BAB III Metodologi Penelitian

Transkripsi

1 53 III.1 Lokasi penelitian BAB III Metodologi Penelitian Secara Administratif lokasi penelitian dilaksanakan di kampung Cirawa, Desa Cibeureum, Kecamatan Kertasari, Kabupaten Bandung, Jawa Barat. Desa Cibeureum berjarak kurang lebih 46 km Bandung dan terletak pada ketinggian 1600 mdpl dengan topografi dataran tinggi. Desa Cibeureum berbatasan dengan wilayah Desa Sukapura disebelah utara, Desa Tarumajaya disebelah selatan, Kecamatan Pangalengan disebelah barat dan Desa Cihawuk disebelah timur. Seperti yang dapat dilihat pada Lampiran A Peta Desa Cibeureum dan Tabel III.1, lahan pertanian meliputi kebun dan tadah hujan memiliki bagian yang lebih besar dibandingkan dengan peruntukan lahan lainnya di Desa Cibeureum. Lahan ini dimanfaatkan oleh masyarakat sebagai lahan pertanian dengan tanaman sayuran dan umbi-umbian seperti wortel, kol, kubis, pakchoy, daun bawang dan kentang. Kegiatan bercocok tanam banyak dilakukan pada lahan dengan kemiringan curam antara derajat. Hal ini tidak baik bagi konservasi tanah dan air karena dapat menyebabkan erosi, longsor dan air limpasan permukaan yang membawa sedimen dari lahan pertanian. Curah hujan di desa Cibeureum berdasarkan data curah hujan tahun 1998 hingga 2002 memiliki tinggi hujan bulanan 61 hingga 300 milimeter, jumlah hari hujan bulanan rata-rata hari, dan intensitas hujan bulanan rata-rata hingga milimeter per hari (Perdana, 2006).

2 54 III.1.1 Plot penelitian Tabel III.1 Peruntukan lahan di Desa Cibeureum. Peruntukan Lahan Luas (Ha) Jalan 3.18 Ha a Kebun Hutan Tadah hujan Lahan irigasi Pemukiman Putih-rumput Semak belukar Total Sumber : Bakosurtanal (1999), a Monografi Desa Cibeureum, 2006 Plot penelitian seperti yang terlihat pada Lampiran A Peta Desa Cibeureum terletak pada 7 o dan 107 o Berlokasi didaerah lereng perbukitan dan memiliki topografi berbukit. Plot penelitian seperti yang terlihat dalam Gambar III.1 dibagi dalam tiga segmen berdasarkan kemiringan segmen. Tabel III.2 Panjang dan kemiringan lahan dari tiap titik Keterangan Panjang (m) Kemiringan o o o o Catatan : pengukuran lapangan Kemiringan lereng yang diukur dengan menggunakan klinometer pada lahan penelitian seperti mulai dari 9 25 derajat. Keadaan lahan merupakan lahan pertanian yang baru 2 minggu diolah tanah, tidak terdapat tajuk tanaman yang dapat melindungi tanah dari erosivitas hujan karena tanaman masih berupa bibit yang dipindahkan.

3 Gambar III.1 Plot penelitian III.2 Tahapan penelitian Tahapan penelitian dalam pembuatan model erosi meliputi pengumpulan data, penentuan input pogram simulasi model, tampilan hasil dan analisis hasil simulasi model. Gambar III.2. berikut merupakan tahapan penelitian yang dilakukan. III.3 Formulasi matematik dan pengembangan skenario Formulasi matematika untuk aliran permukaan menggunakan model prediksi limpasan permukaan untuk daerah tropis dengan tangkapan yang kecil atau disebut Integrated System Tropical Flow Model (ISTFM) (Sudjono 1995). Daerah tangkapan diasumsikan terbagi kedalam sejumlah array dan segmen-segmen. Untuk mendapatkan keakuratan dari segmen, batas tangkapan hujan, kemiringan permukaan, tipe dari penutup lahan, dan aliran sungai harus didapatkan secara tepat. Formulasi matematik yang digunakan dalam skala plot atau lahan adalah persamaan USLE (Universal Soil Loss Equation). Model Erosi USLE yang digunakan menggunakan persamaan untuk satu kejadian hujan sehingga akurasi untuk penghitungan erosi diharapkan lebih baik dibandingkan penggunaan persamaan yang menggunakan data hujan rata-rata bulanan.

