&/etb. KETEKNlKAN PERTANIAN PENDUGAAN DEBIT SUNG AI BERDASARKAN HUJAN DENGAN MENGGUNAKAN MODEL T ANGKI DI DAS CIDANAU, SERANG River Run Off Prediction Based on Rainfall DataUsingTank Model Sutoyo]danM.Yanuar 1.Purwanto2 Ahstrak Riverrunoff modelusingtankmodelhasbeenformulatedtothe natural riverof Cidanau,Serang,West Java.Themodel consistsoffourtanks represent four land use zones.The parameter of thetanks wereoptimized using theobserveddataofinfiltrationcapacity,dailyrainfallanddailyriver discharge for an entire years.Theadvantagesof thismodel isdeterminationof the first tank parameter using infiltration capacity.This parameter was directly determined based oninfiltration measurement for therespectiveland usezone. Theapplication of thismodel wasutilized for revising thedischarge datasince several period of the recorded data were not accurate. KeyWords:rainJali run offmodel,tank model,infiltration PENDAHULUAN A.Latar Belakang Hujanmerupakansalahsatu unsuriklimyangberpengaruhpada suatuDaerahAliranSungai(DAS). Pengaruhlangsungyangdapatdi-ketahui yaitupotensisumber daya air. Besarkecilnyasumberdayaairpad a suatuDASsangattergantungdari jumlahcurahhujanyangadapada DAS. Untukkeperluanperencanaan pengembangansumberdayaairpada suatukawasanDAS,diperlukanse-perangkatdatayangmemadaimulai daridatahujansebagaimasukan, karakteristikDASitusendirisecara keseluruhandandatadebitsungai sebagaikeluaran. Kendalaumumyangdihadapi dalamanalisisperencanaanadalah kurangtersedianyadatadebitsungai, akantetapidatacurahhujantersedia cukupmemadai.Suatumodelhidro-logiyangmenggambarkanhubungan antarahujandengandebitsungai berdasarkanbeberapaparameterfisik DASdapatdibuatuntukmengatasi kendalatersebut.Denganmodelhi-drologitersebutdapatdibuatprediksi besarnya debit sungai. B.Tujuan Penelitian Penelitianinibertujuanmemodi-fikasimodeltangkiuntukmenduga besarnyalimpasantotalberdasarkan kejadianhujandankapasitasinfiltrasi IAlumnus JurusanTeknik Pertanian FATETA 2StajPengajar JurusanTeknik Pertanian FATETA 2S Vol.\3, No.3, Desember1999 pada lahan.Model tersebutuntuk me-ngetahuibesarnyadebithariansuatu sungaidarisetiapkejadianhujan hariandalamsuatuDASdandapat dipakaiuntukmelakukansimulasi debit. TINJAUAN PUSTAKA A.Air Limpasan (run ofJ) Airlimpasan(runofJ)adalah bagiandaripresipitasiyangmengalir menujusaluran,danauataulautan sebagaialiranpermukaandanbawah permukaan(Schwabetai,1966). Sebelumterjadirunoff,presipitasi terlebihdahulumemenuhikebutuhan untukevaporlisi,intersepsi,infiltrasi dan surface storage. MenurutWard(1967),sumber dankomponen utama runoff adalah: 1.Presipitasi langsung (direct precipitation) Hujanyanglangsungmasukke dalamsaluranmemilikipersentase yangkecildariseluruhvolumeair yangmengalir.Walaupundaerah luas,tapiakanterevaporasipulase-hingga sulituntukdiperkirakanbesar-nya,olehkarenaitubiasanyadiabai-kandalamperhitungan. 2.Limpasan permukaan (surface run ofJ) Limpasanpermukaanadalahair yangmengalirdiataspermukaan tanahbaiksebagaialirantipisdiper-mukaantanahatausebagaialiran disaluran. 