BAB II DASAR TEORI 2.1 Perhitungan Hidrologi 2.1.1 Curah hujan rata-rata DAS Beberapa cara perhitungan untuk mencari curah hujan rata-rata daerah aliran, yaitu : 1. Arithmatic Mean Method perhitungan curah hujan rata-rata digunakan metode rata-rata aljabar karena dengan cara ini data yang diperoleh lebih obyektif jika dibandingkan dengan cara isohyet, di mana faktor subyektif ikut menentukan. Metode Theissen akan memberikan hasil yang lebih teliti daripada cara aljabar tetapi untuk penentuan titik pengamatannya dan pemilihan ketinggian akan mempengaruhi ketelitian yang akan didapat juga seandainya untuk penentuan kembali jaringan segitiga jika terdapat kekurangan pengamatan pada salah satu titik pengamatan (Sosrodarsono, Suyono, 1987:27). 1 R R1 R2... R n n di mana : R = curah hujan daerah (mm) N = jumlah titik-titik (pos) pengamatan R 1, R 2,...R n = curah hujan ditiap titik pengamatan (mm) 2. Thiessen Method Cara ini dengan memperhitungkan luas daerah yang diwakili oleh stasiun yang bersangkutan (luas daerah pengaruh), untuk dgunakan sebagai faktor dalam menghitung hujan rata-rata. Menurut Thiessen luas daerah pengaruh dari setiap stasiun dengan cara : 11
12 1. Menghubungkan stasiun-stasiun dengan suatu garis sehingga membentuk poligonpoligon segitiga. 2. Menarik sumbu-sumbu dari poligon-poligon segitiga. 3. Perpotongan sumbu-sumbu ini akan membentuk luasan daerah pengaruh dari tiap-tiap stasiun. Luas daerah pengaruh masing-masing stasiun dibagi dengan luas daerah aliran disebut sebagai Koefisien Thiessen masing-masing stasiun (weighting factor). Hujan rata-rata di daerah aliran dirumuskan sebagai berikut: A1 A2 An R... A A A w1 R1 w2 R2... wn Rn Dimana : A = Luas daerah aliran (km 2 ) An = Luas daerah pengaruh stasiun n (km 2 ) Wn stasiun n Rn = Faktor pembobot daerah pengaruh = Tinggi hujan pada stasiun n (mm) Metode Thiessen sesuai untuk daerah dengan jarak penakar hujan yang tidak merata. 3. Ishohyet Method Isohyet adalah garis yang menunjukkan tempattempat yang mempunyai tinggi hujan yang sama. Cara ini adalah cara yang paling teliti, tetapi cukup sulit pembuatannya. Pada umumnya digunakan untuk hujan tahunan, karena terlalu banyak variasinya, sehingga isohyet akan berubah-ubah. 12
13 Hujan rata-rata di daerah aliran dirumuskan sebagai berikut : R A A R A A R 1.2 2.3 n. n 1 1.2 2.3... n. n 1 A A R Dimana : A n,n+1 = Luas antara isohyet I n dan isohyet I n+1 R n,n+1 = Tinggi hujan rata-rata antara isohyet I n dan isohyet I n+1 2.1.2 Curah hujan efektif Curah hujan efektif adalah curah hujan yang jatuh selama masa tumbuh tanaman, yang dapat digunakan untuk memenuhi air konsumtif tanaman. Besarnya curah hujan ditentukan dengan 70% dari curah hujan rata rata tengah bulanan dengan kemungkinan kegagalan 20% ( Curah hujan R 80 ). Dengan menggunakan Basic Year dengan rumus : R 80 = n/5 + 1 dengan n adalah periode lama pengamatan. Curah hujan efektif diperoleh dari 70% x R 80 per periode waktu pengamatan. Apabila data hujan yang digunakan 10 harian maka persamaannya menjadi : Re padi =(R 80 x 70%)/10 mm/hari. =(R 80 x60%)/ 10 mm/hari. Re tebu Re polowijo = (R 80 x 50%) / 10 mm/hari Curah hujan efektif juga dapat dihitung dengan menggunakan metode Log Pearson III berdasarkan data hujan yang tersedia. 13
