II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Green Water dan Blue Water Istilah

II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Green Water dan Blue Water
Istilah green water dan blue water di dalam Yang dan Zehnder (2008) mulai
diperkenalkan oleh Falkenmark (1995) untuk menunjukkan aliran air kembali ke
atmosfire melalui evapotranspirasi termasuk air produktif (transpirasi) dan non
produktif (evaporasi) langsung dari permukaan tanah, danau, kolam dan air yang
terintersepsi oleh tajuk tanaman.
Menurut Savenije (2000) di dalam Yang dan Zehnder (2008) yang
dimaksud dengan green water menunjukkan jumlah air yang tersimpan di dalam
zona tanah tak jenuh. Green water merupakan sumberdaya air untuk pertanian
tadah hujan.
Blue water menunjukkan jumlah air di sungai, danau, waduk,
aquifer. Blue water dipergunakan untuk pertanian irigasi sebagai pengganti curah
hujan. (Rockstrom et al., 1999)
Menurut Wilibald et al. (2004), green water dapat didefinisikan sebagai
bagian dari air hujan yang terinfiltrasi sampai zone perakaran yang digunakan
untuk produksi biomasa, atau setara dengan evapotranspirasi. Blue water adalah
aliran permukaan, ground water, aliran sungai dan aliran dasar (base flow).
Rencana sistem pengelolaan sumberdaya air konvensional fokus pada air
dalam cairan (liquid water) atau blue water, sedang konsep terkini membedakan
antara dua sumber daya air yaitu blue water dan green water. Blue water adalah
air yang tersimpan di aquifer, danau dan bendungan.
Green water adalah
sumber daya air yang tersedia sebagai kelembaban tanah. Green water dan Blue
water saling melengkapi dalam proses aliran air. Blue water mengalir ke sungai
9
dan di dalam lapisan aquifer sedangkan green water diuapkan
kembali ke
atmosfir (Falkenmark, 2006).
Menurut Wilibald et al. (2004), bagian dari green water yang berada di
lapisan zona perakaran sebagian akan menambah ke ground water storage.
Menurut
Yang dan Zehnder (2008) karakterisk blue water dan green water
disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Karekteristik blue water dan green water
Tipe sumberdaya
Blue water
Green water
Sumber
Sungai, danau,
Air tersimpan didalam zone
bendungan, kolam,
tidak jenuh yang dapat
aquifer
dipergunakan untuk
evapotranspirasi
Perpindahan
Sangat tinggi
Sangat rendah
subtitusi dari
Mungkin
Tidak mungkin
kompetisi pengguna
Banyak
Sedikit
fasitas pengaliran
Diperlukan
Tidak diperlukan
biaya penggunaan
Tinggi
Rendah
sumberdaya
Sumber :Yang dan Zehnder (2008)
Dalam mendefinisikan sumber daya air saat ini dua pengertian dalam
memahami sumber daya air yaitu hidrologis dan agronomis.
Menurut orang
hidrologis blue water adalah ketersediaan sumberdaya air yang setara dengan
aliran air permukaan dan aliran bawah tanah. Green water adalah air hujan yang
langsung digunakan dan dievaporasikan oleh lahan kering tanpa irigasi, ladang
pengembalaan dan lahan hutan (FAO,1997) Green water dapat ditunjukkan oleh
nilai evapotranspirasi aktual atau nilai pengurangan limpasan pada setiap
10
tangkapanan air. Green water secara teoritis adalah air yang diperlukan oleh
tanaman (FAO, 1997).
Faramarzi et al. (2009) telah menggunakan model SWAT untuk menghitung semua komponen neraca air yang terdiri atas blue water flow (water yield
and deep aquifer recharge), green water flow (evapotranspirasi potensial dan
aktual) dan green water storage adalah kadar air tanah di setiap DAS dalam
periode bulanan.
Sumber : Arnorld et al. ( 2005)
Gambar 2. Siklus hidrologi dalam suatu DAS berbasis green water dan blue water
Menurut Falkenmark dan Rockstro (2006), perbedaan antara komponen
green water dan blue water adalah kadar air tanah dan jumlah dari aktual
evaporasi (non produktif) dan aktual transpirasi (produktif), sehingga transpirasi
merupakan komponen green water. Mengingat hubungan yang erat antara tanah
dan tamanan maka total aktual evapotranspirasi merupakan sisi produktif maka
dikategorikan sebagai green water.
Karena green water berasal dari hasil
11
infiltrasi maka green water merupakan water yield yang memungkinkan untuk
dikelola.
2.2. Hutan dan Hasil Air
Permintaan sumberdaya air terus meningkat seiring dengan pertumbuhan
ekonomi, penduduk serta adanya degradasi lahan dan polusi lingkungan.
Mengetahui secara pasti keberadaan sumberdaya air dalam suatu DAS sangat
penting sekali untuk memperkirakan nilai keamanan pangan, keamanan energi
dan perencanaan jangka panjang sumberdaya air dalam suatu DAS.
