ANALISIS DEBIT ANDALAN A. METODE FJ MOCK Dr. F.J. Mock dalam makalahnya Land Capability-Appraisal Indonesia Water Availability Appraisal, UNDP FAO, Bogor, memperkenalkan cara perhitungan aliran sungai dari data hujan, evapotranspirasi dan karakteristik hidrologi daerah pengaliran untuk menaksir tersedianya air di sungai, bilamana data debit tidak tersedia. Evapotranspirasi Terbatas Evapotranspirasi terbatas adalah evapotraspirasi aktual dengan mempertimbangkan kondisi vegetasi dan permukaan tanah serta curah hujan. Untuk menghitung evapotranspirasi terbatas ini diperlukan data: - Curah hujan setengah bulanan (P) - Jumlah hari hujan setengah bulanan (n) - Jumlah permukaan kering setengah bulanan (d), dihitung dengan asumsi bahwa tanah dalam satu hari hanya mampu menahan air 12 mm dan selalu menguap sebesar 4 mm. - Exposed surface (m %), ditaksir dari peta tata guna tanah, atau dengan asumsi: m = 0% untuk lahan dengan hutan lebat m = 0% pada akhir musim hujan dan bertambah 10% setiap bulan kering untuk lahan sekunder m = 10-40% untuk lahan yang terisolasi m = 20-50% untuk lahan pertanian yang diolah. Persamaan Evapotranspirasi terbatas sebagai berikut: E t = E p - E...(1) E r = E p (d/30)...(2) Dari data n dan d stasiun hujan disekitar proyek akan diperoleh persamaan sebagai berikut: d = a n + b...(3) 1
Dimana a dan b adalah konstanta akibat hubungan n (jumlah hari hujan) dan d (jumlah permukaan kering) Substitusi dari persamaan (3) dan (2), diperoleh: E r /E p = m/30. (a.n + b)...(4) Keseimbangan Air di permukaan Tanah Keseimbangan air tanah dipengaruhi oleh jimlah air yang masuk ke dalam permukaan tanah dan kondisi tanah itu sendiri. Data yang diperlukan adalah: P - E t, adalah perubahan air yang akan masuk ke permukaan tanah. Soil storage, adalah perubahan volume air yang ditahan oleh tanah yang besarnya tergantung pada (P-E t ), soil storage bulan sebelumnya. Soil Moisture, adalah volume air untuk melembabkan tanah yang besarnya tergantung (P-E t ), soil storage, dan soil moisture bulan sebelumnya. Kapasitas soil moisture, adalah volume air yang diperlukan untuk mencapai kapasitas kelengasan tanah. Water Surplus, adalah volume air yang akan masuk kepermukaan tanah, yaitu : water surplus = (P-E t ) - soil storage, dan 0 jika (P-E t )< soil storage. Ground Water Storage Nilai run off dan ground water besarnya tergantung dari keseimbangan air dan kondisi tanahnya. Data yang diperlukan adalah: Koefisien infiltrasi = I diambil 0,2-0,5 Faktor resesi aliran air tanah = k, diambil 0,4-0,7 Initial storage, adalah volume air tanah yang tersedia di awal perhitungan. Persamaan: I n V = Water Surplus x I = k. V (n-1) + 0,5 (1+k) I n A = V n - V n-1 dimana: I n V = infiltrasi volume air yang masuk ke dalam tanah = volume air tanah 2
