TUGAS TERSTRUKTUR

TEKNIK PENGAWETAN TANAH DAN AIR

MODEL KONSERVASI TANAH DAN AIR

Oleh :Helmas Dwi Antoro Tanjung

NIM A1H009041

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAANUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS PERTANIANPURWOKERTO

2012

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Erosi yang dipercepat (accelerated erosion) timbul sejak manusia mengenal

budidaya pertanian. Erosi menjadi masalah sejak pengelolaan lahan dilakukan secara

lebih intensif, sehubungan dengan peningkatan kebutuhan sandang, pangan, papan

dan lainnya sejalan dengan pesatnya pertambahan jumlah penduduk. Sejak beberapa

dekade yang lalu erosi diakui secara luas sebagai suatu permasalahan global yang

serius. 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 lagi disebabkan oleh erosi atau degradasi yang

disebabkan oleh erosi.

Penurunan produktivitas lahan dimana erosi terjadi baru merupakan on-site

effect dari erosi, belum termasuk kerugian yang disebabkan oleh off-site effect dari

erosi seperti sedimentasi sungai, waduk, jaringan irigasi dan berbagai kerusakan

lainnya. Sebagai gambaran di negara maju seperti Amerika kerusakan akibat erosi

jika dihitung secara nominal adalah: untuk kerusakan yang bersifat on-site berkisar

antara US$ 500 juta-US$1,2 milyar dan off-site berkisar antara US$3,4 milyar -

US$13 milyar (Colacicco et al., 1989). Untuk Negara tropis seperti Indonesia,

dimana potensi erosi begitu besar, baik karena faktor alami maupun karena aspek

pengelolaan lahan, kerugian yang diakibatkan oleh erosi tidak akan kalah besarnya

dengan yang terjadi di negara subtropika tersebut

Dengan besarnya resiko yang bakal terjadi, maka pencegahan erosi

merupakan aspek yang tidak boleh dilupakan dalam pengelolaan lahan, baik untuk

pertanian maupun penggunaan lainnya. Pencegahan erosi yakni tindakan konservasi

tanah sudah harus diperhitungkan sejak perencanaan penggunaan lahan dilakukan.

Untuk selanjutnya evaluasi dari aplikasi suatu teknik konservasi juga perlu dilakukan

agar dapat diyakini apakah sistem pengelolaan lahan yang diterapkan sudah memadai

untuk terwujudnya sistem pengelolaan lahan secara berkelanjutan.

Sangat disadari oleh berbagai pihak bahwa mencegah erosi sampai batas nol

(tanpa erosi) pada lahan yang dikelola adalah sangat sulit dilakukan. Oleh karena itu,

disepakati bahwa minimal erosi yang terjadi dapat ditekan sampai di bawah ambang

batas yang diperbolehkan. Namun demikian, sering timbul permasalahan baik bagi

pihak perencana, pelaksana, dan evaluator untuk menentukan apakah suatu system

penggunaan lahan dinilai sudah aman dari segi pencegahan bahaya erosi.

Besarnya erosi dan pengaruh suatu teknik konservasi tanah terhadap erosi dan

aliran permukaan dapat dievaluasi dengan melakukan pengukuran secara langsung di

lapangan atau dengan memprediksinya yaitu dengan menggunakan model.

Pengukuran secara langsung membutuhkan waktu pengamatan yang relatif lama dan

memerlukan biaya yang mahal, baik untuk instalasi alat, pengoperasian, maupun

pemeliharaan alat. Oleh karena itu, penggunaan model dapat menjadi salah satu

alternatif.

B. Tujuan

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk mengetahui macam-macam

permodelan dalam konservasi tanah.

II. TINJUAN PUSTAKA

Haan (1989) mendefinisikan model sebagai “kumpulan hokum-hukum fisik

dan atau pengamatan empirik yang ditulis dalam bentuk persamaan-persamaan

matematik dan dikombinasikan sedemikian rupa untuk menghasilkan sekumpulan

hasil berdasarkan pada sekumpulan kondisi yang sudah diketahui atau diasumsikan

Hubungan dengan erosi tanah, permodelan merupakan penggambaran secara

matematik proses-proses penghancuran, transport, dan deposisi partikel tanah di atas

permukaan lahan (Nearing et al., 1994). Ada dua macam model penduga erosi yang

sekarang ini banyak dipakai yakni model berbasis empirik (empirically based model)

dan model berbasis proses (process based model). Model berbasis empiric

mengaitkan langsung keluaran dari model (output) dengan input (misalnya

penggunaan lahan, luas, dan lereng) dengan menggunakan model-model statistik.

Model berbasis empirik umumnya membutuhkan lebih sedikit input dan perhitungan

yang lebih sederhana dibanding model berbasis proses (ICRAF, 2001; Schmitz dan

Tameling, 2000). Umumnya model berbasis empirik ini memprediksi rata-rata

tahunan aliran permukaan dan erosi berdasarkan prediksi jangka panjang. Model ini

tidak mempertimbangkan distribusi spasial dari input parameter dan interaksinya

yang akan mempengaruhi output.

