PENERAPAN PREDIKSI EROSI DENGAN UNIVERSAL SOIL LOSS EQUATION PADA LAHAN PERTANIAN KEMIRINGAN CURAM DI DESA CIBEUREUM TESIS

Transkripsi

1 No. 389/S2-TL/TML/2007 PENERAPAN PREDIKSI EROSI DENGAN UNIVERSAL SOIL LOSS EQUATION PADA LAHAN PERTANIAN KEMIRINGAN CURAM DI DESA CIBEUREUM TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh KHARISTYA AMARU NIM : Program Studi Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung 2007

2 PENERAPAN PREDIKSI EROSI DENGAN UNIVERSAL SOIL LOSS EQUATION PADA LAHAN PERTANIAN KEMIRINGAN CURAM DI DESA CIBEUREUM Oleh KHARISTYA AMARU NIM : Program Studi Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung Menyetujui Pembimbing Tanggal 27 Desember 2007 Ketua Pembimbing Co Pembimbing (Prof. Dr.Ir. Harun Sukarmadijaya, MSc. ) (Dr.Ir. Priana Sudjono, MS., Dipl.Eng.)

3 ABSTRAK PENERAPAN PREDIKSI EROSI DENGAN UNIVERSAL SOIL LOSS EQUATION PADA LAHAN PERTANIAN KEMIRINGAN CURAM DI DESA CIBEUREUM Oleh Kharistya Amaru NIM : Abstrak: Penelitian erosi di lahan kemiringan curam telah dilakukan di lahan pertanian Kampung Cirawa, Desa Cibeureum, Kecamatan Kertasari, Kabupaten Bandung. Tujuan penelitian ini memprediksi erosi yang terjadi di lahan pertanian kemiringan curam dengan menggunakan persamaan USLE yang dimodifikasi untuk karakteristik daerah tersebut. Lokasi penelitian memiliki jenis tanah lempung berlanau dengan persentase kerikil, pasir, debu dan liat berturut turut 1, 32, 62 dan 5 persen. Plot penelitian memiliki panjang 29.6 meter dan lebar 30 meter dengan kemiringan 9 hingga 25 derajat. Hasil pengukuran menunjukkan erosi yang terjadi dalam satu kejadian hujan dengan intensitas hujan milimeter per jam dapat mencapai nilai yang sangat besar yaitu kilogram per hektar. Hubungan korelasi antara limpasan air permukaan terhadap erosi memiliki nilai sebesar Demikian juga hubungan korelasi antara intensitas hujan terhadap erosi memiliki nilai sebesar Analisis lebih jauh dilakukan melalui simulasi hujan, kemiringan dan penutup lahan. Hasil simulasi hujan lemah, normal, deras dan sangat deras berturut turut menghasilkan erosi sebesar 2.03, 2.36, dan ton per hektar. Hasil simulasi kemiringan landai, agak curam, curam dan sangat curam berturut turut menghasilkan erosi sebesar 54.84, , dan ton per hektar. Pada simulasi penutup lahan hutan, kebun campuran, tanaman kentang ditanam searah kontur dan tanah kosong yang diolah, erosi yang dihasilkan berturut turut sebesar 0.16, 31.08, 54.2 dan ton per hektar. Hubungan ini menunjukkan bahwa erosi berbanding lurus dengan antara intensitas hujan, kemiringan dan penutup lahan. Hasil perbandingan antara data pengukuran dengan data perhitungan prediksi erosi berdasarkan Sum Square Error dan uji t-berpasangan menunjukkan USLE tidak memberikan hasil yang memuaskan dalam prediksi erosi. Dalam artian persamaan belum dapat digunakan di daerah penelitian. Kata kunci: Erosi, lahan kemiringan curam, limpasan air permukaan, lahan pertanian. i

