2.2 Teori Perencanaan Petak, Saluran dan Bangunan Air

2.2.1 Teori perencanaan petak

Petak irigasi adalah petak sawah atau daerah yang akan dialiri dari suatu sumber air, baik waduk maupun langsung dari satu atau beberapa sungai melalui bangunan pengambilan bebas. Petak irigasi dibagi 3 jenis, yaitu sebagai berikut.

a. Petak Tersier

Petak ini menerima air yang disadap dari saluran tersier. Karena luasnya yang tergolong kecil maka petak ini menjadi tanggung jawab individu untuk eksploitasinya. Idealnyadaerah yang ditanami berkisar 50-100 Ha. Jika luas petak lebih dari itu dikhawatirkan pembagian air menjadi tidak efisien.Petak tersier dapat dibagi menjadi petak kuarter, masing-masing seluas 8-15 Ha. Dimana bentuk dari tiap petak kuarter adalah bujur sangkar atau segi empat.Petak tersier haruslah juga berbatasan dengan petak sekunder. Yang harus dihindari adalah petak tersier yang berbatasan langsung dengan saluran irigasi primer. Selain itu disarankan panjang saluran tersier tidak lebih dari 1500 m.

b. Petak Sekunder

Petak sekunder adalah petak yang terdiri dari beberapa petak tersier yang berhubungan langsung dengan saluran sekunder. Petak sekunder mendapatkan airnya dari saluran primer yang airnya dibagi oleh bangunan bagi dan dilanjutkan oleh saluran sekunder. Batas sekunder pada umumnya berupa saluran drainase. Luas petak sekunder berbeda- beda tergantung dari kondisi topografi.

c. Petak Primer

Petak primer merupakan gabungan dari beberapa petak sekunder yang dialiri oleh satu saluran primer. Dimana saluran primer menyadap air dari sumber air utama. Apabila saluran primer melewati daerah garis tinggi maka seluruh daerah yang berdekatan langsung dilayani saluran primer.

2.2.Teori perencanaan saluran

Dalam mengalirkan dan mengeluarkan air ke dan dari petak sawah dibutuhkan suatu saluran irigasi. Saluran pembawa itu dibagi menjadi 2 jenis berdasarkan fungsinya, saluran pembawa yang membawa air masuk ke petak sawah dan saluran pembuang yang akan mengalirkan kelebihan air dari petak-petak sawah.

a. Saluran Pembawa

Berfungsi untuk mengairi sawah dengan mengalirkan air dari daerah yang disadap. Berdasarkan hierarki saluran pembawa dibagi menjadi 3, yaitu :1. Saluran Primer

Saluran ini merupakan saluran pertama yang menyadap air dari sumbernya. Dan selanjutnya dibagikan kepada saluran sekunder yang ada. Saluran ini dapat menyadap dari sungai, waduk, atau waduk. Bangunan sadap terakhir yang terdapat di saluran ini menunjukan batas akhir dari saluran ini2. Saluran Sekunder

Air dari saluran primer akan disadap oleh saluran sekunder. Saluran sekunder nantinya akan memberikan air kepada saluran tersier. Akan sangat baik jika saluran sekunder dibuat memotong atau melintang terhadap garis tinggi tanah. Sehingga air dapat dibagikan ke kedua sisi dari saluran.3. Saluran Tersier

Merupakan hierarki terendah yang berfungsi mengalirkan air yang disadap dari saluran sekunder ke petak-petak sawah. Saluran ini dapat mengairi kurang lebih 75-125 Ha.

b. Saluran Pembuang

Fungsinya membuang air yang telah terpakai ataupun kelebihan air yang terjadi pada petak sawah. Umumnya saluran ini menggunakan saluran lembah. Saluran lembah tersebut memotong garis tinggi sampai ketitik terendah daerah sekitar.

