I. Pendahuluan

Indonesia memiliki lebih dari 5.590 sungai yang sebagian besar di antaranya memiliki kapasitas tampung yang kurang memadai sehingga tidak bisa terhindar dari bencana alam banjir, kecuali sungai-sungai di Pulau Kalimantan dan beberapa sungai di Jawa. Secara umum sungai-sungai yang berasal dari gunung berapi (volcanic) mempunyai perbedaan slope dasar sungai yang besar antara daerah hulu (upstream), tengah (middlestream) dan hilir (downstream) sehingga curah hujan yang tinggi dan erosi di bagian hulu akan menyebabkan jumlah sedimen yang masuk ke sungai sangat tinggi. Tingginya sedimen yang masuk akhirnya menimbulkan masalah pendangkalan sungai terutama di daerah hilir yang relatif lebih landai dan rata, sehingga sering terjadi banjir di dataran rendah. Sungai-sungai tersebut dikelompokkan menjadi 90 (sembilan puluh) Satuan Wilayah Sungai (SWS) yang terdiri dari 73 SWS propinsi dan 17 SWS pusat yang berlokasi dilintas propinsi.

Permasalahan yang dihadapi dalam pengembangan dan pengelolaan sungai, meliputi: (i) ketidakjelasan peran dan batasan wewenang antara kabupaten, kota, propinsi, dan pusat dalam penanganan, pengelolaan dan pembiayaan sungai; (ii) kecenderungan peningkatan potensi konflik pemanfaatan air di daerah dan wilayah sungai; (iii) tidak terkendalinya penambangan galian c (pasir) di badan sungai sehingga menurunkan fungsi bangunan pengambilan air; (iv) sedimentasi tinggi akibat rusaknya daerah hulu/catchment area; (v) makin cepatnya penurunan kapasitas pengaliran air sungai dan bangunan pengendali banjir; (vi) makin besarnya perbedaan aliran dasar sungai pada musim hujan dan musim kemarau (Qmax-Qmin); (vii) makin menurunnya kualitas air sungai, khususnya di daerah aliran tengah dan hilir; (viii) tidak terkendalinya permukiman penduduk di daerah bantaran sungai sehingga meningkatkan risiko banjir; (ix) belum memadainya database sungai.

II. Hidrolika Sungai

Sungai atau saluran terbuka menurut Triatmodjo (1996:103) adalah saluran dimana air mengalir dengan muka air bebas. Pada saluran terbuka, misalnya sungai (saluran alam), variabel aliran sangat tidak teratur terhadap ruang dan waktu. Variabel tersebut adalah tampang lintang saluran, kekasaran, kemiringan dasar, belokan, debit aliran dan sebagainya.

Tipe aliran saluran terbuka menurut Triatmodjo (1996:104) adalah turbulen, karena kecepatan aliran dan  kekasaran dinding relatif besar. Aliran melalui saluran terbuka akan turbulen apabila angka Reynolds Re > 1.000, dan laminer apabila  Re < 500. Aliran melalui saluran terbuka dianggap seragam (uniform) apabila berbagai variabel aliran  seperti kedalaman, tampang basah, kecepatan, dan debit pada setiap tampang saluran terbuka adalah konstan. Aliran melalui saluran terbuka disebut tidak seragam atau berubah (non uniform flow atau  varied flow), apabila variabel aliran seperti kedalaman, tampang basah, kecepatan di sepanjang saluran tidak konstan. Apabila  perubahan aliran terjadi pada jarak yang pendek maka disebut aliran berubah cepat, sedang apabila terjadi pada jarak yang panjang disebut aliran berubah tidak beraturan. Aliran disebut mantap apabila variabel aliran di suatu titik seperti kedalaman dan kecepatan tidak berubah terhadap waktu, dan apabila berubah terhadap waktu disebut aliran tidak mantap. Selain itu aliran melalui saluran terbuka juga dapat dibedakan menjadi aliran sub kritis (mengalir) jika Fr <1, dan super kritis (meluncur) jika Fr >1. Diantara kedua tipe tersebut aliran adalah kritis ( Fr =1).

III. Bentuk Daerah Aliran Sungai (DAS)

Bentuk DAS akan berpengaruh pada banyaknya dan kecepatan aliran air berkaitan dengan kemungkinan terjadinya variabilitas pada sifat-sifat tanah, kemiringan, topografi, vegetasi serta sistem drainase yang ada. Secara umum bentuk DAS dapat di golongkan ke dalam tiga bentuk (Sudarsono dan Takeda, 1980) yaitu: (i) sempit memanjang dengan sistem percabangan sungai tersusun seperti  bulu burung, (ii) melebar (membulat atau persegi empat) dengan sistem percabangan akan terpusat pada tempat-tempat tertentu, dan (iii) segi tiga dengan sistem percabangan sungai yang juga akan terpusat di dekat out-let. Pada DAS yang berbentuk sempit memanjang, sedimen yang tinggi juga akan merusak sarana dan fasilitas  irigasi dan instalasi air minum yang ada. Sedimentasi juga akan mendangkalkan sungai dan waduk. Kapasitas tampung sungai dan waduk akan berkurang dan kemampuan transportasi sungai juga terhambat.