4 ABSTRACT APPLICATION OF EROSION PREDICTION WITH UNIVERSAL SOIL LOSS EQUATION FROM AGRICULTURE STEEP LAND AT DESA CIBEUREUM By Kharistya Amaru NIM : Abstract: Research on erosion at a steep-sloped area has been done on agriculture land located in Kampung Cirawa, Desa Cibeureum, Kecamatan Kertasari, Kabupaten Bandung. The objective of the research is to predict erosion that is generated from a steep sloped agriculture land using modified Universal Soil Loss Equations (USLE). The type of the soil is silty loam that consists of 1 percent gravel, 32 percent sand, 62 percent silt and 5 percent clay. The size of the plot is 29.6 meter length and 30 m width, and the slopes is between 9 and 25 degree. It had been measured that rainfall intensity mm per hour of a single rainfall may produce erosion kg/ha that is considered very large. The correlation of the relationship between overland flow and erosion is Besides, the correlation of the relationship between rainfall intensity and erosion is Further analysis are conducted through simulations on rainfall, slope, and land cover. Simulations on rainfall for weak, normal, heavy and very heavy rain produce eroded materials of 2.03, 2.36, and ton per hectare respectively. Moreover, simulations on slope for slope slightly, fairly steep, steep, and very steep produce eroded materials 54.84, , and ton per hectare respectively. In addition, simulations on land cover by woods, mixed agricultural field, eggplant in contour and uncrop land with cultivation produce eroded materials 0.16, 31.08, and ton per hectare respectively. These indicate that erosion is directly under the function of rainfall intensity, slope, and land cover. The comparisons between field measurements and the calculated results based on Sum Square Error method and T-test paired show that USLE does not produce satisfactory results on predicted erosions. In other words, the equation might not be applicable for such research location. Keywords : erosion, steep-sloped land, overland flow, agriculture land. ii

5 PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan dan ringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. iii

6 Bismillahirrahmaanirrahiim, KATA PENGANTAR Alhamdulillahi Rabbil aalamin segala puji dan syukur bagi Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan Tesis magister yang berjudul Penerapan Prediksi Erosi Dengan Universal Soil Loss Equation Pada Lahan Pertanian Kemiringan Curam Di Desa Cibeureum. Sesuai dengan judulnya tesis ini berupaya untuk memprediksi erosi di lahan pertanian dengan kemiringan curam, lokasi studi dilaksanakan di daerah Kampung Cirawa, Desa Cibeureum Kecamatan Kertasari Kabupaten Bandung. Tesis ini melakukan penelitian mengenai erosi yang dipengaruhi oleh hujan dan limpasan air permukaan. Erosi yang terjadi diprediksi dengan menggunakan persamaan USLE yang dimodifikasi dan menggunakan keluaran program limpasan air permukaan yang telah diteliti sebelumnya oleh Dr. Priana Sudjono pada tahun Penelitian ini meliputi pengamatan secara aktual kejadian hujan limpasan air permukaan erosi yang terjadi di lokasi penelitian dan pengembangan program prediksi erosi. Kemudian dibandingkan antara hasil pengamatan dilapangan dengan hasil perhitungan yang telah disusun dalam program prediksi erosi. Lokasi penelitian sendiri merupakan lahan pertanian kentang dengan kemiringan yang mencapai 46 persen, dimana hal ini merupakan hal yang lumrah di daerah penelitian, keadaan lahan sendiri masih berupa lahan kosong yang diolah. Selama kegiatan penelitian hingga penyusunan tesis ini penulis senantiasa banyak mendapat arahan, bimbingan, bantuan dan semangat dari kedua pembimbing yaitu Prof. Dr.Ir Harun Sukarmadijaya, MSc. dan Dr.Ir. Priana Sudjono, MS., Dipl.Eng, untuk itu saya ucapkan terimakasih sebesar besarnya. Tidak lupa juga penulis mengucapkan terimakasih pada penguji Dr.Ir. Arwin Sabar, MS. dan Dr. Mont, Kania Dewi ST,MT. iv

