PENDAHULUAN
DAS merupakan sebuah kawasan yang dibatasi oleh pemisah topografis, yang menampung, menyimpan dan mengalirkan curah hujan yang jauh di atasnya, ke sungai utama yang bermuara ke danau atau lautan (Webster, 1976). Pemisah topografi ialah punggung bukit. Di bawah tanah juga terdapat pemisah bawah tanah berupa batuan. Sebuah DAS merupakan kumpulan dari banyak sub DAS yang lebih kecil. Ukuran dan bentuk DAS dengan sendirinya berbeda antara satu dengan lainnya. Sungai merupakan bagian dari DAS dan menjadi bagian penting dari kehidupan makhluk hidup. Sungai merupakan sarana yang sangat penting dalam proses pengangkutan sedimen. Sungai berfungsi untuk mengalirkan sedimen-sedimen dari hasil erosi yang nantinya akan diteruskan ke laut. Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu. Proses sedimentasi meliputi proses erosi, transportasi (angkutan), pengendapan (deposition) dan pemadatan (compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel dan kecepatan pengendapan partikel. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel (gaya tarik dan gaya angkat) dan kecepatan pengendapan partikel (Asdak, 2004)..
Pada tata guna lahan DAS Citarum Hulu untuk tahun 1994 dan 2001, terjadi perubahan ekstrem di bagian selatan Jawa Barat (sekitar hulu sungai Citarum) berupa konversi hutan menjadi tanah terbuka (semak, belukar atau lahan kering). Konversi hutan menjadi lahan terbuka dengan luas yang memiliki dampak spasial yang berarti berada pada wilayah tersebut menyebabkan peningkatan laju ekspor sedimen tahunan yang melebihi 100ton/km2(Poerbandono, 2006). Peningkatan dari nilai sedimen ini akan sangat mempengaruhi debit suatu sungai. Penumpukan sedimen ini menyebabkan debit sungai akan menurun dan penumpukan sedimen yang semakin tinggi ini sangat berpotensi dalam mengurangi kapasitas tamping sungai terhadap air hujan yang berintensitas besar, terutama pada saat musim hujan. Sedimentasi dari sungai inibergantung pada besarnya erosi total di DAS dan juga pada transport partikel tanah yang tererosi tersebut keluar dri daerah tangkapan air pada DAS, dan juga disebabkan oleh variasi karakteristik fisik DAS tersebut. Sedimentasi ini kemudian memicu terjadinya banjir pada bagian hilir sungai, terutama pada musim hujan dimana intensitas hujan sangat besar atau bahkan karena sungai sudah tidak mampu menampung air lagi, walaupun intensitas hujan tidak terlalu besar tetap dapat menyebabkan banjir pada daerah sekitar ungai tersebut. Untuk itu dibutuhkan penanggulangan sedimentasi sungai pada daerah tersebut dengan berfokus pada pengaturan pencegahan erosi/longsor pada saat pembangunan infrastruktur, pada pencegah erosi di lahan pertanian, kehutanan dan pertambangan, serta pencegahan masuknya sampah dari pemukiman. Model simulasi merupakan teknik numerik dari percobaan hipotetik dari suatu gejala atau sistem dinamis dan dinyatakan secara kuantitatif. Model digunakan 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). Terdapat banyak sekali model yang mengkaji tentang air, tetapi dibutuhkan model yang tepat untuk dapat membantu menentukan skenario mana yang tepat dalam penanganan tersebut dengan ketersediaan data yang ada.
Beberapa metode yang dapat digunakan dalam penanganan yang terkait masalah sedimentasi misalnya saja MIKE, hanya saja pada MIKE modelnya terlalu detail dan membutuhkan banyak lebih banyak data dibandingkan dengan SWAT sehingga jika digunakan dengan keterbatasan data yang ada, hasilnya tidak akan terlalu baik. GLUE dan SUFI-2 sangat fleksibel dengan memungkinkan untuk menggunakan parameter yang ada secara bebas, tetapi hasil mereka cukup sulit untuk dijustifikasi karena langkahnya terlalu bebas dan tidak memiliki hasil statistik yang cukup baik dan juga sangat dipengaruhi dari pemilihan parameter tersebut. Jika parameternya tidak baik, maka hasil yang didapat juga tidak akan baik.
