Studi Optimasi Pola Pemberian Air pada Daerah Irigasi Tumpang
Menggunakan Simulasi Stokastik Model Random Search
Fahriza Ahaditya Halim¹, Widandi Soetopo², Janu Ismoyo²
¹Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya ²Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Teknik Pengairan Universitas Brawijaya-Malang, Jawa Timur, Indonesia
Jalan MT. Haryono 167 Malang 65145 Indonesia e-mail : fahriza.300613@gmail.com
ABSTRAK
Daerah Irigasi Tumpang merupakan daerah irigasi yang memiliki potensi untuk dikembangkan. Studi ini membahas optimasi pemanfaatan air pada lokasi studi setelah dikembangkan. Analisa optimasi menggunakan metode optimasi dengan cara simulasi stokastik menggunakan solver. Selain pola tata tanam eksisting, direncanakan tiga alternatif pola tata tanam irigasi baru. Neraca air digunakan untuk membandingkan kebutuhan air irigasi setiap pola tata tanam dengan ketersediaan air yang ada. Berdasarkan analisa debit andalan, dipilih debit andalan 50% karena debit andalan 30% dianggap memiliki nilai yang terlalu optimis dan debit andalan 50% dinilai sudah mendekati dengan kondisi eksisting selama beberapa tahun terakhir. Hasil proses optimasi dengan program solver untuk kondisi debit andalan 50% diperoleh keuntungan maksimum sebesar Rp. 34.797.440.000,- dengan intensitas tanam 270% dalam durasi 1 tahun.
Kata kunci: Irigasi, Neraca air, Optimasi, Keuntungan.
ABSTRACT
Tumpang Irrigated area is an irrigated area that have potential to be developed. This study discusses about optimization of water utilization in the study area after being developed. Optimization analysis using optimization methods by means of stochastic simulation using solver. In addition to the existing cropped layout, planned three new alternative of irrigation cropped layout. The water balance is used to compare the needed of irrigation water per cropped layout with the existing water supply. From dependable discharge analysis, dependable discharge 50% is chosen because dependable discharge 30% is considered to have a value that is too optimistic and dependable discharge 50% is considered to be approached with existing condition during the last few years. The results of optimization process using solver for 50% dependable discharge condition was obtained maximum benefit of Rp. 34.797.440.000,- with 270% cropping intensity in the duration of 1 year.
1. PENDAHULUAN
Indonesia merupakan sebuah negara yang memiliki lahan pertanian yang luas sehingga dijuluki sebagai negara agraris dan sebagian besar wilayahnya merupakan perairan. Sebagai negara agraris, Indonesia meggunakan sebagian besar potensi airnya untuk kebutuhan irigasi.
Sistem irigasi yang ada di Indonesia dinilai selalu berkembang dan menjadi semakin baik. Permasalahan yang sekarang muncul adalah bagaimana kita memanfaatkan sumber daya air dengan jumlah yang ada secara efektif dan efisien. Peningkatan kualitas dan kuantitas pertanian diperlukan karena jumlah penduduk juga selalu bertambah. Peningkatan jumlah penduduk artinya peningkatan kebutuhan pangan dan akhirnya kembali lagi harus ada peningkatan hasil produksi pertanian.
Salah satu solusi yang dapat ditawarkan untuk mengurangi dampak dari permasalahan tersebut adalah dengan mengoptimasi pola pembagian air di tiap musim tanam dengan harapan meningkatkan efisiensi penggunaan air di sektor pertanian khususnya di lokasi studi.
Daerah Irigasi Tumpang memiliki luas baku 614 Ha dengan kebutuhan air irigasi yang bervariatif.
Gambar 1. Neraca Air Eksisting D.I. Tumpang Tahun 2014/2015 Berdasarkan Gambar 1 di atas diketahui bahwa D.I. Tumpang pada kondisi eksistingnya sudah dapat memenuhi kebutuhannya sendiri selama periode tanam
tersebut. Melihat potensi yang demikian, pada D.I. Tumpang direncanakan akan dilaksanakan ekstensifikasi lahan seluas 60 ha.
