6

Click here to load reader

Studi Optimasi Pola Pemberian Air pada Daerah Irigasi ...pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Studi...peningkatan hasil produksi pertanian. ... untuk mengurangi

  • Upload
    trandat

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Studi Optimasi Pola Pemberian Air pada Daerah Irigasi ...pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Studi...peningkatan hasil produksi pertanian. ... untuk mengurangi

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.

Page 2: Studi Optimasi Pola Pemberian Air pada Daerah Irigasi ...pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Studi...peningkatan hasil produksi pertanian. ... untuk mengurangi

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.

Page 3: Studi Optimasi Pola Pemberian Air pada Daerah Irigasi ...pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Studi...peningkatan hasil produksi pertanian. ... untuk mengurangi

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

Page 4: Studi Optimasi Pola Pemberian Air pada Daerah Irigasi ...pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Studi...peningkatan hasil produksi pertanian. ... untuk mengurangi

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

Page 5: Studi Optimasi Pola Pemberian Air pada Daerah Irigasi ...pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Studi...peningkatan hasil produksi pertanian. ... untuk mengurangi

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

Page 6: Studi Optimasi Pola Pemberian Air pada Daerah Irigasi ...pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Studi...peningkatan hasil produksi pertanian. ... untuk mengurangi

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.