Perunut hidrokimia sebagai indikator kinerja pengelolaan DAS studi kasus DAS Ciliwung Hulu

PERUNUT HIDROKIMIA SEBAGAI INDIKATOR
KINERJA PENGELOLAAN DAS:
Studi Kasus DAS Ciliwung Hulu

NANI HERYANI

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi “Perunut Hidrokimia sebagai
Indikator Kinerja Pengelolaan DAS: Studi Kasus DAS Ciliwung Hulu”
merupakan hasil penelitian saya dengan arahan komisi pembimbing. Disertasi ini
disusun dari sebagian hasil penelitian Kerjasama Kemitraan Penelitian Pertanian
dan Perguruan Tinggi (KKP3T) TA. 2009 yang berjudul “Analisis Hubungan
Proses Aliran Permukaan dengan Ketersediaan Air Secara Spasial dan Temporal
untuk Keberlanjutan Pengelolaan Air di dalam DAS” dan TA. 2010 yang berjudul
”Analisis Proses Pembentukan Aliran Permukaan dan Keterkaitannya dengan
Ketersediaan Air Secara Spasial dan Temporal Mendukung Pemenuhan Kebutuhan
Air Untuk Pertanian” yang diketuai oleh Prof. Dr. Ir. Hidayat Pawitan MSc.
Disertasi ini belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi
manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Bogor, Januari 2012

Nani Heryani
NIM. A 362060041

ABSTRACT
NANI HERYANI. Hydrochemical Tracer as Performance Indicator of
Watershed Management: Case Study at Upper Ciliwung Watershed. Under
the advisory commision of HIDAYAT PAWITAN, M. YANUAR JARWADI
PURWANTO, DAN KASDI SUBAGYONO.
Understanding the linkage between runoff process and the hydrochemical
behavior of the catchment should not be directed merely for the short-term
process during the rainfall event, but treating the seasonal variations may also
provide valuable insights into the pattern of hydrochemistry changes as a function
of the dynamic of hydrologic process. Runoff generation mechanisms are difficult
to be generalized from one basin to another and even from storm to storm within
the same basin. The aims of the research are (1) To learn the effectiveness of
hydrochemistry tracers to quantify the flow dynamics during runoff generation,
(2) To define source area of the watershed through quantification of solutes
transport during the runoff process and to study the spatial and temporal variation
of water chemistry, (3) To formulate a conceptual model linking runoff process
and spatial and temporal variation of hydrochemistry to support the watershed
management. The research was conducted by: characterization of research area,
installation of equipment for hydrochemical and hydrometric observation, and
hydrochemical sampling. Result showed that diversity of water chemistry by
spatial and temporal highly influenced by the dynamics of subsurface flow
behavior. Magnitude and direction of subsurface flow on the hillslope because of
changes in solute concentration by spatial and temporal. Ca and SO4 as a
conservative tracer at Cakardipa micro watershed. Three components of hydrograf
separation were predicted by end member mixing analysis (EMMA) using Ca and
SO4 showed that the groundwater, soil water, and rain water were the source area
at Cakardipa micro watershed, 47.3%, 28%, and 24.7% respectively. The solutes
of Mg, SO4, NO3 assumed to come from groundwater produced convex curvature,
clockwise hysteresis loops, and positive trend, indicating a concentration
component ranking of CG > CR > CSO (C2 model). At the rising of hydrograf, the
vertical flow reaches greater depths on the hillslopes and the role of groundwater
was increased at peak discharge. Groundwater contribution lesser at the recessive
than at peak discharge

Keywords: hydrochemical tracer, source area, conceptual model, EMMA

RINGKASAN
NANI HERYANI. Perunut Hidrokimia Sebagai Indikator Kinerja
Pengelolaan DAS: Studi Kasus DAS Ciliwung Hulu. Dibimbing oleh
HIDAYAT PAWITAN, M. YANUAR JARWADI PURWANTO, DAN KASDI
SUBAGYONO.
Memahami hubungan antara proses limpasan dengan perilaku hidrokimia
dalam suatu daerah aliran sungai (DAS) tidak hanya dalam suatu kejadian hujan
saja tetapi harus dipelajari keragamannya secara spasial dan temporal. Dinamika
keragaman ini dapat menggambarkan pola perubahan hidrokimia dalam kaitannya
dengan proses limpasan. Mekanisme proses limpasan tidak dapat disamakan
antara satu DAS dengan DAS lain atau antara satu kejadian hujan dengan kejadian
lain dalam DAS yang sama.
Penelitian dilakukan di DAS mikro Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS
Ciliwung Hulu, pada bulan Mei 2008-April 2010. Tujuan penelitian yaitu: 1)
mempelajari efektifitas perunut hidrokimia untuk mengkuantifikasi dinamika
aliran selama proses limpasan (runoff generation), 2) menentukan potensi sumber
limpasan (source area) air sungai di dalam DAS melalui kuantifikasi proses
transpor larutan (solute transport) selama proses limpasan, dan mempelajari
keragaman ketersediaan air secara spasial dan temporal, 3) menyusun model
konseptual hubungan antara proses limpasan dengan keragaman ketersediaan air
secara spasial dan temporal untuk mendukung pengelolaan sumber daya air di
dalam DAS secara berkelanjutan.
Penelitian dilakukan dalam beberapa tahapan yaitu: 1) penelitian lapang
terdiri dari: karakterisasi wilayah penelitian (aspek tanah dan batuan, debit, dan
iklim); pengukuran debit secara hidrometrik; dan pengambilan contoh air; 2)
analisis laboratorium terdiri dari: analisis tanah (fisika, kimia, dan mineral); dan
analisis air 3) analisis hidrokimia untuk menyusun model konseptual hubungan
antara proses aliran permukaan dengan keragaman ketersediaan air secara spasial
dan temporal.
DAS mikro Cakardipa merupakan bagian dari Sub DAS Cisukabirus, DAS
Ciliwung Hulu, meliputi areal seluas 60.78 ha terdiri dari 3 kampung yaitu
kampung Bojong Keji, Lemah Neundeut, dan Lemah Neundeut Peuntas. Secara
administratif termasuk ke dalam Desa Sukagalih, Kecamatan Megamendung,
Kabupaten Bogor. DAS mikro Cakardipa memiliki 10 satuan lahan yang terdiri
dari 2 satuan lahan alluvium dan 8 satuan lahan dari bahan volkan. DAS mikro
Cakardipa memiliki 6 jenis penggunaan lahan yaitu: hutan, kebun campuran,
kebun sayuran, kebun intensifikasi, pemukiman, dan sawah. Penggunaan lahan
utama yaitu sawah dan kebun campuran. Curah hujan maksimum yang terekam di
DAS Mikro Cakardipa sebesar 61.5 mm dengan intensitas maksimum sebesar
10.2 mm/5 menit atau setara dengan intensitas hujan 122 mm/jam. Curah hujan
dengan intensitas tersebut selama 1 jam telah membangkitkan debit puncak
sebesar 58.2 lt/det. Koefisien aliran permukaan yang dihitung berdasarkan analisis
pemisahan hidrograf menunjukkan variasi nilai antara 0.03 % hingga 0.59%.
Berdasarkan analisis grafis terhadap pasangan data hujan-debit, diketahui selama
periode Oktober 2009 – Februari 2010, waktu konsentrasi DAS Mikro Cakardipa
bervariasi antara 10 hingga 40 menit.

