STUDI POTENSI PENERAPAN SISTEM RAINWATER HARVESTING DI UNIVERSITAS PAKUAN
TUGAS AKHIR
Sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar sarjana S-1 dari Universitas Pakuan Oleh :
Amar Ma’ruf Hayan Saputra 0531 18 097
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS PAKUAN
2023
LEMBAR PENGESAHAN
STUDI POTENSI PENERAPAN SISTEM RAINWATER HARVESTING DI UNIVERSITAS PAKUAN
Oleh :
Amar Ma’ruf Hayan Saputra 0531 18 097
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
Wahyu Gendam Prakoso, S.TP., M.Si. Heny Purwanti, S.T., M.T.
Mengetahui,
Ketua Program Studi Teknik Sipil Koordinator Tugas Akhir
Ir.Budi Arief, MT Dr. Ir. Titik Penta Artiningsih, MT
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan Rahmat dan HidayahNya beserta nikmat sehingga penyusun dapat menyelesaikan proposal tugas akhir ini yang berjudul “STUDI POTENSI PENERAPAN SISTEM RAINWATER HARVESTING DI UNIVERSITAS PAKUAN”.
Dalam penyusunan proposal tugas akhir ini penyusun mengalami banyak permasalahan dan kendala yang dihadapi. Namun berkat dorongan yang diberikan oleh pembimbing dan bantuan dari berbagai pihak, segala permasalahan dan kendala tersebut dapat teratasi. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan proposal tugas akhir ini.
Penulis dengan keterbukaan hati senantiasa menerima segala saran dan kritikan dari semua pihak demi penyempurnaan proposal tugas akhir ini. Semoga proposal ini bermanfaat bagi penyusun khususnya dan bagi semua pihak yang membaca pada umumnya.
Bogor, Juni 2023
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN...ii
KATA PENGANTAR...iii
DAFTAR ISI...iv
DAFTAR GAMBAR...vi
DAFTAR TABEL...vii
DAFTAR ISTILAH...viii
BAB I PENDAHULUAN...1
1.1 Latar Belakang...1
1.2 Maksud dan Tujuan...2
1.3 Metodologi Penelitian...2
1.4 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah...3
1.5 Sistematika Penelitian...4
1.6 Kerangka Pemikiran Tugas Akhir...5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...6
2.1 Air...6
2.1.1 Permasalahan dan Tantangan Sumber Daya Air di Indonesia...7
2.1.2 Kebutuhan Air Bersih...8
2.1.4 Sumber Air...9
2.2 Hujan...10
2.2.1 Siklus Hidrologi...11
2.3 Analisis Hidrologi...13
2.3.1 Analisis Frekuensi...13
2.3.2 Distribusi Frekuensi dan Uji Kecocokan Distribusi...14
2.3.3 Intensitas Hujan...18
2.3.4 Koefisien Pengaliran (C)...19
2.3.5 Waktu Konsentrasi...20
2.3.6 Curah Hujan Andalan...22
2.4 Perhitungan Debit Air Baku dan Perhitungan Suplai Air Hujan...23
2.5 Rainwater Harvesting...23
2.5.1 Komponen sistem pemanenan air hujan...24
2.5.2 Pemilihan Jenis Tangki...27
2.5.3 Persyaratan Bahan Pembuatan PAH...28
2.5.4 Potensi Penerapan Rainwater Harvesting di Universitas Pakuan Bogor...29
2.6 Fluktuasi Kebutuhan Air Bersih...30
2.7 Metode Perhitungan Neraca Air...31
2.8 Penelitian Terdahulu...31
BAB III METODE PENELITIAN...34
3.1 Lokasi Penelitian...34
3.2 Sumber data Penelitian...35
3.3 Alur Rencana Penelitian...37
3.4 Metode Pengumpulan Data...38
3.5 Metode Pengolahan Data...38
DAFTAR PUSTAKA...42
LAMPIRAN...43
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus Hidrologi...12
Gambar 2.2 Contoh saluran a-b pada suatu daerah pengaliran...21
Gambar 2.3 Hubungan daerah tangkapan air hujan dan volume air hujan...25
Gambar 2.4 Desain sistem pemanenan dan pengaliran air hujan (tambak)...25
Gambar 2.5 Desain sistem pemanenan dan pengaliran air hujan (atap)...26
Gambar 3.1 Layout Lokasi Penelitian...34
Gambar 3.2 Alur Rencana Penelitian...37
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Sumber Data Sekunder...3
Tabel 2.1 Volume air dipermukaan bumi...6
Tabel 2.2 Pemakaian air rata – rata setiap hari...9
Tabel 2.3 Kriteria Intensitas Curah Hujan di Wilayah Indonesia...11
Tabel 2.4 Parameter Pemilihan Distribusi...16
Tabel 2.5 Nilai Koefisien C...20
Tabel 2.6 Kelebihan dan Kelemahan Letak Tangki Penyimpanan...27
Tabel 2.7 Jenis ukuran tangki...28
Tabel 3.1 Keterangan Wilayah Objek Penelitian...35
Tabel 3.2 Data Jumlah Populasi...35
Tabel 3.3 Data Rekening Penggunaan Air PDAM...36
Tabel 3.4 Data Curah Hujan Rata – Rata pada Stasiun Hujan...36
DAFTAR ISTILAH
DAFTAR SINGKATAN/ISTILAH
BMKG Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika
PAH Penampungan Air Hujan
PDAM Perusahaan Daerah Air Mineral
RWH Rainwater harvesting
SNI Standar Nasional Indonesia
DAFTAR SIMBOL
A Luas atap sebagai bidang penangkap air (Ha)
C Koefisien pengaliran
Cv Koefisien variasi
CS Koefisien tampungan
Ck Koefisien kurtosis curah hujan
I Intensitas hujan (mm/jam)
M Nomor urut
N Banyaknya data
n Jumlah data curah hujan
R24 Curah hujan maksimum harian (selama 24 jam/mm)
S Kemiringan saluran
Sd Deviasi standar curah hujan
Sn Reduced standard deviation, yang juga tergantung pada jumlah
sampel/data ke-n
Tc Waktu konsentrasi (jam)
X Nilai rata-rata curah hujan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan yang vital bagi kehidupan. Musim kemarau dengan durasi waktu yang panjang merupakan salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi menipisnya pasokan sumber air yang ada di alam. Di daerah perkotaan seiring pesatnya pembangunan, kebutuhan air bersih selalu meningkat sementara air bersih semakin langka. Hasil survei Direktorat Pengembangan Air Minum Ditjen Cipta Karya pada tahun 2006 menyatakan bahwa setiap manusia di Indonesia mengkonsumsi air rata–rata sebanyak 144 liter per hari, penggunaan terbanyak yakni sebagai kebutuhan air bersih selebihnya untuk keperluan air bersih yang lain. Seiring perkembangan zaman dan jumlah populasi penduduk semakin tinggi maka pemenuhan kebutuhan air baku juga semakin tinggi.
Sebagian besar wilayah Indonesia berada digaris katulistiwa hal tersebut mengakibatkan Indonesia beriklim tropis dan dengan memiliki curah hujan yang cukup tinggi disetiap tahunnya. Walaupun demikian, sebagian wilayah di Indonesia mengalami kekurangan air pada saat musim kemarau dan mengalami kelebihan air hingga terjadi banjir pada musim penghujan. Masih didapatkan daerah yang sumber air bersihnya mengalami kekurangan karena kuantitas air tanahnya sedikit, atau sungai dengan debit air yang tidak banyak. Disisi lain sistem jaringan PDAM belum bisa melayani kebutuhan air bersih masyarakat secara maksimal. Salah satu cara untuk mewujudkan gagasan tersebut adalah dengan menerapkan konsep pemanenan air hujan (Rain Water Harvesting).
Rainwater Harvesting adalah proses pemanenan air hujan yang ditampung melalui atap sebuah bangunan yang kemudian air hujan tersebut disimpan di dalam sebuah bak atau tangki penampungan (Maryono dkk, 2006). Dengan adanya pemanenan air hujan potensi sumber daya air yang sebelumnya terbuang sia-sia kemudian dapat dialirkan di dalam tangki penyimpanan dan nantinya bisa dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari - hari terutama sebagai keperluan air bersih disaat musim kemarau.
Universitas Pakuan, sebagai salah satu institusi pendidikan tinggi di Indonesia, juga menyadari pentingnya menjaga dan menggunakan sumber daya air dengan
bijak. Oleh karena itu, penerapan rainwater harvesting di Universitas Pakuan merupakan salah satu langkah strategis dalam upaya menjaga keberlanjutan lingkungan kampus dan mengurangi ketergantungan terhadap sumber air yang terbatas. Penerapan rainwater harvesting di Universitas Pakuan memberikan banyak manfaat yang signifikan. Pertama, dengan mengumpulkan dan memanfaatkan air hujan, universitas dapat mengurangi beban terhadap sumber daya air publik, terutama pada musim kemarau yang cenderung mengalami kekeringan. Hal ini membantu menjaga ketersediaan air bersih bagi seluruh warga kampus. Selain itu, rainwater harvesting juga memberikan kontribusi positif terhadap upaya pengelolaan air limbah di kampus. Dengan menggunakan air hujan untuk keperluan non-portable, penggunaan air bersih dapat dikurangi, sehingga mengurangi volume air limbah yang dihasilkan. Hal ini sejalan dengan prinsip – prinsip keberlanjutan dan pengelolaan sumber daya yang efisien.
