II. TINJAU HIDROLOGI PENGEMBANGAN INFRASTRUKTUR SUMBER DAYA AIR - Pengelolaan Air Bag2 – Hidrologi & Manajemen Air

II. TINJAU HIDROLOGI & PENGEMBANGAN INFRASTRUKTUR SUMBER DAYA AIR

2.1. SUMBER AIR & HIDROLOGI

Fenomena banjir dan kekeringan merupakan fenomena siklus hidrologi air, selayaknya diteliti dengan kaidah-kaidah ilmu hidrologi. Ilmu hidrologi didefinisikan ilmu yang memperlajari pergerakan air di muka bumi baik kualitas dan kwantitas dalam ruang dan waktu. Hal ini mengantar kita , pandangan tentang sumber air berkelanjutan dan Pengembangan Infrastruktur Sumber Daya Air.

Sumber air adalah sumber daya alam yang dapat diperbaharui melalui siklus hidrologi, dipengaruhui oleh iklim, tergantung faktor kosmik, regional dan lokal membentuk rezim hidrologi, berkarakter acak dan stokhastik, dan di pesisir pantai landai pengaliran air ke laut merupakan fenomena deterministik. (Gamb 2.1. dan Gamb 2.2)

Capita Selekta Infrastruktur

IKLIM DAN POLA HUJAN WILAYAH INDONESIA Posisi Geografis Indonesia

 Antara 6 ° 08’ LU - 11 ° 15’ LS dan 94 ° 45’ BT - 141 ° 05’BT  Berada pada zona konvergensi

antartropik ( InterTropical Convergence Zone - ITCZ )  Antara dua benua Asia dan Australia

Musim hujan yang dipengaruhi oleh posisi ITCZ dengan posisi geografis Indonesia menghasilkan tiga tipe hujan dominan berdasarkan pola hujan : MOONSON - EQUATORIAL - LOKAL ( Tjasyono

dan Bannu , 2003)

Monsoon dan pergerakan ITCZ berkaitan dengan variasi curah hujan tahunan dan semi tahunan

di Indonesia ( seasonal ),[ Aldrian , 2003].  Antara dua Samodera Indonesia dan Lautan Pasifik

o Fenomena ENSO o Fenomena Dipole Mode

Fenomena El - Nino dan Dipole Mode berkaitan dengan variasi curah hujan antar - tahunan di

Indonesia ( interannual ), [Visa, 2007].

Capita Selekta Infrastruktur

Sumber Air Baku dan Pengembangan SPAM Perkotaan

KAWASAN PELAYANAN

RESPON TEKNOLOGI

SUMBER AI R BAKU

(Kepuasan Konsumen )

PENGOLAHAN AI R

• Fresh water (Gol A/B)

• Kualitas Air Bersih

• Respon Teknologi Air Bersih • Randow variabel

• Kuantitas Air Bersih

• Keandalan Sumber Air( Kuantitas • Kontinuitas

• Maintenance operation

& Kualitas Air )

• Harga jual kompetitif • Laju kebutuhan air

Capita Selekta Infrastruktur FTSL 2010

Manajemen Sumber Air

Sumber air adalah sumber daya alam yang dapat diperbaharui melalui siklus hidrologi fungsi ruang dan waktu, tergantung iklim (subtropis/tropis)

dimana dipengaruhi oleh faktor kosmik, regional dan lokal membentuk rezim hidrologi. Dimana komponen hidrologi (hujan dan debit) bersifat acak dan cenderung stokastik dan pengaliran air pesisir landai menuju ke laut fenomena deterministik

• (Sumber : Arwin, 2009 ”Pidato Guru Besar di MGB-ITB”)

Pengemb.infrastruktur sumber air spy berkelanjutan (Kuantitas &

Kualitas )

Konstrain : Ketidakpastian debit air (kuantitas & kualitas )  Rekayasa Teknologi  Adaptasi

 Konsep Debit Air Rencana ( Banjir & kekeringan )

2.2 Pembagian Ruang Hidrologi

HYDROLOGY MODEL

DAS HULU (Watershed Model)

DAS HILIR , aliran permukaan

Kawasan Hulu

Persamaan Saint Venant : bebas (Deterministik Model)

Boundary Hulu

+ gB h 

Boundary Hilir

PIDATO ILMIAH

Rezim Aliran Air & DAS Hulu -Hilir

PIDATO ILMIAH

Model gelombang banjir

• Model Deterministik gelombang banjir

– Persamaan Kontinuitas ∂ Q

∂ h b=0 (asumsi tidak ada aliran lateral)

– Persamaan Momentum (asumsi tidak ada aliran lateral, wind-shear, dan eddy losses, serta b = 1)

Q = debit aliran (m3/s)

A = luas penampang saluran (m2)

+ + gB h  + S f  = 0 x = jarak memanjang dari hulu

saluran (m) t = waktu (s)

h = tinggi muka air dari datum (m) B = lebar penampang saluran (m) Sf = kemiringan energi akibat gaya gesek dasar saluran

g = percepatan gravitasi (m/s2)

PIDATO ILMIAH 7

Model Numerik gelombang banjir

• Diskretisisasi model gelombang banjir dengan implisit beda tengah:

– Persamaan Kontinuitas

– Persamaan Momentum

i + 1 + Q i − Q i + 1 − Q i  1   ( Q h )( i + 1 − Q h )( i + Q h )(

PIDATO ILMIAH

Obyektif pengembangan Infrastruktur sumber Daya Air untuk mengendalikan air banjir /kekeringan dengan pendekatan konsep debit rencana sesuai kriteria perencanaan infrastruktur SDA yang Lazim digunakan di lingkungan jajaran Kementrian Pekerjaan Umum. Infrastruktur terbangun akan berlanjutan dimungkinkan bila dilakukan pengendalian air dalam ruang dan waktu secara terus –menerus baik kwantitas dan kualitas. Untuk mengetahui pengaruh Perubahan iklim terhadap rezim hidrologi tercatat berturut-turut melalui pos hujan, pos duga debit air, dan pos observasi elevasi muka laut . Dari data time series debit sumber air dari pos duga air Q DAS tsb diatas : menunjukkan kejadian besaran debit air tidak menentu dalam berjalannya waktu (t). Ketidakpastian besaran

debit air proses waktu, dalam ilmu statistik karakter tsb disebut Variabel acak (Lihat Gambar

