PEMANENAN AIR HUJAN ( RAIN WATER HARVESTING ) SEBAGAI ALTERNATIF PENGELOLAAN SUMBER DAYA AIR DI RUMAH TANGGA Nurhamimah Daulay1, Terunajaya2 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email:
[email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan 1
ABSTRAK Pada kecamatan Sosa, Kabupaten Padang Lawas dibuat sebuah sistem panen hujan untuk alternatif pengelolaan sumber daya air di Rumah Tangga. Daerah ini termasuk daerah kekeringan karena daerah ini terkenal dengan daerah perkebunan sawit. Penulisan tugas akhir ini bertujuan untuk menganalisa sistem panen hujan dan menghitung volume air hujan yang turun dengan kebutuhan air yang dibutuhkan agar sistem panen hujan yang ada dapat digunakan untuk orang banyak dan lingkup yang lebih luas. Metode penelitian yang digunakan yaitu metode Rasional. Data yang digunakan adalah data primer dan data sekunder kemudian dianalisis berdasarkan analisis hidrologi dan analisis hidrolika. Dalam hasil analisa nilai curah hujan yang digunakan untuk perhitungan intensitas curah hujan adalah nilai curah hujan Distribusi Log Person III. Waktu konsentrasi ditentukan dengan persamaan Kirpich . Untuk Intensitas curah hujan digunakan rumus Mononobe, dan untuk mencari debit saluran menggunakan metode Rasional. Dari hasil analisa dan perhitungan pemanenan air hujan diperoleh intensitas hujan selama 1 tahun sebanyak 56,508 mm/jam. Dengan intensitas yang diperoleh maka debit yang dapat ditampung adalah 0,000383 m3/detik. Rata-rata hujan di Daerah Kecamatan Sosa Kabupaten Padang Lawas minimal berlangsung selama 10 menit atau 600 detik dalam sehari. Maka limpasan hujan yang mampu ditampung adalah 2.298 liter (selama musim hujan). Kebutuhan air dalam 1 rumah (1 KK) dengan 5 orang jiwa ( Ayah + Ibu + 3 orang anak) diperoleh 300 liter. Kunci : analisa frekuensi,debit rencana,waktu konsentrasi, metode rasional. ABSTRACT In the Regional District of Sosa, Padang Lawas Regency created a rain harvesting system as an alternative water resource management in the Household. These areas include drought areas because the region is famous for palm oil plantations. This thesis aims to analyze the rain harvesting system and calculate the volume of rainwater that fell to the needs of water is needed, so that the rain harvesting system that could be used to crowds and a broader scope. The method used is the method of Rational. The data used are primary data and secondary data, then analyzed based on the analysis of hydrology and hydraulics analysis. From the analysis, the value of rainfall is used for the calculation of the intensity of rainfall is the rainfall distribution value Logs Person III. The time is determined by the equation concentration Kirpich. The intensity of rainfall is used for Mononobe formula, and to seek the debit of rain water using Rational method. From the analysis and calculation of rain water harvesting rainfall intensity obtained for 1 year as many as 56.508 mm / hour. With an intensity that is obtained then debit that can be accommodated is 0.000383 m3 / sec. The average rainfall in the Regional District of Sosa, Padang Lawas regency lasted for at least 10 minutes or 600 seconds in a day. Then the rainfall runoff that can be accommodated is 2,298 liters (during the rainy season). Then the water needs in one house (1 KK) with 5 people (father + mother + 3 children) obtained 300 liters. Keywords: analysis of frequency, debit plans, time of concentration, rasional method.
