V. SIMULASI LUAS HUTAN TERHADAP HASIL AIR
5.1. Simulasi di Sub DAS Cisadane Hulu Validasi model dilakukan dengan menggunakan data debit sungai harian tahun 2008 – 2010. Selanjutnya disusun 10 alternatif simulasi perubahan luasan hutan, untuk melihat pengaruh perubahan luas hutan di Sub DAS Cisadane Hulu terhadap perubahan evapotranspirasi aktual, water yield dan debit sungai. Susunan skenario simulasi yang digunakan adalah seperti Tabel 15. Tabel 15. Simulasi luas hutan di Sub DAS Cisadane Hulu
0
Luas hutan kondisi saat ini
Luas (Ha) A* (%) 1.045 0,00
1
Penutupan lahan semuanya hutan
1.811
73,42
2
Tidak ada hutan, hutan existing menjadi semak belukar
0
-100,00
3
Luas hutan bertambah, semak belukar dan lahan tegalan menjadi hutan
1.732
65,76
4
Lereng lahan < 25 % menjadi hutan
589
-43,64
5
Lereng lahan >= 25 % menjadi hutan
1.223
17,05
6
Luas hutan bertambah, semak belukar, rumput ilalang / tanah kosong menjadi hutan
1.523
45,76
7
Luas hutan bertambah, semak belukar, rumput ilalang / tanah kosong dan kebun/perkebunan menjadi hutan
1.641
57,13
8
Luas hutan bertambah, lahan tegalan menjadi hutan
1.137
8,89
9
Lahan tegalan menjadi hutan, dan hutan menjadi lahan tegalan
93
-91,11
10
Kebun perkebunan menjadi hutan, dan hutan menjadi semak belukar
116
-88,89
Skenario
Keterangan
Ket:*) Perubahan luas hutan terhadap kondisi existing; nilai negatif menunjukan luas hutan berkurang
72
Sim mulasi peruubahan luass hutan terrbagi menjaadi dua baagian, yaituu luas hutan berttambah (skeenario 1, 3, 5, 6, 7, 8) dan d luas hutaan berkuran ng (skenarioo 2, 4, 9, 10). Skenario S 0 merupakann kondisi saat s penelittian dilakuk kan. Perubbahan luasan huutan (%) merupakan m luas l hutan simulasi reelatif kondisi aw wal.
terhaadap luas hutan h
Skennario 1 meenggambarkkan luas hu utan bertam mbah 73 % dari
kondisi aw wal. Pada simulasi 2 menunjukkkan luas hutan berkuurang 100% % dari kondisi aw wal, artinyaa tidak ada hutan h samaa sekali; huttan berubahh menjadi semak s belukar. Perubahan luaas hutan ini berasal darri perubahann jenis tutup pan lahan semak belukar, laahan tegalaan, kebun/peerkebunan aataupun rum mput/tanah kosong meenjadi hutan atauu sebaliknyaa. Model yang telah divalidasi, d sebagaimanaa diuraikan pada BAB IV, digunakann untuk melakukan sim mulasi dam mpak perubahan luas hutan h terhadap jumlah j debbit sungai, water yieldd dan evap potranspirassi aktual.
Data
prosentasee luasan huttan relatif teerhadap luaas DAS Cissadane Huluu secara lenngkap
1750
Luas FRST (Ha)
1500 1250 1000 750 500 250 0
0 100 95.58 90.61 9 100.00 90 84.05 80 6 67.50 70 62.79 5 57.66 60 50 40 32.50 30 20 6.41 5.13 3 10 0.00 Skeenario 0 10 9 2 4 0 8 5 6 1 7 3
Gam mbar 36. Luuas hutan daan persen luuas pada berrbagai alterrnatif simulaasi
Luas FRST / luas DAS (%)
disajikan Gambar G 36..
