1 © 2003 Mustafril Makalah Pribadi Pengantar Ke Falsafah Sains (PPS702) Program Pasca Sarjana / S3 Institut Pertanian Bogor Desember 2003
Posted 10 December 2003
Dosen: Prof. Dr. Ir. Rudy C. Tarumingkeng (Penanggung jawab) Prof. Dr. Ir. Zahrial Coto
SIMULASI DISAIN TERAS BANGKU (Bench Terrace) METODE US-SCS (Simulation of Bench Terrace Design with USSCS Method )
Oleh: Mustafril F161030041
[email protected]
Abstract Terracing is a method of erosion control accomplised by constructing broad channel across the slope of rolling land. As technology has advanced, terrace design has been scientifically adapted to the hydrologic and erosion control needs of the treated areas. The design of a terrace system involves the proper spacing and location of terrace. The design of the channel with adequate capacity, and development of a farmable cross section. Spacing is expressed as the vertical distance between the channels of successive terraces. For the top terrace spacing in the vertical distance from the top of the hill to the bottom of the channel. This vertical distance is commonly known as the vertical interval (VI). Vertical interval thus computed may be varied to allow for soil, climate and tillage condition. Terrace design can computing by computer
2 program within a program simulation of bench terrace design for US-SCS method. The result shows that US-SCS method gave higher VI if increase of the slope. Key word : terrace, simulation
PENDAHULUAN Latar Belakang Terjadinya erosi erat kaitannya dengan penggunaan lahan dan tindakan konservasi tanah di suatu kawasan, tidak kecuali di bagian hulu (upstream) suatu daerah aliran sungai (DAS). Untuk mencegah erosi masyarakat harus memperbaiki pola dan praktek-praktek penggunaan lahan dan melakukan usaha-usaha konservasi tanah dan air. Konservasi tanah merupakan suatu tindakan atau perlakuan untuk mencegah kerusakan tanah atau memperbaiki lahan yang telah rusak. Metode konservasi tanah dibagi tiga teknik tindakan, yaitu : (a) metode vegetatif, (b) metode mekanik, dan (c) metode kimia. Konservasi tanah dengan metode mekanik salah satunya adalah pembuatan teras. Jenis teras yang sering digunakan sebagai tindakan konservasi di Indonesia adalah teras bangku (bench terrace). Teras mempunyai fungsi mengurangi panjang lereng dan menahan air sehingga dapat mengurangi kecepatan dan jumlah aliran permukaan (runoff), serta meningkatkan infiltrasi yang selanjutnya mengurangi laju erosi. Perancangan teras pada lahan pertanian di Indonesia memerlukan berbagai pertimbangan yang dapat dibedakan antara pertimbangan fisik teknis dan pertimbangan social ekonomi. Aspek fisik teknis yang perlu diperhatikan dalam pembangunan teras adalah : (a) besarnya erosi yang diperbolehkan, (b) kharakteristik tanah : erodibilitas, tingkat kesuburan, kedalaman tanah dan kelerengan lahan, (c) kharakteristik hujan, (d) rencana penggunaan lahan, yaitu jenis tanaman yang akan diusahakan, (e) jenis teras, (f) vertical interval teras (VI), (g) lebar bidang olah teras, (h) penempatan lokasi saluran pembuang, dan (i) bahan dan konstruksinya. Penentuan VI teras bangku untuk suatu negara berbeda dengan negara lain, sedangkan negara Indonesia lebih banyak mengadopsi system disain teras yang telah dikembangkan di beberapa negara berikut : Zimbabwe, Afrika Selatan, Israel, Aljazair, Cina, Amerika Serikat (Schwab et al., 1981; Hudson, 1981; Arsyad, 1989; ASAE, 1998).
3 Untuk perancangan teras sebagai bangunan konservasi tanah dan air, perlu ditentukan jarak vertical interval teras yang tepat serta dimensi rancang bangun teras yang lainnya. Sehingga bangunan teras dapat dimanfaatkan semaksimal mungkin sesuai dengan tujuannya. Nilai VI teras merupakan acuan untuk pembuatan teras di lahan pertanian.
Tujuan Pembuatan suatu simulasi disain teras bangku dengan metode United States Soil Conservation Service (US-SCS), diharapkan berguna sebagai dasar kebijaksanaan pengelolaan suatu lahan pertanian yang bertujuan sebagai lahan konservasi tanah dan air.
