Perancangan Sistem Pemanenan Air Hujan Skala Rumah Tangga untuk Pemenuhan Kebutuhan Air Bersih dan Konservasi Air Tanah
Aldi Ainun Habibi, Hari Siswoyo, Riyanto Haribowo
Departemen Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya Jl. MT. Haryono No.167, Malang, Jawa Timur, 65145
e-mail: aldiainunhabibi@student.ub.ac.id
Abstrak — Permasalahan bidang sumber daya air yang umum terjadi adalah kurangnya air bersih pada periode musim kering dan kelebihan air pada periode musim basah. Hal tersebut dapat berdampak pada upaya pemenuhan kebutuhan air bersih. Upaya yang dapat dilakukan untuk mengatasi hal tersebut yaitu pemanenan air hujan. Tujuannya yaitu untuk merancang sistem pemanenan air hujan guna memenuhi kebutuhan air bersih pada periode musim kering dan konservasi air tanah pada periode musim basah. Perancangan sistem tersebut meliputi atap bangunan pemanenan air hujan, tampungan pemanenan air hujan, sumur resapan, dan alat pengolahan kualitas air hujan. Atap bangunan pemanenan air hujan dirancangan dengan ukuran 6,50 m x 5,00 m. Debit limpasan dari atap sebesar 1.084,02 liter/jam. Tampungan pemanenan air hujan yang tersedia memiliki kapasitas 5.300 liter. Sumur resapan sejumlah 2 unit yang berfungsi untuk meresapkan air hujan yang melimpah dari tampungan pemanenan air hujan, masing-masing sumur berdiameter 0,80 m dan kedalaman 1,35 m. Pemanfaatan air dari tampungan pemanenan air hujan dapat dilakukan setelah melalui proses dalam alat pengolahan kualitas air hujan. Hasil kegiatan ini bisa direkomendasikan untuk diterapkan secara luas.
Kata Kunci — air hujan, Kecamatan Mojoagung, sistem pemanenan, sumur resapan
Abstract — The problems that commonly occurred in the field of water resources were the lack of clean water in the dry season and excess water in the wet season. Those problems may impact on efforts to fulfil the need for clean water. One of the efforts that can be used to overcome those problems is rainwater harvesting. The purpose of this research was to design a rainwater harvesting system to fulfil the need for clean water during the dry season and groundwater conservation in the wet season. The design of the system includes the roof of the rainwater harvesting building, rainwater harvesting reservoirs, infiltration wells, and rainwater quality treatment equipment. The roof of the rainwater harvesting building was designed with a size of 6.50 m x 5.00 m. The runoff discharge from the roof is 1,084.02 liters/hour. The available rainwater harvesting reservoir has a capacity of 5,300 liters. There were 2 units of infiltration wells that function to absorb abundant rainwater from rainwater harvesting reservoirs, each well is 0.80 m in diameter and 1.35 m deep. Utilization of water from rainwater harvesting reservoirs can be done after going through the process in rainwater quality treatment equipment. The results of this activity can be recommended for widespread application.
Keywords — rainwater, Mojoagung district, harvesting system, infiltration wells
1.PENDAHULUAN
Kecamatan Mojoagung adalah wilayah kecamatan yang berada di Kabupaten Jombang, Provinsi Jawa Timur dengan luas 60,18 km2 dan terdiri atas 18 desa/kelurahan [1]. Curah hujan tahunan di daerah tersebut berkisar antara 1750 mm sampai dengan 2500 mm per tahun [2]. Kecamatan tersebut termasuk dalam wilayah di Kabupaten Jombang yang berpotensi mengalami banjir disaat musim penghujan. Selain berpotensi banjir, wilayah kecamatan tersebut berpotensi kekurangan cadangan air bersih untuk pemenuhan rumah tangga pada saat musim kemarau [3].
Pemenuhan air bersih guna kebutuhan rumah
hujan ke dalam sebuah penampungan. Hal ini bertujuan untuk mendapat tambahan air bersih guna dimanfaatkan pada saat musim musim kemarau.
