi matematis
yang
kompleks dalam. proses transfer massa dan energi yang
membentuk daur hidrologi.
Pendekatan DAS Sebagai Suatu Sistem
Sesuai
dengan definisi sistem yang
telah dikemukakan
terdahulu, bahwa dalam operasi suatu sistem terutama untuk
mentransforrnasikan suatu
perlu
itu
input menjadi
suatu output maka
diperhatikan proses-proses yang terjadi dalam
sistem
sendiri. Dalam pelaksanaan, seorang ahli hidrologi yang
ingin
mengetahui
output
dari
suatu sistem maka
perlu
diketahui lebih dahulu proses yang terjadi dalam- sietem
Faktor
adalah
kaidah
-
faktor yang
:
itu.
mempengaruhi output dari suatu sistem
input, deskripsi operasi dalam eistem, dan kaidah-
fisika
yang
mengatur
operasi dari sistem
yang
bersangkutan. Keadaan tersebut dilukiskan dalam Gambar 4.
I
s
,
,
]
DESKRIPSI
p!q
-------I
I
I
I
s
8
FISIKA
Gambar 4, Falrtor-faktor yang mempengaruhi output
suatu sistem
Sumber : U.S. Dept-of A g r , Tech.Bu11.No.lrlW
1965
,
26
Sesuai dengan
pendekatan klasik dalam
ditetapkan asumsi-asumsi tertentu yang
sistem, perlu
meliputi : struktur
dari sistem dan kaidah-kaidah fisika yang menentukan
dalam
sistem.
Aplikasi
dari
pendekatan
ini
operasi
meliputi
pengetahuan tentang kaidah-kaidah fisika yang mengatur proses
dalam
sistem
Dengan
terutarna yang tampak
demikian
kita berbicara
dalam
sistem tersebut.
mengenai
suatu pendekatan
sistem berdasarkan kaidah-kaidah fisika.
Dalam
hidrologi
dilakukan karena
dalam
sistem.
pendekatan ini hampir
tidak mungkin
strukturnya rumit dan ketidak-seragaman
Masalah ini bisanya disesuaikan dengan cara
menyederhanakan
kerumitan dari struktur dalatn suatu konsep
yang disebut sistern o w r a d .
Dalam
dalam
Gambar 5. faktor-faktor yang memegang
proses
konservasi dari input menjadi output
peranan
diatur
sedemikian rupa sehingga sitem operasi berada di tengah.
F]
FISIKA
Gambar 5, Konsep sistem operasi
Sumber : U-S. Dept-of A g r . Tech.Bull,No,l468
1965
27
Bila
tidak
kaidah-kaidah
fisika dan
diperhitungkan dalam deskripsi
sistem
dianggap sebagai
pengertian
bahwa
suatu
struktur dari
sistem operasi, maka
dengan
blacgbQx
hubungannya adalah horizontal.
Informasi
empiris dari sistem operasi diperoleh dengan jalan
sederetan masukan
mengukur
kemudian dihubungkan dengan
data
keluaran. Seri data tersebut biasanya dianalisis dengan
cara
statistik.
Di
yang
sistem
lain pihak, bila sistem operasi dideekripsi
berdasarkan kaidah fisika serta struktur dari sistem eeperti
yang terlihat dalam
Gambar 5 . dengan hubungan vertikal maka
sistem dianggap sebagai suatu white boxsvstem.
Antara
maka
kedua pendekatan yang sangat ekstrim
sistem hidrologi dapat dibedakan bila
tersebut
tingkat
latar
belakang fisik yang membentuk sistem operasi diketahui. Unit
umum
yang digunakan dalam studi oleh pakar hidrologi adalah
Daerah Aliran Sungai. Bagan alir dari daur hidrologi d a l m
suatu DAS sebagai suatu sistem yang terbuka dilukiskan dalam
Gambar 6.
Berdasarkan digram tersebut maka perlu dibedakan antara
subsistem-subsistem berikut: atmosfer, permukaan
tidak
DAS, zona
jenuh, zona jenuh, jaringan sistem saluran
dan
lithosfer. Hubungan input dan output dengan atmosfer berada
di
eatu pihak dan laut di lain pihak. Baik hidrologi
maupun
modern, dalam penelitian keseluruhan daur
diteliti
sebagai
suatu
kesatuan.
Subsistem
hendaknya
atmosfer,
lithosfer dan laut berturut-turut dikelompokam dalam
meteorologi, geologi dan oceanografi.
klasik
wawasan
I
I
P
.
:
v
I
I
:
.
E
I
P-KAAN
DAS
I
I
I
Qa
I
----------->
I
1
I
I
I
I
I
v
Qi
ZONA TIDAK ------>
LAW
G a m b a r 6- D i a g r a m blok daur hidrologi
Sumber: V a n de G r i e n d , 1979
Bila
subsistem-subsistem dalam suatu
sistem
diabaikan
seperti yang terlihat dalam Gambar 7. maka inputnya hanya ter
diri dari presipitasi (P), serta
evaporasi (E), transpirasi
output
yang
terdiri
dari
(T) dan aliran permukaan ( Q ) -
ATMOSPKR
I
A
I
I
*I
P v
:
p
m
E
Qa
&IRAN
G a m b a r 7 , Diagram DAS eebagai suatu s i s t e m
Sumber: Van de G r i e n d , 1979
--->
Pemilihan, Kalibrasi dan Pengujian Model
Pemilihan Model
Tujuan
utama
dalam pembuatan model
hidrologi adalah
untuk memperkirakan pergerakan air di atas dan di bawah
tanah, di dalam sungai, jumlah air
mukaan
yang
per-
tersimpan
dalam tanah dan badan-badan air secara alamiah atau bagaimana
tingkat
dan
jumlah yang berubah sesuai dengan ruang dan
waktu.
Para perencana harus secara seksama melihat
proses
hidrologi penentu dalam pembentukan model untuk
perkirakan
prosesmem-
kuantitas hidrologi yang digunakan sebagai dasar
dalam pengambilan keputusan menejemen DAS. Pada saat beranjak
ke tahap pembentukan model, akan dijwnpai kaidah-kaidah fieik
yang
mengatur
pergerakan dan penyirnpanan air
serta para-
meter-parameter yang harus diukur karena kehadirannya sangat
bervariasi
model
dalam ruang dan waktu yang menyebabkan
semakin rumit. Akibatnya perlu
untuk
memahami
kaidah-kaidah
pembuatan
dilakukan penelitian
fisik dan keperluan
data
mengenai kondisi fisik tersebut.
Dewaea
model
ini dalam ilmu hidrologi belum diperoleh suatu
m u m yang dapat direkomendasikan kepada pemakai,
hingga
pemakai harus mempertimbangkan alternatif penggunaan
model bagi kondisi tertentu. Sebagai pemakai, perlu
bahwa
se-
disadari
ilmu hidrologi senantiasa terus berkembang.
Proses
pembentukan model bagi pengembangan ilmu hidrologi, dilakukan
melalui
ungkapan
Jika
: pengumpulan data, pengungkapan sistem,
dan peng-
data kuantitatif dari proses hidrologi yang rumit.
hasil perhitungan berdasarkan suatu model
dibandingkan
terhadap data
maka
hasil pengukuran di lapangan berbeda nyata,
sipeneliti
perlu
berhati-hati
dalam
pengambilan
keputusan untuk menerima model atau mungkin perlu dikaji
kembali prosedur pengukuran di lapangan. Dengan pembentukan
model
secara sekeama ilmuwan akan
mendalam mengenai
penyebab
lebih memahami secara
dari kejadian-kejadian fisik.
Demikian pula para perencana harus melakukan pendugaan yang
lebih sekeama untuk merancang bangunan pengendali aliran dan
bagaimana
aliran-aliran tersebut
berpengaruh
terhadap
alternatif-alternatif rancang bangun.
Para ilmuwan
ingin menjelaekan pola
infiltraei, air
limpaean dan air ealuran yang sangat penting dalam merancang
waduk, beearnya
dasar
saluran air dan lain sebagainya.
Kriteria
yang perlu diperhatikan perencana dalam memilih pro-
sedur kalibrasi dan pengujian model-model hidrologi adalah
bahwa model tereebut dapat dijadikan dasar bagi perencanaan
dan keputusan-keputusan pengelolaan. Sedangkan kriteria dasar
bagi
seorang ilmuwan adalah bahwa model tersebut dapat mem-
beri eumbangan dalam memahami maealah-masalah hidrologi yang
pada
gilirannya membantu para perencana dalam mengambil ke-
putusan-keputusan yang
lebih baik.
Sebagai contoh, suatu
model hidrologi yang menggambarkan proses air limpaean harue
dapat digunakan untuk meramalkan: (a) bagaimana respon prototipe
fisik terhadap sekuene dari stimuli eksternal (misalnya
curah hujan); (b) frekuensi distribusi dari respon aliran,
atau (c) bagaimana perubahan sistem yang mempengaruhi respon.
Bentuk
atau
prototipe
menggunakan
tetapi
model
set
suatu model dapat berupa duplikasi model
sistem.
atau .suatu model
analog
sistem fisik lain yang lebih mudah
fisik
dengan
diciptakan
mempunyai karakteristik respon yang sama atau
matematik yang menggambarkan proses fisik
persamaan
yang
diprogramkan untuk
suatu
oleh
suatu
komputer digital.
Model-model fisik dan analog mempunyai kemampuan yang
rendah
karena kaidah-kaidah f.isik seluruhnya tidak dapat digambarkan
dalam
persamaan-persamaan matematik yang dibuat
(Clarke,
I
1973).
.
Kalibrasi Hodel
Setelah suatu model ditetapkan maka perlu
dikalibrasi
untuk
suatu DAS. Ada dua
hasil
perhitungan berdasarkan model harus cocok dengan data
hasil
pengukuran di lapangan dan nilai-nilai parameter
diduga
hasil
kriteria kalibrasi, yaitu
:
(a)
yang
harus konsisten dengan karakteristik DAS; (b) setiap
perhitungan dan parameter-parameternya jangan
sampai
diterjemahkan atau diinterprestasi secara harfiah, misalnya
model-model konseptual DAS yang menggambarkan pergerakan
air
terinfiltrasi akan mengandung pengertian konsep-konsep
per-
gerakan
dan
penyimpanan air sebagai kandungan air
Pergerakan dan
penyimpanan tersebut tidalr dapat
tanah.
dikaitkan
secara khusus dengan ciri tertentu DAS, karena menggambarkan
keterkaitan semua komponen dalam seluruh wilayah DAS.
