Studi Optimasi Distribusi Pemanfaatan Air di Daerah Irigasi Pakis Menggunakan Program Linier

(1)

Studi Optimasi Distribusi Pemanfaatan Air di Daerah Irigasi Pakis

Menggunakan Program Linier

Rizq Fajrianto¹, Widandi Soetopo², Lily Montarcih²

¹Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya ²Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Teknik Pengairan Universitas Brawijaya-Malang, Jawa Timur, Indonesia

Jalan MT. Haryono 167 Malang 65145 Indonesia e-mail : rizqfajrianto@gmail.com

ABSTRAK

Daerah Irigasi Pakis merupakan daerah irigasi yang mengalami defisit air. Studi ini membahas optimasi pemanfaatan air. Analisa optimasi menggunakan metode program linier dengan bantuan program solver. Selain pola tata tanam eksisting, direncanakan empat alternatif pola tata tanam baru. Neraca air digunakan untuk membandingkan kebutuhan air irigasi setiap pola tata tanam dengan ketersediaan air yang ada. Dari analisa debit andalan, dipilih debit andalan 51% karena debit andalan 51% mendekati/mewakili debit-debit yang sudah ada di Daerah Irigasi Pakis selama 10 tahun terakhir (2006 s.d 2015). Dari hasil optimasi dengan program solver, maka untuk kondisi debit andalan 51% (normal) dipilih pola tata tanam eksisting dengan intensitas tanam selama satu tahun sebesar 252,756% dengan keuntungan sebesar Rp. 45.734.799.598,-.

Kata kunci: Irigasi, Neraca air, Optimasi, Keuntungan hasil pertanian

ABSTRACT

Pakis’s Irrigated area is an irrigated area that run into deficit condition of water. This study discusses about optimization of water utilization. Optimization analysis using Linear Programming methods and solver program. In addition to the existing cropped layout, planned four new alternative of cropped layout. The water balance is used to compare the needed of irrigation water per cropped layout with the existing water supply. From dependable discharge analysis, dependable discharge 51% is chosen because dependable discharge 51% approached/represented existing of discharges in Pakis’s irrigated area for last ten years (2006 until 2015). From the optimization with program solver, For dependable discharge 51% (normal), the existing cropped layout was chosen with cropped intensity for a year in amount 252,756% and profit in amount Rp. 45.734.799.598,-.

(2)

1. PENDAHULUAN

Air merupakan kebutuhan pokok bagi pertanian sehingga ketersediaan air untuk pertanian harus selalu ada.

Ketersediaan air dapat mengalami kondisi kelebihan (surplus) atau kekurangan (defisit) akibat penentuan pola tata tanam yang diterapkan maupun ketersediaan lahan pertanian. Untuk mengetahui ketersediaan air diperlukan analisa neraca air.

Sisa ketersediaan air yang berlebih dapat digunakan untuk memaksimalkan produktivitas hasil pertanian sehingga keuntungan juga menjadi maksimal. Hal ini dapat analisa salah satunya menggunakan teknik optimasi. Mengoptimumkan identik dengan memaksimumkan sesuatu dengan sumber daya yang terbatas. Optimasi dalam pengelolaan sumber daya air dibedakan dalam dua kategori yaitu sebelum bangunan air jadi dan sesudah bangunan air itu jadi. (Montarcih, 2010 : 15). Secara umum, model optimasi adalah suatu proses pemilihan alternatif yang terbaik diantara sejumlah alternatif-alternatif solusi yang tersedia (Soetopo, 2012 : 71). Optimasi dalam hal ini yaitu mengoptimalkan pemanfaatan ketersediaan air yang ada untuk irigasi sehingga distribusi pemanfaatan air lebih efektif dan efisien serta dapat menghasilkan keuntungan hasil produksi pertanian yang maksimal.

Daerah Irigasi Pakis memiliki luas baku 721 Ha dengan kebutuhan air irigasi yang bervariatif.