Oleh sebab itu, untuk membuat sarana pemanfaatan air hujan perlu dilakukan perancangan sistem pemanenan air hujan skala rumah tangga.
Pemanenan air hujan yaitu upaya mengumpulkan air hujan di saat curah hujan tinggi serta dimanfaatkan pada periode musim kering.
Pemanenan air hujan merupakan cara sederhana yang masih efektif untuk diterapkan [4]. Upaya pemanenan air hujan dapat dilakukan melalui media atap bangunan atau permukaan tanah [5]. Penelitian tentang pemanenan air hujan untuk pemenuhan air
bersih guna pemenuhan kebutuhan air bersih pada periode musim kemarau dan konservasi air tanah.
Produk kegiatan studi kasus ini dapat dijadikan sebagai panduan teknis untuk membangun sebuah sistem pemanenan air hujan. Sistem ini dapat dijadikan contoh oleh masyarakat secara luas untuk membangun sistem pemanenan air hujan.
2.METODE PELAKSANAAN Lokasi Kegiatan
Lokasi kegiatan studi kasus ini yaitu di Kecamatan Mojoagung, Kabupaten Jombang, Provinsi Jawa Timur. Mitra kegiatan ini adalah Rumah Baca Air Kita milik Yayasan Air Kita yang berlokasi di Dusun Winong Timur RT. 02, RW. 01, Desa Karangwinongan. Lokasi mitra kegiatan dapat ditunjukkan pada Gambar 1.
Alat dan Data
Peralatan yang dipakai dalam kegiatan studi kasus ini antara lain: Kamera digunakan untuk membuat dokumentasi kegiatan. GPS digunakan untuk menentukan koordinat lokasi kegiatan studi kasus. Meteran digunakan untuk mengukur dimensi luas atap bangunan dan tampungan pemanenan air hujan. Paket program Autocad 2007 digunakan untuk menggambar rancangan sistem pemanenan air hujan. Data yang dibutuhkan yaitu data hujan harian maksimum tahunan, didapatkan dari UPT Sumber Daya Air Wilayah Mojoagung yang digunakan untuk analisis debit limpasan di atap.
Prosedur Kegiatan
Survei pendahuluan dilakukan untuk identifikasi kondisi di lokasi kegiatan studi kasus.
Berdasarkan survei pendahuluan dapat dilakukan penentuan dimensi atap bangunan untuk mendapatkan luas area tangkapan hujan. Area tangkapan tersebut menjadi faktor untuk perhitungan debit limpasan.
Perhitungan debit limpasan di atap bangunan sistem pemanenan air hujan dilakukan dengan tahapan sebagai berikut:
1. Pengujian kesesuaian distribusi menggunakan chi-kuadrat [10]:
χh2= ∑ (Oi−Ei)
Ei G i=1
2
(1)
Ei = total nilai teoritis dalam sub kelompok ke-i
2. Perhitungan hujan rancangan dengan kala ulang tertentu dilakukan berdasarkan persamaan Distribusi Frechet[10]
a = 1,283
Log Sd (2)
X0= Log X̅̅̅̅̅̅̅ − 0,445 (Log Sd̅̅̅̅̅̅̅̅̅) (3)
Y = a (log X − X0) (4)
Log X = Y
a+ X0 (5)
RT= Antilog X (6)
dimana:
a = parameter dalam distribusi frechet X0 = parameter dalam distribusi frechet Y = variabel reduksi gumbel
Log X = nilai logaritma hujan rencana RT = hujan rencana kala ulang-T
3. Perhitungan intensitas hujan rancangan dilakukan berdasarkan Metode Mononobe [11]
𝐈 = 𝐑𝐓
𝟐𝟒𝐱(𝟐𝟒
𝐭)𝟐/𝟑 (7)
dimana:
I = intensitas hujan rencana (mm/jam) RT = hujan rencana kala ulang-T t = lama hujan (mm/jam)
4. Perhitungan debit limpasan di atap dilakukan berdasarkan Metode Rasional [11]
Q = 0,00278 C . I . A (8)
dimana:
Q = debit limpasan (m3/detik)
C = koefisien limpasan atap sebesar 0,9 [8]
I = intensitas hujan rencana (mm/jam) A = luas area tangkapan hujan (ha).
