PREDIKSI KANDUNGAN NITRAT PADA WADUK CISANTI DENGAN MENYERTAKAN LIMPASAN PERMUKAAN SEBAGAI SUMBER

Transkripsi

1 No: 12234/0708/P/2008 PREDIKSI KANDUNGAN NITRAT PADA WADUK CISANTI DENGAN MENYERTAKAN LIMPASAN PERMUKAAN SEBAGAI SUMBER Diajukan Dalam Rangka Menyelesaikan Studi di Program Studi Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung Oleh Zuhril Alim NIM: Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 ABSTRAK Badan air dan daerah tangkapan hujan saling berhubungan dimana hujan yang turun pada daerah tangkapan berkaitan erat dengan perpindahan material dari tanah menuju air. Limpasan permukaan pada daerah tangkapan waduk Cisanti diperkirakan membawa senyawa pencemar nitrat sedangkan waduk Cisanti mempunyai peranan penting bagi kehidupan masyarakat sekitarnya, sehingga segala bentuk gangguan harus ditanggulangi. Penentuan limpasan permukaan dan konsentrasi senyawa nitrat dalam limpasan dilakukan dengan menggunakan model komputer limpasan permukaan dan model komputer nitrat. Model limpasan permukaan dikembangkan berdasarkan kesetimbangan air dalam segmen, dan model nitrat dikembangkan berdasarkan persamaan-persamaan nitrat dalam perairan. Simulasi diawali dengan penentuan limpasan permukaan, kemudian dilanjutkan dengan penentuan konsentrasi nitrat dalam limpasan. Simulasi juga dilakukan dengan menggunakan beberapa harga variabel konsentrasi awal dan faktor retardasi yang bervariasi untuk melihat perubahan konsentrasi nitrat dalam waduk. Hasil simulasi menunjukkan bahwa jumlah perpindahan sedimen beserta senyawa-senyawa nutrien berbanding lurus dengan massa air yang membawanya. Hal ini berarti besarnya limpasan permukaan menentukan besaran material yang akan masuk dalam perairan sehingga pengelolaan daerah tangkapan memegang peran penting terhadap kualitas air pada waduk. Kata kunci: daerah tangkapan, limpasan permukaan, nitrat dan waduk

3 ABSTRACT A water body and the catchment area are interrelated that falling rain on the catchment will reach to the reservoir in the form of overland flow. The overland flow on the Cisanti catchment area is assumed to be contained with nitrate compounds. Whereas, Cisanti reservoir has important roles to the surrounding community. Thus, any kind of disturbance must be prevented. To compute overland flow and nitrate concentrations, computer models were used. The overland flow model was developed based on the concept of water balance in a segment, and the nitrate model was developed based on nitrogen compouds in the water. The first simulation is conducted to determine the overland flow, then it is used to estimate nitrate concentrations. Simulation on overland flow is conducted by employing various variables such as initial concentration and retardation factor in order to know the alterations of nitrate concentrations in the water. The simulation results show that the amount of nitrate compounds transported by sediment is directly proportional to the mass of overland flow. It means that the amount of overland flow determines the amount of eroded soil materials entering to the reservoir. Thus, management of catchment area play important roles on the quality of water in the reservoir. Key words: catchments area, overland flow, nitrate and reservoir