73
Hubungan Perubahan Luas Hutan terhadap Jumlah Run off Limpasan permukaan (run off) merupakan respon DAS terhadap curah hujan akibat perbedaan tutupan lahan. Dalam rangka melihat pengaruh luasan hutan terhadap run off, maka dari hasil simulasi terlihat bahwa hubungan antara luas hutan dalam suatu DAS terhadap run off bersifat linear negatif, artinya luasan hutan bertambah maka akan sangat signifikan dalam menurunkan total run off, sebaliknya juga berlaku berkurangnya luasan hutan dalam suatu DAS akan meningkatkan run off. Hubungan antara luasan hutan dalam Sub DAS Cisadane dengan limpasan permukaan sangat signifikan dengan nilai R2 = 0,961, seperti ditunjukkan pada Gambar 37
Limpasan maksimum terjadi ketika tidak ada
hutan. Bertambahnya proporsi luasan hutan dalam suatu DAS maka limpasan permukaan semakin menurun. Setiap bertambahnya 1 ha luasan hutan, limpasan permukaan berkurang 8,07 mm/tahun/ha hutan atau sebesar 8,06 juta m3/tahun.
Jumlah SurQ/tahun (mm)
2500 2000 1500 SurQ = -8,0687FRST + 1892,9 R² = 0.961, n=11
1000 500
FRST(%)
0 0 Gambar 37.
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Hubungan luas hutan dengan jumlah run off di Sub DAS Cisadane Hulu
Hubungan luasan hutan dengan tingkat kadar air tanah juga bersifat linier positif, sehingga luasan hutan dalam suatu DAS dapat meningkatkan kadar air tanah. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 38 di mana luasan hutan menyebabkan
74
kadar air tanah naik dari rata-rata 174,5 mm/th menjadi 187,5 mm/th dengan R2 sebesar 0,66 dan hubungan antara luasan hutan dan kadar air tanah disajikan pada Gambar 38.
Jumlah SW/tahun (mm)
200 180 160 SW = 0,1322FRST + 174,51 R² = 0,6693, n=11
140 120
FRST (%)
100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Gambar 38. Hubungan antara prosentase luas hutan dengan kadar air tanah (KAT) Perubahan Luas Hutan terhadap Evapotranspirasi Aktual Evapotranspirasi hutan sangat berpengaruh dalam mengendalikan air, karena evapotranspirasi hutan dikendalikan oleh luas daun (LAI). Umumnya nilai LAI hutan sangat besar umumnya di atas 3, sehingga hubungan antara laju evapotranspirasi aktual di Sub DAS Cisadane Hulu dengan luasan hutan bersifat linier positif dengan nilai R2 = 0,679 seperti yang disajikan pada Gambar 39. Perubahan luasan penutupan lahan berupa semak belukar, sawah, lahan tegalan, dan sedikit kebun/perkebunan, jumlah evapotranspirasi aktualnya per tahun sekitar 679,89 mm (12,32 juta m3/tahun). hutan,
jumlah
evapotranspirasi
aktualnya
Dengan bertambahnya luas
semakin
meningkat.
Setiap
pertambahan 1 ha luas hutan, evapotranspirasi aktual bertambah 0,3393 mm/tahun (339,3 m3/th/ha), sehingga dengan adanya kenaikan konsumsi air sebesar 0,3393
75
mm/th/ha ternyata hutan mengurangi limpasan sebesar 8,07 mm/th, sehingga hutan sangat positif menyimpan air sebesar 7,73 mm/th/ha.
Jumlah ET/Tahun (mm)
750 700 650 ET = 0,3393FRST + 676,89 R² = 0,679, n=11
600 550
FRST (%)
500 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Gambar 39. Hubungan antara persen luas hutan dengan laju evapotarnspirasi aktual Luas Hutan terhadap Jumlah Aliran Air Tanah (ground water flow) Hubungan luasan hutan dengan ground water dalam suatu DAS bersifat linear positif seperti yang ditunjukkan oleh base flow dalam setahun terhadap proporsi luasan hutan R2=0,8502 seperti pada Gambar 40.
