siklus hidrologi

Document Sample
siklus hidrologi Powered By Docstoc
					                                                     II. SIKLUS HIDROLOGI



Sasaran Pembelajaran/Kompetensi:
   1. Mahasiswa mengetahui pengertian, ruang lingkup dan peranan Ilmu hidrologi,
   2. Mahasiswa mampu menjelaskan Siklus Hidrologi, dan, Hidrologi di Indonesia


A. Pengertian, ruang lingkup dan peranan Ilmu hidrologi

   Hidrologi adalah cabang ilmu dari ilmu kebumian. Hidrologi merupakan ilmu yang
   penting dalam asesmen, pengembangan, utilisasi dana manajemen summberdaya air
   yang dewasa ini semakin meningkat realisasinya di berbagai level. Indonesia secara
   umum juga mengalami berbagai permasalahan sumberdaya air yang membutuhkan
   analisis hidrologi yang semakin rumit dalam mengatasinya. Hal ini mendorong para
   peneliti bidang Hidrologi untuk semakin intensif dalam mengumpulkan data dan
   informasi dari level global sampai pada tingkat prilaku air di sub-sub daerah aliran
   sungai.
             Pemahaman ilmu hidrologi akan membantu kita dalam menyelesaikan problem
   berupa kekeringan, banjir, perencanaan sumberdaya air seperti dalam disain
   irigasi/bendungan, pengelolaan daerah aliran sungai, degradasi lahan, sedimentasi dan
   problem lain yang terkait dengan kasus keairan.


B. Siklus Hidrologi

   Siklus hidrologi adalah pergerakan air di bumi berupa cair, gas, dan padat baik proses
   di atmosfir, tanah dan badan-badan air yang tidak terputus melalui proses kondensasi,
   presipitasi, evaporasi dan transpirasi. Pemanasan air samudera oleh sinar matahari
   merupakan kunci proses siklus hidrologi tersebut dapat berjalan secara kontinu. Air
   berevaporasi, kemudian jatuh sebagai presipitasi dalam bentuk air, es, atau kabut. Pada
   perjalanan menuju bumi beberapa presipitasi dapat berevaporasi kembali ke atas atau
   langsung jatuh yang kemudian diintersepsi oleh tanaman sebelum mencapai tanah.
   Setelah mencapai tanah, siklus hidrologi terus bergerak secara kontinu dalam tiga cara
   yang berbeda:


                                                                                        6
Gambar 2.1. Siklus Hidrologi (T=transpirasi, E=evaporasi, P=hujan, R=aliran
            permukaan, G=aliran airtanah dan I=infiltrasi). Sumber: Viessman et.al.,
            1989)


1. Evaporasi / transpirasi - Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, di tanaman, dsb.
   kemudian akan menguap ke angkasa (atmosfer) dan kemudian akan menjadi awan.
   Pada keadaan jenuh uap air (awan) itu akan menjadi bintik-bintik air yang
   selanjutnya akan turun (precipitation) dalam bentuk hujan, salju, es.
2. Infiltrasi / Perkolasi ke dalam tanah - Air bergerak ke dalam tanah melalui celah-
   celah dan pori-pori tanah dan batuan menuju muka air tanah. Air dapat bergerak
   akibat aksi kapiler atau air dapat bergerak secara vertikal atau horizontal dibawah
   permukaan tanah hingga air tersebut memasuki kembali sistem air permukaan.
3. Air Permukaan - Air bergerak diatas permukaan tanah dekat dengan aliran utama
   dan danau; makin landai lahan dan makin sedikit pori-pori tanah, maka aliran
   permukaan semakin besar. Aliran permukaan tanah dapat dilihat biasanya pada
   daerah urban. Sungai-sungai bergabung satu sama lain dan membentuk sungai
   utama yang membawa seluruh air permukaan disekitar daerah aliran sungai menuju
   laut.


                                                                                        7
Air permukaan, baik yang mengalir maupun yang tergenang (danau, waduk, rawa), dan
sebagian air bawah permukaan akan terkumpul dan mengalir membentuk sungai dan
berakhir ke laut. Proses perjalanan air di daratan itu terjadi dalam komponen-
komponen siklus hidrologi yang membentuk sisten Daerah Aliran Sungai
(DAS).Jumlah air di bumi secara keseluruhan relatif tetap, yang berubah adalah wujud
dan tempatnya.




Gambar 2. Kesetimbangan dan pergerakan air secara hidrologis. (Sumber: Viessman
            et.al., 1989).


Secara umum bagan alir distribusi air hujan dalam proses hidrologi dapat dilihat pada
Gambar 3 yang disajikan sebagai bentuk transformasi hyetograph menjadi streamflow
hydrograph melalui berbagai proses di bumi dan di atmosfir.




