Prosiding Seminar Nasional Teknologi dan Teknopreneur (SNTT) 2013 ISSN: 2338-3887 FASTIKOM UNSIQ Wonosobo, 18 Juni 2013 EVALUASI KINERJA WADUK DENGAN METODE SIMULASI Nasyiin Faqih 1) Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer 1) Universitas Sains Al-Qur an (UNSIQ) Jawa Tengah di Wonosobo Jl. Kalibeber Km. 3 Wonosobo, Telp (0286) 321873 E-mail: faqihn@yahoo.co.id 1) ABSTRAK Waduk merupakan bangunan sipil yang berfungsi sebagai penampung air dan bisa dimanfaatkan untuk PLTA, air baku, air irigasi, obyek wisata, konservasi alam dan sebagainya. Agar Waduk bisa menjalankan fungsinya maka perlu adanya suatu Pola Operasi yang akan digunakan sebagai pedoman operasi dalam pengelolaan waduk selama satu tahun. Pola operasi memerlukan sistem operasi. Dalam penelitian ini digunakan sistem operasi dengan metode Simulasi. Metode simulasi akan mengatur pengeluaran air waduk (outflow) berdasarkan pemasukan air (inflow). Dalam satu periode waktu (biasanya 1 tahun) harus terjadi keseimbangan (balance) antara inflow dan outflow. Sementara itu air yang tersimpan dalam waduk (Storage) juga harus selalu tersedia sepanjang tahun (kontinue), tidak boleh kurang dari Tinggi Muka Air Minimal (Dead Storage). Metode simulasi harus diukur kinerjanya yang meliputi keandalan, kelentingan dan kerawanan. Dalam penelitian ini diperoleh kesimpulan bahwa Sistem Operasi Waduk obyek uji bisa memenuhi kebutuhan (demand). Hasil simulasi uji kinerja operasi waduk menunjukkan bahwa nilai keandalan = 93,33 %, kelentingan = 88 % dan kerawanan = 17,86 % Kata Kunci: Operasi, Waduk, Simulasi, Kinerja PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Waduk memiliki berbagai macam fungsi. Antara lain sebagai pengendali banjir, PLTA, suplai air baku dan irigasi, obyek wisata dan sebagainya. Agar dalam pengoperasiannya bisa sukses dan selalu tersedia air untuk keperluan-keperluan diatas, perlu dibuat suatu rule atau peraturan agar terjadi keseimbangan antara input dan outputnya. Keseimbangan yang dimaksud adalah untuk mengatur outflow (aliran air keluar) agar disesuaikan dengan inflow (air yang masuk). Apabila Inflow lebih besar dari kebutuhan, maka sisanya akan dilimpahkan ke saluran pembuangan (Soetopo W., 2010). Dengan mengetahui karakteristik waduk dari akumulasi data selama beberapa tahun, dapat dibuat suatu pola operasi yang digunakan sebagai pedoman untuk operasionalnya. Pedoman yang biasa digunakan antara lain adalah Rule Curve Elevasi-Volume dan Rule Curve Luas-Volume. Salah satu metode unjuk kerja yang bisa dipakai adalah metode simulasi. Metode ini bertujuan untuk mengatur pola pengoperasian waduk agar selalu sukses dalam menyediakan suply air sepanjang tahun. Perhitungan dilakukan berdasarkan rumus kontinuitas dan keseimbangan ketersediaan air. 2. Masukan air ke waduk Dalam analisis seringkali air yang masuk ke waduk diklasifikasikan dalam tiga kondisi, yaitu : masukan air ke waduk pada kondisi basah, normal, dan kering. Air yang masuk ke waduk dapat terdiri dari aliran air yang masuk dari sungai, dari daerah sekelilingnya, dan dari curah hujan yang jatuh langsung pada permukaan waduk. 