Analisis Debit dengan Menggunakan Model Tangki pada Sunga i Cipasauran, Banten
ANALISIS DEBIT DENGAN MENGGUNAKAN MODEL
TANGKI PADA SUNGAI CIPASAURAN, BANTEN
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Debit dengan
Menggunakan Model Tangki pada Sungai Cipasauran, Banten adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian
akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2013
Abieta Fellyanti Bhuwana Putri
NIM F44090036
ABSTRAK
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI. Analisis Debit dengan
Menggunakan Model Tangki pada Sungai Cipasauran, Banten. Dibimbing oleh
SATYANTO KRIDO SAPTOMO.
PT. Krakatau Tirta Industri (PT.KTI) merupakan salah satu perusahaan di
Kawasan Cilegon yang memasok air bersih untuk sektor industri dan non-industri
dengan kapasitas terpasang sebesar 2.00 m3/s. Permintaan akan pasokan air terus
bertambah seiring telah dibangunnya berbagai industri baru di Kawasan Industri
Krakatau Cilegon. PT. KTI melakukan berbagai alternatif penambahan air yang
memungkinkan untuk menanggulangi kekurangan air baku yang terjadi,
diantaranya dengan menambah pengambilan air dari Sungai Cipasauran. Tujuan
dari penelitian ini adalah memodifikasi model pendugaan debit Sungai Cipasauran
berdasarkan model tangki dan mengetahui ketersediaan air berdasarkan model
tangki tersebut. Pelaksanaan penelitian dilakukan dua tahap, yaitu tahap pertama
berupa pengumpulan data sekunder, serta tahap kedua berupa tahap analisis. Data
yang digunakan untuk proses optimasi adalah data hujan dan debit sungai harian
dengan periode Juli 2007-Juni 2008. Hasil optimasi model untuk periode tersebut
menghasilkan nilai R sebesar 0.85, Mean Absolute Error sebesar 1.56, Root Mean
Square Error sebesar 2.69, dan LOG sebesar 0.11, dan hasil validasi model untuk
periode tersebut menghasilkan nilai R2 sebesar 0.72. Berdasarkan analisis yang
telah dilakukan, jumlah debit air yang dapat dimanfaatkan dari Sungai Cipasauran
berdasarkan model yang telah dibuat untuk periode Juli 2007-Juni 2008, Juli
2008-Juni 2009, dan Juli 2009-Juni 2010 berturut-turut sebesar 13,412,343
m3/tahun, 9,078,351 m3/tahun, dan 8,713,695 m3/tahun.
Kata kunci: Daerah Aliran Sungai Cipasauran, model tangki, PT. Krakatau Tirta
Industri
ABSTRACT
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI. Discharge Analysis using Tank
Model at Cipasauran River, Banten. Supervised by SATYANTO KRIDO
SAPTOMO.
PT. PT. Krakatau Tirta Industri (PT.KTI) is one of the companies in Cilegon
areas that supplies clean water for industry and non-industry sectors by the
capacity 2.00 m3/s. The demand of water supply has increased during another
industry were developing in Krakatau Industrial Estate Cilegon. PT. KTI makes
Cipasauran River as an alternative in addition of water shortages that occurs. The
objectives of this study were to modified river discharge model of Cipasauran
based on tank model and to know water availability based on the model. The
study was done in two steps. The first step was collecting secondary data, and the
second step was analyzing. The data which were used in optimization were daily
rainfall and daily river discharge data during July 2007-June 2008. Optimization
results of the tank model on those period showed R was 0.85, Mean Absolute
Error was 1.56, Root Mean Square Error was 2.69, and LOG was 0.11. and
validation results of the tank model on those period showed R2 was 0.72. Based
on the analysis, water discharge which could be utilized on Cipasauran River
based on the tank model built on July 2007-June 2008, July 2008-June 2009, and
July 2009-June 2010 were 13,412,343 m3/year, 9,078,351 m3/year, and 8,713,695
m3/year.
Key words: Cipasauran watershed, PT. Krakatau Tirta Industri, tank model
ANALISIS DEBIT DENGAN MENGGUNAKAN MODEL
TANGKI PADA SUNGAI CIPASAURAN, BANTEN
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Anali sis Debit dengan Menggunakan Model Ta ngki pada Sunga i
Cipasa uran , Bantcn
Na ma
: Abi eta Fell yanti Bhuwa na Putri
NIM
: F44090036
Disetujui ol eh
Dr Satyanto Krid o Saptomo, STP., MSi
Pembimbing Tugas Akhir
MA Yr
Tanggal Lulu s:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2013 ini ialah
ketersediaan air, dengan judul Analisis Debit dengan Menggunakan Model
Tangki pada Sungai Cipasauran, Banten.
Terima kasih penulis ucapkan kepada:
1. Bapak Dr Satyanto Krido Saptomo STP MSi selaku dosen pembimbing
akademik yang telah memberikan arahan, bimbingan, motivasi, solusi,
dan seluruh bantuannya dalam penyelesaian skripsi.
2. Bapak Dr Chusnul Arif STP MSi dan Bapak Sutoyo STP MSi sebagai
dosen penguji atas segala masukan dalam penulisan dan perbaikan
skripsi.
3. Bapak, ibu, kakak, dan adik serta keluarga tercinta yang selalu
memberikan do’a dan dukungan secara moral maupun spiritual dalam
penyusunan skripsi.
4. Teman-teman Teknik Sipil dan Lingkungan angkatan 46, teman-teman
Kost Putri Rumah Warna, teman-teman geng-9, serta sahabat penulis
adis, devi, mona, dan nisa atas bantuan, semangat, dan keceriaan yang
diberikan dalam penyusunan skripsi.
5. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan penulisan
skripsi ini yang tidak bisa disebutkan satu-persatu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2013
Abieta Fellyanti Bhuwana Putri
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
ix
Latar Belakang ..................................................................................................... 1
Perumusan Masalah ............................................................................................. 1
Tujuan Penelitian ................................................................................................. 2
Manfaat Penelitian ............................................................................................... 2
Ruang Lingkup Penelitian ................................................................................... 2
TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 2
METODE PENELITIAN ........................................................................................ 5
Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................................. 5
Bahan dan Alat ..................................................................................................... 6
Tahapan Penelitian ............................................................................................... 7
Prosedur Analisis Data......................................................................................... 8
Analisis Debit Air menggunakan Model Tangki ............................................... 10
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 14
SIMPULAN DAN SARAN................................................................................... 21
Simpulan ............................................................................................................ 21
Saran .................................................................................................................. 22
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 22
LAMPIRAN
24
RIWAYAT HIDUP
39
DAFTAR TABEL
1
2
3
Luas masing-masing tipe tutupan lahan di DAS Cipasauran
Parameter model tangki di DAS Cipasauran
Nilai evaluasi model tangki hasil optimasi periode Juli 2007-Juni
2008
16
18
19
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Skema model tangki standar
Diagram alir penelitian
Kotak dialog watershed delineation
Peta DAS Cipasauran
Gambaran umum daerah penelitian
Grafik hujan rata-rata bulanan 2007-2010 di DAS Cipasauran
Grafik evapotranspirasi total DAS Cipasauran tahun 1996-2006
Tampilan program model tangki
Aliran lateral periode Juli 2007-Juni 2010
Hidrograf periode Juli 2007-Juni 2010
Hubungan antara debit aktual (Qo) dan debit model (Qc) hasil
validasi periode Juli 2007-Juni 2008
5
7
9
14
15
16
17
17
19
20
21
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
Data potensi dan kebutuhan air PT. KTI tahun 2011-2022
Ketersediaan air periode Juli 2007-Juni 2008
Ketersediaan air periode Juli 2008-Juni 2009
Ketersediaan air periode Juli 2009-Juni 2010
24
25
29
35
PENDAHULUAN
Latar Belakang
PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI) merupakan salah satu perusahaan di
Kawasan Cilegon yang memasok air bersih untuk sektor industri dan non-industri
dengan kapasitas terpasang sebesar 2.00 m3/s. Seiring telah dibangunnya berbagai
industri baru seperti PT. Cerestar, PT. Indoferro dan industri lainnya di Kawasan
Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC), serta rencana pembangunan fasilitas
baru oleh Integrated Steel Mill (ISM) berupa Blast Furnace Complex yang
merupakan joint venture antara PT. Krakatau Steel (PT. KS) dengan Pohang Iron
Steel Corporation (POSCO) permintaan akan pasokan air terus bertambah.
Kapasitas produksi air baku PT. KTI sebesar 2.00 m3/s belum mencukupi untuk
memenuhi kebutuhan air bersih seluruh sektor di Cilegon. Pada musim kering
debit Sungai Cidanau hanya sebesar 1. 375 m3/s, sehingga air bersih yang dapat
diproduksi sepanjang tahun tidak lebih dari 1.375 m3/s. Jika memperhitungkan air
baku yang tersimpan di Waduk Krenceng, maka Sungai Cidanau dan Waduk
Krenceng saat ini hanya dapat menyediakan air baku sebanyak 1.515 m3/s,
sedangkan dibutuhkan lebih kurang 2.100 m3/s. Maka untuk menanggulangi
kekurangan air baku sebesar lebih kurang 0.60 m3/s. PT. KTI melakukan berbagai
alternatif penambahan air yang memungkinkan, diantaranya dengan menambah
pengambilan air dari Sungai Cipasauran. Data potensi dan kebutuhan air PT. KTI
tahun 2011-2022 disajikan pada Lampiran 1.
Sebagai Daerah Aliran Sungai (DAS) yang akan digunakan untuk
penyediaan air baku, diperlukan informasi mengenai hubungan antara
ketersediaan air baku dengan analisis debit sungai. Informasi mengenai
ketersediaan air baku merupakan informasi hidrologi yang penting dilakukan
dalam pengembangan sumber daya air. Analisis debit sungai dapat dilakukan
dengan berbagai cara dan salah satunya adalah dengan melakukan permodelan
(Rau 2012).
Model tangki adalah sebuah model hidrologi yang menggambarkan
hubungan antara besarnya curah hujan dan evapotranspirasi berdasarkan beberapa
parameter fisik DAS dan digunakan untuk menganalisis karakteristik aliran
sungai. Kelebihan dari program tersebut yaitu dapat menjelaskan kehilangan awal
curah hujan dan hubungannya dengan distribusi waktu curah hujan,
menggambarkan beberapa komponen pembentuk aliran limpasan, serta model
tersebut dianggap lebih sesuai untuk daerah tropis seperti halnya di Indonesia
(Setiawan 2003).
Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian tersebut di atas, maka penulis membuat rumusan
penelitian sebagai berikut:
1. Bagaimana memodifikasi model pendugaan debit Sungai Cipasauran
berdasarkan data curah hujan dan data evapotranspirasi dengan
pendekatan menggunakan model tangki?
2. Bagaimana membuat model ketersediaan air berbasis Sungai
Cipasauran?
2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Memodifikasi model pendugaan debit Sungai Cipasauran
berdasarkan model tangki.
2. Mengetahui ketersediaan air berdasarkan model tangki tersebut.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengaplikasikan model tangki dalam pendugaan debit sungai.
2. Memberi perspektif kondisi DAS Cipasauran sebagai dasar
pertimbangan dalam pengelolaan dan perbaikan kondisi daerah
tangkapan air DAS Cipasauran.
3. Sebagai bahan informasi untuk penelitian selanjutnya.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini adalah pembuatan model ketersediaan air
Sungai Cipasauran menggunakan program model tangki dengan menerima
masukan data harian hujan, data evapotranspirasi, dan data debit sungai dalam
satuan mm/hari sebagai parameter model tangki.
TINJAUAN PUSTAKA
Komponen Sumberdaya Air
Air merupakan salah satu sumber daya yang berharga di bumi. Hal yang
harus diperhatikan agar terhindar dari krisis yaitu pengelolaan komponen
sumberdaya air. Komponen tersebut terbagi menjadi dua kelompok, yaitu
komponen alami dan komponen artifisial (Sjarief dan Robert 2005). Komponen
alami sumberdaya air merupakan komponen yang terbentuk secara alami oleh
sifat air yang mengalir dari hulu ke hilir. Contohnya seperti sungai, muara, rawa,
danau, pantai, air tanah, dan mata air. Keseimbangan alam dari komponen tersebut
dipengaruhi oleh siklus hidrologi, kondisi geologi, kondisi wilayah, dan kegiatan
manusia (Sjarief dan Robert 2005). Selain komponen alami, sumberdaya air juga
memiliki komponen artifisial berupa bangunan utama dengan beberapa bangunan
pelengkap yang dibuat oleh manusia untuk tujuan tertentu (Sjarief dan Robert
2005).
Daerah Aliran Sungai (DAS)
Daerah aliran sungai adalah suatu daerah tangkapan air (catchment area)
yang secara topografis dibatasi oleh punggung-punggung gunung yang
3
menampung dan menyimpan air hujan untuk kemudian menyalurkannya ke laut
melalui sungai utama. Daerah tangkapan air terjadi dalam beberapa bentuk yaitu
aliran limpasan pada permukaan tanah, aliran melalui parit/selokan, aliran melalui
sungai-sungai kecil, dan aliran melalui sungai utama. Aliran limpasan pada
permukaan tanah terjadi selama atau setelah hujan dalam bentuk lapisan air yang
mengalir pada permukaan tanah. Aliran tersebut masuk ke parit/selokan yang
kemudian mengalir ke sungai-sungai kecil dan selanjutnya menjadi aliran di
sungai utama. Karakteristik hidrologis dari daerah tangkapan air dipengaruhi oleh
luas, bentuk, relief, panjang sungai, dan pola drainase daerah tangkapan (Asdak
2007).
