1
PENDAHULUAN
I. 1. Latar Belakang
Populasi manusia terus meningkat setiap tahunnya, sebagaimana yang telah dirilis oleh Badan Perserikatan Bangsa-Bangsa bahwa terhitung sampai dengan tanggal 31 Oktober 2011 jumlah penduduk dunia adalah mencapai angka 7 milyar.
Terus bertambahnya jumlah penduduk dunia menyebabkan persoalan dalam pemenuhan kebutuhan pokok, salah satunya adalah pemenuhan air bersih yang lebih banyak dan mudah terjangkau. Terabaikannya kebutuhan tersebut dan kelalaian pemerintah kemudian menyebabkan masalah kesehatan yang merajalela di berbagai belahan dunia, sebagaimana sebuah situs resmi dunia http://cleanwaterfortheworld.org merilis fakta bahwa setiap 15 detik satu anak di dunia meninggal akibat kekurangan air bersih.
Di banyak negara maju seperti Jepang dan Singapura, telah dikembangkan sebuah sistem penyediaan air siap minum bagi seluruh masyarakatnya dengan meletakkan keran air di lokasi tertentu sesuai dengan kebutuhan dan efisiensi. Hal ini pula lah yang kemudian menjadi inspirasi bagi pemerintah Indonesia untuk mencapai target bahwa pada tahun 2019 mendatang seluruh masyarakat Indonesia bisa mendapatkan pelayanan air minum sebesar 100%.
Air siap minum adalah air yang melalui proses pengolahan atau tanpa proses pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum (Kementrian Kesehatan RI, 2010). Berdasarkan Keputusan Menteri Kesehatan Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010, akses masyarakat terhadap ketersediaan air minum dapat dilihat melalui lima indikator yaitu kualitas, kuantitas, kontinuitas, kehandalan sistem penyediaan air minum (reliability), serta kemudahan baik harga maupun jarak/waktu tempuh (affordability).
Sejak tahun 2014, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta telah mulai membangun Sistem Penyediaan Air Minum atau biasa disebut dengan SPAM.
Pembangunan SPAM Kampus merupakan salah satu bentuk kerjasama dengan
Kementrian Pekerjaan Umum, sebagai bentuk terobosan oleh sejumlah mahasiswa UGM yang tergabung dalam komunitas bernama Waterplan Community. Berdasarkan data dari Direktorat Perencanaan dan Pengembangan UGM, kebutuhan total air minum dan air bersih di UGM saat ini mencapai 15 liter per detik. Sebagai tanggapan, UGM kemudian mengembangkan SPAM Kampus yang ditujukan untuk memenuhi kebutuhan air minum bagi warga UGM. Kedepan air siap minum tersebut juga diharapkan dapat menggantikan konsumsi air minum kemasan di lingkungan UGM.
Saat ini terdapat banyak keran yang telah beroperasi bahkan di tempat umum yang berada di wilayah UGM, seperti Gedung Pusat, Perpustakaan, University Club, Lembah UGM, Grha Sabha Pramana (GSP) dan Asrama Mahasiswa Kinanti.
Pada pengembangan SPAM, ditemukan kekurangan dalam manajemen informasi spasial dan non-spasial. Hal tersebut antara lain: (1) belum teregistrasinya distribusi jaringan pipa utama pada sistem koordinat tertentu, sehingga data spasial yang ada masih berupa sketsa peta; (2) ditemukan pula bahwa informasi posisi keran maupun tangki air siap minum belum lengkap dan masih berupa data atribut tabel, sehingga posisi keran air yang terpasang tidak diketahui lokasinya secara keseluruhan;
(3) belum adanya visualisasi SPAM dalam bentuk 3D yang menunjukkan posisi jaringan sebenarnya terhadap permukaan bumi; (4) dikarenakan SPAM masih berada pada fase percobaan, hingga saat ini belum ada angka suplai yang tetap bagi tiap fakultas di UGM.