Penelitian ini memanfaatkan model hidrologi SWAT (Soil and Water Assessment Tool). SWAT merupakan model terdistribusi yang terhubung dengan SIG (Sistem Informasi Geografis) dan mengintegrasikan dengan DSS (Decision Support System). Model SWAT dioperasikan pada interval waktu harian dan dirancang untuk memprediksi dampak jangka panjang dari praktek pengelolaan lahan terhadap sumberdaya air dan sedimen pada DAS besar dan komplek dengan berbagai skenario tanah, penggunaan lahan dan pengelolaan berbeda (Pawitan, 2004). SWAT memungkinkan sejumlah proses fisik yang berbeda untuk disimulasikan pada suatu DAS. Penggunaan model SWAT dapat mengidentifikasi, menilai, mengevaluasi tingkat permasalahan suatu DAS dan sebagai alat untuk memilih tindakan pengelolaan dalam mengendalikan permasalahan tersebut. Walaupun nanti hasil terdapat error yang cukup besar pada hasil pengamatan pada daerah drainase kecil, model SWAT cukup handal di skala yang cukup besar (Vigiak, 2015).Adapun yang menjadi rumusan masalah dalam penelitian ini adalah:
- 1. Terdapat perubahan bentuk lahan yang terjadi di DAS pada daerah sungai Citarum dengan peningkatan daerah pertanian dan perkebunan.
- 2. Peningkatan sedimentasi pada DAS Citarum menurunkan kualitas air di daerah tersebut
Untuk itu, dengan penelitian ini diharapkan mampu menelaah proses erosi dan sedimentasi yang terjadi di sungai Citarum sehingga didapatkan daerah kritis mana saja yang harus menjadi perhatian utama.
METODOLOGI
Penelitian ini berusaha untuk mengevaluasi penggunaan lahan di sekitar DAS Citarum, bagaimana penggunaan lahan tersebut juga turut mempengaruhi kualitas air yang ada di DAS tersebut juga bagaimana langkah yang masih cukup baik untuk mengurangi dampak dari penggunaan lahan tersebut. Tahapan yang dilakukan, dapat dilihat pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Skema metoda penelitian
Lokasi Penelitian
.
Lokasi Penelitian berada di kawasan utara Tangkuban Perahu, melewati Purwakarta, sampai ke Bd. Curug yang terletak di sebelah utara Waduk Jatiluhur. Terletak di Sungai Cikao, Purwakarta, Jawa Barat. Dengan koordinat di sekitar 6 ° 32'27 "S and 107 ° 26'46" E
Gambar 1. DAS Citarum (BPLHD Jabar, 2015)
Model SWAT
SWAT adalah model berskala DAS yang dikembangkan oleh Dr. Jeff Arnold pada awal tahun 90-an untuk Agricultural Research Service (ARS) dari USDA. Model tersebut dikembangkan untuk memprediksi dampak dari manajemen lahan terhadap air, sedimentasi serta jumlah bahan
46 Jurnal Teknik Lingkungan Vol. 23 No. 2 − Manggala Anindyaguna, Suharyanto, dan Teddy Tedjakusuma
kimia yang berasal dari pertanian dan untuk area DAS yang kompleks dengan variasi jenis tanahnya, penggunaan lahan dan kondisi manajemen pengelolaan.