DIMENSI SALURAN Pada saluran terbuka dikenal berbagai macam bentuk saluran seperti persegi, setengah lingkaran, elips , dan trapesium. Untuk pengaliran air irigasi, penampang saluran yang digunakan adalah trapesium karena umum dipakai dan ekonomis. Dalam mendesain saluran digunakan rumus-rumus sebagai berikut.

a. Debit rencana (Q)

Q = A*a/(1000*eff.) m3

c. Rumus Stickler

V = k.R2/3.S1/2

Keterangan :

V = Kecepatan aliran

R = Jari-jari hidraulik

S = Kemiringan saluran

K = Koefisien saluran

c. Nilai V diperoleh melalui persamaan

V = 0,42.Q0,182 m/dt

d. Luas penampang basah

A = Q/V m2

e. Kemiringan talud (m) diperoleh dari tabel f. Nilai perbandingan b/h (n)N = (0,96*Q0.23)+m

g. Ketinggian air (h)

h = 3*V1,56 m

h. Lebar dasar saluran b = n*h mi. Lebar dasar saluran di lapangan (b) dengan pembulatan 5 cm dari b

j.Luas basah rencana (A) A = (b+t*h)h m2k. Keliling basah

P = b+(2*h((1+m2)0,5) m l. Jari-jari hidraulisR = A/P m

m. Koefisien Strickelr diperoleh melalui tabel n. Kecepatan aliran rencana (V)V = Q/A m/s

o. Kemiringan saluran pada arah memanjang (i) I = V2/(k2*R4/3)p. Tinggi jagaan diperoleh melalui tabel q. Tinggi saluran ditambah freeboard (H)

H = h + W

r.Lebar saluran yang ditambah freeboard (B) B = b+2*(h+W) m

Tabel 1. Nilai n dan m dari Fungsi Q

Tabel 2 . Kekasaran Saluran

Tabel 2.4 Nilai W

Dalam merencanakan debit rencana efisiensi yang digunakan untuk saluran tersier adalah 80%, sekunder 70%, dan primer 70%. Dalam penggunaan a (kebutuhan air) dihitung berdasarkan pada perhitungan yang sudah dibahas pada pembahasan sebelumnya. Dalam merencanakan lebar saluran yang dipergunakan di lapangan, dari b (b perhitungan), dibulatkan 5 cm terdekat. Perhitungan dimensi saluran dimaksudkan untuk memperoleh dimensi dari saluran yang dipergunakan dalam jaringan irigasi serta untuk menentukan

tinggi muka air yang harus ada pada bendung agar kebutuhan air untuk seluruh wilayah irigasi dapat terpenuhi.

Perhitungan dimensi saluran ini ada dua tahap yaitu tahap penentuan dimensi untuk setiap ruas saluran dan tahan perhitungan ketinggian muka air pada tiap-tiap ruas saluran. Hasil perhitungan tersebut lebih efisien ditampilkan dalam bentuk tabel dimana urutan pengerjaan sudah diurutkan perkolom.

2.3 Teori Perhitungan Ketersediaan Air

Sumber air yang digunakan untuk pengairan atau untuk irigasi umumnya berasal dari sungai. Sungai tersebut memperoleh tambahan air dari air hujan yang jatuh ke sungai dan daerah di sekitar sungai tersebut. Daerah di sekitar sungai yang mempengaruhi jumlah air yang ada di sungai dan bilamana curah hujan yang jatuh di daerah tersebut mengalir ke sungai, maka daerah tersebut dinamakan daerah aliran sungai.

Untuk menganalisis ketersediaan air diperlukan data-data curah hujan selama beberpa tahun minimal dari tiga stasiun pengamat hujan yang ada di daerah aliran sungai. Dari data- data tersebut dapat diketahui debit air yang dapat mengairi luas daerah aliran sungai. Debit tersebut merupakan sejumlah air yang tersdia dan dapat dimanfaaatkan manusia sesuai kebutuhan. Ada 3 metode yang biasa digunakan dalam menentukan hujan regional, yaitu;

Metoda Thiessen

Metoda Arithmatik

Metoda Isohyet

Dalam studi ini, ketersediaan air dihitung menggunakan metoda poligon thiessen untuk mencari curah hujan regional dan metoda FJ Mock untuk menghitung debit air di daerah aliran sungai yang menjadi objek studi Metoda Poligon Thiessen :

RH

Dimana :

Hi = hujan pada masing-masing stasiun

Li = luas poligon/wilayah pengaruh masing-masing stasiun

N = jumlah stasiun yang ditinjau

RH = Curah hujan rata - rata.

