KULIAH UMUM DARING NERACA AIR (SHARE) Fin04062020 [PDF]

Citation preview

04/06/2020



KULIAH UMUM NERACA AIR DI LAHAN GAMBUT



L. Budi Triadi * ❖ Peneliti Ahli Utama Puslitbang SDA ❖ Profesional Utama Sumber Daya Air – HATHI, PII, LPJK ❖ Ketua Sub Kelompok Ahli Bidang Hidrologi & Tata Air BRG - RI ❖ Tim Asistensi Pengelolaan Perkebunan DitJen Perkebunan, Kementan ❖ Nara Sumber Badan Nasional Penanggulangan Bencana



JUNI 2020 DEPUTI BIDANG EDUKASI, SOSIALISASI, PARTISIPASI DAN KEMITRAAN BRG



SEIMBANG KAH ? 2



APA ITU NERACA ??? L. Budi Triadi



6/4/2020



1



04/06/2020



3



6/4/2020



WATERPAS



KESEIMBANGAN AIR L. Budi Triadi



WETLAND ISSUES IN INDONESIA values and benefits, threats and measures to protect and restore them



Components: Estuaries, Coral reefs, Seagrass beds, Ponds, fresh/ brackish water and peat swamps, beach forests, Mangroves, Lagoons, Bays The “Coastal Zone”stored & sequestered C but it also sources of C



Mountain Removal of upland forests threatened downstream livelihood & fishery



Inter-tidal



Upland



Mangrove



Lowland Shrimp ponds



River



lagoon Rice fields



6/4/2020



L. Budi Triadi



presure



Near Shore



Off Shore



Sea grass



Peatland, freshwater swamps



Estuary



Coral Reefs Salt pans



mudflat



4



Tsunami & Climate change : More pressure activities towards inland



2



04/06/2020



Ekosistem lahan gambut merupakan hasil interaksi 3 komponen yang saling berkaitan yaitu tumbuhan, air dan gambut. Ketika salah satu dari komponen ini mengalami perubahan, komponen lainnya juga akan berubah. Belum tentu sekaligus, tetapi dalam jangka panjang pasti terjadi (Schumann & Joosten, 2008)



6/4/2020



Triadi, L. Budi, 2020



L. Budi Triadi



5



PRINSIP PENGELOLAAN RAWA BERKELANJUTAN



RAWA EKOSISTEM TERGENANG GAMBUT/NON-GAMBUT



PENGEMBANGAN



OVERDRAIN



DRAINASE



GAMBUT MENJADI TEREKSPOS



TATA AIR Pengelolaan rawa, wajib memperhatikan pengaturan muka air dan sirkulasi air



EMISI GAS RUMAH KACA, RENTAN TERBAKAR



Menjaga lahan tetap basah al. dengan membangun pintu air, canal blocking, serial long storage, retention pond dll 6/4/2020



6 L. Budi Triadi



3



04/06/2020



PENGELOLAAN / TATA AIR l



TATA AIR tidak hanya bertujuan untuk membuang kelebihan air di M. Hujan, tetapi sekaligus dapat menyimpan air bagi tanaman & pencegahan kebakaran hutan/lahan l



Bagaimana TATA AIR ini dapat dilakukan ? Bila diketahui kapan, durasi & volume air surplus/defisit ? Perlu NERACA AIR 6/4/2020



L. Budi Triadi



7



8



6/4/2020



GAMBUT TOPOGEN Lereng Bukit



L. Budi Triadi Lahan berlereng yang membatasi lahan gambut topogen



4



04/06/2020



9



GAMBUT OMBROGEN



6/4/2020



L. Budi Triadi



Cekungan gambut ombrogen dibatasi sungai-sungai



Kesatuan Hidrologis Gambut (KHG)



