DASAR TEORIBAB IIIDASAR TEORI3.1. Tinjauan UmumSejumlah model prediksi erosi lahan maupun yil sedimen sudah banyakdikembangkan, sebagaimana telah dibahas di berbagai literatur, seperti Bogardi,et.al. (1986), Morgan (1988), Kothayari et.al. (1994), Taley and Dalvi (1995), danSukla (1997). Model-model kebanyakan adalah empiris (parametrik) yangdikembangkan berdasarkan proses hidrologi dan fisis yang terjadi selamaperistiwa erosi dan pengangkutannya dari DAS ke titik yang ditinjau.Idealnya, metode prediksi harus memenuhi persyaratan-persyaratan yangnampaknya bertentangan, yaitu model harus dapat diandalkan, dapat digunakansecara umum (berlaku secara universal), mudah dipergunakan dengan data yangminimum, komprehensif dalam hal faktor-faktor yang dipergunakan, dan dapatmengikuti (peka) terhadap perubahan-perubahan yang terjadi di DAS, sepertitindakan konservasi lahan (Morgan, 1986). Namun mengingat begitu rumitnyaproses erosi lahan dan yil sedimen, yang merupakan interaksi berbagai faktor,sejauh ini belum ada model yang mampu menerangkan fenomena ini dengan suatuhubungan sederhana dan mudah dalam penggunaannya. Sehingga masih terbukapeluang yang sangat lebar untuk melakukan penelitian-penelitian dalam bidangini. Pendekatan yang paling memberikan harapan dalam pengembangan metodedan prosedur prediksi adalah dengan merumuskan model konseptual proses erosi(Arsyad, 1989).Secara umum Gregory and Walling (1973) mengelompokkan modelmenjadi tiga tipe utama, yaitu model fisik, model analog, dan model digital.Model digital terdiri atas model deterministik, model stokastik, dan model empiris(parametrik). Selanjutnya model parametrik harus dikelompokkan lagi menjadimodel kotak hitam, model kotak kelabu, dan model kotak putih. Untuk prediksierosi dan yil sedimen, model yang umum dipakai adalah model empiris, terutamamodel-model kotak kelabu. Model ini didasarkan pada pendefinisian faktor-faktorpenting dari hasil observasi, pengukuran, percobaan, dan teknik statistik,III - 1 DASAR TEORIkemudian mengaitkannya dengan erosi atau yil sedimen. Belakangan ditemukanbahwa pendekatan ini kurang memuaskan dalam memenuhi tujuan-tujuan pentinglainnya dalam pembuatan model, yaitu meningkatkan pemahaman bagaimanasistem erosi bekerja dan responnya terhadap perubahan-perubahan faktor yangberpengaruh. Menghadapi permasalahan ini, maka pengembangan modelselanjutnya lebih ditekankan pada model kotak putih dan model deterministik.3.2. Analisa Hidrologi3.2.1. Hujan Tunggal (Single storm event)Faktor faktor hidrologi yang sangat berpengaruh terhadap terjadinyaerosi lahan adalah curah hujan dan intensitasnya. Semakin besar curah hujanmengakibatkan semakin besar pula jumlah sedimen yang hanyut dalam aliran airakibat proses erosi. Dengan diketahui besarnya curah hujan pada suatu daerahmaka dapat diketahui pula besarnya intensitas hujan pada daerah tersebut, yangdapat digunakan untuk menghitung besarnya erosivitas hujan pada daerahtersebut.Dalam penentuan erosi untuk kejadian hujan tunggal , erosi oleh air hujandisebabkan karena tenaga kinetik air yang jatuh diatas permukaan tanah. Besarnyatenagan kinetik (KE) adalah:1=2Ekmv2m = massa air dan v = kecepatan air jatuh. Semua benda yang bergerak diudaramengalami gesekan dengan udara yang memperlambat gerak benda tersebut.Semakin tinggi kecepatan geraknya semakin besar pula gesekannya. Demikianpula tetesan air hujan yang jatuh di udara akan mengalami gesekan dengan udara.Air yang jatuh tesebut, karena adanya percepatan, gesekannya semakin lamasemakin besar pula.Erosivitas (Lee, 1980)KE= 210,1 + 89 (logi)KE= energi kinetik (joules/m2);i= intensitas hujan (cm/jam).Dalam menghitung besarnya energi hujan, dapat juga digunakan dengancara membagi menjadi beberapa interval berdasarkan itensitasnya.III - 2 DASAR TEORI= (11,89 + 8,73 log).10untuk 0,05 76,2IEN-3tiiPenjumlahanuntuk semua interval dikalikan dengan intensitas 30 menitEi() menghasilkan persamaan untuk mendapatkanE(erosivitas) untuk kejadianI30hujan tunggal[]nE=(11,89+8,73.logI)N.10I-3ii30=i1Untuk mendapatkan besarnya erosivitas hujan digunakan hubungan antara(R) dengan besarnya curah hujan tahunan (P) yang dikemukakan oleh UtomoEI30dan Mahmud 1984:=R237 +,42,61P3.2.2. Curah Hujan Rata rataDalam perhitungan hujan areal ini ada beberapa rumus yang dapatdigunakan untuk menghitungnya. Metode tersebut diantaranya adalah metoderatarata aljabar, metode Thiessen dan metode Isohyet. Metode tersebut dijelaskansebagai berikut:1. Metode Rata rata AljabarMetode rata rata aljabar ditentukan dengan cara menjumlahkan tinggihujan dari suatu tempat pengukuran selama jangka waktu tertentu, dibagi denganjumlah pos pengukuran hujan. Penggunaan metode ini mendapatkan hasil yangme muaskan apabila dipakai pada daerah datar, serta curah hujan yang tidakbervariasi banyak dari harga tengahnya dan penempatan alat ukur yang tersebarmerata.1n=rumus :RRn1i=1dimana :R = Curah hujan rata-rata (mm)Ri = Curah hujan pada pos yang diamati (mm)N = Banyaknya pos hujanIII - 3 DASAR TEORI2. Metode Polygon ThiessenMetode Thiessen ditentukan dengan cara membuat polygon antar poshujan pada suatu wilayah DAS kemudian tinggi hujan rata-rata dihitung darijumlah perkalian antara tiap-tiap luas polygon dan tinggi hujannya dibagi denganluas seluruh DAS. Luas masing - masing polygon tersebut diperoleh dengancara sebagai berikut : Semua stasiun yang terdapat di dalam atau di luar DAS yang berpengaruhdihubungkan dengan garis sehingga terbentuk jarring-jaring segitiga. Pada masing-masing segitiga ditarik garis sumbu tegak lurus, dan semuagaris sumbu tersebut membentuk polygon. Luas daerah yang hujannya dianggap mewakili oleh salah satu stasiunyang bersangkutan adalah daerah yang dibatasi oleh polygon tersebut.Metode ini cocok untuk menentukan tinggi hujan rata-rata, apabila poshujannya tidak banyak dan tinggi hujannya tidak merata.AxR=rumus :RiiAdimana :R= Curah hujan rata-rata (mm)R= Curah hujan pada pos yang diamati (mm)iA= Luas yang dibatasi garis polygon (Km)2i2A213A3AA414A7AA565 6 7Gambar 3. 1.Mengukur tinggi hujan dengan cara polygon ThiessenIII - 4 DASAR TEORI3. Metode Rata-Rata IsohyetMetode isohyet ditentukan dengan cara menggunakan kontur tinggi hujansuatu daerah dan tinggi hujan rata-rata DAS dihitung dari jumlah perkalian tinggihujan rata-rata diantara garis isohyet tersebut dibagi luas seluruh DAS. Metode inicocok untuk daerah pegunungan dan yang berbukit-bukit.rumus:AAAA+++++++(RR)(RR)(RR)(RR)-123N12222+122334NN1=RA1dimana :R = Curah hujan rata-rata (mm)A- A= Luas daerah yang dibatasi oleh garis isohyet (km)21nR- R= Tinggi curah hujan pada setiap garis isohyet (mm)1nA= Luas total DAS (km)2t57 m mA1 0 mm4A4 5 m m2AA53AA162 0 m m3 6 mm 5 1 mmGambar 3.2.Mengukur tinggi hujan dengan metode Isohyet3.2.3. Prediksi Curah Hujan Mendatanga. IdentifikasiDalam meramalkan hujan bebarapa tahun kemudian, dapat digunakanModel ARMA (Auto Regressive, Moving Average) deret berkala tahunan danmetodebox-jenkinsdengan model ARIMA (Auto Regressive, Integrated, MovingAverage) untuk menghitungnya.III - 5 DASAR TEORIb. Formulasi matematikDengan menganggap bahwa seri hidrologi yang dimodelkan denganproses ARMA stasioner dan kira-kira normal. Apabila tidak, maka diperlukantransformasi dari variabel aslinya. Misalnya variabel deret berkala hidrolagi y,ty, y.. dengan interval waktu yang sama t, t+1, t+2, dengan deviasi rata-t+1t+2,rata adalah :z= y ttModel ARMA merupakan campuran antara model Autoregresif (AR) danMoving Average (MA). Sebelum mempelajari model ARMA, perlu diketahuimodel MA yang untuk order q dapat ditulis :z= e-e-e- .. -ett1t-12t-2qt-qModel MA (q) dari persamaan diatas dapat juga ditulis :qz= e-ettjt-jj=0atauqz= -etjt-jj=0dengan= -10Parameter model adalah rata-rata , varians sdari variabel bebas edan koefisiene2t,, ..,.12qProses Autoregresif (AR) order p dapat ditulis sebagai berikut :z= z+ z+ .. + z+ et1t-12t-2pt-ptataupz=e+etjt-jtj=1Parameter model AR (p) adalah rata-rata , varians sdari variabel random edane2tkoefisien , , .., yang harus diestimasi dari data.12pGabungan model Autoregresif (AR) order p dan model Moving Average(MA) order q adalah model Autoregresif Moving Average (ARMA) order (p,q).z= z+ .. +z+ e-e- .. -e.. (3.5)t1t-1pt-pt1t-1qt-qyang juga dapat ditulis :III - 6 DASAR TEORIpqe+e-ez=t--jtjtjtj==j1j1ataupqe-ez=tjt-jjt-jj=1j=0dengan= -10c. Model ARMA deret berkala tahunanMisalkan suatu deret berkala hidrologi dipresentasikan oleh x. Apabilatderet tersebut tidak normal, maka transformasi yang digunakan untuk membuatderet xmenjadi normal adalah y.ttDeret berkala zdapat dibuat dalam bentuk berikut :ty= + zttdimana zadalah model ARMA (p,q)teeez= z+ z+ .. + z- e-- .. t1t-12t-2pt-pt1t-12t-2qt-qParameter model ARMA (p,q) untuk y(,;..;,;..;,s) diestimasi darie2t1p1pdata erosivitas tahunan.Estimasi parameter model ARMA (p,q) tidak bisa dilakukan secaralangsung. Untuk memudahkan penjelasan, estimasi parameter dilakukan untukmodel ARMA (1,1). Model ARMA (1,1) dapat ditulis :ez= z+ e-t1t-1t1t-1fEstimasi awaldari diperoleh dari r/r(dimana rdan radalah121121koefisien korelasi lag 1 dan lag 2 dengan rumus:= ; 2k=k1k-1fSubtitusidan rke dalam persamaan:11-f-f-J(1)()==111111J1+-2f2o111akan diperoleh estimasi awaldari.1122(1- =f)-(f-)(f-f+f-r=11111111111+-f121+-2f22111111III - 7 DASAR TEORIr(1+-2f)=f-f+f-2221111111111+f r=-f-f+-f=(r)(12r)()022111111111fSetelah estimasi awal dari parameterdandiperoleh, kemudian dilakukan11lagi estimasi yang lebih baik dengan menggunakan