Analisis Pemanfaatan Air Tanah Untuk Keperluan Air Irigasi di Kawasan Desa Huta Parik Kecamatan Ujung Padang Kabupaten Simalungun
ANALISIS PEMANFAATAN AIR TANAH UNTUK KEPERLUAN AIR
IRIGASI DI KAWASAN DESA HUTA PARIK KECAMATAN UJUNG
PADANG KABUPATEN SIMALUNGUN
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas
dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara
Disusun Oleh :
SYAMSUL BAHRI
10 0404 020
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Kebutuhan akan sumber daya air pada saat ini cenderung meningkat
seiring dengan bertambahnya jumlah penduduk sehingga
terjadi
ketidakseimbangan dalam memenuhi kebutuhan di sektor pertanian. Air tanah
adalah salah satu sumber mata air yang digunakan untuk air irigasi di sejumlah
lahan pertanian di sekitar wilayah tersebut.
Lokasi studi penelitian berada di Kawasan Desa Huta Parik Kecamatan
Ujung Padang Kabupaten Simalungun. Data yang digunakan adalah data primer
dan data sekunder kemudian dianalisis dengan analisis hidrologi dan analisis
hidrolika.
Pengukuran di lapangan yang dilakukan adalah pengukuran debit air
tanah. Pengukuran dilakukan menggunakan data sumur yang telah dikumpulkan
yaitu data permeabilitas, data pemompaan dan penurunan muka air tanah.
Menghitung besarnya kebutuhan air irigasi dengan menggunakan metode analisa
kebutuhan air irigasi dan metode Neraca air, dari hasil analisis didapat besarnya
kebutuhan air irigasi yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan air irigasi Huta
Parik.
Berdasarkan penelitian ini wilayah potensi air tanah Desa Huta Parik
Kecamatan Ujung Padang memiliki potensi air tanah sedang pada akuifer dangkal
dan tinggi pada akuifer dalam. Sistem akuifer didaerah Simalungun
dikelompokkan menjadi akuifer dangkal (akuifer bebas) dan akuifer dalam
(akuifer tertekan), namun pada daerah Huta Parik termasuk kedalam jenis sistem
akuifer bebas (unconfined akuifer). Akuifer dangkal terdapat pada kedalaman
antara 3,0 - 45,0 mbmt dengan ketebalan akuifer yang tidak merata di semua
tempat, umumnya kurang dari 15,0 m. Tercatat MAT berkisar antara 3,0 - 10
mbmt. Berdasarkan perhitungan melalui data pemompaan dan penurunan muka
air tanah debit optimal air tanah yang didapat yaitu sebesar 0,005 m3/s, sedangkan
debit maksimumnya 0,0136 m3/s. Berdasarkan metode Neraca air, curah hujan
rata-rata tahunan yang berlangsung didaerah penyelidikan sebesar 2988,85
mm/tahun kemudian air hujan yang masuk kedalam tanah sebesar 670,45
mm/tahun atau 22,43% dari jumlah curah hujan rata-rata tahunan. Dengan
demikian air yang masuk kedalam tanah dengan luas 0,3425 km2 diperkirakan
sekitar 0,229 juta m3/tahun. Jadi dapat disimpulkan bahwa debit yang keluar
masih dapat mencukupi untuk keperluan air irigasi Huta Parik yaitu rata-rata
sebesar 0,0243 m3/s maupun untuk keperluan air penduduk setempat. Petani di
Desa Huta Parik memilih Alternatif-2 dimana masa tanam dimulai awal Desember
berdasarkan turun temurun dengan kebutuhan air sebesar 0,0219 m3/det. Dari
hasil penelitian juga didapat bahwa kondisi dan klasifikasi sumur didaerah Huta
Parik saat ini kurang diperhatikan sehingga efektifitas air tanah yang keluar
kurang efektif, hal ini terlihat dari kondisi sumur dan bak penampungan air yang
tidak terawat. Namun demikian jumlah air tanah yang dihasilkan sampai saat ini
masih dapat mencukupi kawasan irigasi Huta Parik yang luasnya sebesar 34,25
ha.
Kata kunci: Analisa, Debit air tanah, Kebutuhan air, Akuifer, Efektifitas, Huta
Parik.
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dipanjatkan atas khadirat Allah SWT yang telah melimpahkan
rahmat dan karunia-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan
studi pada Program Studi Strata Satu (S1) Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir yang digunakan adalah :
“Analisis Pemanfaatan Air Tanah Untuk Keperluan Air Irigasi Di Kawasan Desa
Huta Parik Kecamatan Ujung Padang Kabupaten Simalungun”.
Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas
dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis
ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa
pihak yang berperan penting yaitu :
1. Orangtua tercinta, Ayahanda Ramli yang merupakan motivator penulis dan
ibunda Mawarti yang selalu memberi kasih sayangnya serta adik penulis Ayu
Handayani Sadzah yang telah memberi doa, motivasi, dan semangat.
