SISTEM PENGENDALIAN EROSI DAN SEDIMENTASI

( DAS CITARUM )

BAB I

PENDAHULUAN

Secara umum dapat dikatakan bahwa erosi dan sedimentasi merupakan

proses terlepasnya butiran tanah dari induknya di suatu tempat dan terangkutnya

material tersebut oleh gerakan air atau angin kemudian diikuti dengan

pengendapan material yang terangkut di tempat lain. Proses erosi dan sedimentasi

ini baru mendapat perhatian cukup serius oleh manusia pada sekitar 1940-an,

setelah menimbulkan kerugian yang besar, baik berupa merosotnya produktivitas

tanah serta yang tidak kalah pentingnya adalah rusaknya bangunan-bangunan

keairan serta sedimentasi waduk. Daerah pertanian merupakan lahan yang paling

rentan terhadap terjadinya erosi (Suriin, 2002).

Indonesia merupakan Negara agraria dimana pemenuhan utama dalam

alokasi irigasinya bersumber dari sungai. Dari sungai ini kebutuhan air terutama

air irigasi dan air bersih pada umumnya terpenuhi. Akan tetapi permasalahan yang

kerap timbul di sungai-sungai Indonesia adalah erosi dan sedimentasi. Khususnya

mayoritas di daerah-daerah kota besar masalah ini tidak bisa dihindari. Hal ini

dapat mengakibatkan pendangkalan kedalaman sungai, sumbatnya saluran untuk

pengaliran, dsb. Akibat lebih jauh lagi pemenuhan kebutuhan irigasi maupun air

1

bersih berkurang. Selain itu ancaman terjadinya banjir yang diakibatkan air

sungai yang meluap dikarenakan tidak bisa menampung air hujan maupun air

kiriman dari daerah lain meskipun volume air masih dibawah rencana.

Oleh karena itu perlu diadakan kajian kasus dalam mengidentifikasi dan

menyelesaikan permasalahan dengan berbagai metode. Hal ini dimaksudkan agar

permasalahan yang selama ini tidak berlarut-larut dan mengakibatkan suatu

bencana yang tidak kita inginkan.

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Erosi

Erosi adalah terangkatnya lapisan tanah atau sedimen karena stres yang

yang ditimbulkan oleh gerakan angin atau air pada permukaan tanah atau dasar

perairan. Pada lingkungan DAS, laju erosi dikendalikan oleh kecepatan aliran air

dan sifat sedimen (terutama ukuran butirnya). Stres yang bekerja pada permukaan

tanah atau dasar perairan sebanding dengan kecepatan aliran. Resistensi tanah atau

sedimen untuk bergerak sebanding dengan ukuran butirnya. Gaya pembangkit

eksternal yang menimbulkan erosi adalah curah hujan dan aliran air pada lereng

DAS. Curah hujan yang tinggi dan lereng DAS yang miring merupakan faktor

utama yang membangkitkan erosi. Pertahanan DAS terhadap erosi tergantung

utamanya pada tutupan lahan. Penguatan pertahanan terhadap erosi dapat pula

dilakukan dengan upaya-upaya kerekayasaan.

2.2 Pengertian sedimentasi

Sedimentasi adalah merupakan proses pengendapan butir-butir tanah yang

telah terhanyutkan atau terangkut, pada tempat-tempat yang lebih rendah dan/atau

pada sungai-sungai atau waduk-waduk.

Penanggulangan angkutan sedimen di Sungai dapat berupa :

1. Menahan material yang besar-besar ( batu – batu besar ) di hulu

sungai

2. Memperkecil kemiringan dasar sungai dengan tujuan

memantapkan dasar sungai mengurangi erosi dasar sungai.

3. Menahan sedimen di daerah endapan agar dapat dibatasi

penyebarannya.

4. Mengendalikan arus dan arus banjir, sehingga secara tak langsung

akan mengendalikan pula angkutan sedimenya.

3

2.3 Metode Perhitungan Erosi

MODEL EROSI TANAH

Terjadinya erosi yang dipercepat (accelerated soil erosion) diakui secara

luas sebagai suatu permasalahan global yang serius (Lal, 1984). United Nations

Environmental Program dalam Lal (1994) menyatakan bahwa produktivitas lahan

seluas ± 20 juta ha setiap tahun mengalami penurunan ke tingkat nol atau menjadi

tidak ekonomis disebabkan oleh erosi tanah atau degradasi yang disebabkan oleh

erosi. Selanjutnya Burings dalam Lal (1994) mengestimasi bahwa telah terjadi

annual global loss dari lahan pertanian seluas 3 juta ha tahun-1 yang disebabkan

oleh erosi tanah.

Erosi sangat menentukan berhasil tidaknya suatu pengelolaan lahan. Oleh

karena itu, erosi merupakan faktor yang harus dipertimbangkan dalam

perencanaan penggunaan lahan dan pengelolaannya. Salah satu alat bantu yang

dapat digunakan dalam perencanaan penggunaan lahan adalah model prediksi

erosi. Secara ideal, metode prediksi erosi harus memenuhi persyaratan-

persyaratan yang nampaknya bertentangan, yaitu: dapat diandalkan, secara

universal dapat dipergunakan, mudah digunakan dengan data yang minimum,

konprehensif dalam hal faktor-faktor yang digunakan, dan mempunyai

kemampuan untuk mengikuti perubahan-perubahan tata guna lahan dan tindakan

konservasi tanah (Arsyad, 2000). Karena rumitnya sistem erosi tanah dengan

berbagai faktor yang berinteraksi, maka pendekatan yang paling member harapan

dalam pengembangan metode dan prediksi adalah dengan merumuskan model

konseptual proses erosi itu (Arsyad, 2000).

Pemodelan erosi tanah adalah penggambaran secara matematik proses-

proses penghancuran, transport, dan deposisi partikel tanah di atas permukaan

lahan. Paling tidak terdapat tiga alasan dilakukannya pemodelan erosi, yaitu: (a)

model erosi dapat digunakan sebagai alat prediksi untuk menilai/menaksir

kehilangan tanah yang berguna untuk perencanaan konservasi tanah (soil

conservation planning), perencanaan proyek (project planning), inventarisasi erosi

4

tanah, dan untuk dasar pembuatan peraturan (regulation); (b) model-model

matematik yang didasarkan pada proses fisik (physically-based mathematical

models) dapat memprediksi erosi dimana dan kapan erosi terjadi, sehingga dapat

membantu para perencana konservasi tanah dalam menentukan targetnya untuk

menurunkan erosi; dan (c) model dapat dijadikan sebagai alat untuk memahami

proses-proses erosi dan interaksinya, dan untuk penetapan prioritas penelitian

(Nearing et al., 1994).

Model erosi tanah dapat diklasifikasikan menjadi tiga, yaitu (a) model

empiris, (b) model fisik, dan (c) model konseptual. Model empiris didasarkan

pada variabel-variabel penting yang diperoleh dari penelitian dan pengamatan

selama proses erosi terjadi. Umumnya model-model erosi dibangun dari model

empiris, dan contoh yang terkenal adalah universal soil loss equation (USLE) oleh

Wischmeier dan Smith (1978). Model ini sangat luas penggunaannya untuk

memprediksi erosi lembar dan alur. Perbaikan model USLE yaitu revised

universal soil loss equation (RUSLE) juga merupakan model empiris yang

memprediksi erosi lembar dan alur yang dihubungkan dengan aliran permukaan.

Kedua model ini merupakan alat untuk memprediksi erosi dalam perencanaan

konservasi tanah pada suatu lahan usaha tani.

Model fisik merupakan suatu model yang berhubungan dengan hukum

kekekalan massa dan energi. Persamaan diferensial atau dikenal sebagai

persamaan kontinuitas digunakan dan diaplikasikan untuk erosi tanah pada satu

segmen tanah pada lahan yang berlereng. Model ini dikenal juga sebagai model

input-output dalam kondisi yang homogen (seragam). Jadi masukan sama dengan

luaran pada kondisi homogen, tetapi tidak berlaku bila kondisinya tidak homogen.

Salah satu model erosi fisik dibuat oleh Rose, dan berkembang menjadi model

GUEST. Model fisik ditujukan untuk dapat menjelaskan proses erosi dengan

menggunakan persamaan fisika, namun demikian persamaan empiris kadang-

kadang masih digunakan di dalamnya (ICRAF, 2001). Persamaan yang digunakan

pada model fisik ini tergolong sulit dan mengandung parameterparameter yang

kadang-kadang sukar untuk diukur. Selain untuk menggambarkan sifat atau

perilaku dari tipe tanah yang berbeda diperlukan persamaan yang berbeda. Namun

5

demikian, model fisik mempunyai kemungkinan untuk memperoleh hasil yang

lebih baik dibandingkan dengan USLE atau beberapa modifikasinya, karena

model fisik merupakan pemodelan prosesproses, sehingga pengguna dapat

memahami lebih baik proses-proses yang bertanggung jawab dan untuk apa

(Schmitz dan Tameling, 2000).

