II. TINJAU HIDROLOGI PENGEMBANGAN INFRASTRUKTUR SUMBER DAYA AIR - Pengelolaan Air Bag2 – Hidrologi & Manajemen Air

II. TINJAU HIDROLOGI & PENGEMBANGAN

INFRASTRUKTUR SUMBER DAYA AIR

Capita Selekta Infrastruktur ₁

2.1. SUMBER AIR & HIDROLOGI

Fenomena banjir dan kekeringan merupakan fenomena siklus hidrologi air, selayaknya

diteliti dengan kaidah-kaidah ilmu hidrologi. Ilmu hidrologi didefinisikan ilmu yang

memperlajari pergerakan air di muka bumi baik kualitas dan kwantitas dalam ruang dan

waktu. Hal ini mengantar kita , pandangan tentang sumber air berkelanjutan dan

Pengembangan Infrastruktur Sumber Daya Air.

IKLIM DAN POLA HUJAN WILAYAHINDONESIA

PosisiGeografisIndonesia

 Antara 6°08’ LU - 11°15’ LS dan 94°45’ BT-141°05’BT  Berada pada zonakonvergensi antartropik(InterTropicalConvergence Zone-ITCZ )

 Antara duabenuaAsia danAustralia

Musimhujanyang dipengaruhi oleh posisiITCZ dengan posisigeografisIndonesia menghasilkan tiga tipe hujan dominanberdasarkanpola hujan : MOONSON-EQUATORIAL- LOKAL (Tjasyono dan Bannu, 2003)

Monsoon dan pergerakanITCZ berkaitandengan variasicurah hujan tahunandan semi tahunan diIndonesia (seasonal) , [Aldrian, 2003].

 Antara duaSamoderaIndonesia danLautan Pasifik o FenomenaENSO

o FenomenaDipole Mode

Capita Selekta Infrastruktur FTSL 2010 ₃

KAWASAN PELAYANAN (Kepuasan Konsumen )

• Kualitas Air Bersih • Kuantitas Air Bersih • Kontinuitas

• Harga jual kompetitif • Laju kebutuhan air

RESPON TEKNOLOGI PENGOLAHAN AI R

• Respon Teknologi Air Bersih • Maintenance operation

SUMBER AI R BAKU

• Fresh water (Gol A/ B) • Randow variabel

• Keandalan Sumber Air( Kuantitas & Kualitas Air )

Manajemen Sumber Air

Sumber air adalah sumber daya alam yang dapat diperbaharui

melalui siklus hidrologi fungsi ruang dan waktu, tergantung iklim (subtropis/tropis) dimana dipengaruhi oleh faktor kosmik, regional dan lokal membentuk rezim

hidrologi. Dimana komponen hidrologi (hujan dan debit) bersifat acak dan

cenderung stokastik dan pengaliran air pesisir landai menuju ke laut fenomena deterministik

• (Sumber : Arwin, 2009 ”Pidato Guru Besar di MGB-ITB”)

Pengemb.infrastruktur sumber air spy berkelanjutan (Kuantitas & Kualitas )

Konstrain : Ketidakpastian debit air (kuantitas & kualitas ) Rekayasa Teknologi Adaptasi

Konsep Debit Air Rencana ( Banjir & kekeringan )

PIDATO ILMIAH ₅

2.2 Pembagian Ruang Hidrologi

HYDROLOGY MODEL

Kawasan Hulu

Boundary Hilir

Q

Boundary Hulu

Persamaan Saint Venant :

( ) ₀

DAS HULU (Watershed Model)

PIDATO ILMIAH 7

• Model Deterministik gelombang banjir

– Persamaan Kontinuitas

– Persamaan Momentum

b

∂ _{b=0 (asumsi tidak ada aliran lateral)}

Model gelombang banjir

(

)

₀

(asumsi tidak ada aliran lateral, wind-shear, dan eddy losses, serta b = 1)

Q = debit aliran (m3/s)

A = luas penampang saluran (m2) x = jarak memanjang dari hulu saluran (m)

t = waktu (s)

h = tinggi muka air dari datum (m) B = lebar penampang saluran (m) Sf = kemiringan energi akibat gaya gesek dasar saluran

• Diskretisisasi model gelombang banjir dengan implisit

beda tengah:

– Persamaan Kontinuitas

– Persamaan Momentum

0

Model Numerik gelombang banjir

PIDATO ILMIAH ₉

Obyektif pengembangan Infrastruktur sumber Daya Air untuk mengendalikan air banjir

/kekeringan dengan pendekatan konsep debit rencana sesuai kriteria perencanaan

infrastruktur SDA yang Lazim digunakan di lingkungan jajaran Kementrian Pekerjaan

Umum.

Infrastruktur terbangun akan berlanjutan dimungkinkan bila dilakukan pengendalian air

dalam ruang dan waktu secara terus –menerus baik kwantitas dan kualitas. Untuk

mengetahui pengaruh Perubahan iklim terhadap rezim hidrologi tercatat berturut-turut

melalui pos hujan, pos duga debit air, dan pos observasi elevasi muka laut .

Gambar 2.3 . Fluktuasi debit sumber air permukaan Q ( 1994-2006) 0

100 200 300 400 500 600

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Time Series

D

e

b

it

(

m

3

/d

e

t)

PIDATO ILMIAH ₁₁

2.3. ADAPTASI DAN MITIGASI

Perubahan ikli/cuaca mempengaruhi variabel siklus Hidrologi : terutama Curah Hujan (P),

setelah sampai dipermukaan tanah , hujan terdistribusi fungsi tutupan lahan terinfiltrasi

dalam tanah setelah jenuh terjadi limpasan air permukaan. Seiring dampak perubahan

iklim terhadap keberlanjutan sumber air (W

ater Sustainable

), respon dilakukan dengan

dua

langkah utama, yaitu

adaptasi dan mitigasi.