2. Bapak Ir. Makmur Ginting, M.Sc
selaku dosen pembimbing, yang telah
banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, nasehat yang
selalu mendidik, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam
membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Ibu Ir. Seri Maulina, M.Si. P.hD selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara.
ii
Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak Ir. Alferido Malik dan Bapak Ivan Indrawan ST,MT selaku Dosen
Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap
Tugas Akhir ini.
7. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc, selaku kordinator tugas akhir sub jurusan Teknik
Sumber daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara, yang telah memberikan izin dalam mewujudkan Tugas Akhir
ini.
8. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar serta pegawai Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
9. Untuk BMKG Sampali-Medan yang telah memberikan sambutan yang baik
dan mempermudah semua urusan yang berkenaan dengan penyelesaian Tugas
Akhir ini.
10. Untuk Nurhamimah Daulay yang selalu membantu,
menasehati
menyemangati,
dan saling mendukung serta sahabat-sahabat saya yang
menemani, melewati suka dan duka selama kuliah.
11. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2010, Azis, Tria, Agave, Lamhot, Iqbal,
Ijep, Dice, serta teman-teman angkatan 2010 yang tidak disebutkan
seluruhnya, terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.
iii
Universitas Sumatera Utara
Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam
mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat
diselesaikan dengan baik.
Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki, maka penulis
menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu,
segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan untuk
penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir
ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan,
September 2016
Penulis,
Syamsul Bahri
10 0404 020
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Daftar
Halaman
ABSTRAK ......................................................................................................... i
KATA PENGANTAR....................................................................................... ii
DAFTAR ISI ..................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. x
DAFTAR NOTASI ........................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang ................................................................................ 1
1.2. Perumusan Masalah......................................................................... 2
1.3. Pembatasan Masalah ....................................................................... 3
1.4. Tujuan ............................................................................................. 3
1.5. Manfaat .......................................................................................... 3
1.6. Metode Penelitian ........................................................................... 4
1.6.1. Study Literatur....................................................................... 4
1.6.2. Survey dan Pengumpulan Data ............................................ 4
1.7. Sistematika Penulisan ..................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...................................................................... 6
2.1. Siklus Hidrologi ............................................................................. 6
2.2. Hidrologi air Tanah ........................................................................ 8
2.2.1. Daur Hidrologi ....................................................................... 8
2.2.2. Daur tertutup ........................................................................ 8
2.3. Air Bawah Tanah ............................................................................ 11
2.3.1. Kejadian Air Tanah ................................................................ 11
2.3.2. Recharge dan Discharge Antara Air Tanah dan Sungai ........ 14
2.3.3. Aquifer .................................................................................. 19
2.3.4. Aquifer-aquifer Artesis ......................................................... 23
v
Universitas Sumatera Utara
2.4. Permeabilitas .................................................................................... 24
2.5. Sungai............................................................................................... 30
2.6. Daerah Aliran Sungai ....................................................................... 31
2.7. Kapasitas Jenis Sumur .................................................................... 33
2.7.1. Penurunan Muka Air Di Sumur Akibat Pemompaan ............ 35
2.7.2. Besarnya Total Penurunann Muka Air di Sumur ................. 35
2.7.3. Debit Sumur Pompa .............................................................. 37
2.8. Analisa Hidrologi ............................................................................ 38
2.8.1. Curah Hujan .......................................................................... 38
2.8.2. Curah Hujan Efektif .............................................................. 42
2.8.3. Kebutuhan Air Sawah ........................................................... 43
2.9. Analisa Kebutuhan Air Untuk Irigasi.............................................. 44
2.9.1. Efisiensi Irigasi ...................................................................... 45
2.10. Eksplorasi Air Tanah..................................................................... 46
2.11. Eksploitasi dan Pembangunan Kelengkapan Sarana Pemanfaatan Air
tanah ................................................................................................. 48
2.12. Komponen Sarana Prasarana Irigasi Air Tanah ............................. 49
BAB III DESKRIPSI LOKASI PENELITIAN ............................................ 50
3.1. Data Curah Hujan ....................................................................... 50
