Gambar 1. Siklus hidrologi Sumber
: www.usgcrp.gov
2.2. Hidrograf Aliran Sungai
Hidrograf adalah suatu diagram yang menggambarkan variasi debit sungai
atau tinggi muka air menurut waktu Sosrodarsono dan Takeda, 2003. Hidrograf
menunjukkan tanggapan menyeluruh DAS terhadap masukan tertentu. Sesuai dengan
sifat dan perilaku DAS yang bersangkutan, hidrograf aliran selalu berubah sesuai
dengan besaran dan waktu terjadinya masukan. Bentuk hidrograf pada umumnya
sangat dipengaruhi oleh sifat hujan yang terjadi, akan tetapi juga dapat dipengaruhi
oleh sifat DAS yang lain.
Hidrograf sungai merupakan rekaman timeseries kondisi sungai aliran
sungai atau water level pada suatu tempat pengukuran. Secara umum komponen
hidrograf terdiri dari dua bagian, yaitu: i quickflow
, merupakan bentuk respon langsung dari suatu kejadian hujan yang
meliputi aliran permukaan overland flow, aliran bawah permukaan interflow dan air
hujan yang langsung masuk ke sungai direct precipitation dan ii baseflow, yaitu
debit sungai yang berasal dari sumber alami. Dengan memahami pembagian tersebut,
hidrograf sungai dapat juga untuk menyatakan respon hidrologi DAS dari
suatu kejadian hujan. Jika dari suatu kejadian hujan memberikan respon yang
cepat berupa banjir maka DAS dapat dikategorikan bermasalah yaitu dapat berupa
menurunnya fungsi penyangga dari suatu DAS Farida dan Noordwijk, 2004.
Dengan adanya dua komponen hidrograf tersebut, hidrologis memberikan
perhatian yang besar terhadap teknik separasi komponen tersebut tergantung pada
konteks tujuannya. Tujuan pemisahan hidrograf antara lain untuk kalibrasi model,
studi low flow mis: Smakhtin, 2001, studi instream flow
, dan untuk menghitung kapasitas penyangga DAS mis: Farida dan
Noordwijk, 2004. Wittenberg dan Sivapalan 1999 menggunakan teknik
separasi baseflow untuk menghitung neraca air groundwater yang meliputi kehilangan
evapotranspirasi,
discharge air bumi,
imbuhan air bumi dan cadangan air bumi. Xu et al. 2002 menggunakan teknik
pemisahan hidrograf untuk mengkaji interaksi antara hidrogeomorfologi dengan
groundwater discharge
di Afrika Selatan. Bentuk hidrograf dipengaruhi oleh
banyak faktor. Suyono 1986 mengelompokkan faktor-faktor itu menjadi
faktor-faktor tetap berupa faktor morfometri DAS luas, bentuk, kelerengan DAS, pola
jaringan sungai, kerapatan drainase, dan landaian sungai utama, dan faktor tidak
tetap curah hujan, laju infiltrasi, evapotranspirasi, dan tata guna lahan.
Hidrograf debit adalah kurva yang menunjukkan variasi debit sesaat sebagai
fungsi waktu, diukur pada outlet DAS.
14
Gambar 2. Komponen hidrograf satuan Ward and Trimble, 2004
Keterangan : A-B =
waktu D
= lama curah hujan tp
= waktu puncak waktu mulai terjadi aliran permukaan run off sampai
terjadi puncak aliran tb
= waktu dasar panjang hidrograf
satuan atau total waktu terjadi aliran
tl = waktu keterlambatan waktu dari
setengah massa curah hujan sampai puncak langsung
tr = waktu respon waktu mulai hujan
maksimum sampai puncak aliran Bentuk hidrograf yang berasal dari
hujan tunggal berdurasi pendek yang jatuh di atas DAS mengikuti suatu bentuk umum.
Pada Gambar 2 mengilustrasikan suatu komponen-komponen yang dapat diketahui
dari kurva hidrograf. 2.3.
Limpasan DAS Q
Limpasan merupakan jumlah air yang mengalir di permukaan tanah surface
flow maupun di bawah permukaan tanah
subsurface flow yang menuju ke daerah yang berelevasi lebih rendah sungai, danau,
laut atau memiliki potensial air lebih rendah Asdak, 1995. Limpasan berlangsung ketika
jumlah curah hujan melampaui laju infiltrasi air ke dalam tanah. Setelah laju infiltrasi
terpenuhi, air akan mengisi cekungan pada permukaan tanah. Ketika pengisian selesai,
kemudian air mengalir di atas permukaan tanah dengan bebas. Konsep limpasan
permukaan ini dikenal sebagai Hortonian overland flow
. Faktor-faktor yang mempengaruhi
limpasan DAS dapat dikelompokkan menjadi faktor-faktor yang berhubungan
dengan curah hujan dan yang berhubungan dengan karakteristik morfologi DAS.
