ANALISIS KEBUTUHAN AIR DAN BANGUNAN KANTONG LUMPUR DI DAERAH IRIGASI PAYA SORDANG KABUPATEN TAPANULI SELATAN Wenni Wulandari 1 dan Ahmad Perwira Mulia Tarigan 2 1 Mahasiswa Daepartemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email : wenniwulandari@yahoo.com 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email : a.perwira@usu.ac.id ABSTRAK Irigasi adalah sistem pemberian air yang baik agar jumlah air yang tersedia dapat mencukupi kebutuhan air yang diperlukan oleh tanaman. Untuk menjaga agar kuantitas air irigasi tetap terjaga, diperlukan bangunan kantong lumpur agar dapat mengendapkan sedimen sehingga tidak masuk ke saluran irigasi. Dalam penulisan tugas akhir ini digunakan metode F.J.Mock untuk menghitung debit andalan dan kebutuhan air berdasarkan pola tanam yang direncanakan. Selain itu juga digunakan metode Shield untuk menghitung kebutuhan dimensi kantong lumpur. Tujuan analisis ini adalah untuk mendapatkan pola dan masa tanam yang tepat pada Irigasi di daerah Paya Sordang, serta mendimensi ulang kantong lumpur yang ada. Dari hasil analisis, debit andalan terbesar yang diperoleh yaitu 19,39 m 3 /det dengan kebutuhan air maksimum sebesar 0,93 lt/dt/ha. Kata kunci: Analisis Kebutuhan Air, kantong lumpur, debit andalan. ABSTRACT Irrigation is a water delivery systems on the plants which purpose is to provide the water that needed by plants. in order to keep the stabilization of quantity irrigation water, the settling basin is required to precipitate the sediment so it doesn't get into the irrigation canal. This thesis use the FJ MOck method to calculate the main discharge and water requirement that based on planned cropping pattern. In addition, the shield method is used to calculate the dimention of settling basin. The purposes of this analysis is to get a pattern and the exact planting time in Paya Sordang Irrigation, and to re-dimension the existing settling basin. From the analysis, the highest main discharge is 19,39 m3/det with the maximum requirement water is 0,93 lt/dt/ha. Keywords: The Analysis of Requirement Water, Settilng Basin, Main Discharge 1. PENDAHULUAN Latar belakang Air merupakan faktor yang penting dalam bercocok tanam. Dalam peningkatan produksi pangan, irigasi mempunyai peranan untuk menyediakan air tersebut. Adapun beberapa faktor yang mempengaruhi ketersediaan air antara lain, cara pemberian air, banyaknya hujan yang turun, waktu penanaman, pengolahan tanah, pengaturan pola tanam, dan cara pengelolaan serta pemeliharaan saluran dan bangunan yang ada. Dalam pengolahan air tersebut banyak permasalahan yang terjadi, misalnya saja pembagian air yang kurang proporsional mengakibatkan kekurangan air, terutama pada saluran-saluran sekunder yang berada paling ujung atau hilir. Untuk itu pengoptimalan ketersediaan air dapat menjadi solusi agar produksi meningkat. Pengelolaan bangunan air juga sangat penting dalam irigasi. Dasar sungai biasanya tersusun oleh endapan dari material angkutan sedimen yang terbawa oleh aliran sungai dan masuk ke saluran irigasi. Sedimentasi yang cukup tinggi akan membuat kapasitas saluran irigasi berkurang. Untuk itu perlu dikonstruksikan bangunan kantong lumpur yang berfungsi mengendapkan sedimaen agar tidak masuk ke saluran irigasi.
