HIDROLOGI DAS

3.    HIDROLOGI DAS

Pada permukaan bumi dapat dibagi kedalam beberapa DAS. Air yang mengalir ke daerah muara yang sama merupakan satu sistem DAS. Pada bagian berikut, kita membahas beberapa dari banyak fitur yang menggambarkan daerah aliran sungai, dan bagaimana air bergerak melalui daerah aliran sungai. Kami membedakan antara fitur terres-trial yang terkait dengan area yang tidak tertutup oleh air dari fitur perairan, seperti sungai dan danau, yang secara permanen tergenang. Kami juga memeriksa lahan basah, dimana transisi antara keduanya di antara fitur.

3.1    Fitur Landscape

Fitur lanskap umum :

1.         Kontur topografi - Garis dengan ketinggian sama

2.         Kemiringan - Perubahan elevasi per satuan jarak

3.         Aspek - Arah permukaan yang menghadap

4.         Streamlines - Garis tegak lurus terhadap kontur topografi

5.         Celah cekung, cekungan - Zona arus konvergensi

6.         Lereng konveks, pegunungan - Zona arus divergen

7.         Panjang DAS - Jarak dari outlet ke titik paling jauh

8.         Lereng DAS - Ketinggian perubahan dibagi jarak

9.         Ketinggian Maksimum - Titik tertinggi pada daerah aliran sungaI

10.     Area-Elevation Relationship - Plot elevasi vs jumlah dari tanah di kelas ketinggian

3.1.1        Karakteristik Topografi

Fitur topografi adalah sifat permukaan terestrial bumi yang dapat digunakan untuk menggambarkan karakteristik daerah aliran sungai. Topografi menentukan kemiringan dan aspek permukaan tanah. Lereng curam mendominasi daerah pegunungan, perbukitan memiliki lereng sedang, dan lereng terlihat di dataran dan dataran tinggi. Suhu yang lebih dingin dan tanah basah biasanya ditemukan pada aspek utara dan timur yang menghadap ke utara, dan pada aspek selatan dan timur di lintang selatan.

Selain lereng dan aspek, vegetasi, penggunaan lahan juga mempengaruhi limpasan air. Air bisa diaplikasikan dari sumber alam, seperti curah hujan, atau dari pencairan salju. Air juga bisa diaplikasikan secara artifisial, seperti irigasi pertanian dan perumahan atau pembuangan industri dan kota. Air yang mengalir melintasi permukaan terestrial biasanya berselang, jika tidak maka akan terletak pada saluran tertentu. Aliran ini disebut sheet atau overland flow. Kecepatan aliran biasanya lambat, tapi bisa cepat di lereng curam atau di mana tanah atau batu terbuka.

Garis kontur digunakan untuk menandai titik ketinggian yang sama. Garis melintang tegak lurus terhadap garis kontur, dan mengarah ke arah menurun. Garis kontur ditutup (membentuk garis kontinu) di sekitar puncak dan dalam depresi. Garis kontur adalah cembung jika arus arus divergen (memisahkan), dan cekung jika konvergen. Sistem Informasi Geografis, GIS, biasanya digunakan untuk menggambarkan fitur topografi permukaan planet kita. Permukaan disimpan secara digital pada berbagai resolusi, dan kemudian digunakan untuk mewakili elevasi dan lokasi fitur fisik. Fitur lainnya juga bisa diinventarisasi, seperti vegetasi, penggunaan lahan, dan tipe tanah.

3.1.2        Karakteristik Bawah Permukaan

Selain fitur permukaan, fitur bawah permukaan juga penting dari perspektif lanskap, atau daerah aliran sungai. Permukaan tanah atau bawah permukaan air penting karena berbagai alasan - ia menopang sungai dan sungai kita pada saat cuaca kering, sumur memberi kita persediaan air minum tambahan, dan air untuk pabrik dan lapangan kita. Daerah tanpa air tanah lebih bergantung pada keacakan dan ketidakpastian yang terkait dengan presipitasi, dan lebih rentan terhadap kekeringan.

Permukaan air tanah adalah elevasi permukaan air yang ditemukan di sumur. Daerah di bawah permukaan air disebut zona jenuh dimana semua pori diisi dengan air. Daerah di atas meja air, namun masih di bawah permukaan, disebut zona vadose, atau unsaturated. Kedua zona tak jenuh dan jenuh adalah kunci untuk memahami mengapa dan di mana air bergerak di bawah permukaan.

Air tanah dipegang terutama di ruang pori-pori sedimen tak terkonsolidasi jenuh. Porositas adalah volume air per satuan volume media. Batu padat, seperti granit, mungkin memiliki porositas yang sangat kecil, sementara pasir dan tanah liat mungkin memiliki porositas yang jauh lebih besar. Porositas total adalah jumlah porositas yang saling berhubungan, ditambah porositas terisolasi, atau mati. Sementara beberapa batuan, seperti basal, mungkin memiliki porositas total yang besar, air mungkin tidak mudah bergerak melalui bebatuan ini karena pori-pori tidak saling berhubungan. Selain itu, pasir dan tanah liat mungkin memiliki porositas yang serupa, namun air tidak mengalir dengan mudah melalui tanah liat karena pori-pori tersebut sangat banyak.

Umumnya, lapisan berpasir adalah akuifer dan lapisan tanah liat kaya diklasifikasikan sebagai aquitards atau aquicludes. Arus air di permukaan bawah tidak seragam - akuifer adalah unit geologis yang mentransmisikan air dengan cepat ke sumur, sedangkan aquitard adalah unit geologi yang menghambat pergerakan air. Unit akifer dan akustik adalah badan mappable batuan atau sedimen yang mentransmisikan sejumlah air yang cukup atau memiliki konduktivitas hidrolik yang secara signifikan lebih rendah dari pada akuifer yang berdekatan.

