Struktur Model ANSWERS, Parameter, Kelebihan dan Aplikasinya

Model ANSWERS (areal nonpoint source watershed environmental response simulation) merupakan sebuah model hidrologi dengan parameter terdistribusi yang mensimulasikan hubungan hujan-limpasan dan memberikan dugaan hasil sedimen. Model hidrologi ANSWERS dikembangkan dari US-EPA (United States Environment Protection Agency)oleh Purdue Agricultural Enviroment Station (Beasley and Huggins 1991).

Salah satu sifat mendasar dari model ANSWERS adalah termasuk kategori model deterministik dengan pendekatan parameter distribusi. Model distribusi parameter DAS dipengaruhi oleh variabel keruangan (spatial), sedangkan parameter- parameter pengendalinya, antara lain : topografi, tanah, penggunaan lahan dan sifat hujan.
Struktur Model ANSWERS
Model ANSWERS adalah model deterministik yang didasarkan pada hipotesis bahwa setiap titik di dalam DAS mempunyai hubungan fungsional antara laju aliran permukaan dan beberapa parameter hidrologi yang mempengaruhi aliran, seperti intensitas hujan, infiltrasi, topografi, jenis tanah dan beberapa faktor lainnya. Laju aliran yang terjadi dapat digunakan untuk memodelkan fenomena pindah massa, seperti erosi dan polusi dalam wilayah DAS.
Dalam model ini suatu DAS yang akan dianalisis responnya dibagi menjadi satuan elemen yang berukuran bujursangkar, sehingga derajat variabilitas spasial dalam DAS dapat terakomodasi. Konsep distribusi disefinisikan melalui hubungan matematika untuk semua proses simulasi, model ini mengasumsikan bahwa suatu DAS merupakan gabungan dari banyak elemen yang diartikan sebagai suatu areal yang memiliki paramater hidrologi yang sama. Setiap elemen akan memberikan kontribusi sesuai dengan karakteristik yang dimiliki. Model ini juga mengikut sertakan semua parameter kontrol secara spasial. Oleh karena itu model ANSWERS melakukan analisis pada setiap satuan elemen.
Parameter Masukan Model ANSWERS
Data masukan model ANSWERS dikelompokkan dalam lima bagian (de Roo 1993), yaitu :
  1. Data curah hujan, yaitu : jumlah dan intensitas hujan pada suatu kejadian hujan.
  2. Data tanah, yaitu : porositas total (TP), kapasitas lapang (FP), laju infiltrasi konstan (FC) selisih laju infiltrasi maksimum dengan laju infiltrasi konstan (A), eksponen infiltrasi (P), kedalaman zona kontrol iniltrasi (DF), kandungan air tanah awal (ASM), dan erodibilitas tanah (K).
  3. Data penggunaan dan kondisi permukaan lahan, meliputi : volume intersepsi potensial (PIT), persentase penutupan lahan (PER), koefisien kekasaran permukaan (RC), tinggi kekasaran maksimum (HU), nilai koefisien manning untuk permukaan lahan (N), faktor tanaman dan pengelolaannya (C).
  4. Data karakteristik saluran, yaitu lebar saluran (CW) dan koefisien manning (N).
  5. Data satuan individu elemen, yaitu : kemiringan lereng, arah lereng, jenis tanah, jenis penggunaan lahan, liputan penakar hujan, kemiringan saluran, dan elevasi elemen rata-rata.
Mekanisme model ANSWERS
Mekanisme model ANSWERS dapat dijelaskan sebagai berikut (de Roo 1993) :
  1. Hujan yang jatuh pada suatu DAS dengan vegetasi tertentu, sebagian akan diintersepsi oleh tajuk vegetasi (PER) sampai potensial simpanan intersepsi (PIT) tercapai.
  2. Apabila laju hujan lebih kecil dari laju intersepsi, maka air hujan tidak akan mencapai permukaan tanah. Sebaliknya jika laju hujan lebih besar dari laju intersepsi, maka terjadi infiltrasi.
