ESTIMASI NERACA AIR DENGAN MENGGUNAKAN METODE THORNTHWAITE MATTER
RAHARDYAN NUGROHO ADI (
[email protected]) BPTKPDAS
Pendahuluan
Analisis Neraca Air
Potensi SDA
Berbagai keperluan (irigasi, mengatur pola tanam, monev DAS
Perhitungan Neraca Air
Diperlukan Data Aliran Sungai
Data Aliran tdk selalu tersedia
Perhitungan Neraca Air dengan data yg umum tersedia
Perhitungan Neraca Air Metode Thornthwaite Mather Data yang diperlukan : data hujan sebagai masukan, data vegetasi penutup lahan, data suhu udara, dan data sifat fisik tanah sebagai pemroses air di dalam DAS.
Maksud dan Tujuan Memberikan informasi bahwa ketidaktesediaan data aliran tidak menghambat dalam analisis neraca air suatu DAS Instansi pengelola SDA dapat menganalisis neraca air dalam rangka perencanaan maupun evaluasi pengelolaan SDA
Keuntungan Penerapan Metode Thrornthwaite Mather Dapat menghitung debit tanpa membutuhkan data tinggi muka air yang biasanya dikumpulkan dalam jangka waktu yang lama dan memerlukan biaya mahal baik untuk konstruksinya maupun untuk operasionalnya.
Diagram Alir Perhitungan Debit dengan Metode Thornthwaite Mather
METODE Prinsip Dasar Debit bulanan dan tahunan dihitung dengan menggunakan persamaan neraca air. Metode ini mensyaratkan untuk digunakan pada DAS yang mempunyai aliran sepanjang tahun dan dengan luasan yang cukup luas.
Persamaan Neraca Air DAS Persamaan neraca air yang digunakan yaitu :
Dalam hal ini : Q = Debit aliran (mm) P = Hujan (mm) Eta = Evapotranspirasi aktual (mm) ∆ S = Perubahan cadangan lengas tanah (mm)
Parameter Data untuk Perhitungan Neraca Air DAS 1. Data hujan 2. Data temperatur udara 3. Data sifat fisik tanah (pF 2,54; pF 4,2 dan tekstur 3 fraksi) dan sebarannya 4. Data vegetasi penutup (jenis dan kedalaman zone perakaran) dan sebarannya
PERHITUNGAN NERACA AIR Temperatur/ Suhu (T) Langkah pertama untuk menghitung neraca air yaitu pengumpulan data temperatur. Data temperatur bulanan dihitung dengan menggunakan rumus : Tx = 0,006 ( t – tx ) ± T Tx = temperatur yang akan diketahui T = temperatur dari stasin klimtologi terdekat t = ketinggian tempat stasiun klimatologi terdekat tx = ketinggian tempat yang akan dihitung temperaturnya
Indeks Panas (I) Indeks Panas (I) merupakan jumlah dari nilai indeks panas bulanan (i) yang dihitung dengan rumus : i = (T/5)1,514 T = temperatur bulanan EP sebelum terkoreksi (Epx) Langkah selanjutnya adalah menghitung evapotranpirasi potesial sebelum terkoreksi dengan berdasarkan pada nilai temperatur bulanan dan nilai indeks panas
Tabel Nilai Evapotranspirasi Potensial Bulanan Sebelum Terkoreksi (cuplikan dari Tabel Th. Mather)
EP setelah terkoreksi (Ep) Ep terkoreksi dihitung dengan menggunakan rumus : Ep = f x Epx f = faktor koreksi berdasarkan letak lintang DAS yang dikaji
Rata-rata Lama Penyinaran Matahari Bulanan di Belahan Bumi Selatan
Contoh Hasil perhitungan nilai Ep bulanan terkoreksi
Hujan (P) Perhitungan neraca air dengan metode ini memerlukan data CH yang berkesinambungan. Data ch bulanan diperoleh dari beberapa stasiun hujan yang ada di dalam maupun sekitar DAS yang akan dikaji.