Gambar 1. Lokasi mitra kegiatan Penentuan dimensi kapasitas tampungan
bangunan sistem pemanenan air hujan ini ditentukan berdasarkan kapasitas tampungan air yang telah ada di lokasi kegiatan. Tampungan berfungsi untuk menampung debit limpasan yang dihasilkan berdasarkan perhitungan dari persamaan (8).
Apabila terjadi limpahan air hujan dari atap yang volumenya melebihi kapasitas tampungan yang tersedia, maka limpahan air tersebut dialirkan ke dalam sumur resapan.
Perhitungan dimensi konstruksi sumur resapan meliputi kedalaman dan diameter sumur.
Perhitungan tersebut dilakukan dengan mempertimbangkan faktor permeabilitas tanah di lokasi kegiatan studi kasus. Pengambilan contoh tanah dilakukan dengan menggunakan alat ring yang ditancapkan ke dalam tanah. Tanah diambil dengan alat linggis, untuk selanjutnya tanah tersebut dimasukkan ke dalam plastik. Pengujiannya dilakukan di Lab. Fisika Tanah, Departemen Ilmu Tanah, Fakultas Pertanian, Universitas Brawijaya.
Permeabilitas tanah diuji dengan menggunakan Metode Constant Head. Diameter sumur resapan ditentukan berdasarkan persyaratan teknis dalam Standar Nasional Indonesia (SNI) 8456 tahun 2017 tentang sumur resapan dan parit resapan air hujan [12]. Kedalamannya dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut [13]:
𝑯 = 𝑸
𝑭𝑲(𝟏 − 𝒆−(
𝑭𝑲𝑻 𝝅𝑹𝟐)
) (9)
Q = debit air masuk (m3/jam) T = durasi pengaliran (jam)
K = koefisien permeabilitas tanah (m/jam) R = jari-jari sumur (m)
Setelah dilakukannya seluruh tahapan perhitungan di atas, selanjutnya dilakukan penggambaran rancangan sistem pemanenan air hujan. Komponen yang digambar meliputi atap bangunan, tampungan pemanenan air hujan, sumur resapan, dan alat pengolahan kualitas air hujan.
Penggambaran dilakukan dengan bantuan program komputer Autocad 2007.
3.HASIL KEGIATAN
Dimensi atap bangunan pemanenan air hujan ditentukan dengan ukuran panjang 6,50 m dan lebar 5,00 m, dengan luas permukaan 32,50 m2. Penentuan ukuran tersebut disesuaikan dengan ketersediaan tempat yang ada di lokasi kegiatan studi kasus. Atap bangunan pemanenan air hujan berbentuk persegi panjang. Atap tersebut dibuat miring dengan kemiringan 1:5. Atap bangunan terbuat dari material genteng dengan bahan dasar tanah liat.
Berdasarkan dimensi atap di atas dapat dihitung besarnya debit limpasan air hujan yang jatuh di bagian atap bangunan. Untuk keperluan perhitungan debit limpasan diperlukan data hujan harian maksimum tahunan. Data hujan didapatkan dari Stasiun Hujan Mojoagung selama 19 tahun (tahun 2002 – 2020). Data tersebut ditunjukkan
Sumber: https://id.m.wikipedia.org/
Sumber: bappeda.jatimprov.go.id
Sumber: Google Maps (2021)
Kondisi eksisting di lokasi kegiatan
2017 164
2016 94
2015 79
2014 104
2013 100
2012 75
2011 82
2010 84
2009 95
2008 70
2007 91
2006 122
2005 143
2004 134
2003 95
2002 105
Sumber: UPT SDA Wilayah Mojoagung
Berdasarkan data dalam Tabel 1 yang dihitung dengan persamaan (1) sampai dengan persamaan (8), diperoleh nilai debit limpasan di atap bangunan dengan periode ulang 2 tahun sebesar 1.084,02 liter/jam. Penentuan periode ulang 2 tahun sesuai dengan tujuan penggunaannya [12]. Besarnya debit tersebut, ditampung dalam tampungan untuk cadangan air bersih pada saat musim kemarau.
