BAB V
ANALISIS MODEL HIDROLIS
JARINGAN DISTRIBUSI AIR BERSIH UTAMA
KOTA NIAMEY
5.1 Umum
Untuk menentukan jangkauan pengembangan jaringan di Niamey, sebuah model dari jaringan eksisting dibuat. Model ini berfungsi untuk menganalisis lokasi optimum untuk menghubungkan jaringan baru (wilayah pengembangan) dengan jaringan eksisting. Selain itu, model ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi permasalahan-permasalahan yang terjadi pada jaringan eksisting dan digunakan untuk mendesain penyelesaian masalah-masalah tersebut.
Untuk menciptakan model jaringan eksisting tersebut, data-data yang berkaitan dengan sistem distribusi air di Niamey seperti Peta [GKW, 2001] dan Laporan Teknis [IBG, Julliet 2001] mengenai instalasi digunakan sebagi sumber dengan menggunakan piranti lunak EPANET.
5.2 Deskripsi Model
Model EPANET merupakan model hidrolis dari suatu jaringan penyaluran air yang terdiri dari nodes dan links. Model ini menampilkan perhitungan tekanan semi stasioner dan laju aliran pada komponen-komponen jaringan berdasarkan konsumsi air dan aktivitas pompa pada setiap satuan waktu.
Hasil perhitungan tekanan dan sisa head ditampilkan pada setiap nodes. Umumnya, nodes adalah lokasi dimana sambungan antar pipa berada, bisa terdapat pada reservoir, dan lokasi-lokasi dimana terdapat penggunaan air.
Sedangkan links umumnya berupa pipa yang menyambungkan tiap nodes. Hasil perhitungan kehilangan tekan yang terjadi pada pipa ditampilkan pada setiap pipa berdasarkan debit, diameter pipa dan kekasaran pipa.
- koordinat dan ketinggian tiap nodes; - karakteristik pipa;
- pompa dan kurva pompa; - reservoir atau menara air; - kebutuhan air.
Koordinat dari setiap nodes ditentukan berdasarkan gambar jaringan (Gambar 3-3) yang diserahkan oleh SEEN selama kunjungan lapangan pertama ke Niger pada Februari 2007. Untuk ketinggian masing-masing nodes didapat dari peta GIS Niamey.
Diameter dan panjang pipa diketahui dari gambar jaringan yang sama dari SEEN. Dari gambar jaringan tersebut panjang pipa dapat diukur. Material pipa yang terpasang juga diindikasikan oleh gambar tersebut.
5.2.1 Pemodelan Kebutuhan Air
Pemodelan debit harian menuju tiap area didasarkan pada data hasil pengukuran debit di tiap jalur pipa distribusi utama di tiap daerah yang dilakukan selama kunjungan kedua ke Niger. Hasil dari pengukuran tersebut diringkas di dalam Tabel 5-1.
Pipa transmisi dari IPAM Yantala selain berfungsi sebagai pipa transmisi, pipa-pipa ini juga berfungsi sebagai pipa-pipa distribusi. Oleh sebab itu, pengukuran kebutuhan air tidak bisa dilakukan spesifik untuk tiap daerah. Pengukuran penggunaan air didasarkan berdasarkan area tiap menara air yang terbangun di Niamey. Oleh karena pemodelan untuk kebutuhan air ditempatkan pada tiap-tiap menara air yang ada, terkecuali menara air no 2 dan reservoir no 7. Menara air nomor 2 berfungsi sebagai menara air pelengkap untuk memodelkan kebutuhan air di sepanjang pipa distribusi utama. Reservoir 7 bertindak sebagai pemasok menara air nomor 3 dan 6, oleh karena itu tidak terdapat kebutuhan air pada R7.
Kurva Pompa 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 150 Head Pompa (m) D e b it P o m p a ( m 3 /j a m ) Kurva Pompa
5.2.2 Pemodelan Stasiun Pompa
Kapasitas pemompaan dari suatu pompa ditentukan melalui kecepatan pemompaaan dan besarnya tekanan yang diaplikasikan pada saat pompa bekerja. Setiap pompa memiliki karakteristik kurva pompa yang spesifik, dimana kurva tersebut menunjukan besarnya air yang dapat dipompa pada setiap variasi tekanan yang diaplikasikan. Bentuk dari kurva pompa sangat penting dalam memilih pompa untuk mensuplai air dengan debit dan tekanan yang spesifik.
Tidak terdapat data yang lengkap mengenai bentuk kurva pompa untuk setiap pompa yang terpasang di jaringan kota Niamey. Kurva pompa yang tersedia adalah kurva pompa yang didapat dari katalog pompa tersebut, bukan kurva pompa yang didapat melalui Factory Acceptance Test dari pompa tersebut. Bentuk dari kurva pompa yang digunakan di Niamey ditampilkan pada gambar 5-1.