Model berbasis proses atau sering dikenal dengan 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 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 parameter-parameter yang kadang-

kadang sukar untuk diukur. Namun demikian, model fisik mempunyai kemungkinan

untuk memperoleh hasil yang lebih baik dibandingkan model empiris (Schmitz dan

Tameling, 2000), karena model fisik merupakan permodelan proses-proses erosi,

sehingga pengguna dapat memahami lebih baik proses-proses erosi yang terjadi dan

dampak dari terjadinya proses tersebut.

A. USLE (Universal Soil Loss Equation)

USLE merupakan suatu model parametrik untuk memprediksi erosi dari

suatu bidang tanah. USLE memungkinkan perencana menduga laju rata-rata

erosi suatu tanah tertentu pada suat kecuraman lereng dengan pola hujan tertentu

untuk setiap macam pertanaman dan tindakan pengelolaan (tindakan konservasi

tanah) yang mungkin dilakukan atau yang sedang dipergunakan (Arsyad, 1989).

Prediksi erosi dengan metode USLE diperoleh dari hubungan antara

faktor-faktor penyebab erosi itu sendri yaitu:

A = R . K . L . S . C . P

Dimana:

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

R = fakor curah hujan, nyaitu jumlah satuan indeks erosi hujan yang merupakan

perkalian antara energy curah hujan total (E) denga intensitas hujan

maksimum 30 menit I30

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

suatu tanah yang diperoleh petak homogen percobaan standar, dengan

pandajng 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 lerang 72,6 kaki di

bawah keadan identik.

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

dengan kecuraman lerang tertentu, terhadap besarnya erosi dari tanah dengan

lerang 9% dibaewah keadaan identik.

C = Faktor vigetasi penutup tanah dan pegolahan tanaman, yaitu nisbah antara

besarny erosi dari areal dengan vegetasi penutup dan pengolhan tanaman

terententu terhadap besarnya erosi dari tanah yang identik tanpa tanaman.

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

tanah yang diberikan perlakuan tindakan konservasi tanah seperti

pengolahan menurut kountur, penanaman dalam strip atau teras terhadap

besarnya erosi dari tanah yang diolah searah lerang dalam keadaan identik.

Erosivitas (R) hujan adalah daya erosi hujan pada suatu tempat. Nilai

erosivitas hujan dapat dihitung berdasarkan data hujan yang diperoleh dari

penakar hujan otomatik dan dari penakar hujan biasa. Adapun persamaan yang

digunakan dalam untuk menentukan tinggkat erosivitas hujan dalam penelitian

ini adalah (Bols, 1978 dalam Arsyad,1989):

R = 6,119(RAIN)1,21(DAY S)-0,47(MAXP)0,53

Dimana:

R = Indeks rata-rata bulanan.

RAIN = Curah hujan rata-rata bulanan (cm)

DAYS = Jumlah harian hujan rata-rata perbulan

MAXP = Curah hujan maksimum selama 24 jam dalam bulan bersangkutan.

Erodibilitas (K) tanah adalah mudah tidaknya tanah mengalami erosi, yang

di tentukan oleh berbagai sifat _sik dan kimia tanah. Menurut Wischmeier (1971)

dalam Arsyad (1989) persamaan umum kehilangan tanah adalah sebagai berikut :

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

Dimana:

K = erodibilitas

M = ukuran partikel (% debu + % pasir halus)

a = kandungan bahan organic

b = kelas struktur tanah

c = kelas permeabilitas

Faktor panjang dan kemiringan kereng (LS). Faktor panjang lereng yaitu

nisbah antara besarnya erosi dari tanah dengan suatu panjang lereng tertentu

terhadap erosi dari tanah dengan panjang lereng 72,6 kaki (22.13 m) di bawah

keadaan yang identik. Sedangkan faktor kecuraman lereng, yaitu nisbah antara

besarnya erosi yang terjadi dari suatu tanah kecuraman lereng tertentu, terhadap

besarnya erosi dari tanah dengan lereng 9% di bawah keadaan yang identik.