PENDAHULUAN Latar Belakang Air adalah unsur kehidupan utama bagi umat manusia. Tetapi air juga dapat menjadi musuh dahsyat bagi manusia bila tidak ditata dengan baik sebagaimana dialami oleh banyak Negara di dunia ini, termasuk Indonesia. Permasalahan lingkungan yang sering dijumpai di Negara kita pada saat ini adalah terjadinya banjir pada musim hujan dan kekeringan pada musim kamarau. Air hujan adalah air murni yang berasal dari sublimasi uap air di udara yang ketika turun melarutkan benda-benda di udara yang dapat mengotori dan mencemari air hujan seperti gas (O2, CO2, N2), debu, dan lain-lain. Kebutuhan akan air bersih masyarakat pada umumnya disuplai oleh PDAM. Namun hingga saat ini, tidak seluruh masyarakat memperoleh air bersih dari PDAM sehingga untuk mendapatkan air bersih diperoleh dari air tanah. Pemanfaatan air tanah untuk kebutuhan sehari - hari bagi keperluan rumah tangga merupakan hal yang wajar dan aman karena air tanah akan terisi kembali pada saat musim hujan. Namun akan menjadi berbahaya jika terjadi eksploitasi berlebihan terhadap air tanah. Eksploitasi air tanah ini terjadi karena terlalu banyak pihak yang menggunakan air tanah seperti perumahan-perumahan yang tidak berlangganan PDAM dan industri-industri kecil maupun besar yang membutuhkan banyak air setiap harinya. Kedua penyebab tersebut, semakin hari jumlahnya semakin banyak. Eksploitasi air tanah dapat menyebabkan tanah menjadi ambles (land subsidence). Selain itu, juga akan menyebabkan kesulitan air bersih karena air tanah tersebut semakin sulit diperoleh, beberapa daerah sudah mengalami krisis air. Pada musim kemarau di beberapa daerah juga dapat dijumpai sumur-sumur warga yang mengering sehingga untuk menutupi kebutuhan air bersih, warga harus membeli air dalam jeriken dan tentu saja ini akan menambah biaya kebutuhan sehari-hari. Apabila eksploitasi air tanah berlanjut, maka krisis air akan terus berkelanjutan. Pemanfaatan air tanah tidak sepenuhnya bisa digunakan oleh setiap masyarakat karena tidak semua tanah dapat menghasilkan air bersih. Pertumbuhan masyarakat tidak sesuai dengan persediaan air bersih yang menyebabkan terjadinya krisis air bersih. Untuk meminimalis krisis air bersih dapat dilakukan penghematan air, membuat lubang resapan air (biopori), mengembangkan teknologi untuk mengubah air laut menjadi air tawar, mengembangkan teknologi air limbah, dan membuat panen hujan. Kecamatan Sosa, Kabupaten Padang Lawas merupakan daerah rawan kekeringan karena daerah ini terkenal dengan daerah perkebunan sawit. Alternatif untuk mengatasi krisis air dalam Tugas Akhir ini adalah Pemanenan air hujan (rain water harvesting) merupakan salah satu cara sederhana. Butiran air hujan yang jatuh ditangkap oleh penangkap air hujan, penangkap air hujan yang digunakan adalah atap bangunan karena selain efektif juga efisien. Semakin luas atap bangunan, semakin banyak juga air hujan yang dapat ditangkap, kemudian air hujan tersebut dialirkan oleh talang-talang air ataupun pipa-pipa menuju ke tempat penampungan yaitu ke dalam tanah. Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka rumusan masalah yang akan dikaji dalam penelitian ini adalah pemanenan air hujan yang dilakukan di rumah tangga guna untuk penghematan sumber air bersih. Pada umumnya upaya pemanenan air hujan di Indonesia selama ini hanya dikenal di kawasan-kawasan dimana pemanfaatan air permukaan maupun air tanah yang kurang memungkinkan. Pembatasan Masalah 1. Metode yang dipakai untuk menghitung debit air hujan adalah metode rasional. 2. Perhitungan intensitas curah hujan menggunakan periode 1 tahun. 3. Pengujian dilakukan dengan cara teoritis dan eksperimen di lokasi Rumah Tangga. 4. Perhitungan distribusi hujan menggunakan Microsoft Excel dan Aplikasi Smada.