4 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah swt karena hanya berkat karunia-nya Laporan Tugas Akhr ini dapat tercipta di dunia. Sholawat dan salam semoga tercurah kepada teladan dan panutan penulis, Baginda Nabi Muhammad saw, semoga penulis mendapatkan syafa at beliau. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa sejak dimulainya rencana pemilihan tema dan judul sampai dengan selesainya makalah ini bukan semata-mata kemampuan penulis melainkan karena penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak baik moriil maupun materiil. Oleh karena itu pada kesempatan ini, perkenankanlah penulis menyampaikan rasa penghargaan dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Dr. Ir. Priana Sudjono, MS, DiplEng selaku pembimbing atas kebaikan, bimbingan, kesabaran dan pengertiannya terhadap kondisi penulis. 2. Dr. Asep Sofyan dan Dr. Sukandar selaku penguji pada sidang sarjana atas petunjuk dan pengarahannya selama sidang. 3. Dr. Simon Brahmana, CES, DEA dan Ir. Eko Wirianto, MT dari BLK PUSAIR, yang bersedia membagi wawasannya kepada penulis. 4. Ibu Titi, Pak Asep, Pak Ade, Pak Cecep, Ibu Mimin, Ibu Sri, Pak Wawan dan karyawan-karyawan Prodi TL lainnya, terima kasih atas bantuannya demi kelancaran pengerjaan Tugas Akhir ini. 5. Rekan-rekan mahasiswa program studi Teknik Lingkungan. Selesainya laporan ini bukan berarti laporan ini sempurna, bebas dari cacat dan kesalahan. Melainkan terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun redaksi. Oleh karena itu penulis menyampaikan maaf yang sebesar-besarnya kepada pembaca. Kritik dan saran sangat diharapkan penulis demi tercapainya perkembangan ilmu pengetahuan di Indonesia, khususnya bagi civitas academica Teknik Lingkungan ITB. Akhir kata, penulis mengajak pembaca untuk bersama memajukan ilmu pengetahuan di Indonesia. Demikian sedikit pengantar dari penulis. Terima kasih atas segala apresiasi pembaca. Bandung, 27 Juni 2008 Penulis

5 DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix BAB I PENDAHULUAN... I Latar Belakang... I Maksud Penelitian... I Ruang Lingkup... I Metodologi... I Sistematika Pembahasan... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... II Waduk... II Faktor Penentu Fungsi Waduk... II Karakteristik Fisik dan Hidrologi... II Stratifikasi Temperatur dalam Waduk... II Oksigen Terlarut dalam Waduk... II Limpasan Permukaan... II Terjadinya Limpasan Permukaan... II Presipitasi... II Limpasan Permukaan dengan Unsur Hara Tanah... II Eutrofikasi... II Pengertian Eutrofikasi... II Akibat dari Eutrofikasi... II Mekanisme Dasar Terjadinya Eutrofikasi... II Hubungan Limpasan Permukaan dengan Eutrofikasi... II Senyawa Nitrogen... II Nitrogen Tanah... II-13 iv

6 2.4.1 Perilaku Nitrogen pada Danau atau Waduk... II Model Nitrat pada Waduk... II Model One Box... II Model Two Box... II Model Ekologi... II-17 BAB III GAMBARAN LOKASI STUDI... III Umum... III Kondisi Waduk Cisanti... III Data Teknis Waduk Cisanti... III Tataguna Lahan Daerah Tangkapan Waduk Cisanti... III Iklim Wilayah Daerah Tangkapan Waduk Cisanti... III Pemanfaatan Waduk Cisanti... III-5 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN... IV Pengumpulan Data... IV Tahapan Pengembangan Model... IV Penerapan Model... IV Penentuan Lokasi Waduk Cisanti... IV Penentuan Luas Daerah Tangkapan... IV Segmentasi Daerah Tangkapan... IV Penentuan Karakteristik Daerah Tangkapan Tiap Segmen... IV Penetapan Jumlah Input Data... IV Simulasi Model... IV Analisis Hasil Pengolahan... IV-6 BAB V FORMULASI MODEL KOMPUTER... V Model Limpasan Permukaan... V Kesetimbangan Air dalam Segmen... V Volume Curah Hujan pada Segmen... V Volume Aliran Bawah Permukaan... V Volume Aliran Limpasan... V Kapasitas Pori-pori Segmen... V-4 v

