315 'le~odwa:'J!s!gap 'snld~ns'!se~!dsue~:ode~a:!Junyo j o ~ .youo~~!osnld~ns olod !qn~o8uadwaw:o8uos uo!nq yDJnJ UDp uouolnq olod 'yoq!d u!o[ .uo!nq qoJn3 uouolnq olod yalo!qn~o8uad!pyap!) ~on;lyo!so~!dsuo~~odo~a qouo) J!D ~ o p o yUDUDlnq olod '!jo~80doj!s!puOy yalo !qn~o8uad!pqouol J!D snld~nsuop lonjyo !sol!dsuo~) - o d o ~ al ~ ! S ~ d!snq!J3s!a s . D / ( u ! ~ D J ~ oqJlO ~ o ) UDyDUJJDy!p JDqWJy!3 SVa-qnS D P D ~LfDpUaJJ2 uoy8uopas nlnu q!)D3!3 sva-qns opod !po!~a~ !B~u!JJJ:qouo: J!U snld~ns. g ~ o ~ !!nBuaw oy ynJun uoyoun8!p ~o-rog D M D ~'!wnqoynS ua)odnq~>1 !p y o ~ a l ~Buok a ) ~!)DJ!:, S V .youo3 ~ J!D :!s!jap oz~as snld~ns'youol J!D ~ o p o y 'lon~yo!so~!dsuo~jodona nqoA b!o DJDJJU uauodwoy-uauoduroy Bun~!q$uawynJun uoyoun8!p ~ a y ~ o w UDp JJ!DML/:UJO~~ Jp0)JW 'J!D UD~U: ~ D ) ! s D ~ UDp D ~ nL/nSlJqtJ)!JUp !J!pJJ) JDInqD3D3Dp U D ~ ~ L J D ~ J S ~ U D J U ! ~ uop 'uo!s8u!)ay ':a!qos! 'qouo) Jn)sya: 'uoyo~uodn~nuadn ~ a d ! J D ~!l!p~aJlo!sods D J D ~YDlnqD3 D)Dp uop lo!sads ojop n:!o/i ojop s!ua! onp uoyynlnqwaw g ~ o ~ 'QMDAD( o y uo3uap uoyowau!p aku~n!uolas !u! younl )oy8uo~ad+lo!sods uouolnq J!D DJD~JUuauodwoy uoSun~!y~ad yDunl:oyBuo~ad unBuoqtuaw yn3un !u! !pnls opod uoy~unS!p( a ~ o ~ a as!po~8 ~ j ) DJDJJS uoy:odop!p os!q 8uoA (0.5 357~)0.5 uO!$!p3 PJDPUD~Sz ~ l o n o .Jy!D oAop Jaqwns dopoq~a? uoqol uodn~nuaduop w!(y! uoyoqn~ad y ~ d w o !p! ~ y ~ u a w ynjun uoyoun8!p D)JJS ~ t / !s!puoy a !o8oq~aqpod uoy!soy!ldo!p yola) !u! lapow .uooq~apakuad! D ~ D ~ J J ~ uoynyolaur uo8uap ~ y !pa !po!~a) 8uoA y!s!f saso~duoy~oqwo88uaurndwow uouolnq J!D DJUJJU lapow
Y~J3sqb'
.IID~U!DJ aqj 40 u i a ~ o aq) d smollofsnld~nsay)fo uo!gnq!J)s!p lo~odwa)aqj 'a~owJayunj .uo!&puos ~!qdo~8odo) ay) q q ! ~pa:o[aJ Alasol~uo!)o~!dsu~~:odona [on?sopuo snld~nsaJn)s!ow l!os $0 uo!ynq!Jjs!p lo!pods aq~..3p!Jap :saqWq ay) soy juawy3:or, ay24o J J D JJMO~ ~ a y j uo p a ~ u ~:uawq~lo3 ol qns Joqway!2 'Xlas~anuo3. / / D ~ ~ ! D3saqz!y J a y j 03 anp )uawq~:o3 aq: j o $ ~ o ~d a d d na q ~ u! pa~o3ol :Uq) )UJLULp)D3-qnS n1nf-j Lf!)UJ!2 U! p a ~ n p o S~! dsnld~nsJJn?S!OU I!OS 1Saq8!q J y l 'gMDAD[ 243 3SJ3 0) pasn s! : ~ ! ~ ~ s ! a ! w n q o yu!np~a ) o ~ o l ~ 3uawq~)o> oq~ y!qox2ayl .7!3!4ap puosnld~nsaJn:s!ow l!os 'gua$uo3 J~:DM ~!os' u o ! ~ o ~ ! d s u ~ ~ ~ olonpo d o n a m q3ns s~uauodwo:, a>uoloq JJJDM Alyjuow ay3 a~ow!gsao) paz!l!