DOI: https://doi.org/10.14710/mkts.v23i2.15983
Penerapan Zero Runoff System (ZROS) dan Efektivitas Penurunan Limpasan Permukaan pada Lahan Miring di DAS Cidanau, Banten
* Yanuar Chandra Wirasembada, Budi Indra Setiawan, Satyanto Krido Saptomo Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor
*) yanuarchandraw@apps.ipb.ac.id
Received: 15 September 2017 Revised: 25 Oktober 2017 Accepted: 3 November 2017

## Abstract
Runoff  is  one  of  flood  and  erosion  causal  factor  in  Indonesia.  Runoff  occurred  when  rainfall  cannot  be infiltrated  and  flowed  on  the  ground  surface.  Cidanau  watershed  has  quite  high  rainfall  average  (2573 mm/year) so it has high runoff potential. Zero Runoff System (ZROS) is one of water conservation way which can  infiltrate  runoff  to  the  ground  using  permeation  structures.  ZROS’s  successful  parameter  in  order  to decreasing  runoff  rate  can  be  observed  by  the  soil  water  content  differences  before  and  after  ZROS application.  Soil  water  content  estimation  was  conducted by  water  balance  model  with and  without  runoff and then it is compared with soil water content from measuring. The simulation results  indicated that soil water content in the research field before and after ZROS application is 0.476 and 0.569 m 3 /m 3 respectively. The  simulation  is  also  conducted  for  past  10  years  (2004-2013)  and  resulted  higher  soil  water  content  if ZROS were applied. This results indicates that ZROS capable to decrease and permeate runoff to the ground and then increase soil water content level. Water balance model with and without runoff has coefficient of determination (R 2 ) 0.606. It means that this model could simulate the soil water content differences before and after ZROS application valid relatively.
Keywords: Permeation structure, runoff, soil water content, water balance model, zero runoff system

## Abstrak
Limpasan  permukaan  (runoff)  merupakan  salah  satu  penyebab  terjadinya  banjir  dan  erosi  di  Indonesia. Salah  satu  Daerah  Aliran  Sungai  (DAS)  yang  mempunyai  peran  penting  di  Provinsi  Banten  adalah  DAS Cidanau.  DAS  Cidanau  memiliki  curah  hujan  tahunan  rata-rata  cukup  tinggi  (2573  mm/tahun)  sehingga memiliki  potensi  runoff  yang  tinggi.  Zero  Runoff  System  (ZROS)  merupakan  upaya  konservasi  air  dengan cara meresapkan runoff ke dalam tanah menggunakan bangunan peresapan. Parameter keberhasilan ZROS dalam  mengurangi  runoff  berupa  perbedaan  kadar  air  tanah  sebelum  dan  sesudah  penerapan  ZROS. Estimasi  kadar  air  tanah  dilakukan  menggunakan  model  kesetimbangan  air  dengan  dan  tanpa  runoff kemudian dibandingkan dengan data kadar air tanah hasil pengukuran. Penelitian ini dilakukan pada bulan November 2013 sampai dengan  Mei 2014. Pada penelitian ini, lahan yang digunakan berupa kebun seluas 8472 m 2 . Rorak dibangun sebanyak 12 buah dan diletakkan di sepanjang jalur limpasan permukaan. Hasil simulasi  kadar  air  tanah  di  lokasi  penelitian  sebelum  dan sesudah  penerapan  ZROS berturut-turut  sebesar 0,476  dan  0,569  m 3 /m 3 .  Simulasi  juga  dilakukan  selama  10  tahun  terakhir  (2004-2013)  dan  menghasilkan kadar  air  tanah  yang  lebih  tinggi  apabila  ZROS  diterapkan.  Hasil  tersebut  mengindikasikan  bahwa  ZROS mampu  mengurangi  dan  meresapkan  runoff  ke  dalam  tanah  sehingga  menaikkan  kadar  air  tanah.  Model kesetimbangan air dengan dan tanpa runoff ini mempunyai nilai tingkat kepercayaan (R 2 ) yang cukup tinggi, yaitu sebesar ,.606 sehingga kinerja simulasi relatif valid dalam mensimulasikan perubahan kadar air tanah sebelum dan sesudah diterapkan ZROS.
Kata  kunci:  Bangunan  peresapan,  kadar  air  tanah,  model  kesetimbangan  air,  runoff,  zero  runoff system

