BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Analisis Data Analisis Curah Hujan Hasil pengolahan data curah hujan di lokasi penelitian Sub-DAS Cibengang sangat berfluktuasi dari 1 Januari sampai dengan 31 Desember 21. Total curah hujan yang tercatat di Sub-DAS Cibengang pada tahun 21 sebesar 3771 mm/thn. Curah hujan tertinggi yang tercatat pada tahun 21 sebesar 95 mm/hari pada tanggal 7 Februari dengan rata-rata curah hujan harian selama satu tahun sebesar 1,33 mm/hari. Dinamika curah hujan sepanjang tahun 21 disajikan pada Gambar 4. CH (mm) Gambar 4 Grafik curah hujan harian dari tanggal 1 Januari s.d.31 Desember 21. CH (mm) Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nop Des CH CH max Gambar 5 Diagram curah hujan bulanan Sub-DAS Cibengang.

2 21 Curah hujan bulanan tertinggi terjadi pada bulan Februari dengan jumlah curah hujan 638 mm/bulan dan terendah pada bulan Juni sebesar 53 mm/bulan. Jumlah curah hujan tahunan di Sub-DAS Cibengang sebesar mm/tahun. Berdasarkan klasifikasi iklim Schmidth-Ferguson bulan basah (CH>1 mm) pada tahun 21 menyebar pada bulan Januari, Februari, Maret, April, Mei, Agustus, September, Oktober, November, dan Desember, sedangkan untuk bulan kering (CH<6 mm) hanya terjadi pada bulan Juni. Data curah hujan tahun 21 di sub DAS Cibengang selengkapnya dapat dilihat di Lampiran Analisis Debit Aliran Debit aliran diperoleh dari data pengolahan Tinggi Muka Air (TMA) hasil rekaman dari AWLR (Automatic Water Level Recorde). Data TMA yang terekam dalam AWLR berupa grafik yang tergambar pada kertas pias yang telah terpasang di AWLR. Grafik ini menggambarkan fluktuasi TMA setiap jam. Data yang digunakan dalam analisis debit harian ini adalah TMA harian mulai tanggal 1 Januari sampai 31 Desember 21. Untuk mengetahui debit aliran dari TMA dibantu dengan menggunakan persamaan regresi yang didapat dari rating curve. Data lapang yang digunakan sebagai input rating curve adalah TMA dan debit aliran pada tanggal 18 dan 19 Juli 21, 4, 9, 11, 2 s.d. 25 Agustus. Kurva hubungan antara debit aliran sungai dengan TMA tersaji pada Gambar 6. Q (m³/det),3,25,2,15,1,5 y = 16,94x 2,698 R² =,99,5,1,15,2,25 TMA (meter) Gambar 6 Discharge rating curve Sub-DAS Cibengang.

3 22 Pengukuran debit aliran untuk rating curve, menggunakan persamaan Manning (persamaan 1). Dalam pengukuran ini, kecepatan aliran sungai menggunakan faktor koreksi untuk berbagai tipe saluran penampang sungai dengan menggunakan kekasaran manning. Hasil perhitungan debit aliran lapang menggunakan persamaan manning dapat dilihat pada Lampiran 1. Hasil analisis antara debit aliran dengan TMA di Sub-DAS Cibengang diperoleh persamaan regresi sebagai berikut : Q = 16,94TMA 2,698...(21) Keterangan : Q = Debit aliran (m 3 /s) TMA = Tinggi Muka Air (m) Dari Persamaan (21) diperoleh nilai koefisien determinasi (R²) sebesar,99 yang menunjukan korelasi yang kuat antara TMA dengan debit aliran sungai di Sub-DAS Cibengang. Dimana keragaman Debit (Q) dapat diterangkan oleh TMA. Dari persamaan hubungan antara TMA dan debit aliran sungai, maka diperoleh debit aliran sungai harian dengan memasukkan nilai TMA harian pada bacaan alat pencatat tinggi muka air ke dalam Persamaan (4). Grafik hubungan antara debit, dan curah hujan tanggal 1 Januari sampai 31 Desember 21 serta total debit aliran sungai dan curah hujan bulanan disajikan pada Gambar 7 dan ,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4, CH (mm) Q (m^3/s) Gambar 7 Grafik hubungan curah hujan, debit aliran, dan TMA harian 1 Januari - 31 Desember 21.

