Perencanaan Sistem Pemanenan Air Hujan sebagai Alternatif Penyediaan Air Bersih Gedung Asrama TB 4 ITERA
Design of Rainwater Harvesting System as Clean Water Supply Alternative ITERA TB 4 Dormitory
Ranisa Ayatri1, Mutiara Fajar1*, Alfian Zurfi1
1 Program Studi Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sumatera
Jalan Terusan Ryacudu, Way Hui, Jati Agung, Lampung Selatan, Lampung, Indonesia
*Email korespondensi : mutiara.fajar@tl.itera.ac.id
ABSTRAK
Gedung asrama Institut Teknologi Sumatera (ITERA) memanfaatkan air tanah dalam memenuhi kebutuhan air bersih penghuninya, namun kuantitas air tanah pada asrama TB 4 ini tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan air bersih, sehingga dibutuhkan transfer air dari asrama lain. Untuk itu diterapkan Pemanenan Air Hujan (PAH) sebagai alternatif penyediaan air bersih dan sebagai upaya dalam memanfaatkan air hujan. Air hujan yang dapat ditampung dipengaruhi oleh curah hujan harian maksimum menggunakan analisis hidrologi. Metode analisis hidrologi ini bertujuan untuk menganalisis kuantitas air hujan yang dapat tertampung melalui atap Asrama TB 4 ITERA. Data curah hujan yang dipakai pada perencanaan ini yaitu data dari BMKG Radin Inten Lampung Selatan. Untuk mendapatkan curah hujan dihitung menggunakan distribusi terpilih yaitu log pearson tipe III dan intensitas hujan menggunakan metode mononobe dengan PUH 5 tahun selama 2 jam sebesar 24.78 mm.hari-1. Dari curah hujan tersebut didapatkan dimensi talang, pipa tegak, pipa datar, dan pipa pencucian atap berukuran 5 inci. Sedangkan volume air hujan yang dapat tertampung sebanyak 10.100 liter per harinya. Perencanaan pemanenan air hujan di asrama TB 4 ITERA ini memerlukan biaya sebesar Rp. 65,532,800.00.
Kata kunci: air hujan, asrama, curah hujan, hidrologi ABSTRACT
The dormitory building of the Sumatra Institute of Technology (ITERA) utilizes ground water to meet the clean water needs of its residents, but the quantity of ground water in the TB 4 hostel is not sufficient to meet clean water needs, so water transfers from other dormitories are needed. For this reason, Rainwater Harvesting (PAH) is applied as an alternative to providing clean water and as an effort to utilize rainwater.
The rainwater that can be collected is influenced by the maximum daily rainfall using hydrological analysis.
This hydrological analysis method aims to analyze the quantity of rainwater that can be accommodated through the roof of the TB 4 ITERA Dormitory. Rainfall data used in this plan is data from BMKG Radin Inten South Lampung. To get the rainfall calculated using the selected distribution, namely log Pearson type III and rain intensity using the mononobe method with PUH 5 years for 2 hours at 24.78 mm.day-1. From the rainfall, the dimensions of the gutter, standpipe, flat pipe, and roof washing pipe are 5 inches in size. Meanwhile, the volume of rain water that can be accommodated is 10,100 liters per day. Rainwater harvesting planning at the TB 4 ITERA hostel requires a fee of Rp. 65,532,800.00.
