SIMULASI OPERASI BENDUNGAN PELATIHAN OPERASI BENDUNGAN KEMENTERIAN PEKERJAAN

SIMULASI OPERASI BENDUNGAN PELATIHAN OPERASI BENDUNGAN KEMENTERIAN PEKERJAAN UMUM DAN PERUMAHAN RAKYAT DIREKTORAT JENDERAL SUMBER DAYA AIR DIREKTORAT BINA OPERASI DAN PEMELIHARAAN

PENDAHULUAN Latar belakang dari perencanaan dan pengelolaan sumber daya air adalah untuk menentukan: § Bagaimana mengelola sumber daya terbarukan dan terbatas. § Bagaimana mencapai persediaan yang tidak pasti dan tuntutan yang tidak pasti dan meningkat, dan akibatnya meningkatnya konflik di antara individu yang memiliki kepentingan yang berbeda dalam pengelolaan sungai dan cekungannya?

Deskripsi singkat Mata pendidikan dalam pelatihan ini membekali peserta dengan pengetahuan menyusun pola operasi waduk dengan teknik simulasi yang disajikan dengan cara ceramah dan tanya jawab. Pada modul ini dijelaskan tipe pola operasi waduk serta penyusunan “Rule Curve”

Tujuan Pembelajaran Kompetensi Dasar Setelah mengikuti pembelajaran ini peserta pelatihan diharapkan mampu Menyusun pola operasi waduk dengan teknik simulasi.

Tujuan Pembelajaran Indikator Keberhasilan Setelah pembelajaran ini, peserta diharapkan mampu: • Menyusun dan menyiapkan data yang diperlukan • Memahami dan memanfaatkan teori operasi waduk dengan teknik simulasi • Menyusun “Rule Curve” pola operasi tipe operasi pengendalian banjir dan tipe konservasi. • Memahami penggunaan perangkat lunak Ribasim dan HECRESIM • Menganalisis unjuk kerja operasi waduk.

DATA YANG DIPERLUKAN • Peta Lokasi Waduk. • Pola Operasi Waduk. • Data Teknis Waduk. • Kebutuhan Air Irigasi • Data Hidrologi dan Monitoring; • Kebutuhan Air Baku 1. Data Elevasi Waduk Harian 2. Evaporasi harian/2 mingguan 3. Karakteristik Waduk 4. Data Outflow Waduk Harian

DATA TEKNIS WADUK

PERMASALAHAN YANG ADA UNTUK MENGOPERASIKAN WADUK BERFUNGSI TUNGGAL MAUPUN MULTI FUNGSI ADALAH SEBAGAI BERIKUT (ACANAL, YURTAL, & HAKTANIR, 2000); • Menetapkan volume air waduk setiap tahap/waktu karena konflik diantara fungsinya seperti waduk pengendali banjir diusahakan airnya tidak penuh sebagai ruang penampungan debit banjir. Sedang waduk irigasi atau dan air baku, diusahakan airnya tetap tersedia untuk dialirkan memenuhi kebutuhan. • Menetapkan pola pengeluaran air sesuai kebutuhan merupakan hal yang komplek terutama untuk waduk dengan multi fungasi.

• Memperkirakan besarnya inflow kedalam waduk untuk tahun basah, tahun normal dan tahun kering. • Memperkirakan besarnya inflow yang masuk waduk karena banyak sungai yang masuk. • Menentukan volume air waduk yang ada karena fluktuasi waduk sangat tinggi akibat kapasitas tampungannya kecil. • Melakukan koordinasi antara pengelola dari waduk-waduk dan mempunyai multi fungsi.