PIDATO ILMIAH

Time Series

Debit Harian

Gambar 2.3 . Fluktuasi debit sumber air permukaan Q ( 1994-2006)

PIDATO ILMIAH

2.3. ADAPTASI DAN MITIGASI Perubahan ikli/cuaca mempengaruhi variabel siklus Hidrologi : terutama Curah Hujan (P),

setelah sampai dipermukaan tanah , hujan terdistribusi fungsi tutupan lahan terinfiltrasi dalam tanah setelah jenuh terjadi limpasan air permukaan. Seiring dampak perubahan iklim terhadap keberlanjutan sumber air (Water Sustainable), respon dilakukan dengan dua langkah utama, yaitu adaptasi dan mitigasi.

Adaptasi , Ketidakpastian besaran debit air dalam proses waktu mengantar para ahli Hidrolologi dan Manajemen sumber air melakukan proses penyesuaian dengan memperhatikan efektitas fungsi Infarstruktur Sumber Air , dengan menggunakan konsep debit rencana banjir/kekeringan Mitigasi adalah upaya mempertahan keberlanjutan sumber air di daerah Aliran Sungai, bentuk konkrit upaya mitigasi secara undirect : penerbitan peraturan/UU pengendalian limpasan/pencemaran air dan direct : Insentif & dissentif, sbb: Upaya ini dapat dilakukan dengan perencanaan tata ruang : Keppres No.114 1999 Kawasan

Konservasi Bopuncur), reboisasi, artificial recharge , pengendalian pencemaran , sbb:

PIDATO ILMIAH

2.3.1 Pengendalian Sumber Air 1.Un Direct (Tak langsung ) penerbitan UU & Peraturan

pengendalian air.

 UUD 45 fasal 33 ayat 3 air di kuasi negara utk dimanfaatkan orang banyak  UU no 26 th. 2007 tentang Penataan ruang  UU no 7 th 2004 tentang Sumber daya air  UU Kehutanan No.41 Tahun 1999 Pasal 18 Ayat 2 yang menyatakan bahwa :

‘…..luas hutan suatu DAS minimal 30% dengan sebaran yang proporsional’.  UU Lingkungan hidup /UU SDA/ PP Amdal  PP 82 thn 2001 perihal Kualitas Air  PP No. 16 tahun 2005 tentang Pengembangan Sistem Penyediaan Air Minum  Keppres 114 th 1999 Kawasan Konservasi air dan tanah Bopuncur  SK Gub.Jabar No. 181.1/SK.1624-Bapp/1982. Kawasan konservasi air Wilayah Inti

Bandung Raya bagian Utara

2. Direct (Langsung ) : Insentif ( keringanan )dan Dissentif (hukuman ,denda)

PIDATO ILMIAH

A ktivita s ko nve rsi la ha n sukse sif

Kualitas sumber air waduk - - p e rta nia n

Fisik, kim ia , b io lo g i

- - p e te rna ka n - - p e m b ua ng a n sa m p a h - - Pe stic id e s / He rb ic id e s

Kua lita s Air m inum - - Tra nspo rta si

PP 82 ta hun 2001

- - Ind ustri

Be b a n

-- Nutrie nts - - Ba c te ria / Pa tho g e ns

Pemakaian

- - Me ta ls/ O rg a nic s

Proses akuatik perairan dalam multi sektor

- - Se nya wa hum us

pemulihan kembali

EKO SISTEM AIR – DEG RADASI KUALITAS AIR

Self Purification

• Dari Bendung Curug BTB 10 menunjukkan kondisi defisit oksigen (DO > BM). Oksigen terlarut dalam sungai telah habis digunakan untuk menguraikan senyawa organik. Tingginya senyawa organik ditunjukkan dengan nilai BOD > BM.

Manajemen Sumber Air di DAS

(1) Processes include sedimentation, chemical coagulation, filtration, and sterilization

(2) Processes include sedimentation, activated sludge, trickling filter,

Spectrum of quality

chlorination pond and disinfection (3) Eflfuent returned to resource pool

Spectrum of quality

Spectrum of quality

Surface water

ET

Groundwater

Spectrum of quality

A Spring

A = Water treatment

IT

B = Domestic use

AL

C = Sewage treatment

QU

TIME SEQUENCE (no scale) 

Perairan

2.4. DEBIT RENCANA INFRASTRUKTUR SUMBER DAYA AIR Komponen siklus Hidrologi berkarakter acak ( Variabel acak) adalah suatu kejadian dimana

besarannya tidak menentu dalam proses ruang dan waktu. Ketidakpastian komponen utama Hidrologi (P,Q) terukur melalui pengamatan (pos hujan atau pos duga air) , hal ini mengantar para ahli meneliti perilaku debit air historikal untuk dapat mengetahui ambang batas besaran kejadian debit air masa depan. Pengendalian banjir dan kekeringan ke masa depan , ditempuh langkah “adaptasi” dengan pendekatan konsep debit rencana . Hubungan Keandalan keberhasilan dan periode ulang diekspresikan, sbb: (1-P )= 1/R , dimana : P= keandalan /keberhasilan komponen Hidrologi ( %) dan R= periode Ulang kejadian. Misalnya : Suplai sumber air untuk memenuhi sektor irigasi : keandalan/ keberhasilan P=

80 % maka ekivalen dengan periode Ulang (R = 100/20 = 5 thn ), berarti dalam selang 100 (seratus ) tahun terjadi 20 kali dan setiap 5(tahun) terjadi 1(satu) kali nilai ambang batas dilampaui.

PIDATO ILMIAH

Pengendalian banjir & kekeringan :

• Drainase mikro ( Drainase permukiman perkotaan) : Q R = 2-15 tahun • Drainase makro ( Drainase alamiah –sungai ) : Q R =20-50 thn • Drainase Rel Kereta api/ Jalan TOL :Q R =50 thn • Drainase bandara udara : Q R = 50 -100 tahun • Spill way waduk Q R = 50 -100 thn • Intake air baku untuk sektor irigasi : Q R =5 thn • Intake air baku untuk sektor DMI ( Domestik ,Municipallity ,industri) : Q R = 10-20 thn.