Keywords: rainwater, boarding house, rainfall, hydrology
PENDAHULUAN
ITERA (Institut Teknologi Sumatera) merupakan salah satu perguruan tinggi
negeri di Indonesia yang berlokasi di Provinsi Lampung, ITERA merupakan kampus yang memiliki motto “Smart, Friendly, and Forest Campus”, yang
semestinya memiliki sarana dan prasarana yang berwawasan serta ramah terhadap lingkungan dalam menunjang aktivitas kampus. Salah satu sarana yang disediakan oleh ITERA yaitu asrama mahasiswa yang berfungsi sebagai sarana dalam membangun karakter mahasiswa seperti etika, kedisiplinan, kejujuran, tanggung jawab, komitmen, tangguh, dan peduli terhadap orang lain. Asrama memerlukan ketersediaan air bersih yang dapat memenuhi kebutuhan bagi penghuni asrama. Asrama ITERA menyediakan air bersih bersumber dari air tanah menggunakan sumur bor pada setiap gedung asrama. Apabila air tanah digunakan secara terus-menerus dapat menimbulkan bahaya penurunan muka tanah. Untuk menghindari hal tersebut maka dibutuhkan teknologi yang sederhana dan ramah lingkungan seperti Pemanenan Air Hujan (PAH) (Hutabarat & Evalita, 2017).
PAH merupakan salah satu sistem atau teknologi yang sederhana dan bisa digunakan sebagai alternatif menyediaan air bersih. PAH juga merupakan salah satu cara yang berkelanjutan dalam penyediakan air bersih, dimana hal ini telah berhasil diterapkan dibeberapa wilayah di dunia.
Sistem PAH bekerja dengan menangkap air hujan melalui atap kemudian disalurkan menggunakan pipa dan talang yang dipasang pada atap rumah. Kemudian air disalurkan ke bak penampungan air hujan (Maryono, 2016). Oleh karena itu sistem PAH ini sesuai diterapkan pada gedung asrama TB 4 ITERA, karena dapat dimanfaatkan sebagai alternatif ketersediaan air bersih. Untuk itu perlu dilakukan analisis kuantitas air hujan yang dapat ditampung melalui atap Asrama TB 4 ITERA dengan metode analisis hidrologi.
METODOLOGI Analisis Hidrologi
Analisis ini bertujuan untuk mengetahui jumlah air hujan yang dapat ditampung.
Data curah hujan yang digunakan yaitu data curah hujan Lampung Selatan selama 10 tahun yaitu tahun 2010 hingga 2019 yang direkam oleh BMKG Radin Inten II Lampung Selatan terdapat pada Tabel 1.
Tabel 1. Data Curah Hujan Tahun 2010-2019 Tahun CHHmax (mm.hari-1)
2010 157
2011 98
2012 95.2
2013 82
2014 102
2015 78.7
2016 68
2017 87.5
2018 115.5
2019 93
Analisis Curah Hujan Harian Maksimum Metode distribusi yang akan digunakan pada perencanaan ini adalah metode distribusi normal, distribusi gumbel, dan distribusi log pearson tipe III (Suripin, 2004).
Rumus yang digunakan pada distribusi normal:
𝑆 = √∑ (𝑋𝑖 − 𝑋 𝑛 − 1)
𝑛 2
𝑖=1
(1)
𝑋𝑇 = 𝑥̅ + (𝐾𝑇 × 𝑆) (2) Keterangan:
XT = nilai pada periode ulang tahunan 𝑥̅̅ = rata-rata nilai curah hujan
S = nilai standar deviasi KT = faktor frekuensi hujan
Persamaan yang digunakan distribusi gumbel:
𝑋𝑇𝑟 = 𝑥̅ + 𝑌𝑇𝑟 − 𝑌𝑛
𝑆𝑛 × 𝑆 (3) 𝑆 = [∑𝑛𝑛−1(𝑅𝑖 − 𝑅)2
𝑛 − 1 ] (4)
Keterangan:
𝑋𝑇𝑟
= besar variabel dengan kala ulang T tahun
Yn = jumlah sampel atau data n Sn = reduced standard deviation 𝑌𝑇𝑟 = reduced variate
Persamaan yang digunakan distribusi log pearson tipe III:
𝐿𝑜𝑔 𝑅̅ = ∑𝑛𝑖=1𝐿𝑜𝑔 𝑅 𝑛
(5)
𝐿𝑜𝑔 𝑅𝑇 = 𝐿𝑜𝑔 𝑅̅ + 𝐾𝑆 (6) Keterangan:
K = variabel standar untuk R S = standar deviasi
Analisis Frekuensi Curah Hujan
Analisis ini dilakukan dua tahap yaitu pemilihan sebaran dan uji kecocokan dan dijabarkan pada Tabel 2. (Soewarno, 1999).