Aquifer dan aquifer tertekan adalah bagian informal yang ditandai oleh sifat yang sangat berbeda dari bagian unit lainnya. Konduktivitas hidrolik, warna, kimia, atau litologi mungkin merupakan ciri pembentukan suatu zona. Banyak formasi geologi dapat diidentifikasi di bawah permukaan sebagai lapisan yang berbeda dengan ketebalan yang terukur, biasanya pada arah vertikal. Sistem akuifer mungkin mengandung satu atau lebih akuifer yang mentransmisikan air tanah secara regional. Unit penentu yang memiliki efek lokal namun tidak regional mungkin ada dalam sistem akuifer. Sistem penentu terdiri dari satu atau lebih unit yang meyakinkan yang menghambat aliran air tanah regional

3.1.2.1           Ringkasan Fitur Umum Bawah Permukaan

1.        Aquifer - Formasi geologis yang mentransmisikan jumlah air yang cukup banyak ke sumur

2.        Aquitard atau Confining Layer - Formasi geologis yang menolak pergerakan air di antara dua akuifer.

3.        Aquiclude - Formasi geologis dimana aliran fluida yang dapat diabaikan dimungkinkan

4.        Aquifer murni - Akuifer dengan meja air, biasanya unit hidrogeologis paling atas di zona jenuh.

5.        Water Table - Permukaan yang didefinisikan di mana tekanan fluida pori sama dengan tekanan atmosfir. Setara dengan elevasi air di sumur yang menembus akuifer positif.

6.        Saturated Zone - Daerah pori-pori jenuh di bawah air yang jernih.

7.        Unsaturated, atau Vadose, Zone - Daerah antara permukaan tanah dan meja air dimana pori-pori sangat jenuh dengan air.

8.        Unconfined Aquifer - Akuifer di mana kepala total tidak naik di atas bagian atas unit.

9.        Confined Aquifer - Akifer di mana total kepala naik di atas bagian atas unit.

10.    Porositas - Volume void per satuan volume akuifer.

11.    Porositas Efektif - Volume rongga interkoneksi yang berkontribusi terhadap aliran fluida, per satuan volume akuifer.

12.    Porositas Terisolasi - Volume rongga mati atau rongga terisolasi yang tidak berkontribusi terhadap aliran fluida, per satuan volume akuifer.

13.    Porositas Ganda - Sebuah akuifer dengan dua jenis porositas, seperti pori-pori kecil dan mikroskopis dengan sekumpulan void yang lebih besar, seperti fraktur dan makropores.

14.    Macroporosity Visible pori-pori, seperti fraktur, void atau vugs

15.    Porositas mikroporositas, atau matriks - Pori-pori terlalu kecil untuk dilihat, seperti rongga antara butiran mineral atau platelet tanah liat.

3.2    Fitur Perairan

3.2.1        Sungai dan Arus Sungai

Sifat pemetaan anak sungai berguna untuk menggambarkan bagaimana sistem ini berperilaku. Aliran arus rendah memiliki debit kecil dan cepat merespon curah hujan, sementara arus berurutan memiliki debit rata-rata lebih besar, dan merespons dengan lebih lambat.

Panjang arus adalah jarak dari sumbernya ke pengaruh dengan aliran lain atau badan air. Panjang arus berkelok-kelok jauh lebih panjang daripada arus lurus, dan lebih sulit ditentukan karena sulit mengukur setiap kurva arus. Kita dapat mengatakan bahwa tortuosity dari sebuah aliran, τ = L / Lm, adalah rasio jarak lurus yang diukur, Lm dengan panjang sebenarnya dari arus, L. Aliran dengan tortuosity dua berarti bahwa sungai sebenarnya dua kali selama jarak dari hulu ke mulutnya.

Profil aliran adalah sebidang elevasi sungai sebagai fungsi dari jarak arus dari sumbernya. Kemiringan plot profil aliran setara dengan kemiringan sungai. Profil aliran berguna untuk menggambarkan kekuatan aliran, yang merupakan produk dari debit dan kemiringan.

 

3.2.2        Danau Dan Laut Dalam

Badan air ini umumnya memiliki kecepatan air yang tidak berarti dan kurangnya bayangan di permukaan air. Penyebab utama pergerakan air adalah energi angin, yang menyebabkan pencampuran pada lapisan permukaan, serta sirkulasi air dan seiches danau.

Danau dan kolam adalah badan air yang terdiri dari air tawar, sedangkan Inland Seas (dan danau garam) memiliki salinitas yang cukup besar. Danau dan inland seas terbentuk melalui proses geologi alami, seperti glaciation, longsor, dan tektonik atau geologi, sedangkan waduk dan kolam biasanya dibangun oleh manusia, atau oleh hewan pemelihara bendungan lainnya seperti berang-berang.

Karena kecepatan air yang lambat dan kurangnya naungan permukaan air, radiasi matahari cenderung memanaskan air di permukaan dekat di zona fotik. Saat air hangat, air menjadi lebih apung daripada air dingin yang mendasari, sehingga menghasilkan stratifikasi. Stratifikasi kolom air biasanya terbesar di musim panas, dan pecah pada musim gugur saat permukaan air mendingin. Jika badan air ditutupi dengan es, maka periode tambahan stratifikasi musim dingin dapat terjadi, yang menghasilkan dua periode dalam tahun dimana tubuh air diperkuat (tidak rata).

Pelepasan dari danau dan  inland seas biasanya berasal dari epilimnion, yang biasanya lebih hangat di musim panas dan dingin di musim dingin. Pengosongan dari kolam dan waduk tergantung pada struktur outlet. Jika pelepasannya berasal dari struktur lapisan atas di permukaan air, maka aliran keluar akan meniru pelepasan alami. Di sisi lain, struktur asupan debit yang berada lebih dalam di kolom air akan lebih dingin dari pada buangan alami selama musim panas. Rembesan air tanah melalui bendungan atau dasar danau merupakan mekanisme lain bagi badan air ini untuk mempengaruhi persediaan air regional.

Pelepasan dari inland seas biasanya tidak ada, sehingga tidak ada pengaliran. Setiap air yang masuk ke badan air ini hilang dari penguapan, berkonsentrasi pada garam yang terkandung di dalam aliran. Inland seas sering berada di daerah gurun dimana curah hujannya jauh lebih kecil daripada evaportranspirasi. Badan air ini sangat rentan karena pengalihan perairan di perairan untuk irigasi pertanian seringkali memiliki efek samping yang dramatis.

