VII HUBUNGAN ANTARA KONSENTRASI DEBIT (C-Q) PADA SAAT HUJAN DENGAN PENCUCIAN UNSUR HARA

Transkripsi

1 VII HUBUNGAN ANTARA KONSENTRASI DEBIT (C-Q) PADA SAAT HUJAN DENGAN PENCUCIAN UNSUR HARA 7.1 Pendahuluan Hubungan antara proses hidrologi dan hidrokimia yang terjadi selama kejadian hujan pernah didemonstrasikan oleh Evans dan Davies (199) dan Evans et al (1999) melalui penggunaan C-Q diagram. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa analisis histeresis konsentrasi dengan debit jarang berbentuk linear, namun cenderung menunjukkan pola melingkar dengan konsentrasi yang berbeda pada saat kurva hidrograf naik dan turun (Walling dan Webb, 19). Keragaman konsentrasi merupakan hasil dari pencampuran end member (pencampuran komponen yang berbeda dari debit yang memiliki jumlah air yang berbeda dari beberapa sumber air). Evans dan Davies (199), Evans et al (1999) menunjukkan bahwa karakteristik loop dari analisis histeresis digunakan untuk menentukan end member yang paling dominan diantara airbumi, air tanah, dan air permukaan. Selain itu dengan teknik ini dapat diketahui adanya keragaman konsentrasi perunut pada saat kurva hidrograf naik dan turun. Pada awal hujan yaitu pada saat kurva naik didominasi dengan aliran permukaan, diikuti oleh air tanah, dan airbumi yang mendominasi aliran pada saat penurunan kurva hidrograf. Hal ini menunjukkan bahwa pola dari sistem yang dikemukakan oleh Evans dan Davies (199), Evans et al (1999) adalah aliran permukaan, air tanah, dan airbumi. Chanat et al () menyatakan bahwa dalam analisis histeresis terdapat keragaman konsentrasi perunut secara temporal di dalam aliran air pada saat hidrograf meningkat dan menurun. Loop histeresis menunjukkan komponen mana di dalam DAS yang berkontribusi selama hujan. Metode ini memiliki kelemahan yaitu tidak dapat mengkuantifikasi persentase kontribusi setiap komponen. Identifikasi mekanisme pencucian hara dalam skala DAS penting dalam pengembangan model dan prediksi perubahan penggunaan lahan dan dampak perubahan iklim terhadap kualitas air. Pemahaman tentang mekanisme pencucian hara selama kejadian hujan juga penting karena adanya kontribusi DOC dan Nitrogen (Hinton et al 1997, Bernal et al ).

2 7.. Keragaman Debit secara Temporal dan Konsentrasi Unsur Hara Pada penelitian ini konsentrasi unsur diplot terhadap debit untuk beberapa unsur terpilih seperti K +1, Na +, Ca +, Mg +, SiO, SO -, NO - 3, Cl -1, dan HCO - 3. Plot data tersebut dikombinasikan dengan plot data debit hasil pengamatan secara temporal dan variasi unsurnya. Pada penelitian ini menggunakan model histeresis Evans dan Davies (199) untuk menguji hubungan antara komponen sumber air (model 3 komponen campuran/the three component mixing model) yang ditetapkan melalui separasi hidrograf dan sifat kimia airnya, dan histeresis C-Q digunakan untuk menentukan tingkat pencucian (flushing) unsur. Histeresis menggambarkan tentang flushing elemen (unsur hara) kaitannya dengan aliran cepat atau lambat. Evan dan Davies (199) menjelaskan bahwa hidrograf aliran total (T) terdiri dari 3 komponen yaitu: aliran permukaan (SE), air tanah (SO), dan airbumi (G). Tiga kriteria dasar yang diperlukan untuk menentukan histeresis yaitu: 1) Pola rotasi (searah jarum jam/berlawanan jarum jam). Pola rotasi searah jarum jam jika konsentrasi total (C T ) lebih tinggi pada saat kurva naik daripada pada saat kurva menurun. Konsentrasi aliran permukaan (C SE ) harus melebihi C SO, sebaliknya jika berlawanan jarum jam C SO harus lebih besar C SE. ) Bentuk kurva (cembung/cekung). Bentuk kurva cembung jika pada saat kurva naik C T lebih besar daripada C G dan sebaliknya jika bentuk kurva cekung. Nilai C G harus berada diantara kedua komponen lainnya. Sedangkan jika bentuk kurva cekung C G harus paling tinggi atau paling rendah diantara kedua komponen yang lain. 3) Trend (positif/negatif).trend positif terjadi jika C T secara konsisten lebih tinggi selama kejadian hujan daripada pada saat baseflow, C G memiliki konsentrasi paling rendah dibandingkan komponen lainnya. Sebaliknya jika trend negatif maka C G memiliki konsentrasi paling tinggi. Debit hasil pengukuran dan konsentrasi unsur secara temporal disajikan dalam bentuk C-Q diagram pada kejadian hujan tanggal 1 Pebruari 1. Pada umumnya konsentrasi unsur menurun pada saat mencapai puncak debit dibandingkan dengan kondisi sebelum hujan. SO konsentrasinya lebih menurun lagi pada puncak debit kedua (Gambar 3 f).