SPAM sebagai sebuah sistem yang kompleks tentu akan sangat disayangkan apabila tidak memiliki manajemen dan visualisasi yang baik dan benar. SPAM terdiri dari banyak komponen, terutama keran air siap minum dan jaringan pipa bawah tanah dengan ketinggian yang bervariasi. Tanpa adanya manajemen informasi maupun visualisasi yang jelas pada komponen tersebut, maka akan sulit diketahui sejauh mana dan seperti apa sebenarnya SPAM telah terimplementasikan. Hal tersebut juga kemudian akan menyulitkan dalam pemantauan maupun perencanaan selanjutnya.
Oleh karenanya, pengembangan dalam mengintegrasikan manajemen informasi spasial dengan non-spasial sangatlah penting. Pengembangan dapat dilaksanakan melalui pemetaan, pemodelan 3D hingga analisis terkait distribusi jaringan SPAM.
Beberapa cara tersebut perlu dilakukan agar penyediaan air siap minum tidak hanya terdistribusi dengan baik dan merata, namun juga dapat dipantau dan diakses dengan
mudah oleh pengambil kebijakan maupun civitas akademika Universitas Gadjah Mada. Pengembangan yang ada diharapkan dapat meningkatkan keberlanjutan (sustainability) dalam SPAM UGM.
I. 2. Lingkup Kegiatan
Kegiatan aplikatif ini melingkupi pengumpulan data distribusi jaringan SPAM, pemrosesan, pemodelan 3D, penyajian, hingga analisis kesesuaian rencana suplai terhadap estimasi kebutuhan air siap minum di Universitas Gadjah Mada. Kegiatan aplikatif dilakukan dengan memanfaatkan perangkat lunak ArcGIS. Pemodelan dibuat berdasarkan Perencanaan SPAM Universitas Gadjah Mada pada Fase-1, Fase-2 beserta tambahannya, sebagaimana yang dikeluarkan oleh Direktorat Perencanaan dan Pengembangan Universitas Gadjah Mada. Analisis kesesuaian antara rencana suplai dengan estimasi kebutuhan air minum dibuat berdasarkan jumlah civitas akademika yang meliputi mahasiswa dan dosen pada tiap fakultas.
I. 3. Tujuan Tujuan dalam kegiatan ini adalah:
1. Melakukan akuisisi data lokasi distribusi keran air siap minum di Universitas Gadjah Mada;
2. Membuat model distribusi jaringan Sistem Penyediaan Air Minum yang meliputi distribusi jaringan pipa bawah tanah, keran air siap minum, serta atribut tambahan lainnya seperti bangunan dan Digital Terrain Model pada kawasan UGM dalam bentuk 3D;
3. Melakukan analisis kesesuaian antara rencana distribusi suplai air siap minum pada masing-masing keran dengan kebutuhan akan air siap minum masing-masing fakultas di Universitas Gadjah Mada.
I. 4. Manfaat Manfaat kegiatan ini antara lain:
1. Sebagai masukan serta alternatif bagi pengembangan Sistem Penyediaan Air Minum (SPAM) kampus secara mandiri yang sedang digalakkan oleh Universitas Gadjah Mada;
2. Meningkatkan efisiensi, efektifitas, serta keberlanjutan (sustainability) dalam pendistribusian air siap minum;
3. Sebagai sebuah miniatur sistem yang nantinya dapat diperbesar dalam membantu program pemerintah yang menargetkan seluruh masyarakat Indonesia bisa mendapat pelayanan air minum 100% pada 2019 mendatang;
4. Dengan adanya pemodelan 3D pipa bawah tanah, maka akan sangat bermanfaat bagi proses monitoring maupun maintenance kedepan;
5. Mempermudah akses bagi civitas akademika Universitas Gadjah Mada dalam menemukan keran air terdekat.
I. 5. Landasan Teori
I.5.1. Sistem Penyediaan Air Minum
Sistem Penyediaan Air Minum (SPAM) merupakan satu kesatuan sistem fisik (teknik) dan non fisik dari prasaran dan sarana air minum. Penyediaan air minum haruslah dapat memenuhi setiap segi kehidupan masyarakat dan tersedia dalam jumlah yang cukup baik untuk disalurkan secara terus menerus maupun untuk jam-jam tertentu. Penyelenggaraan pengembangan SPAM di definisikan sebagai kegiatan merencanakan, melaksanakan konstruksi, mengelola, memelihara, merehabilitasi, memantau, dan/atau mengevaluasi sistem fisik (teknik) dan non fisik penyediaan air minum.