Studi ini akan menerapkan optimasi dengan cara mensimulasikan objek studi sehingga diperoleh alternatif-alternatif pola pembagian air untuk kondisi tata tanam yang bervariasi. Sehingga dapat ditentukan alternatif yang paling optimal. Proses dalam analisis pengerjaan studi ini menggunakan simulasi stokastik model
random search dengan bantuan software
komputer berupa solver. Simulasi stokastik yang digunakan merupakan prosedur sederhana dalam mencari solusi yang lebih baik dari solusi yang sebelumnya sudah ada.
Tujuan dari studi ini adalah mengoptimalkan penggunaan air untuk D.I. Tumpang sehingga dengan kondisi pengembangan yang ada, wilayah D.I. Tumpang dapat menghasilkan keuntungan yang maksimal, meskipun dengan kondisi yang terbatas.
2. METODOLOGI PENELITIAN Daerah studi yang akan dikaji adalah Daerah Irigasi Tumpang yang terletak di 2 kecamatan, yaitu Kecamatan Tumpang dan Kecamatan Pakis, Kabupaten Malang, dengan luas baku sawah 674 Ha. Peta lokasi sebagaimana pada gambar berikut.
Gambar 2. Lokasi Studi D.I. Tumpang Sumber: Goggle Earth
Gambar 2 merupakan lokasi studi dengan marking pada setiap bangunan bagi maupun sadap yang ada pada D.I. Tumpang.
Gambar 3. Skema Jaringan Irigasi D.I. Tumpang
Sumber: UPTD Tumpang
Untuk mencapai tujuan yang diharapkan maka diperlukan suatu langkah pengerjaan secara sistematis. Adapun langkah-langkah pengerjaan studi sebagai berikut :
1. Pengumpulan data-data terkait.
2. Perhitungan nilai FPR dan kebutuhan air irigasi.
3. Perhitungan debit andalan sungai dan debit penjatahan intake Dam Tumpang. 4. Neraca air masing-masing alternatif. 5. Perhitungan optimasi menggunakan
simulasi stokastik dengan bantuan program solver.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan Nilai FPR Musiman
Nilai FPR akan dibedakan sesuai dengan musim tanam yang berlangsung. Hal ini dikarenakan ketersediaan air pada tiap musim tanam berbeda. Perhitungan nilai FPR yang digunakan akan didasarkan pada kondisi eksisting tahun 2014/2015. Model perhitungan akan dilakukan dengan menghitung nilai FPR masing-masing periode dalam satu musim tanam sehingga dapat diambil nilai rata-ratanya. Akhirnya diperoleh nilai FPR = 0,31 untuk MT I, FPR = 0,35 untuk MT II dan FPR = 0,34 untuk MT III.
Perhitungan Debit Andalan
Debit andalan sungai akan dihitung untuk kondisi air rendah (80%), air normal (50%) dan air basah (30%) (Anonim, 2009). Debit yang sudah diandalkan selanjutnya
akan dijatahkan untuk intake Dam. Tumpang dan limpasan yang mengalir ke D.I. Bokor dan D.I. Karangjambe.
Faktor penjatahan sendiri diperoleh berdasarkan data historis nilai debit intake dan limpasan yang tercatat di Dam Tumpang. Sehingga diperoleh faktor penjatahan 41% untuk MT I, 49% untuk MT II dan 63% untuk MT III.