4 23 6, 5, 4, Q (m³/s) 3, 2, 1,, Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nop Des Q 2,8 5,6 4,4 2,8 3,9 1,8 2,2 1,8 3,5 2, 4,1 3,5 Gambar 8 Diagram debit aliran bulanan tahun 21. Data debit di Sub-DAS Cibengang pada tanggal 1 Januari sampai 31 Desember 21 menunjukkan debit harian rata-rata adalah,15 m³/s, debit maksimum harian terjadi pada tanggal 14 Nopember sebesar 1,4 m³/s yang disebabkan oleh curah hujan 85 mm/hari, sedangkan debit minimum terjadi pada tanggal 26 Januari sebesar,2 m³/s. Data debit aliran sungai tahun 21 selengkapnya dapat dilihat di Lampiran 9. Hujan merupakan salah satu faktor yang memberikan pengaruh terhadap perubahan debit aliran sungai, akan tetapi curah hujan yang tinggi tidak selalu berpotensi untuk meningkatkan debit aliran sungai, dapat dilihat pada grafik pada tanggal 9 Nopember 21 curah hujan mencapai 3 mm sementara debitnya sebesar,11 m³/s, debit tersebut lebih kecil dari debit maksimum harian pada tanggal 28 Nopember 21 dengan curah hujan sebesar 4 mm, yaitu,17 m³/s, hal tersebut berpotensi terjadi karena faktor lamanya hujan dan intensitas hujan, intensitas hujan yang tinggi akan mempengaruhi laju dan debit aliran, laju infiltrasi akan terlampaui oleh laju aliran, dengan demikian, total debit akan lebih besar pada hujan dengan intensitas tinggi atau intensif dibanding dengan hujan yang kurang intensif meskipun curah hujan untuk kedua kejadian hujan tersebut relatif sama.

5 Analisis Evapotranspirasi Perhitungan evapotranspirasi yang digunakan adalah metode Penman- Monteith, cara perhitungan menggunakan metode ini telah dijelaskan pada persamaan 18 di metodologi pengolahan data. Berdasarkan hasil perhitungan data evaapotranspirasi dengan menggunakan metode Penman Monteith, diperoleh total evapotranspirasi tahun 21 sebesar 1248,94 mm/tahun, dengan evapotranspirasi rata-rata sebesar 3,42 mm/hari. 5.4 Analisis Hidrograf Analisis hidrograf dilakukan untuk mengetahui respon debit aliran terhadap curah hujan. Data yang digunakan adalah data debit harian dan curah hujan tanggal 4-13 April 21. Hasil dari hidrograf memperlihatkan bahwa debit puncak terjadi pada tanggal 5 April 21 sebesar,27 m 3 /s (3,16 mm/hari) karena memiliki curah hujan tertinggi yaitu 62 mm/hari. Hal ini menunjukkan bahwa debit aliran pada tanggal tersebut memiliki respon yang cepat terhadap curah hujan. Contoh perhitungan hidrograf dapat dilihat di Lampiran 3.,6,5,4,3,2,1, CH (mm) Q (m^3/s) BF (m^3/s) Gambar 9 Hidrograf satuan tanggal 4-13 April 21 Sub-DAS Cibengang. Selain untuk mengetahui respon debit aliran terhadap curah hujan, hidrograf juga digunakan sebagai acuan menentukan nilai koefisien run-off di Sub-DAS Cibengang yang nantinya akan dijadikan sebagai inisial pada proses