(P – EP) Selisih antara CH dengan nilai EP digunakan untuk menentukan kelebihan dan kekurangan periode lembab atau basah. Jika bernilai negatif berarti jumlah CH yang jatuh tidak mampu menambah kebutuhan potensi air dar areal yang tertutup vegetasi. Jika bernilai positif berarti bahwa jumlah kelebihan air yang tersedia selama periodetertentu dalam satu tahun untuk mengembalikan kelembaban tanah dan aliran permukaan
Contoh Hasil Perhitungan Nilai P - EP Bulanan
Akumulasi Potensi Kehilangan Air (APWL) APWL digunakan untuk mengetahui potensi kehilangan air pada bulan kering. Cara perhitungan : Dimulai dari nilai P – EP yang mempunyai nilai negatif, kemudian secara berurutan dijumlahkan dengan nilai P – EP berikutnya sampai dengan nilai P – EP negatif yang terakhir.
Contoh Hasil Perhitungan APWL (Akumulasi Potensi Kehilangan Air) Bulanan
Perubahan Kelembaban Cadangan Lengas Tanah (∆ S) Dihitung dari kemampuan tanah menahan air. Kemampuan tanah menahan air diperoleh berdasarkan hasil perkalian antara prosentase luas penggunaan lahan, air tersedia dan kedalaman zone perakaran. Sebagai gambaran cadangan lengas tanah pada berbagai tekstur dan jenis vegetasi dapat dilihat pada Tabel berikut ini
Cadangan Lengas Tanah (St) Nilai cadangan lengas tanah diperoleh berdasarkan hasil perkalian antara prosentase luas penggunaan lahan, air tersedia dan kedalaman zone perakaran. Sebagai gambaran cadangan lengas tanah pada berbagai tekstur dan jenis vegetasi dapat dilihat pada tabel ini.
Tabel Kemampuan Tanah Menahan Air pada Kombinasi Tanah dan Vegetasi
Contoh Hasil Perhitungan Nilai Cadangan Lengas Tanah per Penggunaan Lahan
Prosentase luas penggunaan lahan dan kedalaman zone perakaran diperoleh berdasarkan survei lapang (pengamatan langsung di lapang). Sedangkan air tersedia dihitung berdasarkan hasil analisis sampel tanah yang diambil dengan menggunakan ring sampel dan dianalisis di laboratorium (parameter yang dianalisis yaitu nilai kapasitas lapang dan titik layu permanen). Perhitungannya yaitu selisih antara nilai kapasitas lapang (pF 2,54) dengan titik layu permanen (pF 4,2) untuk setiap jenis penggunaan lahan.
Berdasarkan tabel sebelumnya nilai ST untuk APWL yang bernilai positif dihitung berdasarkan :
ST = 5992/61 ST = 98.2 ᴝ 100 dalam hal ini % luas penggunaan laban berupa pemukiman tidak dimasukkan sebagai faktor pembagi karena pada pemukiman zone perakarannya dianggap tidak ada, sehingga total % luas zone perakaran adalah 4 + 17+ 18 + 22 + 39 = 61.
Sedangkan nilai ST untuk APWL yang bernilai negatif dihitung berdasarkan tabel dari Thornthwaite Mather (1957) dalam bukunya Instructions and Tables For Computing Potential Evapotranspiration and The Water Balance. Contoh tabel Nilai Cadangan Lengas Tanah untuk Kemampuan Tanah Menaban Air Sebesar 100 mm
Hasil Perhitungan Nilai ST Bulanan
Perubahan Lengas Tanah (∆ ST) Nilai perubahan lengas tanah dihitung berdasarkan selisih antara cadangan lengas tanah bulan sebelumnya dengan cadangan lengas tanab bulan ini. Hasil Perhitungan Perubahan Lengas Tanab Bulanan
Evapotranspirasi Aktual (AE) Nilai Evapotranspirasi Aktual diperoleh dengan ketentuan : •Jika P > EP maka AE = EP •Jika P < EP maka AE = P + [ Perubahan lengas tanab ]
Hasil Perhitungan Evapotranspirasi Aktual Bulanan
Defisit Nilai defisit (D) diperoleh berdasarkan pada selisih antara EP - AB. Hasil Perhitungan Nilai Defisit Bulanan
Surplus Nilai surplus (S) diperoleh berdasarkan rumus, S = (P - EP) - Perubahan ST. Hasil Perhitungan Nilai Surplus (S) Bulanan
Runoff Langkah terakhir dari perhitungan neraca air dengan metode Thornthwaite and Mather adalah menghitung besarnya runoff. Runoff diperoleh dari surplus air yang besamya diasumsikan 50 % dan sisanya akan keluar menjadi runoff pada bulan berikutnya.