Pemetaan
berdasarkan ruang dan waktu serta skenario perubahan penggunaan penutupan
lahan merupakan kebutuhan yang sangat mendesak saat ini. Kelangkaan air yang
terjadi akan mengancam tingkat keamanan pangan, kesehatan dan kelangsungan
industri. Kelangkaan air akan semakin meningkat dengan adanya perubahan iklim
dan kerusakan DAS (Rosegrant, 2002).
FAO
dan
CIFOR
(2005)
telah
mengeluarkan
publikasi
yang
menghubungkan antara hutan dan banjir yang seolah-olah bertentangan dengan
kearifan lokal. Masih banyak permasalahan dalam hidrologi hutan terutama di
tropika yang masih belum dapat diterangkan sepenuhnya oleh ilmu pengetahuan
sehingga diperlukan kajian dan penelitian yang mendalam tentang hubungan
antara luas hutan dan hasil air dalam suatu DAS di wilayah Tropika.
Hubungan antara hutan dan hasil air belum sepenuhnya jelas karena masih
ada dua kubu yang saling berbeda pendapat, kubu pertama menyatakan luasan
hutan berkorelasi positif terhadap jumlah air dan kubu kedua berpendapat
sebaliknya. Fakta di daerah Sub Tropik menunjukkan bahwa hutan mereduksi
debit maksimum, akan tetapi tidak meningkatkan water yield tahunan. Hubungan
12
antara hutan dan banjir serta pengaturan air dengan adanya hutan perlu kajian
yang lebih mendalam terutama di daerah Tropika karena masih sedikitnya
publikasi tentang penelitian ini. Fenomena banjir saat ini lebih banyak
berhubungan dengan iklim dan geologi. Secara keseluruhan riset tentang hidrologi
hutan selalu mengatakan bahwa semakin banyak hutan semakin banyak air, hal ini
didasarkan pada pemahaman dan pengertian yang salah tentang siklus hidrologi di
dalam tegakan hutan. Tajuk hutan akan mengurangi air tanah dan aliran batang
dan menguapkannya air dari permukaan daun (Hamilton, 1982). Adanya kabut di
atas permukaan daun menyebabkan terjadinya tambahan jumlah air dalam suatu
DAS sehingga jumlah kabut yang tertangkap menambah jumlah persediaan air
(Bruinjnzeel, 2004).
Hubungan antara hutan dan air berdasarkan penelitian di Eropa telah
membuktikan bahwa dengan adanya hutan debit air akan meningkat (Molchanov,
1966). Di lain pihak, beberapa hasil penelitian yang telah dilaporkan oleh Bosh
dan Hewlett (1982) dalam Fauzi (1987) memperlihatkan hasil yang sebaliknya.
Gilmour et al. (1982), berdasarkan hasil penelitian di Queens land di bagian utara
Australia, menyatakan bahwa penebangan hutan mengakibatkan kenaikan aliran
permukaan sebesar 10 % atau 297 mm/tahun.
Hubungan antara vegetasi hutan dan hasil air menurut Buytaert et al.
(2007), akibat penanaman hutan Pinus patula di Sub DAS Paute di Paramos
Equador Selatan menyebabkan berkurangnya water yield 50 % atau setara dengan
242 mm/tahun. Hasil penelitian akibat penebangan hutan terhadap perilaku air di
daerah Tropis khususnya di Asia Tenggara pernah dilakukan oleh Nik (1988) di
Semenajung Malaysia. Penelitian yang dilakukan di tanah ultisol, dengan tekstur
13
tanah bervariasi antara lempung berpasir sampai liat berpasir, dengan curah hujan
2.125 mm/tahun menunjukkan bahwa konsumsi air oleh vegetasi di tempattempat terbuka akibat aktivitas pembalakan masih tetap lebih kecil daripada
konsumsi air oleh vegetasi di hutan yang tidak ditebang serta daerah yang
ditebang menunjukkan adanya kenaikan aliran lambat pada musim kering.
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan di daerah Sub Tropik dan
daerah dengan kondisi 4 musim seperti yang dilakukan dengan penanaman
menggunakan jenis Pinus radiata di Glendu, New Zeland menurut Rowe (2003)
dengan total curah hujan 1.340 mm/tahun, total perubahan 75 % tanaman rumput
menjadi hutan P. radiata telah mengakibatkan berkurangnya hasil air pada
tahun 1991 sebesar 235 mm/tahun. Sementara di daerah Purukohukohu hasil air
yang hilang mencapai 230 mm/tahun.
Penelitian Arief et al. (1991) di daerah Cikeruh, Sumedang–Jawa Barat
menunjukkan bahwa Sub DAS yang ditanami P. merkusii mempunyai water yield
312 mm, sedangkan pada DAS pertanian pada kondisi geologi dan topografi yang
sama mempunyai water yield 37 mm, sedangkan pada DAS dengan penutupan
lahan campuran water yield 242 mm, dan pada daerah Cigulung-Maribaya pada
kondisi penutupan lahan campuran water yield 254 mm, sehingga dengan
demikian DAS berhutan lebih banyak menyimpan air tanah.
