14 AVGWLF adalah model simulasi DAS yang merupakan integrasi antara
model matematis GWLF Generalized Watershed Loading Functions dengan model spasial SIG Evans et al. 2008. GWLF yang merupakan inti model,
awalnya dibangun oleh Haith dan Shoemaker tahun 1987. Pada tahun 2002 dikembangkan software-nya oleh Evans dan rekan-rekannya dari Universitas
Pensylvania untuk diintegrasikan dengan perangkat lunak Arc View dan telah diuji secara luas di Amerika dan di tempat lain.
Model AVGWLF merupakan model hidrologi lumped, dengan distribusi spasial melalui pembagian sebuah DAS ke dalam sub DAS atau sub-sub DAS.
Model ini mentransformasi curah hujan input ke dalam aliran permukaan output dengan konsep bahwa semua proses dalam seluruh Sub DAS atau DAS
terjadi pada satu titik spasial. Model ini tidak secara spasial menjelaskan distribusi daerah-daerah sel-selgrid-grid sumber, tetapi hanya agregat muatan
dari masing-masing daerah sumber sub-sub DASsub DAS menjadi total Sub DAS atau DAS.
Model AVGWLF menyediakan kemampuan untuk mensimulasikan volume limpasan permukaan, sedimen, dan unsur hara N dan P yang dihasilkan
dari berbagai sumber-sumber area non point sources di suatu DAS. Model ini juga memiliki algoritma untuk menghitung muatan sistem septik dan masuknya
muatan dari sumber-sumber titik. Prakiraan kuantitas limpasan permukaan disimulasikan secara kontinyu setiap hari menggunakan data curah hujan dan
suhu udara harian. Hasilnya diakumulasi ke dalam satuan waktu bulanan dan tahunan.
Data masukan yang disyaratkan yaitu, sumber dan transpor runoff dan parameter kimia. Paramater transpor meliputi area, bilangan kurva runoff, dan
faktor erosi R,K,L,S,C, dan P untuk setiap area sumber runoff. Luaran yang dihasilkan oleh AVGWLF dan digunakan dalam penelitian ini adalah prakiraan
tinggi aliran permukaan, tinggi aliran sungai, banyaknya tanah tererosi dan hasil sedimen yang terangkut hingga outlet sub DASsub-sub DAS.
15
2.6 Prakiraan Jumlah Aliran Permukaan
Air hujan yang jatuh dalam suatu DAS akan menjadi runoff atau mengalami evaporasi. Runoff, sebagai sumber aliran sungai, merupakan gabungan
dari empat komponen aliran yaitu channel runoff, surface runoff, sub surface flow dan base flow. Channel runoff adalah curah hujan yang jatuh langsung di
permukaan air sungai. Jumlahnya bervariasi tergantung pada intensitas hujan, namun proporsinya sangat sedikit dalam hidrograf banjir. Surface runoff adalah
aliran di atas permukaan tanah yang terjadi ketika jumlah curah hujan yang jatuh melebihi jumlah air terinfiltrasi. Jumlahnya sangat besar dalam hidrograf banjir,
dan berpengaruh penting terhadap puncak banjir. Sub surface flow terjadi ketika air hujan terinfiltrasi mencapai lapisan berdaya transmisi lebih kecil atau
impermeabel, kemudian mengalir secara lateral atau horizontal dan muncul di permukaan tanah sebagai rembesan atau mata air. Aliran ini terjadi pada saat
hujan berlangsung hingga setelah hujan berhenti. Base flow adalah aliran yang relatif stabil yang berasal dari simpanan alami. Dalam pergerakan aliran air dari
hujan menuju sungai sebagai baseflow, membutuhkan waktu beberapa hari, minggu atau bulan. Ketiga jenis aliran yang disebut pertama biasa dikenal dengan
direct runoff. Aplikasi AVGWLF menggunakan metode Bilangan Kurva SCS -
Curve Number untuk menghitung tinggi aliran permukaan. Metode ini dikembangkan oleh US Soil Conservation Service. Metode ini mengkaitkan
karakteristik DAS seperti jenis tanah, vegetasi, dan pengelolaan lahan dengan bilangan kurva aliran permukaan CN runoff curve number yang menunjukkan
potensi aliran permukaan untuk curah hujan tertentu Asdak 2004. Bilangan Kurva tidak mempunyai satuan dan nilainya berkisar antara 0 hingga 100.
