ANALISIS DEBIT DENGAN MENGGUNAKAN MODEL
TANGKI PADA SUNGAI CIPASAURAN, BANTEN
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Debit dengan Menggunakan Model Tangki pada Sungai Cipasauran, Banten adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI. Analisis Debit dengan Menggunakan Model Tangki pada Sungai Cipasauran, Banten. Dibimbing oleh SATYANTO KRIDO SAPTOMO.
PT. Krakatau Tirta Industri (PT.KTI) merupakan salah satu perusahaan di Kawasan Cilegon yang memasok air bersih untuk sektor industri dan non-industri dengan kapasitas terpasang sebesar 2.00 m3/s. Permintaan akan pasokan air terus bertambah seiring telah dibangunnya berbagai industri baru di Kawasan Industri Krakatau Cilegon. PT. KTI melakukan berbagai alternatif penambahan air yang memungkinkan untuk menanggulangi kekurangan air baku yang terjadi, diantaranya dengan menambah pengambilan air dari Sungai Cipasauran. Tujuan dari penelitian ini adalah memodifikasi model pendugaan debit Sungai Cipasauran berdasarkan model tangki dan mengetahui ketersediaan air berdasarkan model tangki tersebut. Pelaksanaan penelitian dilakukan dua tahap, yaitu tahap pertama berupa pengumpulan data sekunder, serta tahap kedua berupa tahap analisis. Data yang digunakan untuk proses optimasi adalah data hujan dan debit sungai harian dengan periode Juli 2007-Juni 2008. Hasil optimasi model untuk periode tersebut menghasilkan nilai R sebesar 0.85, Mean Absolute Error sebesar 1.56, Root Mean Square Error sebesar 2.69, dan LOG sebesar 0.11, dan hasil validasi model untuk periode tersebut menghasilkan nilai R2 sebesar 0.72. Berdasarkan analisis yang telah dilakukan, jumlah debit air yang dapat dimanfaatkan dari Sungai Cipasauran berdasarkan model yang telah dibuat untuk periode Juli 2007-Juni 2008, Juli 2008-Juni 2009, dan Juli 2009-Juni 2010 berturut-turut sebesar 13,412,343 m3/tahun, 9,078,351 m3/tahun, dan 8,713,695 m3/tahun.
Kata kunci: Daerah Aliran Sungai Cipasauran, model tangki, PT. Krakatau Tirta Industri
ABSTRACT
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI. Discharge Analysis using Tank Model at Cipasauran River, Banten. Supervised by SATYANTO KRIDO SAPTOMO.
Error was 1.56, Root Mean Square Error was 2.69, and LOG was 0.11. and validation results of the tank model on those period showed R2 was 0.72. Based on the analysis, water discharge which could be utilized on Cipasauran River based on the tank model built on July 2007-June 2008, July 2008-June 2009, and July 2009-June 2010 were 13,412,343 m3/year, 9,078,351 m3/year, and 8,713,695 m3/year.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
ANALISIS DEBIT DENGAN MENGGUNAKAN MODEL
TANGKI PADA SUNGAI CIPASAURAN, BANTEN
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2013
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2013 ini ialah ketersediaan air, dengan judul Analisis Debit dengan Menggunakan Model Tangki pada Sungai Cipasauran, Banten.
Terima kasih penulis ucapkan kepada:
1. Bapak Dr Satyanto Krido Saptomo STP MSi selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan arahan, bimbingan, motivasi, solusi, dan seluruh bantuannya dalam penyelesaian skripsi.
2. Bapak Dr Chusnul Arif STP MSi dan Bapak Sutoyo STP MSi sebagai dosen penguji atas segala masukan dalam penulisan dan perbaikan skripsi.
3. Bapak, ibu, kakak, dan adik serta keluarga tercinta yang selalu memberikan do’a dan dukungan secara moral maupun spiritual dalam penyusunan skripsi.
4. Teman-teman Teknik Sipil dan Lingkungan angkatan 46, teman-teman Kost Putri Rumah Warna, teman-teman geng-9, serta sahabat penulis adis, devi, mona, dan nisa atas bantuan, semangat, dan keceriaan yang diberikan dalam penyusunan skripsi.
5. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan penulisan skripsi ini yang tidak bisa disebutkan satu-persatu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN ix
Latar Belakang ... 1
Perumusan Masalah ... 1
Tujuan Penelitian ... 2
Manfaat Penelitian ... 2
Ruang Lingkup Penelitian ... 2
TINJAUAN PUSTAKA ... 2
METODE PENELITIAN ... 5
Waktu dan Tempat Penelitian ... 5
Bahan dan Alat ... 6
Tahapan Penelitian ... 7
Prosedur Analisis Data ... 8
Analisis Debit Air menggunakan Model Tangki ... 10
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 14
SIMPULAN DAN SARAN... 21
Simpulan ... 21
Saran ... 22
DAFTAR PUSTAKA ... 22
LAMPIRAN 24
DAFTAR TABEL
1 Luas masing-masing tipe tutupan lahan di DAS Cipasauran 16
2 Parameter model tangki di DAS Cipasauran 18
3 Nilai evaluasi model tangki hasil optimasi periode Juli 2007-Juni
2008 19
DAFTAR GAMBAR
1 Skema model tangki standar 5
2 Diagram alir penelitian 7
3 Kotak dialog watershed delineation 9
4 Peta DAS Cipasauran 14
5 Gambaran umum daerah penelitian 15
6 Grafik hujan rata-rata bulanan 2007-2010 di DAS Cipasauran 16 7 Grafik evapotranspirasi total DAS Cipasauran tahun 1996-2006 17
8 Tampilan program model tangki 17
9 Aliran lateral periode Juli 2007-Juni 2010 19
10 Hidrograf periode Juli 2007-Juni 2010 20
11 Hubungan antara debit aktual (Qo) dan debit model (Qc) hasil
validasi periode Juli 2007-Juni 2008 21
DAFTAR LAMPIRAN
1 Data potensi dan kebutuhan air PT. KTI tahun 2011-2022 24
2 Ketersediaan air periode Juli 2007-Juni 2008 25
3 Ketersediaan air periode Juli 2008-Juni 2009 29
PENDAHULUAN
Latar Belakang
PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI) merupakan salah satu perusahaan di Kawasan Cilegon yang memasok air bersih untuk sektor industri dan non-industri dengan kapasitas terpasang sebesar 2.00 m3/s. Seiring telah dibangunnya berbagai industri baru seperti PT. Cerestar, PT. Indoferro dan industri lainnya di Kawasan Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC), serta rencana pembangunan fasilitas baru oleh Integrated Steel Mill (ISM) berupa Blast Furnace Complex yang merupakan joint venture antara PT. Krakatau Steel (PT. KS) dengan Pohang Iron Steel Corporation (POSCO) permintaan akan pasokan air terus bertambah. Kapasitas produksi air baku PT. KTI sebesar 2.00 m3/s belum mencukupi untuk memenuhi kebutuhan air bersih seluruh sektor di Cilegon. Pada musim kering debit Sungai Cidanau hanya sebesar 1. 375 m3/s, sehingga air bersih yang dapat diproduksi sepanjang tahun tidak lebih dari 1.375 m3/s. Jika memperhitungkan air baku yang tersimpan di Waduk Krenceng, maka Sungai Cidanau dan Waduk Krenceng saat ini hanya dapat menyediakan air baku sebanyak 1.515 m3/s, sedangkan dibutuhkan lebih kurang 2.100 m3/s. Maka untuk menanggulangi kekurangan air baku sebesar lebih kurang 0.60 m3/s. PT. KTI melakukan berbagai alternatif penambahan air yang memungkinkan, diantaranya dengan menambah pengambilan air dari Sungai Cipasauran. Data potensi dan kebutuhan air PT. KTI tahun 2011-2022 disajikan pada Lampiran 1.
Sebagai Daerah Aliran Sungai (DAS) yang akan digunakan untuk penyediaan air baku, diperlukan informasi mengenai hubungan antara ketersediaan air baku dengan analisis debit sungai. Informasi mengenai ketersediaan air baku merupakan informasi hidrologi yang penting dilakukan dalam pengembangan sumber daya air. Analisis debit sungai dapat dilakukan dengan berbagai cara dan salah satunya adalah dengan melakukan permodelan (Rau 2012).
Model tangki adalah sebuah model hidrologi yang menggambarkan hubungan antara besarnya curah hujan dan evapotranspirasi berdasarkan beberapa parameter fisik DAS dan digunakan untuk menganalisis karakteristik aliran sungai. Kelebihan dari program tersebut yaitu dapat menjelaskan kehilangan awal curah hujan dan hubungannya dengan distribusi waktu curah hujan, menggambarkan beberapa komponen pembentuk aliran limpasan, serta model tersebut dianggap lebih sesuai untuk daerah tropis seperti halnya di Indonesia (Setiawan 2003).
Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian tersebut di atas, maka penulis membuat rumusan penelitian sebagai berikut:
1. Bagaimana memodifikasi model pendugaan debit Sungai Cipasauran berdasarkan data curah hujan dan data evapotranspirasi dengan pendekatan menggunakan model tangki?
2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Memodifikasi model pendugaan debit Sungai Cipasauran berdasarkan model tangki.
2. Mengetahui ketersediaan air berdasarkan model tangki tersebut.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mengaplikasikan model tangki dalam pendugaan debit sungai. 2. Memberi perspektif kondisi DAS Cipasauran sebagai dasar
pertimbangan dalam pengelolaan dan perbaikan kondisi daerah tangkapan air DAS Cipasauran.
3. Sebagai bahan informasi untuk penelitian selanjutnya.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini adalah pembuatan model ketersediaan air Sungai Cipasauran menggunakan program model tangki dengan menerima masukan data harian hujan, data evapotranspirasi, dan data debit sungai dalam satuan mm/hari sebagai parameter model tangki.
TINJAUAN PUSTAKA
Komponen Sumberdaya Air
Air merupakan salah satu sumber daya yang berharga di bumi. Hal yang harus diperhatikan agar terhindar dari krisis yaitu pengelolaan komponen sumberdaya air. Komponen tersebut terbagi menjadi dua kelompok, yaitu komponen alami dan komponen artifisial (Sjarief dan Robert 2005). Komponen alami sumberdaya air merupakan komponen yang terbentuk secara alami oleh sifat air yang mengalir dari hulu ke hilir. Contohnya seperti sungai, muara, rawa, danau, pantai, air tanah, dan mata air. Keseimbangan alam dari komponen tersebut dipengaruhi oleh siklus hidrologi, kondisi geologi, kondisi wilayah, dan kegiatan manusia (Sjarief dan Robert 2005). Selain komponen alami, sumberdaya air juga memiliki komponen artifisial berupa bangunan utama dengan beberapa bangunan pelengkap yang dibuat oleh manusia untuk tujuan tertentu (Sjarief dan Robert 2005).
