V. SIMULASI LUAS HUTAN TERHADAP HASIL AIR

Transkripsi

1 V. SIMULASI LUAS HUTAN TERHADAP HASIL AIR 5.1. Simulasi di Sub DAS Cisadane Hulu Validasi model dilakukan dengan menggunakan data debit sungai harian tahun Selanjutnya disusun 10 alternatif simulasi perubahan luasan hutan, untuk melihat pengaruh perubahan luas hutan di Sub DAS Cisadane Hulu terhadap perubahan evapotranspirasi aktual, water yield dan debit sungai. Susunan skenario simulasi yang digunakan adalah seperti Tabel 15. Tabel 15. Simulasi luas hutan di Sub DAS Cisadane Hulu Luas Skenario Keterangan (Ha) A* (%) 0 Luas hutan kondisi saat ini ,00 1 Penutupan lahan semuanya hutan ,42 2 Tidak ada hutan, hutan existing menjadi semak belukar 3 Luas hutan bertambah, semak belukar dan lahan tegalan menjadi hutan 0-100, ,76 4 Lereng lahan < 25 % menjadi hutan ,64 5 Lereng lahan >= 25 % menjadi hutan ,05 6 Luas hutan bertambah, semak belukar, rumput ilalang / tanah kosong menjadi hutan 7 Luas hutan bertambah, semak belukar, rumput ilalang / tanah kosong dan kebun/perkebunan menjadi hutan 8 Luas hutan bertambah, lahan tegalan menjadi hutan 9 Lahan tegalan menjadi hutan, dan hutan menjadi lahan tegalan 10 Kebun perkebunan menjadi hutan, dan hutan menjadi semak belukar , , , , ,89 Ket:*) Perubahan luas hutan terhadap kondisi existing; nilai negatif menunjukan luas hutan berkurang

2 72 Simulasi perubahan luas hutan terbagi menjadi dua bagian, yaitu luas hutan bertambah (skenario 1, 3, 5, 6, 7, 8) dan luas hutan berkurang (skenario 2, 4, 9, 10). Skenario 0 merupakan kondisi saat penelitian dilakukan. Perubahan luasan hutan (%) merupakan luas hutan simulasi relatif terhadap luas hutan kondisi awal. Skenario 1 menggambarkan luas hutan bertambah 73 % dari kondisi awal. Pada simulasi 2 menunjukkan luas hutan berkurang 100% dari kondisi awal, artinyaa tidak ada hutan samaa sekali; hutan berubah menjadi semak belukar. Perubahan luas hutan ini berasal dari perubahan jenis tutupan lahan semak belukar, lahan tegalan, kebun/perkebunan ataupun rumput/tanah kosong menjadi hutan atau sebaliknya. Model yang telah divalidasi, sebagaimanaa diuraikan pada BAB IV, digunakann untuk melakukan simulasi dampak perubahan luas hutan terhadap jumlah debit sungai, water yield dan evapotranspirasi aktual. Data prosentasee luasan hutan relatif terhadap luas DAS Cisadane Huluu secara lengkap disajikan Gambar 36. Luas FRST (Ha) Skenario Luas FRST / luas DAS (%) Gambar 36. Luas hutan dan persen luas pada berbagai alternatif simulasi

3 73 Hubungan Perubahan Luas Hutan terhadap Jumlah Run off Limpasan permukaan (run off) merupakan respon DAS terhadap curah hujan akibat perbedaan tutupan lahan. Dalam rangka melihat pengaruh luasan hutan terhadap run off, maka dari hasil simulasi terlihat bahwa hubungan antara luas hutan dalam suatu DAS terhadap run off bersifat linear negatif, artinya luasan hutan bertambah maka akan sangat signifikan dalam menurunkan total run off, sebaliknya juga berlaku berkurangnya luasan hutan dalam suatu DAS akan meningkatkan run off. Hubungan antara luasan hutan dalam Sub DAS Cisadane dengan limpasan permukaan sangat signifikan dengan nilai R 2 = 0,961, seperti ditunjukkan pada Gambar 37 Limpasan maksimum terjadi ketika tidak ada hutan. Bertambahnya proporsi luasan hutan dalam suatu DAS maka limpasan permukaan semakin menurun. Setiap bertambahnya 1 ha luasan hutan, limpasan permukaan berkurang 8,07 mm/tahun/ha hutan atau sebesar 8,06 juta m 3 /tahun Jumlah SurQ/tahun (mm) SurQ = -8,0687FRST ,9 R² = 0.961, n=11 FRST(%) Gambar 37. Hubungan luas hutan dengan jumlah run off di Sub DAS Cisadane Hulu Hubungan luasan hutan dengan tingkat kadar air tanah juga bersifat linier positif, sehingga luasan hutan dalam suatu DAS dapat meningkatkan kadar air tanah. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 38 di mana luasan hutan menyebabkan

