18
a. Data Spasial
Peta- peta dasar yang perlu dipersiapkan diantaranya adalah : 1
Peta DEM Digital Elevation Model dengan resolusi 30 m x 30 m yang dibangkitkan dari peta kontur.
2 Peta penggunaan lahan tahun 2005 DAS Keduang skala 1:100.000 dari
Balai Penelitian Teknologi Kehutanan Pengelolaan DAS Solo. 3
Peta tanah DAS Keduang skala 1:250.000 berasal dari Balai Penelitian Teknologi Kehutanan Pengelolaan DAS Solo.
b. Data Atribut
Data atribut yang dibutuhkan merupakan data biofisik lahan yang disesuaikan dengan masukan model MWSWAT. Data sekunder yang dibutuhkan
adalah data debit dan sedimen tahun 2004 dan 2005 yang diperoleh dari Balai Penelitian Teknologi Kehutanan Pengelolaan DAS Solo, data curah hujan yang
diperoleh dari Balai Penelitian Teknologi Kehutanan Pengelolaan DAS Solo dan Agroklimat Bogor, data iklim yang diperoleh dari Stasiun Klimatologi Semarang
dan Departemen Pekerjaan Umum Jakarta. Data karakteristik sungai dan karakteristik tanah diperoleh dari pengamatan lapang.
3.3.2 Penyiapan Data Input
Data input yang dibutuhkan dalam SWAT selanjutnya disusun dalam file data input yang terangkum dalam format database SWAT. File data input beserta
fungsi dan tingkatan filenya disajikan pada Tabel 1. Data input yang dibutuhkan dalam model SWAT adalah :
a. Data iklim yang menjadi input dalam SWAT adalah data curah hujan harian
mm, temperatur udara maksimum minimum harian °C, radiasi sinar matahari harian MJm
2
hari, kelembaban udara harian dan kecepatan angin mdtk serta data generator cuaca. Data tersebut selanjutnya
terangkum masing-masing dalam file TMP, SLR, HMD, WND dan WGN. b.
Data tanah dalam SWAT dimasukkan dalam file SOL. Data tanah yang dibutuhkan untuk masing-masing horizon adalah kedalaman efektif mm,
kedalaman horizon mm, tekstur tanah, infiltrasi mmjam, bulk density
19 gcm
3
, kandungan liat, pasir dan debu bobot, kandungan bahan kasar , Available Water Capacity AWC, Saturated Hidroulic
Conductivity mmjam, kandungan C-organik , infiltrasi mmjam,
permeabilitas mmjam dan nilai erodibilitas tanah. c.
Karakteristik penggunaan lahan disiapkan dalam file CROP dan URBAN sesuai dengan format database yang tersedia dalam model, meliputi nilai
Curve Number menurut SCS, kekasaran Manning’s, nilai pengelolaan
tanaman d.
Data karakteristik sungai yang diamati adalah karakteristik saluran sungai yang ada di wilayah penelitian. Pengamatan karakteristik saluran digunakan
untuk menentukan kekasaran Manning’s Tabel 2 dan konduktivitas hidrolik efektif saluran Tabel 3.
e. Data iklim yang menjadi input dalam SWAT terangkum masing-masing
dalam file PCP, TMP. Sedangkan data curah hujan, temperatur maksimum- minimum, radiasi matahari, titk embun dan kecepatan angin disiapkan dalam
file WGN.