14 2.1.3 Debit Andalan Debit andalan merupakan debit minimum sungai untuk kemungkinan untuk kemungkinan terpenuhi yang sudah ditentukan yang dapaat dipakai untuk irigasi. Misalnya ditetapkan debit andalan 80% berarti akan dihadapi resiko adanya debit-debit yang lebih kecil dari debit andalan sebesar 20% pengamatan. Debit minimum sungai dianalisis atas dasar data debit harian sungai. Agar analisisnya cukup tepat dan andal, catatan data yang diperlukan harus meliputi jangka waktu paling sedikit 20 tahun. Jika persyaratan ini tidak bisa dipenuhi, maka metode hidrologi analitis dan empiris bisa dipakai. Dalam menghitung debit andalan, kita harus mempertimbangkan air yang diperlukan dari sungai di hilir pengambilan (SPI KP-01 :1986). Dari data debit inflow yang diperoleh pada studi ini, maka diketahui pengisian bendungan berlangsung tiap bulannya selama setahun. Data ini nantinya akan dipakai dalam perhitungan debit yang masuk ke waduk. 2.2 Perhitungan Klimatologi 2.2.1 Evapotranspirasi Peristiwa Evaporasi dan transpirasi yang terjadi bersama-sama disebut evapotranspirasi. Di dalam perhitungan dikenal ada dua istilah evapotranspirasi yaitu (Wiyono, Agung : 2000) : - evapotranspirasi potensial, terjadi apabila tersedia cukup air untuk memenuhi pertumbuhan optimum. - evapotranspirasi aktual, terjadi dengan kondisi pemberian air seadanya untuk memenuhi pertumbuhan. 14
15 Evapotranspirasi Potensial dapat dihitung dengan menggunakan Metoda Penman modifikasi sebagai berikut ( Pruit, W.O. 1977 ): ETo = c { W. Rn + (1-W). f(u). (ea - ed) } dimana : c = faktor pergantian kondisi cuaca akibat siang dan malam. W = faktor berat yang mempengaruhi penyinaran matahari pada evapotranspirasi Potensial. (mengacu pada tabel Penman hubungan antara temperatur dengan ketinggian ). (1-W) = faktor berat sebagai pengaruh angin dan kelembaban pada ETo (ea - ed) = perbedaan tekanan uap air jenuh dengan tekanan uap air nyata (mbar) ed = ea x RH Rn = Radiasi penyinaran matahari dalam perbandingan penguapan atau Radiasi matahari bersih (mm/hari) Rn = Rns Rn1 Rns = Rs (1 ) ; ( =koefisien pemantulan = 0.25) Rs = ( 0.25 + 0.5 (n/n) ) Ra Rn 1 = 2.01 x 10 9. T 4 (0.34 0.44 ed 0.5 ) (0.1+0.9n/N) f(u) = Fungsi Pengaruh angin pada ETo = 0.27 x ( 1 + U 2 /100 ) dimana u merupakan kecepatan angin rata-rata di Siang hari dalam m/dt di ketinggian 2 m. 2.3 Perhitungan Kebutuhan air untuk tanaman 2.3.1 Kebutuhan air di sawah (NFR) NFR = ET crop + WLR + P - R c 15
16 dengan : NFR = kebutuhan air untuk tanaman (mm/hari) ET crop = evapotranspirasi potensial (mm/hari) WLR = penggantian lapisan air (mm/hari) P = perklorasi (mm/hari) = curah hujan efektif (mm/hari) R c 2.3.2 Kebutuhan air irigasi untuk padi (WRD) NFR IR = C dengan C = efisiensi irigasi secara keseluruhan 2.3.3 Kebutuhan air irigasi untuk palawija IR = ETc Re C 2.3.4 Kebutuhan penyiapan lahan Kebutuhan air irigasi selama jangka waktu penyiapan lahan dihitung dengan rumus : dengan : Eo P M T k M. e IR = k e 1 = evaporasi potensial (mm/hari) = ETo 1. 10 = perklorasi (mm/hari) yang tergantung dari tekstur tanah = kebutuhan evaporasi dan perklorasi = Eo + P = waktu penyiapan tanah (hari) 16
17 S = kebutuhan air untuk penjenuhan ditambah dengan 50 mm Jadi 250 + 50 = 300 mm MT k = S IR = kebutuhan air irigasi di tingkat persawahan (mm/hari) Tabel. 2.1 Kebutuhan air untuk penyiapan lahan M=E0+P T 30 hari T 45 hari mm/hari S 250 mm S 300 mm S 250 mm S 300 mm 5 11.1 12.7 0.4 9.5 5.5 11.4 13 8.8 9 6 11.7 13.3 9.1 10.1 6.5 12 13.6 9.4 10.4 7 12.3 13.9 9.8 10.8 7.5 12.6 14.2 10.1 11.1 8 13 14.5 10.5 11.4 8.5 13.3 14.8 10.8 11.8 9 13.6 15.2 11.2 12.1 9.5 14 15.5 11.6 12.5 10 14.3 15.8 12 12.9 10.5 14.7 16.2 12.4 13.2 11 15 16.5 12.8 13.6 Sumber : (Roedi, Soekibat. 2005) Catatan : setelah 1-2 bulan dari transplantasi, dilakukan pergantian lapisan air sebanyak 50 mm selama 20 hari (2.5 mm/hari sebulan). 2.3.5 Kebutuhan air untuk konsumtif tanaman (ETc) Pruitt, W.O, dan Doorenbos, J. 1997. Kebutuhan air untuk konsumsi tanaman merupakan kedalaman air yang diperlukan untuk memenuhi evapotranspirasi tanaman yang bebas penyakit, tumbuh di areal pertanian dan tingkat pertumbuhan 17