Model konseptual dirancang untuk mengetahui proses internal dalam

sistem dan mekanisme fisik yang umumnya selalu berkaitan dengan hukum fisika

dalam bentuk yang sederhana. Umumnya model ini tidak linear, bervariasi dalam

waktu, dan parameternya mutlak diukur. Meskipun model ini mengabaikan aspek

spasial dalam proses hujan dan aliran permukaan, tetapi kaitannya dengan proses

yang tidak linear menyebabkan model ini layak untuk dipertimbangkan.

Banyak model erosi yang telah dikembangkan, paling tidak selama empat

dekade terakhir, dimulai dengan USLE, dan beberapa model empiris lainnya,

misalnya RUSLE, MUSLE (modified universal soil loss equation) yang

dikembangkan atau berpatokan pada konsep USLE. Beberapa model fisik

dikembangkan setelah generasi USLE, salah satu diantaranya adalah model fisik

GUEST (griffith university erosion system template) (Rose et al., 1997a).

Beberapa model erosi untuk DAS yang berkaitan dengan hidrologi yang juga

berdasarkan pada konsep USLE adalah ANSWERS (areal non-point sources

watershed environment response simulation) yang selanjutnya diperbaiki dengan

model AGNPS atau agricultural non-point source pollution model (Sinukaban,

1997).

2.3.1 USLE ( Universal Soil Loss Equation )

Prinsip

USLE adalah model erosi yang dirancang untuk memprediksi rata-rata

erosi tanah dalam jangka waktu panjang dari suatu areal usaha tani dengan sistem

pertanaman dan pengelolaan tertentu (Wischmeier dan Smith, 1978). Bentuk erosi

yang dapat diprediksi adalah erosi lembar atau alur, tetapi tidak dapat

6

memprediksi pengendapan dan tidak memperhitungkan hasil sedimen dari erosi

parit, tebing sungai dan dasar sungai (Wischmeier dan Smith, 1978 dalam Arsyad,

2000). Model prediksi erosi USLE menggunakan persamaan empiris sebagai

berikut (Wischmeier dan Smith, 1978):

A = RKLSCP

Keterangan:

A = Banyaknya tanah tererosi dalam t ha-1 tahun-1;

R = Faktor curah hujan, yaitu jumlah satuan indeks erosi hujan, yang merupakan

perkalian antara energi hujan total (E) dengan intensitas hujan maksimum 30

menit (I30),

K = Faktor erodibilitas tanah, yaitu laju erosi per unit indeks erosi untuk suatu

tanah yang diperoleh dari petak homogen percobaan standar, dengan panjang 72,6

kaki (22 m) terletak pada lereng 9 % tanpa tanaman;

L = Faktor panjang lereng 9 %, yaitu nisbah erosi dari tanah dengan panjang

lereng tertentu dan erosi dari tanah dengan panjang lereng 72,6 kaki (22 m) di

bawah keadaan yang identik;

S = Faktor kecuraman lereng, yaitu nisbah antara besarnya erosi dari suatu tanah

dengan kecuraman lereng tertentu, terhadap besarnya erosi dari tanah dengan

lereng 9 % di bawah keadaan yang identik;

C= Faktor vegetasi penutup tanah dan pengelolaan tanaman, yaitu nisbah antara

besarnya erosi dari suatu areal dengan vegetasi penutup dan pengelolaan tanaman

tertentu terhadap besarnya erosi dari tanah yang identik tanpa tanaman;

P= Faktor tindakan konservasi tanah, yaitu nisbah antara besarnya erosi dari tanah

yang diberi perlakuan tindakan konservasi tanah seperti pengelolaan menurut

kontur, penanaman dalam strip atau teras terhadap besarnya erosi dari tanah yang

diolah searah lereng dalam kedaan yang identik.

7

Faktor erosivitas hujan (R)

Erosivitas hujan dapat diperoleh dengan menghitung besarnya energi kinetik

hujan (Ek) yang ditimbulkan oleh intensitas hujan. Dalam model USLE, R atau

EI30 diperoleh dari hasil perkalian energi kinetik hujan dengan intensitas hujan

maksimum selama 30 menit (I30) atau energi kinetik hujan dari intensitas hujan

yang lebih besar dari 25 mm dalam satu jam (KE > 1). Untuk menghitung EI30

atau KE > 1 diperlukan data curah hujan yang diperoleh dari pencatat hujan

otomatik.

Faktor erodibilitas tanah (K)

Besarnya nilai K ditentukan oleh tekstur, struktur, permeabilitas, dan bahan

organik tanah (Wischmeier et al., 1971). Penentuan besarnya nilai K dapat

dilakukan dengan menggunakan nomograph atau rumus Wischmeier et al. (1971)

sebagai berikut:

100 K = 1,292[2,1M1,14(10-4)(12-a)+3,25(b-2)+2,5(c-3)] ,

dimana:

M = parameter ukuran butir yang diperoleh dari (% debu + % pasir sangat halus)

(100 - % liat) a = % bahan organik (% C x 1,724)

b = kode struktur tanah

c = kode kelas permeabilitas penampang tanah

Untuk kadar bahan organik > 6% (agak tinggi - sangat tinggi), angka 6% tersebut

digunakan sebagai angka maksimum.

Penilaian struktur dan permeabilitas tanah masing-masing menggunakan Tabel 1

dan 2.

Tabel 1. Penilaian struktur tanah

Tipe struktur tanah Kode penilaian

Granular sangat halus (very fine granular) 1

Granular halus (fine granular) 2

Granular sedang dan besar (medium, coarse granular) 3

8

Gumpal, lempeng, pejal (blocky, platty, massif) 4

Sumber: Wischmeier et al., 1971

Tabel 2. Penilaian permeabilitas tanah

Kelas permeabilitas tanah Kode penilaian

Cepat (rapid) 1

Sedang sampai cepat (moderate to rapid) 2

Sedang (moderate) 3

Sedang sampai lambat (moderate to slow) 4

Lambat (slow) 5

Sangat lambat (very slow) 6

Sumber: Wichmeser et al. (1971)

Faktor panjang dan kemiringan Lahan (LS)

Faktor panjang dan kemiringan lereng (LS), dihitung menggunakan rumus sebagai

berikut (Morgan, 1979):

Rumus tersebut berlaku untuk lahan dengan kemiringan <22%, sedangkan untuk

lahan dengan kemiringan lebih curam digunakan rumus Gregory et al. (1977)

sebagai berikut:

9

Faktor pengelolaan tanaman (C)

Pada dasarnya penentuan nilai C sangat rumit/sulit, karena harus

mempertimbangkan sifat perlindungan tanaman terhadap erosivitas hujan. Sifat

perlindungan tanaman harus dinilai sejak dari pengolahan tanah hingga panen,

bahkan hingga penanaman berikutnya. Selain itu, penyebaran hujan selama satu

tahun juga perlu memperoleh perhatian.

Untuk mendapatkan nilai C tanpa mengurangi ketelitian prediksi erosi

yang hendak dicapai dapat ditempuh cara dengan merujuk publikasi yang telah

ada sesuai dengan kondisi Indonesia. Bila untuk sebidang lahan terdapat

rotasi tanaman atau cara pengelolaan tanaman yang tidak tercantum dalam

publikasi yang dirujuk, maka dapat ditempuh dengan memperhitungkan kembali

nilai C tersebut berdasarkan nilai-nilai C pada publikasi rujukan.

Faktor tindakan konservasi tanah (P)

Tindakan konservasi tanah yang dimaksud tidak hanya teknik konservasi

tanah secara mekanis atau fisik saja, tetapi juga berbagai macam usaha yang

bertujuan mengurangi erosi tanah.

Untuk mengetahui teknik konservasi tanah di suatu unit lahan, melalui interpretasi

foto udara dengan skala 1 : 50.000 atau lebih kecil agak sukar. Untuk mengatasi

kekurangan tersebut kiranya uji-medan maupun informasi yang tersedia akan

sangat membantu.

