MODEL PENDUGAAN BANJIR DAN KEKERINGAN (STUDI KASUS DI DAS SEPARI, KUTAI KARTANEGARA, KALIMANTAN TIMUR) M. LUTHFUL HAKIM

Transkripsi

1 MODEL PENDUGAAN BANJIR DAN KEKERINGAN (STUDI KASUS DI DAS SEPARI, KUTAI KARTANEGARA, KALIMANTAN TIMUR) M. LUTHFUL HAKIM SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008

2 ABSTRACT M. LUTHFUL HAKIM. Modeling of Flood and Drought Prediction (Case Study in Separi Watershed, Kutai Kartanegara, East Kalimantan). Under the supervision of: OTENG HARIDJAJA, SUDARSONO, and GATOT IRIANTO. A huge disaster might be happened as a result of land use change especially forest that has good cover then was barely opened to rain drop impact as a result of trees cutting. Two negatives impacts that usually happened are flood in the rainy season and drought in the dry season. The phenomena most likely happened in a complex situation within a watershed. A research of the modeling of flood and drought prediction must be implemented to have better understanding of this phenomena and further to have an example of a better watershed management in Indonesia. Separi watershed in East Kalimantan that ideally represented of a forest that had been cut within a watershed had been selected for the study. The objective of this study are: 1) to design models of flood (peak discharge and time to peak discharge) and drought prediction in Separi watershed, and 2) optimum land use composition for decreasing flood and drought, and furthermore for better watershed Separi management. The result of this study showed that discharge of overland flow for watershed with loamy soil texture are 30% and 37% higher compared than watershed with sandy and clay dominant soil, respectively. The watershed with clay dominant soil texture have time to peak discharge higher compared than watershed with loamy and sandy dominant soil texture, respectively. The characteristic of watershed geomorphology have an impact of overland flow discharge and time to peak discharge. A watershed has higher Gravelius Index, main of stream length, and ratio of mean length which is larger and longer area will have a lower overland flow discharge, and the watershed have a shorter drainage density will have a faster time to reach its peak discharge. The flood prediction model based on land and watershed geomorphology characteristics by using three production function methods (A, B, and C) able to have similar peak discharge of overland flow and time to peak discharge simulation which is not differ with field measurement result, and have model accuration level (Nash and Sutcliffe criteria) of 93% for method of A, 85% for method of B, and 62% for method of C. The optimum land use composition in order to decrease peak discharge of overland flow and time to peak discharge indicates the composition of land use in Separi watershed: 54% for forest area, 1.9% for farm/garden, 0.12% for urban, 0.5% for paddy field, 42% for coppice, and 1.99% for coal-mine is the optimum. The result analysis of land water balance showed that crop water deficit (drought) during five year ( ) in Separi watershed happen in the year 2004 (months of October) and 2005 (months of August and September). The result of identification and analysis of drought compared with soil water balance (Thornthwaite and Mather, 1957) using of remote sensing technology in Separi watershed are similarly in pattern, but both methods are statistically differ (R 2 =0,26). Keywords: flood prediction, drought, watershed

3 RINGKASAN M. LUTHFUL HAKIM. Model pendugaan Banjir dan Kekeringan (Studi Kasus di DAS Separi, Kutai Kartanegara, Kalimantan Timur). Dibimbing oleh OTENG HARIDJAJA, SUDARSONO, dan GATOT IRIANTO. Alih fungsi penggunaan lahan hutan menjadi non hutan berdampak negatif terhadap banjir di musim penghujan dan kekeringan di musim kemarau. Penelitian pemodelan pendugaan banjir (debit puncak dan waktu menuju debit puncak) dan kekeringan perlu dilakukan untuk pengelolaan DAS di Indonesia. Tujuan penelitian ini: 1) merakit model pendugaan banjir dan kekeringan di DAS Separi, dan 2) menentukan komposisi luas penggunaan lahan secara optimal dalam rangka penanggulangan banjir dan kekeringan, serta pengelolaan DAS Separi. DAS Separi, kabupaten Kutai Kartanegara, propinsi Kalimantan Timur pada koordinat LS dan BT dipilih sebagai lokasi penelitian. Waktu penelitian lapang adalah bulan Januari 2005 Juni Metode penelitian dilakukan melalui beberapa tahapan, yaitu: 1) pengumpulan data, 2) penyusunan model pendugaan banjir dan kekeringan, serta parameterisasi model, 3) uji akurasi model, dan 4) penerapan model. Model pendugaan banjir terdiri dari: 1) pemodelan fungsi produksi (metode A, B, dan C) dan 2) pemodelan fungsi transfer. Pemodelan fungsi produksi metode A merupakan curah hujan netto yang dihitung dari curah hujan bruto yang tercatat di penangkar hujan (Pb)dengan koefisien aliran permukaan (Kr). Untuk metode B merupakan curah hujan sisa yang dihitung dari selisih curah hujan bruto dengan jumlah air yang diintersepsi oleh tanaman (INTCP) dan air yang diinfiltrasikan ke dalam tanah f(t). Untuk metode C merupakan curah hujan sisa yang dihitung dari neraca air lahan. Model pendugaan kekeringan terdiri dari: 1) analisis neraca air lahan metode Thornthwaite dan Mather (1957) dan 2) teknologi penginderaan jauh. Pendugaan kekeringan dengan teknologi penginderaan jauh didasarkan dari analisis kombinasi tingkat kelembaban permukaan lahan (wetness index) dengan tingkat kehijauan tanaman (NDVI) dari data citra Landsat 7 perekaman tanggal 3 April 2002, 21 Mei 2002, 8 Juli 2002, dan 9 September Hasil penelitian menunjukkan total debit aliran permukaan pada DAS yang didominasi tanah bertekstur lempung lebih tinggi 30% dibandingkan DAS yang didominasi tanah bertekstur pasir dan 37% dibandingkan DAS yang didominasi tanah bertekstur liat. Untuk waktu menuju debit puncak DAS yang didominasi tekstur tanah liat memiliki waktu menuju debit puncak lebih cepat dibandingkan dengan DAS didominasi tekstur tanah lempung dan DAS yang didominasi tekstur tanah pasir. Total debit puncak aliran permukaan dan waktu menuju debit puncak sangat dipengaruhi oleh karakteristik geomorfologi DAS, yang mana DAS dengan Indek Gravelius, panjang sungai utama, dan rasio rata-rata panjang sungai makin besar akan memiliki total debit aliran permukaan lebih kecil, dan DAS dengan kerapatan jaringan sungai yang makin pendek akan memiliki waktu menuju debit puncak yang lebih cepat. Model pendugaan banjir berbasis karakteristik lahan dan geomorfologi DAS (metode A, B, dan C) dapat digunakan untuk memprediksi debit puncak (Q p ) dan waktu menuju debit puncak (t p ) dengan tingkat akurasi model menurut kriteria Nash dan Sutcliffe (F) berturut-turut adalah 93%, 85%, dan 62%, sehingga urutan model pendugaan banjir terbaik adalah metode A, B, dan C. Hasil analisis sensitivitas perubahan penggunaan lahan hutan 1% dan semak belukar 94% menjadi 54% untuk hutan dan 42% semak belukar berdampak terhadap penurunan debit puncak aliran permukaan (Q p ) 23% dan memperlambat waktu menuju debit puncak (t p ) 1,8 jam. Komposisi luas