3.2. Gambaran Umum Lokasi Penelitian............................................ 51
3.3. Letak Geografis ........................................................................... 51
3.4. Kondisi Geologi .......................................................................... 55
3.4.1. Tanah Vulkanis (Toba Tuff) ............................................. 59
3.5. Kondisi Topografi ...................................................................... 63
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 64
4.1. Desain penelitian ......................................................................... 64
4.2. Metode Pengumpulan Data ......................................................... 65
4.2.1. Pemakaian Air Irigasi ....................................................... 65
vi
Universitas Sumatera Utara
4.3. Metode Analisis dan Pengolahan Data........................................ 65
4.3.1. Analisis Hidrologi ............................................................ 65
4.3.2. Pengolahahn Data Curah Hujan ....................................... 66
4.3.3. Pengolahan Data klimatologi ........................................... 66
4.4. Analisa Pemakaian Air dengan Ketersediaan Air ...................... 67
4.5. Diagram Alir Kegiatan ............................................................... 68
BAB V ANALISA DAN PEMBAHASAN...................................................... 69
5.1. Analisa Hidrologi ....................................................................... 69
5.1.1. Perhitungan Curah Hujan .................................................... 69
5.1.2. Curah Hujan Efektif ............................................................ 71
5.1.3. Evapotranspirasi................................................................... 74
5.1.4. Air Permukaan ..................................................................... 75
5.1.5. Neraca Air (Water Balance) ................................................ 76
5.2. Kebutuhan Air Irigasi ................................................................. 78
5.3. Konfigurasi Sistem Akuifer ........................................................ 92
5.3.1. Sistem Akuifer Dangkal....................................................... 93
5.3.2. Sistem Air Tanah ................................................................. 95
5.3.3. Potensi Air Tanah ................................................................ 96
5.3.4. Uji Permeabilitas di Lapangan............................................. 96
5.3.5. Kondisi dan Klasifikasi Sumur ........................................... 99
5.3.6. Debit Optimum Yang Dapat Dieksploitasi Dari Sumur
Pompa ................................................................................. 102
5.3.7.Pemompaan Dari Satu Sumur Pada Akuifer Bebas.............. 105
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 108
6.1. Kesimpulan .................................................................................. 108
6.2. Saran ............................................................................................ 109
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Siklus Hidrologi ................................................................................................. 7
Gambar 2.2. Prinsip Perencanaan Debit Pada Constant Area Method ................................... 12
Gambar 2.3. Prinsip Perencanaan Pada Constant Discharge Method .................................... 13
Gambar 2.4. Sketsa Daerah Tangkapan dan Daerah Pelepasan Pada Suatu Daerah Aliran .. 15
Gambar 2.5. Sketsa Recharge Antara Air Tanah dan Sungai ................................................. 17
Gambar 2.6. Sketsa Lajur Air Tanah ...................................................................................... 18
Gambar 2.7. Sketsa Mata Air Di Tempat Tinggi .................................................................... 19
Gambar 2.8. Confined aquifer dan Unconfined aquifer ......................................................... 21
Gambar 2.9. Akuifer Terangkat (Perched Aquifer) ................................................................ 22
Gambar 2.10. Valley Aquifer Pada Aliran Humid dan Arid .................................................. 22
Gambar 2.11. Drawdown Selama Pemompaan ...................................................................... 34
Gambar 2.12. Grafik Untuk Mencari Qoptimum ......................................................................... 38
Gambar 3.1. Infiltrasi Kecil Perkolasi Besar .......................................................................... 56
Gambar 3.2. Infiltrasi Besar Perkolasi Kecil .......................................................................... 56
Gambar 3.3. Hubungan Antara Infiltrasi dengan Aliran Permukaan dan Curah Hujan ......... 57
Gambar 3.4. Penampang Tahanan Jenis Batuan ..................................................................... 60
Gambar 4.1. Diagram Aliran Kegiatan ................................................................................... 68
Gambar 5.1. Penampang Litelogi Akuifer ............................................................................. 93
Gambar 5.2. Penampang Litelogi dan Indeks Lintasan Litelogi Akuifer ............................... 94
Gambar 5.3. Diagram Pagar dan Indeks Lokasi ..................................................................... 95
Gambar 5.4.Skema Percobaan Penentuan Permeabilitas......................................................... 98
Gambar 5.5. Hubungan Antara Sw/Q dengan Q ..................................................................... 101
Gambar 5.6. Grafik Untuk Menentukan Debit Optimum Sumur ........................................... 104
Gambar 5.7. Aliran Tunak Pada Akuifer Bebas ...................................................................... 105
viii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 5.8. Grafik Curah Hujan dan Grafik Hubungan antara Ketersediaan Air