Semakin tinggi nilai Bilangan Kurva semakin tinggi pula potensi terjadinya limpasan permukaan.
Metode Bilangan Kurva didasarkan pada 3 asumsi, yaitu : 1.
Jumlah air maksimum yang dapat ditahan dalam DAS S merupakan simpanan permukaan dan simpanan dalam tanah Soil storage.
16 2.
Perbandingan antara simpanan aktual dalam tanah F terhadap simpanan maksimum potensial S sama dengan perbandingan antara runoff Q
terhadap hujan P dikurangi abtsraksi awal Ia. 3.
Harga abstraksi awal Ia linier terhadap penahanan air maksimum potensial S, dengan fungsi, Ia = 0,2S. Artinya 0,2 dari nilai penahanan maksimum
potensial digunakan untuk mencukupi harga abstraksi awal sebelum terjadinya limpasan permukaan, 0,8 sisanya merupakan infiltrasi yang terjadi
setelah limpasan permukaan. Limpasan permukaan dihitung berdasarkan data cuaca harian dengan
persamaan :
dengan
di mana, S adalah Parameter Retensi, CN adalah Curve Number, P adalah tebal hujan mm dan Q adalah tebal limpasan permukaan mm. Tebal hujan dihitung
berdasarkan data tebal hujan harian.
2.7 Prakiraan Erosi dan Hasil Sedimen
Sedimen merupakan hasil proses erosi, baik berupa erosi permukaan, erosi parit, maupun erosi tanah lainnya Asdak 2004; Arsyad 2006. Erosi disebabkan
oleh tenaga kinetis hujan dan aliran permukaan. Tenaga kinetis tersebut melepaskan partikel tanah dari agregatnya serta mengangkutnya menuju ke
tempat yang lebih rendah dan terendapkan atau masuk ke dalam tubuh air. Dalam proses transportasinya di dalam saluransungai, sedimen terbawa dalam dua
bentuk yaitu sedimen melayang suspended sediment dan sedimen dasar bed load. Hal ini dipengaruhi oleh ukuran partikelnya. Hasil sedimen sediment
yield biasanya hanya diperoleh dari pengukuran sedimen melayang dalam sungai suspended sediment Asdak 2004. Sedimen melayang dalam aliran sungai
17 dapat menjadi indikator banyaknya erosi dan sedimen dasar di DAS dengan
topografi bergunung Keller 1991. Demikian pula dalam penentuan kelas kualitas air untuk berbagai
peruntukan, persyaratan yang diminta adalah parameter sedimen melayang saja. Hal ini disebabkan sedimen melayang lebih dominan mempengaruhi kualitas air
karena mengandung partikel-partikel dan zat hara atau bahan lain yang dapat mencemari air. Sedimen melayang meskipun pada umumnya tidak bersifat racun,
namun bila berlebihan akan berpengaruh pada tingkat kekeruhan, penetrasi cahaya matahari, temperatur, dan kandungan oksigen dalam perairan, sehingga
dapat menyebabkan kerugian-kerugian lainnya. Berdasarkan ukuran partikelnya, pengukuran sedimen melayang
dibedakan ke dalam 2 kelompok, yaitu Total Suspended Solid TSS dan Total Disolved Solid TDS. TSS menyatakan besarnya jumlah partikel organik dan non-
organik yang terlarut dalam kolom perairan. Partikel-partikel tersebut merupakan bahan-bahan tersuspensi dengan diameter 1 µ m. Partikel tersuspensi tersebut
terdiri dari lumpur dan pasir halus serta jasad-jasad renik yang terutama disebabkan oleh erosi tanah yang terbawa ke badan air. Saat pengukuran di
laboratorium, partikel yang tertahan pada filter dengan ukuran pori 0,45 µ m dimasukkan dalam kelompok TSS. Adapun TDS merupakan konsentrasi jumlah
ion bermuatan positif kation dan bermuatan negatif anion yang terlarut dalam air. Bahan-bahan penyusunnya dapat mencakup antara lain golongan karbonat,
bikarbonat, klorida, sulfat, fosfat, nitrat, kalsium magnesium, natrium, ion organik dan ion lainnya. Oleh sebab itu TDS merupakan parameter penting dalam
penentuan kualitas air. Di laboratorium partikel yang lolos dari filter dengan ukuran pori 0,45 µm dimasukkan dalam TDS.