Tabel 1. File Data Input dan Fungsinya dalam SWAT Nama File
Level Fungsi
CIO DAS
File untuk mengkontrol data input dan output
FIG DAS
Mendefinisikan jaringan hidrologi sungai BSN
DAS Mengkontrol keragaman parameter di tingkat DAS
CROP DAS
File parameter tumbuh tanaman
URBAN DAS
File data lahan terbangunurban area
PCP DAS
File data curah hujan harian
TMP DAS
File temperatur udara maksimum dan minimum harian
SLR DAS
File radiasi matahari harian
HMD DAS
File kelembaban udara harian
SUB Sub DAS
Mengkontrol keragaman parameter di tingkat Sub DAS RTE
Sub DAS File
pergerakan air, sedimen, hara dan pestisida WGN
Sub DAS File
data generator iklim HRU
HRU Mengkontrol keragaman parameter di tingkat HRU
SOL HRU
File data tanah
MGT HRU
File skenario pengelolaan dan penutupan lahan
Sumber : Neitsch et al. 2005.
20 Tabel 2. Karakteristik Saluran Terbuka untuk Menentukan Kekasaran
Manning’s Berdasarkan Chow 1959
No Karakteristik Saluran
Nilai Kekasaran Manning’s Rata-rata
Range 1 Sudah dikeruk atau digali
a Terpelihara, lurus dan seragam 0,025
0,016 - 0,023 b Terpelihara, berkelok dan
tidak seragam 0,035
0,023 - 0,05 c Tidak terpelihara dan banyak
tanaman liar 0,075
0,04 - 0,14 2 Alami
a Sedikit tanaman dan berbatu 0,05
0,025 - 0,065 b Banyak pohon dan berbatu
0,1 0,05 - 0,,15
Sumber : Neitsch et al. 2005
Tabel 3. Konduktivitas Hidrolik Efektif Tanah pada Saluran Terbuka Berdasarkan Lane 1983
No Kelompok Material
Dasar Karakteristik Dasar
Kecepatan Kehilangan
mmhr 1
Kecepatan kehilangan sangat cepat
Tidak ada kerikil dan pasir dengan ukuran besar
127 2
Kecepatan kehilangan cepat
Sedikit mengandung kerikil dan pasir
51 – 127 3
Kecepatan kehilangan sedang
Campuran kerikil dan pasir dengan kandungan liat-debu rendah
25 – 76 4
Kecepatan kehilangan cepat
Campuran kerikil dan pasir dengan kandungan liat-debu sedang
6-25 5
Kecepatan kehilangan cepat
Campuran kerikil dan pasir dengan kandungan liat-debu tinggi
0,025 - 2,5 Sumber : Neitsch et al. 2005
Data yang diperlukan untuk membangun generator iklim adalah : 1.
Standar deviasi temperatur udara maksimum harian setiap bulan
o
C 2.
Standar deviasi temperatur udara minimum harian setiap bulan
o
C 3.
Rata-rata curah hujan bulanan mm 4.
Standar deviasi curah hujan bulanan mm 5.
Koefisien skewnes curah hujan bulanan 6.
Probabilitas hari basah diikuti hari kering setiap bulan
21 7.
Probabilitas hari basah diikuti hari basah setiap bulan 8.
Jumlah hari hujan setiap bulan 9.
Rata-rata radiasi matahari harian setiap bulan MJm
2
hari 10.
Rata-rata titik embun harian setiap bulan 11.
Rata-rata kecepatan angin harian setiap bulan mdtk
3.3.3 Pengolahan Data
Proses pengolahan data menggunakan model MWSWAT dilakukan berdasarkan urutan tahapan model, yaitu deliniasi daerah penelitian, pembentukan
HRU dan penggabungan HRU dengan data iklim. a
Deliniasi Daerah Penelitian
Deliniasi daerah penelitian merupakan langkah awal dalam menjalankan MWSWAT. Deliniasi daerah penelitian dilakukan dengan menggunakan data
DEM. Daerah penelitian akan dideliniasi dari peta DEM secara otomatis berdasarkan topografi alaminya, begitu pula dengan jaringan hidrologinya.