4 74 kadar air tanah naik dari rata-rata 174,5 mm/th menjadi 187,5 mm/th dengan R 2 sebesar 0,66 dan hubungan antara luasan hutan dan kadar air tanah disajikan pada Gambar Jumlah SW/tahun (mm) SW = 0,1322FRST + 174,51 R² = 0,6693, n=11 FRST (%) Gambar 38. Hubungan antara prosentase luas hutan dengan kadar air tanah (KAT) Perubahan Luas Hutan terhadap Evapotranspirasi Aktual Evapotranspirasi hutan sangat berpengaruh dalam mengendalikan air, karena evapotranspirasi hutan dikendalikan oleh luas daun (LAI). Umumnya nilai LAI hutan sangat besar umumnya di atas 3, sehingga hubungan antara laju evapotranspirasi aktual di Sub DAS Cisadane Hulu dengan luasan hutan bersifat linier positif dengan nilai R 2 = 0,679 seperti yang disajikan pada Gambar 39. Perubahan luasan penutupan lahan berupa semak belukar, sawah, lahan tegalan, dan sedikit kebun/perkebunan, jumlah evapotranspirasi aktualnya per tahun sekitar 679,89 mm (12,32 juta m 3 /tahun). Dengan bertambahnya luas hutan, jumlah evapotranspirasi aktualnya semakin meningkat. Setiap pertambahan 1 ha luas hutan, evapotranspirasi aktual bertambah 0,3393 mm/tahun (339,3 m 3 /th/ha), sehingga dengan adanya kenaikan konsumsi air sebesar 0,3393

5 75 mm/th/ha ternyata hutan mengurangi limpasan sebesar 8,07 mm/th, sehingga hutan sangat positif menyimpan air sebesar 7,73 mm/th/ha. 750 Jumlah ET/Tahun (mm) ET = 0,3393FRST + 676,89 R² = 0,679, n=11 FRST (%) Gambar 39. Hubungan antara persen luas hutan dengan laju evapotarnspirasi aktual Luas Hutan terhadap Jumlah Aliran Air Tanah (ground water flow) Hubungan luasan hutan dengan ground water dalam suatu DAS bersifat linear positif seperti yang ditunjukkan oleh base flow dalam setahun terhadap proporsi luasan hutan R 2 =0,8502 seperti pada Gambar 40. Pada saat tidak ada hutan dengan penutupan lahan berupa semak belukar, sawah, lahan tegalan, dan sedikit kebun/perkebunan, jumlah base flow per tahun sebesar 130,73 mm. Dengan bertambahnya luas hutan, jumlah base flow semakin meningkat. Setiap pertambahan 1 ha luas hutan, menambah base flow bertambah 1,24 mm/ha atau m 3 dalam setahun, sehingga grafik ini secara empiris membuktikan bahwa semakin banyak hutan semakin banyak air tanah yang akan memperbanyak mata air, dan meningkatkan cadangan mata air sehingga dengan demikian hutan adalah induk dari sungai dan menjaga ketersediaan mata air dalam suatu DAS.

6 76 Jumlah GWQ/tahun (mm) GWQ = 1,2392*FRST + 130,73 R² = 0,8502 FRST(%) Gambar 40. Hubungan antar persen luas hutan terhadap jumlah base flow Kenaikan jumlah base flow akibat meningkatnya jumlah hutan akan diikuti dengan menurunnya rasio Qmax/Qmin rata-rata bulanan dalam suatu DAS. Pada saat hutan tidak ada rasio Qmax/Qmin sebesar 148,8 dan pada saat hutan 10% rasio Qman/Qmin akan menurun menjadi 47. Hal ini membuktikan bahwa hutan sangat berperan dalam menurunkan debit masimum dan menjaga debit minimum pada musim kemarau. Hubungan antara luasan hutan dan perbandingan Qmax/Qmin mempunyai nilai R 2 = 0,736 sebagaimana disajikan Gambar 41. Rata-rata Qmax/Qmin FRST(%) Qmax/Qmin = -1,0128*FRST + 148,84 R² = 0, Gambar 41. Perbandingan Qmax/Qmin rata-rata bulan dan luas hutan

