EXECUTIVE SUMMARY PENELITIAN KARAKTERISTIK HIDROLOGI DAN LAJU EROSI SEBAGAI FUNGSI PERUBAHAN TATA GUNA LAHAN DESEMBER, 2014
KATA PENGANTAR Sesuai Peraturan Menteri Pekerjaan Umum Nomor : 21/PRT/M/2010 tentang Organisasi dan Tata Kerja Unit Pelaksana Teknis Kementerian Pekerjaan Umum, pasal 212, maka pada Tahun Anggaran 2014 Balai Hidrologi dan Tata Air melakukan kegiatan Penelitian Karakteristik Hidrologi dan Laju Erosi Sebagai Fungsi Perubahan Tata Guna Lahan, melalui Satuan Kerja Pusat Litbang Sumber Daya Air. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan parameter hidrologi dan koefisien aliran akibat perubahan tata guna lahan, serta laju erosi dan sedimentasi pada tata guna lahan yang berlainan, juga tersusunnya panduan penentuan nilai koefisien aliran untuk berbagai jenis penutup lahan pada beberapa sub DAS. Executive summary ini disusun oleh tim peneliti dan staf Balai Hidrologi dan Tata Air dengan bimbingan dan arahan Kepala Balai Hidrologi dan Tata Air. Kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Executive Summary ini, kami ucapkan terima kasih. Bandung, Desember 2014 Kepala Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air Dr. Ir. Suprapto M.Eng NIP. : 195705071983011001 Pusat Litbang Sumber Daya Air i
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... ii 1 Latar Belakang... 1 2. Tujuan... 2 3. Sasaran... 2 4. Lingkup Kegiatan... 2 5. Metode... 3 6. Hasil Kegiatan dan Pembahasan... 4 6.1. Perhitungan Nilai Koefisien Aliran Untuk karakteristik DAS dan Formula Banjir... 4 6.2. Analisis Hubungan Hujan, Erosi, Aliran dan Sedimentasi... 5 6.3. Analisis dan Verifikasi Hubungan Hujan dan MAT di Jatigede... 8 6.4. Penyusunan Konsep Pedoman penentan Nilai Koefisien Aliran Tahunan Untuk Berbagai Jenis Penutup Lahan di Beberapa DAS... 8 7. Kesimpulan dan Saran... 9 7.1. Kesimpulan... 9 Pusat Litbang Sumber Daya Air ii
1 Latar Belakang Ketelitian dalam suatu analisa sumber daya air sangat tergantung dari metode pendekatan dan parameter model yang digunakan. Pada saat ini parameterparameter model, koefisien, formula, metode dan teknologi yang berkaitan dengan sumber daya air dominan berdasarkan penelitian di luar negeri yang kondisinya berbeda dengan Indonesia. Untuk meningkatkan akurasi dalam analisa Sumber Daya Air di Indonesia perlu dilakukan penelitian untuk mendapatkan parameter model, koefisien, dan metode yang didasarkan pada kondisi wilayah di Indonesia. Penelitian ini perlu dilakukan pada berbagai kondisi penutup lahan seperti hutan, lahan pertanian, perumahan dan lain sebagainya, sehingga didapat berbagai variasi nilai parameter model. Di samping itu parameter yang diperoleh dari suatu daerah perlu dibandingkan dengan parameter dari daerah lain, sehingga dapat dibuat korelasinya sebelum dapat dibakukan untuk dapat digunakan pada berbagai kondisi karakteristik hidrologi di Indonesia. Perubahan tata guna lahan berdampak pada perubahan karakteristik hidrologi yaitu peningkatan debit maksimum, penurunan debit minimum dan peningkatan kadar sedimen, perubahan yang terjadi pada berbagai kondisi karakteristik spasial dan temporal akan diselidiki dalam penelitian ini. Diharapkan hasil penelitian ini dapat memberikan gambaran tentang hubungan antara perubahan penutup lahan dan perubahan iklim terhadap besarnya jumlah kekurangan air pada