estimasi kuadrat terkecil dariresidu e.NeS(, ) =()2t=t1dimana :e= z z+ett1t-11t-1jumlah dari kuadrat residu adalah :N+eS(, ) =(z-z)2-1t1t-11t=t1Jumlah dari kuadrat residu tergantung pada parameter , , deret zdan harga awalte. Harga awal dari edan zdiambil nol, yaitu harga rata-ratanya, sehingga :ooe= z11e= z- z2211ee= z- z+331212. . . .. . . .. . . .e= z- z+eNN1N-11N-1 +S(, ) = .Dengan demikian didapat harga S(, ) yang didasarkan dari data. Kemudiandihitung harga harga S(, ) untuk beberapa interval dari harga parameter dan .Harga S(, ) yang diperoleh digunakan untuk menentukan parameterfdan11yang memberikan harga S(, ) minimum.Dengan demikian didapat harga S(, ) yang didasarkan dari data.Kemudian dihitung harga S(, ) untuk beberapa interval dari harga parameter dan . Harga S(, ) yang diperoleh digunakan untuk menentukan parameterf1dan(kondisi optimum) yang memberikan harga S(, ) minimum.1III - 8 DASAR TEORIe. MetodeBox-JenkinsModel-modelAutoregressive/Integrated/Moving Average(ARIMA) olehGeorge Box dan Gwilym Jenkins (1976) diterapkan untuk analisis deret berkala,peramalan dan pengendalian. Pendekatan metode ini meliputi 3 aspek:1. Notasi akan ditetapkan untuk model ARIMA (p, d, q) yang umum, danberbagai kasus khusus dari model umum akan diperlakukan didalam kerangkanotasi yang sama.2. Akan dipakai suatu program simulasi (disebut ARIMA) untukmembangkitkan data deret berkala, menurut beberapa model ARIMA yangdikehendaki.3. Data yang disimulasikan dari model ARIMA yang khusus akan dianalisisuntuk melihat sejauh mana sifat-sifatempirissuatu deret berkala berkaitandengan sifat-sifatteoritisyang telah diketahui.Dalam menganalisis kita perlu memiliki notasi yang berlainan untuk deretberkala non-stasioner yang asli dengan pasangan stasionernya, sesudah adanyapembedaan (differencing). Metode ini dijelaskan sebagai berikut:Notasi yang sangat bermanfaat adalah operator shift mundur (backward shift),B,yang penggunaannya sebagai berikut:=BXXtt-1Dengan kata lain, notasiByang dipasang pada, mempunyai pengaruhXtmenggeser data 1 periode kebelakang, sebagai berikut:==2B(BX)BXX-ttt2Operator shift mundur tersebut sangat tepat untuk menggambarkan prosespembedaan (differencing). Sebagai contoh, apabila suatu deret berkala tidakstasioner, maka data tersebut dapat mendekati lebih stasioner dengan melakukanpembedaan pertama dari deret data dan memberi batasan mengenai apa yangdimaksud dengan pembedaan pertama.PEMBEDAAN PERTAMA'X=X-BX=( -1B)XttttPembedaan pertama dinyatakan oleh (1-B), sama halnya apabila perbedaan ordekedua (yaitu perbedaan pertama dari perbedaan pertama sebelumnya) harusdihitung, maka:III - 9 DASAR TEORIPEMBEDAAN ORDE KEDUA''='-'XXXttt-1=(X-X)-(X-X)--tt1 -t1t2=X-2X+Xtt-1t-2=-+2(12BB)Xt=( -1B)X2tPembedaan orde kedua diberi notasiini merupakan hal yang penting-2(1B)untuk memperlihatkan bahwapembedaan orde keduaadalahtidak sama denganpembedaan keduayang diberi notasi.1-B2Tujuan menghitung pembedaan adalah untuk mencapai stasioneritas, dan secaraumum apabila terdapat pembedaan orde ke-duntuk mencapai stasioneritas akanditulis:pembedaan orde ke-d=( -1B)Xdtsebagai deret yang stasioner, dan model umum ARIMA (0,d, 0) akan menjadi:ARIMA (0, d, 0)- )=d(1BXett(pembedaan orde ke-d) (nilai gala t)ARIMA (0, d, 0) mempunyai arti dimana data tidak mengandung aspek autoregressive (AR), tidak mempunyai aspek rata-rata bergerak (MA) dan mengalamipembedaan orde ke-d.Untuk membuat data stasioner, kita akan melakukan pembedaan pertama terhadapderet data. Untuk proses ARIMA (0, 1, 0) pembedaan pertama akan membuatderet menjadi stasioner seluruh autokorelasi akan nol.b. Model ARIMA dan faktor musimKerumitan terakhir yang dapat ditambahkan pada model ARIMA adalahfaktor musim. Dengan cara yang sama, titik-titik data yang berurutan tersebutmungkin memperlihatkan sifat-sifat AR, MA, campuran ARMA atau campuranARIMA, sehingga data yang dipisahkan dapat memperlihatkan sifat-sifat yangsama. Maka pembedaanntahun dapat dihitung sebagai:'X=X-X=( -1B)Xn-tttntIII - 10 DASAR TEORINotasi ARIMA dapat diperluas untuk menangani aspek musiman, notasi umumyang singkat adalah:ARIMA (p, d, q)(P, D, Q)Sdimana:(p, d, q) : bagian yang tidak musiman dari model(P, D, Q) : bagian yang musiman dari modelS : jumlah periode3.3. ErosiErosi adalah peristiwa pindahnya tanah dari suatu tempat ketempat lainoleh media alamiah yang dapat berupa angin, air atau aliran gletser (es). DiIndonesia erosi yang paling membahayakan lahan-lahan pertanian adalah erosi air.Erosi yang disebabkan oleh air dapat berupa :a.Erosi lempeng(sheet erosion), yaitu butir-butir tanah diangkut lewatpermukaan atas tanah oleh selapis tipis limpasan permukaan yangdihasilkan oleh intensitas hujan yang merupakan kelebihan dari dayainfiltrasi.b.Pembentukan polongan(gully), yaitu erosi lempeng terpusat padapolongan tersebut. Kecepatan airnya jauh lebih besar dibandingkandengan kecepatan limpasan permukaan tersebut diatas. Polongan tersebutcenderung menjadi lebih dalam, yang menyebabkan terjadinya longsoran-longsoran. Polongan tersebut tumbuh kearah hulu, ini dinamakan erosi kearah belakang (backward erosion).c.Longsoran masa tanahyang terletak diatas batuan keras atau lapisan tanahliat; longsoran ini terjadi setelah adanya curah hujan yang panjang, yanglapisan tanahnya menjadi jenuh oleh lapisan air tanah.d.Erosi tebing sungai, terutama yang terjadi pada saat banjir, yaitu tebingtersebut mengalami penggerusan air yang dapat menyebabkan longsornyatebing-tebing pada belokan-belokan sungai.Kebanyakan model-model yang digunakan dalam perhitungan erosi adalahempiris seperti dalam tabel 3.2 ini berdasarkan dari faktor-faktor penting yang diIII - 11 DASAR TEORIdapat melalui observasi, pengukuran, penelitian, dan statistik yang berhubungandengan kehilangan tanah. Sebelum menentukan model apa yang digunakan, objekterlebih dahulu harus dispesifikasikan apakah akan diprediksi atau hanya sebagaipenjelasan.Tabel 3.1.Tipe-tipe permodelanTipe DeskripsiFISIKMembuat suatu permodelan skalatis di laboratorium;yang dapat merepresentasikan antara model dengankeadaan sebenarnyaANALOGIMenggunakan analogi sistem listrik dan mesin dalampenelitian, contoh aliran listrik yang digunakan untukmensimulasikan aliran airDIGITALDidasarkan pada pendigitasian oleh komputer untukmenganalisa sejumlah data yang sangat banyak(a)Physically-Berdasarkan persamaan matematika untuk menjelaskanBaseproses yang terliput dalam suatu model, kemudiandihitung dengan rumus konservasi masa dan energi(b)StochasticDidasarkan pada pembuatan urutan data tiruan darikarakter statistik suatu sample data, ini berguna untukmembuat urutan input sebagai fisik dasar dan modelempiris dimana data hanya tersedia untuk observasiperiode pendek(c)EmpiricalBerdasarkan identifikasi statistik dari hubungan antarajumlah variabel penting dari suatu data yang ada.Ada 3 tipe analisis yang dikenal :1.model kotak hitam: dimana yang dikerjakan hanyadata input dan output yang utama saja2.model kotak kelabu: apabila beberapa detail daribagaimana sistem bekerja dikenali.3.model kotak putih: apabila semua detail daribagaimana sistem beroperasi diketahuiSumber After Gregory and Walling (1973) dalam Soil ConservationIII - 12 DASAR TEORI3.3.1. Faktor-faktor yang berpengaruh dalam erosiSecara garis besar, erosi yang terjadi disebabkan oleh hal-hal sebagaiberikut :1. Pengaruh geologiProses geologis dalam pembentukan lapisan-lapisan kulit bumi dengancara pengendapan sedimen ternyata memungkinkan terbentuknya suatu lapisanyang potensial mengalami erosi, sebagai contoh adalah pembentukan lapisantanah sebagai berikut : Sungai yang mengalirkan air ke laut membawa partikel-partikel halus yang jumlahnya tergantung dari volume dan kecepatan alirannya,kemudian partikel-partikel tersebut mengendap di dasar laut membentuk lapisantanah, dimana penyebaran pengendapannya bisa merata tergantung arus air laut,biasanya membentuk sudut kemiringan 5 - 10. Karena pembentukan tiap lapisanterjadi di air maka dasar tiap lapisan adalah air yang bisa dilihat seringkali sebagailapissan tipis (thin film) pada zona pemisah antara lapisan lempung dan lanaukepasiran atau sebagai aliran laminer pada lapisan pasir yang lebih permeabel.Dengan keadaan sedemikian bila banyak air memasuki lapisan pasir tipis,sedangkan pengeluaran air sedikit, sehingga keadaan lapisan menjadi jenuh makatekanan air akan bertambah dan tekanan air inilah yang seringkali menyebabkanerosi. Lain halnya bila air memasuki lapisan pasir tebal sehingga keadaan lapisantidak sepenuhnya jenuh air, maka lapisan tersebut bahkan bisa berfungsi sebagaidrainase alamiah2. Pengaruh morfologiVariasi bentuk permukaan bumi yang meliputi daerah pegunungan danlembah dengan sudut kemiringan permukaan yang cenderung besar, maupundaerah dataran rendah yang permukaannya cenderung datar, ternyata memilikiperanan penting dalam menentukan kestabilan tersebut sehubungan dengan proseskelongsoran.Secara logis daerah dengan kemiringan besar lebih potensial mengalamierosi dibanding daerah datar, sehingga kasus erosi seringkali ditemui di daerahpegunungan atau perbukitan. dan pada daerah galian atau timbunan yang memilikisudut kemiringan lereng besar, kestabilan lereng terganggu akibat lereng yangterlalu terjal, perlemahan pada kaki lereng, dan tekanan beban yang berlebihan diIII - 13 DASAR TEORIkepala lereng. Hal tersebut bisa terjadi karena energi air pada kaki lereng dankegiatan penimbunan atau pemotongan lereng yang dilakukan manusia3. Pengaruh