  3. Laju infiltrasi awal tersebut dipengaruhi oleh kandungan air tanah awal (ASM = anticedent soil moisture), porositas tanah total (TP), kandungan air tanah pada kapasitas lapang (FP), laju infiltrasi pada saat konstan (FC), laju infiltrasi maksimum (FC+A), dan kedalaman zona kontrol infiltrasi (DF). Laju infiltrasi akan menurun secara eksponensial dengan bertambahnya kelembaban tanah.
  4. Jika hujan terus berlanjut, maka laju hujan menjadi lebih besar dari laju infiltrasi dan intersepsi. Pada kondisi ini air mulai mengumpul dipermukaan tanah dalam depresi mikro (retention storage) yang dipengaruhi oleh kekasaran permukaan tanah, yaitu RC dan HU.
  5. Jika retensi permukaan melebihi kapasitas depresi mikro, maka akan terjadi limpasan permukaan, di mana besarnya limpasan permukaan tersebut dipengaruhi oleh kekasaran permukaan (N), kelerengan dan arah aliran.
  6. Bila hujan terus berlanjut, maka akan tercapai laju infiltrasi konstan (FC).
  7. Pada saat hujan reda, proses infiltrasi masih terus berlangsung sampai simpanan depresi sudah tidak tersedia lagi.
Parameter Keluaran Model ANSWERS
Keluaran model berupa hasil prediksi, yaitu : ketebalan aliran permukaan, debit puncak, waktu puncak, rata-rata kehilangan tanah, laju erosi maksimum tiap elemen, laju deposisi maksimum tiap elemen dan pengurangan jumlah sedimen akibat tindakan konservasi tanah.
Model ANSWERS juga menampilkan grafik yang berisi hyetograf hujan terpilih, hidrograf aliran permukaan, dan sedimentasi. Dari setiap kajadian hujan dapat dianalisis debit puncak dan waktu puncak. Debit puncak adalah nilai puncak (tertinggi) dari suatu hidrograf aliran, dan waktu puncak adalah selang waktu mulai dari awal terjadinya aliran permukaan sampai terjadinya debit puncak (Beasley and Huggin 1991).
Asumsi yang digunakan untuk memprediksi erosi dengan model ini adalah :
  1. erosi tidak terjadi di lapisan bawah permukaan;
  2. sedimen dari suatu elemen ke elemen lain akan meningkatkan lapisan permukaan elemen tempat pengendapan;
  3. pada segmen saluran tidak terjadi erosi akibat hempasan butir hujan (Beasley and Huggin 1991).
Penghancuran dan pengangkutan partikel tanah disebabkan oleh pukulan butir hujan (DTR) dan energi limpasan permukaan. Jumlah partikel tanah yang dapat dipindahkan tergantung dari besarnya sedimen yang dihasilkan dan kapasitas transpornya (TC). Air limpasan dan sedimen yang dapat mencapai elemen yang memiliki saluran, akan bergerak menuju outlet DAS, di mana sedimentasi yang terjadi dalam saluran akan terjadi ketika besarnya kapasitas transpor telah terlewati (de Roo 1993).
Kelebihan dan Kelemahan Model ANSWERS
Beasley dan Huggins (1991) menyebutkan bahwa model ANSWERS dapat digunakan untuk DAS yang luasnya kurang dari 10.0000 ha. Kelebihan dan model ANSWERS adalah : a) analisis parameter distribusi yang dipergunakan dapat memberikan hasil simulasi yang akurat terhadap sifat daerah tangkapan; b) dapat mensimulasi secara bersamaan dari berbagai kondisi dalam DAS; c) memberikan keluaran berupa limpasan dan sedimen dari suatu DAS yang dianalisis.
Beasley dan Huggins (1991), mengemukakan bahwa model ANSWERS sebagai sebuah model hidrologi mempunyai kelebihan, antara lain :
  1. Dapat mendeteksi sumber-sumber erosi di dalam DAS serta memiliki kemampuan sebagai alat untuk strategi perencanaan dan evaluasi kegiatan RLKT DAS.
  2. Dapat mengetahui tanggapan DAS terhadap mekanisme pengangkutan sedimen ke jaringan aliran yang ditimbulkan oleh kejadian hujan
  3. Sebagai suatu paket program komputer yang ditulis dalam bahasafortran, mempunyai kemampuan untuk melakukan simulasi hujan-limpasan dari berbagai perubahan kondisi penggunaan lahan dalam DAS.
