OPTIMASI PEMANFAATAN AIR DENGAN PROGRAM LINEAR (LINEAR PROGRAMMING) DI SALURAN TARUM BARAT

PENDAHULUAN

A.  LATAR BELAKANG

Air sebagai sumber daya alam yang diperlukan untuk kehidupan menusia membutuhkan  perencanaan  yang  baik  dalam  pengelolaan  dan pemanfaatannya agar tetap terjaga kelestarian sumber daya alam tersebut.

Berdasarkan  UU No.7 Tahun 2004 tentang Sumber Daya Air, air adalah semua  air  yang  terdapat  pada,  di  atas,  ataupun  di  bawah  permukaan  tanah, termasuk dalam pengertian ini air permukaan,  air tanah, air hujan, dan air laut yang berada di darat. Pengelolaan sumberdaya air didefinisiskan sebagai aplikasi dari cara struktural dan non-struktural untuk mengendalikan sistem sumber daya air  alam  dan  buatan  manusia  untuk  kepentingan/manfaat  manusia  dan tujuan- tujuan lingkungan.

Sumber daya air merupakan  bagian dari sumber  daya  yang mempunyai sifat yang sangat berbeda dengan sumber daya alam lainnya. Air adalah sumber daya  yang  terbarui,  bersifat  dinamis  mengikuti  siklus  hidrologi  yang  secara alamiah   berpindah-pindah    serta   mengalami   perubahan   bentuk   dan   sifat. Tergantung dari waktu dan lokasinya, air dapat berupa zat padat sebagai es dan salju, dapat berupa air yang mengalir serta air permukaan.  Berada dalam tanah sebagai air tanah, berada di udara sebagai air hujan, berada di laut sebagai air laut, dan bahkan berupa uap air yang didefinisi sebagai air udara.

Salah satu cara yang harus diperhatikan dalam pengelolaan air adalah pengelolaan yang berdasarkan pada ‘watershed’ (Daerah Aliran Sungai/DAS). Daerah aliran sungai adalah suatu wilayah daratan yang merupakan satu kesatuan dengan  sungai  dan  anak-anak  sungainya,  yang  berfungsi  menampung, menyimpan, dan mengalirkan air yang berasal dari curah hujan ke danau atau laut secara alami, yang batas di darat merupakan pemisah topografis dan batas di laut sampai dengan daerah perairan yang masih terpengaruh aktivitas daratan. Dengan pengelolaan air berdasarkan DAS maka diharapkan akan tercipta kesinambungan sumber daya air karena air tidak bisa dilihat satu bagian wilayah saja.

Oleh karena  itu pelaksanaan  pengelolaan  air merupakan  suatu  hal  yang mutlak dilakukan, agar dalam pengelolaan air didapatkan nilai yang optimal dan   efisien.   Dalam   pelaksanaanya   perlu   dilakukan   secara  bertahap,   mulai  dari perencanaan, pelaksanaan hingga tahap evaluasi dan pengawasan.

B.  TUJUAN

Tujuan dari penelitian ini secara umum adalah mengoptimalkan kebutuhan air di Saluran Induk Tarum Barat.

C.   BATASAN MASALAH

Perihal   yang menjadi batasan masalah  adalah sebagai berikut :

1.  Mengoptimasi  pemanfaatan air dengan pemrograman linear didaerah saluran Tarum Barat.

2. Kurangnya ketersediaan  sumber daya air didaerah Tarum Bara.

LANDASAN TEORI

A.   SIKLUS HIDROLOGI

Siklus Hidrologi didefinisikan sebagai suksesi tahapan-tahapan  yang dilalui air dari atmosfer ke bumi dan kembali lagi ke atmosfer (Seyhan, 1990).Sumber tenaga  dari  siklus  ini  adalah  matahari.  Dalam  daur  hidrologi,  energi  panas matahari dan faktor-faktor iklim lainnya menyebabkan terjadinya proses evaporasi pada permukaan vegetasi dan tanah, di laut atau badan-badan air lainnya.

Gambar 1. Siklus Hidrologi

Komponen siklus hidrologi dalam DAS berdasarkan siklus di atas terdiri dari hujan, evaporasi, intersepsi, transpirasi, infiltrasi, perkolasi, aliran permukaan dan aliran bawah permukaan serta total aliran yang terjadi di sungai (outlet).