~ns! J J ~ J D Wpuo a q o ~ y ~ u o ~ poqlaw q l j o Bu!daayyooq a y l y!os ay:jo A g x ~ d Su!ploq o~ JJJDM puo a ~ n ~ o ~ a d w as:s!suo~ 3jo o?opJo[nqo?' a l ! q ~ u o a.dew ~ apn:!gui puo 'apn:!:lo 'sgakqos! 'aln$xa: l!os 'JJAOJ pualjo qs!suor, D ~ D PID!)D~S ' D J D ~Jolnqoj pup lo!3ods aJD t p ! q ~'o~op~ n d u ! j ospu!y OM) sa~!nba~ qMDADr .(0'53s~r)0's UO!)!p3 pJDpUD3S 2 WiUAV( 'a*! J J D M J ~ J ~ UAq ! ~~MDAD(/(/JLUDU ~ 'a3u~l~qJa)DM ~(/L!$UOLU :!J!~~xJ/;(l~!:odS Jq7 ~ u ! : u ~ ~ ~ 104 J~D JJUM)~OS J Jq3 aM "/(n$S S!yl Uf .po!~adpJj!W!jLJn J y l J O hjaa~f ~ pajo~ado puo pau!o:qo aq ~ D Jayj J a ~ o ~ gaqj o ss! JJDMJJJ-J .saxnosaj JJJDM a q j uo aSuoq3 JJAOJ pual puo a~ow!paq:jo JJD~LU! a y j ~u!ssasso~ojpuo uo!j!puo~)uawy~jo:,sno!JDn u! pa:uawald~u! Xpoa~psoy $1 .s$uawq3:or, o u! s a s s a ~ o ~ [~3!sr(yd d Jy: Su!hj!jdw!S JO$pJSn Jq UD3 JJpOLuJJUDlDq JJ:DM hjq7~0LUa q l
32oJ3sqY
Fwnqeyns 'ql3e313sva snsex ! Q ~ S :jelseds ueueina -IIVeJwaN yeun? aeyguwad ue%ueqwa8uadurelep adeMaaq ueaeejueruad
Prosiding Lokakarya "SistemInformasi Pengelolaan DAS: Inisiatif pengembangan Infrastruktur Data" Bogor: 5 September 2007
Terdapat tiga jenis model hodrologi, yaitu model yang bersifat ernpiris, konseptual dan teoritis (Xu dan Singh 1998). Model ernpiris dicirikan oleh penggunaan persamaan statistika baik linear rnaupun non-linear dalam menghubungkan antara input dan output. Model ini tidak rnenggambarkan proses fisik yang terjadi sehingga sering disebut sebagai black box model. Model konseptual dibangun dengan rnernpertimbangkan proses fisik yang terjadi dengan banyak rnelakukan penyederhanaan. Dalam menggambarkan proses fisik yangterjadi, model ini rnelibatkan satu atau lebih parameteryang harus dikalibrasi dan divalidasi. Model yang paling kornpleks adalah model teoritis atau juga disebut sebagai proses fisik. Hal ini dikarenakan, model dibangun menyerupai keadaan sesungguhnya sehingga melibatkan persarnaan rnatematika yang rumit (lihat Thomas dan Beasley 1986; Biftu dan Can 2004). Menurut skala ruang, model hidrologi dibagi menjadi dua, yaitu distributed model dan lumped model. Pada lumped model, DAS diibaratkan suatu titik sehingga mengabaikan keragaman spasial. Proses-proses hidrologi yang terjadi pada suatu sistem DAS adalah proses rumit yang rnelibatkan faktor-faktor iklirn dan fisiografik yang bervariasi baik ruang rnaupun waktu (Mehrotra dan Singh 1998). Model neraca air bulanan d a p a t digunakan untuk menggambar-kan proses yang terjadi, yaitu curah hujan sebagai rnasukan yang akan menghasilkan