Pengaruh dari curah hujan seperti lama waktu hujan, intensitas dan penyebaran
hujan. Sedangkan pengaruh morfologi DAS terhadap limpasan permukaan antara lain;
bentuk dan ukuran DAS, topografi, geologi, dan keadaan tataguna lahan. Limpasan
permukaan juga dipengaruhi oleh faktor urbanisasi Weng 2001, kekasapan
permukaan Helming et al., 1998; Govers et al. 2000, reforestasi Lukey et al, 2000,
curah hujan Putty dan Prasad 2000 dan persentase penutupan tajuk Croke et al,
1999. Kecepatan limpasan permukaan dikontrol oleh resistansi hidrolik permukaan
tanah Govers et al. 2000. 2.4.
Imbuhan DAS F
Infiltrasi adalah proses perjalanan air masuk ke dalam tanah sebagai akibat
gaya kapiler gerakan air ke arah lateral dan gaya gravitasi gerakan air ke arah vertikal
Asdak, 1995. Imbuhan DAS merupakan bagian dari infiltrasi tersebut. Imbuhan
diartikan sebagai suatu proses penambahan air pada suatu sistem Hadiwidjoyo et al.,
1987. Sedangkan Daerah Aliran Sungai DAS adalah daerah yang dibatasi
punggung-punggung gunung dimana air hujan yang jatuh pada daerah tersebut akan
ditampung oleh punggung gunung dan dialirkan melalui sungai-sungai kecil ke
sungai utama Asdak, 1995. Jadi imbuhan DAS dapat didefinisikan sebagai suatu
15
proses perjalanan air masuk ke dalam tanah yang mengakibatkan penambahan air pada
sistem daerah aliran sungai. Pada suatu saat tertentu, nilai imbuhan adalah sama dengan
nilai infiltrasi.
Setelah keadaan menjadi jenuh, sebagian dari air infiltrasi akan mengalir ke
lapisan yang lebih dalam lagi sebagai akibat gaya gravitasi bumi dan dikenal sebagai
proses perkolasi. Proses infiltrasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :
tekstur dan struktur tanah, kelembaban tanah awal, kegiatan biologi dan unsur organik,
jenis dan kedalaman serasah, serta vegetasi penutup tanah. Ada tiga proses yang terlibat
dalam infiltrasi, antara lain : 1. Proses masuknya air hujan melalui pori-
pori permukaan tanah. 2. Tertampungnya air tersebut di dalam
tanah. 3. Proses mengalirnya air tersebut ke
lapisan yang lebih bawah, ke samping, atau kembali ke lapisan yang lebih atas.
Infiltrasi dipengaruhi oleh kekasapan permukaan Govers et al., 2000.
Kekasapan permukaan menentukan simpanan air pada permukaan tanah dan
secara tidak langsung juga menentukan kapasitas infiltrasinya. Kekasapan
permukaan tidak hanya berdampak pada jumlah limpasan sepanjang penurunan
simpanan, tetapi juga berdampak pada volume dan laju infiltrasi. Beberapa
eksperimen telah menunjukkan dampak dari kekasapan permukaan pada laju infiltrasi.
2.5.
Penggunaan Lahan
Penggunaan lahan dicirikan sebagai suatu rencana, aktifitas, dan peran yang
dijalankan manusia pada beberapa tipe tutupan lahan untuk menghasilkan,
mengubah, atau memeliharanya Land cover classification system
, 2000. Penggunaan lahan dapat diartikan juga sebagai setiap
bentuk intervensi campur tangan manusia baik secara permanen atau siklik untuk
memenuhi kebutuhan manusia, baik material atau spiritual atau keduanya, dari sumber
natural maupun artifaksial hasil kecerdasan manusia Vink, 1975. Jadi secara lebih
sederhana penggunaan lahan didefinisikan sebagai peran, tujuan, ataupun campur
tangan manusia terhadap suatu lahan baik untuk dikelola maupun dipelihara.
Konsep dari penggunaan lahan biasanya dianggap sebagai suatu subjek
yang relatif stabil, dihubungkan dengan penggunaan suatu lahan pada suatu daerah
pada suatu waktu tertentu. Penggunaan lahan merupakan hasil dari perlakuan secara
kontinu pada suatu daerah yang diciptakan antara ketersediaan sumberdaya dan
kebutuhan manusia dan diperbuat atas dasar usaha manusia.