1.   Curah  Hujan

Curah hujan adalah faktor utama yang mengendalikan daur hidrolgi di suatu  DAS.Terbentuknya  ekologi,  geografi  dan tataguna  lahan  di suatu daerah  sebagian  besar  ditentukan   atau  tergantung   pada  fungsi  daur hidrologi, dengan demikian curah hujan merupakan kendala sekaligus kesempatan  dalam  usaha  pengelolaan  sumberdaya  tanah  dan  air. Adapun  hal-hal  yang  perlu  diperhatikan  adalah sebagai berikut:

a.   Distribusi Curah Hujan

Curah hujan yang diperlukan untuk penyusunan suatu rancangan pemanfaatan air dan rancangan pengendalian banjir adalah curah hujan rata-rata di seluruh daerah yang bersangkutan, bukan curah hujan pada suatu  titik  tertentu.  Curah  hujan  ini  disebut  curah  hujan wilayah/daerah dan dinyatakan dalam mm. 

b.   Frekuensi curah hujan

Cara  perkiraan  untuk  mendapatkan   frekuensi   kejadian  curah hujan dengan intensitas tertentu yang digunakan dalam perhitungan pengendalian  banjir, rancangan drainase dan lain-lain adalah dengan menggunakan data pengamatan yang lalu.

2.   Evapotranspirasi

Evapotranspirasi adalah keseluruhan jumlah air yang berasal dari permukaan tanah, air, dan vegetasi  yang diuapkan  kembali  ke atmosfer. Dengan   kata   lain,   besarnya   evapotranspirasi   adalah   jumlah   antara evaporasi  (penguapan  air  dari permukaan  tanah),  intersepsi  (penguapan kembali   air   hujan   dari   permukaan   tajuk   vegetasi),   dan   transpirasi (penguapan air tanah ke atmosfer melalui vegetasi).

3.   Limpasan

Limpasan dapat diartikan sebagai bagian curah hujan yang membuat aliran   ke   saluran-saluran,   sungai,   danau,   atau   laut   sebagai   aliran permukaan (Schwab.Et al, 1968). Menurut Arsyad (1983), limpasan atau run-off  adalah bagian  dari curah hujan  yang mengalir  keluar  dari suatu daerah  pengaliran  di  atas  dan  di  bawah  permukaan  tanah.

B.   IRIGASI

1.   Pengertian

Irigasi adalah upaya  pemberian  air dalam bentuk lengas  (kelembaban) tanah sebanyak keperluan untuk tumbuh dan berkembang bagi tanaman (Najiyati : 1987). Jaringan irigasi merupakan prasarana irigasi yang terdiri atas bangunan dan saluran air beserta perlengkapnya. Sistem jaringan irigasi  dapat  dibedakan  antara  jaringan  irigasi  utama  dan  jaringan  irigasi tersier. Jaringan irigasi utama meliputi bangunan – bangunan utama yang dilengkapi   dengan   saluran   pembawa,   saluran   pembuang.   dan   banguan pengukur. Jaringan irigasi tersier merupakan jaringan irigasi di petak tersier, beserta bangunan pelengkap lainnya yang terdapat di petak tersier (Kartasapoetra, 1990: 30 – 31).

Berdasarkan   letak   dan   fungsinya   saluran   irigasi   teknis   dibedakan menjadi:

a. Saluran  Primer  (Saluran  Induk)  yaitu  saluran  yang  lansung berhubungandengan  saluran  bendungan  yang  fungsinya  untuk menyalurkan air dari waduk ke saluran lebih kecil.

b.   Saluran Sekunder yaitu cabang dari saluran primer yang membagi saluran induk kedalam saluran yang lebih kecil (tersier).

c. Saluran Tersier yaitu cabang dari saluran sekunder yang langsung berhubungan dengan lahan atau menyalurkan air ke saluran – saluran kwarter.

d.   Saluran   kwarter   yaitu  cabang  dari  saluran  tersier  dan  berhubungan langsung dengan lahan pertanian (Najiyati, 1993: 35 – 36).

Irigasi merupakan bangunan air yang berupa saluran dan berfungsi menyalurkan air dari Bendung ke petak secara periodik, guna mencukupi kebutuhan air bagi tanaman di petak sawah.

2.   Peranan Irigasi

a.   Menambah   air   ke   dalam   tanah   untuk   menyediakan   cairan   yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman.

b.   Menyediakan jaminan panen pada musim kemarau yang pendek.