dan Kebutuhan Air Irigasi ................................................................................. 107
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
Tabel 2.1. Tabel Nilai C Menurut Walton ......................................................... 36
Tabel 2.2. Tabel Fd Menurut Bierschenk ........................................................... 37
Tabel 3.1. Proporsi Wilayah Kecamatan Menurut Penggunaan Lahan Tahun
2010 (%) .......................................................................................... 63
Tabel 5.1. Curah Hujan Regional ....................................................................... 70
Tabel 5.2. Rangking Curah Hujan Efektif .......................................................... 72
Tabel 5.3. Curah Hujan Efektif untuk Tanaman Padi ........................................ 74
Tabel 5.4. Rekapitulasi Perhitungan Evapotranspirasi Potensial (mm/hari) ...... 75
Tabel 5.5. Perhitungan Neraca Air Bulanan ...................................................... 78
Tabel 5.6. Perhitungan Neraca Air Tahunan ..................................................... 78
Tabel 5.7. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 1 .......................... 79
Tabel 5.8. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 2 .......................... 80
Tabel 5.9. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 3 .......................... 81
Tabel 5.10. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 4 ........................ 82
Tabel 5.11. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 5 ........................ 83
Tabel 5.12. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 6 ........................ 84
Tabel 5.13. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 7 ........................ 85
Tabel 5.14. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 8 ........................ 86
Tabel 5.15. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 9 ........................ 87
Tabel 5.16. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 10 ...................... 88
Tabel 5.17. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 11 ...................... 89
Tabel 5.18. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 12 ...................... 90
Tabel 5.19. Kebutuhan Air Irigasi dengan 12 Alternatif .................................. 91
x
Universitas Sumatera Utara
Tabel 5.20. Rata-rata Kebutuhan Air Irigasi Tiap Bulan berdasarkan 12
Alternatif ........................................................................................ 92
Tabel 5.21. Data Untuk Menentukan Nilai Permeabilitas ................................ 98
Tabel 5.22. Data Pemompaan dan Penurunan Muka Air Tanah ....................... 99
Tabel 5.23. Kondisi Sumur Berdasarkan Harga koefisien C ............................. 102
Tabel 5.24. Klasifikasi Sumur Berdasarkan Faktor bentuk (Fd) ....................... 102
Tabel 5.25. Data pemompaan Dan Penurunan MAT ......................................... 103
Tabel 5.26. Tabel Hubungan Antara Ketersediaan Air dan Kebutuhan Air
Irigasi 34,25 Ha dengan pola Tanam Padi-padi-Palawija Mulai Awal
Bulan Desember ............................................................................ 106
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Notasi
A
= luas areal rencana irigasi (ha)
AET
= Evapotranspirasi aktual
A1,A2,…,An = Aliran Dasar (m3/dtk/km)
B
= Lebar Sungai
BF
= Aliran dasar
e
= efisiensi irigasi secara keseluruhan
Ea
= evapotranspirasi aktual (mm)
Ec
= efisiensi irigasi
Ee
= Evapotranspirasi terbatas
Eo
= evaporasi air terbuka (mm/hari)
ET
= Evapotranspirasi
ETc
= penggunaan konsumtif (mm/hari)
ETo
= evapotranspirasi potensial (mm)
G
= Volume air tanah
H
= Tinggi muka air
HE
= Hujan efektif
i
= faktor infiltrasi
I
= Kemiringan dasar saluran
IA
= Tingkat efektifitas
IR
= kebutuhan air irigasi untuk pengolahan tanah (mm/hari)
I1,I2,...In
= garis isohyet ke 1,2, dan 3
xi
Universitas Sumatera Utara
k
= Faktor resesi air tanah
K
= konstanta
KA
= Kehilangan Air
KAI
= Kebutuhan Air Irigasi
KAT
= Kontribusi Air Tanah
KK
= Kebutuhan Khusus
KL
= Koefisien evapotranspirasi
Kc
= Koefisien tanaman
L
= Penyimpanan volume air tanah
M
= kebutuhan air untuk mengganti kehilangan air akibat evaporasi
dan perkolasi di sawah yang telah di jenuhkan
n
= Jumlah Stasiun Pengamat
n
= Koefisien kekasaran Manning
N
= Jumlah data
NFR
= kebutuhan air irigasi di sawah (lt/det/Ha)
P
= Curah Hujan Wilayah
P
= Perkolasi (mm/hari)
P1,P2,…,Pn = hujan di stasiun 1,2,3...n
PAI
= Pemberian Air Irigasi
P1
= Parameter yang menggambarkan karakteristik tanah
permukaan
P2
= Parameter seperti P1 tetapi untuk lapisan tanah dalam
PET
= Evapotranspirasi potensial
PF
= Limpasan badai
xii
Universitas Sumatera Utara
Q
= Debit
QRO
= Debit total
R
= Area Rainfall (mm)
R1, R2,.,Rn.
= Point Rain Fall Stasiun Ke-i
R
= curah hujan minimum pada tengah bulanan
R
= Jari-jari hidrolik
Rb
= Curah hujan bulanan
Re
= curah hujan per hari (mm/hari)
Reff
= Curah hujan efektif
S
= Perubahan tampungan
SS
= Kandungan air tanah
T
= jangka waktu penyiapan lahan (hari)
Tro
= Total limpasan
V
= Kecepatan aliran
V1
= Kecepatan pembacaan ke-1
V2
= Kecepatan pembacaan ke-2
V3
= Kecepatan pembacaan ke-3
VR
= Kecepatan rata-rata
Vn
= Total volume aliran dalam tanah
Wi
= Rasio tampungan tanah
Wo
= Tampungan kelengasan awal
WLR
= penggantian lapisan air (mm/hari)
WS
= Kelebihan air
xiii
Universitas Sumatera Utara
IRIGASI DI KAWASAN DESA HUTA PARIK KECAMATAN UJUNG
PADANG KABUPATEN SIMALUNGUN
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas
dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara
Disusun Oleh :
SYAMSUL BAHRI
10 0404 020
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Kebutuhan akan sumber daya air pada saat ini cenderung meningkat
seiring dengan bertambahnya jumlah penduduk sehingga
terjadi
ketidakseimbangan dalam memenuhi kebutuhan di sektor pertanian. Air tanah
adalah salah satu sumber mata air yang digunakan untuk air irigasi di sejumlah
lahan pertanian di sekitar wilayah tersebut.
