APLIKASI TANK MODEL DALAM PENENTUAN SEDIMEN MELAYANG DAS

PENDAHULUAN

Berbagai upaya untuk mempelajari keseimbangan air dinamis dalam satuan daerah aliran sungai telah banyak dilakukan dan beberapa telah menghasilkan model hidrologi yang cukup baik. Diantaranya telah berkembang Tank Model dengan berbagai variasinya mengikuti kondisi aktual lapangannya. Tidak jarang beberapa set Tank Model disusun berlapis-lapis dalam rangka mempresentasikan kondisi lapangan. Namun demikian, pada hakekatnya ia tetap konsisten mengikuti bentuk aslinya, yang disebut Standard Tank Model (Mustafril, 2014). Berbagai metode telah banyak dikembangkan untuk menyederhanakan sistem hidrologi alam sehingga perilaku sebagian komponen di dalam sistem dapat diketahui. Parameter yang diperlukan sebagai data masukannya pun lebih sederhana,  mudah diukur dan cepat diperoleh hasil keluarannya. Model semacam ini diharapkan dapat digunakan untuk memecahkan masalah pada suatu DAS yang kurang lengkap atau bahkan tidak tersedia datanya.

TUJUAN

Tulisan ini bertujuan untuk mengkaji pemodelan dalam menentukan sedimen melayang pada suatu daerah aliran sungai dengan asumsi besar sedimen melayang berkorelasi dengan besar curah hujan.

PEMBAHASAN

Pemahaman dan pengenalan tentang karakteristik komponen-komponen yang ada di dalam suatu Daerah Aliran Sungai (DAS) sangat diperlukan di dalam praktek pengelolaan DAS. Hal ini tidak mudah untuk dilaksanakan secara utuh dan menyeluruh karena setiap komponen tersebut memiliki keragaman/ variabilitas secara spasial dan temporal. Interdependensi dan interaksi komponen-komponen DAS merupakan peubah yang juga turut mempengaruhi karakteristik umum dari sistem DAS dan terjadi dalam suatu kesetimbangan dinamis sehingga pola dan sifat interaksi dan interdependensinya juga selalu berubah. Oleh karena itu ilmu pengetahuan selalu mencoba mengembangkan dan menggunakan sistem modelling dalam pendekatan pengelolaan DAS untuk membantu memahami sifat dan perubahan sifat dari komponen-komponen tersebut.

Berbagai model simulasi hidrologi telah banyak dikembangkan di negara maju, untuk menerangkan proses perubahan masukan hujan menjadi keluaran berupa debit aliran sungai besar sedimen melayang dengan mempertimbangkan karekteristik fisik DAS. Model simulasi hidrologi pada dasarnya dibuat untuk menyederhanakan sistem hidrologi, sehingga perilaku sebagian komponen di dalam sistem dapat diketahui. Parameter yang diperlukan sebagai data masukannya pun lebih sederhana, mudah diukur dan cepat diperoleh hasil keluarannya. Model semacam ini diharapkan dapat digunakan untuk memecahkan masalah pada suatu DAS yang kurang lengkap atau tidak tersedia datanya. Adapun tantangan penelitian hidrologi DAS di Indonesia adalah kebutuhan akan data dasar yang menyangkut identifikasi dan karakterisasi DAS serta kalibrasi parameter-parameter berbagai model yang ada, disamping kebutuhan evaluasi kelayakan model hidrologi yang ada terhadao kesesuaiannya dengan kondisi DAS di Indonesia.

Dasar Teori Model Tank

Dalam analisis debit, air yang keluar dari lubang samping tank diasumsikan sebagai aliran permukaan dan air yang keluar dari lubang bawah diasumsikan sebagai infiltrasi yang merupakan base flow. Namun dalam tulisan ini, limpasan yang keluar dari lubang samping tank diasumsikan sebagai limpasan/ aliran permukaan (surface flow) dan limpasan yang keluar dari lubang dasar tank diasumsikan sebagai infiltasi di cekungan-cekungan atau tertahan oleh rintangan-rintangan baik yang alami maupun buatan. Untuk analisis angkutan sedimen melayang, struktur model dalam model tank dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

 