Gambar 1. Neraca air kondisi eksisting di Daerah Irigasi Pakis tahun 2014/2015

Dapat dilihat pada Gambar 1 bahwa pada tahun 2015 masih terdapat defisit ketersediaan air terhadap kebutuhan air irigasi pada bulan Juni periode II, Agustus periode I, periode II, dan periode III, September periode I, periode II, dan periode III serta pada Oktober periode I dan periode II.

Berdasarkan kondisi eksisting tersebut, maka perlu dilakukan penentuan pola tata tanam yang lebih tepat agar pemanfaatan air yang ada tidak melebihi ketersediaan air yang ada dengan cara optimasi distribusi pemanfaatan air menggunakan beberapa opsi alternatif pola tata tanam.

Program linier digunakan untuk menyelesaikan analisa studi dengan bantuan program solver.

Tujuan dari studi ini adalah untuk mengoptimalkan pemanfaatan air yang berlebih pada Daerah Irigasi Pakis sehingga terdapat keseimbangan pada neraca air serta meningkatkan keuntungan hasil produksi pertanian.

2. METODOLOGI PENELITIAN Daerah studi yang akan dikaji adalah Daerah Irigasi Pakis yang terletak di 2 kecamatan, yaitu Kecamatan Pakis dan Kecamatan Jabung, Kabupaten Malang, dengan luas baku sawah 721 Ha. Peta lokasi sebagaimana pada Gambar 2 berikut ini :

Gambar 2. Peta Lokasi Daerah Studi Sumber : petatematikindo.files.wordpress.co

Gambar 2. Merupakan peta administratif Kabupaten Malang. Lokasi studi berada pada Kecamatan Pakis.

(3)

Gambar 3. Skema Jaringan Daerah Irigasi Pakis

Sumber : Dinas Pengairan Kabupaten Malang

Untuk mencapai tujuan yang diharapkan maka diperlukan suatu langkah pengerjaan secara sistematis. Adapun langkah-langkah pengerjaan studi sebagai berikut :

1. Perhitungan debit andalan 97% (kering), 80%, 75% (rendah), 51% (normal), dan 26% (cukup).

2. Perhitungan nilai evapotranspirasi potensial.

3. Perhitungan curah hujan daerah. 4. Uji konsistensi data curah hujan. 5. Perhitungan R80.

6. Perhitungan kebutuhan air irigasi 7. Perumusan model matematika. 8. Perhitungan neraca air.

9. Perhitungan optimasi menggunakan program linier dengan bantuan program komputer solver.

10. Rekapitulasi hasil luas lahan optimal dan keuntungan hasil produksi maksimal.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan Debit Andalan

Perhitungan debit andalan menggunakan probabilitas 97% (kering), 80%, 75% (rendah), 51% (normal), dan 26% (cukup) (Sosrodarsono, 1987). Nilai tertinggi debit andalan 97% diperoleh pada bulan Januari yaitu sebesar 1,027 m3/dt dan nilai terendah diperoleh pada bulan Desember yaitu 0,096 m3/dt. Nilai tertinggi debit andalan 80% diperoleh pada bulan Januari yaitu sebesar 1,134 m3_{/dt dan nilai}

terendah diperoleh pada bulan Agustus yaitu 0,441 m3/dt. Nilai tertinggi debit andalan 75% diperoleh pada bulan Januari yaitu sebesar 1,139 m3_{/dt dan nilai terendah}

diperoleh pada bulan Oktober yaitu 0,803 m3/dt. Nilai tertinggi debit andalan 51% diperoleh pada bulan Januari yaitu sebesar 1,192 m3/dt dan nilai terendah diperoleh pada bulan Agustus yaitu 0,935 m3/dt. Nilai tertinggi debit andalan 26% diperoleh pada bulan Januari yaitu sebesar 2,373 m3_{/dt dan}

nilai terendah diperoleh pada bulan Oktober dan November yaitu 1,091 m3/dt. Hasil Perhitungan debit andalan menggunakan probabilitas 97% (kering), 80%, 75% (rendah), 51% (normal), dan 26% (cukup) lalu dikonversi ke dalam satuan m3 untuk digunakan dalam analisa neraca air.

