Optimasi Pengelolaan DAS di Sub Daerah Aliran Sungai Cidanau Kabupaten Serang Propinsi Banten Menggunakan

Model Hidrologi ANSWERS(Optimal Watershed Management of Cidanau Sub Watershed

Kabupaten Serang, Banten Province Using ANSWERS Hydrologic Model)

 Ery Suhartanto

 Abstract

The environmental damage occuring at Cihideung Sub watershed is increasing, due to erosion, sedimentation, runoff and flood. The rate of the erosion, sedimentation and runoff are influenced by the physical condition of watershed and the change in land use pattern. ANSWERS model was used to predict the indicator of the damage and to identify an optimal watershed management model, that it is suitable to the principal soil and water conservation. The result of the Answers model simulation showed that, integration between wooded and grass land areas was the optimal model to decrease the rate of erosion, sedimentation and runoff.Keywords : Conservation, Erosion, Sedimentation, Runoff, Answers Model. 1.      Pendahuluan

Pada saat ini tata guna lahan di Sub DAS Cihideung terdiri dari 180 ha hutan

campuran, 6 ha sawah, dan sekarang ini terjadi di beberapa lokasi pengalihragaman hutan

campuran menjadi lahan pertanian (ladang/kebun). Perubahan tata guna lahan ini akan

mempengaruhi keseimbangan tata air di area tersebut dengan melihat kondisi debit dan

sedimentasi (Seyhan, 1977). Untuk mengurangi terjadinya erosi, sedimentasi dan banjir,

optimasi pengelolaan DAS lahan merupakan hal yang sangat penting dalam prinsip

konservasi yang diaplikasikan untuk memperoleh keuntungan ekonomi dan berkelanjutan.

Model hidrologi disimulasikan sebagai suatu pendekatan sistem dalam pengelolaan

DAS yaitu skenario yang diformulasikan dari masing-masing perubahan tata guna lahan.

Suatu model simulasi yang umum digunakan adalah ANSWERS (Areal Non-point Source

Watershed Environment Response Simulation), yang dapat digunakan untuk mengevaluasi

dan merumuskan letak dari tata guna lahan yang sesuai dengan aspek konservasi.

Pengelolaan DAS adalah suatu usaha untuk mengatur sumberdaya alam utama yaitu

tanah dan air. Suatu pengelolaan DAS yang baik untuk penggunaan tanah dan air seharusnya

memperhitungkan prinsip konservasi untuk mencapai hasil yang optimum. Pengelolaan DAS

yang tidak tepat akan mengakibatkan banjir di musim hujan dan kekeringan di musim

kemarau. Tata guna lahan termasuk jenis dan kerapatan tanaman, dimana menggambarkan

komponen utama yang mempengaruhi kapasitas tanah untuk menyerap air (Bruce dan Clark.

1

1980, dalam Budi Indra. 1999). Kerapatan tanaman adalah hal yang lebih penting

dibandingkan jenis tanaman, dimana telah terbukti dengan menurunnya laju dan kapasitas

infiltrasi di area perumahan yang mempunyai kerapatan vegetasi rendah.

Siklus hidrologi menggambarkan suatu rantai fenomena alam yang menghubungkan

erosi, sedimentasi dan limpasan. Bagian dari siklus hidrologi yang disebut hujan, kondisi

tanah dan vegetasi mempunyai peranan penting dalam proses erosi, sedimentasi dan

limpasan. Erosi adalah peristiwa pindahnya tanah dari suatu tempat ke tempat lain dengan

media alam (Hudson.1973, dalam Budi Indra. 1999). Menurut Frevert et al. (1963), erosi

tanah didefinisikan sebagai kehilangan tanah lebih cepat dari proses erosi geologi. Menurut

Baver et al. (1972) terjadinya erosi tanah tergantung dari beberapa faktor yaitu karakteristik

hujan, kemiringan lereng, tanaman penutup dan kemampuan tanah untuk menyerap dan

melepas air ke dalam lapisan tanah dangkal. Dampak dari erosi tanah dapat diklasifikasikan

dalam dua kategori : 1) menurunnya produktifitas lahan seiring dengan kehilangan lapisan

tanah bagian atas yang subur, dan 2) terjadi sedimentasi di sungai yang menyebabkan

kerusakan saluran dan berkurangnya kapasitas tampungan.

 

2.      Tujuan

Tujuan dari studi ini adalah : 1) untuk memprediksi besarnya erosi, sedimentasi dan

limpasan permukaan yang disebabkan perubahan tata guna lahan di Sub DAS Cihideung, dan

2) untuk mengidentifikasi pengelolaan DAS yang optimal sesuai dengan prinsip konservasi

menggunakan model ANSWERS.