18 yang baik. Penggunaan konsumtif air oleh tanaman diperkirakan berdasarkan pendekatan empiris, dengan menggunakan data iklim, koefisien tanaman pada tahap pertumbuhan seperti berikut : ETc Kc ETo dengan : Kc = koefisien tanaman Eto = evapotranspirasi potensial (mm/hari) 2.3.6 Perkolasi Perkolasi merupakan gerakan air ke bawah dari zone air tidak jenuh (daerah antara permukaan tanah sampai ke permukaan air tanah) ke dalam daerah yang jenuh (daerah dibawah permukaan air)( Soemarto, CD : 1987). Proses ini merupakan proses kehilangan air yang terjadi pada penanaman padi di sawah. Istilah perkolasi kurang mempunyai arti penting pada kondisi alam, tetapi dalam kondisi buatan, perkolasi mempunyai arti penting, dimana karena alasan teknis, dibutuhkan proses infiltrasi yang terus menerus. Besarnya perkolasi dinyatakan dalam mm/hari (Soemarto, CD : 1987). Perkolasi atau peresapan air kedalam tanah dibedakan menjadi dua, yaitu perkolasi vertikal dan perkolasi horizontal. Faktor yang mempengaruhi perkolasi adalah : Tekstur tanah Permeabilitas tanah Letak permukaan air tanah Tebal lapisan tanah bagian atas Perkolasi adalah kehilangan air yang dipengaruhi oleh keadaan fisik dilapangan. Besar angka perkolasi dapat dilihat pada Tabel berikut : 18
19 Tabel 2.3.6 Tingkat Perkolasi Jenis Tanah Angka Perkolasi Padi (mm/hari) Palawija (mm/hari) Tekstur Berat 1 2 Tekstur Sedang 2 4 Tekstur Ringan 5 10 Sumber : Standart Perencanaan Irigasi KP-01 2.3.7 Effisiensi irigasi Efisiensi merupakan persentase perbandingan antara jumlah air yang dapat digunakan untuk pertumbuhan tanaman dengan jumlah air yang dikeluarkan dari pintu pengambilan. Agar air yang sampai pada tanaman tepat jumlahnya seperti yang direncanakan, maka air yang dikeluarkan dari pintu pengambilan harus lebih besar dari kebutuhan. Biasanya Efisiensi Irigasi dipengaruhi oleh besarnya jumlah air yang hilang di perjalanannya dari saluran primer, sekunder hingga tersier. o saluran tersier : 80 % o saluran sekunder : 90 % o saluran primer : 90 % Efisiensi irigasi total (C)= 80% x 90% x 90% = 65 % 2.3.8 Kebutuhan air di pintu pengambilan Kebutuhan air di pintu pengambilan merupakan jumlah kebutuhan air di sawah dibagi dengan effisiensi irigasinya. DR = NFR /EI dimana : DR = Kebutuhan air di pintu pengambilan (mm/hr/ha) NFR= Kebutuhan air di sawah (mm/hari) 19
20 2.3.9 Koefisien Tanaman Besarnya nilai suatu Koefisien tanaman tergantung dari umur dan jenis tanaman yang ada. Koefisien tanaman ini merupakan faktor yang dapat digunakan untuk mencari besarnya air yang habis terpakai untuk tanaman untuk masa pertumbuhannya. Tabel 2.3.9 Harga Koefisien Tanaman Padi Palawija Varietas Varietas Bulan Biasa Unggul Kedelai K. Tanah Jagung 0,5 1,10 1,10 0,50 0,50 0,50 1,0 1,10 1,10 0,75 0,51 0,95 1,5 1,10 1,05 1,00 0,66 0,96 2,0 1,10 1,05 1,00 0,85 1,05 2,5 1,10 0,95 0,82 0,95 1,02 3,0 1,05 0,00 0,45* 0,95 0,95* 3,5 0,95 0,95 4,0 0,00 0,55 4,5 0,55* Sumber : Standart Perencanaan Irigasi KP-01 Catatan : - * = untuk sisanya kurang dari ½ bulan - Umur kedelai = 85 hari - Umur kacang tanah = 130 hari - Umur jagung = 80 h 20
21 koefisien tanaman 1.20 1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 padi periode tumbuh (hari) Jagung Gambar 2.3.9. Grafik koefisien tanaman padi dan polowijo 2.3.10 Intensitas dan pola tanam Rencana tata tanam bagi daerah irigasi berguna untuk menyusun suatu pola pemanfaatan air irigasi yang tersedia untuk memperoleh hasil produksi tanam yang sebesarbesarnya bagi usaha pertanian. Pola tanam ialah susunan rencana penanaman berbagai jenis tanaman selama satu tahun yang umumnya di Indonesia dikelompokkan dalam tiga jenis tanaman, yaitu padi, tebu, dan polowijo. Umumnya pola tanaman mengikuti debit andalan yang tersedia untuk mendapatkan luas tanam yang seluas-luasnya. 21