  4. Untuk melakukan inputing data base (topografi, tanah, penggunaan lahan, sistem saluran) ke dalam model dapat diintegrasikan dengan data dari remote sensing maupun SIG.
  5. Adanya variasi pemilihan parameterinput danoutput dari model disesuaikan dengan kebutuhan pengguna.
  6. Sesuai untuk diterapkan pada lahan pertanian, hutan, maupun perkotaan.
  7. Satuan pengukuran dapat berupa metrik ataupun British unit.
  8. Dapat diterapkan pada DAS dengan ukuran lebih kecil dari 10.000 ha.
Sedangkan kekurangan nodel ANSWERS antara lain :
  1. Semakin kompleks, terutama pada data perlukan dan waktu penghitungan, dimana besarnya tergantung dari berbagai faktor, seperti luas DAS dan jumlah grid.
  2. Model terdistribusi relatif masih bari dibanding lumped parameter, sehingga masih perlu pengembangan dan penyesuaian.
  3. Karena hanya untuk tiap kejadian hujan (individual event), maka model ini tidak memiliki sub model untuk evapotranspirasi.
  4. Erosi dari saluran belum diperhitungkan ke dalam model.
  5. Batas grid kemugkinan tidak menggambarkan batas yang sebenarnya.
  6. Untuk sebuah grid dalam kenyataan dapat lebih besar dari luas sub-sub DAS.
Aplikasi Model ANSWERS
Hipotesis yang dikembangkan dalam model ini adalah bahwa setiap bagian dalam DAS terjadi hubungan antara laju aliran dan parameter-parameter hidrologi, serta tipe tanah, topografi, infiltrasi, penggunaan lahan dan sifat hujan. Laju aliran yang terjadi dapat digunakan untuk mengkaji hubungan antara komponen hidrologi yang menjadi dasar dalam pemodelan fenomena transport, seperti erosi tanah dan pengangkutan serta pergerakan bahan kimia tanah.
Model ANSWERS ini telah diaplikasikan penggunaannya pada beberapa DAS di Indonesia melalui beberapa riset, di antaranya :
  1. Irianto (1993) mempelajari model ANSWERS untuk memprediksi erosi dan aliran permukaan pada areal waduk Batujai Nusa Tenggara Timur agar dapat memanfaatkan sumberdaya air dan lahan secara lestari. Kesimpulan: Model ANSWERS cukup informatif dalam menampilkan arah lereng, kelas lereng dan areal penyuplai sedimen. Di samping itu, dapat menampilkan hasil prediksi aliran permukaan per satuan waktu pada tiap elemen. Informasi yang diberikan berupa: hasil sedimen maksimum, hasil sedimen rata-rata, hasil sedimen tiap elemen, total hasil sedimen; dan aliran permukaan dari suatu DAS, sehingga akan meningkatkan akurasi penanganannya.
  2. Rauf (1994) melakukan penelitian di DAS Palu Timur dengan tujuan: a) memprediksi limpasan dan sedimen di DAS Palu Timur dengan menggunakan model ANSWERS; b) menentukan kawasan yang memiliki potensi erosi tinggi melalui simulasi; dan c) mempelajari pengaruh penggunaan lahan terhadap respon hidrologi DAS. Kesimpulan: Penggunaan model ANSWERS dalam analisis respon Hidrologi DAS, dapat diperoleh informasi berupa limpasan dan sedimen rata-rata, pengurangan sedimen akibat tindakan konservasi tanah, serta dapat diidentifikasi daerah pemasok sedimen. Akan tetapi model ini lebih sesuai untuk DAS yang berukuran kecil karena model ini hanya mampu mensimulasi satu liputan penakar hujan.