V n = perubahan volume air tanah bulan ke-n V (n-1) = volume air tanah bulan ke (n-1) I = koefisien infiltrasi A = volume tampungan per bulan Aliran sungai Interflow = Infiltrasi - Volume air tanah (mm) Direct Run Off = Water Surplus - Infiltrasi (mm) Base Flow = Aliran sungai yang selalu ada sepanjang tahun (m 3 /dt) Run Off = Interflow + Direct Run Off + Base Flow (m 3 /dt) B. METODE NRECA Langkah perhitungan mencakup 18 tahap, dimana perhitungan dapat dilakukan kolom per kolom dari kolom (1) hingga (18) seperti dibawah ini (Ibnu Kasiro. dkk, 1994 : 4.5): (1) Nama Bulan Januari sampai Desember (dipakai periode 10 harian) (2) Nilai hujan harian (R b ) dalam 1 periode (3) Nilai evapotranspirasi (PET = Penguapan Peluh Potensial) (4) Nilai tampungan kelengasan awal (W 0 ), nilainya didapat dengan try and error, dan pada percobaan pertama diambil 600 (mm) di Bulan Januari. (5) Rasio tampungan tanah (soil storage ratio W i ) dihitung dengan rumus : Wo Wi NOMINAL NOMINAL = 100 + 0.2 Ra Ra = hujan tahunan (mm) (6) Rasio Rb / PET = kolom (2) : kolom (3) (7) Rasio AET / PET AET = Penguapan Peluh Aktual yang diperoleh dengan Gambar 1, nilainya tergantung dari rasio R b /PET (kolom 6) dan Wi (kolom 5) 3
Gambar 1. AET/PET AET (8) AET x PET x koefisien reduksi PET = kolom (7) x kolom (3) x koefisien reduksi Koefisien reduksi diperoleh dari menghitung beda elevasi sungai hulu sampai as bendung (dalam m) dibagi panjang sungai (km). Adapun nilai koefisien reduksi berdasarkan kemiringannya adalah sebagai berikut : Kemiringan (m/km) Koef. reduksi 0-50 m/km 0,9 51-100 m/km 0,8 101-200 m/km 0,6 > 200 m/km 0,4 (9) Neraca air = R b AET = kolom (2) kolom (8) (10) Rasio kelebihan kelengasan (excess moisture) yang dapat diperoleh sebagai berikut : - Jika neraca air (kolom 9) positif, maka rasio tersebut dapat diperoleh dari Gambar 2 dengan memasukkan nilai tampungan kelengasan tanah (W i ) di kolom 5. - Jika neraca air negatif, rasio 0. (11) Kelebihan kelengasan = rasio kelebihan kelengasan x neraca air = kolom (10) x kolom (9) (12) Perubahan tampungan = neraca air - kelebihan kelengasan = kolom (9) x kolom (11) 4
Gambar 2. Rasio Tampungan Kelengasan Tanah (13) Tampungan air tanah = P1 x kelebihan kelengasan = P1 x kolom (11) P1 = parameter yang menggambarkan karakteristik tanah permukaan (kedalaman 0-2 m), nilainya 0,1 0,5 tergantung pada sifat lulus air lahan. P1 = 0.1 bila bersifat kedap air P1 = 0.5 bila bersifat lulus air (14) Tampungan air tanah awal yang harus dicoba-coba dengan nilai awal = 2 (15) Tampungan air tanah akhir = tampungan air tanah + tampungan air tanah awal = kolom (13) x kolom (14) (16) Aliran air tanah = P2 x tampungan air tanah akhir = P2 x kolom (15) P2 = parameter seperti P1 tetapi untuk lapisan tanah dalam (kedalaman 0-10 m) P2 = 0.9 bila bersifat kedap air P2 = 0.5 bila bersifat lulus air (17) Larian langsung (direct run off) = kelebihan kelengasan - tampungan air tanah = kolom (11) - kolom (13) 5
(18) Aliran total = larian langsung + aliran air tanah = kolom (17) + kolom (16), dalam mm/periode = kolom (18) dalam mm x 10 x luas tadah hujan (ha), m 3 /periode Untuk perhitungan periode berikutnya diperlukan nilai tampungan kelengasan (kolom 4) untuk periode berikutnya dan tampungan air tanah (kolom 14) periode berikutnya yang dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut : a. Tampungan kelengasan = tampungan kelengasan periode sebelumnya + perubahan tampungan = kolom (4) + kolom (12), semuanya dari periode sebelumnya. b. Tampungan air tanah = tampungan air tanah periode sebelumnya aliran air tanah = Kolom (15) kolom (16), semuanya dari periode sebelumnya. 6