waktu musim kemarau, kejadian banjir, kerusakan bangunan air dan penurunan umur layan waduk. Penelitian dan uji coba serta perbandingan antara berbagai kondisi karakteristik hidrologi dan parameter hidrologi dalam skala spasial dan temporal diharapkan dapat menunjang pengembangan teknologi pemodelan hidrologi dan hubungan antara variabel dan parameter model hidrologi di Indonesia sesuai dengan karakteristik hidrologi dan perubahan tata guna lahan serta perubahan iklim yang terjadi pada beberapa wilayah di Indonesia. Penelitian Karakteristik Hidrologi dan Laju Erosi Sebagai Fungsi Perubahan Tata Guna Lahan merupakan kegiatan penelitian yang termasuk ke dalam kelompok kegiatan peningkatan kualitas mitigasi dan adaptasi perubahan iklim. Pusat Litbang Sumber Daya Air 1
Kegiatan ini merupakan bagian dari rangkaian penelitian tentang karakteristik hidrologi, erosi dan sedimentasi untuk berbagai kondisi fungsi penutup lahan tahun 2011 2014. Hasil yang diperoleh dari kegiatan tahun 2011 berupa model sistem kajian karakteristik banjir, air tanah dan komponen siklus hidrologi pada lokasi demplot dan model sistem kajian erosi dan sedimentasi dari berbagai fungsi perubahan tata guna lahan di DAS Cimanuk. Hasil kegiatan tersebut menjadi bahan kajian penelitian pada tahun 2012 pada tempat yang sama dengan hasil berupa satu model sistem kajian parameter hidrologi. Pada tahun 2013 selain melanjutkan kegiatan pada tahun sebelumnya di demplot, juga mencoba menerapkan pada beberapa DAS di Jawa dalam tersedianya parameter, karakteristik hubungan antara hujan, erosi dan sedimentasi. Dengan hasil tersebut diharapkan pada tahun 2014, yang merupakan tahun terakhir dari kegiatan ini, akan dibuat konsep pedoman dengan judul Penentuan Nilai Koefisien Aliran Tahunan untuk berbagai jenis penutup lahan di Indonesia, serta satu buah naskah ilmiah dengan judul Penelitian Karakteristik Hidrologi dan Laju Erosi Sebagai Fungsi Perubahan Tata Guna Lahan dengan penambahan lokasi kegiatan di luar pulau Jawa. 2. Tujuan Mendapatkan parameter hidrologi dan koefisien aliran akibat perubahan tata guna lahan, serta laju erosi dan sedimentasi pada tata guna lahan yang berlainan, juga tersusunnya dan panduan penentuan nilai koefisien aliran untuk berbagai jenis penutup lahan pada beberapa sub DAS 3. Sasaran Sasaran kegiatan ini adalah - Naskah Ilmiah Karakteristik Hidrologi dan Laju Erosi sebagai Fungsi Perubahan Tata Guna Lahan sebagai output - Dokumen Panduan R0 Penentuan Nilai Koefisien Aliran Tahunan Untuk Berbagai Jenis Penutupan Lahan di beberapa DAS sebagai komponen output 4. Lingkup Kegiatan Lingkup kegiatan penelitian Karakteristik Hidrologi dan Laju Erosi sebagai Fungsi Perubahan Tata Guna Lahan ini adalah: Pusat Litbang Sumber Daya Air 2
1) Perhitungan nilai koefisien aliran untuk karakteristik DAS dan formula banjir 2) Analisis hubungan hujan, erosi, aliran dan sedimentasi 3) Analisis hubungan hujan dengan muka air tanah di areal Waduk Jatigede 4) Penyusunan konsep pedoman penentuan nilai koefisien aliran tahunan untuk berbagai jenis penutup lahan di beberapa sub DAS. 5. Metode Pendekatan umum dan Metodologi yang digunakan pada penelitian ini untuk mencapai sasaran dan tujuan adalah sebagai berikut : a. Analisis koefisien aliran dan sedimen di demplot dengan menggunakan data hujan dan debit bulanan