Siklus Air DAS sebagai Dasar Pemodelan Hidrologi


Cibinong Humas LIPI. Secara geografis, negara Indonesia yang terletak di daerah tropis mempunyai kuantitas dan sumber daya air yang berlimpah dan beragam karena pasokan curah hujannya yang relatif  tinggi sepanjang tahun. Mempunyai kelimpahan jumlah massa air yang besar bila tidak dikelola dengan baik akan mempunyai masalah ketersediaan air, kualitas air dan daya dukung ekosistem perairan itu sendiri. “Tugas kita adalah menjaga tata kelola sumber daya air, mempertahankan keberlanjutannya dalam aspek ketersediaan air baik secara kuantitas maupun kualitas, dan meminimalkan risiko bencana serta kerugian yang terjadi terkait sistem perairan tersebut,” ungkap Dr. Apip, Peneliti Pusat Penelitian Limnologi LIPI pada acara Limnology Lecture Series 2020  Seri 1 tentang “Pengenalan Limnologi” yang diadakan oleh Masyarakat Limnologi Indonesia (21/7).

Apip yang membahas materi “Pengenalan Pemodelan Hidrologi” menjelaskan definisi hidrologi sebagai ilmu yang dapat dipergunakan untuk mengetahui fase aliran (asal air), distribusi, gerakan,  dan perilaku air serta reaksinya terhadap komponen lingkungan yang berada di sekitarnya. Dalam hubungannya dengan kehidupan, hidrologi sangat terkait dengan tata kelola air dalam sebuah sistem. “Bila dilihat definisinya hidrologi mempunyai arti yang luas tetapi secara umum mempelajari masalah air, sifat & perilaku air di atmosfir dan di permukaan tanah yg berkaitan dengan ilmu lainnya seperti meteorologu, hidrolika, fisika, kimia, biologi, serta limnologi dalam konteks ekosistem perairan” terangnya. Sebagai bidang keilmuan yang terkait air, dimana air mempunyai sifat mengalir (fluid) maka kajian hidrologi mempunyai batasan ruang pada skala tertentu. Dimensi ruang dalam hidrologi biasanya mempunyai batasan berupa Daerah Aliran Sungai (DAS). Daerah aliran sungai didefinisikan sebagai luasan area yang dibatasi oleh kondisi topografi berupa punggung perbukitan dimana curah hujan yang jatuh di daerah tersebut akan mengalir ke sungai-sungai dan kemudian keluar dari satu outlet utama menuju laut atau badan air,” tambah Apip. Dalam pemodelan hidrologi, DAS dilihat sebagai sebuah sistem yang di dalamnya mempunyai beberapa sub-sistem, seperti sub-sistem aliran (hidrologi), sub-sistem tata guna lahan, sub-sistem kelembagaaan, dan sub-sistem sosial budaya. Tingkat kerumitan pembangunan dan penggunaan model hidrologi dalam merepresentasikan sistem DAS sangat dipengaruhi oleh permasalahan, tujuan, dan informasi yang diperoleh.  

 
Dirinya menerangkan tata kelola DAS di Indonesia secara umum menggunakan dua pendekatan, yaitu pendekatan ekosistem (ecosystem perspective) dan pendekatan infrastruktur (infrastructure perspective). Pendekatan ekosistem pada saat ini yang menjadi leading sektornya adalah Kementerian KLHK dengan program implementasinya fokus pada batasan DAS (watershed approach).  Sementara itu, pendekatan infrastruktur yang lebih melihat dari aspek pemanfaatan sumber daya air dan pengendalian daya rusak mempunyai   cakupan area berupa Satuan Wilayah Sungai (River Basin Territory Approach), dengan leading sektornya di bawah koordinasi Kementerian PUPR.  Implementasi dan luaran sistem pemodelan hidrologi dapat dipergunakan untuk mendukung kedua pendekatan tersebut, diantarnya untuk keperluan rencana dan operasi bangunan air, mitigasi bencana dan sistem peringatan dini, tata kelola DAS dan ekosistem perairan, dan alokasi optimum penggunaan air untuk multi sektor. Hal penting lainnya dalam tata kelola DAS “kondisi respon hidrologi suatu DAS salah satunya sangat dipengaruhi oleh bentuk atau dimensi DAS itu sendiri, dimana bentuk dan luasan DAS sangat mempengaruhi respon perubahan aliran sungai terhadap kejadian hujan,” terang Apip.

