HIDROLOGI TERAPAN

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Umum

       Hidrologi adalah ilmu yang berkaitan dengan air di bumi, baik mengenai terjadinya, peredaran dan penyebarannya, sifat-sifatnya dan hubungan dengan lingkungannya terutama dengan makhluk hidup. Penerapan ilmu hidrologi dapat dijumpai dalam beberapa kegiatan seperti perencanaan dan operasi bangunan air, penyediaan air untuk berbagai keperluan (air bersih, irigasi, perikanan, peternakan), pembangkit listrik tenaga air, pengendalian banjir, pengendalian erosi dan sedimentasi, transportasi air, drainase, pengendali polusi, air limbah, dsb.

    Hidrologi banyak dipelajari oleh para ahli di bidang teknik sipil dan pertanian. Ilmu tersebut dapat dimanfaatkan untuk beberapa kegiatan berikut :

1. memperkirakan besarnya banjir yang ditimbulkan oleh hujan deras, sehingga dapat direncanakan bangunan-bangunan untuk mengendalikannya seperti pembuatan tanggulbanjir, saluran drainase, gorong-gorong, jembatan, dsb.
2. memperkirakan jumlah air yang dibutuhkan oleh suatu jenis tanaman, sehingga dapat direncanakan bangunan untuk melayani kebutuhan tersebut.
3. memperkirakan jumlah air yang tersedia di suatu sumber air (mata air, sungai, danau, dsb.) untuk dapat dimanfaatkan guna berbagai keperluan seperti air baku (air untuk keperluan rumah tangga, perdagangan industri), irigasi, pembangkit listrik tenaga air, perikanan, peternakan, dsb.

    Ilmu hidrologi lebih banyak didasarkan pada pengatahuan empiris daripada teoritis. Hal ini karena banyaknya parameter yang berpengaruh pada kondisi hidrologi di suatu daerah, seperti kondisi klimatologi (angin, suhu udara, kelembaban udara, penyinaran matahari), kondisi lahan (daerah aliran sungai, DAS) seperti jenis tanah, tata guna lahan, kemiringan lahan, dsb. Banyaknya parameter tersebut mengakibatkan analisis hidrologi sulit diselesaikan secara analitis. Disamping itu kondisi hidrologi juga sangat dinamis yang tergantung pada perubahan/kegiatan yang dilakukan oleh manusia, seperti perubahan tata guna lahan (penggundulan hutan, penghijauan, perubahan lahan sawah menjadi daerah pemukiman atau industri, perubahan hutan menjadi sawah atau fungsi lainnya), perubahan penutup permukaan tanah ( dari tanah, rumput, atau pepohonan menjadi permukaan aspal atau beton), dsb.

1.2. Siklus Hidrologi

Siklus hidrologi merupakan proses kontinyu dimana air bergerak dari bumi ke atmosfer dan kemudian kembali ke bumi lagi. Neraca air tahunan diberikan dalam nilai relatif terhadap hujan yang jatuh di daratan (100%). Air di permukaan tanah dan laut menguap ke udara. Uap air tersebut bergerak dan naik ke atmosfer, yang kemudian mengalami kondensasi dan berubah menjadi titik-titik air yang berbentuk awan. Selanjutnya titik-titik air tersebut jatuh sebagai hujan ke permukaan laut dan daratan. Hujan yang jatuh sebagian tertahan oleh tumbuh-tumbuhan (intersepsi) dan selebihnya sampai ke permukaan tanah. Sebagian air hujan yang sampai ke permukaan tanah akan meresap ke dalam tanah (infiltrasi) dan sebagian lainnya mengalir di atas permukaan tanah (aliran permukaan atau surface runoff) mengisi cekungan tanah, danau dan masuk ke sungaidan akhirnya mengalir ke laut. Air yang meresap ke dalam tanah sebagian mengalir di dalam tanah (perkolasi) mengisi air tanah yang kemudian keluar sebagai mata air atau mengalir ke sungai. Akhirnya aliran air di sungai akan sampai ke laut. Proses tersebut berlangsung terus-menerus yang disebut dengan siklus hidrologi.

Jumlah air yang ada di bumi dan yang berada dalam berbagai proses dalam siklus hidrologi di berikan dalam Tabel 1.1. Tabel tersebut menunjukkan bahwa jumlah air di bumi adalah 1,386 milyar km³; yang sebagian besar adalah air laut yaitu sebesar 96,5 %. Sisanya sebesar 1,7 % berupa es di kutub; 1,7 % sebagai air tanah dan hanya 0,1 % merupakan air permukaan dan air di atmosfer. Air di atmosfer yang merupakan sumber air permukaan hanya berjumlah 12.900 km³ atau kurang dari 1/100.00 dari seluruh air di bumi. Dari jumlah air tawar sebesar 35  juta km³, dua per tiganya adalah dalam bentuk es di kutub dan sisanya sebagian besar berupa air tanah pada kedalaman 200 sampai 600 m. Hanya 0,006 % berupa air tawar di sungai.

Jumlah air permukaan dan air atmosfer pada suatu waktu relatif kecil. Tetapi karena proses pembentukannya terjadi secara terus-menerus sesuai dengan siklus hidrologi, maka jumlahnya dalam satu tahun cukup besar. Neraca air tahunan global ditunjukkan dalam tabel 1.2. Dalam tabel tersebut beberapa parameter yang ditinjau dinyatakan dalam km³/tahun dan mm/tahun. Dimensi dalam mm/tahun diperoleh dengan membagi parameter dalam km³/tahun dengan luas, yang menunjukkan kedalaman parameter merata pada seluruh luasan.