Sebagai
contoh
suatu model
yang hanya menghasilkan
puncak -aliran 100 tahun banjir hampir tidak mungkin untuk
dicek tanpa suatu data pengukuran jarigka panjang- Suatu model
yang menghasilkan volume air limpasan tahunan memberikan satu
nilai
yang digunakan untuk pengecekan volume
limpasan tiap
tahun. Di lain pihak model aliran yang kontinu
menghasilkan
aliran "time.serFe~"yang kontinu sebagai pembanding.
yang
melipat
gandakan
seseorang untuk
air
mengecek
limpasan total,
kandungan air
Model
memungkinkan
tanah,
simpanan
depresi, dan respon DAS yang dapat diobservasi. Model
yang
f
parameternya
berhubungan
memungkinkan
seseorang pemakai
penduga
model
fisik DAS,
untuk membandingkan
parameter yang -sesuai dengan keluaran
hidrologi
misalnya
aliran.
dengan karakteristik
dengan karakteristik fisik DAS yang dapat
daerah
simulasi
diukur,
cadas, daya permeabilitas tanah dan waktu
Model-model demikian lebih banyak kemungkinan untuk
dihubungkan dengan hasil pengukuran.
Proses kalibrasi memerlukan suatu prosedur untuk mengevaluasi suatu keberhasilan kalibrasi dan menyesuaikan parameter-parameter penduga
bagi kalibrasi berikutnya.
Kriteria
keberhasilan kalibrasi
sangat subjektif namun dapat
diguna-
kan
statistik untuk
tingkat
beberapa
metoda
mengukur
ketepatan (aoodness of f i , L ) , atau juga fungsi obyetif berganda (multi~lenb-jective function) dengan kombinasi beberapa
metoda
statistik.
sangat
subjektif dalam menentukan arah perubahan parameter,
Prosedur penetapan penyesuaian mungkin
sehingga
diperlukan aturan-aturan yang diperoleh dari
kepekaan
berbagai
parameter
parameter
atau
studi
variasi
yang secara sistimatis dirancang
untuk
nilai
pengujian
respon permukaan, Model-model statistik lebih tepat digunakan
untuk
suatu
penelitian sistimatis, karena
lebih
mudah
dirumuskan seperti misalnya
disintesa
dapat
fungsi objektif
hasil
dibandingkan terhadap hasil
yang
telah
pengukuran
di
lapangan.
Metoda
dalam
menguji
statistik dapat digunakan untuk
memutuskan
tidak: Metoda
model
kapan suatu model kalibrasi diterima
statistik meliputi
atau
(a) statistik yang di-
:
hitung dari data simulasi aliran yang lengkap; (b) statistik
yang hanya dihitung dari aliran sungai pada periode tertentu;
(c)
statistik
dari
pengukuran-pengukuran
lain
seperti
kandungan air atau karakteristik fisik DAS tertentu
daerah
cadas
aliran
dan lain-lain; (d) statistik dari
suatu periode
dari
terhadap
proeedur
periode
perubahan
berikutnya;
(e)
pola
error, serta (f) kepekaan dari pengaruh
sistematik dan &om
tertentu
ke
seperti
kondisi awal. Salah satu atau
di atas dapat dipilih
sebagai
kombinasi
panduan
bagi
pemakai dalam proses kalibrasi.
Di
dapat
lain pihak parameter-parameter tertentu
diperoleh
sebelum
secara tepat
kalibrasi dimulai.
pengaliran
dalam
melalui
Sebagai
DAS, bagian
hidrolik saluran dan lain-lain.
dari model
pengukuran
contoh,
cadas dari
langsung
luas wilayah
DAS, kapasitas
'
Pengujian dan Verifikasi Model
Proses
kalibkasi
digunakan
parameter-parameter model,
sebagai penduga
terbaik
oleh karena itu hasilnya perlu
dievaluasi untuk menetapkan apakah hasil-hasil yang diperoleh
memberikan
informasi yang tepat untuk
menjawab
pertanyaan-
pertanyaan yang dihadapi oleh pengambil keputusan. Jawabannya
mungkin tidak memuaskan karena modelnya menghasilkan kesalahan estimasi bagi proses perencanaan atau mungkin juga
karena
keluarannya tidak memberikan informasi yang dianggap relevan
dengan
prosedur
pengambilan
keputusan.
Diterimanya hasil
kalibrasi tertentu, umumnya tergantung pada usaha
model,
perbaikan kalibrasi atau
cara dan
perbaikan
alternatif-alter-
natif yang dipakai untuk'estimasi informasi yang diinginkan.
Kesalahan hasil dapat berasal dari
dengan
berbagai
penyebab
tindakan perbaikan yang tepat sesuai dengan masalah
yang dihadapi. Masalah-masalah umum dan kemungkinan perbaikan
meliputi
: (a) kesalahan data yang digunakan dalam
si. Baik
data
kalibra-
yang digunakan sebagai masukan ke dalam model
maupun data yang digunakan untuk
mengecek
keluaran model.
Kadang-kadang pula digunakan alternatif untuk tehnik kolerasi
dalam mengidentifikasi kasus hubungan antara data di lapangan
atau tehnik grafik seperti kurva massa ganda (Linsley et d.,
1982). Di lain
pihak seorang pemakai
model
jangan
terikat, bila data simulasi dan data observasi debit
sungai
tidak
simulasi
cocok
ataupun
maka ia tidak
data
observasi
boleh
secara
terlalu
aliran
menggunakan data
sepihak
untuk
.
mempengaruhi analisis kalibrasi model; (b) penggunaan periode
perekaman
data yang tidak mengandung cukup kejadian
proses-proses
fisik
parameter-parameter
aliran
diduga
parameter-parameter
sifat
kalibrasi
hidrolik
aliran
direkam;
(c)
aliran tepian
tidak
menggambarkan
memperoleh
penting
yang
model
yang
tepatan pembentukan
proses-proses hidrologi suatu DAS. Untuk
perhitungan harus dibandingkan terhadap seri
guna mencari variasi-variasi yang
fisik
yang
dikoreksi
tidak
dapat
Dengan demikian
semua kejadian-kejadian
ketidak
dari
saluran utama
kalibrasi harus ditinjau kembali untuk
kepastian mengenai
data
Misalnya
untuk
berdasarkan data periode perekaman.
periode
hasil
kunci.
diperlukan
sangat berbeda dengan
tepian
akibatnya
yang
dengan
dideteksi harus
konsisten.
rekaman
Penyebab
dijejaki dan modelnya
harus
sesuai masalah yang dihadapi; (d) keluaran
cukup bagi
mengembangkan
pengambil
informasi yang
keputusan.
Ketetapan
diperlukan biasanya
ketika hasil model diungkapkan oleh
pemakai.
itu
yang
dalam
terjadi
Kadang-kadang
informasi tambahan diperoleh dengan jumlah output data secara
internal telah
diperhitungkan namun kadang-kadang
proses
pembentukan model harus direvisi.
Isue pokok dalam pengujian model adalah penentuan
apa-
kah diterimanya penduga hidrologi berdasarkan kalibrasi
atau
tidak.
Proses dasar
dikalibrasi untuk
dalam
periode
menerapkan
model
yang
tertentu adalah bahwa
telah
seorang
36
pembuat
sama
model
biasanya menguji dan membuat
kesalahan yang
dalam pengukuran, namun seorang pemakai model
biasanya
dengan segera menernukan kesalahan yang dilakukan oleh pembuat
model. Seorang pemakai biasanya tertarik pada kesalahan yang
diharapkan,
sebaran
kesalahan
yang
paling
mungkin,
konsekuensi kesalahan informasi dan prospek untuk memperbaiki
model
estimasi.
model
yang
suatu
penduga
Secara ringkas bahwa
dikalibrasi tergantung
tepat atau tidak
pada
pada
akhirnya
suatu
keputusan apakah
sehingga perlu
diperbaiki
terutama untuk : (a) biaya yang diterima dengan memperkecil
konsekuensi penggunaan kesalahan
informasi;
diambil keputusan-keputusan yang menentukan.
(b)
sebelum
Siklus A i r
Konsep S i k l u s Air
Konsep
-
siklus air ( h y z c v s l e ) merupakan
titik
awal pengetahuan mengenai hidrologi. Siklus air secara skematis dapat digambarkan dalam Gambar 8. Dalam
siklusnya yang
tidak
berpangkal dan berakhir dari laut ke udara
terus
ke
permukaan tanah dan kembali ke laut, serta dalam
perjalanannya untuk
sementara air akan tertahan di
sungai, tanah atau air tanah dan tersedia untuk
oleh manusia
Linsley
(atmosfer)
dimanfaatkan
dan kembali ke udara (Dunne dan Leopold, 1978,
u.1984).
Gambar
danau,
8. Diagram siklus hidrologi
(Sumber: Dunne dan Leopold, 1978)
38
Dalam siklus tersebut, energi sinar matahari
menguapkan
air darf permukaan bumi. Uap air tersebut terbawa qleh
dan membentuk awan yang pada gilirannya
pitasi
menghasilkan
angin
presi-
dalam bentuk curah hujan, salju dan embun. Bila
permukaan
suhu
bumi cukup dingin (di bawah titik beku) akan
ter-
bentuk salju dan tersimpan di atas permukaan bumi hingga terdapat energi yang cukup untuk mencairkannya. Salju yang
men-
cair akan mengikuti proses atau jejak seperti curah hujan.
Misalnya,
pada kasus terjadi presipitasi
dalam
bentuk
curah hujan, sebelum sampai ke permukaan tanah sebagian
akan
tertahan oleh vegetaei, sebagian lagi jatuh di atas permukaan
tanah,
eungai atau laut. Bagian yang jatuh di ates
vegetasi
membasahi permukaan daun, kemudian jatuh ke permukaan
hutan melalui daun, ranting, dahan dan batang.
lantai
Sebagian
ke-
dari curah hujan tersebut tidak sampai ke permukaan
ta-
nah, tetapi dievaporasi kembali ke udara. Proses di mana
air
cil
dipintaskan siklusnya kembali ke udara ini dikenal dengan ist ilah interse~si.
