Click here to load reader
Upload
trandat
View
212
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Studi Optimasi Pola Pemberian Air pada Daerah Irigasi Tumpang
Menggunakan Simulasi Stokastik Model Random Search
Fahriza Ahaditya Halim¹, Widandi Soetopo², Janu Ismoyo²
¹Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya
²Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Teknik Pengairan Universitas Brawijaya-Malang, Jawa Timur, Indonesia
Jalan MT. Haryono 167 Malang 65145 Indonesia
e-mail : [email protected]
ABSTRAK
Daerah Irigasi Tumpang merupakan daerah irigasi yang memiliki potensi untuk
dikembangkan. Studi ini membahas optimasi pemanfaatan air pada lokasi studi setelah
dikembangkan. Analisa optimasi menggunakan metode optimasi dengan cara simulasi
stokastik menggunakan solver. Selain pola tata tanam eksisting, direncanakan tiga alternatif
pola tata tanam irigasi baru. Neraca air digunakan untuk membandingkan kebutuhan air
irigasi setiap pola tata tanam dengan ketersediaan air yang ada. Berdasarkan analisa debit
andalan, dipilih debit andalan 50% karena debit andalan 30% dianggap memiliki nilai yang
terlalu optimis dan debit andalan 50% dinilai sudah mendekati dengan kondisi eksisting
selama beberapa tahun terakhir. Hasil proses optimasi dengan program solver untuk kondisi
debit andalan 50% diperoleh keuntungan maksimum sebesar Rp. 34.797.440.000,- dengan
intensitas tanam 270% dalam durasi 1 tahun.
Kata kunci: Irigasi, Neraca air, Optimasi, Keuntungan.
ABSTRACT
Tumpang Irrigated area is an irrigated area that have potential to be developed. This study
discusses about optimization of water utilization in the study area after being developed.
Optimization analysis using optimization methods by means of stochastic simulation using
solver. In addition to the existing cropped layout, planned three new alternative of irrigation
cropped layout. The water balance is used to compare the needed of irrigation water per
cropped layout with the existing water supply. From dependable discharge analysis,
dependable discharge 50% is chosen because dependable discharge 30% is considered to
have a value that is too optimistic and dependable discharge 50% is considered to be
approached with existing condition during the last few years. The results of optimization
process using solver for 50% dependable discharge condition was obtained maximum
benefit of Rp. 34.797.440.000,- with 270% cropping intensity in the duration of 1 year.
Keywords: Irrigation, Water balance, Optimization, Benefit.
1. PENDAHULUAN
Indonesia merupakan sebuah negara
yang memiliki lahan pertanian yang luas
sehingga dijuluki sebagai negara agraris dan
sebagian besar wilayahnya merupakan
perairan. Sebagai negara agraris, Indonesia
meggunakan sebagian besar potensi airnya
untuk kebutuhan irigasi.
Sistem irigasi yang ada di Indonesia
dinilai selalu berkembang dan menjadi
semakin baik. Permasalahan yang sekarang
muncul adalah bagaimana kita
memanfaatkan sumber daya air dengan
jumlah yang ada secara efektif dan efisien.
Peningkatan kualitas dan kuantitas
pertanian diperlukan karena jumlah
penduduk juga selalu bertambah.
Peningkatan jumlah penduduk artinya
peningkatan kebutuhan pangan dan
akhirnya kembali lagi harus ada
peningkatan hasil produksi pertanian.
Salah satu solusi yang dapat ditawarkan
untuk mengurangi dampak dari
permasalahan tersebut adalah dengan
mengoptimasi pola pembagian air di tiap
musim tanam dengan harapan
meningkatkan efisiensi penggunaan air di
sektor pertanian khususnya di lokasi studi.
Daerah Irigasi Tumpang memiliki luas
baku 614 Ha dengan kebutuhan air irigasi
yang bervariatif.
Gambar 1. Neraca Air Eksisting D.I.
Tumpang Tahun 2014/2015
Berdasarkan Gambar 1 di atas
diketahui bahwa D.I. Tumpang pada
kondisi eksistingnya sudah dapat memenuhi
kebutuhannya sendiri selama periode tanam
tersebut. Melihat potensi yang demikian,
pada D.I. Tumpang direncanakan akan
dilaksanakan ekstensifikasi lahan seluas 60
ha.
