Buletin Geologi Tata Lingkungan (Bulletin of Environmental Geology) Vol. 21 No. 1 April 2011: 35 – 41
PENINGKATAN EFEKTIVITAS TAMPUNGAN EMBUNG MELALUI PERBAIKAN BENTUK DAN DIMENSI Hermantoro Tenaga Pengajar Program Studi Teknik Pertanian, FATETA- INSTIPER Yogyakarta Fakultas Teknologi Pertanian, Kampus Pusat Instiper Yogyakarta.
Sari Embung merupakan salah satu teknik memanen air hujan di daerah dataran tinggi. Embung tersebut berfungsi untuk mengumpulkan dan menyimpan air dari curah hujan langsung dan air limpasan permukaan di sekitar area tangkapan air pada musim hujan. Air yang disimpan tersebut untuk digunakan pada musim kemarau. Ketersediaaan air pada embung bergantung pada nilai komponen neraca air, yaitu penguapan dari air permukaan, rembesan samping dari dinding embung dan perkolasi dari dasar embung. Jadi untuk memperbaiki desain embung diperlukan evaluasi neraca air. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengevaluasi nilai-nilai komponen neraca air embung, dan menggunakan nilai-nilai tersebut untuk memperbaiki desain embung. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa kehilangan air total karena penguapan, rembesan, dan perkolasi adalah sekitar 40% dari total simpanan air. Persentase penguapan, rembesan, dan perkolasi masing-masing adalah 40%, 26%, dan 34% dari total kehilangan air. Hasil simulasi dengan volume embung konstan dari embung persegi panjang ditemukan bahwa total kehilangan air tergantung pada dimensi embung. Pembandingan antara embung persegi panjang dan silinder menunjukkan bahwa embung bentuk silinder memiliki desain yang lebih efektif. Kata kunci : neraca air, perbaikan desain, embung.
Abstract Small farm water reservoir is one of water harvesting techniques in upland areas. Such reservoir enables us to collect and to store water from direct rainfall and runoff around a catchment area in rainy seasons. The stored water is to be used in dry seasons. Water availability of the small farm water reservoirs depend on the value of the water balance component, i.e. evaporation from surface water of the reservoir, seepage, and deep percolation. Thus so that to improve reservoir design to be more effective the evaluation of water balance is needed. The objective of the research is to evaluate the values of the water balance component of small farm water reservoir, and to use these values to improve the reservoir design. The results of the research show that the total water losses due to evaporation, seepage, and deep percolation are about 40 % from the total storage. The percentage of evaporation, seepage, and deep percolation of the total losses is 40%, 26 %, and 34 % respectively. The simulation with constant volume of a rectangular reservoir found that the total losses depended on the dimension of the reservoir. Comparing the rectangular with cylindrical reservoir shows that the second reservoir is more effective. Keywords: water balance, improve design, small farm water reservoir.
PENDAHULAN Latar Belakang Kebutuhan bahan pangan terus meningkat sejalan dengan pertambahan jumlah penduduk, sedangkan usaha peningkatan produksi melalui intensifikasi pada lahan beririgasi mulai mengalami kejenuhan. Luas lahan beririgasi pun dari tahun ke tahun terus mengalami pengurangan karena berubah fungsi menjadi daerah pemukiman dan kawasan industri. Usaha perluasan dan pengembangan daerah irigasi baru pada saat ini
tampaknya juga menghadapi banyak kendala. Oleh karena itu, budidaya tanaman pada lahan kering memberikan harapan yang lebih baik untuk peningkatan produksi pangan. Kendala utama budidaya tanaman pada lahan kering adalah pemenuhan kebutuhan air untuk pertumbuhan tanaman dari sumber air yang sangat terbatas. Secara alamiah ketersediaan air di lahan kering berasal dari air hujan, sehingga ketersediaannya sangat bergantung pada jumlah dan distribusi hujan terhadap waktu.
35
Peningkatan efektivitas tampungan embung melalui perbaikan bentuk dan dimensi (Hermantoro)
Penggunaan air hujan untuk pertanian secara tidak langsung dilakukan dengan teknik pemanenan air (water harvesting), yaitu suatu teknik pemanfaatan air hujan dengan cara menyimpan pada penampung permukaan di musim hujan dan menggunakannya pada musim kemarau. Embung (small farm water reservoir) merupakan salah satu bentuk teknik pemanenan air tersebut. Ketersediaan air dari embung pada musim kemarau sangat bergantung pada besarnya evaporasi, perkolasi dan aliran samping, selanjutnya dianggap sebagai kehilangan air. Laju evaporasi tergantung pada kondisi cuaca setempat, sedangkan perkolasi dan aliran samping sangat tergantung pada jenis dan kondisi tanah. Pada kondisi cuaca dan tanah tertentu total evaporasi, aliran samping, dan perkolasi merupakan fungsi dari bentuk dan dimensi embung. Oleh karena itu untuk memperbaiki rancangan embung menjadi lebih efektif, yaitu embung dengan kehilangan air relatif kecil, perlu dilakukan kajian untuk mengevaluasi besarnya nilai komponen neraca tersebut.