Setibanya
curah
di atas permukaan tanah, sebagian lagi
hujan) akan diabsorbsi oleh tanah. Bagian
yang
(dari
tidak
terserap, akan berada di atas permukaan tanah mengisi cekungan
dan tanah yang akhirnya melimpah dan segera
daerah yang lebih
debit
sungai.
atau over-
rendah dan langsung ke sungai
Proses ini dikenal sebagai
flow atau
-runoff.
mengalir
ke
memperbesar
aliran
permukaan
39
Air hujan yang terserap oleh tanah akan merembes ke
da-
lam tanah oleh tenaga kapiler dan tersimpan sebagai kelembab-an tanah. Proses ini dikenal dengan istilah infiltrasi.
Bila kandungan kelembaban tanah meningkat, air yang terserap atau terinfiltrasi akan mendorong kadar air tanah
awal
yang akan terperkolasi secara horizontal dalam lapisan
tanah
masuk ke dalam sungai. Proses ini disebut seatas ~$~.ILE~,U)
s u b s u r f a c e r u n o f f . Sedangkan kadar air
bagai
tanah
awal
yang terdorong secara vertikal melalui pori tanah dan
masuk
zona air tanah .1-(
ke
Dari zona
akan
bergerak secara lamban masuk ke sungai,
atau
ke danau baik pada saat terjadi hujan
batuan
ini
daerah
ataupun
air
berawa
eesudah
hujan reda.
Tiap jenis tanah mempunyai daya infiltraei yang berbeda,
sehingga
akan merembeskan air pada derajat
infiltrasi yang
berbeda pula. Misalnya curah hujan yang jatuh pada tanah
sir
akan lebih cepat meresapkan air hujan bila
tanah
liat
ataupun
tanah-tanah
dengan
pa-
dibandingkan
tekstur
liat
berlempung. Demikian pula dengan tanah-tanah yang bervegetasi
dan tanpa vegetasi.
Di
lain pihak tidak semua air yang terinfiltrasi dapat
sampai ke sungai. Sebagian akan tersimpan dalam lapiean tanah
atas
eesudah terjadi hujan dan akan kembali ke
udara
bebas
atau atmosfer melalui evaporasi dari permukaan tanah dan atau
oleh
transpirasi melalui daun tumbuh-tumbuhan. Yang
lainnya
berevaporasi dari permukaan danau, sungai, rawa dan laut.
40
Selanjutnya konsep siklus air dapat diperluas atau diperdalam terutama yang menyangkut masalah sedimentasi, unsurkimia, suhu dan biota dalam air. Ditinjau dari
Tanah,
dalam
air
suatu
kehidupan
dan iklim merupakan
ekosistem
biologis.
memegang
Lahan
tiga
peranan
sebagai
suatu
komponen
utama
penting
dalam
media,
selain
berfungsi dalam menerima, menyimpan dan menyalurkan air, juga
berfungsi
dalam
tumbuh-tumbuhan
bahwa
mendukung
kehidupan manusia,
yang berada di atasnya. Lebih
hewan
khusue
lagi,
tersedianya air dan kualitas lahan dalam suatu
aliran
sungai
pertanian
sangat menentukan
daerah
sistem
dan
daerah
pengelolaan
yang bersangkutan untuk
lahan
memberikan haeil
yang lebih baik.
Pada daerah yang padat penduduknya dengan luaean
yang
terbatas menyebabkan
penggunaannya
untuk
berbagai
kepentingan seperti pertanian, pemukiman, induetri,
dan
lain-lain
menyebabkan
semakin meningkat. Hal ini
lahan
rekreasi
selanjutnya akan
konflik antara kepentingan pelestarian
di
satu
pihak dan kepentingan ekonomi masyarakat di pihak lain.
Konflik
ini
semakin
bertambahnya
jumlah
lahan
sama bila
yang
meningkat
penduduk yang
ditinjau
eejalan
mernanfaatkan
dari
aspek
dengan
eumberdaya
perencanaan
penggunaan yang tidak didasarkan pada kelestarian lingkungan.
Di
sisi lain upaya konservasi dan rehabilitasi
lahan
telah
lama dilakukan di berbagai daerah di Indonesia dan kini masih
terus dikembangkan. Berbagai model
lahan
pendayagunaan
diterapkan pada daerah-daerah yang
padat
dengan cara memadukan antara tanaman semusim
sumberdaya
penduduknya
dengan
tanaman
tahunan, antara tanaman untuk
tahunan, - talun-kebun,
makanan ternak dengan
pertanaman
lorong
tanaman
lallew,
teraeering dan lain-lain.
Perencanaan
melibatkan
keadaan
tataguna
berbagai
yang
lahan
di
disiplin dengan
daerah
hulu
sungai
kepentingannya.
demikian diperlukan pendekatan
secara
Dalam
sistem
untuk memecahakan dan merencanakan pengunaan lahan yang dapat
menjamin
untuk
kelestarian
lingkungan.
Model
pengelolaan
lahan
menjamin kelestarian lingkungan merupakan idaman
pbrencana dan pengambil
para
keputusan dalam era pembangunan yang
I
berwawaean
sangat
lingkungan
sulit
memadai
dewasa ini, namun model
dikembangkan
bila tidak
ataupun menggunakan ribuan data
eeperti
tereedia
data
ini
yeng
~ a n g pengolahannya
dilakukan dalam waktu yang singkat.
Untuk
mengurangi
pemecahan
menanggulangi
tingkat
permasalahan tereebut serta tidak
ketelitian hasil
yang
diperoleh,
masalah tersebut dapat ditempuh dengan
maka
penggunaan
model simulasi .
Penggunaan model
sj,mulasi telah
terbukti
memberikan
hasil yang memuaskan dengan tingkat ketelitian yang tinggi di
berbagai
negara
maju
eimulasi
sangat
ditentukan
digunakan
di dunia.
oleh
Keberhaeilan
berbagai
dalam membentuk model tersebut
suatu
parameter
serta
model
yang
urut-urutan
solusi permasalahan.
Dalam
kering
penelitian ini, ditelaah debit air selama
musim
sampai mueim hujan tahun 1991/1992 di sub DAS Citalem
3
beserta
debit
maksimum dan
minimum
berdasarkan
lahan
yang ada sebagai dasar perencanaan
dalam
memadukan
tataguna
pengelolaan
antara pelestarian tanah dan
lahan
air untuk
mengendalikan erosi, sedimen dan debit sungai.
Untuk
hidrologi
keperluan simulasi debit sungai, digunakan model
(Crawford and Lisnley, 1966),
Stanford
sedangkan
untuk menduga besarnya erosi digunakan persamaan umum kehilangan umum tanah (Universal Soil Loss EquationflSLE; Wishmeier
and Smith, 1978).
Model-model
dasar lain yang digunakan dalam
penelitian
ini dikutip dari berbagai pustaka ilmiah yang dapat
pada
bagian
tersebut
akhir
tulisan
ini.
dijumpai
Dari model-model
diharapkan akan diperoleh suatu hasil
yang
sistem
secara
kuantitatif dapat digunakan untuk menerangkan perilaku sistem
yang
diteliti
serta dapat
digunakan dalam
perencanaan
penggunaan lahan suatu daerah aliran sungai.
Tujuan Penelitian
Tujuan utama penelitian ini adalah untuk:
1.
Menduga
(mengestimasi) debit air sungai sepanjang tahun
termasuk debit maksimum dan minimum berdasarkan
tataguna
lahan yang ada.
2.
Menduga
besarnya sedimen melayang
(suspended sediment)
dalam air sungai.
3. Menduga besarnya hara tanaman
sungai pada waktu hujan.
yang
terangkut ke
dalam
,
4. Menduga besarnya erosi berdasarkan pols penggunaan
5..~engungka~kanalternatif arahan pengmnaan
lahan-
lahan berda-
sarkan butir satu, dua, tiga dan empat.
Kegunaan Penelitian
Ditinjau dari segi pembangunan, maka hasil
penelitian
ini diharapkan dapat berguna dalam hal:
1. Memberikan
Sub
sumbangan dalam proses pendugaan debit sungai
DAS
dapat
selama setahun
dimanfaatkan
untuk
sumberdaya alam
sebagai
berbagai
irigasi, sumber energi ataupun untuk
keperluan
memenuhi
yang
seperti
keperluan
domestik.
2. Memberi
gambaran tentang besarnya erosi sesuai pola peng-
gunaan lahan di daerah studi.
3. Sebagai
dasar bagi pemerintah dalam mempertimbangkan
menetapkan
arahan
penggunaan
lahan untuk
dan
tercapainya
pembangunan yang berwawasan lingkungan.
Ditinjau dari segi ilmu pengetahuan, penelitian ini juga
juga
turut
memberi
gambaran tentang:
1. Aplikasi teori (ilmu) hidrologi secara praktis di lapangan
seperti
perhitungan-perhitungan:
mukaan,
infiltrasi, evapotranspirasi, aliran bawah
mukaan
yang
secara
intersepsi, aliran per-
keseluruhan dapat
mengestimasi debit air sungai.
digunakan
perdalam
I
2.
Kesalahan
penggunaan
persamaan
umum
kehilangan tanah
(Universal Soil Loss EquationnSLE) dalam
besarnya erosi yang terjadi dalam
memprakirakan
suatu daerah
aliran
sungai.
Hipotesis
Hipotesis-hipotesis utama yang mendasari penelitian ini
adalah:
1.
Debit sungai yang diukur dalam
berbeda dengan yang
suatu sub
DAS, tidak
diduga berdasarkan model hidrologi
Stanford IV.
2.
Pendugaan erosi
berdasarkan
persamaan umum kehilangan
tanah (Universal Soil Loss EquationflSLE) tidak
dengan
erosi
yang diukur dalam
petak
standar
berbeda
(erosi
aktual ) .
3.
Besarnya beberapa
unsur hara tanaman yang
terbawa
ke
dalam sungai sangat tergantung pada waktu pemupukan.
4.
Besarnya
aliran permukaan dan erosi di
lokasi
tanaman
kelapa dan tumpangsari, selain dipengaruhi oleh curah
hujan dan jenis tanaman juga
dipengaruhi oleh tindakan-
tindakan konservasi tanah dan air.