4 penggunaan lahan optimal di DAS Separi untuk menurunkan debit puncak aliran permukaan dan memperlambat waktu menuju debit puncak adalah luas hutan 54%, kebun/ladang 1,9%, pemukiman 0,12%, persawahan 0,5%, semak belukar 42%, dan tambang batubara 1,99% dari total luas DAS Separi. Hasil analisis neraca air lahan di DAS Separi selama lima tahun ( ) terhadap defisit air tanaman (kekeringan) diperoleh bahwa kekeringan terjadi pada tahun 2004 (bulan Oktober) dan 2005 (bulan Agustus dan September). Hasil identifikasi dan analisis kekeringan dengan menggunakan metode neraca air lahan (Thornthwaite dan Mather, 1957) memiliki pola yang hampir sama dengan hasil analisis teknologi penginderaan jauh di DAS Separi, tetapi secara statistik kedua metode tersebut berbeda (R 2 =0,26). Hal tersebut menunjukkan penggunaan teknologi penginderaan jauh (citra Landsat 7) dapat mempercepat dalam identifikasi potensi tingkat kekeringan, baik secara ruang (spasial) maupun waktu (temporal). Untuk meningkatan hasil akurasi prediksi kekeringan dengan teknologi penginderaan jauh, maka koreksi geometrik dan radiometrik harus dilakukan dengan benar dan akurat, serta data citra Landsat 7 yang digunakan memiliki tutupan awan kurang dari 10%. Kata kunci: pendugaan banjir, kekeringan, daerah aliran sungai

5 SURAT PERNYATAAN Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa segala pernyataan dalam disertasi saya yang berjudul : Model pendugaan Banjir dan Kekeringan (Studi Kasus di DAS Separi, Kutai Kartanegara, Kalimantan Timur) adalah gagasan atau hasil penelitian saya sendiri di bawah bimbingan komisi pembimbing, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan dari rujukan. Disertasi ini belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar apapun di perguruan tinggi lain. Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya. Jakarta, 2 Juni 2008 M. Luthful Hakim

6 Hak Cipta milik IPB, tahun 2008 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang 1. Dilarang mengutup sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber: a) Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan masalah, b) Pengutupan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB.

7 MODEL PENDUGAAN BANJIR DAN KEKERINGAN (STUDI KASUS DI DAS SEPARI, KUTAI KARTANEGARA, KALIMANTAN TIMUR) M. LUTHFUL HAKIM Disertasi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Ilmu Tanah SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008

8 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tertutup : 1. Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS Penguji Luar Komisi pada Ujian Terbuka : 1. Dr. Ir. Nora Herdiana Pandjaitan, DEA 2. Dr. Ir. Abdurachman Adimihardja, MSc., APU

9 Judul Disertasi Nama NRP Program Studi : Model pendugaan Banjir dan Kekeringan (Studi Kasus di DAS Separi, Kutai Kartanegara, Kalimantan Timur) : M. Luthful Hakim : A : Ilmu Tanah Disetujui, Komisi Pembimbing Dr. Ir. Oteng Haridjaja, MSc Ketua Prof. Dr. Ir. Sudarsono, MSc Anggota Dr. Ir. Gatot Irianto, MS Anggota Diketahui, Ketua Program Studi Ilmu Tanah Dekan Sekolah Pascasarjana IPB Dr. Ir. Atang Sutandi, MS Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS Tanggal Ujian : Tanggal Lulus :

10 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Banyuwangi pada tanggal 9 Nopember 1971 sebagai anak pertama dari pasangan H. A. Choiri Zen, SH dan Hj. Maskanah Dz. Pendidikan sarjana (S1) ditempuh di Departemen Ilmu Tanah, Fakultas Pertanian, Universitas Brawijaya, Malang pada tahun Pada tahun 1999, penulis melanjutkan pendidikan program magister sains (S2) pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan (PSL), Sekolah Pascasarjana, IPB dan selesai pada tahun Pada tahun 2002, penulis diberi kesempatan untuk melanjutkan pendidikan program doktor (S3) di Program Studi Ilmu Tanah, Sekolah Pascasarjana, IPB. Beasiswa pendidikan pascasarjana pada saat melanjutkan program S2 dan S3 diperoleh dari Badan LITBANG Pertanian, Departemen Pertanian melalui Proyek Pengkajian Teknologi Pertanian Partisipatif (PAATP). Pada tahun 1996 sampai Agustus 1997, penulis terlibat aktif dalam kegiatan penelitian BMSF (Biological Management and Soil Fertility) di Lampung kerjasama antara Departemen Ilmu Tanah, Fakultas Pertanian, Universitas Brawijaya dengan ICRAF, Bogor. Pada tahun 1997 sampai sekarang, penulis bekerja sebagai staf peneliti di Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Kalimantan Timur, Balai Besar Pengkajian Teknologi Pertanian, Badan LITBANG Pertanian, Departemen Pertanian. Selama bekerja di BPTP Kaltim, penulis terlibat dalam kegiatan Pemetaan Zona Agroekologi (ZAE) di propinsi Kalimantan Timur. vi

11 KATA PENGANTAR Puji syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, taufik, hidayah, dan rizki-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan disertasi ini dengan sebaik-baiknya. Judul disertasi adalah Model Pendugaan Banjir Dan Kekeringan: Studi Kasus di DAS Separi, Kutai Kartanegara, Kalimantan Timur. Tujuan disertasi adalah untuk menyusun model pendugaan banjir dan kekeringan, serta menentukan komposisi luas penggunaan lahan yang optimal untuk penanggulangan banjir dan kekeringan. Disertasi ini sangat penting sekali dalam upaya untuk mengetahui pengaruh karakteristik fisik tanah (tekstur tanah) dan geomorfologi DAS, distribusi curah hujan wilayah, dan perubahan penggunaan lahan terhadap banjir (debit puncak dan waktu menuju debit puncak) dan kekeringan. Selain itu, untuk mengotomatisasi proses pembuatan peta-peta digital, seperti : peta bentuk lahan, kelerengan, penggunaan lahan, dan rekonstruksi jaringan sungai, maka dalam disertasi ini digunakan teknologi Sistem Informasi Geografi (SIG) dan Remote Sensing. Keluaran dari disertasi ini adalah model pendugaan banjir dan kekeringan sebagai alat bantu pengambil kebijakan (decision support system) dalam pengelolaan DAS dan mitigasi bencana banjir dan kekeringan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Ir. H. Oteng Haridjaja, MSc. (Ketua Komisi Pembimbing), Prof. Dr. Ir. H. Sudarsono, MSc. (Anggota), dan Dr. Ir. H. Gatot Irianto, MS (Anggota) atas segala bimbingan, pengarahan, dan nasehat-nasehatnya, hingga terselesaikannya penulisan disertasi ini. Penghargaan dan ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Kepala Badan dan Ketua Pembinaan Tenaga Badan LITBANG Pertanian, Pengelola Proyek PAATP, Badan LITBANG Pertanian, Kepala BPTP Kalimantan Timur, Rektor IPB, Dekan Sekolah Pascasarjana IPB, Ketua Program Studi Ilmu Tanah yang telah berkenan memberikan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di Sekolah Pascasarjana IPB, Bogor. Selain itu, ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Kepala Deputi Penginderaan Jauh dan Kepala Pusat Data Penginderaan Jauh, LAPAN, Jakarta yang telah berkenan untuk menyediakan fasilitas data citra Landsat 7 untuk analisis tutupan lahan dan identifikasi kekeringan. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada segenap rekan-rekan dan sahabat karib, di lingkup Program Pascasarjana Ilmu vii