6 25 optimasi Tank Model. Dari hidrograf tersebut diperoleh koefisien run-off sebesar,311 (31,1%). 5.5 Analisis Tank Model Optimasi Tank Model menghasilkan dua belas parameter Tank Model di Sub-DAS Cibengang dari tanggal 1Januari sampai dengan 31 Desember 21 disajikan pada Tabel 3. Tabel 3. Dua belas parameter hasil optimasi Tank Model di Sub-DAS Cibengang No. Parameter Tank Model Hasil 1 a, a1, a2, Ha1 5, 5 Ha2 68,75 6 b,933 7 b1,269 8 Hb1 1, c,1 1 c1,88 11 Hc1 1, d1,4 Sumber : Hasil optimasi tank model di Sub-DAS Cibengang. Parameter-parameter Tank Model dapat dikelompokan menjadi 3 jenis, sebagai berikut: 1. Run-off coefficient, menunjukan besarnya laju aliran, a1=,3283, a2=,3246, b1=,269, c1=,88, dan d1=,4. Parameter yang menunjukkan laju aliran terbesar adalah pada tank pertama. 2. Infiltration coefficient, menunjukan besarnya laju infiltrasi a=,5855, b=,933, dan c=,1, Parameter menunjukan laju infiltrasi terbesar adalah pada lubang outlet vertikal tank pertama. 3. Storage parameter sebagai tinggi lubang outlet horizontal masing-masing tank, Ha1=5, Ha2=68,75, Hb1=1,1176, dan Hc1=1,4529, Parameter menunjukan bahwa lubang outlet horizontal tank yang pertama adalah yang tertinggi. Output Tank Model menghasilkan komponen berupa keseimbangan air, tinggi muka air, dan total aliran. Komponen hasil optimasi disajikan pada tabel 4.

7 26 Tabel 4 Komponen Tank Model hasil optimasi Komponen Satuan Nilai Persen Keseimbangan Air Inflow R (mm) 4138,2 Outflow Obsevation (mm) 4311,57 Outflow Calculation (mm) 3528,99 ETP Calculation (mm) 999,15 Stored (mm) -39,1 Tinggi Muka Air Ha (mm) 3 Hb (mm) 12 Hc (mm) 25 Hd (mm) 12 Total Aliran Surface flow (mm) 199,66 31,16 Intermediate flow (mm) 1698,75 48,14 Sub-base flow (mm) 568,12 16,1 Base flow (mm) 162,46 4,6 Sumber: Hasil optimasi Tank Model di Sub-DAS Cibengang. Dari Tabel 4, diketahui bahwa Sub-DAS Cibengang tidak memiliki simpanan air (Stored). Kalkulasi simpanan air menunjukkan defisit sebesar -39,1 mm. Presentasi hasil output Tank Model diperoleh surface flow (Ya2) sebesar 31,16 %, intermediate flow (Yb1) dengan persentase tertinggi sebesar 48,14 %, sub-base flow (Yc1) sebesar 16,1 %, dan base flow (Yd1) sebesar 4,6 %. Tank model sudah menggambarkan kondisi hidrologi apabila presentase surface flow Tank Model memiliki nilai yang mendekati nilai rata-rata koefisien limpasan dari hidrograf satuan. Keadaan tutupan lahan, jenis tanah, kelerengan, dan iklim mempengarui kecepatan aliran dan simpanan air. Berdasarkan kondisi umum di Sub-DAS Cibengang, tutupan lahan dibagian hulu didominasi oleh tegalan / ladang. Jenis tanah pada Sub-DAS Cibengang adalah regosol yang diantaranya memiliki ciri konsistensi lepas sampai gembur. Kelerengan di Sub-DAS Cibengang sangat curam (>4%) dengan iklim sangat basah.

8 Surface flow CH (mm) Gambar 1 Level aliran pada surface flow tanggal 1 Januari - 31 Desember intermediate flow CH (mm) Gambar 11 Level aliran pada intermediate flow tanggal 1 Januari - 31 Dember 21. Level aliran pada surface flow sangat dipengaruhi oleh peningkatan dan penurunan curah hujan. Hal ini dapat terlihat ketika terjadi kenaikan curah hujan diikuti dengan kenaikan tinggi aliran air. Level aliran di intermediate flow masih dipengaruhi oleh curah hujan, namun tidak begitu merespon cepat seperti pada surface flow. Secara umum, pada bulan Januari sampai bulan Mei terlihat jelas fluktuasi yang begitu besar. Pada bulan Juni grafik turun sampai bulan Agustus, dan di bulan September ketinggian aliran naik secara fluktuatif sampai bulan Desember.