Secara umum persamaan untuk menentukan panjang lereng adalah (Laen and

Moldenhauer, 2003):

L = (λ)m

Dimana L adalah faktor panjang lereng, λ adalah panjang lereng (m) dan m

adalah eksponensial dari panjang lereng yang berkisar antara 0.2-0.6, di

Indonesia yang sering digunakan adalah nilai 0.5, sedangkan persamaan untuk

menentukan faktor kemiringan lereng menggunakan persamaan (Arsyad, 1989):

S = (0,0138 + 0,00965 θ + 0,00138 θ2)

Dimana S adalah faktor kemiringan lereng dan θ adalah kemringan lereng

(%). Persamaan diatas sangat sulit diterapkan pada SIG berbasis pixel karena

variabilitas panjang lereng yang sangat kompleks. Moore and Burch (1986)

dalam Kinnell (2008) telah mengembang suatu persamaan untuk mencari nilai

LS dengan memanfaatkan data DEM pada SIG. Adapun persamaan itu adalah:

LS = (X .CZ/22.13)0,4(sin θ/0,0896)1,3

Dimana:

LS = Faktor Lereng

X = Akumulasi Aliran

CZ = Ukuran pixel

θ = Kemiringan lereng (%)

Akumulasi aliran merupakan nilai pixel yang dipengaruihi oleh aliran dari

pixel dilereng atas. Pengolahan data DEM untuk mendapatkan nilai LS didalam

penelitian ini menggunakan perangkat lunak ArcView 3.3 dengan bantuan

extensions Spatial Analyst dan Terrain Analysis.

Faktor vegetasi penutup tanah dan pengelolaan tanaman (C) yaitu nisbah

antara besarnya erosi dari suatu areal dengan vegetasi dan pengelolaan tanaman

tertentu terhadap besarnya erosi dari tanah yang identik dan tanpa tanaman. Data

sebaran spasial dari factor ini diperoleh dari Adnyana (2006).

Faktor tindakan-tindakan khusus konservasi tanah (P) yaitu nisbah antara

besarnya erosi dari tanah yang diberi perlakuan tindakan konservasi khusus

seperti pengolahan tanah menurut kontur, penanaman dalam strip atau teras

terhadap besarnya erosi dari tanah yang diolah searah lereng dalam keadaan yang

identik. Data sebaran spasial dari factor ini diperoleh dari Adnyana (2006).

Kelemahan dan Keunggulan

Beberapa Ilmuan menyatakan beberapa kelemahan darii USLE,

diantaranya adalah model tersebut dinilai tidak efektif jika di aplikasikan di luar

kisaran kondisi dimana model terdebut dikembangkan. Adaptasi model tersebut

pada lingkungan yang baru memerlukan investasi sumber daya dan waktu untuk

mengembangkan database yang dibutuhkan untuk menjalankannya. Over

estimasi yang terjadi dengan penggunaan USLE dapar mencapai 2000%,

peyebabnya adalah adanya subjektivitas pengunaan data atau karena pengunaan

peta skala kecil.

Meskipun disadari adanya beberapa kelemahan dari model-model empiris,

khusunya USLE, dampai saat ini telah dan masih diaplikasikan secara luas di

seluruh dunia, karena model tersebut mudah di kelolah, relative sederhana dan

jumlah masukan atau parameter yang dibutuhkan relative sedikit dibandingkan

dengan model-model lainya yang besifat lebih konpleks. USLE juga berguna

untuk menentukan kelayan atau tindakan konservasi tanah dalam perncanaan

lahan dan untuk memprediksi non-point sendiment losses dalam hubungannya

dengan program penegndalian polusi. Pada tingkat lapangan, USLE sangat

berguna untuk merumuskan rekomendasi atau perencanaan yang berkaitan

dengan bidang agronomi, karena dapar digunakan sebagai dasar untuk pemilihan

land use dan tindakan konservasi tanah yang ditujukan untuk menurunkan on-site

effect dari erosi.

Salah satu factor yang harus disadari oleh penguna model ini berhubungan

dengan skala penggunaan. Taringan dan Sinukaban (2001) menyatakan bahwa

USLE bermanfaat dalam hubungannya dengan on-site effect dari erosi. Tidak

demikian halnya dalam hubungan dengan off-site effect dari erosi , diantaranya

meliputi pengaruh erosi terhadap lngkungan di luar lahan yang tererosi, misalnya

kualitas air sungai, kerusakan dam yang disebabkan oleh hasil sedimentasi.

B. Model Erosi Rose (GUEST)

Model Erosi Rose (GUEST) merupakan model berdasarkan pendekatan

proses erosi yang mempengaruhinya, nyaitu daya pelepasan praktikel tanah oleh

butiran-butiran huan dan aliran permukaan sebagai agen utama peyebab erosi

tanah. dalam model ini, erosi terjadi karena adanya tiga proses yang berperan,

yaitu sendimen, dan pengendapan sendimen. Ketiga proses dalam model tersebut

diilustrasikan pada gambar 1, sedangankan proses dalam model tersebut

disederhanakan adalah sebagai berikut:

SL = 2700λS (Cr)(Q)

Dimana SL adalah total tanah yang hilang (kg.m-3); λ adalah efisensi pengakutan;

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

volume aliran permukaan (m3).

Gambar 1. hubungan antara fluks sendimen, pengikisan, pengangkutan

dan pengendapan sendimen, dalam proses erosi tanah.

