estimasi neraca air dengan menggunakan metode

ESTIMASI NERACA AIR
DENGAN MENGGUNAKAN
METODE THORNTHWAITE MATTER
RAHARDYAN NUGROHO ADI ([email protected])
BPTKPDAS
Pendahuluan
Analisis
Neraca
Air
Potensi
SDA
Berbagai
keperluan
(irigasi,
mengatur pola
tanam, monev
DAS
Perhitungan Neraca Air
Diperlukan Data Aliran Sungai
Data Aliran tdk selalu tersedia
Perhitungan Neraca Air dengan
data yg umum tersedia
Perhitungan Neraca Air Metode
Thornthwaite Mather
Data yang diperlukan :
data hujan sebagai masukan, data vegetasi
penutup lahan, data suhu udara, dan data sifat
fisik tanah sebagai pemroses air di dalam
DAS.
Maksud dan Tujuan
Memberikan informasi bahwa ketidaktesediaan
data aliran tidak menghambat dalam analisis
neraca air suatu DAS
Instansi pengelola SDA dapat menganalisis
neraca air dalam rangka perencanaan maupun
evaluasi pengelolaan SDA
Keuntungan Penerapan Metode Thrornthwaite
Mather
Dapat menghitung debit tanpa membutuhkan
data tinggi muka air yang biasanya dikumpulkan
dalam jangka waktu yang lama dan memerlukan
biaya mahal baik untuk konstruksinya maupun
untuk operasionalnya.
Diagram Alir Perhitungan Debit dengan Metode
Thornthwaite Mather
METODE
Prinsip Dasar
Debit bulanan dan tahunan dihitung dengan
menggunakan persamaan neraca air.
Metode ini mensyaratkan untuk digunakan pada
DAS yang mempunyai aliran sepanjang tahun dan
dengan luasan yang cukup luas.
Persamaan Neraca Air DAS
Persamaan neraca air yang digunakan yaitu :
Dalam hal ini :
Q
= Debit aliran (mm)
P
= Hujan (mm)
Eta = Evapotranspirasi aktual (mm)
∆ S = Perubahan cadangan lengas tanah (mm)
Parameter Data untuk Perhitungan Neraca Air
DAS
1. Data hujan
2. Data temperatur udara
3. Data sifat fisik tanah (pF 2,54; pF 4,2 dan
tekstur 3 fraksi) dan sebarannya
4. Data vegetasi penutup (jenis dan kedalaman
zone perakaran) dan sebarannya
PERHITUNGAN NERACA AIR
Temperatur/ Suhu (T)
Langkah pertama untuk menghitung neraca air
yaitu pengumpulan data temperatur. Data
temperatur bulanan dihitung dengan
menggunakan rumus :
Tx = 0,006 ( t – tx ) ± T
Tx = temperatur yang akan diketahui
T = temperatur dari stasin klimtologi terdekat
t = ketinggian tempat stasiun klimatologi
terdekat
tx = ketinggian tempat yang akan dihitung
temperaturnya
Indeks Panas (I)
Indeks Panas (I) merupakan jumlah dari nilai
indeks panas bulanan (i) yang dihitung dengan
rumus :
i = (T/5)1,514
T = temperatur bulanan
EP sebelum terkoreksi (Epx)
Langkah selanjutnya adalah menghitung
evapotranpirasi potesial sebelum terkoreksi
dengan berdasarkan pada nilai temperatur
bulanan dan nilai indeks panas
Tabel Nilai Evapotranspirasi Potensial Bulanan
Sebelum Terkoreksi (cuplikan dari Tabel Th.
Mather)
EP setelah terkoreksi (Ep)
Ep terkoreksi dihitung dengan menggunakan
rumus :
Ep = f x Epx
f = faktor koreksi berdasarkan letak lintang DAS
yang dikaji
Rata-rata Lama Penyinaran Matahari Bulanan di
Belahan Bumi Selatan
Contoh Hasil perhitungan nilai Ep bulanan terkoreksi
Hujan (P)
Perhitungan neraca air dengan metode ini
memerlukan data CH yang berkesinambungan.
Data ch bulanan diperoleh dari beberapa stasiun
hujan yang ada di dalam maupun sekitar DAS yang
akan dikaji.