IV. Transpor Sedimen

Gerusan yang terjadi pada suatu sungai terlepas  dari ada dan tidaknya bangunan sungai selalu berkaitan dengan peristiwa transpor sedimen. Transpor sedimen merupakan suatu  peristiwa terangkutnya material dasar sungai yang terbawa aliran sungai. Kironoto (1997) dalam Mira (2004:13), menyebutkan bahwa akibat adanya aliran air timbul gaya-gaya aliran yang bekerja pada material sedimen. Gaya-gaya tersebut mempunyai kecenderungan untuk menggerakkan/ menyeret material sedimen. Untuk material sedimen kasar (pasir dan batuan / granuler), gaya untuk melawan gaya-gaya aliran tersebut tergantung dari besar butiran sedimen. Untuk material sedimen halus yang mengandung fraksi lanau (silt) atau lempung (clay) yang cenderung bersifat kohesif, gaya untuk melawan gaya-gaya aliran tersebut lebih disebabkan kohesi daripada berat material (butiran) sedimen.

V. Muara Sungai (Estuaria)

Estuaria adalah perairan yang semi tertutup yang berhubungan bebas dengan laut, sehingga air laut dengan salinitas tinggi dapat bercampur dengan air tawar (Pickard, 1967). Kombinasi pengaruh air laut dan air tawar tersebut akan menghasilkan suatu komunitas yang khas, dengan kondisi lingkungan yang bervariasi, antara lain 1. tempat bertemunya arus sungai dengan arus pasang surut, yang berlawanan menyebabkan suatu pengaruh yang kuat pada sedimentasi, pencampuran air, dan ciri-ciri fisika lainnya, serta membawa pengaruh besar pada biotanya. 2. pencampuran kedua macam air tersebut menghasilkan suatu sifat fisika lingkungan khusus yang tidak sama dengan sifat air sungai maupun sifat air laut. 3. perubahan yang terjadi akibat adanya pasang surut mengharuskan komunitas mengadakan penyesuaian secara fisiologis dengan lingkungan sekelilingnya. 4. tingkat kadar garam di daerah estuaria tergantung pada pasang-surut air laut, banyaknya aliran air tawar dan arus-arus lain, serta topografi daerah estuaria tersebut.

Secara umum estuaria mempunyai peran ekologis penting antara lain : sebagai sumber zat hara dan bahan organik yang diangkut lewat sirkulasi pasang surut (tidal circulation), penyedia habitat bagi sejumlah spesies hewan yang bergantung pada estuaria sebagai tempat berlindung dan tempat mencari makanan (feeding ground) dan sebagai tempat untuk bereproduksi dan/atau tempat tumbuh besar (nursery ground) terutama bagi sejumlah spesies ikan dan udang. Perairan estuaria secara umum dimanfaatkan manusia untuk tempat pemukiman, tempat penangkapan dan budidaya sumberdaya ikan, jalur transportasi, pelabuhan dan kawasan industri (Bengen, 2004).

Aktifitas yang ada dalam rangka memanfaatkan potensi yang terkandung di wilayah pesisir, seringkali saling tumpang tindih, sehingga tidak jarang pemanfaatan sumberdaya tersebut justru menurunkan atau merusak potensi yang ada. Hal ini karena aktifitas-aktifitas tersebut, baik secara langsung maupun tidak langsung, mempengaruhi kehidupan organisme di wilayah pesisir, melalui perubahan lingkungan di wilayah tersebut. Sebagai contoh, adanya buangan baik dari pemukiman maupun aktifitas industri, walaupun limbah ini mungkin tidak mempengaruhi tumbuhan atau hewan utama penyusun ekosistem pesisir di atas, namun kemungkinan akan mempengaruhi biota penyusun lainnya. Logam berat, misalnya mungkin tidak berpengaruh terhadap kehidupan tumbuhan bakau (mangrove), akan tetapi sangat berbahaya bagi kehidupan ikan dan udang-udangnya (krustasea) yang hidup di hutan tersebut (Bryan, 1976).

VI. Fluvial

Proses fluvial terdiri dari gerakan sedimen dan erosi  atau endapan di sungai. Erosi oleh air bergerak terjadi dalam dua cara. Pertama, gerakan air di ranjang ini memiliki efek (Hal ini disebut sebagai tindakan hidrolik). Kedua, sedimen diangkut di sungai itu memakai tempat tidur (Abrasion) dan fragmen sendiri tanah turun menjadi lebih kecil dan lebih bundar (Gesekan).

Sedimen diangkut baik sebagai bedload (The kasar fragmen yang bergerak dekat dengan tempat tidur) dan beban yang ditangguhkan (Finer fragmen dibawa dalam air). Ada juga sebuah komponen dibawa sebagai bahan dibubarkan.

Untuk setiap ukuran butir ada kecepatan tertentu di mana butir mulai bergerak, yang disebut Entrainment kecepatan. Namun butir akan terus diangkut bahkan jika kecepatan turun di bawah kecepatan entrainment akibat berkurangnya (atau dihapus) gesekan antara butir dan sungai tempat tidur. Akhirnya akan jatuh kecepatan cukup rendah untuk butir yang akan didepositkan. Hal ini diperlihatkan oleh Kurva hjulstrom. Sebuah sungai terus mengambil dan menjatuhkan partikel padat batu dan tanah dari tempat tidur di seluruh panjangnya. Mana aliran sungai cepat, lebih partikel mengambil daripada menjatuhkan. Mana aliran sungai lambat, lebih partikel yang dijatuhkan daripada mengambil. Daerah di mana lebih partikel yang dijatuhkan disebut dataran aluvial atau banjir, dan partikel menjatuhkan disebut aluvium.

Bahkan sungai kecil membuat endapan aluvial, tetapi di dataran banjir dan delta-delta sungai yang besar besar, secara geologis-endapan aluvial yang signifikan ditemukan.