Tabel 1. Debit Penjatahan Dam Tumpang
152 Ha 167 lt/dt 69 Ha 76 lt/dt B. KR. JAMBE KJ.IA Ki 12 Ha 13 lt/dt 1 Ha 1 lt/dt KJ.IB Ki 1 Ha1 lt/dt KJ.I Ki 1 lt/dt 1 Ha KJ.IB Ka 1 Ha 1 lt/dt KJ.I Ka BK.1A 2 Ha B. BOKOR 2 lt/dt BK.1 Ki 33 lt/dt 30 Ha BK.1 Ka 48 Ha 53 lt/dt 46 Ha 13 Ha 14 lt/dt 5 Ha6 lt/dt KJ.IIA Ki KJ.II Ki 134 Ha 147 lt/dt KJ.II Ka TP.III A 93 lt/dt 84 Ha TP.IV Ki 9 lt/dt 8 Ha TP.III Ki2 51 lt/dt 86 Ha95 lt/dt 17 lt/dt 15 Ha TP.III Ki1 TP.II TP.1F Ki 14 Ha 15 lt/dt 2 lt/dt 2 Ha B. TUMPANG TP.1A 1 Ha1 lt/dt 148 lt/dt 135 Ha TP.I Ki1 36 Ha 37 lt/dt TP.I Ki2 B. BESAR 8 lt/dt 7 Ha BS.1 Ki 2 Ha 2 lt/dt 13 lt/dt 12 Ha TP.1B Ki TP.1C Ki 26 lt/dt 24 Ha TP.1D Ki TP.1E Ki BS.2 Ka BS.2 Ki 35 Ha 39 lt/dt TP. IV Ka K. LAJING K. KANTING 88 80 614 675 56 62 224 246 BTP IIIA BTP IV BTP III BTP II BTP 1F BKJ II BKJ IIA BKJ I BKJ IB BBK 1 BBK 1A BKJ IA BTP 1E BTP 1D BTP 1C BTP 1B BTP I BTP 1A BBS 2 BBS 1 K. AMPRONG
SUMBER AIR PITU
II 0,918 0,614 0,512 III 0,959 0,624 0,531 I 0,875 0,731 0,666 II 0,901 0,779 0,731 III 0,901 0,820 0,708 I 0,916 0,879 0,716 II 0,916 0,899 0,743 III 0,998 0,730 0,650 I 0,970 0,845 0,695 II 0,996 0,916 0,695 III 0,996 0,891 0,691 I 1,058 0,860 0,676 II 1,264 0,953 0,798 III 1,264 1,051 0,779 I 1,091 0,762 0,714 II 1,122 0,762 0,713 III 1,062 0,768 0,713 I 0,973 0,750 0,697 II 0,973 0,768 0,709 III 1,001 0,768 0,651 I 0,768 0,688 0,651 II 0,750 0,686 0,641 III 0,750 0,641 0,584 I 0,690 0,538 0,500 II 0,895 0,499 0,411 III 0,973 0,647 0,533 I 0,903 0,617 0,506 II 0,878 0,610 0,506 III 0,854 0,517 0,506 I 0,816 0,517 0,489 II 0,907 0,556 0,424 III 0,927 0,615 0,468 I 0,739 0,679 0,413 II 0,843 0,668 0,453 III 0,914 0,691 0,494 DES I 1,483 0,696 0,600 Q.Penjatahan Intake OKT NOV Q30% Q50% Q80% MEI JUN JUL AGS SEP DES JAN FEB MAR APR Waktu Bulan Periode
Gambar 4. Grafik Debit Penjatahan Dam Tumpang
Perhitungan Kebutuhan Air Irigasi Perhitungan kebutuhan air irigasi berdasarkan penentuan pola tata tanam yang diterapkan. Rumus yang digunakan yaitu metode LPR FPR (Anonim, 2009).
𝑄 = 𝐹𝑃𝑅 × 𝐿𝑃𝑅 𝐿𝑃𝑅 = 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑇𝑎𝑛𝑎𝑚 × 𝐾 dimana:
Q = Kebutuhan air irigasi (l/dt)
FPR = Faktor Palawija Relatif (l/dt/ha.pol) LPR = Luas Palawija Relatif (ha.pol) K = Faktor konversi tanaman (pol)
Berikut merupakan komposisi luas tanam yang direncanakan untuk studi ini. Tabel 2. Komposisi Tanam Perencanaan
Musim Tanam Padi Palawija Tebu
Eksisting I 453 123 38 II 343 233 38 III 290 286 38 Alternatif I 499 135 40 1 II 444 190 40 III 310 324 40 Alternatif I 499 135 40 2 II 431 202 40 III 364 270 40 Alternatif I 519 115 40 3 II 485 148 40 III 465 169 40
Tabel 3. Nilai Kebutuhan Air Irigasi
Bulan Periode Q kebutuhan (m
3/det)
Eks Alt 1 Alt 2 Alt 3
