BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Lokasi Studi Sungai Cidurian mengalir dari sumber mata air yang berada di komplek Gunung Gede ke laut jawa dengan melewati dua kabupaten yaitu : Kabupaten Bogor, Kabupaten Lebak, Kabupaten Serang dan Kabupaten Tangerang. Sungai Cidurian ini mempunyai tiga anak sungai utama yaitu sungai Cidurian hulu, Sungai Cibeureum dan Sungai Cipangaur dengan pertemuan sungai yang bervariasi tempat yaitu pertemuan Sungai Cidurian dengan sungai Cipangaur terletak pada daerah Cilaang dan pertemuan Sungai Cidurian dan Sungai Cibeureum pada daerah Cikande. Tofografi Sungai Cidurian yang merupakan daerah dataran dengan kemiringan antara 0, ,00025 terletak pada daerah muara sungai sampai dengan daerah pertemuan dengan Cibeureum dan Sungai Cidurian dan untuk tofografi yang landai kearah terjal (daerah pegunungan) terletak pada daerah pertemuan Sungai Cidurian dengan Sungai Cipangaur sampai kearah hulu dengan kemiringan 0,0004 0,0007. III-1

2 Gambar 3.1 Peta Lokasi Desa Kiarasari dan Bendung Lokasi Bendung pada koordinat 6 38'43.70"S, '2.80"T. 3.2 Uraian Umum Metodologi adalah suatu cara ataupun langkah-langkah dalam menyelesaikan permasalahan dalam penelitian dengan mempelajari, memahami, mengumpulkan data-data, dan menganalisis semua data-data yang diperoleh. Langkah awal dalam penyusunan tugas akhir ini adalah dengan melakukan studi pustaka. Studi pustaka ini dapat diambil dari buku, literatur-literatur, diktat mata kuliah dan internet yang berhubungan dengan tugas akhir ini. Data-data yang digunakan terdiri dari data primer dan data sekunder. Data primer berupa data yang diperoleh dari data observasi di lapangan dan data sekunder merupakan data yang diperoleh dari literatur-literatur dan narasumber terpercaya. Setelah data-data terkumpul langkah selanjutnya adalah pengolahan data untuk mendapatkan hasil dan kesimpulan. III-2

3 3.3 Tahap Persiapan Tahap ini merupakan tahap sebelum tahap pengumpulan data dan pengolahannya. Di tahap ini disusun hal-hal yang dapat memudahkan dalam penyusunan tugas akhir. Tahap-tahap tersebut diantaranya : 1. Mencari studi pustaka dari berbagai sumber yang berhubungan dengan masalah analisis potensi debit andal pada sungai sebagai sumber eneegi terbarukan beserta metode-metode dan parameter yang di gunakan. 2. Menentukan dan menyiapkan kebutuhan-kebutuhan data yang diperlukan. 3.4 Tahap Pengumpulan Data Data-data yang dibutuhkan dalam penyusunan tugas akhir ini merupakan data sekunder. Pengumpulan data ini dapat diperoleh dengan cara mengunjungi instansi terkait, kemudian mengumpulkan laporan-laporan atau referensi lain. Adapun datadata yang terkumpul adalah : 1. Peta daerah aliran sungai (DAS) cidurian berupa peta topografi 2. Data curah hujan 3. Data debit observasi (AWLR) 4. Data klimatologi III-3

4 3.5 Tahap Pengolahan Data Data-data yang telah dikumpulkan kemudian diolah dan dianalisis sehingga menghasilkan nilai-nilai tertentu.. 1. Analisis Curah Hujan Dalam menganalisis curah hujan menggunakan metode kebalikan jarak (inverse distance weighting). Pembobotan dengan metode ini menggunakan persamaan sebagai berikut (Indarto, 2010) : w i = 1 d 2 i 1 N i=1 d 2 i...(3.1) dimana : wi = bobot masing-masing stasiun hujan di = jarak stasiun hujan ke lokasi (diambil titik berat DAS) (km 2 ) N = jumlah stasiun hujan Ilustrasi untuk IDW dapat dilihat pada gambar berikut : Gambar 3.2 Metode IDW III-4

5 2. Analisis Evapotranspirasi Thornthwaite telah mengembangkan suatu metode untuk memperkirakan besarnya evapotranspirasi potensial dari data klimatologi. Evapotranspirasi potensial (ETP) tersebut berdasarkan suhu udara rerata bulanan dengan standar 1 bulan 30 hari, dan lama penyinaran matahari 12 jam sehari. Metode ini memanfaatkan suhu udara sebagai indeks ketersediaan energi panas untuk berlangsungnya proses ET dengan asumsi suhu udara tersebut berkorelasi dengan efek radiasi matahari dan unsur lain yang mengendalikan proses ET. Rumus dasar: ETP = 1,6 ( keterangan: 10X T I ) a...(3.13) ETP = evapotranspirasi potensial bulanan (cm/bulan) T = temperatur udara bulan ke-n ( O C) I = 12 m=1 im indeks panas tahunan,dimanam ( T 5 )1,514 a = koefisien yang tergantung dari tempat Harga a dapat ditetapkan dengan menggunakan rumus: a = ( I 3 ) ( I 2 ) ( I ) + 0, (3.14) rumus ini baru berlaku untuk suhu udara rata-rata bulanan (t < 26,5 C) sedangkan untuk data suhu (t > 26,5 C) digunakan rumus: ETP(t 26,5 C) = -0,00433 t 2 + 3,2244 t -41,545...(3.15) Jika rumus tersebut diganti dengan harga yang diukur, maka: III-5