Persamaan diatas diturunkan berdasarkan konsep konservasi maka sendimen

dalam beberapa bagian elemen dari aliran permukaan yang di kombinasikan

dengan teori kosentrasi sendimen dan hidrologi, secara matematis persamaan

tersebut ditulis dalam bentuk,

Dimana qsi = q Ci, yaitu fluk sendimen pada arah aliran air (x), q adalah flux

sendimen (debit spesifik), Ci = kosentrasi sendimen, h = tebal aliran permukaan,

ei = pelepasan oleh butiran-butiran huajn, ri = pengangkutan sendimen dan

di=pengendapan sendimen.

GUEST mulanya didokumentasikan oleh Misran dan Rose pada tahun 1990

dan telah mengalami beberapa pengembanagan selama Proyek ACIAR. Untuk

daerah tropis, GUEST telah divalidasi pada skala pot (72-1.000m2) dan

menunjukan hasil yang baik.

GUEST merupakan model persamaan fisik yang perhitungannya didasarkan

pada konsentrasi sendimen yang tersuspendi di dalam aliran permukaan,

dikembnagkan oleh rose dan hairsine (1988). Besar Konsentrasi sendimen pada

keadaan bera menggunakan persamaan sebagai berikut:

Dimana:

Ct = konsentrasi sendimen dalam aliran permukaan

F = fraksi tenaga aliran yang digunakan untuk mengerosikan tanah

σ = berat jenis sendimen

r = berat jenis air

Φ = rata-rata kecepatan pengendapan sendimen

S =kemiringan lahan

V = kecepatan aliran permukaan

Kecepatan aliran permukaan pada persamaan 3 mengunakan rumus Manning

yang disajikan dalam persamaan 4, yaitu:

Dimana:

n = koefisien kekasaran manning’s

R = jari-jari hidrolik

S = kemiringan lahan.

Jika debit aliran permukaan mengikuti persamaan 5, kemudian disubtitusikan

kedalam persamaan 3 maka persamaan kecepataan aliran permukaan dapat

dijabarkan menajdi persamaan 6.

Dimana:

Q = debit aliran permukaan per unit luas

A = luas penampang permukaan.

Bila persamaan 6 didubtituikan dalam persamaan 3, maka persamaan

konsentrasi sendimen dapat dijabarkan mengikuti persamaan 7, yaitu:

Selanjunya persamaan 7 disederhanakan menjadi persamaan 8, yaitu

Gambar 2. Diagram alir perhitungan Erosi, hasil sedimen, dan aliran permukaan dengan pedekatan GUEST.

Kelemahan dan Keunggulan

Dibandingkan dengan USLE, salah satu keunggulan dari model fisik seperti

GUEST adalah terakomodasinya fungsi linier sendimen. Dalam model GUSET

terdapat tiga parameter yang dapat dipengaruhi oleh specific filterstrips

permukaan lahan yakni Cs dan Ks. Koefisien Manning’s meningkat ketika

kekasaran permukaan meningkat, dan membuat kecepatan aliran menurun,

meyebabkan hasil sendimen menurun. Cs dan Ks merupakan factor penyesuaian

untuk menggunkan persamaan pada kondisi tanah berpenutup, sebagai peganti

dari tanah bera.. Cs ditentukan oleh tipe penggunaan lahan, termasuk penutupan

permukaan tanah oleh mulsa atau serasah. Ks merupakan data empiris dan

merupakan factor tidak berdimentasi, mempunya nilai kisaran antara 5-15.

Schmitz dan Tameling (2000) mengasumsikan nilai Ks sebesar 10 dengan nilai

kesalahan 5 untuk prediski erosi pada lahan usaha tani kopi, sedangkan untuk

lahan sawah sinkaban et al. (2000) menetapkn Ks sebesar 5.

Faktor erodibilitas tanah yang digunkan dalam model GUEST (β) lebih pasti

dibandingkan dengan K dalam USLE. β,sebagian besaar berhubungan dengan

soil strength. Deposbility ata kemapuan agregat atau pratikel tanah untuk

mengendap, juga dilibatkan dalamperhiungan erosi. K merupakan gabungan dari

berapa parameteryang tergantung dari: karaktaeristik infiltrasi, koefisien

kekasaran manning, kecendrungan untuk membuat alur stabilitas agregat tanah

terhadap cuah huajn, kecendurngan tanah untuk terkonsolidasi atau menajdi kuat

direfleksikan dalam β.

Perbedaan utama antara model empiris USLE deengan model fisik GUEST

disajikan pada tabel 1.

C. MODEL AGNPS (Agricultural Non Point Source Pollution Model)

Model AGNPS (agricultural non point source pollution model)

dikembangkan oleh USDA-ARS, North Central Soil Consrvation Service,

Morris, Minnesota yang bekerjasama dengan USDA-SCS, MPCA (Minnesota

Pollution Control Agency), LCMR (Legeslative Commission in Minnesota

Resources) dan EPA (Environmental Protection Agency) (Young et al. 1994).