KLASIFIKASI PENGGUNAAN WADUK a) Waduk eka guna (single purpose) Waduk eka guna adalah waduk yang dioperasikan untuk memenuhi satu kebutuhan, misalnya kebutuhan air irigasi, air baku, atau PLTA. Pengoperasian waduk eka guna lebih mudah karena tidak terjadi konflik dalam pengoperasiannya atau konflik kepentingan. Pada waduk eka guna pengoperasian hanya mempertimbangkan pemenuhan satu kebutuhan.

b) Waduk multi guna (multi purpose) Waduk multi guna adalah waduk yang dioperasikan untuk memenuhi berbagai kebutuhan, misalnya memenuhi kebutuhan air irigasi, air baku, dan PLTA. Kombinasi dari berbagai kebutuhan dimaksudkan untuk mengoptimumkan fungsi waduk dan meningkatkan kelayakan pembangunan suatu waduk.

Hal yang harus diperhatikan dalam mengoperasikan waduk multiguna adalah konflik kepentingan terutama bila potensi sumber airnya terbatas. Konflik kepentingan terjadi karena setiap jenis kebutuhan memiliki persyaratan dalam mengoptimalkannya, misalnya : PLTA mempertahankan muka air tinggi agar didapatkan energi listrik yang besar, sedangkan irigasi tidak mempertimbangkan TMA tetapi volume air yang dikeluarkan. Contoh lain konflik adalah waduk yang mempunyai fungsi pembangkitan tenaga listrik dan pengendalian banjir. Pola operasi waduk untuk pengendalian banjir, mengusahakan agar waduk sebelum musim penghujan dalam kondisi kosong sedangkan waduk yang berfungsi untuk PLTA tetap mempertahankan tinggi muka air yang tetap. Pola operasi yang digunakan dalam kondisi ini adalah kompromi antara berbagai kebutuhan meskipun tidak akan diperoleh hasil yang maksimal.

OPERASI SISTEM WADUK DAPAT DIKATEGORIKAN SEBAGAI: • operasi selama kondisi hidrologi normal dari perspektif pemeliharaan kemampuan untuk menanggapi ekstrim hidrologi yang jarang terjadi yang diperkirakan terjadi pada waktu yang tidak diketahui di masa depan a. mempertahankan kapasitas penyimpanan kontrol banjir kosong b. menjaga pasokan air yang dapat diandalkan • operasi selama kondisi hidrologi normal dari perspektif mengoptimalkan penggunaan sistem waduk saat ini, musiman, atau tahun-ke-tahun saat ini • operasi selama hidrologi ekstrem a. operasi selama peristiwa banjir b. operasi selama kondisi aliran rendah atau kekeringan

POLA OPERASI WADUK

DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN INFLOW

KEBUTUHAN AIR DAPAT DIKATEGORIKAN MENJADI • Kebutuhan Air Minum dan Kegiatan Perkotaan • Kebutuhan Air untuk Industri • Kebutuhan Air untuk Pemeliharaan Sungai • Kebutuhan Air untuk Perikanan • Kebutuhan Air untuk Peternakan • Kebutuhan Air untuk Irigasi

PRAKIRAAN SEDIMENTASI Permasalahan yang sering dialami suatu waduk setelah beroperasi adalah menurunnya kapasitas tampung dari waduk karena laju sedimentasi yang tinggi. Sedimentasi ini disebabkan oleh: • perubahan tata guna lahan di hulu yang berakibat rusaknya daerah pengaliran sungai; • tidak optimalnya pengoperasian waduk sehingga terjadi endapan sedimentasi yang besar di waduk. Untuk mengantisipasi menurunnya umur waduk karena sedimentasi perlu dilakukan : • pemantauan secara periodik besarnya sedimentasi yang terbawa aliran masuk ke waduk dengan melakukan pengambilan contoh air dan butiran dari sedimen yang masuk ke waduk secara rutin. • pemeruman dari waduk. • perbaikan daerah pengaliran sungai di hulu waduk, misalnya melakukan reboisasi.