Curah Hujan
Presipitasi adalah turunnya air dari atmosfer ke permukaan bumi dalam
wujud hujan, hujan salju, kabut, embun, dan hujan es. Di antara beberapa jenis
presipitasi, hujan adalah yang paling biasa diukur (Triatmodjo 2008). Hujan
berasal dari uap air di atmosfer, sehingga bentuk dan jumlahnya dipengaruhi oleh
faktor klimatologi seperti angin, temperatur, dan tekanan atmosfer. Uap air
tersebut akan naik ke atmosfer sehingga mendingin dan terjadi kondensasi
menjadi butir-butir air dan kristal-kristal es yang akhirnya jatuh sebagai hujan.
Hujan merupakan sumber air dari semua air yang mengalir di sungai dan di dalam
tampungan baik di atas maupun di bawah permukaan tanah (Triatmodjo 2008).
Curah hujan dianggap merupakan satu-satunya input ke dalam sistem DAS,
sementara diasumsikan bahwa tidak terjadi rembesan baik ke dalam maupun ke
luar sistem DAS, dengan kata lain perubahan rembesan sama dengan nol atau
tidak ada masukan dari DAS sekitarnya (Ryantini 2008).
Curah hujan yang diperlukan untuk penyusunan suatu rancangan
pemanfaatan air dan rancangan pengendalian banjir adalah curah hujan rata-rata
di seluruh wilayah yang bersangkutan, bukan curah hujan pada suatu titik tertentu.
Curah hujan ini disebut curah hujan wilayah (regional distribution) dan
dinyatakan dalam satuan mm (Sosrodarsono dan Takeda 2006). Penentuan hujan
wilayah dapat dilakukan dengan beberapa metode seperti metode rata-rata
aritmatik, metode polygon Thiessen, dan metode isohyet (Triatmodjo 2008).
Model Tangki
Model tangki merupakan model non-linear yang berdasarkan kepada
hipotesis bahwa aliran limpasan dan infiltrasi merupakan fungsi dari jumlah air
yang ada di dalam tanah (Sugawara 1961 dalam Sutoyo 2005). Model tangki yang
digunakan adalah model tangki standar yang terdiri dari 4 kompartemen (tangki)
yang tersusun seri secara vertikal. Model tangki ini menunjukkan suatu bagan
yang menggambarkan komponen-komponen aliran air seperti DAS, sub-DAS,
atau suatu plot lahan padi sawah, dan lain-lain. Tangki teratas menggambarkan
surface storage (A), tangki kedua menggambarkan intermediate storage (B),
tangki ketiga menggambarkan sub-base storage (C) dan tangki terbawah
menggambarkan base storage (D). Skema model tangki standar dan pergerakan
4
air hipotetis dalam satu daerah aliran sungai dapat dilihat pada Gambar 1. Proses
limpasan yang terjadi dimulai dari proses hujan, infiltrasi, serta perkolasi hingga
terbentuk aliran antara yang pada akhirnya terbentuk aliran dasar.
Model tersebut terdiri dari dua saluran yaitu saluran samping yang mewakili
limpasan dan saluran bawah yang mewakili penyerapan air secara vertikal. Di
tangki pertama (tangki A), ada satu komponen aliran air yang vertikal (YA0) dan
dua yang lateral/ke samping (YA1 dan YA2). Di tangki B, ada satu komponen
aliran air yang vertikal (YB0) dan satu yang ke samping (YB1). Di tangki C, ada
satu komponen aliran yang vertikal (YC0) dan satu yang ke samping (YC1). Dan,
di tangki D hanya ada satu komponen aliran air ke samping (YD1) (Setiawan et al.
2007 dalam Redjekiningrum 2011).
Secara alami memang sulit atau tidak mungkin membedakan tetapi perlu
untuk menamakan aliran ke samping ini. Karenanya, YA2 adalah suatu wakil dari
suatu keseluruhan suatu aliran air permukaan di DAS, YA1 adalah aliran air
bawah permukaan tanah (sub-surface water flow), YB1 adalah aliran air
intermediet/antara (intermediate water flow), YC1 adalah aliran air bawah dasar
(sub-base water flow) dan YD1 adalah aliran air dasar (base water flow). Aliran ke
samping ini akan berperan pada deplesi simpanan air di profil tanah di DAS.
Untuk menghitung aliran air ke samping pada setiap tangki biasanya diperlukan
suatu fungsi sigmoid dari suatu fungsi diskret/terpisah tradisional. Sedangkan,
YA0, YB0 dan YC0 adalah sisa-sisa aliran air vertikal yang meninggalkan tangkitangki yang berhubungan dengan tangki di lapisan yang lebih dalam. Aliran air
vertikal ini juga berperan untuk deplesi simpanan air di tangki yang terkait tetapi
akan mengisi tangki-tangki di lapisan yang lebih dalam. Simpanan air di setiap
tangki diwakili oleh HA, HB, HC dan HD.
Setiawan (2003) menyatakan bahwa dalam konsep model tangki, air dapat
mengisi reservoir di bawahnya, dan bisa terjadi sebaliknya bila evapotranspirasi
sedemikian berpengaruh. Lubang outlet horizontal mencerminkan aliran air yang
terdiri dari Surface Flow (YA2), Subsurface Flow (YA1), Intermediate Flow (YB1),
Sub-base Flow (YC1), dan Base Flow (YD1). Aliran ini hanya terjadi bila tinggi
air pada masing-masing reservoir (HA, HB, HC, dan HD) melebihi tinggi
lubangnya (HA1, HA2, HB1, dan HC1). Aliran air di setiap lubang outlet
dipengaruhi pula oleh karakteristik lubang itu sendiri, masing-masing yaitu A0, A1,
A2, B0, B1, C0, C1, dan D1. Notasi-notasi tersebut selanjutnya disebut sebagai
parameter model tangki.
5
Gambar 1 Skema model tangki standar
Sumber: Setiawan et. al (2003)
Setiawan et. al (2007 dalam Redjekiningrum (2011) mengasumsikan semua
komponen aliran air ke samping akhirnya mengumpul di satu stream atau suatu
sungai, atau suatu saluran drainase (drainage canal), dan lain lain. Jadi, jumlah
dari aliran air ke samping, harus sama dengan debit air (Qo) pada waktu tertentu.
Tangki A menerima hujan (R) dan/atau evapotranspirasi (ET) yang mana adalah
gradien dari (R-ET) dari waktu ke waktu akan menjadi daya/kekuatan penggerak
bagi perubahan air yang disimpan di profil tanah dan aliran air yang
meninggalkan lapisan-lapisan tanah (tangki). Karena Qo, R dan ET adalah
variabel yang terukur kemudian model tangki ini bisa menduga sejumlah air yang
disimpan di profil tanah dan komponen-komponen aliran air. Ini biasanya
dilaksanakan pertama dengan menyatakan persamaan neraca air dan kemudian
menemukan parameter-parameter yang sesuai sehingga nilai-nilai debit air yang
terukur (Qo) memenuhi beberapa nilai debit yang dihitung (Qc) dengan model.
