SKRIPSI
STUDI PENERAPAN METODE F.J. MOCK DAN STATISTIK UNTUK MENGHITUNG DEBIT ANDALAN PLTA BAKARU KABUPATEN
PINRANG
OLEH : SUTRISNO
105 81 01620 11
FERDHY SETIAWAN SAPUTRA 105 81 01569 11
JURUSAN TEKNIK SIPIL PENGAIRAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2017
ii
STUDI PENERAPAN METODE F.J. MOCK DAN STATISTIK UNTUK MENGHITUNG DEBIT ANDALAN PLTA BAKARU KABUPATEN
PINRANG
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Makassar
Disusun dan Diajukan Oleh :
SUTRISNO 105 81 01620 11
FERDHY SETIAWAN SAPUTRA 105 81 01569 11
JURUSAN TEKNIK SIPIL PENGAIRAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2017
v
vi
v
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum, Wr. Wb
Alhamdulillahi rabbilalamin, segala puji bagi Allah Tuhan semesta alam yang memberikan segala rahmat dan hidayah-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan proposal ujian seminar ini dengan baik.
Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan yang harus dipenuhi dalam rangka menyelesaikan program studi pada jurusan sipil dan perencanaan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar. Adapun judul tugas akhir kami adalah : “STUDI PENERAPAN METODE FJ. MOCK DAN STATISTIK UNTUK MENGHITUNG DEBIT ANDALAN PLTA BAKARU KABUPATEN PINRANG”
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis mendapatkan banyak masukan yang berguna dari berbagai pihak sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.
Oleh karna itu dengan segala ketulusan serta keikhlasan hati, kami mengucapkan terimakasih dan penghargaan setinggi-tingginya kepada :
1. Ayahanda Suryadi dan ibunda Suriatin yang selalu menyebut saya dalam setiap doanya dan selalu memberikan dukungan moril. Mereka adalah kekuatan saya dan alasan saya untuk menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Hamzah Al Imran, S.T., M.T. sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar
3. Bapak Muh. Syafaat S. Kuba, S.T. sebagai Ketua Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar
vi
4. Bapak Riswal K. S.T, M.T. Selaku pembimbing 1 dan bapak Amrullah Mansida, S.T., M.T. selaku pembimbing 11, yang telah meluangkan banyak waktu, memberikan bimbingan dan pengarahan sehingga tugas akhir ini dapat selesai sebagaimana yang kami harpkan.
5. Bapak dan ibu dosen serta staf pegawai pada Fakultas Teknik atas segala waktunya telah mendidik dan melayani kami selama mengikuti proses belajar mengajar di Universitas Muhammadiyah Makassar.
6. Rekan-rekan mahasiswa fakultas teknik, terkhusus saudara angkatan 2011 yang banyak membantu dan memberi dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Pada akhir penulisan tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis meminta saran dan kritik sehingga laporan tugas akhir ini dapat lebih baik dan menambah pengetahuan kami dalam menulis laporan selanjutnya. Semoga laporan tugas akhir ini dapat berguna bagi penulis khususnya dan untuk pembaca pada umumnya.
Wasalamu’alaikum, Wr. Wb.
Makassar, 22 Januari 2017
Penulis
vii DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR NOTASI ... ix
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1
B. Rumusan Masalah ... 2
C. Tujuan Penelitian ... 2
D. Manfaaat Penelitian ... 3
E. Batasan Masalah... 3
F. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Daerah Aliran Sungai ... 5
B. Waduk ... 7
C. Hidrologi ... 10
D. Analisa Debit Andalan ... 17
viii BAB III METODE PENELITIAN
A. Lokasi Dan Waktu Penelitian ... 34
B. Data Dan Sumber Data... 35
C. Metode Analisa Data ... 35
D. Diagram Alir Penelitian ... 36
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Kondisi Topografi ... 37
B. Data Hidrologi ... 38
C. Menhitung Debit Andalan PLTA Bakaru Dengan Metode Mock ... 44
D. Mengitung Debit Andalan PLTA Bakaru Dengan Metode Statistik ... 60
BAB V PENUTUP A. Kesimpulan ... 64
B. Saran ... 65
DAFTAR PUSTAKA ... 66 LAMPIRAN
ix
DAFTAR GAMBAR
Nomor Halaman
1. Jaringan sungai dan tingkatannya (triadmojo, 2010) 6
2. Sungai ciuung (Blogspot, 2015) 7
3. Waduk (lamonganokeke, 2013) 7
4. Irigasi (galeri pustaka, 2013) 8
5. Pusat listrik tenaga air waduk bakaru (galeri pustaka, 2013) 9 6. Penyediaan air baku (berita nasional, 2016) 9
7. Siklus Hidrologi (raharjabayu, 2011) 11
8. Peta kabupaten mamasa 34
9. Diagram alir penelitian 35
10. Peta potografi lokasi penelitian 36
11. Letak stasiun pengamatan hujan 37
12. Grafik hasil peritungan debit andalan dengan metode FJ. Mock
Stasiun Mamasa 57
13. Grafik hasil peritungan debit andalan dengan metode FJ. Mock
Stasiun Sumarorong 58
14. Grafik hasil peritungan debit andalan dengan metode FJ. Mock
Stasiun Bakaru 58
15. Grafik hasil debit andalan PLTA Bakaru metode statistic 59
x
DAFTAR TABEL
Nomor Halaman
1. Exposed surface m (bappenas 2006) 20
2. Nilai debit andalan untuk berbagai macam kegiatan
(soemarto, 1995) 28
3. Hubungan Antara Koefisien Varian Dengan Reduksi K
(Nugroho Hadisusanto, 2010) 29
4. Perhitungan curah hujan metode Polygon Thissen 38
5. Data curah hujan bulanan stasiun Mamasa 39
6. Data curah hujan bulanan stasiun Sumarorong 40
7. Data curah hujan bulanan stasiun Bakaru 40
8. Rata-rata suhu udara rata-rata klimatologi stasiun banga-banga 40 9. Rata-rata lamanya penyinaran matahari klimatologi
stasiun banga-banga 41
10. Rata-rata titik embun klimatologi stasiun banga-banga 41 11. Rata-rata radiasi matahari klimatologi stasiun banga-banga 42 12. Rata-rata kecepatan Angin klimatologi stasiun banga-banga 42
13. Debit rata-rata bulanan waduk Bakaru 42
14. Data curah hujan setengah bulanan stasiun Mamasa 43 15. Data curah hujan setengah bulanan stasiun Sumarorong 43 16. Data curah hujan setengah bulanan stasiun Bakaru 44
17. Data Jumlah Hari ujan setenga bulanan 44
18. Jumlah hari 0,5 bulanan 45
xi
19. Besaran nilai Ra untuk wilayah Indonesia antara 5o LU
sampai 10o LS 47
20. Hubungan suhu dengan nila ea, W dan f(t) 47
21. Besaran angka koreksi c bulanan untuk rumus penman 49
22. Nilai parameter untuk bulan januari 49
23. Nilai ea, W, f(t), Ra, dan nilai c 50
24. Hasil Perhitungan evapotranspirasi 51
25. Perhitungan debit metode F.J Mock stasiun bakaru tahun 2007 52 26. Rekapitulasi debit bulanan metode F.J Mock stasiun mamasa 53 27. Debit andalan metode F.J Mock stasiun Mamasa 53 28. Rekapitulasi debit bulanan metode F.J Mock stasiun sumarorong 54 29. Debit andalan metode F.J Mock stasiun sumarorong 54 30. Rekapitulasi debit bulanan metode F.J Mock stasiun Bakaru 55 31. Debit andalan metode F.J Mock stasiun Bakaru 55 32. Rekapitulasi debit andalan stasiun Mamasa, Sumarorong,
dan Bakaru 56
33. Debit rata-rata bulanan waduk Bakaru 60
34. Debit rata-rata bulan Januari 61
35. Hasil debit andalan PLTA Bakaru metode statistic 62
xii
DAFTAR NOTASI
1. Q = Debit
2. DRO = Direct runoff 3. BS = Base flow 4. Ws = Water surplus 5. i = Infiltrasi
6. GS = Groundwater storage 7. R = Curah hujan
8. E = Evapotranspirasi 9. A = Luas DAS.
10. n = Jumlah titik-titik pengamatan
11. R1, R2,..Rn = Curah hujan disetiap titik pengamanan 12. Eto = Evapotranspirasi potensial
13. c = Faktor pergantian kondisi cuaca akibat siang dan malam
14. W = Faktor berat yang mempengaruhi penyinaran matahari pada 15. (1-W) = Faktor berat sebagai pengaruh angin dan kelembaban pada Eto 16. (ea-ad) = Perbedaan tekanan uap air jenuh dengan tekanan uap air nyata 17. F(u) =Fungsi pengaruh angin pada Eto
18. Eto = Evapotranspirasi potensial 19. Ea = Evapotranspirasi aktual
20. m = Perbandingan permukaan tanah
21. d = Jumlah hari kering atau hari tanpa hujan dalam satu bulan 22. P = Presipitasi atau curah hujan
xiii 23. E = Evapotranspirasi.