3. Keluaran dari waduk Kebutuhan air sangat ditentukan oleh fungsi dari waduk tersebut. Untuk waduk yang mempunyai manfaat tunggal, keluaran air waduk dihitung hanya untuk pemenuhan suatu kebutuhan saja namun pada waduk yang dimanfaatkan untuk berbagai kebutuhan, keluaran dari waduk merupakan total dari seluruh kebutuhan seperti untuk irigasi, PLTA, air baku, perikanan, dan lain-lain. Meskipun seringkali terjadi konflik dalam pengoperasiannya namun hal tersebut dapat dikompromikan / disusun sesuai dengan skala prioritas yang telah dituangkan dalam undang-undang pengairan untuk mendapatkan hasil yang optimal. Kebutuhan air dapat dikategorikan menjadi: Kebutuhan air minum dan kegiatan perkotaan Kebutuhan air untuk industri Kebutuhan air untuk pemeliharaan sungai Kebutuhan air untuk perikanan Kebutuhan air untuk peternakan 147
Kebutuhan air untuk irigasi Gambar 1. Grafik Hubungan Elevasi, Luas dan Volume Waduk Menjer Kab. Wonosobo Sumber : Analisa Data Primer 4. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk melakukan pengujian sistem operasi waduk pada Waduk Menjer menggunakan metode Simulasi. Masukan dari sistem ini adalah input (air masuk) dan output (air keluar). Keluaran adalah apakah waduk sukses atau gagal dalam operasionalnya selama satu tahun. Hasil simulasi ini akan memberikan rekomendasi kepada pengelola Waduk agar bisa menyesuaikan penggunaan air berdasarkan inflow air masuk. 5. Penelitian Terdahulu Beberapa penelitian terdahulu tentang operasi waduk adalah : 1. N. Faqih yang meneliti tentang operasi Waduk Menjer dengan judul, Operasi Waduk Menjer Untuk PLTA Garung Kab. Wonosobo dengan Metode Logika Fuzzy, Tesis Undip, 2012. 2. Ardiyanto meneliti Evaluasi Pola Operasi Waduk Di Sistem. Waduk Kedung Ombo Dengan Metode Simulasi yang merupakan Skripsi Unika tahun 2013. 3. Azmeri yang meneliti tentang Analisis Ketersediaan Air dan Sistem Operasi dengan Metode Dinamik Deterministik, terbit di Jurnal Teknik Sipil, Vol.11, No.3, Juli 2004-Departemen Teknik Sipil ITB. Penelitian yang telah dilakukan sebelumnya tidak bisa secara general diterapkan untuk simulasi semua waduk, karena masing-masing waduk memiliki karakteristik yang tidak sama. Faktor hidrologi dan geologi seperti curah hujan, debit air, kontur dan tanah, penggunaan lahan dan sebagainya mempengaruhi hasil dari simulasi. oleh karena itu, penelitian dengan Judul Simulasi Waduk Unjuk Kerja Waduk Sebagai Tolok Ukur Keberhasilan Operasi Waduk Dengan Metode Simulasi ini spesifik untuk Waduk Menjer Kabupaten Wonosobo dengan data inflow dan outflow antara tahun 1990-2010. STUDI PUSTAKA Unjuk kerja yang disajikan pada evaluasi ini adalah beberapa indikator unjuk kerja yang mampu memberikan indikasi seberapa jauh intensitas kegagalan dan berapa lama suatu kegagalan itu terjadi. Unjuk kerja-unjuk kerja tersebut adalah Keandalan (reliability), Kelentingan (resiliency), serta Kerawanan (vulnerability) (Iskahar, 2002). Keandalan (reliability) Kendalan merupakan indikator seberapa sering waduk untuk memenuhi kebutuhan yang ditargetkan selama masa pengoperasiannya. Untuk pengoperasiannya waduk paling tidak ada dua macam definisi keandalan yaitu : (H. Budieny, 2001). 1. Presentase keadaan dimana waduk mampu memenuhi kebutuhannya. Seringkali pada definisi keandalan ini dapat dikaitkan dengan kegagalan. Dalam hal ini, waduk dianggap gagal apabila tidak dapat memenuhi kebutuhannya secara total. 2. Rerata persentase waduk dibanding dengan kebutuhannya. Dalam definisi ini, meskipun suplai waduk tidak dapat memenuhi kebutuhannya, waduk keseluruhannya, tidak dianggap gagal total. Tetapi dianggap waduk hanya mensuplai sebagian dari kebutuhannya. Pada kondisi seperti misalnya pada waduk yang digunakan sebagai sarana pembangkitan listrik dimana ada batas minimum debit 148