evapo-transpirasi dan limpasan (Vandewiele e t al. 1992; Vandewiele dan Win 1998; Makhlouf dan Michel 1994; Xiong dan Guo 1999; Khan et al. 2002). Model ini telah diterapkan pada berbagai tipe ikiim (Xu 1997; Vandiwiele etal. 1992;Vandewiele &Win 1998; Mehrotra dan Singh 1998) dan digunakan untuk rnengetahui darnpak perubahan iklirn (Arnelli9gg; Zhang dan Liu 2005) dan penutupan lahan (Mahe e t al. 2005; Wilk et al. 2001) terhadap SDA. Akan tetapi model neraca air ini erat kaitannya dengan model lumped sehingga tidakmarnpu menjelaskan distribusispasial dari komponen neraca airdi DAS (lihat Vandewiele et al. 1992; Mehrotra and Singh 1998; Khan 1995; Makhlouf and Micheligg4; Xiong and Guo 1999). Berdasarkan ini, karni mernbangun program neraca air bulanan yang kebutuhan datanya tidak terlalu besar dan bersifat spatially explicit sehingga mampu menunjukkan distribusi spasial dari komponen neraca air. Freeware merupakan suatu perangkat lunak yang bisa diperoleh dan digunakan secara gratis untuk jangka waktu yang tidak terbatas. Salah satu bahasa pernrograman yang termasuk kedalam kelornpok ini adalah JavaTM zStandardEdition5.0 (J2SE 5.0). Selain itu, JzSE 5.0 mernpunyai beberapa keunggulan, antara lain rnarnpu dijalankan pada semua sistem operasi kornputer, rnerupakan bahasa pernrograrnan berorientasi obyek, serta banyak tersedia kornponen-kornponen pendukung (add on) yang bisa didapatkan secara gratis. Adanya beberapa keunggulan tersebut, pernbuatan program neraca air yang karni bangun menggunakan JzSE 5.0 dan dinarnakan dengan perangkat 1unakJavaWB.
2.1
Deskripsiwilayah kajian
DAS Cicatih yang secara adrninistratif terrnasuk ke dalarn wilayah Kabupaten Sukaburni digunakan untuk menguji JavaWB. DAS ini mencakup wilayah dengan luas sekitar 53.000 ha dan rnerniliki lirna sub-DAS, yaitu sub-DAS Cicatih hulu, Cileuleuy, Cipalasari, Ciheulang d a n Cikembar. Ketinggian wilayah ini berkisar antara zoo m di outlet 136
Kerjasama IPB dun CIFOR
Pemanfaatan Freeware dalam Pengembangan Perangkat Eunak Neraca Air Bulanan Spasial: Studi Kasus DAS Cicatih,Sukabumi
DAS sampai 3.000 m di bagian hulu DAS yangrnerupakan daerah Gunung Salak di bagian.kiri dan Gunung Cede-Pangrango di bagian kanan. Penutupan lahan di DAS ini terdiri dari hutan (15%), kebunlperkebunan (26%), ladang (18%), sawah (ig%), pemukiman (13%)dan sisanya adalah semak belukar dan tubuh air. Curah hujan rata-rata tahunan di wilayah ini mencapai 3.ooomrn sedangkan suhunya adalah 26°C.