Lebih lanjut Apip yang juga masuk dalam kepengurusan struktur organisasi APCE (Asia Pacific Center For Ecohydrology), menjelaskan bahwa  hidrologi telah megalami banyak perkembangan mulai dari sebagai fundamental science sampai menjadi bagian dari transdiciplinary approach.  Ekohidrologi adalah salah satu perkembangan hidrologi di era modern. Ekohidrologi secara terminologi merupakan interdisciplinary field yang memahami hubungan timbal balik antara proses fisika, kimia, biologi dari berbagai tipe ekosistem dengan respon hidrologi (siklus air) dalam skala DAS. “Ekohidrologi bertujuan untuk memperbaiki dan menjaga keberlanjutan ketahanan air dan daya dukung ekosistem dalam lingkup DAS.  Ekohidrologi dapat dilihat dan diterapkan sebagai konsep dan sekaligus solusi dalam memecahkan permasalahan sumber daya air dan dan fungsi ekologisnya. Ekohidrologi yang mempunyai tiga prinsip, yaitu prinsip hidrologi, prinsip ekologi, dan prinsip ekoteknologi sangat memerlukan data dan informasi detail terkait proses aliran air, transfer meteri, daya dukung dan daya tampung dari ekosistem DAS, oleh karena itu sistem pemodelan hidrologi akan mempunyai peran penting sebagai perangkat untuk menjawab kebutuhan tersebut.

Pada bagian berikutnya Apip memaparkan tentang komponen siklus hidrologi yang secara umum meliputi proses pelepasan massa air ke atmosfer melalui mekanisme evapotranspirasi; kondensasi dan proses hujan; intersepsi air hujan oleh tanaman serta tutupan lahan lainnya; proses masuknya air dari permukaan ke dalam sistem tanah melalui proses infiltrasi dan perkolasi; serta aliran air secara lateral menuju badan air melalui proses aliran permukaan, aliran bawah permukaan dan aliran air tanah.  Kondisi tutupan lahan seperti berbagai tipe vegetasi dan tanaman, serta sistem tanah mempunyai kapasitas maksimum sampai nilai tertentu dalam menyimpan sementara massa air hujan yang masuk ke dalam DAS.  Konsep dasar pemodelan respon hidrologi pada ruang lingkup DAS dibangun berdasarkan konsep pemahaman dan formulasi numerik dari masing-masing dan rangkaian siklus hidrologi tersebut.  Karakterisasi dan kemampuan maksimum setiap sub-sistem terhadap masing-masing proses sebaiknya menjadi dasar dalam pemilihan atau pembangunan suatu model hidrologi, “terangnya.  Lebih lanjut Apip menyampaikan, hasil penelitian tim limnologi LIPI dan Universitas Kyoto Jepang di DAS Batanghari, Sumatera manunjukan bahwa perubahan lahan yang signifikan dalam 30-tahun terkahir, khususnya dari lahan hutan menjadi perkebunan seperti karet dan sawit, telah menyebabkan penurunan kemampuan daya serap tanah terhadap air hujan (daya infiltrasi) serta meningkatkan variabel dimensi aliran permukaan (overland flow) dan transportasi meterial yang dibawanya.  Informasi penting lainnya adalah lapisan efektif tanah di daerah tropis relatif tebal, respon cepat dari aliran air tanah dangkal mempunyai kontribusi terhadap pembentukan aliran permukaan tanah di bagian hulu DAS Batanghari.  Hasil kajian karakteristik respon hidrologi per unit lahan dan lerang ini telah menjadi dasar dalam membuat konseptual dan formulasi model hidrologi untuk keseluruhan DAS Batanghari, khususnya untuk prediksi banjir, terang Apip dalam penjelasan detailnya.


Di akhir paparan Apip mengutarakan kembali bahwa kompleksitas proses di dalam sistem DAS yang dapat dimodelkan tergantung pada tujuan dari pembangunan dan penggunaan model itu sendiri dalam kaitannya dengan permasalahan atau kebutuhan yang dihadapi. Tujuan tersebut akan menentukan banyaknya serta detail proses yang akan direpresentasikan dan diformulasikan. “Secara umum ada tiga klaster pemodelan hidrologi jika di lihat dari faktor keruangan atau spasial, yaitu model zero dimensi (lumped model type), mode semi distribusi (semi distributed model type) dan model distribusi (fully distributed model type),” pungkas Apip.

Model distribusi respon hidrologi, yang sejauh ini menjadi dasar pengembangan model hidrologi olehnya di LIPI, mempunyai beberapa kelebihan seperti dapat memasukan keragaman informasi yang terkait komponen sistem DAS dan badan air, baik sebagai input data, parameter, maupun peubah dalam formulasi proses.  Selain untuk keperluan simulasi, prediksi dan proyeksi, tipe model ini juga sangat sesuai dipergunakan sebagai tool untuk pemahaman proses dan membuat perencanaan yang didasarkan pada scenario-based dan optimasi. (yo ed sl &  ap)