proses fisikaPerubahan temperatur, fluktuasi muka air tanah musiman, gaya gravitasi,dan gaya relaksasi tegangan sejajar permukaan, ditambah dengan peroses oksidasidan dekomposisi akan mengakibatkan suatu lapisan tanah kohesif secara lambatlaun mereduksi kekuatan gesernya, terutama nilai kohesifcdan sudut geserdalamnya.Pada tanah non kohesif misalnya pasir, bila terjadi getaran oleh gempa,mesin, atau sumber getaran lainnya sehingga mengakibatkan lapisan tersebut ikutbergetar, maka pori-pori lapisan akan terisi oleh air atau udara yang akanmengikatkan tekanan dalam pori. Tekanan pori yang mengikat dengan spontandan sangat besar ini menyebabkan terjadinya likuifaksi atau pencairan lapisanpasir sehingga kekuatan gesernya berkurang.4. Pengaruh air dalam tanahKeberadaan air dalam tanah dapat dikatakan sebagai faktor dominanpenyebab terjadinya erosi karena hampir sebagian besar kasus erosi melibatkan airdidalamnya.Tekanan air pori memiliki nilai besar sebagai tenaga pendorong terjadinyaerosi, semakin besar tekanan air pori semakin besar pula tenagapendorongnya.Penyerapan maupun konsentrasi air dalam lapisan tanah kohesif dapatmelunakkan lapisan tanah yang pada akhirnya mereduksi nilai kohesi dansudut geser dalam sehingga kekuatan gesernya berkurang.5. IklimFaktor iklim yang mempengaruhi terjadinya erosi adalah hujan, suhuudara dan kecepatan angin. Curah hujan merupakan faktor iklim yang paling besarpengaruhnya (Bever 1956). Suhu udara mempengaruhi limpasan permukaandengan jalan mengubah kandungan air tanah, sehingga menyebabkan perubahankapasitas peresapan air oleh tanah (infiltrasi). Kelembaban udara dan radiasi ikutberperan dalam mempengaruhi suhu udara dan kecepatan angin ikut menentukankecepatan dan arah jatuh butirnya hujan.III - 14 DASAR TEORIKemampuan hujan dalam menghancurkan agregat tanah ditentukan olehenergi kinetiknya. Energi kinetik dapat dihitung dengan menggunakan persamaansebagai berikut (Hudson, 1976; Kohnke and Bertrandt, 1959) :1rumus :Ek=mv22dimana :Ek= energi kinetik hujanm= masa butir hujanv= kecepatan butir hujanselanjutnya besarnya energi kinetik secara kuantitatif dihitung berdasarkanpersamaan oleh Wischmeier 1959 dalamSoil Conservationyaitu :rumus :KE= 210,1 + 89 (logi)dimana :KE= energi kinetik hujan dalam ton/ha/cmI= intensitas hujan (cm/jam)Selanjutnya Wischmeier 1959 mengusulkan penggunaanEIsebagai indeks30erosivitas hujan.6. TanahInteraksi sifat fisik dan kimia tanah menentukan kepekaan tanah terhadapterjadinya erosi. Sifat-sifat tanah yang mempengaruhi kepekaan erosi adalah :a. Sifat-sifat tanah yang mempengaruhi laju peresapan (infiltrasi),permeabilitas, dan kapasitas tanah menahan air.b. Sifat-sifat tanah yang mempengaruhi ketahanan struktur tanah terhadapdispersi dalam pengikisan oleh butir-butir hujan dan limpasan permukaan.Dengan demikian, sifat-sifat tanah yang mempengaruhi erosi adalah tekstur,struktur, kandungan bahan organik, kedalaman tanah, sifat lapisan bawah, dantingkat kesuburan tanah. Sedangkan kandungan bahan organik berpengaruhterhadap stabilitas struktur tanah (Arsyad, 1979).Tanah dengan kandungan debu dengan tinggi liat yang rendah dan bahanorganik sedikit, mempunyai kepekaan erosi yang tinggi. Kepekaan erosi yangtinggi ini disebuterodibilitas tanah(K), yaitu mudah tidaknya tanah tererosi.III - 15 DASAR TEORISemakin tinggi nilai erodabilitas tanah semakin mudah tanah tersebut tererosi atausebaliknya.Kepekaan erosi tanah menunjukkan keseluruhan sifat-sifat tanah dan bebasdari faktor-faktor penyebab erosi lainnya. Untuk memberikan penilaian kepekaanerosi tanah yang mempunyai syarat di atas sehingga dapat dipergunakan dalampelaksanaan usaha pengawetan tanah, maka telah dikembangkan konsep faktorkepekaan erosi tanah.Faktor kepekaan erosi tanah didefinisikan sebagai erosi per satuan indekserosivitas suatu tanah dalam keadaan standar. Tanah dalam keadaan standaradalah tanah yang terbuka yang tidak ada vegetasi sama sekali pada lereng 9 %dengan bentuk lereng yang seragam dan panjang lereng 22,13 m.7. VegetasiVegetasi mengitersepsi curah hujan yang jatuh dengan daun, batang yangakan mengurangi kecepatan jatuh serta memecah butiran hujan menjadi lebihkecil. Curah hujan yang mengenai daun akan menguap kembali ke udara daninilah yang disebut dengan kehilangan intersepsi tanaman (Weirsum, 1979).Batang, akar, dan tumbuhan bawah mengurangi kecepatan limpasan permukaanyang mengakibatkan pengurangan daya erosi dan aliran tersebut. Akar tanamandan serasah juga dapat menahan sebagian sedimen yang melewatinya danmembuat tanah menjadi sarang sehingga air dapat meresap.Demikian juga menurut Kohnke dan Bertrandt (1959), bahwa vegetasimengurangi pukulan butir-butir hujan pada permukaan tanah. Tanaman jugaberpengaruh dalam menurunkan kecepatan limpasan permukaan dan mengurangikandungan air melalui transpirasi. Berkurangnya kandungan air tanahmenyebabkan tanah mampu mengabsorbsi air lebih banyak sehingga jumlahlimpasan berkurang.Menurut Arsyad (1979), pengaruh vegetasi terhadap limpasan permukaanerosi dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu :a. Intersepsi hujan oleh tajuk tanamanb. Mengurangi kecepatan limpasan permukaan dan kekuatan perusakIII - 16 DASAR TEORIc. Pengaruh akar dan kegiatan biologi yang berhubungan denganpertumbuhan vegetatif dan pengaruhnya terhadap porositas tanah dantranspirasi yang mengakibatkan keringnya tanah.Pengaruh positif dari vegetasi hutan akan berkurang oleh adanya kebakaran hutanatau penggembalaan ternak. Menurut Manan (1976), kebakaran hutanberpengaruh langsung terhadap terjadinya erosi pada beberapa tempat denganjalan :a. Melonggarkan ikatan-ikatan pada permukaan tanah dan bantuan sehinggamenyebabkan longsorb. Menghilangkan lapisan serasah dan humus yang melindungi tanahterhadap pukulan air hujanc. Menyebabkan lapisan-lapisan permukaan tanah untuk sementara sukardibasahid. Menutup dan menyumbat pori-pori tanah di permukaan dengan abupercikan8. ManusiaManusia merupakan faktor penentu bagi terjadinya erosi, karena manusiadapat mengatur keseimbangan faktor-faktor lain. Dengan cara pengelolaan danpenggunaan tanah yang disesuaikan dengan tindakan pengawetan tanah, erosidapat dikurangi. Namun demikian, dari manusia itu sendiri banyak faktor yangmenyebabkan manusia mempergunakan tanahnya secara bijaksana atausebaliknya ( Arsyad, 1979 ). Faktor-faktor itu antara lain :a. Luas tanah pertanian yang diusahakan.b. Tingkat pengetahuan dan penguasaan teknologi.c. Harga hasil usaha tani di pasar.d. Perpajakan dan ikatan hutan.e. Infrastuktur dan fasilitas kesejahteraan.Dengan mengetahui faktor-faktor diatas kiranya pihak pemerintah atau yangberwenang akan lebih mudah dalam mengatasi masalah keseimbangan alami ini.III - 17 DASAR TEORI3.3.2. Proses erosiErosi tanah terjadi melalui tiga tahap, yaitu tahap pelepasan partikeltunggal dari masa tanah dan tahap pengangkutan oleh media yang erosif sepertialiran air dan angin. Pada kondisi dimana energi yang tersedia tidak lagi cukupuntuk mengangkut partikel, maka akan terjadi tahap yang ketiga, yaitupengendapan.Erosi oleh air dapat dipandang dengan dimulainya pelepasan partikel-partikel tanah oleh impak air hujan yang turun. Percikan air hujan merupakanmedia utama pelepasan partikel tanah karena energi kinetik butiran air yang jatuhdapat memercikkan tanah ke udara. Pada tanah yang datar, partikel-partikeltersebut disebarkan lebih kurang secara merata ke segala jurusan, tapi pada tanahyang miring, terjadi pengangkutan ke bawah searah lereng (Gambar 3.2). Padasaat butiran air hujan mengenai permukaan tanah yang gundul, partikel tanahdapat terlepas dan terlempar beberapa centimeter ke udara. Pada dasarnyapartikel-partikel tanah tersebar lebih kurang merata ke segala arah, tapi untuklahan miring terjadi dominasi ke arah bawah searah lereng. Partikel-partikel tanahini akan menyumbat pori-pori tanah sehingga akan menurunkan kapasitas dan lajuinfiltasi, maka akan terjadi genangan air di permukaan tanah, yang kemudian akanmenjadi aliran permukaan. Aliran permukaan ini menyediakan energi untukmengangkut partikel-partikel yang terlepas, baik oleh percikan air hujan maupunoleh adanya aliran permukaan itu sendiri. Pada saat energi a tau aliran permukaanmenurun dan tidak lagi mengangkut partikel tanah yang terlepas, maka artikeltanah tersebut akan diendapkan. Proses-proses percikan dan aliran di atas tanahitulah yang menyebabkan erosi lapisan (sheet erosssion), yakni degradasipermukaan tanah yang relatif merata. Erosi lapisan sulit untuk mendeteksinya,kecuali apabila permukaan tanahnya lebih rendah dibawah tanda-tanda tanah lamapada tiang-tiang pagar, akar-akar pohon yang terlihat, atau pilar-pilar kecil daritanah yang tertutup oleh batu-batu, masih ada.III - 18 DASAR TEORIGambar 3.3.pemindahan partikel-partikel tanah oleh percikan ke bawah searah lerengDiameter air hujan yang jatuh (d) bervariasi dari 0,5 sampai 6 mm (0,02sampai 0,25 in) dan batas kecepatan v bervariasi dengan diameter kira-kira 2sampai 9 m/sLahan terbuka yang terhantam hujan deras terus-menerus akanmenyebabkan tanah menjadi keras. Tanah juga mengalami penghancuran olehproses pelapukan, baik secara mekanis maupun biokimia. Disamping itu tanahjuga mengalami gangguan oleh pengolahan lahan dan injakan kaki manusia danbinatang. Lebih lanjut, aliran air dan angin juga berperan terhadap pelepasanpartikel tanah. Semua proses tersebut menyebabkan tanah menjadi gembur (loss)sehingga mudah terangkat oleh media pengangkut.T an ah