E P S CU
Pada musim kemarau nilai (Rd + Ro) 0, maka yang terjadi adalah pengurangan volume tampungan air dalam embung, sehingga persamaan (1) dapat dituliskan menjadi :
S ( E P S CU ) …....……...………..(2)
S t 1 S t ( E P S CU ) ….....………….(3) Bentuk embung yang biasa dibuat adalah empat persegi panjang dengan kedalaman kurang dari 3 m, panjang dan lebar kurang dari 10 m (Anonim, 1991). Volume tampungan embung empat persegi panjang, Ve adalah : Ve = L x W x H
Penghampiran masalah Sebuah embung dirancang untuk menampung air hujan langsung dan air limpasan permukaan dari daerah tangkapan di atasnya. Air tampungan embung secara umum yang berasal dari curah hujan langsung sebesar 30% dan 70% dari limpasan permukaan (Fagi dan Syamsiah, 1993). Efektivitas embung sebagai cadangan air di musim kemarau sangat tergantung pada besarnya nilai kehilangan air melalui evaporasi, rembesan samping dan perkolasi. Neraca air pada sebuah embung secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut (Sosrodarsono dan Takeda, 1987):
S Rd Ro ( E P S CU ) …………(1) di sini
S Rd Ro
36
: perubahan simpanan air, (cm) : curah hujan langsung, (cm) : limpasan permukaan, (cm)
..…………………………(4)
di sini : L W H
Tujuan penelitian Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengevaluasi besarnya nilai komponen necara air pada sebuah embung dan menganalisis hubungan antara bentuk dan dimensi embung dengan kehilangan air, sehingga dapat diperoleh embung yang lebih baik dengan kehilangan air kecil. Dua bentuk embung akan dicoba dalam simulasi ini, yakni bentuk empat persegi panjang dan silindris.
: evaporasi dari permukaan air embung, (cm) : perkolasi, (cm) : rembesan samping, (cm) : pemakaian air konsumtif, (cm)
: panjang embung, (m) : lebar embung, (m) : tinggi embung, (m)
Sementara volume embung bentuk silindris, Vs adalah : Vs = 0,25 x π x D2 x H
…………………….(5)
di sini : D : diameter embung
METODE PENELITIAN Tiga buah embung berukuran 10 x 6 x 2 (m3) digunakan untuk mengukur komponen neraca air secara langsung di lapangan, masing-masing dengan perlakuan sebagai berikut : (1) embung dengan lapisan plastik pada dasar (Embung A), (2) embung dengan pelapisan plastik pada dinding (Embung B), (3) embung asli tanpa pelapisan (Embung C). Ketiga perlakuan embung dan komponen neraca air yang terukur disajikan pada Tabel 1. Untuk memperoleh rancangan embung yang lebih efektif dalam penyediaan air dengan jumlah kehilangan air kecil, dikaji dua bentuk embung yakni bentuk empat persegi panjang dan silindris. Simulasi dilakukan terhadap dimensi embung dan komponen necara air dengan asumsi volume embung tetap, sehingga diperoleh dimensi embung dengan kehilangan air dan luas pelapisan/plastik minimal.
Buletin Geologi Tata Lingkungan (Bulletin of Environmental Geology) Vol. 21 No. 1 April 2011: 35 – 41
HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian dilakukan di lahan kering wilayah Kabupaten Pati, Jawa Tengah dengan jenis tanah aluvium kelabu kekuningan bertekstur liat berdebu. Total kehilangan air melalui evaporasi, rembesan samping, dan perkolasi dari embung percobaan mencapai 40 % dari total simpanan air. Evaporasi merupakan komponen yang paling besar yaitu mencapai 40 % dari total kehilangan air dengan laju rata-rata 4,24 mm/hari, kemudian diikuti oleh perkolasi 34 %, dan rembesan samping 26 %. Hasil pengukuran
komponen neraca air selama 64 hari kalender selengkapnya seperti disajikan pada Tabel 2. Berdasarkan nilai masing-masing komponen kehilangan air terukur tersebut kemudian dilakukan simulasi antara dimensi embung empat persegi panjang dengan setiap komponen kehilangan air. Pada simulasi volume embung diasumsikan tetap (dalam hal ini volume embung = 120 m3) maka diperoleh hubungan antara dimensi embung dengan total kehilangan air seperti disajikan pada Tabel 3.