Jumlah materi yang dibawa oleh sungai besar sangat besar. Nama-nama dari banyak sungai yang berasal dari warna bahwa masalah yang diangkut memberikan air. Sebagai contoh, Huang He di Cina adalah secara harfiah diterjemahkan “Sungai Kuning”, dan Sungai Mississippi di Amerika Serikat juga disebut Big Muddy. Diperkirakan bahwa setiap tahunnya Sungai Mississippi membawa 406 juta ton endapan ke laut,Huang Dia 796 juta ton, dan Sungai Po di Italia 67 juta ton.

VII. Karakteristik Daerah Aliran Sungai (DAS)

Data yang diperlukan dalam penyusunan Karakteristik DAS diambil dari data yang telah ada (data sekunder) dan dilengkapi data yang dirasa masih kurang dalam rangka mendukung analisis pemahaman dan pengetahuan mengenai Karakteristik DAS yang diteliti. Data data yang diperlukan dalam rangka penyusunan Karakteristik DAS terdiri dari :

Morphologi DAS yang meliputi :

a. Bentuk DAS.

b. Relief/ topografi/ land form.

c. Bentuk drainase ( drainage pettern ).

Morphometri DAS yang Meliputi :

a. Kepadatan drainase ( drainage density ).

b. Keliling DAS.

c. Kemiringan DAS.

d. Gradien sungai utama.

e. Panjang sungai utama.

f. Perbedaan tinggi maksimum.

Hidro- orologi DAS :

a. Debit sungai.

b. Curah Hujan.

c. Erosi.

d. Kandungan lumpur.

Geologi :

a. Jenis batuan induk yang dominan.

b. Jenis mineral batuan dan mineral

c. Penyebaran jenis batuan dan mineral

Tanah :

a. Jenis Tanah.

b. Asosiasi tanah.

c. Sifat fisik dan kimia tanah.

Penutupan lahan :

a. Penutupan lahan masa lalu ( > 5 tahun )

b. Penutupan lahan saat ini ( < 5 tahun )

Sosial Ekonomi dan Sosial budaya masyarakat :

a. Demografi penduduk.

b. Sosial masyarakat ( tingkat pendidikan, kelembagaan dll. )

c. Ekonomi masyarakat ( mata pencaharian, tingkat pendapatan ) .

d. Budaya masyarakat ( adat istiadat, kebiasaan dll. ).

VIII. Klasifikasi Karakteristik DAS

Karakteristik yang telah dijelaskan sebelumnya dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

Geometri : Panjang ( hulu hilir sungai induk)

Morphometri : Lebar L/P, Luas( DAS, genangan/ sawah/ rawa/ danau menentukan volume sedimen yang mengalir ke outlet), sistem drainase/ kerapatan alur sungai, kelerengan DAS hulu – tengah – hilir (m/Km)

Pola Aliran : Dendritik, radial, retangular, trelis.

Bentuk DAS : Memanjang, radial, paralel, komplek.

Iklim : Curah hujan, suhu, kelembaban, Etp/ evapotranspirasi/ harian/ bulanan.

Landform System/ Unit Geologi/ Rock : Aluvial/ plain/ hills/ mountain/ lahar

Geomorphologi : Kondisi per Sub DAS/ order2- luas sebaran geologinya.

Soil Type/Group : Kondisi fisik dan kimia tanah.

Slope : Kelerengan per Sub DAS.

Erosion Type : Sheet, rill, gully.

Land Cover : Kawasan hutan, luar kawasan hutan ( pertanian, perkebunan, industri, perladangan berpindah, pemukiman/ perkotaan/ pedesaan, penggunaan lainnya).

Sosial Ekonomi : Populasi/jenis kelamin, kepadatan, pertumbuhan, angkatan kerja, mata pencaharian per Sub DAS, tingkat pendapatan, kepemilikan lahan/ land status, sarana/ prasarana/ pendidikan/ perekonomian/ sosial.

Kelembagaan : Instansi yang ada, kelompok tani, Instansi lain yang terkait.

Tata Air : Tinggi muka air sungai, debit aliran sungai, kandungan lumpur/ sedimen.

IX. Teori tentang Karakteristik dan Variabel DAS

Karakteristik dan variabel Daerah Aliran Sungai meliputi beberapa variabel yang dapat diperoleh melalui pengukuran langsung, data sekunder, peta dan dari data penginderaan jauh. Data meteorologi/ klimatologi diperoleh dari data sekunder. Disamping itu diperlukan pengamatan dan pengukuran di lapangan bagi data yang membutuhkan ketelitian geometris yang tinggi. Seyhan (1977) menyatakan bahwa karakteristik DAS dikelompokkan menjadi 2 (dua) katagori yaitu :

  1. Faktor lahan (Ground Factors) yang meliputi topografi, tanah, geologi dan geomorphologi.

2.   Vegetasi dan penggunaan lahan.

Topografi atau bentuk lahan mempunyai korelasi langsung terhadap aliran permukaan (runoff ) dan aliran air bumi, semakin tinggi kelerengan akan berpengaruh terhadap semakin besarnya aliran permukaan (runoff) dan aliran air bumi. Tanah, geologi dan geomorphologi dari suatu DAS, berfungsi sebagai faktor kontrol terhadap besar kecilnya infiltrasi, kapasitas penahan air dan aliran air bumi, sedangkan vegetasi dan penggunaan lahan berfungsi sebagai penghambat, penyimpan dan pengatur aliran permukaan dan infiltrasi. Menurut Seyhan (1977) sistem Daerah Aliran Sungai (watershed) dapat diamati melalui 3 (tiga) tahapan utama yaitu :

1. Sistem Input ( precipitation).

2. Sistem struktur kerja dalam DAS ( operation of the watershed )

3. Sistem output ( runoff )

Avery (1975) dan Seyhan (1977) menyatakan bahwa karakteristik fisik (physical characteristic) dari suatu Daerah Aliran Sungai ( DAS ) terdiri dari :

1. Luas ( Area )

Luas DAS dapat diukur pada potret udara, peta topografi atau dengan peta – peta planimetri yang telah didelineasi batas batas yang akan diukur luasnya, dengan menggunakan planimeter atau dot grid atau dengan fasilitas komputer GIS.