Tujuan 1. Mengetahui sistem memanen air hujan di Rumah tangga 2. Mengetahui apakah air hujan yang dihasilkan dari panen hujan dapat memenuhi kebutuhan air di Rumah Tangga. Manfaat Penulisan
Sebagai mutu pembelajaran bagi pihak-pihak yang membutuhkan dan sebagai alternative pengembangan sumber daya air dalam penghematan air bersih. Metodologi Penelitian Lokasi Wilayah Studi Peninjauan lokasi dimulai pada semester B tahun ajaran 2015-2016 dan dilaksanakan di Pasar Ujung Batu salah satu desa yang ada di kecamatan Sosa, kabupaten Padang Lawas, provinsi Sumatera Utara, Indonesia. Pengumpulan Data Pengumpulan data adalah hal yang paling penting yang harus dilakukan dalam sebuah penelitian, jadi data-data yang bersangkutan dengan studi ini sangat mendukung penyelesaian studi ini. Maka perlu penulisan dan pencari informasi untuk mengetahui sumber data, serta pengumpulan data yang dibutuhkan. Adapun data yang dibutuhkan sebagai berikut: a. Data Primer Data Primer adalah data yang diperoleh dengan pengamatan dan pengukuran di lapangan. Secara umum pengertian data primer adalah data yang diperoleh dari sumber pertama/sumber data atau data yang dikumpulkan peneliti secara langsung melalui objek penelitian. Data yang diperoleh adalah ukuran catchment area yaitu ukuran luasan atap. Bak penampung P (panjang) = 4meter, L (lebar) = 1meter, t (tinggi) = 1meter, pengukuran bertujuan untuk mengetahui volume air hujan yang dapat ditampung. Kedalaman sumur sedalam 7 meter, muka air tanah = 3meter. Kedalaman sumur penting diketahui untuk mengetahui apakah air hujan yang tertampung tidak meluap dari sumur tersebut apabila terjadi hujan maksimum. b. Data Sekunder
Data sekunder adalah data yang mendukung penelitian dan memberikan gambaran umum tentang hal-hal yang mencakup penelitian. Pengumpulan data sekunder didapatkan melalui instansi-instansi yang terkait dalam permasalahan ini, seperti jurnal, buku literatur, internet dan data-data yang digunakan. Secara umum pengertian data sekunder adalah data yang diperoleh dari pihak kedua, data ini biasanya sudah dalam keadaan diolah. Data sekunder yaitu data curah hujan yang diperoleh dari BMKG (Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika) Stasiun Klimatologi Kelas I Sampali-Medan. Lokasi pengamatan / stasiun di Sosopan, Kabupaten Padang Lawas. Pengolahan Data Setelah semua data didapat, langkah berikutnya adalah pengolahan data. Data-data yang didapat dari instansi terkait dan survei lapangan akan dihitung guna untuk mengevaluasi sistem pemanenan air hujan di Rumah Tangga, menghitung kebutuhan air yang dapat ditampung air hujan.
Parameter Penelitian Dari hasil pengolahan, akan dilakukan analisa data sehingga dapat diperoleh kesimpulan akhir yang berarti. Adapun parameter penelitian yaitu: •
Data curah hujan Data ini digunakan untuk perhitungan intensitas hujan.
Hasil dan Pembahasan • Peritungan Logaritma Hujan Rencana Log XT = Log X + K. S T = 1 tahun Log X5 = Log X + K. S Log X5 = 1,56 + (-2,379) (0,32) = 0,806 Log X5 X5 = 6,39 mm •
Perhitungan Intensitas Hujan Jam-jaman
Berdasarkan perhitungan sebelumnya besar hujan rancangan untuk kala ulang 1 tahun adalah : X tahun = 6,39 mm Untuk perhitungan Tc (waktu Konsentrasi) menggunakan metode yang dikembangkan oleh Kirpich yang diasumsikan dari rumus Manning untuk koefisien kekasaran rata-rata dan jari-jari hidraulis yang berlaku umum adalah sebagai berikut: ,
t = 0,0195 √ di mana: t = waktu pengaliran (menit), L = panjang talang air (pemasukan) sampai ke pipa pengaliran (m), s = slope (kemiringan daerah pengaliran). Maka waktu konsentrasi = waktu pemasukan + waktu pengaliran atau: t = t + t Perhitungan: Atap rumah dengan sudut kemiringan 45o dan panjang kemiringan 5,648 m. Waktu limpas permukaan : t = 1 menit = 0,0167 jam Panjang Talang Air (L) = 6 meter Waktu pengaliran: ,
t
= 0,0195
t
= 0,0195
√ √ ,
,
= 2,39 menit = 0,0398 jam
Waktu konsentrasi: t = t + t t = 0,0167 + 0,0398 = 0,0565 jam Intensitas Curah Hujan 5 tahun: R ' 24 '/I = * + 24 t I =
,-.