Dalam mengatur SPAM di Indonesia, Kementrian Pekerjaan Umum (PU) mengeluarkan pedoman yang tercantum dalam Peraturan Pemerintah No. 16 tahun 2005 tentang Pengembangan Sistem Penyediaan Air Minum. Dalam pedoman tersebut, disebutkan bahwa SPAM dapat dilakukan melalui sistem jaringan perpipaan.
Sistem jaringan perpipaan meliputi unit air baku, unit produksi, unit distribusi, unit pelayanan, dan unit pengelolaan. Selain itu, SPAM juga dapat dilakukan dengan sistem bukan jaringan perpipaan yang meliputi sumur dangkal, sumur pompa tangan, bak penampungan air hujan, terminal air, mobil tangki air, instalasi air kemasan, atau bangunan perlindungan mata air.
1.5.1.1. Unit baku air. Unit baku air merupakan sarana pengambilan atau penyedia air baku (khususnya dari air tanah dan mata air) yang dapat terdiri dari bangunan penampungan air, bangunan pengambilan/ penyadapan, alat pengukuran dan
peralatan, pemantauan, sistem pemompaan, dan/atau bangunan sarana pembawa serta perlengkapannya.
1.5.1.2. Unit produksi air. Unit produksi air merupakan prasarana dan sarana yang dapat digunakan untuk mengolah air baku menjadi air minum melalui proses fisik, kimiawi, dan/atau biologi. Unit produksi air dapat terdiri dari bangunan pengolahan dan perlengkapannya, perangkat operasional, alat pengukuran dan peralatan pemantauan, serta bangunan penampungan air minum.
1.5.1.3. Unit distribusi air. Unit distribusi air merupakan prasarana dan sarana yang mampu memberikan kepastian kuantitas, kualitas air, dan kontinuitas pengaliran. Unit distribusi air terdiri dari sistem perpompaan, jaringan distribusi, bangunan penampungan, alat ukur dan peralatan pemantauan.
1.5.1.4. Unit pengelolaan air. Secara umum unit pengelolaan teknis (kegiatan operasional, pemeliharaan dan pemantauan dari unit air baku, unit produksi dan unit distribusi) dan pengelolaan nonteknis yang terdiri dari administrasi serta pelayanan.
Rencana induk pengembangan SPAM disusun dengan memperhatikan:
a. rencana pengelolaan sumber daya air;
b. rencana tata ruang wilayah, kebijakan dan strategi pengembangan SPAM;
c. kondisi lingkungan, sosial, ekonomi, dan budaya masyarakat di daerah/
wilayah setempat dan sekitarnya; dan d. kondisi kota dan rencana pengembangannya
SPAM sederhana meliputi beberapa sistem didalamnya, antara lain:
a. sistem sumber air berupa bak penangkap air (broncaptering);
b. sistem transmisi untuk mengalirkan air dari sumber ke bak penampungan (reservoir);
c. sistem menyalurkan air ke pelanggan.
Di dalam SPAM perlu juga dipertimbangkan kapasitas produksi (supply).
Kapasitas produksi merupakan kemampuan sumber air untuk menghasilkan air minum yang dipengaruhi oleh jam operasi dan kapasitas pompa. Kapasitas produksi juga dapat dipertimbangkan dengan diketahuinya kebutuhan air penduduk. Kebutuhan air penduduk sendiri dikelompokkan menjadi dua; kebutuhan air rata-rata (liter/jam/jiwa)
dan kebutuhan jam puncak (KJP) dengan nilai koefisien 1,70 s/d 2,0 x kebutuhan air rata-rata penduduk.