2. TINJAUAN PUSTAKA Debit Andalan Debit andalan adalah debit yang selalu tersedia sepanjang tahun. Dalam penelitian ini debit andalan merupakan debit yang memiliki probabilitas 80%. Debit dengan probabilitas 80% adalah debit yang memiliki kemungkinan terlampaui sebesar 80% dari 100% kejadian. Jumlah kejadian yang dimaksud adalah jumlah data yang digunakan untuk menganalisis probabilitas tersebut. Jumlah data minimum yang diperlukan untuk analisis adalah lima tahun dan pada umumnya untuk memperoleh nilai yang baik data yang digunakan hendaknya berjumlah 10 tahun data. Debit minimum sungai dianalisis atas dasar debit hujan sungai. Dalam analisi ini, dikarenakan minimalnya data maka metode perhitungan debit andalan menggunakan metode simulasi perimbangan air dari Dr. F.J.Mock (KP.01,1986). Dengan data masukan dari curah hujan di Daerah Aliran Sungai, evapotranspirasi, vegetasi dan karakteristik geologi daerah aliran. Kebutuhan Air Sawah Kebutuhan air untuk tanaman pada suatu jaringan irigasi merupakan air yang dibutuhkan untuk tanaman untuk pertumbuhan yang optimal tanpa kekurangan air yang dinyatakan dalam Netto Kebutuhan Air Lapangan atau Net Field Requirement, NFR. Kebutuhan air bersih disawah (NFR) dipengaruhi oleh faktor-faktor NFR seperti penyiapan lahan, pemakaian konsumtif, penggenangan, efisiensi irigasi, perkolasi dan infiltrasi, dengan memperhitungkan curah hujan efektif (KP-01,1986). Bedanya kebutuhan pengambilan air irigasi (DR) juga ditentukan dengan memperhitungkan faktor efisiensi irigasi secara keseluruhan (e). Perhitungan kebutuhan air irigasi dengan rumus sebagai berikut: NFR = Etc + P + WLR Re 2. 1 DR = (NFR x A)/e 2. 2 di mana NFR = kebutuhan air irigasi di sawah, DR = kebutuhan air di pintu pengambilan, Etc = penggunaan konsumtif, P = perkolasi, WLR = penggantian lapisan air, Re = curah hujan efektif, A =luas areal irigasi rencana, dan e = efisiensi irigasi. Bangunan Kantong Lumpur Bangunan kantong lumpur merupakan bangunan pelengkap atau bagian dari bangunan utama yang berfungsi untuk mengelakkan angkutan sedimen dasar dan layang terutama fraksi pasir dan yang lebih besar agar tidak masuk ke jaringan pengairan. Bangunan kantong lumpur pada umumnya dibangun di hilir bangunan pengambil (intake) sebelum masuk ke saluran induk. 2. 3 di mana L = panjang kantong lumpur, B = lebar kantong lumpur, Q rencana. = debit rencana, dan w = kecepatan jatuh Dimensi kantong sebaiknya juga sesuai dengan kaidah bahwa L/B > 8, untuk mencegah agar aliran tidak meander di dalam kantong. Apabila topografi tidak memungkinkan diturutinya kaidah ini, maka kantong harus dibagi-bagi ke arah memanjang dengan dinding-dinding pemisah (divider wall) untuk mencapai perbandingan antara L dan B ini. 3. METODE PENELITIAN Metode pengumpulan data Pada penelitian ini didukung oleh data yang diperoleh dan dari berbagai sumber, antara lain: 1. Studi literatur, merupakan pengumpulan data dari buku, makalah, jurnal dan catatan kuliah yang berkaitan dengan studi.