Hasil analisis dengan menggunakan metode end member mixing analysis
(EMMA) menunjukkan bahwa Ca2+ dan SO42- dapat dipertimbangkan sebagai
perunut konservatif pada DAS mikro Cakardipa. Tiga komponen separasi
hidrograf dengan menggunakan perunut Ca2+ dan SO42- menunjukkan bahwa
airbumi, air tanah, dan air hujan merupakan sumber utama aliran di DAS mikro
Cakardipa, berturut-turut berkontribusi sebesar 47,3%, 28%, 24,7%.
Dalam penelitian ini diketahui bahea keragaman hidrokimia secara spasial
sangat dipengaruhi oleh dinamika perilaku aliran bawah permukaan yang melalui
lereng atas, lereng bawah dengan sungai. Konsentrasi unsur hidrokimia pada air
tanah (soil water) lebih besar daripada airbumi (groundwater). Aliran air vertikal
di lereng bagian bawah menyebabkan terjadinya akumulasi unsur hara. Besaran
dan arah aliran bawah permukaan dapat mengakibatkan perubahan konsentrasi
hidrokimia secara spasial dan temporal. Informasi perilaku hidrologi dan
hidrokimia dalam suatu DAS bermanfaat
dalam menyusun perencanaan
pengelolaan pertanian di daerah berlereng.
Selanjutnya berdasarkan metode Evans dan Davies diketahui bahwa Mg,
2SO4 , dan NO3- merupakan unsur hidrokimia yang memiliki tingkat flushing
(pencucian) yang paling tinggi di DAS Mikro Cakardipa, memiliki bentuk kurva
cekung dengan arah rotasi searah jarum jam dan trend positif dalam hal ini Cair bumi
> Cair hujan > Cair tanah termasuk model C2.
Hasil analisis berdasarkan integrasi antara pengamatan hidrometrik dan
hidrokimia diketahui terdapat hubungan yang erat antara aliran air di lereng
bagian atas dengan perilaku unsur hara di lereng bagian bawah dimana pencucian
unsur hara terjadi dengan intensif. Pada awal kejadian hujan peran air hujan
sangat besar. Selanjutnya pada saat hidrograf meningkat sampai mencapai
puncaknya, aliran vertikal mencapai kedalaman yang lebih besar di lereng agak
atas, dan peran air bumi meningkat. Pada saat kurva hidrograf menurun kontribusi
air bumi menurun dibandingkan pada awal dan puncak hujan.

Kata kunci: perunut hidrokimia, sumber limpasan, model konseptual, EMMA

©Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2012
Hak Cipta dilindungi oleh Undang-Undang
1.

2.

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebut sumber
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan
karya ilimiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu
masalah.
b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan atau memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin tertulis IPB.

PERUNUT HIDROKIMIA SEBAGAI INDIKATOR KINERJA
PENGELOLAAN DAS:
Studi Kasus DAS Ciliwung Hulu

NANI HERYANI
A.362060041

Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Ilmu Pengelolaan Daerah Aliran Sungai

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012

Penguji pada Ujian Tertutup: Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, M.S.
Dr. Ir. Suria Darma Tarigan, M.Sc.

Penguji pada Ujian Terbuka : Dr. Ir. Muhrizal Sarwani, M.Sc.
Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr.

Judul Disertasi

: “Perunut Hidrokimia sebagai Indikator Kinerja
Pengelolaan DAS: Studi Kasus DAS Ciliwung Hulu”

Nama Mahasiswa

:

Nani Heryani

NIM

:

A362060041

Disetujui:
Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Hidayat Pawitan, M.Sc.
Ketua

Dr. Ir. M. Yanuar J. Purwanto, M.S.
Anggota

Dr. Ir. Kasdi Subagyono, M.Sc.
Anggota

Diketahui:

Ketua Program Studi
Ilmu Pengelolaan DAS

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr. Ir. Suria Darma Tarigan, M.Sc.

Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr

Tanggal Ujian: 12 Januari 2012

Tanggal lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan
rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penelitian dan penulisan disertasi berjudul
“Perunut Hidrokimia sebagai Indikator Kinerja Pengelolaan DAS: Studi Kasus
DAS Ciliwung Hulu” dapat diselesaikan. Disertasi ini menyajikan hasil penelitian
tentang sumber aliran (source area) di DAS mikro Cakardipa dengan menggunakan
perunut hidrokimia. Informasi yang diperoleh sangat penting dalam pengembangan
model aliran bawah permukaan dan prediksi dampak perubahan penggunaan lahan
dan perubahan iklim terhadap kualitas air permukaan, serta mendukung
pengelolaan sumberdaya air yang berkelanjutan.
Penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada Prof. Dr.Ir. Hidayat Pawitan M.Sc, Dr. Ir. Yanuar J. Purwanto
M.S., Dr. Ir. Kasdi Subagyono M.Sc. selaku ketua dan anggota komisi
pembimbing yang telah membimbing dengan penuh kesabaran, memotivasi dan
senantiasa memberikan semangat kepada saya selama menyelesaikan studi ini.
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Kepala Badan Litbang Kementan,
Ketua Komisi Pembinaan Tenaga Badan Litbang Kementerian Pertanian, Kepala
Balai Besar Litbang Sumber Daya Lahan, Kepala Balai Penelitian Agroklimat dan
Hidrologi (Balitklimat) yang telah memberikan ijin belajar selama melaksanakan
pendidikan di IPB. Terima kasih juga disampaikan kepada Kerjasama Kemitraan
Penelitian Pertanian dan Perguruan Tinggi (KKP3T) TA. 2009-2010 dan DIPA
Balitklimat TA 2008, atas dukungan dana selama penulis melaksanakan
penelitian.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Suria Darma Tarigan
M.Sc. dan Prof. Dr. Ir Asep Sapei, MS sebagai penguji luar komisi pada saat ujian
tertutup, yang telah memberikan masukan-masukan yang berharga sehingga
memberi warna tersendiri untuk perbaikan disertasi saya. Ucapan terima kasih
disampaikan kepada Dr. Muhrizal Sarwani M.Sc dan Prof. Dr. Ir. Budi Indra
Setiawan M.Agr sebagai penguji luar komisi pada ujian terbuka atas masukan,
saran, dan kritik yang baik untuk penyempurnaan disertasi ini. Terima kasih dan
penghargaan penulis sampaikan kepada Prof. Dr. Ir. Irsal Las M.S. yang telah
mendorong dan merekomendasikan penulis untuk menempuh pendidikan S3 ini.