3.Aliran antara (interjlow) Sebagianhujanyangterinfiltrasi kedalamtanahakanmeyebardan mengalirsecaralateral.Aliranyang terjadiinimerupakanali ranantara. Kontribusialiranantara terhadap total limpasanpermukaan(totalrunofJ) tergantungdarikarakteristiktanah daerah tangkapan (catchment). 4.Base flow Base jlowadalahsebagianhujan yangterperkolasikedalamme-nembuslapisantanahdanpada akhirnya akanmengisi saluran sungai. B.Curah Hujan, Infiltrasi dan Perkolasi Curahhujanadalahsalahsatu parameter pentingdalamsistemDAS, terutamasebagaisalahsatumataran-taidaur hidrologiyang berperanmen-jadi pembatas adanya potensi sumber-dayaairdidalamsuatuDAS.Rata-ratacurahhujanseringdibutuhkan dalampenyelesaianmasalahhidro-logi,sepertipenelusuranmasalah banjir,penentuanketesediaanairun-tukirigasiataupununtukmendesain bangunan-bangunan air. Prosesmasuknyaairhujanke dalamtanahdanturunkepermukaan airtanahdisebutinfiltrasi.Proses infiltrasimelibatkantigaprosesyang salingtidaktergantungyaitu,proses masuknyaairhujanmelaluipori-pori permukaantanah,tertampungnyaair hujantersebutdidalamtanahdan prosesmengalirnyaairterse butke tempat lain. Asdak(1995)menjelaskan,pro-sesinfiltrasidipengaruhiolehbe-berapa faktor,antaralain,tekstur dan strukturtanah,persediaanairawal (kelembabantanah),kegiatanbiologi dan un sur organik, jenis dan kedalam-anserasah,dantumbuhanbawahatau tajuk penutup tanahlainnya. 26---------------------------------------------ifJetu. KETEKNlKAN PERTANIAN Perkolasimerupakanpergerakan airbebaskebawahyangmem-bebaskanairdarilapisanatasdan bagianatasdarilapisanbawahtanah ketempatyanglebihdalamdan merupakanairberlebih.Perkolasi dapatdigolongkanatasperkolasiver-tikal(gerakkebawah)danperkolasi horizontal (gerak ke samping). C.Evapotranspirasi (ETo) Evapotranspirasiadalahperis-tiwamenguapnyaairdaritanaman dantanahatauperrnukaanairyang menggenang.Dengan kata lain,besar-nyaevapotranspirasiadalahjumlah antara evaporasi dan transpirasi. Evapotranspirasimerupakansa-lahsatufaktorpentingyangterjadi dalamsiklushidrologi.Pengaruheva-potranspirasididaerahtropispad a umumnya,dapatmempercepatter-jadinyakekeringandanpenyusutan debitsungaipadamusimkering (Asdak,1995). D.Model Hidrologi Dalampengertianumummodel hidrologiadalahsebuahsajianseder-hanadarisebuahsistemhidrologi yangkompleks.MenurutLinsley (1982),pengertianmatematisdari persamaan-persamaandancara-cara untukmelukiskanperilaku"Model Hidrologi" dipakaiuntuk memberikan gambaranmatematisyangrelatif kompleksbagidaurhidrologiyang penyelesaiannyadidesainpadase-buah komputer. Penggunaanmodeldapatmem-bantuagarkitamudahmemper-kirakanlewatpendekatanyangada sepertipendekatandeterministikatau probabilistik. 1.Model Tangki MenurutSugawara(1961),mo-deltangkiadalahsuatumetodanon-linieryangberdasarkankepadahipo-tesisbahwaaliranlimpasandan infiltrasimerupakanfungsidarijum-lah air yang tersimpan didalamtanah. Secaraskematis,strukturmodel tangkidapatdigambarkanseperti pada Gam bar1. EvapoCurah tramphujanLimpasan irasi + ..---+- Pennukaan I I.lnfiltrasi---....AliranAntara