Adaptasi

, Ketidakpastian besaran debit air dalam proses waktu mengantar para ahli

Hidrolologi dan Manajemen sumber air melakukan proses penyesuaian dengan

memperhatikan efektitas fungsi Infarstruktur Sumber Air , dengan menggunakan konsep

debit rencana banjir/kekeringan

Mitigasi

adalah upaya mempertahan keberlanjutan sumber air di daerah Aliran Sungai,

bentuk konkrit upaya mitigasi secara undirect : penerbitan peraturan/UU pengendalian

limpasan/pencemaran air dan direct : Insentif & dissentif, sbb:

1.Un Direct (Tak langsung ) penerbitan UU & Peraturan

pengendalian air.

 UUD 45 fasal 33 ayat 3 air di kuasi negara utk dimanfaatkan orang banyak

 UU no 26 th. 2007 tentang Penataan ruang

 UU no 7 th 2004 tentang Sumber daya air

 UU Kehutanan No.41 Tahun 1999 Pasal 18 Ayat 2 yang menyatakan bahwa : ‘…..luas hutan suatu DAS minimal 30% dengan sebaran yang proporsional’.

 UU Lingkungan hidup /UU SDA/ PP Amdal

 PP 82 thn 2001 perihal Kualitas Air

 PP No. 16 tahun 2005 tentang Pengembangan Sistem Penyediaan Air Minum

 Keppres 114 th 1999 Kawasan Konservasi air dan tanah Bopuncur

 SK Gub.Jabar No. 181.1/SK.1624-Bapp/1982. Kawasan konservasi air Wilayah Inti Bandung Raya bagian Utara

2. Direct (Langsung ) : Insentif ( keringanan )dan Dissentif

(hukuman ,denda)

13

Kualitas sumber air waduk

Fisik, kim ia , b io lo g i

A ktivita s ko nve rsi la ha n sukse sif

- - p e rta nia n - - p e te rna ka n

- - p e m b ua ng a n sa m p a h - - Pe stic id e s / He rb ic id e s - - Tra nspo rta si

- - Ind ustri

Be b a n

- -Nutrie nts

- - Ba c te ria / Pa tho g e ns - - Me ta ls/ O rg a nic s - - Se nya wa hum us

Kua lita s Air m inum

PP 82 ta hun 2001

Proses akuatik perairan dalam pemulihan kembali

EKO SISTEM AIR – DEG RADASI KUALITAS AIR

Self Purification

•

Dari Bendung Curug BTB 10 menunjukkan kondisi

defisit oksigen (DO > BM). Oksigen terlarut dalam

sungai telah habis digunakan untuk menguraikan

senyawa organik. Tingginya senyawa organik

15

Perairan

Spectrum of quality

Spectrum of quality Spectrum of quality Spectrum of quality

A

B

C

A = Water treatment B = Domestic use C = Sewage treatment

TIME SEQUENCE (no scale)

QU

 _{Surface water}

Groundwater

Spring

Manajemen Sumber Air di DAS (1) Processes include sedimentation,

chemical coagulation, filtration, and sterilization

(2) Processes include sedimentation, activated sludge, trickling filter, chlorination pond and disinfection (3) Eflfuent returned to resource pool

(2) (1)

2.4. DEBIT RENCANA INFRASTRUKTUR SUMBER DAYA AIR

Komponen siklus Hidrologi berkarakter acak ( Variabel acak) adalah suatu kejadian dimana

besarannya tidak menentu dalam proses ruang dan waktu. Ketidakpastian komponen

utama Hidrologi (P,Q) terukur melalui pengamatan (pos hujan atau pos duga air) , hal ini

mengantar para ahli meneliti perilaku debit air historikal untuk dapat mengetahui

ambang batas besaran kejadian debit air masa depan.

Pengendalian banjir dan kekeringan ke masa depan , ditempuh langkah “adaptasi”

dengan pendekatan konsep debit rencana . Hubungan Keandalan keberhasilan dan

periode ulang diekspresikan, sbb: (1-P )= 1/R , dimana : P= keandalan /keberhasilan

komponen Hidrologi ( %) dan R= periode Ulang kejadian.

PIDATO ILMIAH ₁₇

Pengendalian banjir & kekeringan :

•

Drainase mikro ( Drainase permukiman perkotaan) : Q

_R

= 2-15 tahun

•

Drainase makro ( Drainase alamiah –sungai ) : Q

_R

=20-50 thn

•

Drainase Rel Kereta api/ Jalan TOL :Q

_R

=50 thn

•

Drainase bandara udara : Q

R

= 50 -100 tahun

•

Spill way waduk Q

_R

= 50 -100 thn

•

Intake air baku untuk sektor irigasi : Q

R

=5 thn

Kebijakan Pengembangan Air Minum Jakarta

& sekitarnya ( Tangerang & Bekasi)

Waduk Jatiluhur

Waduk Karian

PIDATO ILMIAH ₂₁

 Massa air adalah tetap terdistribusi menjadi : P = I+ R dimana

P : curah hujan

I : fraksi air hujan tertahan dibawah permukaan tanah R : fraksi air hujan menjadi limpasan air permukaan

 Perubahan tutupan lahan alami , dari hutan berturut-turut menjadi budidaya , permukiman pedesaan dan urban berdampak semakin besar R pada musim hujan dan sebaliknya I dalam tanah semakin kecil (input ) sehingga

penyimpanan air tanah (∆S ) semakin kecil . Hal ini berpengaruh pada besaran aliran air tanah (output) terutama limpasan aliran tanah menyentuh permukaan bebas (B**) seperti : mata air dan aliran dasar sungai

 Dari hukum kekekalan masa air , ketersediaan sumber air sangat tergantung sejauh mana massa air hujan tersimpan menjadi cadangan air tanah (I= P-R), sehingga persamaan ketersediaan air:

∆S = I – E – B* - B**

2.4. Konservasi Lahan

 Ketersediaan air alamiah bertahan apabila jumlah air hujan tertahan di

permukaan tanah (I) , lebih besar daripada evapotrapirasi potensial (E) : I > E sehingga pengendalian konversi tutupan lahan perlu lebih dicermati dimasa depan (reformasi pengendalian tata ruang )

 Hujan yang jatuh dipermukaan bumi relatif konstan dan tunduk pada hukum kekekalan massa air bila keseimbangan massa P = I+R dibuat non dimensi maka persamaan massa air menjadi IK + C= 1 dimana IK adalah fraksi massa air hujan tertahan dalam tanah selanjut disebut indeks konservasi

sedangkan C= fraksi masa air hujan menjadi limpasan air permukaan selanjut disebut C = Koefisien limpasan air.

 tutupan lahan yang bertahan terhadap alam (iklim) adalah tanaman keras diekspresikan : IkA ( indeks konservasi alami) kemudian oleh sentuhan

peradaban manusia tutupan lahan mengalami konversi lahan secara suksesive menjadi lahan budidaya, permukiman dan urban diekspresikan : IkC ( indeks konservasi aktual ) .

