REKAYASA SUMBER DAYA AIR

(1)

REKAYASA SUMBER DAYA

AIR

MATERI UAS

9. Menganalisis sumberdaya air dan air tanah;

ketersediaan, pemanfaatan, dan

pelestariaannya

Permasalahan SDA Pengelolaan air tanah

Perencanaan PSDA

PSDA berkaitan dengan kendala air yaitu:

• Kelebihan air

• Kekurangan air

• Kualitas tidak sesuai kebutuhan

(2)

Penyelesaian Permasalahan PSDA

• Penyelesaian PSDA dilakukan dengan pemodelan,

dengan prosedur:

• Menirukan sistim fisik ditransfer dalam

persamaan matematika

• Melakukan kalibrasi

• Melakukan alternatif penyelesaian permasalahan

PSDA dengan berbagai Strategi

• Melaksanakan Optimasi

Konsep Pemodelan

Strategi Penyelesaian Model Matematika Masukan di Model Sistem di alam Keluaran di Model Keluaran di Sistem

Jenis Pemodelan

• Linier jika fungsi kendala dan fungsi tujuan adalah

persamaan linier, sebaliknya adalah model Tidak Linier

• Deterministik adalah model yang tidak menggunakan

probalilitas, sebaliknya adalah Stokastik yaitu model yang

menggukanan kemungkinan/probabilistik

• Model Statik adalah model dengan tanpa menggunakan

fungsi waktu, sebaliknya adalah model dinamik yang

memperhitungkan fungsi waktu

Teknik Optimasi

• Metode Lagrange/Kalkulus

• Program Linier

• Program Tidak Linier

• Program Dinamik

(3)

Metode Lagrange

• Prosedur

1. Dicari persamaan fungsi tujuan (maksimum atau

minimum

2. Dicari persamaan fungsi kendala

3. Dibuat fungsi baru dengan pengali lagrange

4. Turunan fungsi baru ke variabel yang sama dengan nol

• Perhitungan dapat dilakukan secara analitis

Contoh Aplikasi Metode Lagrange

• Permasalahan

Suatu bak air akan dibangun untuk menampung

limbah dengan volume 32 m

3

_{. Tentukan ukuran bak}

agar diperoleh bahan yang paling hemat

• Penyelesaian

Tentukan persamaan matematika

Tentukan fungsi tujuan

Tentukan fungsi kendala

Tentukan persamaan dengan faktor pengali lagrange

Contoh Solusi

•Luas bak = (2a2+ 4 a.h)

•Volume bak = a2.h=32

•Tentukan pers fungsi tujuan

Min. f(a,h) = 2a2_{+ 4.a.h}

•Tentukan fungsi kendala

g(a,h) = a2_.h-32

•Buat faktor pengali lagrange

L(a,h) = f(a,h) + α. g(a,h)

= 2a2_{+ 4.a.h + α(a}2_.h-32) ∆L/∆a = 4.a + 4.h + 2 ah α = 0 ...(1) ∆L/∆h = 4 a + a2. α = 0 ...(2) ∆L/∆α = a2_{. h - 32 = 0 ...(3)} h a a

• Dari pers (3) h = 32/a

2

• Dari pers (2) α = - 4/a

• Dari pers (1) 4a + 4h +2 α ah =0

4a + 4. 32/a

2

_{+ 2 a 32/a}

2

_{.( - 4/a) =}

maka a =4 m

h = 32/a

2

_{= 2m}

(4)

Progam Linier

• Prosedur

1. Tetapkan fungsi Tujuan dan fungsi kendala

2. Ubah bentuk fungsi ketidak samaan menjadi fungsi persamaan

• Tanda ≤ diubah menjadi = dgn variabel Slac Si≥ 0

contoh : ai1x1+ ai2x2+...+ ainxn ≤ bi

ai1x1+ ai2x2+...+ ainxn+ Si = bi

• Tanda ≥ diubah menjadi = dgn variabel Slac Si≤ 0

contoh : ai1x1+ ai2x2+...+ ainxn ≥ bi

ai1x1+ ai2x2+...+ ainxn+ Si == bi

• Dapat dihitung cara analitis dan/atau grafis

Contoh Aplikasi Model Program Linier

•Permasalahan

Suatu desa (P) akan mengelola air minum yang diambil dari mata air A dan B. Debit maksimum yang dapat diambil dari A = 500

m3_{/hari, dari B = 1000 m}3_{/hari. Kebutuhan air di P minimum = 800}

m3_{/hari. Untuk dapat digunakan perlu biaya OP masing masing}

dari A = Rp 50,-/m3_{dan dari B = Rp 80,-/m}3_{. Jika harga jual air =}

Rp 100,-/m3_{tentukan jumlah kombinasi pengambilan air dari A}

dan B yang memberikan tingkat keuntungan maksimal di desa P.