7 77 Pada kondisi tutupan hutan maksimum rasio Qmax/Qmin rataan bulanan adalah 41 dan apabila tidak ada hutan sama sekali, maka rasio Qmax/Qmin akan naik menjadi 149, sehingga terjadi hubungan linier negatif antara proporsi luas hutan dengan rasio Qmax/Qmin dengan nilai R 2 = 0,73. Setiap penebangan hutan (pengurangan luas hutan) 1 % hutan di DAS Cisadane Hulu akan menyebabkan menaikkan rasio 1,13 rasio Qmax/Qmin debit rata-rata bulanan, atau setiap penambahan hutan 1 ha menyebabkan pengurangan rasio Qmax/Qmin sebesar -1,012. Hubungan antara luasan hutan dan rasio base flow dan pada berbagai skenario disajikan pada Gambar 42. Hutan sangat berperan dalam mengendalikan limpasan, menaikan base flow karena pada kondisi hutan 100% maka rasio base flow dengan total debit dalam 1 tahun adalah 42,4% dan pada kondisi hutan 0% merupakan aliran base flow paling rendah dari seluruh skenario yang ada. 5.2.Simulasi Luas Tutupan Hutan di Sub DAS Gumbasa Skenario simulasi luas tutupan hutan di Sub DAS Gumbasa dilakukan dengan 10 ulangan simulasi perubahan luasan hutan alam (FRSE) dengan memperhatikan hasil validasi dan kalibrasi sebelumnya. Skenario perubahan tutupan lahan secara lengkap disajikan pada Tabel 16. Proses warming up model menggunakan data Tahun dan kalibrasi menggunakan data Tahun Hubungan antara luasan hutan dengan debit di Sub DAS Gumbasa secara lengkap disajikan pada Gambar 43.

8 78 Skenario 1 (Hutan 100 %) rasio baseflow 42,,4 % Skenario 0 (luas hutan 55,6 %, existing) rasio base flow 30,3 % Skenario 2 (luas hutan 0 %) rasio baseflow 26,9 % Gambar 42. Perbandingan rasio base flow dan direct run off pada berbagai skenario luasan hutan

9 79 Tabel 16. Luas tutupan hutan pada berbagai simulasi di Sub DAS Gumbasa No Simulasi Luas Hutan (Ha) Rasio (%) 0 Kondisi Existing hutan every green ,6 1 Semua lahan menjadi hutan every green kecuali tubuh air ,9 2 Hutan ever green menjadi semak belukar 0 0,0 3 Hutan ever green hanya terdapat di lahan dengan lereng >25% ,0 4 Hutan ever green hanya terdapat diketinggian > 1000 m ,3 5 Hutan ever green hanya terdapat diketinggian > 2000 m ,6 6 Hutan ever green hanya terdapat diketinggian < 2000 m ,0 7 Hutan ever green hanya terdapat diketinggian < 1000 m , Hutan every green hanya terdapat di lahan dengan lereng <25 % ,6 Kebun/perkebunan berubah menjadi hutan every green ,4 Hutan ever green bertambah dari lahan dengan lereng >25 % ,0 Jumlah Q Outflow/Tahun (m3/s) y = FRSE FRSE R² = 0.883, n= Luas FRSE (%) Gambar 43. Hubungan antara jumlah Qoulflow (blue water) di Sub DAS Gumbasa

10 80 Distribusi Q outflow (blue water) akan meningkat seiring dengan meningkatnya water yield (WYLD) di Sub DAS Gumbasa, hubungan ini sangat erat dengan nilai R 2 = 0,99 sebagaimana disajikan pada Gambar 44. Jumlah QOutflow/Tahun (m3/s) QOutflow = *WYLD R² = , n= Gmbar 44. Hubungan antara water yield dengan Q ouflow di Sub DAS Gumbasa Jumlah WYLD/Tahun (mm) Qmax/Qmin= FRSE R² = 0.84, n=11 20 Luas FRSE (%) Gambar 45. Hubungan antara luasan hutan dengan Qmax/Qmin di Sub DAS Gumbasa Meningkatnya jumlah water yield akan mengatur keseimbangan dan distribusi debit aliran. Hal ini terlihat pada Gambar 45 dari hasil simulasi bahwa rasio rata-rata debit maksimum (Q mx/q min) bulanan pada saat hutan