Metode yang digunakan dalam proses deliniasi adalah metode threshold. Nilai threshold
yang digunakan akan menentukan jumlah jaringan sungai yang terbentuk. Proses deliniasi daerah penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.
b Pembentukan HRU
Hydrologi Respons Unit
Hydrologic Respons Unit HRU merupakan unitkelompok lahan yang
dibentuk berdasarkan karakteristik tanah, penggunaan lahan dan kemiringan lereng yang spesifik. Suatu DAS dapat dibagi menjadi bagian yang lebih kecil
sesuai dengan kombinasi tanah, penggunaan lahan dan kemiringan lereng. Dalam MWSWAT HRU dapat diperoleh dengan melakukan tumpang tindih overlay
peta tanah dan peta penggunaan lahan Gambar 3, sedangkan informasi kemiringan lereng diperoleh dari peta DEM. Dalam satu Sub DAS terdiri dari
beberapa HRU.
22
Gambar 2. Proses Deliniasi Daerah Penelitian
c Penggabungan HRU dan Data Iklim
Setelah unitkelompok lahan HRU terbentuk maka langkah selanjutnya adalah menggabungkan HRU dan data iklim. HRU dihubungkan dengan data
iklim yang sudah disiapkan sesuai dengan format database Gambar 4.
d Analisis Hidrologi
MWSWAT memberikan dua metode dalam menduga aliran permukaan yaitu metode SCS Curve Number dan metode infiltrasi Green and Ampt.
Penelitian ini metode yang digunakan dalam menduga aliran permukaan adalah metode SCS Curve Number.
23
Gambar 3. Proses Pembentukan HRU
Gambar 4. Penggabungan HRU dengan Data Iklim
24 Pada persamaan SCS Curve Number aliran permukaan dihitung
menggunakan persamaan sebagai berikut :
dimana Q
surf
adalah jumlah aliran permukaan pada hari ke i mm, R
day
adalah jumlah curah hujan pada hari ke i mm, I
a
adalah kehilangan awal yang disebabkan oleh simpanan permukaan, intersepsi dan infiltrasi mm dan S adalah
parameter retensi. Parameter retensi secara spasial sangat bervariasi karena perbedaan tanah,
penggunaan lahan dan kemiringan lereng dan secara temporal berubah tergantung dari kandungan air tanah. Parameter retensi dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan :
dimana CN adalah bilangan curve number dan nilai I
a
pada umumnya adalah 0,2S. Oleh karena itu, persamaan aliran permukaan Q
surf
menjadi :
Adapun jumlah aliran lateral dihitung dengan menggunakan persamaan :
dimana Q
lat
adalah jumlah aliran lateral yang masuk ke sungai utama pada hari ke i mm, SW
ly excess
adalah kelebihan air pada lapisan tanah mm, K
sat
adalah Saturated Hydraulic Conductivity
mm, slp adalah lereng mm, Φ
d
adalah porositas tanah mmmm dan L
hill
adalah panjang lereng m. Volume air perkolasi dihitung dengan menggunakan persamaan :
SW
ly excess
= SW
ly
– FC
ly
jika SW
ly
FC
ly
SW
ly excess
= 0 jika SW
ly
≤ FC
ly
25 dimana SW
ly excess
adalah kelebihan air pada lapisan tanah mm, SW
ly
adalah kandungan air tanah mm dan FC
ly
adalah kapasitas lapang mm.