## Pendahuluan
Limpasan permukaan ( runoff ) merupakan sebagian dari  air  hujan  yang  mengalir  di  atas  permukaan tanah  menuju  sungai,  danau  atau  laut. Runoff terjadi apabila tanah tidak mampu lagi menginfiltrasikan  air  di  permukaan  tanah  karena tanah  sudah  dalam  keadaan  jenuh. Runoff juga dapat  terjadi  apabila  hujan  jatuh  di  permukaan yang  bersifat impermeable seperti  beton,  aspal, keramik,  dan  lain-lain.  Peristiwa  banjir  dan  erosi yang  sering  melanda  beberapa  wilayah  di Indonesia  merupakan  dampak  dari runoff yang tidak dapat ditangani dengan baik.
Indonesia sebagai negara beriklim tropis mempunyai  curah  hujan  yang  tinggi.  Salah  satu daerah yang mempunyai curah hujan tinggi adalah Daerah  Aliran  Sungai  (DAS)  Cidanau.  DAS Cidanau  terletak  membentang  dari  Kabupaten Pandeglang  sampai  Kabupaten  Serang,  Provinsi Banten.  Rata-rata  curah  hujan  di  DAS  Cidanau selama 10 tahun terakhir (2004-2013) sebesar 2573 mm/tahun.  Hal  tersebut  berdampak  positif  berupa ketersediaan  air  yang  sangat  melimpah.  Namun, curah  hujan  yang  tinggi  juga  memiliki  dampak negatif berupa tingginya aliran permukaan.
Secara  tidak  langsung, runoff juga  mempunyai pengaruh terhadap kualitas air sungai. Daerah yang memiliki runoff yang tinggi umumnya mempunyai kualitas  air  sungai  yang  buruk.  Parameter  kualitas air  yang  berpengaruh  terhadap  besarnya runoff adalah kekeruhan atau turbiditas. Runoff merupakan  salah  satu  penyebab  utama  sungai- sungai di Indonesia mempunyai tingkat kekeruhan yang  tinggi,  termasuk  Sungai  Cidanau.  Data  PT. Krakatau  Tirta  Industri  tahun  2012  menunjukkan bahwa  tingkat  kekeruhan  Sungai  Cidanau  berada pada  level  500  NTU.  Apabila  tidak  ada  tindakan pencegahan, tingkat kekeruhan akan terus meningkat  dan  melebihi  baku  mutu  yang ditetapkan pemerintah, yaitu 600 NTU.
Sungai  Cidanau  juga  mempunyai  peran  yang sangat  vital  bagi  ketersediaan  air  di  hilir  DAS. Wilayah  hilir  DAS  Cidanau  berupa  pemukiman dan  kawasan  industri  di  Kota  Cilegon  serta sebagian  wilayah  Kabupaten  Serang.  Oleh  karena itu,  diperlukan  tindakan  pencegahan untuk mencegah  kemungkinan  terjadi  kerusakan  lahan dan pencemaran Sungai Cidanau yang lebih parah.
Berdasarkan  permasalahan  yang  terjadi  di  DAS Cidanau, maka dilakukan penelitian untuk menekan laju runoff yang tinggi dengan menerapkan  konsep zero  runoff  system (ZROS). Konsep ini  menganalisis dan mendesain bangunan hidrolika  yang  mudah,  murah  dan  ramah
lingkungan untuk mengurangi limpasan permukaan dan mengkonversinya menjadi cadangan  air  tanah.  Implikasi  dari  reduksi runoff ini  yaitu  penurunan  laju  erosi  dan  peningkatan cadangan  air  tanah  untuk  berbagai  keperluan, khususnya di bidang pertanian. Masalah yang akan dikaji  dalam  penelitian  ini  adalah:  apakah  dengan diterapkannya zero  runoff  system (ZROS)  dapat menurunkan limpasan permukaan secara signifikan dan  sejauh  mana  ZROS  dapat  meningkatkan cadangan  air  tanah  di  lokasi  kajian.  Sedangkan penelitian  ini  bertujuan  untuk  menduga  besaran runoff yang terjadi di lokasi penelitian, mengevaluasi  efektifitas  konsep  ZROS,  dan mengidentifikasi  dan  validasi  hubungan  curah hujan  dengan  cadangan  air  tanah  di  lokasi penelitian menggunakan Zorro Model.

## Pendugaan limpasan permukaan di lapangan
Penentuan  besar  aliran  permukaan  di  lokasi penelitian menggunakan metode Soil Conservation Service  Curve  Number (SCS-CN).  Metode  ini dikembangkan  oleh United  States  Department  of Agriculture (USDA)  pada  tahun  1973  dan  masih terus  dikembangkan  hingga  saat  ini.  Metode  ini sudah digunakan oleh beberapa peneliti (Steenhuis et  al., 1995;  Reshma et  al., 2010; Tejaswini et  al., 2011;  Luxon  &  Pius  2013)  tidak hanya di Amerika Serikat tetapi juga di negara lain karena memberikan hasil yang valid dan konsisten (Kumar & Rishi 2013).
Pada  metode  SCS,  RO  dianggap  0  apabila  curah hujan  (P)  0,2S.  Variabel  S  adalah  perbedaan kondisi  tanah  dan  tutupan  lahan  terhadap  nilai curve  number (CN).  Jika  curah  hujan  >  20%  dari S,  RO  dihitung  menggunakan  persamaan  1  dan Persamaan 2 (USDA 1986).
4 , 25 10 1000          CN S (1)
  2 8 , 0 2 . 0
S P
S P
RO   
(2)
Dimana  RO  =  aliran  permukaan  (mm),  P  =  curah hujan  (mm),  S  =  kondisi  tanah  tutupan  lahan terhadap CN dan CN = curve number.
Angka CN merupakan angka yang menggambarkan  potensi  terjadinya runoff pada beberapa  jenis  tutupan  lahan  tertentu.  Nilai  CN bervariasi  dari  0  sampai  100.  Untuk  kondisi hidrologi  tanah,  USDA  (1986)  mengelompokkan beberapa  tekstur  tanah  ke  dalam  empat  jenis kondisi  hidrologi  tanah  berdasarkan  laju  infiltrasi minimum.

## Sistem penampungan dan peresapan air hujan
Konservasi air bertitik pusat pada pemanfaatan air hujan  seefisien  mungkin  sehingga  tidak  terjadi banjir  pada  musim  hujan  dan  terdapat  cukup  air pada  musim  kemarau.  Pemanfaatan  air  hujan  ini erat  kaitannya  dengan  produksi  lahan  pertanian, terutama  pada  musim  kemarau.  Air  hujan  yang ditampung  dan  diresapkan  ke  dalam  tanah  akan menambah  kelembapan  tanah  sehingga  dapat meningkatkan cadangan air tanah untuk tanaman.
Penelitian  ini  berupaya  melakukan  konservasi  air dengan cara meningkatkan cadangan air pada zona perakaran  tanaman  melalui  pengendalian  aliran permukaan ( runoff ) dengan cara pemanenan  hujan ( rainfall  harvesting )  menggunakan  bangunan resapan  berupa  rorak  dan  saluran  pengumpul. Upaya  ini  merupakan  cara  yang  paling  mudah untuk  mengkonservasi  air.  Beberapa  penelitian yang  sudah  dilakukan  di  beberapa  negara  (Oni et al., 2008  ;  Kumar et  al., 2011;  Afolayan et  al.,
2012; Otti & Ezenwaji 2013; Yeasmin & Rahman, 2013) menyebutkan bahwa konservasi air memanfaatkan  air  hujan  sangat  efektif  dan  efisien baik di musim hujan maupun di musim kemarau.
Rorak  adalah  tempat  untuk  menampung  dan meresapkan air  yang dibuat di bidang olah atau di saluran  peresapan  untuk  memperbesar  resapan  air ke  dalam  tanah  dan  menampung  tanah  tererosi (Surdianto,  2012).  Faktor  terpenting  apabila  ingin membuat  rorak  yaitu  air  hanya  boleh  tergenang beberapa saat. Umumnya, rorak berukuran panjang 50-100  cm,  lebar  25-50  cm  dan  kedalaman  25-50 cm. Rorak dapat disesuaikan dengan kondisi lahan dan curah hujan setempat.
Pada  penelitian  ini,  dimensi  rorak  disesuaikan dengan  potensi  aliran  permukaan  di  lapangan. Aliran  permukaan  di  lokasi  penelitian  dihitung dengan  menggunakan  Metode  Rasional,  lihat Persamaan 3 dan Persamaan 4 (Chow et al ., 1988).
3 2 24 24 24        t R I (3) A I C Q . . . 278 . 0  (4)
Dimana Q = debit aliran permukaan (m 3 /dtk), A = luas  daerah  tangkapan  hujan  (km 2 ),  C  =  koefisien limpasan,  I  =  intensitas  curah  hujan  rata-rata (mm/jam), t = durasi curah hujan (jam), R 24 = curah hujan rencana (mm)