I.5.2. Analisis distribusi suplai dan kebutuhan air siap minum
Berdasarkan Ardana, dkk (2011), kapasitas suplai dipengaruhi oleh jam kebutuhan. Oleh karenanya, suplai air siap minum per hari pada suatu instansi dapat dihitung. Hal tersebut dilakukan melalui pembagian angka suplai/serapan keran per bulan dengan jumlah hari kerja dan jam sibuk kampus per hari. Berikut apabila perhitungan tersebut dirumuskan pada rumus 1.1.
SPH = Suplai per bulan
jumlah hari kerja x konstanta jam sibuk ... (1.1) Keterangan:
SPH = Suplai per hari (liter/hari/jiwa) Suplai per bulan = Suplai per bulan (liter/30 hari/jiwa) Jumlah hari kerja = Jumlah hari kerja warga instansi (hari)
Konstanta jam sibuk = Jumlah jam sibuk dalam satu hari (n jam/24 jam)
Sedangkan dalam n analisis terkait kebutuhan air siap minum, perhitungan dilakukan berdasarkan pada kebutuhan air rata-rata. Kebutuhan air rata-rata harian (Qrh) adalah banyaknya air yang dibutuhkan selama satu hari.
Berikut rumus dalam menghitung kebutuhan rata-rata.
Qrh= p.q ... (1.2) Keterangan:
Qrh = jumlah kebutuhan (liter/hari/jiwa) p = jumlah penduduk (jiwa)
q = kebutuhan air penduduk (liter/hari/jiwa) I.5.3. Sistem Informasi Geografis
Menurut Bernhardsen (2002), SIG merupakan sistem komputer yang digunakan untuk memanipulasi data geografi. Sistem ini diimplementasikan dengan perangkat keras dan perangkat lunak komputer yang berfungsi untuk akusisi dan verifikasi data, kompilasi data, penyimpanan data, perubahan dan pembaharuan data, manajemen dan pertukaran data, manipulasi data, pemanggilan dan presentasi data serta analisa data. Definisi lain yang dikemukakan oleh Jaya (2002) menjelaskan SIG sebagai sebuah sistem yang berbasis komputer, terdiri dari perangkat keras berupa
komputer (hardware), perangkat lunak (software), data geografis dan sumber daya manusia (brainware), yang mampu merekam, menyimpan, memperbaharui, dan menganalisis dan menampilkan informasi yang bereferensi geografis.
1.5.3.1. Pemasukan data. Prahasta (2002) menyatakan bahwa data input memiliki fungsi dalam mengkonversi dan mentransformasikan ke dalam format yang dapat digunakan oleh SIG. Secara umum, bentuk data dalam SIG dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu data raster dan data vektor. Di dalam data raster, obyek di permukaan bumi disajikan sebagai elemen matriks atau sel-sel grid yang homogen. Model data Raster menampilkan, menempatkan dan menyimpan data spasial dengan menggunakan struktur matriks atau piksel-piksel yang membentuk grid. Tingkat ketelitian model data raster sangat bergantung pada resolusi atau ukuran pikselnya terhadap obyek di permukaan bumi. Entitas spasial raster disimpan di dalam layer yang secara fungsionalitas direlasikan dengan unsur – unsur petanya, Prahasta (2002).
Sedangkan data vektor adalah model data yang dapat menampilkan, menempatkan, dan menyimpan data spasial dengan menggunakan titik-titik, garis atau kurva dan poligon beserta atribut-atributnya, Prahasta (2002). Bentuk-bentuk dasar representasi data spasial ini di dalam sistem model data vektor didefinisikan oleh sistem koordinat kartesian dua dimensi (x, y).
1.5.3.2. Manajemen Data. Prahasta (2002) menjelaskan manajemen data sebagai suatu kegiatan mengorganisasikan baik data spasial maupun data atribut ke dalam sebuah basis data sedemikan rupa sehingga mudah dipanggil, diperbarui dan disunting.