l;1 l.J l.J Gambar1.Struktur ModelTangki Sebuahtangkidengansaluran pengeluaran disisi mewakililimpasan, saluranpengeluaranbawahmewakili infiltrasi,dankomponensimpanan dapatmewakiliproseslimpasandi-dalamsuatuatausebagiandaerahali-ransungai.Beberapatangkiserupa yangparareldapatmewakilisuatu daerahaliransungaiyangbesar (Linsey, et al.1982) Banyakpenelitiantelahdi-lakukandenganmenggunakanmodel 27 Vol.13, No.3, Desember1999 tangki.SelainolehSugawarasendiri sebagaipenemunyayangmeng-analisalimpasanpadabeberapa sungaidiJepang(1961)danberhasil denganbaik,modeltangkijuga digunakanluaspadaberbagaiDAS, sepertiDASCiliwung(Yoshida,et al.1998),DASProgo(Darmadi,1986) danDAS Mekong (Goto,\993). 2.Proses Terjadinya Limpasan dalamModelTangki Programmodeltangkidisusun denganmenggunakanbahasaFOR-TRANdanterdiridaripersamaan-persamaanmatematikyangmeng-gambarkanproseskomponenlim-pasan hujanyang jatuh diatas tanahdi suatuDAS. Curahhujanyangjatuhdiatas pennukaanbumiakanterinfiltrasike dalarntanah.Selainterinfiltrasike dalarntanah,terjadipulaproses evapotranspirasi.Air yang terinfiltrasi selanjutnyaakanmengisisimpanan (storage)didalantanah.Setelahsim-pananmencapaimaksimum(keje-nuhan)terjadilahali ranantara(inter-flow)danairakanterperkolasihingga akhirnyamenjadialirandasar(base flow).Aliran-aliraniniselanjutnya akanterkumpul(totalrunoff)men-jadi debit sungai. Masukanprogramberupacurah hujandanevapotranspirasihariandan menghasilkankeluaranberupadebit totallimpasan harian. METODOLOGI A. Waktu danTempat Penelitiandilaksanakanmulai bulanJuli1999sampaidengan November1999,danbertempatdi 28 DaerahAliranSungai(DAS)Ci-danau,Serang,JawaBaratdandi LaboratoriumTeknikTanahdanAir, FA TETA,Institut Pertanian Bogor. B.Bahan dan Alat Bahanyangdigunakandalam penelitianiniadalah: 1.Data Curah Hujan (1988 - 1998) 2.Peta TopografiDAS 3.Peta Tata Guna Lahan 5 tahun terakhir 4.Data Klimatologi (1988 - 1998) 5.Data Debit Sungai Cidanau Harian (1994 - 1998) 6.Data Jenis Tanah Alat-alatyangdigunakanyaitu Doubleringinfiltrometer,penggaris, Stopwatch,ember,ringsampel, altimeter,kompas,alatmenghitung, menggambardantulismenulis,be-berapasoftwaredanalatpendukung lainnya. C.Metode Penelitian 1.Penyusunan modelhujan limpasan. PenyusunantangkipadaDAS CidanauyaituDASCidanaudibagi menjadiempattangkiberdasarkan tatagunalahan.Tangkipertama merupakanRawaDanau,Tangki keduamerupakandaerahhutan (hulu),tangkiketigamerupakandae-rahperkebunandantangkikeempat merupakan persawahan. 2.Pengumpulan data. a.Pengumpulan data sekunder. Pengumpulandatayangdilakukan mencakupdatahu-jandandata klimatologi,tata gunalahan,iklim dan debit sungai. b.Pengumpulan data primer. ~KETEKNlKAN PERTANIAN Pengumpulandataprimeryang dilakukanyatupengukuran infiltrasidilapangan.Pengukuran infiltrasidi-Iakukanberdasarkan jenistatagunalahan.Pengukuran infil-trasidilapangmenggunakan double ring injiltrometer. 