Gambar 5-1. Kurva Pompa Tipikal Niamey
Area Jumlah Terukur (m3/hari)
R 10 20.400 R 8 13.776 R 9 16.992 R 1 1.056 R 11 6.180 R 5 4.944 R 3 7.416 R 6 5.064
Variabel-variabel lain yang dapat mempengaruhi kinerja pompa namun tidak terukur adalah:
- Level muka air di reservoir air bersih di stasiun pompa - Kecepatan putaran pompa
- Umur pompa
Untuk mendapatkan bentuk kurva pompa yang sesuai, bentuk kurva pompa yang tersedia digunakan untuk memodelkan kurva pompa untuk pompa-pompa lain. Jadwal operasi tiap pompa ditentukan melalui pola tiap pompa bekerja. Setiap pompa yang terpasang memiliki pola operasi yang spesifik.
5.2.2.1Goudel
Stasiun pompa Goudel memiliki 9 pompa yang menyalurkan air menuju tiga menara air (R 9, R 10 dan R 8). Setiap menara air dipasok air oleh tiga pompa dengan kurva pompa yang identik.
5.2.2.2Yantala
Stasiun pompa Yantala dimodelkan dengan empat pompa yang menyalurkan air melalui jalur pipa Rehabilitation dan dua pompa yang menyalurkan air melalui jalur pipa Japonnaise. Kedua jalur ini terhubung didekat stasiun pompa Yantala dan lokasinya dinamakan “noeud 300”. Konektivitas jaringan pada daerah ini cukup rumit, dan telah didiskusikan secara intensif selama kunjungan lapangan. Konektivitas pipa pada lokasi tersebut dapat dilihat pada Gambar 5-2.
Gambar 5-2. Konektivitas pada “Noeud 300”
5.2.2.3Grand Marché
Stasiun pompa Grand Marché dimodelkan dengan empat pompa. Stasiun pompa ini menyalurkan air dari ground reservoir R7 menuju menara air R6 dan R3. Dua pompa dengan kurva pompa yang identik terpasang untuk menyalurkan air menuju R6, dan satu pompa terpasang menyalurkan air menuju R3.
5.2.3 Pemodelan Pipa Distribusi Utama
Jaringan pipa untuk penyediaan air di kota Niamey sudah sering ditingkatkan jangkauannya namun pengembangannya tidak tersusun secara baik. Seperti telah dijelaskan sebelumnya, terdapat dua macam jaringan pipa di Niamey, refoulement distributif dan refoulement direct.
5.2.3.1Refoulement Direct
Terdapat tiga jalur pipa distribusi langsung (refoulement direct) pada jaringan distribusi utama kota Niamey, yaitu dari Goudel menuju menara air nomor 10, dari Yantala menuju menara air nomor 11 dan dari Ground Reservoir nomor 7 menuju menara air nomor 6. Semua jalur tersebut menggunakan pipa dengan diameter 500 mm.
: Refoulement Direct : Refoulement Distributif : Pipa Distribusi
5.2.3.2Refoulement Distributif
Pipa distributif ini selain menyuplai air dari Goudel dan Yantala menuju menara air yang tersisa, juga mendistribusikan air di sepanjang perjalanan menuju menara-menara air tujuan pipa tersebut. Diameter pipa yang digunakan untuk mendisribusikan air untuk jalur-jalur tersebut bervariasi, dari diameter 300 mm hingga 500 mm.
Sistem distribusi yang terhubung dengan IPAM Yantala dan sistem yang terhubung dengan IPAM Goudel tidak saling terhubung. Kedua sistem terpisahkan oleh sebuah valve dalam kondisi tertutup di lokasi yang dinamakan noeud 300 oleh SEEN. Dikarenakan tingginya tekanan air dari jaringan yang terhubung dengan IPAM Goudel, kedua sistem tidak memungkinkan untuk disambungkan dalam operasional sehari-hari.
5.2.4 Pemodelan Valve
Jenis dari valve yang digunakan selama pemodelan jaringan adalah jenis PRV (Pressure Reduction Valve). Valve jenis ini membatasi besarnya tekanan pada sebuah pipa yang berada di jaringan.
Dalam pemodelan dengan menggunakan EPANET, terdapat tiga macam kondisi valve jenis PRV ini dapat terpasang, yaitu :
• Terbuka sebagian
• Terbuka seluruhnya
• Tertutup
Didekat menara air nomor 11 terpasang sebuah valve yang beroperasi berdasarkan ketinggian muka air di dalam menara air nomor 11 ini. Valve ini dimodelkan dengan suatu perintah kendali dimana valve akan terbuka apabila menara air nomor 11 hampir kosong dan sebaliknya. Hal ini dilakukan berhubung dengan lokasi menara air nomor 11 yang sangat rendah dapat menyebabkan air yang ada di jaringan kota mengalir menuju menara air ini.