Beberapa badan air secara permanen bertingkat. Laut Mati, yang terletak di antara Yordania dan Palestina, telah ada selama ribuan tahun karena akumulasi air yang lebih berat dan kaya garam di bagian tubuh air yang lebih dalam. Saat arus hulu air tawar dialihkan oleh Israel, lapisan atas menghilang, mengakibatkan pencampuran dan pelepasan CO2 dan H2S yang besar yang telah terperangkap di lapisan yang lebih dalam. Sebuah bencana serupa terjadi di Camaroon pada tahun 1983 ketika sebuah awan CO2 yang mematikan dilepaskan dari sebuah danau yang membalikkan badan (terabaikan) ketika sejumlah besar air dingin mengalir ke danau saat terjadi hujan.

Fitur aliran umum

1.         Order Arus - Arus terkecil diberikan pesanan (1). Aliran yang lebih besar diberi pesanan (2), dll.

2.         Panjang Aliran - Jarak arus dari koneksinya ke sumbernya.

3.         Stream Profil - Kemiringan arus sepanjang arus

4.         Densitas Drainase - Jumlah semua panjang arus dibagi dengan luas total

5.         Densitas Order Arus - Jumlah panjang arus di setiap urutan arus dibagi dengan jumlah semua panjang

6.         Spring Magnitude - Mata air terbesar diberi magnitude (1). Aliran yang lebih kecil diberi pesanan (2), dll.

7.         Fitur longitudinal - Kolam renang, Riffes, Steps, Glides Latitudinal features - Point Bars, Cut Banks

8.         Thalveg - saluran utama

9.         Dataran Banjir - Aliran overbank

10.     Teras - Terbengkalai dataran rendah

Fraktal: Persamaan Skala Geometrik

1.         Garis pantai - panjang batas laut-darat meningkat saat panjang penguasa menurun

2.         Densitas Sungai - jumlah dan panjang saluran air meningkat seiring skala peta menjadi lebih baik

3.         Fisika Tanah - penskalaan partikel menggeser kurva karakteristik kelembaban tanah ke bentuk yang sama

4.         Pengukuran Geofisika - Resistivitas massal bukan hanya produk resistivitas dan porositas

5.         Media Fraktur - Fraktur kerapatan berubah seiring skala perubahan pengukuran

6.         Misalkan L1 = λ L2 - dimana L1, L2 adalah model dan skala panjang asli, dan λ adalah faktor penskalaan

Fitur umum danau

1.         Zona Photic - Zona dekat permukaan danau dengan sinar matahari yang cukup untuk fotosintesis.

2.         Thermocline - Titik perputaran pada kurva suhu, memisahkan air campuran dengan baik di dekat permukaan dari air yang kurang bercampur pada kedalaman.

3.         Stratifikasi - Pemisahan kolom air ke lapisan yang berbeda.

4.         Epilimnion - Zona air campuran baik di dekat permukaan danau di atas termoklin

5.         Hypolimnion - Zona campuran air yang kurang baik di bawah termoklin

6.         Metalimnion - Zona air yang cukup dicampur di dekat termoklin

7.         Seiche - Osilasi acak dari permukaan air karena angin, perubahan tekanan barometrik, atau gempa bumi

8.         Zona Littoral - Zona air dangkal di sepanjang garis pantai. Zona dimana vegetasi makrofitik berakar kemungkinan besar

9.         Open Water Zone - Air yang lebih dalam dari garis pantai. Tanaman bebas kemungkinan besar.

3.2.3        Samudra, Laut, dan Estuari

Lingkungan laut terdiri dari fitur perairan yang saling berhubungan yang didominasi oleh adanya air asin. Kami sebelumnya mengelompokkan inland seas dengan danau karena tidak terhubung langsung dengan lingkungan laut. Lingkungan laut mendominasi Planet Bumi, yang menutupi sebagian besar permukaannya.

Samudra utama meliputi Pasifik, Atlantik, India, dan Arktik, dengan banyak badan air laut yang tak terhitung jumlahnya, seperti Laut Karibia, Laut Tengah, Laut Baltik, dan Bering. Sementara samudera dan lautan ini saling berhubungan, sirkulasi dan kimia air mereka mungkin berbeda satu sama lain.

 

3.2.4        Rawa atau Lahan Basah

Rawa memiliki banyak atribut hidrologi unik. Salah satu atribut yang sangat penting adalah posisi mereka sebagai zona transisi antara ekosistem perairan dan terestrial. Rawa memiliki aspek lingkungan perairan dan terestrial karena posisi ini.

Di satu sisi, sebagian besar lingkungan air tawar dan laut, seperti danau, sungai, muara sungai, dan lautan, ditandai memiliki air permanen. Di sisi lain, lingkungan terestrial umumnya ditandai memiliki kondisi lebih kering, dengan zona tak jenuh (vadose) hadir untuk sebagian besar siklus tahunan. Rawa dengan demikian menempati zona yang merupakan transisi antara lingkungan yang dominan basah dan kering.

Fitur tambahan penting dari rawa adalah genangan dangkal mereka. Batas atas zona kejenuhan di dalam rawa meluas dari kuasifl ooded (yaitu air yang menutupi permukaan) sampai kuasi kering (yaitu, muka airtanah di dalam zona akar). Lingkungan hidrologi dangkal ini menciptakan kondisi biogeokimia unik yang membedakannya dari lingkungan air tawar, laut, dan terestrial. Di habitat air tawar dan laut, permukaan air terletak di atas permukaan tanah, sementara di lingkungan terestrial terletak beberapa jarak di bawah zona akar sebagai muka air tanah atau zona kejenuhan.

Rawa cenderung terbentuk di mana air permukaan dan air tanah terakumulasi dalam depresi topografi (seperti di dataran rendah, lubang, dan di balik bukit pasir, tanggul, dan morain glasial, wastafel kapur, pocosins, dan Carolina Bays), di mana pembuangan air tanah di lereng ( seperti di sepanjang tepi sungai, danau, dan samudra), dan di atas substrat permeabilitas rendah dimana penyaringan dibatasi (Novitzki, 1989).

Rawa adalah unit lanskap hidrologi fundamental (Winter, 2001) yang umumnya terbentuk di daerah-daerah, atau di lereng dangkal, di mana air abadi berada pada atau di dekat permukaan tanah, baik di atas atau di bawahnya. Rawa dapat terbentuk pada awalnya dalam depresi, namun dapat memodifikasi lingkungan mereka saat mereka dewasa. Lahan gambut dapat berkembang dengan substansial mengubah lansekap asli (Daniel, 1981).