'
,
'
'/-
= 56,508 mm/jam Tabel 4.15 Perhitungan Analisa Intensitas Curah Hujan
T
T
I (mm/jam)
(menit)
(jam)
5
0.08333
11.612
64.619
120.260
167.779
238.104
10
0.16667
7.315
40.705
75.756
105.690
149.990
20
0.33333
4.608
25.643
47.724
66.582
94.490
30
0.50000
3.517
19.569
36.420
50.811
72.109
40
0.66667
2.903
16.154
30.064
41.944
59.524
50
0.83333
2.502
13.921
25.909
36.146
51.297
60
1.00000
2.215
12.328
22.943
32.009
45.426
70
1.16667
1.999
11.124
20.703
28.883
40.989
80
1.33333
1.829
10.177
18.939
26.423
37.498
90
1.50000
1.691
9.408
17.509
24.427
34.666
100
1.66667
1.576
8.770
16.321
22.771
32.315
110
1.83333
1.479
8.230
15.317
21.369
30.325
120
2.00000
1.396
7.766
14.453
20.164
28.616
130
2.16667
1.323
7.363
13.702
19.117
27.129
140
2.33333
1.259
7.008
13.042
18.195
25.822
150
2.50000
1.203
6.693
12.456
17.377
24.661
160
2.66667
1.152
6.411
11.931
16.645
23.622
170
2.83333
1.106
6.157
11.458
15.986
22.687
180
3.00000
1.065
5.927
11.030
15.388
21.838
R1
R2
R5
R10
R25
700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
Grafik Intensitas Curah Hujan R1 R2 R5 R10 R25 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Intensitas Curah Hujan (mm/jam)
(Sumber : Analisis dan Pengolahan data)
Waktu Konsentrasi (menit) Gambar 4.9. Grafik Intensitas Curah Hujan •
Debit Air Hujan Metode yang digunakan untuk menghitung debit air hujan pada saluran dalam studi ini adalah metode rasional USSCS (1973). Bentuk umum persamaan ini adalah sebagai berikut (Suripin, 2004) : Qah = 0,00278 C I A m3/det. Dimana Q = debit banjir rencana (m3/det), C = koefisien run off, I = intensitas hujan untuk waktu konstan (mm/jam) A = luas catchment area atap (km2).
Gambar 4.10. Pemanenan Air Hujan
Contoh: Perhitungan Pada saluran 1 didapat hasil sebagai berikut : dimana : C = 0.90 / = 56,508 00/120 A = 5,648 m x 6 m = 33,89 m2 = 0,003389 ha Cs = 0,8 koefisien retensi ( Hindarko, 2000) Maka Debit air hujan yang dihasilkan pada bak penampung yaitu: Q = 0.00278 x 0.8 x 0,90 x 56,508 x 0,003389 = 0,000383 m3/detik Volume pada bak penampung yaitu : V=PxLxt
Gambar 4.11. Bak penampung Dimana : V : Volume (liter) P : Panjang (m) L : Lebar (m) t : Tinggi (m) Maka, V=PxLxt V = 4m x 1m x 1m V = 4m3 V = 4000 liter Rata-rata hujan di Daerah Kecamatan Sosa Kabupaten Padang Lawas minimal berlangsung selama 10 menit atau 600 detik dalam sehari. Maka limpasan hujan yang mampu ditampung adalah: Volume = 0,000383 m3/detik x 600 detik = 0,2298 m3 = 2.298 liter (selama musim hujan)
kebutuhan air dalam 1 rumah (1KK) dengan 5 orang jiwa ( Ayah + Ibu + 3 orang Anak ) adalah kebutuhan air selama musim hujan = 1 rumah x 5 orang/rumah x 60 liter/hari/orang = 300 liter selama musim hujan. Misalkan hujan terjadi selama 3 hari maka volume = 2.298 liter x 3 hari = 6.894 liter (selama musim hujan ) Kebutuhan = 300 liter x 3 hari = 900 liter (selama musim hujan ) Dengan ketersediaan penampungan bak penampung sebanyak = 4000 liter. Volume air hujan yang diperoleh selama 3 hari = 6.894 liter (selama musim hujan). Kebutuhan air selama 3 hari = 900 liter (selama musim hujan). Diperoleh volume = 6.894 liter – 900 liter = 5.994 liter Dengan ketersediaan bak penampung sebanyak 4000 liter, maka ada kelebihan air sebanyak = 1.994 liter. Dan kelebihan air tersebut akan mengalir secara otomatis ke sumur.
