ESTIMASI NERACA AIR DENGAN MENGGUNAKAN METODE THORNTHWAITE MATTER

RAHARDYAN NUGROHO ADI (dd11lb@yahoo.com)BPTKPDAS

Berbagaikeperluan

(irigasi, mengatur polatanam, monev

DAS

AnalisisNeraca

Air

Pendahuluan

PotensiSDA

Perhitungan Neraca Air

Diperlukan Data Aliran Sungai

Data Aliran tdk selalu tersedia

Perhitungan Neraca Air MetodeThornthwaite Mather

Data yang diperlukan :

data hujan sebagai masukan, data vegetasipenutup lahan, data suhu udara, dan data sifatfisik tanah sebagai pemroses air di dalamDAS.

Perhitungan Neraca Air dengandata yg umum tersedia

Maksud dan Tujuan

Memberikan informasi bahwa ketidaktesediaandata aliran tidak menghambat dalam analisisneraca air suatu DAS

Instansi pengelola SDA dapat menganalisisneraca air dalam rangka perencanaan maupunevaluasi pengelolaan SDA

Keuntungan Penerapan Metode ThrornthwaiteMather

Dapat menghitung debit tanpa membutuhkandata tinggi muka air yang biasanya dikumpulkandalam jangka waktu yang lama dan memerlukanbiaya mahal baik untuk konstruksinya maupununtuk operasionalnya.

Diagram Alir Perhitungan Debit dengan MetodeThornthwaite Mather

METODE

Prinsip Dasar

Debit bulanan dan tahunan dihitung denganmenggunakan persamaan neraca air.Metode ini mensyaratkan untuk digunakan padaDAS yang mempunyai aliran sepanjang tahun dandengan 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 AirDAS

1. Data hujan2. Data temperatur udara3. Data sifat fisik tanah (pF 2,54; pF 4,2 dan

tekstur 3 fraksi) dan sebarannya4. 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 denganmenggunakan rumus :Tx = 0,006 ( t – tx ) ± T

Tx = temperatur yang akan diketahuiT = temperatur dari stasin klimtologi terdekatt = ketinggian tempat stasiun klimatologi

terdekattx = ketinggian tempat yang akan dihitung

temperaturnya

Indeks Panas (I)Indeks Panas (I) merupakan jumlah dari nilaiindeks panas bulanan (i) yang dihitung denganrumus :i = (T/5)1,514

T = temperatur bulanan

EP sebelum terkoreksi (Epx)Langkah selanjutnya adalah menghitungevapotranpirasi potesial sebelum terkoreksidengan berdasarkan pada nilai temperaturbulanan dan nilai indeks panas

Tabel Nilai Evapotranspirasi Potensial BulananSebelum Terkoreksi (cuplikan dari Tabel Th. Mather)

EP setelah terkoreksi (Ep)Ep terkoreksi dihitung dengan menggunakanrumus :Ep = f x Epx

f = faktor koreksi berdasarkan letak lintang DAS yang dikaji

Rata-rata Lama Penyinaran Matahari Bulanan diBelahan Bumi Selatan

Contoh Hasil perhitungan nilai Ep bulanan terkoreksi

Hujan (P)Perhitungan neraca air dengan metode inimemerlukan data CH yang berkesinambungan. Data ch bulanan diperoleh dari beberapa stasiunhujan yang ada di dalam maupun sekitar DAS yang akan dikaji.

(P – EP)Selisih antara CH dengan nilai EP digunakan untukmenentukan kelebihan dan kekurangan periodelembab atau basah. Jika bernilai negatif berartijumlah CH yang jatuh tidak mampu menambahkebutuhan potensi air dar areal yang tertutupvegetasi. Jika bernilai positif berarti bahwa jumlahkelebihan air yang tersedia selama periodetertentudalam satu tahun untuk mengembalikankelembaban tanah dan aliran permukaan

Contoh Hasil Perhitungan Nilai P - EP Bulanan

Akumulasi Potensi Kehilangan Air (APWL)APWL digunakan untuk mengetahui potensikehilangan air pada bulan kering. Cara perhitungan :Dimulai dari nilai P – EP yang mempunyai nilainegatif, kemudian secara berurutan dijumlahkandengan nilai P – EP berikutnya sampai dengannilai P – EP negatif yang terakhir.

Contoh Hasil Perhitungan APWL (AkumulasiPotensi Kehilangan Air) Bulanan

Perubahan Kelembaban Cadangan LengasTanah (∆ S)

Dihitung dari kemampuan tanah menahan air.Kemampuan tanah menahan air diperolehberdasarkan hasil perkalian antara prosentaseluas penggunaan lahan, air tersedia dankedalaman zone perakaran.Sebagai gambaran cadangan lengas tanah padaberbagai tekstur dan jenis vegetasi dapat dilihatpada Tabel berikut ini

Cadangan Lengas Tanah (St)

Nilai cadangan lengas tanah diperolehberdasarkan hasil perkalian antara prosentaseluas penggunaan lahan, air tersedia dankedalaman zone perakaran.Sebagai gambaran cadangan lengas tanah padaberbagai tekstur dan jenis vegetasi dapat dilihatpada tabel ini.

