Sistem Sungai

Sistem Sungai

Dinamika Sistem Hidrologi

Sistem sungai merupakan salah satu sistem kecil yang berada didalam sistem hidrologi. Sistem hidrologi merupakan siklus air yang kompleks mulai dari menguapnya air laut menuju atmosfer, kemudian menuju darat dan kembali lagi ke laut. Ini adalah operasi sistem skala global (Gambar 7.1).

Gambar 7.1. Sirkulasi air dalam sistem hidrologi (Hamblin & Christiansen, 1995).

Sistem bermula dari panas matahari yang mengevaporasi lautan sebagai reservoir utama air bumi. Sebagian besar air langsung kembali ke lautan sebagai hujan. Sirkulasi atmosferik membawa sebagian uap air menuju daratan, yang kemudian kembali ke bumi dalam bentuk hujan atau salju. Air yang jatuh ke bumi melalui berbagai cara akhirnya kembali juga ke lautan. Sebagian kembali ke atmosfer karena evaporasi, tetapi yang jelas kembali melalui aliran permukaan (surface runoff) dalam sistem sungai yang pada akhirnya bermuara di lautan (dibahas dalam bab ini). Sebagian air ada yang meresap kedalam bumi dan bergerak perlahan melalui rongga pori tanah dan batuan. Sebagian air ditangkap dan dimanfaatkan oleh tumbuhan dan kemudian dibuang ke atmosfer. Sebagian lagi banyak yang terus mengalir dan masuk secara perlahan ke sungai dan danau atau terus bermigrasi dibawah permukaan hingga lautan. Pada daerah kutub atau di pegunungan yang tinggi, sebagian air akan terperangkap pada kontinen sebagai glacial ice yang pada akhirnya secara perlahan bergerak dari daerah dingin ke daerah lebih hangat sehingga pencairan terjadi dan akhirnya aliran permukaan mengalir hingga ke lautan.

Pentingnya air mengalir

Kenampakan permukaan di Bumi berbeda dengan kenampakan permukaan di Bulan. Di Bumi pandangan didominasi oleh lembah sungai (stream valley) sedangkan di Bulan kenampakan didominasi oleh bentuk depresi kawah-kawah (crater). Lembah sungai dikenali dimanapun pada permukaan bumi, dan air yang mengalir sangat penting sebagai penyebab utama erosi. Illustrasi yang menggambarkan begitu dominannya lembah sungai dapat dilihat pada gambar 7.2.

(A)	(B)	(C)

Gambar 7.2. Erosi melalui mengalirnya air merupakan proses dominan dalam pembentukan bentang alam. (A). Citra Landsat dari daerah Ozark Plateau di Missouri memperlihatkan sistem sungai dan lembah-lembahnya. Citra diambil pada elevasi 650 km. (B) Kenampakan foto udara memperlihatkan jaringan sungai dan lembah yang kompleks. Foto diambil pada elevasi 12 km. (C) Foto udara memperlihatkan banyak sungai dan lembah kecil pada sistem pengaliran (Hamblin & Christiansen, 1995).

Karakteristik utama sistem sungai

Sungai memiliki berbagai karakter. Ada sungai yang lebar dan ada pula yang sempit. Ada sungai yang hanya terisi air bila turun hujan, tetapi banyak sungai yang berisi air sepanjang tahun. Karena banyak karakter itulah, maka sungai dianggap sebagai suatu sistem yang kompleks. Sistem sungai (river system) sering disebut juga sebagai cekungan pengaliran (drainage basin) terdiri dari kanal utama (main channel) dan semua percabangan sungai yang mengalir kedalamnya. Satu sistem dibatasi oleh pembagi sistem (divide) berupa punggungan (ridge), karena pengaliran diluar itu menjadi satu sistem yang lain. Sistem sungai merupakan funneling mechanism (mekanisme menyerupai corong) ketika membawa aliran permukaan (surface runoff) dan guguran batuan (rock debris) yang terlapukkan. Sistem sungai secara tipikal dibagi atas tiga, yaitu sistem pengumpulan (collecting system), sistem pengangkutan (transporting system) dan sistem penyebaran (dispersing system) (lihat gambar 7.3.).