2. Bentuk ( Shape )

Bentuk DAS mempunyai pengaruh pada pola aliran sungai dan ketajaman puncak discharge banjir. Bentuk daerah aliran sungai ini sulit untuk dinyatakan secara kuantitatif. Dengan membandingkan konfigurasi basin, dapat dibuat suatu indeks yang didasarkan pada derajat kekasaran atau circularity  dari DAS.

3. Lereng ( Slope )

Kecepatan dan tenaga erosif dari overland flow sangat dipengaruhi oleh tingkat kelerengan lapangan. Untuk mengukur lereng dapat dilakukan dengan menggunakan alat Abney Level atau clinometer. Pada potret udara pengukuran lereng dapat dilakukan dengan menggunakan slope meter atau dengan mencari beda tinggi dengan paralaks meter.

4. Ketinggian ( Elevation ) DAS

Elevasi rata rata dan variasi ketinggian pada suatu DAS merupakan faktor penting yang berpengaruh terhadap temperatur dan pola hujan, khususnya pada daerah daerah dengan topografi bergunung. Ketinggian suatu tempat dapat diketahui dari peta topografi, diukur dilapangan atau melalui foto udara, jika terdapat salah satu titik kontrol sebagai titik ikat. Hubungan antara elevasi dengan luas DAS dapat dinyatakan dalam bentuk hipsometrik (Hypsometric Curve).

5. Orientasi DAS (Aspect)

Transpirasi, evaporasi dan faktor – faktor yang berpengaruh pada jumlah air yang tersedia untuk aliran sungai, seluruhnya dipengaruhi oleh orientasi umum atau arah dari DAS. Orientasi DAS secara normal dinyatakan dalam derajat azimuth atau arah kompas seperti arah utara, timur laut, timur dan sebagainya. Tanda arah anak panah yang menunjukkan arah DAS dapat dipakai sebagai muka DAS (faces). Arah aliran sungai utama dapat juga dipakai sebagai prtunjuk umum orientasi DAS. LEE (1963) menyatakan bahwa arah DAS dapat dinyatakan sebagi azimuth dari garis utara searah jarum jam.

6. Jaringan Sungai ( Drainage network )

Pola aliran atau susunan sungai pada suatu DAS merupakankarakteristik fisik setiap drainase basin yang penting karena pola aliran sungai mempengaruhi efisiensi sistem drainase serta karakteristik hidrografis dan pola aliran menentukan bagi pengelola DAS untuk mengetahui kondisi tanah dan permukaan DAS khususnya tenaga erosi.

7. Pola Aliran ( Drainage Pattern )

Bentuk pola aliran (drainage pattern) ada bermacam – macam yang masing – masing dicirikan oleh kondisi yang dilewati oleh sungai tersebut. Bentuk pola aliran yang biasa dijumpai ada delapan jenis yaitu :

–  Dendritik.

–  Paralel.

–  Trelis.

–  Rectangular.

–  Radial.

–  Annural.

–  Multibasional.

–  Contorted.

Bentuk pola aliran pada sebagian besar sungai sungai di Indonesia adalah dendritik dengan kondisi yang berbeda beda menurut batuannya.

Batuan limestone dan shale teranyam bertopografi solusional dapat memiliki pola aliran dendritik. Pada topografi dengan lereng seragam, pola aliran yang terbentuk adalah dendritik medium, sedang pada topografi berteras kecil, pola lairan dendritik yang terbentuk adalah dendritik halus.

8. Kerapatan Pengaliran ( Drainage Density )

Metode kuantitatif lain dalam jaringan sungai suatu DAS adalah penentuan kerapatan aliran (drainage density). Lynsley (1949) menyatakan bahwa jika nilai kepadatan aliran lebih kecil dari 1 mile/mile2 (0,62 Km/ Km2), DAS akan mengalami penggenangan, sedangkan jika nilai kerapatan aliran lebih besar dari 5 mile/mile2 (3,10 Km/Km2), DAS sering mengalami kekeringan.

9. Evapotranspirasi

Disamping karakteristik DAS yang telah disebutkan diatas, faktor lain yang juga penting adalah cuaca dan iklim. Karakteristik ini meliputi curah hujan (presipitasi) dan unsur cuaca yang lain (temperatur udara, kelembaban relatif, angin, evaporasi dan jumlah penyinaran matahari).

10.  Pusat Gravitasi DAS

Penentuan pusat gravitasi DAS ialah dengan meletakkan grid pada seluruh DAS, kemudian dihitung secara sistematik banyaknya knot dari grid pada sumbu xi dan yi, menurut sistem koordinat x, y.

11.  Gradien Sungai

Salah satu cara menghitung gradien sungai rata rata adalah dengan slope faktor yang dikembangkan oleh Benson (1962) yaitu dengan menghitung lereng saluran antara 10 % dan 85 % jarak dari outlet.

12.  Panjang Sungai Terpanjang dan Sungai Induk

Panjang sungai terpanjang dalam DAS diukur dari outlet ke sumber asal air.