Beberapa sumberdaya seperti iklim dan relief tidak secara langsung responsif
pada intervensi manusia, oleh karena itu cenderung stabil. Sumberdaya lain seperti
vegetasi, air, dan tanah adalah sangat respon terhadap intervensi manusia dan membuat
suatu perkembangan, kadang-kadang perkembangan yang berlebihan menuju arah
degradasi. 2.6.
Aplikasi Metode SCS
SCS Soil Conservation Service, sekarang disebut sebagai Natural Resources
Conservation Service – NRCS metode
runoff Curve Number CN adalah salah satu
dari metode paling populer untuk menghitung limpasan permukaan USDA,
1986; Burges et al., 1998 di dalam Hong et al, 2007. Model SCS-CN memperkirakan
kelebihan presipitasi sebagai fungsi dari presipitasi kumulatif, tipe tanah, tutupan
lahan, dan kelembaban tanah. Tiga parameter terakhir kemudian dirata-ratakan
menjadi sebuah parameter, yang disebut Curve Number
CN. Pada metode SCS-CN digunakan persamaan untuk mendefinisikan
bagian dari curah hujan yang menjadi limpasan dan infiltrasi Pers.1 dan 5.
Walaupun metode ini telah digunakan secara luas, SCS-CN dikritik
sebagai suatu metode simpel untuk mensimulasi sistem hidrologi yang rumit
Ponce and Hawkins, 1996 di dalam Hong et al., 2007. Bagaimanapun, metode SCS-CN
telah digunakan secara luas di Amerika Serikat dan banyak negara lainnya dengan
merasakan keuntungan dari metode ini, seperti simpel, dapat diprediksi, dan stabil.
Karena tanggapannya pada faktor-faktor pembangkit limpasan utama seperti tipe
tanah, penggunaan lahan dan kondisi permukaan, metode ini telah diterapkan
dengan sukses untuk situasi mulai dari perhitungan limpasan yang sederhana,
perkiraan perubahan penggunaan lahan, sampai simulasi kualitas air atau sistem
hidrologi yang kompleks Melesse et al., 2003; Mishra et al., 2005; Michel et al.,
2005; Binh et al., 2006.
16
Baru-baru ini, teknik remote sensing telah ditingkatkan penggunaannya
untuk menambah metode konvensional seperti SCS-CN untuk sejumlah besar
daerah yang sulit diakses atau daerah yang kompleks. Pemanfaatan image dari remote
sensing telah digunakan secara luas untuk mengidentifikasi bentuk permukaan lahan
seperti topografi, jaringan sungai, tutupan lahan, vegetasi, dan lain-lain. Banyak
peneliti telah menggunakan data remote sensing untuk mengestimasi CN Weng,
2001; Melesse, 20032004. 2.7.
Aplikasi GIS dalam Pemodelan Hidrologi
Perkembangan teknologi GIS terakhir sangat membantu dalam pemodelan
hidrologi DAS. Yaitu dengan kemampuannya dalam menangkap
capture, menampilkan, menyimpan, mengolah, dan menganalisa data dari data
titik ke data spasial. Teknik GIS memungkinkan untuk pemodelan hidrologi
yang lebih akurat yaitu dengan kemampuannya mengakomodasi parameter-
parameter hidrologi yang beragam Melesse et al., 2003. Dengan penggabungan dan
overlay
tumpang tindih informasi tanah dan vegetasi, unit respon hidrologi dari suatu
DAS menjadi lebih mudah ditentukan Blaszczynki, 2003. Integrasi teknis GIS
dalam pemodelan juga bermanfaat untuk simulasi data spasial dan time series secara
simultan.
Aplikasi teknik GIS dalam pemodelan hidrologi sangat beragam
tergantung dari tujuan yang hendak dicapai, dan prosesnya dapat dijelaskan dalam
beberapa kategori tahapan. Weng 2001 menggunakan teknik GIS dalam dua tahapan
besar untuk menghitung limpasan permukaan yaitu untuk menghitung
parameter hidrologi dan untuk pemodelannya. Sedangkan Melesse et al.
2003 merinci menjadi empat tahapan. Tahapan yang dimaksud yaitu; i
penghitungan input parameter untuk pemodelan hidrologi, ii pemetaan dan
penampilan variabel hidrologi, iii tampilan permukaan daerah aliran sungai, dan iv
identifikasi unit respon hidrologi.
III. METODE PENELITIAN 3.1.
Kategori