2.4 Teori Perhitungan Kebutuhan Air

Penentuan kebutuhan air ditujukan untuk mengetahui berapa banyak air yang diperlukan lahan agar dapat menghasilkan produksi optimum. Dalam penentuan kebutuhan air diperhitungkan juga efisiensi saluran yang dilalui. Kebutuhan air untuk setiap jenis tanaman adalah berbeda tergantung koefisien tanaman.

Berikut adalah hal yang mempengaruhi kebutuhan air :

a. Evapotranspirasi potensial

Evapotranspirasi adalah banyaknya air yang dilepaskan ke udara dalam bentuk uap air yang dihasilkan dari proses evaporasi dan transpirasi. Dalam penentuan besar evapotranspirasi terdapat banyak metoda yang dapat dilakukan. Pada laporan ini digunakan metoda Penman Modifikasi. Metoda tersebut dipilih karena perhitungan yang paling akurat. Akurasinya diindikasikan melalui parameter-parameter penentuan besarnya evapotranspirasi yang menggunkan data temperatur, kelembapan udara, persentase penyinaran matahari, dan kecepatan angina.

Rumus metoda Penman Modifikasi adalah sebagai berikut :

Et0 = c.(w.Rn + (1-w).f(u).(ea-ed))

Et0 = Evapotranspirasi (mm/hari)

c = Faktor koreksi akibat keadaan iklim siang dan malam

w = Faktor bobot tergantung dari temperature udara dan ketinggian tempat Rn = Radiasi netto ekivalen dengan evapotranspirasi (mm/hari) = Rns Rnl Rns = Gelombang pendek radiasi yang masuk = (1-).Rs = (1-).(0,25+n/N).Ra Ra = Radiasi ekstra terestrial matahariRnl = Gelombang panjang rdiasi netto = ft(t).f(ed).f(n/N) N = Lama maksimum penyinaran matahari1-w = Faktor bobot tergantung pada temperature udara f(u) = Fungsi kecepatan angin = 0,27.(1 + u/100)f(ed) = Efek tekanan uap pada radiasi gelombang panjang

f(n/N) = Efek lama penyinaran matahari pada radiasi gelombang panjang f(t) = Efek temperature pada radiasi gelombang panjangea = Tekanan uap jenuh tergantung temperature ed = ea.Rh/100Rh = Curah hujan efektif

b. Curah hujan efektif

Untuk irigasi tanaman padi, curah hujan efektif tengah bulanan diambil 80% dari curah hujan rata-rata tengah bulanan dengan kemungkinan tak terpenuhi 20%. Sedangkan untuk palawija nilai curah hujan efektif tengah bulanan diambil P=50% Curah hujan dianalisis dengan analisis curah hujan. Analisis curah hujan dilakukan dengan maksud untuk menentukan : Curah hujan efektif, yang digunakan untuk menentukan kebutuhan air irigasi

Curah hujan lebih, yang digunakan untuk menentukan besar kebutuhan pembuangan dan debit banjirCara mencari curah hujan efektif adalah sebagai berikut :

Menentukan stasiun hujan yang paling dekat dengan bending

Mengurutkan data curah hujan dari yang terkecil sampai terbesar

Menentukan tingkat probabilitas terlampaui tiap data. Mencari nilai curah hujan dengan P=50% dan P=80%

Jika tidak adalah curah hujan dengan P=50% dan P=80% maka digunakan interpolasi menggunakan nilai curah hujan dengan tingkat probabilitas terdekat.

c. Pola Tanam

Untuk memenuhi kebutuhan air bagin tanaman, penentuan pola tanam merupakan hal yang perlu dipertimbangkan. Tabel di bawah merupakan contoh pola tanam yang biasa digunakan.

