STUDI ATURAN LEPASAN UNTUK OPERASI WADUK DI BENDUNGAN PENGGA KABUPATEN LOMBOK TENGAH

Transkripsi

1 STUDI ATURAN LEPASAN UNTUK OPERASI WADUK DI BENDUNGAN PENGGA KABUPATEN LOMBOK TENGAH Rizky Aditya Tristanto 1, Widandi Soetopo 2, Heri Suprijanto 2 1 Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2 Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya rizkyadityat6@gmail.com ABSTRACT Waduk Pengga mempunyai sub daerah aliran sungai (Catchment Area) seluas km 2 dan mempunyai volume tampungan efektif adalah m 3. Pada aturan lepasan waduk berdasarkan tampungan yang ada sekarang, apabila di simulasi operasi waduk 10 tahun, maka terdapat pemenuhan kebutuhan minimum atau tampungan waduk dibawah hanya 20%, untuk mencukupi kebutuhan air irigasi seluas 3005 ha tersebut. Salah satu metode optimasi untuk penyelesaian masalah tersebut adalah dengan menggunakan prosedur simulasi stokastik yakni random search. Hasil dari studi ini adalah Operasi Waduk berdasarkan aturan lepasan mempunyai nilai debit outflow minimum sebesar 29,48% meningkat dari pada sebelumnya (20%) dengan luas 3005 ha sedangkan simulasi sederhana debit outflow minimum 0% dan terjadi 37 periode tampungan waduk kosong dari 240 periode dengan luas 2604 ha. Proses optimasi dengan random search pada aturan lepasan berdasarkan tampungan sebagai solusi dan peningkatan kebutuhan minimum sebagai fungsi kinerja/ tujuan. Pola Pengoperasian pintu Bendungan Pengga kondisi banjir bertahap dengan dua pintu tengah dibuka dulu dan apabila dua pintu tidak mampu menahan debit banjir yang besar maka pintu dibuka hingga keenam pintu, dibuka dengan awal operasi pada El Pada debit outflow Q100th = m 3 /detpada El. +57,95. Pada debit outflow Q1000th = 876,705m 3 /det pada El. +58,08. Sedangkan pada Debit outflow QPMF = 2147,847 m 3 /det pada El. +58,26 Kata Kunci: Optimasi, Lepasan Berdasarkan Tampungan, Random Search, Operasi Pintu. ABSTRACT Pengga Dam has sub catchment area of 183,65 km 2 and has effective storage volume m 3. On the removable rule of the reservoir, the existing reservoir if simulated reservoir operation 10 years, then there is a minimum requirement storage of the reservoir below 20%, to needs irigation area of 3005 ha. One of the optimization methods for solving that problem is used stochastic simulation procedure that is random search. The result of this study is the operation of reservoirs based on the removable rules having a minimum outflow discharge value 29,48% increase than before 20% with an area of 3005 ha. Where is a simple simulation minimum outflow discharge 0% and from 240 periods, there are 37 periods when the storage reservoir is empty with area of 2604 ha.the optimization with Random Search on release rule based on storage as a solution and minimum irrigation need fulfillment improvement as a performance function/purpose function. The pattern of the operation gate when condtions flood gradual with two gates central opened first and if two gates can t hold discharge of the flood then the gate opened, until sixth the gate opened with the beginning of operations at El +57,50. On the outflow discharge Q100th = m 3 /s at El. +57,95. On the outflow discharge Q1000th = 876,705m 3 /s at El. +58,08. While in outflow discharge QPMF = 2147,847 m 3 /s at El. +58,26. Keywords: Optimizaton, Release Based On Reservoir Storage, Random Search, Gate Operation.