Untuk menghubungkan Qo dan Qc dalam suatu waktu tertentu diperlukan alat
bantu yang efektif untuk mengoptimasi parameter-parameter model tangki yang
mengacu pada optionally Objective Error Functions (OEF).
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknik Sumber Daya Air
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan di Wisma Wageningen, Kampus IPB
Darmaga. Pelaksanaan penelitian dilakukan dua tahap, yaitu tahap pertama berupa
pengumpulan data sekunder selama bulan Maret-April 2013, serta tahap kedua
berupa tahap analisis selama bulan Mei-Juni 2013.
6
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Data debit Sungai Cipasauran harian tahun 2007-2010 dari PT. KTI
2. Data hujan harian Stasiun Padarincang dan Anyer tahun 2007-2010
dari PT. KTI
3. Data klimatologi Stasiun Iklim Serang tahun 1996-2006
4. Data Digital Elevation Model (DEM) dari ASTER Global DEM V2
untuk wilayah Cipasauran dengan resolusi 30 x 30 m, peta ini
selanjutnya diolah kembali menjadi peta topografi untuk mengetahui
delineasi, luas, dan sebaran tanah di daerah penelitian
5. Data luas masing-masing tipe tutupan lahan di DAS Cipasauran
6. Data potensi dan kebutuhan air dari PT. KTI
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Seperangkat PC (Personal Computer) atau laptop Fujitsu Lifebook
P-8020 dengan prosessor Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU U9400
dengan clock 1.40 GHz
2. RAM dengan kapasitas 4.00 GB
3. Software pendukung seperti Microsoft Excel 2007, MapWindow GIS
4.8.6 dengan plug-in MWSWAT 2009, ArcGIS 9.3
4. Kalkulator
5. Alat tulis
7
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan melalui beberapa tahapan, seperti yang tertera
pada Gambar 2.
Gambar 2 Diagram alir penelitian
8
Prosedur Analisis Data
Analisis Hidrologi
Penentuan Hujan Wilayah
Penentuan hujan wilayah dilakukan dengan metode rata-rata aritmatik
selama 2007-2010. Perhitungan hujan wilayah dengan metode tersebut menurut
(Triatmodjo 2008) adalah sebagai berikut:
=
R 1 + R2 + R3 +…+ Rn
(1)
n
Keterangan:
R1, Rβ, …, Rn
n
= Hujan rata-rata wilayah
= Hujan di stasiun 1, β, γ, …, n
= Jumlah stasiun
Penentuan Evapotranspirasi Potensial
Penentuan evapotranspirasi potensial (ETp) dilakukan dengan metode
Penman selama 1996-2006. Perhitungan evapotranspirasi potensial dengan
metode tersebut menurut (Triatmodjo 2008) adalah sebagai berikut:
ETp =
∆H+0.270 Ea
∆+0.270
(2)
∆ = dea d
(3)
H= α
- ξ
(4)
α= Ra (1 - r)
(5)
=0.180+0.550 n N
(6)
= σ Ta 4 (0.560-0.092 ed 0.5 )
(7)
ξ = (0.100 + 0.900 n N )
(8)
Ea = μ C
(9)
μ=0.350 ea - ed
(10)
C=(1+0.0098 U2 )
(11)
ed = ea h
(12)
Keterangan:
ETp = Nilai evapotranspirasi potensial (mm/hari)
Δ
= Slope fungsi tekanan uap jenuh tergantung temperatur (mmHg/0K)
Ea
= Evaporasi (mm/hari)
Ra
= Radiasi matahari di permukaan bumi (mm/hari), tergantung letak daerah
9
r
ea
σ
Ta4
1 mbar
t
U2
h
ed
n/N
n
N
= Koefisien (albedo) refleksi permukaan, air = 0.05, tanah = 0.15-0.25
= Tekanan uap jenuh (mm0F/Hg)
= Konstanta Boltzman 2.10 x 10-9 mm/hari
= Nilai transpirasi aktual dalam (mm/hari)
= 0.75 mmHg
= Temperatur rata-rata (0C)
= konstanta psychometric (kPa/ºC)
= Kecepatan angin setinggi 2 m dari permukaan tanah (km/jam)
= Kelembaban relatif (relative humidity) (%)
= Tekanan uap sesungguhnya (mm0F/Hg)
= Rasio jam perbandingan penyinaran matahari (%)
= Jumlah jam matahari bersinar, dari pengamatan
= Jumlah jam maksimum matahari bersinar
Analisis Spasial
Penentuan Delineasi dan Luas Daerah Penelitian menggunakan Model MWSWAT
Delineasi daerah penelitian dilakukan menggunakan DEM STRM 30 x 30 m
dengan bantuan program MapWindow GIS. Daerah penelitian akan didelineasi
dari DEM secara otomatis berdasarkan topografi alaminya, begitu pula dengan
jaringan hidrologinya. SWAT membagi DAS menjadi beberapa sub-DAS dimana
setiap sub-DAS mempunyai jaringan utama. Metode yang digunakan dalam
proses delineasi DAS adalah metode treshold. Besar kecilnya treshold yang
digunakan akan menentukan jumlah jaringan sungai yang terbentuk kemudian,
jaringan sungai tersebut akan menentukan banyaknya sub DAS yang terbentuk
dalam DAS. Proses delineasi DAS Cipasauran dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Kotak dialog watershed delineation
10
Analisis Debit Air menggunakan Model Tangki
Setiawan (2003) merumuskan persamaan keseimbangan air secara global
sebagai berikut:
dH
dt
=R t -ET t -Y(t)
(13)
Keterangan:
H
= tinggi air (mm)
R
= hujan (mm/hari)
ET = evapotranspirasi (mm/hari)
Y
= aliran total (mm/hari)
t
= waktu (hari)
Pada model tangki standar terdapat empat tangki, sehingga persamaan 13
dapat dituliskan ke dalam bentuk lain berupa perubahan tinggi air tiap-tiap tangki
yang dirumuskan sebagai berikut:
dH
dt
=
dHa
dt
+
dHb
dt
+
dHc
dt
+
dHd
dt
(14)
Aliran total merupakan penjumlahan dari komponen aliran di setiap tangki
yang dirumuskan sebagai berikut:
Y t =Ya t +Yb t +Yc t +Yd t
(15)
Keseimbangan air dalam setiap tangki dirumuskan sebagai berikut:
dHa
dt
dHb
dt
dHc
dt
dHd
dt
=R t -ET t -Ya t
(16)
=Ya0 t -Yb(t)
(17)
=Yb0 t -Yc(t)
(18)
=Yc0 t -Yd t
(19)
Keterangan:
YA, YB, YC, YD
YA0, YB0, YC0
= komponen aliran horizontal pada tangki A, B, C, D
= aliran vertikal (infiltrasi) pada tangki A, B, C
Berdasarkan karakteristik model tangki, outflow pada masing-masing tangki
dapat dituliskan dalam persamaan berikut:
Tank A
(20)
Ya t =Ya1 t +Ya2 (t)
Ya0 = A0 Ha (t)
dengan syarat :
(21)
11
Ya1 t =
A1 Ha t -HA1 ;HA1
TANGKI PADA SUNGAI CIPASAURAN, BANTEN
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Debit dengan
Menggunakan Model Tangki pada Sungai Cipasauran, Banten adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian
akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2013
Abieta Fellyanti Bhuwana Putri
NIM F44090036
ABSTRAK
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI. Analisis Debit dengan
Menggunakan Model Tangki pada Sungai Cipasauran, Banten. Dibimbing oleh
SATYANTO KRIDO SAPTOMO.