METODE PENELITIAN Lokasi studi kasus adalah di Kecamatan Banjarwangi Kabupaten Garut, Jawa Barat. Analisis fisika tanah dilakukan di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Penelitian dilakukan dengan tahapan sebagai berikut : 1) Pengukuran dan pengumpulan data : •
Dimensi, kemiringan lahan, dan tataguna lahan
•
Sifat fisik tanah : kadar air, densitas lapangan, permeabilitas, kedalaman tanah, distribusi ukuran partikel, konsistensi.
•
Curah hujan
2) Perancangan teras metode US-SCS : Untuk menentukan dimensi teras bangku dan letak saluran teras di lapangan, terlebih dahulu tentukan jarak vertikal atau jarak horizontal. Jarak vertikal adalah jarak arah vertikal dari puncak lereng atau suatu tempat yang ditentukan pada suatu lereng sampai dasar saluran pertama dan dari dasar saluran pertama sampai dasar saluran berikutnya. Jarak horizontal adalah jarak arah horizontal dari titik-titik yang sama seperti jarak vertikal (Arsyad, 1989). Untuk menentukan jarak vertikal (VI) dan jarak horizontal (HI) menurut disain teras metode US-SCS (ASAE, 1998; Schwab et al., 1981; PRC Engineering Consultants. Inc., 1980) adalah sebagai berikut :
4 VI = 0,3 (XS + Y) ..............................................................................
(1)
Dimana: VI = jarak vertikal (m) X = konstanta penyebaran curah hujan berkisar 0,4 untuk curah hujan sekitar 2000 mm/tahun sampai 0,8 untuk curah hujan sekitar 1000 mm/tahun. Y = konstanta yang dipengaruhi oleh erodibilitas dan penutup tanah berkisar dari 1 untuk tanah yang berkapasitas infiltrasi rendah dan sedikit tanaman sampai 4 untuk tanah yang erodibilitasnya rendah dengan diberi mulsa paling sedikit 3 ton/ha. S = kemiringan lereng (%). Bentuk penguat talud (riser) teras bangku pada umumnya terdiri dari dua jenis, yaitu (1) tampingan rumput (vegetated) dan (2) tampingan batu (stone pitching) atau dinding penahan tegak (vertical retaining wall) (Matthee and Russell, 1997). Disain teras US-SCS hanya berlaku pada kemiringan lahan maksimal 30 % (Schwab et al., 1981). 3) Perancangan dimensi saluran drainase teras : a.
Perhitungan debit maksimum runoff dilakukan dengan metode rasional. Prinsip metode rasional bahwa laju runoff maksimum akan terjadi bila lama hujan sama dengan waktu konsentrasi dari daerah tangkapan pada suatu DAS. Runoff puncak (Q) dinyatakan dalam persamaan berikut ini. Q = CIA/360 ……………………………………………… .. Dimana : Q = runoff puncak (m3 /dt) C = konstanta runoff yang tergantung pada vegetasi permeabilitas tanah, kelerengan lahan, dan pengolahan tanah. I = Intensitas hujan maksimum (mm/jam). A = Luas DAS (ha)
(2)
yang
ada,
b. Perancangan saluran pembuang Bentuk penampang saluran teras secara umum dibagi tiga, yaitu : triangular, trapezoidal, dan parabolik. Dari persamaan kontinuitas, yaitu : Q = A*V, dimana V adalah kecepatan aliran dan A adalah luas penampang saluran. Besarnya kecepatan aliran dihitung dengan persamaan Manning berikut ini. V = R2/3 S1/2 /n ……………………………………………… Dimana : V = kecepatan izin saluran (m/dt) R = jari-jari hidrolis (m) S = kemiringan saluran (m/m).
(3)
5 n = koefisien Manning. 4) Membangun program simulasi dengan mengunakan Software
Microsoft Visual
Basic 6.0 (Dewobroto, 2003; Kusumo, 2002; Kurniadi 2001; Stephens, 2000): •
Menyusun algoritma program simulasi berdasarkan teori yang tersedia di atas.
•
Membangun program simulasi.
•
Melakukan
validasi
program
dengan
melakukan
pengecekan
rancangan
berdasarkan perhitungan manual, bila hasil simulasi dan perhitungan manual valid maka program dapat digunakan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Program Simulasi Disain Teras Metode US-SCS Setelah dilakukan perifikasi lahan, pemeriksaan tanah, dan penentuan parameter simulasi dapat disusun suatu program simulasi yang dibangun dengan bahasa pemrograman Visual Basic 6.0. Disain teras bangku metode US-SCS hanya berlaku sampai kemiringan lahan 30 %. Dalam program simulasi ini, untuk kemiringan lahan lebih dari 30 % teras dilakukan modifikasi dengan ketentuan bila VI tidak boleh lebih besar dari 3 m, karena teras dengan VI > 3 m dikhawatirkan rawan longsor. Pada penelitian ini juga dilakukan analisis longsor terhadap disain teras, namun tidak dibicarakan dalam makalah ini. Simulasi disain teras US-SCS memerlukan input data kemiringan lahan, panjang lahan, erodibilitas, infiltrasi, curah hujan, jenis tanah, penutup lahan, lapisan saluran, dan luas lahan yang akan direncanakan. Hasil simulasi ini secara garis besar terdiri dari : dimensi teras menurut US-SCS dan hasil modifikasi, dimensi saluran, dimensi tanggul teras, jumlah teras, luas bidang olah per ha, dan volume cut dan fill. Tampilan form program ini dapat dilihat pada gambar berikut ini.