Sedangkan rumusan model angkutan sedimen melayang adalah sebagai berikut:

y₁=[(Ta+R)-Th₁)*C₁] ----------------------------------------------------(1)

y₂=[(Ta+R’)-Th₂)*C₂] ---------------------------------------------------(2)

y_o=[(Ta+R)*C_o] ----------------------------------------------------------(3)

Dimana:

y₁ =limpasan angkutan sedimen melayang permukaan di tinggi lubang atas (mg/lt)

y₂  =limpasan/ aliran permukaan

y_o =limpasan angkutan sedimen melayang yang mengendap di cekungan-cekungan (mg/lt)

R =data curah hujan

Ta =tinggi tampungan pada waktu t (mm)

Th₁  =tinggi lubang atas (mm)

Th₂  =tinggi lubang bawah (mm)

c₁  =koefisien lubang atas sisi kanan tank

c₂ =koefisien lubang bawah sisi kanan tank

c₀ =koefisien lubang bawah tank

Mekanisme Model Tank

Pemilihan dasar model tank adalah untuk mensimulasikan daerah aliran sungai dengan menggantinya menjadi sejumlah tampungan yang digambarkan sebagai sederet tank. Model tersebut dikembangkan oleh Dr. M Sugawara dari Jepang. Model tank merupakan model hidrologi yang dibuat untuk keperluan simulasi dari data hujan menjadi limpasan/ aliran di sungai pada DAS yang ditinjau. Tank tersebut mempunyai saluran pengeluaran di sisi bagian kanan yang menggambarkan aliran limpasan air hujan sedangkan saluran bagian bawah menggambarkan infiltrasi. Beberapa tank serupa dapat disusun secara paralel atau seri untuk menggambarkan suatu daerah aliran yang lebih besar disesuaikan dengan karakteristik DAS terutama struktur geologinya.

Model tank pada tulisan ini digambarkan sebagai suatu mekanisme limpasan angkutan sedimen melayang atau konsentrasi sedimen melayang di daerah tangkapan yang akan disubstitusikan dengan rangkaian 1 buah tank.

Hujan tersebut disamping membasahi lapisan permukaan, juga menghasilkan partikel-partikel tanah akibat hempasan percikan air hujan dan membawa partikel-partikel tanah yang disebut limpasan angkutan sedimen melayang permukaan. Bila air yang terkanding pada permukaan dasar telah mencapai optimum ditambah dengan kemiringan lereng lebih besar, maka air tersebut akan menambah limpasan permukaan yang berupa limpasan angkutan sedimen melayang melalui outlet-outlet di sisi kanan tank. Sedangkan di bagian bawah dari tank menggambarkan infiltrasi.

Hipotesis

Angkutan sedimen melayang di alur sungai sebagian besar disebabkan oleh erosi permukaan (sheet erosion) yang terjadi dalam daerah aliran sungai tersebut. Faktor utama dari erosi permukaan tersebut adalah pengaruh debit aliran sungai. Dengan mempertimbangkan faktor utama tersebut, terdapat hubungan antara limpasan/ aliran permukaan sungai dengan angkutan sedimen melayang. Berdasarkan data curah hujan, model hidrologi berupa model tank dengan optimasi parameter DAS, dapat digunakan untuk pendugaan angkutan sedimen melayang (konsentrasi sedimen).

Koefisien Korelasi, Kesalahan Relatif dan Kesalahan Volume

Untuk melihat sejauh mana hasil pendekatan optimasi maka nilai keluaran hasil perhitungan kalibrasi perlu dibandingkan dengan hasil yang diperoleh dengan cara terukur di lapangan. Dengan menggunakan koefisien korelasi (R), untuk kesalahan volume (VE) kesalahan relatif (RE).