Tabel 1. Volume Andalan 97%

Sumber : Perhitungan, 2016

Sumber : Perhitungan, 2016 Musim MT I MT II MT III Volume Andalan 97% 662342.400 445651.200 348624.000 Musim MT I MT II MT III Volume Andalan 80% 1050883.200 1053129.600 800841.600 Musim MT I MT II MT III Volume Andalan 75% 1093478.400 1086912.000 944352.000 Musim MT I MT II MT III Volume Andalan 51% 1155600.000 1133136.000 1058745.600

(4)

Perhitungan Kebutuhan Air irigasi Perhitungan kebutuhan air irigasi berdasarkan penentuan pola tata tanam yang diterapkan. Rumus yang digunakan yaitu metode Water Balance (KP-01, 1986).

NFRpadi = Cu + Pd + NR + P - Reff

NFRpalawija = Cu + P - Reff

dimana :

NFR = Kebutuhan air bersih di sawah

(mm/hari)

Cu = Kebutuhan air untuk tanaman

(mm/hari)

Pd = Kebutuhan air untuk pengolahan tanah (mm/hari)

P = Perkolasi (mm/hari)

Reff = Curah hujan efektif (mm/hari)

Berikut merupakan pola tata yang dianalisa pada studi ini.

PTT Eksisting = Padi, Jagung, Tebu – Padi, Jagung, Tebu – Padi, Jagung, Tebu (Awal tanam Desember periode II)

PTT Alt 1 = Padi, Tebu – Padi, Tebu –

Padi,Jagung,Tebu (Awal tanam Desember periode II)

PTT Alt 2 = Padi, Jagung, Tebu – Padi, Jagung, Tebu – Jagung, Tebu (Awal tanam Oktober periode II)

PTT Alt 3 = Padi, Jagung, Tebu – Padi, Jagung, Tebu – Padi, Jagung, Tebu (Awal tanam Oktober periode II)

PTT Alt 4 = Padi, Kedelai, Tebu – Padi, Kedelai, Tebu – Padi, Kedelai, Tebu (Awal tanam Desember periode II)

Tabel 7. Kebutuhan Air Irigasi

Model Matematika Optimasi

Perumusan masalah dalam optimasi dengan Program Linier memiliki tiga macam variabel, yaitu :

Variabel Keputusan

Dalam studi ini variabel putusan yang diambil adalah pola penentuan luas lahan tiap jenis tanaman dalam satu daerah irigasi. Variabel Tujuan

Dalam studi ini variabel tujuan yang ingin dicapai yaitu memaksimalkan nilai keuntungan serta mengatasi neraca air irigasi yang tidak seimbang.

Variabel kendala

Bentuk fungsi kendala ini adalah luas lahan yang bisa ditanami oleh tanaman untuk setiap pola tata tanam di Daerah Irigasi Pakis. Selain itu juga keterbatasan potensi air yang ada di daerah irigasi juga merupakan variabel kendala yang menjadi pembatas.

 Fungsi Tujuan (Maksimalisasi)

Z = A.X1a + B.X1b + C.X1c + A.X2a + B.X2b + C.X2c + A.X3a + B.X3b + C.X3c

Keterangan :

Z = Nilai tujuan berupa Musim MT I MT II MT III Volume Andalan 26% 1371427.200 1454889.600 1214179.200 Pola Tanam

DI Pakis Padi Jagung Kedelai Tebu

MT I 0.000 619.395 0.000 MT II 1031.605 837.776 869.721 MT III 1490.567 1105.133 1119.745 MT I 0.000 0.000 0.000 MT II 1031.605 0.000 869.721 MT III 1490.567 1105.133 1119.745 MT I 374.438 732.095 148.554 MT II 20.576 663.632 167.538 MT III 0.000 1056.581 796.048 MT I 374.438 732.095 148.554 MT II 252.603 663.632 167.538 MT III 1895.005 1056.581 1426.979 MT I 0.000 543.339 0.000 MT II 1031.605 762.056 869.721 MT III 1490.567 1003.204 1119.745 Alternatif 4 Alternatif 3