PERSAMAAN DASAR DALAM SIMULASI WADUK Persamaan dasar dalam simulasi waduk • I – O = ds/dt dengan: • I adalah masukan • O adalah keluaran • ds/dt = ΔS adalah perubahan tampungan

PERSAMAAN DASAR DALAM SIMULASI WADUK Atau secara rinci dapat ditampilkan sebagai berikut: • St+1 = St + It + Rt – Et – Lt – Ost dengan: • St adalah tampungan waduk pada periode t • St+1 adalah tampungan waduk pada periode t+1 • It adalah masukan waduk pada periode t • Rt adalah hujan yang jatuh di atas permukaan waduk, pada periode t • Et adalah kehilangan air akibat evaporasi pada periode t • Lt adalah kehilangan air akibat rembesan dan bocoran • Ot adalah total kebutuhan air • OSt adalah keluaran dari pelimpah

METODE DALAM PENYUSUNAN POLA OPERASI WADUK Pola konvensional

METODE DALAM PENYUSUNAN POLA OPERASI WADUK Pola konvensional Pada pola konvensional waduk dioperasikan dengan ketentuan seperti pada Gambar sebagai diatast: • apabila tampungan di waduk pada kondisi I (antara tampungan minimum pengoperasian dan kondisi awal kritis), keluaran air dari waduk lebih kecil dari target (kebutuhan). • apabila tampungan berada pada kondisi II, keluaran air dari waduk sesuai dengan kebutuhan air yang diperlukan atau sesuai target • apabila tampungan pada kondisi III dimana volume tampungan sama atau lebih besar dari tampungan maksimum, keluaran air dari waduk besarnya sama dengan kebutuhan/target ditambah dengan besarnya debit yang terbuang melalui pelimpah. “Pola operasi yang optimal menjaga agar terjadi limpasan air di atas pelimpah dan tidak adanya pengurangan kebutuhan akibat tampungan yang cenderung menurun di bawah ambang kritis”.

METODE DALAM PENYUSUNAN POLA OPERASI WADUK Pola Simulasi Alternatif Tipe Inflow Model Simulasi Berbagai Pola Outflow Elevasi dari Muka air waduk

METODE DALAM PENYUSUNAN POLA OPERASI WADUK Pola Simulasi Kelebihan dari metode simulasi adalah : a) Dapat mensimulasi masukan data dalam jumlah yang cukup banyak. b) Dapat membandingkan beberapa manajemen kebijaksanaan. Sedangkan kekurangan dari metode ini adalah : a) Proses harus dilakukan dengan cara coba-coba. b) Memerlukan lebih banyak waktu dana. c) Tidak dapat memberikan hasil yang optimal.

METODE DALAM PENYUSUNAN POLA OPERASI WADUK Pola Optimasi Sistim SDA Yang ada Model Simulasi Algoritma Matematik Solusi Terbaik

METODE DALAM PENYUSUNAN POLA OPERASI WADUK Pola Optimasi Ada tiga tahapan dalam mempersiapkan model optimasi, yaitu : a) Mengidentifikasikan fungsi objektif. Fungsi objektif mengukur efektivitas atau kegunaan yang menghubungkan beberap kombinasi dari variabel. Fungsi objektif merupakan fungsi yang dioptimasi baik maksimum atau minimum. Contoh fungsi objektif adalah minimum kekurangan (minimum shortage), atau maksimum keuntungan. b) Mengidentifikasikan decision variable secara kuantitatif dan menentukan ketelitiannnya. c) Mengidentifikasikan faktor-faktor tertentu yang membatasi (decision variable ), tahapan ini akan menghasilkan persamaan kendala (constraints) yaitu persamaan aljabar atau ketidaksamaan atau dalam beberapa kasus sama dengan persamaan differensial dimana persamaan tersebut harus dipenuhi dalam menentukan nilai maksimum atau minimum dari fungsi objektif.

