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,