Menghitung Ketersediaan Air dengan Model NRECA

Analisis Ketersediaan Air

Untuk menganalisis potensi ketersediaan air kulong menggunakan pendekatan teori Neraca Air (water Balance) dari siklus hidrologi, (Sri Harto, 2000) Teori ini menjelaskan bahwa aliran yang masuk dalam suatu tampungan (danau, waduk, situ dan telaga serta kulong) akan sama dengan aliran yang keluar dan perubahan air dalam tampungan (change in storage) dari tampungan tersebut.

I = O ± ΔS, dengan

I = aliran masuk “inflow” (volume per satuan waktu)

O = aliran keluar/kehilangan “outflow” (volume per satuan waktu)

ΔS = perubahan tampungan “change in storage” (volume per satuan waktu)

Analisis Limpasan Permukaan

Besarnya potensi air limpasan yang masuk kedalam badan kulong dapat dianalisis dengan menggunakan model NRECA, penggunaan metode ini karena tidak adanya aliran yang masuk ke dalam badan kulong secara kontinyu. Perhitungan potensi air limpasan ini merupakan upaya untuk mengetahui ketersediaan air kulong dalam kurun waktu tertentu guna memenuhi kebutuhan air yang direncanakan. Penggunaan model NRECA dilakukan dengan pendekatan metode empiris yang didasarkan pada prinsip pengalihragaman hujan aliran dan imbangan air di daerah tangkapan. Metode ini pernah dikembangkan di wilayah Indonesia bagian Timur untuk embung atau bangunan penyimpanan air di musim hujan (Puslitbang Pengairan Dept. PU, 1994).

Model NRECA

Basis model NRECA adalah untuk menghitung runoff dari nilai curah hujan bulanan, evaporasi, kelembaban tanah dan penyimpanan air di bawah tanah. Metode ini digunakan efektif apabila tidak tersedianya aliran kontinu sebagai debit inflow ke dalam embung / kulong. Debit aliran masuk ke dalam embung / kulong berasal dari hujan di daerah tangkapan air (cathment area). Sebagian dari hujan menguap, sebagian lagi turun mencapai permukaan tanah. Hujan yang turun mencapai permukaan tanah sebagian meresap kedalam tanah, yang akan mengisi pori-pori tanah dan sisanya mengalir di atas tanah (aliran permukaan). Jika pori tanah sudah jenuh, air akan masuk ke dalam tampungan air tanah. Gerak air ini disebut perkolasi. Sedikit demi sedikit air dari tampungan tanah air tanah mengalir ke luar sebagai mata air menuju alur dan disebut aliran dasar. Sisa dari curah hujan yang mengalir di atas permukaan, disebut aliran permukaan dan bersama aliran dasar bergerak menuju embung / kulong. Penguapan peluh (evapotranspirasi) tidak hanya terjadi di atas permukaan tetapi juga di bawah permukaan tanah di mana akar-akar tanaman berada.

Parameter Data untuk Analisis Model NRECA

1. Data curah hujan bulanan (mm)
2. Rata-rata Hujan Tahunan (mm)
3. Data luas catchment area (luas daerah tangkapan kulong) (ha)
4. Data luas permukaan kulong (ha)
5. Data Et0 (Evapotranpirasi) (mm)
6. Tampungan Kelengasan tanah awal (IMS) minimum (Volume air/Luasan catchment)
7. Tampungan air tanah awal (IGWS) minimum (Volume air/luasan kulong/30)
8. Karakteristik tanah permukaan (P1)
9. Karakteristik lapisan tanah dalam (P2)

Langkah Perhitungan Model NRECA

Format Excel (Tidak Mesti Menggunakan ini ) dapat di download pada : https://docs.google.com/spreadsheets/d/1RNHVE_iBnNnWnTTAc-u4WQ1go5rkRUYa/edit#gid=322607870 .Untuk langkah-langkah pada penjelasan format excel diatas sebagai berikut (Pada format yang telah diberikan ada 32 baris dari no. 1 sd no. 32) :