Studi ini akan menerapkan optimasi
dengan cara mensimulasikan objek studi
sehingga diperoleh alternatif-alternatif pola
pembagian air untuk kondisi tata tanam
yang bervariasi. Sehingga dapat ditentukan
alternatif yang paling optimal. Proses
dalam analisis pengerjaan studi ini
menggunakan simulasi stokastik model
random search dengan bantuan software
komputer berupa solver. Simulasi stokastik
yang digunakan merupakan prosedur
sederhana dalam mencari solusi yang lebih
baik dari solusi yang sebelumnya sudah ada.
Tujuan dari studi ini adalah
mengoptimalkan penggunaan air untuk D.I.
Tumpang sehingga dengan kondisi
pengembangan yang ada, wilayah D.I.
Tumpang dapat menghasilkan keuntungan
yang maksimal, meskipun dengan kondisi
yang terbatas.
2. METODOLOGI PENELITIAN
Daerah studi yang akan dikaji adalah
Daerah Irigasi Tumpang yang terletak di
2 kecamatan, yaitu Kecamatan Tumpang
dan Kecamatan Pakis, Kabupaten Malang,
dengan luas baku sawah 674 Ha. Peta lokasi
sebagaimana pada gambar berikut.
Gambar 2. Lokasi Studi D.I. Tumpang
Sumber: Goggle Earth
Gambar 2 merupakan lokasi studi
dengan marking pada setiap bangunan bagi
maupun sadap yang ada pada D.I. Tumpang.
Gambar 3. Skema Jaringan Irigasi D.I.
Tumpang
Sumber: UPTD Tumpang
Untuk mencapai tujuan yang
diharapkan maka diperlukan suatu langkah
pengerjaan secara sistematis. Adapun
langkah-langkah pengerjaan studi sebagai
berikut : 1. Pengumpulan data-data terkait.
2. Perhitungan nilai FPR dan kebutuhan
air irigasi.
3. Perhitungan debit andalan sungai dan
debit penjatahan intake Dam Tumpang.
4. Neraca air masing-masing alternatif.
5. Perhitungan optimasi menggunakan
simulasi stokastik dengan bantuan
program solver.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan Nilai FPR Musiman Nilai FPR akan dibedakan sesuai
dengan musim tanam yang berlangsung.
Hal ini dikarenakan ketersediaan air pada
tiap musim tanam berbeda. Perhitungan
nilai FPR yang digunakan akan didasarkan
pada kondisi eksisting tahun 2014/2015.
Model perhitungan akan dilakukan dengan
menghitung nilai FPR masing-masing
periode dalam satu musim tanam sehingga
dapat diambil nilai rata-ratanya. Akhirnya
diperoleh nilai FPR = 0,31 untuk MT I, FPR
= 0,35 untuk MT II dan FPR = 0,34 untuk
MT III.
Perhitungan Debit Andalan Debit andalan sungai akan dihitung
untuk kondisi air rendah (80%), air normal
(50%) dan air basah (30%) (Anonim, 2009).
Debit yang sudah diandalkan selanjutnya
akan dijatahkan untuk intake Dam.
Tumpang dan limpasan yang mengalir ke
D.I. Bokor dan D.I. Karangjambe.
Faktor penjatahan sendiri diperoleh
berdasarkan data historis nilai debit intake
dan limpasan yang tercatat di Dam
Tumpang. Sehingga diperoleh faktor
penjatahan 41% untuk MT I, 49% untuk
MT II dan 63% untuk MT III.
