Analisis Pemanfaatan Air Tanah Untuk Keperluan Air Irigasi di Kawasan Desa Huta Parik Kecamatan Ujung Padang Kabupaten Simalungun

(1)

ANALISIS PEMANFAATAN AIR TANAH UNTUK KEPERLUAN AIR

IRIGASI DI KAWASAN DESA HUTA PARIK KECAMATAN UJUNG

PADANG KABUPATEN SIMALUNGUN

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas

dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil

Universitas Sumatera Utara

Disusun Oleh :

SYAMSUL BAHRI

10 0404 020

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2016

(2)

i

ABSTRAK

Kebutuhan akan sumber daya air pada saat ini cenderung meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah penduduk sehingga terjadi ketidakseimbangan dalam memenuhi kebutuhan di sektor pertanian. Air tanah adalah salah satu sumber mata air yang digunakan untuk air irigasi di sejumlah lahan pertanian di sekitar wilayah tersebut.

Lokasi studi penelitian berada di Kawasan Desa Huta Parik Kecamatan Ujung Padang Kabupaten Simalungun. Data yang digunakan adalah data primer dan data sekunder kemudian dianalisis dengan analisis hidrologi dan analisis hidrolika.

Pengukuran di lapangan yang dilakukan adalah pengukuran debit air tanah. Pengukuran dilakukan menggunakan data sumur yang telah dikumpulkan yaitu data permeabilitas, data pemompaan dan penurunan muka air tanah. Menghitung besarnya kebutuhan air irigasi dengan menggunakan metode analisa kebutuhan air irigasi dan metode Neraca air, dari hasil analisis didapat besarnya kebutuhan air irigasi yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan air irigasi Huta Parik.

Berdasarkan penelitian ini wilayah potensi air tanah Desa Huta Parik Kecamatan Ujung Padang memiliki potensi air tanah sedang pada akuifer dangkal dan tinggi pada akuifer dalam. Sistem akuifer didaerah Simalungun dikelompokkan menjadi akuifer dangkal (akuifer bebas) dan akuifer dalam (akuifer tertekan), namun pada daerah Huta Parik termasuk kedalam jenis sistem akuifer bebas (unconfined akuifer). Akuifer dangkal terdapat pada kedalaman antara 3,0 - 45,0 mbmt dengan ketebalan akuifer yang tidak merata di semua tempat, umumnya kurang dari 15,0 m. Tercatat MAT berkisar antara 3,0 - 10 mbmt. Berdasarkan perhitungan melalui data pemompaan dan penurunan muka air tanah debit optimal air tanah yang didapat yaitu sebesar 0,005 m3_{/s, sedangkan}

debit maksimumnya 0,0136 m3/s. Berdasarkan metode Neraca air, curah hujan rata-rata tahunan yang berlangsung didaerah penyelidikan sebesar 2988,85 mm/tahun kemudian air hujan yang masuk kedalam tanah sebesar 670,45 mm/tahun atau 22,43% dari jumlah curah hujan rata-rata tahunan. Dengan demikian air yang masuk kedalam tanah dengan luas 0,3425 km2 diperkirakan sekitar 0,229 juta m3/tahun. Jadi dapat disimpulkan bahwa debit yang keluar masih dapat mencukupi untuk keperluan air irigasi Huta Parik yaitu rata-rata sebesar 0,0243 m3/s maupun untuk keperluan air penduduk setempat. Petani di Desa Huta Parik memilih Alternatif-2 dimana masa tanam dimulai awal Desember berdasarkan turun temurun dengan kebutuhan air sebesar 0,0219 m3_{/det. Dari}

hasil penelitian juga didapat bahwa kondisi dan klasifikasi sumur didaerah Huta Parik saat ini kurang diperhatikan sehingga efektifitas air tanah yang keluar kurang efektif, hal ini terlihat dari kondisi sumur dan bak penampungan air yang tidak terawat. Namun demikian jumlah air tanah yang dihasilkan sampai saat ini masih dapat mencukupi kawasan irigasi Huta Parik yang luasnya sebesar 34,25 ha.

Kata kunci: Analisa, Debit air tanah, Kebutuhan air, Akuifer, Efektifitas, Huta Parik.