## Konsep kesetimbangan air
Proses kesetimbangan air di dalam zona perakaran tanaman  ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Irigasi  ( I )
dan curah hujan ( P ) merupakan air yang masuk ke dalam  zona  perakaran.  Sebagian  ( I )  dan  ( P ) tersebut akan hilang melalui aliran permukaan ( Qr ) dan  perkolasi  ( DP )  yang  secara  bertahap  akan mengisi muka air tanah. Sebagian air tersebut juga akan  bergerak  ke  atas  karena  gaya  kapiler  ( GW ). Evaporasi  yang  terjadi  di  permukaan  tanah  dan tanaman  akan  mengurangi  air  di  zona  perakaran. Kesetimbangan air tanah pada zona perakaran oleh Pereira  dan  Allen  (1999)  dinyatakan  dalam Persamaan 5.
    i i i i i n i r i i i Zr GW DP ETc I Q P 1000 , , 1           (5)
Dimana 𝜃 𝑖 =  kadar  air  tanah  volumetrik  di  zona perakaran  pada  hari  ke-i  (m 3 /m 3 ), 𝜃 𝑖−1 =  kadar  air tanah volumetrik pada hari sebelumnya (m 3 /m 3 ), 𝑃 𝑖 =  curah  hujan  pada  hari  ke-i  (mm), 𝑄 𝑟.𝑖 = runoff pada hari ke-i (mm), 𝐼 𝑛,𝑖 = kedalaman irigasi pada hari  ke-i  (mm), 𝐸𝑇𝑐 𝑖 =  evapotranspirasi  tanaman pada  hari  ke-i  (mm), 𝐷𝑃 𝑖 =  perkolasi  ke  bawah zona  perakaran  pada  hari  ke-i  (mm), 𝐺𝑊 𝑖 = kontribusi pergerakan kapiler dari air bawah tanah pada  hari  ke-i  (mm), 𝑍𝑟 𝑖 =  kedalaman  zona perakaran (m).

## Gambar 1. Skema konsep kesetimbangan air tanah di lapangan
Persamaan 5 menunjukkan bahwa aliran permukaan  ( Qr )  berpengaruh  langsung  terhadap ketersediaan air di dalam tanah. Aliran permukaan juga  menjadi  parameter  yang  paling  dominan dalam  pengaruhnya  terhadap  kesetimbangan  air. Oleh karena itu, untuk mempertahankan agar kadar air  tanah  di  sekitar  perakaran  selalu  berada  pada kisaran  yang  tersedia  bagi  tanaman,  perlu  upaya untuk mengurangi Qr .
Upaya yang dapat dilakukan untuk mengurangi Qr yaitu  dengan  membuat  lubang  resapan  atau  rorak yang disertai saluran pengumpul untuk menghilangkan runoff .  Tidak  ada  irigasi  yang dilakukan  di  lahan  perkebunan  ini.  Apabila  rorak tersebut  diasumsikan  mampu  menahan runoff secara  keseluruhan,  maka  nilai Qr dan GW
menjadi  tidak  ada  (nol)  sehingga  Persamaan  6 menjadi:
  i i i i i i Zr DP ETc P 1000 1        (6)
Penentuan kadar air tanah di lapangan
Kadar  air  tanah  diperlukan  untuk  mengetahui tingkat  keberhasilan  sistem  penampungan  dan peresapan  aliran  permukaan.  Data  kadar  air  tanah di  lapangan  diperlukan  untuk  validasi  antara  hasil simulasi  dengan  hasil  pengukuran  di  lapangan. Oleh  karena  itu,  penentuan  kadar  air  tanah  di lapangan  secara  cepat,  tepat  dan  akurat  sangat diperlukan sebagai syarat keabsahan hasil simulasi.
Untuk  mendapatkan  nilai  kadar  air  tanah  secara cepat, tepat, akurat dan  mudah, digunakan  metode pengukuran  tidak  langsung  dengan  memanfaatkan sifat-sifat  dielektrik  tanah  seperti  konduktivitas, kapasitansi dan impedansi listrik pada suatu media berpori.  Salah  satu  caranya  yaitu  menggunakan tensiometer keramik. Tensiometer keramik pertama  kali  digunakan  untuk  mengukur  kadar  air tanah pada tahun 1932 oleh Gardner (Bowo et al., 2009). Seiring berjalannya waktu, prinsip pengukuran  kadar  air  tanah  memanfaatkan  sifat dielektrik  terus  berkembang.  Salah  satunya  adalah penggunaan sensor kadar air tanah.
Pada  penelitian  ini,  pengukuran  kadar  air  tanah  di lapangan  menggunakan  metode  tidak  langsung. Metode  ini  menggunakan  sensor  dan data  logger untuk menyimpan hasil pengukuran sensor. Sensor yang  digunakan  yaitu  sensor  kelembapan  tanah dengan  nomor  seri  5TE dan  EC-5 dari Decagon . Untuk data  logger ,  jenis  yang  digunakan  yaitu Em50 (Gambar 2).