PIDATO ILMIAH

Kebijakan Pengembangan Air Minum Jakarta & sekitarnya ( Tangerang & Bekasi)

Waduk Jatiluhur Waduk Karian

Kawasan Konservasi Air

TOPOGRAFI LAN D AI D I W I LAYAH H I LI R

PETA DAS CILIWUNG DAN CISADANE

2.4. Konservasi Lahan

2.4.1. Indikator Konversi Lahan

 Massa air adalah tetap terdistribusi menjadi : P = I+ R dimana

P : curah hujan I : fraksi air hujan tertahan dibawah permukaan tanah R : fraksi air hujan menjadi limpasan air permukaan

 Perubahan tutupan lahan alami , dari hutan berturut-turut menjadi budidaya ,

permukiman pedesaan dan urban berdampak semakin besar R pada musim hujan dan sebaliknya I dalam tanah semakin kecil (input ) sehingga penyimpanan air tanah ( ∆S ) semakin kecil . Hal ini berpengaruh pada besaran aliran air tanah (output) terutama limpasan aliran tanah menyentuh permukaan bebas (B**) seperti : mata air dan aliran dasar sungai

 Dari hukum kekekalan masa air , ketersediaan sumber air sangat tergantung sejauh mana massa air hujan tersimpan menjadi cadangan air tanah (I= P-R), sehingga persamaan ketersediaan air:

∆S = I – E – B* - B**

PIDATO ILMIAH

2.4.2. Indikator Konversi Lahan

 Ketersediaan air alamiah bertahan apabila jumlah air hujan tertahan di

permukaan tanah (I) , lebih besar daripada evapotrapirasi potensial (E) :I>E sehingga pengendalian konversi tutupan lahan perlu lebih dicermati dimasa depan (reformasi pengendalian tata ruang )

 Hujan yang jatuh dipermukaan bumi relatif konstan dan tunduk pada hukum

kekekalan massa air bila keseimbangan massa P = I+R dibuat non dimensi maka persamaan massa air menjadi IK + C= 1 dimana IK adalah fraksi massa air hujan tertahan dalam tanah selanjut disebut indeks konservasi sedangkan C= fraksi masa air hujan menjadi limpasan air permukaan selanjut disebut C = Koefisien limpasan air.

 tutupan lahan yang bertahan terhadap alam (iklim) adalah tanaman keras diekspresikan : IkA ( indeks konservasi alami) kemudian oleh sentuhan peradaban manusia t utupan lahan mengalami konversi lahan secara suksesive menjadi lahan budidaya, permukiman dan urban diekspresikan : IkC ( indeks konservasi aktual ) .

PIDATO ILMIAH

2.4.3 Indikator Konversi Lahan

 Prambahan hutan alam ( IkA) menjadi budidaya pertanian,permukiman dan urban Metropolitan ( IKc ) menimbulkan degradasi penyimpanan air ( tersimpan air hujan ) dibawah permukaan tanah seperti diperlihatkan pada tabel 2.1. Selanjutnya IK digunakan sebagai instrumen pengendalian konversi lahan di kawasan konservasi air .( Keppres No 114 Kawasan konservasi Bopuncur)

Tabel 2. 1. : Indeks Konservasi tutupan lahan

No Kualitas tutupan

Indeks Konservasi

3 Pemukiman pedesaan

0.5-0,6

4 Urban Metropolitan

0,0-01

PIDATO ILMIAH

2.4.4. Indeks Konservasi

 Indeks Konservasi Alami (IKA) digunakan indikantor konversi lahan , yaitu suatu koefisien yang menunjukkan kemampuan yang alami pada suatu wilayah untuk menyerap air hujan yang jatuh ke permukaan tanah sebelum ada sentuhan peradaban manusia.

 Indeks Konservasi Aktual (IKC), yaitu suatu koefisien yang menunjukkan kemampuan lahan yang terkonversi oleh kegiatan manusia (aktual) pada suatu wilayah untuk menyerap air hujan yang jatuh ke permukaan tanah ( Keppres 114/99)

Tabel 2.2 Penilaian kondisi kawasan terbangun dengan Indeks Konservasi

Perbandingan Indeks Konservasi

Penilaian kondisi kawasan

IK C + ∆I k > IK A Baik IK C = IK A Normal IK C < IK A Kritis

PIDATO ILMIAH

Analisa Hidrologi

Analisa Kependudukan

Analisa SIG

DATA CURAH

PETA ISOHYET HUJAN

DATA DEBIT

DATA

PETA PENGGUNAAN

Qrerata Qmax Qmin

KEPENDUDUKAN

LAHAN 1990

PETA JENIS TANAH

PETA PENGGUNAAN

PETA GEOLOGI PETA LERENG Analisis korelasi

LAHAN 1999

PETA KETINGGIAN antar stasiun

Analisis

Analisa kepadatan

TEMPAT hujan

kecenderungan debit

penduduk

Menghitung

Analisa tekanan

curah hujan

penduduk

wilayah DIGITASI & EDITING

f . Po ( 1 + r )

TP = Z ×

KLASIFIKASI & SKORING

Analisis kecenderungan IK OVERLAY

Q = PA − I K PA + b

Nilai Rata-rata Indeks

INDEKS KONSERVASI

INDEKS KONSERVASI

Konservasi pada DAS

AKTUAL (IK C )

ALAMI (IK A )

ARAHAN PENGGUNAAN LAHAN

PENILAIAN

DAN ALTERNATIF PENANGANAN

KONDISI LAHAN

 Keberhasilan ketersediaan air di DAS tercapai apabila IkC + ∆Ik > IkA dengan demikian win-win solution dapat tercapai antara kepentingan kawasan Hulu dan kawasan Hilir.