pembangkitan listrik, maka pada saat kondisi air minimum tidak diperkenankan pengoperasian waduk untuk pembangkitan listrik. Hal ini dapat diterangkan bahwa jika waduk hanya mampu melepaskan debit yang lebih kecil daripada batas debit pembangkitan listrik minimum, maka untuk tidak mengakibatkan kerusakan pada turbin diputuskan untuk sama sekali tidak membangkitkan listrik. Secara sistematis, definisi diatas dapat dituliskan dengan variabel Zt yang nilainya ditentukan sesuai dengan dua definisi diatas dan disajikan dalam persamaan berikut : 1 = 1 untuk Rt D t, 0 untuk R t D t (1) zt zt 2 = 1 untuk Rt Dt, Rt/Dt untuk Rt Dt Dalam jangka panjang, nilai kelandaian sistem untuk definisi keandalan yang pertama dapat ditulis sebagai berikut : (2) Dimana : n = jangka waktu pengoperasian. R t = release pada waktu ke t. D t = demand pada waktu ke t. = keandalan waduk, gagal total jika kebutuhan tidak terpenuhi. = jumlah total waduk mampu memenuhi kebutuhan (Rt Dt) untuk definisi keandalan ke-2. Dalam studi dipergunakan definisi keandalan waduk yang pertama. Waduk dianggap gagal jika tidak mampu mensuplai kebutuhan secara total. Kondisi tersebut digunakan untuk mengantisipasi kebutuhan air baku karena jika pemenuhan kebutuhan air baku kurang dari yang ditargetkan maka air baku yang dihasilkan oleh optimasi tidak dijamin untuk terpenuhi. Selain itu simulasi mempunyai nilai keandalan yang lebih kecil adri kondisi yang sebenarnya. Sehingga kondisi keandalan yang pertama diharapkan banyak memberi nilai keamanan terhadap ketersediaan air. Kelentingan (resiliency) Indikator ini untuk mengukur kemampuan waduk untuk kembali ke keadaan memuaskan dari keadaan gagal. Jika semakin cepat waduk kembali ke keadaan memuaskan maka dapat dikatakan waduk lebih lenting sehinnga konsekuensi dari kegagalan lebih kecil. Dengan mempergunakan definisi kegagalan pertama, perhitungan masa transisi dari keadaan gagal menjadi keadaan memuaskan dituliskan dengan variabel W t sebagai berikut : (3) Dalam jangka panjang nilai rerata dari W t akan menunjukkan jumlah rerata terjadi transisi waduk dari keadaan gagal menjadi keadaan memuaskan. Jumlah rerata terjadinya transisi ini dapat dinyatakan dengan persamaan : (4) Dimana ρ menunjukkan probabilitas (rerata frekuensi) terjadinya transisi waduk dari keadaan gagal ke keadaan memuaskan. Jangka waktu rerata waduk mengalami kegagalan dibagi dengan frekuensi rerata terjadinya transisi waduk dan secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut : (5) 149