Rawa biasanya ditemukan di lingkungan energi rendah, sebagian karena permukaan tanah relatif di daerah ini (Orme, 1990). Karena rawa terletak pada lanskap yang relatif longgar, luas permukaannya mengembang dan berkontraksi saat air berubah. Perubahan besar di daerah ini menghasilkan kemampuan untuk menyimpan sejumlah besar air. Oleh karena itu, rawa berperan sebagai moderator variabilitas hidrologi - menyimpan flora flora pada saat cuaca basah pada khususnya. Selain itu, kedalaman dangkal dan lereng rendah, konsisten dengan lingkungan energi rendah, penting untuk menjebak nutrisi dan sedimen.

3.3    Sumber Aliran Arus

Hidrograf aliran menghubungkan debit atau tahap air sebagai fungsi waktu. Tahap arus adalah elevasi air di saluran, yang biasanya meningkat saat debit meningkat. Hubungan antara tahap arus dan debit disebut kurva rating. Sebuah gage staf adalah skala yang ditempatkan di sungai untuk mengukur tingkat arus. Pelepasan debit diperkirakan dengan mengukur tahap arus dan kemudian mengkonsultasikan kurva rating.

Antara badai, sungai biasanya menurun perlahan seiring berjalannya waktu, meningkat sebagai respons terhadap curah hujan. Angkat hidrograf yang meningkat sesuai dengan periode waktu dari saat arus berhenti menurun sampai mencapai puncaknya. Debit puncak, atau tingkat puncak, sesuai dengan waktu ketika sungai mencapai tingkat tertinggi. Cabang hidrograf yang jatuh sesuai dengan periode setelah puncak dan berlangsung sampai badai berikutnya.

Waktu untuk puncak adalah panjang waktu antara puncak curah hujan dan debit puncak. Waktu konsentrasi adalah waktu yang dibutuhkan aliran untuk melakukan perjalanan dari titik paling jauh ke daerah aliran sungai. Waktu ke puncak pendek di daerah perkotaan dengan permukaan dan kanal tahan lama yang telah dimodifikasi untuk meningkatkan kecepatan aliran. Waktu ke puncak lebih lama di daerah berhutan dengan sedikit permukaan dan saluran yang tidak rata dengan banyak rintangan yang memperlambat aliran air.

 

Gambar 1. Komponen Hidrograf

 

Gambar 2. Komponen aliran di lereng bukit.

Ahli hidrologi membagi aliran sungai menjadi tiga jenis aliran, aliran badai (stormflow), aliran balik (Interflow), dan aliran dasar (baseflow). Aliran badai mengacu pada aliran sungai yang terjadi dengan cepat sebagai respons terhadap kejadian presipitasi. Aliran balik adalah proses yang lebih lambat yang mungkin memakan waktu berjam-jam atau berhari-hari, sementara aliran dasar biasanya memakan waktu berhari-hari untuk merespons curah hujan. Jika arus sungai mengalir sebelum hujan (situasi khas), aliran badai adalah aliran yang terjadi disamping aliran dasar yang akan terjadi jika hujan tidak turun. Ada banyak cara untuk memisahkan aliran sungai ke aliran badai, aliran balik, dan aliran dasar.

Sumber air di sungai dan anak sungai telah menjadi sumber kontroversi sejak awal sejarah - banyak ilmuwan dan filsuf terbesar berdebat mengenai masalah ini. Hari ini kita tahu bahwa beberapa air di sungai berasal dari aliran darat melintasi permukaan yang tidak rata. Hal ini terutama terjadi pada lanskap yang diubah oleh manusia, seperti di kota-kota dan daerah pertanian.

Ada lebih sedikit permukaan tahan di hutan dan daerah lain yang kurang terpengaruh oleh manusia. Arus aliran di daerah-daerah ini didominasi oleh debit air tanah sebagai eksklusi dari sumber bawah permukaan. Air masuk ke dalam tanah, mengisi akuifer yang kemudian memasok aliran ke sungai.

Salah satu cara untuk menjelaskan limpasan (runoff) adalah konsep daerah yang berkontribusi. Wilayah kontribusi, atau daerah sumber variabel, model mengasumsikan bahwa hanya area tertentu di daerah aliran sungai yang berkontribusi terhadap aliran sungai. Ini termasuk daerah jenuh, seperti danau dan kolam, saluran sungai, rawa, dan area genangan air lainnya, serta area dimana tanah jenuh di permukaan.

Pendekatan area sumber variabel mengasumsikan bahwa semua curah hujan terjadi di beberapa daerah, sementara curah hujan tidak terjadi di daerah lain karena tanah sudah jenuh di daerah ini dan membentang dari permukaan. Limpasan yang diamati hanya berasal dari area yang berkontribusi ini.

Ringkasan proses hidrologi DAS.

1.         Presipitasi - Atmosfer air jatuh di permukaan bumi.

2.         Intersepsi - presipitasi yang tertangkap oleh permukaan tanaman sebelum mencapai tanah.

3.         Throughfall - Precipitation tidak tertangkap oleh vegetasi dan mencapai permukaan tanah.

4.         Stem flow - intersepsi yang mencapai permukaan tanah.

5.         Penyaringan - Air melewati permukaan bumi ke permukaan bawah.

6.         Percolasi - Air bergerak melalui zona tak jenuh.

7.         Deep Percolation - Air bergerak melewati zona akar di zona tak jenuh.

8.         Isi ulang - Air bergerak melintasi meja air dari zona tak jenuh ke zona jenuh

9.         Exfltration atau Groundwater Discharge - Air bergerak dari permukaan bawah ke permukaan di permukaan bumi.

3.3.1         Presipitasi Pada Channel

Beberapa curah hujan langsung mendarat di permukaan anak sungai, sungai, rawa, dan danau, dan jelas menjadi arus badai (stormflow) segera. Ini biasanya sebagian kecil dari arus badai, bagaimanapun, karena air permukaan biasanya menutupi sebagian kecil dari bentang alam. Ini tidak benar di rawa, bagaimanapun, seperti Okefenokee, di mana area yang luas ditutupi oleh air.

3.3.2         Presipitasi pada Area Saturated (Jenuh)

Beberapa bagian bentang alam cenderung lebih basah daripada yang lain karena air terus mengalir ke daerah-daerah di antara badai atau karena tanah jenuh berada di dekat permukaan. Bukit lereng cekungan, daerah rendah di sekitar anak sungai dan sungai, rawa, dan margin rawa adalah contoh dari daerah-daerah ini.