(3)

ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur dipanjatkan atas khadirat Allah SWT yang telah melimpahkan

rahmat dan karunia-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan

studi pada Program Studi Strata Satu (S1) Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir yang digunakan adalah :

“Analisis Pemanfaatan Air Tanah Untuk Keperluan Air Irigasi Di Kawasan Desa

Huta Parik Kecamatan Ujung Padang Kabupaten Simalungun_”.

Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas

dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis

ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa

pihak yang berperan penting yaitu :

1. Orangtua tercinta, Ayahanda Ramli yang merupakan motivator penulis dan

ibunda Mawarti yang selalu memberi kasih sayangnya serta adik penulis Ayu

Handayani Sadzah yang telah memberi doa, motivasi, dan semangat.

2. Bapak Ir. Makmur Ginting, M.Sc selaku dosen pembimbing, yang telah

banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, nasehat yang

selalu mendidik, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam

membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Ibu Ir. Seri Maulina, M.Si. P.hD selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara.

(4)

iii 4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Bapak Ir. Alferido Malik dan Bapak Ivan Indrawan ST,MT selaku Dosen

Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap

Tugas Akhir ini.

7. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc, selaku kordinator tugas akhir sub jurusan Teknik

Sumber daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara, yang telah memberikan izin dalam mewujudkan Tugas Akhir

ini.

8. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar serta pegawai Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

9. Untuk BMKG Sampali-Medan yang telah memberikan sambutan yang baik

dan mempermudah semua urusan yang berkenaan dengan penyelesaian Tugas

Akhir ini.

10. Untuk Nurhamimah Daulay yang selalu membantu, menyemangati,

menasehati dan saling mendukung serta sahabat-sahabat saya yang

menemani, melewati suka dan duka selama kuliah.

11. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2010, Azis, Tria, Agave, Lamhot, Iqbal,

Ijep, Dice, serta teman-teman angkatan 2010 yang tidak disebutkan

seluruhnya, terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.

(5)

iv Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam

mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat

diselesaikan dengan baik.

Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki, maka penulis

menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu,

segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan untuk

penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir

ini bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, September 2016

Penulis,

Syamsul Bahri

10 0404 020

(6)

v

DAFTAR ISI

Daftar Halaman

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR NOTASI ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Perumusan Masalah... 2

1.3. Pembatasan Masalah ... 3

1.4. Tujuan ... 3

1.5. Manfaat ... 3

1.6. Metode Penelitian ... 4

1.6.1. Study Literatur... 4

1.6.2. Survey dan Pengumpulan Data ... 4

1.7. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6

2.1. Siklus Hidrologi ... 6

2.2. Hidrologi air Tanah ... 8

2.2.1. Daur Hidrologi ... 8

2.2.2. Daur tertutup ... 8

2.3. Air Bawah Tanah ... 11

2.3.1. Kejadian Air Tanah ... 11

2.3.2. Recharge dan Discharge Antara Air Tanah dan Sungai ... 14

2.3.3. Aquifer ... 19

2.3.4. Aquifer-aquifer Artesis ... 23

(7)

vi

2.4. Permeabilitas ... 24

2.5. Sungai... 30

2.6. Daerah Aliran Sungai ... 31

2.7. Kapasitas Jenis Sumur ... 33

2.7.1. Penurunan Muka Air Di Sumur Akibat Pemompaan ... 35

2.7.2. Besarnya Total Penurunann Muka Air di Sumur ... 35

2.7.3. Debit Sumur Pompa ... 37

2.8. Analisa Hidrologi ... 38

2.8.1. Curah Hujan ... 38

2.8.2. Curah Hujan Efektif ... 42

2.8.3. Kebutuhan Air Sawah ... 43

2.9. Analisa Kebutuhan Air Untuk Irigasi... 44

2.9.1. Efisiensi Irigasi ... 45

2.10. Eksplorasi Air Tanah... 46

2.11. Eksploitasi dan Pembangunan Kelengkapan Sarana Pemanfaatan Air tanah ... 48

2.12. Komponen Sarana Prasarana Irigasi Air Tanah ... 49

BAB III DESKRIPSI LOKASI PENELITIAN ... 50

3.1. Data Curah Hujan ... 50

3.2. Gambaran Umum Lokasi Penelitian... 51

3.3. Letak Geografis ... 51

3.4. Kondisi Geologi ... 55

3.4.1. Tanah Vulkanis (Toba Tuff) ... 59

3.5. Kondisi Topografi ... 63

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 64

4.1. Desain penelitian ... 64

4.2. Metode Pengumpulan Data ... 65

4.2.1. Pemakaian Air Irigasi ... 65

(8)