Pada saat tidak ada
hutan dengan penutupan lahan berupa semak belukar, sawah, lahan tegalan, dan sedikit kebun/perkebunan, jumlah base flow per tahun sebesar 130,73 mm. Dengan bertambahnya luas hutan, jumlah base flow semakin meningkat. Setiap pertambahan 1 ha luas hutan, menambah base flow bertambah 1,24 mm/ha atau 1.240 m3 dalam setahun, sehingga grafik ini secara empiris membuktikan bahwa semakin banyak hutan semakin banyak air tanah yang akan memperbanyak mata air, dan meningkatkan cadangan mata air sehingga dengan demikian hutan adalah induk dari sungai dan menjaga ketersediaan mata air dalam suatu DAS.
76
Jumlah GWQ/tahun (mm)
300
GWQ = 1,2392*FRST + 130,73 R² = 0,8502
250 200 150 100 50
FRST(%)
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Gambar 40. Hubungan antar persen luas hutan terhadap jumlah base flow Kenaikan jumlah base flow akibat meningkatnya jumlah hutan akan diikuti dengan menurunnya rasio Qmax/Qmin rata-rata bulanan dalam suatu DAS. Pada saat hutan tidak ada rasio Qmax/Qmin sebesar 148,8 dan pada saat hutan 10% rasio Qman/Qmin akan menurun menjadi 47. Hal ini membuktikan bahwa hutan sangat berperan dalam menurunkan debit masimum dan menjaga debit minimum pada musim kemarau.
Hubungan antara luasan hutan dan perbandingan
Qmax/Qmin mempunyai nilai R2 = 0,736 sebagaimana disajikan Gambar 41.
Rata-rata Qmax/Qmin
250
Qmax/Qmin = -1,0128*FRST + 148,84 R² = 0,7363
200 150 100 50 FRST(%)
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Gambar 41. Perbandingan Qmax/Qmin rata-rata bulan dan luas hutan
77
Pada kondisi tutupan hutan maksimum rasio Qmax/Qmin rataan bulanan adalah 41 dan apabila tidak ada hutan sama sekali, maka rasio Qmax/Qmin akan naik menjadi 149, sehingga terjadi hubungan linier negatif antara proporsi luas hutan dengan rasio Qmax/Qmin dengan nilai R2 = 0,73.
Setiap
penebangan
hutan (pengurangan luas hutan) 1 % hutan di DAS Cisadane Hulu akan menyebabkan menaikkan rasio 1,13 rasio Qmax/Qmin debit rata-rata bulanan, atau setiap penambahan hutan 1 ha menyebabkan pengurangan rasio Qmax/Qmin sebesar -1,012. Hubungan antara luasan hutan dan rasio base flow dan pada berbagai skenario disajikan pada Gambar 42.
Hutan sangat berperan dalam
mengendalikan limpasan, menaikan base flow karena pada kondisi hutan 100% maka rasio base flow dengan total debit dalam 1 tahun adalah 42,4% dan pada kondisi
hutan 0% merupakan aliran
base flow paling rendah dari seluruh
skenario yang ada.
5.2.Simulasi Luas Tutupan Hutan di Sub DAS Gumbasa Skenario simulasi luas tutupan hutan di Sub DAS Gumbasa dilakukan dengan 10 ulangan simulasi perubahan luasan hutan memperhatikan hasil
alam (FRSE) dengan
validasi dan kalibrasi sebelumnya. Skenario perubahan
tutupan lahan secara lengkap disajikan pada Tabel 16. Proses warming up model menggunakan data Tahun 2001-2003 dan kalibrasi menggunakan data Tahun 2004. Hubungan antara luasan hutan dengan debit di Sub DAS Gumbasa secara lengkap disajikan pada Gambar 43.