desa P

Mata Air A Mata Air B

Penyelesaian

•Jumlah yang dibutuhkan:

Jumlah air dari A = x m3

Jumlah air dari B = y m3

•Fungsi Tujuan:

Maksimumkan keuntungan dengan persamaan: x (100-50) + y ( 100-80) = max 50 x + 20 y = mak •Fungsi Kendala: x ≥ 0 dan y ≥ 0 x + y ≥ 800 x ≤ 500 y ≤ 1000

Dengan cara Grafis

X Y 1000 500 800 500 1000 800 1250 A (500, 1000) Keuntungan: 50*500+20*1000=45000/hari

(5)

Contoh soal

•Suatu areal irigasi A = 1000 ha akan ditanami dua jenis tanaman T1

dan T2. Polusi yang diakibatkan dua jenis tanaman yaitu T1 = 0,9 kg/ha/thn T2 = 0,5 kg/ha/thn. Jumlah polusi pestisida ke sungai tidak boleh lebih dari 632,5 kg/thn. Penjualan hasil produksi T1=Rp 300/ha dan T2=Rp150/ha. Biaya produksi T1 = Rp 160/ha dan T2 = Rp 50/ha. Hitunglah kombinasi luas areal yang memberikan keuntungan Maksimal dengan tidak menimbulkan polusi yang melebihi standart yang ditentukan

•Jawabannya T1 = 331,25 ha T2= 668,75 ha

Program Non Linier

• Program ini digunakan untuk menyelesaikan persoalan optimasi yang salah

satu fungsinya merupakan persamaan tidak linier

• Penyelesaian dapat dilakukan dengan cara analitis atau grafis • Teknik penyelesaian dengan cara grafis:

•gambarkan daerah kelayakan yang memenuhi persamaan fungsi kendala •gambarkan garis arah fungsi tujuan dengan memberikan nilai fungsi tujuan

secara random

•geser garis fungsi tujuan yang menyinggung daerah kelayakan yang

memberikan hasil maksimum/minimum.

10. Menganalisis sumberdaya air tanah;

ketersediaan, pemanfaatan, dan

pelestariaannya

Permasalahan SDA adalah tentang air permukaan dan air tanah (ketersediaan, pemanfaatan, dan

pelestariannya)

AIR BAWAH PERMUKAAN

TANAH

AKIFER BEBAS( unconfined aquifer ) AKIFER TERTEKAN( confined aquifer )

(6)

•Sumur Gali

•Sumur pompa tangan

•Sumur pompa tangan dangkal

•Sumur pompa tangan dalam

•Umur Artesis

Garis tinggi tenaga (pisometrik)

Akifer bebas ( unconfined aquifer ) Akifer terkekang ( confined aquifer ) lapisan permeable lapisan. impermeable Sumur Artesis Sumur gali / pompa tangan

Aquifer

Sumur Gali

•Cara pengambilan air tanah ( tradisional ) yang banyak dilakukan

masyarakat ( perencanaan & pembuatannya mudah ).

• Dari segi kesehatan pada umumnya kurang baik, karena kualitas

dan kuantitasnya masih dipengaruhi oleh air tanah disekitarnya.

•Diameter antara 1 m s/d 2 m, dengan kedalaman sampai pada

akifer bebas( 6 m s/d 9 m )

• Dilengkapi dengan penahan dinding sumur ( casing ) dari pas. batu bata /

beton, sampai kedalaman + 3 m dari muka tanah, untuk mengurangi pencemaran serta pengamanan & perlindungan thd masuknya air kotor ke sumur, dipasang bibir sumur setinggi 1 m.

• Dilengkapi alat pengambilan, yaitu ember, tali dan kerekan yang dipasang pada

portal di atas sumur. Di pedesaan masih banyak dipakai batang bambu dan bandul batu ( sumur senggot ). Sedang di perkotaan, sumur gali sudah dilengkapi dengan pompa tangan atau pompa mesin ( listrik ) sebagai alat pengambilannya

(7)

Akifer bebas, sumur gali

1. Dinding sumur dari buis beton 2. Alas / lantai sumur

3. Saluran pembuang 4. Kerek-an 5. Tali 6. Ember / timba 7. Permukaan air 1 7 6 3 2 4 5 6 - 9m 1 - 2m

Akifer bebas, sumur pompa tangan

•Sumur pompa tangan dangkal

•b. Sumur pompa tangan dalam

- Sumur pompa tangan dalam dng silinder terbuka

Gambar Sumur pompa tangan dangkal

27

Gambar Sumur pompa tangan dalam

(8)

SUMUR ARTESIS dari akuifer tertekan

• Sumur artesis merupakan suatu cara pengambilan air dari akifer tertekan, dengan

membuat sumur bor hingga mencapai kedalaman akifer tertekan.