Daerah Aliran Sungai (DAS)
3 menampung dan menyimpan air hujan untuk kemudian menyalurkannya ke laut melalui sungai utama. Daerah tangkapan air terjadi dalam beberapa bentuk yaitu aliran limpasan pada permukaan tanah, aliran melalui parit/selokan, aliran melalui sungai-sungai kecil, dan aliran melalui sungai utama. Aliran limpasan pada permukaan tanah terjadi selama atau setelah hujan dalam bentuk lapisan air yang mengalir pada permukaan tanah. Aliran tersebut masuk ke parit/selokan yang kemudian mengalir ke sungai-sungai kecil dan selanjutnya menjadi aliran di sungai utama. Karakteristik hidrologis dari daerah tangkapan air dipengaruhi oleh luas, bentuk, relief, panjang sungai, dan pola drainase daerah tangkapan (Asdak 2007).
Curah Hujan
Presipitasi adalah turunnya air dari atmosfer ke permukaan bumi dalam wujud hujan, hujan salju, kabut, embun, dan hujan es. Di antara beberapa jenis presipitasi, hujan adalah yang paling biasa diukur (Triatmodjo 2008). Hujan berasal dari uap air di atmosfer, sehingga bentuk dan jumlahnya dipengaruhi oleh faktor klimatologi seperti angin, temperatur, dan tekanan atmosfer. Uap air tersebut akan naik ke atmosfer sehingga mendingin dan terjadi kondensasi menjadi butir-butir air dan kristal-kristal es yang akhirnya jatuh sebagai hujan. Hujan merupakan sumber air dari semua air yang mengalir di sungai dan di dalam tampungan baik di atas maupun di bawah permukaan tanah (Triatmodjo 2008). Curah hujan dianggap merupakan satu-satunya input ke dalam sistem DAS, sementara diasumsikan bahwa tidak terjadi rembesan baik ke dalam maupun ke luar sistem DAS, dengan kata lain perubahan rembesan sama dengan nol atau tidak ada masukan dari DAS sekitarnya (Ryantini 2008).
Curah hujan yang diperlukan untuk penyusunan suatu rancangan pemanfaatan air dan rancangan pengendalian banjir adalah curah hujan rata-rata di seluruh wilayah yang bersangkutan, bukan curah hujan pada suatu titik tertentu. Curah hujan ini disebut curah hujan wilayah (regional distribution) dan dinyatakan dalam satuan mm (Sosrodarsono dan Takeda 2006). Penentuan hujan wilayah dapat dilakukan dengan beberapa metode seperti metode rata-rata aritmatik, metode polygon Thiessen, dan metode isohyet (Triatmodjo 2008).
Model Tangki
4
air hipotetis dalam satu daerah aliran sungai dapat dilihat pada Gambar 1. Proses limpasan yang terjadi dimulai dari proses hujan, infiltrasi, serta perkolasi hingga terbentuk aliran antara yang pada akhirnya terbentuk aliran dasar.
Model tersebut terdiri dari dua saluran yaitu saluran samping yang mewakili limpasan dan saluran bawah yang mewakili penyerapan air secara vertikal. Di tangki pertama (tangki A), ada satu komponen aliran air yang vertikal (YA0) dan
dua yang lateral/ke samping (YA1 dan YA2). Di tangki B, ada satu komponen
aliran air yang vertikal (YB0) dan satu yang ke samping (YB1). Di tangki C, ada
satu komponen aliran yang vertikal (YC0) dan satu yang ke samping (YC1). Dan,
di tangki D hanya ada satu komponen aliran air ke samping (YD1) (Setiawan et al.
2007 dalam Redjekiningrum 2011).
Secara alami memang sulit atau tidak mungkin membedakan tetapi perlu untuk menamakan aliran ke samping ini. Karenanya, YA2 adalah suatu wakil dari
suatu keseluruhan suatu aliran air permukaan di DAS, YA1 adalah aliran air
bawah permukaan tanah (sub-surface water flow), YB1 adalah aliran air
intermediet/antara (intermediate water flow), YC1 adalah aliran air bawah dasar
(sub-base water flow) dan YD1 adalah aliran air dasar (base water flow). Aliran ke
samping ini akan berperan pada deplesi simpanan air di profil tanah di DAS. Untuk menghitung aliran air ke samping pada setiap tangki biasanya diperlukan suatu fungsi sigmoid dari suatu fungsi diskret/terpisah tradisional. Sedangkan, YA0, YB0 dan YC0 adalah sisa-sisa aliran air vertikal yang meninggalkan
tangki-tangki yang berhubungan dengan tangki-tangki di lapisan yang lebih dalam. Aliran air vertikal ini juga berperan untuk deplesi simpanan air di tangki yang terkait tetapi akan mengisi tangki-tangki di lapisan yang lebih dalam. Simpanan air di setiap tangki diwakili oleh HA, HB, HC dan HD.