TINJAUAN PUSTAKA
Model, Sistem dan Analisis Sistem
Klasifikasi Hodel
Dengan menggunakan model seseorang dapat lebih mengerti
serta menjelaskan fenomena alam dan di bawah berbagai kondisi
ia
dapat
pula
melakukan
deterministik atau
peramalan
probabilistik.
berdasarkan
Apa yang
model
dimaksud bila
seseorang mengatakan bahwa ia mengerti berbagai aspek tentang
kejadian dalam
mengungkapkan
suatu
lingkungan kita
bahwa bila
?
de
Griend
(1979)
kita mengerti suatu kejadian atau
keteraturan, jika kita dapat memberi suatu penjelasan
ilmiah tentang kejadian tersebut.
de
Van
Griend
misalkan
Makna dari pengertian van
tentang penjelasan ilmiah tersebut
adalah
bahwa
kita membuat suatu pernyataan E yang menggambarkan
beberapa fenomena yang terjadi atau prinsip-prinsip
teoritis
dan
empiris,
suatu pernyataan C1, CZ,-..Cn tentang
maka kita dapat mengatakan bahwa pernyataan
keadaan
tersebut
telah
dijelaskan oleh E.
Berbagai
suatu
sistem
kriteria telah digunakan
klasifikasi model.
kriteria tersebut
menggambarkan
untuk
Dalam
keadaan
mengembangkan
kebanyakan
tertentu,
ha1
atau
kebutuhan dari disiplin tertentu. Namun demikian secara umum
model-model
yang
dikategorikan
digunakan
dalam
disiplin
sebagai model formal ataupun
apapun
dapat
sebagai model
materul.
W l m a l ;
adalah bahasa
sirnbolik yang merupakan
pernyataan matematik dari suatu keadaan ideal yang
struktur utama dari sistem sebenarnya.
membentuk
Suatu model maberid
adalah suatu gambaran
fisik
dari
suatu sistem yang kompleks dan secara sederhana menggambarkan
keadaan
sistem lebih rinci serta diasumsikan pula mempunyai
materi yang sama dengan sistem sebenarnya. Gambaran mengenai
klasifikasi model
dilukiskan dalam Gambar 1.
1 prototipa atau Sistem yang
'%?=.
~ebenarnyal
Model-model Material
Model-model Formal
atau htematik
rf
Ikonik
Gambar 1.
Klasifikasi Model
Sumber: Woolshiser, dalam Haan et alL 1982.
Yang tergolong dalam model-model material adalah modelikonik (iconic) dan model-model analog.
model
adalah
suatu penyederhanaan
sebenarnya,
dari
keadaan
sedangkan dalam model analog
yang sama seperti keadaan sebenarnya.
curah hujan dan
model ikonik.
sebuah
kita
sistim eksperimen DAS
ikonik
sistem
diperlukan materi
adalah contoh-contoh
Dengan mengukur volume air yang merembes
memperoleh gambaran
yang
Lisimeter, simulator
lisimeter yang kemudian ditimbang
akan
Model
mengenai
dari
secara periodik,
derajat
perkolasi
relatif serta evapotranspirasi dari daerah
tidak
sekitarnya yang
terusik dengan kondisi vegetasi dan tanah yang
Sebenarnya kita tidak tertarik
pada
sama.
cara pengukuran
itu
aendiri tetapi pada hal-ha1 yang berkaitan dengan proses yang
terjadi dalam sistem alam yang sangat rumit. Simulator curah
hujan
dan
sistem percobaan DAS akan membantu menentukan
faktor-faktor apa yang sangat penting dan perlu
dalam
model
erosi.
mudah
matematik dari aliran
permukaan
dimasukkan
serta proses
Untuk dapat bermanfaat, maka model-model ikonik harus
diterapkan pada sistem yang sebenarnya dan harus pula
diperoleh beberapa informasi yang belum diketahui sebelumnya.
Perubahan dalam
jangka panjang dan
skala waktu
yang*
berbeda kadang-kadang perlu diperhitungkan untuk menciptakan
model
sehingga dapat bermanfaat.
Akibat
perubahan
dalam
skala waktu dan penyederhanaan lainnya kadang-kadang dalam
model-model
ikonik
terdapat
distorsi
yang
dipertimbangkan secara seksama dalam membentuk
perlu
persamaan
peramalan.
Lain halnya dengan model analog, jumlah atau kuantita
yang
diukur
dibandingkan
dalam model, substansi fisiknya berbeda
jika
dengan sistem yang sebenarnya.
arus
Misalnya
aliran listrik dapat digunakan untuk menggambarkan aliran air
atau penyusutan suatu lapisan tipis (membran) dapat digunakan
untuk
li,t&Le).
menggambarkan drawdown dari
permukaan
air
(water
Keabsahan dari suatu model analog ditentukan oleh
identiknya model hubungan matematis yang menggambarkan sistem
riil
dengan
analoginya.
Dalam hidrologi DAS, semua model
formal adalah sama dengan~modelmatematik.
Selanjutnya model matematik dapat dibedakan dalam modelmodel teoritis dan model-model empiris.
Suatu model teoritis
kaidah-kaidah umum dan prinsip-prinsip teori
meliputi
pernyataan-pernyataan empiris,
sedangkan suatu model empiris
menyatakan data riil dan tidak memperhitungkan
umum.
Semua hubungan empiris
kebetulan
di
serta
bisa
kaidah-kaidah
saja terjadi
mana terjadi korelasi antara dua
secara
peubah
yang
1
berbeda
namun
dalam
keeratan hubungan.
keadaan
sebenarnya tidak
Oleh karena itu hubungan
yang
terdapat
demikian
tidak dapat diaplikasikan di luar selang data dari mana
tersebut
diperoleh.
Dalam suatu DAS yang tidak luas
w a t e r e w ) contoh dari model-model teoritis banyak
Aliran
permukaan dalam suatu DAS kecil umumnya
data
(small
dijumpai.
digambarkan
konservasi momen
oleh
suatu persamaan konservasi massa dan
yang
mengandung pengertian tahanan hidrolik empiris.
Dalam
kondisi tertentu persamaan momen dapat disederhanakan menjadi
apa yang disebut persamaan kinematik.
Pembentukan model infiltrasi modern yang didasarkan pada
persamaan
sistem
Green
aliran.
Ampt
Baik
merupakan suatu penyederhanaan
model empiris maupun
model
dari
teoritis
kedua-duanya digunakan dalam pembuatan model-model hidrologi
suatu DAS.
Model-model matematik untuk bidang hidrologi yang banyak
kita
jumpai
sekarang dapat diklasifikasi berdasarkan
enam
-- - kmll%TZa33erlfrrrt :
1.
struktur dan masalah pembuatan model,
2.
peranan faktor waktu,
3. nilai kognitif suatu model,
4.
ciri dari hasil yang diperoleh,
5.
pendekatan aplikasi dan cara pemecahannya, eerta
6.
fungsi operator.
--
(1) Struktur d.n Msalah Peabuatan24tx@l
/
&-hubungandengan daur hidrologi
-
--
ari model.
ada
diidentifikasi
dalam
dalam
Hal-ha1
abstraksi model adalah
tiap sistim, (b) model-model
,
:
,
yang
perlu
4a)
W ~ P O? ~
c J-,
DAS
Keenpat tingkat
terpadu dan (d) modal-model DAS eecew
dilukiekan dalm Gambar 2.
tersebut di atas
am model adalah tidak lain dari
matematik
daur hidrologi.
dari proses
fisik yang
terjadi
suatu
dalam
Miealnya, model evaporaei dari permukaan air
bebas, aliran dalam media porous yang tidak jenuh, dan aliran
pada
permukaan
bebas
yang
kesemuanya
sebagai model-model proses tunggal.
diklasifikasi
Seperti yang
dalam Gambar 2a. bentuk persamaannya menjadi:
dilukiskan
Y (t) = Q CX ( t ) l
dalam ha1 ini:
Y (t) = output
X (t) = input, dan
Q
= operator dari proses.
suatu model evaporasi output Y (t), dapat
berupa
derajat pengangkutan massa uap air dari permukaan dan
peubah
Dalam
X
input
(t) dapat meliputi radiasi neto, kecepatan angin,
defisit tekanan uap serta kemungkinan-kemungkinan lain.
Model komponen seperti yang dilukiskan dalam
menggambarkan keterkaitan model dari
dengan
dalam
proses-proses
sebuah komponen operator yang
proses
tunggal
ke order
Gambar 2b
yang
mengatur
sesuai.
tunggal
aliran
air
Proses yang
terjadi pada bagian tertentu dalam DAS perlu dikenali. Contoh
model
komponen adalah evapotranspirasi, aliran permukaan,
erosi dan aliran bawah
tanah. Model
evapotranspirasi meng-
gambarkan proses tunggal yang meliputi intersepsi, evaporasi
dari
permukaan tanah dan daun tanaman, pergerakan air
tanah serta respons tanaman terhadap kekurangan air.
dalam
14
menghubungkan
dengan
rata-rata
faktor-faktor
sebagai model
memerlukan
sebagai
statis.
debit
tahunan dari
iklim, dan
suatu
fisiografi
Di lain pihak
sungai
dikelompokkan
model-model
dinamis
persamaan-persamaan diferensial dengan
suatu peubah bebas sehingga memberi
waktu
gambaran bahwa
waktu sangat mempengaruhi keragaman dari output.
(3) N i l a i Kognitif Suatu Model
Nilai kognitif suatu model didasarkan pada
:
(a) model-model yang disusun berdasarkan keadaan fisik,
(b) model-model konsepsi,
(c)
model-model trend.
Model-model
model-model
yang didasarkan pada keadaan fisik
yang
diatur
oleh
adalah
kaidah-kaidah fisika
dan
struktur yang telah diketahui dengan jelas dan dicirikan oleh
persamaan-persamaan fisik matematik.
Model-model
konseptual
dapat digunakan bila struktur model dan kaidah-kaidah fisika
tidak
diketahui atau model yang disusun berdasarkan
kondisi
fisik yang sangat rwnit sehingga model tersebut lebih
menggambarkan
perilaku
dari sistim.
Model linier
banyak
dan
non
linier dapat digolongkan sebagai model trend.
C i r i dari Hasil yang Diperoleh
(4)
Ciri hasil yang diperoleh dari suatu keluaran model dapat
dikelompokkan dalam model stokastik dan model
Bila
sembarang peubah dalam suatu model
deterministik.
matematik
diterima
sebagai
peubah
sebaran
acak
Jika
acak
maka model tersebut
semua peubah
variation)
atau random
yang
va-
adalah
mempunyai
mode1 -stokastik.
dianggap bebas dari variasi acak
maka model tersebut dikelompokkan
(random
sebagai model
deterministik (van de Griend, 1979).