4 56 Program ISTFM Limpasan air permukaan Pengumpulan data Formulasi pers.matematika Transformasi kedalam program komputer Perbandingan hasil Simulasi program Kesimpulan Gambar III.2 Tahapan penelitian. Persamaan persamaan prediksi limpasan permukaan dan erosi menggunakan beberapa asumsi. Adapun asumsi asumsi yang digunakan adalah sebagai berikut : 1. Intensitas hujan digunakan dalam persamaan ini diperkecil dengan durasi waktu atau timestep 5 menit. 2. Lahan lahan yang digunakan sebagai tempat penelitian dibagi kedalam segmen segmen sehingga diharapkan hasilnya lebih akurat. 3. Aliran awal dalam aliran permukaan dan aliran bawah permukaan dianggap tidak ada.

5 57 4. Parameter erodibilitas tanah, kemiringan, panjang lereng, tipe penutup lahan dalam persamaan erosi menggunakan asumsi asumsi yang digunakan dalam metode USLE. 5. Erosi yang terjadi merupakan erosi yang disebabkan hujan dan limpasan air permukaan. III.4 Pengumpulan data Pengumpulan data dalam penelitian ini meliputi pengambilan data yang diambil secara aktual dilapangan. Berikut merupakan beberapa parameter diamati : III.4.1 Curah hujan Curah hujan aktual diamati di lokasi plot penelitian dengan menggunakan alat penakar hujan manual. Pengamatan volume curah hujan dilakukan dalam selang waktu 15 sampai 30 menit. Dengan mengetahui volume curah hujan dan luas permukaan dari alat penakar manual maka volume curah hujan dapat diubah ke dalam satuan kedalaman curah hujan. III.4.2 Debit limpasan air permukaan Pengukuran debit limpasan air permukaan dilakukan setiap 1 hingga 15 menit, tergantung dari keadaan limapsan air permukaan. Limpasan air yang keluar di outlet diukur dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch, kemudian diubah satuannya dalam ml/menit. III.4.3 Total solid dari air limpasan permukaan. Contoh air yang didapat dari outlet diambil sekitar 500 ml, kemudian ditutup rapat, diberi label dan selanjutnya dianalisis total solid di laboratorium dengan metode gravimetri.

6 58 III.4.4 Permeabilitas atau Konduktifitas Hidrolik Konduktifitas hidraulik umumnya diukur tiap kedalaman 10 cm hingga kedalaman dengan nilai konduktifitas hidraulik sangat kecil, yang menunjukkan bahwa lapisan impermeabel telah tercapai. Pada daerah penelitian, konduktifitas hidraulik diukur pada kedalaman 20, 50 dan 90 centimeter. Pengukuran konduktifitas hidraulik menggunakan sebuah alat pengukur permeabilitas lapisan tanah, constant head permeameter. Permeabilitas merupakan kemudahan cairan, gas dan akar menembus tanah. Permeabilitas tanah untuk air merupakan konduktivitas hidrolik. Untuk aliran air satu dimensi pada lapisan tanah jenuh sempurna, digunakan rumus empiris Darcy sebagai berikut :...( III.1 ) Dimana : v = kecepatan aliran (discharge opening) q = volume aliran air per satuan waktu A = luas penampang tanah yang dilewati air k = koefisien permeabilitas i = gradien hid rolik Penentuan Konduktivitas Hidrolik di laboratorium dengan menggunakan constant head pemeameter dapat dihitung dengan : Q L k =...(III.2 ) t h A

7 59 Dimana: K = konduktivitas hidrolik Q = Total jumlah air yang mengalir melalui contoh tanah dalam waktu t. L = Panjang contoh tanah dalam permeameter t = Waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan air h = Total hilangnya tekanan A = Luas penampang permeameter Gambar III.3 Constant Head permeameter.

8 60 Harga konduktivitas hidrolik tiap lapisan tanah dilapangan dapat ditentukan dengan persamaan berikut: K 1 Q(sinh ( H / r) 1) = 2 2πH...(III.3 ) Dimana: K Q H r = konduktivitas hidrolik = kecepatan air meresap dalam tanah ketika pengukuran (cm/s) = kedalaman tanah yang diukur (cm) = jari-jari lubang tanah ketika pengukuran (cm) III.4.5 Porositas Porositas adalah persentase volume total pori yang diisi oleh udara dan air diantara partikel tanah. Berdasarkan nilai bobot isi dan kepadatan partikel, besar nilai porositas tanah dapat dicari menggunakan persamaan berikut : f = 1,0 (bobot isi / kepadatan partikel) x 100 %...(III.4 ) Dimana : f = porositas tanah (%) Besarnya nilai bobot isi dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :...(III.5 ) Dimana : ρp = Bobot isi (g/cm3) Mp = berat tanah kering (gram) Vt = volume tanah total (cm3)