Selama hujan, tanah di daerah ini bisa menjadi sangat jenuh, dan tingkat penyaringannya bisa turun menjadi nol. Bila ini terjadi, terjadi overland flow pada area jenuh ini. Proses pembangkitan runoff ini juga disebut konsep area sumber variabel, karena daerah saturated ini berkembang selama badai hujan atau selama musim hujan karena daerah yang lebih luas menjadi jenuh.

Jika tingkat curah hujan melebihi tanah dalam laju filtrasi (tingkat di mana tanah menyerap air), maka air tergenang di permukaan tanah. Jika permukaan tanah melandai, aliran air yang tertumpuk menurun ke arah sistem saluran. Ini disebut aliran darat (overland flow), aliran lembaran (sheet flow), atau limpasan permukaan (surface runoff). Hal ini juga disebut aliran Hortonian setelah B. Hortton, ahli hidrologi yang pertama kali menjelaskan proses ini pada tahun 1930an.

Contoh yang paling jelas dari aliran Hortonian ada di jalanan dan tempat parkir. Di Georgia, aliran Hortonian juga umum terjadi pada lahan yang dibajak dan tanah kosong, tapi jarang terjadi di hutan kecuali jika hujan turun dengan deras, seperti saat angin topan. Bahkan kemudian, bagaimanapun, limpasan hutan lebih mungkin terjadi karena kejenuhan tanah yang mendasarinya, dan bukan karena tingkat penyaringan yang rendah di permukaan tanah. Perbedaan antara tingkat curah hujan dan tingkat filtrasi adalah jumlah hujan yang terjadi pada bentang alam.

Potensi tingkat filtrasi cenderung menurun seiring berjalannya waktu. Saat curah hujan dimulai, tanah yang relatif kering di dekat permukaan tanah menyerap air lebih cepat daripada yang bisa dibawa gravitasi saja. Serapan ini (juga disebut imbibisi) air adalah hasil dari kekuatan kapiler (seperti bagaimana tisu menyerap air) di tanah.

Karena kandungan kelembaban tanah menjadi seragam dengan kedalaman di dekat permukaan, laju filtrasi menjadi sama dengan konduktivitas hidrolik tanah (permeabilitas tanah) untuk kadar air tersebut. Seperti terjadi penyaringan, biasanya ada perbedaan kelembaban yang tajam antara tanah yang baru dibasahi dan tanah kering di bawahnya. Ini jeda yang tajam dalam isi kelembaban disebut pembasahan depan, dan bergerak ke bawah selama badai.

Karena perubahan potensi tingkat penyaringan selama curah hujan, terjadinya limpasan permukaan tidak hanya bergantung pada intensitas curah hujan, tetapi juga pada waktu intensitas. Misalnya, tingkat curah hujan sepuluh cm / jam jauh lebih mungkin menyebabkan limpasan permukaan jika terjadi setelah dua hari hujan ringan daripada jika terjadi pada awal badai.

3.3.3         Interflow (Aliran lateral)

Interflow adalah aliran lateral, dangkal, bawah permukaan yang terjadi pada bukit-bukit dengan lapisan tanah permeabel dangkal yang menutupi lapisan permeabilitas rendah. Interflow dapat terjadi baik sebagai saturated (pori-pori tanah diisi dengan air) atau unsaturated (pori-pori tanah hanya sebagian dipenuhi dengan air). Interflow dimulai di lapisan tanah begitu pembasahan melewati lapisan tanah dan mencapai permukaan lapisan di bawahnya.

Arus interflow tidak mencapai saluran arus secepat aliran permukaan, namun interaksi Interflow cukup cepat untuk menghasilkan sebagian respon aliran badai (stormflow). Di beberapa daerah berhutan, dominasi interflow menyiratkan respons stormflow. Interflow terus berlanjut di antara badai, mengangkut air tanah dari bagian lanscape yang lebih tinggi ke bagian bawah lanscape. Interflow adalah proses yang menciptakan area sumber variabel (area jenuh (saturated) di dekat arus sungai).

Interflow tidak terjadi di semua lanskap. Interflow umumnya terjadi bila lapisan tanah tipis dan bila lerengnya relatif besar. Cakrawala Bt dapat menyebabkan interflow karena permeabilitas rendah.

3.3.4         Baseflow (Arus dasar)

Aliran sungai antara badai berasal dari debit air tanah (air yang tersimpan di akuifer bawah tanah), saluran air (drainase bukit-bukit), dan mengalirkan air yang tersimpan di danau dan lahan basah. Baseflow (arus dasar) tidak konstan. Stabil tapi perlahan berkurang antara kejadian curah hujan saat air mengalir dari daerah aliran sungai (seperti bagaimana bak mandi mengalir lebih lambat karena menguap). Baseflow merupakan penentu penting kondisi habitat di sungai dan sungai.

Bila aliran lebih rendah, ada sedikit pengenceran masukan polutan sehingga menghasilkan konsentrasi kontaminan yang lebih tinggi selama periode aliran rendah. Juga, ada sedikit penyangga (redaman) terhadap pemanasan matahari dan atmosfer air. Dengan demikian, suhu aliran bisa menjadi masalah bagi ikan selama periode rendah musim panas. Karakteristik air tanah dari cekungan sangat mengontrol kuantitas, kualitas, dan suhu aliran dasar.

3.4    Mengukur Aliran Sungai

Pelepasan arus dapat diukur secara langsung dengan menggunakan pengukuran medan kecepatan air di dalam saluran. Karena kecepatan air bisa sangat bervariasi dalam suatu saluran, beberapa pengukuran kecepatan air dibutuhkan pada titik-titik yang berbeda dalam saluran.

Arus air di saluran, Q :

Dimana ‘͞v’ adalah kecepatan arus rata-rata dan ‘A’ adalah luas penampang melintang tegak lurus terhadap arus.

Pelepasan arus dihitung dengan menggunakan jumlah pelepasan di bagian tertentu dalam saluran:

dimana ‘Q_i’ adalah aliran di setiap bagiannya.