12 Tanah, maupun rekan-rekan dari BPTP KALTIM, BALITKLIMAT, dan BALITTANAH, Bogor yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu dan memotivasi dalam penyelesaian disertasi. Akhirnya kepada Abah, Umi, Mama, Istriku tercinta Ira, dan anakku Rifa dan Faris, serta keluarga yang senantiasa telah memberikan doa, dorongan, harapan, dan biaya dalam penyelesaian penulisan disertasi ini, penulis menyampaikan penghargaan dan terima kasih. Semoga semua amal kebajikan tersebut mendapatkan ridhlo dari Allah SWT. Amiin! Jakarta, 2 Juni 2008 Penulis viii

13 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL. DAFTAR GAMBAR.. x xiii PENDAHULUAN 1 Latar Belakang.. 1 Tujuan. 4 Keluaran. 4 Kerangka Pemikiran. 4 TINJAUAN PUSTAKA.. 9 Daerah Aliran Sungai (DAS) dan Parameter Sistem DAS. 9 Banjir dan Kekeringan. 16 Perkembangan Teknik Komputasi Unit Hidrograf 19 METODOLOGI PENELITIAN.. 22 Tempat dan Waktu Metode Penelitian. 23 KARAKTERISTIK DAS SEPARI 44 Hidrometeorologi DAS Separi Iklim 45 Topografi.. 48 Tanah 50 Karakteristik Geomorfologi DAS Jenis Penggunaan Lahan. 60 HASIL DAN PEMBAHASAN.. 62 Distribusi Curah Hujan Dampak Alih Fungsi Penggunaan Lahan Pengaruh Karakteristik Tanah Terhadap Laju Infiltrasi Tanah Pengaruh Karakteristik Tanah dan Geomorfologi DAS Terhadap Unit Hidrograf Model Pendugaan Banjir Penerapan Model Banjir Pendugaan Kekeringan 103 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 115 Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN. 125 INDEKS 143 ix

14 DAFTAR TABEL Teks No. Halaman 1. Jenis dan metode pengumpulan data pada pengembangan model pendugaan banjir dan kekeringan di DAS Separi Klasifikasi tingkat kelembaban permukaan Lahan (Shofiyati dan Dwi Kuncoro, 2007) Klasifikasi tingkat kehijauan tanaman (Shofiyati dan Dwi Kuncoro, 2007) Matrik penentuan tingkat kekeringan tanaman (Shofiyati dan Dwi Kuncoro, 2007) Nilai emisivitas benda (Snyder et al., 1998: dalam Yang dan Wang, 2007) Posisi geografis stasiun pengamat tinggi muka air otomatis (AWLR) dan stasiun iklim otomatis (AWS) DAS Separi, Kutai Kartanegara, Kalimantan Timur Pewilayahan iklim berdasarkan analisis data iklim tahun di DAS Separi Karakteristik geometrik DAS/Sub DAS di DAS Separi Karakteristik Morfometrik DAS/Sub DAS di DAS Separi Uji berganda curah hujan dari stasiun iklim (AWS) Separi, Lempake, dan Marang Kayu antara tahun Uji berganda curah hujan dari stasiun iklim (AWS) Separi, Lempake, Marang Kayu, dan Seleko antara tanggal 22 Februari 17 Mei Alih fungsi penggunaan lahan antara tahun di DAS Separi Kejadian-kejadian curah hujan mingguan (7 hari) yang menyebabkan terjadinya banjir di hilir dari DAS Separi Nilai laju infiltrasi awal (fo), laju infiltrasi pada saat konstan atau jenuh (fc), dan konstanta penjenuhan (k) untuk masingmasing jenis penggunaan lahan pada DAS Usup, DAS Soyi, dan DAS Badin x

15 15. Total debit aliran permukaan (Q ro) dan debit aliran tunda dan dasar (Q if+bf) antara ketiga Sub DAS pada beberapa episode hujan Koefisien runoff (Kr) pada tiap episode hujan dan masingmasing Sub DAS Analisis LAI (Leaf Area Index) dengan menggunakan citra Landsat 7 TM perekaman tanggal 10 September Debit puncak (Qp) dan waktu menuju debit puncak (tp) hasil pengukuran dengan simulasi dari 3 metode untuk ketiga Sub DAS Waktu tempuh air dari masing-masing Sub DAS ke outlet DAS Separi Debit puncak (Qp) dan waktu menuju debit puncak (tp) pada beberapa episode hujan di DAS Separi Skenario perubahan luas penggunaan lahan dan proses hidrologi (episode hujan Maret 2006) di DAS Separi Analisis neraca air Lahan (Thornthwaite dan Mather, 1957) pada masing-masing SPT di DAS Separi 105 Lampiran No. Halaman 1. Legenda Peta Tanah Skala 1: dan karakteristik fisik tanah di DAS Separi (PUSLITTANAK, 1994) Karakteristik fisik tanah pada masing-masing profil tanah Analisis data curah hujan tahun di DAS Separi Hasil perhitungan infiltrasi pada beberapa respon hidrologis di 3 Sub DAS Separi Analisis regresi antara laju infiltrasi konstan (mm/menit) dengan bobot isi tanah (g/cm 3 ) Perbandingan debit puncak (Qp) dan waktu menuju debit puncak (tp) antara ketiga Sub DAS Skenario perubahan komposisi luas penggunaan lahan pada masing-masing Sub DAS Separi xi

16 8. Defisit dan surplus air dari hasil analisis neraca air metode Thornthwaite dan Mather (1957) pada masing-masing Satuan Peta Tanah (SPT) di DAS Separi Analisis neraca air Lahan (Thornthwaite dan Mather, 1957) pada kelompok kelas tekstur tanah di DAS Separi Indeks vegetasi (NDVI), indeks kelembaban (wetness index), dan temperatur permukaan lahan pada masing-masing vegetasi dan tekstur tanah di DAS Separi Identifikasi tingkat kekeringan tanaman di DAS Separi xii

17 DAFTAR GAMBAR Teks No. Halaman 1. Hubungan antara jumlah curah hujan 7 hari sebelum kejadian dan debit puncak banjir di DAS Separi Diagram alir sistem aplikasi hubungan masukan sistem keluaran dalam model pendugaan banjir dan kekeringan Siklus Hidrologi (Chow, 1964) Perbedaan laju infiltrasi pada jenis tanah dan penggunaan lahan yang berbeda Perbedaan laju infiltrasi pada berbagai jenis tutupan/penggunaan lahan Lokasi penelitian Diagram alir tahapan penelitian Penentuan kurva pdf yang didasarkan pada selang isokron Kurva fungsi kerapatan peluang (pdf) Grafik pemisahan antara aliran permukaan (direct runoff), aliran tunda (interflow), dan aliran dasar (base flow) Diagram alir pemodelan fungsi produksi dan fungsi transfer Peta posisi geografis stasiun iklim (AWS) dan pengamat tinggi muka air (AWLR) di DAS Separi Peta pewilayah iklim DAS Separi, kabupaten Kutai Kartanegara, propinsi Kalimantan Timur Bentuk lahan DAS Separi, Kutai Kartanegara, Kalimantan Timur Peta kelerengan DAS Separi, Kutai Kartanegara, Kalimantan Timur Peta lokasi pengamatan profil dan infiltrasi tanah pada masing-masing Sub DAS di DAS Separi Bentuk lahan Sub DAS Separi-Badin, Sub DAS Separi-Soyi, dan Sub DAS xiii