PT. Krakatau Tirta Industri (PT.KTI) merupakan salah satu perusahaan di
Kawasan Cilegon yang memasok air bersih untuk sektor industri dan non-industri
dengan kapasitas terpasang sebesar 2.00 m3/s. Permintaan akan pasokan air terus
bertambah seiring telah dibangunnya berbagai industri baru di Kawasan Industri
Krakatau Cilegon. PT. KTI melakukan berbagai alternatif penambahan air yang
memungkinkan untuk menanggulangi kekurangan air baku yang terjadi,
diantaranya dengan menambah pengambilan air dari Sungai Cipasauran. Tujuan
dari penelitian ini adalah memodifikasi model pendugaan debit Sungai Cipasauran
berdasarkan model tangki dan mengetahui ketersediaan air berdasarkan model
tangki tersebut. Pelaksanaan penelitian dilakukan dua tahap, yaitu tahap pertama
berupa pengumpulan data sekunder, serta tahap kedua berupa tahap analisis. Data
yang digunakan untuk proses optimasi adalah data hujan dan debit sungai harian
dengan periode Juli 2007-Juni 2008. Hasil optimasi model untuk periode tersebut
menghasilkan nilai R sebesar 0.85, Mean Absolute Error sebesar 1.56, Root Mean
Square Error sebesar 2.69, dan LOG sebesar 0.11, dan hasil validasi model untuk
periode tersebut menghasilkan nilai R2 sebesar 0.72. Berdasarkan analisis yang
telah dilakukan, jumlah debit air yang dapat dimanfaatkan dari Sungai Cipasauran
berdasarkan model yang telah dibuat untuk periode Juli 2007-Juni 2008, Juli
2008-Juni 2009, dan Juli 2009-Juni 2010 berturut-turut sebesar 13,412,343
m3/tahun, 9,078,351 m3/tahun, dan 8,713,695 m3/tahun.
Kata kunci: Daerah Aliran Sungai Cipasauran, model tangki, PT. Krakatau Tirta
Industri
ABSTRACT
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI. Discharge Analysis using Tank
Model at Cipasauran River, Banten. Supervised by SATYANTO KRIDO
SAPTOMO.
PT. PT. Krakatau Tirta Industri (PT.KTI) is one of the companies in Cilegon
areas that supplies clean water for industry and non-industry sectors by the
capacity 2.00 m3/s. The demand of water supply has increased during another
industry were developing in Krakatau Industrial Estate Cilegon. PT. KTI makes
Cipasauran River as an alternative in addition of water shortages that occurs. The
objectives of this study were to modified river discharge model of Cipasauran
based on tank model and to know water availability based on the model. The
study was done in two steps. The first step was collecting secondary data, and the
second step was analyzing. The data which were used in optimization were daily
rainfall and daily river discharge data during July 2007-June 2008. Optimization
results of the tank model on those period showed R was 0.85, Mean Absolute
Error was 1.56, Root Mean Square Error was 2.69, and LOG was 0.11. and
validation results of the tank model on those period showed R2 was 0.72. Based
on the analysis, water discharge which could be utilized on Cipasauran River
based on the tank model built on July 2007-June 2008, July 2008-June 2009, and
July 2009-June 2010 were 13,412,343 m3/year, 9,078,351 m3/year, and 8,713,695
m3/year.
Key words: Cipasauran watershed, PT. Krakatau Tirta Industri, tank model
ANALISIS DEBIT DENGAN MENGGUNAKAN MODEL
TANGKI PADA SUNGAI CIPASAURAN, BANTEN
ABIETA FELLYANTI BHUWANA PUTRI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Anali sis Debit dengan Menggunakan Model Ta ngki pada Sunga i
Cipasa uran , Bantcn
Na ma
: Abi eta Fell yanti Bhuwa na Putri
NIM
: F44090036
Disetujui ol eh
Dr Satyanto Krid o Saptomo, STP., MSi
Pembimbing Tugas Akhir
MA Yr
Tanggal Lulu s:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2013 ini ialah
ketersediaan air, dengan judul Analisis Debit dengan Menggunakan Model
Tangki pada Sungai Cipasauran, Banten.
Terima kasih penulis ucapkan kepada:
1. Bapak Dr Satyanto Krido Saptomo STP MSi selaku dosen pembimbing
akademik yang telah memberikan arahan, bimbingan, motivasi, solusi,
dan seluruh bantuannya dalam penyelesaian skripsi.
2. Bapak Dr Chusnul Arif STP MSi dan Bapak Sutoyo STP MSi sebagai
dosen penguji atas segala masukan dalam penulisan dan perbaikan
skripsi.
3. Bapak, ibu, kakak, dan adik serta keluarga tercinta yang selalu
memberikan do’a dan dukungan secara moral maupun spiritual dalam
penyusunan skripsi.
4. Teman-teman Teknik Sipil dan Lingkungan angkatan 46, teman-teman
Kost Putri Rumah Warna, teman-teman geng-9, serta sahabat penulis
adis, devi, mona, dan nisa atas bantuan, semangat, dan keceriaan yang
diberikan dalam penyusunan skripsi.
5. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan penulisan
skripsi ini yang tidak bisa disebutkan satu-persatu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2013
Abieta Fellyanti Bhuwana Putri
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
ix
Latar Belakang ..................................................................................................... 1
Perumusan Masalah ............................................................................................. 1
Tujuan Penelitian ................................................................................................. 2
Manfaat Penelitian ............................................................................................... 2
Ruang Lingkup Penelitian ................................................................................... 2
TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 2
METODE PENELITIAN ........................................................................................ 5
Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................................. 5
Bahan dan Alat ..................................................................................................... 6
Tahapan Penelitian ............................................................................................... 7
Prosedur Analisis Data......................................................................................... 8
Analisis Debit Air menggunakan Model Tangki ............................................... 10
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 14
SIMPULAN DAN SARAN................................................................................... 21
Simpulan ............................................................................................................ 21
Saran .................................................................................................................. 22
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 22
LAMPIRAN
24
RIWAYAT HIDUP
39
DAFTAR TABEL
1
2
3
Luas masing-masing tipe tutupan lahan di DAS Cipasauran
Parameter model tangki di DAS Cipasauran
Nilai evaluasi model tangki hasil optimasi periode Juli 2007-Juni
2008
16
18
19
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Skema model tangki standar
Diagram alir penelitian
Kotak dialog watershed delineation
Peta DAS Cipasauran
Gambaran umum daerah penelitian
Grafik hujan rata-rata bulanan 2007-2010 di DAS Cipasauran
Grafik evapotranspirasi total DAS Cipasauran tahun 1996-2006
Tampilan program model tangki
Aliran lateral periode Juli 2007-Juni 2010
Hidrograf periode Juli 2007-Juni 2010
Hubungan antara debit aktual (Qo) dan debit model (Qc) hasil
validasi periode Juli 2007-Juni 2008
5
7
9
14
15
16
17
17
19
20
21
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
Data potensi dan kebutuhan air PT. KTI tahun 2011-2022
Ketersediaan air periode Juli 2007-Juni 2008
Ketersediaan air periode Juli 2008-Juni 2009
Ketersediaan air periode Juli 2009-Juni 2010
24
25
29
35
PENDAHULUAN
Latar Belakang
PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI) merupakan salah satu perusahaan di
Kawasan Cilegon yang memasok air bersih untuk sektor industri dan non-industri
dengan kapasitas terpasang sebesar 2.00 m3/s. Seiring telah dibangunnya berbagai
industri baru seperti PT. Cerestar, PT. Indoferro dan industri lainnya di Kawasan
Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC), serta rencana pembangunan fasilitas
baru oleh Integrated Steel Mill (ISM) berupa Blast Furnace Complex yang
merupakan joint venture antara PT. Krakatau Steel (PT. KS) dengan Pohang Iron
Steel Corporation (POSCO) permintaan akan pasokan air terus bertambah.
Kapasitas produksi air baku PT. KTI sebesar 2.00 m3/s belum mencukupi untuk
memenuhi kebutuhan air bersih seluruh sektor di Cilegon. Pada musim kering
debit Sungai Cidanau hanya sebesar 1. 375 m3/s, sehingga air bersih yang dapat
diproduksi sepanjang tahun tidak lebih dari 1.375 m3/s. Jika memperhitungkan air
baku yang tersimpan di Waduk Krenceng, maka Sungai Cidanau dan Waduk
Krenceng saat ini hanya dapat menyediakan air baku sebanyak 1.515 m3/s,
sedangkan dibutuhkan lebih kurang 2.100 m3/s. Maka untuk menanggulangi
kekurangan air baku sebesar lebih kurang 0.60 m3/s. PT. KTI melakukan berbagai
alternatif penambahan air yang memungkinkan, diantaranya dengan menambah
pengambilan air dari Sungai Cipasauran. Data potensi dan kebutuhan air PT. KTI
tahun 2011-2022 disajikan pada Lampiran 1.
Sebagai Daerah Aliran Sungai (DAS) yang akan digunakan untuk
penyediaan air baku, diperlukan informasi mengenai hubungan antara
ketersediaan air baku dengan analisis debit sungai. Informasi mengenai
ketersediaan air baku merupakan informasi hidrologi yang penting dilakukan
dalam pengembangan sumber daya air. Analisis debit sungai dapat dilakukan
dengan berbagai cara dan salah satunya adalah dengan melakukan permodelan
(Rau 2012).
Model tangki adalah sebuah model hidrologi yang menggambarkan
hubungan antara besarnya curah hujan dan evapotranspirasi berdasarkan beberapa
parameter fisik DAS dan digunakan untuk menganalisis karakteristik aliran
sungai. Kelebihan dari program tersebut yaitu dapat menjelaskan kehilangan awal
curah hujan dan hubungannya dengan distribusi waktu curah hujan,
menggambarkan beberapa komponen pembentuk aliran limpasan, serta model
tersebut dianggap lebih sesuai untuk daerah tropis seperti halnya di Indonesia
(Setiawan 2003).
Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian tersebut di atas, maka penulis membuat rumusan
penelitian sebagai berikut:
1. Bagaimana memodifikasi model pendugaan debit Sungai Cipasauran
berdasarkan data curah hujan dan data evapotranspirasi dengan
pendekatan menggunakan model tangki?
2. Bagaimana membuat model ketersediaan air berbasis Sungai
Cipasauran?
2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Memodifikasi model pendugaan debit Sungai Cipasauran
berdasarkan model tangki.
2. Mengetahui ketersediaan air berdasarkan model tangki tersebut.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengaplikasikan model tangki dalam pendugaan debit sungai.
2. Memberi perspektif kondisi DAS Cipasauran sebagai dasar
pertimbangan dalam pengelolaan dan perbaikan kondisi daerah
tangkapan air DAS Cipasauran.
3. Sebagai bahan informasi untuk penelitian selanjutnya.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini adalah pembuatan model ketersediaan air
Sungai Cipasauran menggunakan program model tangki dengan menerima
masukan data harian hujan, data evapotranspirasi, dan data debit sungai dalam
satuan mm/hari sebagai parameter model tangki.
TINJAUAN PUSTAKA
Komponen Sumberdaya Air
Air merupakan salah satu sumber daya yang berharga di bumi. Hal yang
harus diperhatikan agar terhindar dari krisis yaitu pengelolaan komponen
sumberdaya air. Komponen tersebut terbagi menjadi dua kelompok, yaitu
komponen alami dan komponen artifisial (Sjarief dan Robert 2005). Komponen
alami sumberdaya air merupakan komponen yang terbentuk secara alami oleh
sifat air yang mengalir dari hulu ke hilir. Contohnya seperti sungai, muara, rawa,
danau, pantai, air tanah, dan mata air. Keseimbangan alam dari komponen tersebut
dipengaruhi oleh siklus hidrologi, kondisi geologi, kondisi wilayah, dan kegiatan
manusia (Sjarief dan Robert 2005). Selain komponen alami, sumberdaya air juga
memiliki komponen artifisial berupa bangunan utama dengan beberapa bangunan
pelengkap yang dibuat oleh manusia untuk tujuan tertentu (Sjarief dan Robert
2005).
Daerah Aliran Sungai (DAS)
Daerah aliran sungai adalah suatu daerah tangkapan air (catchment area)
yang secara topografis dibatasi oleh punggung-punggung gunung yang
3
menampung dan menyimpan air hujan untuk kemudian menyalurkannya ke laut
melalui sungai utama. Daerah tangkapan air terjadi dalam beberapa bentuk yaitu
aliran limpasan pada permukaan tanah, aliran melalui parit/selokan, aliran melalui
sungai-sungai kecil, dan aliran melalui sungai utama. Aliran limpasan pada
permukaan tanah terjadi selama atau setelah hujan dalam bentuk lapisan air yang
mengalir pada permukaan tanah. Aliran tersebut masuk ke parit/selokan yang
kemudian mengalir ke sungai-sungai kecil dan selanjutnya menjadi aliran di
sungai utama. Karakteristik hidrologis dari daerah tangkapan air dipengaruhi oleh
luas, bentuk, relief, panjang sungai, dan pola drainase daerah tangkapan (Asdak
2007).