6 ETP = evapotranspirasi potensial bulanan standart (belum disesuaikan dalam cm). 3. Analisis Debit Sungai Analisis debit sungai menggunakan metode Nreca. Salah satu model hujan aliran yang relative sederhana adalah model Nreca. Model NRECA digunakan untuk memperkirakan debit bulanan yang berdasar pada hujan bulanan. Konsep dari metode NRECA memerlukan inputan utama berupa data hujan dan evapotranspirasi aktual. Gambar 3.3 Diagram alir model NRECA Secara umum persamaan dasar dari metode NRECA ini dirumuskan sebagai berikut: Q = P ΔE + ΔS...(3.17) dengan: P = Prespitasi/ Hujan rata-rata DAS (mm) ΔE = Evapotranspirasi Aktual (mm) ΔS = Perubahan Tampungan (mm) Q = Limpasan (mm) III-6

7 Data masukan yang diperlukan dari model hujan-limpasan NRECA adalah sebagai berikut: a. Hujan rata-rata suatu DAS (P) b. Evapotranspirasi potensial dari DAS (PET) c. Kapasitas tampungan kelengasan atau nominal d. Persentase limpasan yang keluar dari DAS di sub surface/infiltrasi (PSUB), e. Persentase limpasan tampungan air tanah menuju ke sungai (GWF) f. Simpangan kelengasan tanah (soil moisture storage) g. Simpangan air tanah (ground water storage GWStor) h. Nilai Crop Factor (CROFT) berkisar antara 0,9 sampai 1,1. 4. Kalibrasi Data Parameter Ada 4 parameter Nreca yang merupakan karakteristik DAS yaitu : 1. Nilai PSUB Persentase limpasan yang keluar dari DAS di sub surface/infiltrasi (PSUB), dimana: PSUB = 0,5 untuk daerah tangkapan hujan yang normal/biasa 0,5 < PSUB = 0,9, untuk daerah dengan akuifer permeable yang besar 0,2 = PSUB < 0,5, untuk daerah dengan akuifer terbatas dan lapisan tanah yang tipis III-7

8 2. GWF Persentase limpasan tampungan air tanah menuju ke sungai GWF (Ground Water Flow) Dimana : GWF = 0,5, unuk daerah tangkapan hujan yang normal/biasa 0,5 < GWF = 0,9, untuk daerah yang memiliki tampungan air 3. ISMS yang kecil (base flow kecil). 0,2 = GWF < 0,5, untuk daerah yang memiliki tampungan air yang dapat diandalkan (base flow besar) Initial Soil Moisture Storage (ISMS), yaitu kelembapan tanah yang digunakan pada seluruh daerah penggalian. 4. IGWS Initial Groundwater Water Storage (IGWS), yaitu tampungan air tanah pada kondisi awal. Ini adalah contoh parameter perhitungan Nreca pada jurnal Analisis Penyimpangan Perkiraan Debit Menggunakan Model Nreca. Tabel 3.1 Nilai parameter optimasi Model NRECA Parameter Nilai Awal Nilai Optimasi PSUB 0,50 0,610 GWF 0,50 0,640 ISMS (mm) 50,00 95,20 IGWS (mm) ,65 Sumber: Analisis Penyimpangan Perkiraan Debit Menggunakan Model MockDan Nreca, I Gede Tunas dan Surya B. Lesmana, Infrasruktur Vol 1 No.11 Juni 2011 III-8