Tabel 2. Syarat Pemilihan Sebaran
Metode Syarat
Normal Cs ≈ 0
Ck = 3
Gumbel Cs ≤ 1.1396
Ck ≤ 5.4002
Log Pearson Ck ≠ 0
Analisis Intensitas Hujan
Persamaan yang akan dipakai adalah sebagai berikut (Suripin, 2004):
𝐼 = 𝑅24
24 × ( 24
𝑡 )2/3 (7) Keterangan:
t = lamanya hujan (jam)
R24 = curah hujan harian maksimum dalam 24 jam (mm)
I = intensitas hujan (mm.jam-1) Menghitungan Dimensi Talang
Gedung harus memiliki perlengkapan drainase untuk dapat menyalurkan air hujan yang ditangkap dari atap melalui talang datar dan talang vertikal menuju tangki penyimpanan. Ukuran perpipaan pada bidang datar seperti lahan terbuka pada atap ditentukan sesuai dengan SNI 8153-2015 tentang Sistem Plambing pada Bangunan Gedung. Persamaan yang digunakan adalah:
𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑑𝑎𝑒𝑟𝑎ℎ 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎𝑝𝑎𝑛 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 ℎ𝑢𝑗𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛𝑘𝑎𝑛
= luas daerah tangkapan intensitas 25.4 mm/jam intensitas yang dicari (mm
jam)/25.4 mm/jam
Pencucian Atap
Pencucian atap dilakukan berupa first-flush diverter yaitu dimana air yang jatuh pertama kali mengenai atap dan membawa kotoran- kotoran yang terperangkap pada atap akan
disisihkan ke unit ini. Persamaan yang digunakan (Nazaria & Mulyani, 2014):
𝑉𝑓𝑑 = 𝐻𝑑 × 𝐴 (9) 𝐻𝑓𝑑 = 4 × 𝑉𝑓𝑑
3,14 × 𝑑²
(10)
Keterangan:
Vfd = volume first-flush diverter (m³) Hd = diverter height (0.5 – 1.5) mm A = luas alas atap (tangkapan) (m²) Hfd = tinggi first-flush diverter (mm) d = diameter pipa (mm)
Tangki Penyimpanan
Perhitungan ukuran tangki penyimpanan berdasarkan volume air hujan yang dapat ditampung. Persamaan yang digunakan yaitu (Park dkk, 2018):
(𝑆) 𝑆𝑢𝑝𝑝𝑙𝑎𝑦 𝑎𝑖𝑟 = 𝐶 × 𝐼 × 𝐴 1000 𝑚𝑚/𝑚
(11) (𝐵) = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑝𝑒𝑛𝑔ℎ𝑢𝑛𝑖 × 𝑘𝑒𝑏𝑢𝑡𝑢ℎ𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑟ℎ𝑎𝑟𝑖 (12) 𝑉𝑜𝑙 𝑏𝑎𝑘 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 = 𝑆 – 𝐵 (13) Keterangan:
C = koefisien limpasan (runoff) I = intensitas hujan (mm.hari-1) A = luas daerah tangkapan (m²) B = volume kebutuhan air asrama Berikut alur perencanaan PAH di asrama TB 4 ITERA yang terdapat pada Gambar 1.
Gambar 1. Alur perencanaan PAH di asrama TB 4 ITERA
(8)
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Curah Hujan Harian Maksimum.