di demplot serta peta tata guna lahan di demplot dan pada DAS lainnya yang dikaji Analisis koefisien aliran dapat dihitung untuk berbagai durasi waktu yang diinginkan (misalnya jam-jaman, harian, bulanan, tahunan) dan kondisi pada saat banjir, normal atau kering. b. Analisis karakteristik banjir menggunakan metode deterministik yang digunakan untuk mendapatkan output dari suatu sistim dengan suatu input tertentu. Input dari analisis ini adalah data curah hujan jam-jaman dan hidrograf banjir pada DAS lainnya yang dikaji. c. Analisis erosi dan sedimentasi dilakukan dengan Model distribusi hubungan hujan, debit dan sedimentasi, dimana input dari model tersebut adalah DEM, Land Use, data curah hujan, debit dan sedimen dari DAS Lainnya yang dikaji. Metoda yang dapat digunakan dalam melakukan analisis erosi dan sedimentasi di DAS dan sungai dapat dilakukan dengan 2 pendekatan modifikasi USLE (MUSLE) dan model distribusi d. Analisis Muka Air Tanah dalam, dangkal dan klimatologi dilakukan di sekitar Waduk Jatigede. - Analisis muka air tanah dalam dilakukan terhadap sumur pantau yang dipantau secara terus-menerus. - Analisis muka air tanah dangkal dilakukan terhadap sumur-sumur dangkal penduduk yang ada di sekitar jatigede - Analisis klimatologi dilakukan untuk melihat karakteristik iklim di sekitar adanya Jati gede sebelum, sedang dan setelah adanya waduk. Pusat Litbang Sumber Daya Air 3
6. Hasil Kegiatan dan Pembahasan 6.1. Perhitungan Nilai Koefisien Aliran Untuk karakteristik DAS dan Formula Banjir Analisa koefisien aliran dilakukan untuk 2 macam, yaitu analisa koefisien hidrograf banjir dan hujan sesaat (event base) dan analisa koefisien hidrograf hujan harian (continuous base). Rumusan untuk mengitung koefisien aliran dalam durasi pendek (event base) adalah: C = 3.6 Dimana : n A i=1 (Qi BFi Ri Gambar 1 Perhitungan koefisien aliran berbasis event )..(1) Qi : Debit aliran jam ke i (m 3 /det) BFi : Debit Baseflow jam Ke i (m 3 /det) Ri : Hujan Jam ke i (mm) A : Luas DAS (Km 2 ) C : Koefisien Aliran Jam-jaman Untuk analisa koefisien hidrograf harian (continuous base) Perhitungan koefisien aliran dihitung berdasarkan periode hujan, contohnya di demplot cimanyar menghasilkan 3 periode hujan. Grafik periode hujan dapat dilihat sebagai berikut: Pusat Litbang Sumber Daya Air 4
Gambar 2 Periode Hujan S. Cimanuk Cimanyar C = 86.4 Dimana : 365 A i=1 (Qi BFi Ri ).(2) Qi : Debit harian tanggal ke i (m 3 /det) BFi : Baseflow harian tanggal Ke i (m 3 /det) Ri : Hujan rata-rata das pada tanggal ke i (mm) A : Luas DAS (Km 2 ) C : Koefisien Aliran harian Hasil yang di dapat terhadap komponen tersebut diatas adalah berupa besarnya. Koefisien aliran telah didapat untuk tutupan lahan perkebunan berada pada rentang 0.69-0.72 dan koefisien aliran untuk tutupan lahan campuran hutan dan perkebunan berada pada rentang 0.46-0.56 6.2. Analisis Hubungan Hujan, Erosi, Aliran dan Sedimentasi Untuk menganalisis sumber erosi dan sedimentasi, penelitian ini mendapatkan sejumlah faktor yang berpengaruh terhadap besarnya erosi yang terjadi di suatu DAS tertentu. Faktor tersebut adalah kemiringan lereng, tipe tanah, dan tata guna lahan. Tabel 1 Pembobotan untuk menganalisis sumber erosi No Faktor Kategori Erosi Bobot 1 Kemiringan Lereng < 15 % 15 % - 40 % > 40 % Rendah Sedang Tinggi 1 2 3 2 Tipe Tanah 3 Tata Guna Lahan Liat Lempung Pasir Hutan Campuran Perkebunan Rendah Sedang Tinggi Rendah Sedang Tinggi 1 2 3 1 2 3 Pusat Litbang Sumber Daya Air 5