13.  Variabel Vegetasi dan Penggunaan Lahan

Vegetasi memegang peranan penting dalam proses hidrologi suatu DAS yaitu intercepting hujan yang jatung dan transpirating air yang terabsorbsi oleh akarnya . Perlakuan terhadap vegetasi diperlukan dalam analisis hidrologi tertentu. Tipe vegetasi yang dipilih tergantung pada tujuan analisis yang dilakukan, misalnya untuk pembuatan model pertanian, maka klasifikasi vegetatif dan penggunaan detail sangat diperlukan. Untuk reboisasi, pemilihan jenis vegetasi dan penggunaan lahan dapat kurang rinci, tetapi perbedaan tipe vegetasi di seluruh wilayah sangat penting. Seyhan (1976) menyebutkan beberapa variabel vegetasi dan penggunaan lahan yang digunakan untuk analisa beberapa masalah hidrologi rekayasa adalah :

  • Persentase tanaman pertanian.
  • Persentase rumput dan tanaman penggembalaan.
  • Persentase hutan jarang.
  • Persentase pemukiman dan jalan yang kedap air.
  • Persentase padang rumput dan pohon – pohon yang tersebar.
  • Persentase lahan kosong.
  • Persentase rawa dan danau.

14.  Variabel Tanah dan Batuan

Tipe dan distribusi tanah dalam suatu daerah aliran sungai sangat berpengaruh dalam mengontrol aliran bawah permukaan (Subsurface flow) melalui infiltrasi. Variasi dalam tipe tanah dengan kedalaman dan luas tertentu akan mempengaruhi karakteristik infiltrasi dan timbunan kelembaban tanah (soil moisture storage). Pemilihan variabel tanah juga merupakan fungsi dari tujuan studi, misalnya untuk mempelajari overland flow dalam single watershed, maka watershed tersebut dibagi dalam zona zona menurut tipe tanah, tetapi jika untuk mempelajari yang lebih detail lagi, maka perlu klasifikasi tipe tanah yang detail juga, yang didasarkan pada pembatas permukaan geologi DAS yang bersangkutan yaitu : persentase batuan permeabel, persentase batuan kurang permeabel. Variabel lain yang perlu diperhatikan adalah kedalaman lapisan kedap dan permeabilitas rata rata dari horizon.

15.  Sosial Ekonomi dan Budaya

Data sosial ekonomi dan budaya diperoleh dari data sekunder, informasi sosial ekonomi dan budaya masyarakat setempat dapat diperoleh dari statistik yang dikeluarkan oleh Pemda setempat, mulai dari tingkat Kelurahan/ Desa, sampai dengan Kabupaten dan Propinsi.

X. Eko-Hidraulik

Sejarah ekohirdolik tidak terlepas dari eksplotasi sungai, ekspolitasi itu antara lain

• Koreksi sungai (Rver correction)

• Transpotasi sungai (WaterWay)

• Bangunan tenaga air (Hydropower Plant

Sungai termasuk salah satu wilayah keairan , sungai bisa dibagi menjadi beberapa bagian yaitu sungai kecil, menegah dan sungai besar. Secara ekologi sungai terbagi menjadi wilyah keairan diam atau wilayah keairan dinamis. Wilayah keairan diam misalnya danau dimana pendukung ekosistem merupakan ekosistem yang tertutup. Sedangkan wilayah keairan mengalir merupakan suatu ekosistem yang terbuka dengan factor dominan adalah wilayah air, dari hulu hingga hilir.

Sungai dapat terbagi menjadi beberapa bagian dan dapat diklasifikasikan dengan menggunakan zona memenjang sungai. Zona memanjang pada umumnya diawali dengan kali kecil dari mata air didaerah pegunungan , kemudian sungai menengaha di daerah peralihan antara pegunungan dan dataran rendah, dan selanjutnya sunngai besar pada dataran rendah sampai daerah pantai. Dari literature pada umumnya diketemukan 3 zona sungai yaitu bagian hulu ‘upstrem’ , bagian tengah ‘midle-strem’ dan bagian hilir ‘downsteram’ dari hilir kehulu dapat dailihat perubahan kemiringan seperti tampak pada gambar potongan memanjang sungai juga dapat terbagi menjadi zona melintang dimana dpat dibedakan menjadi 3 yaitu zona akuatik , zona amphibi, dan zona teras sungai.

Sungai juga mempunyai morfologi dimana morfologi sungai menggambarkan keterpaduan antara karakteristik abiotik dan karakteristik biotik daerah yang dilaluinya. Adapun keseimbangan morfologi sungai dapat dibedakan menjadi 4 yaitu :

  1. Keseimbangan statis (tidak ada perubahan sama sekali dalam kurun waktu tak terbatas)
  2. Keseimbangan seragam, yaitu kesetimbngan dimana ada satu atau lebih factor penyusun kondisi memiliki tedensi statis
  3. Keseimbangan dinamis, kesetimbangan yang berbagai factor penyusun suatu kondisi berubah secara bersama-sama
  4. Keseimbanggan dinamis metastabil seragam, kesetimbanggan yang faktor berfluktuasi secara dinamis seragam serta berubah ekstrim secara kontinu.

Seluruh komponen yang membentuk sungai memiliki skala perubahan waktu dan ruang yang berbeda tergantung kekuatan ekologinya dan fisik-hidrauliknya masing-masing. Perubahan skala ruang waktu menurut kern sangatlah penting guna memahami perubahan alami yang biasa terjadi pada sungai dan perubahan yang terjadi karena suatu aktifitas tertentu di sungai. Sebagai contoh adalah jika suatu sungai diluruskan maka dampak dari aktifitas ini akan berpengaruh terhadap seluruh komponen sungai sungai tersebut. Hal ini yang nantinya akan dibahas lebih lanjut pada bahasan tentang ekohidraulik. Selain itu sungai juga akan terpengaruh pada struktur dasar sungai yang mempengaruhi pembentukan sungai itu sendiri.