1. Baris No. 1 di isi nama bulan dalam setahun dan jangka tahun diisi sesuai tinjauan
2. Baris no. 2 di isi jumlah hari dalam sebulan dan tergantung bulannya
3. Baris no. 3 nama parameter Rb (mm) ini di isi dengan data hujan bulanan dalam setiap tahun
4. Baris no. 4 PET yaitu di isi data Et0 yang telah dihitung sebelumnya dengan menggunkan metode Penman Monteith atau dengan software CROPWAT
5. Baris no. 5 tampungan kelengasan tanah awal (mm) / Wo yaitu di isi dari data hasil running optimasi dengan solver dari kolom IMS Pada format yang telah diberikan ada 32 baris dari no. 1 sd no. 32
6. 6. Baris No. 6 Tampungan kelengasan tanah/Wi yaitu rumusnya Wi=w0/(100+0,2 Ra)
7. Baris no. 7 Rasio Rb/PET
8. Baris no. 8 rasio AET/PET Rasio AET/PET, AET = Penguapan pelu aktual dapat diperoleh dengan grafik pada, nilainya tergantung dari rasio Rb/PET (7) dan Wi (6). IF(Wi>=0;IF(Wi<=2;IF((((Wi-0)/2)*(SR2.0-SR0)+SR0)<=1;(((Wi-0)/2)*(SR2.0- SR0)+SR0);(1))))
9. Baris no. 9 AET yaitu AET = (AET/PET) (8) x PET (4) x koef. 0,9
10. Baris no. 10 Neraca Air yaitu Neraca Air = Rb (3) – AET (9), Pada format yang telah diberikan ada 32 baris dari no. 1 sd no. 32
11. Baris No. 11 Rasio kelebihan kelengasan (excess moisture) yang dapat diperoleh sebagai berikut : Bila neraca air positif, maka rasio tersebut dapat diperoleh dari grafik(bisa dicari) dengan memasukan nilai tampungan kelengasan tanah (Wi). Bila neraca air negative, rasio = 0. atau dapat didekati dengan excel dengan IF. IF((0,0762*Wi^2)+(0,4131*Wi)<=0;((0,0762*Wi^2)+(0,4131*Wi));IF(neraca air<=0;(0);(0,0762*Wi^2)+(0,4131*Wi)))
12.  Baris no. 12 Kelebihan kelengasan = rasio kelengasan (11) x neraca air (10)
13. Baris no. 13 Perubahan tampungan = neraca air - kelebihan kelengasan
14. Baris no. 14 Tampungan air tanah = P1 x kelebihan kelengasan (12) P1 = parameter yang menggambarkan karakteristik tanah permukaan (kedalaman 0-2 m), nilainya berkisar antara 0,1 – 0,5 tergantung pada sifat lulus air lahan. P1 = 0,1 bila bersifat kedap air , dan P1 = 0,5 bila bersifat lulus air. kelebihan kelesanan * P1 (optimasi)
15. Baris no. 15 Tampungan air tanah awal yang harus dicoba-coba dengan nilai awal = 2. IGWS hasil optimasi Pada format yang telah diberikan ada 32 baris dari no. 1 sd no. 32
16. Baris No. 16 Tampungan air tanah akhir = tampungan air tanah (14) + tampungan air tanah awal (15)
17. Baris no. 17 Aliran air tanah = P2 x tampungan air tanah akhir (16) (P2 = parameter seperti P1 tetapi untuk lapisan tanah dalam (kedalaman 2 – 10 m). P2 = 0,9 bila bersifat kedap air, dan P2 = 0,5 bila bersifat lulus air.)
18. Baris no. 18 Larian langsung (direct runoff) = kelebihan kelengasan (12) – tampungan air tanah (14)
19. Baris no. 19 Aliran total = larian langsung (18) + aliran air tanah (17) , dalam mm/bulan.
20. Baris no. 20 Dalam m3/bulan = kolom (19) dalam mm x 10 x luas daerah tadah hujan (ha). Pada format yang telah diberikan ada 32 baris dari no. 1 sd no. 32
21. Vol. Estimasi = limpasan total m3/s*86400/1000000*jumlah hari dalam sebulan
22. SR = 0 = nomor 7
23. SR = 0.4 = 0,7891*nomor 7+0,2
24. SR= 0.8 = 0,6109*nomor 7+0,4
25. SR = 1.2 = 0,4082*nomor 7+0,6
26. SR = 1.6 = 0,2064*nomor 7+0,8
27. SR = 2.0 = nilainya 1
28. Koefisien Limpasan ( C ) = nomor 19/nomor 3
29. Rata-rata C selama 10 tahun = nilai koefisien Limpasan (C) atau nomor 28 di rata-ratakan selama 10 tahun
30. limpasan langsung berdasarkan luas tampungan (m3/s) =(10*Luas permukaan kulong*nomor 3 )/(jumlah hari dalam sebulan*86400)atau Vp = ΣVj + 10 * Akt * ΣRj
31. Q yang terpakai (m3 /s) = limpasan langsung berdasarkan luas tampungan no 30+limpasan total nomor 20
32. Q yang terpakai (liter/s) = nomor 31 * 1000

Optimasi dengan Bantuan Solver di Ms. Excel

Set objective Δ IMS

Subject to the constraints

1. Tampungan kelengasan awal <= IMS Maximum
2. Tampungan kelengasan awal >= IMS Minimum
3. Tampungan air tanah awal <= IGWS maximum
4. Tampungan air tanah awal >= IGWS minimum
5. Karakteristik tanah permukaan <= P1 maximum
6. Karakteristik tanah permukaan >= P1 minimum
7. Karakteristik lapisan tanah dalam <= P2 maximum
8. Karakteristik lapisan tanah dalam >= P2 minimum
9. Δ IMS <=200
10. Δ IMS >=0

Untuk video tutorial dapat dilihat di :