24. BS = Base flow 25. I = Infiltrasi
26. If = Koefisien infiltrasi (i = 0 – 1,0)
27. GS = Penyimpanan air tanah (groundwater storage) 28. K = Konstanta resesi aliran bulanan
29. Gsom = Groundwater storange bulan sebelumnya.
30. DRO = Limpasan Permukaan (direct runoff) 31. MSE = Mean Squared Error
32. Yi = Rataan hasil perhitungan
33. Y’I = Rataan hasil pengukuran langsung 34. n = Merupakan jumlah data.
35. Ӿ = nilai rata-rata variat 36. X = nilai variat
37. S = standar deviasi 38. Ӿ = nilai rata-rata variat 39. Cv = koevisien variasi 40. S = standar deviasi
41. Q90 = debit andalan untuk PLTA
1 BAB 1 PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sungai diibaratkan sebagai urat nadi dalam tubuh manusia, sementra air mengalir dalam urat tersebut adalah seumpama darah. Tanpa urat nadi darah tidak mungkin mengirimkan berbagai zat makanan yang di butuhkan oleh semua bagian tubuh manusia. Demikian juga tanpa sungai atau apabila sungai sudah tercemar maka manusia akan sulit mendapatkan air yang layak, namun juga akan mahal.
Sungai tempat air mengalir dan membawa kebutuhan hidup manusia dan berbagai mahluk lain yang dilaluinya, merupakan bagian dari ekosistem air tawar. Meskipun luasan sungai dan jumlah air yang mengalir didalamnya sangat sedikit, jika dibandingkan dengan luas dan jumlah air yang ada di laut, namun sungai memiliki peranan penting secara langsung bagi kehidupan manusia dan mahluk di sekitarnya. Bila harus mendatangkan air dari laut, tentunya semakin mahal dan lama, juga dibutuhkan teknologi tinggi untuk mentawarkan air laut tersebut.
Daerah aliran sungai yang ada di Indonesia sebanyak 5.950 DAS yang dimanfaatkan sebagai saluran irigasi, PDAM dan PLTA. Sungai Mamasa mrupakan sumber air PLTA Bakaru dengan menyuplai energi listrik untuk Sulawesi Selatan sebesar 126 MW atau 30 % kebutuhan energi listrik sulsel.
PLTA Bakaru mempunyai dua turbin dengan kebutuhan debit setiap turbinnya sebesar 22.5 m3/dt atau 45 m3/dt untuk dua turbin. Dengan demikian
2
kebutuan debit air harus diolah untuk memenuhi kebutuhan PLTA tersebut.
Namun dalam beberapa tahun terakhir, jumlah air mengalami penurunan sekitar 10-35 m3/dt, itu artinya jumlah debit tidak dapat melayani kebutuhan turbin PLTA Bakaru.
Menurunnya jumlah debit dari tahun ketahun pada sungai mamasa disebabkan karna fluktuasi debit sungai mamasa yang tidak teratur. Selain itu juga karna jumlah sedimentasi yang semakin meningkat. (dinas PSDA provinsi Sulsel 2006).
Karena kondisi debit sungai mamasa yang cenderung menurun, maka diperlukan analisis debit andalan untuk mengetaui sejauh mana potensi debit memenuhi kebutuhan debit PLTA Bakaru sehingga kami memilih judul “Studi Penerapan Fj. Mock Dan Metode Statistik Untuk Menghitung Debit Andalan PLTA Bakaru Kabupaten Pinrang”.
B. Rumusan Masalah
Dari uraian di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan dari penelelitian ini adalah sebagai berikut:
1) Berapa besar debit andalan yang masuk ke waduk PLTA Bakaru menggunakan metode Fj. Mock dan statistik
2) Bagaimana keseimbangan air kebutuhan debit PLTA dengan sungai Mamasa?
C. Tujuan dan Kegunaan Penelitian
3 Tujuan dilakukan penelitian ini :
1) Untuk mengetahui berapa besar debit andalan sungai Mamasa dengan menggunakan metode Fj. Mock dan statistik untuk keutuhan debit PLTA Bakaru. !
2) Untuk mengetahui bagaimana keseimbangan air kebutuhan debit PLTA Bakaru. !
Kegunaan dari penelitian diharapkan menjadi bahan informasi yang dapat digunakan untuk mengetahui ketersediaan air sungai dalam rangka pengembangan sumber daya air.
D. Manfaat Penelitian
Adapun beberapa manfaat yang di peroleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1) Dengan melakukan penelitian ini kami lebih mengetahui tentang sungai mamasa dan keadaan sekitar sungai mamasa.
2) Dengan melakukan penelitian ini kami lebih mengetahui tentang metode metode yang di gunakan untuk menghitung debit andalan.
3) Dengan melakukan penelitian ini kami lebih mengetahui jumlah debit andalan pada sungai mamasa.
4) Dengan melakukan penelitian ini kami lebih mengetahui jumlah debit yang di butuhkan PLTA bakaru.
5) Sebagai referensi untuk penelitian selanjutnya.
4 E. Batasan Masalah
Penelitian ini hanya di batasi hal-hal sebagai berikut :
1) Penelitian ini di fokuskan pada perhitungan debit andalan dengan menggunakan metode mock dan ranking.
2) Perhitungan debit di sungai mamasa.
F. Sistematika penulisan
BAB I PENDAHULUAN ; pendahuluan akan menguraikan tentang, latar belakang, rumusan masalah, tujuan dan kegunaan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ; tinjauan pustaka akan menguraikan tentang, daerah aliran sungai, waduk, hidrologi, analisa idrologi, data hidrologi, debit, debit andalan, analisa debit andalan, metode mock, dan metode statistik.
BAB III METODELOGI PENELITIAN ; metodologi penelitian akan menguraikan tentang , waktu dan tempat, jenis dan sumber data, metode penelitian, prosedur penelitian, dan digram alir penelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ; hasil dan pembahasan menguraikan tentang, keadaan umum lokasi, hasil perhitungan curah hujan, hasil perhitungan evapotranspirasi, hasil perhitungan debit, hasil perhitungan kalibrasi, dan hasil perhitungan debit andalan.
BAB V PENUTUP ; Ba ini merupakan penutup ang berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian ini, serta saran-saran dari penulis yang berkaitan dengan faktor pendukung dan faktor penghambat yang dialami selama penelitian ini berguna untuk ilmu aplikasi kerekayasaan dan penelitian selanjutnya.
5 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Daerah Aliran Sungai (DAS)
Daerah aliran sungai adalah suatu wilayah daratan yang merupakan satu kesatuan dengan sungai dan anak anak sungainya, yang berfungsi menampung, menyimpan dan mengalirkan air yang berasal dari curah hujan ke danau atau ke laut secara alami, yang batas didarat merupakan pemisah topografis dan batas dilaut sampai dengan daerah perairan yang masih terpengaruh aktivitas daratan.
(Asdakchay, 1995).
Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah suatu wilayah daratan yang secara topografi dibatasi oleh punggung-punggung gunung yang menampung dan menyimpan air hujan untuk kemudian menyalurkannya kelaut melalui sungai utama. Wilayah daratan tersebut dinamakan daerah tangkapan air (catchment area) yang merupakan suatu ekosistem dengan komponen utama terdiri dari sumber daya alam (tanah, air dan vegetasi) dan sumber daya manusianya (Asdak, 1995).
Keberadaan DAS/Sub DAS secara yuridis formal tertuang dalam peraturan pemerintah No. 33 tahun 1970 tentang perencanaan hutan. Dimana DAS dibatasi sebagai suatu daerah tertentu, yang bentuk dan sifat alamnya sedemikin rupa, sehingga merupakan suatu kesatuan dengan sungai dan anak sungainya yang melalui daerah tersebut, dalam fungsi untuk menampung air yang berasal dari curah hujan, penyimpanan serta pengalirannya dihimpun dan ditata berdasarkan
6
hukum alam sekelilingnya demi keseimbangan daerah tersebut (AsdakChay, 1995).
Gambar 1. Jaringan sungai dan areanya. (Triadmojo, 2010)
1. Pengertian Sungai
Sungai merupakan jalan air alami, mengalir menuju samudera, danau, laut, atau ke sungai yang lain. Pada beberapa kasus, sebuah sungai secara sederhana mengalir meresap ke dalam tanah sebelum menemukan badan air lainnya. Melalui sungai merupakan cara yang biasa bagi air hujan yang turun di daratan untuk mengalir ke laut atau tampungan air yang besar seperti danau. Sungai terdiri dari beberapa bagian, bermula dari mata air yang mengalir ke anak sungai. Beberapa anak sungai akan bergabung untuk membentuk sungai utama. Aliran air biasanya berbatasan dengan saluran dasar dan tebing di sebelah kiri dan kanan. Penghujung sungai di mana sungai bertemu laut dikenal sebagai muara sungai. Manfaat terbesar sebuah sungai adalah untuk irigasi pertanian, bahan baku air minum, sebagai saluran pembuangan air hujan dan air limbah, bahkan sebenarnyapotensial untuk dijadikan objek wisata sungai (Ahira: 2011).
7
Gambbar 2. Sungai iuung (cerita114.blogspot.co.id/2015) B. Waduk
Waduk atau reservoir (etimologi: réservoir dari bahasa Perancis berarti
"gudang") adalah danau alam atau danau buatan, kolam penyimpan atau pembendungan sungai yang bertujuan untuk menyimpan air. Waduk dapat dibangun di lembah sungai pada saat pembangunan sebuah bendungan atau penggalian tanah atau teknik konstruksi konvensional seperti pembuatan tembok atau menuang beton. Istilah 'reservoir' dapat juga digunakan untuk menjelaskan penyimpanan air di dalam tanah seperti sumber air di bawah sumur minyak atau sumur air.
Sedangkan waduk menurut pengertian umum adalah tempat pada permukaan tanah yang digunakan untuk menampung air saat terjadi kelebihan air/musim penghujan sehingga air itu dapat dimanfaatkan pada musim kering.
Sumber air waduk terutama berasal dari aliran permukaan di tambah dengan air hujan langsung.
8
Sebuah waduk membangkitkan hidroelektrisitas termasuk turbin air yang terhubung dengan penahan badan air dengan pipa berdiameter besar. Turbin ini membangkitkan perangkat yang mungkin berada pada dasar bendungan atau lainnya yang jauh jaraknya. Beberapa waduk menghasilkan hidroelektrisitas menggunakan pompa yang diisi ulang seperti waduk tingkat tinggi yang diisi dengan air menggunakan pompa elektrik berkinerja tinggi pada waktu kerika permintaann listrik rendah dan kemudian menggunakan air yang tersimpan untuk membangkitkan elektrisitas dengan melepas air yang tersimpan kedalam waduk tingkat rendah ketika permintaan listrik tinggi. Sistem seperti ini disebut skema pump-storage.
Gambar 3. Waduk (lamonganoke.wordpress.com/2013) Fungsi waduk adalah untuk memenuhi kebutuhan antara lain :
1. Irigasi
Pada saat musim penghujan, hujan yang turun di daerah tangkapan air sebagian besar akan mengalir ke sungai. Kelebihan air yang terjadi dapat di tampung waduk sebagai persediaan sehingga pada saat musim kemarau tiba air
9
tersebut dapat digunakan untuk berbagai keperluan antara lain irigasi lahan pertanian.
Gambar 4. Saluran irigasi (www.galeripustaka.com/ 2013) 2. PLTA
Dalam menjalankan fungsinya sebagai PLTA, waduk dikelola untuk mendapatkan kapasitas listrik yang dibutuhkan. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah suatu system pembangkit listrik yang biasanya terintegrasi dalam bendungan dengan memanfaatkan energi mekanis aliran air untuk memutar turbin yang kemudian akan diubah menjadi tenaga listrik oleh generator.
Gambar 5. Pusat listrik tenaga air Bakaru (www.galeripustaka.com/ 2013)
10 3. Penyediaan air baku
Air baku adalah air bersih yang dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan air minum dan air rumah tangga. Waduk selain sebagai sumber pengairan persawahan juga dimanfaatkan sebagai sumber penyediaan air baku untuk bahan baku air minum dan air rumah tangga. Air yang dipakai harus memenuhi persyaratan sesuai kegunaannya.
Gambar 5. Penyediaan air baku (m.republika.co.id/berita/nasional/daerah/2016)
C. Hidrologi
Hidrologi (berasal dari Bahasa Yunani: Yδρoλoγια, Yδωρ+Λoγos, Hydrologia, "ilmu air") adalah cabang ilmu Geografi yang mempelajari pergerakan, distribusi, dan kualitas air di seluruh Bumi, termasuk siklus hidrologi dan sumber daya air. Orang yang ahli dalam bidang hidrologi disebut hidrolog, bekerja dalam bidang ilmu bumi dan ilmu lingkungan, serta teknik sipil dan teknik lingkungan. (Effendi, 2003)
11
Kajian ilmu hidrologi meliputi hidrometeorologi(air yang berada di udara dan berwujud gas), potamologi(aliran permukaan), limnologi (air permukaan yang relatif tenang seperti danau; waduk) geohidrologi(air tanah), dan kriologi(air yang berwujud padat seperti es dan salju) dan kualitas air. Penelitian Hidrologi juga memiliki kegunaan lebih lanjut bagi teknik lingkungan, kebijakan lingkungan, serta perencanaan. Hidrologi juga mempelajari perilaku hujan terutama meliputi periode ulang curah hujan karena berkaitan dengan perhitungan banjir serta rencana untuk setiap bangunan teknik sipil antara lain bendung, bendungan dan jembatan.
Hidrologi juga didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari sistem kejadian air di atas tanah, permukaan tanah, dan di dalam tanah. Definisi tersebut terbatas pada hidrologi rekayasa. Secara luas hidrologi meliputi pula berbagai bentuk air, termasuk transformasi antara keadaan cair, padat, dan gas dalam atmosfir, diatas dan di bawah permukaan tanah. Di dalamnya tercakup pula air laut yang merupakan sumber dan penyimpan air yang mengaktifkan kehidupan di planet bumi ini (Pekerjaan Umum, 1989).
Air merupakan salah satu senyawa kimia yang terdapat di alam secara berlimpah-limpah. Namun, ketersediaan air yang memenuhi syarat bagi keperluan manusia relatif sedikit karena dibatasi oleh berbagai faktor. Di muka bumi ini terdapat lebih dari 97% air laut yang tidak dapat digunakan oleh manusia secara langsung. Dari 3% air yang tersisa, 2% diantaranya tersimpan sebagai gunung es (glacier) di kutub dan uap air, yang juga tidak dapat dimanfaatkan secara langsung. Air yang benar-benar tersedia bagi keperluan manusia hanya 0,62%,
12
meliputi air yang terdapat di danau, sungai, dan air tanah yang memadai bagi konsumsi manusia hanya 0,003% dari seluruh air yang ada (Effendi, 2003).