1.2Maksud dan Tujuan
a. Maksud dari pada penelitian ini ialah:
Maksud dilakukannya penelitian ini adalah untuk menganalisis potensi penerapan Rain Water Harvesting sebagai salah satu langkah strategis dalam upaya menjaga keberlanjutan lingkungan kampus dan mengurangi ketergantungan terhadap sumber air PDAM dan air tanah.
b. Tujuan dari pada penelitian ini ialah :
1. Menganalisis jumlah kebutuhan penggunaan air.
2. Menganalisis potensi volume air hujan beserta variabelitas temporal.
3. Menghitung penghematan dari pemanenan air hujan.
1.3Metodologi Penelitian
Untuk melengkapi pembahasan dalam penulisan tugas akhir digunakan metode sebagai berikut :
1. Metode pengumpulan data
Pengumpulan data ditempuh dengan cara : a. Studi Pustaka (Library Research)
Pengumpulan data teoritis dilakukan melalui buku referensi dari perpustakaan dan buku panduan lainnya yang berhubungan dengan permasalahan dalam tugas akhir ini.
b. Studi Lapangan
Dalam pengumpulan data di lapangan diperlukan beberapa data sekunder, yaitu :
Tabel 1.1 Sumber Data Sekunder
No Data Sumber Keterangan
1 Curah Hujan Stasiun / Data online BMKG
2013 – 2022
2 Jumlah Populasi Universitas Pakuan 2019 – 2022
3 Gambar Bangunan Universitas Pakuan Arsip
4 Penggunaan Air PDAM Universitas Pakuan 2019 – 2022
2. Metode analisis data
Dalam menganalisa data digunakan metode : a. Analisa Hidrologi
Digunakan untuk menganalisis curah hujan dan intensitas hujan yang terjadi pada periode tertentu.
b. Analisa Neraca Air
Digunakan untuk menganalisis hubungan antara ketersediaan air yang diperoleh dari air hujan dengan kebutuhan air yang dibutuhkan.
1.4Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Pada penelitian ini penulis memberikan beberapa batasan masalah yang di ambil agar sesuai dengan lingkup dan fokus penyelesaian penelitian, berikut adalah :
1. Objek penelitian adalah seluruh atap gedung Universitas Pakuan.
2. Menggunakan 2 stasiun hujan terdekat.
3. Fokus penelitian hanya pada potensi penerapan dengan cakupan aspek yaitu intensitas curah hujan, potensi volume air hujan, dan penghematan biaya.
1.5Sistematika Penelitian
Adapun sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang abstraksi, latar belakang penulisan, maksud dan tujuan penulisan, metode penulisan, sistematika penulisan, dan kerangka pemikiran.
2. BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menguraikan tentang teori-teori dan referensi yang digunakan serta berhubungan dengan permasalahan penulisan.
3. BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini membahas tentang data umum, langkah-langkah kerja yang akan dilakukan dalam pengambilan data serta langkah-langkah kerja dalam menganalisis data dan hasil penelitian.
4. BAB IV. ANALISIS PEMBAHASAN
Bab ini menguraikan analisa dan hasil penelitian dari pengelolahan data yang berupa “Studi Potensi Penerapan Sistem Rainwater Harvesting Di Universitas Pakuan”. Meliputi intensitas curah hujan, kebutuhan air bersih, potensi volume air hujan, dan penghematan dari pengelolaan air hujan tersebut.
5. BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan penutup yang berisi kesimpulan dari hasil analisis dan pembahasan keseluruhan serta beberapa saran yang direkomendasikan oleh penulis.
6. DAFTAR PUSTAKA
Menuliskan beberapa referensi yang dipakai oleh penyusun dalam menyelesiakan tugas akhir ini.
7. LAMPIRAN
Terdiri dari gambar–gambar dan keterangan data–data yang mendukung penulisan tugas akhir ini.
1.6 Kerangka Pemikiran Tugas Akhir MULAI LATAR BELAKANG
MAKSUD DAN TUJUAN BATASAN MASALAH STUDI PUSTAKA
PENGUMPULAN DATA
STUDI LITERATUR DATA SEKUNDER
1. Buku-buku referensi 1. Data curah hujan
2. Jurnal-jurnal 3. SNI
2. Data jumlah populasi 3. Data gambar bangunan 4. Data penggunaan air PDAM
PENGOLAHAN DATA PENYUSUNAN
LAPORAN KESIMPULAN DAN
SARAN SELESAI
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air
Air menjadi salah satu aspek yang paling menentukan dalam kelangsungan bumi beserta isinya. Air merupakan kandungan zat terbesar dibumi yaitu sekitar sepertiga
dari kandungan bumi. Air mempunyai sifat dan bentuk yang berbeda - beda, tergantung dalam kondisi apa air itu berada. Dengan kondisi itulah maka secara umum air dibumi pada dasarnya jumlahnya tetap, yang berbeda adalah bentuknya.
Masing-masing penampung air (reservoir) mempunyai jumlah air yang berbeda- beda. Namun demikian dimanapun air berada akan berputar sesuai dengan siklusnya.
Berikut ini menggambarkan bentuk – bentuk air beserta komposisinya.
Tabel 2.1 Volume air dipermukaan bumi
Reservoir Volume (km³ x 109) Persentase (%)
Lautan 1370 97,25
Kutub Es dan Glaciers 29 2,05
Air Tanah 9,5 0,68
Danau 0,125 0,01
Kelembaban Tanah 0,065 0,005
Atmosfer 0,013 0,001
Sungai 0,0017 0,0001
Biosfer 0,0006 0,00004
Sumber: Kurnia, 2017.
Air sepenuhnya menjadi kebutuhan mutlak manusia serta mahluk hidup lainnya dibumi. Terutama bagi manusia, air berperan sangat vital bagi semua aspek kehidupan manusia, untuk konsumsi langsung, pertanian, perikanan transportasi, konstruksi, dan lain-lain. Dengan pesatnya tingkat pertumbuhan populasi manusia, maka kebutuhan akan air pun meningkat dan hanya merupakan masalah waktu hingga suatu saat di berbagai belahan bumi air akan menjadi sangat langka dan kebutuhan akan air tidak akan dapat terpenuhi lagi. Permasalahan air di Indonesia, telah dalam kondisi yang memprihatinkan.
2.1.1 Permasalahan dan Tantangan Sumber Daya Air di Indonesia
Sumber daya air merupakan karunia Tuhan Yang Maha Esa yang berperan sebagai penopang sistem kehidupan dan berperan sebagai modal pembangunan. Hampir seluruh aktivitas dan komoditas ekonomi dalam kehidupan di muka bumi sangat bergantung pada ketersediaan air. Pengelolaan Sumber Daya Air telah mampu menyumbang kemajuan ekonomi dan kesejahteraan masyarakat. Meskipun potensi total tahunan sumber daya air di Indonesia masih berlimpah, tetapi distribusinya
tidak merata, baik ditinjau dari letak geografis setiap pulau maupun dari segi distribusi curah
hujan bulanan. Ketidaksiapan dalam mengantisipasi dinamika kependudukan dan pembangunan yang terus meningkat serta pergeseran musim yang setiap tahun semakin tidak menentu sebagai dampak perubahan iklim global, akan menimbulkan situasi krisis sumber daya air dan peningkatan daya rusak air, baik yang terjadi saat ini maupun pada waktu yang akan datang. Pembangunan yang sangat pesat, pertambahan jumlah penduduk, serta peningkatan kegiatan ekonomi selama tiga dasawarsa terakhir ini mengakibatkan peningkatan alih fungsi lahan di berbagai wilayah. Alih fungsi lahan yang tidak sesuai dengan peruntukan dan fungsi kawasan mengakibatkan berkurangnya kapasitas resapan air, peningkatan erosi lahan, sedimentasi pada sumber-sumber air, serta peningkatan kerentanan kawasan terhadap bahaya kekeringan, banjir dan tanah longsor, pencemaran air, intrusi air laut, serta penurunan produktivitas lahan yang akan mengakibatkan kerugian ekonomi, kerawanan sosial, dan kerusakan lingkungan. Adapun permasalahan dan tantangan Sumber Daya Air di Indonesia berdasarkan perpres nomor 37 tahun 2023, yaitu : 1. Permasalahan
a. Degradasi Daerah Aliran Sungai.
b. Eksploitasi Air Tanah yang tidak terkendali.
c. Konversi Penggunaan Lahan.
d. Ketersediaan Sarana dan Prasarana yang belum memadai.
e. Konflik dalam Penggunaan Air.
f. Keterbatasan Pemahaman dan Kepedulian Masyarakat dan Dunia Usaha.
g. Tumpang tindih peran Lembaga Pengelolaan Sumber Daya Air.
h. Keterbatasan Data dan Informasi yang benar dan akurat.