Model ini terus berkembang dan telah diterapkan di beberapa negara untuk

menentukan langkah-langkah kebijakan dan evaluasi dalam kegiatan konservasi,

seperti di Amerika, Canada dan negara-negara di Eropa (Yoon 1996).

Struktur Model AGNPS

Model AGNPS bekerja pada basis sel geografis (dirichlet tesselation) yang

digunakan untuk menggambarkan kondisi daratan (upland) dan saluran

(channel). Dirichlet tesselation adalah proses pembagian dan pengelompokan

DAS menjadi sel (tiles) yang juga dikenal dengan nama polygon Thiessen

atauVoronoi. Setiap sel berbentuk bujur sangkar seragam yang membagi DAS

secara merata, di mana memungkinkan analisis pada titik dalam suatu DAS.

Polutan potensial ditelusuri melalui sel-sel dari awal hinggaoutlet secara

bertahap, sehingga aliran pada setiap titik antar sel dapat diperhitungkan. Seluruh

karakteristik DAS dan masukan digambarkan pada tingkatan sel.

Setiap sel mempunyai resolusi 2,5 akre (1,01 ha) hingga 40 akre (16,19

ha). Ukuran sel yang lebih kecil dari 10 akre direkomendasikan untuk DAS

dengan luas kurang dari 2000 akre (809,36 ha). Untuk DAS yang luasnya lebih

dari 2000 akre, maka ukuran seladapat berukuran 40 akre (Yoon 1996).

Setiap sel utama dapat dibagi lagi menjadi sel-sel yang lebih kecil untuk

memperoleh resolusi yang lebih rinci dari kondisi topografi yang komplek.

Ketelitian hasil dapat ditingkatkan dengan mengurangi ukuran sel, tetapi hal ini

akan membutuhkan waktu dan tenaga yang lebih banyak untuk menjalankan

model.

Nilai-nilai parameter model untuk skala sel ditetapkan berdasarkan kondisi

biofisik aktual pada masing-masing sel. Oleh sebab itu, untuk mendapatkan satu

nilai parameter yang seragam pada masing-masing sel, perlu ditetapkan nilai

tunggal parameter sel dengan menghitung nilai rata-rata tertimbang dari berbagai

kondisi bergam yang ada (Yoon 1996).

Parameter Masukan Model AGNPS

Ada dua parameter masukan dalam model AGNPS, yaitu inisial data dan

data per sel (spreadseheet data entry) (Yoon 1996). Parameter masukan inisial

data, meliputi :

1) identifikasi DAS;

2) deskripsi DAS;

3) luas sel (akre);

4) jumlah sel;

5) curah hujan (inci);

6) konsentrasi N dalam curah hujan (ppm);

7) energi intensitas hujan maksimum 30 menit (EI30);

8) durasi hujan (jam);

9) perhitungan debit puncak aliran;

10) perhitungan geomorfik; dan

11) faktor bentuk hidrograf.

Sedangkan parameter masukan per sel dalam model AGNPS terdiri dari 22

parameter, yaitu :

1) nomor sel;

2) nomor sel penerima;

3) divisi sel;

4) divisi sel penerima;

5) arah aliran;

6) bilangan kurva aliran permukaan;

7) kemiringan lereng (%);

8) faktor bentuk lereng;

9) panjang lereng;

10) koefisien aliran Manning;

11) faktor erosibilitas tanah;

12) faktor pengelolaan tanaman;

13) faktor pengelolaan tanah;

14) konstanta kondisi permukaan;

15) faktor COD;

16) tekstur tanah;

17) indikator pemupukan;

18) indikator pestisida;

19) indikator point source;

20) indikator tambahan erosi;

21) faktor genangan; dan

22) indikator saluran.

Parameter Keluaran Model AGNPS

Young et al. (1989), hasil keluaran (output) dari model AGNPS dapat

berupa grafik dan tabular dengan informasi yang sangat lengkap, baik keluaran

DAS (watershed summary) maupun keluaran per sel. Keluaran DAS, meliputi :

1) volume aliran permukaan;

2) laju puncak aliran permukaan;

3) total hasil sedimen;

4) total N dalam sedimen;

5) total N terlarut dalam aliran permukaan;

6) konsentrasi N terlarut dalam aliran permukaan;

7) total P dalam sedimen;

8) total p terlarut dalam aliran permukaan;

9) konsentrasi P terlarut dalam aliran permukaan;

10) total COD terlarut dan konsentrasi COD terlarut dalam aliran permukaan.

Sedangkan keluaran per sel dari masing-masing sel yang terdapat dalam

DAS dapat berupa :

1) Hidrologi, meliputi : a) volume aliran permukaan; b) laju puncak aliran

permukaan; dan c) bagian aliran permukaan yang dihasilkan di dalam sel.