Penampang saluran rinci sering digabungkan dengan profil kecepatan terperinci untuk memberikan perkiraan yang lebih akurat:

dimana ‘A_i’ adalah aliran dalam segmen arus individu, dan ‘v_i’,’ W_i’, dan ‘D_i’ adalah kecepatan, lebar, dan kedalaman masing-masing segmen.

Kecepatan tidak konstan dengan kedalaman di saluran, dengan kecepatan maksimum yang terjadi pada atau di dekat permukaan, dan kecepatan nol atau sangat rendah di sepanjang sisi bawah dan samping. Sebagai aturan praktis, kecepatan rata-rata umumnya diasumsikan berada pada kedalaman sekitar 60% jarak dari permukaan ke bagian bawah saluran. Untuk sungai dalam, beberapa ukuran kecepatan yang diambil pada kedalaman yang berbeda dapat digunakan untuk memberikan rata-rata yang lebih baik.

3.4.1   Kurva Rating

Aliran debit juga tidak konstan pada waktunya. Pelepasan yang meningkat menyebabkan peningkatan level air, atau tahapan di dalam saluran. Untuk memperhitungkan variasi temporal dalam debit, pengukuran saluran harus diperoleh pada tahap yang berbeda. Hubungan antara tahap arus dan debit aliran disebut kurva rating.

Kurva rating digunakan untuk menghubungkan tahap arus, h, ke debit aliran, Q. Zona arus adalah tinggi air, biasanya diukur dengan menggunakan gage staf, yang hanya merupakan skala vertikal yang melekat secara permanen pada titik di dalam air sehingga level air dapat dengan mudah ditentukan. Hubungan antara tahap-debit biasanya berbentuk:

Dimana ‘h_o’ adalah elevasi referensi ketika Q → 0. Staf gage harus ditempatkan di kolam hulu dari nickpoint/titik temu (riffes, atau air terjun) untuk memastikan bahwa kondisi selalu subkritis, yaitu bahwa kepala kecepatan dapat diabaikan.

3.4.2   Persamaan Manning

Persamaan Manning biasanya digunakan untuk memprediksi kecepatan arus rata-rata, ¯ v:

dimana c = 1 dalam satuan metrik dan c = 1,49 dalam satuan bahasa Inggris, n adalah koefisien Manning, R = (A / P) adalah radius hidrolik, dengan A adalah daerah penampang melintang dan P adalah perimeter dibasahi ketika  sungai bertemu dengan lapisan, dan S =( Δh / Δx) adalah kemiringan aliran, dengan Δh menjadi perubahan pada total puncak/ hulu dan Δx menjadi jarak hilir.

Kemiringan aliran umumnya diambil sebagai rata-rata dalam jangkauan yang panjang, yaitu menggunakan interval kontur pada peta topografi.

Radius hidrolik kira-kira sama dengan kedalaman air, R ≈ D, di saluran empat persegi panjang karena A = W . D dan P = W + 2D ≈ W dengan D «W, sehingga:

Contoh Nilai Koefisien Manning ‘n’ untuk berbagai kondisi kanal.

Kondisi Channel			n
Channel	Lurus/ Straight	bagian bawah yang halus, penampang melintang seragam, tidak ada vegetasi	0,020
		dasar berpasir / kerikil, penampang melintang, vegetasi yang tersebar	0.025
	Sangat lurus/ Mostly Straight	penampang tidak beraturan, batuan yang tersebar, tanaman melimpah	0,030
	Berliku/ Winding	Kolam dan kawanan dangkal, batuan atau vegetasi yang cukup	0,040
		v. berbatu, penampang tidak beraturan, banyak kolam dan kawanan dangkal dan / atau v. reedy	0.050
	Kolam/ Pools	v. reedy, lamban, vegetasi saluran lebat	0.100
Dataran banjir	Lahan terbuka, rumput pendek, terdapat semak-semak atau pohon besar yang sangat jarang		0,035
	Semak-semak dan pepohonan kecil yg jarang		0,060
	Pohon besar dan beberapa pohon di bawahnya, beberapa rerumputan		0.100

3.4.3   Kontrol Struktur

Cara yang paling akurat untuk mengukur air adalah dengan membangun struktur yang memungkinkan kita untuk secara tepat menentukan aliran. Ada dua kategori umum struktur kontrol, weir dan flek. Meski tidak dimaksudkan untuk tujuan ini, bahkan gorong-gorong pun bisa digunakan untuk mengukur aliran sungai, meski tidak seakurat bendungan atau hujan.

Jenis struktur kontrol saluran.

Weir:

1.    Cekungan yang masih ada terletak di hulu bendung

2.    Perekam level air digunakan untuk mengukur stadium di stillingbasin

3.    Struktur outlet meliputi bentuk empat persegi panjang, segitiga (v-notch), dan Cipolletti (trapesium)

4.    puncak weir yang umumnya luas (flat lip) dan curam

5.    arusnya adalah arus hulu subskritis puncak, arus hilir superkritis

6.    weir mengumpulkan sedimen dengan lambat di cekungan, puing-puing di puncak

Flumes:

1.    tidak ada cekungan yang masih ada, hanya tekak yang sempit

2.    dekat bagian reguler

3.    melewati sedimen dengan mudah

4.    puing-puing kayu bisa menjadi masalah

Gorong-gorong:

1.    Empat kombinasi persamaan aliran, melayang vs. hulu terbuka, melayang vs hilir terbuka

2.    Gorong-gorong harus berbentuk biasa, bulat atau persegi panjang, tanpa puing-puing

Weir. Weir atau bendungan adalah struktur yang dibangun ke saluran arus untuk memberikan perkiraan debit arus yang lebih baik. Ada dua tipe umum dari weir; sharp-crested, yang memiliki pisau bendung tegak vertikal yang mengaliri air; dan broad-crested, yang memiliki permukaan luas yang mengaliri air.

Weir mungkin tidak memberikan perkiraan yang akurat dalam beberapa situasi. Salah satu sumber kesalahan terjadi saat pisau bendung tersumbat oleh puing-puing es atau flora, seperti daun dan dahan. Sumber kesalahan lainnya muncul saat kolam bendungan dipenuhi dengan sedimen, menghasilkan perkiraan yang tidak akurat dari total head.

Weirs Sharp-Crested. Sebuah  sharp-crested dilapisi sehingga air yang dilewati melewati tepian vertikal dan knife-edge, sehingga meminimalkan resistensi dengan pisau bendung.