5.2.5 Pemodelan Menara Air
Air minum disalurkan menuju sepuluh buah menara air yang tersebar di seluruh kota seperti pada gambar 5-4. Menara-menara air tersebut dinomori dengan huruf “R”
dan diikuti oleh sebuah angka. Menara air R1 adalah menara air tertua, menara air R10 dan R11 merupakan menara air yang terakhir dibangun.
Seluruh menara air dibangun dengan ketinggian beberapa meter dari permukaan tanah, terkecuali menara air R7, dimana menara air ini berperan sebagai ground reservoir. R7 merupakan reservoar berbentuk kotak yang terletak di tanah dan memompa air menuju R3 dan R6. Lokasi dari menara-menara air tersebut terdapat pada Gambar 5-3.
Pada menara air, pipa pemasok dan pipa distribusi terhubung. Saat jam-jam tertentu dimana kebutuhan air kecil, sebagian dari air yang ada mengisi tangki menara air, dan sebaliknya saat kebutuhan air tinggi, tangki menara air menyalurkan airnya menuju daerah pelayanan bersama air yang didistribusikan langsung dari stasiun pompa. Kondisi ini tidak berlaku untuk R11 dikarenakan lokasinya yang sangat rendah, sehingga sebuah valve kendali harus dipasang.
Gambar 5-3 dibawah menampilkan perbedaan skema koneksi menara air yang terbangun di Niamey.
Gambar 5-3. Interkoneksi menara air
Koneksi menara air normal Koneksi menara air R 11
Gambar 5-4. Layout jaringan dan lokasi menara air (IBG,2001)
Menara air yang ada di Niamey dipasok air oleh kedua stasiun pompa, pembagian sistem penyaluran air menuju sepuluh menara air tersebut disajikan pada tabel 5-2.
Tabel 5-2. Daftar menara air di Niamey
Menara Air Sistem Transport Volume (m3) Elevasi tanah (m) Ketinggian (m)
R 1 Yantala 300 211.5 13 R 2 Yantala 1,000 207.8 16 R 3 Yantala 1,000 221.5 16 R 5 Yantala 2,000 205.2 18 R 6 Yantala 600 220.3 12 R 7 Yantala 1,000 207.8 0 R 8 Goudel 1,000 222.5 24 R 9 Goudel 3,000 219.6 24 R 10 Goudel 4,200 232.3 24 R 11 Yantala 4,200 188 24 Total 18,300
Kapasitas penyimpanan tidak terbagi rata antara sistem Goudel dan Yantala.
Yantala: 10,100 m3, jumlah ini merupakan 34% dari kapasitas produksi total Yantala;
Goudel: 8,200 m3, jumlah ini merupakan 16% dari kapasitas produksi total Goudel.
Berdasarkan hal tersebut, disimpulkan bahwa penambahan kapasitas jaringan dapat dilakukan dari instalasi pemompaan Goudel.
Gambar 5-6. Menara air R 10 5.2.6 Metode Perhitungan
EPANET akan menghitung besarnya kehilangan tekan berdasarkan diameter pipa, debit dan koefisien kekasaran pipa. Pada analisa jaringan ini digunakan persamaan Hazen-William untuk menghitung besarnya kehilangan tekan yang terjadi.
Koefisien kekasaran pipa bermacam-macam nilainya tergantung jenis material dan umur pipa. Terutama untuk pipa baja dan cast iron dimana kekasarannya akan berubah cepat sejalan umur operasi pipa tersebut karena korosi.
Koefisien kekasaran pipa yang digunakan dalam model jaringan ditampilkan pada Tabel 5-3.
Tabel 5-3. Koefisien kekasaran Hazen-Williams untuk pipa baru (Dieter,1999)
Material Kekasaran Pipa Cast Iron (DCIP) 130 - 140 Concrete or Concrete Lined 120 - 140
Galvanized Iron 120
Plastic 140 - 150
Steel 140 - 150
R-10
Goudel
Yantala
R-8
R-9
Model jaringan yang dibuat harus merepresentasikan kondisi nyata jaringan distribusi Niamey di lapangan. Tekanan dan debit aliran pada beberapa lokasi di Niamey seperti pada gambar 5-7 telah diukur di lapangan selama kunjungan ke Niger. Hasil pengukuran di lapangan dibandingkan dengan hasil pengukuran pada titik yang sama pada model jaringan. Model jaringan dinyatakan terkalibrasi apabila hanya terdapat sedikit perbedaan antara model dengan hasil pengukuran di lapangan.