18 18. Peta jaringan sungai DAS Separi, Kutai Kartanegara, Kalimantan Timur Peta jenis penggunaan lahan tahun 1991 di DAS Separi (BAKOSURTANAL, 1991) Curah hujan bulanan tahun di DAS Separi Peta jenis penggunaan lahan tahun 1998 di DAS Separi Peta jenis penggunaan lahan tahun 2005 di DAS Separi Kurva laju infiltrasi tanah hasil pengukuran dan simulasi pada jenis penggunaan lahan A) lahan pertanian (jagung) dan B) semak belukar (alang alang) di DAS Badin Kurva laju infiltrasi tanah hasil pengukuran dan simulasi pada jenis penggunaan lahan A) lahan pertanian (jagung) dan B) semak belukar (Pahitan atau Centrosoma) di DAS Soyi Kurva laju infiltrasi tanah hasil pengukuran dan simulasi pada jenis penggunaan lahan A) kebun/ladang (lada) dan B) semak belukar (Pahitan atau Centrosoma) di DAS Usup Kurva unit hidrograf hasil pengukuran pada Sub DAS Separi- Usup, Sub DAS Separi-Badin, dan Sub DAS Separi-Soyi pada episode hujan a) 8 April 2006, b) 14 April 2006, dan c) 23 April Kurva fungsi kerapatan peluang (pdf) untuk a) DAS Separi, b) Sub DAS Separi-Usup, c) Sub DAS Separi-Soyi, dan d) Sub DAS Separi-Badin Kurva debit aliran permukaan hasil pengukuran dengan simulasi (metode A, B, dan C) untuk episode hujan a) 8/04/2006, b) 14/04/2006, dan c) 23/04/2006 di Sub DAS Separi-Usup Kurva debit aliran permukaan hasil pengukuran dengan simulasi (metode A, B, dan C) untuk episode hujan a) 8/04/2006, b) 14/04/2006, dan c) 23/04/2006 di Sub DAS Separi-Soyi Kurva debit aliran permukaan hasil pengukuran dengan simulasi (metode A, B, dan C) untuk episode hujan a) 14/04/2006 dan b) 23/04/2006 di Sub DAS Separi-Badin Perbandingan debit aliran permukaan hasil simulasi dengan metode C sebelum dan setelah dilakukan penambahan kedalaman stok air tanah dari 20 cm menjadi 60 cm terhadap hasil pengukuran untuk episode hujan a) 8/04/2006, b) 14/04/2006, dan c) 23/04/2006 di Sub DAS Separi-Usup. 94 xiv

19 32. Perbandingan debit aliran permukaan hasil simulasi dengan metode C sebelum dan setelah dilakukan penambahan kedalaman stok air tanah dari 20 cm menjadi 6 cm terhadap hasil pengukuran untuk episode hujan a) 14/04/2006 dan b) 23/04/2006 di Sub DAS Separi-Badin Peta pembagian DAS Separi menjadi sepuluh Sub DAS Perbandingan debit puncak dan waktu respon pada beberapa skenario perubahan luas penggunaan lahan di DAS Separi Hubungan antara curah hujan, ETA, ETo, KL, TLP, stok air tanah, ETA, dan defisit/surplus air pada A. kelas tekstur tanah liat, B. kelas tekstur tanah lempung, dan C. kelas tekstur tanah pasir di DAS Separi (Januari 2002 Desember 2005) Hubungan antara indeks vegetasi dengan curah hujan bulanan di DAS Separi (perekaman bulan April September 2002) Hubungan antara temperatur permukaan lahan dengan curah hujan bulanan di DAS Separi (perekaman bulan April September 2002) Hubungan antara indeks vegetasi dengan temperatur permukaan lahan di DAS Separi (perekaman bulan April September 2002) Peta tingkat kekeringan di DAS Separi hasil analisis citra Landsat 7 perekaman tanggal : a) , b) , c) , dan d) Uji berganda perbandingan antara analisis neraca air lahan (Thornthwaite dan Mather, 1957) dengan analisis citra Landsat 114 Lampiran No. Halaman 1. Peta jenis tanah skala 1: DAS Separi (PUSLITTANAK, 1994) Pembuatan bendung (weir) tipe V-Notch dengan sudut 60 o di tiga Sub DAS Separi dan pemasangan alat penakar hujan di daerah Seleko Hubungan antara geomorfologi DAS dengan total debit aliran permukaan xv

20 4. Hubungan antara geomorfologi DAS dengan waktu menuju debit puncak Separasi hidrograf antara debit aliran permukaan dan aliran dasar untuk Sub DAS Separi-Usup pada episode hujan 14 April Separasi hidrograf antara debit aliran permukaan dan aliran dasar untuk Sub DAS Separi-Soyi pada episode hujan 6 April Separasi hidrograf antara debit aliran permukaan dan aliran dasar untuk Sub DAS Separi-Badin pada episode hujan 23 April Peta LAI (Leaf Area Index) DAS Separi hasil analisis citra Landsat 7 TM perekaman tanggal 10 September Kurva debit aliran permukaan hasil pengukuran dengan simulasi di DAS Separi xvi

21 I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Intervensi manusia dalam pemanfaatan sumberdaya alam yang makin lama semakin meningkat telah menimbulkan berbagai permasalahan lingkungan. Salah satu permasalahan lingkungan yang sampai saat ini belum dapat teratasi secara optimal di Indonesia adalah degradasi/kerusakan lahan di daerah aliran sungai (DAS). Menurut Oldeman (1994) degradasi lahan merupakan proses berkurangnya atau hilangnya kegunaan suatu lahan atau kemampuan lahan dalam usaha meningkatkan kesejahteraan manusia. Kerusakan lahan menurut Lal (1994) disebabkan oleh kemerosotan sifat fisik (akibat pemadatan dan erosi tanah) dan sifat kimia tanah (penurunan tingkat kesuburan, keracunan dan pemasaman tanah). Dampak negatif alih fungsi lahan dari hutan menjadi non hutan adalah kerusakan lahan yang mana tanah menjadi lebih terbuka, sehingga pukulan air hujan (energi kinetik hujan) yang jatuh di atas permukaan tanah menyebabkan terbentuknya surface sealing (penutupan pori-pori tanah oleh partikel liat) dan soil crusting (pemadatan tanah). Terbentuknya surface sealing dan soil crusting berdampak terhadap menurunnya kapasitas infiltrasi dan meningkatnya volume aliran permukaan (Thierfelder, et al., 2002; Mamedov, et al., 2000; Zhang dan Miller, 1996). Menurut Black (1996) tanah sebagai salah satu faktor fisik DAS yang sangat penting dalam siklus hidrologi, yang mana faktor tanah berperan dalam menyerap, menyimpan, dan mendistribusikan air hujan yang jatuh di atasnya. Menurut Oldeman (1994) faktor-faktor yang mempengaruhi kerusakan lahan adalah pembukaan lahan dan penebangan kayu secara berlebihan, penggunaan lahan untuk kawasan peternakan secara berlebihan (over grazing), dan aktivitas pertanian dalam penggunaan pupuk kimia dan pestisida secara 1