+
-
Neraca air Metode Thornthwaiie dan Mather 1
Tabular data Mathematical equation Raster map
1
PL : penutupan lahan : tekstur tanah CH : curah hujan OEM : Digital Elevation Model T :suhu KTA : kapasitas tahan air PET : evauotrasuirasi ootensial KAT : kadarairknah ' AET : Evapotranspirasl aktual S : surplus air tanah D : defisit air tanah 77
I
I
Gambar I. Diagram alir pernrograman yang diterapkan oleh JavaWB Deskripsi model dan kebutuhan data Diagram alir pernrograman yang digunakan oleh JavaWB dalam proses penghitungan komponen-komponen neraca air, seperti evapotranspirasi aktual (AET), Kadar Air Tanah (KAT), surplus (S) serta defisit (D) air tanah disajikan dalam Gambar I. JavaWB rnernbutuhkan dua jenis data, yaitu data spasial dan tabular. Data spasial terdiri dari peta penutupan lahan, tekstur tanah, isohiet, ketinggian, dan lintang. Semua data spasial yang masih berformat analog diubah rnenjadi data dijital, selanjutnya ditransfer menjadi format vektor, diproyeksikan ke sistem UTM, dipotong sesuai dengan batas DAS, diubah menkadi data raster, dan akhirnya diekspor ke dalam format ASCII (*.ax) menggunakan software ArcClS 9.2. Data spasial yang berforrnat ASCII inilah yang digunakan oleh JavaWB sebagai data rnasukan. 2.2
Prosiding Lokakarya "Sisternlnforrnasi Pengelotaan DAS: Inisiatif pengembangan Infrastruktur Data" Bogor: 5 September 2007
Data tabular terdiri dari tabel suhu dan kapasitas tahan air (KTA). Data tabular ini disimpan daiam bentukcomma delimited(*.csv) yangdapat dibuat menggunakansoftware Notepad ataupun Microsoft Excel. Selanjutnya oleh JavaWB, tabel tersebut akan dirubah menjadi peta suhu dan KTA yang berformat raster. Peta suhu dimanfaatkan untuk menghasilkan peta evapotranspirasi potensial (PET) dengan menggunakan metode Thornthwaite yang telah dikoreksi olehfaktorlama penyinaran sesuai dengan persamaan:
24 Nr,y,, = -a,t , , , ........................................................................... 7
1
4
'
a,,,.,, = a r c o s C tan@,,,.)an(6,)> ............................................... 5
PET adalah evapotranspirasi potensial(mm), T suhu("C), t indeks panas, oo sunset hour angle (radian), 6 lintang (radian), J julian date, 6 deklinasi matahari (radian) dan x,y,i menunjukkan pada baris ke x, kolom key dan bulan ke i. Dalam proses ini dihasilkan peta PET DAS Cicatih berformat raster dari Januari sampai Desember. Peta KTA, curah hujan (CH) dan PET yang dihasilkan oleh proses sebelumnya digunakan untuk menghitung komponen-komponen neraca air bulanan dengan menggunakan m e t o d e Thornthwaite dan Mather (1957). AIur perhitungannya adalah sebagai berikut: a. Ketika selisih antara CH dan PET bernilai positif, angka ini akan ditambahkan ke tanah sebagai KAT. Dilain pihak, KAT merupakan fungsi eksponensial dari KTA jika selisih antara CH dan PET bernilai negatif. Hal ini sesuai dengan persamaan: K A T,,,..i = K A T,,,.,i-, + CH ,,,..i-PET,.,.,i j i k ~ C H , , , , ->~ PET,,,..,
SWC,,~,.,,= S W C I.,.i
b.
~ X P
, jika C H x,,., < P E Tx.,.,
Pada saat curah hujan lebih dari PET, tanah akan t e t a p terisi oleh airsehingga besarnya evapotranspirasi aktual (AET) sama dengan nilai potensialnya. Jika curah hujan pada bulan-bulan tertentu mengalami penurunan sehingga nilainya kurang dari PET, tanah akan mengalami kekeringan dan nilai AET akan lebih kecil dari PET. Selanjutnya, AET akan dihitung berdasarkan persamaan:
A E T J ; , = P E T , , K E xs,, T +KATxg,,,jika CHx , ,
Tv,J'J', sx,ji
~ ' r , y . i = ~
138
Kerjasama IPB dan CIFOR
.Jeq loo~undneje ~ e nuacu!Jepsasye!p q es!q uesedcu!l undnew~!e~e2e~auBuna!ySuaw 'yaho~deynqwaw 'uedcu!Kuaw !wadas yeju!Jad-ye$u!Jad .(z ~eqwep)uel!dutea yeJoy uep ' ~ e q1003 ' ~ e qnuaw jedep~aagMeAey ewean ueweley eped .eAuueeunSBuad cuerep yepnw ~eSelIlpua!~4Jasn JegsJaq Bueh am@azu! Jasn ueSuap unBueq!p ~ M D A D ~
ueseyequrad uep l i s e ~ *E
Prosiding Lokakarya "SistemInformasi Pengelolaan W: Inisiatif pengembangan Infrastruktur Data" Bogor: 5 September 2007
Untuk rnengorganisir semua rnasukah data yang berupa data spasial rnaupun tabular, di JavaWB disediakan form yang berfungsi untuk rnendefinisikan sernua data yang dibutuhkan oleh model ini (Garnbar 3). Setelah proses pernasukan data dan perhitungan neraca air selesai, JavaWB rnarnpu menampilkan AET, KAT, surplus dan defisit dalam bentuk peta dua dimensi atau tiga dirnensi serta dalarn bentuk tabel seperti terlihat pada Garnbarq.