Setiawan (2003) menyatakan bahwa dalam konsep model tangki, air dapat mengisi reservoir di bawahnya, dan bisa terjadi sebaliknya bila evapotranspirasi sedemikian berpengaruh. Lubang outlet horizontal mencerminkan aliran air yang terdiri dari Surface Flow (YA2), Subsurface Flow (YA1), Intermediate Flow (YB1),
Sub-base Flow (YC1), dan Base Flow (YD1). Aliran ini hanya terjadi bila tinggi
air pada masing-masing reservoir (HA, HB, HC, dan HD) melebihi tinggi lubangnya (HA1, HA2, HB1, dan HC1). Aliran air di setiap lubang outlet
dipengaruhi pula oleh karakteristik lubang itu sendiri, masing-masing yaitu A0, A1,
A2, B0, B1, C0, C1, dan D1. Notasi-notasi tersebut selanjutnya disebut sebagai
5
Gambar 1 Skema model tangki standar Sumber: Setiawan et. al (2003)
Setiawan et. al (2007 dalam Redjekiningrum (2011) mengasumsikan semua komponen aliran air ke samping akhirnya mengumpul di satu stream atau suatu sungai, atau suatu saluran drainase (drainage canal), dan lain lain. Jadi, jumlah dari aliran air ke samping, harus sama dengan debit air (Qo) pada waktu tertentu. Tangki A menerima hujan (R) dan/atau evapotranspirasi (ET) yang mana adalah gradien dari (R-ET) dari waktu ke waktu akan menjadi daya/kekuatan penggerak bagi perubahan air yang disimpan di profil tanah dan aliran air yang meninggalkan lapisan-lapisan tanah (tangki). Karena Qo, R dan ET adalah variabel yang terukur kemudian model tangki ini bisa menduga sejumlah air yang disimpan di profil tanah dan komponen-komponen aliran air. Ini biasanya dilaksanakan pertama dengan menyatakan persamaan neraca air dan kemudian menemukan parameter-parameter yang sesuai sehingga nilai-nilai debit air yang terukur (Qo) memenuhi beberapa nilai debit yang dihitung (Qc) dengan model. Untuk menghubungkan Qo dan Qc dalam suatu waktu tertentu diperlukan alat bantu yang efektif untuk mengoptimasi parameter-parameter model tangki yang mengacu pada optionally Objective Error Functions (OEF).
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
6
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Data debit Sungai Cipasauran harian tahun 2007-2010 dari PT. KTI 2. Data hujan harian Stasiun Padarincang dan Anyer tahun 2007-2010
dari PT. KTI
3. Data klimatologi Stasiun Iklim Serang tahun 1996-2006
4. Data Digital Elevation Model (DEM) dari ASTER Global DEM V2 untuk wilayah Cipasauran dengan resolusi 30 x 30 m, peta ini selanjutnya diolah kembali menjadi peta topografi untuk mengetahui delineasi, luas, dan sebaran tanah di daerah penelitian
5. Data luas masing-masing tipe tutupan lahan di DAS Cipasauran 6. Data potensi dan kebutuhan air dari PT. KTI
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Seperangkat PC (Personal Computer) atau laptop Fujitsu Lifebook P-8020 dengan prosessor Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU U9400 dengan clock 1.40 GHz
2. RAM dengan kapasitas 4.00 GB
3. Software pendukung seperti Microsoft Excel 2007, MapWindow GIS 4.8.6 dengan plug-in MWSWAT 2009, ArcGIS 9.3
7 Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan melalui beberapa tahapan, seperti yang tertera pada Gambar 2.
8
Prosedur Analisis Data
Analisis Hidrologi
Penentuan Hujan Wilayah
Penentuan hujan wilayah dilakukan dengan metode rata-rata aritmatik selama 2007-2010. Perhitungan hujan wilayah dengan metode tersebut menurut (Triatmodjo 2008) adalah sebagai berikut:
= R1+ R2+ R3+…+ Rn
Penentuan evapotranspirasi potensial (ETp) dilakukan dengan metode Penman selama 1996-2006. Perhitungan evapotranspirasi potensial dengan metode tersebut menurut (Triatmodjo 2008) adalah sebagai berikut:
ETp = ∆H+0.270 Ea
ETp = Nilai evapotranspirasi potensial (mm/hari)
Δ = Slope fungsi tekanan uap jenuh tergantung temperatur (mmHg/0K) Ea = Evaporasi (mm/hari)
9 r = Koefisien (albedo) refleksi permukaan, air = 0.05, tanah = 0.15-0.25 ea = Tekanan uap jenuh (mm0F/Hg)
σ = Konstanta Boltzman 2.10 x 10-9 mm/hari Ta4 = Nilai transpirasi aktual dalam (mm/hari) 1 mbar = 0.75 mmHg
t = Temperatur rata-rata (0C) = konstanta psychometric (kPa/ºC)
U2 = Kecepatan angin setinggi 2 m dari permukaan tanah (km/jam)
h = Kelembaban relatif (relative humidity) (%) ed = Tekanan uap sesungguhnya (mm0F/Hg)
n/N = Rasio jam perbandingan penyinaran matahari (%) n = Jumlah jam matahari bersinar, dari pengamatan N = Jumlah jam maksimum matahari bersinar
Analisis Spasial
Penentuan Delineasi dan Luas Daerah Penelitian menggunakan Model MW-SWAT
Delineasi daerah penelitian dilakukan menggunakan DEM STRM 30 x 30 m dengan bantuan program MapWindow GIS. Daerah penelitian akan didelineasi dari DEM secara otomatis berdasarkan topografi alaminya, begitu pula dengan jaringan hidrologinya. SWAT membagi DAS menjadi beberapa sub-DAS dimana setiap sub-DAS mempunyai jaringan utama. Metode yang digunakan dalam proses delineasi DAS adalah metode treshold. Besar kecilnya treshold yang digunakan akan menentukan jumlah jaringan sungai yang terbentuk kemudian, jaringan sungai tersebut akan menentukan banyaknya sub DAS yang terbentuk dalam DAS. Proses delineasi DAS Cipasauran dapat dilihat pada Gambar 3.