## Bangunan resapan
Sistem  bangunan  resapan  dibuat  di  sekitar  titik terjadinya  limpasan  permukaan.  Lahan  yang diterapkan  ZROS  berupa  perkebunan  dengan kemiringan  lahan  sebesar  7,5°  atau  13%.  Pada kasus  ini, runoff terjadi  dan  terpusat  pada  jalan setapak  sehingga  pembuatan  rorak  difokuskan  di dekat  jalan  setapak  tersebut.  Tujuan  dibuat  rorak yaitu  menghilangkan runoff di  jalan  setapak tersebut  dan  meresapkan runoff ke  dalam  tanah. Sebelum  dibuat  rorak,  pemetaan  lahan  harus dilakukan  terlebih  dahulu  agar  diketahui  kontur lapangan sehingga arah aliran air dapat diketahui.
Pada zero runoff system , dimensi dan jumlah rorak ditentukan berdasarkan potensi runoff yang terjadi di  lapangan.  Semakin  besar  potensi runoff yang terjadi,  semakin  banyak  jumlah  rorak  yang
dibutuhkan  atau  semakin  besar  dimensi  rorak tersebut.  Penetapan  jumlah  dan  dimensi  rorak menggunakan simulasi pada Microsoft Excel yang dilengkapi dengan Visual Basic Application .
Gambar 2. Jenis instrumen yang digunakan pada penelitian ini (dari kiri ke kanan: Em50, 5TE, dan EC-5)

## Kalibrasi sensor kadar air tanah
Kadar  air  tanah  yang  diukur  oleh  sensor  5TE maupun  EC-5  keluarannya  sudah  dalam  bentuk kadar  air  volumetrik  (cm 3 /cm 3 ).  Namun,  angka tersebut  dianggap  masih  belum  representatif dengan  data  kadar  air  tanah  aktual  di  lapangan. Oleh  karena  itu,  diperlukan  kalibrasi  sensor  agar hasil  pengukuran  sensor  sama  dengan  kadar  air aktual di lapangan.
Kalibrasi sensor dilakukan dengan cara mengambil sampel  tanah  dari  lokasi  penelitian  kemudian dikeringkan  dengan  cara  dijemur  di  bawah  terik matahari.  Tanah  yang  sudah  kering  kemudian dimasukkan  ke  dalam  wadah  berukuran  3-5  liter lalu  diukur  menggunakan  kedua  sensor.  Tanah tersebut  kemudian  dimasukkan  ke  dalam ring sample untuk  selanjutnya  diukur  kadar  airnya dengan menggunakan metode gravimetri.
Perlakuan  tersebut  dilakukan  berulang-ulang dengan  masing-masing  perlakuan  ditambahkan 200  ml  air.  Hasil  kadar  air  tanah  dari  pengukuran sensor dan pengukuran gravimetri kemudian diplot ke  dalam  grafik  sehingga  diperoleh  persamaan kalibrasi menggunakan regresi linear.

## Metode
Penelitian dilakukan di lahan perkebunan warga di Desa  Ciomas,  Kabupaten  Serang,  Provinsi  Banten dengan  luas  8.472  m 2 .  Penelitian  ini  dilaksanakan dari  bulan  November  2013  –  Mei  2014.  Untuk analisis  data  berupa  model  kesetimbangan  air dengan  dan  tanpa zero  runoff  system (ZROS) dilakukan menggunakan perangkat lunak Microsoft  Excel  2007 yang  dilengkapi  dengan Visual  Basic  Application .  Simulasi  dilakukan secara harian dari tahun 2004 sampai dengan 2013 dan  simulasi  selama  periode  penelitian  (1 November  2013  sampai  31  Mei  2014).  Validasi model  dilakukan  dengan  cara  membandingkan kadar  air  tanah  hasil  pengukuran  dengan  hasil simulasi.  Secara  umum,  prosedur  simulasi  ZROS disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram alir model analisis kesetimbangan air dengan dan tanpa aliran permukaan
Data  yang  dikumpulkan  dalam  penelitian  ini meliputi  data  sekunder  dan  data  primer.  Data sekunder  diperoleh  secara  tidak  langsung  berupa catatan  maupun  hasil  penelitian  dari  pihak  lain. Data  sekunder  yang  digunakan  pada  penelitian  ini yaitu data iklim berupa data curah hujan harian dan data  temperatur  selama  10  tahun  terakhir  (2004- 2013).
Data  primer  diperoleh  secara  langsung  melalui pengamatan dan pengukuran langsung di lapangan. Data  primer  yang  digunakan  adalah  data  curah hujan  selama  penelitian,  sifat  fisik  tanah,  laju infiltrasi  lahan  dan  kadar  air  tanah.  Data  curah hujan  harian  selama  penelitian  diperoleh  dengan menggunakan alat penakar curah hujan manual.
Data fisik tanah diperoleh dari analisis laboratorium  dari  beberapa  sampel  tanah  dengan kedalaman  0-75  cm.  Laju  infiltasi  lahan  diperoleh menggunakan mini  disk  infiltrometer. Alat  ini mampu  mengukur  laju  infiltrasi  secara on-site sehingga  tidak  perlu  mengukur  infiltrasi  di laboratorium. Untuk data kadar air tanah, diperoleh
dari  pembacaan  sensor  EC-5  dan  5TE  yang dipasang pada kedalaman 0-25 cm dari permukaan tanah.
Data  curah  hujan  merupakan  data  curah  hujan harian  yang  terukur  dalam  penakar  curah  hujan manual,  sedangkan  evapotranspirasi  merupakan hasil  perhitungan.  Agar  analisis  hasil  simulasi mendekati  kondisi  ideal  dengan  data  hasil pengukuran  di  lapangan  maka  ditambahkan  faktor koreksi untuk parameter hujan a dan evapotranspirasi b maka Persamaan 7 menjadi:
  i i i i i i Zr DP bETc aP 1000 1        (7)
Faktor  koreksi  hujan a dan  evapotranspirasi b diperoleh  dengan  membandingkan  data  hasil simulasi  dengan  data  observasi  pada  waktu  yang sama.  Minimalisasi  terhadap  deviasi  dari  model ( error )  dilakukan  dengan  menggunakan solver pada Microsoft Excel 2007 .
Kalibrasi Mulai Input data iklim dan tanah Baca data P, ETc, Zr dan RO
Kesetimbangan air:
𝜃 𝑖 = 𝜃 𝑖−1 + ሾ𝑃 𝑖 − 𝐸𝑇𝑐 𝑖 − 𝐷𝑃 𝑖 ሿ 1000𝑍𝑟 𝑖 Tanpa RO?
Kesetimbangan air:
𝜃 𝑖 = 𝜃 𝑖−1 + ሾ(𝑃 𝑖 − 𝑅𝑂) − 𝐸𝑇𝑐 𝑖 − 𝐷𝑃 𝑖 ሿ 1000𝑍𝑟 𝑖 Ya
Tidak
Data pengamatan (  i) Parameter P, ETc (a,b) Error < toleransi? Tidak Ya Model: 𝜃 𝑖 = 𝜃 𝑖−1 + ሾ𝑎𝑃 − 𝑏𝐸𝑇𝑐 − 𝐷𝑃ሿ
1000𝑍𝑟 Selesai