PIDATO ILMIAH ₂₃

 Prambahan hutan alam ( IkA) menjadi budidaya pertanian,permukiman dan urban Metropolitan ( IKc ) menimbulkan degradasi penyimpanan air

( tersimpan air hujan ) dibawah permukaan tanah seperti diperlihatkan pada tabel 2.1. Selanjutnya IK digunakan sebagai instrumen pengendalian

konversi lahan di kawasan konservasi air .(Keppres No 114 Kawasan konservasi Bopuncur)

Tabel 2. 1. : Indeks Konservasi tutupan lahan No Kualitas tutupan

lahan

Indeks Konservasi (I_KAI_Kc) 1 Hutan 0,8-0,9 2 Budidaya 0,4-0,5 3 Pemukiman pedesaan 0.5-0,6 4 Urban Metropolitan 0,0-01

 Indeks Konservasi Alami (IKA) digunakan indikantor konversi lahan , yaitu suatu koefisien yang menunjukkan kemampuan yang alami pada suatu wilayah untuk menyerap air hujan yang jatuh ke permukaan tanah sebelum ada

sentuhan peradaban manusia.

 Indeks Konservasi Aktual (IKC), yaitu suatu koefisien yang menunjukkan

kemampuan lahan yang terkonversi oleh kegiatan manusia (aktual) pada suatu wilayah untuk menyerap air hujan yang jatuh ke permukaan tanah ( Keppres 114/99)

2.4.4. Indeks Konservasi

Tabel 2.2 Penilaian kondisi kawasan terbangun dengan Indeks Konservasi Perbandingan Indeks Konservasi Penilaian kondisi kawasan

IKC + ∆Ik > IKA Baik

IKC = IKA Normal

Analisa Hidrologi Analisa Kependudukan Analisa SIG

DATA CURAH HUJAN

Analisis korelasi antar stasiun

hujan

DATA DEBIT Qrerata Qmax Qmin

DATA KEPENDUDUKAN

Analisa kepadatan penduduk

PETA PENGGUNAAN LAHAN 1990

PETA ISOHYET

PETA JENIS TANAH

PETA GEOLOGI

PETA LERENG

PETA KETINGGIAN TEMPAT

OVERLAY

INDEKS KONSERVASI AKTUAL (IK_C)

INDEKS KONSERVASI ALAMI (IK_A)

PENILAIAN KONDISI LAHAN

DIGITASI & EDITING

Nilai Rata-rata Indeks Konservasi pada DAS

ARAHAN PENGGUNAAN LAHAN DAN ALTERNATIF PENANGANAN

Analisis kecenderungan debit

KLASIFIKASI & SKORING

PETA PENGGUNAAN LAHAN 1999

Menghitung curah hujan

wilayah

Analisis kecenderungan IK

b PA I PA

Q = − _K +

 Keberhasilan ketersediaan air di DAS tercapai apabila IkC + ∆Ik > IkA dengan demikian win-win solution dapat tercapai antara kepentingan kawasan Hulu dan kawasan Hilir.

 Sedangkan pengendalian kawasan lahan terbangun, dapat dilaksanakan dengan pengendalian fungsi hidrologi lahan ( IK): antara lain Pengendalian luas

bangunan terbangun (BCR) dan ∆Ik dengan vegetatif dan non vegetative(rekayasa engineering).

 Upaya rekayasa engineering , antara lain : Sumur resapan , waduk resapan dan sistim drainase lingkungan . Ide paling sederhana dalam konservasi di lahan terbangun disebut zero limpasan.

PIDATO ILMIAH ₂₇

 Konversi lahan terbangun di permukiman umumnya direspon dengan pdengan drainase yang konvensional yaitu menyalurkan air limpasan secepatnya akibat konversi lahan terbangun ke badan air penerima

 Bangunan peresap buatan (Artificial Recharge) merupakan infrastruktur

drainase lingkungan dalam mewujudkan pengendalian limpasan air hujan berwawasan lingkungan.

 Sumur resapan adalah sumur yang dibuat sebagai tempat penampungan air hujan berlebih agar memiliki waktu dan ruang untuk meresapkan ke dalam tanah melalui proses infiltrasi dan perkolasi .Sumur resapan ini merupakan sumur kosong yang memiliki kapasitas atau volume cukup besar untuk menampung air hujan sementara sebelum diresapkan ke dalam tanah

KOMPARASI METODE ARTIFICIAL RECHARGE

Parameter _{Sunjoto(1988) SNI (1990) Soenarto (1995)}

 air dalam sumur (m)

R = jari-jari sumur (m) L = Keliling Penampang sumur (m)

F = faktor geometrik (m) As = Luas penampang sumur

(m2₎

A = luas penampang sumur

(m2)

Q = debit air masuk (m3_{/dtk) i = Intensitas hujan (m/jam)}

Vp = volume air hujan yang masuk

dalam waktu dt

K = koefisien permeabilitas tanah (m/dtk)

K = Koefisien Permeabilitas tanah (m/jam)

Vr = volume air hujan yang terinfiltrasi ke dasar dan dinding sumur pada waktu

dt (m3₎

dt= waktu yang diambil sebagai dasar perhitungan

(det) Penentuan

dimensi sumur resapan

T = waktu pengaliran (detik) D = Durasi hujan (jam)

PIDATO ILMIAH ₂₉

Metode Sunjoto (1988 )

Volume dan efisiensi sumur resapan dihitung berdasarkan keseimbangan air yang

masuk ke dalam sumur dan air yang meresap ke dalam tanah. Persamaannya dapat

ditulis sebagai berikut :



