I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kondisi suatu Daerah Aliran Sungai (DAS) dipengaruhi oleh kondisi sungainya, debit air sungai akan berkurang jika keadaan seperti hutan di sekitar DAS menjadi gundul, tandus, dan kritis. Untuk mengatasi hal tersebut, salah satu cara yang dapat dilakukan adalah tidak menebang pohon di hutan sembarangan terutama di daerah hulu dan melakukan rehabilitasi lahan. Jika hutan di DAS ditebangi dan menjadi lahan gundul sehingga keadaannya menjadi berubah, maka akan menyebabkan banyak air hujan yang dahulu tersimpan lebih lama dalam lingkungan DAS akhirnya cepat lolos dan mengalir menjadi air lepasan (run-off).Pemodelan dalam hodrologi aawalnya bertujuan mencarrihubungan antara hujan dangan respon debit sungai terhadap hujan tersebut. Namun seiring pekeembangan teknologi komputer, model hirologli menjadi lebih rumit dan kompleks, mencangkup kejadian erosi dan lain-lain. Secara garis besar, model model hpdrologi dapat di golongkan berdasarkan proses, skala, dan metode pemecahannya.Berdasarkan proses, metode hidrologi dibagi menjadi lumped ( memisalkan DAS sebagai satu sisitem utuh ) dan distributed ( membagi DAS menjadi elemeem-elemen keciel ). Metode distributed misalnaya ANSWER dan SWAT. Sedangkan mwtode lumped, diataranya termasuk unit hydrograph dan tank mode.

B. TujuanTujuan dari praktikum ini adalah Menganalisis data hidrologi menggunakan model hidrologi tank model.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Tank Model adalah salah satu model hidrologi yang digunakan untuk menganalisis karakteristik aliran sungai. Model ini dapat memberikan informasi mengenai kualitas air dan untuk memprediksi banjir. Model ini menerima masukan data harian hujan, evapotranspirasi dan debit sungai dalam satuan mm/hari sebagai parameter Tank Model. Tank Model tersusun atas 4 reservoir vertikal, dimana bagian atas mempresentasikan surface reservoir, dibawahnya intermediate reservoir, kemudian sub-base reservoir dan paling bawah base reservoir. Dalam konsep Tank Model ini air dapat mengisi reservoir dibawahnya dan bisa terjadi sebaliknya apabila evapotranspirasi sedemikian berpengaruh (Setiawan di acu dalam candra .R.S. 2003,).Tank Model yang telah divalidasi dan telah diuji keabsahannya dengan tolak ukur koefisien determinasi (R2) dapat dilanjutkan untuk analisis hidrologi salah satunya adalah simulasi perubahan tata guna lahan dan kaitannya terhadap ketersediaan air atau debit sungai. (Harmailis et al 2001, diacu dalam Wulandari 2008)Air limpasan (run ofJ) adalah bagian dari presipitasi yang mengalir menuju saluran, danau atau lautan sebagai aliran permukaan dan bawah permukaan (Schwab et ai, 1966). Sebelum terjadi run off, presipitasi terlebih dahulu memenuhi kebutuhan untuk evaporlisi, intersepsi, infiltrasi dan surface storage. Menurut Ward (1967), sumberdan komponen utama run off adalah:

1. Presipitasi langsung (direct precipitation)Hujan yang langsung masuk ke dalam saluran memiliki persentase yang kecil dari seluruh volume air yang mengalir. Walaupun daerah luas, tapi akan terevaporasi pula sehingga sulit untuk diperkirakan besarnya, oleh karena itu biasanya diabaikan dalam perhitungan.

2. Limpasan permukaan (surface run ofJ)Limpasan permukaan adalah air yang mengalir di atas permukaan tanah baik sebagai aliran tipis di permukaan tanah atau sebagai aliran disaluran.3. Aliran antara (interjlow)Sebagian hujan yang terinfiltrasi ke dalam tanah akan meyebar dan mengalir secara lateral. Aliran yang terjadi ini merupakan ali ran antara. Kontribusi aliran antara terhadap total limpasan permukaan (total run ofJ) tergantung dari karakteristik tanah daerah tangkapan (catchment).