Dimana : T gagal = jangka waktu rerata waduk dalam keadaan gagal secara kontinu. Dalam jangka panjang, jangka waktu rerata waduk berada dalam kegagalan secara kontinue dapat dituliskan sebagai berikut : (6) Semakin lama jangka waktu rerata waduk berada dalam keadaan gagal maka semakin kecil kelentingannya sebagai akibatnya maka konsekuensi dari keadaan gagal tersebut juga akan besar. Oleh karenanya indikator kelentingannya didefinisikan sebagai berikut : (7) Dimana : = unjuk kerja kelentingan Kerawanan (vulnerability) Jika terjadi kegagalan, unjuk kerja kerawanan menunjukkan / mengukur seberapa besar (seberapa rawan) suatu kegagalan yang terjadi. Untuk mengukur tingkat kerawanan ini digunakan variabel kekurangan (defisit), DEF yang didefinisikan sebagai berikut : (8) Sedangkan unjuk kerja kerawanan tersebut dapat dirumuskan dengan berbagai penafsiran sebagai berikut (A. Tarigan, 2001) : 1. Nilai rerata deficit-ratio (9) 2. Nilai maksimum deficit-ratio (10) 3. Nilai maksimum deficit (11) METODE PENELITIAN Widandi S., 2010 dalam N. Faqih, 2012, menyatakan bahwa ada beberapa penelitian di bidang teknik sipil yaitu kajian teoritik, rekayasa dan eksperimental. Jenis penelitian di bidang teknik antara lain adalah: kajian teoritik, rekayasa, dan eksperimental. Masing-masing mempunyai metodologi yang khas. Metodologi penelitian adalah tahapan yang harus ditentukan terlebih dahulu sebelum melakukan penyelesaian masalah yang akan dibahas. Dengan adanya metodologi penelitian, maka penyusunan tesis akan memiliki alur yang terarah dan sistematis. Selain itu metodologi penelitian akan menjadi kerangka dasar berpikir logis bagi pengembangan tesis ini kearah penarikan kesimpulan secara ilmiah. Penelitian ini termasuk jenis rekayasa, adapun tahap-tahap metodologi penelitian adalah sebagai berikut: Penelitian pendahuluan Identifikasi masalah Penetepan tujuan penelitian 150
Studi pustaka Pengumpulan data Perancangan program Pengujian program Kesimpulan dan saran Metode yang dilakukan dalam penelitian ini adalah Metode Penelitian Kuantitatif dengan variabel : Inflow (air masuk), Storage (Penyimpanan), dan Outflow (air keluar/release). Gambar 2. Diagram Alir Metode Penelitian Menurut N. Faqih, 2012, Tahapan Sistem Operasi Metode Simulasi adalah sebagai berikut: 1. Memasukkan Debit Inflow I 2. Memasukkan data Kebutuhan D 3. Menentukan kapasitas Tampungan Awal waduk St 4. Menghitung St+1 Awal S t + I Awal = S t + I + I D Dimana I = Inflow D = Demand 5. Menentukan Spill 6. S t+1 > Smax? Jika ya maka Spill = S t+1 Awal - Smax 7. Jika tidak, Spill = 0 8. Menentukan Outflow atau Release Rt St+1 = S t + 1 + I D St+1 < Smin? 9. Ya >> Rt = St + Inflow (I) - Smin 10. Tidak >> Rt = Kebutuhan 11. Menghitung S t+1 (dipakai) 12. Ada Spill? 13. Ya >> St+1 = St+1 Awal-Spill 151
14. Tidak >> St+1 = St + It Rt 15. Menentukan Unjuk Kerja Waduk yaitu dengan membandingkan antara pelepasan (R) dengan demand. Alur penelitian sebagaimana tergambar dalam diagram berikut : Start Memasukkan Debit Inflow A Memasukkan Kebutuhan (Demand) S t+1 < Smin Y Menentukan Tampungan Awal Waduk (St) Rt = Demand (D) Rt=St + Inflow (I) - Smin Menghitung (St + 1 awal) Spill > 0 Y S t+1 > Smax Y St+1 = St+1 Awal - Spill Spill =St+1 Awal - Smax St+1 = St + It - Rt Spill = 0 A Analisa Kinerja Keandalan Kelentingan Kerawanan Spillage End Gambar 3. Diagram Alir Penilaian Kinerja Waduk 152