78
S Skenario 1 (H Hutan 100 %) % rasio ba aseflow 42,,4 %
S Skenario 0 (lluas hutan 55,6 %, exiisting) rasio o base flow 30,3 %
Skenaario 2 (luas hutan 0 %) rasio basefflow 26,9 %
Gambar 42. 4 Perbanddingan rassio base floow dan dirrect run off ff pada berrbagai skenarrio luasan huutan
79
Tabel 16. Luas tutupan hutan pada berbagai simulasi di Sub DAS Gumbasa No
Simulasi
Luas Hutan (Ha)
Rasio (%)
88.152
71,6
119.235
96,9
0
Kondisi Existing hutan every green
1
Semua lahan menjadi hutan every green kecuali tubuh air
2
Hutan ever green menjadi semak belukar
0
0,0
3
Hutan ever green hanya terdapat di lahan dengan lereng >25%
56.675
46,0
4
Hutan ever green hanya terdapat diketinggian > 1000 m
76.657
62,3
5
Hutan ever green hanya terdapat diketinggian > 2000 m
1.978
1,6
6
Hutan ever green hanya terdapat diketinggian < 2000 m
86.164
70,0
7
Hutan ever green hanya terdapat diketinggian < 1000 m
11.486
9,3
8
Hutan every green hanya terdapat di lahan dengan lereng <25 %
31.467
25,6
9
Kebun/perkebunan berubah menjadi hutan every green
111.290
90,4
10
Hutan ever green bertambah dari lahan dengan lereng >25 %
98.405
80,0
Jumlah Q Outflow/Tahun (m3/s)
16300 14300 12300 10300 8300 6300 4300
y = -1.1986FRSE2 + 159.25FRSE + 7526.7 R² = 0.883, n=11
2300 Luas FRSE (%)
300 0.0
Gambar 43.
20.0
40.0
Hubungan antara jumlah Gumbasa
60.0
80.0
100.0
Qoulflow (blue water) di Sub DAS
80
Distribusi Q outflow (blue water) akan meningkat seiring dengan meningkatnya water yield (WYLD) di Sub DAS Gumbasa, hubungan ini sangat
Jumlah QOutflow/Tahun (m3/s)
erat dengan nilai R2 = 0,99 sebagaimana disajikan pada Gambar 44. 14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000
QOutflow = 13.653*WYLD + 115.39 R² = 0.9926, n=11
Jumlah WYLD/Tahun (mm) 400
500
600
700
800
900
1000
Gmbar 44. Hubungan antara water yield dengan Q ouflow di Sub DAS Gumbasa 200 180 160 140
Qmax/Qmin= ‐1.2817FRSE+ 129.27 R² = 0.84, n=11
120 100 80 60 40 20
Luas FRSE (%)
0 0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
Gambar 45. Hubungan antara luasan hutan dengan Qmax/Qmin di Sub DAS Gumbasa Meningkatnya jumlah water yield akan mengatur keseimbangan dan distribusi debit aliran. Hal ini terlihat pada Gambar 45 dari hasil simulasi bahwa rasio rata-rata debit maksimum (Q mx/Q min) bulanan pada saat hutan
81
sedikit (0 %) sekitarr 130 dan akkan turun raasionya (Qm max/Qmin) menjadi hanya h menjadi 2 pada saaat seluruh DAS tutuppannya berupa hutann dengan tinngkat mberikan peenjelasan baahwa hutann alam korelasi 0,,84. Hubunngan hasil siimulasi mem yang ada di Taman Nasional Lore L Linduu menujukkkan bahwa sangat berpperan dalam meengendalikaan limpasan dan fluktuaasi debit Sungai di Subb DAS Gum mbasa. Daampak peruubahan tutuupan lahan terhadap volume v aliraan, sangat nyata terlihat paada musim hujan. h Perbandingan output simullasi antar skkenario disaajikan pada Gam mbar 46. utan 96,1 % rasio basee flow 45,6 % Skenarrio luasan hu
Skenariio luasan huutan 71,6 % rasio base flow 37,0 %
82
Skenaario luasan hutan 0 % rasio r base flow f 34.6 %
Gambar 46. 4 Rasio total base flow f pada berbagai b skkenario luassan hutan di d Sub DAS Gumbasa G Peru ubahan luas hutan terrhadap curah hujan, erosi e dan seedimentasii
Daalam rangkka melihatt perubahaan tutupan lahan teerhadap sedimentaasi dan perrubahan ikllim (input curah hujan)
erosi,
dilaku ukan perubbahan
dengan menggunaka m an 3 skenaario perubaahan tutupaan lahan Skenario S 1 (S0) merupakann kondisi existing; e peenutupan laahan dengann total luass hutan 71,,6 %. Skenario 2 (S1), sekkitar 23,39% % lahan, grrass land, coffee, c cocoonut, agricuulture dan open forest beruubah menjadi hutan allam (FRSE)). Skenarioo 3 (S2), seekitar 16.63 % hutan h alam (FRSE) beerubah menjjadi semak belukar. Peeta sebaran tupan t lahan setiaap skenario ditunjukkan n pada Gam mbar 47. Unntuk perubaahan jumlah h curah hujaan ada 3 skkenario. Skeenario 1 (CH H0%) merupakann rata-rata curah hujjan kondissi awal (Tahun 20044).