2) Sedimen, meliputi : a) hasil sedimen; b) konsentrasi sedimen; c) distribusi ukuran

partikel sedimen; d) erosi yang dipasok dari sel sebelah atasnya; e) jumlah

deposisi; f) sedimen di dalam sel; g) rasio pengkayaan oleh ukuran partikel; dan

h) rasio pengangkutan oleh ukuran partikel.

3) Kimiawi, meliputi : a) nitrogen (massa N per satuan luas di dalam sedimen,

konsentrasi material terlarut, dan massa dari material terlarut); b) fosfor (massa P

per satuan luas di dalam sedimen, konsentrasi dari material terlarut, dan massa

dari material terlarut); dan c) COD (konsentrasi COD dan massa COD terlarut per

satuan luas).

Kelebihan Model AGNPS

Kelebihan model ini terletak pada parameter-parameter model yang

terdistribusi di seluruh areal DAS, sehingga nilai-nilai parameter model benar-

benar mencerminkan kondisi biofisik DAS pada setiap satuan luas di dalam

DAS. Selain erosi, model ini mampu menghasilkan keluaran-keluaran seperti :

volume dan laju puncak aliran permukaan, hasil sedimen, kehilangan N, P dan

COD (Young et al. 1994).

D. MODEL ANSWERS (Areal Nonpoint Source Watershed Environmental

Response Simulation)

Model ANSWERS (areal nonpoint source watershed environmental

response simulation) merupakan sebuah model hidrologi dengan parameter

terdistribusi yang mensimulasikan hubungan hujan-limpasan dan memberikan

dugaan hasil sedimen. Model hidrologi ANSWERS dikembangkan dari US-EPA

(United States Environment Protection Agency)oleh Purdue Agricultural

Enviroment Station (Beasley and Huggins 1991).

Salah satu sifat mendasar dari model ANSWERS adalah termasuk

kategori model deterministik dengan pendekatan parameter distribusi. Model

distribusi parameter DAS dipengaruhi oleh variabel keruangan (spatial),

sedangkan parameter- parameter pengendalinya, antara lain : topografi, tanah,

penggunaan lahan dan sifat hujan.

Struktur Model ANSWERS

Model ANSWERS adalah model deterministik yang didasarkan pada

hipotesis bahwa setiap titik di dalam DAS mempunyai hubungan fungsional

antara laju aliran permukaan dan beberapa parameter hidrologi yang

mempengaruhi aliran, seperti intensitas hujan, infiltrasi, topografi, jenis tanah

dan beberapa faktor lainnya. Laju aliran yang terjadi dapat digunakan untuk

memodelkan fenomena pindah massa, seperti erosi dan polusi dalam wilayah

DAS.

Dalam model ini suatu DAS yang akan dianalisis responnya dibagi

menjadi satuan elemen yang berukuran bujursangkar, sehingga derajat

variabilitas spasial dalam DAS dapat terakomodasi. Konsep distribusi

disefinisikan melalui hubungan matematika untuk semua proses simulasi, model

ini mengasumsikan bahwa suatu DAS merupakan gabungan dari banyak elemen

yang diartikan sebagai suatu areal yang memiliki paramater hidrologi yang sama.

Setiap elemen akan memberikan kontribusi sesuai dengan karakteristik yang

dimiliki. Model ini juga mengikut sertakan semua parameter kontrol secara

spasial. Oleh karena itu model ANSWERS melakukan analisis pada setiap satuan

elemen.

Parameter Masukan Model ANSWERSData masukan model ANSWERS dikelompokkan dalam lima bagian (de

Roo 1993), yaitu :1) Data curah hujan, yaitu : jumlah dan intensitas hujan pada suatu kejadian

hujan.

2) Data tanah, yaitu : porositas total (TP), kapasitas lapang (FP), laju infiltrasi

konstan (FC) selisih laju infiltrasi maksimum dengan laju infiltrasi konstan

(A), eksponen infiltrasi (P), kedalaman zona kontrol iniltrasi (DF), kandungan

air tanah awal (ASM), dan erodibilitas tanah (K).

3) Data penggunaan dan kondisi permukaan lahan, meliputi : volume intersepsi

potensial (PIT), persentase penutupan lahan (PER), koefisien kekasaran

permukaan (RC), tinggi kekasaran maksimum (HU), nilai koefisien manning

untuk permukaan lahan (N), faktor tanaman dan pengelolaannya (C).

4) Data karakteristik saluran, yaitu lebar saluran (CW) dan koefisien manning

(N).

5) Data satuan individu elemen, yaitu : kemiringan lereng, arah lereng, jenis

tanah, jenis penggunaan lahan, liputan penakar hujan, kemiringan saluran, dan

elevasi elemen rata-rata.