Aliran bawah permukaan atau baseflow Q
gw
dihitung dengan menggunakan persamaan :
dimana adalah aliran baseflow,
adalah Hydraulic Conductivity mm, L
gw
adalah jarak antara Sub DAS ke saluran utama m dan tinggi muka air tanah
m. Perhitungan erosi dalam SWAT menggunakan persamaan Modified
Universal Soil Loss Equation MUSLE yang merupakan modifikasi dari
persamaan USLE. Persamaan MUSLE yang digunakan adalah sebagai berikut : sed
= 11,8 Q
surf
.q
peak
.area
hru 0.56
. K
USLE
.C
USLE
.P
USLE
.LS
USLE
. CFRG dimana sed adalah hasil sedimen pada hari ke i ton, Q
surf
adalah volume aliran permukaan mm, q
peak
adalah laju puncak aliran permukaan m
3
dtk, area
hru
adalah luas areal dalam HRU Ha, K
USLE
adalah faktor erodibilitas tanah USLE, C
USLE
adalah faktor tanaman dan tindakan pengelolaannya untuk USLE, P
USLE
adalah faktor tindakan konservasi untuk USLE dan LS
USLE
adalah faktor topografi kemiringan dan panjang lereng untuk USLE, CFRG adalah kandungan bahan
kasar pada lapisan pertama. Erodibilitas tanah K ditentukan dengan menggunakan persamaan :
dimana, K
: erodibilitas tanah M
: debu + pasir sangat halus100 - liat OM
: persen bahan organik 1,72 x kandungan C-organik c
soilstr
: kode struktur tanah yang digunakan dalam klasifikasi tanah c
perm
: kelas permeabilitas profil tanah
26 Faktor pengelolaan tanaman C dan tindakan konservasi P ditentukan
melalui pengamatan di lapang untuk setiap jenis penutupan lahan dan tindakan konservasi yang dilakukan.
Faktor Topografi LS dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
dimana, L
hill
: panjang lereng m
: 0,6. 1-exp[-35,835 . slp] α
hill
: kemiringan lereng slp
: tan α
hill
Faktor bahan kasar CRFG dihitung dengan persamaan sebagai berikut : CFRG
= exp -0,053. rock dimana rock adalah persen bahan kasar pada lapisan tanah pertama
e Output SWAT
Hasil keluaran model SWAT terangkum dalam file-file output SWAT Output file
. Output file dalam SWAT terangkum dalam file BSB, SBS dan RCH. File
BSB berisi informasi pada masing-masing sub DAS. File SBS berisi informasi pada masing-masing HRU dan RCH berisi informasi pada masing-
masing sungai utama dalam sub DAS. Informasi pada masing-masing sub DAS dan HRU terdiri dari jumlah
curah hujan PRECIP, aliran permukaan SURG, aliran lateral LATQ, aliran dasar GW_Q, evapotranspirasi potensial PET, evapotranspirasi aktual ET,
kandungan air tanah SW, perkolasi PERC, hasil air WYLD dan hasil sedimen SYLD. Informasi yang diperoleh dari file RCH terdiri dari jumlah air
yang masuk ke sungai FLOW_IN dan keluar FLOW_OUT, sedimen yang masuk ke sungai SED_IN dan keluar SED_OUT dan jumlah kehilangan air
dari sungai melalui evaporasi EVAP.
27
f. Sediment Delivery Ratio
Perkiraan total sedimen yang terukur di outlet dihitung berdasarkan metode sediment delivery ratio mengikuti persamaan berikut :
dimana SDR adalah sediment delivery ratio. Berdasarkan pustaka dalam Sukartaatmadja 2004 untuk luasan DAS Keduang sebesar 36.426,87 ha, maka
nilai SDRnya adalah 0,089. Hasil sedimen merupakan hasil sedimen yang terukur di outlet.
g. Erosi yang Dapat Ditoleransikan
Tolerable Soil Loss = TSL
Perhitungan nilai TSL dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa metode dan dalam penelitian ini digunakan metode Hammer 1981. Adapun
persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:
dimana, TSL = Erosi yang dapat ditoleransikan mmtahun
DE = Kedalaman ekuivalen kedalaman efektif x faktor kedalaman tanah mm
D
min
= Kedalaman tanah minimummm UGT = Umur guna tanah tahun
LPT = Laju pembentukan tanah mmtahun
3.3.4 Kalibrasi Model
Kalibrasi model dilakukan setelah semua tahapan model MWSWAT dijalankan. Kalibrasi dilakukan dengan membandingkan data debit observasi
dengan debit model. Data observasi yang digunakan adalah data debit dan sedimen dari SPAS Ngadirojo tahun 2004 dan tahun 2005.