Penulis menyampaikan terima kasih kepada Dr. Ir. Budi Kartiwa CESA
yang telah memberikan bantuan dan masukan selama penulis melaksanakan
penelitian sampai penyusunan disertasi, dan Ir. Sawiyo yang telah mencurahkan
waktu dan tenaganya dalam membantu pelaksanaan kegiatan penelitian lapang.
Kepada Dr. Ir. Aris Pramudia M.Si, Ir. M. Wahyu Tri Nugroho, Budi Rahayu,
Gina Maulana ST, Aris Dwi Saputra SH penulis sampaikan terima kasih atas
bantuannya dalam pengumpulan data, analisis data, dan pemetaan selama
penelitian, serta teman-teman di Balai Penelitian Agroklimat dan Hidrologi yang
tidak dapat disebutkan satu persatu atas segala dukungannya selama ini. Terima
kasih kepada Pak Iim, Ade, Dayat, dan Umar yang dengan tulus ikhlas telah
membantu dalam kegiatan penelitian di lapangan. Sahabat-sahabat mahasiswa S3
Ir. Zuherna Mizwar MS, Ir. Supriyanto MS, Ir. Labima MS, Dr. Ir. Popi
Rejekiningrum MS, dan semua teman-teman di Program Studi Ilmu Pengelolaan
DAS yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu atas diskusi, saran-saran, dan
dorongan moril yang diberikan. Yang tidak terlupakan sahabat-sahabat G-8 yang
telah memberikan semangat, dorongan, dan dukungan

kepada penulis untuk

segera menyelesaikan pendidikan S3 ini, terima kasih atas segalanya.
Ayahanda (alm.) H.Sukar SH, Ibu Hj Komariah, ayahanda (alm.) H.
Samid, ibunda (alm.) Hj. Helly Halimah, Ma Inung, Ma Eni, dan adik-adik
tercinta atas kasih sayang dan do’anya yang tulus dan tiada henti-hentinya. Suami
tercinta Didy Sopandie, anak-anak terkasih Dicky, Yuline, Puji dan Dini, serta
cucu tersayang Revan, terimakasih atas do’a, dukungan, pengorbanan dan kasih
sayang yang telah diberikan selama menempuh studi doktor.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Januari 2012
Penulis

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kuningan Jawa Barat pada tanggal 16 Mei 1958,
sebagai anak pertama dari delapan bersaudara dari pasangan alm H. Sukar SH dan
Hj. Komariah. Menikah dengan Prof. Dr. Ir. Didy Sopandie, M.Agr

dan

dikaruniai 3 orang anak Muhamad Sidiq, STp (28 tahun) yang menikah dengan
Yuline Rena Chrisanti, S.Si (28 tahun), Puji Rahmawati (20 tahun), dan Dini
Rizkianiputri (18 tahun), serta seorang cucu Revan Aditya Rafif (9 bulan).
Pendidikan sarjana ditempuh di Jurusan Agronomi, Fakultas Pertanian IPB
lulus pada tahun 1981. Pada tahun 2001 menyelesaikan pendidikan di Sekolah
Pascasarjana IPB program studi Agroklimatologi. Sejak tahun 2006 melanjutkan
pendidikan program Doktor di Institut Pertanian Bogor, program studi Ilmu
Pengelolaan Daerah Aliran Sungai.
Penulis mulai bekerja pada tahun 1981 di Direktorat Jenderal Perkebunan,
kemudian di Balai Penelitian Tanaman Pangan sejak akhir tahun 1982 sampai
akhir tahun 1985. Sejak awal tahun 1992 sampai akhir tahun 1993 bekerja
kembali di Balai Penelitian Tanaman Pangan Bogor dan sekarang menjadi Balai
Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi Tanaman Pangan. Sejak tahun
1993 sampai sekarang bekerja di Balai Penelitian Agroklimat dan Hidrologi
Bogor.
Selama mengikuti program S3, penulis menulis karya ilmiah yaitu: 1)
Analisis Model Campuran (mixing model) untuk Menentukan Sumber Limpasan
di Dalam Daerah Aliran Sungai yang akan diterbitkan pada Jurnal Hidrolitan, 2)
Instalasi Jaringan Peralatan untuk Pengamatan Hidrokimia: Studi Kasus di DAS
Mikro Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS Ciliwung Hulu, Jawa Barat yang
akan diterbitkan pada Forum Pascasarjana, dan 3) Relationship between
Concentration and Discharge on Storm Events: Case Study at Cakardipa
Catchment, Cisukabirus Subwatershed, Upper Ciliwung Watershed, Bogor, West
Java, yang akan diterbitkan pada Jurnal Tanah Tropika.

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xvi
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xix
I

PENDAHULUAN .......................................................................................
1.1 Latar Belakang .......................................................................................
1.2 Tujuan Penelitian ...................................................................................
1.3 Manfaat Penelitian .................................................................................
1.4 Hipotesis.................................................................................................
1.5 Kebaruan Penelitian ...............................................................................
1.6 Kerangka dan Ruang Lingkup Penelitian ..............................................

1
1
3
4
4
4
4

II

TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................. 7
2.1 Sumber Daya Air di DAS Ciliwung: Permasalahan dan Upaya
Penanganannya ....................................................................................... 7
2.2 Perkembangan Penelitian Tentang Subsurface Stormflow..................... 9
2.3 Separasi Hidrograf Secara Geokimia untuk Mennetukan Sumber
(source) Runoff dalam DAS ................................................................. 14
2.4 Model Konseptual Aliran Permukaan dalam Skala DAS ...................... 20

III

BAHAN DAN METODE ............................................................................ 23
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................ 23
3.2 Bahan dan Alat ....................................................................................... 23
3.3 Metode Penelitian................................................................................... 23
3.3.1 Karakterisasi Biofisik Wilayah Penelitian .................................... 23
3.3.2 Instalasi Bendung Penduga Debit di DAS Mikro Cakardipa ........ 24
3.3.3 Pengamatan Kedalaman Tanah dan Batuan .................................. 26
3.3.4 Pemasangan Peralatan Pengamatan Hidrokimia ........................... 26
3.3.5 Penentuan Arah Aliran secara Vertikal dan Lateral ...................... 29
3.3.6 Pengambilan Conto Air ................................................................. 33
3.3.7 End–member Mixing Analysis (EMMA) dan Separasi ................
Hidrograf ....................................................................................... 34
3.3.8 Keragaman Unsur Hidrokimia secara Spasial dan Temporal ....... 37
3.3.9 Analisis Konsentrasi dengan Debit ............................................... 38
3.3.10 Menyusun Model Konseptual Hubungan Proses Aliran
Permukaan dengan Ketersediaan Air............................................ 39