4. Base flowBase jlow adalah sebagian hujan yang terperkolasi ke dalam menembus lapisan tanah dan pada akhirnya akan mengisi saluran sungai.

Curah hujan adalah salah satu parameter penting dalam sistem DAS, terutama sebagai salah satu mata rantai daur hidrologi yang berperan menjadi pembatas adanya potensi sumberdaya air didalam suatu DAS. Ratarata curah hujan sering dibutuhkan dalam penyelesaian masalah hidrologi, seperti penelusuran masalah banjir, penentuan ketesediaan air untuk irigasi ataupun untuk mendesain bangunan-bangunan air.Proses masuknya air hujan ke dalam tanah dan turun ke permukaan air tanah di sebut infiltrasi. Proses infiltrasi melibatkan tiga proses yang saling tidak tergantung yaitu, proses masuknya air hujan melalui pori-pori permukaan tanah, tertampungnya air hujan tersebut di dalam tanah dan proses mengalirnya air terse but ke tempat lain.Asdak (1995) menjelaskan, proses infiltrasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain, tekstur dan struktur tanah, persediaan air awal (kelembaban tanah), kegiatan biologi dan un sur organik, jenis dan kedalaman serasah, dan tumbuhan bawah atau tajuk penutup tanah lainnya. Perkolasi merupakan pergerakan air bebas ke bawah yang membebaskan air dari lapisan atas dan bagian atas dari lapisan bawah tanah ke tempat yang lebih dalam dan merupakan air berlebih. Perkolasi dapat digolongkan atas perkolasi vertikal (gerak ke bawah) dan perkolasi horizontal (gerak ke samping).Evapotranspirasi adalah peristiwa menguapnya air dari tanaman dan tanah atau perrnukaan air yang menggenang. Dengan kata lain, besarnya evapotranspirasi adalah jumlah antara evaporasi dan transpirasi.Evapotranspirasi merupakan salah satu faktor penting yang terjadi dalam siklus hidrologi. Pengaruh evapotranspirasi di daerah tropis pada umumnya, dapat mempercepat terjadinya kekeringan dan penyusutan debit sungai pada musim kering (Asdak,1995).Dalam pengertian umum model hidrologi adalah sebuah sajian sederhana dari sebuah sistem hidrologi yang kompleks. Menurut Linsley (1982), pengertian matematis dari persamaan-persamaan dan cara-cara untuk melukiskan perilaku "Model Hidrologi" dipakai untuk memberikan gambaran matematis yang relatifkompleks bagi daur hidrologi yang penyelesaiannya didesain pada sebuah komputer.Penggunaan model dapat membantu agar kita mudah memperkirakan lewat pendekatan yang ada seperti pendekatan deterministik atau probabilistik.

1. Model TangkiMenurut Sugawara (1961), model tangki adalah suatu metoda nonlinier yang berdasarkan kepada hipotesis bahwa aliran limpasan dan infiltrasi merupakan fungsi dari jumlah air yang tersimpan di dalam tanah.Sebuah tangki dengan saluran pengeluaran disisi mewakili limpasan, saluran pengeluaran bawah mewakili infiltrasi, dan komponen simpanan dapat mewakili proses limpasan didalam suatu atau sebagian daerah aliran sungai. Beberapa tangki serupa yang pararel dapat mewakili suatu daerah aliran sungai yang besar (Linsey, et al. 1982) Banyak penelitian telah dilakukan dengan menggunakan model tangki.

2. Proses Terjadinya Limpasan dalam Model TangkiProgram model tangki disusun dengan menggunakan bahasa FORTRAN dan terdiri dari persamaanpersamaan matematik yang menggambarkan proses komponen limpasan hujan yang jatuh diatas tanah di suatu DAS.Curah hujan yang jatuh diatas pennukaan bumi akan terinfiltrasi ke dalarn tanah. Selain terinfiltrasi ke dalarn tanah, terjadi pula proses evapotranspirasi. Air yang terinfiltrasi selanjutnya akan mengisi simpanan (storage) didalan tanah. Setelah simpanan mencapai maksimum (kejenuhan) terjadilah ali ran antara (interflow) dan air akan terperkolasi hingga akhirnya menjadi aliran dasar (base flow). Aliran-aliran ini selanjutnya akan terkumpul (total run off) menjadi debit sungai.