Tabel 1. Debit Penjatahan Dam Tumpang
152 Ha 167 lt/dt
69 Ha 76 lt/dt
B. KR. JAMBE
KJ.IA Ki
12 Ha 13 lt/dt
1 Ha 1 lt/dt
KJ.IB Ki
1 Ha 1 lt/dt
KJ.I Ki
1 lt/dt1 Ha
KJ.IB Ka
1 Ha 1 lt/dt
KJ.I Ka
BK.1A
2 Ha
B. BOKOR
2 lt/dt
BK.1 Ki
33 lt/dt30 Ha
BK.1 Ka
48 Ha 53 lt/dt
46 Ha13 Ha 14 lt/dt
5 Ha 6 lt/dt
KJ.IIA Ki
KJ.II Ki
134 Ha 147 lt/dt
KJ.II Ka
TP.III A
93 lt/dt84 Ha
TP.IV Ki9 lt/dt8 Ha
TP.III Ki2
51 lt/dt 95 lt/dt86 Ha
17 lt/dt15 Ha
TP.III Ki1
TP.II
TP.1F Ki
14 Ha 15 lt/dt2 lt/dt2 Ha
B. TUMPANG
TP.1A
1 Ha 1 lt/dt
148 lt/dt135 Ha
TP.I Ki1
36 Ha 37 lt/dt
TP.I Ki2
B. BESAR
8 lt/dt7 Ha
BS.1 Ki
2 Ha 2 lt/dt
13 lt/dt12 Ha
TP.1B Ki
TP.1C Ki
26 lt/dt24 Ha
TP.1D Ki
TP.1E Ki
BS.2 Ka
BS.2 Ki
35 Ha 39 lt/dt
TP. IV Ka
K. LAJING
K. KANTING
88
80 614
675
56
62
224
246
BTP IIIABTP IV BTP III BTP II BTP 1F
BKJ II
BKJ IIA
BKJ I
BKJ IBBBK 1
BBK 1A
BKJ IA
BTP 1E
BTP 1D
BTP 1C
BTP 1B
BTP I
BTP 1A
BBS 2
BBS 1
K. AMPRONG
SUMBER AIR PITU
II 0,918 0,614 0,512
III 0,959 0,624 0,531
I 0,875 0,731 0,666
II 0,901 0,779 0,731
III 0,901 0,820 0,708
I 0,916 0,879 0,716
II 0,916 0,899 0,743
III 0,998 0,730 0,650
I 0,970 0,845 0,695
II 0,996 0,916 0,695
III 0,996 0,891 0,691
I 1,058 0,860 0,676
II 1,264 0,953 0,798
III 1,264 1,051 0,779
I 1,091 0,762 0,714
II 1,122 0,762 0,713
III 1,062 0,768 0,713
I 0,973 0,750 0,697
II 0,973 0,768 0,709
III 1,001 0,768 0,651
I 0,768 0,688 0,651
II 0,750 0,686 0,641
III 0,750 0,641 0,584
I 0,690 0,538 0,500
II 0,895 0,499 0,411
III 0,973 0,647 0,533
I 0,903 0,617 0,506
II 0,878 0,610 0,506
III 0,854 0,517 0,506
I 0,816 0,517 0,489
II 0,907 0,556 0,424
III 0,927 0,615 0,468
I 0,739 0,679 0,413
II 0,843 0,668 0,453
III 0,914 0,691 0,494
DES I 1,483 0,696 0,600
Q.Penjatahan Intake
OKT
NOV
Q30% Q50% Q80%
MEI
JUN
JUL
AGS
SEP
DES
JAN
FEB
MAR
APR
Waktu
Bulan Periode
Gambar 4. Grafik Debit Penjatahan Dam
Tumpang
Perhitungan Kebutuhan Air Irigasi Perhitungan kebutuhan air irigasi
berdasarkan penentuan pola tata tanam yang
diterapkan. Rumus yang digunakan yaitu
metode LPR FPR (Anonim, 2009).
𝑄 = 𝐹𝑃𝑅 × 𝐿𝑃𝑅
𝐿𝑃𝑅 = 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑇𝑎𝑛𝑎𝑚 × 𝐾
dimana:
Q = Kebutuhan air irigasi (l/dt)
FPR = Faktor Palawija Relatif (l/dt/ha.pol)
LPR = Luas Palawija Relatif (ha.pol)
K = Faktor konversi tanaman (pol)
Berikut merupakan komposisi luas
tanam yang direncanakan untuk studi ini.