2 PENDAHULUAN Latar Belakang Air mempunyai keterbatasan dari segi jumlah, ruang maupun waktu oleh sebab itu maka potensi air yang ada harus dimanfaatkan dengan optimal dan efisien. Salah satunya dengan dibangun waduk dengan tujuan memanfaatkan sumber daya air dengan cara menampung kelebihan air pada musim hujan dan nantinya dapat dipergunakan saat musim kemarau. Untuk dapat memanfaatkan tampungan waduk sebaik mungkin diperlukan adanya aturan operasi waduk yang optimal yang dapat memenuhi kebutuhan yang direncanakan Identifikasi Masalah Pulau Lombok bagian selatan merupakan daerah kritis yang cukup luas dengan periode musim hujan yang sangat pendek serta intensitas curah hujan sangat kecil sehingga sering terjadi kegagalan panen. Sungai utama dari waduk Pengga adalah sungai Penujak, yang merupakan limpasan dari waduk Batujai (system interkoneksi di Pulau Lombok). Sistem operasional waduk Batujai sangat berpengaruh terhadap pola operasi waduk Pengga karena debit pada waduk Pengga disuplai dari waduk Batujai (system interkoneksi). Tujuan dari pemanfaatan waduk ini adalah untuk memenuhi kebutuhan irigasi dan air baku seoptimal mungkin yang pada akhirnya diharapkan dapat meningkatkan produksi hasil pertanian yang sebelumnya 20% dari luas 3005 ha. Untuk meningkatkan kebetuhan perlu adanya kajian berupa studi optimasi menggunakan metode Sampling Acak (Diharapkan dengan menggunakan metode tersebut dapat meningkatkan hasil produksi sebelumnya. Batasan Masalah Batasan-batasan masalah dalam studi ini adalah sebagai berikut : 1. Studi dilakukan di Waduk Pejok Kabupaten Lombok Tengah. 2. Membahas aturan lepasan waduk pengga. 3. Membahas pola operasi pintu radial pada saat kondisi banjir. 4. Metode yang digunakan dalam studi ini adalah metode simulasi stokastik model Sampling Acak. 5. Menggunakan program Visual-Basic dari MS-Excel 2010 untuk membut simulasi stokastik model Sampling Acak. 6. Data yang digunakan semi stokastik, sedangkan prosesnya dengan stokastik. 7. Tidak menghitung Hidrologi. 8. Tidak menghitung Hidrograf Banjir. 9. Tidak membahas perencanaan desain bangunan, biaya konstruksi, PLTA, analisa ekonomi, masalah usia guna waduk dan analisis sedimentasi. Rumusan Masalah Permasalahan yang dibahas dalam studi ini adalah : 1. Bagaimana aturan lepasan operasi waduk yang akan di optimasi? 2. Bagaimana rumusan model simulasi untuk optimasi supaya dapat meningkatkan kinerja aturan lepasan waduk tersebut? 3. Bagaimana hasil model optimasi untuk model aturan lepasan waduk? 4. Bagaimana pola operasi pintu pada saat kondisi banjir? Tujuan dan Manfaat Tujuan dari studi ini adalah untuk meningkatkan kinerja aturan lepasan operasi yang paling optimum yang sesuai dengan kebutuhan dan kegunaan waduk sesuai dengan fungsinya. Sedangkan manfaat dari studi ini dengan adanya aturan lepasan waduk diharapkan dapat menghasilkan alternative pola operasi waduk yang sesuai dengan fungsi waduk Pengga dengan model simulasi acak. TINJAUAN PUSTAKA Umum Waduk dapat menahan kelebihan air pada masa-masa aliran tinggi untuk digunakan selama masa-masa kekeringan. Tujuan akhir dari bentuk pemanfaatan waduk adalah untuk memanfaatkan aliran air, baik dengan cara pengaturan persediaan air yang berubah-ubah pada sungai ataupun dengan cara memenuhi tuntutan kebutuhan yang berubah-ubah.