1.5.3.3. Manipulasi dan Pengelompokan Data. Kemampuan utama analisis SIG adalah melakukan kombinasi dan integrasi data geografik (spatial dan atribut) dengan menggunakan fungsi analisis (model analisis SIG). Fungsi analisis ini merupakan salah satu keunggulan SIG dalam pengelolaan data spasial. Stan Aronoff (1989) membedakan analisis SIG menjadi:
a. Analisis data spatial;
b. Analisis data atribut;
c. Integrasi data spatial dan atribut;
d. Format keluaran.
1.5.3.4. Keluaran Data. Keluaran data adalah suatu kegiatan menampilkan atau menghasilkan keluaran seluruh atau sebagian basis data dalam bentuk softcopy maupun hardcopy (Tabel, grafik, peta, dan lain sebagainya).
1.5.3.4. Kualitas Data. Dalam SIG, kualitas data harus diketahui secara eksplisit.
Informasi kualitas data tertulis dalam meta data. Informasi ini sangat penting dituliskan dalam setiap basis data digital, sehingga pengguna SIG dapat menilai kelayakan data untuk aplikasi yang akan diterapkan. Kualitas data terdiri atas tiga kategori, yaitu:
a. Tingkat mikro;
b. Tingkat makro;
c. Penggunaan.
I.5.4. Sistem Informasi Geografis dalam utilitas
Perkembangan SIG dalam utilitas merupakan salah satu terobosan besar dalam menyelesaikan berbagai masalah terkait distribusi dan lokasi. Sistem Informasi Geografis hadir sebagai sebuah sistem yang dapat mewadahi berbagai seperti perencanaan dan analisis.
Pengembangan utilitas banyak digunakan di berbagai bidang kemasyarakatan, seperti pada pendistribusian air minum. Dalam menghadapi permasalahan terkait air minum, maka diperlukan sistem yang mampu mengidentifikasikan permasalahan terkait aspek spasial maupun non-spasial. Singh, dkk (2010) mengatakan bahwa Sistem Informasi Geografis saat ini mampu mengambil peran penting dalam manajemen air tepat dari sumber menuju pengguna.
Berikut beberapa contoh penggunaan Sistem Informasi Geografis dalam manajemen fungsi utilitas Sistem Penyediaan Air:
1. Menginterpretasikan berbagai lokasi penyimpanan air sebagaimana pada Gambar I.1. berikut;
Gambar I.1. Contoh pengolahan lokasi water reservoir (Singh dkk, 2010) 2. Menginterpretasikan berbagai zonasi seperti zona defisit air pada Gambar
I.2. berikut;
Gambar I.2. Contoh SIG dalam query terkait zona defisit air (Singh dkk, 2010)
3. Menginterpretasikan jaringan hidraulika dalam bentuk 2D maupun 3D dengan menggunakan Sistem Informasi Geografis (SIG). Pemodelan jaringan dapat dilakukan dengan proses buffering terhadap data garis (2D) yang ditentukan jari-jari lingkarannya. Berikut Gambar I.3. sebagai contoh cuplikan proses pembuatan data 3D dari data 2D pada jaringan hidraulika/perpipaan.
Gambar I.3. Contoh pemodelan 3D dari data 2D pada pipa (Grise dkk, 2001)
I.5.5. Jaringan pipa
Pada dasarnya terdapat dua jenis jaringan: radial dan looped. Jaringan radial adalah representasi terbaik untuk drainase. Jaringan radial merupakan jaringan yang memiliki wilayah upstream dan downstream. Sedangkan jaringan looped, biasanya bersifat terputus pada sisi tertentu. Jaringan looped pada umumnya digunakan dalam merepresentasikan distribusi air seperti distribusi jaringan pipa bawah tanah pada SPAM.
Jaringan pipa dapat terdiri dari berbagai cabang baik berdasarkan lokasi distribusi maupun variasi besar diameter pipa yang digunakan. Ilustrasi pipa dua arah dapat dilihat pada Gambar I.4. Sedangkan ilustrasi penampang melintang jaringan pipa bawah dengan variasi diameter maupun kedalaman dapat dilihat pada Gambar I.5.
berikut.