Tabel 1. Perlakuan pada embung dengan parameter neraca air yang diukur Perlakuan embung
Evaporasi
Komponen Neraca Air Percolasi Aliran samping
Pemakaian air
Embung (A) Embung (B)
Terukur Terukur
Tidak Terukur
Terukur Tidak
Tidak Tidak
Embung (C)
Terukur
Terukur
Terukur
Terukur
Catatan : Evaporasi diukur dari panci evaporasi Klas A standar Tabel 2. Hasil Pengukuran komponen neraca air embung No. 1 2 3 4
Komponen kehilangan air Rembesan samping Perkolasi Evaporasi Total
mm
m3
mm/hari
Persentase
176,50 230,17 271,67 678,34
10,59 13,81 16,30 40,70
2,76 3,60 4,24 -
26 34 40 100
Tabel 3. Hubungan antara dimensi embung empat persegi panjang dengan kehilangan air Panjang x lebar (m) Kedalaman (m)
Luas bidang Rembesan tegak (m2) samping (m3)
Evaporasi (m3)
Perkolasi (m3)
Total (m3)
Luas Pelapisan (m2)
6 x 10
2,00
64,00
10,59
16,30
13,81
40,70
124,00
6 x 9,5
2,11
65,26
10,80
15,49
13,12
39,40
122,26
6 x 9,0
2,22
66,67
11,03
14,67
12,43
38,13
120,67
6 x 8,5
2,35
68,24
11,29
13,86
11,74
36,88
119,23
6 x 8,0
2,50
70,00
11,58
13,04
11,05
35,67
118,00
6 x 7,5
2,67
72,00
11,91
12,23
10,36
34,50
117,00
6 x 7,0
2,86
74,29
12,29
11,41
9,67
33,37
116,28
6 x 6,5
3,08
76,92
12,73
10,60
8,98
32,30
115,92
6 x 6,0
3,33
80,00
13,24
9,78
8,29
31,30
116,00
6 x 5,5
3,64
83,64
13,84
8,97
7,60
30,40
116,63
6 x 5,0
4,00
88,00
14,56
8,15
6,91
29,62
118,00
6 x 4,5
4,44
93,33
15,44
7,34
6,21
28,99
120,33
6 x 4,0
5,00
100,00
16,55
6,52
5,52
28,59
124,00
6 x 3,5
5,71
108,57
17,97
5,71
4,83
28,50
129,57
6 x 3,0
6,67
120,00
19,86
4,89
4,14
28,89
138,00
6 x 2,5
8,00
136,00
22,50
4,08
3,45
30,03
151,00
Sumber : Analisis data primer
37
Peningkatan efektivitas tampungan embung melalui perbaikan bentuk dan dimensi (Hermantoro)
Evaporasi dan perkolasi bertambah secara linier dengan bertambahnya luas permukaan embung, sedangkan total rembesan samping menurun dengan bertambahnya luas permukaan embung mengikuti fungsi power regresi, y = 99,737 (As) -0,5572 , (R2 = 0,99). Total kehilangan air melalui ketiga komponen mengikuti fungsi kwadrat y = 0,0071 (As)2 – 0,2667 (As) + 31,568 , (R2 = 0,98). Dari Tabel 3 terlihat bahwa dimensi embung dengan kehilangan air minimal sebesar 28,50 m3 adalah = 6 x 3,5 x 5,71 (m3). Namun demikian, kedalaman embung sebesar 5,71 m tersebut tidak biasa digunakan karena adanya masalah untuk menaikkan air dari dalam embung. Untuk menyelesaikan hal tersebut maka diambil kedalaman maksimum sebesar 2,5 m dan harga ini digunakan untuk menghitung dimensi embung yang lain, sehingga dengan demikian diperoleh hasil dimensi embung sebagai berikut : 8 x 6 x 2,5 dengan total kehilangan air sebesar 35,6 m3. Dengan menggunakan perhitungan deferensial (Marvin, 1976) dapat dihasilkan hubungan tersebut dengan kecenderungan perubahan masing-masing komponen kehilangan air dan dimensi embung (lihat Gambar 1).