22 berlebihan. Barrow (1991) juga menyatakan bahwa kerusakan lahan disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu : 1) bahaya alami, 2) meningkatnya jumlah penduduk menyebabkan meningkatnya kebutuhan dan intensitas penggunaan lahan, 3) kemiskinan, 4) masalah kepemilikan lahan, 5) kestabilan politik dan kesalahan administratif, 6) aspek sosial dan ekonomi, 7) penerapan teknologi yang tidak tepat, dan 8) pertambangan. Dampak lanjutan dari kerusakan lahan dan DAS adalah banjir di musim penghujan dan kekeringan di musim kemarau. Selama sepuluh tahun terakhir ini, bencana banjir di wilayah Indonesia terjadi secara beruntun dengan intensitas, frekuensi, dan distribusi atau wilayah yang terkena bencana semakin meningkat dan meluas. Indikatornya adalah kejadian banjir di Jakarta (tahun 1996, 2002, 2004, 2005, dan 2007), Semarang (tahun 1990, 1994, 2000, 2002, 2005, dan 2006), Bondowoso, Jawa Timur (tahun 2002), Mojokerto, Jawa Timur (tahun 2002 dan 2003), Medan (tahun 2002 dan 2003), Samarinda (tahun 1998, 2003, 2004, 2005, dan 2006), dan lainnya. Demikian juga masalah kekeringan yang sering muncul setiap tahun dari wilayah yang secara ruang dan waktu memiliki curah hujan yang sangat tinggi, seperti : daerah Subang, Indramayu, Cirebon dan sekitarnya (Irianto, 2003). Menurut DITJEN Penataan Ruang (2005) dan DITJEN RRL (2001) kerusakan lahan dan DAS di Indonesia makin lama makin meningkat. Tahun 1984 terdapat 22 DAS dalam keadaan kritis dengan luas lahan terdegradasi 9,69 juta hektar dan kemudian meningkat pada tahun 1994 menjadi 39 DAS kritis dengan luas lahan terdegradasi 12,52 juta hektar, dan tahun 2000 meningkat lagi menjadi 42 DAS kritis dengan luas lahan terdegradasi 23,71 juta hektar, dan selanjutnya pada tahun 2004 kerusakan DAS di Indonesia semakin bertambah, yakni menjadi 65 DAS dari total seluruh DAS (470) yang tersebar di pulau Sumatra (13), Jawa (26), Kalimantan (10), Sulawesi (10) Bali dan Nusa Tenggara 2

23 (4), dan Maluku dan Papua (4) dengan luas lahan terdegradasi 45,43 juta hektar. Salah satu dari 65 DAS yang rusak tersebut adalah DAS Mahakam di propinsi Kalimantan Timur, sedangkan DAS Separi merupakan salah satu Sub DAS Mahakam. Dampak negatif alih fungsi lahan dari hutan menjadi non hutan di DAS Separi adalah terjadi peningkatan intensitas banjir di daerah hilir dari DAS Separi yakni daerah Separi, kecamatan Tenggarong Seberang, kabupaten Kutai Kartanegara pada pertengahan tahun 1998 (27 Juni 1998) dan kemudian berulang kembali kejadian banjir tersebut pada tahun 2002 (9 Januari 2002), tahun 2003 (15 Oktober 2003), tahun 2004 (14 Maret 2004), tahun 2005 (24 Oktober dan 20 Desember 2005), dan tahun 2006 (3 Mei 2006) dengan jumlah curah hujan 7 hari di atas 100 mm. Hasil penelitian dari Pusat Penelitian dan Pengembangan Pengairan (1995) di Sub DAS Citarik, Jawa Barat bahwa perubahan penggunaan lahan dari lahan pertanian (sawah) menjadi lahan industri dan perumahan selama periode tahun (± 11 tahun) menyebabkan terjadinya lima kali banjir di daerah hilir. Hal ini juga didukung dari hasil penelitian Kurnia et al. (2001) di DAS Kaligarang, Semarang, Jawa Tengah bahwa perubahan penggunaan lahan dari hutan menjadi lahan tegalan, dan lahan sawah menjadi lahan industri, perumahan maupun tegalan dari tahun menyebabkan kejadian banjir di musim hujan dan kekeringan di musim kemarau, serta menurunnya luas areal produksi pertanian di bagian hilir dari DAS tersebut. Kerugian yang ditimbulkan akibat banjir di daerah Separi tersebut adalah menurunnya pasokan bahan pangan (beras dan sayuran) ke kota Samarinda dan Balikpapan akibat kegagalan panen. Hal ini dikarenakan daerah Separi tersebut merupakan salah satu sentra produksi pertanian di propinsi Kalimantan Timur. 3

24 Untuk mengatasi bencana banjir dan kekeringan di DAS Separi secara cepat dan tepat, maka perlu disusun dan dikembangkan suatu model pendugaan banjir dan kekeringan berbasis karakteristik penggunaan lahan dan geomorfologi DAS. Fokus penelitian ini adalah mengembangkan model pendugaan banjir dan kekeringan, serta penentuan komposisi luas penggunaan lahan yang optimal di DAS Separi, kecamatan Tenggarong Seberang, kabupaten Kutai Kartanegara, propinsi Kalimantan Timur dalam rangka pengendalian bencana banjir dan kekeringan, serta pengelolaan DAS Separi secara berkelanjutan Tujuan 1. Merakit model pendugaan banjir dan kekeringan berdasarkan karakteristik tekstur tanah dan geomorfologi DAS di DAS Separi, kabupaten Kutai Kartanegara, propinsi Kalimantan Timur. 2. Menentukan komposisi luas penggunaan lahan secara optimal dalam rangka penanggulangan banjir dan kekeringan, serta pengelolaan DAS Separi, 1.3. Keluaran 1. Model pendugaan banjir dan kekeringan sebagai alat bantu pengambil kebijakan (Decision Support System) dalam pengelolaan DAS dan mitigasi bencana banjir dan kekeringan, 2. Rekomendasi komposisi luas penggunaan lahan, serta kebijakan lainnya dalam pengelolaan DAS dengan mempertimbangkan kondisi iklim, karakteristik tanah, dan penutupan lahan Kerangka Pemikiran Pemanfaatan sumberdaya lahan yang melebihi dari daya dukungnya, seperti : alih fungsi penggunaan lahan dari hutan menjadi semak belukar maupun 4