28 Kalibrasi dilakukan melalui proses manual dengan melakukan
penyesuaian nilai pada beberapa parameter yang sensitif terhadap model. Untuk tujuan kalibrasi model diperlukan analisis statistik berupa koefisien efisiensi. The
American Society of Civil Engineers ASCE, 1993 merekomendasikan untuk
menggunakan persamaan Nash-Sutcliffe 1970 dalam menghitung koefisien efisiensi. Persamaan Koefisien Efisiensi Nash-Sutcliffe yang digunakan adalah
sebagai berikut :
dimana NS adalah koefisien efisiensi Nash-Sutcliffe, Qob adalah debitsedimen pengukuran mm, Qsim adalah debitsedimen hasil model mm dan Qavg adalah
rata-rata debitsedimen pengukuran mm. Nilai NS berkisar dari negatif sampai 1, dengan kriteria sebagai berikut:
a. Baik, jika NS 0,75
b. Memuaskan, jika NS berkisar antara 0,36 - 0,75
c. Kurang memuaskan, jika NS 0,36
3.3.5 Simulasi Model MWSWAT
Simulasi model MWSWAT dijalankan setelah dilakukan kalibrasi terhadap beberapa parameter model yang sensitif terhadap hasil keluaran model.
Simulasi dilakukan pada penggunaan lahan eksisting dan beberapa perubahan penggunaan lahan. Simulasi model yang diujicobakan adalah :
a Kondisi eksisting yaitu penggunaan lahan tahun 2005
b Perubahan penggunaan lahan dengan meningkatkan penggunaan lahan hutan
sebesar 30 luas DAS sesuai dengan UU No 41 tahun 1999 c
Perubahan penggunaan lahan sesuai dengan arahan Rencana Tata Ruang Wilayah RTRW Kabupaten Wonogiri tahun 2005-2015
d Penerapan agroteknologi pada lahan kering di luar kawasan hutan
29
IV. KEADAAN UMUM DAERAH PENELITIAN
4.1 Kondisi Topografi
DAS Keduang terletak di bagian hulu DAS Bengawan Solo. Selain DAS Keduang DAS Bengawan Solo mempunyai lima Sub DAS lain yang memiliki
luasan yang lebih kecil yang akan mengalir masuk ke Waduk Gajah Mungkur. Lima Sub DAS tersebut adalah sub DAS Tirtomoyo, sub DAS Alang, sub DAS
Temon, sub DAS Wuryantoro dan sub DAS Bengawan Solo Hulu. Secara administratif DAS Keduang mengalir melalui beberapa kecamatan di Kabupaten
Wonogiri yaitu Kecamatan Ngadirojo, Slogohimo, Sidoharjo, Jatisrono, Slogohimo, Girimarto dan Jatiroto.
DAS Keduang berada di atas jalur yang tidak stabil yaitu antara patahan shield
Sunda dan Asia dan dinding sahul dari daratan Gondwani. Sungai Keduang mengalir dengan pola aliran utama berbentuk dendritik di utara dan tralis di
selatan. DAS Keduang memiliki kondisi kemiringan lereng berkisar antara datar hingga sangat curam. Penyebaran kelas lereng pada DAS Keduang di sajikan pada
Tabel 4. Kelas lereng tersebut diperoleh dari analisis peta DEM 30 m x 30 m pada daerah penelitian.
Tabel 4. Penyebaran Kelas Lereng DAS Keduang Kelas Lereng
Luas Ha
0-8 10.510,93
28,85 8-15
5.803,26 15,93
15-25 4.196,84
11,52 25-40
2.509,59 6,89
40 13.406,26
36,80 Total
36.426,87 100,00
Kelas lereng pada daerah penelitian didominasi kelas lereng sangat curam yaitu lebih dari 40 yang terletak di bagian hulu, sedangkan di bagian hilir di
dominasi lereng datar.