(P – EP)
Selisih antara CH dengan nilai EP digunakan untuk
menentukan kelebihan dan kekurangan periode
lembab atau basah. Jika bernilai negatif berarti
jumlah CH yang jatuh tidak mampu menambah
kebutuhan potensi air dar areal yang tertutup
vegetasi. Jika bernilai positif berarti bahwa jumlah
kelebihan air yang tersedia selama periodetertentu
dalam satu tahun untuk mengembalikan
kelembaban tanah dan aliran permukaan
Contoh Hasil Perhitungan Nilai P - EP Bulanan
Akumulasi Potensi Kehilangan Air (APWL)
APWL digunakan untuk mengetahui potensi
kehilangan air pada bulan kering.
Cara perhitungan :
Dimulai dari nilai P – EP yang mempunyai nilai
negatif, kemudian secara berurutan dijumlahkan
dengan nilai P – EP berikutnya sampai dengan
nilai P – EP negatif yang terakhir.
Contoh Hasil Perhitungan APWL (Akumulasi
Potensi Kehilangan Air) Bulanan
Perubahan Kelembaban Cadangan Lengas
Tanah (∆ S)
Dihitung dari kemampuan tanah menahan air.
Kemampuan tanah menahan air diperoleh
berdasarkan hasil perkalian antara prosentase
luas penggunaan lahan, air tersedia dan
kedalaman zone perakaran.
Sebagai gambaran cadangan lengas tanah pada
berbagai tekstur dan jenis vegetasi dapat dilihat
pada Tabel berikut ini
Cadangan Lengas Tanah (St)
Nilai
cadangan
lengas
tanah
diperoleh
berdasarkan hasil perkalian antara prosentase
luas penggunaan lahan, air tersedia dan
kedalaman zone perakaran.
Sebagai gambaran cadangan lengas tanah pada
berbagai tekstur dan jenis vegetasi dapat dilihat
pada tabel ini.
Tabel Kemampuan Tanah Menahan Air pada
Kombinasi Tanah dan Vegetasi
Contoh Hasil Perhitungan Nilai Cadangan
Lengas Tanah per Penggunaan Lahan
Prosentase luas penggunaan lahan dan
kedalaman
zone
perakaran
diperoleh
berdasarkan
survei
lapang
(pengamatan
langsung di lapang).
Sedangkan air tersedia dihitung berdasarkan
hasil analisis sampel tanah yang diambil dengan
menggunakan ring sampel dan dianalisis di
laboratorium (parameter yang dianalisis yaitu
nilai kapasitas lapang dan titik layu permanen).
Perhitungannya yaitu selisih antara nilai
kapasitas lapang (pF 2,54) dengan titik layu
permanen (pF 4,2) untuk setiap jenis
penggunaan lahan.
Berdasarkan tabel sebelumnya nilai ST untuk
APWL yang bernilai positif dihitung berdasarkan :
ST = 5992/61
ST = 98.2 ᴝ 100
dalam hal ini % luas penggunaan laban berupa
pemukiman tidak dimasukkan sebagai faktor
pembagi karena pada
pemukiman
zone
perakarannya dianggap tidak ada, sehingga total %
luas zone perakaran adalah 4 + 17+ 18 + 22 + 39
= 61.
Sedangkan nilai ST untuk APWL yang bernilai
negatif
dihitung
berdasarkan
tabel
dari
Thornthwaite Mather (1957) dalam bukunya
Instructions and Tables For Computing Potential
Evapotranspiration and The Water Balance.
Contoh tabel Nilai Cadangan Lengas Tanah
untuk Kemampuan Tanah Menaban Air Sebesar
100 mm
Hasil Perhitungan Nilai ST Bulanan
Perubahan Lengas Tanah (∆ ST)
Nilai perubahan lengas tanah dihitung berdasarkan
selisih antara cadangan lengas tanah bulan
sebelumnya dengan cadangan lengas tanab bulan
ini.
Hasil Perhitungan Perubahan Lengas Tanab
Bulanan
Evapotranspirasi Aktual (AE)
Nilai Evapotranspirasi Aktual diperoleh dengan
ketentuan :
•Jika P > EP maka AE = EP
•Jika P < EP maka AE = P + [ Perubahan lengas
tanab ]
Hasil Perhitungan Evapotranspirasi Aktual Bulanan
Defisit
Nilai defisit (D) diperoleh berdasarkan pada
selisih antara EP - AB.
Hasil Perhitungan Nilai Defisit Bulanan
Surplus
Nilai surplus (S) diperoleh berdasarkan rumus, S
= (P - EP) - Perubahan ST.