IV

KEADAAN UMUM WILAYAH PENELITIAN ........................................ 41
4.1 Karakteristik Sumber Daya Tanah DAS Mikro Cakardipa.................... 41
4.2 Penggunaan Lahan DAS Mikro Cakardipa ............................................ 45
4.3 Karakteristik Fisika Tanah ..................................................................... 45
4.4 Karakteristik Mineral Tanah .................................................................. 48

4.5 Karakteristik Iklim ................................................................................. 50
4.6 Karakteristik Hidrologi .......................................................................... 51
V

DINAMIKA ALIRAN BAWAH PERMUKAAN BERDASARKAN
KERAGAMAN HIDROKIMIA SECARA SPASIAL DAN TEMPORAL
PADA SAAT HUJAN ................................................................................ 55
5.1 Pendahuluan .......................................................................................... 55
5.2 Karakteristik Curah Hujan ..................................................................... 56
5.3 Dinamika Aliran Bawah Permukaan Pada Saat hujan........................... 56
5.4 Keragaman Hidrokimia secara Spasial .................................................. 60
5.5 Keragaman Hidrokimia secara Temporal .............................................. 65

VI

ANALISIS CAMPURAN (MIXING ANALYSIS) DALAM HIDROLOGI
UNTUK PENENTUAN SOURCE AREA .................................................
6.1 Pendahuluan ..........................................................................................
6.2 Analisis Multivariate .............................................................................
6.3 Analisis Campuran secara Hidrokimia .................................................
6.4 Analisis Komponen Runoff Berdasarkan Separasi Hidrograf Secara
Hidrokimia .............................................................................................

VII HUBUNGAN KONSENTRASI DEBIT(C-Q) PADA SAAT HUJAN
DENGAN PENCUCIAN UNSUR HARA .................................................
7.1 Pendahuluan ..........................................................................................
7.2 Keragaman Debit secara Temporal dan Konsentrasi Unsur Hara .........
7.3 Hubungan Konsentrasi dan Debit di DAS Mikro Cakardipa, DAS
Ciliwung Hulu ......................................................................................
VIII MODEL KONSEPTUAL HUBUNGAN ANTARA PROSES RUNOFF
DENGAN KERAGAMAN KETERSEDIAAN AIR SECARA SPASIAL
DAN TEMPORAL .....................................................................................
8.1 Pendahuluan ..........................................................................................
8.2 Model Konseptual Hubungan antara Proses Runoff dengan
Keragaman Ketersediaan Air secara Spasial dan Temporal di DAS
Mikro Cakardipa, DAS Ciliwung Hulu .................................................
8.3 Aplikasi Model Konseptual untuk Pengelolaan DAS ...........................
IX.

71
71
73
75
81

85
85
86
90

93
93

94
97

SIMPULAN DAN SARAN ........................................................................ 101
9.1 Simpulan ................................................................................................ 101
9.2 Saran ..................................................................................................... 102

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 103
LAMPIRAN ......................................................................................................... 113

DAFTAR TABEL
Halaman
1

Distribusi Peralalatan Pengamatan Hidrokimia .............................................. 33

2

Jumlah sampel air dan metode pengambilannya ............................................. 34

3

Diagnosa Penetapan Ranking Model Tiga Komponen Runoff ....................... 39

4

Hasil Analisis Mineral Liat di Lereng Sebelah Timur, DAS Mikro
Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS Ciliwung Hulu ................................ 49

5

Hasil Analisis Mineral Liat di Lereng Sebelah Barat, DAS Mikro
Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS Ciliwung Hulu ................................ 50

6

Karakteristik Hujan dan Debit DAS Mikro Cakardipa untuk setiap
episode yang tercatat selama bulan Oktober 2009-Pebruari 2010 .................. 54

7

Keragaman Konsentrasi Hidrokimia secara Spasial pada Musim
Kemarau dan Hujan di DAS Mikro Cakardipa, DAS Ciliwung Hulu ........... 64

8

Hasil Eigenvalue Sembilan Variabel K, Na, Ca, Mg, SiO2, SO4, NO3, Cl,
dan HCO3 ....................................................................................................... 74

9

Korelasi Pearson’s ........................................................................................... 75

10 Hasil separasi hidrograf secara hidrometrik pada kejadian hujan 14
Pebruari 2010 di DAS mikro Cakardipa ........................................................ 83
11 Diagnosa Penetapan Ranking Model Tiga Komponen Runoff ....................... 87

DAFTAR GAMBAR
Halaman
1

Diagram Alir Penelitian Mekanisme Proses Aliran Permukaan di
DAS ikro Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS Ciliwung Hulu,
Jawa Barat ....................................................................................................... 5

2

Model Perseptual Aliran Bawah Permukaan menurut Engler
(1919) (Sumber: Weiler et al 2005) ................................................................ 11

3

ARR tipe HOBO, Bangunan Bendung (weir) Penduga Debit, dan
AWLR tipe Pelampung pada Titik Keluaran DAS Mikro Cakardipa ............ 26

4

Bor Manual Terbuat dari Pipa Besi Baja yang Dipergunakan untuk
Mengetahui Kedalaman Tanah dan Batuan .................................................... 27

5

Pengeboran Tanah untuk Menentukan Kedalaman Batuan (bedrock)............
di DAS Mikro Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS Ciliwung Hulu ........ 28

6

Lokasi Pengamatan Batuan dan Pemasangan Jaringan Pengamatan ..............
Hidrokimia secara Spasial di DAS Mikro Cakardipa, Sub DAS ....................
Cisukabirus...................................................................................................... 29

7

Skema Pemasangan Jaringan Pengamatan Hidrokimia di Lereng sebelah
Barat dan Timur DAS Mikro Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus.................... 31

8

Tensiometer (A), Suction Sampler (B), dan Piezometer (C) yang
Dipergunakan pada Penelitian ini ................................................................... 32

9

Peta Satuan Lahan DAS Mikro Cakardipa, Sub DAS Cisukbirus, DAS
Ciliwung Hulu ................................................................................................. 44