2. Tantangan
a. Curah Hujan Musiman dan Indeks Ketersediaan Air yang bervariasi pada setiap Pulau.
b. Dinamika Kependudukan dan Implikasinya terhadap Sumber Daya.
c. Pencapaian Tujuan Pembangunan Berkelanjutan.
d. Pengembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi serta Budaya terkait Air.
e. Ketahanan Air.
f. Dampak Perubahan Iklim Global.
2.1.2 Kebutuhan Air Bersih
Air merupakan bagian penting dari sumberdaya alam yang bersifat sumberdaya yang terbaharukan dan dinamis. Air adalah zat atau unsur yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui sampai saat ini di bumi (Kodoatie dan Sjarief, 2010).
Kondisi air bervariasi seiring waktu tergantung pada kondisi lingkungan setempat.
Air terikat erat dengan kondisi ekologi setempat sehingga kualitas air termasuk dalam ilmu lingkungan. Aktivitas industri seperti manufaktur, pertambangan, konstruksi, dan transportasi merupakan penyebab utama pencemaran air, juga limpasan permukaan dari pertanian dan perkotaan.
Kualitas air adalah suatu ukuran kondisi air dilihat dari karakteristik fisik, kimiawi, dan biologisnya. Air dalam kehidupan khususnya untuk manusia merupakan kebutuhan paling esensial sehingga pemenuhan atas ketersediaannya mutlak dibutuhkan. Air bersih digunakan bukan di rumah tangga saja, tapi juga untuk kegiatan-kegiatan lain berdasarkan kebutuhannya. Pemanfaatan air bersih akan memberikan dampak bagi kesehatan masyarakat serta kesejahteraan masyarakat.
Adapun aspek kegiatan yang memanfaatkan air bersih selain untuk kebutuhan rumah tangga, antara lain untuk:
a. Kegiatan Sosial : Rumah sakit, sekolah dan rumah ibadah.
b. Kegiatan Ekonomi/Niaga : Pasar, toko, dan restaurant.
c. Kegiatan Industri : Pabrik dan industri rumah.
d. Transportasi : Stasiun, pelabuhan, dan terminal.
e. Pariwisata/Rekreasi : Taman, kolam renang, dan kebun binatang.
Berdasarkan SNI 03-7065-2005 setiap jenis bangunan memiliki konsumsi air bersih yang berbeda-beda. Asumsi kebutuhan air bersih per masing-masing kegiatan dapat dilihat pada tabel berikut ini.
Tabel 2.2 Pemakaian air rata – rata setiap hari
No Jenis gedung Pemakaian air Satuan
1 Rumah 120 Liter/Penghuni/Hari
2 Rumah susun 100 Liter/Penghuni/Hari
3 Asrama 120 Liter/Penghuni/Hari
4 Rumah sakit 500 Liter/Penghuni/Hari
5 Sekolah dasar 40 Liter/Penghuni/Hari
6 Sltp 50 Liter/Penghuni/Hari
7 Sma/smk dan perguruan
tinggi 80 Liter/Penghuni/Hari
8 Ruko/rukan 100 Liter/Penghuni/Hari
9 Kantor/pabrik 50 Liter/Penghuni/Hari
10 Toserba, toko pengecer 5 Liter/Penghuni/Hari
11 Restoran 15 Liter/Penghuni/Hari
12 Hotel berbintang 250 Liter/Penghuni/Hari
13 Hotel Melati/penginapan 150 Liter/Penghuni/Hari 14 Gedung pertunjukan,
bioskop 10 Liter/Penghuni/Hari
15 Gedung serba guna 25 Liter/Penghuni/Hari
16 Stasiun, terminal 3 Liter/Penghuni/Hari
17 Tempat ibadah 10 Liter/Penghuni/Hari
Sumber: SNI 03-7065-2005
2.1.4 Sumber Air
Air baku merupakan air yang menjadi bahan dasar air bersih sebelum diolah.
Sumber-sumber air bersih ada tiga yakni air hujan, air tanah, dan air permukaan.
a. Air hujan
Air hujan adalah salah satu sumber air baku yang berasal dari siklus yang berkepanjangan yang disebut dengan siklus hidrologi untuk air bersih terutama di daerah yang sulit air permukaan ataupun air tanah.
Adapun sifat-sifat air hujan yakni sebagai berikut.
1. Kesadahan rendah 2. Jenuh dengan oksigen
3. Tidak mempunyai rasa 4. Tidak berwarna
5. Tidak berbau 6. Korosif.
b. Air Tanah
Air tanah adalah air pada siklus hidrologi akibat presipitasi dan air bergerak ke lapisan bawah tanah, mengalir secara infiltrasi atau perolasi melalui celah-celah dan pori-pori tanah dan batuan sehingga mencapai permukaan tanah (water table) yang kemudian menjadi air bawah tanah.
Adapun sifat-sifat air tanah sebagai berikut.
1. Jernih
2. Tidak berwarna 3. Sejuk
4. Mengandung zat-zat organic yang kecil 5. Mengandung sedikit bakteri.
c. Air Permukaan
Air permukaan adalah air yang terjadi akibat tetesan hujan yang jatuh ke tanah.
Air permukaan merupakan sumber air baku yang kuantitasnya paling banyak.
Adapun sifat-sifat yang terdapat pada air permukaan yakni sebagai berikut.
1. Keruh
2. Mengalami pengotoran kimiawi dan bakteriologis.
2.2 Hujan
Hujan merupakan salah satu bentuk presipitasi uap air yang berasal dari alam yang terdapat di atmosfir. Bentuk presipitasi lainnya adalah salju dan es. Hujan berasal dari uap air di atmosfir, sehingga bentuk dan jumlahnya dipengaruhi oleh faktor klimatologi seperti angin, temperatur dan tekanan atmosfir. Uap air tersebut akan naik ke atmosfir sehingga mendingin dan terjadi kondensasi menjadi butir – butir air dan kristal-kristal es yang akhirnya jatuh sebagai hujan (Triatmodjo, 1998).
Curah hujan merupakan ketinggian air yang terkumpul dalam tempat yang datar, tidak menguap, tidak meresap dan tidak mengalir. Curah hujan 1 (satu) millimeter
artinya dalam luasan satu meter persegi pada tempat yang datar, tertampung air setinggi satu millimeter atau tertampung air sebanyak satu liter.
Intensitas Hujan adalah banyaknya curah hujan persatuan jangka waktu tertentu.
Apabila dikatakan intensitasnya besar berarti hujan lebat dan kondisi ini sangat berbahaya karena dapat menimbulkan banjir, longsor, dan efek negatif terhadap tanaman.
Tabel 2.3 Kriteria Intensitas Curah Hujan di Wilayah Indonesia
Tingkatan Intensitas (mm/menit)
Ringan 1 – 5 mm/jam atau 5 – 20 mm/hari
Sedang 5 – 10 mm/jam atau 20 – 50 mm/hari Lebat 10 – 20 mm/jam atau 50 – 100 mm/hari Sangat Lebat > 10 mm/jam atau > 100 mm/hari
Sumber: BMKG
2.2.1 Siklus Hidrologi
Siklus hidrologi merupakan bagian penting dari alam yang sangat berpengaruh terhadap kelangsungan hidup manusia. Siklus ini merupakan suatu proses perpindahan air dari suatu tempat ke tempat lain, yang mana mempengaruhi ketersediaan air pada suatu daerah. Meskipun jumlah air di bumi (relatif) tidak berubah dari tahun ke tahun, tetapi ketersediaan air pada suatu area merupakan bagian dari pendistribusian air pada siklus hidrologi ini, yang mempengaruhi terjadinya siklus hidrologi.
Dalam siklus hidrologi, matahari terus menerus menguapkan air ke atmosfir.
Sebagian dari air yang diuapkan itu kembali ke bumi sebagai hujan dan salju.
Sebagian dari hujan ini diuapkan kembali ke atmosfir, ada juga yang mengalir ke danau dan Sungai sebelum kembali ke laut. Selain itu, air juga meresap ke dalam tanah menjadi air tanah. Secara alami, perlahan – lahan air tanah akan muncul kembali menjadi air permukaan dan menjadi sumber utama dari aliran sungai.
Tumbuhan menyatukan sebagian dari air tanah di dalam jaringannya kemudian melepaskan sebagian dari air tersebut ke atmosfir dalam proses transpirasi.