1.3. Karakteristik Sungai dan Daerah Aliran Sungai

Aliran permukaan pada daerah tangkapan air (daerah aliran sungai, DAS) terjadi dalam beberapa bentuk yaitu :

1) aliran limpasan pada permukaan tanah,

2) aliran melalui parit/selokan,

3) aliran melalui sungai-sungai kecil, dan

4) aliran melalui sungai utama.

Aliran limpasan pada permukaan tanah terjadi selama atau setelah hujan dalam bentuk lapisan air yang mengalir pada permukaan tanah.  Aliran tersebut masuk ke parit/selokan yang kemudian mengalir ke sungai-sungai kecil dan selanjutnya menjadi aliran di sungai utama. Karakteristik hidrologis dari daerah tangkapan air di pengaruhi oleh luas, bentuk, relief, panjang sungai, dan pola drainase daerah tangkapan.

1.3.1.  Tingkatan sungai

           Jaringan sungai dan anak-anak sungainya mempunyai bentuk seperti percabangan pohon. Parit-parit bergabung membentuk alur yang lebih besar, yang selanjutnya beberapa alur bergabung membentu anak sungai, dan kemudian beberapa anak sungai tersebut membentuk sungai utama. Jaringan sungai dapat diklasifikasikan secara sistemati menurut tingkatan alur sungai berdasar posisinya dalam jaringan. Tingkatan sungai ditetapkan berdasar ukuran alur dan posisinya; tingkatan terendah untuk alur terkecil yang merupakan sungai-sungai paling ujung dan tingkat yang lebih tinggi untuk alur yang lebih besar yang berada di daerah bagian hilir. Strahler (1952, dalam Thompson, 1999) menetapkan anak sungai paling ujung sebagai sungai tingkat satu. Apabila dua alur dengan tingkat yang sama bergabung, maka tingkat alur di bawah percabangan tersebut meningkat satu tingkat. Sebagai contoh, apabila dua anak sungai tingkat satu bertemu  akan membentuk sungai tingkat dua. Apabila dua sungai tingkat dua bergabung akan membentuk sungai tingkat tiga, demikian seterusnya. Apabila sebuah sungai dengan suatu tingkat bertemu dengan sungai yang mempunyai tingkat lebih rendah maka tingkat sungai pertama tidak berubah. Misalnya sungai tingkat satu bergabung dengan sungai tingkat dua, maka sungai di hilir pertemuan tersebut adalah tetap sungai tingkat dua.

1.3.2.  Daerah Aliran Sungai

           Daerah aliran sungai (DAS) adalah daerah yang di batasi oleh punggung-punggung gunung / pegunungan dimana air hujan yang jatuh di daerah tersebut akan mengalir menuju sungai utama pada suatu titik / stasiun yang di tinjau. DAS ditentukan dengan menggunakan peta topopgrafi yang dilengkapi dengan garis-garis kontur. Untuk maksud tersebut dapat digunakan peta topografi dengan skala 1: 50.000, yang dapat diperoleh dari Direktorat Geologi, Dinas Topografi Angkatan Darat atau instansi lain.  Garis-garis kontur dipelajari untuk menentukan arah dari limpasan permukaan. Limpasan berasal dari titik-titik tertinggi dan bergerak menuju titik-titik yang lebih rendah dalam arah tegak lurus dengan garis-garis kontur. Daerah yang dibatasi oleh garis yang menghubungkan titik-titik tertinggi tersebut adalag DAS. Gambar 1.4 menunjukkan contoh bentuk DAS. Dalam gambar tersebut ditunjukkan pula penampang pada keliling DAS. Garis yang mengelilingi DAS tersebut  merupakan titik-titik tertinggi. Air hujan yang jatuh di dalam DAS akan mengalir menuju sungai utama yang ditinjau, sedang yang jatuh diluar DAS akan mengalir ke sungai lain di sebelahnya.

          Luas DAS diperkirakan dengan mengukur daerah itu pada peta topografi. Luas DAS sangat berpengaruh terhadap debit sungai. Pada umumnya semakin besar DAS semakin besar jumlah limpasan permukaan sehingga semakin besar pula aliran permukaan atas debit sungai.

1.3.3.  Panjang sungai

           Panjang sungai diukur pada peta. Dalam memperkirakan panjang suatu segmen sungai disarankan untuk mengukurnya beberapa kali dan kemudian dihitung panjang reratanya. Panjang sungai adalah panjang yang diukur sepanjang sungai, dari stasiun yang ditinjau atau muara sungai sampai ujung hulunya. Sungai utama adalah sungai terbesar pada daerah tangkapan dan yang membawa aliran menuju muara sungai.

      Pengukuran panjang sungai dan panjang DAS adalah penting dalam analisis aliran limpasan dan debit aliran sungai. Panjang DAS L adalah panjang maksimum sepanjang sungai utama dari stasiun yang ditinjau (atau muara) ke titik terjauh dari batas DAS. Panjang pusat berat Lc adalah panjang sungai yang diukur sepanjang sungai dari stasiun yang ditinjau sampai titik terdekat dengan titik berat daerah aliran sungai. Pusat berat DAS adalah pusat berat titik perpotongan dari dua atau lebih garis lurus yang membagi DAS menjadi dua DAS yang kira-kira sama besar.

              Jumlah panjang sungai semua tingkat Lt adalah jumlah dari panjang semua segmen sungai semua tingkat. Lt digunakan untuk mengukur kerapatan sungai D, yaitu jumlah panjang sungai semua tingkat dalam DAS dibagi dengan luas DAS.