REKAYASA SUMBER DAYA AIR - Spada UNS

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

• Lokasi air

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

• Simulasi

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(a².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

• Jadi ukuran bak = (4 x 4 x 2 )m

³

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+ S^{i =}= 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 m³/hari. Kebutuhan air di P minimum = 800 m³/hari. Untuk dapat digunakan perlu biaya OP masing masing dari A = Rp 50,-/m³dan dari B = Rp 80,-/m³. Jika harga jual air = Rp 100,-/m³tentukan 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

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 )

20

•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 tanganatau pompa mesin( listrik ) sebagai alat pengambilannya

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 - Sumur pompa tangan dalam dng silinder terbuka

Gambar Sumur pompa tangan dangkal

27

Gambar Sumur pompa tangan dalam

28

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.

32

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

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 tanahair yang menempati rongga-rongga dalam lapisan geologi :

•Geologi

•Hidrologi

•Mekanika fluida

Sejarah air tanah:

•Pemanfaatan sumur dengan alat sederhana

•Sumur Bor:

•Kanatsterowongan air pada tanah alluvium di dekat kaki gunung dengan dilengkapi sumur induk dan beberapa lubang

• panjang 5-30 km

•Debit ∼100 m3/hari

Terjadinya air tanah:

•Siklus hidrologi

•Penyebaran vertikal air tanah

•Zone tidak jenuhair dangkal, daerah antara, daerah kapiler

•Zone jenuhair 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

•Batuan kristalin

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.

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)

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.taliran permukaan

• kec.pelepasan rendahmenyebarmenguap

•Rembesan sekitar sungaibaseflow

•Aliran air tnh besar terkumpul di daerah kecilmata air

•Akifer besar mata air konstan

•Akifer kecildebit tgt musim

Terbentuknya mata air

Manfaat air tanah

•Irigasi / pertanian, ar minum, industri, dll

•Menjaga keseimbangan ekologisperencanaan 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

Mengeringkan parit Pengeboran sumur

Sumur radial Instalasi sumur

Sumur radial 2 tingkat Intrusi air laut

12. Menganalisis sumberdaya air tanah; hidrolika air tanah

hidrolika air tanah(aliran satu dimensi)

13. Menganalisis sumberdaya air tanah;

ketersediaan, pemanfaatan

Analisis air tanah untuk kepentingan pemenuhan kebutuhan air

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

•2. Logging

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 :

peta topografi, geologi, geologi tata lingkungan, dll.

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.

d. Hidrogeologi

Tujuan :

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

PETA GEOLOGI SURAKARTA

(UPN ‘VETERAN’ YOGYAKARTA, 2005)

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 : pdamsolo@indo.net.id

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)

PIPASCREEN

Grouting semen

PIPA PENGHANTAR GRAVEL PIEZOMETER PIPA PENGHANTAR TUTUP SUMUR + 0.80 m

+ 0.00 m

-040 M

KEDALAMAN SUMUR 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.

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

B. Penyelidikan bawah permukaan

1. Pemboran eksplorasi Tujuan :

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

c. Sumur untuk logging

d. Dikembangkan sbg. sumur produksi

2. Logging :

Tujuan :

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

14. Menganalisis pengelolaan SDA; kebutuhan waduk

Optimasi waduk

15. Menghitung optimasi waduk

Optimasi waduk (lanjutan)

16.

UAS