PERBANDINGAN ANGKUTAN SEDIMEN HASIL EROSI LAHAN DENGAN PENGUKURAN ANGKUTAN SEDIMEN LANGSUNG DI LAPANGAN PADA DAS KALI PEPE

Transkripsi

1 PERBANDINGAN ANGKUTAN SEDIMEN HASIL EROSI LAHAN DENGAN PENGUKURAN ANGKUTAN SEDIMEN LANGSUNG DI LAPANGAN PADA DAS KALI PEPE Diajukan Kepada Program Studi Magister Teknik Sipil Program Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Magister dalam Ilmu Teknik Sipil Oleh : RIO ADITYA PERMANA NIM : S PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK SIPIL PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2018

2

3

4

5 PERBANDINGAN ANGKUTAN SEDIMEN HASIL EROSI LAHAN DENGAN PENGUKURAN ANGKUTAN SEDIMEN LANGSUNG DI LAPANGAN PADA DAS KALI PEPE ABSTRAK Kali Pepe mempunyai panjang ± 45 km dari hulu hingga ke hilir. Daerah Aliran Sungai (DAS) Kali Pepe meliputi Kabupaten Boyolali, Sebagian Kabupaten Sukoharjo yaitu wilayah Kecamatan Kartasura dan wilayah Surakarta dimulai dari daerah Tirtonadi yang melewati wilayah-wilayah antara lain Kecamatan Banjarsari, Kecamatan Pasar Kliwon dan bermuara di Sungai Bengawan Solo. Salah satu permasalahan sumber daya air yang harus dikaji di Kali Pepe adalah tingkat laju erosi dan sedimentasi. Berdasarkan permasalahan tersebut, untuk mengetahui dan mengestimasi besarnya pengaruh erosi dan sedimentasi yang terjadi di DAS Kali Pepe. Pada penelitian tesis ini penulis akan melakukan penelitian berupa perbandingan analisis angkutan sedimen menggunakan data hasil pengukuran langsung di lapangan yang diuji di laboratorium serta analisis erosi lahan dengan menggunakan data pendukung dari PSDA Bengawan Solo. Metode perhitungan untuk besar sedimen dasar (bed load) menggunakan teori persamaan Einstein, Kalinske, Meyer Peter and Muller, dan Frijlink, sedang untuk menghitung besar sedimen melayang (suspended load) menggunakan teori persamaan Einstein, Kalinske, Brooks dan teori Leopold Maddock. Serta analisis erosi lahan menggunakan metode the Universal Soil Loss Equation (USLE). Hasil penelitian angkutan sedimen hasil erosi lahan menunjukkan angka 960,644 ton/ha/tahun (Sub DAS Kali Pepe) dan 609,004 ton/ha/tahun (DAS Kali Pepe), hal tersebut menunjukan erosi yang terjadi di DAS Kali Pepe masuk dalam kategori V/ sangat berat. Dari Hasil penelitian tersebut juga dapat disimpulkan bahwa erosi lahan merupakan salah satu komponen dari angkutan sedimen, Dalam kasus DAS Kali Pepe ini ditemukan bahwa ratio rata-rata erosi lahan dengan kombinasi metode persamaan angkutan sedimen total adalah 1,00 : 2,00; dengan ratio tertinggi antara erosi lahan 0,4105 kg/ detik dengan kombinasi metode MPM-Leopold Maddock 1,16892 kg/ detik yaitu 1,00 : 3,00. Kata Kunci : DAS, Erosi, USLE, sedimen dasar, sedimen melayang, ratio ABSTRACT Kali Pepe has a length of ± 45 km from upstream to downstream. The Kali Pepe River Basin (DAS) includes Boyolali District, part of Sukoharjo District, Kartasura District and Surakarta Region starting from Tirtonadi area passing through areas such as Banjarsari District, Pasar Kliwon Subdistrict and emptying into Bengawan Solo River. One of the water resource issues that must be studied in Kali Pepe is the rate of erosion and sedimentation. Based on these problems, to know and estimate the magnitude of the effect of erosion and sedimentation that occurred in the Kali Pepe basin. 1

