Debit Andalan Metode F.J. Mock

Debit andalan adalah debit yang tersedia sepanjang tahun dengan besar resiko kegagalan tertentu yang dapat dipakai untuk keperluan seperti irigasi, air minum, PLTA, dan lain sebagainya. Perhitungan ketersediaan air atau debit andalan diperlukan untuk perhitungan neraca air sehingga dapat diketahui kemampuan air mengairi areal layanan.

Analisa debit andalan dilakukan dengan pendekatan berbeda-beda tergantung dari data yang tersedia sebagaimana di jelaskan seperti di bawah ini:

1.     Jika terdapat pencatatan debit yang panjang, debit andalan dihitung berdasarkan data debit dengan menggunakan probabilitas keberhasilan 80%.

2.   Jika terdapat pencatatan debit tetapi hanya dalam periode pendek, maka debit andalan dihitung berdasarkan data curah hujan, akan tetapi parameter yang digunakan dikalibrasi terhadap data debit yang ada.

3.   Jika tidak terdapat pencatatan debit, maka debit andalan dihitung berdasarkan data curah hujan dihitung dengan menggunakan metode F.J.Mock.

Menurut tahun pengamatan yang diperoleh, harus diurut dari yang terbesar sampai yang terkecil. Kemudian dihitung tingkat keandalan debit tersebut dapat terjadi, berdasarkan probabilitas kejadian mengikuti rumus Weibull (Soemarto, 1995).

     P = m / (n+1) x 100%                                        (1)

Dengan:

P = Probabilitas terjadinya kumpulan nilai yang diharapkan selama periode pengamatan.

m = Nomor urut kejadian, dengan urutan data dari besar ke kecil.

n = Jumlah data.

Metode Mock dikembangkan oleh Dr. F.J. Mock untuk memperkirakan besarnya debit suatu daerah aliran sungai berdasarkan konsep water balance. Data yang dibutuhkan dalam perhitungan metode ini antara lain adalah hujan bulanan rata-rata (mm), jumlah hari hujan bulanan rata-rata (hari), evapotranspirasi, limpasan permukaan, tampungan tanah dan aliran dasar (base flow). Air hujan yang jatuh (precipitation) akan mengalami evapotranspirasi sesuai dengan vegetasi yang menutupi daerah tangkapan hujan. Evapotranspirasi yang dipengaruhi oleh jenis vegetasi, permukaan tanah dan jumlah hari hujan.

Proses perhitungan dan asumsi yang dilakukan dalam metode Mock (Soemarto, 1995) adalah sebagai berikut:

1.      Perhitungan evapotranspirasi aktual (Ea)/evapotranspirasi terbatas (Et).

Evapotranspirasi aktual dihitung dari evaporasi potensial metode Penman (ETo). Hubungan antara evaporasi potensial dengan evapotranspirasi aktual dihitung dengan rumus:

Ea = ETo - ∆E → (Ea = Et)                                        (2)

∆E = ETo x (m/20) x (18-n) → (E = ∆E)                   (3)

Dengan :

Ea     = Evapotranspirasi aktual (mm/hari)

Et      = Evapotranspirasi terbatas (mm/hari)

ETo  = Evaporasi potensial metode Penman (mm/hari)

m      = Presentase lahan yang tidak tertutup tanaman

m      = 0 untuk lahan dengan hutan lebat

m    = 0 untuk lahan dengan hutan sekunder pada akhir musim hujan dan  bertambah 10% setiap bulan kering berikutnya.

m      = 10 – 40% untuk lahan yang tererosi

m       = 30 – 50% untuk lahan pertanian yang diolah (misal: sawah dan ladang)

n       = Jumlah hari hujan dalam sebulan.

2.      Keseimbangan air dipermukaan tanah.

a.       Air hujan yang mencapai permukaan tanah dapat dirumuskan sebagai berikut:

Ds = P – Et                                                      (4)

Dengan :

Ds   = Air hujan yang mencapai permukaan tanah (mm/hari)

P     = Curah hujan (mm/hari)

Et    = Evapotranspirasi terbatas (mm/hari)

b.   Bila harga Ds positif (P > Et) maka air akan masuk ke dalam tanah bila kapasitas kelembaban tanah belum terpenuhi, dan sebaliknya akan melimpas bila kondisi tanah jenuh. Bila harga Ds negatif (P < Et), sebagian air tanah akan keluar dan terjadi kekurangan (defisit). P = curah hujan

c.   Perubahan kandungan air tanah (soil storage) tergantung dari harga Ds. Bila harga Ds negatif maka kapasitas kelembaban tanah akan berkurang dan bila Ds positif akan menambah kekurangan kapasitas kelembaban tanah bulan sebelumnya.

d.      Kapasitas kelembaban tanah (soil moisture capacity)

Perkiraan kapasitas kelembaban tanah awal diperlukan pada saat dimulainya simulasi dan besarnya tergantung dari kondisi porositas lapisan tanah atas dari daerah pengaliran. Biasanya diambil 50 – 250 mm, yaitu kapasitas kandungan air dalam tanah per m³. Jika porositas tanah lapisan atas tersebut makin besar, maka kapasitas kelembaban tanah akan makin besar pula.

Jika pemakaian model dimulai pada bulan Januari, yaitu pertengahan musim hujan, maka tanah dapat dianggap berada pada kapasitas lapangan (field capacity). Sedangkan jika model dimulai dalam musim kemarau, akan terdapat kekurangan, dan kelembaban tanah awal yang mestinya di bawah kapasitas lapangan.

3.      Limpasan dan penyimpanan air tanah (runoff and groundwater storage)

a.       Koefisien infiltrasi (i)

Koefisien infiltrasi ditaksir berdasarkan kondisi porositas tanah dan kemiringan daerah pengaliran. Lahan yang porous misalnya pasir halus mempunyai infiltrasi lebih tinggi dibanding tanah lempung berat. Lahan yang terjal dimana air tidak sempat untuk infiltrasi kedalam tanah maka koefisien infiltrasi akan kecil. Batasan koefisien infiltrasi adalah 0 – 1,0.

b.         Penyimpanan air tanah (groundwater storage)

Pada permulaan simulasi harus ditentukan penyimpanan awal (initial storage) yang besarnya tergantung dari kondisi geologi setempat dan waktu. Sebagai contoh, dalam daerah pengaliran kecil yang mana kondisi geologi lapisan bawah adalah tidak tembus air dan mungkin tidak ada air di sungai pada musim kemarau, maka penyimpanan air tanah menjadi nol.

Rumus-rumus yang digunakan :

Vn    = k . V_n-1 + ^½ (1 + k) . In                                    (5)

DVn  = Vn - V_n-1                                                                   (6)

Dengan :

Vn          = Volume air tanah bulan ke n

V_n-1           = Volume air tanah bulan ke (n-1)

k             =  ^qt/_qo  = faktor resesi aliran air tanah, harga k berkisar (0 – 1,0)

qt            = Aliran air tanah pada waktu t (bulan ke t)

qo           = Aliran air tanah pada awal (bulan ke 0)

In            = Infiltrasi bulan ke n

D V_n-1     = Perubahan volume aliran air tanah

 c.       Limpasan (runoff)

Aliran dasar : infiltasi dikurangi perubahan volume aliran air dalam tanah.

Limpasan langsung : kelebihan air (water surplus) – infiltrasi.

Limpasan : aliran dasar + limpasan langsung.

Debit andalan : aliran sungai  dinyatakan dalam m³/bulan.

Sumber :

Soemarto, C.D. 1995. Hidrologi Teknik. Erlangga. Jakarta.