• Sumur artesis positif, akibat tekanan air dari dalam yang melebihi tekanan udara di

luar, maka tanpa di pompa air tersebut dapat memancar keluar.

• Sumur artesis negatif, terjadi jika tekanan udara di luar melebih tekanan air dari dalam

sehingga air tanah tidak dapat mecapai permukaan tanah (perlu pompa )

Persyaratan didalam pembangunan sumur artesis antara lain : • Kwalitas air harus memenuhi syarat kesehatan

• Aliran air harus mengalir sendiri ( sumur artesis positif )

• Jika pada sumur artesis, air tidak mengalir sendiri (sumur artesis negatif ), maka sumur tersebut harus dilengkapi dengan pompa ( biaya tinggi )

• Kapasitas sumur yang disyaratkan minimal 5 lt / dtk dengan uji pumping test. • Bang. onstruksi sumur artesis harus mengacu pada ketetapan Dit. Geologi.

29

Akifer tertekan, sumur artesis

Sumur artesis Akifer bebas m a t Pipa udara Tutup beton 80 x 80 Pipa kuras Sal. Distribusi Akifer bebas m a t

Lapisan kedap air _{Lapisan kedap air}

> 50 m

Contoh eksploitasi sungai bawah tanah

•Sub sistem Duren,

•Sub sistem Bribin

•Sub sistem Ngobaran

31

eksploitasi sungai bawah tanah dengan pemompakan bertingkat • Pantai selatan Wonosari Kabupaten Gunung Kidul, wilayahnya terdiri dari

pegunungan kapur ( karst ), sehingga banyak terdapat aliran sungai bawah tanah yang sangat potensi dieksploitasi

• Upaya-upaya telah dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan kelangkaan

air di musim kemarau panjang, dengan mengeksploitasi sungai bawah tanah di daerah tersebut, diantaranya adalah Sub sistem Duren, Sub sistem Bribin dan Sub sistem Ngobaran

• Pengambilan air dari sungai bawah tanah dari ketiga sub sistem tersebut

menggunakan sistem pemompaan bertenaga listrik dan atau diesel.

• Dengan instalasi pipa ke sungai bawah tanah melaui goa-goa yang ada,

kemudian dengan mesin pompa air tersebut diangkat kepermukaan dan didistribusikan ke masyarakat pemakai.

(9)

Sub sistem Bribin

•Sub Sistem Bribin dibangun dengan mengambil air dari

sungai bawah tanah pada gua Bribin.

•Potensi sumber air sungai bawah tanah goa Bribin + 1.500

ltr/dtk. Saat ini baru dimanfaatkan 80 liter/detik, untuk melayani kebutuhan air baku + 100.000 jiwa, dengan daerah layanan meliputi 30 desa dari 35 desa yang berada wilayah Kec. Semanu, Rongkop, Tepus & Ponjong bagian selatan.

•Daerah layanan dari Sub Sistem Bribin terletak didaerah

pegunungan, sehingga pengangkatan airnya dengan sistem pemompaan bertingkat, yang disalurkan ke 9 reservoir yang berada di puncak-puncak pegunungan. Untuk pendistribuasi air ke masyarakat dapat dilakukan secara gravitasi.

33

PETA LOKASI DAERAH PEGUNUNGAN KAPUR SUB SISTEM BRIBIN

34

GAMBARAN DAERAH PEGUNUNGAN KAPUR ( KARS )

35

PAB SUB SISTEM BRIBIN ( kondisi sekarang ) R. Pompa + Reservoir Pipa Distribusi Pipa Pembawa Bendung genangan Rmh Penduduk

(10)

PAB & PLTA SUB SISTEM BRIBIN ( dalam tahap pelaksanaan )

PAB & PLTA SUB SISTEM BRIBIN ( dalam tahap pelaksanaan )

Rmh Penduduk genangan Bendung PLTA Turbi n Sumur H Garis energi Pipa Distribusi Reservoir Jaringan listrik Pipa Distribusi

11. Menganalisis sumberdaya air tanah; aquifer

Permasalahan tentang air tanah (Pemahaman siklus air tanah dan cekungan yg ada;