3.Analisis. Tahap-tahapanal isisdatayang akandilakukanadalahsebagai berikut: a.PenentuanCurahHujanWi-layahPenentuancurahhujan wilayahdilakukandengan metoda po ligonThiessen. b.Penentuan Evapotranspirasi PenentuanEvapotraspirasi denganmenggunakanmetode Penman Modifikasi. c.Analisiskapasitasinfiltrasi Analisiskapasitasinfiltrasi dilakukanmenurutHoltan (1961 ),yaitudengan ..persamaan: I=GIASaL4 +Ie Keterangan: f:kapsitasinfiltrasi (mm/jam) A:kapasitas infiltrasi per jam per (mm)L4simpanan air Sa:simpanan air lapisan permukaan fc:lajuinfiltrasikonstan GI:indeks pertumbuhan tanaman/persenkematangan Persamaaninimengasumsikan bahwakandunganaIrtanah, porositasdanke-dalamanakar adalahfaktor-faktordominan yangmempengaruhiinfiltrasi danperhitunganbesarnya kapasitasinfiltrasiberdasarkan sim-pananaktualkandungan airtanahpadawaktutertentu (Fleming,1975). d.Pembentukan Model Tangki Modeltangkidibentukdengan persamaan-persamaanmate-matisyangmenggambarkan proses-prosesIimpasanyang terjadipadaDAS.Proses limpasanyangterjadiyang dimulaidariproseshujan, infiltrasi, serta perkolasi hingga terbentukaliranantarayang pad aakhimyaterbentukaliran dasar.Akumulasidarisemua jenislimpasantersebutmeru-pakandebitsungaipadasuatu DAS. e.Penyusunan program. Prosedurpendugaantotal Iimpasandilakukandengan bantuankomputerdansoft-wareyangmenggunakan bahasaFORTRAN.Persa-maan-persamaanmatematis yangmerupakanpenggam-baranproseslimpasandiubah kedalamBahasaFORTRAN sehinggamenjadisuatu program/modeluntukpenen-tuantotallimpasan yang terjadi untuk suatu waktu tertentu. f.Kalibrasimodel Kalibrasimodeldilakukan secara cobaulangber-dasarkan datahasilperhitung-an infiltrasi dengan meng-gunakan datacurahhujanhariandan dataevapotrans-pirasiharian tahun1996se-hinggadidapat debitdugaanyangnilainya mendekati/-samadengandata peng-ukurandebittahun1996 dengannilaikoefisiendeter-minasilebihdari0.5yang berartibahwahasilkeluaran modeltelahmenggambarkan -----------------------------------------29 VoL13, No.3, Desember 1999 kebenaranlebihdari50% terhadap data aktual. 4.Ujikeabsahan model Ujikeabsahanmodeldila-kukan denganmelakukansimulasipendu-gaandebitdenganmenggunakan modelyangtelahdikalibrasi menggunakandatacurahhujandan dataevapo-transpirasihariantahun 1997. Tolokukurujikeabsahanmodel didasarkan pada: a.Penampilanhubunganantaradebit dugaandandebitaktualsecara grafiksehinggadapatditentukan nilaimutlak(maksimum minimum) data yang diperoleh. b.Nilaikoefisiendeterminasi(R2) dengan persamaan: R2=1-(L:( Yi - Yl"y) L(Yi-y)2 Keterangan: Yi: Debit data ke-i yi: Debit model ke-i Y: Rata-rata debit data HASIL DAN PEMBAHASAN A.Keadaan Vmum Daerab Penelitian 1.Lokasi dan luas wilayah Daerah penelitianadalah wilayah DAS Cidanau diPropinsiJawa Barat. SecaraadministratifDASinimen-cakup2wilayahkabupatenyaitu kabupatenSerangdankabupaten Pandeglang. SecarageografisDASCidanau berada pada10549'17"BTsampai 10606'03"BT dan0608'25"LS sampai 0615'47" LS. 30 LuaswilayahDASCidanau seluruhnya22620hayangterbagi menjadi6SubDASyaitu, Cikalumpang,Cisaat,Cisawarna, Cicangkedan,Cikondangdan Cibojong.SubDASCisaatdanSub DASCisawamamerupakanwilayah huluDASCidanau.Padawilayah gabunganduaSubDASiniterdapat RawaDanau.RawaDanau merupakanbagianpalinghuludari SungaiCidanau.SubDAS Cikalumpang danSubDASCibojong merupakanwilayahtengahbagian DASCidanau.SubDASCikondang danSubDASCicangkedan merupakanwilayahDASCidanau bagianhilirdanberbatasanlangsung denganSelatSunda,tempat bermuaranyaSungaiCidanau. Sungai Cidanau sebagaisungaiutama terletakdiwilayahDASbagian tcngah dan hilir. 