9 61 Selain itu dapat karena porositas tanah merupakan perbandingan volume pori-pori tanah yang dapat terisi air dengan volume tanah yang dilewati air. Porositas tanah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: Vv n =...(III.6 ) v dimana: n = porositas Vv = volume air yang dialirkan (ml) V = volume tanah yang dialiri air (ml) III.4.6 Penentuan tekstur tanah Pengambilan contoh tanah dilakukan untuk mendapatkan data tekstur tanah dan kandungan organik dalam mendukung penentuan erodibilitas tanah di lokasi penelitian. Contoh tanah untuk uji tanah merupakan contoh tanah komposit, yaitu contoh tanah campuran dari 10 hingga 15 contoh tanah individu. Contoh tanah individu diambil dari lapisan olah atau lapisan perakaran (0-20 cm). Contoh tanah komposit tersebut harus mewakili lahan yang akan dikembangkan atau yang dimintakan rekomendasinya. Satu contoh tanah komposit mewakili hamparan yang homogen sekitar ha. Pada lahan miring dan bergelombang, satu contoh tanah komposit mewakili areal sekitar 5 ha. Penentuan tekstur tanah dilakukan dengan mengetahui perimbangan dari pembagian kelas yang biasa untuk menjelaskan tanah terlihat pada segitiga tekstur seperti pada gambar III.4. Jumlah persentase pasir, debu dan liat pada titik pembentuk segitiga adalah 100. Titik A menunjukkan 15 persen liat, 65 persen pasir dan 209 persen debu, nama kelas tekstur untuk contoh tersebut adalah lempung berpasir (sandy loam). Tanah yang mengandung jumlah yang sama dari tiga bagian ini adalah lempung liat (titik B dalam gambar III.4).

10 62 Gambar III.4 Segitiga tekstur memperlihatkan batasan pasir, debu dan liat dari berbagai kelas tekstur. Sumber : Foth, III.4.7 Kemiringan lereng dan panjang lereng Pengukuran kemiringan lereng pada lokasi penelitian menggunakan alat klinometer, dengan menembak titik pangkal plot erosi dari keluaran limpasan permukaan, sedangkan pengukuran panjang lereng dilakukan dengan menarik pita ukur (50 meter) dari titik yang sama. Pengukuran tiap sisi bidang plot dari titik ke titik dilakukan dengan diawali dari tempat keluaran limpasan dan menyusuri garis plot yang kemudian dibuat sketsa pada kertas. III.5 Pengumpulan data input program limpasan air permukaan Input data ISTFM atau Integrated System Tropical Flow Model meliputi Input data lembah sungai, input data curah hujan, input data keluaran atau discharge, kemiringan lahan, jumlah segmen, luas daerah tangkapan, konduktifitas hidrolik, data curah

11 63 hujan. Data lembah sungai sendiri merupakan karakteristik lembah sungai berupa data lapisan yaitu: jumlah lapisan, kedalaman, proposi konduktifitas hidrolik dan porositas lapisan. Perhitungan rata-rata panjang dan lebar dari segmen-segmen pada tiap baris daerah tangkapan. Selain itu dibutuhkan data kemiringan lahan yaitu berupa pengukuran langsung di lapangan. Penetapan jumlah segmen pada tiap baris didasarkan pada kemiringan di lapangan, begitupun dengan rata-rata panjang dan lebar tiap segmen diukur di lapangan. Konduktifitas hidrolik pada lokasi diukur dengan menggunakan alat constant head permeameter. Data curah hujan (mm/hari) didapat dari hasil pengukuran aktual yang di interpolasi sesuai dengan time step yang digunakan. III.6 Pengumpulan data masukan erosi Pengumpulan data dilokasi penelitian berupa pengamatan curah hujan, tekstur tanah dan kandungan bahan organik untuk menentukan erodibilitas tanah, kemiringan dan panjang lahan, faktor pengelolaan tanaman, dan faktor konservasi yang diterapkan di lokasi penelitian. III.7 Transformasi dalam program komputer Formula matematis dan asumsi-asumsi yang dikembangkan ditransformasikan ke dalam program komputer dengan menggunakan Algoritma. Algoritma sendiri merupakan suatu metode atau cara menyelesaikan masalah dengan tahap dan waktu yang terbatas. Algoritma yang disusun akan menentukan seberapa tingkat keefisienan dan keakuratan dari model komputer yang dibuat. Gambar III.5 merupakan algoritma program erosi yang disusun dalam penelitian ini. Tahap berikutnya dilanjutkan dengan transformasi ke dalam bahasa pemrograman Fortran.