10 Penggunaan Lahan di DAS Mikro Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus,
DAS Ciliwung Hulu ........................................................................................ 46
11 Kadar Air Tanah Lereng Sebelah Timur dan Barat DAS Mikro Cakardipa ... 47
12 Porositas Tanah Lereng Sebelah Timur dan Barat DAS Mikro Cakardipa .... 47
13 Distribusi Curah Hujan dan Evapotransiprasi Dasarian Rata-rata di
Stasiun Pengamat Curah Hujan Citeko, Megamendung, Bogor ..................... 51
14 Intensitas Hujan dan Debit Sesaat DAS Mikro Cakardipa episode
Oktober-Desember 2009 ................................................................................. 52
15 Intensitas Hujan dan Debit Sesaat DAS Mikro Cakardipa episode
10-16 Pebruari 2010 ........................................................................................ 53

16 Intensitas Hujan dan Debit Sesaat episode 14 Pebruari 2010 di DAS
Mikro Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS Ciliwung Hulu ................... 56
17 Fluktuasi tinggi hidrolik bulanan airbumi secara lateral dan vertikal di

DAS Mikro Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS CiliwungHulu..............57
18 Dinamika Aliran Bawah Permukaan pada Kejadian Hujan
14 Pebruari 2010 di DAS Mikro Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus,
DAS Ciliwung Hulu ....................................................................................... 60
19 Kandungan Kation dan Anion Utama di dalam Air Bumi di Beberapa Titik
Pengamatan (Musim Kemarau 2009) ............................................................. 62
20 Kandungan Kation dan Anion Utama di dalam Air Bumi di Beberapa
Titik Pengamatan (Musim Hujan 2009/2010) ................................................ 63
21 Distribusi Kation dan Anion Air Tanah pada Beberapa Kedalaman
Secara Spasial di DAS Mikro Cakardipa ...................................................... 66
22 Korrelogram Beberapa Unsur Hidrokimia pada Air Bumi di DAS Mikro
Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS Ciliwung Hulu pada Juni
2009-April 2010 ............................................................................................ 67
23 Korrelogram Beberapa Unsur Hidrokimia pada Air Tanah di DAS Mikro
Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS Ciliwung Hulu pada Juni
2009-April 2010 ............................................................................................ 68
24 Korrelogram Beberapa Unsur Hidrokimia pada Air Hujan di DAS Mikro
Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS Ciliwung Hulu pada Juni
2009-April 2010 ............................................................................................ 69
25 Grafik hubungan antara faktor 1 dan faktor 2 untuk melukiskan
keeratan antar unsur hidrokimia .................................................................... 75
26 Plot residual konsentrasi masing-masing unsur terhadap konsentrasi
air sungai ........................................................................................................ 77
27 Konsentrasi hidrokimia hasil pengamatan dan pendugaan
berdasarkan EMMA ....................................................................................... 79
28 Hasil analisis statistik (RB) terhadap tiga sumber area yang
diproyeksikan terhadap 3 dimensi subruang air sungai .................................. 80
29 Hasil analisis statistik (RRMSE) terhadap tiga sumber area
yang diproyeksikan terhadap 3 dimensi subruang air sungai ......................... 80
30 Hasil mixing analisis antara Kalsium (Ca) dengan SO4 pada
episode hujan tanggal 14 Februari 2010 ........................................................ 82

31 Separasi hidrograf pada kejadian hujan 14 Pebruari 2010 .............................. 84
32 Keragaman debit secara temporal (kiri) dan konsentrasi unsur K, Na,
Ca, Mg, Si, NO3, SO4, dan Cl dalam diagram C-Q (kanan) pada
kejadian hujan 14 Pebruari 2010 ..................................................................... 89
33 Hubungan Konsentrasi Unsur Hara dan Debit DAS Mikro Cakardipa .......... 91
34 Model konseptual hubungan antara proses limpasan dengan
ketersediaan air secara spasial dan temporal dan pencucian hara ................... 96

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Hasil Pengamatan Kedalaman Tanah dan Batuan (bedrock) untuk
Pemasangan Peralatan Pengamatan Hidrokimia di DAS Mikro
Cakardipa........................................................................................................ 113
2 Uraian Profil Tanah Lereng Sebelah Timur ................................................... 118
3 Uraian Profil Tanah Lereng Sebelah Barat .................................................... 123
4 Kandungan Mineral Liat pada Lereng (Atas, Tengah dan Bawah)
Sebelah Timur pada Berbagai Kedalaman di DAS Mikro Cakardipa,
Sub DAS Cisukabirus ..................................................................................... 127
5 Kandungan Mineral Liat pada Lereng (Atas, Tengah dan Bawah)
Sebelah Barat pada Berbagai Kedalaman di DAS Mikro Cakardipa,
Sub DAS Cisukabirus ..................................................................................... 132

1

I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air sungai merupakan salah satu sumber air permukaan relatif lebih rentan
terhadap pencemaran yang diakibatkan oleh kegiatan manusia dibandingkan air tanah.
Penelitian tentang polusi air tanah dan mekanisme recharge aquifer merupakan
beberapa aplikasi penting dari analisis kimia air (hydrochemical), namun masih
jarang dilakukan. Di sisi lain analisis kimia air merupakan integrator yang berguna
dalam beberapa proses biologi, kimia, dan fisik dalam daerah aliran sungai (DAS),
seperti dekomposisi tanaman, pertukaran kation tanah, penurunan kualitas air secara
kimiawi, dan mineralisasi.
Penilaian tentang pengaruh lingkungan terhadap suatu areal akan sulit diperoleh
apabila tidak ada informasi yang lengkap tentang proses-proses hidrologi, kimia, dan
biologi yang komplek dan saling berkaitan (Christophersen et al 1994). Dengan
demikian hal mendasar yang diperlukan antara lain penelitian yang mempelajari
karakteristik dan proses terjadinya limpasan dan aliran bawah permukaan (subsurface
stormflow) melalui pengamatan karakteristik biologi, geologi, dan kimianya.
Di dalam sumber aliran (source area) terdapat kandungan unsur-unsur kimia
yang secara alami dapat menjadi perunut dalam proses pergerakan aliran air
(limpasan) di dalam DAS. Pemisahan aliran permukaan dengan menggunakan
perunut alami merupakan metode yang dapat dipergunakan untuk memperoleh
pemahaman yang mendalam mengenai proses limpasan. Manfaat dari pengambilan
contoh air secara kimiawi dan data-data perunut yang dihasilkan dapat membantu
kalibrasi model hidrologi. Selain itu data hidrokimia dapat dipergunakan untuk
menduga proporsi limpasan yang berasal dari sumber limpasan yang berbeda pada
waktu yang berbeda, dalam hal ini dengan Simple Mixing Analysis (Dunn et al 2005).
Metode pemisahan aliran permukaan yang digunakan dalam memisahkan
beberapa elemen dalam hidrograf pada beberapa kejadian hujan ada yang bersifat
subjektif. Perbaikan metode pemisahan aliran yang lebih tepat dapat membantu para
ahli hidrologi untuk mengevaluasi alternatif rencana pengelolaan DAS berkelanjutan.