Hasil penelitian Pudjiharta (1986) di daerah Cipandarum (1.750 m dpl) di
RPH Cipatuha, Ciwidey, Bandung menunjukkan bahwa tegakan P. merkusii air
yang hilang ke udara sebesar 1.666 mm/tahun atau setara dengan 52,49 % dari
total curah hujan, sebagian lagi diresapkan ke dalam tanah dan akhirnya menjadi
debit sebesar 1.505 mm atau setara dengan 47,51 %. Pada kondisi tanah dan
14
iklim yang sama tegakan E. urophylla menghasilkan air 64,07 % atau setera
2.034 mm dan kehilangan air ke udara hanya 1.041 mm/tahun, dan pada tegakan
S. wallichii mampu mengeluarkan
air
74,6 % atau 2.368.3 mm/tahun dan
kehilangan air ke udara di bawah tegakan tersebut sebesar 25,4 % atau setara
dengan 806,6 mm/tahun.
2.3. Model SWAT (Soil Water Assessment Tools)
Pemodelan SWAT dikembangkan oleh United State Departemen of
Agricultural-Agricultural Research Services (USDA-ARS) yang menggabungkan
antara model Chemicals Run off and Erosion from Agricultural Management
Systems (CREAMS) yang dikembangkan oleh Knisel (1980) dan model
Groundwater Loading Effects on Agricultural Management System (GLEAMS)
yang dikembangkan oleh Leonard et al. (1987)
dan gabungan model
Environmental Impact Policy Climate (EPIC) oleh Izaurralde et al. ( 2006) dan
model Simulation for Water Resouces in Rural Basins (SWRB) yang
dikembangkan oleh
Arnold dan Wiliams (1987).
Model SWAT
terus
berkembang dan menggabungkan model kinematik untuk distribusai aliran dan
kualitas air dengan model QUAL2K.
Model SWAT melakukan pemodelan pada berbagai tipe penutupan lahan,
tanah, topografi dan bentuk DAS. Pada studi DAS umumnya akan dilakukan
klasifikasi berdasarkan tipe penutupan lahan dominan dan jenis tanah dominan.
Perhitungan limpasan menggunakan dengan metode Soil Conservation Cervices
(SCS) dan modifikasi nilai curve number (CN) yang telah berhasil digunakan
pada berbagai tipe group hidrologi (Gassman et al., 2007).
Pemodelan SWAT
digunakan interface dengan AVSWAT2000 (Luzio et al., 2001).
15
Model SWAT berbasis DAS, kontinyu dengan step waktu harian, yang
didesain untuk mengatur sumberdaya air, sedimen, dan limbah kimiawi dari
pertanian dalam suatu DAS. Pemodelan SWAT dapat mensimulasikan dalam
jangka waktu lama, efisien, dengan komponen model yang terdiri dari parameter
cuaca, hidrologi, tanah, nutrient, pestisida, bakteri patogen dan sistem pengolahan
tanah (Gassman, 2007).
Simulasi hidrologi dalam suatu DAS hanya dapat diterima apabila telah
dilakukan validasi dan kalibrasi secara statistik. Data debit umumnya digunakan
untuk melakukan kalibrasi model.
Untuk melakukan validasi dan kalibrasi
umumnya digunakan regresi dan nilai determinasi (R2) dan Nash-Sutcliffe model
Efficiency (NSE) coefisien (Nash dan Sutcliffe, 1970). Nilai R2 menggambarkan
hubungan seberapa jauh antara hasil simulasi dan hasil pengamatan yang nilainya
antara 0-1. Nilai NSE berkisar antara -∞ sampai 1 dan hubungan seberapa jauh
hasil pengamatan dan keluaran model dapat diterima apabila mendekati 1.
Kalibrasi dapat dilakukan baik secara otomatis maupun manual.
Salah
satu cara kalibrasi yang otomatis adalah dengan menggunakan teknik kalibrasi
dan analisis ketidakpastian model simulasi menggunakan algoritma optimasi
Sequential Uncertainty Fitting Ver.2 (SUFI2)
yang sudah tercangkup dalam
SWAT-CUP (Abbaspour et al., 2008)
Menurut Schuol et al. (2008), aplikasi model SWAT dan prosedur
kalibrasi SUFI2 telah berhasil menghitung ketersediaan air di daratan Afrika.
Pemodelan dengan SWAT dalam dekade terakhir telah diterima dan lebih banyak
keahlian yang terlibat. Model SWAT telah diadopsi dan merupakan bagian dari
US Protection Environmenatl Agency (US-EPA) dan telah menjadi paket untuk
16
mengintegrasikan point dan non point sources.
Pengembangan model SWAT
sangat terkait dengan sistem pengembangan SIG, perubahan iklim dan hidrologi,
polutan, teknik-teknik kalibrasi dan analisis sensitivitas (Gassman et al., 2007).