PENDUGAAN EROSI DAN SEDIMENTASI PADA DAS CIDANAU DENGAN MENGGUNAKAN MODEL SIMULASI AGNPS (Agricultural Non Points Source Pollution Model) Oleh : AI MARLINA F14102084 2006 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PENDUGAAN EROSI DAN SEDIMENTASI PADA DAS CIDANAU DENGAN MENGGUNAKAN MODEL SIMULASI AGNPS (Agricultural Non Points Source Pollution Model) SKRIPSI Sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian Pada Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : AI MARLINA F14102084 2006 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN PENDUGAAN EROSI DAN SEDIMENTASI PADA DAS CIDANAU DENGAN MENGGUNAKAN MODEL SIMULASI AGNPS (Agricultural Non Points Source Pollution Model) SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Teknologi Pertanian Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : AI MARLINA F14102084 Dilahirkan pada tanggal 9 Desember 1983 Di Sumedang, Jawa Barat Tanggal Lulus : 7 Agustus 2006 Menyetujui Bogor, Agustus 2006 Dr. Ir. Roh Santoso Budi Waspodo, M. T. Pembimbing Akademik Mengetahui Dr.Ir. Wawan Hermawan, MS. Ketua Departemen Teknik Pertanian
Ai Marlina. F14102084. Pendugaan Erosi dan Sedimentasi pada DAS Cidanau dengan Menggunakan Model Simulasi AGNPS (Agricultural Non Points Source Pollution Model). Dibawah bimbingan Dr. Ir. Roh Santoso Budi Waspodo, M. T. 2006. Perkembangan pembangunan dibidang pemukiman, pertanian, perkebunan, industri, dan ekploitasi hutan menyebabkan penurunan kondisi hidrologis daerah aliran sungai Cidanau. Perkembangan pembangunan tersebut mempengaruhi ketersediaan air (debit) dan erosi di daerah aliran sungai Cidanau, untuk mengatasi permasalahan tersebut, maka perlu adanya pendekatan model serta untuk mensimulasikan tata guna lahan yang dapat memprediksi kesesuaian lahan pada statu daerah aliran sungai tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi besarnya erosi dan sedimentasi di DAS Cidanau melalui simulasi tata guna lahan di DAS Cidanau dengan menggunakan simulasi Agricultural Non Points Source Pollution Model (AGNPS). Kondisi awal dengan masukan curah hujan harian dengan periode ulang 25 tahun sebesar 195 mm menghasilkan nilai kedalaman puncak 132 mm dan tingkat laju puncak aliran 1050.9 m3/detik. Curah hujan bulanan sebesar 195 mm menghasilkan erosi tahunan sebesar 17.90 Ton/Acre/Tahun atau 44.75 Ton/Ha/Tahun. Nilai sedimentasi tahunan adalah 4.60 Ton/Acre/Tahun atau 11.5 Ton/Ha/Tahun. Sedangkan SDRnya 26 %. Berdasarkan klasifikasi tingkat bahaya erosi daerah aliran sungai Cidanau termasuk dalam erosi kecil (25.0-50.0 Ton/Ha/Tahun). Untuk memperbaiki kondisi tersebut maka dilakukan perubahan tata guna lahan dalam bentuk perencanaan skenario. Skenario yang dilakukan terbagi menjadi 3 skenario yaitu skenario 1 mengganti lahan sawah menjadi pemukiman. Pada skenario ini menghasilkan erosi tahunan sebesar 18.55 Ton/Acre/Tahun atau 46.375 Ton/Ha/Tahun sedangkan sedimentasi yang terjadi 4.54 Ton/Acre/Tahun atau 11.35 Ton/Ha/Tahun. Pada skenario ini terjadi peningkatan erosi yang disebabkan oleh tidak dilakukannya pengelolaan tanah. Skenario yang kedua adalah mengganti lahan sawah menjadi kacang tanah. Namun tidak semua lahan sawah dirubah menjadi kacang tanah mengingat sebagian besar mata pencaharian penduduknya tergantung pada hasil pertanian. Pada skenario ini menghasilkan erosi tahunan sebesar 44.2 Ton/Ha-Tahun dengan nilai sedimentasi adalah 11.275 Ton/Ha-Tahun. Nilai erosi mengalami penurunan bila dibandingkan dengan kondisi awal dan skenario 1. Skenario 3 yaitu mengganti lahan sawah menjadi ubi kayu. Pada skenario ini pun tidak semua sawah diganti menjadi ubi kayu, hanya pada daerah-daerah tertentu saja. Besarnya erosi setiap tahunnya adalah 46.45 Ton/Ha-Tahun dengan nilai sedimentasi adalah 11.77 Ton/Ha-Tahun. Nilai erosi pun mengalami kenaikan bila dibandingkan dengan kondisi awal dan skenario 2. Skenario yang paling banyak menurunkan erosi adalah skenario 2 yaitu mengganti lahan sawah dengan tanaman kacang tanah sehingga nilai erosi tahunannya menjadi 44.2 Ton/Ha/Tahun dengan nilai sedimentasi adalah 11.275 Ton/Ha/Tahun.