Curah Hujan
Presipitasi adalah turunnya air dari atmosfer ke permukaan bumi dalam
wujud hujan, hujan salju, kabut, embun, dan hujan es. Di antara beberapa jenis
presipitasi, hujan adalah yang paling biasa diukur (Triatmodjo 2008). Hujan
berasal dari uap air di atmosfer, sehingga bentuk dan jumlahnya dipengaruhi oleh
faktor klimatologi seperti angin, temperatur, dan tekanan atmosfer. Uap air
tersebut akan naik ke atmosfer sehingga mendingin dan terjadi kondensasi
menjadi butir-butir air dan kristal-kristal es yang akhirnya jatuh sebagai hujan.
Hujan merupakan sumber air dari semua air yang mengalir di sungai dan di dalam
tampungan baik di atas maupun di bawah permukaan tanah (Triatmodjo 2008).
Curah hujan dianggap merupakan satu-satunya input ke dalam sistem DAS,
sementara diasumsikan bahwa tidak terjadi rembesan baik ke dalam maupun ke
luar sistem DAS, dengan kata lain perubahan rembesan sama dengan nol atau
tidak ada masukan dari DAS sekitarnya (Ryantini 2008).
Curah hujan yang diperlukan untuk penyusunan suatu rancangan
pemanfaatan air dan rancangan pengendalian banjir adalah curah hujan rata-rata
di seluruh wilayah yang bersangkutan, bukan curah hujan pada suatu titik tertentu.
Curah hujan ini disebut curah hujan wilayah (regional distribution) dan
dinyatakan dalam satuan mm (Sosrodarsono dan Takeda 2006). Penentuan hujan
wilayah dapat dilakukan dengan beberapa metode seperti metode rata-rata
aritmatik, metode polygon Thiessen, dan metode isohyet (Triatmodjo 2008).
Model Tangki
Model tangki merupakan model non-linear yang berdasarkan kepada
hipotesis bahwa aliran limpasan dan infiltrasi merupakan fungsi dari jumlah air
yang ada di dalam tanah (Sugawara 1961 dalam Sutoyo 2005). Model tangki yang
digunakan adalah model tangki standar yang terdiri dari 4 kompartemen (tangki)
yang tersusun seri secara vertikal. Model tangki ini menunjukkan suatu bagan
yang menggambarkan komponen-komponen aliran air seperti DAS, sub-DAS,
atau suatu plot lahan padi sawah, dan lain-lain. Tangki teratas menggambarkan
surface storage (A), tangki kedua menggambarkan intermediate storage (B),
tangki ketiga menggambarkan sub-base storage (C) dan tangki terbawah
menggambarkan base storage (D). Skema model tangki standar dan pergerakan
4
air hipotetis dalam satu daerah aliran sungai dapat dilihat pada Gambar 1. Proses
limpasan yang terjadi dimulai dari proses hujan, infiltrasi, serta perkolasi hingga
terbentuk aliran antara yang pada akhirnya terbentuk aliran dasar.
Model tersebut terdiri dari dua saluran yaitu saluran samping yang mewakili
limpasan dan saluran bawah yang mewakili penyerapan air secara vertikal. Di
tangki pertama (tangki A), ada satu komponen aliran air yang vertikal (YA0) dan
dua yang lateral/ke samping (YA1 dan YA2). Di tangki B, ada satu komponen
aliran air yang vertikal (YB0) dan satu yang ke samping (YB1). Di tangki C, ada
satu komponen aliran yang vertikal (YC0) dan satu yang ke samping (YC1). Dan,
di tangki D hanya ada satu komponen aliran air ke samping (YD1) (Setiawan et al.
2007 dalam Redjekiningrum 2011).
Secara alami memang sulit atau tidak mungkin membedakan tetapi perlu
untuk menamakan aliran ke samping ini. Karenanya, YA2 adalah suatu wakil dari
suatu keseluruhan suatu aliran air permukaan di DAS, YA1 adalah aliran air
bawah permukaan tanah (sub-surface water flow), YB1 adalah aliran air
intermediet/antara (intermediate water flow), YC1 adalah aliran air bawah dasar
(sub-base water flow) dan YD1 adalah aliran air dasar (base water flow). Aliran ke
samping ini akan berperan pada deplesi simpanan air di profil tanah di DAS.
Untuk menghitung aliran air ke samping pada setiap tangki biasanya diperlukan
suatu fungsi sigmoid dari suatu fungsi diskret/terpisah tradisional. Sedangkan,
YA0, YB0 dan YC0 adalah sisa-sisa aliran air vertikal yang meninggalkan tangkitangki yang berhubungan dengan tangki di lapisan yang lebih dalam. Aliran air
vertikal ini juga berperan untuk deplesi simpanan air di tangki yang terkait tetapi
akan mengisi tangki-tangki di lapisan yang lebih dalam. Simpanan air di setiap
tangki diwakili oleh HA, HB, HC dan HD.
Setiawan (2003) menyatakan bahwa dalam konsep model tangki, air dapat
mengisi reservoir di bawahnya, dan bisa terjadi sebaliknya bila evapotranspirasi
sedemikian berpengaruh. Lubang outlet horizontal mencerminkan aliran air yang
terdiri dari Surface Flow (YA2), Subsurface Flow (YA1), Intermediate Flow (YB1),
Sub-base Flow (YC1), dan Base Flow (YD1). Aliran ini hanya terjadi bila tinggi
air pada masing-masing reservoir (HA, HB, HC, dan HD) melebihi tinggi
lubangnya (HA1, HA2, HB1, dan HC1). Aliran air di setiap lubang outlet
dipengaruhi pula oleh karakteristik lubang itu sendiri, masing-masing yaitu A0, A1,
A2, B0, B1, C0, C1, dan D1. Notasi-notasi tersebut selanjutnya disebut sebagai
parameter model tangki.
5
Gambar 1 Skema model tangki standar
Sumber: Setiawan et. al (2003)
Setiawan et. al (2007 dalam Redjekiningrum (2011) mengasumsikan semua
komponen aliran air ke samping akhirnya mengumpul di satu stream atau suatu
sungai, atau suatu saluran drainase (drainage canal), dan lain lain. Jadi, jumlah
dari aliran air ke samping, harus sama dengan debit air (Qo) pada waktu tertentu.
Tangki A menerima hujan (R) dan/atau evapotranspirasi (ET) yang mana adalah
gradien dari (R-ET) dari waktu ke waktu akan menjadi daya/kekuatan penggerak
bagi perubahan air yang disimpan di profil tanah dan aliran air yang
meninggalkan lapisan-lapisan tanah (tangki). Karena Qo, R dan ET adalah
variabel yang terukur kemudian model tangki ini bisa menduga sejumlah air yang
disimpan di profil tanah dan komponen-komponen aliran air. Ini biasanya
dilaksanakan pertama dengan menyatakan persamaan neraca air dan kemudian
menemukan parameter-parameter yang sesuai sehingga nilai-nilai debit air yang
terukur (Qo) memenuhi beberapa nilai debit yang dihitung (Qc) dengan model.
Untuk menghubungkan Qo dan Qc dalam suatu waktu tertentu diperlukan alat
bantu yang efektif untuk mengoptimasi parameter-parameter model tangki yang
mengacu pada optionally Objective Error Functions (OEF).