Tabel 2.5 Urutan Pola Tanam

Pola tanam yang digunakan pada laporan ini adalah padi-padi-palawija karena ketersediaan air diasumsikan cukup banyak

c. Koefisien Tanaman

Koefisien tanaman diberikan untuk menghubungkan evapotranspirasi dengan evapotranspi tanaman dan dipakai dalam rumus Penman Modifikasi. Koefisien yang dipakai harus didasarkan pada pengalaman dalam tempo panjang dari proyek irigasi di daerah tersebut. Harga koefisien tanaman padi diberikan pada tabel berikut :

Tabel 2.6 Koefisien Tanaman Padi dan Kedelai

BulanNedeco/ProsidaFAOKedelai

VarietasBiasaVarietasUnggulVarietasBiasaVarietasUnggul

0,51,21,21,11,10.5

11,21,271,11,10.75

1,51,321,331,11,051

21,41,31,11,051

2,51,351,31,10,950,82

31,2401,0500.45

3,51,120,95

400

e. Perkolasi

Perkolasi adalah peristiwa meresapnya air ke dalam tanah dimana tanah dalam keadaan jenuh. Laju perkolasi sangat tergantung pada sifat-sifat tanah. Data-data mengenai perkolasi akan diperoleh dari penelitiian kemampuan tanah. Tes kelulusan tanah akan merupakan bagian dari penyelidikan ini. Apabila padi sudah ditanam di daerah proyek maka pengukuran laju perkolasi dapat dilakukan langsung di sawah. Laju perkolasi normal pada tanah lempung sesudah dilakukan penggenangan berkisar antara 1 sampai 3 mm/hari. Didaerah-daerah miring, perembesan dari sawah ke sawah dapat mengakibatkan banyak kehilangan air. Di daerah-daerah dengan kemiringan diatas 5%, paling tidak akan terjadi kehilangan 5mm/hari akibat perkolasi dan rembesan. Pada tanah-tanah yang lebih ringan, laju perkolasi bisa lebih tinggi.

Dari hasil penyelidikan tanah pertanian dan penyelidikan kelulusan, besarnya laju perkolaasi serta tingkat kecocokan tanah untuk pengolahan tanah dapat ditetapkan dan dianjurkan pemakaiannya. Pada laporan ini digunakan nilai perkolasi rata-rata yaitu 2 mm/hari

f. Penggantian Lapisan Air Tanah (WLR)

Penggantian lapisan air tanah dilakukan setengah bulan sekali. Di Indonesia besar penggantian air ini adalah 3,3 mm/hari.g. Masa penyiapan lahan

Untuk petak tersier, jangka waktu yang dianjurkan untuk penyiapan lahan adalah 1,5 bulan. Bila penyiapan lahan terutama dilakukan dengan peralatan mesin, jangka waktu 1 bulan dapat dipertimbangkan.Kebutuhan air untuk pengolahan lahan sawah (puddling) bisa diambil 200 mm. Ini meliputi penjenuhan (presaturation) dan penggenangan sawah, pada awal transplantasi akan ditambahkan lapisan 50 mm lagi.Angka 200 mm diatas mengandaikan bahwa tanah itu bertekstur berat, cocok digenangi dan bahwa lahan itu belum ditanami selama 2,5 bulan. Jika tanah itu dibiarkan berair lebih lama lagi maka diambil 250 mm sebagai kebutuhan air untuk penyiapan lahan. Kebutuhan air untuk penyiapan lahan termasuk kebutuhan air untuk persemaian.

Dalam penentuan kebutuhan air, dibedakan antara kebutuhan air pada masa penyiapan lahan dan kebutuhan air pada masa tanam. Penjelasannya sebagai berikut:

1. Kebutuhan air pada masa penyiapan lahan

Kebutuhan air untuk penyiapan lahan umumnya menentukan kebutuhan maksimum air irigasi pada suatu proyek irigasi. Faktor-faktor penting yang menentukan besarnya kebutuhan air untuk penyiapan lahan adalah :

a. Lamanya waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan pekerjaan penyiapan lahan.