25 tegalan, serta perubahan dari lahan sawah menjadi pemukiman di DAS Separi berdampak terhadap kerusakan tanah sehingga terjadi penurunan kapasitas infiltrasi tanah dan terjadi peningkatan volume aliran permukaan. Dampak lanjutan akibat kerusakan tanah dan lahan pada DAS Separi adalah terjadi peningkatan intensitas banjir di daerah hilir dari DAS Separi yakni daerah Separi, kecamatan Tenggarong Seberang, kabupaten Kutai Kartanegara (Gambar 1). Dampak yang ditimbulkan dari bencana banjir di bagian hilir dari DAS Separi sangat besar sekali yakni menurunnya pasokan bahan pangan (beras dan sayuran) ke kota Samarinda dan Balikpapan akibat kegagalan panen. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, maka diperlukan penelitian tentang pengaruh karakteristik lahan (faktor tutupan lahan dan tanah) dan geomorfologi DAS terhadap karakteristik unit hidrograf, dan penyusunan model pendugaan banjir dan kekeringan di DAS Separi. Hal ini dikarenakan kajian maupun penelitian yang berkaitan dengan konservasi tanah dan air, serta pengelolaan DAS di DAS Separi, Kutai Kartanegara relatif masih sedikit, sehingga penelitian ini sangat diperlukan. Sebenarnya perkembangan teknik komputasi untuk menduga besaran debit puncak dan waktu menuju debit puncak (unit hidrograf) sudah banyak dilakukan, seperti : model Nash (1957), TOPMODEL (Beven dan Kirkby, 1979), AGNPS (Young, et al., 1990), ANSWERS (Beasley, 1991), HEC HMS (USACE, 2000), SWAT (Neitsch et al., 2001), dan lainnya. Dari beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa model-model tersebut dapat digunakan dengan baik atau mempunyai tingkat akurasi yang cukup tinggi dalam menduga besaran debit puncak dan waktu menuju debit puncak. Namun demikian model-model tersebut membutuhkan kelengkapan seri data yang tinggi, baik data iklim, tanah, topografi maupun jenis penggunaan lahan, dan masalah kelengkapan data inilah yang sering menjadi kendala dalam penggunaan model-model tersebut untuk DAS di 5

26 Indonesia. Untuk itu diperlukan penyusunan model pendugaan banjir dan kekeringan yang sederhana dengan tingkat akurasi yang tinggi ,00 Debit Puncak (m 3 /detik) Banjir Jun-98 9-Jan Jun Nov-02 7-Jan Mar May Oct Jan Mar Nov Dec-04 7-Jan Oct Dec-05 3-May-06 Banjir Banjir Banjir Banjir Banjir Banjir 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 Curah Hujan (mm) 20,00 0,00 Waktu Debit Puncak Curah Hujan 7 Hari Sebelumnya Gambar 1. Hubungan antara jumlah curah hujan 7 hari sebelum kejadian dan debit puncak banjir di DAS Separi Pengembangan model pendugaan banjir dan kekeringan berbasis karakteristik lahan (jenis tutupan lahan dan tanah) dan geomorfologi DAS sangat diperlukan dalam pengelolaan DAS Separi secara berkelanjutan. Penyusunan dan pengembangan model pendugaan banjir (debit puncak dan waktu menuju debit puncak) didasarkan pada dua model, yaitu : 1) pemodelan fungsi produksi yaitu perubahan dari curah hujan bruto menjadi curah hujan netto (curah hujan sisa) dan 2) pemodelan fungsi transfer yaitu perubahan dari curah hujan netto menjadi debit aliran permukaan langsung. Kedua model tersebut didasarkan pada hubungan antara faktor masukan (curah hujan) dan faktor sistem DAS (jenis tutupan lahan, karakteristik tanah, jaringan drainase, dan topografi) menurut ruang dan waktu terhadap terjadinya perubahan keluaran (unit hidrograf). Model ini bekerja dengan mengintegrasikan hubungan, yaitu : 1) 6

27 masukan (curah hujan) yang meliputi : intensitas hujan, lamanya waktu hujan, dan distribusi hujan, 2) sistem DAS yang meliputi : parameter tutupan atau penggunaan lahan (intersepsi), karakteristik tanah (struktur tanah, tekstur tanah, pori drainase, kadar air tanah, kedalaman efektif tanah, kandungan bahan organik, dan kapasitas infiltrasi tanah), dan karakteristik kerapatan jaringan drainase atau daya tampung DAS, dan 3) keluaran yakni debit aliran permukaan (debit puncak dan waktu menuju debit puncak). Dengan demikian setiap terjadinya perubahan masukan (intensitas hujan, lamanya waktu hujan, dan distribusi hujan) maupun sistem DAS seperti perubahan tutupan/penggunaan lahan (jenis tanaman, pola tanam, dan pengolahan tanah), maka model dapat mengintegrasikannya dalam simulasi unit hidrograf (debit puncak dan waktu menuju debit puncak). Diagram alir model pendugaan banjir dan kekeringan dapat dilihat pada Gambar 2. Untuk pengembangan model pendugaan kekeringan (Gambar 2) didasarkan pada dua metode, yaitu : 1) kebutuhan air tanaman (neraca air lahan) metode Thornthwaite dan Mather (1957), dan 2) teknologi penginderaan jauh. Pendugaan kekeringan menurut analisis neraca air lahan metode Thornthwaite dan Mather (1957) didasarkan dari kekurangan atau defisit air tanaman yang terjadi pada saat stok air tanah (water storage) dibawah kadar air tanah kondisi titik layu permanen dan hal tersebut disebabkan curah hujan yang lebih rendah dibandingkan evapotranspirasi potensial (ETP). Pendugaan kekeringan dilakukan dengan menggunakan teknologi penginderaan jauh berdasarkan kombinasi antara tingkat kelembaban permukaan lahan (wetness index) dengan tingkat kehijauan tanaman (NDVI). Menurut Shofiyati dan Dwi Kuncoro (2007), bahwa kombinasi antara tingkat kelembaban permukaan lahan dengan tingkat kehijauan tanaman dari citra Landsat dapat digunakan secara efektif untuk memetakan tingkat kekeringan. 7

28 MASUKAN Iklim : Curah hujan, Suhu, Kelembaban, Kecepatan Angin, dan Radiasi Matahari SISTEM DAS Tutupan/Penggunaan Lahan Karakteristik Tanah Topografi (Panjang dan Kemiringan Lereng) Kerapatan Jaringan Drainase LUAR SISTEM DAS (HILIR) Tutupan/Penggunaan Lahan Karakteristik Tanah Topografi (Panjang dan Kemiringan Lereng) KELUARAN Unit Hidrograf : Debit Puncak Waktu Menuju Debit Puncak Produksi Air Potensi Sumberdaya Air Kebutuhan Air Tanaman Pola Tanam Pendugaan Banjir dan Kekeringan Gambar 2. Diagram alir sistem aplikasi hubungan masukan sistem keluaran dalam model pendugaan banjir dan kekeringan 8

29 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Daerah Aliran Sungai (DAS) dan Parameter Sistem DAS Daerah aliran sungai (DAS) merupakan daerah yang dibatasi oleh topografi secara alami, sehingga semua air hujan yang jatuh di atasnya akan mengalir menuju ke suatu lokasi pembuangan (outlet). Menurut Dixon dan Easter (1986) dan Brooks et al. (1991) DAS merupakan suatu daerah (area) yang dibatasi secara topografi oleh punggung bukit dan air hujan yang jatuh di atasnya akan dialirkan melalui suatu sistem jaringan sungai sampai menuju titik pengukuran (outlet). Sebagai suatu sistem neraca air tertutup, DAS mempunyai fungsi untuk menampung masukan dari curah hujan dan mengalirkan keluaran sebagai debit aliran (Black, 1996). Menurut Chow (1964), siklus air merupakan suatu rangkaian proses peristiwa yang terjadi pada air dari saat air hujan jatuh ke permukaan bumi, dialirkan menjadi aliran permukaan ke badan-badan sungai hingga menguap ke udara, dan kemudian jatuh kembali ke permukaan bumi (Gambar 3). Selanjutnya sebagian air hujan yang jatuh akan menguap melalui evaporasi sebelum jatuh di permukaan bumi, dan sebagian lainnya akan menjadi aliran permukaan (runoff) setelah diintersepsi oleh tanaman dan terinfiltrasi ke dalam tanah, serta mengalami perkolasi dan mengalir ke badan sungai/laut sebagai aliran bawah tanah (base flow). Siklus air dan distribusi air hujan yang sampai dipermukaan bumi menurut Robinson dan Sivapalan (1996) merupakan proses perubahan air hujan menjadi aliran permukaan dan dikelompokkan menjadi dua bagian, yaitu : 1) fungsi produksi DAS yaitu perubahan dari curah hujan bruto menjadi curah hujan netto (curah hujan sisa), dan 2) fungsi transfer DAS yaitu perubahan dari curah hujan netto menjadi aliran permukaan langsung. Curah hujan bruto didefinisikan sebagai total jumlah air hujan yang jatuh ke permukaan bumi sebelum terjadinya 9