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknik Sumber Daya Air
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan di Wisma Wageningen, Kampus IPB
Darmaga. Pelaksanaan penelitian dilakukan dua tahap, yaitu tahap pertama berupa
pengumpulan data sekunder selama bulan Maret-April 2013, serta tahap kedua
berupa tahap analisis selama bulan Mei-Juni 2013.
6
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Data debit Sungai Cipasauran harian tahun 2007-2010 dari PT. KTI
2. Data hujan harian Stasiun Padarincang dan Anyer tahun 2007-2010
dari PT. KTI
3. Data klimatologi Stasiun Iklim Serang tahun 1996-2006
4. Data Digital Elevation Model (DEM) dari ASTER Global DEM V2
untuk wilayah Cipasauran dengan resolusi 30 x 30 m, peta ini
selanjutnya diolah kembali menjadi peta topografi untuk mengetahui
delineasi, luas, dan sebaran tanah di daerah penelitian
5. Data luas masing-masing tipe tutupan lahan di DAS Cipasauran
6. Data potensi dan kebutuhan air dari PT. KTI
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Seperangkat PC (Personal Computer) atau laptop Fujitsu Lifebook
P-8020 dengan prosessor Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU U9400
dengan clock 1.40 GHz
2. RAM dengan kapasitas 4.00 GB
3. Software pendukung seperti Microsoft Excel 2007, MapWindow GIS
4.8.6 dengan plug-in MWSWAT 2009, ArcGIS 9.3
4. Kalkulator
5. Alat tulis
7
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan melalui beberapa tahapan, seperti yang tertera
pada Gambar 2.
Gambar 2 Diagram alir penelitian
8
Prosedur Analisis Data
Analisis Hidrologi
Penentuan Hujan Wilayah
Penentuan hujan wilayah dilakukan dengan metode rata-rata aritmatik
selama 2007-2010. Perhitungan hujan wilayah dengan metode tersebut menurut
(Triatmodjo 2008) adalah sebagai berikut:
=
R 1 + R2 + R3 +…+ Rn
(1)
n
Keterangan:
R1, Rβ, …, Rn
n
= Hujan rata-rata wilayah
= Hujan di stasiun 1, β, γ, …, n
= Jumlah stasiun
Penentuan Evapotranspirasi Potensial
Penentuan evapotranspirasi potensial (ETp) dilakukan dengan metode
Penman selama 1996-2006. Perhitungan evapotranspirasi potensial dengan
metode tersebut menurut (Triatmodjo 2008) adalah sebagai berikut:
ETp =
∆H+0.270 Ea
∆+0.270
(2)
∆ = dea d
(3)
H= α
- ξ
(4)
α= Ra (1 - r)
(5)
=0.180+0.550 n N
(6)
= σ Ta 4 (0.560-0.092 ed 0.5 )
(7)
ξ = (0.100 + 0.900 n N )
(8)
Ea = μ C
(9)
μ=0.350 ea - ed
(10)
C=(1+0.0098 U2 )
(11)
ed = ea h
(12)
Keterangan:
ETp = Nilai evapotranspirasi potensial (mm/hari)
Δ
= Slope fungsi tekanan uap jenuh tergantung temperatur (mmHg/0K)
Ea
= Evaporasi (mm/hari)
Ra
= Radiasi matahari di permukaan bumi (mm/hari), tergantung letak daerah
9
r
ea
σ
Ta4
1 mbar
t
U2
h
ed
n/N
n
N
= Koefisien (albedo) refleksi permukaan, air = 0.05, tanah = 0.15-0.25
= Tekanan uap jenuh (mm0F/Hg)
= Konstanta Boltzman 2.10 x 10-9 mm/hari
= Nilai transpirasi aktual dalam (mm/hari)
= 0.75 mmHg
= Temperatur rata-rata (0C)
= konstanta psychometric (kPa/ºC)
= Kecepatan angin setinggi 2 m dari permukaan tanah (km/jam)
= Kelembaban relatif (relative humidity) (%)
= Tekanan uap sesungguhnya (mm0F/Hg)
= Rasio jam perbandingan penyinaran matahari (%)
= Jumlah jam matahari bersinar, dari pengamatan
= Jumlah jam maksimum matahari bersinar
Analisis Spasial
Penentuan Delineasi dan Luas Daerah Penelitian menggunakan Model MWSWAT
Delineasi daerah penelitian dilakukan menggunakan DEM STRM 30 x 30 m
dengan bantuan program MapWindow GIS. Daerah penelitian akan didelineasi
dari DEM secara otomatis berdasarkan topografi alaminya, begitu pula dengan
jaringan hidrologinya. SWAT membagi DAS menjadi beberapa sub-DAS dimana
setiap sub-DAS mempunyai jaringan utama. Metode yang digunakan dalam
proses delineasi DAS adalah metode treshold. Besar kecilnya treshold yang
digunakan akan menentukan jumlah jaringan sungai yang terbentuk kemudian,
jaringan sungai tersebut akan menentukan banyaknya sub DAS yang terbentuk
dalam DAS. Proses delineasi DAS Cipasauran dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Kotak dialog watershed delineation
10
Analisis Debit Air menggunakan Model Tangki
Setiawan (2003) merumuskan persamaan keseimbangan air secara global
sebagai berikut:
dH
dt
=R t -ET t -Y(t)
(13)
Keterangan:
H
= tinggi air (mm)
R
= hujan (mm/hari)
ET = evapotranspirasi (mm/hari)
Y
= aliran total (mm/hari)
t
= waktu (hari)
Pada model tangki standar terdapat empat tangki, sehingga persamaan 13
dapat dituliskan ke dalam bentuk lain berupa perubahan tinggi air tiap-tiap tangki
yang dirumuskan sebagai berikut:
dH
dt
=
dHa
dt
+
dHb
dt
+
dHc
dt
+
dHd
dt
(14)
Aliran total merupakan penjumlahan dari komponen aliran di setiap tangki
yang dirumuskan sebagai berikut:
Y t =Ya t +Yb t +Yc t +Yd t
(15)
Keseimbangan air dalam setiap tangki dirumuskan sebagai berikut:
dHa
dt
dHb
dt
dHc
dt
dHd
dt
=R t -ET t -Ya t
(16)
=Ya0 t -Yb(t)
(17)
=Yb0 t -Yc(t)
(18)
=Yc0 t -Yd t
(19)
Keterangan:
YA, YB, YC, YD
YA0, YB0, YC0
= komponen aliran horizontal pada tangki A, B, C, D
= aliran vertikal (infiltrasi) pada tangki A, B, C
Berdasarkan karakteristik model tangki, outflow pada masing-masing tangki
dapat dituliskan dalam persamaan berikut:
Tank A
(20)
Ya t =Ya1 t +Ya2 (t)
Ya0 = A0 Ha (t)
dengan syarat :
(21)
11
Ya1 t =
A1 Ha t -HA1 ;HA1