(5) Pendekatan, Aplikasi dan Cara Pemecahannya
Cara pendekatan ini tumpang tindih dengan kriteria
yang
diungkapkan dalam uraian mengenai nilai kognitif suatu model,
namun
menggunakan terminoldgi yans berbeda.
dapat
mengacu pada
tergantung
pada
black
Pendekatan
box ~vstem tau a t e bnx
hubungan
yang
terjadi
apakah
ini
s v w ,
secara
horisontal atau secara vertikal (Gambar 3).
I Keadaan
~isteml
Gambar 3- Konsep dari Sistem Operasi
Hubungan
horisontal
l
a
c
atau pendekatan h
dilakukan sebagai suatu pengendali
input
sistem
menjadi output sedangkan pendekatan zllrhite
dicirikan
oleh
hubungan
vertikal
yang
fisika dan keadaan alami sistem yang tel&
suatu
yang
box
+?step
menerapkan
kaidah
disintesa ke dalam
sistem operasi tanpa diobservasi input
terlebih dahulu.
mentransfer
dan
outputnya
'
Fungsi Operator
(6)
Kriteria klasifikasi yang
digunakan sehubungan dengan
fungsi operator, erat kaitannya dengan
dalam
fungsi operator
yang
persamaan matematik
bersangkutan.
Modelnya
dapat
diklasifikasi dalam model linear atau non linear, berkelompok
atau menyebar dan stasioner atau
de Griend (1979), penggunaan
pengertian.
Prinsip
istilah
Suatu model adalah
teori sistem, jika
prinsip
s t a ~ w Menurut
.
Van
linear mengandung dua
linear
dalam
pengertian
adalah syah.
Byper DOPW
super position menyatakan bahwa jika Y1 (t) dan
(t) adalah output dari sistem sesuai dengan inputnya X1
Y2
(t)
dan X2 (t) maka reepons terhadap XI (t) + X2 (t) adalah Yl( t
+ Y2
(t).
Prinsip ini umunmya
digunakan dalam
analisis
sistem hidrologi (Dooge, 1973).
Alternatif lain dari istilah
linear adalah
pengertian
dalam konteks statistik. Penggunaan istilah model
linear da-
lam konteks
statistik mengandung pengertian bahwa parameter-
parameter yang diestimasi harus linier.
output
Y
Misalnya jika
suatu
Y yang erat kaitannya dengan input X dalam persamaan
= a + bX
;
maka dalam pengertian statistik model
adalah linear dan
tidak
Sebagai contoh Y1 + Y2
=
terdapat
a
+
b (Xi
prinsip
+
tersebut
super position.
X2)-
Dalam model-model berkelompok variasi spasial dari input
dan output serta parameter-parameter lainnya secara eksplisit
tidak diperhitungkan dan biasanya dimasukkan dalam
diferensial.
persamaan
Dalam
model-model
diperhitungkan
lainnya
distribusi
dalam input, output
dan
variasi
spasial
parameter-parameter
serta kadang-kadang terdiri dari
satu set persamaan
diferensial parsial yang saling berkaitan.
Satu
bentuk
operator deterministik dikatakan
stasioner, jika
dan parameter-parameternya tidak berubah dalam waktu
yang
tertentu.
jika
semua unsurnya
mutlaknya.
Suatu model stokastik dikatakan
tidak
berubah
stasioner,
sesuai dengan
Dalam hidrologi model-modelnya
tidak
waktu
stasioner
karena terjadi variasi musim secara periodik, perubahan
guna
lahan yang
kesemuanya sangat mempengaruhi
tata
proses
hidrologi dan komponen-komponennya.
Konsep S i s t e m
Sejak
untuk
berupa
awal
abad 20 para ahli hidrologi
telah
mencoba
menguraikan hubungan antara input ke da'lam suatu DAS
presipitasi
dengan output berupa
aliran permukaan.
Berbagai model yang dewasa ini dijumpai menggambarkan respons
DAS terhadap presipitasi maupun pencairan salju. Model- model
tersebut menggambarkan respons pragmatis dari keadaan seharihari.
akibat
model
Ciri dari model-model yang ada sangat beragam
cara
yang
pendekatan sistem yang
berbeda
pula.
sebagai
akhirnya menghasilkan
Pendekatannya bervariasi
empiris murni sampai pada fisika murni.
dari
Istilah sistem dan model tiap ahli memberikan arti
berbeda
sesuai dengan disiplin ilmunya.
Untuk
yang
menjelaskan
kedua istilah tersebut pertama-tama perlu diuraikan beberapa
konsep dasar tentang sistem dan model.
Menurut
Dooge (1968) suatu sistem dapat
didefinisikan
sebagai :
Tiap struktur, perancang, bagan, atau prosedur
nyata
atau abstrak
yang
saling berhubungan
tertentu berdasarkan masukan,
energi maupun informasi
dan
penyebab
atau
yang
dalam waktu
stimulus dari
keluaran, serta respons dari
I
energi..
Perlu dibedakan
sistem
yang
yang abstrak.
benar-benar
segala aspeknya.
antara sistem yang
sebenarnya dengan
Suatu sistem yang riil adalah
terjadi, misalnya
daur
proses
hidrologi dengan
Sedangkan sistem yang abstrak mencoba untuk
menggambarkan keadaan sebenarnya dengan struktur, perancang,
bagan, atau prosedur yang pada gilirannya menghasilkan
suatu
model
dapat
daur hidrologi.
didefinisikan
berhubungan
Dengan demikian istilah model
sebagai suatu
dalam
waktu
sistem abstrak
tertentu
yang
sesuai dengan
saling
masukan
(input) dan keluaran (-).
Konsepsi-konsepsi
kaitannya dengan
berikut
sistem
banyak
digunakan
dan analisis sistem.
(1).
dalam
Suatu
sistem yang kompleks dapat diuraikan ke dalam subsistem yang
saling berhubungan
subsistem yang
dalam konteks input dan
tidak dapat diuraikan lebih
output.
lanjut
Suatu
disebut
komponen.
(2).
Suatu
sistem tidak
mempunyai
memori
atau
mungkin mempunyai memori yang terbatas dan mungkin pula tidak
terbatas.
keadaan
pada
Jika
mempunyai
memori
maka
sistem tersebut dapat ditentukan berdasarkan
waktu
memori
suatu sistem tidak
yang
yang
bersamaan.
Jika
input
suatu sistem mempunyai
tidak terbatas maka keadaan sistem dan
output
seluruhnya tergantung pada keadaan masa lampau dan bila suatu
sistem
dengan memori' yang
terbatas
keadaannya
tergantung pada memori masa lampau. ( 3 ) .
linier jika dalam
sangat
Suatu sistem adalah
perhitungannya digunakan
prinsip
super
position. Sebagai contoh jika input XI (t) menghasilkan suatu
output
(t),
Y1 (t) dan input X2 (t) menghasilkan suatu output
Y2
maka sistem tersebut adalah linier jika input X1 (t) +
X2 (t) menghasilkan output Y1 (t) + Y2 (t). ( 4 ) . Suatu sistem
tidak berubah sesuai dengan waktu jika hubungan antara
dan output
disebut
pula.
dipengaruhi oleh waktu.
kontinyu jika fungsi dari sistim
( 5 ) . Suatu sistem
tersebut
kontinyu
Suatu sistem disebut diskrit jika keadaan sistem tidak
berubah
secara kontinyu namun terjadi perubahan
tertentu
waktu
tidak
pula.
tertentu
Jika nilai input dan
output
pada
dan berada secara konstan selama
kuantitatif.
sebagai
parameter
data
Kebanyakan
data
presipitasi
kuantitatif. (6). Bila
sistem
waktu
berubah
output
diproses
input, output
adalah seragam dalam ruang
pada
interval
waktu tertentu maka kita berbicara mengenai input dan
yang
input
dan
tertentu
maka
sistem disebut m e d ~vstem,jika tidak disebut sistem
yang
'
menyebar.
Presipitasi
tertentu
umumnya
selama
diasumsikan
antara
penetapan sistem.
menyebar
secara merata.
deterministik dan
(7).
Perlu
probabilistik
dalam
Dalam suatu sistem deterministik hubungan
dan output akan tidak berubah sepanjang keadaan dari
sistem adalah sama.
ditetapkan
secara
probabilistik
Masukan dan keluaran dalam
statistik akan cenderung
suatu
dari pada deterministik. ( 8 ) . Perlu
sistem alami ialah
bahwa
buatan
sifat
dan masukannya
adalah
dapat
suatu
sistem
yang
yang
sebelum inputnya terjadi.
dalam
Dalam
sistem
diatur.
Dengan
sistem buatan dapat digunakan untuk
sistem alami. ( 9 ) . Sistem
penting
peubah-peubah
dapat diukur namun tidak dapat diatur.
sistem
juga di-
Ciri
sistem
demikian
sistern yang
mempunyai sifat
bedakan antara sistem alami dan sistem buatan.
dalam
periode
yang digunakan sebagai input dalam studi hidrologi
dibedakan
input
suatu DAS
dalam
mensimulasikan
terjadi sebagai sebab akibat
outputnya
tidak
dapat
terjadi
Dengan lain perkataan bahwa
suatu
penyebab sistem tidak dapat bereaksi terhadap input yang akan
datang.
Konsep
dari m a 1 ~vstemdan m n c a u s a l sa-
ngat menentukan dalam deskripsi matematik dari
fungsi-fungsi
respons.
Analisis Sistem
Seperti
utama
yang
telah diungkapkan sebelumnya bahwa
dari suatu sistem hidrologi ialah bahwa
input
ciri
berupa
curah hujan dikonversi menjadi output dalam bentuk debit
air
'
dan evapotranspirasi dalam suatu DAS.
Dalam analisis sistem
kita dihadapkan kepada tiga unsur utama yaitu input, operasi
dalam sistem dan output.
Rumusan matematis hubungan tersebut
digambarkan sebagai berikut :
Y (t) = h (t) W X (t),
dalam ha1 ini :
h (t) = fungsi sitem yang menyatakan sistem operasi,
X (t) = fungsi input,
Y (t) = fungsi output,
= Suatu operator dari sistem, yaitu suatu sandi
W
untuk menggambarkan kombinasi operasi h (t) dan
X (t) yang menghasilkan respons sistem Y (t).