XI. Eko-Hidraulika sungai

Fungsi sungai sebagai saluran eko-drainase (suatu usaha membuang /mengalirkan air kelebihan ke sungai dengan waktu seoptimal mungkin sehingga tidak menyebabkan terjadinya masalah kesehatan dan banjir di sungai yang terkait, maryono,2001). Selain itu juga bisa sebagi saluran irigasi dan sebagi fungsi ekologi dimana sebagai tempat hidupnya flora dan fauna. Dengan pengetahuan itu perlu diterapkan konsep yang menyentuh semua fungsi sungai di atas maka salah satunya dengan konsep eko-hidrolik dimana konsep ini mempertahankan kondisi sungai tersebut semaksimal mungkin masih seperti semula. Dalam konsep eko-hidraulik tidak ada satu factor apapun yang tidak penting. Maka diperlukan banyak data pendukung seperti data social, fisik hidraulik , ekologi.

Konsep hidraulik murni hanya memperhatikan dua unsure yaitu aliran air dan aliran sedimen, sedangkan pada konsep eko-hidraulik disamping dua itu juga memperhatikan pula komponen vegetasi.

Eko-Engineering dalam Eko-hidraulik

Dalam perkembanganya eko-hidraulik telah menghasilkan rekayasa-rekayasa baru yang dapat digunakan dalam penyelesaian maslah keairan dengan memanfaatkan faktor ekologi yang ada ( misalanya menangani longsor yang ada dengan mengunkan vegetasi yang ada). Penerapan eko-engineering dengan konsep Eko-hidraulik dapat diterapkan misalnya pada penanganan longsoran tebing dengan melakukan penanaman bambu, rumput dan karangkungan atau perlindungan tebing dengan menggunakan ikatan batang atau dengan batu tanah yang ada. Dan bisa juga dengan menggunakan bending rendah pada dasr sungai dengan kayu mati yang akan membuat turunya erosi di dasar sungai.

Konservasi dan pemeliharaan sungai integratif

Konservasi atau pemeliharaan sungai didefinisikan sebagai upaya untuk menjaga keberlangsungan mekanisme ekosistem sungai (perpaduan antara habitat dan organisme sungai) secara mikro maupun secara makro dari hulu hingga hilir, sehingga sungai dapat bermanfaat dan dimanfaatkan secara berkelanjutan. Komponen yang menjadi dasar dalam pemeliharaan sungai terdiri dari:

a) Komponen hidraulik

Meliputi berbagai hal yang berhubungan dengan aliran air dan sedimen. Yang dominan misalnya debit aliran, kecepatan aliran, tinggi permukaan, tekanan air, turbulensi makro, distribusi kecepatan mikro pada lokasi tertentu dan lai-lain.dalam konsep eko hidraulik aliran bukan hanya berhububungan energy potensial tapi juga dengan flora dan fauna di sekiar sungai. Dan yang penting juga adalah mata air disekitar sungai

b) Komponen sedimen dan morfologi sungai

semua sedimen yang ada disungai termasuk sedimen organic dan anorganik

c) Komponen ekologi

segala komponen biotic yang hidup di sungai (flora dan fauna )

d) Komponen sosial

persepsi masyarakat yang ada disekitar bantaran sungai terhadap komponen-komponen di atas

Pemeliharaan sungai intergratif

1. Mempertahankan kondisi abiotik dan biotik

  • dengan cara mempertahan morfologi alur sungai tersebut dengan mempertahankan liku dan alur sungai tanpa mengubahnya, karena bentuk ini yang paling stabil
  • mempertahankan komponen sedimen transport sungai
  • mempertahankan vegetasi yang ada

2. Revitalisasi – Restorasi sungai

adalah upaya konservasi atau pemelihraan sungai dengan cara melakukan restorasi (penerapan eko-hidraulik)

3. koreksi bangunan-bangunan sungai skala kecil

  • koreksi kontruksi perkerasan tebing sungai kecil dengan mengganti perkersan tebing dengan batu atau cor dengan menggunkan vegetasi misalnya bamboo
  • koreksi konstruksi gorong-gorong dengan cara membuat lebih landai gorong-gorong yang berkemiringan tajam yaitu dipasang undak-undak agar ikan dapat bermigrasi
  • koreksi abutmen jembatan bisa dengan cara mempelebar atau pembanguna sempadan untuk jembatan yang lebar

4. pemeliharaan sungai dengan konsep eko-hidraulik dan penanggulangan banjir dalam konsep eko-hidrolik penangulangan banjir secara berbais DAS. Sehingga penangulangan banjir dapat dilakukan dengan cara konsevasi terlebih dahulu terhadap sungai itu sendiri.

Analisa Morfologi Sungai

XII. Komponen Morfologi Sungai Sesayap

Sungai sesayap dikategorikan sebagai sungai aluvial di mana morfologi sungainya merupakan hasil dari proses pengangkutan dan pengendapan partikel-partikel sedimen dari hasil gerusan permukaan (floodplain deposit) dan gerusan tebing sungai ke dalam badan sungai. Letak sumber sedimen tergantung pada iklim, vegetasi, geologi dan perilaku manusia (pembukaan lahan untuk permukiman, pertambangan dan perkebunan).