Gambar 4.12. Sumur Diasumsikan sumur kedap air, maka : V = 34 ' .t 1,994 m3 = 3,14 x (0,5 m)2 x t t = 2,54 m Pada dasarnya sumur di atas tidak kedap air. Curah hujan yang mencapai permukaan tanah akan bergerak sebagai limpasan permukaan atau infiltrasi. Hal ini tergantung dari besar kecilnya intensitas curah hujan terhadap kapasitas infiltrasi (Suyono, 1976).
KESIMPULAN Ada beberapa kesimpulan yang bisa kita ambil dari hasil “Pemanenan Air Hujan (Rain Water Harvesting) Sebagai Alternatif Pengelolaan Sumber Daya Air Di Rumah Tangga” ini yaitu: 1. Dengan luas catchment area 33,89 m2 diperoleh Debit = 0,000383 m3/detik dan Volume Efektif Bak = 4.000 liter. 2. Dari hasil perhitungan maka ada kelebihan air hasil pemanenan air hujan selama musim hujan sebesar 1.994 liter.
3. Dengan kedalaman sumur 7 meter, muka air tanahnya sedalam 3 meter, kelebihan air sebanyak 1.994 liter di alirkan ke dalam sumur, maka volume air sumur bertambah setinggi 2,54 meter. Jumlah volume air menjadi setinggi 5,54 meter. 4. Kelebihan air yang ada tidak meluap keluar dari sumur karena kedalaman sumur 7 meter sedangkanair yang ada dan air yang bertambah dengan asumsi sumur tidak kedap air setinggi 5,54 meter. Kelebihan air juga bisa dipergunakan untuk menghadapi musim kemarau dan kebutuhan sekunder lainnya.
DAFTAR PUSTAKA Br. Sri Harto, 1993, Analisa Hidrologi, Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Dandekar M.M, Sharma K.N, 1991, Pembangkit Listrik Tenaga Air, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta. Edisi 2010, 2010, Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 7 Tahun 2004, Penerbit Citra Umbara, Bandung. https://www.academia.edu/8560626/pemanenan_air_hujan_pada_daerah_lahan_kering Linsley Ray K, Franzini Joseph B, 1996, Teknik Sumber Daya Air, Penerbit Erlangga, Jakarta. Linsley, Jr Ray K, 1989, Hidrologi Untuk Insinyur. Penerbit Erlangga, Jakarta. Roviq Abdul, 2011, Jurnal Pemanen Air Hujan Sebagai Pemenuhan Kebutuhan Air Pengungsian Bencana Banjir, Undip, Semarang.
Bersih
Subarkah Ir.Iman, 1978, Hidrologi Untuk Perencanaan Bangunan Air, Penerbit Idea Dharma Bandung, Bandung. Suripin. Dr. Ir. M. Eng, 2004, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan, Penerbit ANDI, Yogyakarta. Triatmojo Bambang, 1995, Hidrolika II, Beta Offset, Yogyakarta. Widyawati, 2008, Air A Abadi, Semarang.
Hujan
sebagai
Air
Bersih,
Penerbit
CV.
Sinar
Cemerlang
Yulistyorini Anie, 2011, jurnal Pemanen Air Hujan Sebagai Alternatif Pengolahan Sumber Daya Air di Perkotaan, Universitas Negeri Malang, Malang. Yusuf. M. Harry, 2014, Perencanaan Sistem Drainase pada Rencana Kawasan Industri Deli Serdang di Kecamatan Medan Amplas. Tugas Akhir, Departemen Teknik Sipil, FT-USU
