Analisis Debit Berdasarkan Model FJ. Mock

Secara umum analisis debit berdasarkan data curah hujan yang sering dilakukan di Indonesia adalah menggunakan metode empiris dari Dr. FJ. Mock (1973) yaitu analisis keseimbangan air untuk menghitung harga debit bulanan berdasarkan tranformasi data curah hujan bulanan, evapotranspirasi, kelembaban tanah dan tampungan air tanah. Metode empiris tersebut digunakan apabila terdapat catatan debit sungai yang hilang.

Prinsip metode Mock menyatakan bahwa hujan yang jatuh pada daerah tangkapan air, sebagian akan hilang akibat evapotranspirasi, sebagian akan langsung menjadi direct runoff dan sebagian lagi akan masuk ke dalam tanah atau terjadi infiltrasi. Infiltrasi ini mula-mula akan menjenuhkan permukaan tanah, kemudian terjadi perkolasi ke air tanah dan akan keluar sebagai base flow . Hal ini terdapat keseimbangan antara air hujan yang jatuh dengan evapotranspirasi, direct runoff dan infiltrasi, dimana infiltrasi ini kemudian berupa soil moisture dan ground water discharge. Aliran dalam sungai adalah jumlah aliran yang langsung di permukaan tanah dan base flow.

Curah hujan rata-rata bulanan di daerah pengaliran sungai dihitung berdasarkan data pengukuran curah hujan dan evapotranspirasi yang sebenarnya dari data meteorology dengan menggunakan metode Penman dan karakteristik vegetasi. Perbedaan antara curah hujan dan evapotranspirasi mengakibatkan limpasan air hujan langsung (direct runoff), aliran dasar/air tanah dan limpasan air hujan lebat (storm runoff).

Data dan asumsi yang diperlukan untuk perhitungan metode Mock adalah sebagai berikut:

1.      Data Curah Hujan

 Data curah hujan yang digunakan adalah curah hujan 10 harian. Stasiun curah hujan yang dipakai adalah stasiun yang dianggap mewakili kondisi hujan di daerah tersebut.

2.      Evapotranspirasi Terbatas 

 Evapotranspirasi terbatas adalah evapotranspirasi actual dengan mempertimbangkan kondisi vegetasi dan permukaan tanah serta frekuensi curah hujan.

Untuk menghitung evapotranspirasi terbatas diperlukan data:

Ø  Curah hujan 10 harian (P)

Ø  Jumlah hari hujan (n)

Ø  Jumlah permukaan kering 10 harian (d) dihitung dengan asumsi bahwa tanah dalam suatu hari hanya mampu menahan air 12 mm dan selalu menguap sebesar 4 mm.

Ø  Exposed surface (m%) ditaksir berdasarkan peta tata guna lahan atau dengan asumsi:

m = 0% untuk lahan dengan hutan lebat

m = 0% pada akhir musim hujan dan bertambah 10%  setiap bulan kering untuk lahan sekunder.

m = 10% - 40% untuk lahan yang tererosi.

m = 20% - 50% untuk lahan pertanian yang diolah.

Secara matematis evapotranspirasi  dirumuskan  sebagai berikut:

Dengan:

Delta E = Beda antara evapotranspirasi potensial dengan  evapotranspirasi terbatas (mm)

Eactual = Evapotranspirasi terbatas (mm)

Epm     = Evapotranspirasi potensial (mm)

m         = singkapan lahan (Exposed surface)

n          = jumlah hari hujan 

3.      Faktor Karakteristik Hidrologi

Faktor Bukaan Lahan

m = 0% untuk lahan dengan hutan lebat

m = 10 – 40% untuk lahan tererosi

m = 30 – 50% untuk lahan pertanian yang diolah.

Berdasarkan hasil pengamatan di lapangan untuk seluruh  daerah studi yang merupakan daerah lahan pertanian yang diolah dan lahan tererosi  maka dapat diasumsikan untuk faktor m diambil 30%.

4.      Luas Daerah Pengaliran

Semakin besar daerah pengaliran dari suatu aliran  kemungkinan akan semakin besar pula ketersediaan debitnya.

5.      Water Surplus

Water Surplus didefinisikan sebagai curah hujan yang telah mengalami evapotranspirasi dan mengisi soil storage (SS). Water Surplus secara langsung berpengaruh pada infiltrasi / perkolasi dan total run – off yang merupakan  komponen dari debit .

Persamaan Water Surplus (WS) adalah sebagai berikut :

WS = (P – Ea) + SS

Water Surplus adalah air permukaan run – off dan infiltrasi. Soil moisture

storage (SMS) terdiri dari soil moisture capacity (SMC), zona dari infiltrasi, limpasan permukaan dan soil storage.

Besarnya  Soil moisture storage (SMS) untuk masing – masing wilayah tergantung pada jenis tanaman, tutupan lahan (land cover) dan jenis tanah.
Dalam Mock, SMS dihitung sebagai berikut :

SMS = ISMS + (P - Ea)

6.      Kapasitas Kelembaban Tanah (SMC)

Soil Moisture Capacity adalah kapasitas kandungan air pada  lapisan tanah permukaan (surface soil) per m2. Besarnya SMC untuk perhitungan ketersediaan air ini diperkirakan berdasarkan kondisi porositas lapisan tanah permukaan dari DPS. Semakin besar porositas tanah akan semakin besar pula SMC yang ada. Dalam perhitungan ini nilai SMC diambil antara 50 mm sampai dengan 200 mm. 

Persamaan yang digunakan untuk besarnya kapasitas kelembaban tanah adalah:

Dengan:

Eactual         = evapotranspirasi aktual, mm/bulan;

SMS             = simpanan kelembapan tanah, mm/bulan;

ISMS           = kelembaban tanah awal, mm/bulan;

P                  = curah hujan bulanan, mm/bulan;

WS               = kelebihan air, mm/bulan;