1. Evapotranspirasi: Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, di tanaman, dan sebagainya kemudian akan menguap ke angkasa (atmosfir) dan kemudian akan
menjadi awan. Pada keadaan jenuh uap air (awan) itu akan menjadi bintik-bintik air yang selanjutnya akan turun (precipitation) dalam bentuk hujan, salju, dan es.
2. Infiltrasi/perkolasi ke dalam tanah: Air bergerak ke dalam tanah melalui celah- celah dan pori-pori tanah dan batuan menuju muka air tanah. Air dapat bergerak akibat aksi kapiler atau air dapat bergerak secara vertical atau horizontal dibawah permukaan tanah hingga air tersebut memasuki kembali sistem air permukaan.
3. Air permukaan: Air bergerak diatas permukaan tanah dekat dengan aliran utama dan danau, makin landai lahan dan makin sedikit pori-pori tanah, maka aliran permukaan semakin besar. Aliran permukaan tanah dapat dilihat biasanya pada daerah aliran sungai menuju laut. Air permukaan, baik yang mengalir maupun yang tergenang (danau, waduk, rawa) dan sebagian air bawah permukaan akan terkumpul dan mengalir membentuk sungai dan berakhir ke laut.
Gambar 2.1 Siklus Hidrologi Sumber: (Soemarto, 1987) 2.3 Analisis Hidrologi
Analisis hidrologi merupakan bidang yang sangat rumit dan kompleks. Hal ini dikarenakan oleh ketidakpastian siklus hidrologi itu sendiri, rekaman data dan kualitas data. Karena hujan adalah kejadian yang tidak adapat diprediksi secara pasti seberapa besar curah hujan yang akan terjadi pada suatu periode waktu, maka diperlukan analisis hidrologi (Triatmodjo, 1998).
2.3.1 Analisis Frekuensi
Analisa frekuensi merupakan metode statistik untuk menghitung banjir rencana maupun hujan rencana dengan kala ulang tertentu untuk keperluan perencanaan bangunan keairan seperti bangunan pengendali banjir. Dari curah hujan rata-rata dari berbagai stasiun yang ada di daerah aliran sungai, selanjutnya dianalisis secara statistik untuk mendapatkan pola sebaran data curah hujan yang sesuai dengan pola sebaran data curah rata-rata (Soewarno, 1995).
1. Standar Deviasi (S)
Perhitungan standar deviasi digunakan rumus sebagai berikut :
S =
xi−x¿2
¿
∑i=1n ¿
¿
√¿
….
………..(2.1)Dimana :
S = Standar deviasi curah hujan X = Nilai rata – rata curah hujan
Xi = Nilai pengukuran dari suatu curah hujan ke – i n = Jumlah data curah hujan
2. Koefisien Variasi (CV)
Koefisien variasi (variation coefficient) adalah nilai perbandingan antara deviasi standar dengan nilai rata – rata hitung dari suatu distribusi. Perhitungan koefisien variasi digunakan rumus sebagai berikut :
Cv=s
x
….
………..(2.2)Dimana :
Cv = Koefisien varian S = Standar deviasi
X = Nilai rata – rata varian
Dari nilai – nilai diatas, kemudian dilakukan pemilihan jenis sebaran yaitu dengan membandingkan koefisien distribusi dari metode yang akan digunakan.
3. Koefisien Skewness (Cs)
Koefisien skewness adalah suatu nilai yang menunjukkan derajat ketidak simetrisan dari suatu bentuk distribusi, perhitungan koefisien skewness digunakan rumus sebagai berikut :
C
s=
xi−x¿2
¿
∑i=1n ¿
¿
….
………..(2.3)Dimana :
Cs = Koefisien skewness Xi = Nilai varian ke-i X = Jumlah data n = Jumlah data S = Standar deviasi 4. Pengukuran Kurtois
Pengukuran kurtois dimaksud untuk mengukur keruncingan dari bentuk kurva distribusi, yang umumnya dibandingkan dengan distribusi normal yang mempunyai Ck = 3 yang dinamakan mesokurtik, Ck < 3 berpuncak tajam dinamakan leptokurtik, sedangkan Ck > 3 berpuncak datar dinamakan platikurtik, perhitungan kurtois digunakan rumus sebagai berikut :
C
k=
xi−x¿4
¿
∑i=1n ¿
¿
….
………..(2.4)Dimana :
Ck = Koefisien kurtosis curah hujan n = Jumlah data curah hujan
X = Nilai rata – rata dari data sampel Xi = Curah hujan ke-i
S = Standar deviasi
2.3.2 Distribusi Frekuensi dan Uji Kecocokan Distribusi a. Distribusi Frekuensi
Distribusi frekuensi digunakan untuk memperoleh probabilitas besaran curah hujan rencana dalam berbagai periode ulang. Dasar perhitungan distribusi frekuensi adalah
parameter yang berkaitan dengan analisis data yang meliputi rata-rata, simpangan baku, koefisien variasi, dan koefisien skewness (kecondongan atau kemencengan).
Dalam ilmu statistik dikenal beberapa macam distribusi frekuensi yang banyak digunakan dalam bidang hidrologi. Berikut ini beberapa jenis distribusi frekuensi yang dapat digunakan yaitu :
1. Distribusi Gumbel
Jika data hujan yang dipergunakan dalam perhitungan adalah berupa sampel (populasi terbatas), maka perhitungan hujan rencana berdasarkan Distribusi Probabilitas Gumbel dilakukan dengan rumus-rumus berikut.
XT = X + S x K
….
………..(2.5) Keterangan rumus :XT = hujan rencana atau debit dengan periode ulang T.
X = nilai rata-rata dari data hujan (X) S = standar deviasi dari data hujan (X) K = faktor frekuensi Gumbel : K=YtYn
Sn Yt = reduced variate = ln−lnT−1
T
= nilai Yt bisa ditentukan berdasarkan lampiran Sn = Reduced standard deviasi
Yn = Reduced mean 2. Distribusi Normal
Perhitungan hujan rencana berdasarkan Distribusi probabilitas Normal, jika data yang dipergunakan adalah berupa sampel, dilakukan dengan rumus-rumus berikut.
XT = X + KT S
….
………..(2.6) Keterangan rumus :XT = Hujan rencana dengan periode ulang T tahun X = Nilai rata-rata dari data hujan (X) mm S = Standar deviasi dari data hujan (X) mm KT = Faktor Frekuensi, nilainya bergantung dari T 3. Distribusi Log Normal
Perhitungan hujan rencana berdasarkan Distribusi probabilitas Log Normal, jika data yang digunakan adalah berupa sampel, dilakukan dengan rumus berikut.
Log XT = LogX + KT x S LogX
….
………..(2.7) Keterangan rumus :Log XT = nilai logaritmis hujan rencana dengan periode ulang T.
LogX = nilai rata-rata dari log X =
∑
i=1 n
logXi n
S LogX = deviasi standar dari Log X =
logXi−logX¿2
¿¿
∑
i=1 n¿
¿ KT = Faktor Frekuensi, nilainya bergantung dari T 4. Distribusi Log Person III
Perhitungan hujan rencana rencana berdasarkan Distribusi Probabilitas Log Pearson Type lll, jika data yang dipergunakan adalah berupa sampel, dilakukan dengan rumus-rumus berikut.
Log XT = LogX + KT x S LogX
….
………..(2.8) Keterangan rumus :Log XT = nilai logaritmis hujan rencana dengan periode ulang T.
LogX = nilai rata-rata dari log X =
∑
i=1 n
logXi n
S LogX = deviasi standar dari Log X =
logXi−logX¿2
¿¿
∑
i=1 n¿
¿
KT = variabel standar, besarnya bergantung koefisien kepencengan (Cs atau G)
Penentuan jenis distribusi probabilitas yang sesuai dengan data dilakukan dengan mencocokkan parameter data tersebut dengan syarat masing-masing jenis distribusi seperti pada tabel berikut.
Tabel 2.4 Parameter Pemilihan Distribusi
Sumber: Bambang (2008).
b. Uji Kecocokan Distribusi
Uji kecocokan distribusi adalah untuk menentukan kecocokan (the goodness of fit test) distribusi frekuensi dari sampel data terhadap fungsi peluang yang diperkirakan dapat menggambarkan atau mewakili distribusi frekuensi tersebut diperlukan pengujian parameter. Untuk pengujian parameter dapat dilakukan dengan Uji Chi- kuadrat (Chi-square) atau Uji Smirnov-Kolmogorof.