Air di muka bumi ini selalu mengalami siklus hidrologi dimana siklus hidrologi merupakan rangkaian proses berpindahnya air permukaan bumi dari suatu tempat ke tempat lainnya hingga kembali ke tempat asalnya. Air naik ke udara dari permukaan laut atau dari daratan melalui evaporasi. Air di atmosfer dalam bentuk uap air atau awan bergerak dalam massa yang besar di atas benua dan dipanaskan oleh radiasi tanah. Panas membuat uap air lebih naik lagi sehingga cukup tinggi/dingin untuk terjadi kondensasi. Uap air berubah jadi embun dan seterusnya jadi hujan atau salju. Curahan (precipitation) turun ke bawah, ke daratan atau langsung ke laut. Air yang tiba di daratan kemudian mengalir di atas permukaan sebagai sungai, terus kembali ke laut. Air yang tiba di daratan kemudian mengalir di atas permukaan sebagai sungai, terus kembali ke laut melengkapi siklus air (Effendi, 2003).
Gambar 6. Siklus Hidrologi (Raharjabayu, 2011).
Hal-hal ang terdapat dalam hidrologi antara lain :
13 1. Analisis Hidrologi
Analisis hidrlologi adalah suatu analisis yang bertujuan untuk menghitung potensi air yang ada pada daerah tertentu, untuk dapat dimanfaatkan dan dikembangkan serta mengendalikan potensi air untuk kepentingan masyarakat di sekitar daerah tersebut. Analisis hidrologi merupakan dasar kesepakatan seluruh pihak yang bersangkutan terhadap segala aspek, oleh karena itu perlu di uraikan secara jelas sepenuhnya mengenai analisis kebutuhan air dan tersedianya air.
Dalam hal ini juga mencakup analisa debit airan.
Data hujan yang baik di perlukan dalam melakukan analisis hidrologi, sedangkan untuk mendapatkan data yang berkualitas biasanya tidak mudah. Data hujan hasil pencatatan yang tersedia biasanya dalam kondisi tidak menerus dan apabila terputusnya rangkaian data hanya beberapa saat kemungkinan tidak menimbulkan masalah, akan tetapi untuk kurun waktu yang lama tentu akan menimbulkan masalah di dalam melakukan analisis. Menghadapi kondisi data seperti ini langkah yang dapat ditempuh adalah dengan melihat akan kepentingan dari sasaran yang dituju, apakah data kosong tersebut perlu diisi kembali. Kualitas datayang tersedia akan ditentukan oleh alat ukur dan manajemen pengelolaannya.
Analisis hidrologi merupakan salah satu bagian dari keseluruhan rangkaian dalam perencanaan bangunan air seperti sistem drainase, gorong-gorong (baca juga: metode pelaksanaan gorong-gorong pipa beton bertulang), tanggul penahan banjir dan sebagainya.
14 2. Data Hidrologi
Kumpulan variete-variete biasanya disebut data. Penelitian terhadap potensi air permukaan atau air tanah beserta pengembanganya, serta studi untuk perencanaan proyek-proyek konservasi dan penggunaan air merupakan contoh bidang-bidang yang memerlukan data hidrologi. Data hidrologi harus memenuhi standar, dapat dipercayai, mempunyai ketelitian dan ketepatan untuk dapat digunakan. Setiap negara mempunyai jaring-jaring hidrologi dan hidrometeorologinya sendiri, cara pengumpulan serta analisis data sendiri. Karena alasan sejarah atau alasan lain berbagai negara di dunia mempunyai cara yang sangat beragam dalam pengumpulan data dan dalam memprosesdata (Soemarto, 1995).
Data hidrologi adalah kumpulan keterangan atau fakta mengenai fenomena hidrologi (hydrologic phenomena). Data hidrologi merupakan bahan informasi yang sangat penting dalam pelaksanaan inventarisasi sumber-sumber air, pemanfaatan dan pengelolaan sumber-sumber air yang tepat dan rehabilitasi sumber-sumber alam seperti air, tanah dan hutan yang telah rusak. Fenomena hidrologi seperti besarnya curah hujan, temperatur, penguapan, lama penyinaran matahari, kecepatan angin, debit sungai, tinggi muka air sungai, kecepatan aliran, konsentrasi sedimen sungai akan selalu berubah menurut waktu. Dengan demikian suatu nilai dari sebuah data hidrologi itu hanya dapat diukur satu kali dan nilainya tidak akan sama atau tidak dapat terjadi lagi pada waktu yang berlainan sesuai dengan fenomena pada saat pengukuran nilai itu dilaksanakan (Soewarno, 1995).
15
Kesimpulan yang dibuat dari suatu penelitian hidrologi diharapkan dapat berlaku untuk suatu persoalan secara keseluruhan dan bukan sebagian saja. Akan tetapi dalam pelaksanaan suatu penelitian hampir tidak mungkin untuk melaksanakan pengukuran atau pengumpulan dari seluruh variabel secara lengkap. Faktor waktu, tenaga, dan biaya umumnya menjadi faktor pembatas.
Pada kenyataannya penelitian dilakukan dengan mengamati atau mengukur sampel yang dapat mewakili populasi yang diteliti. Misalnya untuk mengetahui jumlah total dari debit yang mengalir dari suatu pos duga air dalam satu tahun adalah tidak mungkin dilakukan dengan mengukur debit setiap saat dalam selama satu tahun, akan tetapi dengan melakukan pengukuran tinggi muka air dalam satu tahun dengan menggunakan alat duga air otomatik dan melakukan pengukuran debit secara periodik, misalnya satu kali setiap 15 hari, dan kemudian melakukan pengolahan data dengan prosedur yang telah ditentukan sehingga debit dalam satu tahun dapat dihitung (Soewarno, 1995).
3. Debit
Debit merupakan jumlah air yang mengalir di dalam saluran atau sungai perunit waktu. Metode yang umum diterapkan untuk menetapkan debit sungai adalah metode profil sungai (cross section). Pada metode ini debit merupakan hasil perkalian antara luas penampang vertikal sungai (profil sungai) dengan kecepatan aliran air. Debit (kecepatan aliran) merupakan komponen penting yang berhubungan dengan permasalahan DAS seperti erosi, sedimentasi, banjir dan longsor. Oleh karena itu, pengukuran debit harus dilakukan dalam monitoring DAS (Rahayu, 2009).
16
Lengkung aliran debit (Discharge Rating Curve), adalah kurva yang menunjukkan hubungan antara tinggi muka air dan debit pada lokasi tertentu.
Debit volume air yang melalui penampang basah sungai dalam satuan waktu tertentu, biasanya dinyatakan dalam satuan m3/s.. Data pengukuran analiran tersebut digambarkan pada kertas arithmatik atau kertas logaritmik, tergantung pada kondisi lokasi yang bersangkutan. Tinggi muka air digambarkan pada sumbu vertical sedang debit sumbu horizontal (Rahayu, 2009).
Debit aliran sungai adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu. Dalam sistem satuan SI besarnya debit di nyatakan dala satuan meter kubik per detik (m3/dt)
Sungai dari satau atau beberapa aliran sumber air yang berada di ketinggian, umpamanya disebuah puncak bukit atau gunung yang tinggi, dimana air hujan sangat banyak jatuh di daerah itu, kemudian terkumpul di bagian yang cekung, lama kelamaan dikarenakan sudah terlalu penuh, akhirnya mengalir keluar melalui bagian bibir cekungan yang paling mudah tergerus air.Selanjutnya air itu akan mengalir di atas permukaan tanah yang paling rendah, mungkin mula- mula merata, namun karena ada bagian-bagian dipermukaan tanah yang tidak begitu keras, maka mudahlah terkikis, sehingga menjadi alur-alur yang tercipta makin hari makin panjang, seiring dengan makin deras dan makin seringnya air mengalir di alur itu. Semakin panjang dan semakin dalam, alur itu akan berbelok, atau bercabang, apabila air mengalir disitu terhalang oleh batu sebesar alur itu, atau batu yang banyak, demikian juga dengan sungai dibawah permukaan tanah, terjadi dari air yang mengalir dari atas, kemudian menemukan bagian-bagian yang
17
dapat di tembus kebawah permukaan tanah dan mengalir kearah dataran rendah yang rendah. Lama kelamaan sungai itu akan semakin lebar.