12 64 Mulai Baca Nama output Faktor erosi File curah hujan File properti basin File keluaran limpasan Hitung Rmax Coef Rr Hitung luas persegmen Coef LS Qflow Q maksimum Q, q Coef R Hitung Erosi0 Erosi1, Erosi Print Erosi0, Erosi1, Erosi Selesai Gambar III.5 Algoritma program erosi

13 65 III.8 Perbandingan antara hasil perhitungan dan pengamatan Menurut Schnoor (1996) Perbandingan antara perhitungan dan pengamatan di lapangan merupakan kalibrasi model. Koefisien dalam persamaan dan konstantakonstanta harus ditentukan terlebih dahulu dari literatur atau penelitian laboratorium. Setelah menjalankan model, perbandingan secara statistik dibuat antara hasil model untuk variabel tetap dan pengukuran lapangan. Bila kesalahan diantara level yang ditoleransi, model telah terkalibrasi, bila error tidak diterima, konstanta dan koefisien harus secara sistematik divariasikan. Untuk mendapatkan simulasi yang dapat diterima parameter parameter harus tidak berada diluar dari wilayah nilai yang dihasilkan dari pengamatan, apabila didalam wilayah berarti model terkalibrasi. Seberapa baik model dihasilkan bergantung pada penggunaan model atau prediksi tersebut. Begitupun, kriteria untuk penerimaan kalibrasi atau verifikasi bergantung pada rencana penggunaan model. Terdapat beberapa metode statistik yang dapat digunakan untuk melihat hasil perbandingan antara perhitungan dan pengamatana di lapangan, pada penelitian ini digunakan pengujian t berpasangan, dimana membandingkan dari hasil perhitungan dan pengamatan di lapangan pada saat bersamaan (pengujian rata-rata). Selain itu dicari juga kesalahan model yang digunakan. Menurut Spitz dan Moreno (1996) perbedaan antara hasil perhitungan model dengan data percobaan merupakan kesalahan model, dihitung dengan persamaan Sum Square of Error, dimana SSE yang baik mendekati nol. ( P) 2 SSE = O -...(III.7 ) SSE O P = Sum Square of Error = nilai percobaan = Nilai perhitungan model

14 66 III.9 Simulasi program Simulasi yang dilakukan dalam program erosi ini menggunakan variasi beberapa parameter penting. Parameter tersebut adalah tinggi hujan, kemiringan lereng dan tipe penutupan lahan di lokasi penelitian. Skenario hujan dibuat dengan memperhatikan derajat curah hujan dan intensitas hujan dengan asumsi bahwa skenario ini dapat mewakili tiap tiap klasifikasi hujan lemah, normal, deras dan sangat deras. Skenario kemiringan dimasukkan kedalam data basin berupa empat klasifikasi kemiringan yang mewakili kemiringan landai, agak curam, curam dan sangat curam. Pembagian klasifikasi ini didasarkan pada petunjuk pedoman penyusunan Rencana Teknik Lapangan Rehabilitasi Lahan dan Konservasi Tanah (RTL-RLKT), Departemen Kehutanan (1998). Skenario penutupan lahan yang terdapat dalam file Erosi, meliputi penutupan lahan oleh hutan, kebun campuran dan tanaman kentang yang ditanam searah lereng atau sebanding dengan tanah kosong yang diolah. Data data input yang berhasil diperoleh dimasukkan dalam formula ISTFM untuk mendapatkan aliran limpasan pada setiap segmen dan kemudian dilanjutkan dengan program prediksi erosi. Data-data ini diharapkan akan menghasilkan output yang sedekat mungkin dengan situasi sebenarnya di lokasi penelitian. III.10 Analisis simulasi program Hasil simulasi akan menunjukkan hubungan antara parameter sehingga dapat dicapai suatu gambaran proses erosi yang dipengaruhi oleh parameter-parameter. Dalam melakukan suatu rekayasa lahan disuatu lokasi, evaluasi dan analisis terhadap simulasi model harus dilakukan. Pengecekan perlu dilakukan pada tahap-tahap yang dilaksanakan sebelumnya untuk mengetahui keakuratan program. Adapun yang perlu diperhatikan adalah : 1. Hasil analisis terhadap data yang digunakan. Jika hasil tidak sesuai dengan yang diharapkan maka dilakukan pengecekan ulang terhadap data yang digunakan.

15 67 2. Formula matematik. Apabila ternyata hasil yang didapat tidak sesuai perlu diperhatikan kembali formula matematik yang digunakan. 3. Asumsi dan rumus dasar. Peninjauan kembali asumsi perlu dilakukan untuk melihat kembali ketepatan penggunaan asumsi dan rumus dasar berdasarkan kondisi dan situasi daerah penelitian. Melalui analisis ini kekurangankekurangan program dapat diperbaiki sehingga tingkat keakuratan program sesuai dengan yang diharapkan.