Aquifer (bebas dan terkekang), Hidrolika sumur (dangkal dan dalam)

Definisi:

•Air permukaan (surface water) hidrologi

•Air bawah permukaan (sub surface water) hidrologi air tanah

•Air tanah air yang menempati rongga-rongga dalam lapisan

geologi :

•Geologi

•Hidrologi

•Mekanika fluida

Sejarah air tanah:

•Pemanfaatan sumur dengan alat sederhana

•Sumur Bor:

•Kanats terowongan air pada tanah alluvium di dekat kaki

gunung dengan dilengkapi sumur induk dan beberapa lubang

• panjang 5-30 km

(11)

Terjadinya air tanah:

•Siklus hidrologi

•Penyebaran vertikal air tanah

•Zone tidak jenuh air dangkal, daerah antara, daerah kapiler

•Zone jenuh air tanah

Batuan yang mempangaruhi air tanah

•Kerikil dan pasir

•Batu kapur

•Batuan gunung berapi

•Batu pasir

•Tanah liat yang bercampur dengan bahan lebih kasar

•Konglomerat

(12)

Aquifer / akifer

JENIS AQUIFER

1. Aquifer Tertekan

Aquifer tertekan (Confined aquifer, non-leaky aquifer) dapat juga disebut sebagai aquifer terkurung, adalah lapisan pembawa air yang sepenuhnya jenuh air, dengan bagian atas dan bagian bawah dibatasi oleh lapisan kedap air. Tinggi pisometris muka air tanah tertekan, berada di atas posisi aquifer itu sendiri, dan apabila muncul di atas permukaan tanah, maka disebut sebagai air artesis.

(13)

2. Aquifer tidak tertekan (aquifer bebas)

Aquifer bebas (unconfined aquifer, water-table aquifer) ialah aquifer yang hanya sebagian terisi air, dan terletak pada suatu dasar lapisan yang kedap air. Batas bagian atas adalah muka air bebas atau muka air freatik yang dipengaruhi oleh tekanan atmosfir.

3. Aquifer semi-tertekan (aquifer bocor)

Aquifer semi-tertekan atau aquifer bocor adalah aquifer jenuh yang sempurna, pada bagian atas dibatasi oleh lapisan semi-lulus air dan bagian bawah merupakan lapisan lulus air ataupun semi-lulus air.

4. Aquifer menggantung (Perched Aquifer) yaitu aquifer yang mempunyai massa air tanahnya terpisah dari air tanah induk oleh suatu lapisan yang relatif kedap air ang begitu luas dan terletak di atas daerah jeuh air (tidak banyak digunakan)

(14)

Pelepasan air tanah

•Air tanah yang melebihi kapasitas akifer setempat akan dilepaskan

melalui evapotranspirasi dan pengaliran di permukaan tanah. Bila lapisan kapiler mencapai jaringan akar tanaman maka didapatkan suatu jalan untuk transpirasi ke udara.

•Beberapa tanaman padang pasir mempunyai jaringan akar sampai

10 m di bawah tanah.

•Dari fluktuasi harian m.a.t akibat transpirasi siang hari. Bila lapisan

kapiler sangat dekat perm.tnh penguapan langsung dari tanah.

Mata air

•Bila m.a.t atau akifer memot.m.a.t aliran permukaan

• kec.pelepasan rendah menyebar menguap

•Rembesan sekitar sungai baseflow

•Aliran air tnh besar terkumpul di daerah kecil mata air

•Akifer besar mata air konstan

•Akifer kecil debit tgt musim

(15)

Manfaat air tanah

•Irigasi / pertanian, ar minum, industri, dll

•Menjaga keseimbangan ekologis perencanaan sumur dan pompa

yang sesuai kondisi air tanah

•Dewatering (penuruna m.a.t) berpengaruh pada pek.bwh.tnh

•Penggelontoran m.a.t padadaerah pertanian

•Pentingnya studi jumlah simpanan dan pergerakan air tanah

pada siklus hidrologi

m.a.t di sekitar sumur

(16)

Sumur radial

Instalasi sumur

(17)

12. Menganalisis sumberdaya air tanah; hidrolika

air tanah

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

13. Menganalisis sumberdaya air tanah;

ketersediaan, pemanfaatan

Analisis air tanah untuk kepentingan pemenuhan kebutuhan air

(28)

EKSPLORASI AIRTANAH

Tujuan :

Mengetahui potensi airtanah :

• Agihan/sebaran/potensi kuantitatif • Potensi kualitatif A. Penyelidikan di permukaan 1. Penyelidikan Pendahuluan • a. Geologi • b. Penginderaan jauh • c. Hidrologi • d. Hidrogeologi

• e. Sumur artesis yang sdh ada

• f. Geografi (kependudukan, tata guna

• lahan) dll.