Geometri dari alur sungai tergantung pada fenomena hidrologi, geologi, dan sedimentasi di DAS. Bentuk tipikal alur sungai adalah hasil dari proses alamiah yang panjang  yang dilakukan oleh interaksi yang kompleks dari beberapa variabel sehingga menghasilkan planform sungai yang kita lihat sekarang ini. Variabel yang dimaksud adalah waktu, geologi, iklim, tipe dan kepadatan vegetasi, catatan panjang debit dan angkutan sedimen di sungai, geometri bantaran sungai, debit rata-rata, karakteristik aliran (kedalaman, kecepatan, turbulensi, dsb). Jika variabel-variabel tersebut berada dalam kondisi relatif konstan maka sungai akan membentuk planform yang relatif konstan pula atau mengalami kondisi yang disebut equilibrium condition. Pada kondisi ini sungai tetap mengalami perubahan bentuk yang dinamis (quasi-quilibrium) namun perubahan tersebut tidak ekstrim  dan sangat lambat. Dalam tinjauan skala waktu geologi yang panjang, morfologi sungai difokuskan pada evolusi landscape yang dipengaruhi oleh iklim, base level (formasi batuan di dasar sungai), dan stabilitas tektonik.

Perubahan karakteristik DAS Sesayap akibat pembukaan lahan yang terus menerus belakangan ini mengakibatkan kondisi morfologi sungai tidak stabil. Distribusi angkutan sedimen sangat bervariasi dalam ukuran waktu dan ruang. Debit, pola aliran, angkutan sedimen, kecepatan arus dapat berubah dalam waktu yang singkat dan sungai  secara reaktif mengalami perubahan planform. Hingga kini belum ada catatan yang merekam riwayat perubahan planform Sungai Sesayap, namun dari besarnya angkutan sedimen, proses sedimentasi dan erosi yang cukup intensif di floodplain dan tebing sungai terutama di ruas Sungai Malinau, dapat dikatakan planform Sungai Sesayap akan terus berubah secara dinamis hingga ditemukan suatu kondisi quasi-equilibrium yang baru. Fenomena ini dapat terlihat jika ada rekaman planform sungai dalam waktu  10 hingga 100 tahun (dalam skala waktu menengah). Jika tinjauan dilakukan dalam skala waktu yang lebih singkat lagi, maka dapat dilihat perubahan topografi dasar sungai (bed topography) yang tersusun dari formasi seperti ripple, dan dune yang ditentukan oleh variasi debit  harian dan karakteristik partikel sedimen. Mengingat usia guna infrastruktur sungai, maka tinjauan morfologi sungai dalam rentang waktu menengah dan singkat lebih relevan untuk ditinjau.

Yang menjadi  titik tekan dalam meninjau  planform sungai ini adalah :

–          Profil memanjang alur sungai (longitudinal profile)

–          Karakteristik meander sungai :

  • Tipe sungai (straight, meandering, braided)
  • Kelengkungan
  • Radius tikungan
  • Frekuensi terbentuknya tikungan di sepanjang sungai
  • Jarak antara meander loop
  • Jarak antara formasi bar

–          Geometri penampang sungai

–          Topografi dasar sungai

XIII. Tinjauan Penampang Melintang

Secara umum alur sungai semakin ke hilir semakin melebar. Semakin ke hilir kapasitas sungai  semakin bertambah untuk mengalirkan debit dari anak-anak sungai dan catchment area di hilir. Pada pengamatan dengan sounding yang dilakukan pada tanggal 23 Juli 2007 diketahui lebar Sungai Sesayap di Tanjung Lapang adalah sekitar 170 meter, di sekitar Jembatan Malinau sebesar  215 m dan  di depan intake lama PDAM kota sebesar 225 meter.

Pertambahan lebar sungai yang signifikan terjadi di sekitar jalan Seluwing (sedikit ke hulu sebelum muara Sungai Sembuak). Kedua tebing sungai sebelah kiri dan kanan mengalami erosi. Fenomena tersebut dapat disebabkan oleh masuknya debit tambahan dari Sungai Sembuak sehingga badan Sungai Sesayap melebar untuk menambah kapasitas sungai. Selain hal tersebut, interaksi gaya hidraulik dan proses erosi-sedimentasi di sungai juga sebagai salah satu penyebab.

Planform sungai yang menikung  mengakibatkan vektor kecepatan di permukaan mengarah ke tebing luar disertai dengan naiknya elevasi muka air di tebing luar, sedangkan di bagian dasar sungai vektor kecepatan menunjukkan arus menjauhi tebing karena kelebihan tekanan hidrostatis. Mekanisme ini melahirkan arus sekunder di tebing luar.

Arus sekunder  atau helical flow  menggerus dasar tebing sehingga stabilitas lereng terganggu, kemudian terjadi keruntuhan tebing. Produk runtuhan tebing di dorong oleh helical flow ke arah tengah sungai dan terdeposisi di tengah sungai bersama-sama dengan hasil angkutan sedimen dari hulu. Sedimentasi di tengah bentang ini dapat disebabkan oleh landainya slope dasar sungai di sekitar Malinau atau dapat pula karena lokasinya yang dekat dari muara sungai Sembuak . Hasil sedimentasi ini membentuk diamond bar.