Mekanisme model ANSWERS

Mekanisme model ANSWERS dapat dijelaskan sebagai berikut (de Roo 1993) :

1) Hujan yang jatuh pada suatu DAS dengan vegetasi tertentu, sebagian akan

diintersepsi oleh tajuk vegetasi (PER) sampai potensial simpanan intersepsi

(PIT) tercapai.

2) Apabila laju hujan lebih kecil dari laju intersepsi, maka air hujan tidak akan

mencapai permukaan tanah. Sebaliknya jika laju hujan lebih besar dari laju

intersepsi, maka terjadi infiltrasi.

3) Laju infiltrasi awal tersebut dipengaruhi oleh kandungan air tanah awal

(ASM = anticedent soil moisture), porositas tanah total (TP), kandungan air

tanah pada kapasitas lapang (FP), laju infiltrasi pada saat konstan (FC), laju

infiltrasi maksimum (FC+A), dan kedalaman zona kontrol infiltrasi (DF).

Laju infiltrasi akan menurun secara eksponensial dengan bertambahnya

kelembaban tanah.

4) Jika hujan terus berlanjut, maka laju hujan menjadi lebih besar dari laju

infiltrasi dan intersepsi. Pada kondisi ini air mulai mengumpul dipermukaan

tanah dalam depresi mikro (retention storage) yang dipengaruhi oleh

kekasaran permukaan tanah, yaitu RC dan HU.

5) Jika retensi permukaan melebihi kapasitas depresi mikro, maka akan terjadi

limpasan permukaan, di mana besarnya limpasan permukaan tersebut

dipengaruhi oleh kekasaran permukaan (N), kelerengan dan arah aliran.

6) Bila hujan terus berlanjut, maka akan tercapai laju infiltrasi konstan (FC).

7) Pada saat hujan reda, proses infiltrasi masih terus berlangsung sampai

simpanan depresi sudah tidak tersedia lagi.

Parameter Keluaran Model ANSWERS

Keluaran model berupa hasil prediksi, yaitu : ketebalan aliran permukaan,

debit puncak, waktu puncak, rata-rata kehilangan tanah, laju erosi maksimum

tiap elemen, laju deposisi maksimum tiap elemen dan pengurangan jumlah

sedimen akibat tindakan konservasi tanah.

Model ANSWERS juga menampilkan grafik yang berisi hyetograf hujan

terpilih, hidrograf aliran permukaan, dan sedimentasi. Dari setiap kajadian hujan

dapat dianalisis debit puncak dan waktu puncak. Debit puncak adalah nilai

puncak (tertinggi) dari suatu hidrograf aliran, dan waktu puncak adalah selang

waktu mulai dari awal terjadinya aliran permukaan sampai terjadinya debit

puncak (Beasley and Huggin 1991).

Asumsi yang digunakan untuk memprediksi erosi dengan model ini adalah

: 1) erosi tidak terjadi di lapisan bawah permukaan; 2) sedimen dari suatu elemen

ke elemen lain akan meningkatkan lapisan permukaan elemen tempat

pengendapan; dan 3) pada segmen saluran tidak terjadi erosi akibat hempasan

butir hujan (Beasley and Huggin 1991).

Penghancuran dan pengangkutan partikel tanah disebabkan oleh pukulan

butir hujan (DTR) dan energi limpasan permukaan. Jumlah partikel tanah yang

dapat dipindahkan tergantung dari besarnya sedimen yang dihasilkan dan

kapasitas transpornya (TC). Air limpasan dan sedimen yang dapat mencapai

elemen yang memiliki saluran, akan bergerak menuju outlet DAS, di mana

sedimentasi yang terjadi dalam saluran akan terjadi ketika besarnya kapasitas

transpor telah terlewati (de Roo 1993).

Kelebihan dan Kelemahan Model ANSWERS

Beasley dan Huggins (1991) menyebutkan bahwa model ANSWERS

dapat digunakan untuk DAS yang luasnya kurang dari 10.0000 ha. Kelebihan dan

model ANSWERS adalah : a) analisis parameter distribusi yang dipergunakan

dapat memberikan hasil simulasi yang akurat terhadap sifat daerah tangkapan; b)

dapat mensimulasi secara bersamaan dari berbagai kondisi dalam DAS; c)

memberikan keluaran berupa limpasan dan sedimen dari suatu DAS yang

dianalisis.

Beasley dan Huggins (1991), mengemukakan bahwa model ANSWERS

sebagai sebuah model hidrologi mempunyai kelebihan, antara lain :

1) Dapat mendeteksi sumber-sumber erosi di dalam DAS serta memiliki

kemampuan sebagai alat untuk strategi perencanaan dan evaluasi kegiatan

RLKT DAS.

2) Dapat mengetahui tanggapan DAS terhadap mekanisme pengangkutan

sedimen ke jaringan aliran yang ditimbulkan oleh kejadian hujan

3) Sebagai suatu paket program komputer yang ditulis dalam bahasafortran,

mempunyai kemampuan untuk melakukan simulasi hujan-limpasan dari

berbagai perubahan kondisi penggunaan lahan dalam DAS.