2.Iklim KeadaaniklimkabupatenSerang dipengaruhiolehduamusimyaitu musimkemaraudanmusim penghujan.Iklimtropisdengantem-peraturrata-rata26.5DC,temperatur maksimumrata-rata31.7cdan temperatur minimum rata-rata 22.5c dengan ketinggian25- 600mdiatas permukaanlaut.Anginbaratdan tenggarayangbertiupsetiap6bulan sekali,baikpadamusimhujanatau musimkemarau,curah hujanrata-rata 2000 - 3000mmltahun.CurahHujan yangcukuptinggipadabulan-bulan Desember,Januari,Pebruaridan Maret. ?JIdU.KETEKNIKAN PERTANIAN TabelI.Luas Sub DAS 3.Topografi KabupatenSerangmerupakan wilayahdenganketinggianantara25 sampaidenganlebihdari1300m diataspermukaanlaut.Berdasarkan ketinggian,KabupatenSerangda-pat dibagimenjadiduayaitu:daerah denganketinggian25msampa! dengan600mdandaerahdengan ketinggianlebihdari600msampai dengan13 00m.Daerahyang mempunyaiketinggianlebihdari600 mterdapatdiperbukitanGunung Karang.Sedangkanyanglainnyaku-rangdari600mdaripermukaanlaut. Kemiringanlahanbervariasimulai dariyangdatarhinggaberge-10m bang.Wilayah yang terbesar yaitu 39.36%yangmerupakanwilayah datar.Wilayahinitersebarpada seluruhSubDASdenganwilayah terluas diSub DAS Cikalumpang. 4.Jenis Tanah dan Tata guna Lahan Jenis tanahyang terdapat di DAS CidanauadalahLatosol,Regosol, tersebutberasaldaribatuaninduk undefferentiatedvulcanicproduct seluas20482ha(90.55%)danbahan induklainnyaMioceneSedimentary 1307 ha (5.78 %) dan Alluvium seluas 831ha (3.67 %). Tatagunalahanyangadadi DAS Cidanau meliputisebagian besar perkebunandanpersawahan.Selain itupenggunaanlahanjugauntuk tegalan,pemukiman, hutan rakyat dan hutan rawa. Tabel 4.Jumlah danJenis Penggunaan LahandiDAS Cidanau 2.TegaJan 3.Perkebunan 4.Pemukiman 5.Hutan 6.Rakyat HutanRawa tahun1994. 121.875 8304.258 343.920 4192.942 1908.743 31 Vol.13,No.3, Desember1999 .-' ,.... TGL3 ........ .-' ....... ".........pE1, .... . ..... TGL2.... TGLn....... , ... . .... ''l !I .... ...... . Keterangan: P: Presipilasi/Curah hujan ET: Evapotranspirasi F: Infiltrasi p: Perkolasi S: Simpanan (storage) SRO: SurfaceRunoff TGL: Tala Guna Lahan 10: Interflow SRb ; 191 TOTAL LIMPASAN Gambar 2.Penyusunan Model Tangki DAS Cidanau B.Analisis Infiltrasi Pengukurandananalisainfil-trasididapatnilaikapasitasinfiltrasi yangmerupakanilairata-rataselama 24jam(1hari)untuklokasi1yaitu sebesar3.01mm/jam,untuklokasi2 sebesar2.06mm/jamdanlokasi3 sebesar 1.65mm/jam. 32 Darihasilinfiltrasi,makanilai rata-ratakapasitasinfiltrasiakan digunakansebagaisalahsatu koefisienyangdigunakandalam modeltangkiyaitukoefisieninfiltrasi tangki,yangmerupakansalahsatu parameterditankiyangpalingatas. ParameterIn)akanmenentukan besarnyakoefisienlubangtangki kearah bawah ataunilaiz pada daerah &tetu. KETEKNIKANPERTANIAN tertentusesuaidengankapasitas infiltrasi tersebut. Hasilpengukuraninfiltrasiyang dilakukandilapangdiperolehnilai parameter z pada