3.4.3.1       Persamaan Sharp-crested

Abaikan efek kontraksi sepanjang tepi pisau bendungan. h adalah elevasi permukaan air di cekungan yang masih ada, A adalah area pembukaan, W adalah lebar bendung, α adalah sudut weir.

Sebuah bendungan yang ditempatkan di sungai atau anak sungai dengan lubang di bawah permukaan air hulu dapat digunakan untuk menentukan aliran. Dalam kasus ini, sebuah persamaan orde tipis melingkar digunakan:

dimana Q adalah laju aliran ft/s, Cd adalah koefisien debit tak berdimensi, dengan kisaran 0,5 < Cd <1 dan Cd = 0,6 yang umum digunakan, A = πr2 adalah area penampang oritor, r adalah outlet radius, g = 9,807 m / s2 adalah konstanta gravitasi, dan h adalah

tinggi air di atas pusat orifice.

Untuk aliran di bagian atas bendung, persamaan yang sesuai adalah:

dimana A adalah luas penampang melintang tegak lurus terhadap aliran. Untuk bukaan persegi panjang, daerahnya adalah A = Wh, sehingga:

dan untuk bukaan segitiga (V-notch):

Karena

Broad-Crested Weirs. Bendungan broad-crested terdiri dari struktur aliran keluar yang mengalirkan air untuk beberapa jarak sebelum jatuh di atas tepi hilir. Persamaan total puncak dapat ditulis sebagai:

Dimana h adalah total head, D adalah kedalaman aliran, v adalah kecepatan arus, dan g adalah konstanta gravitasi, dan di mana kepala tekanan terabaikan. Konservasi massa untuk kondisi arus tenang mensyaratkan bahwa:

dimana Q adalah debit aliran dan W adalah lebar arus. Sehingga menghasilkan persamaan:

Energi minimum terjadi ketika turunan dari total head dengan memperhatikan kedalaman adalah nol:

atau:

Hasil substitusi:

dan

Inspeksi persamaan ini menunjukkan bahwa kecepatan puncak hanya satu setengah dari elevasi puncak:

maka:

Untuk bendungan broad crested dan persegi, ini menjadi

atau

dimana

3.4.4   Flumes.

Flumes memberikan metode alternatif untuk memperkirakan debit. Flumes tidak memerlukan kolam penampungan hulu, dan memungkinkan sedimen melewati lapisan yang tidak terganggu. Es, daun dan kotoran lainnya masih bisa mempengaruhi pembacaan.

Tipe H yang dikembangkan oleh Departemen Pertanian A.S. berguna untuk mengukur debit di aliran sedimen. Sebuah tetesan kecil dibutuhkan di hilir aliran tipe-H, yang bisa sulit dicapai di saluran tingkat.

Desain populer lainnya adalah aliran Parshall, yang menggunakan penyempitan lebar dan kedalaman saluran untuk memaksa arus menjadi arus turun superkritis. Tidak ada penurunan yang dibutuhkan di bagian hilir struktur, yang memungkinkan penggunaannya di saluran tingkat.

Culverts/ Gorong-gorong.Seringkali kita menemukan gorong-gorong gorong-gorong di saluran yang dibangun untuk mengalirkan air di bawah jalan. Gorong-gorong sering berbentuk bulat atau persegi panjang, menyediakan bagian reguler untuk mengukur debit.

Ada empat kombinasi dari dua kondisi umum, hulu terbentang atau terbuka, hilir dilipat atau terbuka. Mungkin kondisi paling sederhana terjadi ketika kondisi hulu dan hilir dilewati. Kondisi ini sepenuhnya terendam yang konsisten dengan aliran melalui pipa. Dalam hal ini, kecepatan diperkirakan menggunakan perbedaan elevasi antara tingkat hulu dan hilir, seiring dengan panjang dan diameter gorong-gorong.

Kondisi lain yang dapat dianalisis terjadi bila kondisi subkritis (yaitu terbentang) hadir di hulu, dan kondisi superkritis (yaitu, terbuka) ada di ujung hilir gorong-gorong. Persamaan bendungan jambul luas bisa digunakan dalam kasus ini.

Bila kondisi hulu terbuka, maka kondisi aliran saluran ada, yang bisa ditentukan dengan menggunakan persamaan Manning. Informasi yang diperlukan mencakup kekasaran gumpalan, radius hidrolik, dan kemiringan.

3.5    Perubahan Hidrologi

Sistem hidrologi dapat terganggu baik secara alami atau buatan - dengan mengubah tingkat dan besaran aliran, serta pengangkutan bahan oleh aliran tersebut. Gangguan alam, seperti gunung berapi dan gempa bumi, dapat mengubah topografi bentang alam, serta mengubah karakteristik tanah dan saluran, sehingga sangat mempengaruhi hidrologi DAS.

Manusia juga menyebabkan gangguan sistem hidrologi. Amerika Serikat bagian Tenggara telah mendapat keuntungan dari pertumbuhan ekonomi dan populasi yang tak terkendali dalam setengah abad terakhir. Namun kesuksesan berlanjut terancam oleh iklim ekstrem, termasuk kekeringan parah dan angin topan. Mencoba untuk mempertahankan pertumbuhan regional dalam menghadapi ketidakpastian iklim ini merupakan tantangan besar bagi pengelola sumber daya air.

3.5.1        Pemanfaatan/Pengolahan  Lahan

Sewaktu kita mengeksploitasi Bumi kita demi keuntungan kita sendiri, kita terus-menerus mengubah sistem hidrologi, entah sengaja atau tidak sengaja. Daerah perkotaan meningkatkan permukaan yang tidak rata, dan sistem pengangkutan air hujan mengarahkan air ini ke sungai dan anak sungai di dekatnya. Kawasan pertanian dapat mengubah permukaan tanah, mmengekspos mineral pada tanah dan menyebabkan aliran overland dan transportasi sedimen meningkat.

Pembangunan jalan dan pemanenan hutan juga dapat menurunkan tingkat filtrasi, sehingga mengubah waktu dan kualitas alami aliran sungai. Penggembalaan dapat mengubah jenis vegetasi dan sifat tanah, serta mengganggu saluran bank dan tempat tidur, yang mengakibatkan aliran stormwater meningkat dan kualitas air yang buruk.