 

3.      Tinjauan Pustaka

3.1. Model Answers

Menurut Beasley at al. (1982) ANSWERS (Area Non-point Source Watershed

Environment Response Simulation) adalah model simulasi karakteristik DAS, dimana tata

guna lahan pertanian mendominasi, dibawah kejadian hujan tertentu. Aplikasi utama adalah

simulasi perencanaan dan mengevaluasi strategi untuk mengendalikan erosi. Satu dari

karakteristik ANSWERS adalah pendekatan distribusi parameter, dimana berbeda dengan

model lain yang menggunakan lump parameter. Variabel spasial, parameter terkendali seperti

topografi, tanah, tata guna lahan, dan lainnya yang mempengaruhi distribusi parameter DAS

dalam suatu algoritma komputasi.

Keuntungan dari model ANSWERS adalah :

2

            membuat hasil dalam bentuk erosi, sedimentasi dan limpasan permukaan

            memformulasikan skenario tata guna lahan dalam suatu DAS, dan

            analisa distribusi parameter dengan tujuan untuk membuat hasil simulasi sesuai

karakteristik DAS

ANSWERS adalah suatu model deterministik didasarkan pada hipotesa masing-

masing titik dalam DAS memiliki suatu hubungan fungsional antara laju aliran air dan

parameter hidrologi terkendali, seperti intensitas hujan, topografi dan jenis tanah.

Bagaimanapun juga laju aliran air dapat digunakan dengan komponen lain sebagai suatu

model dasar yang berhubungan dengan terjadinya pergerakan dalam erosi tanah dan partikel

kimianya dalam lingkup suatu DAS.

DAS secara konseptual dimodelkan dengan elemen bujursangkar, jadi tingkat variasi

dari DAS dapat diperlihatkan. Masing-masing elemen dari DAS dapat didefinisikan sebagai

suatu area dengan persamaan parameter erosi dan hidrologi. Kemudian, elemen itu

mempunyai peranan dari masing-masing karakteristik.

Berdasarkan struktur model ANSWERS, parameter dapat dikelompokkan kedalam

empat bagian yaitu :

1.      Data hujan termasuk jumlah dan durasi hujan.

2.      Data tanah termasuk total porositas, kapasitas lapang, kedalaman zona infiltrasi,

persentase kadar air, laju infiltrasi pada saat konstan, perbedaan maksimum dan infiltrasi

konstan, koefisien infiltrasi, dan erodibilitas dengan metode USLE (K).

3.      Tata guna lahan dan kondisi permukaan termasuk jenis tanaman dan pengelolaannya,

volume intersepsi potensial, persentase penutup permukaan dan jenis tata guna lahan,

koefisien kekasaran permukaan dan relief mikro. Nilai koefisien Manning, dan indeks

pengelolaan tanaman untuk metode USLE.

4.      Data sungai dan saluran termasuk lebar saluran dan koefisien kekasaran (n, Manning).

5.      Data individual elemen, termasuk derajat dan arah kemiringan lereng, jenis sungai, jenis

tanah, area data hujan terukur, kemiringan saluran, pengelolaan lahan dan rata-rata

elevasi.

Hasil dari model ANSWERS terdiri dari (a) limpasan permukaan, dan (b) rerata erosi,

maksimum erosi, maksimum sedimentasi, dan penurunan erosi yang disebabkan aspek

konservasi.

 

3

3.2. Toleransi erosi

Jenis-jenis erosi adalah erosi lembar, erosi alur, erosi parit, erosi tebing sungai,

longsor dan erosi internal. Erosi yang ditolerir mempunyai arti bahwa erosi dapat diabaikan

sepanjang area lahan tetap produktiv (Thompson. 1957; Wischmeier and Smith. 1978). Nilai

toleransi erosi dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu iklim, kedalaman tanah, kondisi

substrata, permebilitas lapisan tanah dangkal dan karakteristik pertumbuhan tanaman.

Penentuan toleransi erosi di Indonesia ditunjukkan pada tabel 1.

 Tabel 1. Toleransi erosi untuk tanah (Thompson. 1957)

 No Sifat tanah dan substratum Toleransi

erosi(ton/ha/tahun)

1 Tanah dangkal, di atas batuan 1,122 Tanah dalam, di atas batuan 2,243 Tanah dengan lapisan bawahnya (subsoil) padat, di

atas substratum yang tidak terkonsolidasi (telah mengalami pelapukan)