9 Evaluasi Ketelitian Evaluasi ketelitian model dilakukan dengan cara membandingkan debit hasil simulasi dengan debit terukur yang tersedia, dengan memperhitungkan koefisien korelasi, dan verifikasi dengan perhitungan statistik. Dibawah ini merupakan tabel perhitungan nilai korelasi dan keterangan rumusnya. Tabel 3.2 Tabel Perhitungan Nilai Korelasi dan Verifikasi Keterangan Rumus X Nilai debit andalan Y Nilai debit observasi S( X-Y + Y- Ybar )^2 Nilai jumlah total dari ( X-Y + Y-Ybar )^2 S X-Y Nilai jumlah total dari X-Y S(Y - X)^2 Nilai jumlah total dari (Y - X)^2 Sxx Nilai jumlah total dari (X-Xbar)^2 Sxy Nilai jumlah total dari (X-Xbar)*(Y-Ybar) Syy Nilai jumlah total dari (Y-Ybar)^2 SY Nilai jumlah total dari Y Xbar Nilai jumlah total dari X Ybar Nilai jumlah total dari Y b1 Sxx / Sxy b0 Ybar - b1 x Xbar SSE Syy - (Sxy)^2/ Sxx SSR (Sxy)^2/ Sxx SST SSR + SSE STDEV.P STDEV. P(X dan Y) RMSE ( S(Y - X)^2) / n (n = Jumlah data debit andalan) r^2 CORREL(nilai x dan y)^2 d 1- S(Y - X)^2 / S( X-Y + Y-Ybar )^2 NS 1 - S(Y - X)^2 / Syy RCEQM SQRT( S(Y - X)^2) / n^2) APB S X-Y / SY Nilai jumlah total dari Y/Nilai jumlah total dari Y, dikali VE 100% Sumber : Pengolahan Data III-9

10 5. Flow Duration Curve Analisis Flow Duration Curve (FDC) adalah sebuah teknik plot yang menunjukkan hubungan antara hasil dari sebuah besaran dengan frekuensi terjadinya. Dalam hal ini Data debit hasil kemudian dianalisa menggunakan Flow Duration Curve (FDC) untuk menentukan besar debit andalan. FDC pada umumnya mengelompokkan data seri hidrologi (data debit) selama satu tahun penuh tanpa memisahkan antara data bulan basah dan data bulan kering. Pengelompokan tersebut biasanya disebut sebagai FDC tunggal. Teknik Membuat kurva FDC dapat dijelaskan secara urut sebagai berikut: 1. Urutkan n data rata-rata debit air sungai selama periode waktu tertentu mulai dari nilai tertinggi hingga terendah. 2. Tetapkan m nomor rangking yang unik, dimulai dari angka 1 untuk debit terbesar hingga angka m dan data n. 3. Probabilitas dari debit air untuk setiap persentasi waktu dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: P = 100 x M (n+1)...(3.18) Dimana: P = probalitas dari debit air M = posisi rangking dari data debit n = total data III-10

11 6. Analisis Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro dan Minihidro 1. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Mikrohidro atau yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), adalah suatu pembangkit listrik kala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air. Daya yang masuk (Pgross) merupakan penjumlahan dari daya yang dihasilkan (Pnet) ditambah dengan faktor kehilangan energi (loss) dalam bentuk suara atau panas. Daya yang dihasilkan merupakan perkalian dari daya yang masuk dikalikan dengan efisiensi konversi (Eo). Pnet = Pgross Eo kw...(3.19) Daya kotor adalah head kotor (Hgross) yang dikalikan dengan debit air (Q) dan juga dikalikan dengan Berat Jenis Air (9,81), sehingga persamaan dasar dari pembangkit listrik adalah : Pnet = γ Hgross Q Eo kw...(3.20) Dimana head dalam meter (m), dan debit air dalam meter kubik per detik (m/s 3 ). III-11

12 2. Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM) PLTM adalah pembangkit listrik dengan kapasitas daya output sekitar 1000 kw. Pada beberapa PLTM bak pengendap yang berfungsi untuk mengendapkan dan memisahkan partikel-partikel pasir dari air, tidak digunakan. Tujuannya adalah untuk menghemat biaya konstruksi dan alasan fungsi pengendap dan pemisah partikel pasir dari air dapat dilakukan oleh bak penenang (headtank). Rumus untuk menghitung daya output PLTM adalah: P = γ. Q. h...(3.21) dimana: P = daya output (kw) γ = berat jenis air (N/m 3 ) = 9810 (N/m 3 ) Q = debit air (m 3 /detik) h = head turbin (m) Pemilihan pembangkit listrik berdasarkan output daya yang di hasilkan dapat di kalsifikasikan menurut tabel berikut : Tabel 3.3 Klasifikasi Sumber Pembangkit Listrik No. JENIS DAYA / KAPASITAS 1. PLTA > 5 MW ( kw). 2. PLTM 100 kw < PLTM < kw 3. PLTMH < 100 kw Sumber : III-12

13 3.6 Bagan Alir Tugas Akhir BAB III METODOLOGI PENELITIAN MULAI Pengumpulan Data : DAS = Sungai Cidurian STA Hujan = STA Citatih, STA Cisalak Baru, STA Gunung Mas Klimatologi = Darmaga Bogor Data AWLR Analisis Curah Hujan Menghitung Evapotranspirasi Menggunakan Metode Thronthwaite Menghitung Q andal ( Metode Nreca) Tidak OK Kalibrasi Data FDC OK Menghitung Debit Desain Menghitung Head ( Tinggi Tekanan ) Menghitung Output Daya Kesimpulan Dan Saran SELESAI III-13