III. METODOLOGI

A. Alat dan Bahan

Alat1. komputer atau laptop2. software microsoft excelBahan Data curah hujan dan debit

B. Metode Kerja

1. Membuat tabel dalam lembar kerja Microsoft excel seperti berikutT (hari)P (mm)Qobservasi (m3jam)Qmodel (m3/jam)Error

119.100.88

26.370.72

3122.031.96

40.000.97

556.261.17

67.930.89

76.370.80

83.180.57

93.820.70

103.510.71

2. Membuat persamaan-persamaan tiap tangki dalam Visual Basic (dalam excel)Option ExplicitFunction Yb(b, H1, Hb)H1 tinggi air di tangki 1, Hb tinggi lubang pengeluaran bYb besar air yang keluar dari lubang bIf H1>Hb Then Yb=b*(H1-Hb) Else Yb=0End FunctionFunction Yc(c, H1, Hc)H1 tinggi air di tangki 1, He tinggi lubang pengeluaran cYc besa air yang keluar dari lubang cIf H1>Hc Then Yc=c*(H1-Hc) Else Yc=0End FunctionFunction Ya(a,H1)H1 tinggi air di tangki 1Ya besar air yang keluar dari lubang aYa=a*H1End FunctionFunction Yd(d, H2b, Ya)Yd=d*(H2b+Ya)End FunctionFunction NH1(dt, P, ET, Yan, Ybn, Ycn, H1b)Nh1 tinggi air di tangki 1 pada time step berikutnyaYan, Ybn, Ycn adalah besar air yang keluar dari lubang a, b, dan cNH1=H1b+(P-ET-Yan-Ybn-Ycn)*dtEnd FunctionFunction NH2(dt, H2b, Yan, Ydn)NH2 tinggi air pada tangki 2Yan, Ydn besar air yang keluar dari lubang a dan dNH2=H2b+(Yan-Ydn)*dtEnd Function3. Memecahkan persamaan-persamaan tersebut dengan menggunakan fasilitas solver dalam excel.4. Memplot hubungan antara hujan-limpasan langsung dalam sebuah grafik