4,48

4 Tanah dengan lapisan bawahnya berpermeabilitas lambat, di atas bahan yang tidak terkonsolidasi

8,96

5 Tanah dengan lapisan bawahnya berpermeabilitas sedang, di atas bahan yang tidak terkonsolidasi

11,21

6 Tanah yang lapisan bawahnya permeabel (agak cepat), di atas bahan yang tidak terkonsolidasi

13,45

Sumber : Konservasi Tanah dan Air. Sitanala Arsyad. 2000  

3.3. Sedimentasi yang diperbolehkan

Sedimentasi didefinisikan sebagai perpindahan dan pengendapan erosi tanah,

khususnya sebagai hasil dari percepatan erosi lembar dan alur (White. 1987, dalam Budi

Indra. 1999). Menurut Linsley et al. (1983) sedimentasi menggambarkan material tersuspensi

dan diangkut oleh gerakan air dan angin atau diakumulasi sebagai bed load. Dari proses

sedimentasi, hanya sebagian aliran sedimen di sungai yang diangkut keluar dari DAS,

sedangkan yang lain mengendap dilokasi tertentu dari sungai (Gottschalk. 1948, dalam Ven

T Chow. 1964)

Faktor-faktor yang mempengaruhi sedimentasi (Strand dan Pemberton. 1982, dalam

Budi Indra. 1999), adalah jumlah dan intensitas hujan, formasi geologi dan jenis tanah, tata

guna lahan, topografi, erosi di bagian hulu, limpasan, karakteristik sedimen dan hidrolika

4

saluran. Menurut Breussers (1974) dalam Budi Indra (1999), sedimen dapat dibagi dalam dua

kelompok berdasarkan mekanisme pergerakannya sebagai berikut :

 

            Suspended load, dimana partikel sedimen bergerak tersuspensi dalam aliran air

            Bed load, dimana partikel sedimen bergerak secara menggelinding dan melompat.

Menurut kondisi asalnya (White. 1987, dalam Budi Indra. 1999; Linsley et al. 1983),

sedimen dapat dibagi dalam :

            Bed materials transport, dimana material berasal dari saluran itu sendiri

            Wash load, dimana material tidak sama dengan sedimen bed load dan ditambah oleh

material dari luar saluran.

Bahan sedimen hasil erosi seringkali bergerak menempuh jarak yang pendek sebelum

akhirnya diendapkan. Sedimen ini masih tetap berada di lahan atau diendapkan di tempat lain

yang lebih datar atau sebagian masuk ke sungai. Persamaan umum untuk menghitung

sedimentasi suatu DAS belum tersedia, untuk lebih memudahkan, USDA mengembangkan

pendekatan berdasarkan luas area. Rasio sedimen terangkut dari keseluruhan material erosi

tanah disebut “Sedimen Delivery Ratio” (SDR), adalah fungsi dari luas area (Tabel 2). Untuk

sub DAS Cihideung dengan luas area 186 ha, maka SDR adalah 0,350. Disini, sedimen yang

diperbolehkan adalah hasil kali SDR dengan toleransi erosi untuk tanah (Thompson. 1957).

Sebagai contoh, jika toleransi erosi untuk tanah dalam di atas batuan adalah 2,24

ton/ha/tahun maka sedimen yang diperbolehkan adalah 0,784 ton/ha/tahun.

 Tabel 2. Sedimen Delivery Ratio (SDR)

 Luas  

Km2 Ha SDR0,05 5 0,5800,10 10 0,5200,50 50 0,3901,00 100 0,3505,00 500 0,25010,00 1.000 0,22050,00 5.000 0,153100,00 10.000 0,127500,00 50.000 0,0791000,00 100.000 0,059

Sumber : USDA

 

5

4.      Metodologi

4.1. Tempat, waktu dan data yang dibutuhkan

Daerah penelitian adalah Sub DAS Cihideung Daerah Aliran Sungai Cidanau

Kabupaten Serang Propinsi Banten. Penelitian ini sedang dilakukan mulai tahun 2001 sampai

dengan selesai.

Data yang dibutuhkan sebagai input model ANSWERS adalah :

1.      Data hujan harian

2.      Data debit sungai

3.      Data sedimen

4.      Peta topografi

5.      Peta tata guna lahan

6.      Peta kelas kemiringan lereng

7.      Peta pola sungai

8.      Peta tanah

 

4.2. Kemiringan lereng, jenis tanah dan tata guna lahan

Sub DAS Cihideung adalah daerah dataran tinggi, lokasi terletak pada elevasi +240

sampai +85 m di atas permukaan laut dan didominasi oleh lereng yang cukup curam (5 - 20

% slope) dengan luas areal 117 ha (62,9 %), sedangkan lahan yang datar (< 5 % slope) hanya

sekitar 6 ha (3,2 %), ditunjukkan pada tabel 3. Jenis tanah di sub DAS Cihideung adalah clay

loam. Klasifikasi jenis tanah ditunjukkan pada tabel 4.

