Konservasi Lahan dan Air

PERBANDINGAN MODEL PREDIKSI EROSI USLE

DENGAN MODEL PREDIKSI EROSI LAIN

            Menurut Kartasapoetra (1988) Erosi merupakan suatau proses/ peristiwa hilang atau terpindahkannya bagian atau seluruh tanah lapisan permukaan (top soil) dari suatu tempat yang terangkut ke tempat lain yang disebabkan oleh aliran air atau angin. Erosi merupakan tiga proses yang berurutan, yaitu pelepasan (detachment), pengangkutan (transportation), dan pengendapan (deposition) bahan-bahan tanah oleh penyebab erosi (Asdak, 1995). Di daerah tropis seperti di Indonesia sebagian besar erosi disebabkan oleh air atau air hujan.

                       

Model prediksi erosi tanah diklasifikasikan menjadi tiga, yaitu

(a)    model empiris,

Model empiris didasarkan pada variabel-variabel yang diperoleh dari penelitian dan pengamatan selama proses erosi terjadi. Umumnya model-model erosi dibangun dari model empiris, dan contoh yang terkenal adalah universal soil loss equation (USLE) oleh Wischmeier dan Smith (1978). Model ini sangat luas penggunaannya untuk memprediksi erosi lembar dan alur. Perbaikan model USLE yaitu revised universal soil loss equation (RUSLE) juga merupakan model empiris yang memprediksi erosi lembar dan alur yang dihubungkan dengan aliran permukaan. Kedua model ini merupakan alat untuk memprediksi erosi dalam perencanaan konservasi tanah pada suatu lahan usaha tani.

(b)   model fisik,

salah satu diantaranya adalah model fisik GUEST (griffith university erosion system template) (Rose et al., 1997a).

 (c) model konseptual.

Model konseptual dirancang untuk mengetahui proses internal dalam sistem dan mekanisme fisik yang umumnya selalu berkaitan dengan hukum fisika dalam bentuk yang sederhana. Umumnya model ini tidak linear, bervariasi dalam waktu, dan parameternya mutlak diukur. Meskipun model ini mengabaikan aspek spasial dalam proses hujan dan aliran permukaan, tetapi kaitannya dengan proses yang tidak linear menyebabkan model ini layak untuk dipertimbangkan.

A.                MODEL USLE (UNIVERSAL SOIL LOSS EQUATION)

                   USLE adalah model erosi yang dirancang untuk memprediksi rata-rata erosi tanah dalam jangka waktu panjang dari suatu areal usaha tani dengan sistem pertanaman dan pengelolaan tertentu (Wischmeier dan Smith, 1978). Bentuk erosi yang dapat diprediksi adalah erosi lembar atau alur, tetapi tidak dapat memprediksi pengendapan dan tidak memperhitungkan hasil sedimen dari erosi parit, tebing sungai dan dasar sungai (Wischmeier dan Smith, 1978 dalam Arsyad, 2000).

            

                Penggunaan rumus empiris USLE:

A = R . K . L . S . C . P

Keterangan:

R = Faktor Curah Hujan (I₃₀)

K = Faktor erodibilitas tanah, yaitu laju erosi per unit indeks erosi untuk suatu tanah   yang diperoleh dari petak homogen percobaan standar, dengan panjang 72,6 kaki (22 m) terletak pada lereng 9 % tanpa tanaman;

L = Faktor panjang lereng 9 %, yaitu nisbah erosi dari tanah dengan panjang lereng tertentu dan erosi dari tanah dengan panjang lereng 72,6 kaki (22 m) di bawah keadaan yang identik;

S = Faktor kecuraman lereng, yaitu nisbah antara besarnya erosi dari suatu tanah dengan kecuraman lereng tertentu, terhadap besarnya erosi dari tanah dengan lereng 9% di bawah keadaan yang identik;

C = Faktor vegetasi penutup tanah dan pengelolaan tanaman, yaitu nisbah antara besarnya erosi dari suatu areal dengan vegetasi penutup dan pengelolaan tanaman tertentu terhadap besarnya erosi dari tanah yang identik tanpa  tanaman;

P = Faktor tindakan konservasi tanah, yaitu nisbah antara besarnya erosi dari  tanah yang diberi perlakuan tindakan konservasi tanah seperti pengelolaan menurut kontur, penanaman dalam strip atau teras terhadap besarnya erosi dari tanah yang diolah searah lereng dalam kedaan yang identik.

v  KELEMAHAN

Beberapa ilmuwan menyatakan beberapa kelemahan dari USLE, diantaranya adalah model tersebut dinilai tidak efektif jika diaplikasikan di luar kisaran kondisi dimana model tersebut dikembangkan. Adaptasi model tersebut pada lingkungan yang baru memerlukan investasi sumber daya dan waktu untuk mengembangkan database yang dibutuhkan untuk menjalankannya (Nearing et al., 1994). Over estimasi yang bisa terjadi dengan penggunaan USLE dapat mencapai 2.000%, penyebabnya adalah adanya subjektivitas penggunaan data atau karena penggunaan peta skala kecil (Van der Poel dan Subagyono, 1998).