 Sedangkan pengendalian kawasan lahan terbangun, dapat dilaksanakan dengan

pengendalian fungsi hidrologi lahan ( IK): antara lain Pengendalian luas bangunan terbangun (BCR) dan ∆Ik dengan vegetatif dan non vegetative(rekayasa engineering).

 Upaya rekayasa engineering , antara lain : Sumur resapan , waduk resapan dan sistim drainase lingkungan . Ide paling sederhana dalam konservasi di lahan terbangun disebut zero limpasan.

 Zero limpasan adalah suatu upaya konservasi di lahan terbangun dengan

mengendalikan limpasan air hujan dalam suatu persil atau kawasan supaya limpasan air hujan terkendali Zero .

PIDATO ILMIAH

2.5. Drainase Lingkungan

 Konversi lahan terbangun di permukiman umumnya direspon dengan pdengan

drainase yang konvensional yaitu menyalurkan air limpasan secepatnya akibat konversi lahan terbangun ke badan air penerima

 Bangunan peresap buatan (Artificial Recharge) merupakan infrastruktur

drainase lingkungan dalam mewujudkan pengendalian limpasan air hujan berwawasan lingkungan.

 Sumur resapan adalah sumur yang dibuat sebagai tempat penampungan air hujan berlebih agar memiliki waktu dan ruang untuk meresapkan ke dalam tanah melalui proses infiltrasi dan perkolasi .Sumur resapan ini merupakan sumur kosong yang memiliki kapasitas atau volume cukup besar untuk menampung air hujan sementara sebelum diresapkan ke dalam tanah

PIDATO ILMIAH

Perbandingan metode penentuan dimensi sumur resapan

KOMPARASI METODE ARTIFICIAL RECHARGE

H = tinggi muka H = tinggi muka air dalam

H = Kedalaman Sumur (m)

air dalam sumur

sumur (m) (m)

R = jari-jari sumur (m)

L = Keliling Penampang

sumur (m) A = luas

F = faktor geometrik (m)

A s = Luas penampang sumur

penampang sumur

Vp = volume air

dimensi sumur

Q = debit air masuk (m 3 /dtk)

i = Intensitas hujan (m/jam)

hujan yang masuk

resapan

dalam waktu dt Vr = volume air hujan yang

K = koefisien permeabilitas

K = Koefisien Permeabilitas

terinfiltrasi ke

tanah (m/dtk)

tanah (m/jam)

dasar dan dinding sumur pada waktu dt (m 3 ) dt= waktu yang

diambil sebagai

D = Durasi hujan (jam)

dasar perhitungan

T = waktu pengaliran (detik)

(det)

PIDATO ILMIAH

Metode Sunjoto (1988 )

Volume dan efisiensi sumur resapan dihitung berdasarkan keseimbangan air yang masuk ke dalam sumur dan air yang meresap ke dalam tanah. Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut :

− FKT

Dimana : H = tinggi muka air dalam sumur (m) F = faktor geometri (m)

Q = debit air masuk (m 3 /dtk) T = waktu pengaliran (detik)

K = koefisien permeabilitas tanah (m/dtk) R = jari-jari sumur (m) Faktor geometrik (F) sumur resapan dapat dilihat pada Tabel 2.4 . Nilai F ini tergantung dari konstruksi sumur serta luas geometri bidang resapan

PIDATO ILMIAH

Untuk menghitung debit run-off (Q) maka formula yang dipakai adalah sebagai berikut: Q = CIA dimana :

Q = Debit air masuk dari atap/lahan (run-off) (m 3 /s) C = Koefisien aliran permukaan atap/lahan

I = Intensitas hujan (m/s) A = Luas atap/lahan (m 2 )

- Nilai/angka C adalah merupakan angka koefisien limpasan (runoff) yang

besarnya tergantung dari jenis material tanah atau areal yang dilalui oleh aliran air tersebut. Pada penelitian ini, nilai C yang digunakan adalah koefisien runoff untuk bahan atap, yaitu C = 0.95 (Sunjoto,1995)

- Intensitas hujan didapat secara statistik, dalam hal ini intensitas fungsi dari

durasi hujan serta periode ulang yang direncanakan.

PIDATO ILMIAH

2.6. Sumber Air Baku dan Pengembangan SPAM Perkotaan

KAWASAN PELAYANAN

RESPON TEKNOLOGI

SUMBER AI R BAKU

(Kepuasan Konsumen )

PENGOLAHAN AI R

• Fresh water (Gol A/B)

• Kualitas Air Bersih

• Respon Teknologi Air Bersih • Randow variabel

• Kuantitas Air Bersih

• Keandalan Sumber Air( Kuantitas • Kontinuitas

• Maintenance operation

& Kualitas Air )

• Harga jual kompetitif • Laju kebutuhan air

PIDATO ILMIAH

Penentuan Debit Rencana Air Baku

• Untuk mengetahui keandalan sungai • Diperlukan perhitungan debit ekstrim dengan periode ulang

tertentu

• Mengikuti Fungsi Distribusi Frekuensi Teoritis • Perlu diuji kesesuaian distribusi frekuensi data dengan

distribusi frekuensi teoritis

Kriteria desain air baku

Sumber Air Sungai

Desain Sumber Air

Debit Air Suksesif

1-2 hari

tahun

Sumber: Modifikasi Kriteria Disain Air Baku MBA PU Cipta Karya (1994) dalam Sabar (2008)

Kajian Sumber Air Sungai

1 Seleksi data & urutan data debit air 1,2,7,15,30 dan setengah bulanan kalender

2 Pemilihan

teoritis (Normal Gumbel, dan Log Pearson Tipe III) yang cocok dengan Uji Goodness of Fit

dsitribusi

Hitung debit air minum Periode Ulang 5, 10, 20, 50 tahun dengan distribusi teoritis terpilih

Q = C (P.A)+ b

C= f( P,I,f, Tutupan lahan)

Debit air minimum dengan

Periode Ulang 5,10,20 dan 50

P : variabel bebas ( Random variabel)

tahun

A : Luas tangkapan hujan

Q: variabel tergantung( Random variabel)

Kurva peluang debit air

b : aliran dasar ( tutupan lahan, batuan )

minimum ekstrem kering 6 Debit Rencana Air Baku

Pedoman Alokasi Air Sungai untuk Irigasi dan Domestik

PIDATO ILMIAH

Lumped Model :