Tabel 2. Komposisi Tanam Perencanaan
Musim Tanam Padi Palawija Tebu
Eksisting I 453 123 38
II 343 233 38
III 290 286 38
Alternatif I 499 135 40
1 II 444 190 40
III 310 324 40
Alternatif I 499 135 40
2 II 431 202 40
III 364 270 40
Alternatif I 519 115 40
3 II 485 148 40
III 465 169 40
Tabel 3. Nilai Kebutuhan Air Irigasi
Bulan Periode Q kebutuhan (m3/det)
Eks Alt 1 Alt 2 Alt 3
DES II 0,524 0,563 0,596 0,557
III 0,520 0,557 0,583 0,550
JAN I 0,666 0,809 0,686 0,875
II 0,656 0,797 0,698 0,818
III 0,676 0,792 0,749 0,818
FEB I 0,676 0,711 0,678 0,730
II 0,676 0,679 0,678 0,698
III 0,676 0,679 0,678 0,698
MAR I 0,676 0,679 0,678 0,698
II 0,676 0,679 0,678 0,698
III 0,676 0,679 0,524 0,698
APR I 0,568 0,535 0,389 0,584
II 0,609 0,523 0,623 0,509
III 0,646 0,561 0,687 0,618
MEI I 0,554 0,639 0,648 0,767
II 0,624 0,719 0,665 0,823
III 0,695 0,781 0,798 0,843
JUN I 0,695 0,688 0,676 0,767
II 0,685 0,688 0,676 0,732
III 0,685 0,688 0,676 0,732
JUL I 0,688 0,688 0,676 0,732
II 0,560 0,646 0,645 0,629
III 0,560 0,627 0,513 0,556
AGS I 0,440 0,502 0,412 0,487
II 0,434 0,540 0,497 0,486
III 0,630 0,647 0,653 0,606
SEP I 0,675 0,639 0,709 0,774
II 0,675 0,625 0,733 0,868
III 0,673 0,610 0,750 0,816
OKT I 0,622 0,532 0,630 0,689
II 0,622 0,532 0,630 0,689
III 0,622 0,532 0,630 0,689
NOV I 0,622 0,532 0,630 0,689
II 0,564 0,532 0,630 0,610
III 0,636 0,532 0,552 0,496
DES I 0,503 0,438 0,392 0,444
Nilai Produksi Nilai produksi dihitung berdasarkan
data produksi ekonomi untuk tiap-tiap
tanaman. Hasil perhitungan akan berupa
keuntungan hasil produksi untuk tiap-tiap
musim tanam. Perlu diketahui bahwa nilai
produksi pada bagian ini merupakan nilai
maksimal pada kondisi panen 100% secara
keseluruhan daerah irigasi, sehingga dapat
turun ketika terjadi kondisi kekurangan air
pada tiap-tiap petaknya.
Tabel 4. Nilai Produksi Hasil Panen 100%
Simulasi Perumusan masalah dalam optimasi
dengan simulasi stokastik memiliki tiga
macam variabel, yaitu:
Variabel Putusan
Dalam studi ini variabel putusan yang
diambil adalah faktor pemberian air
masing-masing petak dalam satu
periode.
Fungsi Tujuan
Dalam studi ini fungsi tujuan yang ingin
dicapai yaitu memaksimalkan nilai
keuntungan dari hasil produksi
pertanian.
Fungsi Kendala
Bentuk fungsi kendala ini berupa
ketersediaan air untuk memenuhi
kebutuhan irigasi yang ada.
Setelah dilakukan simulasi diperoleh
nilai pembagian air optimal untuk setiap
kondisi. Sehingga dapat dilakukan
perhitungan nilai produksi relatif dengan
menggunakan rumus sinus perkalian.
𝑌𝑟𝑖 =[Sin({[(𝐴𝑊𝑟𝑖 − 𝑎𝑆𝑖𝑛(𝐴𝑊𝑅𝑖. 2𝜋)] ×
[1 − 𝑏𝑆𝑖𝑛(𝐴𝑊𝑅𝑖 . 𝜋)]𝑐}𝑑.𝜋
2)]
𝑒
dimana:
a = 0,12824
b = 0,31559
c = 1,67754
d = 2,00000
e = 1,20000
Kelima koefisien tersebut merupakan
hasil pertimbangan berdasarkan kondisi
perencanaan tanaman dan berlaku untuk
perencanaan irigasi sepuluh harian.
Rekapitulasi Hasil Perhitungan Intensitas Tanam
Nilai intensitas tanaman dinyatakan
dalam persen untuk setiap musim
tanam selama satu tahun.
Nilai intensitas tanam untuk kondisi debit
air rendah (Q80%) adalah 198% untuk
alternatif 1, 224% untuk alternatif 2 dan
172% untuk alternatif 3.
Nilai intensitas tanam untuk kondisi debit
air normal (Q50%) adalah 277% untuk
alternatif 1, 270% untuk alternatif 2 dan
248% untuk alternatif 3.
Nilai intensitas tanam untuk kondisi debit
air basah (Q30%) adalah 300% untuk
seluruh alternatif.
Keuntungan Hasil Pertanian
Nilai keuntungan hasil pertanian
dinyatakan dalam rupiah selama satu
tahun.
Nilai keuntungan untuk kondisi debit air
rendah (Q80%) adalah Rp.
14.113.840.000,- untuk alternatif 1, Rp.
21.007.400.000,- untuk alternatif 2 dan
Rp. 15.615.150.000,- untuk alternatif 3.
Nilai keuntungan untuk kondisi debit air
rendah (Q50%) adalah Rp.
32.520.090.000,- untuk alternatif 1, Rp.
34.797.440.000,- untuk alternatif 2 dan
Rp. 25.312.700.000,- untuk alternatif 3.