DES II 0,524 0,563 0,596 0,557 III 0,520 0,557 0,583 0,550 JAN I 0,666 0,809 0,686 0,875 II 0,656 0,797 0,698 0,818 III 0,676 0,792 0,749 0,818 FEB I 0,676 0,711 0,678 0,730 II 0,676 0,679 0,678 0,698 III 0,676 0,679 0,678 0,698 MAR I 0,676 0,679 0,678 0,698 II 0,676 0,679 0,678 0,698 III 0,676 0,679 0,524 0,698 APR I 0,568 0,535 0,389 0,584 II 0,609 0,523 0,623 0,509 III 0,646 0,561 0,687 0,618 MEI I 0,554 0,639 0,648 0,767 II 0,624 0,719 0,665 0,823 III 0,695 0,781 0,798 0,843 JUN I 0,695 0,688 0,676 0,767 II 0,685 0,688 0,676 0,732 III 0,685 0,688 0,676 0,732 JUL I 0,688 0,688 0,676 0,732 II 0,560 0,646 0,645 0,629 III 0,560 0,627 0,513 0,556 AGS I 0,440 0,502 0,412 0,487 II 0,434 0,540 0,497 0,486 III 0,630 0,647 0,653 0,606 SEP I 0,675 0,639 0,709 0,774 II 0,675 0,625 0,733 0,868 III 0,673 0,610 0,750 0,816 OKT I 0,622 0,532 0,630 0,689 II 0,622 0,532 0,630 0,689 III 0,622 0,532 0,630 0,689 NOV I 0,622 0,532 0,630 0,689 II 0,564 0,532 0,630 0,610 III 0,636 0,532 0,552 0,496 DES I 0,503 0,438 0,392 0,444
Nilai Produksi
Nilai produksi dihitung berdasarkan data produksi ekonomi untuk tiap-tiap tanaman. Hasil perhitungan akan berupa keuntungan hasil produksi untuk tiap-tiap musim tanam. Perlu diketahui bahwa nilai produksi pada bagian ini merupakan nilai maksimal pada kondisi panen 100% secara keseluruhan daerah irigasi, sehingga dapat turun ketika terjadi kondisi kekurangan air pada tiap-tiap petaknya.
Tabel 4. Nilai Produksi Hasil Panen 100%
Simulasi
Perumusan masalah dalam optimasi dengan simulasi stokastik memiliki tiga macam variabel, yaitu:
Variabel Putusan
Dalam studi ini variabel putusan yang diambil adalah faktor pemberian air masing-masing petak dalam satu periode.
Fungsi Tujuan
Dalam studi ini fungsi tujuan yang ingin dicapai yaitu memaksimalkan nilai keuntungan dari hasil produksi pertanian.
Fungsi Kendala
Bentuk fungsi kendala ini berupa ketersediaan air untuk memenuhi kebutuhan irigasi yang ada.
Setelah dilakukan simulasi diperoleh nilai pembagian air optimal untuk setiap kondisi. Sehingga dapat dilakukan perhitungan nilai produksi relatif dengan menggunakan rumus sinus perkalian. 𝑌𝑟𝑖 =[Sin({[(𝐴𝑊𝑟𝑖− 𝑎𝑆𝑖𝑛(𝐴𝑊𝑅𝑖. 2𝜋)] × [1 − 𝑏𝑆𝑖𝑛(𝐴𝑊𝑅𝑖. 𝜋)]𝑐}𝑑. 𝜋 2)] 𝑒 dimana: a = 0,12824 b = 0,31559 c = 1,67754 d = 2,00000 e = 1,20000
Kelima koefisien tersebut merupakan hasil pertimbangan berdasarkan kondisi perencanaan tanaman dan berlaku untuk perencanaan irigasi sepuluh harian.
Rekapitulasi Hasil Perhitungan Intensitas Tanam
Nilai intensitas tanaman dinyatakan dalam persen untuk setiap musim tanam selama satu tahun.
Nilai intensitas tanam untuk kondisi debit air rendah (Q80%) adalah 198% untuk
alternatif 1, 224% untuk alternatif 2 dan 172% untuk alternatif 3.
Nilai intensitas tanam untuk kondisi debit air normal (Q50%) adalah 277% untuk
alternatif 1, 270% untuk alternatif 2 dan 248% untuk alternatif 3.
Nilai intensitas tanam untuk kondisi debit air basah (Q30%) adalah 300% untuk
seluruh alternatif.
Keuntungan Hasil Pertanian
Nilai keuntungan hasil pertanian dinyatakan dalam rupiah selama satu tahun.
Nilai keuntungan untuk kondisi debit air rendah (Q80%) adalah Rp.
14.113.840.000,- untuk alternatif 1, Rp. 21.007.400.000,- untuk alternatif 2 dan Rp. 15.615.150.000,- untuk alternatif 3. Nilai keuntungan untuk kondisi debit air rendah (Q50%) adalah Rp.