11 81 sedikit (0 %) sekitar 130 dan akan turun rasionya (Qmax/Qmin) menjadi hanya menjadi 2 pada saat seluruh DAS tutupannya berupa hutan dengan tingkat korelasi 0,,84. Hubungan hasil simulasi memberikan penjelasan bahwa hutan alam yang ada di Taman Nasional Lore Lindu menujukkan bahwa sangat berperan dalam mengendalikan limpasan dan fluktuasi debit Sungai di Sub DAS Gumbasa. Dampak perubahan tutupan lahan terhadap volume aliran, sangat nyata terlihat pada musim hujan. Perbandingan output simulasi antar skenario disajikan pada Gambar 46. Skenario luasan hutan 96,1 % rasio base flow 45,6 % Skenario luasan hutan 71,6 % rasio base flow 37,0 %

12 82 Skenario luasan hutan 0 % rasio base flow 34.6 % Gambar 46. Rasio total base flow pada berbagai skenario luasan hutan di Sub DAS Gumbasa Perubahan luas hutan terhadap curah hujan, erosi dan sedimentasii Dalam rangka melihat perubahan tutupan lahan terhadap erosi, sedimentasi dan perubahan iklim (input curah hujan) dilakukan perubahan dengan menggunakan 3 skenario perubahan tutupan lahan Skenario 1 (S0) merupakan kondisi existing; penutupan lahan dengann total luas hutan 71,,6 %. Skenario dan open 2 (S1), sekitar 23,39% lahan, grass land, coffee, coconut, agriculture forest berubah menjadi hutan alam (FRSE). Skenario 3 (S2), sekitar % hutan alam (FRSE) berubah menjadi semak belukar. Peta sebaran tupan lahan setiap skenario ditunjukkann pada Gambar 47. Untuk perubahan jumlah curah hujan ada 3 skenario. Skenario 1 (CH0%) merupakan rata-rata curah hujan kondisi awal (Tahun 2004). Skenario 2 (CH+25%), jumlah curah hujan bertambah 25% dari rata-rata curah hujan awal (tahun 2004). Skenario 3 (CH-25%), jumlah curah hujan berkurang 25% dari rata-rata curah hujan kondisi pada Tahun Skenario perubahan jumlah curah hujan ini menggunakan featuree weather generator yang tersedia di SWAT, di mana periode simulasinya dari Tahun dengan resolusi bulanan.

13 83 Kombinasi skenario perubahan curah hujan dan tutupan lahan di DAS Gumbasa yang digunakan dalam simulasi tersebut disajikan padaa Tabel 17. A B C A. Skenario (S2): FRSE (hutan alam ) %, B. Skenario (S0): FRSE (hutan alam ) % C. Skenario (S1): FRSE (hutan alam ) % Gambar 47. Tutupan lahan pada berbagai skenario di Sub DAS Gumbasaa Tabel 17. Skenario S1 S0 S2 Kombinasi skenario perubahan curah hujan dan tutupan lahan di DAS Gumbasaa FRSE 5.33% 71.60% 96.90% Jumlah Curah Hujan CH-25 % S2-CH-25% S0-CH-25% S1-CH-25% CH0% S2-CH0% S0-CH0% S1-CH0% CH+25% S2-CH+25% S0-CH+25% S1-CH+25% Ket : CH= curah hujan FRSE = forest every green Pada Gambar 48 terlihat bahwa pada simulasi luasan hutan yang lebih luas (S1) menghasilkan debit lebih tinggi pada beberapa hari setelah hujan,

14 84 sehingga fungsi regulator air dan penurunan limpasan hutan sangat berperan, dibandingkan dengan luasan hutan yang lebih kecil pada skenario (S0) dan (S2). Q (m3/s) Tanggal 0.0 3/19 3/26 4/2 4/9 4/16 4/23 4/30 5/7 5/ CH Existing / FRSE % (S0) FRSE % (S1) FRSE % (S2) Curah hujan (mm) Gambar 48. Perbandingan water yield pada berbagai skenario luasan hutan Evapotranspirasi (mm) Tanggal 0.0 1/1 2/1 3/1 4/1 5/1 6/1 7/1 8/1 9/1 10/1 11/1 12/1 Existing/FRSE 71.96% (S0) FRSE 95.35% (S1) FRSE 55.33% (S2) Gambar 49. Perbandingan pola evapotranspirasi aktual (ETA) antar skenario