Nilai keuntungan untuk kondisi debit air
rendah (Q30%) adalah Rp.
44.711.780.000,- untuk alternatif 1, Rp.
44.479.620.000,- untuk alternatif 2 dan
Rp. 46.584.560.000,- untuk alternatif 3.
I II III
Eksisting 13.995,41 13.438,22 12.690,38
Alternatif 1 15.207,64 14.371,86 15.147,76
Alternatif 2 15.192,17 14.170,65 15.163,24
Alternatif 3 15.517,19 15.006,44 16.060,93
Nilai Produksi 100% (Juta Rp)Kondisi
4. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari
perhitungan dan analisa yang telah
dilakukan adalah:
1. Nilai kebutuhan air irigasi untuk
setelah dilakukan perhitungan untuk
setiap kondisi perencanaan diperoleh
range hasil nilai kebutuhan air sebagai
berikut.
Eksisting : 0,000 m3/det sampai
dengan 0,695 m3/det
Alternatif 1 : 0,000 m3/det sampai
dengan 0,897 m3/det
Alternatif 2 : 0,000 m3/det sampai
dengan 0,798 m3/det
Alternatif 3 : 0,000 m3/det sampai
dengan 0,881 m3/det
2. Setiap perencanaan sebuah alternatif
tata tanam memiliki periode yang
kekurangan air irigasi, terutama pada
saat kondisi debit air sedang rendah
(Q80%) dan normal (Q50%). Hal ini
disebabkan karena pengaruh
ketersediaan debit yang fluktuatif dan
juga perencanaan yang banyak
mengutamakan padi. Akibat terjadi
kekurangan air irigasi, perlu dilakukan
simulasi untuk mengoptimalkan
kondisi air yang ada dengan tujuan
mengoptimalkan hasil usaha tani.
Sedangkan untuk kondisi debit air
basah (Q30%) tidak perlu dilakukan
simulasi, karena kondisi air melimpah
dan dapat memenuhi kebutuhan air
yang telah direncanakan.
3. Berdasarkan hasil simulasi yang telah
dilakukan, diperoleh tingkat intensitas
tanam terbaik untuk kondisi debit air
rendah (Q80%) pada alternatif 2 sebesar
224%. Untuk kondisi debit air normal
(Q50%) pada alternatif 1 sebesar 277%.
Sedangkan untuk kondisi debit air
basah, ketiga alternatif yang
direncanakan serta kondisi tata tanam
eksisting memiliki tingkat intensitas
tanam sebesar 300%.
4. Keuntungan paling maksimum dari
seluruh perencanaan yang ada terdapat
saat kondisi debit air basah (Q30%)
perencanaan alternatif 3 yaitu sebesar
Rp 46.584.560.000,00 yang memiliki
surplus sebesar Rp 6.460.550.000,00
apabila dibandingkan dengan
keuntungan pada kondisi eksisting
yang sebesar Rp 40.124.010.000,00.
Sedangkan untuk kondisi perencanaan
yang lain memiliki nilai defisit apabila
dibandingkan dengan kondisi eksisting.
Meskipun demikian, dari ketiga
alternatif yang telah direncanakan,
alternatif 2 memberikan hasil yang
dapat dibilang paling optimum.
Saran
1. Penggunaan sistem giliran terutama
untuk tanaman padi akan memberikan
potensi pemenuhan air lebih baik
daripada sistem pemberian air terus-
menerus ketika perencanaan berjalan
dengan kondisi debit air rendah
maupun normal.
2. Simulasi stokastik ini harus lebih sering
dicoba lagi untuk kasus-kasus irigasi,
dikarenakan terbatasnya referensi
mengenai simulasi ini terhadap kasus
selain waduk.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2009. Alokasi Air DAS Amprong.
Malang : Dinas PU Pengairan UPT
Pengelolaan Sumber Daya Air Wilayah
Sungai Bango-Gedangan
Soetopo, Widandi. 2012. Model-Model
Simulasi Stokastik untuk Sistem
Sumberdaya Air. Malang : CV Citra
Malang
Soewarno.1995. Hidrologi Aplikasi Metode
Statistik untuk Analisa Data Jilid 1.
Bandung : Penerbit “NOVA”
Limantara, LM dan Soetopo, W. 2010.
Manajemen Sumber Daya Air.
Bandung : Lubuk Agung
Sosrodarsono, S dan Takeda, K.
1987. Hidrologi untuk
pengairan. Jakarta : PT. Pradnya
Paramita.