3 Ciri Fisik Waduk Ciri fisik suatu waduk atau bagianbagian pokok waduk adalah sebagai berikut : 1. Tampungan efektif atau Kapasitas Berguna (useful storage), adalah volume tampungan diantara Muka air Minimum (Low Water Level/LWL) dan muka air normal (Normally Water Level/NWL). 2. Tampungan tambahan (Surcharge storage), adalah volume air diatas muka air normal selama banjir. Untuk beberapa saat debit meluap melalui pelimpah kapasitas tambahan ini umumnya tidak terkendali, dengan pengertian adanya hanya pada waktu banjir dan tidak dapat dipertahankan untuk penggunaan selanjutnya. 3. Tampungan Mati (dead storage) adalah volume air yang terletak di bawah muka air minimum dan air ini tidak dimanfaatkan dalam pengoperasian waduk. 4. Tampungan tebing (valley storage) adalah banyaknya air yang terkandung di dalam susunan tanah pervious dari tebing dan lembah sungai. 5. Permukaan genangan normal (normal water level / NWL) adalah elevasi maksimum yang dicapai oleh permukaan air waduk. 6. Permukaan genangan minimum (low water level / LWL) adalah elevasi terendah bila tampungan dilepaskan pada kondisi normal. 7. Permukaan genangan pada banjir rencana adalah elevasi air selama banjir maksimum direncanakan terjadi (flood water level/fwl) 8. Pelepasan (release) adalah volume air yang dilepaskan secara terkendali dari suatu waduk selama kurun waktu tertentu. 9. Periode Kritis (critical perode) adalah perode dimana sebuah waduk berubah dari kondisi penuh ke kondisi kosong tanpa melimpah selama periode tersebut. Gambar 1. Zona-Zona Tampungan Waduk Sumber : Sudjarwadi, 1988:4 Aturan Operasi Waduk Aturan Lepasan Berdasarkan Operasi Waduk merupakan pedoman dalam melepaskan jumlah air dari waduk untuk memenuhi berbagai kebutuhan sesuai dengan kondisi yang berlaku. Gambar 2 Lepasan Tergantung Tampungan Sumber : Soetopo W, 2010:14 Parameter yang digunakan dalam penerapan pedoman lepasan operasi waduk berdasarkan tampungan adalah : 1. Tampungan Waduk (%) Besarnya tampungan waduk diukur dengan prosentase tasmpungan terhadap kapasitas tampungan aktif. 2. Lepasan Kebutuhan (%) Besarnya pemenuhan tergantung kondisi tampungan waduk. Apabila kondisi tampungan waduk menurun maka prosentase lepasan sesuai kebutuhan juga menurun.

4 Optimasi Random Search Random Search adalah salah satu metode dari kelompok Simulasi untuk optimasi. Random Search pada dasarnya proses pengambilan sampel secara acak (random sampling) terhadap suatu populasi daripada alternative-alternatif solusi, dan kemudian melakukan seleksi terhadap elemen-elemen (alternatifalternatif solusi) dari sampel tersebut sehingga diperoleh elemen yang memenuhi dua syarat berikut, yaitu (1) layak (feasibel) dan, (2) mempunyai nilai terbaik. Terbaik dalam hal ini dapat berarti nilai maksimum (untuk keuntungan), atau nilai minimum (untuk kerugian). Pengambilan sampel acak dapat dilaksanakan dengan melakukan simulasi stokastik terhadap nilai-nilai daripada variabel-variabel keputusan. Semakin besar ukuran sampel acak yang diambil, maka kecenderungan akan semakin baik pula nilai dari daripada solusi terbaik. Akan tetapi tentu ada keterbatasan dalam besarnya ukuran sampel yang dapat diambil (yaitu karena keterbatasan fasilitas komputasi). Karena setelah mendapatkan solusi terbaik dari penyampelan ini, lalu dilanjutkan dengan langkah perbaikan secara iteratif. Langkah perbaikan tersebut didapat setelah mendapatkan solusi awal yang terbaik diantara semua solusi yang ada pada sampel acak (yang awal), maka dibentuk ruang lingkup baru daripada kisaran pencarian untuk sampel acak. Kisaran ruang lingkup yang baru ini lebih sempit dari yang sebelumnya dan berpusat pada solusi terbaik terakhir yang diperoleh. koordinat ,7 LS dan ,5 BT. Data Data Yang Digunakan Dalam penulisan tugas akhir ini diperlukan data-data yang mendukung antara lain: 1. Data Bendungan Pengga 2. Data Karakteristik waduk 3. Data Inflow Waduk 4. Data Evaporasi Waduk 5. Data Kebutuhan Irigasi 6. Data Kebutuhan Air Baku Tahapan Penyelesaian Secara Umum Tahapan Pembahasan dalam studi ini adalah sebagai berikut: Mulai Populasi awal Inisialisasi Populasi Simulasi Perbaikan Populasi Perbaikan Masih Signifikan Ya Hasil Selesai Tidak Gambar 3. Diagram Alir Simulasi Random Search METODOLOGI PENELITIAN Lokasi Studi Waduk Pengga terletak di Sungai Penujak, Desa Plambik, Kecamatan Praya Barat, Kabupaten Lombok Tengah, Provinsi Nusa Tenggara Barat. Secara geografis as Waduk Pengga terletak pada