vii

4.3. Metode Analisis dan Pengolahan Data ... 65

4.3.1. Analisis Hidrologi ... 65

4.3.2. Pengolahahn Data Curah Hujan ... 66

4.3.3. Pengolahan Data klimatologi ... 66

4.4. Analisa Pemakaian Air dengan Ketersediaan Air ... 67

4.5. Diagram Alir Kegiatan ... 68

BAB V ANALISA DAN PEMBAHASAN... 69

5.1. Analisa Hidrologi ... 69

5.1.1. Perhitungan Curah Hujan ... 69

5.1.2. Curah Hujan Efektif ... 71

5.1.3. Evapotranspirasi... 74

5.1.4. Air Permukaan ... 75

5.1.5. Neraca Air (Water Balance) ... 76

5.2. Kebutuhan Air Irigasi ... 78

5.3. Konfigurasi Sistem Akuifer ... 92

5.3.1. Sistem Akuifer Dangkal... 93

5.3.2. Sistem Air Tanah ... 95

5.3.3. Potensi Air Tanah ... 96

5.3.4. Uji Permeabilitas di Lapangan... 96

5.3.5. Kondisi dan Klasifikasi Sumur ... 99

5.3.6. Debit Optimum Yang Dapat Dieksploitasi Dari Sumur Pompa ... 102

5.3.7.Pemompaan Dari Satu Sumur Pada Akuifer Bebas... 105

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 108

6.1. Kesimpulan ... 108

6.2. Saran ... 109

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

(9)

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Siklus Hidrologi ... 7

Gambar 2.2. Prinsip Perencanaan Debit Pada Constant Area Method ... 12

Gambar 2.3. Prinsip Perencanaan Pada Constant Discharge Method ... 13

Gambar 2.4. Sketsa Daerah Tangkapan dan Daerah Pelepasan Pada Suatu Daerah Aliran .. 15

Gambar 2.5. Sketsa Recharge Antara Air Tanah dan Sungai ... 17

Gambar 2.6. Sketsa Lajur Air Tanah ... 18

Gambar 2.7. Sketsa Mata Air Di Tempat Tinggi ... 19

Gambar 2.8. Confined aquifer dan Unconfined aquifer ... 21

Gambar 2.9. Akuifer Terangkat (Perched Aquifer) ... 22

Gambar 2.10. Valley Aquifer Pada Aliran Humid dan Arid ... 22

Gambar 2.11. Drawdown Selama Pemompaan ... 34

Gambar 2.12. Grafik Untuk Mencari Qoptimum... 38

Gambar 3.1. Infiltrasi Kecil Perkolasi Besar ... 56

Gambar 3.2. Infiltrasi Besar Perkolasi Kecil ... 56

Gambar 3.3. Hubungan Antara Infiltrasi dengan Aliran Permukaan dan Curah Hujan ... 57

Gambar 3.4. Penampang Tahanan Jenis Batuan ... 60

Gambar 4.1. Diagram Aliran Kegiatan ... 68

Gambar 5.1. Penampang Litelogi Akuifer ... 93

Gambar 5.2. Penampang Litelogi dan Indeks Lintasan Litelogi Akuifer ... 94

Gambar 5.3. Diagram Pagar dan Indeks Lokasi ... 95

Gambar 5.4.Skema Percobaan Penentuan Permeabilitas... 98

Gambar 5.5. Hubungan Antara Sw/Q dengan Q ... 101

Gambar 5.6. Grafik Untuk Menentukan Debit Optimum Sumur ... 104

Gambar 5.7. Aliran Tunak Pada Akuifer Bebas ... 105

(10)

ix Gambar 5.8. Grafik Curah Hujan dan Grafik Hubungan antara Ketersediaan Air

dan Kebutuhan Air Irigasi ... 107

(11)

x

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

Tabel 2.1. Tabel Nilai C Menurut Walton ... 36

Tabel 2.2. Tabel Fd Menurut Bierschenk ... 37

Tabel 3.1. Proporsi Wilayah Kecamatan Menurut Penggunaan Lahan Tahun 2010 (%) ... 63