Pada jenis tanah yang porous umumnya embung dirancang dengan melapisi dinding menggunakan pasangan bata-semen/plastik. Untuk meminimalkan biaya pelapisan dinding dapat dilakukan dengan meminimalkan luas dinding + dasar embung. Hasil simulasi menunjukkan bahwa pada embung dengan volume tampung 120 m3 diperoleh luas dinding pasangan/plastik minimal sebesar 115,92 m2 dengan total kehilangan air = 10,6 m3 (lewat evaporasi). Hubungan antara luas pelapisan dinding/ plastik dan evaporasi dengan luas permukaan embung dapat dilihat pada Gambar 2. Simulasi pada embung bentuk silindris menunjukkan bahwa total kehilangan air melalui ketiga komponen adalah mengikuti persamaan y = 0,0043 (As)2 – 0,0039 (As) + 24,38 , (R2 = 0,99). Hubungan antara dimensi embung dengan total kehilangan air melalui rembesan samping, evaporasi, dan perkolasi dapat dilihat pada Tabel 4 dan Gambar 3. Apabila dibandingkan antara bentuk embung empat persegi panjang dan silindris pada luas permukaan dan kedalaman yang sama, ternyata pada bentuk silindris terjadi kehilangan air dan luas pelapisan embung yang lebih kecil, seperti tampak pada Gambar 4.
Gambar 1. Hubungan antara luas permukaan embung dengan kehilangan air.
38
Buletin Geologi Tata Lingkungan (Bulletin of Environmental Geology) Vol. 21 No. 1 April 2011: 35 – 41
Gambar 2. Hubungan antara Luas selubung dan Evaporasi dengan Permukaan .
Tabel 4. Hubungan antara dimensi embung bentuk silindris dengan kehilangan air. Diameter Tinggi Selubung (m) (m) (m2) 8,74 8,37 7,98 7,82 7,14 6,68 6,18 5,64 5,05 4,37
2,00 2,18 2,40 2,50 3,00 3,43 4,00 4,80 6,00 8,00
54,90 57,34 60,14 61,38 67,24 71,89 77,65 85,06 95,10 109,81
Luas Rembesan Permukaan Samping (m3) (m2) 60,00 9,08 55,00 9,49 50,00 9,95 48,00 1,16 40,00 11,13 35,00 11,89 30,00 12,85 25,00 14,07 20,00 15,74 15,00 18,17
Perkolasi (m3)
Evaporasi (m3)
Total (m3)
13,81 12,66 11,51 11,05 9,21 8,06 6,91 5,75 4,60 3,45
16,30 14,94 13,58 13,04 10,87 9,51 8,15 6,79 5,43 4,08
39,19 37,09 35,04 34,25 31,20 29,46 27,90 26,62 25,77 25,70
Luas pelapisan (m2) 114,90 112,34 110,14 109,38 107,24 106,89 107,65 110,06 115,10 124,81
39
Peningkatan efektivitas tampungan embung melalui perbaikan bentuk dan dimensi (Hermantoro)
Gambar 3. Hubungan antara dimensi silindris dengan kehilangan air.
Luas Pelapisan Dinding + Dasar (m2)
160 150 140
Y = 0,00431 (As)2 – 3,6447 (As) + 190,78
130
R2 = 0,91
120 110 100
Y = 0,00257 (As)2 – 2,0566 (As) + 147,36
90
R2 = 0,91
80 70 60 0
10
20
30
40
50
60
70
Luas Permukaan Embung (m2)
Gambar 4. Hubungan antara luas pelapisan dengan luas permukaan embung.
komponen terbesar, yaitu mencapai 40 % dari total kehilangan.
KESIMPULAN Dari percobaan dan analisis hasil dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : 1.
40
Kehilangan air total dari embung pada daerah dengan tanah bertekstur liat berdebu mencapai 40 % dari volume embung. Kehilangan air melalui evaporasi merupakan
2.
Simulasi dimensi embung dengan kehilangan air melalui evaporasi, rembesan samping, dan perkolasi diperoleh dimensi embung yang optimal dengan kehilangan air yang minimal.
Buletin Geologi Tata Lingkungan (Bulletin of Environmental Geology) Vol. 21 No. 1 April 2011: 35 – 41 3.
Bentuk embung silindris memberikan efektifitas embung yang lebih baik, yaitu pada volume embung sama kehilangan air dan luasan pelapisan embung lebih kecil.
Ucapan Terima Kasih : pada kesempatan ini penulis sampaikan kepada Institut Pertanian Stiper yang telah memberikan bantuan biaya penelitian. ACUAN Anonim, 1991. Perakitan Teknologi dan Potensi Pengembangan Embung. Departemen Pertanian Republik Indonesia. Jakarta. Fagi A.M. dan Syamsiah.I., 1993. Teknik Embung Pengelolaan Tata Air dan Pemanfaatannya. Prosiding Seminar Perhimpi dan Balitbang Pertanian. Marvin, B.L., 1976. Calculus A Modeling Approach. Addison-Wesley Publishing Company. Menlo Park, California. Sosrodarsono, S dan Takeda, K.1987. Hidrologi untuk Pengairan. PT Pradya Paramita. Jakarta.
41