Model fisik sistem input-output DAS

Pengaruh Iklim (kosmik, regional dan lokal)

Hukum keseimbangan

massa air

PROSES

OUTPUT INPUT

Sifat tanah, batuan, morfologi, topografi

Debit dan cadangan Curah Hujan

dan tutupan lahan

air tanah

Besaran Input Besaran Output Variabel Acak/Stokastik

Variabel Acak/Stokastik

Perubahan besaran komponen

Parameter

hidrologi fungsi waktu, tercatat di

komponen berubah,

Pos Hujan , Pos debit, SWL

F (µ,σ)

Sumber : Arwin (2008), Suripin (2004) dengan modifikasi

Penyesuaian Hari Perbulan

dengan :  dk

= Data curah hujan/debit bulanan hasil kore  da

= Data curah hujan/debit bulanan asli pada  xi = Jumlah hari bulan i  i = Jan, feb, …, des

DISTRIBUSI NORMAL

Z =fungsi dari peluang atau periode ulang,

X =rata-rata sampel

n ∑ X − ( ∑ X ) S = standar deviasi sampel.

DISTRIBUSI LOG NORMAL

ln X = X ln X + kS ln X

DISTRIBUSI LOG PEARSON TIPE III

(log X i − log X ) log  ∑ X

log X =

Distribusi Normal Distribusi Log-Normal

Distribusi Debit

Distribusi Debit

Distribusi Gumbel

Distribusi Log-Pearson III

Uji Goodness Of The Fittest

Uji K-S 2 Uji

Menetapkan suatu titik dimana Mengukur perbedaan relatif antara terjadi simpangan terbesar antara

Frekuensi hasil pengamatan distribusi teoritis dan sampel.

Dengan frekuensi yang diharapkan

Distribusi Normal

Distribusi Log-Normal Dn = Maksimum IFo(X)-Sn(X)I

Dimana,

Distribusi Gumbel Dimana,

: Jumlah variabel Dn

: Penyimpangan Terbesar

Oi

: Frekuensi hasil

Distribusi Log-Normal Fo(X) : Suatu fungsi distribusi

pengamatan

: Frekuensi distribusi teoritis Sn(X)

teoritis yang ditentukan

Ei

: Distribusi Kumulatif

: jumlah data

Sampel

Pi

: Peluang dari distribusi

teoritis

Uji Goodness-of-Fit X 2

Distribusi Frekuensi Data (observed)

Grafik Distribusi Teoritis (expected)

Uji Goodness-of-Fit Kolmogorov-Smirnov

Variable: gdk_Jan GRAFIK FREKUENSI KUMULATIF , Distribution: Normal

Chi-Square test = 8.76148, df = 2, p = 0.01252 110

KOLMOGOROV-SMIRNOV 80

%) y (

Distribusi Frekuensi

requenc

eF 50

Kumulatif Data

Grafik Distribusi

Frekuensi Teoritis

Category (upper limits)

 Menurut UU No. 7 tahun 2004 pasal 34 ,ayat (1): pengembangan

sumber daya air ditujukan untuk kemanfaatan sumber daya air memenuhi kebutuhan air baku untuk rumah tangga(domestik), pertanian(irigasi) ,industri dstnya dan untuk berbagai keperluan lainnya.

 Pengembangan SPAM dari sumber air sungai, perlu suatu kriteria

disain air baku untuk multisektor : domestik, irigasi dan Industri. Sebagai pedoman kriteria disain air baku permukaan Metropolitan Bandung Urban Development Program MBUDP, 2004

Tabel 2.5. Kriteria Desain Air Baku Permukaan

Sumber Air Sungai

Desain Sumber Air Baku

Debit Air Suksesif Kering

1-7 hari

10-20 tahun

15-30 hari

5 tahun

1-2 hari

20 tahun

Sumber: Modifikasi Kriteria Disain Air Baku MBA PU Cipta Karya (1994)

PIDATO ILMIAH

2.9.Manajemen Waduk

( Gestion des Reservoir )

1. Environnement Economic ( Lingkungan Ekonomi Waduk )

2. Gestion Short term ( Avenir connu )

Pengoperasian Intuitif ( Deterministik  Debit

rencana )

3. Gestion Long term ( Avenir aleatoire )

Pengoperasian Waduk Aktual dengan

Ketidakpastian debit air masa depan(acak ) 

Metode Kontinu Prakiraan Debit air & Metode Diskret Markov)

Fungsi Produk Utilitas waduk (Instrumen Finansial & Ekonomi )

Contoh

• Pengelolaan Waduk PLTA EDF (Electric de

France)Fungsi Produk Utilitas Energi Listrik NP(Niveau de prix) berubah fungsi Kosmik & permintaan

• Pengelolaan Waduk PLTA PLN Fungsi Produk

Utilitas Energi Listrik NP(Niveau de prix ) Konstan

PIDATO ILMIAH

PENENTUAN VOLUME WADUK

A)DEBIT RENCANA:

• Waduk Tunggal : Vol Waduk PLTA Saguling (Q R-2) • Waduk Multiguna : Vol Waduk Gajah Mungkur ( Ekstrem

basah QR-5 )

B) FENOMENA HURST

• Bendungan Aswan ,Mesir

PIDATO ILMIAH

Pengembangan Waduk Multiguna

 Semakin ekstrim debit air menyebabkan krisis ketersedian sumber air baku pada musim kemarau dan banjir pada musim penghujan di kawasan Hulu  membalik ancaman banjir dan kekeringan menjadi bermanfaat dengan optimasi pemanfaatan sumber daya air ,pembangunan waduk multiguna ( Sumber air baku, banjir , PLTA ) dengan menggunakan metode Fenomena Hurs diuraikan sebagai berikut:

Ω optimum = k T

dimana : Ω = volume tampungan

T = tahun-tahun air ( T = 1,2,5,10,20,30 dan 60 tahun) n = koefisien Hurst ( 0,5 <n < 1) n= 0,5...... indenpendent

Keseimbangan air waduk : Ω t+1 = Ω t + Qin – QT dimana: W = variabel determinan

t = langkah waktu Qin = variabel acak QT= variabel keluaran (variavel di komandokan)

 Telah mengembangkan metode Prakiraan debit air input waduk disebut metode kontinu parakiraan debit air, didasarkan pada korelasi spartial komponen utama siklus hidrologi hujan dan debit air.