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil

B. Pembahasan

Brooks et al. (1987), Model hidrologi merupakan gambaran sederhana dari suatu sistem hidrologi yang aktual. Model hidrologi biasanya dibuat untuk mempelajari fungsi dan respon suatu DAS dari berbagai masukan DAS. Melalui model hidrologi dapat dipelajari kejadian-kejadian hidrologi yang pada gilirannya dapat digunakan untuk memprediksi kejadian hidrologi yang akan terjadi. Harto (1993), model hidrologi adalah sebuah sajian sederhana (simple representation) dari sebuah sistem hidrologi yang kompleks.Model merupakan representasi atau gambaran tentang sistem (systems), obyek atau benda (objects) dan kejadian (events). Representasi tersebut dinyatakan dalam bentuk sederhana yang dapat dipergunakan untuk berbagai macam tujuan penelitian.Penyederhanaan dilakukan secara representatif terhadap perilaku proses yang relevan dari keadaan sebenarnya. Pembentukan model dan menerapkan model dalam percobaan merupakan bentukan dari simulasi (Dent and Anderson 1971). Menurut Hillel (1977), model simulasi merupakan teknik numerik dari percobaan hipotetik dari suatu gejala atau sistem dinamis dan dinyatakan secara kuantitatif.Penggunaan model sebagai usaha untuk memahami suatu sistem yang rumit merupakan teknik pengkajian yang lebih sederhana dibandingkan jika melalui keadaan sebenarnya. Model ini dapat digunakan untuk menduga dan menerangkan gejala- gejala dalam suatu sistem secara tepat (Nasution dan Barizi 1980). Model yang dibentuk berdasarkan peramalan terhadap sistem belum dapat dipastikan akan menghasilkan peamalan yang tepat terhadap perilaku sistem yang sejenis.Model simulasi hidrologi dapat diklasifikasikan berdasarkan luas kisaran karakteristiknya. Untuk analisis DAS, model hidrologi diklasifikasikan ke dalam lumped parameter versus distributed parameter, event versus continous, dan stochastic versus deterministic.Tank Model adalah salah satu model hidrologi yang digunakan untuk menganalisis karakteristik aliran sungai. Model ini dapat memberikan informasi mengenai kualitas air dan untuk memprediksi banjir. Model ini menerima masukan data harian hujan, evapotranspirasi dan debit sungai dalam satuan mm/hari sebagai parameter Tank Model. Tank Model tersusun atas 4 reservoir vertikal, dimana bagian atas mempresentasikan surface reservoir, dibawahnya intermediate reservoir, kemudian sub-base reservoir dan paling bawah base reservoir. Dalam konsep Tank Model ini air dapat mengisi reservoir dibawahnya dan bisa terjadi sebaliknya apabila evapotranspirasi sedemikian berpengaruh (Setiawan 2003).Tank Model yang telah divalidasi dan telah diuji keabsahannya dengan tolak ukur koefisien determinasi (R2) dapat dilanjutkan untuk analisis hidrologi salah satunya adalah simulasi perubahan tata guna lahan dan kaitannya terhadap ketersediaan air atau debit sungai. (Harmailis et al 2001, diacu dalam Wulandari 2008)Harto (1993) mengemukakan bahwa secara umum model dapat dibagi dalam tiga kategori, yaitu : 1) model fisik yang menerangkan model dengan skala tertentu untuk menirukan prototipenya, 2) model analog yang disusun dengan menggunakan rangkaianresistor-kapasitor untuk memecah persamaan-persamaan diferensial yang mewakili proses hidrologi,3) model matematik yang menyajikan sistem dalam rangkaian persamaan dan kadang-kadang dengan ungkapan-ungkapan yang menyajikan hubungan antar variabel dan parameter.Model juga dapat diklasifikasikan menjadi: 1) model stokastik, di mana hubungan antara masukan dan keluarannya didasarkan atas kesempatan kejadian dan probabilitas,2) model deterministik, di mana setiap masukan dengan sifat-sifat tertentu, selalu akan menghasilkan keluaran yang tertentu pula.Di samping itu, model dapat digolongkan menjadi : 1) model empirik, yaitu model yang semata-mata mendasarkan pada percobaan dan pengamatan,2) model konseptual, yaitu model yang menyajikan proses-proses hidrologi dalam persamaan matematik dan membedakan antara fungsi produksi (production) dan fungsi penelusuran (routing).Sinukaban (1995) mengemukakan bahwa sebagai suatu sistem hidrologi, DAS meliputi jasad hidup, lingkungan fisik dan kimia yang berinteraksi secara dinamik, yang di dalamnya terjadi kesetimbangan dinamik antara energi dan material yang masuk dengan energi dan material yang keluar. Dalam keadaan alami, energi matahari, iklim di atas DAS dan unsur-unsur endogenik di bawah permukaan DAS merupakan masukan (input). Sedangkan air dan sedimen yang keluar dari muara DAS serta air yang kembali ke udara melalui evapotranspirasi adalah keluaran (output) DAS.Model USLE (universal soil loss equation), MUSLE (modified USLE), RUSLE (revised USLE), CREAMS (chemical runoff and erosion from agricultural management system) dan GLEAMS (groundwater loading effect of agricultural management system), tergolong dalam lumped parameter, yaitu model yang mentransformasi curah hujan (input) ke dalam aliran permukaan (output) dengan konsep bahwa semua proses dalam DAS terjadi pada satu titik spasial. WEPP (water erosion predicting project), KINEROS (kinematic erosion simulation), EUROSEM (european soils erosion model), TOP MODEL (topografically and physically based, variable contributing area model of basin hidrology) dan ANSWERS (areal nonpoint source watershed environmental response simulation) tergolong distributed parameter, yaitu model yang berusaha menggambarkan proses dan mekanisme fisik dan keruangan, memperlakukan masing komponen DAS atau proses sebagai komponen mandiri dengan sifatnya masingmasing. Model tersebut secara teori sangat memuaskan, tetapi data lapangan sering terbatas untuk mengkalibrasi dan memverifikasi hasil simulasi. Model HEC-1 adalah event model yang mensimulasikan respon hujan tunggal sebagai input data. Sedangkan SWM-IV (stanford watershed model) dan SWMM (storm water management model) merupakan continous model yang didasarkan pada persamaan kesetimbangan air dalam jangka yang lebih panjang. Model tersebut cocok untuk digunakan pada DAS yang memiliki ukuran yang lebih luas. Model AGNPS (agricultural non point source pollution model) merupakan gabungan antara model distribusi dan model sekuensial. Sebagai model distribusi, penyelesaian persamaan keseimbangan massa dilakukan serempak untuk semua sel.Sedangkan sebagai model sekuensial, air dan cemaran ditelusuri dalam rangkaian aliran dipermukaan lahan dan di saluran secara berurutan (Pawitan 1999). Model SWAT (soil and water assessment toll) adalah model yang dikembangkan untuk memprediksi dampak pengelolaan lahan (land management practices) terhadap air, sedimen dan bahan kimia pertanian yang masuk ke sungai atau badan air pada suatu DAS yang kompleks, dengan tanah, penggunaan tanah dan pengelolaannya yang bermacam-macam sepanjang waktu yang lama (Arsyad 2006).Tank medel sangat banyak digunakan pada ajian-kajian atau penelitiana tentang ilmu hidrologi. Salah satu penelitian yang menggunakan tank model mulse yang dilakukan oleh Candra rahmat sahayana ( Fakultas kehutanan Institut pertanian bogor 2011 ) dengan judul Pendugaan neraca air, Erosi, dan sedimentasi menggunakan Aplikasi tank model dan metode musle di sub das cilebak kabupaten bandung. dari prnrlitian yang di lakukan di dapatkan :

