STUDI OPTIMASI EMBUNG TLOGO DI KABUPATEN REMBANG. Adi Prawito ABSTRAK

Transkripsi

1 32 NEUTRON, VOL.10, NO.2, AGUSTUS 2010: STUDI OPTIMASI EMBUNG TLOGO DI KABUPATEN REMBANG Adi Prawito ABSTRAK Embung Tlogo yang terletak di Dusun Tlogo Desa Karangasem, Kecamatan Bulu, Kabupaten Rembang, dibangun untuk memenuhi kebutuhan air irigasi seluas 352 Ha dan air baku. Pada daerah ini terdapat kawasan persawahan tadah hujan dan tegalan yang cukup potensial untuk dikembangkan menjadi daerah pertanian dengan sistem irigasi teknis dan air baku.upaya yang harus dilakukan adalah mengatur pola pengoperasian embung agar kekurangan air pada musim kemarau dapat diantipasi. Studi dilakukan untuk mengetahui debit andalan di sungai besek, Pola tata tanam rencana diperoleh dengan melakukan simulasi awal tanam kebutuhan air irigasi di daerah dusun tlogo dan air baku di daerah desa Karangasem, pengoperasian pintu pengambilan pada embung yang tepat dengan menggunakan prinsip dasar dari studi optimasi dengan simulasi menggunakan persamaan kontinuitas. Dari hasil simulasi selama 25 tahun didapatkan perhitungan kebutuhan air baku sebesar m3/hr dengan proyeksi jumlah penduduk tahun 2033 yaitu orang. Hasil simulasi yang telah dilakukan Total inflow : m3/tahun dan Total Ouflow : m3/tahun. Kata kunci: optimasi, simulasi, embung PENDAHULUAN Air merupakan unsur utama dalam kehidupan manusia, air juga juga merupakan suatu yang sangat penting dalam rangka usaha untuk meningkatkan taraf hidup masyarakat. Oleh karena itu sudah selayaknya bila air beserta sumber-sumbernya perlu dihargai dan dijaga kelestariannya serta dimanfaatkan dengan sebaik-baiknya dalam arti harus dipergunakan secara efektif dan efisien. Di daerah Rembang, tepatnya di Dusun Tlogo Desa Karangasem merupakan daearah kering atau daerah kekurangan air terutama untuk mencukupi kebutuhan air baku dan air irigasi. Pada daerah ini terdapat kawasan persawahan tadah hujan dan tegalan yang cukup potensial untuk dikembangkan menjadi daerah pertanian dengan sistem irigasi teknis dan air baku. Sehubungan dengan kondisi tersebut diatas, maka dipandang perlu untuk melakukan studi agar pelayanan dalam kebutuhan air secara tepat agar semua tanaman dan penduduk dapat menerima air sesuai dengan kebutuhannya. Upaya yang harus dilakukan adalah mengatur pola pengoperasian bendungan agar kekurangan air pada musim kemarau dapat diantipasi. Perumusan Masalah Sebagaimana di uraikan diatas bahwa permasalahan pokok sebagai berikut : 1. Berapakah besarnya debit andalan sebagai inflow atau aliran masuk Embung Tlogo? 2. Berapakah besarnya kebutuhan air baku penduduk sampai dengan 25 tahun ke depan? 3. Bagaimana pola tata tanam yang digunakan agar debit yang ada dimanfaatkan secara optimal dalam memenuhi kebutuhan air irigasi?