PIDATO ILMIAH

Manajemen Waduk

( Gestion des Reservoir )

1. Environnement Economic ( Lingkungan Ekonomi Waduk )

2. Gestion Short term ( Avenir connu )

Pengoperasian Intuitif ( Deterministik  Debit

rencana )

3. Gestion Long term ( Avenir aleatoire )

Pengoperasian Waduk Aktual dengan

Ketidakpastian debit air masa depan(acak ) 

Metode Kontinu Prakiraan Debit air & Metode Diskret Markov)

Q Out Pompa IPA

Manajemen Waduk .

Q In

a ) Lingk unga n T a m punga n:

S maks

Stok Efektif (hidup) (Kedalam Pipa Isap pompa )

S min

Obyektifitas : Pengelolaan waduk menjamin pasokan air di down stream

Konstrain :

1.Hukum kekekalan masa air : St+1 = St + Qin – Qout – E 2.Batasan Volume Tampungan : S min < S < S maks 3.Debit air masukan : Q in ( debit rencana / debit air acak ) 4.Batasan Debit air keluaran : Q Pompa , Turbin 5.Evaporasi permukaan air : E = 1.1 Et Dimana : S : variabel ditetapkan ( Volume waduk ) Q in : variabel acak ,

E : variabel ditetapkan Qout : variabel ditentukan (dikomandokan ) t

: waktu

Instrumen Finansial & Ekonomi Produk utilitas Infrastruktur SDA ( Waduk PLTA)

• $ P Energi Listrik Konstan :Pengusahaan air

waduk ditetapkan intrumen keseimbangan masa Air

• $ P Energi Listrik berubah :Pengusahaan air

waduk ditetapkan Instrumen Dinamic Programming Bellman

PIDATO ILMIAH

Manajemen Waduk Fungsi Utilitas Produk Infrastruktur $ ( Kontan)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tabel 3. Kriteria Desain Alokasi Air Baku Permukaan

3 /s m

Desain Sumber Air Baku

Debit Air

5 1-2 20 Gambar 11. Debit Setengah Bulanan Historik Sungai

Time series

Suksesif

1-7 10-20 15-30

tahun hari tahun (1993-2006)

Kering

hari tahun

hari

Sumber: Modifikasi Kriteria Desain Air Baku MBA PU Cipta Karya oleh Arwin Sabar (1994)

Debit Andalan

Durasi (15 Harian)

Gambar 12. Debit Rencana Kering Setengah Bulanan Pos sungai (1993-2006)

PENGUSAHAAN WADUK AIR

80 Debit input pulai (R-5)

Keandalan air waduk

Q (m 40 cadangan

Time series

Gambar : Debit input air Manajemen waduk Intuitif

Pedoman Pengusahaan Waduk

Sidang Sarjana Teknik Lingkungan, Maret 2009

tasan n 150000000.00

Durasi (Bulan)

Lintasan waduk PU 5 tahun

Gambar 19. Pedoman Lintasan Waduk dengan Debit

Input Qmin Setengah Bulanan PU 5 Tahun

Des Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Lintasan Waduk PU 5 Tahun

Gambar 20. Pedoman Lintasan Waduk dengan Debit Input Qmin Bulanan PU 5 Tahun

Grafik Perbandingan Fluktuasi Debit Hasil Pengukuran-Metoda Mock- Metode Kontinu Regresi Ganda Pos Katulampa

Fluktuasi debit Katulampa

reg ganda

Kalibrasi Debit Bangkitan Model Kontinu dan Debit Historik (1994-2006)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Jan-93 Oct-95

Jul-09 m 150.00 (

Durasi (Bulan) Q 100.00 Qhistorik Qsintetik

Gambar . Kalibrasi Debit Bangkitan Model Kotinu dan 0.00 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04 Debit Historik (1994-2006) 06

Durasi (Bulan)

Gambar . Debit Bulanan Pos Kalibawang S. Progo (1978-2007)

Pembangkitan Data Debit

Bulan Jenis Korelasi

Koefisien

Persamaan

Qt = 56.8 + 0.256P3(t) - 0.094P1(t) - 0.044P7(t) Februari

Qt = 23.006 + 0.499Q(t-1) - 0.033P4(t) - 0.141P5(t) Maret

PPQ'Q

Qt = (-7.812) + 0.677Q(t-1) - 0.085P4(t) + 0.164P5(t) April

PPQ'Q

Qt = (-5.125) + 0.435Q(t-1) + 0.066P4(t) + 0.125P5(t) Mei

PPQ'Q

Qt = 52.442 + 0.101X2(t) + 0.09P4(t) - 0.147P5(t) Juni

PPPQ

Qt = (-1.506) + 0.596Q(t-1) + 0.131P3(t) + 0.186P8(t) Juli

PPQ'Q

Qt = 1.419 + 0.638Q(t-1) + 0.066P3(t) + 0.011P7(t) Agustus

PPQ'Q

Qt = 5.442 + 0.577Q(t-1) + 0.259P2(t) - 0.296P3(t) September

PPQ'Q

Qt = 2.633 + 0.761Q(t-1) + 0.019P1(t) - 0.009P7(t) Oktober

PPQ'Q

Qt = 9.969 + 0.26Q(t-1) + 0.03P4(t) + 0.054P5(t) November

PPQ'Q

Qt = 1.017 + 0.913Q(t-1) - 0.023P3(t) + 0.09P4(t) Desember

Qt = (-9.959) + 0.761Q(t-1) + 0.102P3(t) + 0.072P6(t)

Pengelolaan Waduk Aktual

HASIL DAN ANALISIS

Tabel 8. Pengelolaan Waduk Aktual Pedoman Lintasan Bulanan PU 5 Tahun 1994-1995

Debit Input

Debit Input (m3)

Volume Akhir

Qoutput

Qlimpas

Volume Awal Pedoman Input

Bulan Historik Prediksi

Vol. Aktual

m3

m3/d

m3/d m3

St+1 = St +Qin - Qout

Pengelolaan Optimal Waduk dgn ketidakpastian debit masa depan (1998-2002)

Lintasan Aktual

Lintasan Pedoman

LINGKUNGAN EKONOMI JATILUHUR

• 2 Luas Waduk = 83 km • 3 Kapasitas tampungan = 2.448 Juta m • 3 Kapasitas tampungan efektif = 1.869 Juta m ( 2005) .