7 Dipersembahkan untuk Papa Mama Aa Ari, Mba Ima dan Tama v

8 Ucapan Terimakasih Memteq Ers terdahulu: Alfani, Chendy, Kojek, Sari, Henry Anna dan mas Heri Teman seperjuangan di lab komputasi: Mas Eko Laharko, Ira Indira. Penerus Memteq Ers: Picky, Alim, Fitri, Zia, Bu Ratna n Pandu. Teman lab Penelitian TL : Mba Siwi, Bilqies, Yanti, Mas Heri, Mas Helmi Leo, Teh Ai, Endang, Santi, Indri, Kania, Sisi, Yandi, Mila, Rekti, Tedy Mas Andik, Hayyu, Noneng, Anita, Andri, Indra Nabun, Pak Oloan Seluruh staff dan dosen di lingkungan teknik lingkungan, Pak Asep, Bu Sri, Bu Mimin TU, Bu Mimin lab penelitian, Pak Nana Donatur Beasiswa Asea Uninet, Terimakasih Pak Edwan dan Bu Lilis. Apapun bantuan yang diberikan, penulis ingin mengucapkan terimakasih sebesar besarnya, Semoga amal ibadahnya dibalas dengan yang setimpal. vi

9 DAFTAR ISI Abstrak... i Abstract... ii Pedoman Penggunaan Tesis...iii Kata Pengantar... iv Ucapan Terimakasih... vi Daftar Isi... vii Daftar Lampiran... ix Daftar Gambar... x Daftar Tabel... xii Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang... 1 I.2 Tujuan... 5 I.3 Hipotesis... 5 I.4 Ruang Lingkup... 6 I.5 Metode Penelitian... 6 I.6 Sistematika Pembahasan... 7 Bab II Tinjauan Pustaka II.1 Erosi... 8 II.2 Mekanisme terjadinya erosi II.3 Faktor penyebab erosi II.3.1 Iklim II.3.2 Tanah II.3.3 Topografi II.3.4 Vegetasi II.4 Erosi yang Diijinkan II.5 Prediksi Erosi II.5.1 Indeks erosivitas hujan (R) II.5.2 Erodibilitas tanah (K) II.5.3 Panjang Lereng (L) dan Kemiringan Lereng (S) II.5.4 Pengelolaan Tanaman (C) dan faktor Konservasi (P) II.6 Presipitasi II.7 Limpasan Air Permukaan II.8 Model limpasan air permukaan II.9 Sifat Fisik Tanah II.9.1 Tekstur dan Struktur II.9.2 Permeabilitas dan Konduktivitas Hidrolik II.9.3 Porositas BAB III Metodologi Penelitian III.1 Lokasi penelitian III.1.1 Plot Penelitian III.2 Tahapan penelitian III.3 Formulasi matematik dan pengembangan skenario III.4 Pengumpulan data vii

10 III.4.1 Curah hujan III.4.2 Debit limpasan air permukaan III.4.3 Total solid dari air limpasan permukaan III.4.4 Permeabilitas atau Konduktifitas Hidrolik III.4.5 Porositas III.4.6 Penentuan Tekstur Tanah III.4.7 Kemiringan lereng, panjang lereng III.5 Pengumpulan Data Input Model Aliran Permukaan III.6 Pengumpulan Data Masukan Erosi III.7 Transformasi dalam model Komputer III.8 Perbandingan antara hasil perhitungan dan pengamatan III.9 Simulasi program III.10 Analisis simulasi program BAB IV Persamaan Matematika IV.1 Model Perkiraan Limpasan Permukaan IV.1.1 Persamaan Umum Model IV.1.2 Keseimbangan Air dalam Segmen IV.2 Model Prediksi Erosi Berbasis Limpasan Permukaan IV.2.1 Indeks erosivitas hujan (R) IV.2.2 Erodibilitas tanah (K) IV.2.3 Panjang Lereng (L) dan Kemirigan (S) IV.2.4 Pengelolaan Tanaman ( C ) dan Faktor Konservasi ( P ) BAB V Hasil dan Pembahasan V.1 Hasil Pengamatan V.1.1 Karakteristik Fisika dan Kimia Tanah V.1.2 Intensitas hujan dan tinggi hujan V.1.3 Limpasan permukaan V.1.4 Erosi V.2 Perhitungan Limpasan Air Permukaan dan Erosi V.2.1 Input Data Basin V.2.2 Input Data Curah Hujan V.2.3 Input Data Formula Prediksi Erosi V.2.4 Perbandingan Data Pengukuran dan Perhitungan V.3 Perhitungan Erosi Dengan Berbagai Variasi V.3.1 Perhitungan Erosi dengan Variasi Hujan V.3.2 Perhitungan Erosi dengan Variasi Kemiringan V.3.3 Perhitungan Erosi dengan Variasi Penutup Lahan Bab VI Kesimpulan Daftar Pustaka viii