4. Debit Andalan.
Debit andalan adalah debit yang diharapkan selalu tersedia sepanjang tahun dengan resiko kegagalan yang diperhitungkan sekecil mungkin. Apabila ditetapkan debit andalan untuk keperluan PLTA 90 % maka resiko kegagalannya adalah 10 %, ini terjadi pada debit pengambilan lebih kecil dari pada debit yyang diperhitungkan. (Nugroho Hadisusanto, 2010)
Data debit andalan pada umumnya diperlukan untuk perencanaan pengembangan air irigasi, air baku dan pembangkit tenaga listrik tenaga air (PLTA), yaitu untuk menentukan perhitungan persediaan air pada bangunan pengambilan. Agar mendapatkan perhitungan debit andalan yang baik, untuk itu diperlukan data penatatan debit dengan jangka waktu panjang, hal ini untuk mengurangi teradinya penyimpangan data perhitungan yang terlalu besar. Pada perhitungan debit andalan, pada umumnya dilakukan dengan cara merangking atau debit rata-rata bulanan, setengah bulanan atau debit rata-rata sepuluh harian, yang ditetapkan berdasarkan pola oprasi bendung atau bendungan. (Nugroho Hadisusanto, 2010)
Perhitungan ketersediaan air atau debit andalan diperlukan untuk perhitungan neraca air sehingga dapat diketahui kemampuan air mengairi areal layanan. Analisa debit andalan dilakukan dengan pendekatan berbeda-beda tergantung dari data yang tersedia.
18
1) Jika terdapat pencatatan debit yang panjang, debit andalan dihitung berdasarkan data debit dengan menggunakan probabilitas keberhasilan 80% . 2) Jika terdapat pencatatan debit tetapi hanya dalam periode pendek, maka debit
andalan dihitung berdasarkan data curah hujan, akan tetapi parameter yang digunakan dikalibrasi terhadap data debit yang ada .
3) Jika tidak terdapat pencatatan debit, maka debit andalan dihitung berdasarkan data curah hujan dihitung dengan menggunakan metode F.J.Mock (Pekerjaan Umum, 2010).
Adapun metode metode yang saya gunakan dalam menghitung debit andalan adalah :
5. Analisa Debit Andalan
` Analisis debit andalan dapat langsung dilakukan dengan menggunakan metode statistik. Jika data alirannya terbatas dan data hujan cukup panjang maka data aliran tersebut dapat dibangkitkan dengan menggunakan metode dengan pendekatan modeling hujan-aliran. Contoh model hujan aliran yang dapat digunakan antara lain Nreca dan Mock. Model Mock lebih sering dipakai, dibandingkan model lainnya karena model ini dikembangkan di Indonesia, penerapannya mudah dan menggunakan data yang relatif sedikit. Perhitungannya didasarkan pada data curah hujan, evaporasi, kondisi DAS dan karakteristik hidrologi daerah tinjauan (Nugroho Hadisusanto, 2010).
19 1) Metode Fj. Mock
Metoda Mock adalah suatu metode untuk memperkirakan keberadaan air berdasarkan konsep water balance. Keberadaan air yang dimaksud disini adalah besarnya debit suatu daerah aliran sungai. Data yang digunakan untuk memperkirakan debit ini berupa data klimatologi dan karakteristik daerah aliran sungai. Metoda Mock dikembangkan oleh Dr. F. J. Mock berdasarkan atas daur hidrologi. Metode Mock merupakan salah satu dari sekian banyak metode yang menjelaskan hubungan rainfall-runoff. Mock dikembangkan untuk menghitung debit bulanan rata-rata. Data-data yang dibutuhkan dalam perhitungan debit dengan metoda Mock ini adalah data klimatologi, luas dan penggunaan lahan dari catchment area (Bappenas, 2006).
Neraca air atau keseimbangan air (water balance) merupakan penjelasan mengenai hubungan antara aliran air ke dalam (inflow) dan aliran ke luar (outflow) di suatu daerah untuk periode tertentu dari proses sirkulasi air. Pendekatan neraca air adalah pendekatan ilmu fisika yaitu konsep kekekalan massa, massa suatu materi tidak bertambah maupun berkurang tetapi hanya berubah bentuk dan berpindah tempat (Junaedi, 2009).
Proses perhitungan yang dilakukan dalam metode Mock sebagai berikut:
(Hesti, 2011).
1. Perhitungan evapotranspirasi potensial (metode Penman) 2. Perhitungan evapotranspirasi aktual
3. Perhitungan water surplus
4. Perhitungan base flow dan direct runoff.
20
Metode F.J. Mock digunakan dalam menghitung keseimbangan air. Data yang dibutuhkan dalam perhitungan ini antara lain hujan bulanan rata-rata (mm), jumlah hari hujan bulanan rata-rata (hari), evapotranspirasi, limpasan permukaan, tampungan tanah dan aliran dasar (base flow). Metode Mock dirumuskan sebagai berikut: (Bappenas, 2006).
(a) Presipitasi (Curah Hujan)
Presipitasi adalah curahan atau turunnya air dari atmosfer ke permukaan bumi dan laut dalam bentuk berbeda, yaitu curah hujan di daerah tropis dan curah hujan serta salju di daerah beriklim sedang Curah hujan rata-rata bulanan dapat di hitung dengan menggunakan metode rata-rata aljabar, metode ishoyet, dan metode theissen.
Metode Mock menggunakan curah hujan bulanan rata-rata. Perhitungan curah hujan rata-rata digunakan metode rata-rata aljabar karena dengan cara ini data yang diperoleh lebih objektif jika dibandingkan dengan cara isohyet, di mana faktor subjektif ikut menentukan. Metode theissen akan memberikan hasil yang lebih teliti daripada cara aljabar tetapi untuk penentuan titik pengamatannya dan pemilihan ketinggian akan mempengaruhi ketelitian yang akan didapat juga seandainya untuk penentuan kembali jaringan segitiga jika terdapat kekurangan pengamatan pada salah satu titik pengamatan. Perhitungancurah hujan rata-rata bulanan dengan metode rata-rata aljabar (Arithmatic mean method) adalah sebagai berikut: (Sosrodarsono 1987 dalam Pangestuti, 2007). R1
( ) Di mana:
21 R = Curah hujan daerah
n = Jumlah titik-titik pengamatan
R1, R2, … Rn = Curah hujan disetiap titik pengamanan (b) Evapotranspirasi
Evaporasi adalah proses dimana air berubah menjadi uap air dan berpindah dari permukaan. Air menguap dari berbagai permukaan seperti danau, sungai, tanah, dan vegetasi yang basah. Transpirasi adalah proses penguapan air yang terkandung dalam lapisan tanaman menguap ke atmosfer. Transpirasi tergantung pada pasokan energi, gradien tekanan uap air, dan angin. Maka, radiasi matahari, suhu udara, kelembaban udara, dan angin harus dipertimbangkan ketika menentukan nilai transpirasi (Allen, R.G. et al., 1998).
Evapotranspirasi merupakan faktor penting dalam memprediksi debit dari data curah hujan dan klimatologi dengan menggunakan metoda Mock. Alasannya adalah karena evapotranspirasi ini memberikan nilai yang besar untuk terjadinya debit dari suatu daerah aliran sungai. Evapotranspirasi diartikan sebagai kehilangan air dari lahan dan permukaan air dari suatu daerah aliran sungai akibat kombinasi proses evaporasi dan transpirasi. Lebih rinci tentang evapotranspirasi potensial dan evapotranspirasi aktual diuraikan di bawah ini (Bappenas, 2006).
a) Evapotranspirasi aktual
Evapotranspirasi aktual adalah evapotranspirasi yang terjadi pada kondisi air yang tersedia terbatas. Evapotranspirasi aktual dipengaruhi oleh proporsi permukaan luar yang tidak tertutupi tumbuhan hijau (exposed surface) pada
22
musim kemarau dan jumlah hari hujan dalam bulan yang bersangkutan. Penentuan harga evapotranspirasi actual ditentukan berdasarkan persamaan :
Et* = W((0,75.Rs)-Rn1)+(1-W).f(u).(ea-ed)………..………..2 Dimana :
Et* = evapotranspirasi actual
W = factor berat yang mempengaruhi penyinaran matahari pada evapotranspirasi actual
(1-W) = factor berat sebagai pengaruh angin dan kelembaban pada Et
F(u) = fungsi pengaruh angin pada Et, dimana u merupakan kecepatan angin rata-rata.