Dimensi tampungan ditentukan dengan kapasitas sebesar 5.300 liter. Tampungan tersebut berupa tandon air yang telah ada di lokasi kegiatan studi kasus. Durasi untuk pengisian kapasitas tandon tersebut hingga penuh adalah 5 jam berdasarkan nilai debit limpasan dari atap bangunan. Apabila durasi hujan yang turun lebih dari 5 jam, maka tandon air tidak mampu menampung besar volume limpahan air hujan dari atap. Limpahan air tersebut akan diresapkan ke dalam tanah dengan bantuan sumur resapan untuk keperluan konservasi air tanah.
Berdasarkan hasil perhitungan kedalaman sumur resapan dengan persamaan (9), diperoleh nilai kedalaman sumur 2,68 m. Diameter sumur resapan air hujan berkisar 0,8−1,0 m [12]. Berdasarkan ketersediaan tempat di lokasi kegiatan studi kasus, maka ditentukan diameter sumur 0,80 m.
Perancangan sumur resapan dilakukan dengan mempertimbangkan faktor kondisi tanah seperti nilai permeabilitas tanah, hal ini terkait dengan kemampuan sumur untuk meresapkan air [14].
Perencanaan sumur resapan dilakukan pada tanah dengan nilai permeabilitas tanah ≥ 2,00 cm/jam [12].
Berdasarkan pengambilan contoh tanah di lokasi
sumur resapan. Kedalaman muka air tanah di lokasi kegiatan studi kasus adalah 2,30 m, sedangkan kedalaman sumur resapan yang direncanakan adalah 2,68 m. Sehubungan dengan kondisi tersebut, dapat dinyatakan bahwa kedalaman air tanah lebih dangkal daripada kedalaman sumur resapan yang direncanakan. Oleh sebab itu, konstruksi sumur resapan yang semula memiliki kedalaman 2,68 m, dikurangi menjadi 1,35 dan direncanakan menjadi 2 unit sumur resapan.
Skema alur perancangan dapat ditunjukkan dalam Gambar 2, sedangkan hasil rancangan sistem pemanenan air hujan ditunjukkan dalam Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 2. Skema perancangan sistem pemanenan air hujan.
Berdasarkan skema alur yang ditunjukkan pada Gambar 2 dapat dinyatakan bahwa perancangan sistem pemanenan air dalam kegiatan studi kasus ini meliputi air hujan di atap bangunan menjadi limpasan, setelah itu diarahkan dan ditampung dalam tandon air berkapasitas 5.300 liter.
Jika tandon air yang berfungsi untuk menampung debit limpasan dari atap bangunan melimpah, maka air limpahan tersebut dimasukkan ke dalam tanah dengan bantuan sumur resapan. Air yang ada di tandon akan dimanfaatkan untuk pemenuhan kebutuhan air bersih. Air hujan yang ditampung dapat dimanfaatkan setelah melalui proses pengolahan. Pemodelan dan desain alat filtrasi akan dibahas dalam artikel publikasi tersendiri.
Kondisi:
Apabila tandon penuh
Kondisi: apabila dimanfaatkan Air
Hujan
Atap
Bangunan SPAH Tandon air
Alat Pengolahan Kualitas Air
Hujan
Sumur Resapan
Gambar 3. Rancangan sistem pemanenan air hujan.
untuk menampung debit limpasan air hujan dari atap yang akan dimanfaatkan sebagai cadangan ketersediaan air pada saat musim kemarau. Sumur resapan berguna untuk meresapkan limpahan air hujan yang berlebih dari tandon air untuk tujuan konservasi air tanah. Alat pengolahan kualitas air hujan berfungsi untuk mengolah kualitas air sebelum air tersebut dikonsumsi.