10

Kelemahan dan keunggulan

Beberapa ilmuwan menyatakan beberapa kelemahan dari USLE,

diantaranya adalah model tersebut dinilai tidak efektif jika diaplikasikan di luar

kisaran kondisi dimana model tersebut dikembangkan. Adaptasi model tersebut

pada lingkungan yang baru memerlukan investasi sumber daya dan waktu untuk

mengembangkan database yang dibutuhkan untuk menjalankannya (Nearing et

al., 1994). Over estimasi yang bisa terjadi dengan penggunaan USLE dapat

mencapai 2.000%, penyebabnya adalah adanya subjektivitas penggunaan data

atau karena penggunaan peta skala kecil (Van der Poel dan Subagyono, 1998).

Meskipun disadari adanya beberapa kelemahan/keterbatasan dari model-model

empiris, khususnya USLE, sampai saat ini telah dan masih diaplikasikan secara

luas di seluruh dunia (Nearing et al., 1994; Lal, 1994; Schmitz dan Tameling,

2000; ICRAF, 2001), karena model tersebut mudah dikelola, relatif sederhana dan

jumlah masukan atau parameter yang dibutuhkan relatif sedikit dibandingkan

dengan model-model lainnya yang bersifat lebih kompleks (ICRAF, 2001;

Schmitz dan Tameling, 2000). USLE juga berguna untuk menentukan kelayakan

tindakan konservasi tanah dalam perencanaan lahan dan untuk memprediksi

non-point sediment losses dalam hubungannya dengan program pengendalian

polusi (Lal, 1994). Pada tingkat lapangan (field scale), USLE sangat berguna

untuk merumuskan rekomendasi atau perencanaan yang berkaitan dengan

bidang agronomi (agronomic proposal), karena dapat digunakan sebagai dasar

untuk pemilihan land use dan tindakan konservasi tanah yang ditujukan

untuk menurunkan on-site effect dari erosi (ICRAF, 2001).

Salah satu faktor yang harus disadari oleh para pengguna model ini

berhubungan dengan skala penggunaan, Tarigan dan Sinukaban (2001)

menyatakan bahwa USLE berfungsi baik untuk skala plot, sedangkan untuk skala

DAS, hasil prediksi saja dapat berlebihan. Salah satu penyebabnya adalah

pengaruh filter sedimen yang tidak terakomodasi. Namun USLE bermanfaat

dalam hubungannya dengan on-site effect dari erosi. Tidak demikian halnya

dalam hubungannya dengan off-site effect dari erosi, diantaranya meliputi

pengaruh erosi terhadap lingkungan di luar lahan yang tererosi, misalnya kualitas

11

air sungai, kerusakan dam yang disebabkan oleh hasil sedimen.

2.3.2 Model Erosi Rose (GUEST)

Prinsip

Model erosi Rose (GUEST) merupakan model berdasarkan pendekatan

proses erosi yang mempengaruhinya, yaitu daya pelepasan partikel tanah oleh

butir-butir hujan dan aliran permukaan sebagai agen utama penyebab erosi tanah.

Dalam model ini, erosi terjadi karena adanya tiga proses yang berperan, yaitu

pelepasan (detachment) oleh butir-butir hujan, pengangkutan (transportation)

sedimen, dan pengendapan (deposition) sedimen (Rose et.al., 1983). Ketiga

proses dalam model tersebut diilustrasikan pada Gambar 1, sedangkan

persamaan model tersebut setelah disederhanakan adalah sebagai berikut:

SL = 2700 λS (Cr)(Q).............................................................................(1)

dimana: SL adalah total tanah yang hilang (kg.m-3); λ adalah efisiensi

pengangkutan; S adalah kemiringan lahan (%); C adalah persentase penutupan

lahan; dan Q adalah volume aliran permukaan (m3).

Gambar 1. Hubungan antara fluks sedimen, pengikisan, pengangkutan, dan

pengendapan sedimen, dalam proses erosi tanah (Rose dan Freebairn, 1985)

12

Persamaan (1) diturunkan berdasarkan konsep konservasi masa sedimen

dalam beberapa bagian elemen dari aliran permukaan yang dikombinasikan

dengan teori konsentrasi sedimen dan hidrologi. Secara matematis persamaan

tersebut ditulis dalam bentuk,

dimana qsi = q ci, yaitu fluk (flux) sedimen pada arah aliran (x), q adalah fluk

edimen (debit spesifik), ci = konsentrasi sedimen, h = tebal aliran permukaan, ei =

pelepasan (detachment) oleh butir-butir hujan, ri = pengangkutan

(entrainment)sedimen, dan di = pengendapan (deposition) sedimen.

Sejalan dengan perkembangan ilmu komputer, model GUEST

disempurnakan menjadi event-based proses model untuk erosi lembar (sheet

erosion). Namun demikian model tersebut dapat juga diaplikasikan untuk erosi

alur (rill erosion). Model ini dapat pula dianggap sebagai semi-static model,

karena erosi dapat diprediksi per kejadian hujan (event by event) (Schmitz dan

Tameling, 2000).

GUEST mulanya didokumentasikan oleh Misra dan Rose pada tahun 1990

dan telah mengalami beberapa pengembangan selama Proyek ACIAR (Australian

Centre for International Agricultural Research) (Rose et al., 1997a). Untuk daerah

tropis (Philippina, Malaysia, Thailand dan Australia), GUEST telah divalidasi

pada skala plot (72-1.000m2) dan menunjukkan hasil yang baik (Rose et al.,

1997a; Schmitz dan Tameling, 2000; ICRAF, 2000).

GUEST merupakan model persamaan fisik (physical equation)

yang perhitungannya didasarkan pada konsentrasi sedimen yang tersuspensi di

dalam aliran permukaan, dikembangkan oleh Rose dan Hairsine (1988). Besar

konsentrasi sedimen pada keadaan bera menggunakan persamaan sebagai

berikut:

13

Kecepatan aliran permukaan pada persamaan 3 menggunakan rumus

Manning’s yang disajikan dalam persamaan 4, yaitu:

Jika debit aliran permukaan mengikuti persamaan 5, kemudian

disubsitusikan kedalam persamaan 3, maka persamaan kecepatan aliran

permukaan dapat dijabarkan menjadi persamaan 6.

Q = VA . (5)

Keterangan:

Q = debit aliran permukaan per unit luas; dan

A = luas penampang permukaan.

14

Bila persamaan 6 disubsitusikan dalam persamaan 3, maka persamaan konsentrasi

sedimen dapat dijabarkan mengikuti persamaan 7, yaitu:

Selanjutnya persamaan 7 disederhanakan menjadi persamaan 8, yaitu

Ct =k Q0,4................................................................................................ (8)

Rose et al. (1997a) dan Yu et al. (1997) mengungkapkan perlu dilakukan upaya

untuk memperoleh aliran permukaan yang stabil dengan mencari debit aliran

permukaan effektif ( Q eff ) dengan perubahan persamaan menjadi persamaan

9.

C t = k Q eff 0.4.......................................................................................... (9)

Dengan nilai Qeff seperti persamaan 10 di bawah ini.

Untuk mendapatkan kondisi aktual di lapangan, maka faktor erodibilitas

tanah dan faktor penutupan lahan atau vegetasi harus ditambahkan. Erodibilitas

tanah didefinisikan sebagai ketahanan tanah terhadap gerakan aliran air

permukaan. Istilah ini disebut juga sebagai kohesi tanah atau ketahanan agregat

tanah. Kohesi tanah mempunyai hubungan yang negatif dengan jarak antar

15

partikel, tetapi mempunyai hubungan yang positif dengan luas permukaan spesifik

partikel tanah.

Hubungan erodibilitas tanah dengan konsentrasi sedimen pada aliran

permukaan disajikan dalam persamaan 11.

C = C β t. .............................................................................................(11)

Keterangan:

β= parameter erodibilitas; dan

C= konsentrasi sedimen dalam aliran permukaan.

Faktor penutupan lahan sangat signifikan mengurangi kerusakan tanah

yang diakibatkan pukulan butiran air hujan, dan dapat menurunkan laju aliran

permukaan. Penutupan lahan mempunyai hubungan eksponensial dengan

permukaan kontak dan erosi yang dihasilkan serta mempunyai nilai yang

bervariasi tergantung pada tipe penggunaan lahannya (Rose et al. 1997b).

Selain itu permukaan kontak mempunyai hubungan eksponensial dengan

konstanta permukaan kontak yaitu ks . Nilai ini diperoleh dari hubungan tanah

yang tererosi dengan tanaman penutup dan tanpa tanaman (bera) dengan

permukaan kontak seperti tersaji dalam persamaan 12.

c/c b = exp(−ksCs ).................................................................. (12)

Keterangan:

c= erosi tanah pada tanaman tertentu;

c b= erosi tanah pada kondisi bera;

Cs= fraksi dari permukaan kontak penutupan; dan

k s= konstanta permukaan kontak.