Gambar 7.3. Bagian utama dari sistem sungai dicirikan oleh proses geologi yang berbeda (Hamblin & Christiansen, 1995).

·         Sistem Pengumpulan

Sistem ini terdiri dari suatu jaringan percabangan sungai pada bagian hulu (head water region) yang berperan mengumpulkan dan menyalurkan air dan sedimen menuju sungai utama. Pola yang umum adalah pola pengaliran dendritik yang menyerupai pohon (dendritic drainage pattern) yang memiliki percabangan sungai yang meluas hingga bagian hulu hingga mencapai pembagi sistem sungai.

·         Sistem Pengangkutan

Sistem ini merupakan tubuh utama sungai yang berfungsi sebagai saluran berlalunya air dan sedimen yang berpindah dari sistem sebelumnya ke arah lautan. Walaupun proses utamanya adalah pengangkutan, namun pada subsistem ini juga menerima pasokan air dan sedimen. Pengendapan terjadi pada kelokan kanal (channel meanders) bagian sisi dalam dan ketika luapan sungai terjadi pada sisi sungai selama berlangsungnya banjir. Jadi, proses erosi, pengendapan dan pengangkutan terjadi pada sistem ini.

·         Sistem Penyebaran

Sistem ini terdiri dari jaringan pendistribusian pada muara sungai yaitu air dan sedimen disebarkan masuk ke laut, danau atau cekungan lainnya. Proses utamanya adalah pengendapan muatan sedimen kasar dan penyebaran material berbutir halus juga air sungai yang masuk kedalam basin.

Tingkatan Sistem Sungai

Pada gambar 7.2. bahwa setiap sungai dan lembah-lembahnya merupakan bagian dari sistem pengaliran dengan masing-masing dengan percabangannya berperan mengalirkan air dalam sistem ini. Kajian sistem pengaliran memperlihatkan bahwa ketika sistem sungai berkembang dengan bebas pada permukaan yang homogen, maka dengan rasio matematis mengkarakterisasi hubungan antara percabangan sungai, ukuran dan kemiringan sungai serta lembah sungai. Hamblin dan Christiansen (1995) menyampaikan beberapa hal penting tentang generalisasi dan keterkaitannya dengan sungai sebagai berikut:

1.        Jumlah segmen atau percabangan sungai menurun kearah hilir dalam progresif matematik

2.        Panjang percabangan sungai lebih besar kearah hilir

3.        kemiringan atau kelerengan sungai menurun secara eksponensial kearah hilir

4.        Kanal sungai menjadi lebih dalam dan menjadi lebih lebar secara progresif kearah hilir

5.        Ukuran lembah adalah tergantung dari ukuran sungai dan peningkatan kearah hilir secara proporsional

Dinamika Aliran Sungai

Aliran air sungai merupakan suatu proses yang cukup kompleks. Air bergerak turun melalui kanal sungai karena pengaruh gaya gravitasi. Kecepatan aliran meningkat sesuai dengan kelerengan atau kemiringan sungai. Aliran air tidak saja lurus tetapi dapat pula acak (turbulent). Energi sungai meningkat sejalan dengan peningkatan kemiringan dan volume air karenanya mampu membawa muatan sedimen. Aliran sungai sangat fluktuatif dari waktu ke waktu dan dari tempat ke tempat. Beberapa variabel penting dalam dinamika sungai adalah: (1) debit air (discharge), (2) kecepatan (velocity), (3) gradient, (4) Muatan sedimen (sediment load), dan (5) base level (level terendah sungai).

·         Debit (discharge)

Debit adalah jumlah air yang melalui suatu titik tertentu dengan interval waktu tertentu. Biasanya diukur dalam satuan meter kubik per detik. Debit aliran sangat bermanfaat untuk mengetahui perubahan pasokan air ke tubuh sungai utama dengan melakukan pengamatan sehingga diketahui datangnya air ke tubuh sungai apakah dari aliran permukaan atau dari rembesan airtanah yang masuk kedalam kanal sungai. Air tanah sangat penting karena menjamin kelangsungan air sungai sepanjang tahun yang disebut sebagai sungai permanen (permanent streams). Jika pasokan air sungai tergantung dari musim, maka sungai kadangkala kering dan kadangkala terisi air sehingga disebut sungai tidak permanen (intermittent streams).