Nilai parameter model tank percobaan 1 untuk kalibrasi:

No.	Parameter Model Tank		Nilai
1	Koefisien lubang atas sisi kanan tank	c1	0,04
2	Koefisien lubang bawah sisi kanan tank	c2	0,02
3	Koefisien lubang bawah tank	c0	0,03
4	Tinggi lubang atas	Th1	50 mm
5	Tinggi lubang bawah	Th2	10 mm
6	Tinggi tampungan	Ta	500 mm
7	Koefisien erodibilitas tanah	K	0,24

PERHITUNGAN MODEL TANK PERCOBAAN 1

BULAN SEPTEMBER 1984 DI DAS LUSI BANJAREJO BLORA

(Hadi, 2004) 

Tgl	D. Sedimen lapangan (q0)	D. Hujan lapangan (R)	Ta	Tn =Ta+R	y0 =Tn*c0	y1 =(Tn-Th1)c1	y2 =(Tn-Th2)c2	T akhir  =(Tn-y0-y1-y2)	Sc =y1+y2	Optimasi qc =sc*k*A	q0
1	876	20	500	520	16	19	10	475	29	857	876
2	38	40	475	515	15	19	10	471	29	31	38
3	49	80	471	551	17	20	11	504	31	30	49
4	219	30	504	534	16	19	10	488	30	212	219
5	1378	17	488	505	15	18	10	462	28	1359	1378
6	614	18	462	480	14	17	9	439	27	608	614
7	1450	18	439	457	14	16	9	418	25	1431	1450
8	1436	50	418	468	14	17	9	428	26	1430	1436
9	361	50	428	478	14	17	9	437	26	342	361
10	407	19	437	456	14	16	9	417	25	401	407
11	1255	40	417	457	14	16	9	418	25	1236	1255
12	1905	11	418	429	13	15	8	393	24	899	1905
13	1039	15	393	408	12	14	8	373	22	1020	1039
14	491	27	373	400	12	14	8	366	22	486	491
15	1893	11	367	378	11	13	7	346	20	1874	1893
16	1318	16	346	362	11	12	7	332	20	1313	1318
17	1666	10	331	341	10	12	7	313	18	1647	1666
18	1492	20	313	333	10	11	6	305	18	1488	1492
19	286	11	305	316	9	11	6	290	17	267	286
20	362	15	290	305	9	10	6	280	16	358	362
21	1536	17	280	297	9	10	6	272	16	1517	1536
22	1768	40	272	312	9	10	6	286	17	764	1768
23	1423	50	286	336	10	11	7	308	18	1404	1423
24	302	40	308	348	10	12	7	319	19	298	302
25	385	40	319	359	11	12	7	329	19	366	385
26	362	30	329	359	11	12	7	329	19	357	362
27	324	30	329	359	11	12	7	329	19	305	324
28	255	50	329	379	11	13	7	347	21	250	255
29	341	80	347	427	13	15	8	391	23	322	341
30	168	11	391	402	12	14	8	368	22	163	168

Hasil perhitungan percobaan 1 dapat diketahui kesalahan volume 1,12, kesalahan relatif 0,98 dan koefisien korelasi 0,86.

Nilai parameter model tank percobaan 2 untuk kalibrasi:

No.	Parameter Model Tank		Nilai
1	Koefisien lubang atas sisi kanan tank	c1	0,03
2	Koefisien lubang bawah sisi kanan tank	c2	0,02
3	Koefisien lubang bawah tank	c0	0,03
4	Tinggi lubang atas	Th1	50 mm
5	Tinggi lubang bawah	Th2	10 mm
6	Tinggi tampungan	Ta	500 mm
7	Koefisien erodibilitas tanah	K	0,24

PERHITUNGAN MODEL TANK PERCOBAAN 2

BULAN SEPTEMBER 1984 DI DAS LUSI BANJAREJO BLORA

(Hadi, 2004) 