4) Untuk melakukan inputing data base (topografi, tanah, penggunaan lahan,

sistem saluran) ke dalam model dapat diintegrasikan dengan data dari remote

sensing maupun SIG.

5) Adanya variasi pemilihan parameterinput danoutput dari model disesuaikan

dengan kebutuhan pengguna.

6) Sesuai untuk diterapkan pada lahan pertanian, hutan, maupun perkotaan.

7) Satuan pengukuran dapat berupa metrik ataupun British unit.

8) Dapat diterapkan pada DAS dengan ukuran lebih kecil dari 10.000 ha.

Sedangkan kekurangan nodel ANSWERS antara lain :1) Semakin kompleks, terutama pada data perlukan dan waktu penghitungan,

dimana besarnya tergantung dari berbagai faktor, seperti luas DAS dan jumlah

grid.

2) Model terdistribusi relatif masih bari dibanding lumped parameter, sehingga

masih perlu pengembangan dan penyesuaian.

3) Karena hanya untuk tiap kejadian hujan (individual event), maka model ini

4) tidak memiliki sub model untuk evapotranspirasi.

5) Erosi dari saluran belum diperhitungkan ke dalam model.

6) Batas grid kemugkinan tidak menggambarkan batas yang sebenarnya

7) Untuk sebuah grid dalam kenyataan dapat lebih besar dari luas sub-sub DAS.

Aplikasi Model ANSWERS

Hipotesis yang dikembangkan dalam model ini adalah bahwa setiap bagian

dalam DAS terjadi hubungan antara laju aliran dan parameter-parameter

hidrologi, serta tipe tanah, topografi, infiltrasi, penggunaan lahan dan sifat hujan.

Laju aliran yang terjadi dapat digunakan untuk mengkaji hubungan antara

komponen hidrologi yang menjadi dasar dalam pemodelan fenomena transport,

seperti erosi tanah dan pengangkutan serta pergerakan bahan kimia tanah.

III. PENUTUP

A. Kesimpulan

Dampak penerapan teknik konservasi tanah terhadap besarnya erosi yang

terjadi dapat dievaluasi melalui 2 cara yaitu pengukuran langsung di lapangan dan

diprediksi menggunakan model-model matematis yang dibangun untuk maksud

tersebut. Pengukuran langsung memerlukan waktu yang lama untuk menghasilkan

data yang memadai untuk bisa dibandingkan dan biaya yang tidak sedikit untuk

memelihara dan mengamatinya di lapangan, untuk itu model-model konservasi dapat

menjadi alternatif yang cepat dapat memberikan angka kuantitatif. Penggunaan

model-model konservasi telah banyak digunakan di berbagai negara termasuk

Indonesia, namun demikian pengembangan model-model konservasi dan input

paramaternya yang sesuai untuk kondisi negara tropis seperti Indonesia belum banyak

dilakukan.

B. Saran

Pengembangan model berbasis proses sudah saatnya untuk dikembangkan di

Indonesia karena model ini dapat menunjukkan kejadian erosi secara keruangan

(spatial) dan waktu. Informasi tersebut sangat penting dalam perencanaan konservasi

tanah untuk menentukan kapan dan dimana tempat yang tepat untuk

mengimplementasikan suatu teknik pencegahan erosi dan aliran permukaan.

DAFTAR PUSTAKA

Arsyad, S. 2000. Konservasi Tanah dan Air. Pembrit. IPB/IPB Pros. Cetakan ketiga. Bogor.

Aswandi. 1996. Aplikasi Model ANSWERS Dalam Perencanaan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai Cikapundung Jawa Barat. Tesis Magister. Program Pascasarjana, IPB. Bogor.

Beasley DB and Huggins LF. 1991. ANSWERS. User’s Manual. Agricultural Engineering Department, Purdue University, West Laffayete, Indiana.

Brooks KN, Folliot PF, Gregesen HM, and Thames JL. 1987. Hydrology and The Management of Watershed. USA.

Chow VT, Maidment DR, and Mays LW. 1988. Applied Hydrology. Singapore : McGraw-Hill Book Company.

De Roo. 1993. Modelling Surface Runoff and Soil Erosion in Catchment Using Geographical Information System. Utrecht. Utrecht University.

Dent FJ and Anderson EA. 1971. System Analysis in Agricultural Management. John Willey & Sons. Sidney.

Ginting AN, dan Ilyas MA. 1997. Pendugaan Erosi pada Sub DAS Siulak di Kabupaten Kerinci dengan Menggunakan Model ANSWERS.

Rose, C.W., K.J. Coughland, C.A.A. Ciesiolka, and B. Fentie. 1997. Program GUEST (Griffith University Erosion System Template) In A New Soil Conservation Methodology and Application to Cropping Systems in