7 Volume Aliran Balik... V Implementasi Model pada Daerah Tangkapan... V Karakteristik Daerah Tangkapan... V Aliran Bawah Permukaan... V Model Nitrat... V Persamaan untuk Nitrogen dan Algae... V Konstanta Reaksi Nitrogen, Fosfat dan Algae... V Persamaan Nitrat pada Waduk... V-14 BAB VI INPUT DATA... VI Input Data ISTFM... VI Data Curah Hujan... VI Data Daerah Tangkapan Hujan... VI Luas Daerah Tangkapan Waduk Ciasnti... VI Array dan Segmen Daerah Tangkapan... VI Konduktivitas Hidrolik Daerah Tangkapan... VI Porositas Tanah... VI Proporsi Nilai Konduktivitas Hidrolik... VI Input Data Kualitas Air... VI Output ISTFM... VI Koefisien dan Konstanta Reaksi Nitrogen... VI Parameter Persamaan Model One Box... VI-6 BAB VII HASIL DAN PEMBAHASAN... VII Penentuan Limpasan Permukaan... VII Senyawa Nitrat dalam Limpasan Permukaan... VII Konsentrasi Nitrat pada Waduk Cisanti... VII Simulasi Model Komputer dengan Skenario Perbaikan... VII Upaya Pengelolaan Waduk Cisanti... VII-21 BAB VIII KESIMPULAN... VIII Kesimpulan... VIII Saran... VIII-2 vi

8 DAFTAR PUSTAKA... xii LAMPIRAN Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5 Lampiran 6 Lampiran 7 Lampiran 8 Lampiran 9 Peta Lokasi Studi Waduk Cisanti Flowchart Model Komputer Penentuan Nitrat dalam Limpasan Input dan Output Data Model Komputer Data curah hujan (mm) dan hari hujan dari tahun 1998 hingga 2001 di stasiun desa Cibeureum Input Data Daerah Tangkapan, Curah Hujan dan Koefisien Reaksi Nitrogen Limpasan Permukaan dalam Satu Hari Hujan padaperode Basah dan Periode Kering Disertai Kurva Tinggi Hujan Konsentrasi Nitrat dalam Limpasan Permukaan dalam Satu Hari Hujan Setiap Bulannya dengan Skenario Perbaikan Pengurangan Konsnetrasi Senyawa Nitrogen pada Tanah Konsentrasi Nitrat dalam Limpasan Permukaan dalam Satu Hari Hujan Setiap Bulannya dengan Skenario Perbaikan Pengubahan Tutupan Lahan Konsentrasi Nitrat dalam Limpasan Permukaan dalam Satu Hari Hujan Setiap Bulannya dengan Kombinasi Skenario Perbaikan Pengurangan Konsentrasi Senyawa Nitrogen dan Pengubahan Tutupan Lahan vii

9 DAFTAR TABEL Tabel III-1 Data teknis waduk Cisanti III-2 Tabel III-2 Data Kondisi Biogeofisik DAS Waduk Cisanti III-3 Tabel III-3 Tataguna Lahan Daerah Tangkapan Waduk Cisanti III-3 Tabel IV-1 Koordinat titik-titik waduk Cisanti hasil pengukuran melalui IV-2 GPS Tabel IV-2 Batas Kandungan Nitrat dalam PP 82/2001 IV-6 Tabel V-1 Nilai konstanta kimia dan biologi untuk simulasi siklus nitrogen V-11 Tabel VI-1 Luas dan Tataguna Lahan Daerah Tangkapan Waduk Cisanti VI-3 Tabel VI-2 Data Array dan Segmen Daerah Tangkapan Waduk Cisanti VI-3 Tabel VI-3 Luas Array Daerah Tangkapan VI-4 Tabel VI-4 Konsentrasi nitrat (mg/l) pada waduk Cisanti VI-6 Tabel VII-1 Perbandingan konsentrasi nitrat hasil perhitungan terhadap hasil pengukuran VII-16 Tabel VII-2 Simulasi yang dilakukan dan parameter yang berubah sesuai skenario VII-19 Tabel VII-3 Perbandingan hasil perhitungan konsentrasi nitrat pada waduk terhadap hasil pengukuran VII-21 viii