2 Studi Optimasi Embung Tlogo di Kabupaten Rembang 33 - TINJAUAN PUSTAKA Embung merupakan bangunan yang berfungsi menampung air hujan untuk persediaan suatu desa di musim kering. Untuk menjamin fungsi dan keamanannya embung mempunyai beberapa bagian yaitu sebagai berikut : Tubuh embung berfungsi menutup lembah atau cekungan (depresi); Kolam embung berfungsi menampung air hujan; Alat sadap berfungsi untuk mengeluarkan air kolam bila diperlukan; Pelimpah berfungsi mengalirkan banjir dari kolam ke lembah untuk mengamankan tubuh embung; Jaringan distribusi berfungsi membawa air dari kolam ke bak tandon air harian di atau dekat pemukiman (desa) secara gravitasi dan bertekanan, sehingga pemberian air tidak menerus (tidak kontinyu). Analisa Masuk (inflow) Untuk Mengisi Embung Langkah perhitungan Debit Sungai dengan cara NRECA mencakup 18 tahapan, untuk mempermudah hitungan dibuatlah kolom-perkolom dari kolom (1) hingga (18) seperti dibawah ini : 1) Nama bulan Januari sampai Desember (dipakai periode 10 harian) 2) Nilai hujan harian (Rb) dalam 1 periode 3) Nilai evapotranspirasi (PET = Penguapan Peluh Pontensial) 4) Nilai tampungan kelengasan awal (w0), nilainya didapat dengan cara try and error, dan pada percobaan pertama di bulan Januari diambil 600(mm). 5) Rasio tampungan tanah dihitung dengan rumus : Wi = Wo NOMINAL Sumber : Ibnu Kasiro dkk (1994) Nominal = 100+0,17 Ra Ra = hujan tahunan (mm) 6) Rasio Rb / PET = kolom (2) : kolom (3) 7) Rasio AET / PET 8) AET = AET xpetxkoefisien. reduksi PET 9) Neraca air =Rb AET =kolm (2) kolom (8) 10) Rasio kelebihan kelegasan (exess moisture) 11) Kelebihan kelengasan = rasio kelebihan kelengasan x neraca air 12) Perubahan tampungan = neraca air kelebihan kelengasan 13) Tampungan air tanah 14) Tampungan tanah awal 15) Tampungan tanah akhir 16) Aliran air tanah 17) Larian lansung 18) Aliran total Debit Andalan Debit andalan (dependable flow) adalah debit minimum sungai untuk kemungkinan terpenuhi yang sudah ditentukan dan dapat dipakai untuk irigasi. Prosedur perhitungan debit andalan adalah sebagai berikut :

3 34 NEUTRON, VOL.10, NO.2, AGUSTUS 2010: Merangking data mulai dari yang terbesar hingga terkecil.menghitung probabilitas untuk masing-masing data dengan menggunakan persamaan Weibull : m P n 1 x100% Sumber : Subarkah (1980:110) Dimana : P = Probabilitas (%) m = nomor urut data debit n = jumlah data debit Analisa Kebutuhan Air Kebutuhan air domestik dihitung berdasarkan jumlah penduduk yang akan dilayani, sedangkan unit kebutuhan airnya ditentukan sebesar 60 liter/orang/hari. Metode yang digunakan dalam perhitungan proyeksi kebutuhan air baku untuk proyeksi pertambahan penduduk hingga 20 tahun mendatang dapat dihitung dengan metode Aritmatik sebagai berikut : Pn = Po + K.t Sumber : Mc. Flee,2007 : 7 Dimana : Pn = jumlah penduduk pada ahir tahun proyeksi (jiwa) Po = jumlah penduduk pada awal tahun proyeksi (jiwa) K = pertambahan penduduk rata-rata per tahun t = jumlah tahun proyeksi (tahun) Kebutuhan Air Irigasi a) Kebutuhan Air Tanaman Kebutuhan air tanaman dirumuskan sebagai berikut : Et = k. Eto Sumber : Suhardjono, 1994:12 Dimana : Et = Kebutuhan air untuk tanaman (mm/hari) K = koefisien tanaman (tergantung jenis, macam dan umur tanaman) Eto = Evaporasi potensial Dalam studi ini digunakan cara Penman, dengan pertimbangan bahwa cara Penman melibatkan keempat faktor meteorologi yaitu suhu udara, kelembaban relatif, kecepatan agin (u), kecepatan matahari dan data letak lintang daerah. Eto = c. Eto* Eto* = W(0,75.Rs Rn1) + (1 - W). f (u). (ea -ed) Sumber : Suhardjono, 1994:54 Dimana : W Rs Ra Rn1 = faktor yang berhubungan dengan suhu(t) dan elevasi daerah = radiasi gelombang pendek(mm/hari) = (0,25+0,54.n/N). Ra = radiasi gelombang pendek yang memenuhi batas luar atmosfir (angka angot) = radiasi bersih gelombang panjang (mm/hari) = f (t). F(ed). f(n/n) f(t) = fungsi suhu = x Ta 4 f(ed) = fungsi tekanan uap = 0,34 0,044. (ed)1/2