2

Dengan demikian masih diperlukan studi untuk menentukan metode separasi aliran
yang akurat melalui teknik perunut hidrokimia didukung dengan aplikasi media
Geographical Information Systems (GIS). Perunut adalah zat kimia yang digunakan
sebagai tanda untuk mengikuti berlangsungnya reaksi kimia atau proses fisika, atau
untuk menunjukkan posisi atau lokasi suatu zat kimia.
Selanjutnya Dunn et al (2005) mengemukakan bahwa satu hal umum yang
diperlukan dalam pemodelan adalah separasi hidrograf menjadi beberapa bagian
aliran untuk mengidentifikasi sumber aliran dan menduga laju transpor beberapa
polutan. Dalam hal ini data hidrokimia dapat dipergunakan untuk menduga proporsi
aliran yang berasal dari aliran air di dalam DAS.
Mekanisme proses aliran bawah permukaan wilayah hutan di DAS bagian hulu
telah menjadi perdebatan sejak tahun 1930-an (Bonell 1998, McGlynn et al 2002).
Penelitian dengan menggunakan metode atau pendekatan tunggal melalui pendekatan
hidrometrik dianggap memerlukan waktu lama, sehingga saat ini kombinasi
pengamatan melalui pendekatan hidrometrik dan perunut merupakan metode standar
untuk mengatasi perbedaan persepsi antara model dengan konsep-konsep formal
tentang proses limpasan di wilayah hulu suatu DAS (McDonnell 2003). Meskipun
beberapa penelitian hidrologi yang mempelajari aliran bawah permukaan di lereng
(hillslope) sudah banyak dilakukan pada berbagai kondisi iklim, topografi, dan
kondisi geologi, namun masih sedikit yang mengkarakterisasi proses limpasan (aliran
air). Di Indonesia penelitian tentang proses limpasan nampaknya belum dilakukan,
padahal manfaat yang dapat diperoleh cukup banyak. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa data yang diperoleh dari hasil penelitian di bagian lereng di dalam DAS dapat
digunakan oleh komunitas ilmuwan untuk pengembangan dan validasi model atau
konseptualisasi aliran bawah permukaan (Tromp-van Meerveld 2008). Teknik
pemisahan aliran permukaan yang dapat mengkuantifikasi sumber aliran (source
area) sangat penting dalam mendesain stuktur hidraulik, evaluasi model hujan-aliran
permukaan, mempelajari proses pengendalian banjir, serta pendugaan dan
pengurangan kontaminasi air.

3

Penelitian ini menjadi penting karena masih terbatasnya informasi tentang
mekanisme proses aliran (runoff generation) di Indonesia. Selain itu identifikasi
mekanisme pencucian hara dalam skala DAS yang merupakan bagian dari penelitian
ini penting dalam mengembangkan model prediksi dampak perubahan iklim dan
penggunaan lahan terhadap kualitas air permukaan.

1.2 Tujuan Penelitian
1. Mempelajari efektifitas perunut hidrokimia untuk mengkuantifikasi dinamika
aliran selama proses limpasan/aliran air (runoff generation)
2. Menentukan potensi sumber aliran (source area) air sungai di dalam DAS melalui
kuantifikasi

proses

transpor

pelarut

(solute

transport)

selama

proses

limpasan/aliran air, dan mempelajari keragaman ketersediaannya secara spasial
dan temporal,
3. Menyusun model konseptual hubungan antara proses limpasan dengan pencucian
hara dan keragaman ketersediaan air secara spasial dan temporal untuk
mendukung pengelolaan sumber daya air di dalam DAS secara berkelanjutan.
1.3 Manfaat Penelitian
1. Tersedianya informasi efektifitas perunut hidrokimia untuk mengkuantifikasi
proses limpasan/aliran air (runoff generation),
2. Tersedianya informasi potensi sumber daya air yang lebih objektif dan akurat
secara spasial dan temporal di suatu DAS,
3. Tersedianya model konseptual hubungan proses limpasan dengan pencucian hara
dan ketersediaan air secara spasial dan temporal sebagai acuan dalam
perencanaan pengelolaan sumber daya air,
4. Dalam jangka panjang, tersedia alternatif teknologi pengelolaan sumber daya air
dalam mengantisipasi perubahan iklim, sebagai masukan bagi para pengambil
kebijakan dalam perencanaan pengelolaan sumber daya air.

4

1.4

Hipotesis
Hipotesis yang dirumuskan pada penelitian ini yaitu:

1. Kandungan kimia air bervariasi secara spasial dan temporal tergantung pada
karakteristik biofisik DAS dan kondisi hidrogeologinya.
2. Komponen hidrokimia konservatif dapat digunakan sebagai perunut (tracer)
hidrologi daerah aliran sungai
3. Informasi yang diperoleh dari separasi hidrograf dalam jangka panjang dapat
digunakan sebagai sistem peringatan dini (early warning systems) banjir dan
kekeringan, serta penurunan kualitas air.
1.5 Kebaruan Penelitian
1.

Diperoleh informasi perunut konservatif di DAS Mikro Cakardipa, DAS
Ciliwung Hulu.

2.

Diperoleh informasi sumber limpasan (aliran air) dan tingkat pencucian hara di
DAS mikro Cakardipa, DAS Ciliwung Hulu

3.

Diperoleh model konseptual tentang hubungan limpasan dengan ketersediaan air
dan pencucian unsur hara.

1.6 Kerangka dan Ruang Lingkup Penelitian
Untuk mencapai tujuan dan menjawab hipotesis dilakukan serangkaian kegiatan
penelitian yang mencakup beberapa tahapan sebagai berikut: (a) Persiapan meliputi:
studi pustaka, penyusunan proposal, pengumpulan dan inventarisasi data iklim dan
hidrologi, dan pengumpulan peta rupa bumi skala 1:25.000, peta geologi 1:100.000,
dan hidrogeologi skala 1:250.000, (b) Kegiatan lapang mencakup: pengambilan conto
tanah

untuk analisis fisika, kimia, dan mineral; pengamatan kedalaman batuan;

pemasangan/instalasi peralatan pengamatan hidrokimia; pemasangan alat pengukur
debit dan curah hujan; pengambilan conto air, (c) entri dan analisis

data hasil

penelitian lapang meliputi: analisis karakteristik biofisik DAS, analisis hidrograf
debit berdasarkan pengukuran hidrometrik dan hidrokimia dengan metode end
member mixing analysis, analisis hubungan konsentrasi unsur hidrokimia dan debit,

5

(d) penyusunan model konseptual hubungan limpasan dengan ketersediaan air dan
pencucian unsur hara, dan (d) penyusunan desertasi.
Diagram alir ruang lingkup penelitian disajikan pada Gambar 1. Selanjutnya
metode yang digunakan untuk memahami beberapa proses hidrologi tersebut
dilakukan pada DAS berukuran kecil. Variabilitas di dalam DAS berukuran kecil
rendah sehingga beberapa proses hidrologi yang terjadi dalam DAS dapat dipelajari
lebih efektif.