Skenarrio 2
(CH+25% %), jumlah curah c hujan n bertambahh 25% darii rata-rata curah c hujan awal (tahun 20004). Skennario 3 (CH H-25%), jum mlah curah hujan berk kurang 25% % dari rata-rata curah c hujan kondisi padda Tahun 20004. Skenaario perubah han jumlah curah hujan ini menggunakkan featuree weather generator g y yang tersedia di SWA AT, di mana
peeriode simuulasinya daari Tahun 2002 2 – 20550 dengan resolusi r bullanan.
83
Kombinassi skenario perubahan curah hujann dan tutuppan lahan dii DAS Gum mbasa yang digunnakan dalam m simulasi tersebut t disajikan padaa Tabel 17 .
A
B
C
A. Skenaario (S2): FRSE (hutann alam ) 55.33 %, B. Skenaario (S0): FRSE F (hutann alam ) 71.6 % C. Skenaario (S1): FRSE F (hutann alam ) 96.9 %
Gambbar 47. Tutuupan lahan pada p berbaggai skenarioo di Sub DA AS Gumbasaa Tabel 17.
Kombinaasi skenario perubahan curah hujann dan tutupan lahan di DAS Gumbasaa
S1 S0 S2
Skenario FRSE
J Jumlah Curaah Hujan CH H-25 %
CH0% %
CH+25%
5.33%
S2-CH-25%
S2-CH0 0%
S S2-CH+25% %
71.60%
S0-C CH-25%
S0-CH00%
S00-CH+25% %
96.90%
S1-C CH-25%
S1-CH0 0%
S1-CH+25% %
Ket : CH H= curah huujan
FRSE E = forest every e green
Paada Gambaar 48 terlih hat bahwa pada p simulaasi luasan hutan h yang lebih luas (S1) menghasillkan debit lebih tingggi pada beeberapa harri setelah hujan, h
84
sehingga fungsi regulator air dan penurunan limpasan hutan sangat berperan,
100.0
0
90.0
10
80.0
20
70.0
30
60.0
40
50.0
50
40.0
60
30.0
70
20.0
80
10.0
Curah hujan (mm)
Q (m3/s)
dibandingkan dengan luasan hutan yang lebih kecil pada skenario (S0) dan (S2).
90 Tanggal
0.0 3/19
3/26
4/2
4/9
4/16
4/23
4/30
5/7
100
5/14
CH
Existing / FRSE 71.96 % (S0)
FRSE 95.35 % (S1)
FRSE 55.33 % (S2)
Gambar 48. Perbandingan water yield pada berbagai skenario luasan hutan
5.0 Evapotranspirasi (mm)
4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5
Tanggal
0.0 1/1
2/1
3/1
4/1
Existing/FRSE 71.96% (S0)
5/1
6/1
7/1
8/1
9/1 10/1 11/1 12/1
FRSE 95.35% (S1)
FRSE 55.33% (S2)
Gambar 49. Perbandingan pola evapotranspirasi aktual (ETA) antar skenario
85
P Pada Gambaar 49 terlihaat bahwa laju evapotrannspirasi aktu ual terjadi ppaling tinggi pad da musim huujan karena faktor ketersediaan kaadar air tanaah, sehingga laju evapotransspirasi aktuual (ETA) sama denngan
laju evapotransspirasi poteensial
(ETP). Daalam hal inii hutan selaain mempunnyai kemam mpuan mengguapkan air yang tinggi jugaa diimbanggi dengen keemampuan meresapkann air yang jauh j lebih tinggi t dibandingkan dengann jenis tutuppan lahan laiinnya. mlah curah hujan selam ma simulasii sekitar 1.722 mm yan ng tersebar dalam d Jum 267 hari hujan. Hassil simulasii menunjukkkan semak kin luas hu utan alami maka jumlah evvapotranspirrasi aktual akan a semakiin tinggi. Hal H ini tercerrmin dari juumlah evapotransspirasi darii S1 (947 mm) relattif lebih tinnggi dibandingkan deengan skenario S0 S (903 mm m) dan S2 (8 811 mm). Meningkatn M nya jumlah evapotransppirasi aktual inii berdampakk pada jumllah curah hhujan netto (CH-ET) yaang lebih reendah dibandingkan S0 dan S2 seperti yang y terlihaat pada Gam mbar 50.