Keterangan: Area Terbakar Berulang > 3m = Area Lindung



Sawit/HTI Lahan Masyarakat



< 3m = Area Budidaya



Tanah Mineral



L. Budi Triadi



Laut



Gambut 6/4/2020



10



KHG ABC



5



04/06/2020



GAMBARAN UMUM KHG



Kawasan Budidaya Terbatas



Hutan Lindung (HL) Arah Aliran Air



Lahan Masyarakat



Lahan Pertanian MA Pasang Kemarau MA Surut Pasang Surut



SPI



Sungai



Kubah Gambut difungsikan sebagai Embung Saat Musim Kemarau



Kawasan Budidaya



Badan Sungai



Kemarau



Sekat Kanal Permanen



Pintu Air Pertanian Pintu Air Pertanian Jaringan Tata Air



Kawasan Budidaya Terbatas



Kawasan Lindung Gambut



Pertanian/ Handil Masyarakat Kawasan Budidaya



Gambaran Kawasan Kesatuan Hidrologis Gambut (KHG)



Simpanan Air



12



6/4/2020



 Pada



lahan ombrogen : - Hulu puncak kubah, minimal 30 % volume kubah total - Aliran dari puncak kubah ke kaki kubah, mengalir secara gravitasi → berbagi air / water sharing (untuk ketebalan gambut > 0,5 m) - Memelihara hulu = memelihara sumber/simpanan air



 Pada



lahan Topogen : Elevasi lahan rendah, air bisa diperoleh dari sungai atau pasang surut air laut L. Budi Triadi



6



04/06/2020



Pembangunan jaringan kanal drainase di ekosistem gambut : 13



L. Budi Triadi 6/4/2020



-



Meningkatkan laju aliran air keluar (run off)



-



Menurunkan MAT



-



Meningkatkan laju subsiden → banjir → lahan tidak produktif



-



Gambut mengalami kekeringan & rentan terbakar



-



Menimbulkan bencana kabut asap



-



Pelepasan gas karbon dioksida (CO2) → meningkatkan GRK (greenhose gases) → perubahan iklim global



L. Budi Triadi



6/4/2020



14



Siklus hidrologi : konsep dasar keseimbangan air secara global



7



04/06/2020



NERACA AIR : KUNCI UTAMA PERENCANAAN & PENERAPAN PENGELOLAAN AIR LAHAN RAWA GAMBUT PENGELOLAAN AIR YANG BAIK : MENGHINDARI DEFISIT BERLEBIHAN, YG DALAM JANGKA PENDEK MENYEBABKAN KEKERINGAN , KEBAKARAN, EMISI GRK, GAMBUT KERING TAK BALIK DAN DALAM JANGKA PANJANG MENYEBABKAN SUBSIDEN & BANJIR L. Budi Triadi



6/4/2020



15



KESEIMBANGAN AIR



SIKLUS AIR DIKATAKAN “SEIMBANG” APABILA BESARNYA ALIRAN AIR YANG MASUK/ KETERSEDIAAN (INFLOW) DAN KELUAR/KEBUTUHAN (OUTFLOW) SIKLUS ADALAH SAMA, SEDANGKAN KETIDAKSEIMBANGAN AIR ADALAH SEBALIKNYA



L. Budi Triadi



6/4/2020



16



8



04/06/2020



17



Ketersediaan Air (Water Availability) Besarnya cadangan air yang tersedia untuk keperluan irigasi & pembasahan Kebutuhan Air (Water Requirement) Besarnya kebutuhan air untuk keperluan tumbuhnya tanaman sampai tanaman itu siap panen L. Budi Triadi



6/4/2020



L. Budi Triadi



6/4/2020



18



KEHILANGAN AIR (WATER LOSSES) SEBAGIAN HILANG MENJADI EVAPOTRANSPIRASI, SEBAGIAN LAGI MENJADI LIMPASAN LANGSUNG & INFILTRASI INFILTRASI INI AKAN MENJENUHKAN TANAH ATAS (TOP SOIL), KEMUDIAN MENJADI PERKOLASI KE GROUND WATER YANG AKAN KELUAR MENJADI BASE FLOW



9



04/06/2020



Hukum Kontinuitas Ketetapan massa (dalam suatu sistem tidak ada massa yang hilang dan tak ada penambahan massa) Cairan yang masuk > A3 cairan yang ke luar, t2 maka cairan dalam bak z akan naik setinggi z, t1 sehingga : (V1 A1 – V2 A2) t = A3 z A1



A2



( Q1 – Q2 ) t = A3 z  Q t = A3 z Volume



6/4/2020



Volume 19



L. Budi Triadi



NERACA AIR LAHAN RAWA GAMBUT INDONESIA DAPAT DIRINGKASKAN DALAM PERSAMAAN UMUM SEBAGAI BERIKUT:



∆S = P + Q_(S,I) + Q_(G,I) - Q_(S,O) - Q_(G,O) – ET - I DIMANA: ∆S P QS,I QG,I QS,O QG,O ET I



: PERUBAHAN SIMPANAN DALAM AKUIFER (M) : CURAH HUJAN (M) : MASUKAN DARI ALIRAN PERMUKAAN (M) : MASUKAN DARI ALIRAN BAWAH PERMUKAAN (M) : KELUARAN DALAM BENTUK ALIRAN PERMUKAAN (M) : KELUARAN DALAM BENTUK ALIRAN BAWAH PERMUKAAN (M) : EVAPOTRANSPIRASI (M) : INTERSEPSI TAJUK (M) 6/4/2020



20



10



04/06/2020



L. Budi Triadi



6/4/2020



21



Triadi, L. Budi, 2020



NERACA AIR LAHAN GAMBUT OMBROGEN UMUMNYA TIDAK TERDAPAT MASUKAN DARI LAHAN SEKITARNYA (GILLINGHAM ET AL., 2016), BAIK DALAM BENTUK ALIRAN PERMUKAAN MAUPUN ALIRAN AIR TANAH, ATAU KUANTITASNYA TIDAK SIGNIFIKAN DENGAN DEMIKIAN, NERACA AIR DAPAT DITULISKAN SEBAGAI:



∆S = P - Q_(S,O) - Q_(G,O) – ET - I NERACA AIR BERLAKU DALAM SKALA MAKRO MAUPUN MIKRO SKALA MAKRO : KELUARAN DAN MASUKAN DITINJAU DALAM UNIT SATUAN LUAS LAHAN YANG RELATIF BESAR SKALA MIKRO : UNTUK TUJUAN BUDIDAYA TANAMAN, DALAM UNIT-UNIT KECIL DIMANA PERAKARAN TANAMAN UMUMNYA BERADA L. Budi Triadi



6/4/2020



22



11



04/06/2020



∆S = P + Q_(s,i) + Q_(g,i) - Q_(s,o) - Q_(g,o) – ET - I Untuk mencegah penurunan muka air tanah (mengecilnya nilai ∆S ) akibat adanya pembukaan hutan (membesarnya nilai ET) & saluran terbuka (membesarnya Q_(s,o)), maka yang perlu dilakukan : Pengendalian nilai Q_(s,o) - Q_(g,o) yang besar [catatan: asumsi nilai curah hujan (P) dan intersepsi tajuk (I) konstan] 6/4/2020



L. Budi Triadi



23



NERACA AIR TINGKAP PETAK Secara umum, Neraca Air didefinisikan sebagai perimbangan antara air yang masuk ke dalam suatu batasan hidrologi dan air yang keluar Delta S = Perubahan Tinggi Muka Air



Sumber : Ai Dariah 6/4/2020



L. Budi Triadi



24



12



04/06/2020



SUMBER AIR BIASANYA BERASAL DARI AIR HUJAN, AIR PERMUKAAN (SUNGAI, DANAU, RAWA, AIR PASANG) DAN SUMBER AIR TANAH (KUBAH GAMBUT), TERGANTUNG PADA GAMBUT TOPOGEN/OMBROGEN & HIDRO-TOPOGRAFI CATATAN : 30% VOLUME GAMBUT BERBAGI AIR (U/ KETEBALAN GAMBUT > 0,5 M)



> 3m



River < 1m



Organic matter



River



< 1m



Thickness



Mineral Soil



6/4/2020



L. Budi Triadi



25



Presipitasi (hujan) adalah peristiwa jatuhnya titik-titik air dari atmosfer ke permukaan bumi



26



L. Budi Triadi



6/4/2020



13



04/06/2020



Pengertian curah hujan : Ketinggian air hujan yang terkumpul dalam tempat yang datar, tidak menguap, tidak meresap, dan tidak mengalir Curh Hujan 1 mm artinya dalam luasan 1 meter persegi pada tempat yang datar, tertampung air setinggi 1 mm atau tertampung air sebanyak 1 liter