Pengamatan Lapang

Karakterisasi wilayah:
Inventarisasi peta geologi dan
hidrogeologi
Pengumpulan data iklim dan hidrologi
Pengamatan topografi
Pembuatan profil tanah
Pengambilan conto tanah untuk analisis
fisika, kimia, dan mineral tanah
Pengukuran kedalaman batuan

Pengukuran hidrometrik
untuk pemisahan aliran
permukaan

Pengambilan sampel
air: untuk analisis
hidrokimia

Analisis Laboratorium
Tanah:
Fisika: tekstur, BD, pF, permeabilitas
Kimia: pH, bahan organik, nilai tukar kation
Mineral tanah

Air:
Kation dan anion : K, Na, Ca, Mg, SO4 ,
NO3, SiO2, Cl, HCO3

Konsep hubungan antara proses aliran permukaan
dengan pencucian hara dan keragaman ketersediaan
air secara spasial dan temporal

Gambar 1 Diagram Alir Penelitian Mekanisme Proses Aliran Air di DAS
Mikro Cakardipa, Sub DAS Cisukabirus, DAS Ciliwung Hulu.

6

7

II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sumber Daya
Penanganannya

Air

di

DAS

Ciliwung:Permasalahan

dan

Upaya

Pengelolaan sumber daya air (water resources management) saat ini menjadi
isu yang banyak diperbincangkan di berbagai sektor. Pencemaran lingkungan yang
makin meningkat mengakibatkan penurunan kualitas air permukaan, sehingga
diperlukan pemahaman yang lebih baik tentang hubungan antara air permukaan
dengan aliran dasar (baseflow) yang berasal dari air tanah. Pemahaman terhadap
karakteristik baseflow sangat bermanfaat untuk: 1) pihak-pihak yang terkait dengan
pengelola dan pengguna air tanah, 2) mengkuantifikasi polusi air tanah yang masuk
kedalam aliran sungai, 3) mempelajari perilaku air tanah dalam berkontribusi
terhadap aliran sungai, serta 4) merancang dan mengimplementasikan upaya
perlindungan terhadap habitat sungai.
DAS Ciliwung Hulu memiliki luas 14.876 ha dimulai dari hulu sampai
Stasiun Pengamatan Air Sungai (SPAS) Katulampa Bogor. Curah hujan rata-rata
tahunan selama periode 1989-2001 adalah 3.636 mm dengan rata-rata hujan bulanan
mencapai 303 mm (Kusmana 2003). Berdasarkan data pengamatan selama 1990-2006,
debit maksimum absolut harian sungai Ciliwung mencapai 80,1 m3/s terjadi pada
tanggal 12 Februari 2001, debit minimum absolut harian sebesar 0 m3/s terjadi pada
tanggal 11-13 Oktober 1997, sedangkan debit rata-rata selama periode tersebut
sebesar 9,7 m3/s.
Debit maksimum Sungai Ciliwung yang terjadi selama musim hujan cenderung
meningkat dari tahun 1997 sampai dengan tahun 2006 sebesar 5,6 %, sedangkan debit
minimum cenderung menurun sebesar 91,4 %. Rasio debit maksimum dan minimum
dapat dipergunakan sebagai indikator dalam menilai tingkat kerusakan sumber daya
air di dalam DAS. Meskipun batasan nilai rasio debit maksimum dan minimum
berbeda untuk setiap sungai, namun data tersebut memberikan gambaran telah terjadi
kerusakan sumber daya air DAS khususnya di DAS Ciliwung dan pada umumnya di
Indonesia.

8

Beberapa permasalahan yang dijumpai dalam pengelolaan sumber daya air di
DAS Ciliwung antara lain: 1) secara umum, ketersediaan air telah sangat kritis, 2)
pemanfaatan ruang baik di sepanjang sempadan sungai maupun pengelolaan di badan
sungainya tidak terkendali, 3) Ketersediaan air yang dapat dimanfaatkan untuk
berbagai kepentingan semakin mahal dan langka baik kuantitas maupun kualitasnya,
sehingga menimbulkan berbagai konflik antar sektor maupun antar wilayah, 4)
fluktuasi ketersediaan air permukaan sangat tinggi, sehingga sering terjadi banjir di
musim hujan dan kekeringan di musim kemarau, 5) belum adanya kesinergian antar
wilayah dalam bentuk role sharing antara Propinsi/Kabupaten/Kota di daerah hulu
dengan Propinsi/Kabupaten/Kota di daerah hilir dalam rangka penanganan hulu DAS.
Kondisi tersebut memberikan gambaran tentang telah terjadinya kerusakan DAS yang
berdampak terhadap permasalahan surplus/defisit neraca air sepanjang tahun
(Anonim 2004).
Untuk menanggulangi bencana alam seperti banjir yang kerap terjadi setiap
tahun, perlu dibentuk kelembagaan pengelolaan DAS yang berfungsi untuk
menyelesaikan berbagai isu menyangkut segala permasalahan bencana banjir
(Santoso 2006). Masalah pengelolaan DAS juga berhubungan erat dengan lintas
sektor/instansi/lembaga, lintas wilayah adminsitrasi (Negara/ Propinsi/ Kabupaten/
Kota), serta lintas disiplin ilmu (lingkungan, ekonomi, sosial, politik, hukum). Selain
rekomendasi teknis, diperlukan rekomendasi kebijakan karena DAS Ciliwung berada
di dua propinsi yaitu Jawa Barat dan DKI Ibukota, yaitu pengelolaan DAS terpadu
untuk mewujudkan kebijakan one river, one plan, one management dan untuk itu
perlu dipastikan bentuk campur tangan pemerintah pusat. Dalam kaitan ini diperlukan
studi peran multipihak dalam penetapan cost and benefit sharing serta imbal jasa
lingkungan antara pemerintahan dan masyarakat di wilayah hulu dan hilir.
Kejadian banjir dan kekeringan dapat menimbulkan dampak nyata terhadap
sosial ekonomi masyarakat. Pada umumnya hal ini terjadi karena distribusi air yang
tidak merata dan kelembagaan yang tidak berfungsi dengan baik, serta ketidaktahuan
masyarakat dalam memanfaatkan sumberdaya air. Berbagai upaya telah dilakukan
pemerintah dalam rangka mengantisipasi banjir dan kekeringan. Dalam jangka