Selain kekurangan air selama musim kering, pesisir dan dataran tinggi berubah dari sistem tropis mengancam vitalitas ekonomi di daerah-daerah ini. Tingkat asuransi baru yang mencerminkan risiko jangka panjang lebih baik adalah mengorbankan kemampuan finansial pemilik lahan dan bisnis untuk mempertahankan pembangunan. Biaya infrastruktur untuk mempertahankan pembangunan pesisir sebagian besar ditanggung oleh pemerintah nasional, namun subsidi ini cenderung kurang menguntungkan di masa depan.

Persaingan untuk dana pembangunan pesisir yang langka meningkat seiring Florida dan negara-negara lain kembali mengalami parit selama kemerosotan ekonomi saat ini.

Pemetaan penggunaan lahan dan penutupan lahan merupakan bagian integral dari pengelolaan air. Setiap penggunaan lahan memiliki dampak tersendiri pada sistem perairan. Dampak yang jelas adalah sejauh mana aliran badai dihasilkan. Mengelola limpasan air hujan memerlukan pemahaman tentang perilaku hidrologi dari berbagai penggunaan lahan.

3.5.2        Penyimpanan, Pemanfaatan, & Arus Pengembalian

Manusia membutuhkan air untuk gaya hidup modern mereka. Di kota, air digunakan dalam ruangan untuk minum, mencuci, mandi, dan membuang sampah. Pertanian menggunakan air untuk irigasi. Perusahaan listrik membutuhkan air untuk pendinginan termoelektrik. Industri membutuhkan air untuk manufaktur.

Air bisa berasal dari berbagai sumber, termasuk air permukaan, sungai dan danau, atau air tanah. Air kota dan industri umumnya diperlakukan sebelum digunakan, untuk membuat kualitasnya dapat diterima oleh aplikasi.

Beberapa air digunakan secara konsumtif. Artinya, air dialihkan dan kemudian terjadi penguapan atau transpirasi. Air lainnya tidak konsumtif - dikembalikan ke sistem hidrologi. Di rumah, sebagian besar air dalam ruangan adalah penggunaan non-konsumtif, yaitu, dikembalikan ke sungai melalui fasilitas pengolahan air limbah regional, atau ke air tanah setempat melalui sistem pembuangan limbah di tempat (septic).

Karena air terbatas selama musim kering, kepentingan bersaing dengan preferensi dalam alokasi air. Permintaan air pertanian meningkat karena metode pertanian modern telah berhasil mengalahkan hama sejarah seperti Kumbang Bowl, dan karena teknologi irigasi telah meningkat. Penggunaan air industri telah berubah seiring penurunan produksi barang-barang bersejarah telah diimbangi oleh penggunaan air di industri berbasis teknologi. Permintaan air kota meningkat, baik karena berkembangnya populasi Sunbelt, serta meningkatnya kebutuhan air per kapita untuk kenyamanan modern. Kebutuhan yang dirasakan untuk melindungi persediaan air setempat berarti pengguna air lainnya dipandang sebagai pesaing.

3.5.3        Modifikasi Saluran

Penyebab utama degradasi aliran adalah perubahan saluran dan dataran banjir yang terkait. Meluruskan sungai, membangun tanggul yang melepaskan sebuah sungai dari dataran tinggi, membangun gorong-gorong atau jembatan yang secara khusus menyempit saluran arus, semuanya berkontribusi terhadap modifikasi saluran.

Selain itu, menambahkan sedimen di luar kapasitas pengangkutan alami menyebabkan agradasi saluran, sambil menambahkan arus yang menyebabkan aliran bawah sungai akan menyebabkan degradasi saluran.

Disandingkan dengan pergeseran demografi dan ekonomi yang cepat ini adalah lanskap ekologis yang kaya di wilayah ini - mulai dari lahan basah pesisir yang mendukung spesies yang bermigrasi, ke hutan hujan Blue Ridge yang mendukung beberapa ekosistem perairan yang paling beragam di planet ini. Meliputi masyarakat pasca-industri modern di lanskap ini penuh dengan peluang kehilangan-kehilangan. Dengan mengeruk lahan basah pesisir untuk meningkatkan navigasi dan pengembangan, kami mempercepat dampak badai pantai. Dengan membangun di dataran tinggi gunung, kita memperburuk fluktuasi lokal dan hilir. Perubahan kualitas air telah menghasilkan eutrofikasi budaya - yang mengancam sistem alam dan manusia.

3.5.4        Keberlanjutan

Mencoba memasukkan prinsip keberlanjutan dalam pembangunan daerah adalah (atau harus) upaya utama pengelolaan sumber daya air. Seperti yang dicatat oleh Magnuson dalam keputusan pengadilannya yang baru-baru ini (17 Juli 2009), "Terlalu sering, negara bagian, lokal, dan bahkan aktor pemerintah nasional tidak mempertimbangkan konsekuensi jangka panjang dari keputusan mereka." Sementara melindungi ekosistem untuk nilai intrinsiknya adalah Usaha mulia, manfaat tambahan yang penting adalah layanan yang mereka berikan. Dari banyak air bersih, hingga nilai rekreasi dan estetika, layanan ini menjadi lebih berharga karena sistem manusia meningkat dalam kompleksitas dan kecanggihan.

Bagaimana mencapai keberlanjutan adalah tantangan besar kita. Mengurangi jejak ekologi kita sambil mengurangi kepekaan terhadap ekstremitas iklim adalah pertanyaan teknik yang masih belum terpecahkan. Dalam menjawab pertanyaan-pertanyaan manajemen ini, langkah pertama adalah mengidentifikasi orang-orang yang paling mampu membingkai dan menggambarkan masalahnya. Komunitas ilmuwan dan teknis adalah yang terbaik yang dapat membantu meningkatkan pertumbuhan dari Pertumbuhan 1.0 menjadi Pertumbuhan 2.0. Namun, ada hambatan dalam komunitas pengelolaan sumber daya, karena sebagian besar kebutuhan untuk meredakan pemangku kepentingan, serta ketidakpastian residual tentang bagaimana sistem ekologis berfungsi dan merespons gangguan. Seperti yang ditunjukkan berkali-kali, hanya kegagalan total adalah motivasi yang tinggi untuk perubahan.