HASIL DAN PEMBAHASAN Simulasi dilakukan untuk mendapatkan outflow dengan suatu batas minimum, akan tetapi outflow ini tidak boleh berlebihan jauh di atas batas minimum tersebut. Dari hasil simulasi pengoperasian waduk dilakukan analisis terhadap kinerja pengoperasian waduk, yaitu berupa indikator keandalan waduk dalam memenuhi target kebutuhan yang diharapkan, indikator kelentingan dan kerawanan yang terjadi. Perhitungan simulasi Waduk Menjer di Kab. Wonosobo Jawa Tengah dapat dilihat pada tabel di bawah ini (data yang digunakan antara Tahun 1990 s/d 2010) : Tabel 1. Hasil Simulasi Operasi Waduk Keandalan Kelentingan Kerawanan Jml Data 120 Jml Transisi 7 Total Defisit 1.40 Juta M3 Jml Gagal 8 Jml Bln Gagal 8 Rata-rata defisit 0.18 Juta M3 Jml Sukses 112 Rata2 Gagal 1.14 Total Defisit Ratio 125.00 % Keandalan 93.33% Kelentingan 88% Rata-rata defisit Ratio Max Defisit Ratio (v2) 17.86 % 64.009 % Maksimum Defisit (V3) 5.90 Juta M3 Dari tabel di atas dapat ditarik beberapa kesimpulan tentang Kinerja Pengoperasian Waduk Menjer antara Tahun 1990-2010 yaitu : a. Keandalan (Reliability) = α Total bulan pengoperasian n = 120 bulan Total pengoperasian dalam keadaan sukses = (Zt) = 112 bulan Jadi α = 112 / 120 = 93,33 % Hal mana menunjukkan bahwa waduk mempunyai kemampuan 93,3 % untuk memenuhi kebutuhan yang ditargetkan (demand). b. Kelentingan (Resiliency) = γ Frekuensi terjadi masa transisi dari sukses ke gagal atau sebaliknya Wt = 7 Jangka waktu rata-rata waduk dalam keadaan gagal : T gagal = 8 / 7 = 1,14 Jadi = 1 / 1,14 = 88 % Hal mana menunjukkan bahwa kemampuan waduk untuk kembali ke keadaan memuaskan (satisfactory) dari keadaan gagal (fail) untuk mememenuhi kebutuhan (demand) sebesar 88 %. Semakin besar kelentingan akan semakin cepat waduk menjadi kondisi tidak gagal (sukses). c. Kerawanan (Vulnerability) Total defisit = 1,4 juta m 3, sehingga rata-rata deficit = 1,4 / 8 = 0,18 juta m 3 Total deficit-ratio = 125 %, sehingga nilai rata-rata deficit ratio = V 1 = 125 /12 = 17,86 % Hal mana memberikan indikasi bahwa jika terjadi kegagalan; maka 17,86 % dari kebutuhan tidak dapat dipenuhi, dengan rata-rata deficit = 0,18 juta m3 / bulan setiap kejadian gagal. Nilai maksimum deficit ratio = V 2 = 64,009 % Nilai maksimum deficit = V 3 = 5,9 juta m 3 KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan untuk Simulasi Operasi Waduk Menjer dengan Metode Simulasi dapat disimpulkan sebagai berikut: Pola pengoperasian berdasarkan metode Simulasi dapat memenuhi kebutuhan (demand). Hasil akhir simulasi memiliki kandalan 93,33 %, Kelentingan 88 %, Kerawanan 17,86 %. Hal ini berarti bahwa waduk mempunyai kemampuan sebesar 93,33 % untuk memenuhi kebutuhan yang ditargetkan (demand). Sementara itu kernampuan waduk untuk kembali ke keadaan memuaskan (satisfactory) dari keadaan gagal (fail) untuk mememenuhi kebutuhan (demand) sebesar 88 %, dan jika terjadi kegagalan; maka 17,86 % dari kebutuhan tidak dapat dipenuhi, dengan rata-rata defisit = 0,18 juta m3 / bulan setiap kejadian gagal. 153
DAFTAR PUSTAKA [1] Hary Budieny, 2001, Analisis Optimasi Pengelolaan Sumberdaya Air Waduk Sermo, Tesis Program Pascasarjana, UGM, Yogyakarta [2] Iskahar, 2002, Analisis Pengaruh Panjang Data Terhadap Keandalan Waduk, Tesis Program Magister Teknik Sipil Universitas Diponegoro, Semarang [3] Nasyiin Faqih, 2012, Operasi Waduk Menjer Untuk PLTA Garung Kabupaten Wonosobo dengan Metode Logika Fuzzy, Tesis Magister Teknik Sipil, UNDIP, Semarang [4] Soetopo, Widandi, 2010, Operasi Waduk Tunggal, CV Asrori, Malang [5] Sudibjo, Ir, 2003, Teknik Bendungan, Pradnya Paramita, Jakarta. 154