2. Data primer, merupakan data utama yang diperlukan dalam penelitian ini. Data primer berupa dokumentasi lokasi penelitian dan pengambilan sampel sedimen. 3. Data sekunder, merupakan data pendukung yang dibutuhkan dalam penyusunan tugas akhir ini. Data sekunder ini berupa data klimatologi, curah hujan dan data hidrolis. Data sekunder merupakan data yang diperoleh dari instansi, lembaga masyarakat, dan pihak terkait yang berhubungan dengan pembahasan. Metode pengolahan data 1. Data sedimen dan data hidrolis dianalisis dengan metode Shield dam rumus Strickler untuk menghitung kebutuhan dimensi kantong lumpur Daerah Irigasi Paya Sordang. 2. Data curah hujan dan klimatologi dianalisis dengan metode F.J.Mock untuk menghitung debit andalan, mengatur pola tanam dan menghitung kebutuhan air irigasi. Secara garis besar metode penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.1. Studi Literatur Pengumpulan Data Curah Hujan Klimatologi Data Sedimen Data Hidrolis Evapotraspirasi Debit Andalan Jenis Tanaman Analisa Pola Tanam Kebutuhan Dimensi Kantong Lumpur Kebutuhan Air Kesimpulan dan Saran Selesai Gambar 1.1 Diagram Alir Metode Penelitian
4. ANALISIS DAN PEMBAHASAN Perhitungan Curah Hujan Regional Data hujan yang diperoleh dari 4 (empat) stasiun penakar hujan, yaitu St. Pengkolan, St. Pintu Padang, St. Sayurmatinggi dan St. Siabu digunakan untuk menghitung curah hujan regional untuk DAS Batang Angkola. Metode yang digunakan adalah metode rata-rata aljabar. Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 1.1. Tabel 1.1 Curah Hujan Regional DAS Batang Angkola Curah Hujan Efektif Curah hujan efektif didefenisikan sebagai bagian dari keseluruhan curah hujan yang secara efektif tersedia untuk kebutuhan air bagi tanaman. Besaran curah hujan efektif diprediksikan sebesar 70% dari curah hujan tengah bulanan dengan probabilitas 80%. R eff = R 80 2. 4 Debit Andalan Batang Angkola dengan F.J.Mock Debit andalan 80% ialah debit dengan kemungkinan terpenuhi 80% atau tidah terpenuhi 20% dari periode waktu tertentu. Data yang menjadi paremater dalam menentukan debit andalan antara lain: 1. Data curah hujan bulanan rata-rata. 2. Data evapotranspirasi potensial. 3. Data jumlah harian hujan. Qn = Ron x A 2. 5
di mana Qn = banyaknya air yg tersedia dari sumbernya, periode n (m 3 /dtk), (catchment area) km 2. dan A = luas daerah tangkapan Hasil perhitungan debit andalan dapat di lihat pada Tabel 1.2. Tabel 1. 2 Debit Andalan DAS Batang Angkola Bulan R 80 Curah Hujan Efektif Untuk Padi Debit Andalan Januari 1 46,96 2,19 15,37 2 49,19 2,30 17,35 Pebruari 1 41,33 1,93 16,51 2 41,61 1,94 17,15 Maret 1 34,47 1,61 13,89 2 40,46 1,89 15,89 April 1 36,12 1,69 14,67 2 37,95 1,77 15,50 Mei 1 35,46 1,65 12,94 2 34,14 1,59 15,20 Juni 1 28,25 1,32 14,15 2 41,52 1,94 16,00 Juli 1 26,08 1,22 12,09 2 23,16 1,08 13,36 Agustus 1 24,50 1,14 11,47 2 49,09 2,29 18,08 September 1 36,30 1,69 15,30 2 44,30 2,07 16,26 Oktober 1 69,06 3,22 18,97 2 58,97 2,75 19,39 Nopember 1 61,16 2,85 17,93 2 46,88 2,19 16,33 Desember 1 34,54 1,61 13,31 2 55,61 2,59 18,45 Pola Tanam Pengaturan pola tata tanam adalah kegiatan mengatur awal masa tanam, jenis tanaman dan varietas tanaman dalam suatu tabel perhitungan. Varietas pola tanam yang dipakai yaitu padi-padi-palawija. Tujuan utama dari penyusunan pola tanam adalah untuk mendapatkan besaran kebutuhan air irigasi pada musim kemarau sekecil mungkin. Dari perhitungan debit andalan dapat direncanakan pola tanam seperti pada Tabel 1.3. Tabel 1.3 Pola tanam untuk masa tanam awal november OKT NOP DES JAN PEB MAR APR MEI JUN JUL AGS SEP 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 L P P A D I L P P A D I PALAWIJA Masa tanam padi dimulai pada awal November dan pertengahan Maret. Palawija dimulai pada awal Agustus.