T = waktu pengaliran (detik)

K = koefisien permeabilitas tanah (m/dtk)

R = jari-jari sumur (m)

Faktor geometrik (F) sumur resapan dapat dilihat pada Tabel 2.4 . Nilai F ini

Untuk menghitung debit run-off (Q) maka formula yang dipakai adalah sebagai berikut:

Q = C I A

dimana :

Q = Debit air masuk dari atap/lahan (run-off) (m3/s) C = Koefisien aliran permukaan atap/lahan

I = Intensitas hujan (m/s)

A = Luas atap/lahan (m2)

- Nilai/angka C adalah merupakan angka koefisien limpasan (runoff) yang

besarnya tergantung dari jenis material tanah atau areal yang dilalui oleh aliran

air tersebut. Pada penelitian ini, nilai C yang digunakan adalah koefisien

runoff untuk bahan atap, yaitu C = 0.95 (Sunjoto,1995)

- Intensitas hujan didapat secara statistik, dalam hal ini intensitas fungsi dari

PIDATO ILMIAH ₃₁

KAWASAN PELAYANAN (Kepuasan Konsumen )

• Kualitas Air Bersih • Kuantitas Air Bersih • Kontinuitas

• Harga jual kompetitif • Laju kebutuhan air

RESPON TEKNOLOGI PENGOLAHAN AI R

• Respon Teknologi Air Bersih • Maintenance operation

SUMBER AI R BAKU

• Fresh water (Gol A/ B) • Randow variabel

• Keandalan Sumber Air( Kuantitas & Kualitas Air )

•

Untuk mengetahui keandalan sungai

•

Diperlukan perhitungan debit ekstrim dengan periode ulang

tertentu

•

Mengikuti Fungsi Distribusi Frekuensi Teoritis

•

Perlu diuji kesesuaian distribusi frekuensi data dengan

distribusi frekuensi teoritis

Sumber Air Sungai Desain Sumber Air

Debit Air Suksesif

Kering

Domestik Irigasi Industri

1-7

hari

10-20

tahun

15-30

hari

5

tahun 1-2 hari

20

tahun Kriteria desain air baku

33

Q = C (P.A)+ b

C= f( P,I,f, Tutupan lahan)

P : variabel bebas ( Random variabel)

A : Luas tangkapan hujan

Q: variabel tergantung( Random variabel)

b : aliran dasar ( tutupan lahan, batuan )

Seleksi data & urutan data debit air 1,2,7,15,30 dan setengah

bulanan kalender

Pemilihan dsitribusi teoritis (Normal Gumbel, dan Log Pearson Tipe III) yang cocok dengan Uji Goodness of Fit

Hitung debit air minum Periode Ulang 5, 10, 20, 50 tahun dengan distribusi teoritis terpilih

Debit air minimum dengan Periode Ulang 5,10,20 dan 50 tahun

Kurva peluang debit air minimum ekstrem kering

Debit Rencana Air Baku 1

PROSES

Sifat tanah, batuan, morfologi, topografi

dan tutupan lahan

OUTPUT

Debit dan cadangan air tanah

Perubahan besaran komponen hidrologi fungsi waktu, tercatat di

Pos Hujan , Pos debit, SWL

Parameter

komponen berubah, F (µ,σ)

35

Pengaruh Iklim (kosmik, regional dan lokal) _Hukum keseimbangan

Lumped Model :

Model fisik sistem input-output DAS

i

a

k

x

30,4167

d

d

=

×

Penyesuaian Hari Perbulan

dengan :



dk

= Data curah hujan/debit bulanan hasil kore



da

= Data curah hujan/debit bulanan asli pada



xi = Jumlah hari bulan i

X

Z =fungsi dari peluang atau periode ulang, X =rata-rata sampel

S = standar deviasi sampel.

n

DISTRIBUSI LOG NORMAL

Distribusi Normal

Distribusi Log-Normal

Distribusi Gumbel

Distribusi Log-Pearson III

Distribusi Debit

Distribusi Normal

Distribusi Log-Normal

Distribusi Gumbel

Distribusi Log-Normal

Uji K-S

Menetapkan suatu titik dimana terjadi simpangan terbesar antara

distribusi teoritis dan sampel.

Dn = Maksimum IFo(X)-Sn(X)I Dimana,

Dn : Penyimpangan Terbesar Fo(X) : Suatu fungsi distribusi

teoritis yang ditentukan Sn(X) : Distribusi Kumulatif

Sampel

Uji

χ

2

Mengukur perbedaan relatif antara Frekuensi hasil pengamatan Dengan frekuensi yang diharapkan

Dimana,

k : Jumlah variabel Oi : Frekuensi hasil pengamatan

Ei : Frekuensi distribusi teoritis n : jumlah data

Uji Goodness-of-Fit X

2

χ2

Grafik Distribusi Teoritis (expected) Distribusi Frekuensi

Variable: gdk_Jan, Distribution: Normal Chi-Square test = 8.76148, df = 2, p = 0.01252

0.0 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5

Category (upper limits) 0

Grafik Distribusi Frekuensi Teoritis

Distribusi Frekuensi Kumulatif Data

Dn

GRAFIK FREKUENSI KUMULATIF



Menurut UU No. 7 tahun 2004 pasal 34 ,ayat (1): pengembangan

sumber daya air ditujukan untuk kemanfaatan sumber daya air

memenuhi kebutuhan air baku untuk rumah tangga(domestik),

pertanian(irigasi) ,industri dstnya dan untuk berbagai keperluan

lainnya.



Pengembangan SPAM dari sumber air sungai, perlu suatu kriteria

disain air baku untuk multisektor : domestik, irigasi dan Industri.