6 In this thesis research the authors will conduct research in the form of comparative analysis of sediment transport using direct measurement data in the field tested in the laboratory and analysis of soil erosion using data support from PSDA Bengawan Solo. The calculation method for the size of the bed sediment uses Einstein's equation theory, Kalinske, Meyer Peter and Muller, and Frijlink, is to calculate the amount of suspended load using Einstein's equation theory, Kalinske, Brooks and Leopold Maddock theory. And soil erosion analysis using the Universal Soil Loss Equation (USLE) method. The result of soil erosion sediment transport showed 960,644 ton / ha / year (Kali Pepe Sub DAS) and 609,004 ton / ha / year (Pepe River watershed). This shows erosion occurring in Pepe River watershed in V / weight. From the results of this study it can also be concluded that soil erosion is one component of sediment transport. In the case of Pepe River Basin it is found that the average ratio of soil erosion to the combination of the method of equation of total sediment transport is 1,00: 2,00; with the highest ratio between soil erosion 0,4105 kg / second with combination method of MPM-Leopold Maddock 1,16892 kg / second that is 1,00: 3,00. Key word : DAS, Erosion, USLE, base sediment, suspended sediment, ratio 1. PENDAHULUAN Kali Pepe mempunyai panjang ± 45 km dari hulu hingga ke hilir. Daerah Aliran Sungai (DAS) Kali Pepe meliputi Kabupaten Boyolali, Sebagian Kabupaten Sukoharjo yaitu wilayah Kecamatan Kartasura dan wilayah Surakarta dimulai dari daerah Tirtonadi yang melewati wilayah-wilayah antara lain Kecamatan Banjarsari, Kecamatan Pasar Kliwon dan bermuara di Sungai Bengawan Solo. Salah satu permasalahan sumber daya air yang harus dikaji di Kali Pepe adalah tingkat laju erosi dan sedimentasi. Berdasarkan permasalahan tersebut, untuk mengetahui dan mengestimasi besarnya pengaruh erosi dan sedimentasi yang terjadi di DAS Kali Pepe. Penelitian ini bertujuan antara lain untuk mencari ratio antara angkutan sedimen pengukuran di lapangan dengan erosi lahan di DAS Kali Pepe. Pada penelitian tesis ini penulis akan melakukan penelitian berupa perbandingan analisis angkutan sedimen menggunakan data hasil pengukuran langsung di lapangan yang diuji di laboratorium serta analisis erosi lahan dengan menggunakan data pendukung dari PSDA Bengawan Solo. Diharapkan penelitian ini dapat digunakan sebagai acuan perhitungan angkutan sedimen dan erosi lahan di wilayah DAS Kali Pepe maupun tipe DAS yang sejenis lainnya. Batasan masalah pada penelitian ini dilakukan dengan obyek penelitian hanya dibatasi pada DAS Kali Pepe, dengan asumsi pembatasan perhitungan sebagai berikut : 1. Parameter yang diambil dalam pengukuran langsung di lapangan adalah sedimen melayang (suspended load), dan sedimen dasar (bed load). 2

7 2. Metode perhitungan untuk besar sedimen dasar (bed load) menggunakan teori persamaan Einstein, Kalinske, Meyer Peter and Muller, dan Frijlink, sedang untuk menghitung besar sedimen melayang (suspended load) menggunakan teori persamaan Einstein, Kalinske, Brooks dan Leopold Maddock. 3. Kajian perhitungan ini ditekankan pada dua kondisi yaitu data morfologi sungai (lebar, kedalaman, kemiringan sungai serta kekasaran dasar sungai), komposisi butiran, rapat massa, suhu air, kekentalan, dan konsentrasi sedimen (dari data primer pengukuran langsung di lapangan) serta curah hujan, stasiun hujan, panjang sungai, dan luas DAS Kali Pepe yang diperoleh dari instansi terkait. 4. Metode perhitungan hujan rerata DAS menggunakan metode Poligon Thiesen, serta untuk uji konsistensi data hujan menggunakan tingkat confidensi sebesar 99%. 5. Analisis erosi lahan menggunakan metode the Universal Soil Loss Equation (USLE). 2. TINJAUAN PUSTAKA Adapun teori-teori tentang persamaan angkutan sedimen dasar ini disampaikan oleh beberapa ahli antara lain menurut perkembangannya : 1. Teori Persamaan Einstein (1950) 2. Teori Persamaan Kalinske (1947) 3. Teori Persamaan Mayer Peter and Muller/ MPM (1948) 4. Teori Persamaan Frijlink (1952) Adapun teori-teori tentang persamaan angkutan sedimen melayang atau suspended load ini disampaikan oleh beberapa ahli (digunakan sebagai dasar persamaan perhitungan penelitian ini) antara lain yang diurutkan berdasarkan waktu penelitiaannya adalah : 1. Teori Persamaan Lane dan Kalinske (1941). 2. Teori Persamaan Einstein (1950). 3. Teori Persamaan Brooks (1963). 4. Teori persamaan Leopold Maddock (1953). Suatu model parametrik untuk memprediksi erosi dari suatu bidang tanah telah dikembangkan oleh Wischmeier dan Smith (1965, 1978) yang dikenal dengan the Universal Soil Loss Equation (USLE). USLE adalah suatu model erosi yang dirancang untuk memprediksi rata-rata erosi jangka panjang dari erosi lembar (sheet erosion) termasuk di dalamnya erosi alur (gully erosion) pada suatu keadaan tertentu. A = R K L S C P Dimana : A : Kecepatan erosi tanah [ton per-hektar per-tahun] R : Faktor Pertama, curah hujan dan aliran permukaan (erosivitas hujan) K : Faktor Kedua, erodibilitas tanah 3