Akhirnya, dengan menambahkan persamaan 11, 12, dan total aliran

permukaan (∑Q) pada persamaan 9, maka jumlah keseluruhan masa tanah yang

hilang pada setiap kejadian erosi (M) disajikan pada persamaan 13.

16

Prosedur perhitungan erosi dengan metode Rose pada prinsipnya adalah

mengakomodasikan besaran aliran permukaan dan konsentrasi sedimen dalam

aliran permukaan pada setiap kejadian hujan. Secara rinci diagram alir

perhitungannya disajikan dalam Gambar 2 berikut:

Operasional model GUEST

17

Data yang diperlukan untuk menjalankan model GUEST dengan SIG-

PCRaster adalah (1) informasi tanah, berupa data run-off dan infiltrasi, data

kohesi tanah, dan berat jenis sedimen; (2) garis kontur, berupa DEM (digital

elevation model), slope, dan aspek/arah, serta LDD (local drain direction); (3)

land use, berupa koefisien Manning’s, dan contact cover; (4) jaringan sungai; dan

(5) data iklim berupa curah hujan.

Data tinggi permukaan tanah digunakan untuk membangun peta DEM.

Proses ini memerlukan konversi format vektor ke raster yang dikerjakan dengan

bantuan ektensi grid tools analysis tetapi sebelumnya format vektor diubah dulu

dalam area-area triangulasi atau disebut TIN (triangulated irregular networks)

prosedur. Proses ini dikerjakan dengan bantuan ektensi 3D dan spatial analysis

dari program ArcView 3.1. Selanjutnya diekspor ke dalam format ASCII yang

dipakai sebagi masukan data spasial dari PCRaster. Sebelum konversi ke format

raster diperlukan clone.map (tipe scalar) yang merupakan kloning dari data

spasial sebelumnya. Proses ini selengkapnya disajikan dalam diagram alir pada

Gambar 3.

Peta DEM digunakan untuk membuat peta lereng dan peta LDD, yaitu

peta arah aliran (flow path) dari aliran permukaan. Peta lereng digunakan

untuk menghitung besarnya sedimen yang terangkut dari satu raster ke raster yang

lain. Sedangkan arah aliran digunakan untuk menghitung besarnya debit run-off

atau erosi yang terjadi per satuan raster. Peta LDD dibuat dengan komando

operasi PCRaster sebagai berikut:

PCRCalc LDD.map = lddcreate(DEM.map,1,1e35,1e35,1e35)

Seperti halnya peta DEM, maka peta tanah analog perlu diubah ke peta

digital, yang memerlukan konversi format vektor ke raster yang dikerjakan

dengan bantuan ektensi grid tools analysis dari program ArcView 3.1 dan

tidak memerlukan TIN prosedur. Selanjutnya diekspor ke dalam format ASCII

yang dipakai sebagi masukan data spasial dari PCRaster. Sebelum konversi ke

format raster diperlukan clone.map (tipe nominal) yang merupakan kloning dari

18

data spasial sebelumnya. Proses ini selengkapnya disajikan dalam diagram

alir Gambar 4.

Peta tanah digunakan untuk membuat peta Sed-den dan peta Sed-vel, yaitu

kerapatan jenis tanah dari partikel tanah yang hanyut dalam aliran

permukaan dan laju kecepatan partikel tanah. Kerapatan jenis dan kecepatan aliran

partikel tanah sangat tergantung pada jenis tanah. Peta-peta ini merupakan peta

perantara yang digunakan untuk perhitungan selanjutnya dan terjadi saat proses

19

perhitungan dilakukan. Pengisian nilai-nilai spasial peta-peta ini dilakukan dengan

komando operasi LookUp dari PCRaster, yaitu:

PCRCalc Sedden.map = lookupscalar(Density.tbl,Soil.map)

PCRCalc Sedvel.map = lookupscalar(Velocity.tbl, Soil.map)

Peta tanah juga digunakan untuk membuat peta erodibilitas tanah. Seperti

halnya dengan peta sed-den dan sed-vel yang merupakan data spasial perantara,

digunakan untuk perhitungan selanjutnya, proses pembuatan peta beta dilakukan

dengan komando operasi LookUp dari PCRaster, yaitu:

PCRCalc Beta.map = lookupscalar(Cohesive.tbl,Soil.map)

Seperti halnya peta tanah, maka peta penggunaan lahan analog perlu

diubah ke peta digital, yang memerlukan konversi format vektor ke raster yang

dikerjakan dengan bantuan ektensi grid tools analysis dari program ArcView 3.1

dan tidak memerlukan TIN prosedur. Selanjutnya diekspor ke dalam format

ASCII yang dipakai sebagai masukan data spasial dari PCRaster. Sebelum

konversi ke format raster diperlukan clone.map (tipe nominal) yang merupakan

kloning dari data spasial sebelumnya. Proses ini selengkapnya disajikan dalam

diagram alir pada Gambar 5.

Peta penutupan lahan digunakan juga untuk membuat peta kekasaran

Manning’s dan peta contact cover (bagian tanah yang terbuka dan langsung

dikenai air hujan dan tidak tertutup oleh tanaman). Peta-peta ini merupakan peta

perantara yang digunakan untuk perhitungan selanjutnya dan terjadi saat proses

perhitungan dilakukan. Pengisian nilai-nilai spasial peta-peta ini dilakukan dengan

komando operasi LookUp dari PCRaster, yaitu:

PCRCalc Manning.map = lookupscalar(Manning.tbl,Crop.map)

PCRCalc Contcov.map = lookupscalar(Contcov.tbl, Crop.map)

Kedua tabel Manning dan contact cover merujuk pada jenis tanaman yang

ada di lahan saat proses kejadian hujan dan erosi terjadi. Nilai-nilai ini diadopsi

dari hasil penelitian proyek ACIAR yang dilakukan di Malaysia, Thailand, dan

20

Philippina, dan Benua Australia belahan Utara. Sedangkan Indonesia mengadopsi

dari proyek ICRAF di Lampung, yaitu tanaman tahunan berbasis kopi (ICRAF,

2002, Rose, et.al., 1985, dan Rose, et.al., 1997 dalam Eiumnoh et al., 2002).

Kedua peta ini selanjutnya digunakan untuk menghitung debit aliran

permukaan dan kapasitas angkut sedimen, serta deposisi sedimen dalam satu jalur

flow path.

21

Data curah hujan yang digunakan dalam model ini adalah intensitas hujan

dengan satuan mm per jam. Data ini diperoleh dari alat curah hujan otomatis yang

telah disetel untuk merekam data per enam menit. Untuk itu diperlukan konversi

sebagai berikut: pertama data per enam menit diubah ke mm per jam dan dibuat

dalam file Raind.tss; kedua setiap ada kejadian hujan dibuat nilai 1 bila tidak 0

dan dibuat dalam file Raind.tss; ketiga enam menit dikonversi ke detik (6 x 60 =

360) dan dibuat dalam file dune.tss (Paningbatan, 2001 dan Eiumnoh, 2002).

Ketiga file ini dibuat dalam format ASCII seperti halnya data tabular yang

22

diperlukan PCRaster untuk menjalankan model ini. Selain itu dari beberapa data

yang telah direkam harus dipilih hujan tunggal untuk digunakan dalam model.

Model ini menggunakan skrip komando operasi (perintah ditulis dalam

satu file yang diberi nama Model.mod) yang prosesnya secara dinamis dihitung

sesuai dengan timestep (penggal waktu) yang banyaknya sama dengan input data

hujan. Selanjutnya perhitungan otomatis dengan batch file (1run.bat) yang berisi

perintah model dengan mengetikkan PCRCalc -f Model.mod.

Kelemahan dan keunggulan

Dibandingkan dengan USLE, salah satu keunggulan dari model fisik

seperti GUEST adalah terakomodasinya fungsi filter sedimen. Dalam model

GUEST terdapat tiga parameter yang dapat dipengaruhi oleh specific filterstrips

dan tipe penggunaan lahan, yaitu: koefisien manning, faktor penutupan

23

permukaan lahan (the surface contact cover factor) yakni Cs dan Ks. Koefisien

Manning’s meningkat ketika kekasaran permukaan meningkat, dan membuat

kecepatan aliran menurun, selanjutnya menyebabkan hasil sedimen (sedimen

yield) menurun. Cs dan Ks merupakan faktor penyesuaian untuk menggunakan

persamaan pada kondisi tanah berpenutup (covered soil), sebagai pengganti dari

tanah bera (Schmitz dan Tameling, 2000). Cs (contact cover fraction) ditentukan

oleh tipe penggunaan lahan (land use), termasuk penutupan permukaan tanah oleh

mulsa atau serasah (daun yang jatuh di atas permukaan tanah). Ks

merupakan data empiris dan merupakan faktor tidak berdimensi (dimensionless

factor), mempunyai kisaran nilai antara 5-15 (Rose, 1997). Schmitz dan Tameling

(2000) mengasumsikan nilai Ks sebesar 10 dengan nilai kesalahan 5 untuk

prediksi erosi pada lahan usaha tani kopi, sedangkan untuk lahan sawah

Sinukaban et al. (2000) menetapkan Ks sebesar 5.