11 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A. Peta Desa Cibeureum Lampiran B.1 Analisis tekstur tanah Lampiran B.2 Data pengukuran Konduktivitas Hidrolik dan porositas tanah Lampiran B.3 Hasil pengujian tanah / kesuburan Lampiran C. Data Analisis Program Erosi berbasis limpasan permukaan Lampiran D. Program Prediksi erosi berbasis model limpasan air Lampiran E. Perbandingan data pengamatan dan data perhitungan program Lampiran E.1 Data perbandingan Lampiran E.2 Analisis statistik perbandingan Lampiran F. Hasil Simulasi Program Limpasan Dan Program Erosi Lampiran F.1 Simulasi Basin Lampiran F.2 Simulasi Hujan Lampiran F.3 Simulasi penggunaan lahan ix

12 DAFTAR GAMBAR Gambar II.1 Nomograph erosi tanah. ( Novotny, 1981) Gambar II.2 Peta pengaruh kemiringan pada faktor topografik LS Gambar II.3 Profil Hillslope, proses limpasan air permukaan dan erosi sesuai... dengan model klasik Horton Gambar III.1 Plot penelitian Gambar III.2 Tahapan penelitian Gambar III.3 Constant Head permeameter Gambar III.4 Segitiga tekstur memperlihatkan batasan pasir, debu dan... liat dari berbagai kelas tekstur Gambar III.5 Algoritma program erosi Gambar IV.1 Skema perubahan aliran pada air hujan (Sudjono, 1995) Gambar IV.2 Properti segmen dari model (Sudjono, 1995) Gambar V.1 Hubungan antara intensitas hujan dan limpasan air permukaan... pada tiap kejadian hujan Gambar V.2 Hubungan antara limpasan dan erosi pada tiap kejadian hujan Gambar V.3 Hubungan intensitas hujan dan erosi pada tiap kejadian hujan Gambar V.4 Perbandingan data pengukuran dan perhitungan aliran... air pada hujan KH Gambar V.5 Perbandingan data dan perhitungan aliran air pada hujan KH Gambar V.6 Perbandingan data dan perhitungan aliran air pada hujan KH Gambar V.7 Perbandingan data dan perhitungan aliran air pada hujan KH Gambar V.8 Perbandingan data dan perhitungan aliran air pada hujan KH Gambar V.9 Perbandingan data dan perhitungan aliran air pada hujan KH Gambar V.10 Perbandingan data dan perhitungan aliran air pada hujan KH Gambar V.11 Perbandingan data dan perhitungan aliran air pada hujan KH Gambar V.12 Perbandingan data dan perhitungan aliran air pada hujan KH Gambar V.13 Perbandingan data dan perhitungan prediksi erosi pada... hujan KH Gambar V.14 Perbandingan data dan perhitungan prediksi erosi pada... hujan KH Gambar V.15 Perbandingan data dan perhitungan prediksi erosi pada... hujan KH Gambar V.16 Perbandingan data dan perhitungan prediksi erosi pada... hujan KH Gambar V.17 Perbandingan data dan perhitungan prediksi erosi pada... hujan KH Gambar V.18 Perbandingan data dan perhitungan prediksi erosi pada... hujan KH Gambar V.19 Perbandingan data dan perhitungan prediksi erosi pada... hujan KH Gambar V.20 Perbandingan data dan perhitungan prediksi erosi pada... hujan KH Gambar V.21 Perbandingan data dan perhitungan prediksi erosi pada... hujan KH Gambar V.22 Hubungan Klasifikasi Hujan dan Tinggi Hujan x