3 7 Tabel 11 Diagnosa penetapan ranking model tiga komponen runoff Tipe Arah rotasi Bentuk kurva Trend Ranking komponen runoff C1 Searah jarum jam Cembung N/A C air bumi >C air tanah >C air hujan C Searah jarum jam Positive C air bumi >C air hujan >C air tanah C3 Searah jarum jam Negative C air tanah >C air bumi >C air hujan A1 Berlawanan jarum jam Cembung N/A C air hujan >C air tanah >C air bumi A Berlawanan jarum jam Positive C air hujan >C air bumi >C air tanah A3 Berlawanan jarum jam Negative C air tanah >C aiir hujan >C air bumi Berdasarkan model 3 komponen campuran ternyata airbumi, air tanah, dan curah hujan merupakan kontributor aliran di DAS mikro Cakardipa. Airbumi merupakan kontributor utama, disusul kemudian air tanah dan air hujan. K, Na, Ca memiliki bentuk kurva cekung dengan arah rotasi berlawanan jarum jam dan trend positif, dalam hal ini C Curah Hujan > C air bumi > C air tanah (model A). Mg, SO, NO 3 memiliki bentuk kurva cekung dengan arah rotasi searah jarum jam dan trend positif sesuai dengan Evans dan Davies (199), dalam hal ini C air bumi > C air hujan > C air tanah (model C). Si dan Cl memiliki bentuk kurva cembung dengan arah rotasi searah jarum jam dan trend tidak dapat diketahui dengan pasti, dalam hal ini C air bumi > C air tanah > C air hujan adalah termasuk model C 1. Tingkat pencucian hara di masing-masing sumber aliran (source area) yang termasuk kedalam model C adalah yang memiliki tingkat flushing yang paling tinggi diantara model yang dikemukakan oleh Evans dan Davis (19), C3 tergolong sedang, dan A3 yang paling rendah.

4 Mg (mg L -1 ) Discharge( L dtk -1 ) Ca (mg L -1 ) Na (mg L -1 ) K (mg L -1 ) (a) 1 1 Debit K 1,, 1,,,,,,,, (b), 11: 1: 13: 1: 1: 1: 17: 1: 19: : Debit Na, (c) 11: 1: 13: 1: 1: 1: 17: 1: 19: : 1 Discharge Ca Debit(L dtk -1 ) (d) 11: 1: 13: 1: 1: 1: 17: 1: 19: : 1 Debit Mg : 1: 13: 1: 1: 1: 17: 1: 19: : 7 9 1

5 Cl (mg L -1 ) NO3 (mg L -1 ) SO (mg L -1 ) Si (mg l -1 ) 9 (e) (f) 1 Debit SiO : 1: 13: 1: 1: 1: 17: 1: 19: : 1 1, Debit SO 1 1, Debit (l dtk -1 ) 1, 1,,,,,,,,, (g), 11: 1: 13: 1: 1: 1: 17: 1: 19: : 1 Debit NO3 1, Debit(L dtk -1 ) (h) 11: 1: 13: 1: 1: 1: 17: 1: 19: : 1 Debit Cl : 1: 13: 1: 1: 1: 17: 1: 19: : Gambar 3 Keragaman Debit secara Temporal (Kiri) dan Konsentrasi K, Na, Ca, Mg, Si, NO 3, SO, dan Cl dalam Diagram C-Q (kanan) pada 1 Pebruari 1.

6 9 7.3 Hubungan Konsentrasi dan Debit di DAS Mikro Cakardipa, DAS Ciliwung Hulu Hubungan antara konsentrasi kation dan anion utama pada air bumi dengan debit pada saat kejadian hujan 1 Pebruari 1 disajikan pada Gambar 33. Hubungan antara konsentrasi K, Na, Ca, Mg, SiO, SO, NO 3, dan Cl dengan debit adalah linier dengan koefisien determinan (R ) berkisar antara.9 sampai.99. Ca, Mg, dan SO memiliki hubungan yang erat dengan debit yang ditunjukkan dengan nilai R yang tinggi berturut-turut,99,,9, dan,9, diikuti oleh K, Na, dan Cl (berturut-turut R =,,,,,7). Hubungan yang paling rendah ditunjukkan oleh SiO. Hal ini menunjukkan bahwa dinamika konsentrasi Ca, Mg, dan SO sangat ditentukan oleh debit pada saat hujan dibandingkan dengan SiO. Hal ini juga sangat mendukung dengan hasil yang diperoleh pada penelitian ini yang menggambarkan Ca dan SO sebagai perunut konservatif di DAS mikro Cakardipa. Hasil penelitian Mulholland (1993) dan Inamdar dan Mitchell (a) menunjukkan Ca dan SO sebagai perunut konservatif dalam analisis end member mixing untuk mencirikan jalur aliran air dominan di dalam DAS. Sedangkan SiO tidak menjadi perunut dalam proses hidrologi di DAS mikro Cakardipa dalam hal ini berbeda dengan beberapa penelitian yang menyebutkan SiO sebagai perunut konservatif (Subagyono, Inamdar dan Mitchell a, McGlynn dan McDonnell 3, Shanley et al ).

7 NO3 (mg L -1 ) Cl (mg- L -l ) Si (mg L -1 l) SO (mg L -1 ) Ca (mg L -1 ) Mg (mg- L -l ) K (mg L -1 ) Na (mg L 1 ) 91 1,,, 1,, y = -,1x + 1, R² =,1 y = -,117x + 1, R² =,7, 1 Debit (L dtkt -1 ) y = -,1x +,13 R² =,99 y = -,1x + 1, R² =,91 1 1, 1 1 1, 1 y = -,x + 1, R² =,9, y = -,3x +, R² =,93 1 1, 1 1 y = -,9x +,3 R² =,7 y = -,9x + 1,9 R² =, 1 1 Gambar 33 Hubungan Konsentrasi Hidrokimia dan Debit DAS Mikro Cakardipa