1. Uji Smirnov-Kolmogorof
Uji kecocokan Smirnov-Kolmogorof sering juga disebut uji kecocokan non parametrik (non parametric test), karena pengujiannya tidak menggunakan fungsi distribusi tertentu. Prosedur dasarnya mencakup perbandingan antara probabilitas kumulatif lapangan dan distribusi kumulatif fungsi yang ditinjau. Sampel yang berukuran n, diatur dengan urutan yang meningkat. Dari data yang diatur akan membentuksuatu fungsi frekuensi kumulatif tangga. Berikut merupakan prosedur perhitungan Smirnov-Kolmogorof :
1) Urutkan data (data besar ke kecil atau sebaliknya) dan tentukan besarnya peluang dari masing-masing data tersebut:
X1 P(X1) ; X2 P(X2) ; Xn P(Xn)
2) Tentukan nilai masing-masing peluang teoritis dari hasil penggambaran data.
X1 P’(X1) ; X2 P’(X2) ; Xn P’(Xn)
3) Dari kedua nilai peluang tersebut tentukan selisih terbesar antara peluang pengamatan dengan peluang teoritis.
D = Maksimum [ P(Xm) – P’(Xm) ]
Berdasarkan tabel nilai kritis (Smirnov-Kolmogorof test) tentukan nilai kritis (Do).
Apabila nilai D lebih kecil dari nilai Do maka distribusi teoritis yang digunakan untuk menentukan persamaan distribusi dapat diterima, tetapi apabila nilai D lebih besar dari nilai Do maka distribusi teoritis yang digunakan untuk menentukan distribusi tidak diterima.
2. Uji Chi-square
Uji Chi-square adalah salah satu uji statistik non parametrik yang cukup sering digunakan dengan penelitian. Uji Chi-square ini biasa diterapkan untuk pengujian kenormalan data, pengujian data yang berlevel nominal atau untuk menguji perbedaan dua atau lebih proporsi sampel. Uji Chi-square diterapkan pada kasus dimana akan uji diamati (data observasi) berbeda secara nyata ataukah tidak dengan frekuensi yang diharapkan. Chi-square adalah teknik analisis yang digunakan untuk menentukan perbedaan frekuensi (Oj) dengan frekuensi ekspektasi atau frekuensi harapan (Ej) suatu kategori tertentu. Uji ini dapat dilakukan pada data diskrit atau frekuensi.
Uji Chi-square digunakan untuk menguji distribusi pengamatan, apakah sampel memenuhi syarat distribusi yang diuji atau tidak. Adapun prosedur perhitungan Chi- square adalah sebagai berikut:
1) Menghitung jumlah kelas dengan rumus:
K = 1+3,22 log n Dengan:
K = jumlah kelas N = Banyaknya data
2) Membuat kelompok-kelompok kelas sesuai dengan jumlah kelas.
3) Menghitung frekuensi pengamatan Oj = n/jumlah kelas.
4) Mencari besarnya curah hujan yang masuk dalam batas kelas.
5) Menghitung:
Oj−Ej¿2
¿
¿ Xh2=
∑
i=1 n
logXi¿
….
………..(2.9)Dimana :
Xh2 = parameter chi-kuadrat terhitung k = jumlah kelas
Oj = frekuensi pengamatan kelas Ej = frekuensi teoritis kelas
6) Menentukan µ² cr dari tabel dengan menentukan taraf signifikan taraf signifikan (ɑ) dan derajat kebebasan (v).
Menyimpulkan hasil dari tabel perhitungan apabila μ² hitung < μ² cr maka distribusi terpenuhi dan apabila nilai μ² hitung > μ² cr maka distribusi tidak terpenuhi.
2.3.3 Intensitas Hujan
Intensitas hujan adalah ketinggian curah hujan yang terjadi pada suatu kurun waktu di mana air tersebut terkonsentrasi (Loebis, 1992). Untuk mendapatkan nilai intensitas hujan, alat penakar hujan harus mampu mencatat besarnya volume hujan dan waktu mulai berlangsungnya hujan sampai hujan tersebut berhenti. Durasi adalah lamanya suatu kejadian hujan. Intensitas hujan yang tinggi pada umumnya berlangsung dengan durasi pendek dan meliputi daerah yang tidak luas. Hujan yang meliputi daerah luas, jarang sekali dengan intensitas tinggi tetapi dapat berlangsung dengan durasi cukup panjang. Kombinasi dari intensitas hujan yang tinggi dengan durasi panjang jarang terjadi, tetapi apabila terjadi berarti sejumlah besar volume air bagaikan ditumpahkan dari langit (Sudjarwadi, 1987)
Untuk menghitung intensitas hujan dengan data curah hujan harian dapat menggunakan metode Mononobe sebagai berikut :
I =
R2424
(
24 t
¿ ¿
2 3
)
….
………..(2.10) dengan:I = intensitas hujan (mm/jam),
t = lamanya hujan (jam),
R24 = Curah hujan maksimum selama 24 jam (mm).
2.3.4 Koefisien Pengaliran (C)
Koefisien pengaliran (C) adalah perbandingan antara jumlah aliran (run off) dengan jumlah curah hujan. Persentase angka pengaliran berangsur-angsur bertambah selama hujan berlangsung, juga harga koefisien pengaliran tersebut berbeda-beda, yang mana
hal ini dapat disebabkan antara lain : 1. Faktor Meteorologi, yang mencakup :
a. Curah hujan b. Intersepsi c. Evaporasi d. Transpirasi
2. Faktor daerah, yang mencakup : a. Karakteristik daerah pengaliran
b. Faktor fisik yaitu penggunaan tanah, jenis tanah, kondisi topografi
Faktor utama yang mempengaruhi C adalah laju infiltrasi tanah atau presentase lahan kedap air, kemiringan lahan, tanaman penutup tanah, dan intensitas hujan.
permukaan kedap air, seperti perkerasan aspal dan atap bangunan, akan menghasilkan aliran hampir 100% setelah permukaan menjadi basah, seberapa pun kemiringannya (Suripin 2004). Berikut merupakan tabel nilai koefisien C :
Tabel 2.5 Nilai Koefisien C.
Deskripsi lahan / karakter permukaan Koefisien aliran, C
Bisnis Perkotaan
Pinggiran
0,70 – 0,95 0,50 – 0,70
Perumahan Rumah Tunggal
Multiunit, terpisah Multiunit, tergabung Perkampungan
0,30 – 0,50 0,40 – 0,60 0,60 – 0,75 0,25 – 0,40
Apartemen 0,50 – 0,70
Industri Ringan
Berat
0,50 – 0,80 0,60 – 0,90 Perkerasan
Aspal dan beton Batu – bata, paving
0,70 – 0,95 0,50 – 0,70
Atap 0,75 – 0,95
Halaman, tanah berpasir
Data, 2%
Rata – rata, 2 – 7%
Curam, 7%
0,05 – 0,10 0,10 – 0,15 0,25 – 0,35 Halaman kereta api 0,10 – 0,35 Taman tempat bermain 0,20 – 0,35
Taman, pekuburan 0,10 – 0,25
Hutan
Datar, 0 – 5%
Bergelombang, 5 – 10%
Berbukit, 10 – 30%
0,10 – 0,40 0,25 – 0,50 0,30 – 0,60 Sumber: Suripin, 2014
2.3.5 Waktu Konsentrasi
Waktu konsentrasi pada daerah pengaliran adalah waktu yang dibutuhkan air untuk mengalir dari daerah yang terjauh ke suatu pembuang (outlet) tertentu, yang diasumsikan bahwa lamanya hujan sama dengan waktu konsentrasi pada semua bagian daerah pengaliran dimana air hujan berkumpul bersama-sama untuk mendapatkan suatu debit yang maksimum pada outlet,
Waktu konsentrasi terdiri dari 2 (dua) bagian:
a. Waktu pemasukan (inlet time) atau time of entry yaitu waktu yang dibutuhkan oleh aliran permukaan untuk masuk ke saluran.
b. Waktu pengaliran (Conduit Time) yaitu waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir disepanjang saluran sampai titik kontrol yang ditentukan seperti Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Contoh saluran a-b pada suatu daerah pengaliran Sumber: Suyono, 1976.
Dari gambaran ini dapat dijelaskan adalah waktu pemasukan adalah waktu yang dibutuhkan air hujan dari titik terjauh masuk ke titik pengaliran misalnya titik A, sedangkan waktu pengaliran adalah waktu yang dibutuhkan oleh air dalam perjalanan dari titik A ke B.
Waktu pemasukkan (inlet time) dipengaruhi oleh:
1. Kekasaran permukaan daerah pengaliran.
2. Kejenuhan daerah pengaliran.
3. Kemiringan daerah pengaliran.
4. Sisi dari bagian daerah atau jarak areal pembagi ke saluran.
5. Susunan atap yang ada pada daerah tersebut.
Dalam hal ini untuk curah hujan yang berasal dari atap, waktu pemasukannya tidak lebih dari 5 menit. Pada daerah komersial yang relatif datar, waktu pemasukan yang dibutuhkan sekitar 10 sampai 15 menit, dan pada daerah permukiman penduduk yang relatif datar waktu yang dibutuhkan sekitar 20 sampai 30 menit.