•2. Penyelidikan Lanjut:

•a. Seismik

•b. Geolistrik

•B. Penyelidikan bawah permukaan :

•1. Pemboran eksplorasi

(29)

A. Penyelidikan di permukaan

1. Penyelidikan pendahuluan :

Tujuan :

mengetahui secara garis besar keadaan airtanah di suatu daerah dengan mempelajari data sekonder dan primer

a. Penyelidikan Geologi

Tujuan : Mengetahui :

1). Jenis batuan (beku, sedimen, metamorf) 2). Stratigrafi (susunan perlapisan batuan) 3). Struktur geologi (sinklin, antiklin, sesar,

kekar) 4). Jenis akuifer 5). Bahaya geologi Data sekonder :

(30)

b. Pengideraan jauh

Tujuan :

Mengetahui keadaan bentang alam dan penggunaan lahan daerah yang diselidiki secara menyeluruh

c. Hidrologi

Tujuan :

Mengetahui gambaran umum keadaan curah hujan,evaporasi/evapotranspirasi, sistem aliran sungai permukaan, dll.

(31)

d. Hidrogeologi

Tujuan :

Mengetahui keadaan airtanah secara umum, kedalaman permukaan air sumur penduduk, sebaran mata air, sistem sungai bawah tanah, dll.

PETA GEOLOGI SURAKARTA

(32)

(33)

e. Sumur artesis yang sudah ada

Tujuan :

Mengetahui keadaan akuifer tertekan secara umum, sebaran sumur artesis yang sudah ada, debit masing-masing sumur artesis, dll. SUMUR KONTRUKSI LITOLOGI DISKRIPSI LOGGING S U R A K A R T A 5 7 1 4 5

Jl. L.U Adi Sucipto No 143 telp. 712465-718779 Fax. 712516 email : [email protected]

PERUSAHAAN DAERAH AIR MINUM PEMERINTAH KOTA SURAKARTA

TIRTA DHARMA -165 M -160 M -150 M -125 M -100 M -075 M -050 M -025 M -000 M 10203040 -025 M - 071.00 - 080.00 - 081.00 - 084.00 - 086.00 - 089.00 - 094.00 - 097.00 - 106.00 - 109.00 - 112.00 - 115.00 - 120.00 - 123.00 - 151.00 - 115.00 -050 M -075 M -100 M -125 M -150 M -157 M GRAVEL (kerikil pembalut) PIPA SCREEN Gr outi ng sem en PIPA PENGHANTAR GRAVEL PIEZOMETER PIPA PENGHANTAR TUTUP SUMUR + 0.80 m + 0.00 m -040 M KEDALAMA N SUM UR 165 m -000 M -006 M -010 M -012 M -021 M -028 M -031 M -034 M -054 M -058 M -066 M -089 M -093 M -100 M -103 M -109 M -112 M -143 M -147 M -152 M -165 M CONTOH;

KONSTRUKSI SUMUR DALAM PDAM KOTA SURAKARTA

CONTOH ; LOG BOR DAN KONSTRUKSI SUMUR DALAM

PDAM KOTA SURAKARTA

LOKASI : JURUG I KEDALAMAN : 112 METER KONSTRUKSI : 12 – 6 INCH.

CONTOH ; LOG BOR DAN KONSTRUKSI SUMUR DALAM

PDAM KOTA SURAKARTA

LOKASI : RANDUSARI KEDALAMAN : 160 METER KONSTRUKSI : 12 – 6 INCH.

(34)

2. Penyelidikan lanjut

a. Seismik Tujuan :

Mengetahui/interpretasi lapisan tanah/ batuan berdasar kecepatan rambat gelombang di dalam perlapisan tanah/ batuan

b. Penyelidikan Geolistrik : Tujuan :

Mengetahui/interpretasi susunan

perlapisan tanah/batuan dan letak lapisan akuifer berdasar sifat kelistrikan tanah/ batuan

(35)

B. Penyelidikan bawah permukaan

1. Pemboran eksplorasi Tujuan :

a. Mengetahui susunan perlapisan tanah/batuan b. Sampling airtanah

c. Sumur untuk logging

(36)

2. Logging :

Tujuan :

Mengetahui ketebalan masing-masing perlapisan tanah/batuan, letak lapisan akuifer, menentukan letak saringan