8 L : Faktor Ketiga, panjang lereng S : Faktor Keempat, kecuraman lereng C : Faktor Kelima, vegetasi penutup tanah dan pengelolaan tanaman P : Faktor Keenam, tindakan-tindakan khusus konservasi tanah 3. LOKASI PENELITIAN Penelitian ini dilakukan di wilayah DAS Kali Pepe yang secara administrasi kewilayahan meliputi beberapa daerah kabupaten Boyolali, Semarang, Karanganyar, Sukoharjo, dan Kota Surakarta untuk analisis erosi lahan. Sedangkan untuk analisis angkutan sedimen langsung di lapangan, penelitian dilakukan di Hilir Kali Pepe yaitu di sekitar hulu Bendung Karet Tirtonadi Kota Surakarta. Adapun pengumpulan data sekunder adalah mengambil data pada instansi terkait yaitu di Balai Besar Wilayah Sungai Bengawan Solo berupa curah hujan, sebaran stasiun hujan, panjang sungai dan data-data terkait DAS Kali Pepe. Selain itu pengumpulan data sekunder juga berupa studi literatur dan studi pustaka yang dikumpulkan dari buku-buku yang berkaitan dengan penelitian ini meliputi jurnal mengenai angkutan sedimen, buku-buku tentang angkutan sedimen, penelitian lainnya yang masih berkaitan dengan angkutan sedimen, buku-buku laporan dari Balai Besar Sungai Wilayah Bengawan Solo yang berisi tentang data-data pendukung perhitungan curah hujan. MULAI PENGUMPULAN DATA Data Primer (Pengukuran Lapangan) : - Lebar sungai - Kedalaman aliran - Kemiringan dasar sungai - Sampel material Data Sekunder (Survey Instansi) : - Curah hujan - Stasiun hujan - Panjang sungai - Data DAS Kali Pepe Studi Literatur : - Perpustakaan - On line internet - Buku perkuliahan Uji Laboratorium Sampel Material Analisis Hujan Rencana Hasil uji : - Analisis saringan - Grafik gradasi - Berat jenis - Konsentrasi sedimen Analisis Angkutan Sedimen : 1. Angkutan Sedimen Dasar (Bed Load Transport) - Metode Einstein - Metode MPM - Metode Lane dan Kalinske 2. Angkutan Sedimen Melayang (Suspended Load Transport) - Metode Einstein - Metode MPM - Metode Lane dan Kalinske Analisis Banjir Rencana Analisis Prediksi Erosi Lahan (Pers. USLE) : A = R K L S C P A = Tanah yang tererosi R = Faktor erosivitas hujan K = Faktor erodibilitas tanah L = Faktor panjang lereng S = Faktor kecuraman lereng C = Faktor vegetasi penutup tanah dan pengolahan tanaman P = Faktor konservasi tanah Pembahasan Kesimpulan dan Saran SELESAI Gambar 3.1. Bagan Alir Pelaksanaan Penelitian 4