Intensitas Hujan : Banyaknya curah hujan persatuan watu tertentu. Intensitas besar, artinya hujannya lebat, bisa berbahaya karena berdampak timbulnya banjir, longsor, dan efek negatif terhadap tanaman 27



6/4/2020



L. Budi Triadi



6/4/2020



L. Budi Triadi



28



14



04/06/2020



Air Permukaan



Aliran Air Permukaan = Surface Run-Off = Direct Rainfall Aliran : Bagian dari hujan yang yang tidak mengalami infiltrasi kedalam tanah dan mengalir diatas permukaan tanah menuju ke sungai, danau dan lautan. Di awal hujan, infiltrasi akan menaikkan kelengasan (kelembaban) tanah → naiknya kelembaban tanah akibat hujan → terjadi penurunan laju infiltrasi dan akhirnya terjadilah aliran permukaan (surface run-off) 6/4/2020



L. Budi Triadi



Zona 1 Zona Erosi



Zona 2



Zona 3



Zona Pengaliran



Zona Pengendapan



29



Rawa Gambut



Laut



Triadi, L. Budi, 2020



Pembagian Zona Aliran Sungai 6/4/2020



L. Budi Triadi



30



15



04/06/2020



Klasifikasi Hidro – Topografi Rawa Pasang Surut



6/4/2020



L. Budi Triadi



31



6/4/2020



Triadiposisi bulan Pasang surutL. Budi dan



32



16



04/06/2020



Klasifikasi Hidro – Topografi Rawa Lebak



6/4/2020



L. Budi Triadi



33



Memperoleh Debit (Q) Aliran Permukaan



6/4/2020



L. Budi Triadi



34



17



04/06/2020



Air Tanah (Ground Water) Air tanah merupakan bagian yang penting dari siklus hidrologi, tidak lagi dipengaruhi oleh evaporasi Air didalam tanah terbagi menjadi : 1. Di lapisan bagian permukaan, yang dimanfaatkan oleh akar tanaman, terjadi karena gaya tarik butiran tanah, dan dipengaruhi oleh gravitasi. Air tanah ini dalam kondisi tidak jenuh akan menjadi aliran interflow 2. Tersimpan dalam lapisan tanah tidak tertekan, aquifer bebas (unconfined aquifer) dan dalam lapisan yang tertekan, aquifer tertekan (confined aquifer). Dua / lebih lapisan yang membatasi confined aquifer merupakan lapisan kedap air 6/4/2020



L. Budi Triadi



35



6/4/2020



L. Budi Triadi



36



18



04/06/2020



37



6/4/2020



Q =-KA dh / dl



Persamaan Darcy : Aliran 1 dimensi,



dimana: Q = laju aliran air (volume per waktu) K = konduktivitas hidrolik A = Luas sebuah kolom = luas penampang lintang dh/dl = gradien hidrolik, yaitu, perbedaan ketinggian



Berikut ini adalah ekspresi diagram Hukum Darcy: L. Budi Triadi



Ekspresi Diagram Hukum Darcy



6/4/2020



L. Budi Triadi



38



19



04/06/2020



KONDUKTIVITAS HIDRAULIK (K) I



KONDUKTIVITAS HIDROLIK MERUPAKAN UNIT KECEPATAN DARI KEMAMPUAN LAPISAN BATUAN UNTUK MELOLOSKAN AIR, BERSIFAT ALAMIAH, DIPENGARUHI OLEH SIFAT FISIK : POROSITAS, UKURAN BUTIR, SUSUNAN BUTIR, BENTUK BUTIR & DISTRIBUSINYA, DAN BISA BERBEDA U/ DAERAH YANG BERBEDA. JADI “K” : SALAH SATU PARAMETER TANAH YANG PALING TERKAIT DENGAN PERGERAKAN AIR DALAM BAHAN POROS. PADA LAHAN GAMBUT : “K” VERTIKAL SANGAT RENDAH/LAMBAT, TAPI PADA ARAH HORIZONTAL SANGAT TINGGI/CEPAT. L. Budi Triadi



“K” GAMBUT SAPRIK LEBIH LAMBAT DARI HEMIK/FIBRIK.



6/4/2020



39



Nilai K Lapangan Berdasarkan Jenis Kematangan Gambut Jenis Kematangan Gambut



nilai K-lap.