Waktu pengaliran (time of flow) tergantung pada perbandingan panjang saluran dan kecepatan aliran. Menurut rumus empiris dari Kirpich yang diasumsikan dari rumus Manning untuk koefisien kekasaran rata-rata dan jari-jari hidraulis yang berlaku umum. Waktu konsentrasi juga dapat dihitung dengan rumus:
0,87x L2 1000x S ¿0,385
tc=¿
….
………..(2.11)Dimana:
tc = Waktu konsentrasi.
L = Panjang maksimum aliran (meter).
S = Kemiringan saluran.
2.3.6 Curah Hujan Andalan
Perkembangan wilayah pada suatu daerah akan menyebabkan kebutuhan air terus meningkat seiring dengan laju penduduk. Pemenuhan kebutuhan pangan dan aktivitas penduduk selalu erat kaitannya dengan kebutuhan air. Tuntutan tersebut tidak dapat dihindari, tetapi haruslah dprediksi dan direncanakan pemanfaatan sebaik mungkin. Kecenderungan yang sering terjadi adalah adanya ketidakseimbangan antara ketersediaan air dan kebutuhan air. Untuk mencapai keseimbangan antara kebutuhan air dan ketersediaan air di masa mendatang. Diperlukan upaya pengkajian komponen-komponen kebutuhan air, serta efisiensi pengguna air.
Perhitungan hujan andalan dilakukan melalui pengolahan data debit hujan tahunan yang ada dengan mengurutkan peringkat dan debit rata – rata tahunan dari nilai tertinggi ke nilai terendah berdasarkan besar curah hujan rata-rata tahunan. Lalu diperhitungkan peluang masing-masing dengan rumus:
P(%)=
(
n+m1)
x100 %….
………..(2.12) Dengan :m = nomor urut n = jumlah data P = peluang
Prosedur analisis debit andalan sangat dipengaruhi oleh ketersediaan data. Apabila terdapat data debit dalam jumlah cukup panjang, maka analisis ketersediaan air dapat dilakukan dengan melakukan analisis frekuensi terhadap data debit tersebut.
2.4 Perhitungan Debit Air Baku dan Perhitungan Suplai Air Hujan a. Perhitungan Debit Air Baku
Untuk menghitung debit air baku, dapat digunakan Pers. 2.13:
Q = 0,00278 . C . I . A
….
………..(2.13) Dimana:Q = debit air rata-rata hujan (m³/detik) C = koefisien run off (Tabel 2.5)
I = intensitas curah hujan rata-rata (mm/jam) A = luas atap sebagai bidang penangkap (ha) b. Perhitungan Suplai Air Hujan
Untuk menghitung ketersediaan air atau volume air hujan yang jatuh diatas bangunan, dapat digunakan Pers. 2.14.
V = R . A . C
….
………..(2.14) Dimana:V = volume air tertampung (m³) R = curah hujan (mm/bulan) A = luas daerah tangkapan (m²) C = koefisien run off (Tabel 2.5)
2.5 Rainwater Harvesting
Rainwater Harvesting adalah teknologi yang digunakan untuk mengumpulkan, mengalirkan dan menyimpan air hujan untuk kemudian digunakan dari permukaan yang relatif bersih seperti atap, permukaan tanah, atau tangkapan batu. Rainwater harvesting merupakan komponen penting dari pengelolaan air perkotaan dan memiliki manfaat sekunder sebagai perluasan penggunaan air hujan dan teknologi inovatif sederhana, dan hal lainnya yaitu memiliki potensi untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dari waduk penyimpanan air dan proses pengolahan air yang berkontribusi terhadap perubahan iklim.
Sistem RWH memanfaatkan sumber daya air onsite, mengurangi limpasan perkotaan (urban runoff) dan menghemat pengeluaran uang untuk penggunaan air. Keuntungan
rainwater harvesting adalah tersedia air tambahan, meningkatkan kelembaban tanah, meningkatkan air tanah melalui resapan buatan, mengurangin banjir perkotaan, dan meningkatkan kualitas air tanah. Manfaat RWH dapat digunakan untuk irigasi, toilet flushing, untuk mencuci, bahkan dapat menjadi sumber air bersih apabila dilakukan pengolahan terlebih dahulu.
(Maryono dkk, 2006) menyebutkan bahwa teknik pemanenan air hujan atau disebut juga dengan istilah rainwater harvesting berupa suatu cara menampung air hujan pada saat curah hujan tinggi untuk selanjutnya digunakan disaat hujan sedang rendah. Dilihat dari ruang lingkup implementasinya, Teknik ini bisa digolongkan dalam 2 (dua) penggolongan, yaitu :
1. Teknik pemanenan air hujan dengan atap bangunan (roof top rainwater harvesting).
2. Teknik pemanenan air hujan (dan aliran permukaan) dengan bangunan penampungan, seperti parit, embung, kolam, situ, waduk, dan sebagainya.
2.5.1 Komponen sistem pemanenan air hujan
Komponen dasar dari suatu pemanen air hujan terdiri dari 3 (tiga) komponen dasar yaitu :
1. Catchment atau area penangkapan air hujan ini merupakan permukaan (atap) untuk menangkap air hujan yang kemudian dikumpulkan untuk disimpan. Secara teoritis, untuk setiap meter persegi area tangkapan atap, 1 liter air hujan bisa ditangkap per milimeter curah hujan. semakin besar tangkapan air, semakin besar jumlah air hujan yang bisa dikumpulkan per milimeter curah hujan.
Berikut hubungan antara tangkapan air (atap) dan volume air hujan yang terkumpul.
Gambar 2.3 Hubungan daerah tangkapan air hujan dan volume air hujan Sumber: Despins, 2012
2. Delivery system atau sistem pengaliran air hujan. Biasanya terdiri atas saluran pengumpul, atau pipa yang mengalirkan air hujan yang turun dari atap ke tangki penyimpanan melalui pipa atau talang. Agar mampu mengalirkan air hujan semaksimal mungkin, saluran pengumpul atau pipa dibuat dengan ukuran, kemiringan, serta disesuaikan dengan kebutuhan.
Gambar 2.4 Desain sistem pemanenan dan pengaliran air hujan (tambak) Sumber: Husnna dkk, 2020
Gambar 2.5 Desain sistem pemanenan dan pengaliran air hujan (atap).
(a) penyimpanan di atas tanah. (b) penyimpanan di bawah tanah.
Sumber: Husnna dkk, 2020.
3. Storage reservoir merupakan tempat penyimpanan atau penampungan air hujan ini bisa berupa tanki alami seperti kolam atau dam, maupun tangki buatan seperti tong, bak, atau bangunan beton. Dalam storage reservoir, kita juga bisa membuat filter sendiri yang bertujuan untuk menyaring sampah (daun, plastik, dll) yang mungkin ikut terbawa air hujan. dalam kondisi tertentu, filter harus bisa dilepas dengan mudah dan dibersihkan dari sampah.
Tabel 2.6 Kelebihan dan Kelemahan Letak Tangki Penyimpanan Letak
Tangki Kelebihan Kelemahan
Di atas permukaa
n tanah
mudah perawatan (retak atau bocor).
Ektrasi air lebih mudah, dapat dengan sistem gravitasi.
Dapat dibuat lebih tinggi agar meningkatkan tekanan air yang dikeluarkan.
Membutuhkan luas / tempat lebih banyak.
Biasanya lebih mahal
Rentan terhadap dampak cuaca.
Kegagalan konstruksi lebih berbahaya.
Di bawah permukaa n tanah
Mudah memerlukan luas / tempat yang lebih sedikit bahkan kadang tidak terlihat, sehingga tidak menggangu luasan yang ada.
Tidak mengganggu tampilan rumah atau visual bangunan,
Air yang dihasilkan lebih dingin,
Ekstrasi air lebih kompleks.
Kebocoran dan kerusakan lebih susah untuk dideteksi.
Kemungkinan kontaminasi dari air tanah atau runoff
Struktur rentan terhadap akar tanaman atau kenaikan air.
Susah untuk dibersihkan.
Tidak sesuai untuk wilayah yang tinggi muka air tanahnya di atas dasar tangki Sumber: Juliana dkk, 2019
2.5.2 Pemilihan Jenis Tangki
Dalam kaitan dengan penyediaan air hujan maka diperlukan sebuah bak penampungan air (reservoir) yang tepat dan dapat digunakan secara maksimal.