6
Gambar 1. Tampilan form gambar perencanaan teras pada lereng metode US-SCS Hasil Simulasi Disain Teras Metode US-SCS Hasil pemeriksaan sifat fisika tanah rata-rata pada lokasi penelitian di Kecamatan Banjarwangi Kabupaten Garut sebagai berikut : kadar bahan organik 3 %, debu 48,079 %, pasir halus 15,204 %, liat 13,914 %, specific gravity 2,690, angka pori 2,174, densitas tanah 1,439 t/m3 , permeabilitas 1,192 mm/jam, erodibilitas, 0,47 t/ha/th, kedalaman tanah 0,9 m, dan infiltrasi 10 mm/jam. Sedangkan curah hujan rata-rata 1742 mm/tahun dan penutup lahan atau faktor CP sawah beririgasi 0,02 sehingga dapat dilakukan simulasi dengan hasil tertera pada Tabel berikut ini. Tabel Hasil simulasi disain teras metode US-SCS di Kecamatan Banjarwangi Kabupaten Garut S (%) Tipe Teras VI (m) HI (m) h (m) h1 (m) b (m) bx (m) by (m) b1 (m) b2 (m) b4 (m) K1 (m)
6
10
14
18
22
26
30
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
1,77 29,50 0,88 0,89 28,32 0,44 0,44 0,39 0,12 0,44 0,02
1,06 17,70 0,52 0,54 16,88 0,26 0,26 0,39 0,12 0,26 0,02
2,37 23,70 1,17 1,20 22,23 0,59 0,59 0,39 0,12 0,59 0,03
2,00 20,00 0,99 1,02 18,72 0,49 0,49 0,39 0,12 0,49 0,03
2,97 21,21 1,46 1,51 19,45 0,73 0,73 0,39 0,12 0,73 0,04
2,00 14,29 0,98 1.,02 13,01 0,49 0,49 0,39 0,12 0,49 0,04
3,57 19,83 1,76 1,86 17,73 0,88 0,88 0,39 0,12 0,90 0,05
2,00 11,11 0,97 1,05 9,81 0,49 0,49 0,39 0,12 0,50 0,05
4,17 18,95 2,05 2,20 16,52 1,03 1,03 0,3 9 0,12 1,07 0,07
2,00 9,09 0,97 1,07 7,78 0,48 0,48 0,39 0,12 0,15 0,07
4,77 18,35 2,35 2,54 15,58 1,17 1,17 0,39 0,12 1,23 0,08
2,00 7,69 0,96 1,09 6,38 0,48 0,48 0,39 0,12 0,50 0,08
5,37 17,90 2,64 2,84 14,85 1,32 1,32 0,39 0,12 1,38 0,09
2,00 6,67 0,96 1,09 5,37 0,48 0,48 0,39 0,12 0,50 0,09
7 K2 (m) W (m) Wv (m) Sx (m) a (m) a’ (m) Sb (m) Sc (m) C2 (m) m (m) n (m) S4 (%) P (m) Ac (m) Jumlah Teras Luas bid. Olah (ha) Vol. cut (m3/ha)
0,00 28,32
0,00 16,88
0,00 22,23
0,00 18,72
0,00 19,45
0,00 13,01
0,09 17,78
0,05 9,84
0,17 16,60
0,08 7,82
0,24 15,70
0,10 6,48
0,22 14,96
0,08 5,41
27,81
16,37
21,72
18,21
18,94
12,50
29,55 14,60 14,60 14,16 0,98 0,30 14,63 14,63 0,00 14,88 6,20
17,79 8,70 8,70 8,44 0,58 0,30 8,72 8,72 0,00 8,87 2,20
23,82 11,70 11,70 11,72 1,31 0,30 11,76 11,76 0,00 12,09 6,50
20,14 9,85 9,85 9,36 1,10 0,30 9,90 9,90 0,00 10,18 4,61
21,42 10,46 10,46 9,73 1,64 0,30 10,56 10,56 0,00 10,96 7,12
14,59 6,99 6,99 6,50 1,09 0,30 7,06 7,06 0,00 7,33 3,18
17,22
9,30
20,17 9,79 9,77 8,80 2,02 0,30 9,95 9,92 1,00 10,42 8,03
11,68 5,42 5,41 4,92 1,12 0,30 5,50 5,49 1,00 5,77 2,46
16,01
7,27
15,07
5,87
14,34
8,5 8
19,45 9,37 9,33 8,30 2,39 0,31 9,59 9,55 1,00 10,14 8,91
10,02 4,42 4,40 3,91 1,12 0,31 4,52 4,50 1,00 4,78 1,98
19,10 9,10 9,08 9,02 7,85 2,75 0,31 9,38 2,00 9,99 9,74
9,07 3,72 3,70 3,22 1,13 0,31 3,84 3,82 2,00 4,09 1,63