30 intersepsi dan infiltrasi. Untuk curah hujan netto (curah hujan sisa) didefinisikan sebagai jumlah air hujan yang mengalir melalui jaringan hidrologi, setelah terjadinya proses intersepsi tanaman dan infiltrasi tanah jenuh. Hasil penelitian Heryani (2001) dan Sarjiman (2004) menyatakan bahwa pengujian model H2U (Hydrogramme Hydrograph Universale) dalam memprediksi debit aliran di sub- DAS Bunder, DAS Oyo, Kretek, Yogyakarta memiliki tingkat akurasi yang tinggi bila memasukkan parameter intersepsi tanaman dan infiltrasi tanah. Jatuh langsung Hujan Evaporasi/ Evapotranspirasi Intersepsi Langsung ke permukaan tanah Aliran permukaan Simpanan permukaan tanah Infiltrasi langsung Infiltrasi tertunda Simpanan bawah permukaan tanah Aliran Bawah Permukaan Perkolasi Cadangan bawah tanah Aliran Sungai Aliran Dasar Gambar 3. Siklus hidrologi (Chow, 1964) Intersepsi merupakan proses ketika air hujan jatuh pada permukaan vegetasi, tertahan beberapa saat untuk kemudian diuapkan kembali ke atmosfer 10

31 atau diserap oleh vegetasi yang bersangkutan dan atau jika melebihi kapasitas simpan vegetasi air hujan tersebut akan mengalir ke permukaan tanah (Asdak, 1995). Harahap (1998) menyatakan bahwa intersepsi merupakan selisih antara curah hujan yang sampai di puncak tajuk dengan curah hujan yang sampai di permukaan tanah, baik yang melalui tajuk maupun aliran batang. Ada dua faktor yang berpengaruh terhadap kapasitas intersepsi, yaitu : 1) faktor vegetasi yang meliputi : total luas permukaan tanaman, sifat dan adsorpsi permukaan daun, dan kerapatan susunan daun, dan 2) faktor iklim yang meliputi : intensitas hujan, lamanya hujan, dan kecepatan angin. Menurut Asdak (1995), besarnya air hujan yang tertampung di permukaan tajuk, batang dan cabang vegetasi dinamakan kapasitas intersepsi dan sangat ditentukan oleh bentuk, kerapatan, dan tekstur dari vegetasi. Hasil penelitian Nuriman (1999) menunjukkan bahwa besarnya intersepsi tanaman berhubungan erat dengan tinggi curah hujan dan indek luas daun, dimana semakin tinggi nilai indeks luas daun maka akan semakin tinggi intersepsi tanaman. Dalam analisis fungsi produksi DAS yaitu perubahan dari hujan bruto menjadi hujan efektif, perhitungan kapasitas intersepsi tanaman didasarkan pada persamaan yang dikembangkan oleh Aston (1979:dalam De Roo et al., 1999). Hasil penelitian Heryani (2001) dan Sarjiman (2004) menunjukkan penggunaan persamaan intersepsi yang dikembangkan oleh Aston (1979:dalam De Roo et al., 1999) dalam analisis debit aliran permukaan di sub-das Bunder, DAS Oyo, Kretek, Yogyakarta memiliki tingkat akurasi yang tinggi (F>70%). Infiltrasi merupakan proses masuknya air ke dalam tanah, umumnya (tetapi tidak mesti) melalui permukaan tanah dan terjadi secara vertikal, serta merupakan salah satu bagian yang sangat penting dari siklus air dalam menyerap, menampung, dan mendistribusikan air hujan yang jatuh diatasnya. Secara umum besarnya kapasitas infiltrasi tanah mempunyai peranan yang 11

32 sangat besar dalam menurunkan besarnya debit aliran permukaan tanah dibandingkan parameter lainnya, seperti intersepsi tanaman. Menurut Arsyad (2000) laju infiltrasi merupakan banyaknya air per satuan waktu yang masuk ke dalam tanah melalui permukaan tanah, sedangkan laju maksimum air dapat masuk ke dalam tanah pada suatu saat disebut kapasitas infiltrasi. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi besarnya laju infiltrasi tanah, yaitu : karakteristik tanah (struktur, tekstur, kadar air tanah awal, ukuran pori, kedalaman lapisan kedap, surface sealing dan soil crusting) dan pengelolaan lahan (pola tanam, pemilihan jenis tanaman, pengmbalian bahan organik, dan pengolahan tanah) (Thierfelder, et al., 2002; Herawatiningsih, 2001; Mamedov, et al., 2000). Hasil penelitian Zhang dan Miller (1996) menyatakan bahwa meningkatnya stabilitas agregat tanah dengan pemberian Poliakrilamid (PAM) dan gipsum (CaSO 4 ) pada tanah Ultisol lempung berpasir dapat meningkatkan besarnya kapasitas infiltrasi sebesar 50 % dibandingkan dengan kontrol. Hasil penelitian Mamedov dan Levy (2001) juga menyatakan bahwa tanah yang banyak didominasi oleh liat yang tinggi atau bertekstur liat mempunyai kapasitas infiltrasi yang lebih rendah (3,38 mm/jam) dibandingkan pada tanah bertekstur pasir berlempung (4,88 mm/jam) pada intensitas hujan yang tinggi (64 mm/jam), sedangkan pada intensitas hujan yang rendah (2 mm/jam) pada tanah bertekstur liat memiliki kapasitas infiltrasi yang lebih besar dibandingkan dengan tanah bertekstur pasir berlempung yakni masing-masing sebesar 18,75 mm/jam dan 5,38 mm/jam. Selain itu, faktor terbentuknya surface sealing (terbentuknya lapisan tipis yang kedap di permukaan tanah) dan soil crusting (pemadatan tanah) menyebabkan terjadinya penurunan kapasitas infiltrasi dan peningkatan volume aliran permukaan (Thierfelder, et al., 2002; Mamedov, et al., 2000; Zhang dan Miller, 1996). Menurut Zhang dan Miller 12