Sebagai pedoman kriteria disain air baku permukaan

Metropolitan Bandung Urban Development Program MBUDP,

2004

Tabel 2.5. Kriteria Desain Air Baku Permukaan

Sumber Air Sungai Desain Sumber Air Baku

Domestik Irigasi Industri Debit Air Suksesif Kering 1-7 hari 10-20 tahun 15-30 hari 5 tahun 1-2 hari 20 tahun

2.9.Manajemen Waduk

(

Gestion des Reservoir

)

1. Environnement Economic ( Lingkungan

Ekonomi Waduk )

2. Gestion Short term ( Avenir connu )

Pengoperasian Intuitif ( Deterministik



Debit

rencana )

3. Gestion Long term ( Avenir aleatoire )

Pengoperasian Waduk Aktual dengan

Ketidakpastian debit air masa depan(acak )



Fungsi Produk Utilitas waduk (Instrumen

Finansial & Ekonomi )

Contoh

•

Pengelolaan Waduk PLTA EDF (Electric de

France)Fungsi Produk Utilitas Energi Listrik

NP(Niveau de prix) berubah fungsi Kosmik &

permintaan

PENENTUAN VOLUME WADUK

A)DEBIT RENCANA:

•

Waduk Tunggal : Vol Waduk PLTA Saguling (Q R-2)

•

Waduk Multiguna : Vol Waduk Gajah Mungkur ( Ekstrem

basah QR-5 )

B) FENOMENA HURST

•

Bendungan Aswan ,Mesir

Pengembangan Waduk Multiguna

 Semakin ekstrim debit air menyebabkan krisis ketersedian sumber air baku pada musim kemarau dan banjir pada musim penghujan di kawasan Hulu

 membalik ancaman banjir dan kekeringan menjadi bermanfaat dengan optimasi pemanfaatan sumber daya air ,pembangunan waduk multiguna

( Sumber air baku, banjir , PLTA ) dengan menggunakan metode Fenomena Hurs diuraikan sebagai berikut:

Ω optimum = k T n

dimana : Ω = volume tampungan

T = tahun-tahun air ( T = 1,2,5,10,20,30 dan 60 tahun)

n = koefisien Hurst ( 0,5 <n < 1) n= 0,5... indenpendent

Keseimbangan air waduk : Ω t+1 = Ω t + Qin – QT

dimana: W = variabel determinan t = langkah waktu

Qin = variabel acak

QT= variabel keluaran (variavel di komandokan)

Manajemen Waduk

(

Gestion des Reservoir

)

1. Environnement Economic ( Lingkungan

Ekonomi Waduk )

2. Gestion Short term ( Avenir connu )

Pengoperasian Intuitif ( Deterministik



Debit

rencana )

3. Gestion Long term ( Avenir aleatoire )

Pengoperasian Waduk Aktual dengan

Ketidakpastian debit air masa depan(acak )



Manajemen Waduk .

a ) Lingk unga n T a m punga n:

Q _{I n}

Q_Out Pompa

E

S_maks

S_min

Obyektifitas : Pengelolaan waduk menjamin pasokan air di down stream

Konstrain :

1.Hukum kekekalan masa air : St+1 = St + Qin – Qout – E 2.Batasan Volume Tampungan : S min < S < S maks

3.Debit air masukan : Q in ( debit rencana / debit air acak )

4.Batasan Debit air keluaran : Q Pompa , Turbin 5.Evaporasi permukaan air : E = 1.1 Et

Dimana :

S : variabel ditetapkan ( Volume waduk ) Q in : variabel acak ,

E : variabel ditetapkan

Qout : variabel ditentukan (dikomandokan )

(Kedalam Pipa Isap pompa )

Stok Efektif (hidup)

Instrumen Finansial & Ekonomi Produk

utilitas Infrastruktur SDA ( Waduk PLTA)

•

$ P Energi Listrik Konstan :Pengusahaan air

waduk ditetapkan intrumen keseimbangan

masa Air

•

$ P Energi Listrik berubah :Pengusahaan air

waduk ditetapkan Instrumen Dinamic

Programming Bellman

Manajemen Waduk

Fungsi Utilitas Produk Infrastruktur $ ( Kontan)

HASIL DAN PEMBAHASAN

0.00

Desain Sumber Air Baku

Domestik Irigasi Industri

Debit Air Tabel 3. Kriteria Desain Alokasi Air Baku

Permukaan

Durasi (15 Harian)

D

Gambar 11. Debit Setengah Bulanan Historik Sungai (1993-2006)

Debit Andalan

PENGUSAHAAN WADUK AIR

Gambar : Debit input air Manajemen waduk Intuitif

Debit input pulai (R-5)

Keandalan air waduk

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 5 10 15 20 25 30

Time series

Q (m

3

/s

)

Q80% Qirigasi Qdomestik 95 % Vol

Pedoman Pengusahaan Waduk

Sidang Sarjana Teknik Lingkungan, Maret 2009

-50000000.00

Lintasan waduk PU 5 tahun

Gambar 19. Pedoman Lintasan Waduk dengan Debit

Input Qmin Setengah Bulanan PU 5 Tahun 0.00

50000000.00

Des Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov

Grafik Perbandingan Fluktuasi Debit Hasil Pengukuran-Metoda Mock- Metode Kontinu Regresi Ganda Pos Katulampa

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Fluktuasi debit Katulampa

Kalibrasi Debit Bangkitan Model Kontinu dan

Debit Historik (1994-2006)

0.00

Jan-93 Oct-95 Jul-98 Apr-01 Jan-04 Oct-06 Jul-09

Durasi (Bulan)

HASIL DAN PEMBAHASAN

0.00

Pembangkitan Data Debit

Bulan Jenis Korelasi Koefisien Persamaan

Januari PPPQ 0.848 Qt = 56.8 + 0.256P3(t) - 0.094P1(t) - 0.044P7(t)

Februari PPQ'Q 0.695 Qt = 23.006 + 0.499Q(t-1) - 0.033P4(t) - 0.141P5(t)

Maret PPQ'Q 0.819 Qt = (-7.812) + 0.677Q(t-1) - 0.085P4(t) + 0.164P5(t)

April PPQ'Q 0.586 Qt = (-5.125) + 0.435Q(t-1) + 0.066P4(t) + 0.125P5(t)

Mei PPPQ 0.431 Qt = 52.442 + 0.101X2(t) + 0.09P4(t) - 0.147P5(t)

Juni PPQ'Q 0.957 Qt = (-1.506) + 0.596Q(t-1) + 0.131P3(t) + 0.186P8(t)

Juli PPQ'Q 0.888 Qt = 1.419 + 0.638Q(t-1) + 0.066P3(t) + 0.011P7(t)