da riUp slo peDDTTRFRFPel epa san pa rti kelPele pasa n part ike lKap asit asKapa sit ast an ah ol eh hu janta nah o leh l impa sanp eng ang kut anpe nga ngku ta no leh h uja nole h limp asanpen ing kat an pe lep asa n part ike l ta nahT ot alT ot alde ta semen (p ele pasa nD iba ndi ngka nKapa sit as tra nspo rtpa rt ikel ) t an ahJika p ele pa san < pe nga ngku t anJika p eng ang kut an < p ele pasa nTa nah t erb awa keba wah se arah l eren gGambar 3.4.Bagan alir proses erosi tanah oleh air (after Meyer and Wishmeier,1969).III - 19 DASAR TEORIBerat ringannya erosi tergantung pada kuantitas suplai material yangterlepas dan kapasitas media pengangkut. Ruang media pengangkut mempunyaikapasitas lebih besar dari suplai material yang terlepas, maka proses erosi dibatasioleh pelepasan (detachment limited). Sebaliknya jika kuantitas suplai materialmelebihi kapasitas, maka proses erosi dibatasi oleh kapasitas (capacity limited)seperti tampak pada gambar 3.4.3.4. SedimentasiSedimentasi dapat didefinisikan sebagai pengangkutan, melayangnya(suspensi) atau mengendapnya material fragmentasi oleh air. Sedimentasimerupakan akibat adanya erosi dan memberi banyak dampak yaitu :a.Di sungai,pengendapan sedimen di dasar sungai yang menyebabkannaiknya dasar sungai, kemudian menyebabkan tingginya permukaan airsehingga dapat mengakibatkan banjir yang menimpa lahan-lahan yangtidak dilindungi(unprotected land).Hal tersebut diatas dapat pulamenyebabkan aliran mengering dan mencari alur baru.b.Di saluran,jika saluran irigasi atau saluran pelayaran dialiri oleh air yangpenuh sedimen akan terjadi pengendapan sedimen di dasar saluran. Sudahbarang tentu akan diperlukan biaya yang cukup besar untuk pengerukansedimen tersebut. Pada keadaan tertentu pengurukan sedimenmenyebabkan terhentinya operasi saluran.c.Di waduk-waduk,pengendapan sedimen di waduk-waduk akanmengurangi volume efektifnya. Sebagian besar jumlah sedimen yangdialirkan oleh waduk adalah sedimen yang dialirkan oleh sungai-sungaiyang mengalir kedalam waduk; hanya sebagian kecil saja yang berasal darilongsoran tebing-tebing waduk atau yang berasal dari gerusan tebing-tebing waduk oleh limpasan peermukaan. Butir-butir yang kasar akandiendapkan di bagian hulu waduk, sedangkan yang halus diendapkan didekat bendungan. Jadi, sebagian besar sedimen akan diendapkan di bagianvolume aktif waduk, dan sebagian dapat dibilas kebawah, jika terjadibanjir pada saat permukaan air waduk masih rendah.III - 20 DASAR TEORId.Di bendungan atau pintu-pintu air,yang menyebabkan kesulitan dalammengoperasikan pintu-pintu tersebut. Juga karena pembentukan pulau-pulau pasir(sand bars)di sebelah hulu bendungan atau pintu air akanmengganggu aliran air yang melalui bendungan atau pintu air. Di sisi lainakan terjadi bahaya penggerusan terhadap bagian hilir bangunan, jikabeban sedimen di sungai tersebut berkurang karena pengendapan di bagianhulu bendungan, maka aliran dapat mengangkut material alas sungai.e.Di daerah sepanjang sungai,sebagaimana telah diuraikan diatas, banjirakan lebih sering terjadi di daerah yang tidak dilindungi. Daerah yangdilindungi oleh tanggul akan aman, selama tanggulnya selalu dipertinggisesuai dengan kenaikan dasar sungai, dan permukaan airnya akanmempengaruhi drainase daerah sekitarnya. Lama kelamaan drainasedengan cara gravitasi tidak dimungkinkan lagi.Bahan erosi yang dapat mencapai sungai atau saluran drainase besarhanyalah sebagian, yang disebabkan adanya pengendapan di daerah-daerahrendah, daerah-daerah yang ada tumbuh-tumbuhannya didataran banjir atau padalereng lahan yang berubah secara mendadak. Sejumlah bahan erosi yang dapatmenjalani lintas dari sumbernya hingga mencapai titik kontrol secara penuhdinamakanhasil sedimen (sediment yield).Hasil sedimen tersebut dinyatakandalam satuan berat (ton) atau satuan volume (mpk atau acree-feet) dan tentunyamerupakan fungsi luas daerah pengalirannya. Pembandingan data hasil sedimenpada umunya didasarkan atas hasil per satuan luas daerah pengaliran yangdinamakanlaju produksi sedimen(sediment production rate)yang dinyatakandalam ton/ha, ton/kmatau acre-feet/sq. mile.2Hasil sedimen dan hasil erosi kotor(gross erosion)yang dihasilkan oleherosi lempeng ditambah erosi alur atau oleh sebab lain adalah salingbergantungan. Hubungan tersebut dapat dinyatakan sebagai rasio hasil sedimenterhadap erosi kotor; rasio ini dinamakanratio pengangkatan sedimen (sedimentdelivery ratio).Hasil sedimen dari suatu daerah pengaliran tertentu dapat ditentukandengan pengukuran pengangkatan sedimen pada titik kontrol alur sungai, ataudengan menggunakan rumus-rumus empiris atau semi empiris. KebanyakanIII - 21 DASAR TEORIrumus-rumus untuk menentukan besarnya pengangkutan sedimen dalam suatualur sungai telah dikembangkan, baik dengan mengkorelasikan besarnyapengangkutan hasil sedimen yang diukur dengan curah hujan dan sifat-sifattopografi, maupun melalui analisis semi teoritis yang menghubungkan sifat-sifataliran sungai dengan hasil sedimen yang diukur.Proses pengangkutan sedimen dalam alur sungai merupakan hal yang agakkompleks, sehingga pengukuran laju pengangkutan sedimen masih merupakanperkiraan terbaik terhadap besarnya hasil sedimen. Namun demikian, beberaparumus pengangkutan sedimen yang didasarkan atas analisis teoritis akan bergunajika tersedia data yang cukup. Ketelitian perkiraan hasil sedimen akan bertambahbesar, jika periode pengumpulan data yang cukup panjang.3.5. Universal Soil Lost Equation (USLE)USLE dikembangkan di USDA-SCS(United State Department ofAgriculture-Soil Conversation Services)bekerjasama dengan Universitas Purdueoleh Wischmeier and Smith, 1965 (dalam Williams and Berndt,1972; Morgan,1988; Selbe, 1993; dan Renard et.al, 1996). Berdasarkan analisis statistik terhadaplebih dari 10 tahun data erosi dan aliran permukaan, parameter fisik danpengelolaan dikelompokkan menjadi lima variabel utama yang nilainya untuksetiap tempat dapat dinyatakan secara numeris. Kombinasi enam variabel inidikenal dengan sebutan USLE adalah sebagai berikut :Rumus :E=R.K.LS.C.Padimana :E= banyaknya tanah tererosi per satuan luas per satuan waktu, yangadinyatakan sesuai dengan satuan K dan periode R yang dipilih,dalam praktek dipakai satuan ton/ha/tahun.R= merupakan faktor erosivitas hujan dan aliran permukaan, yaitujumlah satuan indeks erosi hujan, yang merupakan perkalianantara energi hujan total (E) dengan intensitas hujan maksimum30 menit (I) untuk suatu tempat dibagi 100, biasanya diambil3 0energi hujan tahunan rata-rata sehingga diperoleh perkiraanIII - 22 DASAR TEORItanah tahunan dalam KJ/ha dengan menggunakan rumus bowlessebagai berikut :n=REI30=i1=)EIE(I10-2303 0K= faktor erodibilitas tanah, yaitu laju erosi per indeks erosi hujan(R) untuk suatu jenis tanah tetentu dalam kondisi dibajak danditanami terus menerus, yang diperoleh dari petak percobaanyang panjangnya 22,13 m dengan kemiringan seragam sebesar9% tanpa tanaman, satuan ton/KJ.-(P3)=-+-+K2.713x10(12O)M3.25(S2)2.5-41.14100LS= faktor panjang kemiringan lereng (length of slope factor), yaitunisbah antara besarnya erosi per indeks erosi dari suatu lahandengan panjang dan kemiringan lahan tertentu terhadap besarnyaerosi dari plot lahan dengan panjang 22,13 m dan kemiringan9% dibawah keadaan yang identik, tidak berdimensi.()L=++LS0,0650,045S0,00065S222,13C= faktor tanaman penutup lahan dan manajemen tanaman, yaitunisbah antara besarnya erosi lahan dengan penutup tanaman danmanajemen tanaman tertentu terhadap lahan yang identik tanpatanaman, tidak berdimensi.C=ACga bun gan1iA= prosentase (%) luasan dari grid1C= koefisien limpasan dari masing-masing tata guna lahan1P= faktor pengendalian erosi (tindakan konservasi praktis), yaituratio kehilangan tanah antara besarnya dari lahan dengantindakan konservasi praktis dengan besarnya erosi dari tanahyang diolah searah lereng dalam keadaan yang identik, tidakberdimensi.III - 23 DASAR TEORI3.5.1. Indeks Erosivitas Hujan (R)Sifat-sifat curah hujan yang mempengaruhi erosivitas adalah besarnyabutir-butir hujan, dan kecepatan tumbukannya. Jika dikalikan akan diperoleh :rumus :M = m v1E =m v22dimana :M= momentum (kg.m/s)m= massa butir hujan (kg)v= kecepatan butir hujan, yang diambil biasanya kecepatan padasaat terjadi tumbukan, atau dinamakan kecepatan terminal (m/s)E= energi kinetik (joule/m)2Momentum dan energi kinetik, keduanya dapat dihubungkan dengantumbukan butir-butir air hujan terhadap tanah, tetapi kebanyakan orang lebihmenyukai menggunakan energi kinetik untuk dihubungkan dengan erosivitas.Energi kinetik curah hujan dapat diperoleh pertama-tama denganmenganalisis grafik hubungan intensitas curah hujan dengan waktu (pluviograph).Grafik tersebut harus dipotong-potong menjadi blok-blok yang intensitashujannya hampir konstan selama selang waktu. Besarnya butir-butir air rata-ratadidapat dari grafik 3.5 yang diambil dari bukunya HUDSON,Soil Conservation(1971) yang menunjukkan distribusi statistik butir-butir air yang jatuh, ketikahujan dengan intensitas hujan yang berbeda-beda. kecepatan butir-butir tersebutdidapat dari gambar 3.6. energi kinetiknya diperoleh dari blok-blok hujan tertentuseperti tersebut diatas. Gambar 3.7. memperlihatkan hasil studi dalam mencarihubungan antara energi kinetik butir dengan percikan butir air hujan tersebut padasaat menumbuk permukaan tanah, dan kemudian mencari hubungan antara energikinetik butir air hujan dengan tanah yang dipisahkan atau diangkat daripermukaan tanah oleh butir-butir air hujan tersebut.III - 24