Penggunaan lahan oleh masyarakat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap

bahaya erosi, sedimentasi dan limpasan permukaan yang terjadi. Tata guna lahan pada area

tersebut didominasi oleh hutan campuran (180 ha), sawah (6 ha). Jenis tata guna lahan

ditunjukkan pada tabel 5.

 

6

  

    

  

7

 

 

5.      Hasil dan Pembahasan

5.1. Erosi dan sedimentasi

Berdasarkan model ANSWERS dengan kondisi eksisting diperoleh hasil

sebagai berikut :

5.2. Optimasi Pengelolaan DAS Menggunakan Model ANSWERS

Hasil dari beberapa optimasi menunjukkan perubahan erosi, sedimentasi,

limpasan dan elemen kritis yang ditunjukkan pada Tabel.7 dan Gambar 2,3 untuk

beberapa skenario.

 6. Kesimpulan dan Saran

6.1. Kesimpulan

Berdasarkan pada analisis hidrologi di Sub DAS Cihideung menggunakan

model ANSWERS, kesimpulannya sebagai berikut :

1.      Hasil simulasi menunjukkan bahwa areal hutan memiliki kemampuan lebih baik

untuk menurunkan laju limpasan, sedangkan areal padang rumput memiliki

kemampuan lebih baik untuk menurunkan laju erosi dan sedimentasi.

2.      Faktor dominan yang mempengaruhi erosi, sedimentasi dan limpasan adalah

kemiringan lahan, jenis tanah dan tata guna lahan seperti hutan campuran, padang

rumput dan areal pertanian/sawah.

3.      Pengelolaan DAS yang optimal adalah integrasi dari areal hutan dan areal

tanaman rumput dimana masing-masing aspek memiliki kelebihan dan

kekurangan.

 

6.2. Saran

Optimasi ini merupakan suatu Decision Support System (DSS) bagi

Pemerintah Daerah dan pihak-pihak yang berkepentingan, sarannya sebagai berikut :

1.      Untuk model yang lebih baik direkomendasikan menggunakan data intensitas

hujan dari beberapa stasiun hujan, dimana dapat merepresentasikan areal sub

DAS yang diteliti.

2.      Untuk menekan laju erosi, sedimentasi dan limpasan permukaan, sebaiknya

daerah yang kritis dibatasi (zona proteksi) dan melakukan forestrisasi serta

kombinasi dengan tanaman rumput pada bagian hulu DAS. Untuk lahan

8

perkebunan/pertanian direkomendasikan untuk menanam jenis tanaman yang

bersifat covering dengan density yang cukup tinggi.

3.      Model simulasi ini dapat digunakan untuk optimasi manajemen DAS terpadu

(Integrated Watershed Management Optimal), dimana area dengan erosi tinggi

dilakukan upaya konservasi pembuatan teras atau border, dan areal dengan

sedimentasi tinggi sebaiknya dilengkapi dengan bangunan penangkap sedimen

(sediment structure).

 

9

Daftar Pustaka

 

Arsyad, S. 2000. Konservasi Tanah dan Air. Penerbit IPB. Bogor.

Baver, L.D. 1972. Soil Physics. John Wiley and Son Inc. New York. Charles E.

Tuttle Company. Modern Asia Edition. Third Edition.

Beasley, D.B. dan L.F. Huggins. 1982. ANSWERS. User’s Manual. U.S. EPA

Region V. Chicago.

Chow, V.T. 1964. Handbook of Applied Hydrology. Mc. Graw-Hill Book Company.

New York.

Frevert, R.K, G.O. Schwab, T.W. Edminster, and K.K. Barness. 1963. Soil and

Water Conservation Engineering (Third Edition) John Wiley and Son Inc.

New York.

Linsley, Jr. R.K, M.A. Kohler and J.L.H. Paulus. 1983. Hydrology for Engineers

(Third Edition) Mc. Graw-Hill Book Company. New York.

Setiawan, Budi Indra. 1999. Land Use Planning For Cigulung Maribaya Sub

Watershed Using ANSWERS Model. Proceeding of International Workshop

on Sustainable Resource Management for Cidanau Watershed. RUBRD-

UT/IPB. Bogor.

Seyhan, Ersin. 1990. Dasar-dasar Hidrologi. Gadjah Mada University Press.

Yogyakarta.

Suhardjono. 1993. 135 Pertanyaan dan Jawaban tentang Pengantar Penelitian

Ilmiah. UPT Penerbitan FT Universitas Brawijaya. Malang

Thompson, L.M. 1957. Soils and Soil Fertility, Mc. Graw-Hill Book Company. New

York.

Wischmeier, W.H. and D.D. Smith. 1978. Predicting Rainfall Erosion Losses. A

Guide to Conservation Planning. Agricultural Handbook. Science and

Education. U.S. Department of Agriculture.

10