32.520.090.000,- untuk alternatif 1, Rp. 34.797.440.000,- untuk alternatif 2 dan Rp. 25.312.700.000,- untuk alternatif 3. Nilai keuntungan untuk kondisi debit air rendah (Q30%) adalah Rp.
44.711.780.000,- untuk alternatif 1, Rp. 44.479.620.000,- untuk alternatif 2 dan Rp. 46.584.560.000,- untuk alternatif 3. I II III Eksisting 13.995,41 13.438,22 12.690,38 Alternatif 1 15.207,64 14.371,86 15.147,76 Alternatif 2 15.192,17 14.170,65 15.163,24 Alternatif 3 15.517,19 15.006,44 16.060,93
Nilai Produksi 100% (Juta Rp) Kondisi
4. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari perhitungan dan analisa yang telah dilakukan adalah:
1. Nilai kebutuhan air irigasi untuk setelah dilakukan perhitungan untuk setiap kondisi perencanaan diperoleh
range hasil nilai kebutuhan air sebagai
berikut.
Eksisting : 0,000 m3/det sampai
dengan 0,695 m3/det Alternatif 1 : 0,000 m3/det sampai
dengan 0,897 m3/det
Alternatif 2 : 0,000 m3/det sampai dengan 0,798 m3/det Alternatif 3 : 0,000 m3/det sampai
dengan 0,881 m3/det 2. Setiap perencanaan sebuah alternatif
tata tanam memiliki periode yang kekurangan air irigasi, terutama pada saat kondisi debit air sedang rendah (Q80%) dan normal (Q50%). Hal ini
disebabkan karena pengaruh ketersediaan debit yang fluktuatif dan juga perencanaan yang banyak mengutamakan padi. Akibat terjadi kekurangan air irigasi, perlu dilakukan simulasi untuk mengoptimalkan kondisi air yang ada dengan tujuan mengoptimalkan hasil usaha tani. Sedangkan untuk kondisi debit air basah (Q30%) tidak perlu dilakukan
simulasi, karena kondisi air melimpah dan dapat memenuhi kebutuhan air yang telah direncanakan.
3. Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan, diperoleh tingkat intensitas tanam terbaik untuk kondisi debit air rendah (Q80%) pada alternatif 2 sebesar
224%. Untuk kondisi debit air normal (Q50%) pada alternatif 1 sebesar 277%.
Sedangkan untuk kondisi debit air basah, ketiga alternatif yang direncanakan serta kondisi tata tanam eksisting memiliki tingkat intensitas tanam sebesar 300%.
4. Keuntungan paling maksimum dari seluruh perencanaan yang ada terdapat saat kondisi debit air basah (Q30%)
perencanaan alternatif 3 yaitu sebesar Rp 46.584.560.000,00 yang memiliki surplus sebesar Rp 6.460.550.000,00 apabila dibandingkan dengan keuntungan pada kondisi eksisting yang sebesar Rp 40.124.010.000,00. Sedangkan untuk kondisi perencanaan yang lain memiliki nilai defisit apabila dibandingkan dengan kondisi eksisting. Meskipun demikian, dari ketiga alternatif yang telah direncanakan, alternatif 2 memberikan hasil yang dapat dibilang paling optimum.
Saran
1. Penggunaan sistem giliran terutama untuk tanaman padi akan memberikan potensi pemenuhan air lebih baik daripada sistem pemberian air terus-menerus ketika perencanaan berjalan dengan kondisi debit air rendah maupun normal.
2. Simulasi stokastik ini harus lebih sering dicoba lagi untuk kasus-kasus irigasi, dikarenakan terbatasnya referensi mengenai simulasi ini terhadap kasus selain waduk.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2009. Alokasi Air DAS Amprong. Malang : Dinas PU Pengairan UPT Pengelolaan Sumber Daya Air Wilayah Sungai Bango-Gedangan
Soetopo, Widandi. 2012. Model-Model
Simulasi Stokastik untuk Sistem Sumberdaya Air. Malang : CV Citra
Malang
Soewarno.1995. Hidrologi Aplikasi Metode
Statistik untuk Analisa Data Jilid 1.
Bandung : Penerbit “NOVA”
Limantara, LM dan Soetopo, W. 2010.
Manajemen Sumber Daya Air.
Bandung : Lubuk Agung
Sosrodarsono, S dan Takeda, K.
1987. Hidrologi untuk
pengairan. Jakarta : PT. Pradnya