1. Analisis Curah Hujan

Grafik fluktuasi curah hujan harian tanggal 1 Januari 2009 31 Juli 2010.

Diagram curah hujan bulanan bulan Januari 2009 Juli 2010.

2. Analisis Debit Aliran

Discharge rating curve Sub-DAS Cilebak.

Grafik hubungan antara curah hujan dan debit.

3. Analisis EvapotranspirasiPerhitungan evapotranspirasi yang digunakan adalah metode Penman-Monteith, cara perhitungan menggunakan metode ini telah dijelaskan pada persamaan 14 di metodologi pengolahan data. Berdasarkan hasil perhitungan data evapotranspirasi, diperoleh total evapotranspirasi yang terjadi pada tahun 2009 sebesar 1387,66 mm/tahun, rata-rata evapotranspirasi harian sebesar 3,60 mm/hari, sedangkan pada tahun 2010 yakni dari bulan Januari sampai bulan Juli evapotranspirasi yang terjadi sebesar 779,47 mm. Data evapotranspirasi selanjutnya digunakan sebagai data masukan dalam aplikasi Tank Model, dalam bentuk data evapotranspirasi harian.

4. Analisis Hidrograf

5. Analisis Input Tank ModelAdapun data masukan yang digunakan dalam aplikasi Tank Model adalah data curah hujan harian dalam satuan mili meter (mm), data debit aliran harian dalam satuan mili meter (mm), dan data evapotranspirasi harian dalam satuan mili meter (mm). Hasil keluaran (output) dari Tank Model dalam penelitian ini digunakan untuk perhitungan neraca air di Sub-DAS Cilebak-Cirasea, sebagai data untuk menghitung besarnya erosi dan sedimentasi di Sub-DAS Cilebak-Cirasea dengan kondisi penggunaan lahan aktual berdasarkan data karakteristik Sub-DAS Cilebak-cirasea tahun 2009 da 2010. Dalam penelitian ini hasil perhitungan neraca air sangat berhubungan dengan kualitas daerah tangkapan air (DTA) dalam memprediksi baik atau buruknya kinerja suatu DAS atau Sub-DAS dan sebagai kuantitasnya dapat dilihat dari besarnya erosi dan laju sedimentasi yang terjadi.

