Kerangka dan Ruang Lingkup Penelitian

Pemahaman tentang aliran bawah permukaan terus meningkat dengan adanya International Hydrological Decade IHD. IHD: yakni suatu periode dimana penelitian tentang hidrologi proses mulai berkembang. Menurut Weiler et al 2005, Hewlett dan Hibbert 1963 melakukan penelitian tentang kondisi kelembaban dan energi di daerah lereng dan berbatu sloping concrete-walled hillslope, Whipkey 1965 tentang aliran preferensial secara lateral, Dunne dan Black 1970 tentang aliran bawah permukaan di areal hillslope dan interaksinya dengan area jenuh di dekat sungai. Hasil penelitian terpenting selama IHD yaitu pembingkaian aliran bawah permukaan dalam konteks ‘konsep beberapa source area’ source area concept yang dilakukan oleh Hewlett dan Hibbert 1967 di Amerika, Cappus 1960 di Perancis, Tsukamoto 1961 di Jepang. Selanjutnya Anderson dan Burt 1978 menjelaskan tentang peranan cekungan-cekungan dalam menghubungkan aliran bawah permukaan dengan sungai. Hasil penelitian Mosley 1979, 1982 tentang aliran bawah permukaan di DAS Maimai di New Zealand menunjukkan terdapat persamaan waktu antara debit puncak aliran di sungai dengan puncak aliran bawah permukaan karena adanya pergerakan air yang cepat secara vertikal dan kemudian mengalir secara lateral ke lereng bagian bawah. Mosley 1979 mengemukakan bahwa air yang keluar melalui dua pipa pipes flow selama kejadian hujan biasanya terjadi pada dasar horizon B, dimana terdapat laju outflow yang tinggi. Aliran melalui pori makro merupakan proses pergerakan air dalam tanah organik dan memiliki konduktivitas hidraulik 300 kali lebih besar daripada yang terukur pada tanah mineral. Hasil penelitian Pearce et al 1986 dan Sklash et al 1986 tentang aliran bawah permukaan dengan menggunakan teknik isotop di DAS Maimai menunjukkan bahwa: 1 pada umumnya campuran old pre- event dan new event water terjadi di lereng, dan 2 air bawah permukaan dalam aliran sungai merupakan air yang bercampur sempurna secara isotop. Model perseptual Sklash et al 1986 meniadakan pentingnya transmisi air hujan yang cepat di lereng bawah melalui pori makro, karena air disimpan sebagai komponen utama debit sungai stream channel selama kejadian hujan. Menurut McDonnell 1990 air yang terinfiltrasi bergerak sesuai kedalaman tanah, air berada pada soil-bedrock interface dan disimpan dalam volume yang lebih besar menjadi aliran dasar baseflow. Woods dan Rowe 1996 dan Brammer et al 1995 dalam McGlynn et al 2002 menunjukkan bahwa kondisi topografi permukaan batuan bedrock merupakan kunci penentu dimana aliran bawah permukaan terkonsentrasi secara spasial di lereng. Weiler dan McDonnell 2004a menyertakan keragaman kedalaman tanah kedalam model aliran bawah permukaan dan simulasinya di lereng DAS Panola, Amerika. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa keragaman kedalaman tanah tidak hanya berpengaruh besar terhadap keragaman aliran bawah permukaan secara spasial tetapi juga sangat mempengaruhi volumenya. Pada beberapa kondisi lingkungan, aliran bawah permukaan didominasi oleh aliran pori makro secara lateral yaitu dari wilayah lahan basah dan hutan-hutan di daerah kutub sampai hutan hujan tropis dan lahan kering McGlynn et al 2002. Pori makro pada umumnya disebut soils pipes, dan aliran bawah permukaan yang berada pada pori makro secara alami disebut pipeflow. Pipeflow secara lateral berperan pada penelitian di lereng Uchida et al 1999, pencucian haranutrient flushing Buttle et al 2001, serta pendistribusian aliran ke sungai Freer et al 2002, McDonnell 1990 dan ke zone riparian McGlynn dan McDonnell 2003a. Karaktersitik pipeflow sudah diuji pada skala lereng di Jepang, Inggeris, Amerika Utara dan Peru. Hasil penelitian menunjukkan bahwa debit maksimum pipeflow ditentukan terutama oleh diameter pori makro. Beberapa model telah mempelajari perilaku pipeflow pada proses limpasan Faeh et al 1997, Jones and Conelly 2002, Kosugi et al 2004, Weiler et al 2003. Hubungan antara jumlah presipitasi dengan volume aliran bawah permukaan terdapat kecenderungan hubungan tidak linier antara keduanya Buttle et al 2004, McDonnell 2003 Hasil penelitian hidrologi di hillslope Mosley 1979 dan Whipkey 1965, dalam Weiler at al 2005 menunjukkan bahwa ambang batas presipitasi untuk dimulainya aliran bawah permukaan dan pada umumnya berkisar antara 15 dan 35 mm. Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa ambang batas presipitasi tergantung pada kondisi kelembaban sebelumnya Guebert dan Gardner 2001, Noguchi et al 2001, Uchida et al 1999. Hasil penelitian menunjukkan bahwa aliran pori makro dan aliran matrik memiliki ambang batas yang sangat mirip sekitar 55 mm. Nilai ambang batas presipitasi berhubungan dengan kondisi kelembaban tanah sebelumnya Meerveld dan McDonnell 2004.