Tabel Kemampuan Tanah Menahan Air padaKombinasi Tanah dan Vegetasi

Contoh Hasil Perhitungan Nilai CadanganLengas Tanah per Penggunaan Lahan

Prosentase luas penggunaan lahan dankedalaman zone perakaran diperolehberdasarkan survei lapang (pengamatanlangsung di lapang).Sedangkan air tersedia dihitung berdasarkanhasil analisis sampel tanah yang diambil denganmenggunakan ring sampel dan dianalisis dilaboratorium (parameter yang dianalisis yaitunilai kapasitas lapang dan titik layu permanen).Perhitungannya yaitu selisih antara nilaikapasitas lapang (pF 2,54) dengan titik layupermanen (pF 4,2) untuk setiap jenispenggunaan lahan.

Berdasarkan tabel sebelumnya nilai ST untukAPWL yang bernilai positif dihitung berdasarkan :

ST = 5992/61ST = 98.2 ᴝ 100

dalam hal ini % luas penggunaan laban berupapemukiman tidak dimasukkan sebagai faktorpembagi karena pada pemukiman zoneperakarannya dianggap tidak ada, sehingga total %luas zone perakaran adalah 4 + 17+ 18 + 22 + 39= 61.

Sedangkan nilai ST untuk APWL yang bernilainegatif dihitung berdasarkan tabel dariThornthwaite Mather (1957) dalam bukunyaInstructions and Tables For Computing PotentialEvapotranspiration and The Water Balance.

Contoh tabel Nilai Cadangan Lengas Tanah untuk Kemampuan Tanah Menaban Air Sebesar100 mm

Hasil Perhitungan Nilai ST Bulanan

Perubahan Lengas Tanah (∆ ST)

Nilai perubahan lengas tanah dihitung berdasarkanselisih antara cadangan lengas tanah bulansebelumnya dengan cadangan lengas tanab bulanini.Hasil Perhitungan Perubahan Lengas TanabBulanan

Evapotranspirasi Aktual (AE)

Nilai Evapotranspirasi Aktual diperoleh denganketentuan :

•Jika P > EP maka AE = EP•Jika P < EP maka AE = P + [ Perubahan lengastanab ]

Hasil Perhitungan Evapotranspirasi Aktual Bulanan

Defisit

Nilai defisit (D) diperoleh berdasarkan padaselisih 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 airdengan metode Thornthwaite and Mather adalahmenghitung besarnya runoff.Runoff diperoleh dari surplus air yang besamyadiasumsikan 50 % dan sisanya akan keluarmenjadi runoff pada bulan berikutnya.

Hasil Perbitungan Runoff BulananBulan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Jumlah

Surlus 319.00 234.00 71.00 27.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 217.00 251.00

50% 159.50 117.00 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

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

Bulan Runoff RunoffHitung Ukur

1 159.5 3542 276.5 2573 232.25 1424 147.38 375 80.44 146 40.22 47 20.11 38 10.05 29 5.03 1

10 2.51 211 109.76 10312 234.63 115

1318.38 1034

Perbandingan antara Runoff Perhitungan danPengukuran

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Runo

ff

Bulan

Perbandingan Runoff Pengukuran Langsung dan Perhitungan

Runoff Hitung

Runoff Ukur

PENUTUP

Perhitungan Neraca Air (debit aliran bulanan)dengan metode Thonrthwaite and Mathermerupakan salah satu metode yang sudah cukuplama dikembangkan dan relatif mudah karenadata yang diperlukan dalam perhitungan denganmetode ini umumnya tersedia di suatu DAS.Metode ini sampai sekarang masih cukuprelevan dan masih sering digunakan.

CONTOH HASIL PERHITUNGAN NERACA AIR DENGAN METODE THORNTHWAITE MATHER

Bulan Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nop Des TotalT 28.4 27.9 26.6 28.1 26.8 25.2 24.7 25.8 26.8 27.1 26.6 26.2I 13.87 13.5 12.56 13.65 12.7 11.57 11.23 11.99 12.7 12.92 12.56 12.28 151.53UnAdj PE 5 4.9 4.5 5 4.6 4 3.8 4.2 4.6 4.7 4.5 4.4F.koreksi 32.1 28.8 31.2 30 30.6 29.4 30.3 30.6 30 31.5 30.9 32.4Adj PE 160.5 141.12 140.4 150 141 117.6 115.14 128.52 138 148.05 139.05 142.56 1661.94P 262 273 194 515 81 33 0 0 0 11 204 840 2413P-PE 101.5 131.88 53.6 365 -60 -84.6 -115.14 -128.52 -138 -137.05 64.95 697.44APWL 0 0 0 0 -60 -144.6 -259.74 -388.26 -526.26 -663.31 0 0Storage 300 300 300 300 245 185 125 81 51 32 96.95 300∆ St 0 0 0 -55 -60 -60 -44 -30 -19 64.95 203.05 0AE 160.5 141.12 140.4 150 141 93 44 30 19 75.95 139.05 142.56D 0 0 0 0 0 24.6 71.14 98.52 119 72.1 0 0Surplus 101.5 131.88 53.6 420 0 0 0 0 0 0 0 697.44 1404.42Runoff Prediksi 349.7 50.8 91.3 72.5 246.2 123.1 61.6 30.8 15.4 7.7 3.8 1.9 1054.7Runoff Observasi 30.3 54.2 42.9 94.6 25.7 19.6 10.5 4.9 3.1 4.8 8.2 193.4 492.2