Yang menentukan lamanya jangka waktu penyiapan lahan adalah :

Tersedianya tenaga kerja dan ternak penghela atau traktor untuk menggarap tanah.Perlunya memperpendek jangka waktu tersebut agar tersedia cukup waktu menanam padi sawah atau padi ladang kedua.

Kondisi sosial budaya yang ada di daerah penanaman padi akan mempengaruhi lamanya waktu yang diperlukan untuk penyiapan lahan. Untuk daerah-daaerah proyek baru, jangka waktu penyiapan lahan akan ditetapkan berdasarkan kebiasaan yang berlaku di daeah-daerah sekitaarnya. Sebagai pedoman diambil jangkawaktu 1.5 bulan untuk menyelesaikan penyiapan lahan di seluruh petak tersier untuk penyiapan lahan diperkirakan akan dipakai mesin secara luas maka jangka waktu penyiapan lahan akan diambil 1 bulan.

b. Jumlah air yang diperlukan untuk penyiapan lahan.Pada umumnya jumlah air yang dibutuhkan untuk penyiapan lahan dapat ditentukan berdasarkan kedalaman serta porositas tanah di sawah.Untuk perhitungan kebutuhan air total selama penyiapan lahan digunakan metode yang dikembangkan oleh Van de Goor dan Zijlstra (1968). Metode tersebut didasarkan pada laju air yang konstan l/dt selama periode penyiapan lahan dan menghasilkan rumus sebagai berikut

IR = M.ek / (ek - 1)

dimana :

IR : Kebutuhan aiir total dalam mm/hari

M : Kebutuhan air untuk mengganti/mengkompensari kehilangan air akibat evaporasi dan perkolasi di sawah yang sudah dijenuhkan .M = Eo + P . Eo = 1.1 * Eto P = perkolasi K = M.T/ST = Jangka waktu penyiapan lahan, hari

S = kebutuhan air untuk penjenuhan ditambah dengan lapisan air

50 mm yakni 200 + 50 = 250 mm seperti yang sudah diterangkan diatas.

Tabel 2.7 Kebutuhan Air Untuk Penyiapan Lahan

Eo + P (mm/hr)T = 30 hrT = 45 hr

S = 250 mmS = 300 mmS = 250 mmS = 300 mm

5.011.112.78.49.5

5.511.413.08.89.8

6.011.713.39.110.1

6.512.013.69.410.4

7.012.313.99.810.8

7.512.614.210.111.1

8.013.014.510.511.4

8.513.314.810.811.8

9.013.615.211.212.1

9.514.015.511.612.5

10.014.315.812.012.9

10.514.716.212.413.2

11.015.016.512.813.6

Penggunaan tabel tersebut mempercepat perhitungan di lapangan. Interpolasi selalu digunakan untuk perhitungan yang tidak ada di table.

2. Kebutuhan air pada masa tanam untuk padi sawah

Secara umum unsur-unsur yang mempengaruhi kebutuhan air pada masa tanam adalah sama dengan kebutuhan air pada masa penyiapan lahan. Hanya ada tambahan yaitu:

Penggantian lapisan air

Setelah pemupukan, diusahakan untuk menjadwalkan dan mengganti lapisan air meurut kebutuhan. Jika tidak ada penjadwalan semacam itu maka dilakukan penggantian air sebanyak 2 kali masing-masing 50 mm ( atau 3.3 mm/hari selama 0.5 bulan ) selama sebulan dan 2 bulan setelah transplantasi.Perhitungan kebutuhan pada masa tanam diuraikan secara mendetail secara berikut sehingga dapat dilihat perbedaannya pada perhitungan kebutuhan air pada masa penyiapan lahan, yaitu :a. Menghitung curah hujan efektif (Re) dengan cara seperti yang sudah diterangkan

diatas.

b. Menghitung evapotranspirasi potensial dengan metoda penman modifikasi yang sudah diterangkan diatas.c. Mencari data perkolasi (P) dan Penggantian lapisan air (WLR)

d. Menghitung ETc = Eto * c

dimana c adalah koefisien tanaman

e. Menghitung kebutuhan air total (bersih) disawah untuk padi

NFR = Etc + P + WLR - Re

f.Menghitung kebutuhan air irigasi untuk padi(IR) IR = NFR/0.64g. Menghitung kebutuhan air untuk irigasi (DR=a)

DR(a) = IR/8.64

h. Untuk keperluan perencanaan jaringan irigasi maka harga a yang diambil adalah harga a yang terbesar.