Agustus PPQ'Q 0.852 Qt = 5.442 + 0.577Q(t-1) + 0.259P2(t) - 0.296P3(t)

September PPQ'Q 0.948 Qt = 2.633 + 0.761Q(t-1) + 0.019P1(t) - 0.009P7(t)

Oktober PPQ'Q 0.945 Qt = 9.969 + 0.26Q(t-1) + 0.03P4(t) + 0.054P5(t)

November PPQ'Q 0.906 Qt = 1.017 + 0.913Q(t-1) - 0.023P3(t) + 0.09P4(t)

Pengelolaan Waduk Aktual

HASIL DAN ANALISIS

Tabel 8. Pengelolaan Waduk Aktual Pedoman Lintasan Bulanan PU 5 Tahun 1994-1995

Historik Prediksi Historik Prediksi

Pedoman Input

Rata-rata Vol. Aktual m3 m3/d m3/d m3

Nov-94 21.00 29.23 55188000.00 76814074.80 0.00 0.00 2599354.80 29.83 74214720.00 0.00 0.00 Des-94 33.20 78.32 87249600.00 205811820.00 2599354.80 37364802.92 80059654.80 46.98 128351520.00 0.00 0.00 Jan-95 86.90 82.17 228373200.00 215933824.80 80059654.80 101596969.90 159477814.80 56.98 148955040.00 0.00 0.00 Feb-95 116.00 123.62 304848000.00 324865999.65 159477814.80 234316776.79 259387014.45 78.45 224956800.00 0.00 0.00 Mar-95 87.30 112.17 229424400.00 294791079.91 259387014.45 346932603.67 341599174.36 70.90 212578920.00 0.00 0.00 Apr-95 72.90 95.28 191581200.00 250405563.60 341599174.36 424065061.52 409884337.96 64.52 182120400.00 0.00 0.00 May-95 59.70 52.18 156891600.00 137118002.40 409884337.96 405409866.29 420000000.00 40.57 105698160.00 41077777.96 15.63 Jun-95 66.30 44.21 174236400.00 116194549.32 420000000.00 360369732.71 420000000.00 28.76 73426320.00 100810080.00 38.36 Jul-95 33.10 45.17 86986800.00 118712522.19 420000000.00 286974460.09 420000000.00 21.22 53400960.00 65311562.19 24.85 Aug-95 22.80 25.90 59918400.00 68068879.20 420000000.00 190702819.53 420000000.00 16.94 42231960.00 25836919.20 9.83 Sep-95 21.90 19.91 57553200.00 52315538.55 420000000.00 85004691.67 420000000.00 15.25 37948320.00 19604880.00 7.46 Oct-95 41.20 26.42 108273600.00 69436490.40 420000000.00 11169368.32 420000000.00 16.06 38920680.00 69352920.00 26.39 Nov-95 82.80 78.09 217598400.00 205208431.20 420000000.00 0.00 420000000.00 29.83 74214720.00 143383680.00 54.56 Dec-95 76.30 87.85 200516400.00 230868223.20 420000000.00 37364802.92 420000000.00 46.98 128351520.00 102516703.20 39.01

Qlimpas

Volume Awal (m3)

Volume Akhir Qoutput

Bulan

Debit Input Debit Input (m3)

Pengelolaan Optimal Waduk dgn ketidakpastian

debit masa depan (1998-2002)

0 100 200 300 400 500 600

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60

Bulan

Jut

a m

3

LINGKUNGAN EKONOMI

JATILUHUR

• Luas Waduk = 83 km2

• Kapasitas tampungan = 2.448 Juta m3

• Kapasitas tampungan efektif = 1.869 Juta m3 _{( 2005) .}

• Tinggi muka air maksimum = + 107 m DPL.

• Tinggi muka air minimum = + 75 m DPL.

• Tinggi muka air aw al operasi = + 90.71 m DPL.

SISTEM KASKADE

CITARUM

GRAFIK

PENGUSAHAAN WADUK

Kurva Distribusi Kumulatif

Q kering

Q normal

Matrik Transisi Stokastik Markov Orde Satu Multiklas ( Basah, Normal & kering ) dari Komponen Utama Siklus Hidrologi ( P.Q)

Kondisi Thn

Iklin Tahun (t) Kondisi Tahun Depan (t+1)

0 1 2

0

α

₀₁

α

₀₂

α

₀₃ 1 P_0N

1

α

₁₀

α

₁₁

α

₁₂ 1 P_1N

2

α

20

α

21

α

22 1 P_2N

P_NN

Matrik Transisi Stokastik Markov Multiklas

Orde 1 ( Iklim Tahun : Basah ,Normal ,kering )

Matrik Transisi Stokastik Orde 1 - 3 Klas

Kondisi Thn

debit (t) Kondisi Tahun Debit (t+1)

0 1 2

0 0.6000 0.0000 0.4000 1.0000 P_0N

1 0.5000 0.5000 0.0000 1.0000 P_1N

2 0.1667 0.3333 0.5000 1.0000 P_2N

1.2667 0.8333 0.9000 3.0000 P_NN

Model Kontinu Prakiraan Debit Air

Ketidakpastian Masa Depan( Avenir Aleatoire)

Dibangun berdasarkan

korelasi antara dua variabel

acak, yaitu :

* Stasiun pengamat hujan (P )

* Stasiun pengamat debit (Q )



Model

dengan

nilai

koefisien

Korelasi

(R)

Tabel Matrik Koef Korelasi Komponen utama (P,Q) siklus Hidrologi fungsi ruang dan waktu

Nilai P₁ P₂ P₃ Q_t Q_t+1 Q_t-1

P₁ 1

P₂ ρ _P2P1 1

P₃ ρ_{P3 P1} ρ_{P3 P2} 1

Qt ρ_{Qt P1} ρ_{Qt P2} ρ_{Qt P3} 1

Q_t+1 ρ_{Qt+1 P1} ρ_{Qt+1 P2} ρ_{Qt+1 P3} ρ_{Qt+1 Qt} 1

Korelasi 2 variabel

xy

ρ

= Koefisien korelasi 2 variabel xy

i

X

Y

_i = nilai Variabel X atau Yke–i

y x

σ

σ

,

= Simpangan baku variabel X dan Y

n = Jumlah populasi ,bila n<10 maka (n-1)