5.3.1 Metodologi Kalibrasi
Untuk mengkalibrasi model jaringan yang telah dibuat, selama kunjungan ke Niamey data mengenai besarnya tekanan dan debit setiap stasiun pompa setiap jam didapat melalui pengukuran dengan menggunakan pressure meter dan flow meter. Selain pada setiap stasiun pompa, pengukuran tekanan setiap jam juga dilakukan di dekat seluruh menara air seperti tampak pada Gambar 5-7.
Data mengenai tinggi muka air tiap jam di menara-menara air dan pola operasional tiap pompa juga dikumpulkan selama kunjungan ke Niamey. Hasil pengukuran debit dan tekanan dari kedua jaringan terdapat pada lampiran A.
Untuk selang waktu satu jam selama sehari, tekanan dan debit yang dihitung oleh EPANET dibandingkan dengan tekanan dan debit yang terukur di lapangan. Apabila terjadi perbedaan, model jaringan akan dioptimasikan dengan cara merubah sedikit parameter yang ada dalam model.
Parameter yang diubah selama pengkalibrasian model adalah koefisien kekasaran pipa. Perhitungan awal dilakukan dengan menggunakan nilai kekasaran pipa untuk pipa baru, yaitu sebesar 150. Besarnya koefisien kekasaran pipa ini disesuaikan untuk setiap sub-sistem jaringan sampai terjadi kecocokan antara data terukur dengan data keluaran model.
Hasil kalibrasi ditampilkan pada grafik-grafik yang terdapat di lampiran A. Beberapa grafik mengindikasikan sedikit perbedaan antara hasil pengukuran dengan hasil pemodelan. Perbedaan ini dapat disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya:
Interkoneksi jaringan yang tidak diketahui dan tidak termodelkan;
Pengaturan bukaan valve yang berbeda dengan yang diasumsikan;
Kesalahan lokasi pengukuran di lapangan;
Perbedaan diantara kurva pompa yang digunakan dengan kurva pompa yang dipakai di lapangan;
Perbedaan pola pengoperasian pompa antara yang dilaporkan dengan yang sesungguhnya dilapangan;
Perbedaan kebutuhan air yang dimodelkan dengan kebutuhan air sesungguhnya di lapangan.
5.3.2 Hasil Kalibrasi 5.3.2.1Jaringan Yantala
Untuk jaringan distribusi sistem Yantala, kalibrasi dari dua sub-sistem jaringan yaitu Japonnaise dan Rehabilitation dilakukan secara bersamaan dikarenakan kedua sub-sistem tersambung.
Menara air R11 mempengaruhi kestabilan jaringan Yantala karena kapasitasnya yang besar dan elevasinya yang rendah dibandingkan menara air yang lainnya. Hasil kalibrasi membuktikan bahwa pemodelan valve di jaringan (terbuka penuh ketika R11 kosong dan tertutup rapat ketika R11 penuh) memberikan hasil yang baik.
Selama pengkalibrasian, optimasi telah dilakukan dengan menyesuaikan kekasaran pipa dari pipa-pipa yang mengalirkan air menuju R1, R2, R7 dan R5.
5.3.2.2Jaringan Goudel
Kalibrasi jaringan Goudel dilakukan secara terpisah untuk setiap sub-sistem yang ada, Goudel – R8, Goudel – R9 dan Goudel – R10. Selama pengkalibrasian, koefisien kekasaran pipa disesuaikan hingga mencapai hasil yang memuaskan. Berikut adalah koefisien kekasaran yang digunakan untuk masing-masing sub-sistem:
- R8: C = 130
- R9: C = 120
- R10: C = 135
Dari hasil kalibrasi, disimpulkan bahwa hasil pemodelan memberikan hasil yang cukup sesuai dengan pengukuran di lapangan. Perbedaan terbesar muncul di lokasi dekat menara air R8. Selama kunjungan ke Niamey, fluktuasi tekanan yang besar (0.5 – 1 bar) terjadi di dekat lokasi R8. Hal ini dapat disebabkan oleh penyadapan air ilegal yang dilakukan di dekat lokasi pengukuran.
5.3.3 Kesimpulan
Dapat disimpulkan bahwa model hidrolis yang diciptakan sudah cukup akurat untuk desain pengembangan jaringan. Perbedaan keseluruhan antara tekanan atau debit terukur dengan tekanan atau debit model kurang dari 10%.
Karena wilayah pengembangan yang baru akan disambungkan dari stasiun pompa Goudel, perbedaan besar antara model dan pengukuran yang muncul di sub-sistem Rehabilitation tidak terlalu mempengaruhi analisa selanjutnya.