Musim Volume Kebutuhan Air Irigasi (m 3_/Ha)

Eksisting

Alternatif 1

(5)

keuntungan maksimum

(Rp)

A, B, C = Pendapatan produksi padi

(A), jagung (B), dan tebu

(C) (Rp/Ha)

X1a, X2a, X3a = Luasan tanaman padi pada

tiap musim (Ha)

X1b, X2b, X3b = Luasan tanaman palawija pada tiap musim (Ha) X1c, X2c, X3c = Luasan tanaman tebu pada

tiap musim (Ha)

 Fungsi Kendala (constraint) - Luas Tanam Total :

X1a + X1b + X1c ≤ Xt1 X2a + X2b + X2c ≤ Xt2 X3a + X3b + X3c ≤ Xt3

Keterangan :

Xtn = luas total baku sawah Daerah Irigasi Pakis untuk setiap musim tanam ke-

n

- Volume Andalan Ketersediaan Air :

Vp1.X1a + Vj1.X1b + Vt1.X1c ≤ Vs1 Vp2.X2a + Vj2.X2b + Vt2.X2c ≤ Vs2 Vp3.X3a + Vj3.X3b + Vt3.X3c ≤ Vs3

Keterangan :

Vp1,2,3 = Kebutuhan air padi tiap musim

(m3/Ha)

Vj1,2,3 = Kebutuhan air palawija tiap musim (m3/Ha)

Vt1,2,3 = Kebutuhan air tebu tiap musim

(m3_/Ha)

Vs1,2,3 = Volume andalan ketersediaan air

pada musim tanam I, II, dan III (m3₎

- Luas lahan Tebu :

X1c ≤ Xte1 X2c ≤ Xte2 X3c ≤ Xte3

Dengan ketentuan nilai X1c = X2c = X3c

Keterangan :

Xten = Luas maksimum tanaman tebu untuk setiap musim tanam 15 Ha

Rekapitulasi Nilai Optimum

 Neraca air

Hasil neraca air diperoleh dari membandingkan debit andalan dengan kebutuhan air irigasi. Debit andalan 97% (kering), 80%, 75% (rendah), 51%

(normal), dan 26% (cukup) dibandingkan dengan kebutuhan air irigasi PTT Eksisting, PTT Alternatif 1, PTT Alternatif 2, PTT Alternatif 3, dan PTT Alternatif 4. Setelah dilakukan optimasi, sudah tidak ada kondisi defisit air.

 Intensitas Tanam

Nilai intensitas tanaman dinyatakan dalam prosentase untuk setiap musim tanam selama satu tahun.

Nilai intensitas tanam optimum dengan ketersediaan air debit andalan 97% yaitu sebesar 153,082% untuk pola tata tanam alternatif 2, 128,079% untuk pola tata tanam eksisting, alternatif 1 dan alternatif 4, serta 92,059% untuk pola tata tanam alternatif 3.

Nilai intensitas tanam optimum dengan ketersediaan air debit andalan 80% yaitu sebesar 246,171% untuk pola tata tanam eksisting, 241,989% untuk pola tata tanam alternatif 2, 234,150% untuk pola tata tanam alternatif 3, 226,900% untuk pola tata tanam alternatif 4, dan 206,073% untuk pola tata tanam alternatif 1.

Nilai intensitas tanam optimum dengan ketersediaan air debit andalan 75% yaitu sebesar 281,148% untuk pola tata tanam alternatif 2, 277,796% untuk pola tata tanam alternatif 3, 246,423% untuk pola tata tanam alternatif 4, 246,316% untuk pola tata tanam eksisting ,dan 206,089% untuk pola tata tanam alternatif 1.