Safrik



(5,25 – 8,05) m/hari.



Hemik



(22,24 – 34,58) m/hari.



Fibrik



(43,75 – 52,11) m/hari.



Sumber: Wangsadipura, 2005 L. Budi Triadi



6/4/2020



40



20



04/06/2020



Komponen Aliran Air Tanah (Qg,o) selama satu hari dapat diestimasi berdasarkan rekaman MAT pukul 12.00 – 06.00 pada periode tanpa hujan i



i



Q g,o = 24/6 × Sf × (H12.00 – H06.00)



Dimana, H12.00 H24.00 Sf



: Tinggi muka air tanah terekam pada pukul 12.00 : Tinggi muka air tanah terekam pada pukul 06.00 : Koefisien Tampungan/Storage coefisient (-)



(Koefisien yang menunjukkan besarnya volume air yang dapat dikeluarkan /disimpan oleh akifer setiap satu satuan luas per unit perubahan kedudukan MAT)



Evaporasi Evaporasi/Penguapan : Perubahan air dari bentuk cair menjadi bentuk uap atau Evaporasi adalah sebuah proses perubahan air menjadi gas (uap air)



Evaporasi merupakan pergerakan air ke udara (atmosfer) dari berbagai sumber seperti tanah, atap, dan badan air. Semakin tinggi temperatur & semakin rendah kelembaban udara, semakin tinggi potensi evaporasi.



Faktor kecepatan angin (mil/hari) perlu ditinjau L. Budi Triadi



6/4/2020



42



21



04/06/2020



L. Budi Triadi



6/4/2020



43



Transpirasi a. Transpirasi : Proses penguapan air yang berasal dari air tanah lapisan atas (soil moisture) yang diserap oleh akar tanaman, didorong oleh akar ke bagian atas tanaman (daun dan kulit pohon) selanjutnya menguap



b. Transpirasi : Proses peristiwa uap air meninggalkan tubuh tanaman dan memasuki atmosfir Transpirasi pada siang hari dapat > evaporasi, tetapi sebaliknya pada malam hari < bahkan bisa tidak ada transpirasi Faktor iklim yang mempengaruhi laju transpirasi : intensitas penyinaran matahari, tekanan uap air di udara, suhu, dan kecepatan angin. L. Budi Triadi



6/4/2020



44



22



04/06/2020



L. Budi Triadi



6/4/2020



45



Evapotranspirasi (ET): Evapotranspirasi : Kombinasi dari evaporasi & trnspirasi, yaitu proses kehilangan air dari suatu lahan bervegetasi melalui evaporasi dan transpirasi Evapotranspirasi Potensial : Menghitung pembuangan air dari permukaan tanah hanya oleh potensi atmosferik (panas), EP ditentukan oleh beberapa faktor, seperti : intensitas penyinaran matahari, kecepatan angin, luas daun, temperatur udara, dan tekanan udara Evapotranspirasi Aktual : Menghitung perubahan pada tampungan kelembaban tanah di permukaan tanah. L. Budi Triadi



6/4/2020



46



23



04/06/2020



6/4/2020



L. Budi Triadi



47



Infiltrasi



48



Infiltrasi



adalah peristiwa masuknya air ke dalam tanah atau diserap oleh tanah. Daya serap ini berbeda-beda tergantung kondisi tanahnya. Laju infiltrasi : banyaknya air per satuan waktu yang masuk ke dalam tanah (mm/jam atau m/hari) Kapasitas Peresapan/Infiltrasi : Kemampuan maksimal tanah meyerap air hujan (f)



Perkolasi



adalah gerakan air antar lapisan tanah, Perkolasi merupakan proses kelanjutan aliran air yang berasal dari infiltrasi ke tanah yang lebih dalam setelah meninggalkan daerah perakaran L. Budi Triadi



6/4/2020



24



04/06/2020



49



L. Budi Triadi



6/4/2020



L. Budi Triadi



6/4/2020



50



25



04/06/2020



51



Kapasitas Infiltrasi (f) berubah-ubah karena musim dan penutup tanah



6/4/2020



L. Budi Triadi



Automatic Weather Station memiliki bagianbagian seperti : Rain 52 Gauge : mengukur curah hujan. Termometer : mengukur suhu. Hygrometer : mengukur kelembaban. Pyranometer : mengukur radiasi matahari. Anemometer : mengukur kecepatan angin. Wind Meter : mengukur arah angin. Barometer : mengukur tekanan atmosfir Data Logger : menyimpan data pengukuran Ceilometer : mengukur ketinggian awan Weather Station dengan aplikasi pemantauan melalui aplikasi smartphone atau laptop L. Budi Triadi



