BebasBanjir2015

Budi I. Setiawan et al

PERANCANGAN MODEL PENDUGAAN EFEKTIVITAS WADUK RESAPAN

Oleh : Budi I. Setiawan1, Rudiyanto2 dan Kamaruddin Abdullah1

ABSTRAK

Waduk resapan banyak direkomendasikan sebagai salah satu solusi untuk mengatasi banjir dengan cara meningkatkan dan mempercepat laju perkolasi air ke bawah permukaan tanah menuju akuifer. Makalah ini merupakan hasil penelitian pendahuluhan yang bertujuan untuk menduga efektivitas waduk resapan dengan mempertimbangkan kesetimbangan air dan fenomena aliran air waduk resapan bawah tanah. Disini dikembangkan tank model yang digabungkan dengan persamaan dua dimensi aliran air bawah tanah. Solusi numerik dilakukan untuk mendapatkan perubahan air bawah tanah, tinggi air didalam waduk resapan dan badan air lainnya sebagai respon hujan evapotranspiras dan source sink yang terjadi secara spasial. Hasil simulasi menunjukkan kombinasi model tersebut cukup responsiv dalam menduga fenomena hidrologis dan kendalanya perlu diverifikasi pada wilayah studi tertentu. Model ini telah dikemas dalam perangkat lunak yang interaktif dan dapat digunakan sebagai alat bantu untuk mendisain waduk resapan.

Katakunci : banjir, waduk resapan, perkolasi, akuifer, tank model, persamaan aliran air bawah tanah..

1. PENDAHULUHAN

Banjir di Jakarta telah mendorong berbagai kalangan untuk mencari solusi penanggulangannya. Berbagai gagasan untuk menaggulangi banjir telah banyak dikemukakan, seperti pembangunan kanal, pengaturan pengelolaan lahan, penerapan tindakan dan teknik konservasi tanah, serta pembangunan check dam, sumur resapan, waduk resapan sampai teknologi pemindah awan (hujan).

Dalam penerapannya tentunya berbagai cara diatas perlu dikaji secara mendalam untuk memperoleh gambaran seberapa afektif dapat mengatasi banjir tersebut. Pada intinya teknik pengaturan lahan, penerapan tindakan dan teknik konservasi tanah, sumur resapan dan waduk resapan berupaya mengendalikan banjir dengan cara menurunkan limpasan dan meninggkatkan infiltrasi dan perkolasi. Dengan demikian air hujan yang berpotensi mendatangkan limpasan permukaan dapat diturunkan dan sebagian besar, mengisi akuifer di bawahnya.

Masing-masing cara di atas mempunyai kelebihan dan kekurangan, sumur resapan mempunyai ukuran kecil sehingga jumlah air yang diresapkan ke dalam tanah juga sedikit tapi lebih mudah dilakukan dalam skala rumah tangga. Waduk resapan akan lebih banyak merembeskan air jika lokasinya berada pada recharge akuifer air bawah tanah walau biaya yang diperlukan besar. Keutamaan waduk resapan selain mengatasi banjir juga dapat meningkatkatkan air bawah tanah sebagai bentuk konservasi air tanah yang juga berpotensi menahan intrusi air laut bahkan medorong balik intrusi air laut.

Pada makalah ini akan dikembangkan suatu model pendugaan efektivitas waduk resapan dengan menggabungkan model groundwater (persamaan kontinyuitas) dan tank model.

2. PERANCANGAN MODEL

Tank model merupakan model rainfall-runoff yang banyak digunakan secara luas di Jepang (Sugawara et al., 1974) dan telah dikaji di beberapa DAS di Indonesia (Setiawan, et al., 2003) dan (Sar, 2000). Pada makalah ini tank model dikembangkan untuk menggambarkan keberadaan aliran permukaan dan rembesan danau dan waduk sebagai komponen source dan sink pada persamaan kontinyuitas. Persamaan kontinyuitas
digunakan untuk mendiskripsikan aliran pada aquifer dikenal sebagai persamaan Boussinesq (Anderson and Woessner, 1992) dan (Bear and Verruijt, 1987).