Proses yang dimodelkan SWAT yang terjadi di dalam DAS didasarkan kepada neraca air. Persamaan neraca air yang berlaku pada model SWAT sebagai berikut:
\[SW_{t} = SW_{o} + \sum_{i=1}^{t} (R_{day} - Q_{surf} - E_{a} - w_{seep} - Q_{gw})\] (Persamaan 1)
Dimana :
SWt = Soil water content (mm H2O),
SWo = Soil water content awal pada hari i (mm H2O), t = waktu (hari),
Rday = Jumlah pengendapan pada hari i (mm H2O), Qsurf = Jumlah surface runoff pada hari i (mm H2O), Ea = Jumlah evapotranspiration pada hari i (mm H2O), wseep = Jumlah air yang masuk ke dalam zona vadose di soil profile pada hari i
(mm H2O)
Qgw = jumlah return flow pada hari i (mm H2O).
Untuk routing air, SWAT menggunakan persamaan Manning untuk menentukan tingkat dan kecepatan aliran. Air disalurkan melalui saluran menggunakan metode variable storage routing atau metode routing Muskingum River. Persamaan 2 dan persamaan 3 merupakan persamaan Manning untuk aliran seragam dalam saluran digunakan untuk menghitung tingkat dan kecepatan aliran di suatu segmen untuk langkah waktu tertentu :
\[q_{ch} = \frac{A_{ch} \cdot R_{ch}^{2/3} \cdot slp_{ch}^{1/2}}{n}\] (Persamaan 2)
\[v_c = \frac{R_{ch}^{2/3} \cdot slp_{ch}^{1/2}}{n}\] (Persamaan 3)
Dimana :
qch = kecepatan alir pada saluran (m3/s),
Ach = Area cross section aliran pada saluran (m2), Rch = Radius hydraulic pada kedalaman aliran (m), slpch = adalah slope sepanjang saluran (m/m), n = koefisien Manning saluran vc = kecepatan aliran (m/s)
Model SWAT menggunakan metode SCS curve number (CN) untuk menduga aliran permukaan (surface run off). QSWAT mensimulasikan volume aliran permukaan dan puncaknya pada setiap HRU. Pada metoda SCS curve number aliran permukaan (Qsurf) dihitung dengan :
\[Q_{Surf} = \frac{\left(R_{day} - 0.2S\right)^2}{\left(R_{day} - 0.8S\right)}\]
(Persamaan 4)
Dimana :
Rday = banyaknya hujan (mm/hari);
Parameter retensi (S) dihitung berdasarkan nilai CN dengan persamaan :
\[S = 24.4 \left( \frac{100}{CN} - 10 \right)\]
(Persamaan 5)
SCS curve number adalah fungsi dari permeabilitas tanah, penggunaan lahan dan kondisi bagian air tanah.
Data yang digunakan adalah Peta Dasar DAS Citarum, Peta Sungai Citarum dan Tarum Barat serta Tarum Timur, data Curah hujan pada stasiun cuaca terdekat, Data Debit aliran sungai pada beberapa titik di sungai.
Data peta DEM sangat dibutuhkan untuk melakukan running model ini karena pada peta DEM, didapat elevasi pada lokasi tersebut dan elevasi merupakan sebagai salah satu variabel yang sangat penting terkait dengan parameter meteorologi (Noor, 2014).
DEM yang didapat kemudian diolah menjadi peta dasar yang kemudian menjadi bahan pertimbangan model tersebut untuk kemudian ditambahkan dengan data sungai. Kemudian diolah sehingga menghasilkan beberapa sub DAS, yang dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Pembagian DAS Cikao menjadi Sub DAS
Setelah diolah menjadi Sub Das, data tersebut ditambahkan dengan data penggunaan lahan dan data tanah. Kemudian dari data kemiringan lahan, penggunaan lahan dan data tanah, akan dibentuk Hydrological Response Unit (HRU) yang merupakan unit analisis terkecil yang digunakan model SWAT sebagai dasar perhitungan dalam memprediksi output dan simulasi model. Setiap HRU akan memiliki informasi sub DAS, nomor HRU, jenis penutupan lahan, jenis tanah, dan luas HRU. HRU didapatkan dari overlay peta tanah, peta penggunaan lahan dan peta kemiringan lahan. Kemiringan lahan ini dibagi menjadi 3 kelas yaitu 0 – 5%, >15 – 30%, dan > 30%.