Faktor erodibilitas tanah yang digunakan dalam model GUEST (β) lebih

pasti dibandingkan dengan K dalam USLE. β, sebagian besar berhubungan

dengan soil strength. Depositability (φ) atau kemampuan agregat atau partikel

tanah untuk mengendap, juga dilibatkan dalam penghitungan erosi. K merupakan

gabungan dari beberapa parameter (lumped parameter) yang tergantung dari:

karakteristik infiltrasi, koefisien kekasaran manning, kecenderungan untuk

membentuk alur (rill) stabilitas agregat tanah terhadap curah hujan,

kecenderungan tanah untuk terkonsolidasi atau menjadi kuat direfleksikan dalam

β (Rose et al., 1997b).

Perbedaan utama antara model empiris USLE dengan model fisik GUEST

disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3. Perbedaan Utama antara model USLE dan GuestKarakteristik USLE GUESTTemporality Statis (simulasi erosi pada rata-

rata tahunan)Semi-Statis(simulasi erosi dapat dilakukan per kejadian )

Persamaan Empiris berdasarkan data statistik dari penelitian pengukuran erosi

Physically based(meskipun beberapa hubungan empirik digunakan)

24

Proses Implisit (tidak dapat

mengisolasi memisahkan

pengaruh dari given variable)

Explicit(memungkinkan untuk

mengisolasi/memisahkan

pengaruh dari suatu given

variable)given variable)

Komplektisitas Simple (sederhana) Lebih kompleks

Kebutuhan Input parameter sedikit Parameter tidak terlalu banyak

Skala Plot size (ukuran Plot) Plot dan small chatchments

bila dioperasikan dengan

program geostatistik yang

dinamik

Aplikasi Cropland (lahan pertamanan), range land (lahan penggembalaan),hutan

Cropland (lahan pertanaman), range land (lahan penggembalaan), hutan

Keterbatasan Ketidakakuratan untuk area-

area tanpa kalibrasi lapangan,

tidak boleh digunakan pada

keadaan gully(ephemeral

gully), masalah untuk multiple

land uses pada suatu

kemiringan lahan, kadang-

kadang overestimasi, tidak bisa

digunakan untuk prediksi

sediment deposition, tidak

untuk menghitung distribusi

spasial sedimen pada lereng

bukit (hill slope)

Hubungan empiris dimasukkan

untuk menyederhanakan

persamaan

Keuntungan Sederhana, diterima dan digunakan secara luas

Divalidasi untuk negara-negara di daerah tropis, menggunakan runoff untuk menghitung erosi

Fasilitas Komputer

Ya/tidak Ya

Output Rata-rata erosi jangka panjang per unit area

Konsentrasi sedimen per kejadian hutan

Sumber disarikan dari ICRAF,2001

25

2.4 Barchart Perencanaan Pengendalian Erosi Dan Sedimen

Pengelolaan erosi dan sedimen mengacu pada pola pengelolaan sumber

daya air dengan tetap memperhatikan penataan ruang dan pengurusan hutan.

Adapun sedimen di suatu potongan melintang sungai merupakan hasil erosi di

daerah aliran hulu potongan tersebut dan sedimen tersebut terbawa oleh aliran dari

tempat erosi terjadi menuju penampang melintang itu (Einstein, 1964).

Perencanaan pengendalian erosi dan sedimen secara struktur (rekaya)

dapat dibagi menjadi empat langkah (Goldman et al., 1986):

- Pengumpulan data

- Analisis data

- Pengembangan perencanaan lapangan

- Pengembangan perencanaan pengendalian erosi dan sedimen

Untuk detail dari masing-masing langkah ditunjukkan dalam bagan

berikut,

26

27

Analisa DataPola DAS : overland flow dan chanell flowHujan dan run offKemiringan dan panjangTanahPenutup lahanArea yang berdekatan

Pengembangan perencanaan lapanganPengembangan pasti dari lokasi (terrain)Pembatasan aktifitas konstruksi pada daerah yang paling kecil tingkat

kekritisannya (mengurangi biaya)Pengelompokkan (cluster) bangunan bersamaPeminimalan daerah kedap airPertahankan drainase alami

Pengembangan perencanaan pengendalian erosi dan sedimenPenentuan lahan pembersihan (land clearing) dan gradingKajian ulang (re-examine) DASAplikasi prinsip2 pengendalian erosi dan sedimen

Pengumpulan dataTopografiDAS : overland flow and chanell flowHujan TanahPenutup lahanArea yang berdekatan

Bagan Perencanaan Pengendalian Erosi dan Sedimen (Goldman, et al., 1986)

28

BAB III

STUDI KASUS

3.1 Pendahuluan

Laju sedimentasi di Daerah Aliran Sungai (DAS) Citarum Hulu dalam

dasawarsa terakhir dilaporkan meningkat hampir dua kali lipat (Pikiran Rakyat,

2006). Fakta ini ditunjukkan oleh laju ekspor sedimen tahunan sebesar 1.18juta

ton pada tahun 1993 yang meningkat menjadi 2.15juta ton pada tahun 2003. Hal

tersebut diduga disebabkan oleh kerusakan ekosistem di sepanjang DAS terutama

berkurangnya luas hutan di bagian hulu. Makalah ini mendiskusikan hubungan

antara perubahan tutupan lahan dengan perubahan perilaku erosi. Daerah yang

dikaji adalah DAS Citarum Hulu (Gambar 1).

DAS Citarum Hulu mencakup mata air sungai Citarum hingga Saguling

(Gambar 1) dengan luas sekitar 1771 km2 sebagai bagian dari DAS Citarum yang

merupakan salah satu DAS terbesar di Jawa Barat. Untuk keperluan pengelolaan,

DAS Citarum Hulu dibagi ke dalam lima sub-DAS yaitu: Cikapundung, Citarik,

Cisarea, Cisangkuy dan Ciwidey (Perum Otorita Jatiluhur, 1990). Curah hujan

bulanan rata-rata yang diukur pada tahun 2001 berkisar dari 45 sampai 352 mm

dengan nilai total curah hujan tahunan sebesar 2200mm. Kondisi topografi

didominasi oleh pegunungan sepanjang batas DAS dan dataran yang luas di

29

tengah DAS. Tata guna lahan didominasi oleh pertanian dan hutan. Selama

rentang waktu tujuh tahun (1994-2001) luas hutan berkurang hampir 60%,

sebaliknya luas lahan pertanian bertambah hingga 40%.

3.2 Pendekatan Pemecahan Masalah

3.2.1 Model Perilaku Erosi DAS

Pada sebuah DAS, laju erosi tahunan pada umumnya dimodelkan secara

empirik dengan Universal Soil Loss Equation (USLE), sebagai (Wischmeier &

Smith, 1978):

. . . (1)

dengan E = laju erosi, LS = indeks kemiringan lereng, C = tutupan lahan, K =

erodibilitas dan R = erosivitas. Secara empirik, persamaan laju erosi yang

ditunjukkan pada persamaan (1) dinyatakan dalam ton/km2/tahun.

LS didapat dari model elevasi digital untuk wilayah yang dikaji dengan (Lu et al.,

2003):

. . . (2)

dengan,

m = 0.2 untuk 0 ≤ s < 1

m = 0.3 untuk 1 ≤ s < 3

m = 0.4 untuk 3 ≤ s < 4.5

m = 0.5 untuk s ≥ 4.5

dengan L = panjang profil kemiringan yang memiliki nilai lebih besar dari 122m

(Renard et al., 1997), m = indeks kemiringan dan s = persen kemiringan, adapun

k=22.1, k1=65.41, k2=4.56 dan k3=0.065 adalah konstanta-konstanta empirik.

C didapat dari Tabel 1 yang menunjukkan pengaruh vegetasi, seresah,

keadaan permukaan tanah dan pengelolaan lahan terhadap besarnya tanah yang

tererosi. Tata guna lahan dikelompokkan berdasarkan tutupan vegetasi atau

keterbukaan lahan.