Ada beberapa jenis tangki air dan bahan yang umum digunakan yaitu:
1. Tangki air plastik 2. Tangki air bahan logam 3. Tangki air beton
4. Tangki air fiberglass
Dalam memilih tangki juga perlu diperhatikan ukuran isi tangki apakah sesuai dengan kebutuhan tempat menaruh tangki apakah diatas permukaan tanah maupun dibawah tanah. Biaya perawatan dan juga daya tahan. Berikut beberapa contoh beberapa jenis tangki yang dapat menjadi pilihan, yaitu :
Tabel 2.7 Jenis ukuran tangki
No Bahan Ukuran (m3) Keterangan
1 Beton > 37.85 Kuat, tahan lama, beresiko mengalami retak, letak permanen, dapat berpengaruh pada bau dan rasa
2 Fiberglass 1.89 – 75.70 Dapat bertahan selama puluhan tahun, mudah diperbaiki
3 Besi las 113.5 – 3785 Kokoh, dapat berpindah, mampu menampung dalam jumlah yang cukup besar
4 Metal 0.57 – 9.46 Ringan dan mudah berpindah
5 Kayu 2.65 – 189.25 Baik dalam segi estetika biasanya digunakan pada perumahan
Sumber: (Maryono, 2007)
2.5.3 Persyaratan Bahan Pembuatan PAH
Pembuatan penampung air hujan (PAH) harus memenuhi ketentuan sebagai berikut (Dirjen Cipta Karya, 2009).
1. PAH harus dilaksanakan oleh orang yang berpengalaman.
2. Lokasi tempat PAH dipilih pada daerah-daerah kritis.
3. Pelaksanaan konstruksi PAH harus sesuai dengan ketentuan yang berlaku.
4. PAH dipasang di lokasi atau daerah rawan air minum.
5. Penempatan PAH harus dapat menampung air hujan atau pada kondisi tertentu dapat menampung air minum dari PDAM yang didistribusikan melalui mobil tangki air.
6. Adanya partisipasi masyarakat setempat dalam pelaksanaan pembangunan, pengoperasian dan pemeliharaan PAH.
7. PAH dapat digunakan secara individual maupun kelompok masyarakat.
8. Air hujan jatuh pertama setelah musim kemarau tidak boleh ditampung.
9. PAH harus kedap air.
Kapasitas bak penampung ditentukan berdasarkan berikut ini :
a. Luas bidang penangkap air (minimal sama dengan luas satu atap rumah) b. Kebutuhan pokok pemakaian air.
c. Jumlah air kemarau.
d. Jumlah penduduk terlayani.
2.5.4 Potensi Penerapan Rainwater Harvesting di Universitas Pakuan Bogor Dalam membangun sistem pemanenan air hujan perlu adanya suatu observasi untuk melihat aspek – aspek manfaat serta kebutuhan sebagai bahan pertimbangan untuk menerapkan sistem pemanenan air hujan. Pada penelitian ini gedung Universitas Pakuan yang terletak di Kota Bogor merupakan objek observasi, dengan jumlah masyarakat kampus yang terus meningkat setiap tahunnya tentunya kebutuhan akan sumber air juga ikut meningkat, dan bukan hanya karena itu saja yang menjadi alasan sistem RWH sangat penting untuk diterapkan. Berikut merupakan beberapa hal yang menjadi sumber potensi penerapan sistem RWH pada gedung Universitas Pakuan Bogor.
1. Wilayah
Universitas Pakuan terletak di Kota Bogor, dikenal sebagai kota hujan dengan curah hujan rata – rata setiap tahun sekitar 3.500 – 4.000 mm dengan curah hujan terbesar dibulan Desember dan Januari.
2. Area Tangkapan Air Hujan
Pemanenan air hujan di Universitas Pakuan dapat dilakukan dengan memanfaatkan atap bangunan, dengan adanya hal tersebut dapat memberikan efektifitas tanpa harus membangun suatu bangunan penangkap air hujan seperti waduk, embung, kolam, dan lainnya
3. Sumber Daya Air PDAM
Pemanfaatan air hujan sebagai alternatif pengganti air bersih akan memberikan keuntungan dari sisi ekonomi, beban pengeluaran untuk membayar air PDAM akan berkurang karena sebagian digantikan oleh air hujan.
2.6 Fluktuasi Kebutuhan Air Bersih
Jumlah pemakaian air oleh masyarakat untuk setiap waktu tidak berada pada nilai yang sama. Aktifitas manusia yang berubah – ubah, pertambahan populasi, krisis
iklim menyebabkan pemakaian air selama satu hari mengalami perubahan naik dan turun atau dapat disebut fluktuasi kebutuhan air. Perhitungan kebutuhan air terbagi menjadi tiga kelompok yaitu :
a. Kebutuhan air rata – rata
Pemakaian air rata – rata menggunakan persamaan berikut : Qh=Qd
T
….
………..(2.15)Dimana :
Qh = Pemakaian air rata – rata (m3/jam) Qd = Pemakaian air rata – rata sehari (m3) T = Jangka waktu pemakaian (jam) b. Kebutuhan air harian maksimum
Kebutuhan air harian dengan menggunakan rumus :
Kebutuhan air per hari = jumlah penduduk x kebutuhan rata – rata per hari c. Kebutuhan pada jam puncak
Jam puncak merupakan jam dimana terjadi pemakaian air terbesar. Faktor jam puncak mempunyai nilai yang berbalik dengan jumlah penduduk. Semakin tinggi jumlah penduduk maka besarnya faktor jam puncak akan semakin kecil. Hal terjadi karena dengan bertambahnya jumlah penduduk maka aktivitas penduduk tersebut semakin beragam sehingga fluktuasi pemakaian air semakin kecil (Soufyan, 2005).
Kebutuhan air harian maksimum dan jam puncak dihitung berdasarkan kebutuhan dasar dan nilai kebocoran dengan pendekatan sebagai berikut :
Qh – max = C1.Qh
….
………..(2.16) Dimana :C1 = Konstanta (1,2 – 2,0)
2.7 Metode Perhitungan Neraca Air
Pada metode ini, Perhitungan PAH ditentukan dengan mempertimbangkan keseimbangan antara ketersediaan air dan kebutuhan air yang terjadi. Ketersediaan air berasal dari atap sedangkan kebutuhan air merupakan volume air yang
dibutuhkan. Ketersediaan air berbeda setiap harinya karena perbedaan curah hujan setiap hari dan ditambah lagi dengan dua musim yang terjadi di Indonesia sehingga suplai air pada musim penghujan melimpah dan pada musim kemarau suplai atau ketersediaan air sangat sedikit, sedangkan kebutuhan air setiap bulan dianggap sama.
Maka dengan metode ini menyesuaikan dengan kondisi antara dua musim ini, sehingga suplai air yang ditampung pada musim penghujan ada sebagian yang ditabung untuk menutupi kekurangan air sehingga neraca suplay dengan demand menjadi seimbang.
2.8 Penelitian Terdahulu
Pemanenan air hujan merupakan salah satu metode atau upaya untuk membangun sistem pengendalian terhadap sumber daya air, hal tersebut dilakukan untuk mengurangi dampak dimasa yang akan datang dari penggunaan air tanah yg melebihi kapasitasnya dimana hal tersebut dapat mengakibatkan penurunan tanah serta kekeringan pada musim kemarau. Manfaat lainnya yaitu dapat dirasakan dengan adanya metode pemanenan air hujan ini, seperti mengurangi volume limpasan air hujan yang mengalir pada permukaan tanah. Terdapat banyak penelitian maupun studi yang telah dilakukan untuk memberikan manfaat serta pemahaman terhadap masyarakat tentang pentingnya menjaga sumber daya air. Dari hasil penelitian tersebut dapat dijadikan referensi, data pendukung, dan dasar acuan pada lokasi lainnya, berikut merupakan beberapa penelitian yang digunakan sebagai panduan dalam penelitian ini:
1. Desain Sistem Pemanenan Air Hujan (Rainwater Harvesting)., Studi Kasus Perumahan Type 36 di Kecamatan Cibinong Kabupaten Bogor, Jawa Barat.
Tahun Penelitian : 2018
Nama/Instansi : Febiola Fitriani Cikita, Universitas Pakuan Bogor Metode Penelitian :
a. Intensitas curah hujan priode 2012 – 2016
b. Denah perumahan type 36 dan kemiringan atap perumahan di Kecamatan Cibinong
c. Kecepatan luncuran air hujan Hasil Penelitian :
1) Didapatkan nilai curah hujan rencana dan intensitas curah hujan 2) Didapatkan desain talang dan letak penggantung
3) Didapatkan nilai kebutuhan harian dalam penggunaan air
4) Diketahui jumlah tagihan biaya dalam penggunaan air dan pembuatan sumur air tanah
5) Diketahui jumlah tagihan biaya dalam penggunaan air PDAM 6) Didapatkan nilai volume maksimum air hujan yang dapat ditampung 7) Didapatkan volume kapasitas tangki untuk penyimpanan air hujan
8) Didapatkan besar biaya pembuatan tangki penyimpanan air hujan dengan beberapa desain seperti, di bawah tanah, di permukaan tanah, dan diatas tanah 9) Didapatkan analisa kelayakan ekonomi dari setiap desain.