                                                                                                 

c.   Mendinginkan  tanah  dan  atmosfer,  sehingga  menimbulkan  lingkungan yang baik untuk pertumbuhan tanaman.

d.   Mengurangi bahaya pembekuan.

e.   Mencuci atau mengurangi garam dalam tanah. f.   Mengurangi bahaya erosi.

g.   Melunakan pembajakan dan pengumpalan tanah.

h.   Memperlambat    pembentukan    tunas    dengan    perbandingan    karena penguapan (Hansen, 1986: 4).

Berkaitan   dengan   perkembangan   teknologi   budidaya   dan   produksi pangan, peranan irigasi berkembang menjadi :

a.   Penyedia   air  untuk   tanaman   dan  dapat  digunakan   untuk   mengatur kelembaban tanah.

b.   Membantu    menyuburkan    tanah   melalui    bahan    –   bahan   pangan kandunganyang di bawa oleh air.

c.   Memungkinkan penggunaan obat – obatan dalam dosis. d.   Menekan pertumbuhan gulma.

e.   Menekan perkembangan hama tertentu.

f.   Memudahkan pengolahan tanah (Pasandaran, 1991: 141).

C.   KEBUTUHAN SUMBERDAYA AIR

Air digunakan manusia untuk kebutuhan rumah tangga, pertanian, industri, pembangkit energi (tenaga listrik), transportasi, dan untuk keperluan lainnya. Ditinjau dari fungsi air/wilayah perairan, dapat dibagi menjadi 3 golongan:

1.   Kebutuhan Air Domestik

Kebutuhan  air  domestik  atau  rumah  tangga  adalah  kebutuhan  air untuk memenuhi kebutuhan hidup bagi masing-masing orang. Kebutuhan tiap  orang  tidak  sama  dan  sangat   tergantung   pada 

beberapa   faktor diantaranya tingkat sosial, tingkat pendidikan, kebiasaan penduduk, letak geografis,   dan   lain-lain.

Tabel 2. Standar  Kebutuhan  Air Rumah Tangga Berdasarkan  Jenis Kota dan Jumlah Penduduk

Jumlah Penduduk	Jenis Kota	Jumlah Kebutuhan
>2.000.000	Metropolitan	>210
1.000.000-2.000.000	Metropolitan	150-210
500.000-1.000.000	Besar	120-150
100.000-500.000	Besar	100-120
20.000-100.000	Sedang	90-100
3.000-20.000	Kecil	60-100

2.   Kebutuhan Air Industri   

Kebutuhan air industri adalah kebutuhan air untuk proses industri, termasuk bahan baku, kebutuhan air pekerja industri dan pendukung kegiatan industri. kebutuhan air untuk industri disesuaikan dengan klasifikasi jenis industri.Untuk industri kecil berkisar 5 – 50 m3/hari, industri sedang berkisar 51 – 150 m3/hari, dan industry besar 151 – 350 m3/hari (Purwanto, 1995).

3.   Kebutuhan Air Pertanian

a.   Kebutuhan Air Tanaman

Kebutuhan air tanaman adalah jumlah air per satuan waktu yang dibutuhkan  untuk  mencukupi  evapotranspirasi,  biasanya  dinyatakan dalam mm/hari Evapotranspirasi merupakan gabungan dari evaporasi dan transpirasi.

b.  Kebutuhan Air Irigasi 

Kebutuhan  air  irigasi  atau  pertanian  adalah  jumlah  selain  air hujan  yang  ditambahkan  untuk  tanaman.Kebutuhan   air  untuk  pada sawah meliputi kebutuhan air untuk pengolahan tanah, pembibitan, pertumbuhan sampai saat panen.

c.   Kebutuhan Air Pengolahan Tanah

Pengolahan  tanah adalah  suatu usaha  menciptakan  kondisi tanah yang sedemikian rupa sehingga tanaman dapat berkecambah dan tumbuh dengan  baik.  Kegiatan  pengolahan  tanah  ini  bertujuan  untuk membersihkan lahan dari gulma, memberantas hama dan penyakit dalam tanah.

d.   Pola Tanam     

Pola  tanam  merupakan  jenis  tanaman  yang  ditanam  pada  suatu lahan  dalam  kurun  waktu  tertentu,  tujuannya  supaya  air  irigasi  yang tersedia sangat terbatas masih dapat dimanfaatkan secara adil dan merata untuk seluruh daerah irigasi. Penentuan  jenis  tanaman terpilih haruslah mempertimbangkan beberapa faktor, di antaranya;

   Tanaman tersebut dapat tumbuh dan menghasilkan produksi.          

   Tanaman tersebut merupakan tanaman yang disukai petani.