Tabel 1 Nilai tata guna lahan (Trahan, 2003)

30

No. Jenis Tata Guna Lahan C 1. Sungai / kolam / danau 0.0001 2. Zona Industri 0.0005 3. Permukiman 0.0007 4. Vegetasi air / lahan basah 0.001 5. Hutan 0.002 6. Semak, belukar, taman 0.003 7. Kebun, lahan kering 0.005 8. Lahan terbuka 0.4 9. Zona pertambangan 0.7

K menyatakan resistensi partikel sedimen terhadap energi kinetik yang

ditimbulkan hujan dan pengangkutan oleh air limpasan permukaan (Tabel 2).

Tabel 2 Erodibilitas (KKES, 2002; Kartasapoetra, 1991) Jenis

Tanah K KodeAluvial, planosol, hidromorf kelabu, laterik 0.20 3 Latosol 0.23 1 Mediteran 0.24 2 Andosol, grumosol, podsol, podsolik 0.26 0 Regosol, litosol, organosol, renzina 0.31 2

Resistensi sedimen dipengaruhi oleh tekstur tanah, stabilitas agregat dan

kapasitas peresapan yang bergantung pada sifat organik dan kimiawi tanah.

R adalah indeks yang menyatakan kapasitas gaya eksternal yang

dibangkitkan oleh hujan untuk melepaskan partikel sedimen dari permukaan tanah

yang dinyatakan sebagai fungsi dari curah hujan P dalam persamaan Lenvain

(DHV Consulting Engineers, 1989):

. . . (3)

dengan, P = curah hujan bulanan.

USLE hanya menyatakan laju erosi tahunan (E) yaitu massa sedimen yang

tererosi dari sumbernya. Sedimen yang tererosi akan terpindahkan oleh aliran air

melalui lereng DAS dan menuju sistem saluran. Sebagian massa sedimen akan

terdeposisi (terendapkan) baik pada lereng DAS maupun sistem saluran, sehingga

31

sedimen yang terekspor keluar dari sebuah DAS (Y) biasanya akan jauh lebih

kecil dari massa sedimen yang tererosi. Perbandingan antara massa sedimen yang

terekspor keluar dari suatu DAS (Y) dengan total massa sedimen yang tererosi (E)

disebut sebagai sediment delivery ratio (SDR) sehingga:

. . . (4)

Estimasi SDR biasanya dihubungkan secara empirik dengan luas DAS

sebagai:

. . . (5)

dengan A = luas DAS serta α dan β sebagai konstanta-konstanta empirik yang

dapat diperoleh dari persamaan regresi. Konsep baru untuk mengestimasi SDR

dibangun berdasarkan representasi proses fisik transpor sedimen pada lereng DAS

dan sistem saluran yang masing-masing berfungsi sebagai sub-sistem penyimpan

sedimen (Sivapalan et al., 2002) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

E → LERENG BUKIT → yh(t) → JARINGAN SUNGAI → Y

Gambar 2. Visualisasi hubungan Y dan E

Konsep pemodelan SDR didasarkan pada pembagian DAS ke dalam dua

buah sistem penyimpanan yaitu: (i) penyimpanan pada lereng dan (ii)

penyimpanan pada jaringan sungai. Sedimen dari area yang tererosi menuju

jaringan sungai dinyatakan dalam yh(t).

Hubungan linier antara yh(t) dan kapasitas penyimpanan lereng dinyatakan dengan:

. . . (6)dengan Sh(t) = penyimpanan sedimen pada lereng dan th = waktu tinggal sedimen

pada penyimpanan di lereng. Hubungan linier antara sedimen yang terekspor

keluar dari DAS (Y) dengan penyimpanan pada jaringan sungai dinyatakan

dengan:

. . . (7)

32

dengan Sn(t) = penyimpanan sedimen pada jaringan sungai dan tn = waktu tinggal

sedimen pada jaringan sungai.

Solusi analitik dari persamaan-persamaan (6) dan (7) dikemukakan oleh

Sivapalan et al. (2002) sebagai fungsi ekponensial dari waktu tinggal sedimen (th

dan tn) dan durasi curah hujan efektif (ter), untuk tn ≠ th:

. . . (8)

dan untuk tn = th:

. . . (9)

Waktu tinggal sedimen baik pada elemen lereng bukit maupun jaringan

sungai menyatakan kapasitas DAS dalam mengangkut sedimen. Karena partikel

sedimen terangkut oleh aliran air saat hujan, maka waktu tinggal sedimen

diestimasi berdasarkan penghitungan kecepatan air. Untuk keperluan ini, dihitung

durasi curah hujan rata-rata (tr) dan durasi curah hujan efektif (ter) yang

diasumsikan berhubungan langsung dengan curah hujan rata-rata tahunan. Lu et

al. (2003) menunjukkan bahwa untuk rentang curah hujan tahunan rata-rata

250mm sampai 1500mm, maka rentang durasi curah hujan rata-rata dan durasi

curah hujan efektif adalah 7.5 sampai 25 jam. Erosi sedimen hanya terjadi selama

curah hujan efektif.

Waktu tempuh aliran air diestimasi dari kemiringan lahan, kekasaran

permukaan tanah (roughness) dan intensitas curah hujan. Selain itu

dipertimbangkan juga faktor kecepatan jatuh partikel sedimen pada kolom air,

sehingga waktu tempuh aliran pada lereng dan pada sistem saluran dimodelkan

dengan:

. . . (10.a) . . . (10.b)dengan thw = waktu tempuh air melalui lereng bukit, tnw = waktu tempuh air melalui

jaringan sungai, sedangkan Fh dan Fn adalah fungsi eksponensial:

. . . (11.a) . . . (11.b)

33

dengan ws = kecepatan jatuh sedimen pada kolom air, sedangkan γh dan γn, adalah

faktor yang berbanding terbalik dengan kedalaman aliran air, γh = hh−1 dan γn = hn

−1,

dengan hh dan hn masing-masing adalah kedalaman aliran melalui lereng bukit dan

jaringan sungai. Secara umum, γh lebih besar dari γn karena biasanya kedalaman air

di daerah pegunungan hanya berada pada orde centimeter sedangkan pada saluran

dapat mencapai orde meter. Kecepatan jatuh sedimen dihitung menggunakan:

. . . (12)

dengan ρs = densitas sedimen, ρ = densitas air, g = percepatan gravitasi, d =

ukuran butir partikel, Rep = wsd/ν adalah bilangan Reynolds untuk kecepatan jatuh

yang dihitung berdasarkan data ukuran butir sedimen, ν = viskositas kinematik air

dan CD = koefisien geser:

. . . (13)

3.2.2 Implementasi Model Perilaku Erosi DAS

Implementasi model perilaku erosi DAS dilakukan dengan penghitungan E

dan SDR. Data yang digunakan terdiri dari:

1. Model Elevasi Digital (MED) daerah yang dikaji yang diperoleh dari Shuttle

Radar Topographic Mission (SRTM) dengan resolusi 90m (Rodriguez et al.,

2005).

2. Peta Tematik Jenis Tanah skala 1:250.000 yang bersumber dari Pusat Penelitian

Tanah dan Agroklimat.

3. Peta Tata Guna Lahan tahun 1994 dan 2001 skala 1:50.000 yang bersumber

dari Badan Perencanaan Pembangunan Daerah Propinsi Jawa Barat.

4. Tabel data curah hujan rata-rata bulanan yang bersumber dari Badan

Meteorologi dan Geofisika.

Untuk itu, keseluruhan wilayah kajian direpresentasikan secara geometrik

oleh MED yang diekstraksi dari data SRTM. MED tersebut kemudian diturunkan

menjadi peta kemiringan dan jaringan sungai menggunakan metode yang

34

dikemukakan oleh Jenson & Domingue (1988). Peta kemiringan digunakan untuk

menghitung kecepatan aliran. Untuk membangun model jaringan sungai, MED

diturunkan terlebih dahulu ke dalam peta arah aliran kemudian diturunkan lagi

menjadi peta akumulasi aliran.

Pemodelan laju erosi tahunan (E) dilakukan mengikuti persamaan-

persamaan (2) dan (3) serta Tabel 2 dan Tabel 3. Pemodelan SDR dilakukan

dengan pendefinisian (deliniasi) unit spasial dan penghitungan waktu tempuh

aliran air yang melalui lereng bukit dan jaringan sungai pada unit spasial yang

telah ditentukan tersebut. Satu unit spasial terdiri dari satu atau lebih lebih piksel

dalam grid MED yang menjadi basis untuk penghitungan SDR dan Y. Pada

wilayah yang dikaji terdapat sekitar 4100 unit spasial dengan masing-masing luas

area antara 8.1×10−3 sampai 70 km2. Penghitungan E dilakukan pada setiap grid

MED. Implementasi pemodelan spasial tersebut dilakukan menggunakan

perangkat lunak Sistem Informasi Geografis (SIG) ESRI ArcInfo (ESRI, 2005).