Hasil Perhitungan Nilai Surplus (S) Bulanan
Runoff
Langkah terakhir dari perhitungan neraca air
dengan metode Thornthwaite and Mather adalah
menghitung besarnya runoff.
Runoff diperoleh dari surplus air yang besamya
diasumsikan 50 % dan sisanya akan keluar
menjadi runoff pada bulan berikutnya.
Hasil Perbitungan Runoff Bulanan
Bulan
1
2
3
Surlus
319.00 234.00
71.00
50%
159.50 117.00
4
5
6
7
8
9
10
11
12
27.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00 217.00 251.00
35.50
13.50
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00 108.50 125.50
159.50 117.00
35.50
13.50
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00 108.50
79.75
58.50
17.75
6.75
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
39.88
29.25
8.88
3.38
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
19.94
14.63
4.44
1.69
0.00
0.00
0.00
0.00
9.97
7.31
2.22
0.84
0.00
0.00
0.00
4.98
3.66
1.11
0.42
0.00
0.00
2.49
1.83
0.55
0.21
0.00
1.25
0.91
0.28
0.11
0.62
0.46
0.14
0.31
0.23
Jumlah
0.16
RO
159.50 276.50 232.25 147.38
80.44
40.22
20.11
10.05
5.03
2.51 109.76 234.63 1318.37
Perbandingan antara Runoff Perhitungan dan
Pengukuran
Bulan
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Runoff
Runoff
Hitung
Ukur
159.5
354
276.5
257
232.25
142
147.38
37
80.44
14
40.22
4
20.11
3
10.05
2
5.03
1
2.51
2
109.76
103
234.63
115
1318.38
1034
Perbandingan Runoff Pengukuran Langsung dan Perhitungan
400
350
300
Runoff
250
200
Runoff Hitung
Runoff Ukur
150
100
50
0
1
2
3
4
5
6
7
Bulan
8
9
10
11
12
PENUTUP
Perhitungan Neraca Air (debit aliran bulanan)
dengan metode Thonrthwaite and Mather
merupakan salah satu metode yang sudah cukup
lama dikembangkan dan relatif mudah karena
data yang diperlukan dalam perhitungan dengan
metode ini umumnya tersedia di suatu DAS.
Metode ini sampai sekarang masih cukup
relevan dan masih sering digunakan.
CONTOH HASIL PERHITUNGAN NERACA AIR
DENGAN METODE THORNTHWAITE MATHER
Bulan
Jan
T
I
UnAdj PE
F.koreksi
Adj PE
P
P-PE
APWL
Storage
∆ St
AE
D
Surplus
Runoff Prediksi
Runoff Observasi
Feb
28.4
13.87
5
32.1
160.5
262
101.5
0
300
0
160.5
0
101.5
349.7
30.3
Mar
27.9
13.5
4.9
28.8
141.12
273
131.88
0
300
0
141.12
0
131.88
50.8
54.2
Apr
26.6
12.56
4.5
31.2
140.4
194
53.6
0
300
0
140.4
0
53.6
91.3
42.9
Mei
28.1
13.65
5
30
150
515
365
0
300
-55
150
0
420
72.5
94.6
Jun
26.8
12.7
4.6
30.6
141
81
-60
-60
245
-60
141
0
0
246.2
25.7
Jul
Ags
Sep
Okt
25.2
24.7
25.8
26.8
27.1
11.57 11.23 11.99
12.7 12.92
4
3.8
4.2
4.6
4.7
29.4
30.3
30.6
30
31.5
117.6 115.14 128.52
138 148.05
33
0
0
0
11
-84.6 -115.14 -128.52
-138 -137.05
-144.6 -259.74 -388.26 -526.26 -663.31
185
125
81
51
32
-60
-44
-30
-19 64.95
93
44
30
19 75.95
24.6 71.14 98.52
119
72.1
0
0
0
0
0
123.1
61.6
30.8
15.4
7.7
19.6
10.5
4.9
3.1
4.8
Nop
26.6
12.56
4.5
30.9
139.05
204
64.95
0
96.95
203.05
139.05
0
0
3.8
8.2
Des
26.2
12.28
4.4
32.4
142.56
840
697.44
0
300
0
142.56
0
697.44
1.9
193.4
Total
151.53
1661.94
2413
1404.42
1054.7
492.2