Tabel 3. Rekapitulasi Hasil Perhitungan Curah Hujan
PUH
Distribusi Normal
Distribusi Gumbel
Log Pearson
Tipe III R (mm.hari-1)
2 97.6900 94.3553 91.9109 5 118.4060 1237958 113.4752 10 129.2572 143.2895 141.9363 25 139.8421 167.9176 168.2519 50 148.2468 186.1881 188.2658 100 155.1521 204.2980 212.1186 Maks 155.1521 204.2980 212.1186 Berdasarkan tabel rekapitulasi yang terdapat pada Tabel 3., diketahui bahwa curah hujan pada distribusi log pearson memiliki nilai curah hujan tertinggi dibandingkan dengan curah hujan pada distribusi normal dan distribusi gumbel, sedangkan distribusi normal memiliki nilai curah hujan terkecil. Sehingga dalam analisis ini didapatkan bahwasannya distribusi log pearson tipe III memungkinkan dapat mewakili curah hujan di wilayah asrama TB 4 ITERA.
Analisis Frekuensi Curah Hujan
Distribusi yang terpilih yaitu distribusi Log Pearson Tipe III. Selain memenuhi syarat dalam pemilihan distribusi terpilih, metode log pearson tipe III juga memenuhi dalam pengujian chi kuadrat. Untuk itu, metode log pearson tipe III dapat diterima sebagai distribusi yang akan digunakan sebagai data curah hujan harian maksimum dalam perhitungan analisis intensitas hujan. Syarat pemilihan jenis distribusi terdapat pada Tabel 4.
Tabel 4. Syarat Pemilihan Jenis Distribusi Metode Syarat Perhitungan Kesimpulan
Normal Cs ≈ 0 1.632 Tidak
memenuhi Ck = 3 3.637
Gumbel Cs ≤ 1.1396 1.632 Tidak memenuhi Ck ≤ 5.4002 3.637
Log Pearson
Tipe III Ck ≠ 0 2.8458 Memenuhi
Analisis Intensitas Hujan
Analisis intensitas hujan bertujuan untuk menentukan besaran curah hujan pada durasi tertentu, kemudian nilai curah hujan tersebut yang akan digunakan dalam perencanaan ini. Perencanaan ini menggunakan PUH 5 tahun, dengan asumsi durasi hujan dalam satu hari selama 2 jam didapatkan intensitas hujan sebesar 24.78 mm.jam-1.
Talang
Hasil luas daerah tangkapan dari curah hujan 24.78 mm.jam-1 kemudian diambil berdasarkan luas daerah yang mencukupi luas atap asrama TB 4 ITERA. Sedangkan luas atap asrama TB 4 ITERA adalah sebesar 973.5 m². Sehingga ukuran talang yang akan digunakan yaitu ukuran 5 inci karena luas daerah sebesar 1272.05 m² dapat mencukupi luas atap asrama.
Pencucian Atap
Untuk gedung yang sudah memiliki pipa pembuangan hujan eksisting, maka jumlah first flush diverter akan disesuaikan dengan jumlah eksistingnya. Gedung asrama TB 4 sudah memiliki pipa pembuangan hujan sebanyak 8 pipa, sedangkan fungsi dari pipa ini yaitu untuk mengalirkan air hujan langsung ke aliran drainase. Jumlah pipa FFD akan disesuaikan dengan jumlah pipa tegak tersebut, sehingga panjang untuk satu FFD yaitu 4.75 m.
Supply Air Hujan
Dalam menentukan supply air hujan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu luas atap, koefisien run off serta data curah hujan rata-rata (Suripin, 2004). Supply air hujan merupakan jumlah air hujan yang bisa tertampung melalui atap seperti pada Gambar 2. Koefisien aliran atap dipakai adalah 0.8 dengan luas atap asrama TB 4 ITERA dari hasil perhitungan seluas 973.5 m². Berdasarkan hasil perhitungan volume supply air hujan maksimal tertampung dari atap gedung asrama TB 4 selama 1 bulan sebesar 1204.26 m³ atau setara dengan 1,204,260 liter. Hasil perhitungan supply air hujan asrama dapat dilihat pada Tabel 5.