·         Kecepatan

Kecepatan aliran tidak sama sepanjang tubuh kanal sungai hal ini tergantung dari bentuk, kekasaran kanal sungai dan pola sungai. Kecepatan terbesar terletak pada bagian tengah kanal dan bagian atas dari bagian terdalam kanal yang jauh dari seretan friksional pada bagian dinding dan dasar kanal (Gambar 7.4.).

            Pada sungai berkelok, zona kecepatan maksimum berada pada bagian luar kelokan dan zona kecepatan minimum berada pada bagian dalam kelokan. Pola ini sebagai penyebab penting terjadinya erosi secara lateral pada kanal sungai dan migrasi pola sungai (Gambar 7.5).

            Kecepatan air mengalir secara proporsional terhadap kemiringan kanal sungai. Tingkat kelerengan yang besar menghasilkan aliran yang lebih cepat dimana biasa terjadi pada sungai di daerah pegunungan. Lereng yang sangat curam mendorong berkembangnya air terjun dimana air bergerak jatuh bebas. Pada kelerengan landai, menghasilkan kecepatan lambat bahkan mendekati nol. Aliran juga tergantung dari volume air. Volume semakin besar, maka aliran menjadi lebih cepat.

Gambar 7.4. Variasi kecepatan aliran dalam kanal sungai alami terjadi pada posisi vertikal dan horizontal. Friksi mereduksi kecepatan sepanjang dasar kanal dan dinding kanal. Kecepatan maksimum pada kanal yang lurus berada pada bagian atas dan bagian tengah dari kanal sungai (Hamblin & Christiansen, 1995).

Gambar 7.5. Aliran pada kanal berkelok mengikuti pola skrup. Air pada sisi luar kelokan terdorong lebih cepat dibanding yang berada pada bagian dalam kelokan. Perbedaan kecepatan ini bersama seretan friksi normal pada dinding kanal menghasilkan pota skrup tersebut. Akibatnya erosi terjadi pada bagian luar kelokan dan pengendapan terjadi pada bagian dalam kelokan. Hal ini menghasilkan kanal yang tidak simetris (Hamblin & Christiansen, 1995)

·         Tingkat kelerengan sungai (stream gradient)

Tingkat kelerengan sungai yang lebih curam biasa dijumpai di daerah hulu, sedangkan tingkat kelerengan sungai yang landai biasa dijumpai pada daerah hilir. Penampang longitudinal dari sungai dapat memperlihatkan kenampakan yang mulus, cekung, cembung yang kemudian menjadi sangat datar pada bagian akhir sungai. Contoh sungai yang berada di pegunungan Rocky memiliki tingkat kelerengan 50m/km sedangkan pada bagian hilir di sungai Mississippi tingkat kelerengannya hanya 1 atau 2 cm/km.

·         Muatan sedimen (sediment load)

Air yang mengalir secara alamiah membawa material menuju ke lautan. Kapasitas aliran sungai untuk mengangkut sedimen meningkat 3 hingga 4 kali dari kekuatan kecepatan aliran semula. Air mengalir merupakan penyebab utama erosi tidak saja mampu mengabrasi dan mengerosi kanal tetapi berkemampuan besar membawa sedimen urai hasil pelapukan. Didalam sistem sungai, sedimen terangkut dalam tiga cara (Gambar 7.6.), yaitu:

1.        Partikel halus terbawa dalam suspensi.

2.        Partikel kasar terbawa melalui traksi (traction) seperti rolling, sliding dan saltation.

3.        Material terlarut terbawa dalam larutan (dissolved load)

Gambar 7.6. Pergerakan muatan sedimen didalam sungai dilakukan dalam berbagai cara. Lempung dan serpih terbawa secara suspensi. Partikel yang lebih besar terbawa secara menggelinding (rolling), menggeser (sliding) dan saltasi (Hamblin & Christiansen, 1995).