2.3 Separasi Hidrograf Secara Geokimia untuk Menentukan Sumber

Limpasan Source Area dalam DAS Air disimpan pada berbagai tempat di dalam suatu daerah aliran sungai DAS dan memiliki karakteristik kimia berbeda. Kimia air sungai sangat tergantung kepada jalur aliran dimana air itu mengalir pada saat menuju sungai. Mengetahui jalur aliran yang dominan dan bagaimana air mengalami perubahan secara kimiawi selama kejadian hujan merupakan hal penting dalam memahami proses limpasan terutama yang menyangkut aliran bawah permukaan. Pemahaman teknik kuantitatif yang digunakan untuk mengkarakterisasi proses hidrologi dalam DAS merupakan hal mendasar yang diperlukan dalam penelitian hidrokimia. Pengukuran debit aliran yang tidak akurat atau ketidaksesuaian metode pengambilan conto dan bahan kimia terlarut akan mengakibatkan kesalahan error dalam menetapkan hubungan antara debit dan kandungan bahan kimia atau dalam penghitungan neraca masa Semkin et al 1994. Di Indonesia, penelitian hidrokimia dalam kerangka pengelolaan kualitas air dan program evaluasi hidrokimia telah dilakukan di Krueng Aceh, dan merupakan penelitian tentang muatan bahan kimia di dalam DAS. Evaluasi kualitas air dilaksanakan dari mulai sumber air di daerah hulu sampai daerah hilir DAS sebagai akibat dampak perubahan penggunaan lahan Environmental Services Program 2007. Penelitian lain dilakukan untuk mengetahui tipe aquifer dan hidrokimia air bumi groundwater serta mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi variasi karakteristik air tanah. Hasil penelitian dipergunakan sebagai dasar penentuan lokasi dan kedalaman sumur sebagai suplai air bersih Santosa 2001. Namun penelitian yang mempelajari proses limpasan belum dilakukan. Mekanisme proses aliran bawah permukaan subsurface runoff generation di wilayah hulu DAS telah menjadi perdebatan sejak tahun 1930-an Dunn 1998, Bonell 1998, McGlynn et al 2002. Penelitian tentang sumberdaya air di DAS berukuran kecil difokuskan dalam kaitannya dengan siklus hidrologi dan transformasi curah hujan yang melewati kanopi vegetasi yang terinfiltrasi kedalam tanah dan batuan sebagai air bumi groundwater, dan yang masuk kedalam sungai atau danau. Secara ekologi DAS mikro yang berada di daerah hulu suatu DAS sangat sensitif terhadap perubahan ekosistem karena aktivitas manusia, sehingga dapat dipergunakan sebagai sistem peringatan dini early warning systems perubahan ekologi. Namun penilaian tentang pengaruh lingkungan terhadap suatu areal yang sensitif sulit diperoleh apabila tidak ada informasi yang lengkap tentang proses-proses hidrologi, kimia, dan biologi yang komplek dan saling berkaitan Christophersen et al 1994. Pada umumnya model hujan dan aliran permukaan mensintesis perilaku hidrologi dalam DAS, meskipun demikian ketepatan output sangat tergantung kepada teknik dan algoritma yang digunakan dalam memisahkan aliran kedalam komponen- komponennya. Selain sebagai kontributor penting terhadap volume aliran sungai, aliran bawah permukaan juga berperan dalam transpor hara kedalam badan air permukaan McGlynn dan McDonell 2003b. Karena jalur aliran air bawah permukaan sering menentukan kualitas air kimia, fisik, dan mikrobiologi, maka karakterisasi jalur aliran bawah permukaan dan asal muasal air penting dipelajari Burns et al 2003. Identifikasi sumber limpasan dalam unit DAS dan memahami jalur aliran penting dalam: a membantu mengembangkan model pengelolaan DAS, b membantu mengidentifikasi sumber kunci beberapa polutan, c membantu evaluasi tentang pengaruh perubahan penggunaan lahan terhadap kualitas air Ockenden dan Chappell 2011. Data hidrokimia dapat dipergunakan untuk menduga proporsi limpasan aliran air yang berasal dari jalur aliran yang berbeda pada waktu yang berbeda Dunn et al 2005. Perbaikan teknik yang tersedia atau pengembangan pendekatan yang lebih tepat dapat membantu para ahli hidrologi untuk mengevaluasi alternatif rencana pengelolaan air yang berkelanjutan. Dalam beberapa dekade terakhir, beberapa