Dengan menggunakan pembobotan dari ketiga faktor tersebut akan mendapatkan besaran nilai berikut. Keterangan : 1 3 : Daerah dengan tingkat erosi rendah 4 6 : Daerah dengan tingkat erosi sedang 7 9 : Daerah dengan tingkat erosi tinggi Gambar 3 Pemetaan Sumber Erosi WS Cimanuk Cisanggarung Tabel 2 Tabel Pembobotan Untuk Menganalisis Sumber Erosi Bobot Luas (Km 2 ) Persentase (%) Tingkatan 1 319.92 4.14 2 616.60 7.98 Erosi Rendah 3 0.00 0.00 4 480.05 6.21 5 3,078.58 39.84 Erosi Sedang 6 91.07 1.18 7 1,080.84 13.99 8 240.16 3.11 Erosi Tinggi 9 1,819.79 23.55 Pusat Litbang Sumber Daya Air 6
Jika melihat dari hasil pembobotan di daerah Cimanuk maka bisa dilihat kabupaten penyumbang erosi terbanyak adalah kabupaten Garut dan Sumedang. Dengan luasan sekitar 41% untuk kabupaten Garut dan 28% untuk kabupaten Sumedang. Untuk kedua kabupaten tersebut masuk kedalam DAS Cimanuk sehingga dibutuhkan analisis lebih mendalam untuk menghitung besarnya erosi dan sedimentasi yang akan membebani sungai Cimanuk. Pemodelan dengan GIS menghasilkan peta sebagai berikut Gambar 4 Pemodelan Erosi dengan menggunakan GIS Di bawah ini tabel lengkap total angkutan sedimentasi per tahun. Tabel 6 Perhitungan Erosi dengan Skenario Tutupan Lahan Berubah Run2011 Obs2011 Run2012 Obs2012 Cimanyar 415.92 402.75 353.54 314.08 Leuwidaun 179504.40 171179.41 299802.15 303705.68 Ciharus 60.92 49.88 71.56 54.91 Keterangan : Run Obs : Hasil Perhitungan : Hasil Pengukuran Dari hasil kalibrasi menunjukkan jika hasil pengukuran dengan perhitungan menunjukkan perbedaan yang tidak terlalu besar untuk total angkutan Pusat Litbang Sumber Daya Air 7
sedimentasinya dalam tahun, dan perbedaan untuk hitungan total angkutan sedimentasi per bulannya. Faktor yang mempengaruhi perbedaan hasil pengukuran dan perhitungan adalah faktor kehilangan air hujan dan yang meresap ke dalam tanah dan penentuan aliran dasar. 6.3. Analisis dan Verifikasi Hubungan Hujan dan MAT di Jatigede Hasil pemantauan muka air tanah dangkal di sekitar lokasi waduk Jatigede pada periode tahun 2011 sampai dengan tahun 2014, memberikan gambaran fluktuasi muka air tanah terbesar terjadi di wilayah Kecamatan Cisitu yang merupakan wilayah bagian hulu waduk. Secara umum telah terjadi perubahan tinggi muka air tanah menjadi lebih dalam di semua area sekitar Jatigede pada bulan Agustus 2014 dibandingkan dengan hasil pengukuran pada bulan Februari 2014. Rata-rata fluktuasi muka air tanah di Wilayah kecamatan Cisitu ± 3,25 m dan tertinggi 8,25 m, terjadi di desa Bungbulang - Cigintung. Di Kecamatan Darmaraja, fluktuasi muka air rata-rata 2,30 m dari muka tanah, tertinggi 5 m terjadi di Cipeundeuy - Sukaratu dan Nangerang - Cinangsi. Di Cipicung, fluktuasi muka air tanah rata-rata sebesar 2 m. Fluktuasi muka air tanah tertinggi teridentifikasi pada sumur penduduk di Cipicung-Cihanyir sebesar 4,5 m. Fluktuasi muka air tanah rata-rata sebesar 2,80 m terjadi di Malaka-Cikekes dan tertinggi mencapai 5 m. 6.4. Penyusunan Konsep Pedoman penentan Nilai Koefisien Aliran Tahunan Untuk Berbagai Jenis Penutup Lahan di Beberapa DAS Untuk perhitungan koefisien aliran, rumus umum yang digunakan adalah C=Q/(I*A), dimana Q adalah