Lokasi studi penelitian berada di Kawasan Desa Huta Parik Kecamatan
Ujung Padang Kabupaten Simalungun. Data yang digunakan adalah data primer
dan data sekunder kemudian dianalisis dengan analisis hidrologi dan analisis
hidrolika.
Pengukuran di lapangan yang dilakukan adalah pengukuran debit air
tanah. Pengukuran dilakukan menggunakan data sumur yang telah dikumpulkan
yaitu data permeabilitas, data pemompaan dan penurunan muka air tanah.
Menghitung besarnya kebutuhan air irigasi dengan menggunakan metode analisa
kebutuhan air irigasi dan metode Neraca air, dari hasil analisis didapat besarnya
kebutuhan air irigasi yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan air irigasi Huta
Parik.
Berdasarkan penelitian ini wilayah potensi air tanah Desa Huta Parik
Kecamatan Ujung Padang memiliki potensi air tanah sedang pada akuifer dangkal
dan tinggi pada akuifer dalam. Sistem akuifer didaerah Simalungun
dikelompokkan menjadi akuifer dangkal (akuifer bebas) dan akuifer dalam
(akuifer tertekan), namun pada daerah Huta Parik termasuk kedalam jenis sistem
akuifer bebas (unconfined akuifer). Akuifer dangkal terdapat pada kedalaman
antara 3,0 - 45,0 mbmt dengan ketebalan akuifer yang tidak merata di semua
tempat, umumnya kurang dari 15,0 m. Tercatat MAT berkisar antara 3,0 - 10
mbmt. Berdasarkan perhitungan melalui data pemompaan dan penurunan muka
air tanah debit optimal air tanah yang didapat yaitu sebesar 0,005 m3/s, sedangkan
debit maksimumnya 0,0136 m3/s. Berdasarkan metode Neraca air, curah hujan
rata-rata tahunan yang berlangsung didaerah penyelidikan sebesar 2988,85
mm/tahun kemudian air hujan yang masuk kedalam tanah sebesar 670,45
mm/tahun atau 22,43% dari jumlah curah hujan rata-rata tahunan. Dengan
demikian air yang masuk kedalam tanah dengan luas 0,3425 km2 diperkirakan
sekitar 0,229 juta m3/tahun. Jadi dapat disimpulkan bahwa debit yang keluar
masih dapat mencukupi untuk keperluan air irigasi Huta Parik yaitu rata-rata
sebesar 0,0243 m3/s maupun untuk keperluan air penduduk setempat. Petani di
Desa Huta Parik memilih Alternatif-2 dimana masa tanam dimulai awal Desember
berdasarkan turun temurun dengan kebutuhan air sebesar 0,0219 m3/det. Dari
hasil penelitian juga didapat bahwa kondisi dan klasifikasi sumur didaerah Huta
Parik saat ini kurang diperhatikan sehingga efektifitas air tanah yang keluar
kurang efektif, hal ini terlihat dari kondisi sumur dan bak penampungan air yang
tidak terawat. Namun demikian jumlah air tanah yang dihasilkan sampai saat ini
masih dapat mencukupi kawasan irigasi Huta Parik yang luasnya sebesar 34,25
ha.
Kata kunci: Analisa, Debit air tanah, Kebutuhan air, Akuifer, Efektifitas, Huta
Parik.
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dipanjatkan atas khadirat Allah SWT yang telah melimpahkan
rahmat dan karunia-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan
studi pada Program Studi Strata Satu (S1) Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir yang digunakan adalah :
“Analisis Pemanfaatan Air Tanah Untuk Keperluan Air Irigasi Di Kawasan Desa
Huta Parik Kecamatan Ujung Padang Kabupaten Simalungun”.
Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas
dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis
ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa
pihak yang berperan penting yaitu :
1. Orangtua tercinta, Ayahanda Ramli yang merupakan motivator penulis dan
ibunda Mawarti yang selalu memberi kasih sayangnya serta adik penulis Ayu
Handayani Sadzah yang telah memberi doa, motivasi, dan semangat.