33 (1996) dan Le Bissonais (1996) terbentuknya surface sealing dan soil crusting disebabkan oleh dua prosses yang saling komplementer, yaitu : 1) dispersi kimia dan pergerakan partikel liat yang menyebabkan tertutupnya pori-pori tanah, serta terbentuknya lapisan kedap di bawah permukaan tanah, dan 2) disintegrasi fisik agregat tanah dan terjadinya pemadatan tanah yang disebabkan oleh energi kinetik hujan. Faktor pengelolaan lahan, seperti : pengolahan tanah, pengembalian bahan organik kedalam tanah, pemilihan jenis tanaman, dan pola tanam juga sangat berpengaruh terhadap kapasitas infiltrasi tanah. Hasil penelitian Thierfelder et al. (2002) menyatakan bahwa pengelolaan lahan pada tanah Inceptisol (Oxic Dystropept) dengan rata-rata intensitas hujan sekitar 330 mm/jam pada perlakuan penanaman ubi kayu yang dirotasi dengan Brachiaria decumbens selama 3 tahun (tahun ) memiliki kapasitas infiltrasi yang paling tinggi dibandingkan dengan perlakuan penanaman ubi kayu dengan pengolahan tanah minimum (minimum tillage), ubi kayu + Chamaecrista rotundifolia, ubi kayu secara monokultur, ubi kayu + kotoran ayam 4 ton/ha, ubi kayu ditanam secara intensif, ubi kayu + kotoran ayam 8 ton/ha, dan tanah dalam kondisi bera. Hal tersebut juga didukung hasil penelitian Yusuf (1991) di daerah berlereng (kemiringan 9 10%) yang mana pemberian bahan organik kotoran ayam 10 ton/ha dapat meningkatkan kapasitas infiltrasi tanah sekitar 4,06 % (1.030,40 mm/menit) dibandingkan kontrol/tanpa pemberian bahan organik (988,60 mm/menit) dan dapat menurunkan besarnya volume aliran permukaan (runoff) sebesar 18,71 % (181,60 liter) dibandingkan kontrol (223,40 liter). Selain itu, hasil penelitian Napitupulu (1998) dan Rukaiyyah (2001) juga menunjukkan bahwa pada tanah Entisol (Regosol Coklat Kekelabuan) yang bervegetasi (lahan pertanian yang diberakan dan ditumbuhi rumput-rumputan) dengan kondisi kadar air tanah awal sekitar 44% dan porositas total sekitar 58% mempunyai kapasitas 13

34 infiltrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan pada tanah Mollisol (Rendzina) yang bervegetasi dengan kondisi kadar air tanah awal sekitar 36% dan porositas total sekitar 63% (Gambar 4). Demikian juga dengan kapasitas infiltrasi tanah Entisol tidak bervegatasi (lahan pertanian yang diberakan dan tidak ditumbuhi rumput-rumputan) dengan kondisi kadar air tanah awal sekitar 45% dan porositas total sekitar 55% yang lebih besar dibandingkan dengan pada tanah Mollisol tidak bervegetasi dengan kondisi kadar air tanah awal sekitar 30% dan porositas total sekitar 51% (Gambar 4).. 9,00 8,00 Laju Infiltrasi (mm/menit) 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 Regosol_Vegetasi Regosol_NonVegetasi Rendzina_Vegetasi Rendzina_Nonvegetasi 0, Waktu (Menit) Gambar 4. Perbedaan laju infiltrasi pada jenis tanah dan penggunaan lahan yang berbeda (Napitupulu, 1998; Rukaiyyah, 2001) Menurut Hakim et al. (1986) besarnya laju infiltrasi tidak hanya meningkatkan besarnya jumlah air yang tersimpan dalam tanah untuk pertumbuhan tanaman, tetapi juga dapat mengurangi besarnya bahaya banjir yang diakibatkan oleh besarnya aliran permukaan. Hasil penelitian Yanrilla (2001) juga menunjukkan bahwa jenis tutupan/penggunaan lahan sangat berpengaruh terhadap besarnya laju infiltrasi tanah, yang mana jenis tutupan lahan hutan alam memiliki laju infiltrasi yang lebih besar dibandingkan jenis tutupan lahan hutan Pinus, ladang 14

35 (jagung), dan lahan terbuka (Gambar 5). Hal ini juga didukung hasil penelitian Arianti (1999) yang menunjukkan bahwa jenis tutupan lahan hutan alam mempunyai laju infiltrasi yang lebih tinggi dibandingkan pada jenis tutupan lahan tegalan (pertanaman jagung) 6 Laju Infiltrasi (cm/menit) Lahan Terbuka Ladang (jagung) Hutan Pinus Hutan Alam Waktu (menit) Gambar 5. Perbedaan laju infiltrasi pada berbagai jenis tutupan/penggunaan lahan (Yanrilla, 2001) Selanjutnya analisis fungsi produksi DAS yaitu perubahan dari hujan bruto menjadi hujan efektif, yang mana untuk perhitungan kapasitas infiltrasi tanah didasarkan pada persamaan Horton (1940:dalam Bedient dan Huber, 1992). Persamaan infiltrasi menurut model Horton tersebut telah banyak digunakan dalam analisis simulasi debit aliran permukaan (pemodelan hidrologi), seperti : HYSIM (Manley, 2006), MARINE (Estupina-Borrell et al., 2006), dan SWMM (Huber and Dickinson, 1988:dalam Rossman, 2004). Hal ini dikarenakan penggunaan persamaan infiltrasi menurut model Horton dalam pendugaan banjir (debit puncak aliran permukaan dan waktu respon) memiliki hasil yang lebih baik dan lebih konsisten untuk beberapa kejadian banjir dibandingkan dengan penggunaan persamaan infiltrasi menurut model Philip (1957: dalam Bedient dan 15

36 Huber, 1992) dan SCS (1972: dalam Chahinian et al., 2004) dalam pendugaan banjir (Chahinian et al., 2004). Selain itu, hasil penelitian Chahinian et al. (2004) menunjukkan penggunaan persamaan infiltrasi menurut model Horton dalam pendugaan banjir tidak lebih baik dibandingkan dengan penggunaan persamaan infiltrasi menurut model Morel-Seytoux (1978: dalam Chahinian et al., 2004) dalam pendugaan banjir. Persamaan infiltrasi tanah model Morel-Seytoux tersebut merupakan modifikasi dari model Green dan Ampt (1911: dalam Chahinian et al., 2004). Hal ini didukung dari hasil penelitian Heryani (2001) dan Sarjiman (2004) menunjukkan penggunaan persamaan infiltrasi tanah menurut model Horton (1940:dalam Bedient dan Huber, 1992) dalam analisis debit aliran permukaan di sub-das Bunder, DAS Oyo, Kretek, Yogyakarta memiliki tingkat akurasi yang tinggi Banjir dan Kekeringan Pemanfaatan sumberdaya alam yang semakin meningkat tanpa memperhitungkan klas kemampuannya, telah menimbulkan berbagai permasalahan lingkungan. Salah satu permasalahan lingkungan yang sampai saat ini belum dapat teratasi adalah degradasi/kerusakan lahan di daerah aliran sungai (DAS). Degradasi lahan merupakan proses berkurangnya atau hilangnya kegunaan suatu lahan dalam usaha meningkatkan kesejahteraan manusia. Degradasi lahan menurut Lal (1994) disebabkan oleh kemerosotan sifat fisik (erosi dan pemadatan tanah) dan sifat kimia tanah (penurunan tingkat kesuburan, keracunan dan pemasaman tanah). Faktor-faktor yang mempengaruhi degradasi lahan menurut Oldeman (1994) adalah 1) pembukaan lahan dan penebangan kayu secara berlebihan (deforestration), 2) penggunaan lahan untuk kawasan peternakan/penggembalaan secara berlebihan (over grazing), dan 3) aktivitas pertanian dalam penggunaan pupuk kimia dan pestisida 16