10
Analisis Debit Air menggunakan Model Tangki
Setiawan (2003) merumuskan persamaan keseimbangan air secara global sebagai berikut:
ET = evapotranspirasi (mm/hari) Y = aliran total (mm/hari) t = waktu (hari)
Pada model tangki standar terdapat empat tangki, sehingga persamaan 13 dapat dituliskan ke dalam bentuk lain berupa perubahan tinggi air tiap-tiap tangki yang dirumuskan sebagai berikut:
dH
Aliran total merupakan penjumlahan dari komponen aliran di setiap tangki yang dirumuskan sebagai berikut:
Y t =Yat +Yb t +Yc t +Yd t (15)
Keseimbangan air dalam setiap tangki dirumuskan sebagai berikut:
dHa
Berdasarkan karakteristik model tangki, outflow pada masing-masing tangki dapat dituliskan dalam persamaan berikut:
Tank A
Yat =Ya1 t +Ya2(t) (20)
Ya0= A0Ha(t) (21)
11
Prosedur pendugaan curah hujan dan debit menggunakan model tangki dilakukan dengan bantuan program komputer berbasis Visual Basic Application (VBA) for Microsoft Excel. Program ini terdiri dari persamaan-persamaan matematis yang menggambarkan proses komponen limpasan hujan yang jatuh di atas tanah pada suatu DAS seperti persamaan 13-28 dan dikembangkan untuk menggambarkan keberadaan aliran limpasan sebagai jumlah air yang tersimpan di dalam tanah. Program dijalankan (running) setelah memasukkan parameter yang dilakukan secara coba ulang. Hasil keluaran model adalah nilai harian aliran permukaan, aliran bawah permukaan, dan aliran dasar. Kumulatif dari hasil tersebut adalah jumlah debit sungai atau total limpasan pada suatu DAS.
Optimasi Model
Optimasi model dilakukan untuk mendapatkan parameter-parameter model tangki, sehingga didapatkan parameter-parameter yang sesuai dengan karakteristik DAS (Setiawan et al. 2007). Redjekiningrum (2011) merumuskan proses optimasi dilakukan dengan mengikuti tahapan sebagai berikut:
1. Membaca banyaknya seri data dari waktu (t), curah hujan (R), Evapotranspirasi (ET) dan debit pengamatan (Qo).
2. Membaca faktor konversi curah hujan (CR) dan evapotranspirasi (CE).
12
4. Menemukan debit pengamatan minimum dan maksimum (Qmn dan Qmx), dan menghitung rasio debit maksimum dan minimum (Qmx/Qmn).
5. Menghitung kondisi awal dari tinggi air (water levels) dan aliran air (water flows) menggunakan persamaan 29-34. Teknik lain untuk mendekati kondisi awal dari permukaan air dengan suatu asumsi
Untuk tangki C juga menggunakan asumsi seperti tangki B, sehingga
YB0(0) =YC0(0) –YC1 0 (32) debit Qo (0) dapat diperoleh, contohnya dengan suatu ekstrapolasi linear dari sejumlah data yang terdahulu yang memenuhi asumsi di mana ada atau tidak ada curah hujan.
6. Menghitung water levels dan water flows menggunakan Forward Difference dari Finite Difference Method.
7. Memilih Objective Error Function, satu dari persamaan Optimasi Parameter P menggunakan Excel Solver dengan tujuan untuk memperkecil Objective Error Function yang terpilih (Persamaan 36-42).
13 Validasi Model
Validasi model dilakukan dengan membandingkan debit model dengan debit aktual yang diukur di Sungai Cipasauran selama periode satu tahun (Juli 2007-Juni 2008). Model dianggap akurat jika hubungan antara debit aktual dengan debit model mendekati sumbu y = x dengan koefisien Nash and Sutcliffe (F) atau koefisien determinasi (R2) lebih dari 0.50, yang berarti bahwa hasil keluaran model telah menggambarkan kebenaran lebih dari 50 % terhadap data debit aktual. Nilai koefisien determinasi (R2) diperoleh dengan persamaan:
2 Qoi = aliran total observasi ke-i Qoi
= aliran total observasi rata-rata ke-i
Untuk melihat keberhasilan model tangki dalam merepresentasikan debit sungai, digunakan tujuh indikator kesalahan yaitu : (1) Root Mean Square Error (RMSE), (2) Mean Absolute Error (MAE), (3) Logaritmic RMSE (LOG), (4) Standard X, (5) Squared Standard, (6) Relative Error (RE), dan (7) Squared Relative Error (RR). Indikator-indikator tersebut dirumuskan sebagai berikut (Setiawan et al. 2003). Qoi = aliran total observasi ke-i Qoi
14
HASIL DAN PEMBAHASAN
Secara geografis DAS Cipasauran terletak pada 06° 1γ’ 51” – 06° 17’ γγ” LS dan 105° 49’ 50” – 105° 56’ 40” BT dan termasuk dalam zona 48 UTM. Secara administratif terletak di Provinsi Banten dengan luas 44.72 km2 yang berjarak ±35 km dari Kota Serang, di mana keadaan topografi didominasi oleh pegunungan di sebelah timur dan dataran rendah di sebelah barat. Peta DAS Cipasauran disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4 Peta DAS Cipasauran
Sumber: Dinas Sumber Daya Air dan Pemukiman Provinsi Banten (2010)
Lokasi outlet yang digunakan pada penelitian ini adalah lokasi rencana Bendung Cipasauran pada koordinat 6°13'41.56" LS dan 105° 50' 25.20" BT. Penempatan outlet pada lokasi tersebut mengunakan software MapWindow GIS menghasilkan luas sebesar 39.19 km2. Lokasi dari pos pencatatan data debit sungai disajikan pada Gambar 5. Penempatan outlet pada lokasi tersebut menghasilkan luas DAS yang memberikan kontribusi debit pada Sungai Cipasauran sebesar 20.55 km2. Luas tersebut selanjutnya dijadikan input pada program model tangki.