Persamaan Regresi Linier Model Biner :

x

₁

= r

₂

x

₂

+

ε



Koefisien Determinasi

Dinyatakan sbb :

R =

ρ

₁₂

ε

2

_{= 1 – R}

2

ρ

₁₂

X

₁

X

₂



(Q1)P



(Q1)Q

 Koefisien Korelasi Parsiil Dinyatakan sbb



Persamaan Regresi Linier Model Terner :

x

₁

= r

₂

x

₂

+ r

₃

x

₃

+ ε



Koefisien Determinasi

Dinyatakan sbb :



(Q1)PP



Persamaan Regresi Linier Model Kuaterner :

x

₁

= r

₂

x

₂

+ r

₃

x

₃

+ r

₄

x

₄

+ ε



Koefisien Determinasi

Dinyatakan sbb :

ε

2

_{= 1 – R}

2

ε

= 1 + r

₂₂

+ r

₃₂

+ r

₄₂

– 2(r

₂

ρ

₁₂

+ r

₃

ρ

₁₃

+

r

₄

ρ

₁₄

) +

2(r

₂

r

₃

ρ

₂₃

+ r

₂

r

₄

ρ

₂₄

+ r

₃

r

₄

ρ

₃₄

)



(Q1)PPP



(Q1)QPP



(Q1)QQP



(Q1)QQQ

X

₁

X

₃

X

₄

ρ

₁₄

ρ

₃₄

X

₂

ρ

₁₂

ρ

₂₃

ρ

₂

4

ρ

₂

4

 Koefisien Korelasi Parsiil Dinyatakan sbb

Δ = 1 – (

ρ232 + ρ242 + ρ342

) + 2

ρ23ρ24 ρ34

Δ2 = ρ12( 1-

ρ342

) –

ρ13

(

ρ23

–

ρ24 ρ34

) –

ρ14

(

ρ24

-

ρ23 ρ34

)

Δ3 = ρ13( 1-

ρ242

) –

ρ12

(

ρ23

–

ρ24 ρ34

) –

ρ14

(

ρ34

-

ρ23 ρ24

)

Δ4 = ρ14( 1-

ρ232

) –

ρ12

(

ρ24

–

ρ23 ρ34

) –

ρ13

(

ρ34

-

ρ23 ρ24

)

Δ

2

Δ

2

r

=

Δ

3

Δ

3

r

=

Δ

4

Δ

4

r

=

Model 4 Variabel (Lanjutan)

INDIKANTOR PEMILIHAN MODEL

PEMBANGKIT

4 Variabel

(Kuaterner)

3 Variabel

(Terner)

2 Variabel

(Biner)

R >>>

MODEL PEMBANGKITAN DEBIT TERPILIH

Korelasi

Model Diskrit CHAIN MARKOV

Konsep CHAIN MARKOV :



Probabilitas kejadian pada suatu waktu tertentu

bergantung/ditentukan hanya dari kejadian waktu

sebelumnya.



Jika t0 < t1 < … < tn , (n = 0,1,2…) > titik-titik waktu,

maka kumpulan variabel acak {X(tn)} merupakan

Proses Markov jika memenuhi kondisi sbb :

Model Diskrit CHAIN MARKOV

Dat a Debit Bulanan

Klasif ikasi Debit

Mat rik Transisi

Analisis Frekuensi & Dist . Probabilit as

Simulasi

Debit Ant isipasi

Dist. Normal

Dist. Log-Normal

Dist. Gumbel Uj i K-S

Klas 0 Qkering

Klas 1 Qnormal

Klas 2 Qbasah

Kurva Dist ribusi Kumulat if

Dist. Gamma

Dist. Log-Person III

Kurva Distribusi Kumulatif

Q kering

Q normal

Matrik Transisi

Kondisi Debit Waktu t_n-1

Matrik Transisi (Lanjutan)

untuk seluruh nilai

i

;

Pij

≥ 0 untuk

seluruh nilai

i

dan

j

∑

=

j ij

P 1

∑

∑

=

j ij ij

n n P



Matrik P diatas >

matrik transisi homogen

atau

matrik stokhastik

karena semua transisi

probabilitas

Pij

adalah tetap dan independen

terhadap waktu.

Simulasi

Prinsip dasar simulasi:

Zt = Xt.Yt

X

_t

= Keadaan debit pada bulan

t

Y

_t

= Tinggi debit pada bulan

t

Untuk menumbuhkan variabilitas debit tahunan dan

mengerjakannya sesuai dengan realitas dari fenomena

fisik meteorologi, digunakan dua tarikan perbulan yaitu :



Menentukan keadaan debit pada waktu

t

dengan

menggunakan fungsi distribusi debit air historik.



Menentukan besaran debit air dengan menggunakan

Goodnes-of-Fit

K-S

Chi Kuadrat Uji Parametrik

Uji Non-Parametrik

Uji Normalitas

Tidak semua data Debit terdistribusi Normal

Batas Kelas Debit Bulanan DAS Citarum-Saguling

(m3/detik)

Bulan Debit Kering (0) Debit Normal (1) Debit Basah (2)

Januari 0.00 - 118.96 118.97 - 159.26 159.27 - 238.18

Februari 0.00 - 116.99 117.00 - 151.67 151.68 - 245.77

Maret 0.00 - 129.15 129.16 - 178.51 178.52 - 240.27

April 0.00 - 146.78 146.79 - 187.16 187.17 - 257.91

Mei 0.00 - 80.27 80.28 - 106.54 106.55 - 152.53

Juni 0.00 - 50.62 50.63 - 75.23 75.24 - 111.64

Juli 0.00 - 30.03 30.04 - 50.66 50.67 - 138.84

Agustus 0.00 - 14.91 14.92 - 29.39 29.40 - 59.29

September 0.00 - 15.18 15.19 - 30.54 30.55 - 79.60

Oktober 0.00 - 27.66 27.67 - 56.61 56.62 - 127.80

November 0.00 - 83.33 83.34 - 143.81 143.82 - 262.35

Desember 0.00 - 91.07 91.08 - 130.77 130.78 - 199.90

Debit Rata-Rata Kelas Bulanan DAS Citarum-Saguling

(m3/detik)