9 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisis Erosi Lahan Metode USLE Adapun hasil perhitungan angkutan sedimen hasil erosi lahan adalah sebagai berikut : Tabel 4.1. Hasil Rekapitulasi Perhitungan Analisa Erosi Lahan Di Sub DAS Kali Pepe Gambar 4.1. Konversi Analisa Erosi Lahan Di Sub Das Kali Pepe 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 Sub DAS Benggo Sub DAS Kenteng Sub DAS Grawah 1,024,E-03 4,812,E-03 8,814,E-03 Sub DAS Butak 2,960,E-02 Sub DAS Pule Sub DAS Putih Sub DAS Dondong Sub DAS Jampen Sub DAS Grenjeng Sub DAS Gajah Putih Sub DAS Labang 4,219,E-03 5,108,E-03 1,495,E-04 6,175,E-05 3,294,E-04 2,742,E-05 7,478,E-05 Dari hasil perhitungan di atas setelah dikonversi didapatkan besaran erosi lahan yang terjadi di DAS Kali Pepe adalah sebesar 0,4105 kg/ detik. 5

10 4.2. Analisis Angkutan Sedimen Data bed load dan suspended load DAS Kali Pepe diambil di tiga tempat pada tanggal 19 Agustus 2017 yaitu Kali Pepe Hilir titik 1 (koordinat 7 32'57.15"S, '50.75"T), Kali Pepe Hilir titik 2 (koordinat 7 33'2.72"S, '39.31"T), dan Kali Pepe Hilir titik 3 (koordinat 7 33'4.90"S, '25.04"T). Adapun hasil perhitungan angkutan sedimen dasar (bed load) dan sedimen melayang (suspended load) dipresentasikan oleh gambar 4.2 dan 4.3 berikut. Gambar 4.2. Hasil Analisa Sedimen Dasar (bed load) 6

11 Gambar 4.3. Hasil Analisa Sedimen Melayang (suspended load) Dari hasil analisis di atas dilakukan pengkombinasian antara persamaanpersamaan tersebut. Gambar 4.4 berikut adalah hasil kombinasi persamaan angkutan sedimen dasar (bed load) dan sedimen melayang (suspended load). Gambar 4.4. Hasil Kombinasi Persamaan Angkutan Sedimen Dasar (bed load) dan Sedimen Melayang (suspended load) 7

12 4.3. Ratio Erosi Lahan Dengan Angkutan Sedimen di DAS Kali Pepe Secara garis besar dari tabel 4.2 di bawah ini diperlihatkan bahwa ada beberapa ratio erosi lahan dengan kombinasi metode persamaan angkutan sedimen total yang tidak tepat dikarenakan erosi lahan lebih besar dibandingkan dengan angkutan sedimen, padahal erosi lahan merupakan salah satu komponen dari angkutan sedimen. Oleh karena hal tersebut dalam kasus DAS Kali Pepe ini ditemukan bahwa kombinasi persamaan Einstein-Einstein, Einstein-Lane Kalinske, Einstein-Brooks serta Frijlink-Einstein, Frijlink-Lane Kalinske, Frijlink- Brooks tidak dapat dipakai sebagai rujukan. Dari analisis di atas didapatkan ratarata ratio erosi lahan dengan kombinasi metode persamaan angkutan sedimen total adalah 1,00 : 2,00. Tabel 4.2. Hasil Ratio Erosi Lahan Dengan Angkutan Sedimen di DAS Kali Pepe Erosi Lahan (Kg/ dtk) Kombinasi Metode Persamaan Angkutan Sedimen Total (Kg/ dtk) Ratio Erosi Lahan Dengan Angkutan Sedimen Einstein 0, : - Einstein Lane Kalinske 0, : - Brooks 0, : - Leopold Maddock 0, ,00 : 1,57 Einstein 0, ,00 : 1,80 MPM LaneKalinske 0, ,00 : 1,89 Brooks 0, ,00 : 1,94 0,4105 Leopold Maddock 1, ,00 : 2,85 Einstein 0, ,00 : 1,62 Kalinske Lane Kalinske 0, ,00 : 1,70 Brooks 0, ,00 : 1,76 Leopold Maddock 1, ,00 : 2,67 Einstein 0, : - Frijlink Lane Kalinske 0, : - Brooks 0, : - Sumber : Hasil Analisis Leopold Maddock 0, : - Rata-rata 1,00 : 2,00 8