9 Sub base flow CH (mm) Gambar 12 Level aliran pada sub-base flow tanggal 1 Januari - 31 Desember 21. 1,9 2,8 4,7 6,6,5 base flow CH (mm) 8 1,4 12,3 14,2 16, Gambar 13 Level aliran pada base flow tanggal 1 Januari - 31 Desember 21. Tinggi aliran air pada sub-base flow tidak langsung dipengaruhi oleh curah hujan, hal ini dapat dilihat pada saat terjadi hujan maksimum tidak berpengaruh langsung pada tinggi aliran air di sub base flow, dan tinggi aliran air di base flow mengalami keadaan yang konstan pada awal tahun 21 dan mengalami penurunan yang lambat sampai akhir tahun 21.

10 29 Tabel 5 Indikator keadaan Tank Model sepanjang tahun 21 Parameter Optimasi Nilai Parameter Optimasi R (Coefficient of Correlation),75 RMSE (Root Mean Square Error) 7,86 MAE (Mean Average Error) 5,32 APD (Average Percentage Deviation),5 Descrepancy Sumber : Hasil optimasi Tank Model di Sub DAS Cibengang. 1,E+6 Selain dua belas parameter kondisi hidrologi di Sub-DAS Cibengang, Tank Model juga menunjukkan indikator statistik hasil pengujian. Nilai R (Coefficent of Correlation) sebesar,75 menunjukkan bahwa Tank Model dapat menggambarkan kondisi lapang dengan baik. Nilai RMSE (Root Mean Square Error) sebesar 7,86 memperlihatkan ketepatan model dalam menentukan surface flow. Nilai MAE (Mean Average Error) sebesar 5,32 dan APD (Average Percentage Deviation) yang kecil sebesar,5 dapat menunjukkan model dapat menggambarkan aliran secara keseluruhan. Nilai descrepancy positif dan mendekati yaitu 1,E+6 menunjukkan semakin mampu Tank Model dalam menjaga keseimbangan air. Nilai positif menunjukkan inflow lebih besar dari outflow (debit, ETP, stored). 5.6 Analisis Laju Sedimentasi Pada saat pengambilan data TMA dan kecepatan aliran sungai pada kejadian hujan tanggal 18 Juli sampai tanggal 25 Agustus 21, dilakukan juga pengambilan sampel air untuk membuat model persamaan dalam pendugaan laju sedimen di Sub-DAS Cibengang untuk setiap kejadian debit. Laju sedimentasi diduga menggunakan persamaan regresi hubungan debit aliran dengan sedimentasi hasil pengukuran di lapang. Sampel air sungai yang diambil pada TMA yang berbeda diukur menggunakan turbiditymeter, sehingga dapat diketahui konsentrasi sedimennya dengan satuan ppm. Konsentrasi sedimen tersebut nantinya akan menghasilkan sedimentasi untuk setiap kejadian debit aliran. Setelah diperoleh konsentrasi sedimen, maka persamaan (6) digunakan untuk

11 3 menghitung debit sedimen (Asdak 27). Grafik hubungan laju sedimen dan debit aliran sungai disajikan pada Gambar 14. Qs (ton/hari) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2 y = 47,78x 2,345 R² =,88,5,1,15,2,25 Q (m^3/s) Gambar 14 Grafik hubungan antara debit aliran sungai dengan laju sedimen. Persamaan regresi hubungan debit aliran dengan laju sedimentasi di Sub DAS Cibengang adalah : Qs=47,78Q 2, (22) Dimana ; Qs = Laju sedimentasi (Ton/hari) Q = Debit aliran (m 3 /s) Persamaan tersebut memiliki R 2 (Koefisien determinasi) sebesar 88,4 %. Nilai R 2 tersebut menunjukkan hubungan antara debit aliran dengan laju sedimentasi sangat erat, yaitu keragaman laju sedimentasi (Qs) dapat diterangkan oleh debit aliran sungai (Q) Analisis Laju Sedimen hasil Observasi Grafik harian dan diagram bulanan hubungan antara debit aliran sungai dengan laju sedimentasi di Sub-DAS Cibengang disajikan pada Gambar 15.