Proses penggabungan HRU dan data iklim dilakukan setelah satuan analisis terbentuk. Pada tahap ini ditentukan periode simulasi terlebih dahulu untuk kemudian dilakukan pemasukan data iklim. Pada analisis hidrologi ini, disediakan data sebagai input dalam model SWAT adalah data iklim, data tanah, data penggunaan lahan, data hidrologi.
Gambar 3. Skema SWAT
Gambar 3 menunjukkan Proses menjalankan model SWAT beserta input dan sumber data yang digunakan.
Pengambilan sampel
Terdapat 7 titik sampling atau pengambilan contoh untuk setiap stasiun dilakukan secara horizontal. Penentuan titik sampling secara horizontal didasarkan pada karakteristik setiap lokasi terutama berdasarkan percabangan sungai dan juga penggunaan lahan.
Gambar 4. Titik pengambilan sampel
Dari hasil pengambilan sampel tersebut didapat.
Tabel 1. Hasil pengambilan sampel air
| No. | TDS | TSS | pH | Temperatur |
|---|---|---|---|---|
| Sampel | mg/L | mg/L | °C | |
| 1 | 322 | 89.1 | 8.21 | 28 |
| 2 | 288 | 91.2 | 7.82 | 23 |
| 3 | 282 | 80.7 | 8.19 | 21 |
| 4 | 413 | 112 | 8.4 | 32 |
| 5 | 222 | 51.3 | 8.75 | 32.5 |
| 6 | 323 | 61 | 8.74 | 32.2 |
| 7 | 473 | 55 | 8.45 | 29.9 |
Dari hasil pengamatan lapangan didapatkan bahwa air pada sungai tersebut sudah memenuhi syarat untuk penggunaan air pada kelas 3 dan kelas 4, yaitu untuk daerah pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertanaman, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan air yang sama dengan kegunaan tersebut. Tetapi penggunaan air tersebut sebagai air untuk kelas 1 yaitu penggunaan untuk air bakti air minum, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut dan dan kelas 2, untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan ,air untuk mengairi pertanaman, dan atau peruntukkan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut masih tidak memenuhi syarat. Pembagian ini mengacu pada Peraturan Pemerintah No.82 Tahun 2001.
Skenario
Berdasarkan hasil perhitungan pendahuluan, akan dilakukan simulasi dengan beberapa alternatif skenario, antara lain:
- 1. Skenario ekstrim dimana 100% penggunaan lahan berupa daerah Perkebunan.
- 2. Skenario ekstrim dimana 100% penggunaan lahan berupa daerah hutan.
- 3. Skenario dimana daerah kritis dibatasi oleh hutan selebar 15 meter.
Pada Skenario 3 ini, lahan di sekitar sungai diubah menjadi hutan selebar 15m. Daerah tersebut digunakan sebagai pelindung untuk mengurangi laju sedimen di daerah tersebut.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perubahan Tata Guna Lahan
Terdapat perubahan tata guna lahan yang cukup besar dari tahun 2003 ke tahun 2016. Perubahan tersebut dapat terlihat pada grafik di bawah ini.
Dari hasil pengumpulan data terlihat bahwa perubahan lahan hutan menurun dari 32% di tahun 2003 menjadi 14% di tahun 2009 dan menurun lagi menjadi 11.8% di tahun 2016. Peningkatan daerah pemukiman dari 8.3% di tahun 2003 menjadi 11.2% di tahun 2009 dan meningkat menjadi 12.3% di tahun 2016. Perkebunan meningkat dari 27% di tahun 2003 menjadi 34% di tahun 2009 dan meningkat lagi menjadi 35.3% di tahun 2016. sedangkan sawah meningkat dari 32% di tahun 2003 menjadi 40% pada tahun 2009 kemudian konstan di tahun 2016.