(ea-ed) = perbedaan tekanan uap air jenuh dengan tekanan uap air nyata.
Rs = (0,25+0,54 * (n/N)) * Ra………..……..3 Dimana :
(n/N) = lamanya penyinaran matahari Ra = Angka angot
ed = ea.Rh………...………4 Dimana :
ed = tekanan uap nyata ea = tekanan uap jenuh Rh = kelembaban relative
( ) ( ( √ ))………..………5 Dimana :
F(ed) = fungsi tekanan uap nyata
23 Ed = tekanan uap nyata
f(n/N) = 0,1+(0,9.(n/N))………..6 dimana :
f(n/N) = fungsi lamanya penyinaran matahari (n/N) = lamanya penyinaran matahari
Rn1 = f(t).f(ed).f(n/N)………...………7 Dimana :
F(ed) = fungsi tekanan uap nyata
f(n/N) = fungsi lamanya penyinaran matahari f(t) = fungsi suhu
f(u) = 0,27 .(1+(0,86.u))………..………8 Dimana :
F(u) = fungsi kecepatan angin U = kecepatan angin
(ea-ed) = nilai ea dikurang dengan nilai ed……….9 Dimana :
ed = tekanan uap nyata ea = tekanan uap jenuh
b) Evapotranspirasi potensial
Evapotranspirasi potensial adalah evapotranspirasi yang mungkin terjadi pada kondisi air yang tersedia berlebihan. Faktor penting yang mempengaruhi evapotranspirasi potensial adalah tersedianya air yang cukup banyak. Jika jumlah air selalu tersedia secara berlebihan dari yang diperlukan oleh tanaman selama
24
proses transpirasi, maka jumlah air yang ditranspirasikan relatif lebih besar dibandingkan apabila tersedianya air di bawah keperluan. Beberapa rumus empiris untuk menghitung evapotranspirasi potensial adalah rumus empiris dari:
Thornthwaite, Blaney-Criddle, Penman dan Turc-Langbein-Wundt. Metoda Mock menggunakan rumus empiris dari Penman. Rumus empiris Penman memperhitungkan banyak data klimatologi yaitu temperatur, radiasi matahari, kelembaban, dan kecepatan angin sehingga hasilnya relatif lebih akurat.
Perhitungan evaporasi potensial Penman didasarkan pada keadaan bahwa agar terjadi evaporasi diperlukan panas (Bappenas, 2006).
Evapotranspirasi potensial dapat dihitung dengan menggunakan metode Penman yang diformulasikan sebagai berikut: (Standar Perencanaan Irigasi KP 01:221).
Eto = Et . c………..………..10 Dimana:
Eto = Evapotranspirasi potensial
c = Faktor pergantian kondisi cuaca akibat siang dan malam Et = evopotranspirasi actual
(c) Kelebihan air (Water surplus)
Water surplus didefinisikan sebagai air hujan (presipitasi) yang telah mengalami evapotranspirasi dan mengisi tampungan tanah (soil storage). Water surplus ini berpengaruh langsung pada infiltrasi atau perkolasi dan total runoff yang merupakan komponen debit. Rumus water surplus adalah sebagai berikut:
(Standar Perencanaan Irigasi KP 01:221).
25
Dimana:
WS = Water surplus
R = Presipitasi atau curah hujan Ea = Evapotranspirasi.
(d) Aliran dasar sungai (Base flow)
Base flow adalah sebagian hujan yang terperkolasi ke dalam menembus lapisan tanah dan pada akhirnya akan mengisi saluran sungai. Base flow merupakan selisih antara infiltrasi dengan perubahan groundwater storage, dalam bentuk persamaan: (Bappenas, 2006).
Dimana:
BS = Base flow I = Infiltrasi
GS = penyimpanan air tanah
Base flow dipengaruhi oleh dua faktor yaitu infiltrasi dan perubahan groundwater storage. Penjelasan lebih rinci mengenai infiltrasi dan groundwater storage diuraikan di bawah ini:
a) Infiltrasi
Proses masuknya air hujan kedalam tanah dan turun ke permukaan air tanah di sebut infiltrasi. Proses infiltrasi melibatkan tiga proses yang saling tidak tergantung yaitu, proses masuknya air hujan melalui pori-pori permukaan tanah,
26
tertampungnya air hujan tersebut di dalam tanah dan proses mengalirnya air tersebut ke tempat lain (Basak, 1999).
Infiltrasi ditaksir berdasarkan kondisi porositas tanah dan kemiringan daerah pengaliran. Daya infiltrasi ditentukan oleh permukaan lapisan atas dari tanah. Misalnya kerikil mempuyai daya infiltrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanah liat yang kedap air. Untuk lahan yang terjal dimana air sangat cepat menikis diatas permukaan tanah sehingga air tidak dapat sempat berinfltrasi yang menyebabkan daya infiltrasi lebih kecil. Formula dari infiltrasi ini sebagai berikut:
(Basak, 1999).
Dimana:
I = Infiltrasi
If = Koefisien infiltrasi (i = 0 – 1,0) WS = Kelebihan air (Water surplus)
Koefisien infiltrasi (if), adalah koefisien yang didasarkan pada kondisi porositas tanah dan kemiringan daerah pengaliran. Koefisien infiltrasi mempunyai nilai yang besar jika tanah bersifat porous, sifat bulan kering dan kemiringan lahannya tidak terjal. Karena dipengaruhi sifat bulan maka if ini bisa berbeda- beda untuk tiap bulan. Harga minimum koefisien infiltrasi bisa dicapai karena kondisi lahan yang terjal dan air tidak sempat mengalami infiltrasi (Bappenas, 2006).
b) Penyimpanan air tanah (Groundwater storage)
27
Infiltrasi terus terjadi sampai mencapai zona tampungan air tanah (groundwater storage, disingkat GS). Dalam metode ini, besarnya groundwater storage (GS) dipengaruhi oleh: (Bappenas, 2006).
1) Infiltrasi (i). Semakin besar infiltrasi maka groundwater storage semakin besar pula, dan begitu pula sebaliknya.
2) Konstanta resesi aliran bulanan (k). Konstanta resesi aliran bulanan (monthlyflow recession constan) disimbolkan dengan k adalah proporsi dari air tanah bulan lalu yang masih ada bulan sekarang. Nilai k ini cenderung lebih besar pada bulan basah.
3) Groundwater storage bulan sebelumnya (GSom). Nilai ini diasumsikan sebagai konstanta awal, dengan anggapan bahwa
water balance merupakan siklus tertutup yang ditinjau selama rentang waktu menerus tahunan tertentu. Dengan demikian maka nilai asumsi awal bulan pertama tahun pertama harus dibuat sama dengan nilai bulan terakhir tahun terakhir.
Dari ketiga faktor di atas, Mock merumuskan sebagai berikut:
* ( ) +
Dimana:
GS = Penyimpanan air tanah (groundwater storage) K = Konstanta resesi aliran bulanan (k= 0,4-0,7) I = infiltrasi
(e) Limpasan permukaan (Direct runoff)
28
Limpasan permukaan adalah air yang mengalir di atas permukaan tanah baik sebagai aliran tipis di permukaan tanah atau sebagai aliran disaluran (Basak, 1999).
Limpasan permukaan berasal dari Water surplus yang telah mengalami infiltrasi. Jadi direct runoff dihitung dengan persamaan: (Bappenas, 2006).
Dimana:
DRO = Limpasan Permukaan (direct runoff) WS = Kelebihan air (Water surplus) I = Infiltrasi.