Tiap
kombinasi dari
dua fungsi yang
diketahui
tiga
unsurnya menyatakan suatu fase tunggal dalam proses peramalan
aliran
permukaan.
i
berarti
kita
identifikasi
dalam
berbicara
Bila input dan
masalah
output
diketahui
identifikasi.
Masalah
biasanya merupakan salah satu
analisis
Demikian
eietea.
langkah pertama
sistem bila input dan output
pula bila rangkaian input d m
dapat
outputnya
diukur.
diketahui
maka operasi dari sistem dapat diketahui.
Prediksi.
Bila
sistem operasi telah
diidentifikasi,
maka sistem operasi dapat digunakan untuk melakukan peramalan
misalnya
aliran puncak diperlukan untuk
konstruksi suatu jembatan dan lain-lain.
merancang
kriteria
Peubah Input
----------->
Proses Tungeal
Peubah Output
----------->
a - Proses dalam t i a p s i s t e m
Peubah Input
4
L
b - Model-model komponen
t
Peubah Output
PTzsxX-]
Satu Komponen
Peubah
Input
Satu Komponen
Peubah
Output
____,
Satu Komponen
Satu Komponen
I
r
c - Model DAS terpadu
Peubah Input
'operator Global
d a r i s u a t u DAS
Peubah Output
d, Model-model DAS s e c a r a umum
Gambar 2 - S t r u k t u r Diagram d a r i Model-Model
Hidrologi ( d a r i Ozga-Zielinska. 1976, dalam
Haan et aL, 1982)
13
Suatu model terintegrasi adalah contoh komprehensif dari
model
DAS seperti yang dilukiskan
bar
dal&
Zc,
model
terintegrasi terdiri dari satu set model-model komponen yang
saling
terkait dengan operator yang mengatur aliran
air
ke
tiap komponen dalam orde yang tepat.
Kadang-kadang model yang terintegrasi meliputi komponenkomponen dengan tingkat abstraksi
yang
membuat
terintegrasi
model
dikembangkan
komponen-komponen
dan nyata,
menjadi
atau perubahan-perubahan
sederhana.
berdasarkan
Model-model
proses
yang telah mempunyai struktur
sangat dipengaruhi
oleh
sintesa
yang
tegas
keadaan fisik DAS yang
bersangkutan.
Model-model
terintegrasi.
global adalah alternatif dari
Struktur model global lebih
model-model
sederhana yang
mengasumsikan bahwa terdapat hubungan fungsi antara suatu set
peubah masukan dan keluaran yang
komponen (Gambar 2d).
bentuk
saling terkait
dalam
tiap
Keadaan dari sistim digambarkan dalam
yang sederhana seperti model linier yang
operatornya
dapat diidentifikasi dengan cara melakukan analisis
terhadap
satu seri observasi input dan output.
(2) Peranan Faktor W a k t u
Model
dinamis.
dapat
diklasifikasi sebagai model
Model-model
empiris dan
statis
meliputi
persamaan-persamaan
model-model regresi yang dalam ha1
waktu tidak merupakan peubah bebas.
statis atau
ini masalah
Suatu model regresi yang
Det-.
sistem
Masalah ketiga adalah deteksi
operasi
dideteksi.
dan
Masalah
output
diketahui maka
ini terjadi bila
kepada
keterbatasan alat
sistem
operasi
pengukur.
input.
input
Jika
dapat
seseorang dihadapkan
Pengetahuan mengenai
pengukuran sangat penting
dalam mendeteksi
nilai dari parameter-parameter lain yang tidak diukur.
Pendekatan Pembentukan Model
Segera
setelah
sistem operasi diketahui maka
dapat
disusun modelnya. Dari model tersebut kita dihadapkan pada
bagaimana sistem tersebut dianalisis ke dalam model yang akan
mensimulasi keadaan sebenarnya dalam sistem dan mengkonversi
input
menjadi
output
dengan
tingkat
ketelitian
diinginkan. Model yang
mensimulasikan keadaan riil
yang
stokastik, umumnya
memiliki
sifat
deskripsi fisik secara detail
sesuai
yang
sietem
didasarkan pada
struktur sistem yang
bersangkutan.
Selanjutnya mungkin saja dibuat suatu klasifikasi model
m u m yang dijadikan sebagai dasar tiap eubmodel.
a. Model-model
stokastik
(s-j
stokastik digunakan untuk
output
dari
suatu
c
mow).
menganalisis
sistem yang
Model-model
sifat statistik
didasarkan pada
kejadian sebagai akibat perubahan waktu
urutan
dan menghasilkan
suatu set data dalam jangka panjang dengan sifat yang sama
pula. Set data tersebut dapat dianalisis untuk
memperuleh
gambaran mengenai kemungkinan urutan
kejadian yang
akan
terjadi di masa datang, misalnya frekuensi harapan
dari
debit air tertentu.
b. Model
probabilistik.1- (
probabilistik
peranan
yang
model
konsep frekuensi dan probabilitas memegang
penting
tidak
Dalam
seperti halnya
memperhitungkan
dalam
urutan
kejadian-kejadian diperlakukan
model
stokastik,
kejadian. Misalnya
sebagai time-i
dan memperkirakan kejadian yang paling ekstrim berdasarkan
karakteristik etatistik dari populasi data yang tersedia.
c . Model-model
rn~dela).
Mode 1
konseptual didasarkan pada keadaan sebenarnya dari
sistem
konseptual 1-(
dengan struktur yang lebih sederhana. Model tersebut dapat
didasarkan pada ide umum mengenai proses aliran permukaan,
namun mungkin diskripsinya tidak dilakukan secara detail.
Sebagai
contoh
mode 1-model
penyederhanaan dari
pendekatan
konseptual
merupakan
DAS yang didasarkan pada
(1)
:
model rasional, (2) pendekatan linier dan
non
linier dari suatu reservoir, (3) kombinasi model rasional
dan pendekatan reservoir.
d. Model-model
parametrik
(parametric
models).
Mode 1
parametrik biasanya digunakan untuk mendapatkan pernyataan
matematik
dikonversi
yang
mengungkapkan fungsi dari DAS
yang
akan
ke dalam input dan output ( b l a c ) r b o x m a d e l s ) .
Selanjutnya model
tersebut
akan
lebih rumit
ditambahkan- parameter-parameter DAS penting
apabila
yang muncul
kernudian jika dibandingkan dengan respon yang berbeda dari
DAS
lain berdasarkan
parametrik
input yang
akan mernberikan
sama.
Model-model
gambaran yang
lebih jelas
mengenai bagaimana siatem bekerja.
deterministik (deterministic models).
e . Model-model
model
deterministik didasarkan pada
Model-
struktur sebenarnya
dari sistem dan kaidah-kaidah fisika yang mengatur perilaku
sistem
hasil-hasil
tersebut. Urutan pendekatan akhir
yang diperoleh berdasarkan model
terhadap
didapatkan
dari hasil perhitungan respon DAS dengan cara menentukan
serta semua karakteristik DAS terhadap aliran
pengaruh
permukaan.
yang
Perlu disadari bahwa data hidrologi dan model
digunakan akan tidak memberikan
jelas bila
proses dalam sistem
pengetahuan secara
tidak
diketahui secara
tepat. Alasannya adalah :
- Terdapat variabilitas waktu dari sistem hidrologi yang
sangat dipengaruhi akibat kegiatan manueia dan prosesproses
alami seperti pelapukan, erosi, perubahan
iklim
dan lain-lain yang menentukan evolusi geomorfologi dari
lahan.
- Terdapat
ketidak
pastian
yang
brkaitan
dengan
kepentingan, ruang dan distribusi waktu dari input
output
dalam sistem hidrologi yang
oleh kondisi DAS.
dan
sangat dipengaruhi
- Terdapat
kesulitan dalam
formulasi matematis
yang
kompleks dalam. proses transfer massa dan energi yang
membentuk daur hidrologi.
Pendekatan DAS Sebagai Suatu Sistem
Sesuai
dengan definisi sistem yang
telah dikemukakan
terdahulu, bahwa dalam operasi suatu sistem terutama untuk
mentransforrnasikan suatu
perlu
itu
input menjadi
suatu output maka
diperhatikan proses-proses yang terjadi dalam
sistem
sendiri. Dalam pelaksanaan, seorang ahli hidrologi yang
ingin
mengetahui
output
dari
suatu sistem maka
perlu
diketahui lebih dahulu proses yang terjadi dalam- sietem
Faktor
adalah
kaidah
-
faktor yang
:
itu.
mempengaruhi output dari suatu sistem
input, deskripsi operasi dalam eistem, dan kaidah-
fisika
yang
mengatur
operasi dari sistem
yang
bersangkutan. Keadaan tersebut dilukiskan dalam Gambar 4.
I
s
,
,
]
DESKRIPSI
p!q
-------I
I
I
I
s
8
FISIKA
Gambar 4, Falrtor-faktor yang mempengaruhi output
suatu sistem
Sumber : U.S. Dept-of A g r , Tech.Bu11.No.lrlW
1965
,
26
Sesuai dengan
pendekatan klasik dalam
ditetapkan asumsi-asumsi tertentu yang
sistem, perlu
meliputi : struktur
dari sistem dan kaidah-kaidah fisika yang menentukan
dalam
sistem.
Aplikasi
dari
pendekatan
ini
operasi
meliputi
pengetahuan tentang kaidah-kaidah fisika yang mengatur proses
dalam
sistem
Dengan
terutarna yang tampak
demikian
kita berbicara
dalam
sistem tersebut.
mengenai
suatu pendekatan
sistem berdasarkan kaidah-kaidah fisika.
Dalam
hidrologi
dilakukan karena
dalam
sistem.
pendekatan ini hampir
tidak mungkin
strukturnya rumit dan ketidak-seragaman
Masalah ini bisanya disesuaikan dengan cara
menyederhanakan
kerumitan dari struktur dalatn suatu konsep
yang disebut sistern o w r a d .
Dalam
dalam
Gambar 5. faktor-faktor yang memegang
proses
konservasi dari input menjadi output
peranan
diatur
sedemikian rupa sehingga sitem operasi berada di tengah.