2. Bapak Ir. Makmur Ginting, M.Sc
selaku dosen pembimbing, yang telah
banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, nasehat yang
selalu mendidik, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam
membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Ibu Ir. Seri Maulina, M.Si. P.hD selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara.
ii
Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak Ir. Alferido Malik dan Bapak Ivan Indrawan ST,MT selaku Dosen
Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap
Tugas Akhir ini.
7. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc, selaku kordinator tugas akhir sub jurusan Teknik
Sumber daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara, yang telah memberikan izin dalam mewujudkan Tugas Akhir
ini.
8. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar serta pegawai Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
9. Untuk BMKG Sampali-Medan yang telah memberikan sambutan yang baik
dan mempermudah semua urusan yang berkenaan dengan penyelesaian Tugas
Akhir ini.
10. Untuk Nurhamimah Daulay yang selalu membantu,
menasehati
menyemangati,
dan saling mendukung serta sahabat-sahabat saya yang
menemani, melewati suka dan duka selama kuliah.
11. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2010, Azis, Tria, Agave, Lamhot, Iqbal,
Ijep, Dice, serta teman-teman angkatan 2010 yang tidak disebutkan
seluruhnya, terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.
iii
Universitas Sumatera Utara
Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam
mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat
diselesaikan dengan baik.
Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki, maka penulis
menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu,
segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan untuk
penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir
ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan,
September 2016
Penulis,
Syamsul Bahri
10 0404 020
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Daftar
Halaman
ABSTRAK ......................................................................................................... i
KATA PENGANTAR....................................................................................... ii
DAFTAR ISI ..................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. x
DAFTAR NOTASI ........................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang ................................................................................ 1
1.2. Perumusan Masalah......................................................................... 2
1.3. Pembatasan Masalah ....................................................................... 3
1.4. Tujuan ............................................................................................. 3
1.5. Manfaat .......................................................................................... 3
1.6. Metode Penelitian ........................................................................... 4
1.6.1. Study Literatur....................................................................... 4
1.6.2. Survey dan Pengumpulan Data ............................................ 4
1.7. Sistematika Penulisan ..................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...................................................................... 6
2.1. Siklus Hidrologi ............................................................................. 6
2.2. Hidrologi air Tanah ........................................................................ 8
2.2.1. Daur Hidrologi ....................................................................... 8
2.2.2. Daur tertutup ........................................................................ 8
2.3. Air Bawah Tanah ............................................................................ 11
2.3.1. Kejadian Air Tanah ................................................................ 11
2.3.2. Recharge dan Discharge Antara Air Tanah dan Sungai ........ 14
2.3.3. Aquifer .................................................................................. 19
2.3.4. Aquifer-aquifer Artesis ......................................................... 23
v
Universitas Sumatera Utara
2.4. Permeabilitas .................................................................................... 24
2.5. Sungai............................................................................................... 30
2.6. Daerah Aliran Sungai ....................................................................... 31
2.7. Kapasitas Jenis Sumur .................................................................... 33
2.7.1. Penurunan Muka Air Di Sumur Akibat Pemompaan ............ 35
2.7.2. Besarnya Total Penurunann Muka Air di Sumur ................. 35
2.7.3. Debit Sumur Pompa .............................................................. 37
2.8. Analisa Hidrologi ............................................................................ 38
2.8.1. Curah Hujan .......................................................................... 38
2.8.2. Curah Hujan Efektif .............................................................. 42
2.8.3. Kebutuhan Air Sawah ........................................................... 43
2.9. Analisa Kebutuhan Air Untuk Irigasi.............................................. 44
2.9.1. Efisiensi Irigasi ...................................................................... 45
2.10. Eksplorasi Air Tanah..................................................................... 46
2.11. Eksploitasi dan Pembangunan Kelengkapan Sarana Pemanfaatan Air
tanah ................................................................................................. 48