Nilai intensitas tanam optimum dengan ketersediaan air debit andalan 51% yaitu sebesar 284,831% untuk pola tata tanam alternatif 2, 281,481% untuk pola tata tanam alternatif 3, 253,465% untuk pola tata tanam alternatif 4, 252,756% untuk pola tata tanam eksisting ,dan 217,851% untuk pola tata tanam alternatif 1.

Nilai intensitas tanam optimum dengan ketersediaan air debit andalan 26% yaitu sebesar 296,761% untuk pola tata tanam alternatif 2, 284,733% untuk pola tata tanam alternatif 3, 263,106% untuk pola tata tanam alternatif 4, 263,069% untuk

(6)

pola tata tanam eksisting ,dan 230,290% untuk pola tata tanam alternatif 1.

 Keuntungan Hasil Pertanian

Nilai keuntungan hasil pertanian dinyatakan dalam rupiah selama satu tahun.

Nilai keuntungan hasil pertanian dengan ketersediaan air debit andalan 97% yaitu sebesar Rp. 25.931.711.739,- untuk pola tata tanam alternatif 2, Rp. 25.535.757.079,- untuk pola tata tanam eksisting, alternatif 1 dan alternatif 4, serta Rp. 11.775.137.354,- untuk pola tata tanam alternatif 3.

Nilai keuntungan hasil pertanian dengan ketersediaan air debit andalan 80% yaitu sebesar Rp. 40.881.650.129,- untuk pola tata tanam eksisting, Rp. 37.963.309.448,- untuk pola tata tanam alternatif 1, Rp. 37.778.738.330,- untuk pola tata tanam alternatif 4, Rp. 36.487.699.294,- untuk pola tata tanam alternatif 3, dan Rp. 36.043.105.278,- untuk pola tata tanam alternatif 2.

Nilai keuntungan hasil pertanian dengan ketersediaan air debit andalan 26% yaitu sebesar Rp. 47.937.450.353,- untuk pola tata tanam eksisting, Rp. 46.883.191.978,- untuk pola tata tanam alternatif 3, Rp.

46.191.692.423,- untuk pola tata tanam alternatif 4, Rp. 45.551.840.356,- untuk pola tata tanam alternatif 1, dan Rp. 42.849.298.862,- untuk pola tata tanam alternatif 2.

4. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari perhitungan dan analisa dari bab sebelumnya adalah sebagai berikut :

1.Neraca air kondisi eksisting (masa tanam 2014/2015) yang ada di Daerah Irigasi Pakis menunjukkan bahwa masih terjadi kekurangan air terhadap kebutuhan air irigasi di Daerah Irigasi Pakis. Dianalisa pula neraca air dengan berbagai macam kondisi ketersediaan, yaitu dengan debit andalan 97% (kering), 80%, 75% (rendah), 51% (normal), dan 26% (cukup) yang dibandingkan dengan kebutuhan air irigasi setiap pola tata tanam eksisting, alternatif 1, alternatif 2, dan alternatif 3. Hasil dari neraca air tersebut tetap menunjukkan bahwa ketersediaan yang ada masih belum mampu mencukupi kebutuhan air irigasi berdasarkan pola tata tanam eksisting maupun berdasarkan pola tanam alternatif 1, alternatif 2, dan alternatif 3.

2.Dari hasil perhitungan pola tata tanam yang sudah dilakukan, kebutuhan air irigasi berdasarkan pola tata tanam eksisting memiliki kisaran nilai antara 0,000 m3/dt sampai dengan 1,641 m3/dt. Kebutuhan air irigasi berdasarkan pola tata tanam alternatif 1 memiliki kisaran nilai antara 0,000 m3/dt sampai dengan 1,641 m3/dt. Kebutuhan air irigasi berdasarkan pola tata tanam alternatif 2 memiliki kisaran nilai antara 0,000 m3/dt sampai dengan 1,782 m3/dt. Kebutuhan air irigasi berdasarkan pola tata tanam alternatif 3 memiliki kisaran nilai antara 0,000 m3/dt sampai dengan 1,782 m3/dt. Dan untuk kebutuhan air irigasi berdasarkan pola tata tanam alternatif 4 memiliki kisaran nilai antara 0,000 m3/dt sampai dengan 1,628 m3/dt.