DAFTAR PUSTAKA Acanal, N. , Yurtal, R. , & Haktanir, T. (2000). Multi-stage flood routing for gated reservoirs and conjunctive optimization of hydroelectricity income with flood losses. Hydrological Sciences Journal, 45(5), 675– 688. https: //doi. org/10. 1080/02626660009492370 Adib, A. , Reza, A. , & Majd, M. (2009). Optimization of Reservoir Volume by Yield Model and Simulation of it by Dynamic Programming and Markov Chain Method, 5(6), 796– 803. Anggraheni, D. , & Jayadi, Rachmad, dan I. (2017). EVALUASI KINERJA POLA OPERASI WADUK ( POW ) WONOGIRI 2014. Jurnal Teknisia, Volume XXII, No. 1, XXII(1). Aprizal, Suharyanto, and Nugroho, H. (2003). OPTIMASI WADUK MENGGUNAKAN PROGRAM DINAMIK DAFTAR PUSTAKA

Klipsch, J. D. , & Evans, T. a. (2010). RESERVOIR OPERATIONS MODELING WITH HECRESSIM Joan. Reservoir Operations Modeling with HEC-Res. Sim. Retrieved from http: //www. gcmrc. gov/library/reports/physical/Fine_Sed/8 th. FISC 2006/3 rd. FIHMC/7 E_Klipsch. pdf Lund, J. R. , & Ferreira, I. (1996). Operating Rule Optimization for Missouri River Reservoir System. Journal of Water Resources Planning and Management. https: //doi. org/10. 1061/(ASCE)07339496(1996)122: 4(287) Natalia P. R. , K. (2008). Penyusunan Rule Curve Waduk Menggunakan Model Program Dinamik Deterministik. Jurnal Teknik Sipil, 8(3), 225– 236. Reddy, M. J. , & Kumar, D. N. (2006). Optimal Reservoir Operation Using Multi-Objective Evolutionary Algorithm, 861– 878. https: //doi. org/10. 1007/s 11269 -005 -9011 -1 Valdes, J. B. , & Marco, J. B. (1995). Managing reservoirs for flood control. US–Italy Research Workshop on the Hydrometeorology, Impacts, and Management of Extreme Floods, (November), 1– 13. Wurbs, R. A. (2005). Comparative Evaluation of Generalized River / Reservoir System Models, (April).

ISTILAH DAN DEFINISI • Daerah pengaliran sungai (DPS) adalah suatu kesatuan wilayah tata air yang terbentuk secara alamiah terutama dibatasi oleh punggung-punggung bukit dimana air meresap dan atau mengalir dalam suatu sistem pengaliran melalui lahan, anak sungai dan sungai induknya. • Debit aliran adalah volume air yang mengalir melalui penampang melintang sungai atau saluran dalam satuan waktu tertentu, dinyatakan dalam satuan l/det atau m 3/det. • Kapasitas tampungan (storage capacity) adalah kemampuan suatu waduk • menampung sejumlah air sampai pada tinggi normal. • Tinggi normal adalah elevasi muka air sampai elevasi mercu, dinyatakan dalam satuan meter (m).

ISTILAH DAN DEFINISI • Tinggi muka air minimum adalah elevasi muka air terendah suatu waduk. Pada elevasi ini waduk tidak dapat dioperasikan lagi. Satuan yang dipakai adalah meter (m). • Tinggi Muka Air (TMA) waduk adalah tinggi muka air waduk atau danau yang diukur dengan alat ukur yang dipasang di tepinya. TMA waduk berkaitan/dihubungkan dengan volume atau luas permukaan waduk atau danau. • Luas genangan adalah luas permukaan genangan air dalam suatu waduk atau danau. Satuan yang dipergunakan biasanya hektar (ha) atau kilometer persegi (km 2).

ISTILAH DAN DEFINISI • Kurva elevasi–luas permukaan waduk–tampungan adalah kurva yang menggambarkan hubungan antara Tinggi Muka Air (TMA), luas permukaan waduk dan volume waduk. • Pola operasi waduk adalah patokan operasional bulanan suatu waduk di mana debit air yang dikeluarkan oleh waduk harus mengikuti ketentuan agar elevasinya terjaga sesuai dengan rancangan. • Tahun normal adalah tahun pada saat debit air yang masuk ke waduk merupakan debit rata-rata dari data pengamatan yang terjadi, yang deviasinya berkisar antara nilai rata + σ y sampai -σ y. Nilai σ adalah standar deviasinya dan y adalah suatu besaran yang tergantung dari resiko dan tingkat akurasi yang diinginkan.

Terimakasih