22 Tabel 2.3.10. Tabel Pola Tanam ketersediaan air pola tanam dalam setahun cukup banyak air Padi - padi - polowijo cukup air Padi - padi - Bera Padi -polowijo - polowijo kekurangan air padi -polowijo - bera polowijo - padi - bera Sumber :Irigasi dan Sumber Daya Air, 2.4 Neraca Air Dalam perhitungan neraca air, kebutuhan pengambilan yang dihasilkan untuk pola tanam yang dipakai akan dibandingkan dengan debit andalan untuk tiap setengah bulan dan luas daerah yang bisa diairi. Apabila debit sungai melimpah, maka luas daerah proyek irigasi ialah tetap karena luas maksimum daerah layanan direncanakan sesuai dengan pola tanam yang dipakai. Bila debit sungai tidak berlimpah dan kadangkadang terjadi kekurangan debit, maka ada 3 pilihan yang bisa dipertimbangkan ( SPI KP-01) : 1) Luas daerah irigasi dikurangi Bagian-bagian tertentu dari daerah yang bisa diairi (luas maksimum daerah layanan) tidak akan diairi. 2) Melakukan modifikasi dalam pola tanam 3) Dapat diadakan perubahan dalam pemilihan tanaman atau tanggal tanam untuk mengurangi kebutuhan air irigasi di sawah (l/dt.ha) agar ada kemungkinan untuk mengairi areal yang lebih luas dengan debit yang tersedia. Rotasi teknis/golongan Untuk mengurangi kebutuhan puncak air irigasi. Rotasi teknis atau golongan mengakibatkan eksploitasi yang lebih kompleks dan dianjurkan hanya untuk proyek irigasi yang luasnya sekitar 10000 ha atau lebih. 22
23 2.5 Analisa Ekonomi Untuk menghitung tingkat pendapatan petani di DI waduk Gondang sebelum dan sesudah dilakukan analisa studi. 2.6 Simulasi Kapasitas Tampungan Berhubung fungsi utama dari waduk adalah untuk menyediakan simpanan (tampungan), maka ciri fisiknya yang paling penting adalah kapasitas simpanan. Kapasitas waduk yang bentuknya beraturan dapat dihitung dengan rumus-rumus untuk menghitung volume padat. Kapasitas waduk pada kedudukan alamiah biasanya haruslah ditetapkan berdasarkan pengukuran topografi. Bila peta-peta topografi tidak ada, maka kadang-kadang dilakukan pengukuran penampang melintang waduk dan kapasitasnya dihitung dari penampang ini berdasarkan rumus prisma. Permukaan genangan normal adalah elevasi maksimum yang dicapai oleh kenaikan permukaan waduk pada kondisi operasi biasa. Permukaan genangan minimum adalah elevasi terendah yang dapat diperoleh bila genangan dilepaskan pada kondisi normal. Volume simpanan yang terletak antara permukaan genangan minimum dan normal disebut simpanan berguna. Air yang ditahan di bawah permukaan genangan minimum disebut simpanan mati. Simulasi kecukupan air waduk terhadap pemberian air irigasi merupakan salah satu upaya yang akan digunakan dalam otimasi pengoperasian waduk. Berdasarkan elevasi muka air waduk minimum dan volumenya tersebut, dilakukan perhitungan untuk yang diharapkan mencari elevasi muka air waduk setiap akhir bulan dan berurutan. 23
24 Tahapannya sebagai berikut (Irigasi Andalan Jawa Timur : 2003 ): Hitung Volume air waduk pada setiap akhir bulan dengan menambahkan volume air yang dapat ditampung ( aliran masuk dikurangi aliran keluar) terhadap volume air waduk dari volume sebelumnya. Aliran keluar ialah kebutuhan air irigasi, termasuk evaporasi (total evaporasi dikurangi curah hujan ) Elevasi Muka air waduk didapatkan dengan membaca lengkung elevasi muka air dan volume air waduk. Proses perhitungan tersebut diulang sampai pada akhir bulan pada awal perhitungan. Jika tidak ada volume air yang dapat ditampung ( aliran masuk = keluar ), perhitungan tersebut tetap dilakukan. Jika elevasi muka air waduk lebih dari elevasi muka air waduk maksimum untuk setiap bulan, aliran masuk yang ada dialirkan keluar dan elevasi dipertahankan sesuai elevasi muka air waduk maksimum. 24