• Tinggi muka air maksimum = + 107 m DPL. • Tinggi muka air minimum = + 75 m DPL.

• Tinggi muka air aw al operasi = + 90.71 m DPL .

• Tinggi efektif = + 77 m DPL.

SISTEM KASKADE CITARUM

GRAFIK PENGUSAHAAN

WADUK JATILUHUR

Kurva Distribusi Kumulatif

Q basah

Q normal

Q kering

Matrik Transisi Stokastik Markov Orde Satu Multiklas ( Basah, Normal & kering ) dari Komponen Utama Siklus Hidrologi ( P.Q)

Kondisi Thn Iklin Tahun (t) Kondisi Tahun Depan (t+1)

0 α 01 α 02 α 03 1 P 0N

1 α 10 α 11 α 12 1 P 1N

2 1 P 2N

P NN

P N0

P N1

P N2

P NN

Matrik Transisi Stokastik Markov Multiklas Orde 1 ( Iklim Tahun : Basah ,Normal ,kering )

Matrik Transisi Stokastik Orde 1 - 3 Klas

Kondisi Thn debit (t)

Kondisi Tahun Debit (t+1)

1.0000 P 0N

1.0000 P 1N

1.0000 P 2N

3.0000 P NN

Sumber : Hasil Perhitungan

Model Kontinu Prakiraan Debit Air Ketidakpastian Masa Depan( Avenir Aleatoire)

Dibangun berdasarkan korelasi antara dua variabel acak, yaitu : * Stasiun pengamat hujan (P ) * Stasiun pengamat debit (Q )

 Model dengan nilai koefisien Korelasi (R) terbesar dipilih sebagai model yang paling baik untuk membangun data debit.

Tabel Matrik Koef Korelasi Komponen utama (P,Q) siklus Hidrologi fungsi ruang dan waktu

Nilai

Q t+1 Q t-1

P 2 ρ P2P1

ρ Qt+1 P1 ρ Qt+1 P2 ρ Qt+1 P3 ρ Qt+1 Qt

Q t-1

ρ Qt-1 P1 ρ Qt-1 P2 ρ Qt-1 P3 ρ Qt-1 Qt ρ Qt-1 Qt+1

Catatan : time step waktu bersamaan t( P1,P2, P3 dan Q t)

Korelasi 2 variabel

n ( X − X )( Y i − Y ∑ ) i

i = ρ 0 xy =

ρ xy

= Koefisien korelasi 2 variabel xy

X = nilai Variabel X atau Yke–i

= Simpangan baku variabel X dan Y

n = Jumlah populasi ,bila n<10 maka (n-1)

 (Q1)P

 (Q1)Q

Model 2 Variabel (Biner)

Persamaan Regresi Linier Model Biner :

x 1 =r 2 x 2 + ε

Koefisien Determinasi Dinyatakan sbb :

R= ρ

ε =1–R

Model 3 Variabel (Terner) (Lanjutan)

Koefisien Korelasi Parsiil Dinyatakan sbb

X 2  (Q1)PP

ρ 12 ρ 23  (Q1)QP

X 1  (Q1)QQ 13 3

Model 3 Variabel (Terner)

 Persamaan Regresi Linier Model Terner :

x 1 =r 2 x 2 +r 3 x 3 +ε

 Koefisien Determinasi Dinyatakan sbb :

X 2 ρ 23 X

ρ  (Q1)PPP

 (Q1)QPP  (Q1)QQP

X 1 ρ 14 X 4  (Q1)QQQ

Model 4 Variabel (Kuaterner)

 Persamaan Regresi Linier Model Kuaterner :

x 1 =r 2 x 2 +r 3 x 3 +r 4 x 4 +ε

 Koefisien Determinasi Dinyatakan sbb :

ε =1–R ε=1+r +r +r – 2(r 22 32 42 2 ρ +r 12 ρ + r 13 4 ρ 3 )+ 14

2(r 2 r 3 ρ 23 +r 2 r 4 ρ 24 +r 3 r 4 ρ 34 )

Metodologi

Model 4 Variabel (Lanjutan)

Koefisien Korelasi Parsiil Dinyatakan sbb

Δ2 = ρ12 ( 1- ρ342 ) – ρ13 ( ρ23 – ρ24 ρ34 ) – ρ14 ( ρ24 - ρ23 ρ34 ) Δ3 = ρ13 ( 1- ρ242 ) – ρ12 ( ρ23 – ρ24 ρ34 ) – ρ14 ( ρ34 - ρ23 ρ24 )

Δ4 = ρ14 ( 1- ρ232 ) – ρ12 ( ρ24 – ρ23 ρ34 ) – ρ13 ( ρ34 - ρ23 ρ24 )

INDIKANTOR PEMILIHAN MODEL PEMBANGKIT

Korelasi Spartial komponen Hidrologi

3 Variabel (Terner)

R >>>

MODEL PEMBANGKITAN DEBIT TERPILIH

Model Diskrit CHAIN MARKOV

Konsep CHAIN MARKOV :

 Probabilitas kejadian pada suatu waktu tertentu

bergantung/ditentukan hanya dari kejadian waktu sebelumnya.

 Jika t0 < t1 < … < tn , (n = 0,1,2…) > titik-titik waktu,

maka kumpulan variabel acak {X(tn)} merupakan Proses Markov jika memenuhi kondisi sbb :

Pij = P{X(tn) = j / X(tn-1) = i} > Probabilitas Transisi peluang kejadian j terjadi jika diketahui kejadian i terjadi.