15 85 Pada Gambar 49 terlihat bahwa laju evapotranspirasi aktual terjadi paling tinggi pada musim hujan karena faktor ketersediaan kadar air tanah, sehingga laju evapotranspirasi aktual (ETA) sama dengan laju evapotranspirasi potensial (ETP). Dalam hal inii hutan selain mempunyai kemampuan menguapkan air yang tinggi juga diimbangi dengen kemampuan meresapkan air yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengann jenis tutupan lahan lainnya. Jumlah curah hujan selama simulasii sekitar mm yang tersebar dalam 267 hari hujan. Hasil simulasii menunjukkan semakin luas hutan alami maka jumlah evapotranspirasi aktual akan semakin tinggi. Hal ini tercermin dari jumlah evapotranspirasi dari S1 (947 mm) relatif lebih tinggi dibandingkan dengan skenario S0 (903 mm) dan S2 (811 mm). Meningkatnya jumlah evapotranspirasi aktual inii berdampak pada jumlah curah hujan netto (CH-ET) yang lebih rendah dibandingkan S0 dan S2 seperti yang terlihat pada Gambar 50. Gambar 50. Perbandingan curah hujan netto setiap skenario Dari Gambar 51 terlihatt bahwa pada skenario hutan lebih luas distribusi kadar air tanah berada di tengah, sedangkan pada skenario S3 akan terjadi

16 86 pengurangan kadar air tanah secara signifikan, sehingga pada Bulan September dan Oktober akan mengalami kondisi hampir mendekati titik layu permanen. Rata-rata KAT (mm) S0 S1 S Gambar 51. Dinamika kadar air tanah pada berbagai skenario di Sub DAS Gumbasa Hubungan antara laju erosi dan sedimentasi dengan luasan hutan di Sub DAS Gumbasa sangat jelas, makin luas hutan maka sedimen menurun dan sedimentasi juga akan menurun. Pada kondisi Tahun 2004 laju sedimentasi 1,5 juta ton/tahun dan akan mengalami kenaikan menjadi 2,2 juta ton/tahun apabila luas lahan hutan berkurang menjadi hanya 55,3% data selengkapnya disajikan pada Gambar 52. Jumlah sedimentasi yang akan terjadi pada berbagai skenario dapat dilihat pada Tabel 18. Tabel 18. Rekapitulasi output sedimentasi setiap skenario di Sub DAS Gumbasa Variable Skenario Luas Hutan Alam S0 S1 S2 Sediment Yield (ton/ha/thn) Sediment out (ton/tahun)

17 87 Jumlah sedimen(juta ton/ tahun) S2 Sedimen = -17,903*FRSE + 3E+06 R² = 0,8328 S0 FRSE (Ha) S1 Gambar 52. Hubungan antara luasan hutan dengan laju sedimentasi di Sub DAS Gumbasa Hubungan antara curah hujan simulasi dengan curah hujan hasil pengukuran disajikan pada Gambar 53, dengan nilai korelasi R 2 = 0,96, sehingga data bangkitan hujan dari SWAT cukup memadai dan bisa digunakan untuk memprediksi curah hujan ke depan. Curah Hujan Obs (mm) CH-25% CH0% CH+25% DataCH = 1,0021*SimCH R2 = 0,9656 Curah Hujan model (mm) Curah Hujan model (mm) Gambar 53. Perbandingan curah hujan hasil simulasi dan hasil pengukuran di Sub DAS Gumbasa

18 88 Skenario perubahan input curah hujan mm/th dan akan menjadi mm apabila terjadi kenaikan hujan 25% dan akan menjadi mm/th apabila terjadi perubahan pola hujan yang berkurang 25%. Ketersediaan air setiap bulan pada berbagai skenario perubahan curah hujan dan perubahan pola penutupan lahan secara lengkap disajikan pada Lampiran 8. Sementara kombinasi antara luasan hutan dengan perubahan pola curah hujan sampai dengan tahun 2050 dari hasil simulasi dam keluaran model disajikan pada Lampiran Dari data tersebut pola pengurangan hutan lebih signifikan dibandingkan dengan adanya perubahan curah hujan.