Hasil Perbitungan Runoff Bulanan Bulan
1
2
3
Surlus
319.00 234.00
71.00
50%
159.50 117.00
4
5
6
7
8
9
10
11
12
27.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00 217.00 251.00
35.50
13.50
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00 108.50 125.50
159.50 117.00
35.50
13.50
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00 108.50
79.75
58.50
17.75
6.75
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
39.88
29.25
8.88
3.38
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
19.94
14.63
4.44
1.69
0.00
0.00
0.00
0.00
9.97
7.31
2.22
0.84
0.00
0.00
0.00
4.98
3.66
1.11
0.42
0.00
0.00
2.49
1.83
0.55
0.21
0.00
1.25
0.91
0.28
0.11
0.62
0.46
0.14
0.31
0.23
Jumlah
0.16
RO
159.50 276.50 232.25 147.38
80.44
40.22
20.11
10.05
5.03
2.51 109.76 234.63 1318.37
Perbandingan antara Runoff Perhitungan dan Pengukuran Bulan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Runoff Runoff Hitung Ukur 159.5 354 276.5 257 232.25 142 147.38 37 80.44 14 40.22 4 20.11 3 10.05 2 5.03 1 2.51 2 109.76 103 234.63 115 1318.38 1034
Perbandingan Runoff Pengukuran Langsung dan Perhitungan 400
350
300
Runoff
250
200
Runoff Hitung Runoff Ukur
150
100
50
0 1
2
3
4
5
6
7
Bulan
8
9
10
11
12
PENUTUP Perhitungan Neraca Air (debit aliran bulanan) dengan metode Thonrthwaite and Mather merupakan salah satu metode yang sudah cukup lama dikembangkan dan relatif mudah karena data yang diperlukan dalam perhitungan dengan metode ini umumnya tersedia di suatu DAS. Metode ini sampai sekarang masih cukup relevan dan masih sering digunakan.
CONTOH HASIL PERHITUNGAN NERACA AIR DENGAN METODE THORNTHWAITE MATHER Bulan Jan T I UnAdj PE F.koreksi Adj PE P P-PE APWL Storage ∆ St AE D Surplus Runoff Prediksi Runoff Observasi
Feb 28.4 13.87 5 32.1 160.5 262 101.5 0 300 0 160.5 0 101.5 349.7 30.3
Mar 27.9 13.5 4.9 28.8 141.12 273 131.88 0 300 0 141.12 0 131.88 50.8 54.2
Apr 26.6 12.56 4.5 31.2 140.4 194 53.6 0 300 0 140.4 0 53.6 91.3 42.9
Mei 28.1 13.65 5 30 150 515 365 0 300 -55 150 0 420 72.5 94.6
Jun 26.8 12.7 4.6 30.6 141 81 -60 -60 245 -60 141 0 0 246.2 25.7
Jul
Ags
Sep
Okt
25.2 24.7 25.8 26.8 27.1 11.57 11.23 11.99 12.7 12.92 4 3.8 4.2 4.6 4.7 29.4 30.3 30.6 30 31.5 117.6 115.14 128.52 138 148.05 33 0 0 0 11 -84.6 -115.14 -128.52 -138 -137.05 -144.6 -259.74 -388.26 -526.26 -663.31 185 125 81 51 32 -60 -44 -30 -19 64.95 93 44 30 19 75.95 24.6 71.14 98.52 119 72.1 0 0 0 0 0 123.1 61.6 30.8 15.4 7.7 19.6 10.5 4.9 3.1 4.8
Nop 26.6 12.56 4.5 30.9 139.05 204 64.95 0 96.95 203.05 139.05 0 0 3.8 8.2
Des 26.2 12.28 4.4 32.4 142.56 840 697.44 0 300 0 142.56 0 697.44 1.9 193.4
Total 151.53
1661.94 2413
1404.42 1054.7 492.2