Selanjutnya, dihitung waktu tempuh aliran air rata-rata (dari sumber erosi

sampai ke titik pengeluaran DAS) melalui lereng DAS untuk setiap unit spasial

dengan:

. . . (14)

dengan Vh = kecepatan aliran di lereng, ie = kelebihan curah hujan, L = jarak

tempuh melalui jalur aliran, s = desimal kemiringan dan n = koefisien kekasaran

permukaan Manning. Kelebihan curah hujan ie bervariasi menurut tata guna lahan

dan dihitung dengan:

. . . (15)

35

dengan tr = durasi curah hujan rata-rata dan Pe = sisa curah hujan:

. . . (16)

dengan P = curah hujan dan S = kapasitas penyimpanan tanah yang dinyatakan

sebagai fungsi tata guna lahan:

. . . (17)

dengan CN = curve number yang menyatakan keragaman tata guna lahan yang

diperoleh dari rata-rata bobot area tiap jenis tata guna lahan:

. . . (18)

dengan i = unit spasial yang memiliki beragam jenis tata guna lahan, m = jumlah

unit spasial, CNi = angka yang merepresentasikan terminologi penyimpanan dan Ai

= luas area. CN didapatkan dari Tabel 3. Nilai 0 sampai 3 pada tabel tersebut

merupakan kode karakteristik jenis tanah yang menyatakan kapasitas

penyimpanan berdasarkan tipe-tipe jenis tanah yang diberikan pada Tabel 2.

Koefisien kekasaran permukaan Manning didasarkan pada jenis tata guna

lahan dan prosentase tutupan lahan (Cv) seperti ditunjukkan di Tabel 4.

Pada jaringan saluran, kecepatan aliran dihitung dengan:

. . . (19)

dengan Vn = kecepatan aliran pada jaringan sungai, s = kemiringan dan a =

koefisien kekasaran permukaan dasar sungai. Nilai a diberikan oleh Tabel 5.

36

Berdasarkan nilai V dari persamaan 14 dan 19, waktu tinggal (t) melalui

tiap piksel pada MED dihitung dengan:

. . . (20)

dengan D = jarak tempuh pada MED; D sama dengan panjang sisi piksel untuk

aliran tegak lurus atau D√2 untuk aliran diagonal.

Waktu tempuh pada komponen lereng dan jaringan sungai digunakan

untuk menghitung SDR dengan mengasumsikan ukuran butir sedimen sebesar

80μm. Ukuran butir tersebut memberikan estimasi kecepatan jatuh sebesar

0.009m/s. Kedalaman aliran yang digunakan untuk persamaan 11a dan 11b

diasumsikan sebesar 0.2cm untuk lereng bukit dan 1m untuk jaringan sungai.

Nilai waktu tinggal partikel sedimen pada permukaan tanah untuk masing-masing

komponen lereng dan komponen sungai dalam penelitian ini masing-masing

sebesar 104.35 jam dan 2.53 jam (Basyar, 2006). SDR dihitung untuk tiap-tiap

piksel menggunakan persamaan 8 dan 9.

3.2.3 Perubahan Tutupan Lahan dan Laju Ekspor Sedimen

Laju ekspor sedimen Y untuk setiap unit spasial diperoleh berdasarkan

estimasi E dan SDR seperti dituliskan pada persamaan 4. Implementasi model

perilaku erosi DAS Citarum Hulu berikut pengujian hasil pemodelannya dengan

data lapangan menunjukkan akurasi hasil pemodelan Y hingga 8% untuk tahun

2001 dan 54% untuk tahun 1994 (Poerbandono et al., 2006). Deviasi Y model dan

data lapangan pada tahun 1994 disebabkan karena penggunaan data (topografi dan

curah hujan) yang hanya berasal dari tahun 2001. Hanya data tata guna lahan yang

tersedia untuk ke dua waktu pemodelan tersebut.

37

Hal menarik yang akan menjadi fokus pembahasan pada makalah ini

adalah hubungan antara perubahan perilaku erosi DAS Citarum dengan perubahan

tata guna lahan di atasnya. Perubahan perilaku erosi direpresentasikan dengan

perubahan laju ekspor sedimen total dari DAS Citarum Hulu untuk tahun 1994

dan 2001:

. . . (21)

Sebaran spasial ΔY pada daerah yang dikaji akan dihubungkan dengan

sebaran spasial perubahan tata guna lahan. Identifikasi jenis perubahan lahan

dilakukan dengan deliniasi daerah yang mengalami perubahan laju erosi yang

ekstrem.

Pada Gambar 2 diperlihatkan tata guna lahan DAS Citarum Hulu untuk

tahun 1994 dan 2001. Perubahan ekstrem terlihat utamanya di bagian selatan

berupa konversi hutan menjadi tanah terbuka (semak, belukar atau lahan kering).

Data ini digunakan sebagai masukan dalam pemodelan E dan SDR. Gambar 3

menunjukkan model jaringan saluran yang merupakan turunan ke dua dari MED

DAS Citarum Hulu. Hasil penghitungan sebaran spasial laju ekspor sedimen Y di

DAS Citarum Hulu ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar 5 menunjukkan

distribusi spasial perubahan laju ekspor sedimen yang melebihi 100ton/km2

selama tujuh tahun. Berdasarkan Gambar 5 dapat dikatakan bahwa perubahan

perilaku erosi DAS Citarum Hulu (yang dalam studi ini diwakili oleh perubahan

laju ekspor sedimen) terkonsentrasi pada bagian selatan.

38

39

Investigasi lebih lanjut dilakukan pada sebaran spasial perubahan laju

ekspor sedimen pada bagian selatan DAS Citarum Hulu. Gambar 6

memperlihatkan pertampalan antara deliniasi daerah dengan perubahan laju

ekspor sedimen dengan deliniasi batas wilayah hutan yang telah terkonversi

selama tujuh tahun menjadi lahan terbuka. Pada Gambar 6 juga diperlihatkan

batas-batas wilayah administrasi desa-desa tempat konversi hutan menjadi lahan

terbuka terjadi.

3.3 Pembahasan

Daerah Aliran Sungai (DAS) Citarum merupakan DAS terbesar dan

terpanjang di Jawa Barat, secara Geografis dari 106° 51’36” - 107°° 51’ BT dan

7° 19’ - 6° 24’ LS. Luas DAS Citarum : 718.268,53 Ha, Panjang DAS Citarum :

269 Km (Sungai Utama), 14.346,24 Km (termasuk anak sungai), Berasal dari

Mata Air Gunung Wayang melalui 8 Kabupaten (Bandung, Kota Bandung, Kota

Cimahi, Sumedang, Cianjur, Purwakarta, Bogor dan Karawang sebagai muara

Sungai Citarum.

Terdapat 12 Sub DAS dan Terdapat 3 Waduk Besar (Saguling, Cirata dan

Jatiluhur). Sebagai Sumber air irigasi pertanian 300.000 Ha dan juga sebagai

sumber air minum untuk Bandung, Cimahi, Cianjur, Purwakarta, Bekasi,

Karawang, Jakarta. Luas Lahan Kritis = 125.692,20 Ha dengan Frekwensi

40

kejadian banjir setiap tahun ada serta Sedimentasi rata-rata = 25,52 ton/ha/thn

Terdapat 12 Sub DAS dan Terdapat 3 Waduk Besar (Saguling, Cirata dan

Jatiluhur). Sebagai Sumber air irigasi pertanian 300.000 Ha dan juga sebagai

sumber air minum untuk Bandung, Cimahi, Cianjur, Purwakarta, Bekasi,

Karawang, Jakarta. Luas Lahan Kritis = 125.692,20 Ha dengan Frekwensi

kejadian banjir setiap tahun ada serta Sedimentasi rata-rata = 25,52 ton/ha/th.

Dalam permsalahannya Sub DAS Citarum dibagian hulu adalah satu

kondisi yang terburuk selama bertahun – tahun. Sub DAS tersebut meliputi

Cikapundung, Citarik, Cisarea, Cisangkuy dan Ciwidey.

Gambar 1. (Sub Das Citarum hulu)

Gambar 2. (Distribusi spasial laju ekspor sedimen tahun 2001,

Poerbandono et al, 2006)

41

0

Gambar 3. (Jaringan saluran, Poerbandono, 2006)

Tingkat sedimentasi Sungai Citarum akibat lahan kritis di Daerah Aliran

Sungai (DAS) Citarum Hulu mencapai empat juta ton per tahun (Dinas Pertanian,

Kehutanan dan Perkebunan Kab. Bandung, Ir. H. Tisna Umaran 25 -7 -2010).

seperti terlihat dalam gambar bahwa distribusi laju spasial ekspor sedimen di

daerah luhu sekitar 400 ton/km2/tahun masih didaerah Kota Bandung, Kab.