   Tanaman tersebut mempunyai nilai ekonomi tinggi dan mudah untuk dipasarkan.

D.   KETERSEDIAAN SUMBERDAYA AIR

Pengertian ketersediaan sumberdaya air adalah air yang dapat dimanfaatkan oleh makhluk hidup dalam suatu wilayah dan waktu tertentu.Ketersediaan sumberdaya air dapat berupa air hujan, air sungai, mata air dan air tanah, baik air tanah dangkal (unconfined aquifer), maupun air tanah dalam (confined aquifer).

Tinjauan  umum  sistem  hidrologi  DAS  umumnya  lebih  menekankan  pada aliran  air  permukaan,  sedangkan  untuk air  tanah mempunyai  pendekatan  agak berbeda, sehingga dapat dikatakan bahwa wilayah suatu DAS tidak selalu identik dengan wilayah cekungan air tanah sehingga pendekatan yang komprehensif diharapkan akan lebih memadai tetapi juga akan lebih kompleks.

E.   LINEAR PROGRAMMING

                           

Linear Programming  yang biasa disingkat LP merupakan salah satu teknik operational   research   yang   digunakan   paling   luas   dan   diketahui   dengan baik.Linear  Programming  digunakan  untuk  merubah  suatu  masalah  ke  dalam model   matematik   dalam   mengalokasikan   sumberdaya   yang   langka   untuk mencapai suatu tujuan seperti memaksimumkan keuntungan dan meminimumkan biaya. tujuan yang akan dicapai dan dapat dibuat suatu formula matematik yang meliputi tiga tahap sebagai berikut:

a.   Tentukan variabel  yang tak diketahui (variabel keputusan)  dan nyatakan dalam simbol matematik.

b.   Membentuk fungsi tujuan yang ditunjukkan sebagai suatu hubungan linier (bukan perkalian) dari variabel keputusan.

c.   Menentukan semua kendala masalah tersebut dan mengekspresikan dalam persamaan atau pertidaksamaan yang juga merupakan hubungan linier dari variabel keputusan yang mencerminkan keterbatasan sumberdaya masalah.

 

1.   Bentuk Umum Model Linear Programming (LP)

                                                            

Pada setiap masalah, ditentukan variabel keputusan, fungsi tujuan, dan sistem kendala,  yang bersama-sama  membentuk  suatu model matematik dari dunia nyata. Bentuk umum model LP itu adalah

Maksimumkan atau minimumkan:

a.   Fungsi tujuan  : Z =c1 + x2 + c2x2 + … + cnxn

b.  Fungsi Kendala :

 a11 x11 + a12 x12 + … + an1 xn1   < b2   (= ; >)

a21x21 + a22 x22 + …+ an1 xn1   < b2  (= ; >)

………+ …….. + ….+ ……..  < …

an1 xn1 + an2 xn2 + …+ anm xnm  < b2   (= ; >)

c.   Asumsi          : x1, x2, …., xn  > 0

Keterangan :

xn        =  Banyaknya kegiatan n, di mana n = 1, 2, …, m. Berarti di sini terfapat m variabel keputusan.

z           =  Nilai fungsi tujuan.

cn        =  Sumbangan per unit kegiatan n. untuk masalah maksimisasi cn menunjukkan keuntungan atau penerimaan per unit, sementara dalam kasus minimisasi ini menunjukkn biaya per unit.

bn        =  Jumlah sumberdaya ke-i (i = 1, 2, 3, … , m). Berarti terdapat m jenis sumberdaya.

anm     =  Banyaknya     sumberdaya     n     yang     diperlukan     untuk menghasilkan suatu unit barang ke-m.

2.   Penyelesaian Grafik Model LP

Masalah LP dapat diilustrasikan dan dipecahkan secara grafik jika ia hanya memiliki dua variabel keputusan. Suatu cara sederhana untuk menggambarkan  masing-masing  persaman  garis  adalah  dengan menetapkan salah satu variabel dalam suatu persamaan sama dengan nol dan kemudian mencari nilai variabel yang lain.

3.   Penyelesaian LP dengan Model Simplek

Penyelesaian LP dengan menggunakan metode simplek harus diubah terlebih dahulu ke dalam bentuk umum yang dinamakan “bentuk baku (standard form). Ciri-ciri bentuk baku LP adalah : semua kendala berupa persamaan dengan sisi kanan non negatif, semua variabel non negatif dan fungsi tujuan dapat maksimum maupun minimum.