Gambar 500. Perbandinngan curahh hujan nettto setiap skeenario Daari Gambar 51 terlihatt bahwa padda skenarioo hutan lebiih luas distrribusi kadar air tanah beraada di tenngah, sedanngkan pada skenario S3 akan teerjadi
86
pengurangan kadar air tanah secara signifikan, sehingga pada Bulan September dan Oktober akan mengalami kondisi hampir mendekati titik layu permanen. 390
S0
S1
S2
Rata-rata KAT (mm)
370
350 330 310 290 270 250 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Gambar 51.
Dinamika kadar air tanah pada berbagai skenario di Sub DAS Gumbasa
Hubungan antara laju erosi dan sedimentasi dengan luasan hutan di Sub DAS Gumbasa sangat jelas,
makin luas hutan maka sedimen menurun dan
sedimentasi juga akan menurun.
Pada kondisi Tahun 2004 laju sedimentasi 1,5
juta ton/tahun dan akan mengalami kenaikan menjadi 2,2 juta ton/tahun apabila luas lahan hutan berkurang menjadi hanya 55,3% data selengkapnya disajikan pada Gambar 52. Jumlah sedimentasi yang akan terjadi pada berbagai skenario dapat dilihat pada Tabel 18. Tabel 18. Rekapitulasi output sedimentasi setiap skenario di Sub DAS Gumbasa Variable Sediment Yield (ton/ha/thn) Sediment out (ton/tahun)
Skenario Luas Hutan Alam S0
S1
S2
13.904
11.037
18.527
1.517.023
1.328.895
2.228.415
87
Jumlah sedimen(Juta ton/ tahun)
2.5 Sedimen = -17,903*FRSE + 3E+06 R² = 0,8328
S2 2.0
S0
1.5
S1 1.0 0.5 0.0 60000
FRSE (Ha) 70000
80000
90000
100000
110000
120000
Gambar 52. Hubungan antara luasan hutan dengan laju sedimentasi di Sub DAS Gumbasa Hubungan antara curah hujan simulasi dengan curah hujan hasil pengukuran disajikan pada Gambar 53, dengan nilai korelasi R2 = 0,96, sehingga data bangkitan hujan dari SWAT cukup memadai dan bisa digunakan untuk memprediksi curah hujan ke depan.
Curah Hujan Obs (mm)
300
300 CH-25% CH0% CH+25%
250
250
200
200
150
150
100
100 Curah Hujan model (mm)
50 50
150
250
DataCH = 1,0021*SimCH R2 = 0,9656
Curah Hujan model (mm)
50 50
150
250
350
Gambar 53. Perbandingan curah hujan hasil simulasi dan hasil pengukuran di Sub DAS Gumbasa
88
Skenario perubahan input curah hujan 1.722 mm/th dan akan menjadi 2.152 mm apabila terjadi kenaikan hujan 25% dan akan menjadi 1.291 mm/th apabila terjadi perubahan pola hujan yang berkurang 25%. Ketersediaan air setiap bulan pada berbagai skenario perubahan curah hujan
dan perubahan pola
penutupan lahan secara lengkap disajikan pada Lampiran 8. Sementara kombinasi antara luasan hutan dengan perubahan pola curah hujan sampai dengan tahun 2050 dari hasil simulasi dam keluaran model disajikan pada Lampiran 9 - 12. Dari data tersebut pola pengurangan hutan lebih signifikan dibandingkan dengan adanya perubahan curah hujan.