(7)

3.Setelah dilakukan analisa debit andalan, debit andalan 51% merupakan debit andalan yang mendekati/mewakili debit-debit yang sudah ada selama 10 tahun terakhir (tahun 2006 s.d 2015). Maka dipilihlah keuntungan hasil produksi maksimal yang sesuai dengan kondisi di lapangan dengan kondisi ketersediaan air menggunakan debit andalan 51%. Dari hasil optimasi dengan bantuan solver, Untuk kondisi debit andalan 51% (normal) pola tata tanam yang terpilih yaitu pola tata tanam eksisting (padi, jagung, tebu - padi, jagung, tebu - padi, jagung, tebu) dengan intensitas tanam pola tanam eksisting selama satu tahun sebesar 252,756% dan menghasilkan keuntungan Rp. 45.734.799.598,-.

Dianalisa pula dengan ketersediaan debit andalan 97% (kering), 80%, 75% (rendah), dan 26% (cukup). Dari hasil optimasi dengan bantuan solver, maka untuk kondisi debit andalan 97% (kering) pola tata tanam yang terpilih yaitu pola tata tanam alternatif 2 (padi, jagung, tebu - padi, jagung, tebu - jagung, tebu) dengan intensitas tanam pola tanam alternatif 2 selama satu tahun sebesar 153,082% dan menghasilkan keuntungan Rp. 25.931.771.739,-. Untuk kondisi debit andalan 80% pola tata tanam yang terpilih yaitu pola tata tanam eksisting (padi, jagung, tebu - padi, jagung, tebu - padi, jagung, tebu) dengan intensitas tanam pola tanam eksisting selama satu tahun sebesar 246,171% dan menghasilkan keuntungan Rp. 40.881.650.129,-. Untuk kondisi debit andalan 75% (rendah) pola tata tanam yang terpilih yaitu pola tata tanam eksisting (padi, jagung, tebu - padi, jagung, tebu - padi, jagung, tebu) dengan intensitas tanam pola tanam eksisting selama satu tahun sebesar 246,316% dan menghasilkan keuntungan Rp. 43.808.432.474,-. Dan untuk kondisi debit andalan 26% (cukup) pola tata tanam yang terpilih yaitu pola tata tanam eksisting (padi, jagung, tebu - padi, jagung, tebu - padi, jagung, tebu) dengan intensitas tanam pola tanam eksisting

selama satu tahun sebesar 263,069% dan menghasilkan keuntungan Rp. 47.937.450.353,-.

Saran

1.Untuk mengatasi kelebihan air maka perlu dilakukan variasi kombinasi pola tanam sehingga nantinya bisa menghasilkan keuntungan produksi yang lebih maksimal.

2.Perlu dilakukan survei lebih lanjut dan menyeluruh apabila ada potensi perluasan lahan sawah sehingga kelebihan air dapat dimanfaatkan lebih maksimal.

DAFTAR PUSTAKA

Ditjen Sumber Daya Air. 1986. Kriteria

Perencanaan Irigasi 01. Jakarta :

Ditjen sumber Daya Air

Limantara, LM dan Soetopo, W. 2010.

Manajemen Sumber Daya Air.

Bandung : Lubuk Agung

Patirajawane, F. 2016. Studi Optimasi

Distribusi Pemanfaatan Air di Daerah irigasi Melik, Kabupaten Jombang dengan Menggunakan Program Linear. Skripsi tidak

dipublikasikan. Malang : Universitas Brawijaya

Soetopo, W. 2012. Model-Model Simulasi

Stokastik untuk Sistem Sumber Daya Air. Malang : Citra Malang