v  KELEBIHAN

 Meskipun disadari adanya beberapa kelemahan/keterbatasan dari model- model empiris,khususnya USLE, sampai saat ini telah dan masih diaplikasikan secara luas di seluruh dunia (Nearing et al., 1994; Lal, 1994; Schmitz dan Tameling, 2000; ICRAF, 2001), karena model tersebut mudah dikelola, relatif sederhana dan jumlah masukan atau parameter yang dibutuhkan relatif sedikit dibandingkan dengan model-model lainnya yang bersifat lebih kompleks (ICRAF, 2001; Schmitz dan Tameling, 2000). USLE juga berguna untuk menentukan kelayakan tindakan konservasi tanah dalam perencanaan lahan dan untuk memprediksi non-point sediment losses dalam hubungannya dengan program pengendalian polusi (Lal, 1994). Pada tingkat lapangan (field scale), USLE sangat berguna untuk merumuskan rekomendasi atau perencanaan yang berkaitan dengan bidang agronomi (agronomic proposal), karena dapat digunakan sebagai dasar untuk pemilihan land use dan tindakan konservasi tanah yang ditujukan untuk menurunkan on-site effect dari erosi (ICRAF, 2001).

            

            Salah satu faktor yang harus disadari oleh para pengguna model ini berhubungan dengan skala penggunaan, Tarigan dan Sinukaban (2001) menyatakan bahwa USLE berfungsi baik untuk skala plot, sedangkan untuk skala DAS, hasil prediksi saja dapat berlebihan. Salah satu penyebabnya adalah pengaruh filter sedimen yang tidak terakomodasi. Namun USLE bermanfaat dalam hubungannya dengan on-site effect dari erosi. Tidak demikian halnya dalam hubungannya dengan off-site effect dari erosi, diantaranya meliputi pengaruh erosi terhadap lingkungan di luar lahan yang tererosi, misalnya kualitas air sungai, kerusakan dam yang disebabkan oleh hasil sedimen.

B.     MODEL MUSLE (Modified Universal Soil Loss Equation)

            William (1975) mengembangkan suatu metode yang dinamakan MUSLE (Modified Universal Soil Loss Equation). MUSLE dikembangkan untuk menghitung hasil sedimen yang disebabkan oleh hujan sesaat pada suatu DAS.

Rumus Empiris MUSLE:

Sy = a(Qqp)bK.LS.C.P

Keterangan:

Sy        : Sedimen yield

a          : koefisien (11,8)

Q         : Volume run off

K         : Indeks Erodibilitas

LS       : Indeks faktor panjang dan kemiringan lereng

C         : Indeks faktor penutup lahan

P          : Indeks faktor pengelolaan lahan

qp        : Debit puncak

b          : koefisien (0,56)

            Dalam metode ini yang dipertimbangkan adalah adanya debit puncak dan volume runoff pada suatu DAS.

·         Perbandingan dengan USLE

Pada metode MUSLE kita akan menggunakan debit puncak pada suatu DAS, sedangkan pada USLE dengan hanya menggunakan curah hujan kita bisa menghitung prediksi erosi. Karena menggunakan luasan DAS maka metode MUSLE cakupan wilayah akan lebih besar daripada metode MUSLE.

C.    Model  ROSE (GUEST)

            Model erosi ROSE (Guest) merupakan model berdasarkan pendekatan proses erosi yang mempengaruhinya, yaitu daya pelepasan partikel tanah oleh butir-butir hujan dan aliran permukaan sebagai agen utama penyebab erosi tanah. Dalam model ini, erosi  terjadi karena adanyatiga proses yang berperan yaitu pelepasan oleh butir-butir hujan, pengangkutan sedimen dan pengendapan sedimen. GUEST merupakan model persamaan fisik yang perhitungannya diasarkan pada konsentrasi sedimen yang tersuspensi didalam aliran permukaan.

Persamaan model ini adalah:

SL = 2700λ S (Ct) (Q)

Keterangan:

SL       : total tanah yang hilang

λ          : efisiensi pengangkutan

S          : kemiringan tanah

Ct        : presentase penutupan tanah

Q         : volume aliran permukaan

Sejalan perkembangan ilmu komputer, model GUEST disempurnakan menjadi event-based proses model untuk erosi lembar (sheet erosion) dan dapat juga diaplikasikan untuk erosi alur (rill erosion). Model ini dianggap semi-static model karena erosi dapat diprediksi per kejadian hujan (event by event) (Schmitz dan Tameling, 2000). Dibandingkan dengan USLE, keunggulan GUEST adalah terakomodasinya fungsi filter sedimen. Faktor erodibilitas tanah yang digunakan dalam model GUEST (β) lebih pasti dibandingkan dengan K dalam USLE.