DASAR TEORIGambar 3.5.Grafik distribusi statistik butir air hujan dengan intensitas(Hudson, 1971 dalam Sumarto, 1999)Gambar 3.6.Grafik kecepatan vertikal butir hujan di udara terbuka(Hudson, 1971 dalam Sumarto, 1999)III - 25 DASAR TEORIGambar 3.7.Grafik hubungan energi kinetik butir dengan percikan butir air hujan(Hudson, 1971 dalam Sumarto, 1999)Untuk memperoleh energi kinetik total, angka energi kinetik per kejadianhujan dikalikan dengan ketebalan hujan (mm) yang jatuh selama periodepengamatan. Selanjutnya, hasil perkalian ini dijumlahkan. Untuk mendapatkanangka R, energi kinetik total tersebut diatas dikalikan dengan dua kali intensitashujan maksimum 30 menit (I), yaitu merubah satuan intensitas hujan30maksimum per 30 menit menjadi intensitas hujan maksimum per jam, kemudiandibagi dengan 100. Periode intensitas curah hujan dan intensitas hujan maksimum30 menit dapat diperoleh dari hasil pencatatan curah hujan di lapangan.Pada metode USLE, prakiraan besarnya erosi dalam kurun waktu pertahun (tahunan), dan dengan demikian, angka rata-rata faktorRdihitung dari datacurah hujan tahunan sebanyak mungkin dengan menggunakan persamaan :EIn=R100X=i1dimana :R= erosivitas hujan rata-rata tahunann= jumlah kejadian hujan dalam kurun waktu satu tahun (musimhujan)III - 26 DASAR TEORIX= jumlah tahun atau musim hujan yang digunakan sebagai dasarperhitunganBesarnyaEIproporsional dengan curah hujan total untuk kejadian hujandikalikan dengan intensitas hujan maksimum 30 menit.Dalam penelitian Utomo dan Mahmud, hubungan erosivitas (R) denganbesarnya curah hujan tahunan (P) sebagai berikut:R= 237,4 + 2,61PSementara, Bols (1978) dengan menggunakan data curah hujan bulanan di47 stasiun penakar hujan di pulau Jawa yang dikumpulkan selama 38 tahunmenentukan bahwa besarnya erosivitas hujan tahunan rata-rata adalah sebagaiberikut :=rumus :EI6,12(RAIN)(DAYS)(MAXP)-1,210,4 70,533 0dimana :EI= erosivitas hujan rata-rata tahunan3 0RAIN = curah hujan rata-rata tahunan (cm)DAYS = jumlah hari hujan rata-rata per tahun (hari)MAXP = curah hujan maksimum rata-rata dalam 24 jam per bulan untukkurun waktu satu tahun (cm)Cara menentukan besarnya indeks erosivitas hujan yang lain adalah sepetidikemukakan oleh Lenvain (DHV, 1989). Rumus matematis yang digunakan olehLenvain untuk menentukan faktorRtersebut didasarkan pada kajian erosivitashujan dengan menggunakan data curah hujan beberapa tempat di Jawa.rumus :R=2,21P1,3 6dimana :R= indeks erosivitasP= curah hujan bulanan (cm)Cara menentukan besarnya indeks erosivitas hujan yang terakhir ini lebihsederhana karena hanya memanfaatkan data curah hujan bulanan.III - 27 DASAR TEORITabel 3.2.Energi kinetik hujan dalam metrik ton-meter per hektar per cm hujanIntensitas 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9(cm/jam)0 0 121 148 163 175 184 191 197 202 2061 210 214 217 220 223 226 228 231 233 2352 237 239 241 242 244 246 247 249 250 2513 253 254 255 256 258 259 260 261 262 2634 264 265 266 267 268 268 269 270 271 2725 273 273 274 275 275 276 277 278 278 2796 280 280 281 281 282 283 283 284 284 2857 286 286 287 287 288 288 289Sumber (Asdak, 2002)Angka-angka energi kinetik seperti dalam tabel diatas tersebut dihitungdari persamaanKE= 210 + logi. Untuk intensitas hujan lebih besar dari 7,6cm/jam nilai energi kinetis tetap 289 metrik ton-meter per ha per cm hujan.3.5.2. Faktor ErodibilitasFaktor erodibilitas tanah (K) menunjukkan resistensi partikel tanahterhadap pengelupasan dan transportasi partikel-partikel tanah tersebut olehadanya energi kinetik air hujan. Meskipun besarnya resistensi tersebut di atas akantergantung pada topografi, kemiringan lereng, dan besarnya gangguan olehmanusia. Besarnya erodibilitas atau resistensi tanah juga ditentukan olehkarakteristik tanah seperti tekstur tanah, stabilitas agregat tanah, kapasitasinfiltrasi, dan kandungan organik dan kimia tanah. Karakteristik tanah tersebutbersifat dinamis, selalu berubah, oleh karenanya karakteristik tanah dapat berubahseiring dengan perubahan waktu dan tata guna lahan atau sistem pertanaman,dengan demikian angka erodibilitas tanah juga akan berubah. Perubahanerodibilitas tanah yang signifikan berlangsung ketika terjadi hujan karena padawaktu tersebut partikel-partikel tanah mengalami perubahan orientasi dankarakteristik bahan kimia dan fisika tanah.Tanah yang mempunyai erodibilitas tinggi akan tererosi lebih cepatdibandingkan dengan tanah yang mempunyai erodibilitas rendah, denganintensitas hujan yang sama. Juga tanah yang mudah dipisahkan (dispersive) akantererosi lebih cepat daripada tanah yang terikat (flocculated). Jadi, sifat-sifat fisik,kimia, dan biologi tanah juga mempengaruhi besarnyaerodibility. PengaruhIII - 28 DASAR TEORIusaha-usaha pengelolaan tanah sukar diukur, meskipun lebih penting dari sifat-sifat tanah seperti tersebut diatas. Misalnya usaha-usaha pengelolaan tanah denganpembakaran jerami, dibandingkan dengan jerami tersebut ikut dibajak dantertimbun dibawah tanah; terasering sawah-sawah dibandingkan denganpembajakan tegalan yang sejajar dengan kemiringan medannya; tanaman yangkurang dipupuk dibandingkan dengan tanaman yang cukup mendapat makanan;dan tanaman yang penanamannya dengan menyebar bijinya, dibandingkan dengantanaman yang ditanam dengan cara berbaris. Sebagai tambahan terhadap sifat-sifat tanah dan usaha-usaha pengelolaan tersebut diatas, erodibilitas jugadipengaruhi oleh kemiringan permukaan tanah dan kecepatan penggerusan (scourvelocity).Contoh suatu kasus perhitungan energi kinetik totalTabel 3.3.Perhitungan Energi Kinetik TotalIntensitas Besarnya Energi Total(mm/jam) (mm) (joule/mm) (joule/m)1 2 3 4-25 37,5 21 78826 - 50 25 25 62550 - 75 18,5 27 500> 76 6,5 28 182Jumlah 2095Sumber : Soemarto (1999)Sebagai kelanjutan terhadap erosivitasnya, Wishchmeier bersamakelompoknya telah mengembangkan dasar-dasar untuk mencantumkan aspekerodibilitas yang digunakan untuk perencanaan tataguna tanah yang aman,meskipun beberapa parameternya tidak dapat diberlakukan secarauniversalbegitusaja (misalnya dalam penentuan I, yaitu intensitas hujan maksimum selama30periode 30 menit dalam daerah beriklim dingin dan tropik sangat berbeda). Olehkarena itu lebih tepat kalau rumus tersebut dinamakan rumus peramalankehilangan tanah (a predictive soil lost equation) dimana persamaan matematisyang menghubungkan karakteristik tanah dengan tingkat erodibilitas tanah sepertidibawah ini :III - 29 DASAR TEORI(P-3)=-+-+rumus :K2.713x10(12O)M3.25(S2)2.5-41.1 4100dimana :K= erodibilitas tanahOM= persen unsur organikS= kode klasifikasi struktur tanah (granular,platy,massive, dll)P= permeabilitas tanahM= prosentase ukuran partikel (% debu + pasir sangat halus) (100-% liat)Tabel 3.4.NilaiMuntuk beberapa kelas tekstur tanahKelas tekstur tanah NilaiMKelas tekstur tanah NilaiMLempung berat 210 Pasir 3035Lempung sedang 750 Pasir geluhan 1245Lempung pasiran 1213 Geluh berlempung 3770Lempung ringan 1685 Geluh pasiran 4005Geluh lempug 2160 Geluh 4390Pasir lempung debuan 2830 Geluh debuan 6330Geluh lempungan 2830 Debu 8245Campuran merata 4000Sumber : RLKT DAS Citarum 1987 (dalam Asdak, 2002)3.5.3. Faktor panjang kemiringan lereng (LS)Pada prakteknya, variabelSdanLdapat disatukan, karena erosi akanbertambah besar dengan bertambah besarnya kemiringan permukaan medan (lebihbanyak percikan air yang membawa butir-butir tanah, limpasan bertambah besardengan kecepatan yang lebih tinggi), dan dengan bertambah panjangnyakemiringan (lebih banyak limpasan menyebabkan lebih besarnya kedalamanaliran permukaan oleh karena itu kecepatannya menjadi lebih tinggi). Gambar 3.8.berikut menunjukkan diagram untuk memperoleh nilai kombinasiL S, dengannilaiLS =1 jikaL =22,13 m dan S = 9%III - 30 DASAR TEORIGambar 3.8.Diagram untuk memperoleh nilai kombinasiLSFaktor panjang lereng (L) didefinisikan secara matematik sebagai berikut(Schwab et al.,1981) :rumus :L= (l/22,1)mdimana :l= panjang kemiringan lereng (m)m = angka eksponen yang dipengaruhi oleh interaksi antara panjanglereng dan kemiringan lereng dan dapat juga oleh karakteristiktanah, tipe vegetasi. Angka ekssponen tersebut bervariasi dari0,3 untuk lereng yang panjang dengan kemiringan lereng kurangdari 0,5 % sampai 0,6 untuk lereng lebih pendek dengankemiringan lereng lebih dari 10 %. Angka eksponen rata-ratayang umumnya dipakai adalah 0,5Faktor kemiringan lereng S didefinisikan secara matematis sebagai berikut(Schwab et al.,1981):=++rumus : 61S(0,430,30s0,04s)/6,2dimana :s = kemiringan lereng aktual (%)III - 31 DASAR TEORISeringkali dalam prakiraan erosi menggunakan persamaanUSLEkomponen panjang dan kemiringan lereng (LdanS) diintegrasikan menjadi faktorLSdan dihitung dengan rumus :=++LSL(0,00138S0,00965S0,0138)1/22dimana :L= panjang lereng (m)S= kemiringan lereng (%)Rumus diatas diperoleh dari percobaan dengan menggunakan plot erosipada lereng 3 - 18 %, sehingga kurang memadai untuk topografi dengankemiringan lereng yang terjal. Harper (1988) menunjukkan bahwa pada lahandengan kemiringan lereng lebih besar dari 20 %, pemakaian persamaanLS=L(0,00138S+0,00965S+0,0138)akan diperoleh hasil yangover1/22estimate. Untuk lahan berlereng terjal disarankan untuk menggunakan rumusberikut ini (Foster and Wischmeier, 1973).