4 Studi Optimasi Embung Tlogo di Kabupaten Rembang 35 - f(n/n) = fungsi kecerahan = 0,1 + 0,9. n/n f(u) = fungsi kecepatan angin angin pada ketinggian 2 meter = 0,27 (1 + 0,864.u ) (ea-ed)= perbedaan uap jenuh dan uap sebenarnya ed = ea. RH RH = kelembapan udara relatif(%) c = angka koreksi Penman yang besarnya melihat kodisi siang dan malam b) Perkolasi Perkolasi adalah gerakan air kebawah dari daerah tidak jenuh kedalam daerah jenuh. Laju perkolasi lahan dipengaruhi beberapa faktor antara lain : - Tekstur tanah - Permeabilitas tanah Laju perkolasi normal antara 1-3 mm / hari (Standart perencanaan irigasi - KP 01, 1986 : 107 c) Penggantian Lapiran Air Penggantian lapisan air dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan air yang terputus akibat kegiatan di sawah dengan ketentuan (Anonim, 1986:165). d) Curah Hujan efektif Adapun persamaan yang digunakan (Standart perncanan irigasi - KP 01, 1986 : 106) - Tanaman Padi : Re = 0,7 x R 80 - Tanaman Palawija : Re = R 50 Dimana : Re = curah hujan efektif R80 = curah hujan andalan 80 % (mm) R50 = curah hujan rancangan probabilitas 50 % (mm) e) Efisiensi Irigasi Besarnya efisiensi irigasi sebagai nerikut (anonim, 1986:10) : - Jaringan irigasi = 80 % - Jaringan Sekunder = 90 % - Jaringan Primer = 90 % Pola Operasi Embung Analisis operasi embung dibuat berdasarkan ketersediaan air dari debit andalan yang masuk dan kebutuhan air yang direncanakan. Perilaku yang diterapkan dalam simulasi ini adalah sebagai berikut : 1. Dilakukan pada kondisi debit andalan; 2. Terjadi keseimbangan volume tampungan yiutu kondisi di awal dan akhir operasi sama; 3. Seluruh air yang dilepas diusahakan semaksimal mungkin untuk memenuhi kebutuhan air irigasi di hilir bendungan; 4. Jika kondisi elevasi muka air bendungan di bawah elevasi dasar, maka embung dianggap kosong; 5. Kehilangan-kehilangan lain akibat bocoran atau rembesan pada tubuh bendungan diabaikan. Optimasi dan Simulasi