12 ,5 1 1,5 2 Qs (ton/hari) Q (m^3/s) Gambar 15 Grafik hubungan antara debit aliran sungai dengan laju sedimen di Sub-DAS Cibengang. Laju sedimentasi tertinggi terjadi pada tanggal 14 Nopember 21 sebesar 48,19 ton/hari dengan debit aliran sebesar 1, m 3 /s. Total laju sedimentasi tahun 21 sebesar 226,6 ton/tahun Analisis Laju Sedimen Lateral (Surface Flow) dan Base Flow Data debit yang telah dikalkulasi dalam Tank Model menghasikan data aliran pada setiap tank, yaitu surface flow, intermediate flow, sub-base flow dan base flow. Surface flow dan base flow menjadi data dasar dalam perhitungan laju sedimen lateral dan base flow pada persamaan (24) yang merupakan model persamaan MUSLE (Modification of Universal Soil Loss Equation). Pada model ini, faktor yang digunakan sebagai pemicu terjadinya adalah faktor limpasan permukaan bukan faktor energi hujan, sehingga MUSLE tidak memerlukan faktor sediment delivery ratio (SDR). Faktor limpasan permukaan mewakili energi yang digunakan untuk melepaskan dan mengangkut sedimen. Hubungan antara debit aliran sungai dengan laju sedimen lateral dan base flow disajikan pada Gambar 16.

13 32 4, 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, sed (ton/hari) Qcalculated (mm/hari) Gambar 16 Grafik hubungan antara debit aliran sungai dengan laju sedimen lateral. Laju sedimentasi harian lateral dan base flow tertinggi terjadi pada tanggal 7 Februari 21 sebesar 19,18 ton/hari dengan debit aliran sebesar 77,553 mm/hari. Sedangkan Laju sedimentasi bulanan tertinggi terjadi pada bulan Februari sebesar 44,77 ton/bulan. Total laju sedimentasi tahun 21 sebesar 182,34 ton/tahun Laju Sedimentasi di Sub-DAS Cibengang Perhitungan laju sedimentasi model MUSLE yang berasal dari Sub-DAS Cibengang, menggunakan persamaan (19). Hasil perhitungan dari persaman tersebut diperoleh laju sedimentasi harian tertinggi terjadi pada tanggal 7 Februari 21 sebesar 24,86 ton/hari dengan debit aliran sebesar 45,79 mm/hari dan curah hujan harian sebesar 95 mm/hari. Sedangkan laju sedimentasi bulanan tertinggi terjadi pada bulan Februari sebesar 5,42 ton/ha/bulan dengan pada saat curah hujan 638 mm/bulan. Grafik harian dan diagram bulanan laju sedimentasi bulanan dari Sub-DAS Cibengang disajikan pada Gambar 17 dan 18.

14 33 3, 25, Ton/hari 2, 15, 1, 5,, Gambar 17 Grafik harian laju sedimentasi bulanan dari Sub-DAS Cibengang. ton/hari Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nop Des Qs 56,9 81,3 53,3 24,4 31,1 2,11 2,42 7,73 2,9 8,86 45,6 29,6 Gambar 18 Diagram laju sedimentasi bulanan dari Sub-DAS Cibengang. Total laju sedimentasi di Sub-DAS Cibengang pada tahun 21 sebesar 364,484 ton/tahun (,4 mm/tahun). Berdasarkan Peraturan Dirjen RLPS No : P.4/V-SET/29 tentang Pedoman monitoring dan evaluasi DAS, apabila laju sedimen besarnya di bawah 2 mm/tahun termasuk dalam kategori baik. Tabel 6 Kategori kinerja DAS berdasarkan laju sedimen No. Sedimentasi (mm/th) Kelas Skor 1 < 2 Baik Sedang 3 3 > 5 Jelek 5 Sumber: Peraturan Dirjen RLPS No : P.4/V-SET/29