                                                                                   8
             Gambar 3. Distribusi input presipitasi dalam siklus hidrologi


Siklus Karbon (C)
Diagram dari siklus karbon. Angka dengan warna hitam menyatakan berapa banyak
karbon tersimpan dalam berbagai reservoir, dalam milyar ton ("GtC" berarti Giga Ton
Karbon). Angka dengan warna biru menyatakan berapa banyak karbon berpindah antar
reservoir setiap tahun. Sedimen, sebagaimana yang diberikan dalam diagram, tidak
termasuk ~70 juta GtC batuan karbonat dan kerogen
Bagian terbesar dari karbon yang berada di atmosfer Bumi adalah gas karbon dioksida
(CO2). Meskipun jumlah gas ini merupakan bagian yang sangat kecil dari seluruh gas
yang ada di atmosfer (hanya sekitar 0,04% dalam basis molar, meskipun sedang
mengalami kenaikan), namun ia memiliki peran yang penting dalam menyokong
kehidupan. Gas-gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalah metan dan
kloroflorokarbon atau CFC (CFC ini merupakan gas artifisial atau buatan). Gas-gas
tersebut adalah gas rumah kaca yang konsentrasinya di atmosfer telah bertambah dalam
dekade terakhir ini, dan berperan dalam pemanasan global.



                                                                                  9
                  Gambar 4. Siklus Karbon di Bumi dan di Atmosfir


Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara:
   1. Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesa untuk mengubah
       karbon dioksida menjadi karbohidrat, dan melepaskan oksigen ke atmosfer.
       Proses ini akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan tumbuhan
       yang baru saja tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan yang
       cepat.
   2. Pada permukaan laut ke arah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan CO2 akan
       lebih mudah larut. Selanjutnya CO2 yang larut tersebut akan terbawa oleh
       sirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih berat
       ke kedalaman laut atau interior laut (lihat bagian solubility pump).
   3. Di laut bagian atas (upper ocean), pada daerah dengan produktivitas yang
       tinggi, organisme membentuk jaringan yang mengandung karbon, beberapa
       organisme juga membentuk cangkang karbonat dan bagian-bagian tubuh
       lainnya yang keras. Proses ini akan menyebabkan aliran karbon ke bawah (lihat
       bagian biological pump).
   4. Pelapukan batuan silikat. Tidak seperti dua proses sebelumnya, proses ini tidak
       memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk kembali ke atmosfer.
       Pelapukan batuan karbonat tidak memiliki efek netto terhadap CO2 atmosferik


                                                                                  10
       karena ion bikarbonat yang terbentuk terbawa ke laut dimana selanjutnya
       dipakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang sebaliknya (reverse
       reaction).
Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu:
   1. Melalui pernafasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini merupakan
       reaksi eksotermik dan termasuk juga di dalamnya penguraian glukosa (atau
       molekul organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.
   2. Melalui pembusukan binatang dan tumbuhan. Fungi atau jamur dan bakteri
       mengurai senyawa karbon pada binatang dan tumbuhan yang mati dan
       mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau menjadi
       metana jika tidak tersedia oksigen.
   3. Melalui pembakaran material organik yang mengoksidasi karbon yang
       terkandung menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti asap).
       Pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara, produk dari industri
       perminyakan (petroleum), dan gas alam akan melepaskan karbon yang sudah
       tersimpan selama jutaan tahun di dalam geosfer. Hal inilah yang merupakan
       penyebab utama naiknya jumlah karbon dioksida di atmosfer.
   4. Produksi semen. Salah satu komponennya, yaitu kapur atau gamping atau
       kalsium oksida, dihasilkan dengan cara memanaskan batu kapur atau batu
       gamping yang akan menghasilkan juga karbon dioksida dalam jumlah yang
       banyak.
   5. Di permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut
       dilepas kembali ke atmosfer.
   6. Erupsi vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepaskan gas ke atmosfer.
       Gas-gas tersebut termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang. Jumlah
       karbon dioksida yang dilepas ke atmosfer secara kasar hampir sama dengan
       jumlah karbon dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan silikat;
       Kedua proses kimia ini yang saling berkebalikan ini akan memberikan hasil
       penjumlahan yang sama dengan nol dan tidak berpengaruh terhadap jumlah
       karbon dioksida di atmosfer dalam skala waktu yang kurang dari 100.000
       tahun.