5 36 NEUTRON, VOL.10, NO.2, AGUSTUS 2010: Prinsip dasar dari studi optimasi dengan simulasi adalah pengembangan dari persamaan kontinuitas, yaitu : ds I O dt Sumber : Mc. Mahon, 1978:20 dimana : I = Inflow (m 3 /det) O = Outflow (m 3 /det) ds = Perubahan tampungan yang merupakan fungsi dari waktu dt Persamaan tersebut diatas dapat dijabarkan sebagai berikut : St+1 = St + Qt - Ot E t - L t Sumber : Mc. Mahon, 1978:24 dimana : I = inflow setiap satuan waktu (m 3 ) O = outflow setiap satuan waktu (m 3 ) ds/dt = perubahan tampungan setiap satuan waktu (m3) St+1 = tampungan embung pada periode t + 1 St = tampungan awal embung pada peride t Qt = inflow ke embung pada periode t Et = kehilangan air akibat evaporasi di embung pada periode t Ot = outflow embung pada periode t L t = Kehilangan air di bendungan (bisa diabaikan) METODE PENELITIAN Lokasi embung Tlogo terletak di Dusun Tlogo, Desa Karangasem, Kecamatan Bulu, Kabupaten Rembang yang merupakan sumber air yang terletak di perbukitan dan mempunyai alur sungai cukup curam dengan dasar berbatu dari berukuran sedang sampai besar. Alur sungai tersebut pernah dimanfaatkan untuk kebutuhan irigasi Data-data yang diperlukan berupa data sekunder yang diperoleh dari Dinas Pengelolaan Sumber Daya Air Propinsi Jawa Tengah dan Balai Pemali Juana di Kabupaten Kudus. Adapun data-data yang diperlukan dalam studi ini adalah : Data lokasi daerah studi Data curah hujan harian diambil dari Sta. Sumber, Sta. Sulang, Sta. Sendangmulya dan Sta. Lawungan sebanyak 15 tahun ( ). Data klimatologi dari stasiun Waduk Tempuran sebanyak 4 tahun ( ). Data teknis embung didapat dari Dinas PSDA Propinsi Jawa Tengah. langkah-langkahnya diperlukan sebagai berikut : 1. Menghitung proyeksi jumlah penduduk untuk mengetahui kebutuhan air baku, 2. Untuk mendapatkan besarnya kebutuhan air irigasi dilakukan dengan cara : a. Data curah hujan harian dijumlah dan dirangking, kemudian dicari R 50 dan R 80 sebagai curah hujan efektif untuk tanaman padi dan palawija. b. Dari data klimatologi, dihitung rerata masing-masing parameter. c. Dilakukan coba-coba permulaan waktu tanam untuk mendapatkan kebutuhan air irigasi minimal di masing-masing daerah. d. Setelah diketahui awal musim tanam yang tepat, baru dilakukan perhitungan kebutuhan air irigasi. 3. Data debit bulanan dijumlah dan dirangking, kemudian dihitung probabilitasnya dan

6 Studi Optimasi Embung Tlogo di Kabupaten Rembang 37 - data dengan probabilitas 80 % digunakan sebagai debit andalan. 4. Hitung volume inflow di bendungan = (data debit) x (jumlah hari x 24 x 3600)/ Menghitung kebutuhan air irigasi per hektar untuk tanaman padi dan palawija berdasarkan pola tata tanam yang direncanakan. 6. Masukkan data luasan daerah irigasi dan air baku hasil optimasi. 7. Hitung volume outflow embung. 8. Hitung evaporasi di embung. 9. Volume hujan di embung. 10. Total inflow 11. Total Outflow. 12. Hitung tampungan akhr (St+1). 13. Jika St+1 > tampungan awal, maka terjadi limpasan (spillway). 14. Cek apakah St+1 < Smati atau St+1 dibawah tampungan mati - Jika di bawah batas tampungan mati maka dianggap terjadi kegagalan operasi embung. - Jika S mati < S t+1 + S awal maka nilai S akhir = S t+1 - Jika S t+1 > S awal maka nilai S akhir = S efektif 15. Setelah didapatkan Sakhir, maka Sakhir digunakan sebagai tampungan awal musim tanam selanjutnya. Proses tersebut berulang sampai diperoleh tampungan akhir periode ini (1 tahun) dan akan berhenti pada akhir operasi. Mulai Data Teknis Embung Jumlah Penduduk Curah Hujan Data Pola Tanam Keb. Air Baku Q Andalan Pola Tata Tanam Rencana Keb. Air Irigasi Menghitung : 1. Volume Inflow 2. Volume Outflow Menghitung : 1. Total Inflow 2. Total Outflow St+1 = St + Qt - Qt - Et - Lt St+1 > S mati Tidak Tampungan Gagal ya St+1 < Seff Tidak S melimpah = St+1 - Seff S akhir (t) = St+1 S akhir (t) = Seff Sakhir = Sawal Selesai