5 Hidrograf Banjir Mulai Pola Operasi Pintu Data Waduk HASIL DAN PEMBAHASAN Inflow Waduk Pengga Pada waduk pengga ini tidak terdapat alat ukur pencatat debit maupun bangunan pengukur debit, sehingga data debit inflow ke waduk Pengga diperoleh dengan menggunakan metode Model Tank dan data debit yang keluar dari spillway Bendungan Batujai yang berada di hulu Bendungan Pengga. Simulasi Verifikasi Ya Selesai Tidak Gambar 4. Diagram Alir Operasi Pintu Data Inflow Mulai Data Kebutuhan Irigasi, Air Baku Data Evaporasi Tabel 1 Data Debit Inflow Waduk Pengga Detik [m³/dt] Bulan Periode Januari I II Februari I II Maret I II April I II Mei I II Juni I II Juli I II Agustus I II September I II Oktober I II November I II Desember I II Sumber : Data Tidak Operasi Lepasan Waduk Berdasarkan Tampungan Model Simulasi Random Search Optimasi Lepasan Waduk dengan Random Search Perbaikan Signifikan Ya Debit Outflow Minimum Pola Operasi Pintu Kondisi Banjir Kesimpulan Selesai Gambar 5. Diagram Alir Pengerjaan Skripsi Model Simulai Optimasi Random Search Model Random Search pada dasarnya mengambil sampel secara acak terhadap suatu populasi yang terdiri dari alternatifalternatif solusi (aturan seri lepasan). Dari alternatif solusi kemudian diseleksi dengan melihat nilai kinerja dari setiap alternatif tersebut, nilai kinerja yang dimaksud adalah debit outflow minimum. Alternatif solusi pada studi ini yaitu berupa aturan lepasan waduk berdasarkan Tampungan Waduk. Dengan fungsi tujuan memaksimalkan kebutuhan minimum untuk irigasi dan air baku. Cara kerja Random Search pada studi kali ini dengan mensimulasikan waduk berdasarkan Tampungan Waduk selama 10 Tahun ( ) dengan meninjau pemenuhan kebutuhan minimum (fungsi tujuan) yang sebelumnya 20%. Sebagai langkah awal