4.SIMPULAN
Sistem pemanenan air hujan yang dirancang di lokasi kegiatan studi kasus meliputi atap dengan luas 32,5 m2, tandon air dengan kapasitas 5.300 liter, sumur resapan berdiameter 0,8 m dan kedalaman 1,35 m, serta alat pengolahan kualitas air hujan. Atap bangunan berfungsi sebagai area tangkapan hujan. Tandon air berfungsi sebagai tampungan dari debit limpasan di atap. Sumur resapan berfungsi untuk meresapkan air yang berasal dari limpahan tandon air. Alat pengolahan kualitas air hujan untuk mengolah kualitas air hujan sebelum dikonsumsi. Hasil kegiatan ini bisa direkomendasikan untuk diterapkan secara luas.
UCAPANTERIMAKASIH
Ucapan terima kasih ditujukan kepada Yayasan Air Kita di Kecamatan Mojoagung, Kabupaten Jombang selaku mitra kegiatan yang sudah memberi kesempatan bagi penulis dan atas kerjasama aktifnya dalam pelaksanaan kegiatan ini. Artikel ini termasuk naskah bagian ke satu dari kegiatan yang telah dilaksanakan.
DAFTARPUSTAKA
[1] Badan Pusat Statistik Kabupaten Jombang, Kecamatan Mojoagung dalam Angka 2020.
Jombang: Jombang: BPS Kabupaten Jombang, 2020.
[2] Jombangkab.go.id, “Iklim dan Cuaca,” 2019.
https://jombangkab.go.id/pages/iklim- dancuaca/ (diakses Nov. 13, 2020).
[3] Kabarjombang.com, “Waspada Delapan Kecamatan di Jombang Ini Rawan Banjir,”
2020. https://kabarjombang.com/waspada- delapan-kecamatan-di-jombang-ini-
rawanbanjir/ (diakses Nov. 13, 2020).
[4] C. Quaresvita, “Perencanaan Sistem Pemanenan Air Hujan Sebagai Alternatif Penyediaan Air Bersih (Studi Kasus Asrama ITS).,” Skripsi,
Potensi Pemanenan Air Hujan Dengan Teknik Rainwater Harvesting Untuk Kebutuhan Domestik,” J. Teknik Sipil Fakultas. Teknik. Univ. Teuku Umar, vol.
4, no. 1, pp. 62–73, 2018.
[7] E. Sutrisno, Y. Ikhwan Siregar, dan N.
Nofrizal, “Pengembangan Sistem Pemanenan Air Hujan untuk Penyediaan Air Bersih di Selatpanjang Riau,”
Dinamika. Lingkungan. Indonesia., vol. 3, no. 1, p. 1, 2016, doi: 10.31258/dli.3.1.p.1- 8.
[8] I. Ali, S. Suhardjono, dan A. P.
Hendrawan, “Pemanfaatan Sistem Pemanenan Air Hujan (Rainwater Harvesting System) Di Perumahan Bone Biru Indah Permai Kota Watampone Dalam Rangka Penerapan Sistem Drainase Berkelanjutan,” J. Teknik Pengairan., vol. 008, no. 01, pp. 26–38,
2017, doi:
10.21776/ub.jtp.2017.008.01.03.
[9] Fachruddin., B. I. Setiawan, Prastowo., dan Mustafril., “Pemanenan Air Hujan Mengunakan Konsep Zero Runoff System (ZROS) dalam Pengelolaan Lahan Pala Berkelanjutan,” J. Teknik Sipil, vol. 22, no. 2, pp. 127–136, 2015, doi:
10.5614/jts.2015.22.2.6.
[10] Soewarno, Hidrologi Aplikasi Metode Statistik untuk Analisa Data Jilid 1.:
Bandung: NOVA., 1995.
[11] S. Harto, Hidrologi: Teori, Masalah, dan Penyelesaian., 1st ed: Yogyakarta: Nafiri Offset., 2000.
[12] Badan Standar Nasional Indonesia, SNI tentang Sumur Resapan dan Parit Resapan Air Hujan. Indonesia, 2017, pp.
12–13.
[13] A. Maryono, Memanen Air Hujan (Rainwater Harvesting)., Cetakan I.:
Yogayakarta: Gadjah Mada University Press., 2016.
[14] Kusnaedi, Sumur Resapan Untuk Pemukiman Perkotaan dan Pedesaan.
Jakarta: Penebar Swadaya, 2002.