6. Analisis Output Tank Model

Level air pada Tank A tanggal 1 Januari 2009 31 Juli 2010.

Level air pada Tank B tanggal 1 Januari 2009 31 Juli 2010.

Level air pada Tank C tanggal 1 Januari 2009 31 Juli 2010.

7. Laju Sedimentasi Hasil Observasi

Grafik hubungan laju sedimentasi dengan debit aliran.Dari peraktikum yang di lakukan pada acara pemodelan hidrologi in di dapatkan grafik yang menghubungkan antara Q observasi,Q model, hujan sebagai berukut,

Hasil perhitungan dengan persamaan diatas diperoleh skema model tangki:Denganrumus : H1b + P(t) ET(t) Ya(t) Yb(t) Yc(t) =0,35487 = H2b + Ya(t) Yd(t) Ya = a . H1 Yb = b(H1 Hb) Yc = c ( H1 Hc) Yd = d. H2 Grafik di atas menggambarkan bahwa sangat berpenguruhnya antara ketiga komponen tersebut. ketiga kmponen tersebut berbanding lurus karna semakin besar Q observasi maka besar pula hujan dan Q model.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. kesimpulan

1. Model hidrologi merupakan gambaran sederhana dari suatu sistem hidrologi yang aktual. Model hidrologi biasanya dibuat untuk mempelajari fungsi dan respon suatu DAS dari berbagai masukan DAS2. Tank Model adalah salah satu model hidrologi yang digunakan untuk menganalisis karakteristik aliran sungai. Model ini dapat memberikan informasi mengenai kualitas air dan untuk memprediksi banjir3. secara umum model dapat dibagi dalam tiga kategori, yaitu ; 1) model fisik yang menerangkan model dengan skala tertentu untuk menirukan prototipenya, 2) model analog yang disusun dengan menggunakan rangkaian resistor-kapasitor untuk memecah persamaan-persamaan diferensial yang mewakili proses hidrologi, 3) model matematik yang menyajikan sistem dalam rangkaian persamaan dan kadang-kadang dengan ungkapan-ungkapan yang menyajikan hubungan antar variabel dan parameter.4. Berdasarkan proses, metode hidrologi dibagi menjadi lumped ( memisalkan DAS sebagai satu sisitem utuh ) dan distributed ( membagi DAS menjadi elemeem-elemen keciel ). Metode distributed misalnaya ANSWER dan SWAT. Sedangkan mwtode lumped, diataranya termasuk unit hydrograph dan tank mode.

B. Saran

Jalannya praktikum sudah cukup bagus namun sebaiknya asisten lebih mengutamakan kepahaman praktikan.

DAFTAR PUSTAKA

Asdak, C. 1995. Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Gadjahmada University Press: Yogyakarta

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

Candra.R.S. 2011. Pendugaan neraca air, Erosi, dan sedimentasi menggunakan Aplikasi tank model dan metode musle.[Skripsi] Fakultas Kehutanan IPB:Bogor

Linsley, R.K., M.A Kohler and J.J.H Paulus. 1982. Hydrology for Engineers. McGraw Hill Inc:New York

Schwab, G.O., R. K. Frevert and T. Barnes. 1966. Soil and Water Conservation Engineering. Third Edition. John Wiley & Sons Inc: New York

Sugawara, M. 1961. On the Analysis of Runoff Structure About Several Japanese River. Japanese Journal of Geophysic. Vol 4 No.2. March 1961. The Science Council of Japan

Sutoyo.1999. Pendugaan debit sung ai berdasarkan hujan Dengan menggunakan model tangki di das Cidanau, serang. buletin keteknikan peranian. IPB : Bandung

Wulandari. 2008. Aplikasi Tank Model Dalam Penentuan Karakteristik DAS Berbasis Data AWS Dan SPAS Digital Automatis Di Sub DAS Cisadane Hulu.[Skripsi] Fakultas Kehutanan IPB: Bogor

LAPORAN PRAKTIKUMHIDROLOGIPERMODELAN HIDROLOGI

Oleh:Yasrul KhoiruddinNIM A1H013066

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAANUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMANFAKULTAS PERTANIANPURWOKERTO2014