2.12. Komponen Sarana Prasarana Irigasi Air Tanah ............................. 49
BAB III DESKRIPSI LOKASI PENELITIAN ............................................ 50
3.1. Data Curah Hujan ....................................................................... 50
3.2. Gambaran Umum Lokasi Penelitian............................................ 51
3.3. Letak Geografis ........................................................................... 51
3.4. Kondisi Geologi .......................................................................... 55
3.4.1. Tanah Vulkanis (Toba Tuff) ............................................. 59
3.5. Kondisi Topografi ...................................................................... 63
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 64
4.1. Desain penelitian ......................................................................... 64
4.2. Metode Pengumpulan Data ......................................................... 65
4.2.1. Pemakaian Air Irigasi ....................................................... 65
vi
Universitas Sumatera Utara
4.3. Metode Analisis dan Pengolahan Data........................................ 65
4.3.1. Analisis Hidrologi ............................................................ 65
4.3.2. Pengolahahn Data Curah Hujan ....................................... 66
4.3.3. Pengolahan Data klimatologi ........................................... 66
4.4. Analisa Pemakaian Air dengan Ketersediaan Air ...................... 67
4.5. Diagram Alir Kegiatan ............................................................... 68
BAB V ANALISA DAN PEMBAHASAN...................................................... 69
5.1. Analisa Hidrologi ....................................................................... 69
5.1.1. Perhitungan Curah Hujan .................................................... 69
5.1.2. Curah Hujan Efektif ............................................................ 71
5.1.3. Evapotranspirasi................................................................... 74
5.1.4. Air Permukaan ..................................................................... 75
5.1.5. Neraca Air (Water Balance) ................................................ 76
5.2. Kebutuhan Air Irigasi ................................................................. 78
5.3. Konfigurasi Sistem Akuifer ........................................................ 92
5.3.1. Sistem Akuifer Dangkal....................................................... 93
5.3.2. Sistem Air Tanah ................................................................. 95
5.3.3. Potensi Air Tanah ................................................................ 96
5.3.4. Uji Permeabilitas di Lapangan............................................. 96
5.3.5. Kondisi dan Klasifikasi Sumur ........................................... 99
5.3.6. Debit Optimum Yang Dapat Dieksploitasi Dari Sumur
Pompa ................................................................................. 102
5.3.7.Pemompaan Dari Satu Sumur Pada Akuifer Bebas.............. 105
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 108
6.1. Kesimpulan .................................................................................. 108
6.2. Saran ............................................................................................ 109
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Siklus Hidrologi ................................................................................................. 7
Gambar 2.2. Prinsip Perencanaan Debit Pada Constant Area Method ................................... 12
Gambar 2.3. Prinsip Perencanaan Pada Constant Discharge Method .................................... 13
Gambar 2.4. Sketsa Daerah Tangkapan dan Daerah Pelepasan Pada Suatu Daerah Aliran .. 15
Gambar 2.5. Sketsa Recharge Antara Air Tanah dan Sungai ................................................. 17
Gambar 2.6. Sketsa Lajur Air Tanah ...................................................................................... 18
Gambar 2.7. Sketsa Mata Air Di Tempat Tinggi .................................................................... 19
Gambar 2.8. Confined aquifer dan Unconfined aquifer ......................................................... 21
Gambar 2.9. Akuifer Terangkat (Perched Aquifer) ................................................................ 22
Gambar 2.10. Valley Aquifer Pada Aliran Humid dan Arid .................................................. 22
Gambar 2.11. Drawdown Selama Pemompaan ...................................................................... 34
Gambar 2.12. Grafik Untuk Mencari Qoptimum ......................................................................... 38
Gambar 3.1. Infiltrasi Kecil Perkolasi Besar .......................................................................... 56
Gambar 3.2. Infiltrasi Besar Perkolasi Kecil .......................................................................... 56
Gambar 3.3. Hubungan Antara Infiltrasi dengan Aliran Permukaan dan Curah Hujan ......... 57
Gambar 3.4. Penampang Tahanan Jenis Batuan ..................................................................... 60
Gambar 4.1. Diagram Aliran Kegiatan ................................................................................... 68
Gambar 5.1. Penampang Litelogi Akuifer ............................................................................. 93
Gambar 5.2. Penampang Litelogi dan Indeks Lintasan Litelogi Akuifer ............................... 94
Gambar 5.3. Diagram Pagar dan Indeks Lokasi ..................................................................... 95
Gambar 5.4.Skema Percobaan Penentuan Permeabilitas......................................................... 98
Gambar 5.5. Hubungan Antara Sw/Q dengan Q ..................................................................... 101