## Hasil dan Pembahasan

## Estimasi runoff
Curah  hujan  yang  jatuh  di  lokasi  penelitian  tidak seluruhnya  dapat  terinfiltrasi  ke  dalam  tanah. Sebagian  dari  curah  hujan  tersebut  mengalir  di permukaan  tanah  dalam  bentuk runoff .  Hasil  dari perhitungan  limpasan  permukaan  disajikan  dalam bentuk grafik pada Gambar 4.
Gambar 4 menunjukkan bahwa runoff yang terjadi berkisar  antara  700-1500  mm/tahun.  Angka tersebut  cukup  besar  sehingga  perlu  penangangan agar runoff tersebut  dapat  ditekan.  Rata-rata, 35.26%  dari  curah  hujan  per  tahun  di  lapangan tidak  dapat  dimanfaatkan  dan  menjadi runoff. Angka  tersebut  apabila  ditekan  dan  diresapkan  ke dalam  tanah,  maka  manfaat  yang  diperoleh  akan sangat bermanfaat bagi masyarakat sekitar.

## Gambar 4. Distribusi runoff tahunan yang terjadi dari tahun 2004-2013

## Kalibrasi sensor kadar air tanah
Kalibrasi sensor dilakukan sebelum sensor tersebut digunakan di lapangan. Penentuan kadar air aktual dilakukan  menggunakan  metode  gravimetri  agar diperoleh  nilai  kadar  air  aktual  yang  lebih  akurat. Pada  penelitian  ini,  digunakan ring  sample berdiameter  4,98  cm  dan  tinggi  5,2  cm,  sehingga volume sampel tanah yang bisa ditampung sebesar 101,33 cm 3 . Pengeringan tanah menggunakan oven dilakukan  selama  24  jam  pada  suhu  100°C  di Laboratorium Mekanika Tanah, Departemen Teknik  Sipil  dan  Lingkungan,  Institut  Pertanian Bogor.
Data hasil pengukuran sensor dan kadar air aktual dibandingkan dan diplot pada grafik. Gambar 5 (a) dan  Gambar  5  (b)  berturut-turut  menunjukkan grafik kalibrasi sensor 5TE dan EC-5. Dari gambar tersebut,  terlihat  bahwa  sensor  EC-5  mempunyai nilai  korelasi  R 2 (0,92)  lebih  besar  dibandingkan dengan  sensor  5TE  (0,82).  Hal  ini  disebabkan sensor  EC-5  merupakan  sensor  yang  keluarannya hanya  berupa  kadar  air  tanah,  sedangkan  sensor 5TE  selain  mengukur  kadar  air  tanah  juga
mengukur  suhu  dan  konduktifitas  listrik  tanah. Oleh  karena  itu,  data  kadar  air  tanah  hasil pengukuran  yang  akan  divalidasi  merupakan  data kadar air tanah hasil pengukuran sensor EC-5.

## Pengembangan bangunan resapan
Pada  penelitian  ini,  sistem  penampungan  dan peresapan air hujan yang dibuat adalah rorak yang disertai  saluran  pengumpul.  Beberapa  penelitian sudah  dilakukan  dan  dibeberapa  negara  (Yeasmin &  Rahman  2013)  menyebutkan  bahwa  konservasi air  memanfaatkan  air  hujan  sangat  efektif  dan efisien  baik  di  musim  hujan  maupun  di  musim kemarau.
(a)

## (b)
Gambar 5. Validasi kadar air tanah pengukuran dengan kadar air tanah aktual untuk sensor 5TE (atas) dan EC-5 (bawah)
Dimensi  dan  jumlah  rorak  dibuat  berdasarkan potensi  limpasan  permukaan  yang  terjadi  di lapangan.  Faktor-faktor  yang  perlu  diperhatikan dalam  pembuatan  rorak  dan  saluran  pengumpul antara  lain  nilai  koefisien  rasional C ,  intensitas hujan  maksimum  ( I ),  luas  lahan  berpotensi runoff (A)  dan  laju  infiltrasi  lahan.  Penentuan  nilai koefisien rasional C dihitung menggunakan sistem komposit.  Lokasi  penelitian  memiliki  lima  jenis tutupan  lahan  yang  berbeda  dengan  luas  lahan yang  berbeda  pula.  Dengan  sistem  komposit,  nilai C yang  diperoleh  lebih  akurat  dan  representatif.
Penentuan  nilai C di  lokasi penelitian berdasarkan jenis  dan  luas  tutupan  lahan  disajikan  pada Tabel 1.
0 1000 2000 3000 4000 2 0 0 4
2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7
2 0 0 8 2 0 0 9
2 0 1 0
2 0 1 1
2 0 1 2
2 0 1 3
B esar an (m m ) RO CH R² = 0.82 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 KA Seb en ar n y a KA Hasil Pengukuran R² = 0.92 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.0 0.2 0.4 0.6 KA Seb en ar n y a KA Hasil Pengukuran

## Tabel 1. Penentuan nilai koefisien rasional C di lokasi penelitian
No Jenis tutupan lahan Nilai cn Luas lahan (m 2 ) Persentase  Cn*% 1 Pepohonan diselingi semak belukar 86 2739 32,33% 28 2 Semak belukar 84 1080 12,74% 11 3 Lahan ber- paving block (masjid, madrasah) 98 3035 35,82% 35 4 Lahan terbuka 89 964 11,38% 10 5 Jalan setapak (tanah yang dipadatkan) 89 654 7,72% 7 Total 446 8472 100% 91 Nilai CN yang digunakan : 91
Tabel  1  menggambarkan  kondisi  lokasi  penelitian di  beberapa  titik  mampu  menekan  limpasan permukaan, sedangkan beberapa titik lainnya tidak mampu.  Tutupan  lahan  penyumbang  limpasan permukaan  terbesar  yaitu  lahan  yang  tertutup paving  block dan  jalan  setapak.  Desain  rorak  dan saluran  peresapan  menggunakan  curah  hujan rencana  ( R 24 )  periode  ulang  5  tahun  dengan distribusi  Gumbel.  Distribusi  Gumbel  merupakan distribusi  yang  representatif  dan  mampu  mewakili distribusi  curah  hujan  di  Indonesia.  Beberapa penelitian  menggunakan  distribusi  Gumbel  dalam penentuan  curah  hujan  rencana  di  Indonesia dengan nilai R 24 sebesar 111,08 mm/hari.
Pada perencanaan desain saluran, digunakan durasi hujan  ( t c )  sebesar  2  jam  sehingga  diperoleh  nilai intensitas  hujan  ( I )  sebesar  24,26  mm/jam.  Durasi hujan  2  jam  dipilih  karena  pada  durasi  hujan tersebut,  aliran  permukaan  berada  pada  kondisi maksimum.  Susilowati  dan  Kusumastuti  (2010) dalam  penelitiannya  menyebutkan  bahwa  rata-rata durasi  hujan  di  Indonesia  sebesar  4  jam  dengan curah  hujan  90%  terkonsentrasi  dari  jumlah  hujan selama  24  jam.  Namun,  untuk  keperluan  desain sistem  penampungan  dan  peresapan  air  hujan dipilih  kemungkinan  durasi  hujan  2  jam  untuk memperkecil  resiko  terlampauinya  peluang  terjadi banjir.
Untuk  pendugaan  limpasan  permukaan,  dengan menggunakan  Persamaan  (4)  diperoleh  nilai limpasan permukaan sebesar 0,00064 m 3 /dt. Angka tersebut  sudah  dikurangi  laju  infiltrasi  di  lapang sebesar  2,22  mm/jam  atau  0,00018  m 3 /dt.  Untuk
menghilangkan runoff sebesar  0,00064  m 3 /dt  atau
7,7 mm di lokasi penelitian, dibangun 2 buah rorak utama berdimensi 100 x 100 x 40 cm. Kedua buah rorak  utama  ini  diletakkan  di  hulu  lokasi penelitian.  Kemudian,  untuk  menopang  kinerja rorak  utama,  diperlukan  rorak  tambahan  sebanyak 10  buah  dengan  dimensi  60  x  60  x  40  cm. Rancangan  rorak  dan  saluran  pengumpul  serta realisasi di lapangan disajikan pada Gambar 6 dan Gambar 7.
Rorak  dan  saluran  pengumpul  diletakkan  secara menyebar di lokasi penelitian dan tidak tergantung oleh  jarak  antar  rorak.  Rorak  utama  diletakkan  di bagian  hulu  sedangkan  rorak  tambahan  diletakkan di bagian tengah sampai hilir. Seluruh badan rorak terbuat  dari  tanah  agar  dapat  meresapkan  air  ke dalam tanah. Pada dasar rorak, boleh ditambahkan serasah  agar  dapat  menambah  daya  serap  tanah. Untuk  saluran  pengumpul,  dibuat  searah  kontur dan  menghubungkan  rorak  satu  dengan  rorak lainnya.  Pemetaan  rorak  dan  saluran  pengumpul disajikan pada Gambar 8.

## Model  analisis  kesetimbangan  air  dengan
runoff (sebelum ZROS diterapkan)
Simulasi  ini  merupakan  simulasi  kesetimbangan air  pada  ZROS  sebelum  dibangun  sistem penampungan  dan  peresapan  air  hujan.  Artinya, pada kondisi ini curah hujan yang jatuh tidak dapat dimanfaatkan  dan  terbuang  dalam  bentuk runoff . Nilai kadar air tanah harian selama penelitian pada kedalaman 0-25 cm hasil simulasi disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 9 (a).
Gambar 6. Desain bangunan resapan tiga dimensi dan realisasi di lapangan
Gambar 7. Desain bangunan resapan (rorak dan saluran pengumpul)
Gambar 8. Layout rorak dan saluran pengumpul di lokasi penelitian
(a) (b)
Gambar 9. Hasil simulasi kadar air tanah selama penelitian (a) tanpa ZROS dan (b) dengan ZROS
0 50 100 150 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 01-Nov-13 09-Feb-14 20-May-14 C H (m m ) Kad ar A ir T an ah ( m 3 /m 3 ) CH KA WP FC SC 0 50 100 150 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 01-Nov-13 09-Feb-14 20-May-14
C H (m m ) Kad ar A ir T an ah ( m 3 /m 3 ) CH KA WP FC
SC
Gambar  tersebut  menunjukkan  bahwa  nilai  kadar air tanah hasil simulasi secara grafis menunjukkan pola  yang  serupa  dengan  pola  curah  hujan.  Pada periode  tidak  terjadi  hujan,  kadar  air  tanah menurun  secara  bertahap.  Demikian  pula,  pada saat  terjadi  hujan  maka  kadar  air  tanah  kembali meningkat.  Melalui  simulasi  ini,  kadar  air  tanah dapat  dikontrol  dan  diketahui  secara  harian. Prediksi  kadar  air  tanah  yang  mencapai  batas  titik layu  permanen  juga  dapat  diketahui.  Simulasi  ini sangat  bermanfaat  dan  cocok  untuk  mengetahui perubahan  kadar  air  tanah  khususnya  dibidang pertanian.  Melalui  simulasi  ini  pula,  tindakan preventif  dapat  dilakukan  agar  kondisi  tanah  tetap menyediakan kadar air tanah yang cukup.

## Model  analisis  kesetimbangan  air  tanpa  runoff (setelah ZROS diterapkan)
Simulasi  ini  merupakan  simulasi  kesetimbangan air pada ZROS setelah dibangun sistem penampungan  dan  peresapan  air  hujan.  Artinya, pada  kondisi  ini,  curah  hujan  yang  jatuh  di lapangan diasumsikan seluruhnya dapat diresapkan sehingga runoff menjadi  tidak  ada  atau  nol.  Nilai kadar  air  tanah  harian  pada  kedalaman  0-25  cm hasil  simulasi  disajikan  dalam  bentuk  grafik  pada Gambar 9 (b).
Gambar  tersebut  menunjukkan  bahwa  nilai  kadar air tanah hasil pengukuran dan model secara grafis menunjukkan  pola  curah  hujan.  Perbedaan  yang terlihat yaitu pada simulasi tanpa aliran permukaan, kadar air tanah berada pada level yang cukup.  Hal  tersebut  terlihat  dari  kurva  kadar  air tanah  hampir  seluruhnya  berada  di  atas  kapasitas lapang.  Kondisi  stress  hanya  terjadi  beberapa  hari pada  awal  Desember  2013  dan  pada  awal  Mei 2014  tetapi  kondisi  ini  tidak  sampai  menyentuh
batas  titik  layu  permanen.  Hal  ini  disebabkan runoff yang  terjadi  di  lokasi  penelitian  dapat diresapkan  ke  dalam  tanah  sehingga  dapat menambah  cadangan  air  tanah  pada  musim kemarau.
Pada  tanggal  21  Januari  2014  curah  hujan  yang terjadi sebesar 134 mm/hari sedangkan curah hujan rencana  sebesar  111  mm/hari.  Pada  kondisi  ini, terjadi  kondisi  di  mana  curah  hujan  melampaui curah  hujan  rencana.  Kondisi  ini  mengakibatkan rorak  dan  saluran  pengumpul  tidak  mampu menampung  dan  meresapkan  air  hujan  sehingga terjadi  banjir.  Pada  kondisi  ini,  terjadi runoff sebesar 2,5 mm atau setara dengan 750 m 3 air yang tidak mampu diresapkan oleh rorak.

## Efektifitas ZROS dan validasi model
Efektifitas zero  runoff  system (rorak  dan  saluran pengumpul) dalam mengendalikan aliran permukaan  dapat  dilihat  dari  nilai  kadar  air  tanah di  zona  perakaran  tanaman  dibandingkan  dengan tanpa zero runoff system . Hasil simulasi menunjukkan  bahwa  nilai  kadar  air  tanah  tanpa ZROS  maupun  dengan  ZROS  relatif  tinggi, bahkan diatas nilai kapasitas lapang (Gambar 10).
Untuk kadar air tanah tanpa ZROS, kadar air tanah berkisar antara 0.341-0.557 m 3 /m 3 dengan rata-rata 0.476  m 3 /m 3 .  Sedangkan  untuk  kadar  air  tanah dengan  ZROS,  kadar  air  tanah  berkisar  antara 0.363-0.557 m 3 /m 3 . Kondisi tersebut terjadi karena selama  penelitian  curah  hujan  relatif  tinggi  dan tidak  terjadi  kemarau  yang  berkepanjangan. Namun,  hasil  simulasi  dari  tahun  2004  sampai 2013  menunjukkan  bahwa  kadar  air  tanah  dengan ZROS  relatif  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan tanpa ZROS.
Gambar 10. Kadar air tanah dengan dan tanpa ZROS selama penelitian
0 20 40 60 80 100 120 140 160 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 1-Nov-13 11-Dec-13 20-Jan-14 1-Mar-14
10-Apr-14 20-May-14 CH (m m ) K ad ar air tan ah ( m 3 /m 3 ) CH WP FC SC
KA ZROS KA Tanpa ZROS
(a)
(b)
Gambar 11. (a) Kurva perbandingan kadar air tanah hasil pengukuran dan hasil simulasi, (b) Validasi kadar air tanah hasil pengukuran dan hasil simulasi
Hasil simulasi menunjukkan bahwa dengan ZROS, nilai  kadar  air  tanah  di  lokasi  penelitian  berada pada  kondisi  yang  cukup  untuk  memenuhi kebutuhan air tanaman. Walaupun lokasi penelitian bukan merupakan lahan pertanian khusus, tanaman yang  ditanam  di  areal  tersebut  antara  lain  pisang, melinjo,  menteng  dan  durian  tetap  dapat  bertahan hidup dan berproduksi sepanjang tahun. Abdurachman et. al (2006) mengungkapkan bahwa tanaman akan stress pada kondisi kadar air tanah < 50%  dari  kapasitas  lapang  sehingga  menurunkan produksi.
Validasi model dilakukan dengan cara membandingkan  kadar  air  tanah  hasil  pengukuran dengan kadar air tanah hasil simulasi. Pengukuran kadar  air  tanah  dilakukan  selama  satu  bulan  (30 Mei  sampai  30  Juni  2014).  Perbandingan  kedua data  tersebut  disajikan  pada  Gambar  11  (a). Validasi ini menghasilkan nilai tingkat kepercayaan  (R 2 )  sebesar  0.606  [Gambar  11  (b)]. Angka  tersebut  cukup  tinggi  karena  kalibrasi dilakukan  hanya  dalam  periode  satu  bulan. Sebaiknya,  untuk  mencapai  nilai R 2 yang optimal, pengukuran  kadar  air  tanah  dilakukan  dengan jangka waktu yang lebih lama.