Tabel 5.1. Curah Hujan Regional ... 70

Tabel 5.2. Rangking Curah Hujan Efektif ... 72

Tabel 5.3. Curah Hujan Efektif untuk Tanaman Padi ... 74

Tabel 5.4. Rekapitulasi Perhitungan Evapotranspirasi Potensial (mm/hari) ... 75

Tabel 5.5. Perhitungan Neraca Air Bulanan ... 78

Tabel 5.6. Perhitungan Neraca Air Tahunan ... 78

Tabel 5.7. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif–1 ... 79

Tabel 5.19. Kebutuhan Air Irigasi dengan 12 Alternatif ... 91

(12)

xi Tabel 5.20. Rata-rata Kebutuhan Air Irigasi Tiap Bulan berdasarkan 12

Alternatif ... 92

Tabel 5.21. Data Untuk Menentukan Nilai Permeabilitas ... 98

Tabel 5.22. Data Pemompaan dan Penurunan Muka Air Tanah ... 99

Tabel 5.23. Kondisi Sumur Berdasarkan Harga koefisien C ... 102

Tabel 5.24. Klasifikasi Sumur Berdasarkan Faktor bentuk (Fd) ... 102

Tabel 5.25. Data pemompaan Dan Penurunan MAT ... 103

Tabel 5.26. Tabel Hubungan Antara Ketersediaan Air dan Kebutuhan Air Irigasi 34,25 Ha dengan pola Tanam Padi-padi-Palawija Mulai Awal Bulan Desember ... 106

(13)

xi

DAFTAR NOTASI

Notasi

A = luas areal rencana irigasi (ha)

AET = Evapotranspirasi aktual

A1,A2,…,An = Aliran Dasar (m3/dtk/km)

B = Lebar Sungai

BF = Aliran dasar

e = efisiensi irigasi secara keseluruhan

Ea = evapotranspirasi aktual (mm)

Ec = efisiensi irigasi

Ee = Evapotranspirasi terbatas

Eo = evaporasi air terbuka (mm/hari)

ET = Evapotranspirasi

ETc = penggunaan konsumtif (mm/hari)

ETo = evapotranspirasi potensial (mm)

G = Volume air tanah

H = Tinggi muka air

HE = Hujan efektif

i = faktor infiltrasi

I = Kemiringan dasar saluran

IA = Tingkat efektifitas

IR = kebutuhan air irigasi untuk pengolahan tanah (mm/hari)

I1,I2,...In = garis isohyet ke 1,2, dan 3

(14)

xii k = Faktor resesi air tanah

K = konstanta

KA = Kehilangan Air

KAI = Kebutuhan Air Irigasi

KAT = Kontribusi Air Tanah

KK = Kebutuhan Khusus

KL = Koefisien evapotranspirasi

Kc = Koefisien tanaman

L = Penyimpanan volume air tanah

M = kebutuhan air untuk mengganti kehilangan air akibat evaporasi

dan perkolasi di sawah yang telah di jenuhkan

n = Jumlah Stasiun Pengamat

n = Koefisien kekasaran Manning

N = Jumlah data

NFR = kebutuhan air irigasi di sawah (lt/det/Ha)

P = Curah Hujan Wilayah

P = Perkolasi (mm/hari)

P1,P2,…,Pn = hujan di stasiun 1,2,3...n

PAI = Pemberian Air Irigasi

P1 = Parameter yang menggambarkan karakteristik tanah

permukaan

P2 = Parameter seperti P1 tetapi untuk lapisan tanah dalam

PET = Evapotranspirasi potensial

PF = Limpasan badai

(15)

xiii

Q = Debit

QRO = Debit total

R = Area Rainfall (mm)

R1, R2,.,Rn. = Point Rain Fall Stasiun Ke-i

R = curah hujan minimum pada tengah bulanan

R = Jari-jari hidrolik

Rb = Curah hujan bulanan

Re = curah hujan per hari (mm/hari)

Reff = Curah hujan efektif

S = Perubahan tampungan

SS = Kandungan air tanah

T = jangka waktu penyiapan lahan (hari)

Tro = Total limpasan

V = Kecepatan aliran

V1 = Kecepatan pembacaan ke-1

VR = Kecepatan rata-rata

Vn = Total volume aliran dalam tanah

Wi = Rasio tampungan tanah

Wo = Tampungan kelengasan awal

WLR = penggantian lapisan air (mm/hari)

WS = Kelebihan air