Faktor-faktor fisik DAS yang mempengaruhi banyaknya sedimen yang masuk ke perairan adalah tanah, iklim, topografi, vegetasi dan cara
pengelolaannya, serta kerapatan saluransungai Asdak 2004. Tanah sebagai sumber sedimen mempunyai karakteristik berupa kepekaan terhadap erosi atau
erodibilitas tanah. Terdapat hubungan yang kuat antara erodibilitas tanah dengan banyaknya sedimen yang masuk ke perairan Ludwig dan Probst 1996. Faktor
18 iklim yang penting dalam mempengaruhi besarnya sedimen yang masuk ke
perairan adalah rata-rata curah hujan tahunan Ludwig dan Probst 1996; Sharma 1996. Energi kinetik hujan yang dapat mendispersi agregat tanah ditentukan oleh
intensitas dan tebal hujan. Curah hujan juga menghasilkan limpasan permukaan yang sangat berperan pula dalam pelepasan dan pengangkutan sedimen dari
partikel tanah. Kemiringan lereng DAS merupakan parameter topografi yang paling berpengaruh terhadap jumlah sedimen yang terbawa, karena parameter
tersebut sangat menentukan jumlah dan kecepatan aliran permukaan Ludwig dan Probst 1996; Sharma 1996.
Peranan penutup lahan terhadap banyaknya sedimen yaitu mengurangi pengaruh daya dispersi pukulan air hujan dan topografi terhadap erosi dengan
cara merubah butir-butir hujan menjadi air yang terintersepsi. Vegetasi, akar-akar dan proses biologi yang berkaitan dengan pertumbuhannya mempengaruhi
stabilitas struktur dan porositas tanah Arsyad 1989. Selain itu vegetasi juga dapat meningkatkan kapasitas infiltrasi karena menyerap kandungan air tanah,
sehingga volume aliran permukaan menjadi berkurang Mingguo et al. 2007. Besarnya sedimen yang masuk ke sungai ditentukan juga oleh faktor
manusia melalui cara mereka mengelola lahan untuk memenuhi kebutuhan hidupnya Asdak 2004. Pengelolaan lahan yang dimaksud adalah tindakan secara
fisik, seperti cara bercocok tanam, usaha konservasi tanah dan lain sebagainya. Cara pengelolaan tersebut dapat mencegah atau menambah produksi sedimen
karena proses erosi. Aplikasi AVGWLF memprakirakan besarnya hasil sedimen pada dasarnya
menggunakan pendekatan model jumlah tanah tererosi dan metode Sedimen Delivery Ratio SDR. Persamaan dasar matematisnya adalah sebagai berikut :
S = A.SDR ........................................................................................ 3
di mana S adalah hasil sedimen mg, A adalah banyaknya tanah yang tererosi tonhath; dan SDR adalah nisbah pelepasan sedimen sedimen delivery ratio.
Prakiraan jumlah tanah tererosi A menggunakan metode Universal Soil Loss