## Kesimpulan
Konsep Zero  Runoff  System (ZROS)  telah diujicobakan  di  perkebunan  di    DAS  Cidanau, Banten. Hasil uji coba menunjukkan bahwa ZROS mampu  menyerap  dan  mengurangi  limpasan permukaan.  Hal  ini  terlihat  dari  meningkatnya kadar  air  tanah  di  lokasi  penelitian  setelah diterapkan ZROS. Rata-rata kadar air tanah setelah diterapkan  ZROS  sebesar  0.569  m 3 /m 3 sedangkan sebelum ZROS sebesar 0.476 m 3 /m 3 .
Bangunan resapan yang dibuat berjumlah 12 rorak, dengan  dua  rorak  berdimensi  panjang,  lebar  dan tinggi berturut-turut sebesar 100 x 100 x 40 cm dan 10  rorak  berdimensi  60  x  60  x  40  cm.  Estimasi Runoff yang  terjadi  di  lokasi  penelitian  sebesar 35,26%  dari  curah  hujan  tahunan.  Model  analisis kesetimbangan  air  dengan  dan  tanpa  ZROS menunjukkan  bahwa  kinerja  model  relatif  valid dalam  mensimulasikan  kadar  air  tanah  harian  di lokasi  penelitian.  Hal  ini  ditunjukkan  dari  nilai  R 2
yang  cukup  tinggi,  yaitu  sebesar  0,606.  Angka tersebut  diperoleh  dari  validasi  selama  satu  bulan pengukuran.  Angka  R 2 dapat  lebih  tinggi  apabila pengukuran dilakukan dengan periode waktu  yang lebih lama.

## Daftar Pustaka
Abdurachman,  A.,  Haryati,  U.,  Juarsah,  I.  (2006) . Penetapan  Kadar  Air  Tanah  dengan  Metode Gravimetri .  Jakarta  (ID):  Balai  Besar  Litbang Sumberdaya Lahan Pertanian.
Afolayan, S. O., Makinde, A. A., Shuaib, M., Idris, B.  A.,  Yaduma,  J.  J.,  &  Yau,  M.  G.  (2012). Rainfall Harvesting, a Sustainable Water Management  Alternative  for  Food  Security  in Nigeria. Science  Journal of  Agricultural  Research and Management, (136):1-8.
Bowo,  C.,  Hasan,  M.,  &  Marhaenanto,  B.  (2009). Penentuan Kurva Retensi Air Tanah Laboratorium Dengan  Sensor  Resistensi  dan  Kapasitansi. Jurnal Tanah  Tropika  (Journal  of  Tropical  Soils) , 14 (1),
57-64.
Chow,  V.T.,  Maidment  DR,  Mays  LW.  (1988). Applied Hydrology . New York:McGraw-Hill.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 3 0 /5 6 /6 1 3 /6 2 0 /6 2 7 /6 Kad ar air , KA ( m 3 /m 3 ) KA Ukur EC-5 (m3/m3) KA Simulasi Tanpa RO y = 0.9987x R² = 0.6061 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.300 0.350 0.400 0.450
K ad ar air tan ah u k u r E C -5 ( m 3 /m 3 ) Kadar air tanah simulasi tanpa RO (m 3 /m 3 )
Kumar,  P.S.,  Rishi,  H.  (2013).  Simulation  of rainfall  runoff  using  SCS  and  RRL  (Case  Study Tadepalli  Mandal). International  Journal  of Engineering  Research  and  General  Science . 1 (1),1-11.
Kumar,  R., Thaman, S., Agrawal, G., Poonam, S.. (2011). Rain Water Harvesting and Ground Water Recharging  in  North  Western  Himalayan  Region for  Sustainable  Agricultural  Productivity .  Journal of  Environmental  Research  and  Technology , 1 (4), 539-544.
Luxon,  N.,  Pius,  C.  (2013).  Validation  of  The Rainfall-Runoff  SCS-CN  Model  in  a  Catchment with  Limited  Measured  Data  in  Zimbabwe. International  Journal  of  Water  Resources  and Environmental Engineering , 5 (6), 295-303.
Oni, S.I., Ege, E.,  Asenime,  C., Oke, S.A. (2008). Rainwater  Harvesting  Potential  for  Domestic Water  Supply  in  Edo  State. Journal  of Management & Social Sciences , 2 (2), 87-98.
Otti,  V.I.,  Ezenwaji,  E.E.  (2013).  Enhancing community-driven initiative in Rainwater Harvesting  in  Nigeria. International  Journal  of Engineering and Technology , 3 (1):73-79
Pereira,  L.S.,  Allen,  R.G.  (1999).  Irrigation  and Drainage. In: van Lier HN, Pereira LS, Steiner FR. (Editors). CIGR  Handbook  of  Agricultural
Engineering  Vol.  I  Land  &  Water  Engineering. American  Society  of  Agricultural  Engineering . Chapter 5.
Reshma, T., Kumar, P.S., Babu, R.K., Kumar, K.S. (2010).  Simulation  of  Runoff  in  Watershed  Using
SCS-CN  and  Muskingum-Cunge  Methods  Using Remote  Sensing  and  Geographical  Information Systems. International  Journal  of  Advanced Science and Technology , 25 (31), 3-42.
Steenhuis,  T.S.,  Winchell,  M.,  Rossing,  J., Zollweg,  J.,  Walter,  M.F.  (1995).  SCS  Runoff Equation  Revisited  for  Variable-Source  Runoff Areas. Journal  of  Irrigation  and  Drainage Engineering , 234-238.
Surdianto,  Y.  (2012).  Analisis  Kecukupan  Air  di Kebun  Belimbing  Manis. Disertasi .  Institut Pertanian Bogor, Bogor.
Susilowati,  Kusumastuti,  D.I.  (2010).  Analisa karakteristik  curah  hujan  dan  kurva  Intensitas Durasi  Frekuensi  (IDF)  di  Provinsi  Lampung. Jurnal Rekayasa, 14 (1): 47-52.
Tejaswini,  N.B.,  Shetty,  A.,  Hegde,  V.S.  (2011). Land use scenario analysis and prediction of runoff using  SCS-CN  Method:  A  case  study  from  the Gudgudi  Tank,  Haveri  District,  Karnataka,  India. International  Journal  of  Earth  Sciences  and Engineering , 4 (5):845-853.
[USDA] United States Departement of Agriculture.  1986. Urban  Hydrology  for  Small Watersheds .  Department  of  Agriculture,  United States.
Yeasmin,  S.,  Rahman,  K.F.  (2013).  Potential  of rainwater  harvesting  in  Dhaka  CityL  Am Empirical  Study. ASA  University  Review , 7 (1): 143-150.