15 34 Untuk membandingkan keakuratan hasil pendugaan erosi menggunakan metode MUSLE dengan metode USLE, maka dilakukan juga pendugaan besarnya erosi menggunakan metode USLE. Besarnya SDR (sediment delivery ratio) yang digunakan untuk menduga besarnya erosi menggunakan metode USLE adalah sebesar,444. Nilai SDR tersebut diperoleh dari persamaan sebagai berikut (Boyce 1975, dalam Arsyad, 26) : SDR =,41 A -,3... (23) Keterangan : SDR = Sediment delivery ratio A = Luas cathment area (km 2 ) Berdasarkan hasil perhitungan menggunakan metode USLE diketahui besarnya erosi di Sub-DAS Cibengang pada tahun 21 sebesar 287,27 ton/tahun (,73 mm/tahun). Hasil perhitungan dari metode MUSLE dan metode USLE diketahui bahwa hasil perhitungan sedimentasi metode MUSLE lebih mendekati besarnya sedimentasi hasil observasi, maka dapat disimpulkan bahwa metode MUSLE yang dikombinasikaan dengan aplikasi Tank Model dalam menduga erosi lebih akurat dibandingkan dengan metode USLE Analisis Hubungan Laju Sedimentasi observasi dengan Laju Sedimentasi Hasil Kalkulasi MUSLE Untuk mendapatkan hasil laju sedimentasi menggunakan metode MUSLE adalah dengan cara menjumlahkan hasil laju sedimentasi lateral (surface flow) dan base flow dengan laju sedimentasi HRU Sub-DAS Cibengang. Hubungan antara sedimentasi hasil regresi dengan sedimentasi hasil MUSLE dapat diketahui dengan menggunakan hubungan regresi linear yang akan menghasilkan persamaan regresi dan koefisien determinasi (R 2 ).

16 35,8,7,6 y =,363x +,1 R² =,76,5,4,3,2,1,,,2,4,6,8,1,12,14,16 Gambar 19 Grafik hubungan laju sedimentasi observasi dengan laju sedimentsi MUSLE Gambar 21 menunjukkan hubungan antara laju sedimentasi hasil observasi dengan laju sedimentasi MUSLE. Analisa hubungan antara laju sedimentasi pandugaan regresi dengan laju sedimentsi pandugaan MUSLE menghasilkan nilai R 2 sebesar,76. Hal ini menjelaskan bahwa model MUSLE mampu menduga laju sedimentasi dengan baik. Persamaan regrasi laju sedimentasi regresi dengan laju sedimentasi MUSLE adalah: Y=,363X +,1... (24) Dimana : Y = Qs MUSLE (Ton/ha/hari) X = Qs Observasi (Ton/ha/hari) 5.7 Analisis Neraca Air di Sub-DAS Cibengang Dalam siklus hidrologi, penjelasan mengenai hubungan antara aliran ke dalam (inflow) dan aliran keluar (outflow) di suatu daerah untuk suatu periode tertentu disebut neraca air atau keseimbangan air (water balance). Curah hujan yang jatuh dalam suatu DAS, setelah diuapkan sisanya akan mengalir ke sungai (water yield).

17 36 Pendekatan analisis neraca air dapat digunakan untuk mempresentasikan besarnya curah hujan, evapotranspirasi dan debit aliran pada daerah tangkapan air. Neraca air merupakan fungsi curah hujan dari hasil penjumlahan evapotranspirasi, debit aliran dan perubahan kadar air tanah. Berdasarkan hasil optimasi Tank Model, kadar air tanah di Sub DAS Cibengang pada tahun 21 mengalami kekurangan sebesar 39,1 mm/tahun. Hal ini dapat dilihat dari nilai stored hasil optimasi tank model yang menunjukkan angka -39,1 mm/tahun. Hal tersebut dikarenakan jenis tanah di Sub-DAS Cibengang adalah tanah regosol yang memiliki sifat pasir dan kurang kuat untuk menahan air. Selain itu, juga dengan kemiringan lahan yang menyebabkan sub- DAS tersebut mengalami defisit air.