Bulan Debit Kering (0) Debit Normal (1) Debit Basah (2)

Januari

99.1508 137.6421 191.0761

Februari

101.8011 132.4318 182.7710

Maret _{101.3649 153.2866 210.5728}

April

124.8484 166.1509 215.7136

Mei

67.2757 92.4771 127.1190

Juni _{35.2609 62.9267 90.5925}

Juli

21.6710 39.0049 70.2036

Agustus

8.9862 21.3239 41.9706

Klasifikasi Debit Input Bulanan

DAS Citarum-Saguling Tahun 1986 - 2002

Sumber : Hasil Perhitungan

Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nov Des

1986 1 1 2 1 1 2 2 2 2 2 2 1

1987 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 2

1988 2 1 1 0 2 1 0 1 0 2 1 0

1989 2 2 0 1 2 2 2 2 1 0 0 1

1990 0 2 0 1 1 1 1 2 1 0 0 2

1991 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 2 2

1992 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 1 2

1993 2 2 2 2 0 1 1 2 1 0 0 2

1994 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0

1995 0 0 1 1 1 2 2 0 1 2 2 1

1996 1 0 0 1 0 0 1 1 2 2 2 2

1997 1 0 0 0 1 0 2 0 0 0 0 0

1998 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1

Matrik Transisi Tiga Kelas Orde Satu Debit Total

Das Citarum-Saguling

Matrik Transisi Tiga Kelas Orde Satu (Desember/Januari)

Kondisi

Bulan Kondisi Bulan Januari (t+1) Desembe

r (t) 0 1 2

0 0.6000 0.0000 0.4000 1.0000 P_0N 1 0.5000 0.5000 0.0000 1.0000 P_1N 2 0.1667 0.3333 0.5000 1.0000 P_2N

1.2667 0.8333 0.9000 3.0000 P_NN

P_N0 P_N1 P_N2 P_NN

Data Debit Bulanan DAS Citarum-Saguling Tahun

1986 – 2002 Hasil Pembangkitan Chain Markov (Uji

Elastisitas)

Sumber : Hasil Perhitungan

Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nov Des

1986 137.64 101.80 153.29 215.71 92.48 90.59 70.20 41.97 44.00 82.18 181.55 110.35

1987 99.15 101.80 101.36 166.15 92.48 35.26 39.00 8.99 8.99 16.13 45.58 157.01

1988 191.08 182.77 153.29 166.15 127.12 90.59 39.00 8.99 44.00 16.13 113.57 69.32

1989 99.15 182.77 210.57 166.15 92.48 90.59 70.20 41.97 21.96 16.13 45.58 157.01

1990 99.15 101.80 210.57 166.15 92.48 90.59 39.00 41.97 21.96 16.13 45.58 157.01

1991 191.08 101.80 101.36 166.15 67.28 35.26 21.67 8.99 8.99 16.13 45.58 157.01

1992 191.08 101.80 210.57 215.71 127.12 90.59 70.20 41.97 44.00 82.18 113.57 110.35

1993 191.08 182.77 210.57 215.71 127.12 35.26 39.00 41.97 21.96 16.13 45.58 157.01

1994 191.08 182.77 210.57 215.71 127.12 35.26 21.67 8.99 8.99 16.13 45.58 157.01

1995 99.15 101.80 101.36 166.15 92.48 90.59 70.20 41.97 8.99 16.13 181.55 110.35

1996 137.64 101.80 101.36 166.15 67.28 35.26 39.00 21.32 44.00 82.18 181.55 157.01

1997 191.08 101.80 101.36 124.85 92.48 35.26 39.00 41.97 8.99 16.13 45.58 157.01

1998 99.15 101.80 210.57 215.71 127.12 90.59 70.20 41.97 44.00 82.18 113.57 110.35

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60

Bulan

Jut

a m

3

HISTORIS NORMAL REGRESI MARKOV

Perbandingan Model Pembangkitan Debit

Model Kontinu – Model Diskrit Waduk Saguling



Debit hasil peramalan dengan model kontinu dan model diskrit

dapat mengikuti fluktuasi debit historis yang ada.



Elastisitas debit

antisipasi terbaik

⇒

Metode Diskrit Chain

Tabel : Persamaan Regresi Linier Ganda Model Hujan-Debit Heterogen Q(1)PPP

Bulan Persamaan Regresi Ganda

Januari Qn+1 = -0.2714 Pn3 + 0.6869 Pn6 - 0.4202 Pn10 + 195.5179

Februari Qn+1 = 0.4285 Pn2 + 0.4338 Pn10 - 0.2653 Pn11 + 21.5284

Maret Qn+1 = 0.8444 Pn6 - 0.8100 Pn10 + 0.2995 Pn11 + 48.5559

April Qn+1 = 0.7888 Pn2 - 0.5617 Pn7 - 0.4267 Pn8 + 76.6542

Mei Qn+1 = -0.5834 Pn6 + 0.5974 Pn8 + 0.7358 Pn9 - 20.0044

Juni Qn+1 = 1.2112 Pn2 - 0.8824 Pn4 - 0.1693 Pn11 + 11.1823

Juli Qn+1 = 0.9247 Pn6 + 0.3902 Pn8 - 0.8419 Pn10 + 13.3979

Agustus Qn+1 = -0.6908 Pn2 + 0.6469 Pn5 + 0.9290 Pn11 + 8.8445

September Qn+1 = -1.2519 Pn3 + 0.9167 Pn5 + 0.9589 Pn11 - 10.1159

Oktober Qn+1 = 0.4996 Pn3 - 0.3895 Pn4 + 0.8626 Pn7 - 8.2072

November Qn+1 = -0.4947 Pn3 + 0.9778 Pn6 - 0.6167 Pn9 + 115.4179

Desember Qn+1 = 0.9712 Pn2 + 0.2627 Pn5 - 1.0085 Pn6 + 103.8751

Sumber : Hasil Perhitungan Keterangan :