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Stratifikasi termal pada waduk dan profil temperatur stratifikasi pada musim dingin dan panas II-5 Gambar 2.2 Komponen-komponen siklus hidrologi pada suatu daerah tangkapan hujan dengan kemiringan II-7 Gambar 2.3 Mekanisme terjadinya eutrofikasi II-11 Gambar 2.4 Siklus nitrogen pada danau II-14 Gambar 2.5 Komponen utama nutrien fosfor dan nitrogen II-15 Gambar 2.6 Model One Box untuk danau tercampur sempurna II-16 Gambar 2.7 Stratifikasi danau pada model two box II-16 Gambar 3.1 Lokasi Situ Cisanti III-1 Gambar 3.2 Daerah tangkapan waduk Cisanti III-4 Gambar 4.1 Daerah tangkapan waduk Cisanti IV-4 Gambar 4.2 Array dan Segmen pada daerah tangkapan waduk Cisanti IV-5 Gambar 5.1 Skema transformasi hujan V-2 Gambar 5.2 Properti segmen dari model V-2 Gambar 6.1 Intensitas hujan dalam satuan jam pada daerah tangkapan waduk Cisanti VI-3 Gambar 6.2 Array dan Segmen Daerah Tangkapan Waduk Cisanti VI-5 Gambar 7.1 Segmentasi pada daerah tangkapam waduk Cisanti VII-1 Gambar 7.2 Tinggi hujan (mm) pada satu hari hujan di bulan Januari VII-2 Gambar 7.3 Debit limpasan permukaan pada daerah tangkapan dalam satu hari hujan di bulan Januari VII-2 Gambar 7.4 Tinggi hujan (mm) pada satu hari hujan di bulan Februari VII-3 Gambar 7.5 Debit limpasan permukaan pada daerah tangkapan dalam satu hari hujan di bulan Februari VII-3 Gambar 7.6 Tinggi hujan (mm) pada satu hari hujan di bulan Agustus VII-4 Gambar 7.7 Debit limpasan permukaan pada daerah tangkapan dalam satu hari hujan di bulan Agustus VII-4 Gambar 7.8 Tinggi hujan (mm) pada satu hari hujan di bulan September VII-5 Gambar 7.9 Debit limpasan permukaan pada daerah tangkapan dalam VII-5 ix

11 satu hari hujan di bulan September Gambar 7.10 Volume limpasan permukaan yang masuk ke dlm waduk Cisanti VII-6 Gambar 7.11 Curah hujan yang turun pada daerah tangkapan waduk Cisanti VII-7 Gambar 7.12 Siklus nitrogen tanah VII-9 Gambar 7.13 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan Januari VII-10 Gambar 7.14 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan Februari VII-10 Gambar 7.15 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan Maret VII-11 Gambar 7.16 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan April VII-11 Gambar 7.17 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan Mei VII-12 Gambar 7.18 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan Juni VII-12 Gambar 7.19 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan Juli VII-13 Gambar 7.20 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan Agustus VII-13 Gambar 7.21 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan September VII-14 Gambar 7.22 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan Oktober VII-14 Gambar 7.23 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan November VII-15 Gambar 7.24 Konsentrasi nitrat dalam limpasan permukaan dalam satu hari hujan bulan Desember VII-15 Gambar 7.25 Beban nitrat (kg) yang masuk ke waduk setiap bulannya VII-16 Gambar 7.26 Beban nitrat yang masuk ke waduk dalam satu hari hujan setelah skenario perbaikan pengurangan konsentrasi pada VII-20 x

12 Gambar 7.27 Gambar 7.28 Beban nitrat yang masuk ke waduk setiap bulannya setelah skenario perbaikan perubahan tutupan lahan Beban nitrat yang masuk ke waduk setiap bulannya setelah kombinasi dari kedua skenario perbaikan VII-20 VII-21 xi