Model matematika yang dikembangkan dirancang berdasarkan struktur sebuah waduk resapan dengan 3 buah danau buatan. Gambar 1 memperlihatkan gambaran skematis keberadaan waduk resapan, 3 danau buatan dan 2 sumur pantau, dengan asumsiasumsi:

  1. Waduk resapan mencapai akuifer kedua pada kedalaman tertentu setelah terlebih  dahulu melalui akuifer yang lebih dangkat. (Terdapat 2 akuifer)
  2. Ketiga danau buatan hanya mencapai kedalaman ke akuifer dangkal. Kedua sumur pantau mencapai akuifer dalam.
  3. Presipitasi dan evaporasi/evapotranspirasi terjadi baik di waduk buatan dan danau buatan tetapi tidak terjadi di sumur pantau. Sebagian limpasan permukaan dari danau buatan di bagian hulu mengalir menuju danau buatan berikutnya dan sebagian mengalir menuju waduk resapan. Limpasan permukaan hanya terjadi bila muka airnya melebihi batas atas (crest) di setiap danau buatan dan waduk resapan.
  4. Rembesan ke arah samping terjadi baik di setiap danau buatan maupun di waduk resapan. Rembesan ini berkontribusi terhadap perubahan muka air tanah pada akuifer dangkal.
  5. Resapan ke arah vertikal bawah terjadi di setiap danau buatan dan waduk resapan. Rembesan ini memberikan kontribusi terhadap perubahan muka air tanah di akuifer dalam.
  6. Keberadaan sumur pantau 1 jauh di sebelah hulu sehingga tidak memperoleh efek dari adanya perubahan muka air tanah di bawah danau buatan maupun waduk resapan.
  7. Keberadaan sumur pantau 2 jauh di sebelah hilir waduk resapan tetapi memperoleh efek perubahan muka air tanah.
  8. Aliran air tanah di dalam akuifer dalam mengikuti persamaan Darcy orde dua (Persamaan Kontinuitas) dan mempunyai kondisi isotropik dan isotermal.

Dengan memperhatikan Gambar 1 dan asumsi-asumsi tersebut diatas, berikut ini kombinasi Persamaan Kontinuitas dan Tank Model.

Gambar 1. Gambaran skematik untuk menganalisis pengaruh keberadaan waduk resapan terhadap perubahan muka air tanah terhadap sumbu x (Keterangan pada Lampiran 1)

Gambar 1. Gambaran skematik untuk menganalisis pengaruh keberadaan waduk resapan terhadap perubahan muka air tanah terhadap sumbu x (Keterangan pada Lampiran 1)

3. BAHAN DAN METODE

Penyelesaian Persamaan Darcy Orde 2 untuk 2 Dimensi Diskritisasi Persamaan 1 dengan metode beda hingga (finite difference) skema implisit menghasilkan:


Penyelesaian persamaan di atas dilakukan secara iterativ dengan Alternating Direction Implicit (ADI) (Wang and Anderson, 1982).

Kedua persamaan aljabar nonlinier tersebut diatas dipecahkan dengan Newton method dengan membentuk terlebih dahulu matrik Jacobian. Penyelesaian sistem linier yang berbentuk matrik tridiagonal diselesaikan dengan Thomas algorithm.


Program komputer ditulis dalam bahasa Pascal (Borland Delphi 5). Data Curah hujan dan evapotranspirasi harian DAS Ciliwung hulu digunakan untuk masukan model 1994 (Sar, 2000). Efektivitas keberadaan waduk dihitung dengan persamaan berikut:

Keluaran program disajikan menggunakan Golden Software Surfer 7 untuk penggambaran distribusi atau kontur tinggi air bawah tanah.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Simulasi dilakukan dengan pada daerah dengan luas 20000 m2. luasan tersebut kemudian dibagi menjadi 40000 sel dengan interval 100 m. Nilai konduktivitas hidrolika yang digunakan pada simulasi adalah 25 m/hari dan storitivitas 0.005 (Waspodo, 2002).