debit rata-rata (m3/s), I adalah tebal hujan (m3) dan A adalah luas DAS (m2). Hal yang harus diperhatikan adalah satuan yang digunakan saat proses perhitungan dilakukan. Perhitungan koefisien aliran ada dua macam yaitu event base (jam-jaman) dan continuous base (harian, bulanan dan Tahunan). Besarnya koefisien aliran jam-jaman dari suatu hydrograph aliran akibat suatu seri hytograph hujan rata-rata pada suatu DAS dengan durasi pendek nilainya sangat acak karena sangat dipengaruhi oleh karakteristik DAS (bentuk, kerapatan jaringan, kemiringan, panjang sungai, tutupan lahan, jenis tanah dan kondisi geologi) dan karakteristik hujan (pola distribusi hujan, intensitas hujan) serta karakteristik alirannya. Kebasahan tanah yang diakibatkan oleh antecedent hujan juga sangat berpengaruh pada besarnya koefisien aliran dari suatu kejadian hujan waktu sebelumnya. Besarnya koefisien aliran continous dari suatu hydrograph aliran akibat suatu seri hytograph hujan rata-rata pada suatu DAS dengan durasi panjang sudah stabil dan tidak Pusat Litbang Sumber Daya Air 8
dipengaruhi oleh karakteristik DAS (bentuk, kerapatan jaringan, kemiringan, panjang sungai, tutupan lahan, jenis tanah dan kondisi geologi) dan karakteristik hujan (pola distribusi hujan, intensitas hujan) serta karakteristik alirannya. Kebasahan tanah yang diakibatkan oleh antecedent hujan masih berpengaruh pada besarnya koefisien aliran dari suatu kejadian hujan sebelumnya 7. Kesimpulan dan Saran 7.1. Kesimpulan 1) Koefisien aliran telah didapat untuk tutupan lahan perkebunan berada pada rentang 0.69 0.72 dan koefisien aliran untuk tutupan lahan campuran hutan dan perkebunan berada pada rentang 0.46 0.56. 2) Pembobotan yang didasarkan pada faktor kemiringan lereng, tipe tanah dan tata guna lahan dapat diketahui daerah-daerahnya dalam suatu DAS yang mempunyai tingkat erosi tinggi. DAS Cimanuk, daerah yang mempunyai erosi tinggi sebesar 40,7%, DAS Citarum sebesar 32,4%, DAS Serayu sebesar 56,8%, DAS Bengawan Solo sebesar 51,3%, DAS Brantas sebesar 46,7%, Lombok sebesar 31,4%, Musi Sugihan Banyuasin sebesar 52,8% dan Seputih Sekampung sebesar 35,2%. Prosentase masing-masing daerah yang mempunyai erosi tinggi telah dipetakan berbasis GIS. 3) Secara umum telah terjadi perubahan tinggi muka air tanah menjadi lebih dalam di semua area sekitar Jatigede pada bulan Agustus 2014 dibandingkan dengan hasil pengukuran pada bulan Februari 2014. Rata-rata fluktuasi muka air tanah di Wilayah kecamatan Cisitu ± 3,25 m dan tertinggi 8,25 m, terjadi di desa Bungbulang - Cigintung. Di Kecamatan Darmaraja, fluktuasi muka air rata-rata 2,30 m dari muka tanah, tertinggi 5 m terjadi di Cipeundeuy - Sukaratu dan Nangerang - Cinangsi. Di Cipicung, fluktuasi muka air tanah rata-rata sebesar 2 m. Fluktuasi muka air tanah tertinggi teridentifikasi pada sumur penduduk di Cipicung-Cihanyir sebesar 4,5 m. Fluktuasi muka air tanah rata-rata sebesar 2,80 m terjadi di Malaka-Cikekes dan tertinggi mencapai 5m. 4) Perhitungan koefisien aliran ada dua macam yaitu event base (jam-jaman) dan continuous base (harian,bulanan dan tahunan) 7.2. Saran Erosi dan sedimentasi di DAS Cimanuk Hulu sudah masuk ke tahap cukup memprihatinkan. Diperlukan upaya reboisasi dan terasering untuk mengurangi erosi dan sedimentasi di DAS Cimanuk Hulu. Pusat Litbang Sumber Daya Air 9