7 38 NEUTRON, VOL.10, NO.2, AGUSTUS 2010: Gambar 1. Kerangka Penelitian ANALISA DAN PEMBAHASAN Data klimatologi yang dipakai sebagai dasar perhitungan diperoleh dari Stasiun Tempuran yang dikumpulkan dari pengamatan selama 4 tahun ( ). Tabel 1. Data Klimatologi Stasiun Tempuran Data Bulan JAN. PEB. MAR. APR. MEI JUNI JULI AGST SEPT. O KT. NO P. DES. Temperatur 0 C Kec. Angin m/det Kelembapan Udara % Sinar Matahari (%) Perhitungan Debit dengan Metode NRECA Sebagai contoh perhitungan diambil pada periode awal januari periode pertama di tahun 1993 yaitu : 1. Bulan awal januari periode awal pertama tahun Nilai hujan harian (Rb) = 113 mm 3. Nilai Evapotranpirasi (PET = Penguapan Peluh Pontensial) = 23 mm 4. Nilai kelengasan awal (Wo) = 600 mm 5. Rasio tampungan tanah (soil storage ratio wi) = Wi = Wo/NOMINAL Wi = 600/297,38 = 2,02 Nilai nominal didapat dari : = ,17 Ra = ,17 x 1,161 = 297,38 6. Rasio Rb / PET = 113 / 23 = 4,89 mm 7. Rasio AET/PET = 1,00 8. AET = AET xpetxkoefisien. reduksi PET = Kolom 7 (AET/PET) x kolom 3 (PET) x Koefisien Reduksi = 1,00 x 23 x 0,90 = 20,78 mm 9. Neraca Air = Rb AET = ,78 = 92,15 mm 10. Rasio kelebihan kelengasan (exess moisture) = 0, Kelebihan kelengesan = Rasio kelengasan x Neraca air = 0,98 x 92,15 = 90, Perubahan Tampungan = Neraca Air Kelebihan kelengasan = 92,15 90,34 = 1, Tampungan air tanah = P1 x Kelebihan Kelengasan 14. Tampungan air tanah awal yang harus dicoba-coba dengan nilai awal = 2

8 Studi Optimasi Embung Tlogo di Kabupaten Rembang Tampungan air tanah akhir = tampungan air tanah + Tampungan air tanah awal = 36,14 + 2,00 = 38, Aliran Air tanah = P2 x Tampungan Tanah Akhir = 0,55 x 38,14 = 20, Larian langsung (direct run off) = Kelebihan kelengasan Tampungan air tanah = 90,34 36,14 = 54, Aliran Total = Aliran langsung + Aliran air tanah = 20, ,21 = 75,21 mm/periode 19. Aliran total dalam mm x 10 x luas tadah hujan (ha), m 3 /periode yaitu : = (75,21 x (12,465 x 1000) / (3600 x 24 x 10)) = 1,0847 m3/det. Analisa Kebutuhan Air Baku Metode yang dapat digunakan dalam perhitungan proyeksi kebutuhan air baku adalah dengan metode aritmatik (sebagai contoh di tahun 2010) dengan asumsi per orang 60 liter/hari : Pn = Po + K.t Pn = (1,01% x 1.862) x 2 Pn = Jiwa PERHITUNGAN KEBUTUHAN AIR RENCANA AWAL TANAM DESEMBER III KETERANGAN SATUAN ` JANUARI FEBRUARI MARET APRIL MEI JUNI JULI AGUSTUS SEPTEMBER OKTOBER NOVEMBER DESEMBER I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III Rencana Pola Tanam : Padi - Padi - Palawija P A D I I LP P A D I II P A L A W I J A LP Koefisien Tanaman C4 LP LP LP LP LP LP LP LP Padi C3 LP LP LP LP LP LP C LP LP LP LP C LP LP Koefisien Rata-rata C LP LP LP LP LP LP LP Evapotranspirasi (data) ETo mm/hr Perkolasi P mm/hr Penggunaan Konsumtif Etc 1 mm/hr Penggantian Lap. Air WLR1 mm/hr WLR2 mm/hr WLR Pengg. Lap Air Rata-rata WLR mm/hr Hujan Efektif Padi mm Hujan Efektif Palawija mm Kebutuhan Air Bersih NFR1 mm/hr NFR2 mm/hr NFR3 mm/hr Kebutuhan Air Di Intake DR1 l/dt/ha DR DR Sumber : Hasil Perhitungan