F]
FISIKA
Gambar 5, Konsep sistem operasi
Sumber : U-S. Dept-of A g r . Tech.Bull,No,l468
1965
27
Bila
tidak
kaidah-kaidah
fisika dan
diperhitungkan dalam deskripsi
sistem
dianggap sebagai
pengertian
bahwa
suatu
struktur dari
sistem operasi, maka
dengan
blacgbQx
hubungannya adalah horizontal.
Informasi
empiris dari sistem operasi diperoleh dengan jalan
sederetan masukan
mengukur
kemudian dihubungkan dengan
data
keluaran. Seri data tersebut biasanya dianalisis dengan
cara
statistik.
Di
yang
sistem
lain pihak, bila sistem operasi dideekripsi
berdasarkan kaidah fisika serta struktur dari sistem eeperti
yang terlihat dalam
Gambar 5 . dengan hubungan vertikal maka
sistem dianggap sebagai suatu white boxsvstem.
Antara
maka
kedua pendekatan yang sangat ekstrim
sistem hidrologi dapat dibedakan bila
tersebut
tingkat
latar
belakang fisik yang membentuk sistem operasi diketahui. Unit
umum
yang digunakan dalam studi oleh pakar hidrologi adalah
Daerah Aliran Sungai. Bagan alir dari daur hidrologi d a l m
suatu DAS sebagai suatu sistem yang terbuka dilukiskan dalam
Gambar 6.
Berdasarkan digram tersebut maka perlu dibedakan antara
subsistem-subsistem berikut: atmosfer, permukaan
tidak
DAS, zona
jenuh, zona jenuh, jaringan sistem saluran
dan
lithosfer. Hubungan input dan output dengan atmosfer berada
di
eatu pihak dan laut di lain pihak. Baik hidrologi
maupun
modern, dalam penelitian keseluruhan daur
diteliti
sebagai
suatu
kesatuan.
Subsistem
hendaknya
atmosfer,
lithosfer dan laut berturut-turut dikelompokam dalam
meteorologi, geologi dan oceanografi.
klasik
wawasan
I
I
P
.
:
v
I
I
:
.
E
I
P-KAAN
DAS
I
I
I
Qa
I
----------->
I
1
I
I
I
I
I
v
Qi
ZONA TIDAK ------>
LAW
G a m b a r 6- D i a g r a m blok daur hidrologi
Sumber: V a n de G r i e n d , 1979
Bila
subsistem-subsistem dalam suatu
sistem
diabaikan
seperti yang terlihat dalam Gambar 7. maka inputnya hanya ter
diri dari presipitasi (P), serta
evaporasi (E), transpirasi
output
yang
terdiri
dari
(T) dan aliran permukaan ( Q ) -
ATMOSPKR
I
A
I
I
*I
P v
:
p
m
E
Qa
&IRAN
G a m b a r 7 , Diagram DAS eebagai suatu s i s t e m
Sumber: Van de G r i e n d , 1979
--->
Pemilihan, Kalibrasi dan Pengujian Model
Pemilihan Model
Tujuan
utama
dalam pembuatan model
hidrologi adalah
untuk memperkirakan pergerakan air di atas dan di bawah
tanah, di dalam sungai, jumlah air
mukaan
yang
per-
tersimpan
dalam tanah dan badan-badan air secara alamiah atau bagaimana
tingkat
dan
jumlah yang berubah sesuai dengan ruang dan
waktu.
Para perencana harus secara seksama melihat
proses
hidrologi penentu dalam pembentukan model untuk
perkirakan
prosesmem-
kuantitas hidrologi yang digunakan sebagai dasar
dalam pengambilan keputusan menejemen DAS. Pada saat beranjak
ke tahap pembentukan model, akan dijwnpai kaidah-kaidah fieik
yang
mengatur
pergerakan dan penyirnpanan air
serta para-
meter-parameter yang harus diukur karena kehadirannya sangat
bervariasi
model
dalam ruang dan waktu yang menyebabkan
semakin rumit. Akibatnya perlu
untuk
memahami
kaidah-kaidah
pembuatan
dilakukan penelitian
fisik dan keperluan
data
mengenai kondisi fisik tersebut.
Dewaea
model
ini dalam ilmu hidrologi belum diperoleh suatu
m u m yang dapat direkomendasikan kepada pemakai,
hingga
pemakai harus mempertimbangkan alternatif penggunaan
model bagi kondisi tertentu. Sebagai pemakai, perlu
bahwa
se-
disadari
ilmu hidrologi senantiasa terus berkembang.
Proses
pembentukan model bagi pengembangan ilmu hidrologi, dilakukan
melalui
ungkapan
Jika
: pengumpulan data, pengungkapan sistem,
dan peng-
data kuantitatif dari proses hidrologi yang rumit.
hasil perhitungan berdasarkan suatu model
dibandingkan
terhadap data
maka
hasil pengukuran di lapangan berbeda nyata,
sipeneliti
perlu
berhati-hati
dalam
pengambilan
keputusan untuk menerima model atau mungkin perlu dikaji
kembali prosedur pengukuran di lapangan. Dengan pembentukan
model
secara sekeama ilmuwan akan
mendalam mengenai
penyebab
lebih memahami secara
dari kejadian-kejadian fisik.
Demikian pula para perencana harus melakukan pendugaan yang
lebih sekeama untuk merancang bangunan pengendali aliran dan
bagaimana
aliran-aliran tersebut
berpengaruh
terhadap
alternatif-alternatif rancang bangun.
Para ilmuwan
ingin menjelaekan pola
infiltraei, air
limpaean dan air ealuran yang sangat penting dalam merancang
waduk, beearnya
dasar
saluran air dan lain sebagainya.
Kriteria
yang perlu diperhatikan perencana dalam memilih pro-
sedur kalibrasi dan pengujian model-model hidrologi adalah
bahwa model tereebut dapat dijadikan dasar bagi perencanaan
dan keputusan-keputusan pengelolaan. Sedangkan kriteria dasar
bagi
seorang ilmuwan adalah bahwa model tersebut dapat mem-
beri eumbangan dalam memahami maealah-masalah hidrologi yang
pada
gilirannya membantu para perencana dalam mengambil ke-
putusan-keputusan yang
lebih baik.
Sebagai contoh, suatu
model hidrologi yang menggambarkan proses air limpaean harue
dapat digunakan untuk meramalkan: (a) bagaimana respon prototipe
fisik terhadap sekuene dari stimuli eksternal (misalnya
curah hujan); (b) frekuensi distribusi dari respon aliran,
atau (c) bagaimana perubahan sistem yang mempengaruhi respon.
Bentuk
atau
prototipe
menggunakan
tetapi
model
set
suatu model dapat berupa duplikasi model
sistem.
atau .suatu model
analog
sistem fisik lain yang lebih mudah
fisik
dengan
diciptakan
mempunyai karakteristik respon yang sama atau
matematik yang menggambarkan proses fisik
persamaan
yang
diprogramkan untuk
suatu
oleh
suatu
komputer digital.
Model-model fisik dan analog mempunyai kemampuan yang
rendah
karena kaidah-kaidah f.isik seluruhnya tidak dapat digambarkan
dalam
persamaan-persamaan matematik yang dibuat
(Clarke,
I
1973).
.
Kalibrasi Hodel
Setelah suatu model ditetapkan maka perlu
dikalibrasi
untuk
suatu DAS. Ada dua
hasil
perhitungan berdasarkan model harus cocok dengan data
hasil
pengukuran di lapangan dan nilai-nilai parameter
diduga
hasil
kriteria kalibrasi, yaitu
:
(a)
yang
harus konsisten dengan karakteristik DAS; (b) setiap
perhitungan dan parameter-parameternya jangan
sampai
diterjemahkan atau diinterprestasi secara harfiah, misalnya
model-model konseptual DAS yang menggambarkan pergerakan
air
terinfiltrasi akan mengandung pengertian konsep-konsep
per-
gerakan
dan
penyimpanan air sebagai kandungan air
Pergerakan dan
penyimpanan tersebut tidalr dapat
tanah.
dikaitkan
secara khusus dengan ciri tertentu DAS, karena menggambarkan
keterkaitan semua komponen dalam seluruh wilayah DAS.
Sebagai
contoh
suatu model
yang hanya menghasilkan
puncak -aliran 100 tahun banjir hampir tidak mungkin untuk
dicek tanpa suatu data pengukuran jarigka panjang- Suatu model
yang menghasilkan volume air limpasan tahunan memberikan satu
nilai
yang digunakan untuk pengecekan volume
limpasan tiap
tahun. Di lain pihak model aliran yang kontinu
menghasilkan
aliran "time.serFe~"yang kontinu sebagai pembanding.
yang
melipat
gandakan
seseorang untuk
air
mengecek
limpasan total,
kandungan air
Model
memungkinkan
tanah,
simpanan
depresi, dan respon DAS yang dapat diobservasi. Model
yang
f
parameternya
berhubungan
memungkinkan
seseorang pemakai
penduga
model
fisik DAS,
untuk membandingkan
parameter yang -sesuai dengan keluaran
hidrologi
misalnya
aliran.
dengan karakteristik
dengan karakteristik fisik DAS yang dapat
daerah
simulasi
diukur,
cadas, daya permeabilitas tanah dan waktu
Model-model demikian lebih banyak kemungkinan untuk
dihubungkan dengan hasil pengukuran.
Proses kalibrasi memerlukan suatu prosedur untuk mengevaluasi suatu keberhasilan kalibrasi dan menyesuaikan parameter-parameter penduga
bagi kalibrasi berikutnya.
Kriteria
keberhasilan kalibrasi
sangat subjektif namun dapat
diguna-
kan
statistik untuk
tingkat
beberapa
metoda
mengukur
ketepatan (aoodness of f i , L ) , atau juga fungsi obyetif berganda (multi~lenb-jective function) dengan kombinasi beberapa
metoda
statistik.
sangat
subjektif dalam menentukan arah perubahan parameter,
Prosedur penetapan penyesuaian mungkin
sehingga
diperlukan aturan-aturan yang diperoleh dari
kepekaan
berbagai
parameter
parameter
atau
studi
variasi
yang secara sistimatis dirancang
untuk
nilai
pengujian
respon permukaan, Model-model statistik lebih tepat digunakan
untuk
suatu
penelitian sistimatis, karena
lebih
mudah
dirumuskan seperti misalnya
disintesa
dapat
fungsi objektif
hasil
dibandingkan terhadap hasil
yang
telah
pengukuran
di
lapangan.