Gambar 2. Tampak atas asrama TB 4 Itera (panjang: 66m, lebar: 14.75m, luas: 973.5m2) Kebutuhan Air Asrama
Kebutuhan air dipengaruhi oleh jumlah penghuni pada gedung asrama TB 4 ITERA.
Menurut data asrama TB 4 ITERA memiliki jumlah penghuni sebanyak 400 penghuni.
Sedangkan jumlah air bersih yang dibutuhkan per orang per hari pada Asrama dalam SNI 03-7065-2005 adalah sebesar 120 liter.(orang.hari-1)-1. 120 liter.(orang.hari-1)-1 setara dengan 0.12 m³.(orang.hari-1)-1. Berdasarkan hasil perhitungan jumlah kebutuhan asrama TB 4 selama 1 hari sebesar 48,000 liter, sedangkan dalam 1 bulan sebesar 1,440,000 liter yang dapat dilihat pada Tabel 6.
Volume Tangki Penampungan
Pada perencanaan ini waktu penyimpanan yang akan dipakai yaitu selama 1 hari dengan volume bak penampungan 10.1 m³ atau sama dengan 10.100 liter. Jumlah bak penampungan yang akan digunakan sebanyak 2 tangki, dimana tangki ini menggunakan tangki penguin jenis general tank kode TB500 dengan kapasitas mencapai 5.100 liter dengan ketinggian 2.195 m dengan diameter 1.850 m dan ketebalan 12-18 mm. Perhitungan volume bak penampungan terdapat pada tabel 7 dan volume tangki penampungan terdapat pada Tabel 8.
Tabel 8. Volume Tangki Penampungan Air Hujan
Keterangan Vol (m³)
Vol bak penampungan per bulan -302.90 Vol bak penampungan per minggu -75.73 Vol bak penampungan per hari -10.10 Atap gedung asrama TB 4 ITERA dapat memanen air hujan sebanyak 10,100 liter air hujan dalam satu harinya saat terjadinya curah hujan maksimum. Namun dengan jumlah tersebut belum bisa memenuhi kebutuhan air bersih penghuni asrama TB 4
ITERA setiap harinya sebanyak 48,000 liter.
Sehingga pemanenan air hujan ini hanya berpotensi sebagai alternatif penyediaan air bersih pada gedung asrama TB 4 ITERA.
Desain Perencanaan
Berikut perencanaan pada tampak kanan gedung asrama TB 4 ITERA terlihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Tampak kanan asrama TB 4 ITERA
Tanggal
Curah Hujan (mm)
Luas
Atap Koef runoff
Vol supplay
(m³)
Akumulasi Vol Supplay
(m³)
1 62.9 973.5 0.8 48.99 48.99
2 53 973.5 0.8 41.28 90.26
3 30.6 973.5 0.8 23.83 114.09
4 38.8 973.5 0.8 30.22 144.31
5 16.9 973.5 0.8 13.16 157.47
6 47 973.5 0.8 36.60 194.08
7 57.9 973.5 0.8 45.09 239.17
8 48.1 973.5 0.8 37.46 276.63
9 38.3 973.5 0.8 29.83 306.46
10 0 973.5 0.8 0.00 306.46
11 0 973.5 0.8 0.00 306.46
12 47.9 973.5 0.8 37.30 343.76
13 58.1 973.5 0.8 45.25 389.01
14 32.6 973.5 0.8 25.39 414.40
15 76.8 973.5 0.8 59.81 474.21
16 58.7 973.5 0.8 45.72 519.93
17 75.8 973.5 0.8 59.03 578.96
18 124 973.5 0.8 96.57 675.53
19 157 973.5 0.8 122.27 797.80
20 0 973.5 0.8 0.00 797.80
21 79.3 973.5 0.8 61.76 859.56