9

pendek responnya dapat segera terlihat, seperti perubahan praktek-praktek
penggunaan lahan, pemanfaatan irigasi dari reservoir, kampanye mitigasi banjir dan
kekeringan melalui konservasi air, dan penyediaan tangki air minum. Sedangkan
untuk jangka panjang, meliputi perubahan jenis tanaman dan pembangunan reservoir
penyimpan. Pengelolaan sumberdaya air baik kualitas maupun kuantitas semakin
penting baik di pulau Jawa maupun luar Jawa seperti Sumatera, Kalimantan,
Sulawesi, dll. Dengan karakteristik permasalahan yang berbeda, pendekatan yang
dilakukan tentu saja berbeda. Di pulau Jawa terutama wilayah Jabodetabek,
permasalahannya terjadi karena kepadatan penduduk (over population) serta
terjadinya degradasi dan deplesi sumberdaya air. Di pulau Jawa, permasalahan
kuantitas dan kualitas air telah menimbulkan konflik kepentingan antara pertanian,
industri, dan munisipal, serta antara penggunaan air permukaan dan air tanah seiring
dengan pertumbuhan areal perkotaan yang makin cepat. Dengan demikian perbaikan
pengelolaan sumberdaya air merupakan hal penting dalam meningkatkan pengelolaan
air berkelanjutan (Anonim 2006), yang antara lain dapat dilakukan melalui: (1)
peningkatan produktivitas air melalui: a) praktek budidaya tanaman yang lebih baik
yang mencakup perbaikan varietas dan substitusi tanaman, b) praktek pengelolaan air
yang lebih baik, mencakup pemberian irigasi suplemen yang lebih tepat, re-alokasi air
untuk penggunaan dari komoditas yang memiliki nilai ekonomi rendah ke yang
memiliki nilai ekonomi tinggi dan, (2) meningkatkan penyimpanan air melalui
pengembangan potensi sumberdaya air, dalam hal ini mencakup pembangunan dam,
recharge groundwarer, dan panen air hujan. Dengan demikian kuantifikasi potensi
sumberdaya air sangat diperlukan untuk mendukung perbaikan pengelolaan
sumberdaya air.
2.2

Perkembangan Penelitian Tentang Aliran Bawah Permukaan (Subsurface
Stormflow)
Beberapa penelitian tentang aliran bawah permukaan menyatakan bahwa aliran

bawah permukaan merupakan aliran tidak jenuh (unsaturated flow) di dalam zone
tidak jenuh (unsaturated zone). Namun hasil penelitian pada umumnya menunjukkan

10

bahwa aliran bawah permukaan merupakan fenomena aliran air jenuh (atau
mendekati jenuh) (Weiler McDonnell, Meerveld, dan Uchida 2005). Aliran bawah
permukaan juga termasuk air tanah dan airbumi (soil water dan groundwater). Air
tanah (soil water) atau zone tidak jenuh adalah area di dalam profil tanah yang
memiliki matrik potensial < 0 kPa, sedangkan groundwater atau zone jenuh
didefinisikan sebagai area di dalam profil tanah yang memiliki matrik potensial ≥ 0
kPa.
Aliran bawah permukaan menggambarkan semua proses limpasan (aliran air)
yang terjadi di lereng/hillslope (dekat permukaan tanah) yang menghasilkan hidrograf
aliran selama kejadian hujan. Aliran ini bergabung langsung ke dalam aliran pada
jalur preferensial seperti pori makro dan lapisan dengan permeabilitas tinggi. Aliran
bawah permukaan yang cepat erat kaitannya dengan kondisi hidraulik dari area jenuh
di lereng karena adanya infiltrasi air hujan.
Aliran pada skala lereng terdiri dari aliran yang homogen (homogeneous matrix
flow) dan aliran preferensial (preferential flow). Aliran homogen terjadi karena area
yang jenuh di dalam tanah akan mengalami peningkatan gradient hidraulik yang cepat
jika terdapat infiltrasi air. Proses ini terjadi di lereng dimana lapisan tanah dengan
permeabilitas tinggi dan kapasitas infiltrasi tinggi terletak di atas lapisan tanah
dengan permeabilitas rendah (seperti batuan dan horizon argillic). Karena air yang
disimpan di lereng relatif besar tergantung jumlah hujan, area lereng sering
berkontribusi besar terhadap air tanah di sungai, karena hanya sebagian kecil aliran
permukaan yang diperlukan untuk meningkatkan gradient hidraulik di lereng. Proses
aliran ini sering digambarkan sebagai translatory flow (Burt 1989), transmissivity
feedback (Rodhe 1987) atau aliran lateral pada lapisan antara tanah dan batuan (soilbedrock interface) (Tani 1997). Aliran preferential secara lateral terjadi di dalam
tanah dimana aliran air dipengaruhi oleh pori makro, atau di area yang memiliki
permeabilitas lebih tinggi dibandingkan matriks tanah sekitarnya. Pori makro dalam
tanah atau rekahan batuan mengalirkan air lebih efisien dan cepat dari lereng menuju
sungai (Beven dan Germann 1982). Pori makro yang membesar karena adanya erosi
atau saling berhubungan satu sama lain disebut soil pipes (Anderson dan Burt 1990).

11

Aliran preferensial sering disebut sebagai aliran preferential secara lateral
(Tsuboyama et al 1994, McDonnell 1990) dan pipeflow (Uchida et al 1999).
Pergerakan air secara lateral dalam tanah merupakan proses penting dalam
pendistribusian air, hara, dan larutan di dalam suatu lingkungan dataran tinggi.
Selain sebagai kontributor penting terhadap volume aliran sungai, aliran bawah
permukaan juga berperan dalam transpor hara kedalam air permukaan (McGlynn dan
McDonell 2003). Karena jalur aliran air di bawah permukaan sering menentukan
kimia air dan kualitas air, maka karakterisasi jalur aliran bawah permukaan dan asal
muasal air penting untuk dipelajari (Burns et al 2003). Selain itu aliran bawah
permukaan dapat meningkatkan tekanan pori tanah di lahan yang curam (Uchida et al
1999) dan dapat memicu terjadinya longsor (Montgomery et al 1997, Sidle dan
Tsuboyama 1992). Oleh karena itu proses aliran bawah permukaan mendapat
perhatian utama dan penting d

Dokumen yang terkait

Perunut hidrokimia sebagai indikator kinerja pengelolaan DAS studi kasus DAS Ciliwung Hulu