Tgl	D. Sedimen lapangan (q0)	D. Hujan lapangan (R)	Ta	Tn =Ta+R	y0 =Tn*c0	y1  =(Tn-Th1)c1	y2 =(Tn-Th2)c2	T akhir =(Tn-y0-y1-y2)	Sc =y1+y2	Optimasi qc =sc*k*A	q0
1	876	20	500	520	16	14	10	480	24	847	876
2	38	40	480	520	16	14	10	480	24	32	38
3	49	80	480	560	17	15	11	517	26	43	49
4	219	30	517	547	16	15	11	505	26	213	219
5	1378	17	505	522	16	14	10	482	24	1341	1378
6	614	18	482	500	15	14	10	462	23	608	614
7	1450	18	482	500	15	14	10	462	23	1412	1450
8	1436	50	443	493	15	13	10	455	23	1430	1436
9	361	50	455	505	15	14	10	466	24	342	361
10	407	19	467	486	15	13	10	449	23	402	407
11	1255	40	448	488	15	13	10	451	23	1220	1255
12	1905	11	451	462	14	12	9	427	21	900	1905
13	1039	15	427	442	13	12	9	408	20	1007	1039
14	491	27	408	435	13	12	9	402	20	496	491
15	1893	11	382	393	12	10	8	363	18	1850	1893
16	1318	16	369	385	12	10	8	356	18	1314	1318
17	1666	10	349	359	11	9	7	332	16	1625	1666
18	1492	20	341	361	11	9	7	334	16	1488	1492
19	286	11	326	337	10	9	7	312	15	269	286
20	362	15	315	330	10	8	6	305	15	358	362
21	1536	17	307	324	10	8	6	300	15	1497	1536
22	1768	40	321	361	11	9	7	334	16	784	1768
23	1423	50	343	393	12	10	8	363	18	1385	1423
24	302	40	354	394	12	10	8	364	18	296	302
25	385	40	354	394	12	10	8	364	18	366	385
26	362	30	364	394	12	10	8	364	18	358	362
27	324	30	365	395	12	10	8	365	18	308	324
28	255	50	385	435	13	12	9	402	20	250	255
29	341	80	383	463	14	12	9	428	21	323	341
30	168	11	428	439	13	12	9	406	20	163	168

Hasil perhitungan percobaan 1 dapat diketahui kesalahan volume 0,99, kesalahan relatif 0,97 dan koefisien korelasi 0,97.

Berdasarkan hasil perbandingan pada percobaan 1 dan 2 diketahui bahwa nilai kesalahan volume dankesalahan relatif percobaan 2 lebih kecil dibandingkan percobaan 1. Sedangkan koefisien korelasi percobaan 2 lebih besar dibandingkan percobaan 1. Maka dapat ditarik kesimpulan nilaiparameter yang digunakan adalah nilai parameter percobaan 2.

Dengan standar parameter percobaan tersebut diperoleh nilai kesalahan volume (VE) =0,99%, kesalahan relatif (RE) =0,98% dan koefisien korelasi (r) =0,97. Angka-angka tersebut masih memenuhi standar yang disyaratkan yaitu:

- Kesalahan volume (VE) =5%

- Kesalahan relatif (RE) =-10%<RE<+10%

- Koefisien korelasi (r) =0,7

KESIMPULAN

Hasil optimasi parameter model tank untuk angkutan sedimen melayang memberikan kinerja model yang baik, karena nilai-nilai ketelitiannya adalah tidak lebih dari 10% untuk kesalahan relatif (RE), tidak lebih dari 5% untuk kesalahan volume (VE) dan tidakkurang dari 0,7 untuk koefisien korelasi. Batasan yang digunakan dalam model rangkaian 1 buah tank adalah mengasumsikan bahwa besar sedimen melayang hanya dipengaruhi oleh besar curah hujan dan mengesampingkan faktor lain, misalnya kemiringan dan panjang lereng, jenis batuan, vegetasi dan lainnya. Pada tank tersebut mempunyai saluran pengeluaran di sisi bagian kanan yang menggambarkan aliran limpasan air hujan sedangkan saluran bagian bawah menggambarkan infiltrasi.

DAFTAR PUSTAKA

Hadi, T. (2004). Kajian Pengaruh Limpasan/ Aliran Permukaan Terhadap Sedimen Melayang dengan Model Tank SungaiLusi di Banjarejo Blora Jawa Tengah. In Thesis. Semarang: UNDIP.

Mustafril. (2014). Analisis Potensi Sumberdaya Air Daerah Aliran Sungai Singkil Menggunakan Model Tangki. Rona Teknik Pertanian, 7(1).

Purwanto, H. M. A. D. M. Y. J. (2001). Modifikasi Model Tangki untuk Mempelajari Pengaruh Perubahan Tata Guna Lahan Terhadap Limpasan. Buletin Keteknikan Pertanian, 15(1), 1–10.