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Sumedang, pada tanggal 9 Desember 1983. Penulis merupakan anak kedua dari dua bersaudara, putri dari pasangan Alm. Suharya dan Awang. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN Cibodas 2 Tahun 1990 1996, SLTPN 1 Tanjung Kerta Tahun 1996-1999, dan SMUN I Sumedang Tahun 1999 2002. Pada tahun 2002 penulis melanjutkan pendidikan tinggi di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB). Selama menjadi mahasiswa Institut Pertanian Bogor, penulis aktif menjadi pengurus ACESC (Agricultural Civil Engineering Study Club) sebagai bendahara. Penulis menjadi asisten praktikum untuk mata kuliah Pengetahuan Bahan Teknik. Penulis melaksanakan praktek lapang pada Tahun 2005 dengan topik Studi Tata Air Irigasi di Balai Penelitian Tanaman Padi Sukamandi Subang Jawa Barat. Untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknologi Pertanian penulis melakukan penelitian dengan judul Pendugaan Erosi Dan Sedimentasi Pada Das Cidanau Dengan Enggunakan Model simulasi AGNPS (Agricultural Non Points Source Pollution Model). Alhamdulillah, pada tahun 2006 penulis menyelesaikan pendidikan strata-1 dengan gelar Sarjana Teknologi Pertanian.
KATA PENGANTAR Alhmandulillah, segenap puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayah-nya, shalawat dan salam semoga tercurah kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Pendugaan Erosi dan Sedimentasi pada DAS Cidanau dengan menggunakan Model Simulasi AGNPS (agricultural non points source pollution model) yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Alm Bapak, Mamah tersayang, serta keluarga besar atas perhatian, kasih sayang dan dukungan semangat yang telah diberikan 2. Bapak Dr. Ir. Roh Santoso Budi Waspodo, M. T. Selaku dosen pembimbing akademik yang telah bersedia memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis 3. Bapak Dr. Ir. Sukandi Sukartaatmadja, MS. selaku dosen penguji pertama 4. Bapak Ir. Lili Muslihat selaku dosen penguji kedua 5. Semua pihak yang telah membantu selama penelitian Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua fihak yang mmbutuhkannya. Bogor, Agustus 2006 Penulis
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... ii DAFTAR TABEL... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR LAMPIRAN... vii I. PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Tujuan... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan Umum DAS... 3 Erosi 6 Sedimentasi... 16 Erosi dan Sedimentasi yang diijinkan... 17 Konservasi Tanah dan Air... 19 Pendekatan Sistem DAS dengan Menggunakan Model... 22 Model Simulasi AGNPS... 23 III. METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu... 31 Bahan dan Alat... 31 Metode Alat... 31 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Keadaan Umum DAS Cidanau... 34 Parameter masukan AGNPS... 36 Kondisi Awal... 43 Simulasi skenario 1... 45 Simulasi Skenario 2... 47 Simulasi Skenario 3... 49
V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan... 52 Saran... 52 DAFTAR PUSTAKA... 53 LAMPIRAN... 55
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Banyaknya partikel tanah yang dilepaskan pada kecepatan, diameter serta intensitas hujan... 7 Tabel 2. Klasifikasi intensitas hujan... 10 Tabel 3. Pengaruh kemiringan dan aliran air permukaan terhadap kerusakan dan penghanyutan tanah... 11 Tabel 4. Pengaruh panjang lereng terhadap penghancuran dan penghanyutan tanah...11 Tabel 5. Hubungan antara luas daerah tangkapan dengan Nisbah Pelepasan Sedimen (SDR)... 17 Tabel 6. Penentuan nilai T untuk tanah di Indonesia...18 Tabel 7. Klasifikasi bahaya erosi... 19 Tabel 8. Luas wilayah DAS Cidanau... 34 Tabel 9. Tata guna lahan di DAS Cidanau... 35 Tabel 10. Stasiun curah hujan dan persentase bobot... 