6 dalam proses optimasi random Search, maka dicari alternatif awal dari skedul tampungan waduk dengan melakukan proses inisialisasi. Dalam proses inisialisasi ini dibangkitkan secara stokastik 100 alternatif skedul tampungan, dimana setiap alternative diisyaratkan untuk menghasilkan debit outflow bulanan minimum (nilai kinerja) yang paling sedikitsama dengan suatu nilai batas terendah outflow. Dari 100 alternatif hasil bangkitan ini, maka dipilih alternative yang terbaik (nilai kinerja maksimum) sebagai alternative awal dari skedul tampungan. Tabel 2. Hasil Inisialisasi Random Search. No. F-Obj P E R S E N K E B U T U H A N Iterasi Baris untuk persen tampungan [%] Total Perbaikan Random Search Proses inisialisasi adalah langkah pertama dalam Random Search yang bertujuan untuk menghasilkan sekumpulan alternative awal. Setelah mendapatkan nilai terbaik dari proses inisialisasi maka dilakukan perbaikan dengan kisaran pencarian yang lebih sempit dan mengacu pada alternatif terbaik yang ada. Dalam proses perbaikan ini apabila ditemukan alternative yang lebih baik dari sebelumnya maka alternatif tersebut menggantikan alternatif yang sebelumnya saat proses diinisialisai awal. Dalam proses perbaikan ini proses pencarian Search dilakukan secara iterative, akan tetapi untuk proses suatu kisaran pencarian dengan lebar tertentu, maka kemungkinanuntuk terus mendapatkan alternatif yang lebih baiksemakin lama akan semakin kecil (jarang). Karenanya untuk setiap kisaran proses pencarian harus diterapkan batasan iterasi maksimum, yang dalam studi kali ini batas iterasi maksimum adalah iterasi. Tabel 3. Hasil Perbaikan Random Search No. F-Obj P E R S E N K E B U T U H A N Baris untuk persen tampungan [%] Hasil Terbaik (Optimal) Random Search Hasil Terbaik adalah hasil akhir dari proses Random Search. Setelah melakukan perbaikan proses berikutnya kembali melakukan iterasi dari hasil proses perbaikan. Iterasi akan dihentikan apabila telah mencapai batas iterasi maksimum dan mendapatkan alternatif yang lebih baik dari sebelumnya. Pencarian akan terus dilakukan dan pencarian semakin dipersempit karena hasil sudah hampir sama atau homogen. Semakin sempit kisaran pencarian maka akan semakin kecil pula nilai terbaik dari pada kinerja alternatif tersebut. Jadi proses hasil terbaik ini mengandung iterasi bertingkat dari proses yang sebelumnya dan mendapatkan nilai yang paling optimal pada akhirnya atau nilai terbaik. Tabel 4. Hasil Terbaik Random Search No. F-Obj P E R S E N K E B U T U H A N Baris untuk persen tampungan [%]

7 Hasil Optimasi Berdasarkan hasil fungsi tujuan dan alternatif aturan lepasan waduk yang sudah homogen (hasil terbaik) maka ditetapkan aturan lepasan waduk Pengga berdasarkan tampungan waduk yang optimal dengan menggunakan metode Random Search selama 10 tahun adalah Tabel 5. Pedoman Lepasan Hasil Optimasi Metode Random Search Tampungan Kebutuhan [%] [%] Pedoman Lepasan Berdasarkan Skenario Pola Debit Perhitungan pedoman lepasan berdarkan scenario pola debit digunakan untuk mengetahui pedoman lepasan berdarkan tampungan untuk Waduk Pengga berdarkan tipikal tahun atau scenario pola debit inflow, dalam perhitungan ini keandalan debit yang digunakan adalah 97,3% (tahun kering), 75,34% (tahun rendah), keandalan 80%, 50,7% (tahun normal) dan 26,02% (tahun cukup). Kemudian dari masing-masing keandalan debit tersebut akan dicari alternatif lepasan debit yang paling optimal dengan random search. Tabel 6. Perhitungan Debit Inflow Sesuai Keandalan Berdasarkan Kondisi Debit No. Tahun Rata-rata Debit Tahun Debit Terturut Probabilitas % Tipikal Tahun [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Cukup Normal Rendah Andalan Kering Pedoman Lepasan Skenario Tahun Cukup Tabel 7. Pedoman Lepasan Berdasarkan Tampungan Pada Tahun Cukup (26,02%)

8 Tabel 8. Pedoman Lepasan Berdasarkan Tampungan Pada Tahun Normal (50,68%) Tabel 10. Pedoman Lepasan Berdasarkan Tampungan Pada Tahun dengan Keandalan 80% Tabel 9. Pedoman Lepasan Berdasarkan Tampungan Pada Tahun Rendah (75,34%) Tabel 11. Pedoman Lepasan Berdasarkan Tampungan Pada Tahun Kering (97,3%)