(f) Kalibrasi parameter
Sebelum melakukan perhitungan ketersediaan air sungai, terlebih dahulu dilakukan proses kalibrasi untuk masukan yang menentukan parameter sebagai data masukan yang optimal. Parameter-parameter yang dikalibrasi pada metode Mock yaitu kelembaban tanah maksimum (SMC), koefisien infiltrasi (if),koefisien resesi (k), Initial Soil Moisture(ISM) dan Initial Ground Water Storage (IGWS) (Kironoto A, 1994).
Kalibrasi (calibration) terhadap satu model adalah proses pemilihan kombinasi parameter. Dengan kata lain, proses optimalisasi inilai parameter untuk meningkatkan koherensi antara respon hidrologi DAS yang teramati dan tersimulasi. Koherensi ini (ketepatan antara yang terukur dan terhitung) dapat diamati secara kualitatif, misalnya dengan membandingkan hidrograf debit
29
terukur dan terhitung. Umumnya koherensi ini dinilai secara kuantitatif (Indarto, 2006).
Pada prinsipnya, metode kalibrasi yang ada bisa dibedakan menjadi tiga, yaitu: (Indarto, 2006).
a) Coba-coba (Trial and Error)
Dalam hal ini, nilai parameter dicocokan secara manual dengan cara coba- coba. Metode ini paling banyak digunakan dan direkomendasikan, khususnya untuk model yang komplek. Dimana sebuah grafik yang bagus sudah dianggap mewakili hasil simulasi.
b) Otomatis
Dalam hal ini, sebuah algoritma dipakai untuk menentukan nilai fungsi objektif dan digunakan untuk mencari kombinasi dan permutasi parameter sebanyak mungkin untuk menentukan tingkat keakuratan yang optimum.
c) Kombinasi
Dalam hal ini, kalibrasi secara otomatis dilakukan untuk menentukan parameter, selanjutnya digunakan trial and error untuk menentukan detail kombinasi yang optimal.
Metode kalibrasi yang banyak digunakan untuk pemodelan hujan-aliran adalah trial and error. Hal itu disebabkan karena proses penggunaannya cukup sederhana, cepat dan membutuhkan pengalaman. Pengalaman tersebut biasanya didapat dari 5 sampai15 kali percobaan. Persamaan yang digunakan dengan menggunakan metode coba-coba (trial and error) yaitu sebagai berikut: (Indarto, 2006)
30 ∑ ( )
Dimana:
MSE = Mean Squared Error Yi = Rataan hasil perhitungan
Y’I = Rataan hasil pengukuran langsung n = Merupakan jumlah data.
2) Metode Statistik
Perhitungan debit andalan dengan menggunakan metode statistic dilakukan apabila tersedia data pencatatan debit seri jangka panjang, hal ini untuk menghindari angka penyimpangan perhitungan yang besar, dianjurkan lebih baik apabila digunakan data pencatatan debit minimal 10 tahun. Setelah data disusun pada table pencatatan debit minimal 10 tahun. Setelah data disusun pada table pencatatan debit, selanjutnya ditetapkan prosentase debit andalan yang diharapkan seperti halnya pada metode rangking (Nugroho Hadisusanto, 2010)
Adeapun langkah-langkah perhitungan metode statistik dapat dilakukan sebagai berikut :
(a) Ditabelkan data dbit rata-rata bulanan, setengah bulanan atau sepuluh harian.
(b) Dihitung nilai Xrata-rata
∑ ……….17
Dimana :
31 Ӿ : nilai rata-rata variat X : nilai variat
n : jumlah data
(c) Menghitung nilai standar deviasi
√∑( ) ……….18
Dimana
S : standar deviasi Ӿ : nilai rata-rata variat X : nilai variat
n : jumlah data
(d) Menghitung nilai koefisien variasi
………...………19
Dimana
Cv : koevisien variasi S : standar deviasi Ӿ : nilai rata-rata variat
(e) Debit andalan yang diharapkan misalnya untuk keperluan PLTA dapat dihitung dengan rumus Q90
.………...……….20
Dimana
Q90 : debit andalan untuk PLTA S : standar deviasi
32 Ӿ : nilai rata-rata variat
Tabel 2. Nilai debit andalan untuk berbagai macam kegiatan
Kegiatan Keandalan
Penyediaan air minum 99%
Penyediaan air industry 95 – 98%
Penyediaan air irigasi 80%
Daerah beriklim setengah lembab 70 – 85%
Daerah beriklim kering 80 – 95%
Pembangkit listrik tenaga air 85 – 90%
Sumber: Soemarto, 1995.
(f) Nilai k ditetapkan berdasarkan table 3 yang besarnya tergantung pada nilai koefisien variasi.
Table 3. Hubungan Antara Koefisien Varian Dengan Reduksi K
Kemun gkinan Rata- rata
kemungkinan dalam prosen sama dengan atau lebih besar memberikan nilai raviasi
99 -
95 -
80 -
50 -
20 +
5 +
1 +
0,1 +
0,1 -
Cv 50.0 2.33 1.65 0.84 0.00 0.84 1.64 2.33 3.09 3.72 0.000 49.3 2.25 1.62 0.85 0.02 0.84 1.67 2.40 3.22 3.75 0.033 48.7 2.18 1.59 0.85 0.04 0.83 1.70 2.47 3.39 4.18 0.067 47.3 2.14 1.56 0.85 0.06 0.82 1.72 2.55 3.56 4.42 0.100 46.7 2.04 1.53 0.85 0.07 0.81 1.75 2.62 3.78 4.70 0.136 46.4 1.98 1.49 0.86 0.09 0.80 1.77 2.70 3.88 4.96 0.166 45.5 1.94 1.46 0.85 0.10 0.79 1.79 2.77 4.05 5.24 0.197 44.9 1.85 1.43 0.85 0.11 0.78 1.81 2.84 4.24 5.52 0.230 44.2 1.79 1.40 0.84 0.13 0.77 1.82 2.90 4.37 5.84 0.262 43.7 1.74 1.37 0.84 0.14 0.76 1.84 2.97 4.55 6.44 0.292 43.2 1.68 1.34 0.84 0.15 0.75 1.85 3.03 4.72 6.40 0.324 42.7 1.63 1.31 0.83 0.16 0.73 1.86 3.09 4.87 6.74 0.351 42.2 1.58 1.29 0.82 0.17 0.72 1.87 3.15 5.04 7.02 0.381 41.7 1.54 1.26 0.82 0.18 0.71 1.88 3.21 5.19 7.31 0.409 41.3 1.49 1.23 0.81 0.19 0.69 1.88 3.26 5.35 7.62 0.436 40.8 1.45 1.21 0.81 0.20 0.68 1.89 3.31 5.51 7.92 0.462 40.4 1.44 1.18 0.80 0.21 0.67 1.89 3.36 5.66 8.26 0.490 40.0 1.38 1.16 0.79 0.22 0.65 1.89 3.40 5.80 8.58 0.517 39.6 1.34 1.14 0.78 0.22 0.64 1.89 3.44 5.96 8.88 0.544 39.2 1.34 1.12 0.78 0.23 0.69 1.89 3.48 6.10 9.20 0.570 38.8 1.28 1.10 0.77 0.24 0.61 1.89 3.52 6.25 9.54 0.596 38.4 1.25 1.08 0.76 0.24 0.60 1.89 3.55 6.39 9.79 0.620 38.1 1.22 1.96 0.76 0.25 0.59 1.89 3.59 6.54 10.12 0.643 37.7 1.20 1.04 0.75 0.25 0.58 1.88 3.62 6.65 10.43 0.667 37.4 1.17 1.02 0.74 0.26 0.57 1.88 3.65 6.77 10.72 0.691
33
37.1 1.15 1.00 0.74 0.26 0.56 1.88 3.67 6.90 10.95 0.713 36.8 1.12 0.99 0.73 0.26 0.55 1.87 3.70 7.02 11.25 0.734 36.6 1.10 0.97 0.72 0.27 0.54 1.87 3.72 7.43 11.55 0.755 36.3 1.08 0.96 0.72 0.27 0.53 1.86 3.74 7.25 11.80 0.776 36.0 1.06 0.95 0.71 0.27 0.52 1.86 3.76 7.36 12.10 0.796 35.5 1.01 0.93 0.71 0.28 0.51 1.85 3.78 7.47 12.36 0.8189 35.1 1.01 0.90 0.69 0.28 0.49 1.84 3.81 7.65 12.85 0.857 34.7 0.98 0.88 0.68 0.29 0.47 1.83 3.84 7.84 13.36 0.859 34.2 0.95 0.86 0.67 0.29 0.46 1.81 3.87 8.00 13.83 0.930 33.9 0.92 0.84 0.66 0.29 0.44 1.80 3.89 8.16 14.23 0.966 30.0 9.00 0.82 0.65 0.29 0.42 1.78 3.91 8.30 14.70 1.000 32.3 0.84 0.78 0.63 0.30 0.39 1.75 3.93 8.60 15.62 1.081 30.4 0.80 0.74 0.62 0.30 0.37 1.74 3.95 8.86 16.45 1.155
Sumber (Nugroho Hadisusanto, 2010)
Data debit yang akan digunakan dalam perhitungan debit andalan harus diuji secara statistik; Data debit bulanan atau 2 mingguan atau 10 harian digunakan untuk perhitungan debit andalan pada perencanaan irigasi. Data debit bulanan digunakan untuk perhitungan debit andalan pada perencanaan PLTA dan air baku untuk kasus tanpa waduk. Data debit harian digunakan untuk perhitungan debit andalan pada perhitungan suplai air untuk domestik atau sedimentasi perhitungan debit andalan dengan analisis lengkung kekerapan digunakan untuk perencanaan berbagai pemanfaatan air dimana probabilitas yang digunakan disesuaikan dengan persyaratan dalam perencanaan tersebut (Bappenes, 2006).