Diamond bar tumbuh perlahan-lahan seiring dengan terus bertambahnya sumbangan sedimen dari hulu. Formasi bar ini saat ini baru terlihat jika muka air sedang turun. Tumbuhnya mid-channel bar memicu sungai melakukan koreksi terhadap batimetrinya untuk mempertahankan kapasitas pengalirannya, koreksi dilakukan dalam bentuk pelebaran sungai melalui gerusan tebing kiri dan kanan sungai. Gerusan terhadap dasar sungai kemungkinan tidak terjadi karena diperkirakan terdapat formasi bedrock di dasar  sungai.  Diamond bar yang lebih besar terlihat di lokasi  sedikit ke hilir Malinau dan di hulu Tanjung Lapang. Di sekitar Tanjung Lapang, lebar sungai tampak lebih seragam, di tebing kiri vegetasi masih cukup padat untuk melindungi tebing dari gerusan, di tebing kanan  perumahan penduduk sudah  lebih mendominasi dan tanaman asli telah berkurang sehingga lebih rawan gerusan.

Ruas Tanjung Lapang adalah bagian dari kurvatur tikungan beradius cukup besar, di lokasi ini aliran sudah mencapai kondisi axi-simetris dimana arah dan magnitud aliran dan angkutan sedimen telah konstan baik ditinjau melintang maupun memanjang sungai. Helical flow tidak terjadi lagi (decay), dan gerusan yang terjadi secara setempat di tebing sebelah kanan lebih disebabkan  properties tanah.

XIV. Karakteristik Meander

Bagian hulu sungai selalu ditandai dengan kecepatan aliran yang tinggi, endapan sedimen berukuran besar di dasar dan tepi sungai dan kemiringan dasar saluran (slope) yang besar. Tingginya kecepatan di bagian hulu tidak terlepas dari bentuk planform sungai yang cenderung lurus sehingga resistensi sungai terhadap arus cukup rendah. Selain itu kemiringan/ slope dasar sungai yang curam juga menyebabkan kecepatan aliran tinggi.

Bagian ruas tengah (middlestream) hingga ke hilir (downstream) sungai umumnya berkelok-kelok atau bermeander. Semakin ke hilir, kecepatan aliran semakin berkurang sehingga ukuran sedimen yang terangkut pun semakin kecil. Dengan membentuk planform meander,  secara alamiah sungai telah meningkatkan resistensi terhadap aliran sehingga mengurangi intensitas gerusan terhadap tebimg dan dasar sungai. Meander  membuat slope dasar sungai menjadi lebih landai dan kecepatan aliran secara umum berkurang.    Terbentuknya meander di sungai dapat dijelaskan sebagai hasil interaksi antara pola aliran, pengangkutan sedimen, serta karakteristik sedimen di dasar sungai.

Dengan membayangkan suatu sungai berplanform lurus (straight channel), gravitasi mendorong air mengalir kearah hilir yang besarnya berbanding lurus dengan kemiringan dasar saluran. Saat debit mulai rendah (kondisi setelah banjir)  sedimen memilih mengendap di zona  penampang sungai yang kecepatan alirannya rendah yakni di dasar tebing kiri dan kanan .

Perlahan-lahan bar mulai tumbuh  seiring dengan mengendapnya sedimen yang terangkut dari hulu. Setelah ukuran bar cukup besar, aliran terdefleksi ke sisi yang lain dari sungai dengan vektor kecepatan yang terkonsentrasi sehingga kapasitas angkut sedimen menjadi tinggi di sisi  tersebut dan mengakibatkan gerusan di sisi tersebut.

Kecepatan arus yang terkonsentrasi ke arah tebing mengakibatkan gaya sentrifugal (Fc) yang kemudian mengangkat elevasi muka air. Naiknya elevasi muka air dalam arah melintang. Pertambahan elevasi muka air menimbulkan gaya hidrostatis (Fp) yang berlawanan arah dengan Fc. Di permukaan sungai nilai  Fc lebih besar dari Fp sehingga  arus mengalir searah Fc ke arah luar, sedangkan di bagian bawah  ( semakin mendekati dasar sungai nilai Fp semakin besar), Fp lebih besar dari Fc sehingga aliran di bagian bawah bergerak ke arah dalam. Mekanisme ini menghasilkan helical flow.

Helical flow mulai menggerus dasar tebing luar sehingga stabilitas tebing luar terganggu, kemudian terjadi keruntuhan dan gerusan terhadap tebing luar menghasilkan planform cekungan (concave bank). Hasil gerusan tebing terangkut ke bagian hilir cekungan dan mengendap membentuk formasi bar yang baru tepat di ujung hilir cekungan. Adanya bar tersebut mengakibatkan vektor kecepatan kembali terdefleksi ke arah tebing yang lain. Kemudian mekanisme yang sama terulang lagi hingga terbentuk cekungan baru dan bar baru kemudian  alur sungai mulai tampak berkelok.

Akibat gerusan terus menerus, cekungan bermigrasi dalam arah lateral dan produk gerusannya mengendap di sisi yang lain  (lateral migration of bend) sehingga mempertegas kelengkungan meander sungai.

Menurut Planformnya,  sungai dikategorikan sebagai berikut :

Pertama, sungai lurus (straight river) yang kelengkungan (sinuosity) tikungannya kurang dari 1,5.

Kedua, sungai braided yang ditandai dengan banyaknya bar di tengah sungai sehingga terbentuk multi-channel saat kondisi muka air rendah.

Ketiga, sungai bermeander yang mempunyai kelengkungan tikungan lebih dari 1,5.

Geometri tikungan dicirikan oleh  radius, amplitudo, dan panjang gelombang tikungan (valley wavelength). Kelengkungan (sinuosity) adalah jarak  antara dua titik diukur mengikuti alur sungai (Ls)  dibagi dengan jarak lurus  antara kedua titik tersebut (Lv). Sinuosity = Ls/Lv.