13 5. KESIMPULAN Setelah melakukan proses panjang penelitian sesuai dengan tujuan dari penelitian ini akhirnya didapatkan beberapa kesimpulan antara lain sebagai berikut : 1. Angkutan sedimen hasil erosi lahan menunjukkan angka 960,644 ton/ha/tahun (Sub DAS Kali Pepe) dan 609,004 ton/ha/tahun (DAS Kali Pepe keseluruhan); 2. Berdasarkan perhitungan angkutan sedimen hasil erosi lahan menggunakan persamaan USLE menunjukan persentase erosi lahan sub DAS Kali Pepe 64,74 % lebih besar dibandingkan dengan DAS Kali Pepe keseluruhan; 3. Berdasarkan perhitungan angkutan sedimen hasil erosi lahan menggunakan persamaan USLE menunjukan erosi yang terjadi di DAS Kali Pepe masuk dalam kategori V/ sangat berat; 4. Dalam kasus DAS Kali Pepe ini ditemukan bahwa ratio rata-rata erosi lahan dengan kombinasi metode persamaan angkutan sedimen total adalah 1,00 : 2,00; dengan ratio tertinggi antara erosi lahan 0,4105 kg/ detik dengan kombinasi metode MPM-Leopold Maddock 1,16892 kg/ detik yaitu 1,00 : 3, Persentase sedimen erosi lahan lolos atau masuk ke DAS Kali Pepe antara 45 % sampai 94 % dengan rata-rata 69 %. Serta persentase sedimen erosi lahan tertahan di daerah atas sungai atau daratan adalah berkisar 6 % sampai 55 % dengan rata-rata 31 %. DAFTAR PUSTAKA Abdurrosyid, Jaji Transpor Sedimen. (Buku Ajar) Surakarta. UMS. Anasiru, Triyanti Angkutan Sedimen Pada Muara Sungai Palu. Jurnal SMARTek. Vol. 4. No. 1. Pebruari 2006: Anonim, Pedoman Penulisan Tesis. Program Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta. Surakarta. Asdak, Chay Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Ayu, I Gusti Prediksi Erosi dan Perencanaan Konservasi Tanah dan Air pada Daerah Aliran Sungai Saba. E-Jurnal Agroekoteknologi Tropika Vol. 1, No. 1, Juli Universitas Udayana. Efrodina, Msy Kajian Erosi Lahan Pada DAS Dawas Kabupaten Musi Banyuasin Sumatera Selatan. Jurnal Teknik Sipil dan Lingkungan Universitas Sriwijaya. Vol. 3, No. 1, Maret Graf, W.H Hydraulics of Sediment Transport. 2 nd Edition. Mc. Graw Hill. New York. USA. 9

14 Haki, Helmi Analisis Angkutan Sedimen Total Pada Sungai Dawas Kabupaten Musi Banyuasin. Jurnal Teknik Sipil dan Lingkungan No. 1. Vol. 1. Desember Hoffmans, G.J.C.M. and Verheij Scour Manual. A.A. Balkema. Rotterdam. Istiarto Transpor Sedimen. (Buku Ajar) Yogyakarta. KMTS-UGM. Kironoto, B.A Hidraulika Transpor Sedimen. Program Studi Teknik Sipil. Program Pasca Sarjana. UGM. Yogyakarta. Kironoto, B.A. dan Yulistianto. B Konservasi Lahan. Program MPSA. Program Pasca Sarjana. UGM. Yogyakarta. Mardjikoen, P Angkutan Sedimen. PAU-IT. UGM. Yogyakarta. Olihen, Arta Kajian Laju Angkutan Sedimen Pada Sungai Wampu. Tesis. Medan. Universitas Sumatera Utara. Rangkuti, Darwin Analisa dan Pengendalian Erosi Permukaan Pada Sub DAS Batang Angkola di Tapanuli Selatan. Tesis. Medan. Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. Risnain, Dela Pengaruh Erosivitas dan Topografi Terhadap Kehilangan Tanah Pada Erosi Alur Di Daerah Aliran Sungai Secang Desa Hargotirto Kecamatan Kokap Kabupaten Kulonprogo. Jurnal Rekayasa Sipil. Vol. 4. No ISSN p