Gambar 5.6. Grafik Untuk Menentukan Debit Optimum Sumur ........................................... 104
Gambar 5.7. Aliran Tunak Pada Akuifer Bebas ...................................................................... 105
viii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 5.8. Grafik Curah Hujan dan Grafik Hubungan antara Ketersediaan Air
dan Kebutuhan Air Irigasi ................................................................................. 107
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
Tabel 2.1. Tabel Nilai C Menurut Walton ......................................................... 36
Tabel 2.2. Tabel Fd Menurut Bierschenk ........................................................... 37
Tabel 3.1. Proporsi Wilayah Kecamatan Menurut Penggunaan Lahan Tahun
2010 (%) .......................................................................................... 63
Tabel 5.1. Curah Hujan Regional ....................................................................... 70
Tabel 5.2. Rangking Curah Hujan Efektif .......................................................... 72
Tabel 5.3. Curah Hujan Efektif untuk Tanaman Padi ........................................ 74
Tabel 5.4. Rekapitulasi Perhitungan Evapotranspirasi Potensial (mm/hari) ...... 75
Tabel 5.5. Perhitungan Neraca Air Bulanan ...................................................... 78
Tabel 5.6. Perhitungan Neraca Air Tahunan ..................................................... 78
Tabel 5.7. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 1 .......................... 79
Tabel 5.8. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 2 .......................... 80
Tabel 5.9. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 3 .......................... 81
Tabel 5.10. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 4 ........................ 82
Tabel 5.11. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 5 ........................ 83
Tabel 5.12. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 6 ........................ 84
Tabel 5.13. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 7 ........................ 85
Tabel 5.14. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 8 ........................ 86
Tabel 5.15. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 9 ........................ 87
Tabel 5.16. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 10 ...................... 88
Tabel 5.17. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 11 ...................... 89
Tabel 5.18. Analisa Kebutuhan Air Irigasi untuk Alternatif – 12 ...................... 90
Tabel 5.19. Kebutuhan Air Irigasi dengan 12 Alternatif .................................. 91
x
Universitas Sumatera Utara
Tabel 5.20. Rata-rata Kebutuhan Air Irigasi Tiap Bulan berdasarkan 12
Alternatif ........................................................................................ 92
Tabel 5.21. Data Untuk Menentukan Nilai Permeabilitas ................................ 98
Tabel 5.22. Data Pemompaan dan Penurunan Muka Air Tanah ....................... 99
Tabel 5.23. Kondisi Sumur Berdasarkan Harga koefisien C ............................. 102
Tabel 5.24. Klasifikasi Sumur Berdasarkan Faktor bentuk (Fd) ....................... 102
Tabel 5.25. Data pemompaan Dan Penurunan MAT ......................................... 103
Tabel 5.26. Tabel Hubungan Antara Ketersediaan Air dan Kebutuhan Air
Irigasi 34,25 Ha dengan pola Tanam Padi-padi-Palawija Mulai Awal
Bulan Desember ............................................................................ 106
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Notasi
A
= luas areal rencana irigasi (ha)
AET
= Evapotranspirasi aktual
A1,A2,…,An = Aliran Dasar (m3/dtk/km)
B
= Lebar Sungai
BF
= Aliran dasar
e
= efisiensi irigasi secara keseluruhan
Ea
= evapotranspirasi aktual (mm)
Ec
= efisiensi irigasi
Ee
= Evapotranspirasi terbatas
Eo
= evaporasi air terbuka (mm/hari)
ET
= Evapotranspirasi
ETc
= penggunaan konsumtif (mm/hari)
ETo
= evapotranspirasi potensial (mm)
G
= Volume air tanah
H
= Tinggi muka air
HE
= Hujan efektif
i
= faktor infiltrasi
I
= Kemiringan dasar saluran
IA
= Tingkat efektifitas
IR
= kebutuhan air irigasi untuk pengolahan tanah (mm/hari)
I1,I2,...In
= garis isohyet ke 1,2, dan 3
xi
Universitas Sumatera Utara
k
= Faktor resesi air tanah
K
= konstanta
KA
= Kehilangan Air
KAI
= Kebutuhan Air Irigasi
KAT
= Kontribusi Air Tanah
KK
= Kebutuhan Khusus
KL
= Koefisien evapotranspirasi
Kc
= Koefisien tanaman
L
= Penyimpanan volume air tanah
M
= kebutuhan air untuk mengganti kehilangan air akibat evaporasi
dan perkolasi di sawah yang telah di jenuhkan
n
= Jumlah Stasiun Pengamat
n
= Koefisien kekasaran Manning
N
= Jumlah data
NFR
= kebutuhan air irigasi di sawah (lt/det/Ha)
P
= Curah Hujan Wilayah
P
= Perkolasi (mm/hari)
P1,P2,…,Pn = hujan di stasiun 1,2,3...n
PAI
= Pemberian Air Irigasi
P1
= Parameter yang menggambarkan karakteristik tanah
permukaan
P2
= Parameter seperti P1 tetapi untuk lapisan tanah dalam
PET
= Evapotranspirasi potensial
PF
= Limpasan badai
xii
Universitas Sumatera Utara
Q
= Debit
QRO
= Debit total
R
= Area Rainfall (mm)
R1, R2,.,Rn.
= Point Rain Fall Stasiun Ke-i
R
= curah hujan minimum pada tengah bulanan
R
= Jari-jari hidrolik
Rb
= Curah hujan bulanan
Re
= curah hujan per hari (mm/hari)
Reff
= Curah hujan efektif
S
= Perubahan tampungan
SS
= Kandungan air tanah
T
= jangka waktu penyiapan lahan (hari)
Tro
= Total limpasan
V
= Kecepatan aliran
V1
= Kecepatan pembacaan ke-1
V2
= Kecepatan pembacaan ke-2
V3
= Kecepatan pembacaan ke-3
VR
= Kecepatan rata-rata
Vn
= Total volume aliran dalam tanah
Wi
= Rasio tampungan tanah
Wo
= Tampungan kelengasan awal
WLR
= penggantian lapisan air (mm/hari)
WS
= Kelebihan air
xiii
Universitas Sumatera Utara