=aa+arumus :LS(l/22)C(cos)[0,5(sin)(sin)]m1,5 01,252,2 5dimana :m= 0,5 untuk lereng 5 % atau lebih= 0,4 untuk lereng 3,5 4,9 %= 0,3 untuk lereng 3,5 %C= 34,71a= sudut lerengl= panjang lereng (m)3.5.4. Faktor pengelolaan tanaman (C)Penentuan yang paling sulit adalah faktorC, karena banyaknya ragam carabercocok tanam untuk suatu jenis tanaman tertentu dalam lokasi tertentu.Berhubung berbagai lokasi tersebut mempunyai iklim yang berbeda-beda, denganberbagai ragam cara bercocok tanam, maka menentukan faktor C guna diterapkanpada suatu lahan tertentu, diperlukan banyak data.Hayes dan Kimbelin telah mengusulkan prosedur tertentu untukmemperoleh faktorC, yang didasarkan atas pola tanamcorn-wheat-hay-hay-hayIII - 32 DASAR TEORI(CCWHHH). Untuk mendapatkan nilaiCbagi suatu jenis tanaman, diambil limabuah periode sebagai berikut :PeriodeF: pembajakan kasarPeriode 1 : penyebaran bibitPeriode 2 : pemantapan (establishment)Periode 3 : pertumbuhan dan pematangan tanamanPeriode 4 : sisa tanaman atau jeramiKemudian nilaiCtersebut dibandingkan dengan sejumlah sisa tanaman padakondisi standar.FaktorCmenunjukkan keseluruhan pengaruh dari vegetasi, seresah,kondisi permukaan tanah yang hilang (erosi). Oleh karenanya, besarnya angka Ctidak selalu sama dalam kurun waktu satu tahun. Meskipun kedudukan C dalampersamaan USLE ditentukan sebagai faktor independen, nilai sebenarnya darifaktor C ini kemungkinan besar tergantung pada faktor-faktor lain yang termasukdalam persamaan USLE. Dengan demikian dalam memperkirakan besarnya erosidengan menggunakan rumus USLE, besarnya faktor C perlu ditentukan melaluipenelitian sendiri.Faktor C yang merupakan salah satu parameter dalam rumus USLE saatini telah dimodifikasi untuk dapat dimanfaatkan dalam menentukan besarnya erosidi daerah berhutan atau lahan dengan dominasi vegetasi berkayu. Tabel berikutmenunjukkan beberapa angka C yang diperoleh dari hasil penelitian PusatPenelitian Tanah, Bogor di beberapa daerah di Jawa. Apabila dikehendaki nilai Cyang lebih akurat, maka perlu ditentukan sesuai dengan tingkat pengelolaantanaman dan keadaan setempatIII - 33 DASAR TEORITabel 3.5. Nilai C untuk berbagai jenis tanamanJenis Tanaman/tata guna lahan Nilai CTanaman rumput (Bracharia sp.) 0,290Tanaman kacang jogo 0,161Tanaman gandum 0,242Tanaman ubi kayu 0,363Tanaman kedelai 0,399Tanaman serai wangi 0,434Tanaman padi lahan kering 0,560Tanaman padi lahan basah 0,010Tanaman jagung 0,637Tanaman jahe, cabe 0,900Tanaman kentang ditanam searah lereng 1,000Tanaman kentang ditanam searah kontur 0,350Pola tanam tumpang gilir + mulsa jerami (6 ton/ha/th) 0,079Pola tanam berurutan + mulsa sisa tanam 0,347Pola tanam berurutan 0,398Pola tanam tumpang gilir + mulsa sisa tanaman 0,357Kebun campuran 0,200Ladang berpindah 0,400Tanah kosong diolah 1,000Tanah kosong tidak diolah 0,950Hutan tidak terganggu 0,001Semak tidak terganggu 0,010Alang-alang permanen 0,020Alang-alang dibakar 0,700Sengon disertai semak 0,012Sengon tidak disertai semak dan tanpa seresah 1,000Pohon tanpa semak 0,320Sumber : Abdurachman dkk.,1984 (dalam Asdak, 2002)3.5.5. Faktor pengendali erosi (P)Mengenai faktor pengendalian erosi (P) yang merupakan rasio kehilangantanah dari suatu medan dimana tanamannya searah dengan kemiringan yangpaling terjal nilainya dapat dilihat dari tabel yang disajikan berikut :III - 34 DASAR TEORITabel 3.6.Faktor Pengendali ErosiUraian Kondisi PContouringLereng < 12%0,50 0,60Lereng 12% - 18%0,80Lereng 18% - 24%0,90Lereng 24%1,00Strip cropping danLereng < 12%0,25 0,30terracingLereng 12% - 18%0,30 0,40Lereng 18% - 24%0,40 0,45Sumber : Soemarto (1999)Teknik Konservasi Tanah Nilai PTeras bangkua. baik0,20b. jelek0,35Teras bangku: jagung-ubi kayu/kedelai 0,06Teras bangku sorghum-sorghum 0,02Teras tradisional 0,40Teras gulud: padi-jagung 0,01Teras gulud: ketela pohon 0,06Teras gulud: jagung-kacang + mulsa sisa tanaman 0,01Teras gulud: kacang kedelai 0,11Tanaman dalam kontura. kemiringan 0-8% 0,50b. kemiringan 9 - 20 % 0,75c. kemiringan > 20 % 0,90Tanaman dalam jalur-jalur : jagung - kacang tanah + mulsa 0,05Mulsa limbah jerami :a. 6 ton/ha/tahun 0,30b. 3 ton/ha/tahun 0,50c. 1 ton/ha/tahun 0,80Tanaman perkebunan :a. disertai penutup tanah rapat 0,10b. disertai penutup tanah sedang 0,50Padang rumputa. baik0,04b. jelek0,40Sumber : Asdak (2002)III - 35 DASAR TEORIPenilaian faktorPdi lapangan lebih muda bila digabungkan dengan faktorC, karena dalam kenyataannya kedua faktor tersebut berkaitan erat. Beberapa nilaifaktorCPtelah dapat ditentukan berdasarkan penelitian di Jawa seperti tersebutpada tabel 3.7.Tabel 3.7.Perkiraan nilai faktorCPberbagai jenis penggunaan lahanKonservasi dan Pengelolaan Tanaman CPHutan :a. tak terganggu 0,01b. tanpa tumbuhan bawah, disertai seresah 0,05c. tanpa tumbuhan bawah, tanpa seresah 0,50Semak :a. tak terganggu 0,01b. sebagian berumput 0,10Kebun :a. kebun-talun 0,02b. kebun-perkarangan 0,20Perkebunan :a. penutupan tanah sempurna 0,01b. penutupan tanah sebagian 0,07Perumputana. penutupan tanah sempurna 0,01b. penutupan tanah sebagian; ditumbuhi alang-alang 0,02c. alang-alang: pembakaran sekali setahun 0,06d. serai wangi 0,65Tanaman Pertanian :a. umbi-umbian 0,51b. biji-bijian0,51c. kacang-kacangan 0,36d. campuran 0,43e. padi irigasi 0,02Perladangan :a. 1 tahun tanam - 1 tahun bero 0,28b. 1 tahun tanam - 2 tahun bero 0,19Pertanian dengan konservasi :a. mulsa0,14b. teras bangku 0,04c.contour cropping0,14Sumber : Asdak (2002)III - 36 DASAR TEORIDengan variabel sebanyak yang tersebut diatas, maka tidaklah mudahmemecahkannya dengan cara kuantitatif, kecuali jika terdapat banyak data.Rumus tersebut mempunyai dua buah kegunaan yaitu :1)Meramalkan kehilangan tanah.Jika medannya diketahui, cara pengelolaannya diketahui, maka kehilangantanahnya dapat diramalkan dari pola hujan tertentu yang tercurah selama waktutertentu (biasanya diambil curah hujan tahunan). Kehilangan tersebut merupakannilai yang diperkirakan (expected value), bukannya kehilangan yang bakal terjadi,dan tidak merupakan nilai kehilangan yang bakal terjadi, misalnya tahunberikutnya, karena intensitas curah hujannya tidak dapat ditentukan sebelumterjadi.2)Memilih cara bertaniDalam penggunaan rumus tersebut, nilai A dipilih sebesar nilai yangdipandang dapat diterima, karena menghentikan erosi sama sekali tidaklahmungkin. Beberapa faktor sepertiR,K, danSuntuk medan tertentu tidak dapatsegera diubah. Untuk faktor-faktor lainnya mungkin dapat dilakukan denganmemilih cara bertani, sedemikian rupa sehingga misalnya kalauCdiberi nilaiyang tinggi, makaPharus diperkecil.Perlu dicatat bahwa rumus USLE hanya berlaku bagi lahan yangdiusahakan untuk lahan pertanian, jadi tidak termasuk erosi yang terjadi dalamjalan-jalan air (watercourses).3.5.6. Keterbatasan USLEPersamaan USLE memberikan prosedur untuk mendapatkan nilai faktor-faktor yang terkait, dengan menggunakan pendekatan praktis, sehinggadimungkinkan terjadinya kesalahan dalam pemilihan harga yang tepat. Terutama,kehati-hatian yang harus diperhatikan dalam pemilihan harga yang terkait denganpola tanam dam pengolahan lahan. Biasanya nilai R dan K untuk suatu daerahaliran sungai (DAS) tetap atau tidak banyak variasi, namun C dan LS sangatbervariasi tergantung pada pola tanam, pengolahan lahan, dan tindakan konservasipraktis.III - 37 DASAR TEORIDisamping itu pula, ada beberapa keterbatasan USLE yang dikemukakanbeberapa peneliti, sebgai berikut :a)USLE adalah empiris.Secara matematis, USLE tidak menggambarkanproses erosi tanah secara aktual. Hal ini selalu dimungkinkan adanyakesalahan dalam perhitungan, khususnya dalam pengambilan koefisien(faktor) empiris. Dalam perhitungan nilai R, beberapa peneliti telahmemperkenalkan beberapa formula, eksponen, dan metode yang berbeda.Dimana kesemuanya tidak berlaku secara umum, dan sulit untukditerapkan secara tepat pada lokasi tertentu dengan data yang tersedia.b)USLE memprediksi kehilangan tanah rata-rata.Pada dasarnya USLEmemperkirakan kehilangan tanah tahunan rata-rata, sehinggapenggunaannya terbatas pada perkiraan kehilangan tanah tahunan rata-ratapada kawasan tertentu. Persamaan tersebut memberikan hasil yang lebihkecil dari yang terukur, terutama untuk kejadian banjir dengan intensitasyang tinggi. Dianjurkan, tampungan sedimen yang direncanakanberdasarkan yil sedimen supaya diperiksa setelah terjadi hujan lebat, untukmeyakinkan bahwa volume yang disediakan berada laju sedimentasi yangterjadi.c)USLE tidak menghitung erosi selokan (gully erosion).USLE digunakanuntuk memprediksi erosi lembaran(sheet erosion)dan erosi parit(rillerosion)tetapi tidak untuk erosi selokan(gully erosion). Erosi selokanakibat terkonsentrasinya aliran tidak diperhitungkan dalam persamaan dandapat menyebabkan erosi yang lebih besar.d)USLE tidak memperhitungkan pengendapan sedimen.Persamaanhanya memperkirakan kehilangan tanah, tetapi tidak memprediksipengendapan sedimen. Pengendapan di dasar saluran lebih kecil dari totalkehilangan tanah yang berasal dari seluruh DAS. Begitu limpasanpermukaan dari lahan belerang mencapai ujung hilir lereng atau masuksaluran (lahan yang lebih datar), sebagian besar partikel sedimendiendapkan. Total tanah tererosi yang dibawa limpasan permukaanberkurang dengan meningkatnya panjang lintasan.III - 38 DASAR TEORI3.6. Integrasi USLE dengan Sistem Informasi Geografi (SIG)USLE dikembangkan untuk memperkirakan kehilangan tanah pada lahandengan ukuran kecil, sehingga dalam aplikasinya untuk memperkirakan yilsedimen (bukan kehilangan tanah) DAS, semua faktor (kecuali R) harus dihitungdengan pembobotan. Selanjutnya, jika tata guna lahan atau konservasi praktis diDAS bervariasi terhadap ruang, erosi harus dihitung secara individual untukmasing masing luasan, dan juga diperlukan