Sumber energi dari Automatic Weather Station berupa panel surya/baterai



6/4/2020



26



04/06/2020



Probabilitas 60% kondisi eksrem/kondisi curah hujan terbesar yang mungkin terjadi, sedangkan probabilitas 80% digunakan untuk mengidentifikasi debit andalan pada kondisi curah hujan minimum



GRAFIK NERACA AIR



6/4/2020



L. Budi Triadi



53



L. Budi Triadi



CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE KHG Pulau Tebing Tinggi



6/4/2020



54



27



04/06/2020



Water Balance Analysis KHG Pulau Tebing Tinggi Parameters



Temperature Presipitasi Potential Evapotranspiration Accumulated Potensial Water Loss Available Water Capacity Soil Moisture Storage Monthly Soil Moisture Storage Difference Actual Evapotranspiration Surplus Deficit Direct Runoff



Symbol T



Unit o



Jan



Feb



Mar



Apr



Mei



Jun



Jul



28.40



28.80



28.65



28.72



28.88



29.03



28.35



97.20



72.31



151.01 192.00 198.29 144.09 149.70 156.08 143.29 217.99 270.38 240.26



Agust 28.41



Sep



Okt



Nop



Des



27.95



27.64



28.05



28.00



P



C mm



PE



mm



148.49 142.63 154.32 150.96 159.72 158.25 147.35 148.72 133.96 131.80 136.08 139.52



P-PE



mm



-51.29



-70.31



-3.31



41.04



38.57



-14.16



2.36



7.36



9.33



APWL



mm



51.29



121.61 124.92



0.00



0.00



14.16



0.00



0.00



0.00



0.00



0.00



0.00



AWC



%



90.00



90.00



90.00



90.00



90.00



90.00



90.00



90.00



90.00



90.00



90.00



90.00



86.19 134.31 100.75



ST



mm



57.75



31.44



30.55



90.00



90.00



79.62



90.00



90.00



90.00



90.00



90.00



90.00



ΔST



mm



-32.25



-26.31



-0.89



59.45



0.00



-10.38



10.38



0.00



0.00



0.00



0.00



0.00



AE



mm



129.44



98.63 151.90 150.96 159.72 154.46 147.35 148.72 133.96 131.80 136.08 139.52



S



mm



0.00



0.00



0.00



41.04



38.57



0.00



2.36



7.36



9.33



D



mm



19.05



44.00



2.42



0.00



0.00



3.79



0.00



0.00



0.00



0.00



0.00



0.00



DRO



mm



50.37



25.19



12.59



26.82



32.69



16.35



9.35



8.35



8.84



47.51



90.91



95.83



86.19 134.31 100.75



Grafik Water Balance KHG Pulau Tebing Tinggi Sub-KHG-1 6/4/2020



L. Budi Triadi



55



Analisis Keseimbangan Air (Water Balance)



Sub KHG Pulau Tebing Tinggi



6/4/2020



Kondisi Water Balance L. Budi Triadi Tiap-tiap Sub-KHG



56



28



04/06/2020



Apa kendala dan tantangan dalam penyusunan neraca air di lahan gambut ? ❑ Tidak ada pos hujan di areal tinjauan ❑ Data hujan 10 tahun kontinyu ❑ Inlet dan outlet (aliran permukaan) yang banyak dan tidak teridentifikasi ❑ Aliran air tanah yang tak dibatasi oleh wilayah ❑ Data infiltrasi/perkolasi tergantung kondisi tanah setempat ❑ Kebutuhan air tanaman/vegetasi yang heterogen ❑ Perlu durasi pengamatan & perhitungan yang panjang



6/4/2020



Manfaat “NERACA AIR” sangat besar dibandingkan kendala & tantangan !!! L. Budi Triadi



57



Terima kasih



6/4/2020



L. Budi Triadi



58



29