15 Soepraptohardjo 1957 dalam Mashdar 2011). Di Indonesia, umumnya, tanah latosol berasal dari bahan induk vulkanik, baik berupa tufa ataupun batuan beku. Latosol umumnya berada di daerah iklim tropis basah dengan curah hujan antara 2,500-7,000 mm. (Buringh 1979 dalam Mashdar 2011). Peta sebaran tanah di DAS Cipasauran disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5 Gambaran umum daerah penelitian
16
Tabel 1 Luas masing-masing tipe tutupan lahan di DAS Cipasauran No. Tutupan Lahan Luas (km2) Persentase luas (%)
1 Badan Air 0.81 2.08
2 Hutan Sekunder 9.02 23.20
3 Pemukiman 1.77 4.56
4 Perkebunan 6.19 15.94
5 Sawah Irigasi 2.54 6.54
6 Semak Belukar 10.14 26.08
7 Tegalan 8.40 21.60
Total 38.87 100
Sumber: Rau (2012)
Penentuan hujan wilayah dilakukan dengan menggunakan metode rata-rata aritmatik yang dijelaskan pada persamaan 1. Data yang digunakan adalah rata-rata dari data hujan harian Stasiun Padarincang dan Stasiun Anyer. Dari hasil analisis hujan wilayah didapatkan bahwa curah hujan terendah terjadi pada bulan Juli dan September sebesar 0 mm dan tertinggi pada bulan November sebesar 584 mm (Gambar 6).
17 nilai evapotranspirasi harian berkisar antara 2.63 mm/hari-3.69 mm/hari (Gambar 7).
Gambar 7 Grafik evapotranspirasi total DAS Cipasauran tahun 1996-2006
Gambar 8 Tampilan program model tangki
18
inisialisasi akibat tinggi air awal ditunjukan pada sel O3:R3 dan aliran air di sel S3:Z3. Keluaran model menggambarkan debit harian terukur dan debit harian dugaan di DAS Cipasauran selama periode Juli 2007-Juni 2010. Pemilihan tahun disesuaikan dengan ketersediaan data hujan harian dan debit harian terukur di DAS Cipasauran.
Tabel 2 Parameter model tangki di DAS Cipasauran
No. Parameter Nilai
Awal Akhir Minimum Maksimum
1 A0 0.047 0.019 0.001 1
Dihasilkan 12 parameter model tangki berdasarkan hasil optimasi (Setiawan et. al 2003) seperti disajikan pada Tabel 2. Parameter tersebut dikelompokkan menjadi 3 jenis yaitu:
1. Koefisien laju aliran (Run-off coefficients), menunjukkan besarnya laju aliran, A1=0.001, A2=0.056, B1=0.001, C1=0.001, dan D1=0.001.
Parameter yang menunjukkan laju aliran terbesar adalah pada tangki pertama.
2. Koefisien Infiltrasi (Infiltration coefficients), menunjukkan besarnya laju infiltrasi A0=0.019, B0=1, dan C0=1, Parameter yang
menunjukkan laju infiltrasi terbesar adalah pada lubang outlet vertikal tangki kedua dan ketiga.
3. Parameter simpanan (Storage parameter), menunjukkan tinggi lubang outlet horizontal masing-masing tangki, HA1=1,
HA2=36.053, HB1=17.100, dan HC1=1. Parameter menunjukkan
19
Gambar 9 Aliran lateral periode Juli 2007-Juni 2010
Untuk aliran lateral dari outlet 1 di tangki A (qA1), aliran lateral dari outlet 2 di tangki A (qA2), aliran lateral dari outlet 1 di tangki B (qB1), aliran lateral dari outlet 1 di tangki C (qC1), dan aliran lateral di tangki D (qD1) selama Juli 2007-Juni 2010, disajikan pada Gambar 10. Gambar 10 menunjukkan bahwa aliran lateral hasil perhitungan yang semakin dekat dengan permukaan tanah sangat responsif terhadap peningkatan atau penurunan hujan yang terjadi, hal ini terlihat dari nilai qA1 lebih berfluktuasi dibandingkan qD1, qA2, qC1, qB1 sedangkan qD1 lebih berfluktuasi dibandingkan qA2, qC1, qB1. Nilai qA2 lebih berfluktuasi dibandingkan qC1 dan nilai qB1 adalah nol.