13 Gambar V.23 Hubungan Klasifikasi hujan dan Erosi pada Simulasi Hujan Gambar V.24 Hubungan tinggi hujan dan erosi pada skenario hujan lemah Gambar V.25 Hubungan tinggi hujan dan erosi pada skenario hujan normal Gambar V.26 Hubungan tinggi hujan dan erosi pada skenario hujan deras Gambar V.27 Hubungan tinggi hujan dan erosi pada skenario hujan... sangat deras Gambar V.28 Hubungan klasifiksi hujan dan Limpasan Air pada... Simulasi Hujan Gambar V.29 Hubungan tinggi hujan dan limpasan pada skenario... hujan lemah Gambar V.30 Hubungan tinggi hujan dan limpasan pada skenario... hujan normal Gambar V.31 Hubungan tinggi hujan dan limpasan pada skenario... hujan deras Gambar V.32 Hubungan tinggi hujan dan limpasan pada skenario... hujan sangat deras Gambar V.33 Hubungan Klasifikasi kemiringan dan Limpasan air... pada Variasi Kemiringan Gambar V.34 Hubungan Klasifikasi kemiringan dan Erosi... pada Variasi Kemiringan Gambar V.35 Hubungan Waktu dan Aliran air pada Variasi Penutup lahan Gambar V.36 Hubungan Waktu dan Erosi pada Variasi Penutup lahan xi

14 DAFTAR TABEL Tabel II.1 Perbandingan Karakteristik Perlakuan Talun... 9 Tabel II.2 Hubungan antara intensitas hujan dan kehilangan tanah Tabel II.3 Nilai kandungan batu pada permukaan tanah Tabel II.4 Besarnya nilai erodibilitas dari beberapa macam tanah Tabel II.5 Pengaruh seresah dan tumbuhan penutup tanah terhadap erosi Tabel II.6 Batas maksimum laju erosi yang dapat diterima untuk... berbagai macam kondisi tanah Tabel II.7 Nilai M untuk beberapa kelas tekstur tanah Tabel II.8 Faktor erodibilitas tanah K Tabel II.9 Prakiraan besarnya nilai K untuk jenis tanah di daerah... tangkapan air Jatiluhur, Jawa Barat Tabel II.10 Nilai C untuk berbagai jenis tanaman dan pengolahan tanaman Tabel II.11 Nilai faktor P pada berbagai aktivitas konservasi tanah di Jawa Tabel II.12 Faktor P untuk pertanaman menurut kontur dan tanaman... dalam teras Tabel II.13 Perkiraan nilai faktor CP berbagai jenis penggunaan... lahan di Jawa Tabel II.14 Derajat curah hujan dan intensitas curah hujan Tabel II.15 Keadaan curah hujan terhadap intensitas curah hujan Tabel II.16 Beberapa ciri-ciri karakteristik pemisahan tanah Tabel II.17 Kelas Permeabilitas Tabel III.1 Peruntukan lahan di Desa Cibeureum Tabel III.2 Panjang dan kemiringan lahan dari tiap titik Tabel V.1 Karakteristik Fisika dan Kimia Tanah Tabel V.2 Karakteristik Fisika dan Kimia Tanah Tabel V.3 Nilai Konduktifitas hidrolik pada lapisan tanah Tabel V.4 Data ketinggian hujan, intensitas hujan, limpasan dan erosi Tabel V.5 Karakteristik Lapisan Pada Setiap Kedalaman Tabel V.6 Karakteristik Basin Pada Setiap Segmen Tabel V.7 Perbandingan statistik antara data pengamatan dengan data... perhitungan dengan menggunakan metode Sum Square Error Tabel V.8 Skenario hujan yang terjadi dengan tiap time step 5 menit Tabel V.9 Klasifikasi kemiringan lahan dan nama file simulasi Tabel V.10 Data variasi penutup lahan xii