                                                                               11
Karbon di biosfer

Sekitar 1900 gigaton karbon ada di dalam biosfer. Karbon adalah bagian yang penting
dalam kehidupan di Bumi. Ia memiliki peran yang penting dalam struktur, biokimia,
dan nutrisi pada semua sel makhluk hidup. Dan kehidupan memiliki peranan yang
penting dalam siklus karbon:
   1. Autotroph adalah organisme yang menghasilkan senyawa organiknya sendiri
       dengan menggunakan karbon dioksida yang berasal dari udara dan air di sekitar
       tempat mereka hidup. Untuk menghasilkan senyawa organik tersebut mereka
       membutuhkan sumber energi dari luar. Hampir sebagian besar autotroph
       menggunakan radiasi matahari untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut, dan
       proses produksi ini disebut sebagai fotosintesis. Sebagian kecil autotroph
       memanfaatkan sumber energi kimia, dan disebut kemosintesis. Autotroph yang
       terpenting dalam siklus karbon adalah pohon-pohonan di hutan dan daratan dan
       fitoplankton di laut. Fotosintesis memiliki reaksi 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 +
       6O2
   2. Karbon dipindahkan di dalam biosfer sebagai makanan heterotrop pada
       organisme lain atau bagiannya (seperti buah-buahan). Termasuk di dalamnya
       pemanfaatan material organik yang mati (detritus) oleh jamur dan bakteri untuk
       fermentasi atau penguraian.
   3. Sebagian besar karbon meninggalkan biosfer melalui pernafasan atau respirasi.
       Ketika tersedia oksigen, respirasi aerobik terjadi, yang melepaskan karbon
       dioksida ke udara atau air di sekitarnya dengan reaksi C6H12O6 + 6O2 →
       6CO2 + 6H2O. Pada keadaan tanpa oksigen, respirasi anaerobik lah yang
       terjadi, yang melepaskan metan ke lingkungan sekitarnya yang akhirnya
       berpindah ke atmosfer atau hidrosfer.
   4. Pembakaran biomassa (seperti kebakaran hutan, kayu yang digunakan untuk
       tungku penghangat atau kayu bakar, dll.) dapat juga memindahkan karbon ke
       atmosfer dalam jumlah yang banyak.
   5. Karbon juga dapat berpindah dari bisofer ketika bahan organik yang mati
       menyatu dengan geosfer (seperti gambut). Cangkang binatang dari kalsium
       karbonat yang menjadi batu gamping melalui proses sedimentasi.
   6. Sisanya, yaitu siklus karbon di laut dalam, masih dipelajari. Sebagai contoh,
       penemuan terbaru bahwa rumah larvacean mucus (biasa dikenal sebagai


                                                                                  12
       "sinkers") dibuat dalam jumlah besar yang mana mampu membawa banyak
       karbon ke laut dalam seperti yang terdeteksi oleh perangkap sedimen [1].
       Karena ukuran dan kompisisinya, rumah ini jarang terbawa dalam perangkap
       sedimen, sehingga sebagian besar analisis biokimia melakukan kesalahan
       dengan mengabaikannya.
Penyimpanan karbon di biosfer dipengaruhi oleh sejumlah proses dalam skala waktu
yang berbeda: sementara produktivitas primer netto mengikuti siklus harian dan
musiman, karbon dapat disimpan hingga beberapa ratus tahun dalam pohon dan hingga
ribuan tahun dalam tanah. Perubahan jangka panjang pada kolam karbon (misalnya
melalui de- atau afforestation) atau melalui perubahan temperatur yang berhubungan
dengan respirasi tanah) akan secara langsung mempengaruhi pemanasan global

Siklus Biogeokimia

Materi yang menyusun tubuh organisme berasal dari bumf. Materi yang berupa
unsurunsur terdapat dalam senyawa kimia yang merupakan Materi dasar makhluk
hidup dan tak hidup.
Siklus biogeokimia atau siklus organikanorganik adalah siklus unsur atau senyawa
kimia yang mengalir dari komponen abiotik ke biotik dan kembali lagi ke komponen
abiotik. Siklus unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui organisme, tetapi jugs
melibatkan reaksireaksi kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut siklus
biogeokimia.
Siklus-siklus tersebut antara lain: siklus air, siklus oksigen, siklus karbon, siklus
nitrogen, dan siklus sulfur. Di sini hanya akan dibahas 3 macam siklus, yaitu siklus
nitrogen, siklus fosfor, dan siklus karbon.

1. Siklus Nitrogen (N2)

Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara. Nitrogen bebas dapat
ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis
polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan
hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/ petir.
Tumbuhan memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa amonia (NH3), ion nitrit
(N02- ), dan ion nitrat (N03- ).
Beberapa bakteri yang dapat menambat nitrogen terdapat pada akar Legum dan akar
tumbuhan lain, misalnya Marsiella crenata. Selain itu, terdapat bakteri dalam tanah


                                                                                  13
yang dapat mengikat nitrogen secara langsung, yakni Azotobacter sp. yang bersifat
aerob dan Clostridium sp. yang bersifat anaerob. Nostoc sp. dan Anabaena sp.
(ganggang biru) juga mampu menambat nitrogen.
Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia. Amonia diperoleh dari hasil
penguraian jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri
nitrit, yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang akan
diserap oleh akar tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah
menjadi amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke
udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam ekosistem. Lihat Gambar.




     Gambar 5. Siklus Nitrogen di Alam (Koottatep, Polprasert & Oanh, 2000)

2. Siklus Fosfor

Di alam, fosfor terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfat organik (pada
tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah).
Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh dekomposer
(pengurai) menjadi fosfat anorganik. Fosfat anorganik yang terlarut di air tanah atau air
laut akan terkikis dan mengendap di sedimen laut. Oleh karena itu, fosfat banyak
terdapat di batu karang dan fosil. Fosfat dari batu dan fosil terkikis dan membentuk
fosfat anorganik terlarut di air tanah dan laut. Fosfat anorganik ini kemudian akan
diserap oleh akar tumbuhan lagi. Siklus ini berulang terus menerus. Lihat Gambar



                                                                                      14
                          Gambar 6. Siklus Fosfor di Alam

3. Siklus Karbon dan Oksigen

Di atmosfer terdapat kandungan COZ sebanyak 0.03%. Sumber-sumber COZ di udara
berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi vulkanik, pembakaran batubara, dan
asap pabrik. Karbon dioksida di udara dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk
berfotosintesis dan menghasilkan oksigen yang nantinya akan digunakan oleh manusia
dan hewan untuk berespirasi. Hewan dan tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama
akan membentuk batubara di dalam tanah. Batubara akan dimanfaatkan lagi sebagai
bahan bakar yang juga menambah kadar C02 di udara.
Di ekosistem air, pertukaran C02 dengan atmosfer berjalan secara tidak langsung.
Karbon dioksida berikatan dengan air membentuk asam karbonat yang akan terurai
menjadi ion bikarbonat. Bikarbonat adalah sumber karbon bagi alga yang
memproduksi makanan untuk diri mereka sendiri dan organisme heterotrof lain.
Sebaliknya, saat organisme air berespirasi, COz yang mereka keluarkan menjadi
bikarbonat. Jumlah bikarbonat dalam air adalah seimbang dengan jumlah C02 di air.




                                                                                    15
                     Gambar 7. Siklus Karbon dan Oksigen di Alam



Kesetimbangan Air Regional

Konsep kesetimbangan air juga dapat dinyatakan secara regional atau dalam suatu
kawasan seperti pada suatu daerah tangkapan hujan (catchment area) atau pada suatu
daerah pengaliran sungai (DAS atau Sub-DAS).
Kesetimbangan air dapat diklasifikasikan berdasarkan posisinya dalam bumi menjadi:
   i.   Kesetimbangan air di atas permukaan tanah,
        Kesetimbangan air di atas permukaan tanah dapat dinyatakan dengan
        persamaan:
                              P + R1 – R2 + Rg – Es –Ts – I = Ss
 ii.    Kesetimbangan air di bawah permukaan tanah
        Kesetimbangan air di bawah permukaan tanah dapat dinyatakan dengan
        persamaan:
                              I + G1 – G2 – Rg – Eg – Tg = Sg

 iii.   Kesetimbangan     total   adalah    merupaka     kombinasi     dari   persamaan
        kesetimbangan air di atas permukaan dan di bawah permukaan tanah yang
        dinyatakan dengan persamaan:.
              P – (R2 –R1) – (Es + Eg) – (Ts + Tg) – (G2 – G1) = (Ss + Sg).


Kesetimbangan regional air tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.



                                                                                    16
                            Gambar 8. Siklus Hidrologi Regional



C. Hidrologi di Indonesia

    Indonesia dalam mengimplemetasikan konsep keairan telah menuangkan dalam
    bentuk perundangan berupa UNDANG-UNDANG REPUBLIK INDONESIA
    NOMOR 7 TAHUN 2004 yang memuat konsep dasar keairan berupa definisi-definisi:
      1. Air adalah semua air yang terdapat pada, diatas, ataupun dibawah permukaan
          tanah, termasuk dalam pengertian ini air permukaan, air tanah, air hujan, dan air
          laut yang berada di darat.
      2. Air permukaan adalah semua air yang terdapat pada permukaan tanah.
      3. Air tanah adalah air yang terdapat dalam lapisan tanah atau batuan di bawah
          permukaan tanah.
      4. Sumber air adalah tempat atau wadah air alami dan/atau buatan yang terdapat
          pada, di atas, atau pun di bawah permukaan tanah
      5. Wilayah sungai adalah kesatuan wilayah pengelolaan sumber daya air dalam
          satu atau lebih daerah aliran sungai dan/atau pulau-pulau kecil yang luasnya
          kurang dari atau sama dengan 2.000 km2.




                                                                                        17
  6. Daerah aliran sungai (DAS) adalah suatu wilayah daratan yang merupakan satu
      kesatuan dengan sungai dan anak-anak sungainya, yang berfungsi menampung,
      menyimpan, dan mengalirkan air yang berasal dari curah hujan ke danau atau
      ke laut secara alami, yang batas di darat merupakan pemisah topografis dan
      batas di laut sampai dengan daerah perairan yang masih terpengaruh aktivitas
      daratan.
  7. Cekungan air tanah adalah suatu wilayah yang dibatasi oleh batas
      hidrogeologis,       tempat   semua   kejadian   hidrogeologis   seperti   proses
      pengimbuhan, pengaliran, dan pelepasan air tanah berlangsung.

Permasalahan sumberdaya air di Indonesia masih bertumpu pada aspek kuantitatif
seperti kejadian banjir dan kekeringan. Dimana air terlalu banyak pada musim hujan
dan terlalu sedikit pada musim kemarau. Distribusi ketersediaan air sepanjang waktu
sangat ditentukan oleh distribusi hujan sepanjang tahun dan ketersediaan sarana
penampungan air untuk mencegah kekurangan air pada musim kemarau.

Disamping persoalan kuantitas, kualitas air juga menjadi permasalahan di Indonesia
dimana kualitas air permukaan sudah sangat kotor, misalnya air di Sungai Citarum
yang berbau dan berwarna hitam.

Permasalahan sumber daya air ini dapat diselsesaikan dengan pemahaman yang
komprehensif     tentang    hidrologi   wilayah/regional   pada   masing-masin   DAS.
Pemahaman yang baik dapat mengatur ketersediaan air dalam jumlah dan waktu yang
cukup serta kualitas yang sesuai peruntukannya.

Bentruk transformasi hujan aliran dan simpanan air di wilayah sangat ditentukan oleh
kondisi bentang alam yang terdapat di wilayah jatuhnya hujan. Komposisi aliran
permukaan dan tampungan air secara kuantitatif dapat dilihat pada Gambar 9.




                                                                                    18
    Gambar 9. Aliran permukaan dari dari curah hujan dan aliran mantap (air yang
              tertampung di waduk, danau dan sungai) di pulau-pulau besar di
              Indonesia (Kodoatie dan Suripin, 2000)


   Sebaran kebutuhan dan ketersediaan air di Indonesia cukup bervariasi dimana pulau
   seperti Jawa, NTB dan Bali memiliki defisit air bila ditinjau dari aspek kebutuhan
   domestik dan pertanian. Sementara pulau lainnya masih cenderung cukup dalam artian
   ketersediaan aliran mantap. Meskipun demikian, kekurangan air di pulau-pulau
   tersebut berpeluang terjadi pada periode waktu tertentu.




   Gambar 10. Ketersediaan dan kebutuhan air secara umum di pulau-pulau besar di
              Indonesia (Kodoatie dan Suripin, 2000).
SOAL LATIHAN

                                                                                  19
    1. Apa yang dimaksud dengan:
             a. Hidrologi
             b. Presipitasi

    2. Jelaskan peranan hidrologi dalam pemecahan permasalahan sumberdaya air yang
       ada di Indonesia

    3. Gambarkan siklus hidrologi dan jelaskan komponen-komponen penyusunnya

    4. Diskusikan ketersediaan dan kebutuhan air di Indonesia



DAFTAR PUSTAKA

Chow, VT., Maidment, DR., and Mays, LW. 1988. Applied Hydrology. McGraw-Hills.
        New York.

Kodoatie, RJ dan Sjarief, R. 2008. Pengelolaan Sumber Daya Air Terpadu. Penerbit Andi.
          Yogyakarta.

Linsley RK., Kohler, MA., and Paulhus, JLH. 1982. Hydrology for Engineers. McGraw-
         Hills. New York.

Viessman, W., Lewis, GL., and Knapp, JW. 1989. Introduction to Hydrology. Harper
         Collins Pub. New York.




                                                                                   20

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Tags: siklus
Stats:
views:0
posted:5/15/2013
language:
pages:15
Description: siklus hidro