22 0 973.5 0.8 0.00 859.56
Tanggal
Curah Hujan (mm)
Luas
Atap Koef runoff
Vol supplay
(m³)
Akumulasi Vol Supplay
(m³)
24 77.5 973.5 0.8 60.36 919.92
25 71.7 973.5 0.8 55.84 975.76
26 53 973.5 0.8 41.28 1017.03
27 67.9 973.5 0.8 52.88 1069.92
28 37 973.5 0.8 28.82 1098.73
29 0 973.5 0.8 0.00 1098.73
30 48 973.5 0.8 37.38 1136.11
31 79.1 973.5 0.8 61.60 1197.72
Tanggal Vol kebutuhan Akumulasi Vol Kebutuhan
1 48 48
2 48 96
3 48 144
4 48 192
5 48 240
6 48 288
7 48 336
8 48 384
9 48 432
10 48 480
11 48 528
12 48 576
13 48 624
14 48 672
15 48 720
16 48 768
17 48 816
18 48 864
19 48 912
20 48 960
21 48 1008
22 48 1056
23 48 1104
Tanggal Vol kebutuhan Akumulasi Vol Kebutuhan
25 48 1200
26 48 1248
27 48 1296
28 48 1344
29 48 1392
30 48 1440
31 48 1488
Tanggal Akumulasi Vol
Supplay (m³) Akumulasi Vol
Kebutuhan (m³) Selisih
1 48.99 48 0.99
2 90.26 96 -5.74
3 114.09 144 -29.91
4 144.31 192 -47.69
5 157.47 240 -82.53
6 194.08 288 -93.92
7 239.17 336 -96.83
8 276.63 384 -107.37
9 306.46 432 -125.54
10 306.46 480 -173.54
11 306.46 528 -221.54
12 343.76 576 -232.24
13 389.01 624 -234.99
14 414.40 672 -257.60
15 474.21 720 -245.79
16 519.93 768 -248.07
17 578.96 816 -237.04
18 675.53 864 -188.47
19 797.80 912 -114.20
20 797.80 960 -162.20
21 859.56 1008 -148.44
22 859.56 1056 -196.44
23 859.56 1104 -244.44
Tanggal Akumulasi Vol Supplay (m³)
Akumulasi Vol
Kebutuhan (m³) Selisih
25 975.76 1200 -224.24
26 1017.03 1248 -230.97
27 1069.92 1296 -226.08
28 1098.73 1344 -245.27
29 1098.73 1392 -293.27
30 1136.11 1440 -303.89
31 1197.72 1488 -290.28
Max 0.99
Min -303.89
Vol bak penampungan per bulan 304.88 Vol bak penampungan per minggu 76.22
Vol bak penampungan per hari 10.1
UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih atas waktu dan tempat dari Program Studi Teknik Lingkungan Institut Teknologi Sumatera.
DAFTAR PUSTAKA
Hutabarat, & L Evalita. (2017). Studi Penurunan Muka Tanah (Land Subsidence) Akibat Pengambilan Air Tanah Berlebihan di DKI Jakarta. Hulman Panjaitan and Thomas Abbon, Eds.
Universitas Kristen Indonesia Delapan Windu: UKI Press.
Maryono, A. (2016). Memanen air hujan.
Gajah Mada University Press.
Park, E. Ha., Gatot, E. S., & Endo, P. W.
(2018). Perencanaan sistem pemanenan air hujan skala rumah tangga di Korea.
JRSSD, 6(1), 1-7.
Suripin. (2004). Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan. C.V ANDI.
Soewarno. (1999). Hidrologi Aplikasi Metode Statistik Untuk Analisa Data. Nova.
Nazharia., & Mulyani, S. (2014).
Perhitungan pembiayaan pemanenan air hujan sebagai sistem penyediaan air bersih dalam berbagai skala di Kelurahan Sukajadi Kota Dumai. Jurnal Perencanaan Wilayah dan Kota B SAPPK, 2(1), 79-88.