Kebutuhan Air di DI Paya Sordang Kebutuhan air untuk tanaman pada suatu jaringan irigasi merupakan air yang dibutuhkan untuk tanaman untuk pertumbuhan yang optimal tanpa kekurangan air yang dinyatakan dalam Netto Kebutuhan Air Lapangan. Data yang diperlukan untuk menetukan kebutuhan air bersih disawah adalah pola tanam, waktu penyiapan lahan, pemakaian konsumtif, penggantian lapisan air, evapotranspirasi dan curah hujan efektif. NFR = Etc + P + WLR Re 2. 6 DR = (NFR x A)/e 2. 7 di mana Eto = evapotranspirasi potensial, dan Etc = Evapotranspirasi tanaman. Hasil perhitungan dapat di lihat pada Tabel 1.4 Tabel 1. 4 Kebutuhan Air Irigasi Paya Sordang Bulan NFR (lt/dt/ha) Januari 1 0,52 2 0,62 Pebruari 1 0,39 2 0,26 Maret 1 2 0,92 April 1 0,93 2 0,92 Mei 1 0,58 2 0,59 Juni 1 0,73 2 0,54 Juli 1 0,18 2 0,14 Agustus 1 0,37 2 0,43 September 1 0,44 2 0,38 Oktober 1 0,19 2 0,10 Nopember 1 0,77 2 0,85 Desember 1 0,91 2 0,40
Analisis Kebutuhan Kantong Lumpur Debit Rencana Debit rencana diperoleh dari kebutuhan air irigasi maksimum untuk seluruh areal persawahan yang diambil dari sungai (DR). Maka, Lebar Kantong Lumpur Gambar 1.2 Hubungan antara Diameter Saringan dan Kecepatan Endap untuk Air Tenang (KP-02, 1986) Di Indonesia dipakai suhu air sebesar 20 C. Dengan diameter 70 atau 0,07 mm, dari diagram Shield diatas kecepatan endap w menjadi 4 mm/det atau 0,004 m/det. Maka B dapat dihitung dengan Persamaan 2.3. Karena L/B > 8, maka dapat dihitung : B< 13.9 m dan L> 112.2 m. Ambil B= 10 m
Volume Kantong Lumpur Untuk menghitung volume kantong lumpur dipakai asumsi bahwa air yang dielakkan mengandung 0,5 sedimen yang harus diendapkan., ambil saja 1900 m 3 Untuk menghitung dimensi saluran digunakan parameter-parameter rumus Strickler. Menentukan kemiringan energi di kantong lumpur selama eksploitasi normal, digunakan rumus Strickler berikut: dimana v n = kecepatan rata-rata selama eksploitasi normal (m/detik), k s = koefisien kekasaran (m 1/3 /det), R n = jari-jari hidraulis selama eksploitasi normal (m), i n = kemiringan energi selama eksploitasi normal, Q n = kebutuhan pengambilan rencana, dan A n = luas basah eksploitasi normal (m 2 ). 2. 8 2. 9 Penentuan i s Sedimen di dalam kantong berupa pasir. Untuk asumsi awal dalam menentukan i s, kecepatan aliran untuk pembilasan diambil 1.5 m/dt. Debit untuk pembilasan diambil : Panjang kantong Lumpur Untuk menghitung panjang kantong lumpur digunakan rumus berikut: di mana V = volume, b = lebar, L = panjang, i s = kemiringan energi pada saat pembilasan, dan i n = kemiringan energi saat normal. 2. 10
5. KESIMPULAN Dari hasil analisis dan pembahasan yang telah diuraikan, maka penulis dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Dari analisis kebutuhan air didapat kebutuhan air maksimum 0,93 lt/dt/ha dan kebutuhan air terkecil 0,15 lt/dt/ha. 2. Debit andalan Sungai Batang Angkola dengan metode F.J. Mock didapat nilai debit andalan maksimum 19,39 m 3 /dt pertengahan Oktober dan debit andalan minimum 11,47 m 3 /dt pada awal bulan Agustus. 3. Berdasarkan hasil analisa dengan menggunakan 3 alternatif pola tanam, maka digunakan alternatif ketiga, dimana NFR maksimumnya paling kecil. Pola tanam yang digunakan yaitu padi-padi-palawija dimana masa tanam dimulai pada awal November. 4. Dari analisis dimensi kantong lumpur didapat lebar B =10 m dan panjang L= 280 m. DAFTAR PUSTAKA Aprisal, D., 2011, Analisa Hidraulis Bangunan Kantong Lumpur (Settling Basin) pada Daerah Irigasi Sungai Ular, Tugas Akhir Teknik Sipil, USU, Medan. Direktorat Jenderal Pengairan, 1986, Standar Perencanaan Irigasi Kriteria Perencanaan Bagian Jaringan Irigasi (KP-01), Departemen Pekerjaan Umum, CV. Galang Persada, Bandung. Dirjen. Pengairan Dept. Pekerjaan Umum, 1986, Standar Perencanaan Irigasi Kriteria Perencanaan Bagian Bangunan Utama (KP-02), CV, Galang Persada, Bandung. Hanwar, S., dan Herdianto, R., 2007, Desain Bangunan Penangkap Sedimen dengan Teknologi Baffle (Sekat), Jurnal Teknik Sipil dan Perencanaan, Unand, Padang. Hariatma, A., 2012, Analisis Optimalisasi Pola Tanam pada Daerah Irigasi Namu Rambe Kabupaten Deli Serdang, Tugas Akhir Teknik Sipil, USU, Medan. Sosrodarsono, S., dan Kensaku, T., 1978, Hidrologi Untuk Pengairan, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. Yang, C.T., 2003, Sediment Transport Theory and Practice. Krieger Publishing Company, Malabar, Florida.