Gambar 5. Perbandingan penggunaan lahan pada tahun 2003, 2009 dan 2016 (BAPPEDA, 2017)
Hasil Model SWAT
Hasil dari pengolahan peta DEM dan sungai di overlay dengan peta penggunaan lahan dan peta tanah membetuk HRU yang kemudian digabungkan dengan data dari stasiun cuaca akan menghasilkan output berupa TSS seperti pada Gambar 7 berikut.
50 Jurnal Teknik Lingkungan Vol. 23 No. 2 − Manggala Anindyaguna, Suharyanto, dan Teddy Tedjakusuma
Gambar 7. Perbandingan debit pada tahun 2003, 2009 dan 2016
Hasil TSS pada daerah ini terlihat pada Gambar 7 dimana bahwa hasil TSS dengan data iklim yang sama menunjukkan penurunan dari tahun 2003 ke tahun 2009, kemudian meningkat lagi pada tahun 2016. Kemudian dibuat skenario dengan kondisi ekstrim dimana pada skenario 1, dibuat kondisi dimana 100% daerah ini menjadi daerah perkebunan. Dan pada skenario 2 dibuat kondisi dimana 100% daerah ini menjadi daerah hutan. Perbandingan skenario ini dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Hasil TSS pada model skenario hutan dan perkebunan
Dari hasil model untuk kedua skenario diatas terlihat bahwa hasil TSS pada model ini menunjukkan perbedaan yang sangat mencolok dimana model perkebunan menjadi jauh lebih tinggi dibandingkan dengan model hutan. Hasil rata-rata TSS pada model ini adalah 75 mg/l untuk model hutan, dan 181 mg/l untuk model perkebunan. Sementara rata-rata untuk tahun 2016 adalah 178 mg/l.
Kemudian pada skenario berikutnya yaitu dengan penambahan hutan di sekitar daerah kritis dan sungai, didapatkan hasil.
Gambar 9. Hasil TSS pada model skenario penambahan daerah hutan di sekitar sungai untuk tahun 2016
Terlihat penurunan nilai TSS di daerah ini setelah ditambahkan hutan di daerah sekitar sungai. Hal ini menunjukkan terjadi peningkatan kualitas sungai jika daerah kritis dibatasi oleh hutan di sekitar sungai. Tetapi tidak semua daerah ditutupi oleh hutan. Pada scenario ini, daerah yang dilindungi hutan hanya sungai dari daerah perkebunan dan pertanian
KESIMPULAN
Simulasi model QSWAT dilakukan terhadap penggunaan lahan tahun 2003, 2009 dan 2016 dengan menggunakan data input curah hujan dan iklim tahun pada tahun tersebut. Hasil yang diperoleh adalah terbentuknya 75 HRU pada 7 sub-DAS. Simulasi penggunaan lahan tahun 2003, 2009 dan 2016 menghasilkan laju sedimentasi berbeda, terjadi penurunan TSS pada tahun 2003 ke tahun 2009, kemudian meningkat lagi pada tahun 2016. Pada skenario 1 (model perkebunan) dan skenario 2 (model hutan) yang digunakan menunjukkan perbedaan nilai TSS pada kedua skenario tersebut jauh berbeda dimana hasil rata-rata TSS pada model ini adalah 75 mg/l untuk model hutan, dan 181 mg/l untuk model perkebunan, sementara pada tahun 2016 menunjukkan nilai TSS sekitar 178 mg/l. Hal ini menunjukkan keadaan daerah di DAS tersebut sudah mulai sangat berbahaya dan membutuhkan perhatian khusus untuk penanganannya. Untuk itu dibuat skenario berikutnya dengan penambahan hutan di sekitar daerah kritis dan sungai yang menunjukkan terjadi peningkatan kualitas sungai jika daerah kritis dibatasi oleh hutan di sekitar sungai.