·         Base level (level terendah sungai)

Base level adalah batasan terendah sungai mampu mengerosi hingga dasar kanalnya. Ini adalah salah satu kunci didalam kajian aktivitas sungai. Base level perlu dievaluasi pada daerah muara sungai dimana sungai masuk ke laut, danau atau lainnya. Percabangan sungai tidak bisa mengerosi lebih rendah dari base level.

            Base level sesungguhnya adalah permukaan air laut (sea level) karena sesungguhnya energi sungai akan tereduksi hingga nol ketika memasuki laut. Ketika permukaan laut yang tenang dapat berubah, maka permukaan air laut dan base level akan berubah sehingga penampang longitudinal berubah karena sungai menyesuaikan dengan kondisi yang baru.

Kecepatan Ambang bagi transportasi sedimen

Kajian eksperimental menunjukkan kapasitas air untuk melakukan erosi, pengangkutan dan pengendapan sedimen (lihat gambar 7.7.). Kecepatan yang mampu mengangkat dan membawa partikel dapat dilihat pada kurva bagian atas. Garis kurva ini menggambarkan kecepatan erosi yang sangat bergantung pada karakteristik air, ukuran dan densitas butiran untuk digerakkan. Kurva bagian bawah menggambarkan kecepatan pengendapan (settling velocity) yang berarti partikel melepaskan diri dari suspensi. Partikel kecil seperti lempung dan lanau halus memerlukan kecepatan yang sangat besar untuk mengangkatnya karena bila dalam kondisi mengendap mereka cenderung saling menyatu. Hanya partikel berukuran halus yang masih tersuspensi dalam kecepatan minimum.

Gambar 7.7. Kecepatan ambang dari pengangkutan sedimen memberikan pengetahuan penting tentang terhadap proses erosi, transportasi dan pengendapan (F. Hjulstrom dalam Hamblin & Christiansen, 1995).

Proses Erosi Sungai

Sistem sungai mengerosi bentang alam melalui tiga proses, yaitu (1) pemindahan regolith (lapisan fragmen batuan dan batuan yang tidak terkonsolidasi di permukaan bumi), (2) penggerusan (downcutting) kanal sungai melalui abrasi, dan (3) erosi kearah hulu (headward erosion)

            Proses pemindahan regolith merupakan proses sederhana yang penting yakni pengerosian yang memindahkan dan membawa tanah dan runtuhan batuan (rock debris) yang dihasilkan selama pelapukan. Bila materialnya mudah larut maka akan terbawa dengan proses pelarutan.

            Penggerusan merupakan proses erosi yang mendasar pada semua kanal sungai. Prosesnya disertai dengan abrasi bagian dasar kanal oleh pasir dan gravel ketika mengerus dalam air yang mengalir. Mineral abrasi seperti garnet, corundum atau quartz terseret sambil menggerus dan memotong batuan dengan kecepatan yang luar biasa (Gambar 7.8).

            Hal menarik dari penggerusan dasar kanal adalah aksi pengeboran oleh kerikil dan kerakal yang terperangkap dalam depresi dan pusaran arus. Pergerakan rotasional dari pasir, gravel dan bongkah seperti mengebor dan membuat lubang dalam yang dikenal sebagai potholes (Gambar 7.9).

Gambar 7.8. Pasir dan gravel dapat menjadi alat erosi dan berperan mengabrasi dengan kuat ketika tertransport oleh sungai. Grand Canyon, Arizona (Hamblin & Christiansen, 1995).	Gambar 7.9. Potholes adalah tererosinya dasar sungai oleh pasir, kerikil dan kerakal yang berotasi karena eddy’s current. Potholes dari tepi ke tepi sekitar 10 meter (Hamblin & Christiansen, 1995).

            Faktor penting lain dari penggerusan kanal sungai adalah migrasi kearah hulu (upstream migration) dari air terjun (waterfalls). Ketika kecepatan jatuhan air meningkat, maka turbulensi pada bagian dasar airterjun akan besar sehingga erosi cepat sekali pada dinding tebing dan akhirnya mampu membuat airterjun mundur kearah hulu