2. Pemanfaatan Air Hujan untuk Kebutuhan Air Bersih dan Konservasi dengan Metode Rainwater Harvesting., Studi Kasus Kawasan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tahun Penelitian : 2018
Nama/Instansi : Vivi Efrilianita, Universitas Sumatera Utara Metode Penelitian :
a. Peta layout gedung
b. Curah hujan harian rata – rata c. jumlah Civitas Akademik Hasil Penelitian :
1) Didapatkan nilai volume air hujan yang dapat ditampung pada bagian atap 2) Didapatkan nilai rata – rata kebutuhan harian dalam penggunaan air PAM 3) Digunakan tank fiberglass dengan kapasitas sesuai kebutuhan untuk
menampung air hujan
4) Didapatkan ukuran talang dan jumlah pipa
3. Studi Pemanfaatan Air Hujan dari Atap Bangunan sebagai Solusi Menghemat Pemakaian Air PDAM., Studi Kasus Gedung Perkantoran di Kecamatan Medan Belawan,
Tahun Penelitian : 2017
Nama/Instansi : Nanda Alif K., Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara Metode Penelitian :
a. Data Luasan Area
b. Data Curah Hujan Harian Maksimum Hasil Penelitian :
1) Didapatkan nilai pemakaian air rata – rata setiap hari
2) Didapatkan nilai curah hujan rencana maksimum pada periode 10 tahun 3) Didapatkan ukuran dimensi bak penampung air hujan
4) Didapatkan nilai penghematan penggunaan air PDAM
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Lokasi Penelitian
Lokasi Penelitian tugas akhir terletak di wilayah Gedung Universitas Pakuan Bogor yang beralamat di Jln. Pakuan, Tegallega. Kecamatan Bogor Tengah, Kota Bogor.
Jawa Barat 16143.
Gambar 3.1 Layout Lokasi Penelitian
Gedung – gedung yang menjadi wilayah penelitian merupakan sarana dan prasarana gedung universitas yang menjadi aktifitas akademik, kegiatan mahasiswa, maupun administrasi. Berdasarkan dari data penggunaan air periode 2019 – 2022, pada lokasi penelitian ini peningkatan penggunaan air PDAM mengalami kenaikan seiring dengan pertumbuhan populasi yang meningkat, dan berdasarkan data gambar bangunan yang diperoleh penyaluran air hujan yang jatuh pada atap bangunan diteruskan pada sumur resapan.
Tabel 3.1 Keterangan Wilayah Objek Penelitian
Objek Penelitian Keterangan
Gedung 01 (G01) Graha Pakuan Siliwangi
Gedung 02 (G02) Vokasi
Gedung 03 (G03) Fakultas Hukum, BAUM, dan BAAK
Gedung 04 (G04) Unit Kegiatan Mahasiswa
Gedung 05 (G05) Kantor BNI
Gedung 06 (G06) Akutansi
Gedung 07 (G07) Manajemen
Gedung 08 (G08) Rektorat dan Pascasarjana
Gedung 09 (G09) FMIPA
Gedung 10 (G10) FMIPA dan FISIB
Gedung 11 (G11) FKIP
Gedung 12 (G12) Laboratorium Teknik
Gedung 13 (G13) FT
Gedung 14 (G14) GOR Universitas Pakuan
3.2 Sumber data Penelitian 1. Data sekunder
Pada penelitian ini setiap penulisan maupun perhitungan bersumber dari data sekunder yang kemudian dilakukan pengolahan data, berikut beberapa sumber data yang digunakan oleh penulis.
Tabel 3.2 Data Jumlah Populasi
Sumber: Pangkalan Data Pendidikan Tinggi Tabel 3.3 Data Rekening Penggunaan Air PDAM
Sumber: Universitas Pakuan (BAUM)
Tabel 3.4 Data Curah Hujan Rata – Rata pada Stasiun Hujan
Sumber: Stasiun hujan BMKG
3.3 Alur Rencana Penelitian
Rainwater Harvesting merupakan upaya pemanfaatan air hujan untuk membangun sistem penggunaan air berkelanjutan. Manfaat tersebut dapat dirasakan pada dua musim yang ada di Indonesia, yaitu saat musim kemarau dimana dapat memiliki cadangan air dan pada saat musim hujan dimana dapat mengurangi potensi banjir karena limpasan air serta dapat membantu mengurangi biaya operasional dalam penggunaan air PDAM. Pada penelitian ini data yang digunakan adalah data jumlah populasi, data asbuild drawing, data penggunaan air PDAM, dan curah hujan yang diambil dari beberapa stasiun hujan yg berbeda. Dari beberapa data tersebut
Mulai
Studi Pustaka
Pengumpulan Data
Data Sekunder : Curah hujan 10 tahun
Jumlah populasi
Asbuild Drawing (Catchment Area/ Luasan Atap Bangunan ) Penggunaan Air PDAM
Pengolahan Data
Analisis Neraca Air Analisis
Hidrologi
Potensi Pemanfaatan Air Hujan &
Penghematan Biaya Operasional Air PDAM
dilakukan pengolahan data untuk mengetahui karakteristik hujan pada wilayah penelitian, pertumbuhan jumlah populasi serta penggunaan air setiap tahun, luasan area tangkapan air hujan pada bagian atap bangunan, pengurangan biaya operasional air PDAM karena adanya pemanfaatan air hujan. Berikut gambar dari alur rencana penelitian :
Gambar 3.2 Alur Rencana Penelitian 3.4 Metode Pengumpulan Data
Dalam bagian ini dilakukan pencarian data dari berbagai sumber yang berkaitan dengan penulisan tugas akhir ini, seperti :
1. Data Curah Hujan pada lokasi penelitian, yang ditinjau dari beberapa stasiun hujan.
2. Data jumlah populasi yang berada pada lokasi objek penelitian, yang didapat melalui web resmi Pangkalan Data Pendidikan Tinggi.
3. Data gambar atap pada setiap gedung Universitas Pakuan, yang diperoleh dari arsip gambar Universitas Pakuan melalui staff Bagian Umum (BAUM).
4. Data penggunaan Air PDAM yang diperoleh dari arsip rekening penggunaan air PDAM Universitas Pakuan melalui staff Bagian Umum (BAUM).
3.5 Metode Pengolahan Data
Pada pengolahan data ini terdapat beberapa tahapan diantara nya : 1. Perhitungan kebutuhan air
Pada perhitungan ini digunakan data rekening penggunaan air dan tarif harga air PDAM Kota Bogor untuk mengetahui jumlah kebutuhan penggunaan air perhari nya. Pada peraturan walikota bogor nomor 66 tahun 2018 tentang tarif air minum PDAM Kota Bogor, dimana tarif harga ditentukan berdasarkan klasifikasi kelompok tarif pelanggan.
Berikut merupakan klasifikasi pada wilayah objek penelitian : Jenis Bangunan : Gedung Perguruan Tinggi Swasta Golongan : N1 (Niaga 1)
Tarif Harga Kelompok Pelanggan N1 (Niaga 1)
0 – 10 m3 10 – 20 m3 >20 m3
Rp. 9.000 Rp. 12.000 Rp. 14.000
2. Perhitungan frekuensi curah hujan
Tujuan dilakukan frekuensi curah hujan ini adalah untuk memperoleh curah hujan dengan beberapa perioda ulang. Pada perhitungan ini digunakan beberapa metode distribusi untuk memperkirakan curah hujan dengan tahun periode ulang 2, 5, dan 10 tahun serta dilakukan uji kecocokan distribusi dengan Smirnov Kolmogorof.
Metode distribusi yang digunakan : a. Distribusi Gumbel
XT = X + S x K
….
………..(2.5) Keterangan rumus :XT = hujan rencana atau debit dengan periode ulang T.
X = nilai rata-rata dari data hujan (X) S = standar deviasi dari data hujan (X) K = faktor frekuensi Gumbel : K=YtYn
Sn Yt = reduced variate = ln−lnT−1
T
= nilai Yt bisa ditentukan berdasarkan lampiran Sn = Reduced standard deviasi
Yn = Reduced mean b. Distribusi Normal
XT = X + KT S
….
………..(2.6) Keterangan rumus :XT = Hujan rencana dengan periode ulang T tahun X = Nilai rata-rata dari data hujan (X) mm S = Standar deviasi dari data hujan (X) mm KT = Faktor Frekuensi, nilainya bergantung dari T c. Distribusi Log Normal
Log XT = LogX + KT x S LogX
….
………..(2.7) Keterangan rumus :Log XT = nilai logaritmis hujan rencana dengan periode ulang T.
LogX = nilai rata-rata dari log X =
∑
i=1 n
logXi n
S LogX = deviasi standar dari Log X =
logXi−logX¿2
¿¿
∑
i=1 n¿
¿ KT = Faktor Frekuensi, nilainya bergantung dari T d. Distribusi Log Person III
Log XT = LogX + KT x S LogX
….
………..(2.8) Keterangan rumus :Log XT = nilai logaritmis hujan rencana dengan periode ulang T.
LogX = nilai rata-rata dari log X =
∑
i=1 n
logXi n