modifikasi harga faktor-faktor USLE.Cara yang paling tepat untuk mengakomodasikan karakteristik masing-masing luasan secara spasial adalah dengan aplikasi Sistem Informasi Geografi(SIG).Penggunaan Sistem Informasi Geografis sebagai suatu systempengumpulan data yang terorganisir dewasa ini mulai berkembang pesat. Dan initelah terbukti di beberapa instansi baik pemerintah ataupun swasta yangmenggunakan Sistem Informasi Geografis sebagai suatu sistem pengumpulan danpenggabungan data terpaduTerdapat beberapa hal yang menarik mengapa konsep SIG tersebutdigunakan, bahkan di berbagai disiplin ilmu. Diantaranya ;Hampir semua operasi (termasuk analisisnya) yang dimiliki oleh perangkatSIG interaktif yang didukung dengan kemudahan untuk akses menu (userfriendly).Kemampuannya untuk menguraikan entitas yang ada di permukaan bumi padaformat layer data spasial. Dengan demikian permukaan tersebut dapatdirekonstruksi kembali atau dimodelkan dalam bentuk nyata denganmenggunakan data ketinggian dan layer tematik yang diperlukan.Aplikasi aplikasi SIG menyediakan fasilitas untuk di-customize denganbantuanscript-scriptbahasa program yang dimiliki software SIG atau bahkanmampu untuk berintegrasi dengan perangkat aplikasi lain yang disusundengan bahasa pemrograman yang lebih canggih (visual basic, Delphi, C++).Software SIG menyediakan fasilitas untuk berkomunikasi dengan aplikasi aplikasi lain hingga dapat bertukar data secara dinamis baik melalui fasilitasOLE (Object Linking and Embedding) ma upun ODBC (Open DatabaseConnectivity) untuk mengaksesdata remote. Selain itu SIG sudah banyakIII - 39 DASAR TEORIdiimplementasikan dalam bentuk komponen-komponen perangkat lunak yangdapat digunakan kembali oleh user yang menginginkan tampilan peta digital(terutama formatvektor) pada aplikasinya dengan kema mpuan dan kualitasstandard.Pada saat ini bagi user yang berada pada lokasi yang jauh dari sumber datadapat mengakses data SIG tersebut dengan mengimplementasikanmap-serveratau GIS-server yang siap melayani permintaan (queries) paraclientmelaluiintranet ataupun internet (web based). Sehingga beban kerja dapat dipisahkanantaraclientdanserver.Selain itu, aplikasi aplikasi SIG dapat dibuat diserver maupun di client. Server akan mengatur dan memberikan layananterhadap semua query yang masuk dariuser(clients). Dengan demikianproduk aplikasi SIG juga dapat dipublikasikan secara bebas di jaringaninternet hingga dapat diakses menggunakan aplikasi browser internet.Dengan demikian untuk mengelola data yang kompleks ini, diperlukansuatu sistem informasi yang secara terintegrasi mampu mengolah baik data spasialdan data atribut untuk selanjutnya mampu menjawab pertanyaan spasial danatribut secara simultan. Dengan demikian, diharapkan keberadaan suatu sisteminformasi yang efisien dan mampu mengelola data dengan struktur yang kompleksdan jumlah yang besar ini dapat membantu dalam proses pengambilan keputusan.Salah satu sistem yang menawarkan solusi untuk masalah ini adalah SistemInfromasi Geografis (Geographics Information System GIS). GIS/ SIG menjadisatu teknologi baru yang pada saat ini menjadi alat bantu yang sangat esensialdalam menyimpan, memanipulasi, menganalisis dan review kondisi-kondisi alamdengan bantuan data atribut dan spasial. SIG tersebut didukung oleh berbagaidisiplin ilmu yang terkait. Sebagai ilustrasi mengenai hubungan SIG denganbidang-bidang pendukungnya adalah sebagai berikut :III - 40 DASAR TEORISurvaiPerencana Urban dan RuralGeografiIlmu bumiTeknik SipilSIGCADKartografiLansekap dan ArsitekturPenginderaan Jauh Matematika GeometriGambar 3.9.Hubungan SIG dengan bidang-bidang pendukung3.6.1. Konsep Sistem Informasi GeografiAkhir-akhir ini istilah sistem menjadi sangat popular. Sistem digunakanuntuk mendeskripsikan banyak hal, khususnya untuk aktivitas-aktivitas yangdiperlukan untuk pemrosesan data. Pengembangan komputer dan teknologipendukungnya sangat meningkatkan kepopuleran penggunaan sistem untukmemenuhi kebutuhan informasi sustu organisasi modern.Sistem Informasi Geografi (Geographic Information System) digunakanuntuk mendiskripsikan banyak hal, khususnya untuk aktivitas-aktivitas yangdiperlukan dalam pemrosesan data. Pengembangan komputer dan teknologipendukungnya sangat meningkatkan kepopuleran penggunaan sistem untukmemenuhi kebutuhan informasi suatu organisasi modernDefinisi SIG selalu berkembang, bertambah dan bervariasi. SIG jugamerupakan bidang kajian ilmu dan teknologi yang relatif baru, digunakan diberbagai bidang ilmu dan berkembang cepat. Berikut ini salah satu definisi SIGyang popular yang dipublikasikan oleh ESRI (Environmental System ResearchInstitute), Inc.-90 :SIG adalah kumpulan yang terorganisir dari perangkat keras komputer,perangkat lunak, data geografi yang dirancang secara efisien untuk memperoleh,III - 41 DASAR TEORImenyimpan, mengupdate, memanipulasi,menganalisis dan menampilkan semuabentuk informasi yang berreferensi geografi.Berikut beberapa terminology SIG [Demers97]Geographic Information System dari Amerika SerikatGeographical Information System dari EropaGeomatique dari KanadaGeorelational Information System terminology berbasiskan teknologiNatural Resources Information System terminology berbasiskan disiplin ilmuLingkunganGeoscience/ Geological Information system terbasiskan disiplin teknik geologiSpatial Data Analysis System terminology berdasarkan sistemnya.Secara fungsional definisi suatu Sistem Informasi Geografi mengandungbeberapa hal berikut :1. Mengandung beberapa jenis data baik alfa numeris, grafis berupa foto dangambar atau informa si spatial lain dalam jumlah lain yang sangat besar.2. Merupakan suatu kesatuan dari data yang dibentuk oleh sejumlah modulprogram yang saling berinteraksi.3. Mempunyai beberapa sub-sistem yang dapat digunakan bersama untukfungsi pengumpulan dan penyimpanan data pengambilan penampilan dananalisis informasiSalah satu definisi yang dapat mewakili pengertian tentang SistemInformasi Geografis (SIG) dikemukakan oleh P.A Burrough, 1986. MenurutnyaSistem Informasi Geografis (SIG) adalah seperangkat alat untuk mengkoleksi,menyimpan, memanggil kembali, transformasi dan penampilan data keruangan(spatial) di permukaan bumi untuk tujuan tertentu. Dari definisi di atas, makaSistem Informasi Geografis (SIG) pada hakekatnya dapat berfungsi sebagaiberikut :1. Bank Data TerpaduMemadukan data kartografis dengan data atribut dalam sistem manajemenbasis data relasional (relational data base management system), hinggamemungkinkan menolah bagai suatu kesatuan.III - 42 DASAR TEORI2. Siste m Modeling dan AnalisaDapat dipergunakan sebagai sarana evolusi potensi wilayah danperencanaan spasial (tata ruang, tata lingkungan).3. Sistem Pemetaan OtomatisAutomatted mappingyang dapat menyajikan peta sesuai dengankebutuhan, baik dalam arti tujuan maupun ketentuan kartografi.4. Sistem Pengelolaan Ber-georeferensiUntuk pengelolaan operasional dan administrasi yang merujuk pada lokasigeografis (Pranoto Asmoro, 1989).Fungsi-fungsi di atas sebagian besar dapat berjalan Sistem InformasiGeografis memiliki kemampuan dalam mendepskripsikan data geografis. Padadasarnya Sistem Informasi Geografis (SIG) dapat menerima tiga komponen data,yaitu :1. Data spasial/data geografis yang berhubungan dengan posisi koordinattertentu.2. Data non spasial (atribut) yang tidak berkaitan dengan posisi berupa tema-tema tertentu, seperti warna, tekstur, jenis lahan, dan sebagainya.3. Hubungan antara data spasial atribut dan data waktu yang berkaitan.3.6.2. Sub Sistem SIGSistem Informasi Geografis (SIG) dapat diuraikan menjadi beberapa subsistem :Data Input[moduldata capture Gistut94]. Bertugas untuk mengumpulkandan mempersiapkan data spasial dan atribut dari berbagai sumber. Selainbertanggung jawab dalam mengkonversi atau mentransformasikan format dataasli ke dalam format yang dapat digunakan oleh SIG.Data Output[moduldisplaydanreporting Gistut94]. Menampilkan outputseluruh atau sebagian basis data dalam bentuksoftcopyatauhardcopy(tabel,grafik, dan peta).Data Management[subsistemstoragedanretrieval Demers97].Mengorganisasikan data spasial dan atribut ke dalam basis data sedemikianmudah untuk dipanggil, di-updatedan di-edit.III - 43 DASAR TEORIData Manipulation & Analysis. Menentukan informasi yang dapat dihasilkanoleh SIG. Selain itu juga memodelkan data untuk menghasilkan informasiyang diharapkan.Gambar 3.10.Sub system SIG3.6.3. Digitasi PetaSalah satu sumber data yang sangat vital diperlukan adalah data masukandari suatu peta, sehingga komponen konversi data dari peta menjadi data digitalmerupakan komponen utama dalam sistem data base di SIG. Proses demikiandisebut sebagai Digitasi Peta.Digitasi adalah konversi data analog ke data digital atau pemindahanelemen-elemen peta (titik, garis, luasan) ke dalam koordinat atau seri koordinatyang dihubungkan dengan suatu kode yang menunjukkkan arti dari elementersebut. Semua data dimasukkan pada median pita kertas (papertape) atau pitamagnetik (magnetic tape). (Aryono P., 1989). Pada saat digitasi perlu adanya kodepada tiap-tiap feature yang akan didigitasi. Pemberian kode ini dimaksudkansupaya gambar peta dalam bentuk digital dapat diubah untuk keperluan pemetaandigital melalui kegiatan editing (Benny J Hendry S, dkk, 1987).Papan digitizer berupa meja grid yang merupakan serangkaian konduktor-konduktor listrik untuk menyatakan setiap posisi titik ke dalam koordinat X danY. Karena grid tersebut merupakan konduktor-konduktor listrik, maka kursoryang