Tabel 3 Nilai evaluasi model tangki hasil optimasi periode Juli 2007-Juni 2008
Objective Error Functions Nilai
R (Correlation Coefficient) 0.85
MAE (Mean Absolute Error) 1.56
RMSE (Root Square Mean Error) 2.69
LOG (Log Root Square Mean Error) 0.11
Standard χ 0.52
Squared Standard χ2
0.57
MRE (Mean Relative Error) 0.19
RR (Root Square Relative Error) 0.26
NRMSE (Normalized Root Mean Square Error) 0.36
NME (Normalized Mean Error) 3.7 x 10-3
EI (Nash-Sutcliffe Coefficient or Model Efficiency) 0.72
(Average Percentage Deviation) 3.6 x 10-3
ARE (Area Relative Error) 0.21
CD (Coefficient of Determination) 0.61
ARI (Annual Runoff Index) 3.7 x 10-3
EWB (Error Water Balance) 3.7 x 10-3
Indikator keandalan hasil optimasi disajikan pada Tabel 3. Berdasarkan pada Tabel 3, didapatkan nilai Correlation Coefficient (R) sebesar 0.85, Mean Absolute Error (MAE) sebesar 1.56, Root Mean Square Error (RMSE) sebesar 2.69, Log
1-Jul-07 1-Jan-08 1-Jul-08 1-Jan-09 1-Jul-09 1-Jan-10
20
0.72, dan Area Relative Error (ARE) sebesar 0.21. Menurut (Setiawan et. al 2003), RMSE berguna dalam melihat ketepatan model dalam memperkirakan surface flow, MAE memberikan informasi ketepatan model dalam memperkirakan aliran secara keseluruhan, sedangkan LOG memberikan informasi dalam memperkirakan base flow. Nilai R merupakan parameter keandalan dari proses optimasi yang dilakukan. Menurut (Sahayana 2011), EI memberikan informasi ketepatan model dalam menggambarkan karakteristik hidrologi di daerah penelitian, EWB menggambarkan keseimbangan air di daerah penelitian, dan ARE memberikan informasi ketepatan luas daerah penelitian yang menjadi input pada program tersebut.
Tutupan lahan, jenis tanah, kelerengan, dan iklim mempengaruhi jumlah dan kecepatan aliran, baik di permukaan maupun di dalam tanah (Sahayana 2011). Sahayana (2011) menambahkan, kondisi umum sub-DAS yang sebagian besar tutupan lahannya adalah semak belukar dan lahan pertanian dapat menyebabkan air yang menjadi limpasan cukup besar pada saat terjadi hujan. Nilai RMSE hasil optimasi yang melebihi dari 1 dapat disebabkan karena tutupan lahan di kedua sub-DAS yang didominasi semak belukar dan hutan sekunder.
Hasil perhitungan kumulatif untuk optimasi dari seluruh debit dugaan dan dibandingkan dengan debit yang terukur di Sungai Cipasauran disajikan pada Gambar 10. Hasil simulasi debit yang terlihat dari kurva hidrograf menunjukkan bahwa walaupun terjadi pergeseran bentuk kurva debit simulasi dibandingkan dengan kurva pengukuran tetapi pada umumnya hidrograf yang dihasilkan mempunyai karakteristik yang sama dan bentuk umum hidrografnya identik. Dengan demikian model simulasi yang dipergunakan dapat dikatakan mampu memodelkan suatu sistem transfer air di dalam DAS dengan baik.
Gambar 10 Hidrograf periode Juli 2007-Juni 2010
Validasi model digunakan untuk melihat kebenaran dari model. Dari proses validasi didapatkan nilai R2 sebesar 0.72 dan nilai y=1.0003 x. Nilai R2 yang mendekati 1 dan y yang mendekati x menggambarkan hubungan antara debit dugaan yang lebih mendekati debit terukur atau dapat dikatakan debit model hasil optimasi lebih dapat menggambarkan debit aktual di lapangan. Dengan kata lain program ini telah mampu memodifikasi model untuk menemukan nilai optimum untuk menggambarkan kondisi kedua sub-DAS yang sesungguhnya. Hubungan (korelasi) linear antara debit terukur/aktual (Qo) dan debit dugaan/model (Qc) hasil optimasi disajikan pada Gambar 11.
0
1-Jul-07 1-Nov-07 1-Mar-08 1-Jul-08 1-Nov-08 1-Mar-09 1-Jul-09 1-Nov-09 1-Mar-10
21
Gambar 11 Hubungan antara debit aktual (Qo) dan debit model (Qc) hasil validasi periode Juli 2007-Juni 2008
Jumlah air yang tersedia yang dapat dimanfaatkan adalah selisih dari debit total dengan base flow. Jumlah air tersedia periode Juli 2007-Juni 2008, Juli 2008-Juni 2009, dan Juli 2009-2008-Juni 2010 berturut-turut adalah sebesar 13,412,343 m3/tahun, 9,078,351 m3/tahun, dan 8,713,695 m3/tahun. Jumlah air yang tersedia tiap tahunnya dapat dilihat pada Lampiran 2-4. Dari hasil optimasi model Juli 2007-Juni 2008 diperoleh debit maksimum sebesar 583,792 m3/hari dan debit minimum sebesar 67,241 m3/hari.
Analisis ketersediaan air yang dihasilkan dari model yang telah dibuat hanya menggambarkan sub-DAS Kampung Dahu, karena sub-DAS Kampung Dahu dan sub-DAS Cipasauran memiliki jenis tanah yang sama yaitu tanah latosol, maka debit dengan outlet pada rencana Bendung Cipasauran dapat diestimasi dengan menggunakan rasio luas, sehingga dapat diketahui debit maksimum dan debit minimum di sub-DAS Cipasauran sebesar 1,113,325 m3/hari dan 128,232 m3/hari.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. Pendugaan debit Sungai Cipasauran dapat ditentukan berdasarkan model tangki yang dimodifikasi dengan menggunakan parameter data curah hujan, data evapotranspirasi, dan data debit sungai sebagai input pada program model tersebut.
22
Saran
1. Diperlukan pos pengukuran curah hujan dan stasiun iklim yang berada dalam wilayah/area DAS Cipasauran, agar data iklim yang diperoleh dapat lebih menggambarkan kondisi DAS.
2. Diperlukan pos pengukuran debit sungai pada rencana intake DAS Cipasauran, agar luas DAS yang dapat diinputkan pada program model tangki lebih menggambarkan debit aktual keseluruhan DAS dari hulu hingga ke hilir sungai.
DAFTAR PUSTAKA
Asdak C. 2007. Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Yogyakarta (ID): Gajah Mada Univ Pr.