Garnbar 4. User interface JavaWB yang rnenarnpilkan peta dan tabel kornponen neraca air hasil perhitungan. 3.2. Neraca air
Total curah hujan, evapotranspirasi aktual, kadar air tanah, surplus serta defisit air tanah tahunan pada lirna sub-DAS di Cicatih ditampilkan pada Tabel I . Surplus tertinggi terjadi terjadi di sub-DAS Cicatih yang dikarenakan letaknya di bagian hulu DAS sehingga rnernpunyai curah hujan yang tinggi sedangkan evapotranspirasinya rendah. Sub-DAS Cikernbar rnerniliki surplus terendah dengan seiisih sekitar 6 0 0 rnrn dengan Cicatih hulu. Kadar air tanah tertinggi terjadi sub-DAS Cileuleuy dikarenakan kornposisi penutupan lahannya yangdidorninasi oleh hutan dan perkebunan. Table 1. Komeonen-komeonen neraca air tahunan pada masina-masina sub-DAS
1 Sub-DAS
I Cileuleuy 140
f
CH
2,992
1
AET
1
KAT
1,356
1
2,404
1
0
1
1,635
Kerjasama IPB dan CIFOR
Pemanfaatan Freeware dalam Pengembangan Perangkat Lunak Neraca Air Bulanan Spasial: Studi Kasus DAS Cicatih,Sukabumi
Distribusi spasial AETsecara umurn mengikuti pola topografi dimana AET di bagian hulu DAS lebih kecil dari bagian hilir dikarenakan suhu yang lebih rendah dibagian hulu. Hal iniditampilkan pada Cambar 5 yang menunjukkan distribusi spasial AETdi DAS Cicatih pada bulan Juni. AET maksimum yang terjadi di bagian hilir DAS pada bulan ini mencapai 170 m m atau sekitarempat kali lebih besar dari AETdi bagian huiu.
Cambar 5. Distribusi spasial AET pada bulan Juni.
Gambar 6. Distribusi spasial surplus air tanah pada bulan Januari (kiri) dan Agustus (kanan). Serupa dengan AET, distribusi spasial surplus juga dipengaruhi oleh topografi. Surplus minimum terjadi di bagian hilir DAS sedangkan maksimumnya terjadi di bagian hulu (Gambar 6). Pada bulan Januari yang merupakan musim hujan di wilayah ini, surplus di bagian hilir DAS mencapai 150 m m sedangkan di bagian hulu mencapai dua kali lipatnya. Lebih lanjut pada bulan-bulan kering seperti Agustus, sebagian besar wilayah di bagian hilir DAS tidak mengalami surplus. Dengan semakin meningkatnya ketinggian di beberapa wilayah mengalami surplus dan mencapai maksimum pada bagian hulu DAS sekitar 50 mm.
Makalah Diskusi Kelompok 3
141
prosiding Lokabrya "SisternInformasi Pengelolaan DM: Inisiatif pengembangan Infrastruktur Data" Bogor: 5 September 2007
Rata-rata bulanan komponen neraca air di DAS Cicatih ditunjukkan oleh Gambar 7. Curah hujan mengalami penurunan dari nilai maksimumnya di Maret yang berkisar300 mm ke nilai minimum yang berkisar 110 mm di Juli. Distribusi temporal surplus erat hubungannya dengan pola curah hujan bulanan. Surplus maksimum terjadi di Maret yang berkisar 220 mm dan akan mengalami penurunan hingga mencapai 10 mm pada bulan Juli. Berbeda dengan surplus, pola bulanan KAT dan AET tidak mengikuti pola curah hujan dimana nilainya hampir sama sepanjang tahun dengan selang antara 160 mm sampai 180 mm untuk KATdan 100 mm sampai 130 mm untuk AET. Karena curah hujan rata-rata seluruh DAS selalu lebih besar dari evapotranspirasinya, DAS ini secara umum tidak mengalami defisit walaupun pada beberapa tempat di bagian hilir DAS mengalaminya.