digunakan berupa kumparan yang berpusat pada benang silangnya. ApabilaIII - 44 DASAR TEORImerekam suatu kooordinat suatu titik akan menimbulkan arus yangmengakibatkan terjadinya suatu medan magnetis dan menimbulkan teganganinduksi pada rangkaian konduktr listrik dalam grid. Encoder dalam digitizer akanmengubah pulsa-pulsa listrik menjadi koordinat X dan Y (Aryono P, 1989).3.6.4. Transformasi KoordinatTransformasi yang dimaksudkan adalah mengkonversi koordinat digitizermenjadi sistem koordinat peta digital. Penuruna persamaan transformasinyaadalah sebagai berikut :X= r Cos d X= r Cos (d+)ppY= r Cos d Y= r Sin ( d+)ppX= r (Cos d Cos - Sin d Sin )pY= r (Cos d Cos + Sin d Sin )pX= (XCos ) - (YSin )pppY= (YCos ) + (XSin )pppPengaruh perubahan skala arah x (s) dan y (s) :X= s (XCos - YSin )pppY= s(YCos + XSin )pppPengaruh translasi (e,f) :X= s (XCos - YSin ) + epppY= s(YCos + XSin ) + epppJika a = Cos ; b = - Sin ; c= s Cos ; dan d = s Sin , maka persamaantersebut menjadi :X= a X- b Y+ epppY= c X- d Y+ fpppDengan menggunakan koordinat dititik kontrol, maka dapat ditulis dalam bentukmatriks sebagai berikut :AX = F + PIII - 45 DASAR TEORIUntuk menentukan harga X digunakan metode hitung kuadrat terkecil (LeastSquare) sebagai berikut :X( AA)AFT-1TV = AX FKeterangan :A : Matriks derivatif parsial terhadap parameterX : Parameter pengukuranF : Harga pengamatanV : Harga residu / error pengamatanPada trannsformasi ini ada enam parameter, yaitu a, b, c, d, e, f, maka untukmencari harga keenam parameter diperlukan minimal tiga titik yang diketahuikoordinatnya. Tingkat ketelitian hasil dari proses transformasi dapat diukur darinilai RMS (Root Mean Square).3.6.5. Konsep OverlayPada proses overlay akan melibatkan beberapa proses pada tipe dataspasial, baik tipe data yang berbentuk vektor maupun data yang berbentuk database. (Laurini, R & Thompson, D., 1993). Suatu feature peta baru dapat dibuatdengan meng-overolay-kan feature minimal dua lapisan peta. Dalam prosesoverlay terdapat tiga cara, yaitu union, intersect, dan identity. Secara prinsip tigacara tersebut mempunyai perbedaan, yaitu :1. Union, menggabungkan semua feature dari kedua lapisan peta.2. Intersect, manggabungkan feature dari kedua lapisan peta yang ber-overlap.3. Identity, menggabungkan feature dari kedua lapisan peta yang dibatasioleh peta input. Semua feature di luar lapisan peta input dihilangkan.3.6.6. Cara Kerja SIGSIG merepresentasikan real world pada monitor sebagaimana lembaranpeta disertai map features-nya (sungai,hutan,kebun,jalan,tanah persil,dll). Skalapeta menentukan ukuran dan bentuk representasi unsur-unsurnya. Makinmeningkat skala peta, makin besar ukuran unsur-unsurnya.III - 46 DASAR TEORISIG menyimpan semua informasi deskriptif unsur-unsurnya sebagaiatribut di dalam basis data.KemudianSIG membentuk dan menyimpannya dalamtabel relasional Kemudian SIG menghubungkan unsur-unsur tersebut dengan tabelbersangkutan. Sehingga atribut-atribut ini dapat diakses melalui lokasi unsur-unsur peta , dan sebaliknya unsur-unsur peta dapat diakses dari atributnya.SIG menghubungkan sekumpulan unsur-unsur peta dengan atributnya didalam satuan-satuanlayer. Sungai-sungai, bangunan-bangunan, jalan, batasadministrasi merupakan contoh layer. Perhatikan ilustrasi berikut ; Dengandemikian perancangan basis data merupakan hal yang esensial di dalam SIG.Rancangan basisdata akan menentukan efektifitas dan efisiensi proses masukan,pengelolaan dan keluaran SIG.Basisdata spasialBasisdata atributLID No Jl NamarelasiTABELLAYERSdisimpandisimpanBasisdata SIGGambar 3.11.Cara kerja Sistem Informasi Geografi3.6.7. Unsur-Unsur Utama dalam SIGUnsur-Unsur Utama dalam SIG terdiri atas :1. AutoCADPeran AutoCAD dalam Sistem Informasi Geografis (SIG) lebih ditekankandalam aspek 2 (dua) dimensinya. Aspek dua dimensi yang dimaksud disiniIII - 47 DASAR TEORIadalah dalam hal pembuatan dan pendigitasian peta serta pengaturan daristruktur peta yang dinyatakan dalam layer. Hal-hal yang perlu diketahuidalam lingkungan pengoperasian perangkat lunak AutoCAD untukpendigitasian peta adalah :a. Elemen dalam AutoCADElemen dalam AutoCAD dibagi menjadi dua macam, yaitu elemengrafis dan elemen non grafis. Elemen grafis merupakanserangkaian perintah-perintah untuk membuat suatu gambar ataubentuk grafis dalam gambaran suatu obyek gambar, seperti line(l),polyline(pl), doublelin multiline (di/ml), retangle (rectange), circle(c), dll. Sedangkan elemen non grafis merupakan serangkaianperintah yang berfungsi untuk pengeditan pada gambar atau objekdalam AutoCAD, seperti pemberian angka/huruf (dtext),pemotongan garis (trim), penembahan garis (extend), penghapusan(erase), penggandaan (array),dll.b. Memulai program AutoCADUntuk memulai program AutoCAD terlebih dahulu harusmemasuki lingkungan windows karena pengopersian program inidibawah sistem operasi windows.Langkah-langkah yang perlu diperhatikan adalah :- Pembuatan layer (lapisan gambar), dimaksudkan untukmempermudah proses penggambaran dan editing gambar.- Pengturan jenis garis, warna garis, dan pengaktifan garis yangditampilkanc. Menyeting Lingkungan DigitasiMaksud dari penyetingan lingkungan digitasi disisni adalahpengaturan fungsi gambar dari masing-masing jenis garis yang adadi dalam gambar peta. Perintah-perintah penyetingan yangdilakukan pada mana layer dan ditujukan untuk membedakan suatugaris dengan garis lainnya.III - 48 DASAR TEORId. Proses Pengeditan PetaSeperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa proses digitasimerupakan proses pemindahan data manual (Peta Manual) kedalam bentuk peta digital yang biasa diterjemahkan dalam sistemkomputer. Dalam proses digitasi ini peta yang digunakan haruslahbenar-benar mempunyai keakuratan yang tinggi (sebaiknya dariPeta Bakosurtanal) baik itu dari segi kala maupun kejelasaninformasi dari peta itu sendiri.Angkah pertama dari peta digitasi adalah memindahkan koordinatpeta yang akan didigitasi ke dalam koordinat yang bisa dibaca olehkomputer melalui digitizer. Untuk dapat membaca koordinat petayang ada agar dapat ditransfer ke dalam sistem komputer , makayang harus dilakukan adalah dengan mengaktikan digitizer supayabisa dibaca dalam program AutoCAD.Apabila sistem pengkoordinat telah bisa masuk dan terbaca dalamsistem komputer, maka selanjutnya adalah memulai digitasi denganmemperhatikan pengaturan layer dari masing-masing jenis layeryang telah ditentukan sebelumnya. Untuk pendigitasian ini perintahyang sering dioperasikan adalah pembuatan garis banyak(polyline).e. Penyimpanan Hasil DigitasiPenyimpanan hasil digitasi dapat dilakukan pada saat prosesdigitasi sedang berlangsung atau pada saat yang diiinginkan.Perintah yang dipakai dalam penyimpanan hasil digitasi ini adalahsave atau save as. Bentuk file yang disimpan dari hasil ini adalahdengan nama *.dwg. Selanjutnya, agar hasil digitasi ini dapatdibaca dan diterjemahkan kedalam format Arc Info, maka formatfile *.dwg ini harus dikonversi kedalam bentuk dxf file dengan tipeASCII.Setelah peta terdigitasi semua, selanjutnya membuat batas DAS (gambar3.12.) sesuai yang diinginkan. Pembuatan grid dilakukan Auto CAD iniberguna sebagai metode dalam memprediksi erosi lahan yang dilakukan.III - 49 DASAR TEORIGambar 3.12.Proses pembuatan DAS di Auto CAD2. Arc InfoArc Info merupakan salah satu perangkat lunak GIS yang telah banyakdigunakan oleh para ahli di bidang GIS. Pada prinsipnya Arc Info inisangat mendukung dalam pembuatan dan pembangunan data base sebuahpeta yang berdasarkan pada prinsip-prinsip informasi pemetaan yangterpadu.a. Pengenalan Lingkungan Arc InfoUntuk memasuki lingkungan Arc Info, kita harus mengetahui letakfolder programnya, maka langsung bisa diklik ArcW.Setelah langkah-langkah tersebut , Anda telah berada dalamlingkungan program Arc Info. Dalam lingkungan ini semuaperintah masih menggunakan keyboard sebagai input device.Untuk memahami perintah-perintah tersebut tidak perlu dihafalkan,cukup dengan mengetikkan perintah Commands untuk melihatrangkaian perintah yang digunakan.III - 50 DASAR TEORIb. Pengisian Atribut (Arc Plot)Tabel yang telah dibuat di dalam Arc Edit dapat diisi denganatribut-atribut. Pengisian data pada tabel ini dilakukan dalamlingkungan Arc Plot pada Arc Info. Arc Plot sendiri sebenarnyamerupakan atu lingkungan pada Arc Info yang berfungsi untukmengatur tampilan agar dapat dicetak (plot) ke dalam kertas.Namun demikian Arc Pot ini dapat digunakan untuk mengisikandata ke dalam tabel peta. Penggunaan Arc Plot ini untuk mengisidata didasarkan pada segi kepraktisan antara data dan lokasi datatersebut.c. Region PetaGrid peta yang sudah dibuat di Auto CAD, sebelum diteruskan keArcView di region dulu di Arc Info sehingga dapat memudahkanpengisian data di ArcView nantinyaGambar 3.13.Proses region peta di Arc Info3. Arc ViewArc View merupakan salah satu perangkat lunak GIS yang berfungsi untukmencetak peta. Arc View memiliki beberapa bagian yang salingIII - 51 DASAR TEORIberhubungan. Bagian-bagian Arc View yang dimaksud adalah jendela(window) yang terdiri dari :1.Project Window(Jendela Utama)2.View Window(Tampilan Peta)3.Table Window(Tabel Peta)4.Chart Window(Grafik dari suatu Tabel)5.Layout Window(Setting Peta untuk Dicetak)6.Script Window(Perintah Tambahan)Selain itu juga ada beberapa bagian lain yakni menu utama (main menu),menu button (buttons), dan menu tool (tools). Masing-masing bagian(window) memiliki menu-menu yang berlainan saat bagian tersebutdiaktifkan.Gambar 3.14.Proses ArcViewIII - 52