9 40 NEUTRON, VOL.10, NO.2, AGUSTUS 2010: PERHITUNGAN SIMULASI EMBUNG m3/hr Irigasi Terlayani = Tampungan Efektif = ribu m3 Outflow air minum konstan = MT I = 352 Ha = % Tampungan Mati = ribu m3 Jumlah penduduk terlayani = 3,010 Jiwa MT II = Ha = 40.57% = Luas Genangan = ribu m2 Areal irigasi = 352 Ha MT III = 352 Ha = % Tahun = 2033 Jumlah Outflow Irigasi A Tampungan Total Total S awal Elevasi Debit Evaporasi Air Baku Hujan S t+1 Limpasan S akhir Bulan Periode Q (l/det/ha) Luas (ha) Hari Embung Volume Inflow Outflow Ket. ribu m3 m ribu m2 m 3 /det ribu m3 Padi I Padi II Palawija Padi I Padi II Palawija ribu m3 mm/hr ribu m3 m3/det ribu m3 mm ribu m3 ribu m3 ribu m3 ribu m3 ribu m3 ribu m Jan I sukses II sukses III sukses Feb I sukses II sukses III sukses Mar I sukses II sukses III sukses Apr I sukses II sukses III sukses May I sukses II sukses III sukses Jun I sukses II sukses III sukses Jul I sukses II sukses III sukses Aug I sukses II sukses III sukses Sep I sukses II sukses III sukses Oct I sukses II sukses III sukses Nov I sukses II sukses III sukses Dec I sukses II sukses III sukses KESIMPULAN Dari hasil studi optimasi embung tlogo diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Proyeksi jumlah penduduk pada tahun 2033 adalah orang dan besarnya kebutuhan air baku sampai 25 tahun adalah m3/hr 2. Pola tata tanam yang digunakan di daerah embung tlogo : Musim Tanam I II III Jenis Tanaman Padi Padi Palawija Insentisitas Tanam (%) Kebutuhan air Irigasi (lt/dt/ha) 8,003 6,497 0, Dari hasil simulasi selama 25 tahun didapatkan perhitungan kebutuhan air baku sebesar m3/hr dengan proyeksi jumlah penduduk tahun 2033 yaitu orang. Hasil simulasi yang telah dilakukan Total inflow : m3/tahun dan Total Ouflow : m3/tahun SARAN Dengan melihat kesimpulan di atas, maka perlu kiranya diperhatikan beberapa hal berikut : 1. Untuk embung yang berfungsi sebagai penyediaan air minum atau air baku hendaknya selain menjaga kelestarian alam juga menjaga agar jauh dari pencemaran lingkungan seperti; pembuangan sampah di sungai, pembuangan limbah rumah tangga dan kegiatan lainnya yang bisa mencemari air di lokasi embung. 2. Mengingat faktor yang paling berpengaruh terhadap usia guna embung adalah faktor sedimentasi, maka perlu dilakukan pengamanan DAS (daerah aliran sungai) di hulu rencana embung.

10 Studi Optimasi Embung Tlogo di Kabupaten Rembang 41 - Daftar Pustaka Anonim (1986), Kriteria Perencanaan Irigasi Bagian Irigasi (KP-01), Bandung: Galang Persada. Anonim (1986), Kriteria Perencanaan Irigasi Bagian Penunjang, Bandung: Galang Persada. Anonim (2008), Laporan Akhir Perencanaan Embung Desa Tlogo, Semarang: PT. Massuka Pratama Ranga Raju (1986), Aliran Melalui Saluran Terbuka, Jakarta: CV. Rajawali. Soemarto, C.D. (1987), Hidrologi Teknik, Surabaya: Usaha Nasional Sosrodarsono, Suyono dan Takeda, Kensaku (1980), Hidrologi Untuk Pengairan, Jakarta: Pradnya Paramita. Subarkah, Iman. (1979), Hidrologi Untuk Perencanaan Bangunan Air, Bandung: Idea Dharma Subramanya (1986), Flow in Open Channels, New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Company Limitted. Suhardjono (1989), Kebutuhan Air Tanaman, Malang: Institut Teknologi Nasional Triatmodjo, Bambang (2006), Hidrologi Terapan, Yogyakarta: Beta Offset Wahyuni, Heppy (2003), Studi Optimasi Operasi Bendungan Nipah Kabupaten Sampang Madura, Malang: Universitas Brawijaya