34 BAB III
METODE PENELITIAN
A. Lokasi Dan Waktu Penelitian
lokasi penelitian ini direncanakan di Waduk PLTA Bakaru. Merupakan bagian dari DAS Mamasa yang secara administrasi berada di dua provinsi yaitu, provinsi Sulawesi Barat yang merupakan bagian hulu Sub DAS Mamasa dan Provinsi Sulawesi Selatan yang merupakan bagian hilir DAS Mamasa. Ada lima kabupten yang berada di DAS Mamasa, Kabupaten Mamasa dan Kabupaten Polman di Sulawesi Barat, Dan Kabupaten Pinrang, Kabupaten Enrekang, serta Kabupaten Tana Toraja di Sulawesi Selatan. Sedangkan waktu penelitian ini direncanakan pada bulan februari 2017.
Gambar 7. lokasi waduk PLTA Bakar
35 B. Data Dan Sumber Data
Penelitian ini membutuhkan data-data sebagai berikut : 1) Data Sekunder, adapun data sekunder yang di gunakan adalah :
(a) Data debit selama 10 tahun, yaitu tahun 2007-2016 (b) Data curah hujan selama 10 tahun, yaitu tahun 2007-2016
(c) Data klimatologi (data temperature, data radiasi matahari, data kelembaman, data kecepatan angin, dan data tekanan uap) selama 12 tahun, yaitu tahun 2007-2016
(d) Data luas daerah aliran sungai mamasa
2) Data Primer, berupa Narasumber yang terdiri dari beragam posisi yang berkaitan dengan tugas dinas/ badan/ kantor terkait untuk klarifikasi data-data, pihak swasta, masyarakat sipil, dan tokoh masyarakat.
Adapun sumber data yang kami peroleh yaitu dari PU PSDA sulawesi selatan dan langsung dari kantor PLTA Bakaru, serta waduk Bakaru.
C. Metode Analisis Data
Adapun analisa data yang kami lakukan adalah sebagai berikut :
1) Untuk menghitung debit andalan dengan menggunakan metode mok digunakan data curah hujan, evapotranspirasi (data temperature, data radiasi matahari, data kelembaman, data kecepatan angin, data tekanan uap), dan luas daerah aliran sungai.
2) Menghitung debit andalan dengan menggunakan metode statistik dengan probabilitas 90% di gunakan data debit 10 tahun yaitu mulai tahun 2007- 2016. Adapun rumus yang digunakan yaitu
36
3) Kebutuhan debit andalan untuk PLTA Bakarau sebanyak 90 % untuk dua turbinnya. Keseimbangannya dapat kita ketahui dari hasil perhitungan.
D. Diagram Alir Penelitian
tidak
Gambar 8. Diagram alir penelitian
Studi Literatur
Penentuan Lokasi Penelitian
Pengambilan Data
Data Curah Hujan Wilayah Periode 10 Thn
Data Klimatologi Periode 10 Thn
Data Debit Sungai Mamasa Periode 10 Thn
Validasi Kecukupan
Analisis Debit Andalan a. Metode Fj. Mock b. Metode Statistik
Keseimbangan Debit Yang Tersedia Dengan Kebutuhan untuk PLTA
stop start
37 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Kondisi Topografi
Secara administratif lokasi penelitian terletak di Desa Ulusaddang Kecamatan Lembang Kabupaten Pinrang, Propinsi Sulawesi Selatan Unit PT.
PLN (Persero) Wilayah Sulsel, Sultra, dan Sulbar Sektor Pembangkitan Bakaru. Sedangkan secara astronomis terletak pada koordinat 119o35’00” – 119o36’30” BT dan 3o24’50” – 3o27’10” LS.
Gambar 9. Peta potografi lokasi penelitian
Lokasi penelitian
38 B. Data Hidrologi
`Adapun stasiun cura hujan yang tersebar pada wilayah sub DAS Mamasa antara lain :
a) Stasiun mamasa yang terletak di bagian hulu Sub DAS Mamasa. Pada titik kordinat, 119o22’3.720” BT dan 2o56’47.400” LS. Periode pengamatan dari tahun 2007-2016.
b) Stasiun sumarorong yang terletak dibagian tengah Sub DAS mamasa. Pada titik kordinat, 119o19’52.680” BT dan 3o10’50.880” LS. Periode pengamatan dari tahun 2007-2016.
c) Stasiun Bakaru yang terletak dibagian hilir Sub DAS Mamasa. Pada titik koordinat, : 119o40’58.376” BT dan 3o29’23.976” LS. Peiode pengamatan dari tahun 2007-2016
Gambar 10. Letak stasiun pengamatan hujan
MAMASA
SUMARORONG
BAKARU
39
Dalam pembaasan ini, kita memahami bahwa dalam menghitung curah hujan, penelitian ini dapat memperoleh metode thiessen seperti yang pada gambar 6, rerata curah hujan dalam tiga stasiun ini dilihat dari kondisi lapangan dan data ketinggian elevasi.
Luas Sub DAS Mamasa = 115481,45 Ha
Luas pengaruh: koefisien thiessen:
Luas tadah hujan stasiun Mamasa (A1) = 44150,17 w1 = 38,23 % Luas tadah hujan stasiun Sumarorong (A2) = 46521,12 w2 = 40,28 % Luas tadah hujan stasiun Bakaru (A3) = 24810,16 w3 = 21,48 %
115481,45 Tabel 4. Perhitungan curah hujan metode Polygon Thissen
No Tahun Kondisi/Tanggal Stasiun
Rata-
Rata Max Mamasa Sumarorong Bakaru Thissen
1 2007 1 5/4/2007 53 0 7 20.00
2 27/1/207 2 84 0 28.67 28.67
3 12/6/2007 0 0 68 22.67
2 2008 1 2/5/2008 65 55 10 43.33
2 16/5/2008 0 66 0 22.00 43.33
3 3/12/2008 30 12 50 30.67
3 2009 1 9/11/2009 69 10 0 26.33
2 18/2/2009 0 310 0 103.33 103.33
3 27/3/2009 0 0 60 20.00
4 2010 1 18/5/2010 32 2 2 12.00
2 6/9/2010 0 63 54 39.00 39.00
3 6/1/2010 2 0 54 18.67
5 2011 1 31/7/2011 16 1 0 5.67
2 7/3/2011 0 42 6 16.00 17.67
3 25/4/2011 0 0 53 17.67