Anonim. 2010. Peta Daerah Aliran Sungai Cipasauran [Peta DAS]. Dinas Sumber Daya Air dan Pemukiman Provinsi Banten. 1 lembar
Heryansyah A. 2001. Aplikasi Model Tangki pada Aliran Limpasan dan Kualitas Air untuk Manajemen Tata Guna Lahan di DAS Cidanau [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Mashdar S. 2011. Uji Kolom Tanah Latosol, Podsolik, dan Regosol sebagai Objek Simulasi Parit Infiltrasi (Infiltration Trench) Limbah Domestik [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Nashir M, penghimpun. 2011. Potensi DAS Cipasauran [bibliografi]. Cilegon (ID): Krakatau Tirta Industri.
Rau MI. 2012. Analisis Debit Sungai dengan Menggunakan Model SWAT pada DAS Cipasauran, Banten [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Redjekiningrum P. 2011. Pengembangan Model Alokasi Air untuk Mendukung
Optimal Water Sharing: Kasus DAS Cicatih-Cimandiri, Kabupaten Sukabumi, Jawa Barat [disertasi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Ryantini T. 2008. Prediksi Debit dan Nilai Air Sungai sebagai Air Baku di Daerah
Aliran Sungai (DAS) Cidanau, Banten [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Sahayana CR. 2011. Pendugaan Neraca Air, Erosi, dan Sedimentasi menggunakan Aplikasi Tank Model dan Metode Musle di Sub-DAS Cilebak Kabupaten Bandung [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Setiawan BI. 2003. Optimasi Parameter Tank Model [Optimation of Tank Model’s Parameters]. Buletin Keteknikan Pertanian. 17(1):8-20. ISSN 0216-3365.
Setiawan BI, Fukuda T, Nakano Y. 2003. Developing Procedures for Optimization of Tank Models Parameters. Agricultural Engineering International: The CIGR Journal of Scientific Research and Development. Manuscript LW 01 006.
23 Sjarief R, Robert JK. 2005. Pengelolaan Sumberdaya Air Terpadu. Yogyakarta
(ID): ANDI.
Sosrodarsono S, Takeda K. 2006. Hidrologi untuk Pengairan. Jakarta (ID): Pradnya Paramita.
Lampiran 1 Data potensi dan kebutuhan air PT. KTI tahun 2011-2022
No Keterangan 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
A Kebutuhan Air Baku
Permintaan 1.122 1.215 1.471 1.973 2.059 2.084 2.100 2.603 2.643 2.685 2.730 2.776 Produksi 1.144 1.240 1.501 2.013 2.101 2.126 2.126 2.126 2.126 2.126 2.126 2.126 Air Baku 1.153 1.249 1.512 2.028 2.117 2.142 2.142 2.142 2.142 2.142 2.142 2.142
B Sumber Air Baku Eksisting
Waduk Krenceng 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 Sungai Cidanau 1.375 1.375 1.375 1.375 1.375 1.375 1.375 1.375 1.375 1.375 1.375 1.375 Total 1.515 1.515 1.515 1.515 1.515 1.515 1.515 1.515 1.515 1.515 1.515 1.515
C Kekurangan Air Baku 0.513 0.602 0.627 0.627 0.627 0.627 0.627 0.627 0.627
D Sumber Air Baku Tambahan
Reuse Air Buangan PT. KS 0.05 0.10 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 Perluasan Waduk 0.285 0.285 0.285 0.285 0.285 0.285 0.285 0.285 0.285 0.285
Sungai Cipasauran 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30
Optimalisasi Bendung Cidanau (gate weir) 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 Total Penambahan Air Baku 0.335 0.685 0.735 0.735 0.735 1.535 1.535 1.535 1.535 1.535
E Kelebihan Air Baku Setelah Penambahan 0.335 0.172 0.133 0.108 0.108 0.908 0.908 0.908 0.908 0.908
25 Lampiran 2 Ketersediaan air periode Juli 2007-Juni 2008
28
129 23-Apr-08 1.92
130 24-Apr-08 1.30
131 25-Apr-08 0.74
132 26-Apr-08 0.22
133 27-Apr-08 0.67
134 28-Apr-08 0.15
135 29-Apr-08 1.31
136 30-Apr-08 0.76
137 1-May-08 0.24
29 Lampiran 3 Ketersediaan air periode Juli 2008-Juni 2009
34
35 Lampiran 4 Ketersediaan air periode Juli 2009-Juni 2010
38
39
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 19 Februari 1992 dari ayah Abimanyu Heru Antono dan ibu Anita Aryanti. Penulis adalah putri kedua dari tiga bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 5 Bogor dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB dan diterima di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten Mekanika Zat Alir tahun 2012/2013, dan asisten Teknik Pengelolaan Kualitas Udara tahun 2013/2014. Penulis juga pernah aktif sebagai bendahara Departemen Komunikasi dan Informasi Himpunan Mahasiswa Teknik Sipil dan Lingkungan tahun 2010/2011, anggota divisi Publikasi Dekorasi dan Dokumentasi SD CERIA 2010, anggota divisi Publikasi Dekorasi dan Dokumentasi SD CERIA 2011, anggota divisi acara PONDASI 2011, kepala divisi Hubungan Masyarakat SIL EXPO 2011, dan anggota divisi konsumsi Olimpiade Mahasiswa IPB 2013. Selain itu penulis juga menjadi anggota UKM Baseball dan Softball IPB (ORYZA), dan anggota Komunitas Fotografi IPB (SHUTTER).