Metoda
dalam
menguji
statistik dapat digunakan untuk
memutuskan
tidak: Metoda
model
kapan suatu model kalibrasi diterima
statistik meliputi
atau
(a) statistik yang di-
:
hitung dari data simulasi aliran yang lengkap; (b) statistik
yang hanya dihitung dari aliran sungai pada periode tertentu;
(c)
statistik
dari
pengukuran-pengukuran
lain
seperti
kandungan air atau karakteristik fisik DAS tertentu
daerah
cadas
aliran
dan lain-lain; (d) statistik dari
suatu periode
dari
terhadap
proeedur
periode
perubahan
berikutnya;
(e)
pola
error, serta (f) kepekaan dari pengaruh
sistematik dan &om
tertentu
ke
seperti
kondisi awal. Salah satu atau
di atas dapat dipilih
sebagai
kombinasi
panduan
bagi
pemakai dalam proses kalibrasi.
Di
dapat
lain pihak parameter-parameter tertentu
diperoleh
sebelum
secara tepat
kalibrasi dimulai.
pengaliran
dalam
melalui
Sebagai
DAS, bagian
hidrolik saluran dan lain-lain.
dari model
pengukuran
contoh,
cadas dari
langsung
luas wilayah
DAS, kapasitas
'
Pengujian dan Verifikasi Model
Proses
kalibkasi
digunakan
parameter-parameter model,
sebagai penduga
terbaik
oleh karena itu hasilnya perlu
dievaluasi untuk menetapkan apakah hasil-hasil yang diperoleh
memberikan
informasi yang tepat untuk
menjawab
pertanyaan-
pertanyaan yang dihadapi oleh pengambil keputusan. Jawabannya
mungkin tidak memuaskan karena modelnya menghasilkan kesalahan estimasi bagi proses perencanaan atau mungkin juga
karena
keluarannya tidak memberikan informasi yang dianggap relevan
dengan
prosedur
pengambilan
keputusan.
Diterimanya hasil
kalibrasi tertentu, umumnya tergantung pada usaha
model,
perbaikan kalibrasi atau
cara dan
perbaikan
alternatif-alter-
natif yang dipakai untuk'estimasi informasi yang diinginkan.
Kesalahan hasil dapat berasal dari
dengan
berbagai
penyebab
tindakan perbaikan yang tepat sesuai dengan masalah
yang dihadapi. Masalah-masalah umum dan kemungkinan perbaikan
meliputi
: (a) kesalahan data yang digunakan dalam
si. Baik
data
kalibra-
yang digunakan sebagai masukan ke dalam model
maupun data yang digunakan untuk
mengecek
keluaran model.
Kadang-kadang pula digunakan alternatif untuk tehnik kolerasi
dalam mengidentifikasi kasus hubungan antara data di lapangan
atau tehnik grafik seperti kurva massa ganda (Linsley et d.,
1982). Di lain
pihak seorang pemakai
model
jangan
terikat, bila data simulasi dan data observasi debit
sungai
tidak
simulasi
cocok
ataupun
maka ia tidak
data
observasi
boleh
secara
terlalu
aliran
menggunakan data
sepihak
untuk
.
mempengaruhi analisis kalibrasi model; (b) penggunaan periode
perekaman
data yang tidak mengandung cukup kejadian
proses-proses
fisik
parameter-parameter
aliran
diduga
parameter-parameter
sifat
kalibrasi
hidrolik
aliran
direkam;
(c)
aliran tepian
tidak
menggambarkan
memperoleh
penting
yang
model
yang
tepatan pembentukan
proses-proses hidrologi suatu DAS. Untuk
perhitungan harus dibandingkan terhadap seri
guna mencari variasi-variasi yang
fisik
yang
dikoreksi
tidak
dapat
Dengan demikian
semua kejadian-kejadian
ketidak
dari
saluran utama
kalibrasi harus ditinjau kembali untuk
kepastian mengenai
data
Misalnya
untuk
berdasarkan data periode perekaman.
periode
hasil
kunci.
diperlukan
sangat berbeda dengan
tepian
akibatnya
yang
dengan
dideteksi harus
konsisten.
rekaman
Penyebab
dijejaki dan modelnya
harus
sesuai masalah yang dihadapi; (d) keluaran
cukup bagi
mengembangkan
pengambil
informasi yang
keputusan.
Ketetapan
diperlukan biasanya
ketika hasil model diungkapkan oleh
pemakai.
itu
yang
dalam
terjadi
Kadang-kadang
informasi tambahan diperoleh dengan jumlah output data secara
internal telah
diperhitungkan namun kadang-kadang
proses
pembentukan model harus direvisi.
Isue pokok dalam pengujian model adalah penentuan
apa-
kah diterimanya penduga hidrologi berdasarkan kalibrasi
atau
tidak.
Proses dasar
dikalibrasi untuk
dalam
periode
menerapkan
model
yang
tertentu adalah bahwa
telah
seorang
36
pembuat
sama
model
biasanya menguji dan membuat
kesalahan yang
dalam pengukuran, namun seorang pemakai model
biasanya
dengan segera menernukan kesalahan yang dilakukan oleh pembuat
model. Seorang pemakai biasanya tertarik pada kesalahan yang
diharapkan,
sebaran
kesalahan
yang
paling
mungkin,
konsekuensi kesalahan informasi dan prospek untuk memperbaiki
model
estimasi.
model
yang
suatu
penduga
Secara ringkas bahwa
dikalibrasi tergantung
tepat atau tidak
pada
pada
akhirnya
suatu
keputusan apakah
sehingga perlu
diperbaiki
terutama untuk : (a) biaya yang diterima dengan memperkecil
konsekuensi penggunaan kesalahan
informasi;
diambil keputusan-keputusan yang menentukan.
(b)
sebelum
Siklus A i r
Konsep S i k l u s Air
Konsep
-
siklus air ( h y z c v s l e ) merupakan
titik
awal pengetahuan mengenai hidrologi. Siklus air secara skematis dapat digambarkan dalam Gambar 8. Dalam
siklusnya yang
tidak
berpangkal dan berakhir dari laut ke udara
terus
ke
permukaan tanah dan kembali ke laut, serta dalam
perjalanannya untuk
sementara air akan tertahan di
sungai, tanah atau air tanah dan tersedia untuk
oleh manusia
Linsley
(atmosfer)
dimanfaatkan
dan kembali ke udara (Dunne dan Leopold, 1978,
u.1984).
Gambar
danau,
8. Diagram siklus hidrologi
(Sumber: Dunne dan Leopold, 1978)
38
Dalam siklus tersebut, energi sinar matahari
menguapkan
air darf permukaan bumi. Uap air tersebut terbawa qleh
dan membentuk awan yang pada gilirannya
pitasi
menghasilkan
angin
presi-
dalam bentuk curah hujan, salju dan embun. Bila
permukaan
suhu
bumi cukup dingin (di bawah titik beku) akan
ter-
bentuk salju dan tersimpan di atas permukaan bumi hingga terdapat energi yang cukup untuk mencairkannya. Salju yang
men-
cair akan mengikuti proses atau jejak seperti curah hujan.
Misalnya,
pada kasus terjadi presipitasi
dalam
bentuk
curah hujan, sebelum sampai ke permukaan tanah sebagian
akan
tertahan oleh vegetaei, sebagian lagi jatuh di atas permukaan
tanah,
eungai atau laut. Bagian yang jatuh di ates
vegetasi
membasahi permukaan daun, kemudian jatuh ke permukaan
hutan melalui daun, ranting, dahan dan batang.
lantai
Sebagian
ke-
dari curah hujan tersebut tidak sampai ke permukaan
ta-
nah, tetapi dievaporasi kembali ke udara. Proses di mana
air
cil
dipintaskan siklusnya kembali ke udara ini dikenal dengan ist ilah interse~si.
Setibanya
curah
di atas permukaan tanah, sebagian lagi
hujan) akan diabsorbsi oleh tanah. Bagian
yang
(dari
tidak
terserap, akan berada di atas permukaan tanah mengisi cekungan
dan tanah yang akhirnya melimpah dan segera
daerah yang lebih
debit
sungai.
atau over-
rendah dan langsung ke sungai
Proses ini dikenal sebagai
flow atau
-runoff.
mengalir
ke
memperbesar
aliran
permukaan
39
Air hujan yang terserap oleh tanah akan merembes ke
da-
lam tanah oleh tenaga kapiler dan tersimpan sebagai kelembab-an tanah. Proses ini dikenal dengan istilah infiltrasi.
Bila kandungan kelembaban tanah meningkat, air yang terserap atau terinfiltrasi akan mendorong kadar air tanah
awal
yang akan terperkolasi secara horizontal dalam lapisan
tanah
masuk ke dalam sungai. Proses ini disebut seatas ~$~.ILE~,U)
s u b s u r f a c e r u n o f f . Sedangkan kadar air
bagai
tanah
awal
yang terdorong secara vertikal melalui pori tanah dan
masuk
zona air tanah .1-(
ke
Dari zona
akan
bergerak secara lamban masuk ke sungai,
atau
ke danau baik pada saat terjadi hujan
batuan
ini
daerah
ataupun
air
berawa
eesudah
hujan reda.
Tiap jenis tanah mempunyai daya infiltraei yang berbeda,
sehingga
akan merembeskan air pada derajat
infiltrasi yang
berbeda pula. Misalnya curah hujan yang jatuh pada tanah
sir
akan lebih cepat meresapkan air hujan bila
tanah
liat
ataupun
tanah-tanah
dengan
pa-
dibandingkan
tekstur
liat
berlempung. Demikian pula dengan tanah-tanah yang bervegetasi
dan tanpa vegetasi.
Di
lain pihak tidak semua air yang terinfiltrasi dapat
sampai ke sungai. Sebagian akan tersimpan dalam lapiean tanah
atas
eesudah terjadi hujan dan akan kembali ke
udara
bebas
atau atmosfer melalui evaporasi dari permukaan tanah dan atau
oleh
transpirasi melalui daun tumbuh-tumbuhan. Yang
lainnya
berevaporasi dari permukaan danau, sungai, rawa dan laut.
40
Selanjutnya konsep siklus air dapat diperluas atau diperdalam terutama yang menyangkut masalah sedimentasi, unsurkimia, suhu dan biota dalam air. Ditinjau dari