Faktor erodibilitas tanah yang digunakan dalam model GUEST lebih pasti dibandingkan dengan K dalam USLE. Depositability atau kemampuan agregat untuk mengendap juga dilibatkan dalam perhitungan erosi. K merupakan gabungan dari beberapa parameter yang tergantung dari karakteristik infiltrasi, koefisien kekasaran manning, kencenderungan untuk membentuk alur stabilitas agregat tanah terhadap curah hujan, kencenderungan tanah untuk terkonsolidasi atau menjadi kuat direfleksikan dalam β

D.    METODE AGNPS

Model simulasi yang digunakan untuk memprediksi erosi skala DAS atau sedimen telah banyak digunakan, baik model terdistribusi maupun point. Agricultural non-point source pollution (AGNPS) merupakan model yang digunakan dalam DAS dengan keluaran limpasan (total runoff), sedimen serta kehilangan hara, dan untuk model prediksi sediment delivery ratio (SDR) stiff diagram hanya dapat memprediksi erosi skala DAS. Dalam penggunaannya, model harus dipilih sesuai dengan tujuan yang akan dicapai karena masing-masing model simulasi mempunyai kelebihan atau kekurangan dalam keluarannya. Model AGNPS dapat digunakan di DAS yang mempunyai variasi curah hujan besar, yaitu antara mendekati 0 mm sampai lebih besar dari 75 mm/kejadian hujan (Bingner et al., 1992).

Model prediksi SDR stiff diagram merupakan model point yang dapat memprediksi erosi skala DAS secara sederhana. Menurut Shen dan Julien (1992), SDR dipengaruhi oleh areal drainasenya, kemiringan DAS, kerapatan drainase dan aliran permukaan. Menurut Klaghofer et al. (1992), tidak hanya ukuran DAS yang berpengaruh terhadap SDR, parameter-parameter geomorfologi seperti faktor relief dan bifurcation ratio juga berpengaruh. Faktor-faktor yang mempengaruhi SDR pada petak yang ditanami adalah erodibilitas tanah, panjang lereng, kemiringan lereng dan infiltrasi. Faktor-faktor yang mempengaruhi SDR pada petak yang tidak ditanami adalah kemiringan lereng, erodibilitas tanah, panjang lereng, dan infiltrasi, dan SDR DAS yang tidak ditanami kemungkinan akan lebih besar.

Keunggulan AGNPS adalah:

(1) dapat memprediksi erosi dengan hasil akurat di seluruh DAS berdasarkan parameter   

     distribusi yang digunakan;

(2) dapat mensimulasikan kondisi biofisik DAS secara bersamaan;

(3) hasil prediksi model dapat meliputi aliran permukaan, hasil sedimen, kehilangan N dan 

     P serta kebutuhan oksigen kimiawi, baik yang terjadi di dalam setiap sel maupun 

     kontribusi dari sel yang lain; dan

(4) dapat memprediksi DAS sampai mencapai luas 20.000 ha atau sebanyak 2.500 sel (Young dan Onstad, 1990; Sinukaban, 1997). Kemampuan model prediksi SDR stiff diagram adalah sebagai berikut: (1) dapat memprediksi SDR suatu DAS; (2) dapat memprediksi erosi skala DAS (sedimen) secara sederhana; dan (3) dapat mensimulasi berbagai kondisi biofisik DAS serta berbagai kondisi erosi permukaan dan aliran permukaan yang terjadi.

Kekurangan model AGNPS adalah:

(1) input model yang digunakan sangat banyak;

(2) keluaran aliran permukaan hanya berupa volume dan debit, tidak bisa menghasilkan hidrograf; dan

(3) keluaran untuk erosi dan sedimen menggunakan satuan yang terlalu tinggi (ton) dan desimal yang digunakan terlalu sedikit, hanya 1. Demikian juga keluaran untuk volume dan laju puncak aliran permukaan terlalu tinggi, masing-masing dalam cm dan cfs. Kekurangan model prediksi SDR stiff diagram, yaitu memerlukan data erosi permukaan.    

E.     Model SDR

            Metode SDR merupakan model point yang dapat memprediksi erosi DAS secara sederhana. SDR suatu DAS dipengaruhi oleh kondisi fisik DAS dan bervariasi antara DAS satu dengan lainnya. Menurut Shen dan Julien (1992), SDR  dipengaruhi oleh areal drainasenya, kemiringan DAS, kerapatan drainase dan aliran permukaan. Akan tetapi jika lebih di spesifik lagi untuk daerah yang ditanami faktor-faktor yang paling mempengaruhi SDR adalah erodibilitas tanah dan kemiringan lereng, untuk  pengendapan infiltrasi, dan panjang lereng. Sedangkan, untuk daerah yang tidak ditanami faktor-faktor yang mempengaruhi SDR adalah dalam erosinya adalah erodibilitas dan kemiringan lereng, dan untuk pegendapan yang paling berpengaruh adalah panjang lereng dan infiltrasi.

·         Keunggulan dan Kelemahan

Keunggulan dapat memprediksi erosi skala DAS secara sederhana dan dapat mensimulasi berbagai kondisi biofisik DAS serta berbagai kondisi erosi permukaan dan aliran permukaan yang terjadi.

• Kelemahan memerlukan data erosi dari metode lain.