Bandung, dan Kota Cimahi ditahun 2006. Sedangkan transport sedimen didaerah

hilir sekitar 900 – 3000 ton/km2/tahun di tahun 2006. sedangkan untuk transport

sedimen sekitar 3000 – 7000 ton/km2/tahun masih relatif kecil dan kebanyakan

didaerah hilir dari Sub DAS hulu Citarum. Hasil perhitungan total MSMAS

(2009) bahaya erosi menggunakan peta penggunaan atau tutupan lahan pada tahun

2002 di DAS Citarum Hulu sebesar 15.206.301 Ton, yang masing – masing sub

DAS mempunyai kontribusi sebagai berikut :

Sub Das Jumlah sedimentasi

Sub DAS Cikapundung 3.638.561 Ton

Sub DAS Citarik 3.249.367 Ton

Sub DAS Cisangkuy 2.612.637 Ton

Sub DAS Cikeruh 2.156.128 Ton

Sub DAS Cirasea 1.885.645 Ton

Sub DAS Ciwidey 1.668.156 Ton

42

Sedangkan hasil prediksi rerata erosi tahunan dengan metode USLE urutan

tertinggi ke terendah adalah :

Sub Das Jumlah sedimentasi

Sub DAS Citarik 123 T/ha/th

Sub DAS Cikeruh 96 T/ha/th

Sub DAS Cikapundung 94 T/ha/th

Sub DAS Cisangkuy 74 T/ha/th

Sub DAS Ciweday 70 T/ha/th

Sub DAS Cirasea 55 T/ha/th

Akibat dari erosi di DAS hulu Citarum dan sedimentasi yang

berkepanjangan menyebabkan banyak permasalahan. Diantaranya banjir

musiman, kemarau di saat musim kering, dan sedimentasi waduk (waduk

Seguling dan lainnya).

Dalam pengolahannya untuk DAS hulu Citarum harus melibatkan

beberapa aspek seperti pemerintah, penduduk, LSM dan Dinas – dinas yang

berkaitan.

Permasalahan di Sub DAS Citarum Hulu

Adapun permasalahan di Sub DAS Citarum hulu yang menyebabkan erosi

dan sedimentasi adalah sebagai berikut :

- Berkurangnya areal hutan lindung

- Berkembangnya lahan pertanian yang tidak ramah lingkungan

- Berkembangnya pemukiman yang tak terkendali dan tanpa perencanaan

yang baik

- Limbah domestik

- Limbah peternakan

- Limbah industri, sampah,

- Tata ruang yang kurang baik.

43

Pemecahan masalah ( non teknis )

Untuk pemecahan ,masalah tersebut harus dilihat beberapa aspek seperti

aspek teknis dan aspek nonteknis. Upaya – upaya nonteknis antara lain :

- Penghijauan kembali hutan lindung.

- Pengembangan lahan pertanian yang terintegrasi dan ramah lingkungan

- Penataan ruang kembali yang sesuai dengan kebutuhan tataguna lahan.

- Interaksi sosial kapada masyarakat disekitar DAS Citarum tentang bahaya

sampah dan limbah masyarakat

- Sedangkan untuk limbah industri harus diupayakan kepada perusahaan

untuk menata kembali sistem pembuangan limbah tersebut.

Pemecahan Masalah ( Teknis )

Untuk aspek secara teknis pemerintah telah mengupayakan untuk

mengeruk sungai Citarum (Bandung, Kompas 6 Oktober 2010). Sedangkan

setelah pengerukan akan dibuat sistem pengendali erosi dan sedimentasi dengan

mengunakan Tecno Sabo.

Dalam pengunaan tecno sabo pemerintah mengupayakan untuk

mengunakan pada DAS Citarum hulu yang memungkin untuk mengendalikan

sedimentasi di daerah DAS tersebut. Tujuan dari pembangunan prototipe Sabo

dam adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh bangunan prototipe Sabo

dam terhadap pengurangan sedimentasi waduk, terutama waduk Seguling. Saat

ini, tengah dilaksanakan orientasi pada bidang penerapan dan pengembangan

teknik Sabo sebagai suatu sistem yang dipakai untuk mengatasi permasalahan

aliran sedimen. Kedepannya nanti, teknik Sabo dapat diterapkan pada suatu

kawasan wilayah sungai secara menyeluruh dan terpadu. (Dirjen SDA dalam

Sosialisasi Penanganan Bencana Sedimen 2010)

44

Gambar 4. (Perencanaan Pengunaan Tecno Sabo untuk DAS Citarum)

Gambar 5. (Contoh pengunaan Sabo untuk mengendalikan sedimentasi)

Gambar 6. (Sketsa pengendalian sedimen di hulu DAS Citarum)

45

Cara kerja Tecno Sabo sangat sederhana yaitu dengan menangkal sedimen

yang terbawa arus sungai yang kemudian menumpuk di didaerah tersebut.

Sehingga terjadi penumpukan berlebih pada dam sabo yang bisa dikeruk lagi

setiap tahunnya.

Beberapa keuntungan yang didapat jika mengunakan Sabo dam antara

lain:

- Bangunan sabo dapat mengurangi endapan, namun penyebarannya masih

kurang merata. Hal ini karena dasar sungai di hulu bangunan (Armor River

Bed) yang berupa tanah keras dan berbatu menimbulkan gerusan di bagian

hilir.

- Stabilitas bangunan cukup baik meskipun pada musim hujan tahun ini

telah terjadi banjir dengan ketinggian antara 0,8 – 1,00 meter sebanyak 11

kali, sedang banjir antara 1,00 – 1,20 meter sebanyak 4 kali.

- Sebagai acuan bangunan Sabo dam di K. Lumajang sebagai penampung

sedimen yang mengalir pada alur sungai berhasil dengan baik, terlihat dari

satu kali musim hujan saja kapasitas tampung sedimen sudah hampir

penuh.

- Dari hasil analisa data dapat disimpulkan bahwa bangunan prototipe

sabodam di K. Lumajang mampu mengurangi laju sedimentasi sebesar

0,032 % dari sedimentasi tahunan DAS Waduk Mrica.

- Material endapan yang berupa pasir, kerikil dan beberapa batu dapat

digunakan sebagai bahan bangunan, sehingga peran serta masyarakat

sekitar bangunan yang menambang bahan galian tersebut menambah daya

tampung kapasitas prototipe sabodam.

- Dengan adanya penambangan bahan galian oleh masyarakat di sekitar

bangunan dapat meningkatkan tingkat perekonomian mereka.

46

Gambar 7. (Diagram sederhana pemecahan masalah sedimentasi di DAS hulu Citarum)

3.4 Kesimpulan

Pada DAS Citarum Hulu yang direpresentasikan oleh utamanya paramater

laju ekspor sedimen tahunan. Laju ekspor sedimen tahunan diperoleh sebagai

produk dari laju erosi tahunan dan sediment delivery ratio (SDR). Laju erosi

tahunan dihitung menggunakan USLE (Wischmeier & Smith, 1978) sedangkan

SDR diestimasi berdasarkan penghitungan waktu tinggal sedimen pada komponen

lereng dan sistem saluran (Sivapalan et al., 2002). Perubahan perilaku erosi yang

dikaji pada makalah ini adalah pertambahan laju ekspor sedimen pada tahun 2001

relatif terhadap tahun 1994. Luasan perubahan perilaku erosi yang ekstrem

ditemui di bagian selatan DAS Citarum Hulu. Invetsigasi lebih lanjut

menunjukkan bahwa pada bagian tersebut terjadi konversi hutan menjadi lahan

terbuka. Hasil studi yang didokumentasikan pada makalah ini menunjukkan

bahwa konversi hutan menjadi lahan terbuka dengan luas yang memiliki dampak

47

Pemodelan tingkat erosi dan sedimentasi

Survei lahan DAS hulu Citarum

Pemecahan masalah

Pengerukan dan bangunan Sabo

Konservasi lahan

spasial yang berarti berada pada wilayah yang mengalami peningkatan laju ekspor

sedimen tahunan yang melebihi 100ton/km2.

Adapun pengendalian erosi dan sedimen dapat diminimalisir dengan

metode konservasi lahan dalam mengendalikan laju erosi yang berimplikasi pula

terhadap tingkat sedimen yang terjadi. Tekno Sabo dapat dilakukan pada daerah

hulu sungai sebagai pengendali laju sedimen di daerah hilir serta dapat pula

dilakukan pengerukan sedimen sebagai upaya dalam waktu singkat.

48