9 Operasi Pintu Bendungan Pengga Operasi pintu Bendungan Pengga pada saat kondisi banjir juga dipengaruhi oleh Bendungan Batuja karena letak bendungan pengga berada dibawa batujai. Pengoperasian bukaan pintu pada saat kondisi banjir dilakukan saat muka air waduk berada pada Elv Gambar 6. Penelusuran Banjir Bendungan Pengga Q100 Gambar 7. Penelusuran Banjir Bendungan Pengga Q1000 Gambar 8. Penelusuran Banjir Bendungan Pengga QPMF KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Setelah melakukan analisa pada bab- bab sebelumnya, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut. 1. Simulasi operasi waduk mula-mula berdasarkan aturan lepasan ini diperoleh secara coba-coba dengan menggunakan metode Random Search sehingga didapatkan prosentase kebutuhan dari lepasan waduk dengan nilai minimum terbaik(optimal). 2. Rumusan lepasan waduk berdasarkan tampungan waduk Pengga ditentukan dengan fungsi tujuan berupa meningkatkan kinerja aturan lepasan yang sebelumnya 20% (eksisting) untuk luas 3005 ha. Model optimasi Random Search prosesnya dengan melakukan inisialisasi dengan kisaran acak [0-100] dengan rentetan data, perbaikan, dan hasil terbaik (optimal). 3. Hasil simulasi model optimasi Aturan Lepasan berdasarkan tampungan waduk Pengga selama 10 tahun (2001 s/d 2010) setelah ditingkatkan, mempunyai nilai debit outflow minimum sebesar 29,48% meningkat dari pada sebelumnya (20%) dengan luas 3005 ha sedangkan simulasi sederhana debit outflow minimum 0% dan terjadi 37 periode tampungan waduk kosong dari 240 periode dengan luas 2604 ha. Dengan Mengunakan Random Search waduk tetap menjaga tampungannya agar tidak mengalami kekosongan dibandingkan dengan eksisting dan simulasi sederhana. 4. Pola operasi pintu saat kondisi banjir dengan awal operasi pada Elv. +57,50. Pada debit outflow Q100th = m 3 /det berada pada Elv dengan awal operasi pintu dibuka 4 m untuk 2 pintu. Pada debit outflow Q1000th = m 3 /det berada pada Elv dengan awal operasi pintu dibuka 3 m untuk 4 pintu. Sedangkan pada debit outflow QPMF = m 3 /det berada pada Elv dengan awal operasi pintu dibuka 6 m untuk 6 pintu

10 Saran 1. Pada proses Inisialisasi, sebaiknya populasi awal dan iterasi diperbanyak sehingga akan menghasilkan solusi yang lebih baik lagi yang mempunyai nilai kinerja lebih baik pula. 2. Untuk mengoptimalkan hasil optimasi masih diperlukan simulasi lebih lanjut untuk menghindari kegagalan operasi yang berakibat pada stress tanaman dalam hal ini akan dapat menurunkan produksi hasil panen. 3. Perlu adanya AWLR di Bendungan Pengga sehingga debit yang masuk mendapatkan hasil yang lebih valid. 4. Sebaiknya coba-coba dalam operasi bukaan pintu perlu diperbanyak sehingga dapat menghasilkan beberapa alternatif dalam pengoperasian pintu saat kondisi banjir. PU Standar Perencanaan Irigasi (Kriteria Perencanaan 02). Direktorat Jendral Pengairan Departemen Pekerjaan Umum. DAFTAR PUSTAKA Ahnad,R Peta Topografi dan Administratif Kabupaten Lombok Tengah. rdpress.com. (diakses 11 Januari 2014). Bwsn Lokasi Waduk Pengga. (diakses 25 Desember 2013). Mc. Mahon, T.A, Mein, R.G Reservoir Capacity and Yield. Amsterdam: Elvesier Scientific Publishing Company. Soemarto,C.D Hidrologi Teknik Edisi I. Surabaya: Penerbit Usaha Nasional. Soetopo, Widandi Operasi Waduk Tunggal. Malang: Penerbit Asrori. Soetopo, W Model-model Simulasi Stokastik untuk Sistem Sumberdaya Air. Malang: Asrori. PT. METTANA Engineering Consultant Konsep Laporan (tahun Mataram: PT. METTANA Engineering Consultant.