36 Tabel 11. Kemiringan lereng DAS Cidanau... 38 Tabel 12. Penyebaran jenis tanah DAS Cidanau... 39 Tabel 13. Nilai erodibilitas tanah (K)... 39 Tabel 14. Nilai C dan P untuk setiap tata guna lahan... 40 Tabel 15. Nilai dari Koefisien kekasaran Manning, Konstanta Kondisi Permukaan Lahan (Surface Condition Constant) dan Angka Kurva Limpasan (SCS Curve Number)...41 Tabel 16. Keluaran program AGNPS untuk analisis sedimen hasil kondisi awal...43 Tabel 17. Klasifikasi Besarnya Erosi pada DAS Cidanau...45 Tabel 18. Keluaran program AGNPS untuk analisis sedimen hasil Skenario 1...46 Tabel 19. Klasifikasi Besarnya Erosi pada DAS Cidanau...47 Tabel 20. Keluaran program AGNPS untuk analisis sedimen hasil skenario 2...48
Tabel 21. Klasifikasi Besarnya Erosi pada DAS Cidanau...49 Tabel 22. Keluaran program AGNPS untuk analisis sedimen hasil Skenario 3...50 Tabel 23. Klasifikasi Besarnya Erosi pada DAS Cidanau... 51
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Siklus Hidrologi... 5 Gambar 2. Proses terjadinya erosi... 8 Gambar 3. Penomoran sel... 42
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Peta Lokasi... 56 Lampiran 2. Peta Jenis tanah... 57 Lampiran 3. Peta Kelas lereng... 58 Lampiran 4. Peta tata guna lahan... 59 Lampiran 5. Arah Aliran Sel... 60 Lampiran 6. Distribusi Kemiringan Lereng... 61 Lampiran 7. Distribusi Faktor Erodibilitas (K)... 62 Lampiran 8. Distribusi Faktor Penutupan Tanaman (C)... 63 Lampiran 9. Distribusi tindakan Konservasi Lahan(P)... 64 Lampiran 10. Curah hujan tahun 1995-2002... 65 Lampiran 11. Angka kurva limpasan dan konstanta kondisi permukaan lahan untuk berbagai tata guna lahan... 67 Lampiran 12. Nilai erodibilitas tanah (K) untuk 30 jenis tanah di Jawa... 68 Lampiran 13. Nilai faktor tanaman ( C ) dari jenis pertanaman di Indonesia... 69 Lampiran 14. Koefisien kekasaran manning (n) untuk berbagai jenis saluran dan dataran banjir... 71 Lampiran 15. Nilai tindakan konservasi (P) pada teknik konservasi tanah... 78
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Perkembangan pembangunan dibidang pemukiman, pertanian, perkebunan, industri, ekploitasi sumber daya alam berupa penambangan, dan ekploitasi hutan menyebabkan penurunan kondisi hidrologis suatu daerah aliran sungai. Penurunan fungsi hidrologis tersebut menyebabkan kemampuan daerah aliran sungai untuk berfungsi sebagai storage air pada musim kemarau dan kemudian dipergunakan melepas air sebagai base flow pada musim kemarau, telah menurun. Ketika air hujan turun pada musim penghujan air akan langsung mengalir menjadi aliran permukaan yang kadang-kadang menyebabkan banjir dan sebaliknya pada musim kemarau aliran base flow sangat kecil bahkan pada beberapa sungai tidak ada aliran sehingga ribuan hektar sawah dan tambak ikan tidak mendapat suplai air tawar. Besarnya aliran permukaan yang terjadi pada musim penghujan dan berkurangnya luas kawasan hutan serta semakin luasnya bagian permukaan tanah daerah aliran sungai yang terbuka menyebabkan erosi permukaan menjadi semakin besar sehingga angkutan sedimen aliran permukaan bertambah besar pula. Angkutan sedimen yang terbawa aliran air akan mengendap di alur sungai bagian hilir. Sejalan dengan semakin berkembangnya masalah pencemaran lingkungan perairan khususnya pada daerah aliran sungai akibat alih fungsi menjadi usaha pertanian secara intensif. Untuk memecahkan permasalahan tersebut perlu dilakukan permodelan yang dapat memprediksi erosi, banjir, aliran permukaan dan tingkat pencemaran air oleh bahan polutan, baik dalam bentuk sedimen maupun hara yang berasosiasi dengan aliran permukaan dan sedimen. Salah satu pemecahannya adalah dengan menggunakan pendekatan model serta mensimulasikan tata guna lahan yang tepat dalam upaya mengurangi banjir, erosi, dan sedimentasi.
Pendekatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan menggunakan AGNPS. Dipilhnya model simulasi AGNPS karena model ini merupakan model terdistribusi sehingga diharapkan mampu memberikan gambaran yang baik terhadap perubahan parameter-parameter yang disimulasikan seperti parameter tanah, topografi, dan pengolahan lahan. Pada penelitian ini hanya mensimulasikan erosi dan sedimentasi, sekalipun pada model simulasi AGNPS juga menyediakan fasilitas untuk mensimulasikan polusi N, P dan COD. 1.2. Tujuan Penelitian Penelitian yang akan dilakukan bertujuan untuk : 1. Pendugaan erosi dan sedimentasi pada DAS Cidanau melalui pemodelan komputer dengan mempergunakan model simulasi AGNPS 2. Menentukan besarnya laju erosi dan sedimentasi tahunan 3. Mensimulasikan atau menduga tata guna lahan yang mampu menurunkan bahaya erosi dan sedimentasi
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan Umum DAS Daerah Aliran Sungai merupakan suatu wilayah yang dibatasi garisgaris imajiner dimana curah hujan yang jatuh mengikuti aliran sungai. Garis batas daerah-daerah aliran yang berdampingan disebut dengan batas daerah pengaliran. Luas DAS dapat diperkirakan dengan pengukuran daerah tersebut pada peta topografi (Sosrodarsono dan Takeda, 1993). Menurut Linsley (1988, dalam Nugroho, 2000) bahwa DAS adalah suatu wilayah atau kawasan yang menampung, menyimpan dan mengalirkan air hujan ke sungai, baik dalam bentuk aliran permukaan, aliran bawah permukaan, dan aliran bawah tanah. Wilayah ini dipisahkan dengan wilayah lainnya oleh pemisah topografi yaitu punggung bukit dan keadaan geologi terutama batuan. Respon hidrologi suatu DAS ditentukan oleh sifat hujan dan karakter fisik DAS yang bersangkutan. Karakteristik DAS yang pengaruhnya dominan meliputi struktur batuan dan geologi, morfometri DAS (bentuk dan luas DAS), tanah, vegetasi dan penggunaan lahan. Proses infiltrasi akan terus terjadi sepanjang proses perkolasi (aliran gravitasi ke dalam tanah ) tetap berlangsung. Sebagian air yang masuk ke dalam tanah akan kembali ke saluran-saluran sebagai subsurface flow dan sebagian lagi akan menjadi air tanah, yang akan mengalir menjadi groundwater flow. Berbeda dengan aliran permukaan (surface runoff) yang terjadi sesaat setelah infiltrasi mencapai konstan, aliran air dalam tanah berlangsung secara lambat dan akan muncul ke permukaan tanah pada tanah-tanah yang rendah sebagai groundwater outflow. Air akan meninggalkan DAS melalui penguapan (evaporasi), aliran sungai dan sebagian besar air lainnya akan terserap tanaman dan akan diuapkan kembali melalui transpirasi. Pada proses transpirasi air hujan yang jatuh ke permukaan tanah akan dikembalikan ke atmosfer.
Curah hujan berlebihan merangsang terbentuknya limpasan, yang dapat memecah tanah jika volume dan kecepatannya besar. Pemecahan tanah semakin intensif setelah terbentuk alur-alur dan selokan. Butir-butir hujan yang jatuh pada suatu kejadian hujan akan mengalami penahanan karena terjadinya gesekan dengan udara, sehingga akan mempengaruhi kecepatan jatuhnya butir air. Chow (1988) menyebutkan DAS merupakan tempat terjadinya proses-proses yang berangkaian dan menjadi bagian dari siklus hidrologi. Proses tersebut dapat ditinjau mulai dari terjadinya dengan hujan (presipitasi) yang merupakan produk langsung dari awan yang berbentuk air maupun salju. Hujan yang jatuh sebagian tertahan ditajuk tanaman dan atap bangunan, kemudian jatuh ke tanah (intersepsi), sebagian lainnya jatuh ke tanah. Saat air jatuh ke tanah maka terjadi proses infiltrasi yaitu perjalanan air melalui permukaan tanah dan menembus kedalamnya. Menurut Ilyas (1996) menyebutkan bahwa siklus hidrologi merupakan proses yang besar dan kompleks serta cukup sulit untuk mempelajarinya secara keseluruhan. Dengan mengamati siklus ini secara parsial sebagai sub-siklus hidrologi yang terjadi di DAS, maka siklus hidrologi yang terjadi di DAS dapat dipandang sebagai siklus yang terbuka, dimana jumlah air di DAS dapat berubah-ubah serta lebih menarik untuk dipelajari. Siklus hidrologi disajikan pada Gambar 1. Pengelolaan DAS tidak dapat dikelola secara sektoral, tetapi harus terpadu, yaitu dengan mengelola sumberdaya alam melalui tindakan pemanfaatan, penataan, pemeliharaan, pengawasan, pengendalian, pemulihan dan pengembangan DAS berasaskan pelestarian kemampuan lingkungan yang serasi dan seimbang untuk menunjang pembangunan yang berkesinambungan bagi peningkatan kesejahteraan manusia.