tingkat satu disetiap tangkiseperti dalamTabel6. Tabel 6.Nilai Koefisien z pada tingkat satu disetiap daerah/tangki lie TANGKII TANGKI2 TANGKI 3 TANGKI4 0.1236 0.1803 C.Penyusunan Model Tangki Penyusunanmodeltangkipada DASCidanaudibagikedalam empatkelompoktangkiyang mewakilitata guna lahanutama. D.Analisis Model Tangki Dan Perbandingannya Dengan HasH Pengukuran I.Masukanpada model Masukanpadamodeltangki terdiriatasmasukanberupabesar hujanharian(mm)sertanilai evapotranspirasi(mm)harian. Masukanhujanpada modeldilakukan disetiapjenistangkisesuaidengan hasilanalisahujandenganmetoda Thiessendanmasukannilaievapo-transpirasidiperolehdenganmeng-gunakan metoda Penman modifikasi. 2.Kalibrasi Model Kalibrasimodeldilakukan denganmenggunakandatacurah hujandanevapotranpirasitahun1996 harian.Setelahdidapathasilberupa debitsimulasi,kemudiandilakukan secaracobaulangparameter-parameterkalibrasi.N ilai-nilai koefisiendiubah-ubahhingganilai debitsimulasimendekatinilaidebit aktual. Kalibrasimodeldilakukan parametermencakupbesarnyanilai perkolasi(z),besarnyanilailubang sisisampingtangki(a)yangmenjadi aliranantaralalirandasar,besarnya nilaikandungan. airtanah(xx)serta besarnyasimpananmaksimumdalam tanah(dmax)untuksetiaptingkat tangki. Penentuannilaizpadatangkidi tingkatpertamadidasarkanpada . kapasitasinfiltrasipadadaerah tertentu.Nilaikapasitasinfiltrasi dikalikandenganlamahujanmak-simumyangdiasumsikanselama3 jamdanbesarnyanilaicurahhujan maksimumsebesar50mm,pe-nentuannilaizuntuktingkat selanjutnyaberdasarkanproporsi besarnyaairyangmasukkedalam tanahyangakansemakinberkurang sesuaidengankedalamantanah.Nilai koefisienkalibrasizdapatdil ihat pada Tabel7. Tabel 7.NilaiKoefisien z TANGTANGTANGTANG KIIKI2KI3KI4 Tingkat0.18030.09910.12360.1803 I Tingkat0.08000.03500.05500.0900 2 Tingkat0.01800.01000.01000.0280 3 Tingkat0.00000.00000.00000.0000 4 Penentuannilaikoefisiena,xx dandmaxdilakukansecaracoba ulanghinggamendapatkannilaiyang tepatyangmenghasilkankeluaran debitsimulasiyangnilainyamende-33 Vol.13,No.3,Desember1999 katidengannilaiaktualdatapeng-ukuran. Tabel 8.NilaiKoefisien a,xx,dmax tukandenganmengasumsikanbahwa nilaidmaxtidakmelebihisimpanan maksimumyangmerupakanpengu-,., '" 100 ranganantaratotaleurahhujanyang terjadidengantotalevapotrasnpirasi yang terjadi. 3.PengujianKeabsahanModel Nilaidebitsimulasidikatakan telahmendekatinilaiyangsebenar-nyadiketahuidenganpenghitungan koefisiendeterminasi(R2)antara debitsimulasidengandebitterukur hinggameneapainilailebihdari0.5. Untukpengkalibrasiandengandata tahun1996didapatkannilaikoefisien deter-minasisebesar0.6sehingga modelsudahlayakdigunakan. Penerapanmodeldengan menggunakandatatahun1997men-dapatkanhasilnilaikoefisiendeter-minasisebesar0.78danmenghasil-kannilaidebitharianrata-ratasebe-sar'19.34m3/det,nilaidebitmaksi-mumsebesar101.05m3/det,nilai debitminimumsebesar4.97m3/det sertanilaidebithariantotaltahun 1997 sebesar 7056.03m'/tahun. 50:)c 100 00 150.00 20000 306090120150160210240270300330360 HARIKE-Gambar 7.Grafik Hasil KalibrasiDengan Menggunakan Data Tahun1996 34 i5'tdet