  3. Rompas (1996) melakukan penelitian di daerah tangkapan Citere, DAS Citarik, Pangalengan, Jawa Barat. Tujuan penelitian adalah memprediksi aliran permukaan dan sedimen dengan model ANSWERS, serta melakukan simulasi dengan model ANSWERS untuk digunakan dalam perencanaan pengelolaan daerah tangkapan Citere pangalengan. Kesimpulan: Uji statistik menunjukkan bahwa aliran permukaan dan sedimen hasil prediksi model ANSWERS tidak berbeda dengan hasil observasi. Model ANSWERS cukup baik digunakan untuk memprediksi aliran permukaan dan sedimen di dalam DAS.
  4. Tikno (1996) melakukan penelitian di DAS Cibarengkok, Cimuntur, Jawa Barat. Tujuan penelitian adalah: a) memprediksi aliran permukaan dan hasil sedimen di DAS Cibarengkok dengan menggunakan model ANSWERS; b) membandingkan hasil prediksi model dengan hasil pengukuran (pengujian model); dan c) aplikasi model untuk perencanaan pengelolaan DAS. Kesimpulan: Model ANSWERS cukup peka terhadap perubahan nilai parameter kekasaran permukaan lahan (N) dalam memprediksi aliran langsung, khususnya pada debit puncak (Qp). Selain itu model ANSWERS juga sangat peka terhadap parameter faktor tanaman dan pengelolaan tanah (C) dalam memprediksi kehilangan tanah (Sy).
  5. Aswandi (1996) melakukan penelitian di DAS Cikapundung, Jawa Barat. Tujuan penelitian ini adalah mengevaluasi dan menentukan perencanaan pengelolaan DAS dengan menggunakan model ANSWERS. Kesimpulan: Perubahan vegetasi (hutan) paling berpengaruh terhadap fluktuasi debit aliran dan penambahan kebun campuran menimbulkan ersoi paling besar dalam DAS.
  6. Ramdan (1999) melakukan penelitian di DTA Cikumutuk DAS Cimanuk Hulu. Tujuan penelitian ini adalah: a) memprediksi besarnya erosi dan aliran permukaan yang terjadi di DAS Cimanuk menggunakan model ANSWERS; dan b) menentukan alternatif penggunaan lahan yang dapat mengendalikan erosi dan aliran permukaan yang terjadi di DAS Cimanuk. Hasil simulasi model ANSWERS menunjukkan bahwa penggunaan lahan yang seluruhnya berupa hutan paling efektif menurunkan erosi, yaitu sebesar 91,8%. Sedangkan penggunaan lahan yang paling besar meningkatkan erosi adalah penggunaan lahan yang seluruhnya berupa tegalan dengan kenaikan erosi mencapai 328% dari erosi pada saat penelitian.
  7. Hidayat (2002) melakukan penelitian di DTA Bodong Jaya dan DAS Way Besay Hulu, Lampung Barat. Penelitian bertujuan untuk memprediksi erosi dan aliran permukaan di DTA Bodong Jaya dan DAS Way Besay Hulu, Lampung Barat dengan menggunakan model ANSWERS dan menentukan alternatif pengelolaan lahan yang efektif mengendalikan erosi dan aliran permukaan di DTA Bodong Jaya dan DAS Way Besay Hulu. Kesimpulan: Model ANSWERS memprediksi erosi dan aliran permukaan secara baik pada curah hujan dengan jumlah dan intensitas yang cukup tinggi. Pada curah hujan yang rendah, hasil prediksi model mengalami deviasi yang cukup besar, walaupun secara keseluruhan hasil prediksi model tersebut tidak berbeda nyata dengan hasil pengukuran.
  8. Utami (2002) melakukan penelitian di DAS Padas. Tujuan penelitian ini adalah: a) memprediksi aliran permukaan dan eosi menggunakan model ANSWERS; dan 2) mengkaji pengaruh teknik RLKT terhadap hidrologi DAS Padas. Kesimpulan: Parameter hidrologi-erosi hasil pengukuran dan keluaran model ANSWERS tidak berbeda nyata dengan nilai koefisien korelasi yang cukup tinggi. Dengan demikian model ANSWERS cukup baik untuk memprediksi erosi tanah rata-rata, jumlah aliran permukaan, dan debit puncak aliran permukaan di daerah penelitian.
]]>

Baca Juga :   Pergerakan batuan atau tanah (Masswasting)

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here