Metodologi

Model Diskrit CHAIN MARKOV

Dat a Debit Bulanan Dist. Normal

Analisis Frekuensi &

Klas 0

Dist. Log-Normal

Dist . Probabilit as

Qkering

Uj i K-S Klas 1

Dist. Gumbel

Klasif ikasi

Qnormal

Debit

Dist. Gamma

Dist. Log-Person III

Kurva Dist ribusi Kumulat if

Debit Ant isipasi

Kurva Distribusi Kumulatif

Q basah

Q normal

Q kering

Matrik Transisi

Kondisi

Jumlah Debit

Kondisi Debit Waktu t n

Keadaan

Waktu t n-1 Debit t n-1

Keadaan =N 0 +N 1 +N 2

N 00 +N 10 +N 20 N 01 +N 11 +N 21 N 02 +N 12 +N 22

Debit t n =N 0 ’+N 1 ’+N 2 ’

Matrik Transisi (Lanjutan)

 Matrik P diatas > matrik transisi homogen atau matrik stokhastik karena semua transisi probabilitas Pij adalah tetap dan independen terhadap waktu.

∑ ij

P ij = 1

P ij =

 Probabilitas Pij harus memenuhi kondisi : untuk seluruh nilai i ; Pij ≥ 0 untuk

seluruh nilai i dan j

Metodologi

Simulasi

Prinsip dasar simulasi: Zt = Xt.Yt

X t = Keadaan debit pada bulan t Y t = Tinggi debit pada bulan t

Untuk menumbuhkan variabilitas debit tahunan dan mengerjakannya sesuai dengan realitas dari fenomena fisik meteorologi, digunakan dua tarikan perbulan yaitu :

 Menentukan keadaan debit pada waktu t dengan menggunakan fungsi distribusi debit air historik.  Menentukan besaran debit air dengan menggunakan matrik stokhastik.

Test Goodness-of-Fit

Chi Kuadrat

Uji Parametrik

Uji Normalitas

Goodnes-of-Fit

K-S

Uji Non-Parametrik

Tidak semua data Debit terdistribusi Normal

Batas Kelas Debit Bulanan DAS Citarum-Saguling (m3/detik)

Debit Basah (2) Januari

Bulan

Debit Kering (0)

Debit Normal (1)

September 0.00 - 15.18 15.19 -

November 0.00 - 83.33 83.34 -

Sumber : Hasil Perhitungan

Debit Rata-Rata Kelas Bulanan DAS Citarum-Saguling (m3/detik)

Bulan

Debit Kering (0)

Debit Normal (1)

Debit Basah (2)

Sumber : Hasil Perhitungan 8.9901

Oktober

Klasifikasi Debit Input Bulanan DAS Citarum-Saguling Tahun 1986 - 2002

Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nov Des 1986

1 0 0 0 1 0 2 0 0 0 0 0 Sumber : Hasil Perhitungan 1998 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1

Matrik Transisi Tiga Kelas Orde Satu Debit Total Das Citarum-Saguling

Matrik Transisi Tiga Kelas Orde Satu (Desember/Januari)

Kondisi Bulan

Kondisi Bulan Januari (t+1)

3.0000 P NN

Sumber : Hasil Perhitungan

Tahun Data Debit Bulanan DAS Citarum-Saguling Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nov Des

1986 1986 – 2002 Hasil Pembangkitan Chain Markov (Uji 137.64 101.80 153.29 215.71 92.48 90.59 70.20 41.97 44.00 82.18 181.55 110.35 1987 Elastisitas) 99.15 101.80 101.36 166.15 92.48 35.26 39.00 8.99 8.99 16.13 45.58 157.01

Sumber : Hasil Perhitungan

Perbandingan Model Pembangkitan Debit Model Kontinu – Model Diskrit Waduk Saguling

 Debit hasil peramalan dengan model kontinu dan model diskrit dapat mengikuti fluktuasi debit historis yang ada.  Elastisitas debit antisipasi terbaik ⇒ Metode Diskrit Chain Markov.  Metode peramalan terpilih ⇒ Pengelolaan Waduk Aktual Matrik

Tabel : Persamaan Regresi Linier Ganda Model Hujan-Debit Heterogen Q(1)PPP

Bulan

Persamaan Regresi Ganda

Januari Q n+1 = -0.2714 P n 3 + 0.6869 P n 6 - 0.4202 P n 10 + 195.5179 Februari

Q n+1 = 0.4285 P n 2 + 0.4338 P n 10 - 0.2653 P n 11 + 21.5284 Maret

Q n+1 = 0.8444 P n 6 - 0.8100 P n 10 + 0.2995 P n 11 + 48.5559 April

Q n+1 = 0.7888 P n 2 - 0.5617 P n 7 - 0.4267 P n 8 + 76.6542 Mei

Q n+1 = -0.5834 P n 6 + 0.5974 P n 8 + 0.7358 P n 9 - 20.0044 Juni

Q n+1 = 1.2112 P n 2 - 0.8824 P n 4 - 0.1693 P n 11 + 11.1823 Juli

Q n+1 = 0.9247 P n 6 + 0.3902 P n 8 - 0.8419 P n 10 + 13.3979 Agustus

Q n+1 = -0.6908 P n 2 + 0.6469 P n 5 + 0.9290 P n 11 + 8.8445 September Q n+1 = -1.2519 P n 3 + 0.9167 P n 5 + 0.9589 P n 11 - 10.1159 Oktober

Q n+1 = 0.4996 P n 3 - 0.3895 P n 4 + 0.8626 P n 7 - 8.2072 November

Q n+1 = -0.4947 P n 3 + 0.9778 P n 6 - 0.6167 P n 9 + 115.4179 Desember

Q n+1 = 0.9712 P n 2 + 0.2627 P n 5 - 1.0085 P n 6 + 103.8751 Sumber : Hasil Perhitungan

Keterangan : P1 = Cicalengka, P2 = Paseh, P3 = Chinchona, P4 = Ciparay,

P5 = Ujung Berung P6 = Bandung,

P9 = Sukawana, P10 = Saguling Dam P11 = Cisondari

P7 = Cililin, P8 = Montaya,