Gambar I.4. Ilustrasi pipa dua arah (Ardana dkk, 2011)
Gambar I.5. Ilustrasi pipa bawah tanah (Ardana dkk, 2011) I.5.6. Global Positioning System (GPS)
Global Positioning System (GPS) atau dengan nama lain NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System), merupakan satelit navigasi dan penentuan posisi berbasis sistem radio yang dimiliki dan dikelola oleh Amerika Serikat. Pada dasarnya GPS terdiri dari tiga segmen utama, yaitu:
a. Segmen angkasa (Space Segment) yang terdiri dari satelit-satelit GPS;
b. Segmen sistem kontrol (Control Sistem Segment) yang terdiri dari stasiun- stasiun pengamat dan pengendali satelit;
c. Segmen pemakai (User Segment) yang terdiri dari pemakai GPS termasuk alat penerima dan pengolah sinyal dan data GPS.
Setiap sinyal dari satelit GPS membawa data yang diperlukan untuk mendukung proses penentuan posisi, kecepatan, maupun waktu. Data tersebut meliputi informasi yang diperlukan untuk menentukan:
a. Waktu pentransmisian sinyal dari satelit;
b. Posisi satelit;
c. Kesehatan satelit;
d. Koreksi jam satelit;
e. Efek refraksi ionosfir (untuk pengamat dengan alat penerima/receiver satu frekuensi);
f. Transformasi waktu ke UTC;
garis tenaga
garis tekanan
g. Status konstelasi satelit.
GPS memiliki karakteristik yang berbeda dibandingkan sistem navigasi satelit lainnya, berikut karakteristik GPS.
Jumlah satelit : 24
Inklinasi orbit : 55o
Radius orbit : 26560 km
Periode orbit : 11 jam 58 menit 00 detik Eksentrisitas orbit : 0,02 (mendekati lingkaran)
Pada dasarnya konsep dasar penentuan posisi dengan GPS adalah melalui perpotongan ke belakang dengan jarak ke beberapa satelit GPS yang telah diketahui koordinatnya. Berikut Gambar I.6. yang menunjukkan konsep sederhana penentuan posisi oleh GPS.
Gambar I.6. Konsep sederhana penentuan posisi oleh GPS (Calais, 2003) Penentuan posisi dengan GPS dapat dikelompokkan menjadi beberapa metode, salah satunya adalah metode absolut. Metode absolut (absolute method) adalah metode penentuan posisi yang hanya menggunakan satu unit alat penerima (receiver) GPS.
GPS terdiri dari berbagai macam jenis, salah satunya adalah Handheld GPS.
Handheld GPS merupakan GPS navigasi yang secara fisik dapat digenggam. Akurasi Handheld GPS pada umumnya berkisar antara 2-5 meter. Besar atau kecilnya akurasi GPS dipengaruhi oleh banyak faktor, salah satunya adalah obstruksi (penghalang) di
lapangan. Semakin sedikit penghalang yang ada, maka semakin besar pula akurasi yang didapatkan.
I.5.7. Peta dasar
Peta dasar atau basemap merupakan peta yang digunakan sebagai latar/dasar dalam menyajikan informasi tertentu. Di dalam peta dasar terdapat berbagai komponen yang memiliki hubungan dengan topografi dan memiliki sistem koordinat. Jenis peta dasar berdasarkan penyajiannya terbagi menjadi 2, yaitu analog dan digital. Pada peta dasar digital, peta dapat disajikan secara offline maupun online.
Dalam memenuhi kebutuhan akan peta yang tinggi di berbagai tempat, saat ini terdapat begitu banyak peta dasar yang disajikan secara online. Contoh peta dasar online yang cukup terkenal adalah Google Map, Bing Map, dan Open Street Map.
Berikut Gambar I.7. yang menunjukkan salah satu contoh peta dasar online yaitu Open Street Map.
Gambar I.7. Contoh peta dasar online
Pada umumnya, peta dasar online menggunakan sistem proyeksi Pseudo Mercator pada datum WGS 1984 (CRS:3395) dengan kode EPSG:3857. Cakupan areanya adalah dari 85,06o lintang selatan hingga 85,06 o lintang utara.