18,74 8,86 8,80 7,48 3,08 0,31 9,24 9,19 2,00 9,90 10,37
4,86 3,20 3,18 2.71 1,11 0,31 3,34 3,32 2,00 3,58 1,36
8,46
14,05
10,50
12,41
11,67
17,14
12,39
21,40
12,85
24,95
13,15
27,56
13,34
29,14
0,94
0,92
0,91
0,90
0,88
0,86
0,86
0,80
0,82
0,73
0,79
0,65
0,77
0,57
2099
1238
2730
2288
3323
2182
3981
2106
4579
1974
5125
1802
5534
1582
Keterangan : A = Desain USSCS B = Desain USSSC yang dimodifikasi ⇒ untuk VI > 3 m (USSCS), maka pada disain USSCS modifikasi VI = 2 m
Dari tabel di atas hasil simulasi disain teras US-SCS (A) terlihat bahwa nilai VI pada kemiringan lahan 14 % - 30 % sangat tinggi yaitu berkisar dari 2,97 m – 5,37 m, keadaan ini sangat rawan longsor pada talud teras (riser). Sehingga dilakukan modifikasi (B) dengan nilai VI = 2 m sehingga terjadi pengurangan lebar horizontal interval (HI) teras.
KESIMPULAN Hasil dan pembahasan di atas dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain : •
Perancangan teras metode US-SCS dapat dilakukan dengan cara simulasi yang dibangun dengan bahasa pemrogramman Visual Basic 6.0.
•
Hasil disain teras sangat ditentukan oleh kemiringan lahan, sifat fisik tanah, curah hujan, dan kondisi penutup lahan.
•
Hasil simulasi semakin besar kelerengan lahan akan meningkatkan jarak vertikal interval teras.
•
Jarak vertikal interval teras > 3 m perlu dilakukan modifikasi, karena dikhawatirkan rawan longsor. Pengambilan data lapangan untuk makalah ini dibiayai oleh proyek “Identifikasi
Penyusunan Rencana Tindak Penanggulangan Daerah Rawan Bencana di Kabupaten
8 Garut” yang merupakan kerjasama Pemerintah Daerah Tingkat II Kabupaten Garut dengan Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor, Oktober 2002.
DAFTAR PUSTAKA Arsyad, S. 1989. Konservasi Tanah dan Air. IPB-Press. Bogor. ASAE. 1998. Standard Engineering Practice Data. Ed. 45th , ASAE. St. Joseph.. Dewobroto, W. 2003. Aplikasi Sains dan Teknik dengan Visual Basic 6.0. PT. Elex Media Komputindo. Gramedia. Jakarta. Hudson, N. 1981. Soil Conservation. Ed. 2nd. Cornell university Press. New York. Kurniadi, A. 2001. Pemrograman Microsoft Visual Basic 6. PT. Elex Media Komputindo. Gramedia. Jakarta. Kusumo, A. S. 2002. Microsoft Visual Basic 6.0. PT. Elex Media Komputindo. Gramedia. Jakarta. Matthee, J.F.G. and W.B. Russell. 1997. Bench Terracing. In Conservation of Farmland in KwaZulu-Natal. KwaZulu-Natal Departement of Agriculture. Natal. PRC Engineering Consultants, Inc. 1980. The Citanduy River Basin Development Project (Feasibility Report : Citanduy Upper Wathershed Management Project). Denver, Colorado, USA. Schwab, G.O., R.K. Frevert, T.W. Edminster, K.K. Barnes. 1981. Soil and Water Conservation Engineering.:John Wiley and Sons. New York Stephens, R. 2000. Visual Basic Graphics Programming. Second Edition. John Wiley and Sons, Inc. Canada