300
1
Legend Rainfall
E
E
200
=
SEMS SFAD
100
0
Gambar 7. Rata-rata bulanan neracar air di DAS Cicatih
4. Kesimpulan JavaTM 2 Standard Edition mampu digunakan untuk membangun JavaWB, yaitu perangkat lunak untuk menghitung komponen neraca air bulanan (seperti evapotranspirasi aktual, kadar air tanah, surplus, dan defisit) secara spasial. Perangkat lunak tersebut mempunyai user interface yang memudahkan dalam penggunaannya dan bisa menampilkan hasil perhitungan neraca airdalam bentuk peta, tabel ataupun grafik. Sub-DAS Cicatih Hulu mempunyai surplus tertinggi sedangkan sub-DAS Cikembar yang berada di bagian hilir DAS mempunyai defisit tertinggi. Distribusi spasial evapotranspirasi aktuai dan surplus tergantung dengan kondisi topografi daerah. Distribusi temporal surplus airtanah iebih dipengaruhi oleh pola curah hujan bulanan.
Daftar Pustaka Arnell NW. 1999. The effect of climate change on hydrological regimes in Europe: a continental perspective. Global Environmental Change.9:~-23. Biftu G F and Gan TY. 2004. A semi distributed, physics-based hydrologic model using remotely sensed and digital terrain elevation data for semiarid catchments. Int. J. remote sensing 25(20) 4351 4379 142
Kerjasama IPB dan CWOR
Pemanfaabn Freeware dalarn Pengembangan Perangkat Lunak Neraca Air Bufanan Spasial: Studi Kasus DM Cicatih, Sukabumi Khan AA, Shah and HF Gabriel. 2002. The influence of conceptual f l o w simulation model parameters o n model solution. Water Resour. Manage. 6~51-69. Mahe C, JE Paturel, E Servat, D Conway, and A Dezetter. 2005. The impact of land use change o n soil water holding capacity and river f l o w modeling in t h e Nakarnbe River, Burkina Faso. J. Hydrol. 300: 33-43. Makhlouf Z and C Michel. 1994. A two-parameter monthly water balance model for French watersheds. J. Hydrol. 162: 299-318. Mehrotra R dan RD Singh. 1998. The influence o f rnodel structure o n t h e efficiency of rainfall runoff model: A comparative study f o r some catchments o f Central India. Water Resour. Res. 12:325-341. Thomas DL and DB Beasley. 1986. A physically-based forest hydrology model, I: development and sensitivity components.Transactions o f t h e ASAE 2544): 962-972 Thornthwaite CW and JR Mather. 1957. Instruction and tables f o r computing potential evapotranspiration and the water balance. Publication in Climatology Vol. X No.3. Centeron, New Jersey Vandewiele GL and NL Win. 1998. Monthly water balance model f o r 55 basins in l o countries. Hydro1.Scie.J. 43(5):687-699. Vandiwiele CL, CY Xu, and NL Win. 1992. Methodology and comparative study o f monthly water balance model in Belgium, China and Burma. J. Hydrol.134:315-347. Wiik J, L Andersson and V Piermkamon. 2001. Hydrological impacts o f forest conversion t o agriculture in a large river basin in northeast Thailand. Hydrological Processes. 15:2729-2748 Xiong L and S Guo. 1999. A two-parameter monthly water balance model and its application. J. Hydrol. 216: 111-123. Xu CY. 1997. Application o f water balance models t o different ciimatic regions in China f o r waterresource assessment. Water Resour. Manage. ii:51-67. X u CY. dan VP Singh. 1998. A review o n monthiy water balance models f o r water resource
investigations. Water Resour. Manage.
12: 31-50
Zhang XC and WZ Liu. 2005. Simulating potential response of hydrology, soil erosion, and crop productivity t o climate change in Changwu tableland region on the Loess Plateau o f China. Agric. For. Meteorol.l31:127-142.