Penentuan Kebutuhan Air Untuk palawija

Kebutuhan air untuk palawija diperhitungkan dari harga Etc dan Re, dimana langkah pengerjaannya sama seperti pada padi. Jadi yang sangat mempengaruhi adalah evapotranspirasi dan curah hujan efektif saja.

4.3 Perhitungan Kebutuhan Air Daerah Irigasi

Untuk menghitung kebutuhan air daerah irigasi Sungai Bantimurung dilakukan langkah- langkah sebagai berikut .1. Mencari data iklim selama 10 tahun (1972-1981) untuk daerah irigasi yang ditinjau.

Untuk daerah irigasi Sungai Bantimurung data iklim diambil dari laboratorium mekanika fluida ITB. Adapun data-data yang diperlukan adalah sebagai berikut.a. Temperatur rata-rata (T) oC selama 10 tahun b. Kelembaban rata-rata (Rh) % selama 10 tahunc. Kelembaban maksimum (Rhmaks) % selama 10 tahun

d. Kecepatan angin rata-rata (U) km/hari selama 10 tahune. Penyinaran matahari rata-rata (n/N) %.

2. Dari data-data dicari nilai rata-rata setiap bulannya, maka dapat dilakukan perhitungan evatransporasi potensial setiap bulannya. Untuk menghitung nilai evapotranspirasi potensial (ETo) digunakan metode Penman Modifikasi.Contoh perhitungan untuk awal Bulan Januari :

Perhitungan ETo dengan metode Penman adalah sebagai berikut. Langkah 1 : Data iklim bulan JanuariTemperatur rata-rata (T) 25.60 oC

Kelembaban rata-rata (Rh) 85.50 % Penyinaran matahari rata-rata (n/N) 44.00 % Kecepatan angin rata-rata (U) 4 knot Kecepatan angin rata-rata (U) 182.73 km/hariLangkah 2 : Mencari nilai tekanan uap jenuh (ea)

Temperatur rata-rata (T) 25.60 oC Tekanan uap jenuh (ea) 32.84 mmHg Dengan menginterpolasi dari data yang sudah ada.Langkah 3 : Mencari harga Rh/100

Rh = 85.50

Rh/100 = 0.8550

Langkah 4 : Mencari tekanan uap nyata (ed)

ed = ea x Rh/100 = 32.84 x 0.8550 = 28.08 mmHg

Langkah 5 : Mencari harga (ea ed) perbedaan tekanan uap air (mmHg)

eaed = 32.84 28.08 = 4.76

Langkah 6 : Mencari harga kecepatan angin rata-rata

Dari data didapatkan harga kecepatan angin rata-rata adalah 182.73 km/hari. Langkah 7 : Mencari harga fungsi kecepatan anginf(U) = 0.27(1 + U/100) = 0.27(1 + 182.73/100) = 0.76

Langkah 8 : Mencari faktor harga berat (W) dan (1-W)

Nilai tersebut didapatkan dari interpolasi data yang sudah ada. Dari perhitungan didapatkan:W = 0.73 dan (1-W) = 0,27

Langkah 9 : Mencari harga (1-W) x f(U) x (ea-ed)

(1-W) x f(U) x (ea-ed)= 0.27 x 0.76 x 4.76 = 0.98

Langkah 10 : Mencari harga (Ra) penyinaran radiasi matahari teoritis (mm/hari)

Hal ini sama dengan kasus kasus sebelumnya yaitu dengan menggunakan interpolasi dari data yang sudah ada.