Kondisi awal tinngi air pada akuifer homogen 10 m. Harian digunakan sebagai satuan waktu simulasi. Table 1 menunjukkan nilai parameter hipotesa yang digunakan.

Gambar 2. Hubungan tinggi air dan perkolasi waduk resapan dengan curah hujan

Gambar 2. Hubungan tinggi air dan perkolasi waduk resapan dengan curah hujan

Gambar 2 memperlihatkan hubungan hujan, tinggi air waduk resapan dan air yang dirembeskannya ke dalam akuifer. Ketinggian air waduk resapan sangat dipengaruhi oleh hujan dan evaporasi sebagai masukan model. Semakin tinggi air waduk resapan jumlah air yang resapkan kedalam akuifer juga semakin banyak.

Kontribusi waduk terhadap jumlah air yang diresapkan ke dalam aquifer mencapai 4831.8 mm (54.2 %) sedangkan danau 1, 2 dan 3 berturut-turut sebesar 1635.4 mm (18.4 %), 1205.7 mm (13.5 %) dan 1236 mm (13.9 %). Efektivitas keberadaan waduk resapan mencapai 221 %.

Gambar 3 dan 4 menunjukkan distribusi tinggi air pada aquifer dengan adanya waduk resapan dan tanpa waduk resapan. Gambar 3 memperlihatkan bahwa tinggi air maksimal bisa mencapai 11.1 m sedangkan tanpa waduk resapan hanya 10.7 m.

Gambar 3. Distribusi tinggi air bawah tanah dengan adanya waduk resapan setelah 300 hari

Gambar 3. Distribusi tinggi air bawah tanah dengan adanya waduk resapan setelah 300 hari

Gambar 4. Distribusi tinggi air bawah tanah tanpa waduk resapan setelah 300 hari

Gambar 4. Distribusi tinggi air bawah tanah tanpa waduk resapan setelah 300 hari

5. KESIMPULAN

Model kombinasi persamaan kontinyuitas dan tank model telah dikembangkan untuk menganalisis efektivitas suatu waduk resapan. Model yang dikembangkan dapat menggambarkan prilaku waduk resapan dan air akuifer secara harian. Model telah dikemas dalam software dibawah Windows dan masih perlu verifikasi dan digunakan sebagai alat bantu untuk merancang waduk resapan.

6. DAFTAR PUSTAKA

Anderson, M. P. and W. W. Woessner, 1992, Applied Groundwater Modeling : Simulation of Flow And Advective Transport, Academic Press, California USA. P. 381.

Bear, J. and A. Verruijt, 1987, Modeling Groundwater Flow and Pollution. D. ReidlePublishing Company. Dordrecht Holland. P. 414.

Elhassan, A. M., A. Goto and M. Mizutani, 2001, Combining a Tank Model With a Groundwater Model for Simulating Regional Groundwater in an Alluvial Fan, Trans of JSIDRE. No 215, P. 21~29.

Elhassan, A. M., A. Goto and M. Mizutani, 2003, Effect Conjunctive Use of Water for Paddy Field Irrigation on Groundwater Budget in Alluvial Fan. Agricultural
1 CREATA-LPPM Institut Pertanian Bogor
2 Mahasiswa Ilmu Keteknikan Pertanian, Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor

3 Komentar »

  1. tulisan dan buku ini sangat kami perlukan, dimana bisa kami peroleh ? karena kami berada didaerah tertinggal.

    Komentar oleh iskandar — Maret 6, 2010 @ 6:41 pm

  2. bagus banget ini yang aku butuhkan sebagai referensi makalahku.tanks yaaaa

    Komentar oleh kholiq — Juni 4, 2010 @ 8:47 pm

  3. buku Applied Groundwater Modeling : Simulation of Flow And Advective Transport bisa didapat dimana ya?

    Komentar oleh hypnoturbulence — Januari 17, 2013 @ 1:08 pm


RSS feed for comments on this post. TrackBack URI

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Buat situs web atau blog gratis di WordPress.com.

%d blogger menyukai ini: