bab v analisis model hidrolis jaringan distribusi air ... · pdf filemenara air yang ada di...

Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey

Muhammad Taufik-15303029

V-1

BAB V

ANALISIS MODEL HIDROLIS

JARINGAN DISTRIBUSI AIR BERSIH UTAMA

KOTA NIAMEY

5.1 Umum

Untuk menentukan jangkauan pengembangan jaringan di Niamey, sebuah model

dari jaringan eksisting dibuat. Model ini berfungsi untuk menganalisis lokasi optimum

untuk menghubungkan jaringan baru (wilayah pengembangan) dengan jaringan eksisting.

Selain itu, model ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi permasalahan-

permasalahan yang terjadi pada jaringan eksisting dan digunakan untuk mendesain

penyelesaian masalah-masalah tersebut.

Untuk menciptakan model jaringan eksisting tersebut, data-data yang berkaitan

dengan sistem distribusi air di Niamey seperti Peta [GKW, 2001] dan Laporan Teknis

[IBG, Julliet 2001] mengenai instalasi digunakan sebagi sumber dengan menggunakan

piranti lunak EPANET.

5.2 Deskripsi Model

Model EPANET merupakan model hidrolis dari suatu jaringan penyaluran air

yang terdiri dari nodes dan links. Model ini menampilkan perhitungan tekanan semi

stasioner dan laju aliran pada komponen-komponen jaringan berdasarkan konsumsi air

dan aktivitas pompa pada setiap satuan waktu.

Hasil perhitungan tekanan dan sisa head ditampilkan pada setiap nodes.

Umumnya, nodes adalah lokasi dimana sambungan antar pipa berada, bisa terdapat pada

reservoir, dan lokasi-lokasi dimana terdapat penggunaan air.

Sedangkan links umumnya berupa pipa yang menyambungkan tiap nodes. Hasil

perhitungan kehilangan tekan yang terjadi pada pipa ditampilkan pada setiap pipa

berdasarkan debit, diameter pipa dan kekasaran pipa.



V-2

Model yang dibuat memuat data-data sebagai berikut :

- koordinat dan ketinggian tiap nodes;

- karakteristik pipa;

- pompa dan kurva pompa;

- reservoir atau menara air;

- kebutuhan air.

Koordinat dari setiap nodes ditentukan berdasarkan gambar jaringan (Gambar 3-

3) yang diserahkan oleh SEEN selama kunjungan lapangan pertama ke Niger pada

Februari 2007. Untuk ketinggian masing-masing nodes didapat dari peta GIS Niamey.

Diameter dan panjang pipa diketahui dari gambar jaringan yang sama dari SEEN.

Dari gambar jaringan tersebut panjang pipa dapat diukur. Material pipa yang terpasang

juga diindikasikan oleh gambar tersebut.

5.2.1 Pemodelan Kebutuhan Air

Pemodelan debit harian menuju tiap area didasarkan pada data hasil pengukuran

debit di tiap jalur pipa distribusi utama di tiap daerah yang dilakukan selama kunjungan

kedua ke Niger. Hasil dari pengukuran tersebut diringkas di dalam Tabel 5-1.

Pipa transmisi dari IPAM Yantala selain berfungsi sebagai pipa transmisi, pipa-

pipa ini juga berfungsi sebagai pipa distribusi. Oleh sebab itu, pengukuran kebutuhan air

tidak bisa dilakukan spesifik untuk tiap daerah. Pengukuran penggunaan air didasarkan

berdasarkan area tiap menara air yang terbangun di Niamey. Oleh karena pemodelan

untuk kebutuhan air ditempatkan pada tiap-tiap menara air yang ada, terkecuali menara

air no 2 dan reservoir no 7. Menara air nomor 2 berfungsi sebagai menara air pelengkap

untuk memodelkan kebutuhan air di sepanjang pipa distribusi utama. Reservoir 7

bertindak sebagai pemasok menara air nomor 3 dan 6, oleh karena itu tidak terdapat

kebutuhan air pada R7.



V-3

Kurva Pompa

0

200

400

600

800

1000

1200

0 50 100 150

Head Pompa (m)

Deb

it P

om

pa

(m3/

jam

)

Kurva Pompa

5.2.2 Pemodelan Stasiun Pompa

Kapasitas pemompaan dari suatu pompa ditentukan melalui kecepatan

pemompaaan dan besarnya tekanan yang diaplikasikan pada saat pompa bekerja. Setiap

pompa memiliki karakteristik kurva pompa yang spesifik, dimana kurva tersebut

menunjukan besarnya air yang dapat dipompa pada setiap variasi tekanan yang

diaplikasikan. Bentuk dari kurva pompa sangat penting dalam memilih pompa untuk

mensuplai air dengan debit dan tekanan yang spesifik.

Tidak terdapat data yang lengkap mengenai bentuk kurva pompa untuk setiap

pompa yang terpasang di jaringan kota Niamey. Kurva pompa yang tersedia adalah kurva

pompa yang didapat dari katalog pompa tersebut, bukan kurva pompa yang didapat

melalui Factory Acceptance Test dari pompa tersebut. Bentuk dari kurva pompa yang

digunakan di Niamey ditampilkan pada gambar 5-1.

Gambar 5-1. Kurva Pompa Tipikal Niamey

Area Jumlah Terukur (m3/hari) R 10 20.400 R 8 13.776 R 9 16.992 R 1 1.056 R 11 6.180 R 5 4.944 R 3 7.416 R 6 5.064

Tabel 5-1. Konsumsi air terukur (Canevas, 2006)



V-4

Variabel-variabel lain yang dapat mempengaruhi kinerja pompa namun tidak

terukur adalah:

- Level muka air di reservoir air bersih di stasiun pompa

- Kecepatan putaran pompa

- Umur pompa

Untuk mendapatkan bentuk kurva pompa yang sesuai, bentuk kurva pompa yang

tersedia digunakan untuk memodelkan kurva pompa untuk pompa-pompa lain. Jadwal

operasi tiap pompa ditentukan melalui pola tiap pompa bekerja. Setiap pompa yang

terpasang memiliki pola operasi yang spesifik.

5.2.2.1 Goudel

Stasiun pompa Goudel memiliki 9 pompa yang menyalurkan air menuju tiga

menara air (R 9, R 10 dan R 8). Setiap menara air dipasok air oleh tiga pompa dengan

kurva pompa yang identik.

5.2.2.2 Yantala

Stasiun pompa Yantala dimodelkan dengan empat pompa yang menyalurkan air

melalui jalur pipa Rehabilitation dan dua pompa yang menyalurkan air melalui jalur pipa

Japonnaise. Kedua jalur ini terhubung didekat stasiun pompa Yantala dan lokasinya

dinamakan “noeud 300”. Konektivitas jaringan pada daerah ini cukup rumit, dan telah

didiskusikan secara intensif selama kunjungan lapangan. Konektivitas pipa pada lokasi

tersebut dapat dilihat pada Gambar 5-2.



V-5

Gambar 5-2. Konektivitas pada “Noeud 300”

5.2.2.3 Grand Marché

Stasiun pompa Grand Marché dimodelkan dengan empat pompa. Stasiun pompa

ini menyalurkan air dari ground reservoir R7 menuju menara air R6 dan R3. Dua pompa

dengan kurva pompa yang identik terpasang untuk menyalurkan air menuju R6, dan satu

pompa terpasang menyalurkan air menuju R3.

5.2.3 Pemodelan Pipa Distribusi Utama

Jaringan pipa untuk penyediaan air di kota Niamey sudah sering ditingkatkan

jangkauannya namun pengembangannya tidak tersusun secara baik. Seperti telah

dijelaskan sebelumnya, terdapat dua macam jaringan pipa di Niamey, refoulement

distributif dan refoulement direct.

5.2.3.1 Refoulement Direct

Terdapat tiga jalur pipa distribusi langsung (refoulement direct) pada jaringan

distribusi utama kota Niamey, yaitu dari Goudel menuju menara air nomor 10, dari

Yantala menuju menara air nomor 11 dan dari Ground Reservoir nomor 7 menuju

menara air nomor 6. Semua jalur tersebut menggunakan pipa dengan diameter 500 mm.

: Refoulement Direct : Refoulement Distributif : Pipa Distribusi



V-6

5.2.3.2 Refoulement Distributif

Pipa distributif ini selain menyuplai air dari Goudel dan Yantala menuju menara

air yang tersisa, juga mendistribusikan air di sepanjang perjalanan menuju menara-

menara air tujuan pipa tersebut. Diameter pipa yang digunakan untuk mendisribusikan air

untuk jalur-jalur tersebut bervariasi, dari diameter 300 mm hingga 500 mm.

Sistem distribusi yang terhubung dengan IPAM Yantala dan sistem yang

terhubung dengan IPAM Goudel tidak saling terhubung. Kedua sistem terpisahkan oleh

sebuah valve dalam kondisi tertutup di lokasi yang dinamakan noeud 300 oleh SEEN.

Dikarenakan tingginya tekanan air dari jaringan yang terhubung dengan IPAM Goudel,

kedua sistem tidak memungkinkan untuk disambungkan dalam operasional sehari-hari.

5.2.4 Pemodelan Valve

Jenis dari valve yang digunakan selama pemodelan jaringan adalah jenis PRV

(Pressure Reduction Valve). Valve jenis ini membatasi besarnya tekanan pada sebuah

pipa yang berada di jaringan.

Dalam pemodelan dengan menggunakan EPANET, terdapat tiga macam kondisi

valve jenis PRV ini dapat terpasang, yaitu :

• Terbuka sebagian

• Terbuka seluruhnya

• Tertutup

Didekat menara air nomor 11 terpasang sebuah valve yang beroperasi berdasarkan

ketinggian muka air di dalam menara air nomor 11 ini. Valve ini dimodelkan dengan

suatu perintah kendali dimana valve akan terbuka apabila menara air nomor 11 hampir

kosong dan sebaliknya. Hal ini dilakukan berhubung dengan lokasi menara air nomor 11

yang sangat rendah dapat menyebabkan air yang ada di jaringan kota mengalir menuju

menara air ini.

5.2.5 Pemodelan Menara Air

Air minum disalurkan menuju sepuluh buah menara air yang tersebar di seluruh

kota seperti pada gambar 5-4. Menara-menara air tersebut dinomori dengan huruf “R”



V-7

dan diikuti oleh sebuah angka. Menara air R1 adalah menara air tertua, menara air R10

dan R11 merupakan menara air yang terakhir dibangun.

Seluruh menara air dibangun dengan ketinggian beberapa meter dari permukaan

tanah, terkecuali menara air R7, dimana menara air ini berperan sebagai ground

reservoir. R7 merupakan reservoar berbentuk kotak yang terletak di tanah dan memompa

air menuju R3 dan R6. Lokasi dari menara-menara air tersebut terdapat pada Gambar 5-3.

Pada menara air, pipa pemasok dan pipa distribusi terhubung. Saat jam-jam

tertentu dimana kebutuhan air kecil, sebagian dari air yang ada mengisi tangki menara

air, dan sebaliknya saat kebutuhan air tinggi, tangki menara air menyalurkan airnya

menuju daerah pelayanan bersama air yang didistribusikan langsung dari stasiun pompa.

Kondisi ini tidak berlaku untuk R11 dikarenakan lokasinya yang sangat rendah, sehingga

sebuah valve kendali harus dipasang.

Gambar 5-3 dibawah menampilkan perbedaan skema koneksi menara air yang

terbangun di Niamey.

Gambar 5-3. Interkoneksi menara air

Koneksi menara air normal Koneksi menara air R 11

Control valve



V-8

Gambar 5-4. Layout jaringan dan lokasi menara air (IBG,2001)

Menara air yang ada di Niamey dipasok air oleh kedua stasiun pompa, pembagian

sistem penyaluran air menuju sepuluh menara air tersebut disajikan pada tabel 5-2.

Tabel 5-2. Daftar menara air di Niamey

Menara Air Sistem Transport Volume (m3) Elevasi tanah (m) Ketinggian (m) R 1 Yantala 300 211.5 13 R 2 Yantala 1,000 207.8 16 R 3 Yantala 1,000 221.5 16 R 5 Yantala 2,000 205.2 18 R 6 Yantala 600 220.3 12 R 7 Yantala 1,000 207.8 0 R 8 Goudel 1,000 222.5 24 R 9 Goudel 3,000 219.6 24 R 10 Goudel 4,200 232.3 24 R 11 Yantala 4,200 188 24 Total 18,300

Kapasitas penyimpanan tidak terbagi rata antara sistem Goudel dan Yantala.

� Yantala: 10,100 m3, jumlah ini merupakan 34% dari kapasitas produksi total

Yantala;

� Goudel: 8,200 m3, jumlah ini merupakan 16% dari kapasitas produksi total

Goudel.

Berdasarkan hal tersebut, disimpulkan bahwa penambahan kapasitas jaringan

dapat dilakukan dari instalasi pemompaan Goudel.

N



V-9

Gambar 5-6. Menara air R 10

5.2.6 Metode Perhitungan

EPANET akan menghitung besarnya kehilangan tekan berdasarkan diameter pipa,

debit dan koefisien kekasaran pipa. Pada analisa jaringan ini digunakan persamaan

Hazen-William untuk menghitung besarnya kehilangan tekan yang terjadi.

Koefisien kekasaran pipa bermacam-macam nilainya tergantung jenis material

dan umur pipa. Terutama untuk pipa baja dan cast iron dimana kekasarannya akan

berubah cepat sejalan umur operasi pipa tersebut karena korosi.

Koefisien kekasaran pipa yang digunakan dalam model jaringan ditampilkan pada

Tabel 5-3.

Tabel 5-3. Koefisien kekasaran Hazen-Williams untuk pipa baru (Dieter,1999)

Material Kekasaran Pipa Cast Iron (DCIP) 130 - 140 Concrete or Concrete Lined 120 - 140 Galvanized Iron 120 Plastic 140 - 150 Steel 140 - 150 Vitrified Clay 110



V-10

R-10

Goudel

Yantala

R-8

R-9

5.3 Kalibrasi Model

Model jaringan yang dibuat harus merepresentasikan kondisi nyata jaringan

distribusi Niamey di lapangan. Tekanan dan debit aliran pada beberapa lokasi di Niamey

seperti pada gambar 5-7 telah diukur di lapangan selama kunjungan ke Niger. Hasil

pengukuran di lapangan dibandingkan dengan hasil pengukuran pada titik yang sama

pada model jaringan. Model jaringan dinyatakan terkalibrasi apabila hanya terdapat

sedikit perbedaan antara model dengan hasil pengukuran di lapangan.

5.3.1 Metodologi Kalibrasi

Untuk mengkalibrasi model jaringan yang telah dibuat, selama kunjungan ke

Niamey data mengenai besarnya tekanan dan debit setiap stasiun pompa setiap jam

didapat melalui pengukuran dengan menggunakan pressure meter dan flow meter. Selain

pada setiap stasiun pompa, pengukuran tekanan setiap jam juga dilakukan di dekat

seluruh menara air seperti tampak pada Gambar 5-7.

Data mengenai tinggi muka air tiap jam di menara-menara air dan pola

operasional tiap pompa juga dikumpulkan selama kunjungan ke Niamey. Hasil

pengukuran debit dan tekanan dari kedua jaringan terdapat pada lampiran A.

Gambar 5-7. Lokasi pengukuran tekanan dan debit



V-11

Untuk selang waktu satu jam selama sehari, tekanan dan debit yang dihitung oleh

EPANET dibandingkan dengan tekanan dan debit yang terukur di lapangan. Apabila

terjadi perbedaan, model jaringan akan dioptimasikan dengan cara merubah sedikit

parameter yang ada dalam model.

Parameter yang diubah selama pengkalibrasian model adalah koefisien kekasaran

pipa. Perhitungan awal dilakukan dengan menggunakan nilai kekasaran pipa untuk pipa

baru, yaitu sebesar 150. Besarnya koefisien kekasaran pipa ini disesuaikan untuk setiap

sub-sistem jaringan sampai terjadi kecocokan antara data terukur dengan data keluaran

model.

Hasil kalibrasi ditampilkan pada grafik-grafik yang terdapat di lampiran A.

Beberapa grafik mengindikasikan sedikit perbedaan antara hasil pengukuran dengan hasil

pemodelan. Perbedaan ini dapat disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya:

� Interkoneksi jaringan yang tidak diketahui dan tidak termodelkan;

� Pengaturan bukaan valve yang berbeda dengan yang diasumsikan;

� Kesalahan lokasi pengukuran di lapangan;

� Perbedaan diantara kurva pompa yang digunakan dengan kurva pompa yang dipakai

di lapangan;

� Perbedaan pola pengoperasian pompa antara yang dilaporkan dengan yang

sesungguhnya dilapangan;

� Perbedaan kebutuhan air yang dimodelkan dengan kebutuhan air sesungguhnya di

lapangan.

5.3.2 Hasil Kalibrasi

5.3.2.1 Jaringan Yantala

Untuk jaringan distribusi sistem Yantala, kalibrasi dari dua sub-sistem jaringan

yaitu Japonnaise dan Rehabilitation dilakukan secara bersamaan dikarenakan kedua sub-

sistem tersambung.

Menara air R11 mempengaruhi kestabilan jaringan Yantala karena kapasitasnya

yang besar dan elevasinya yang rendah dibandingkan menara air yang lainnya. Hasil

kalibrasi membuktikan bahwa pemodelan valve di jaringan (terbuka penuh ketika R11

kosong dan tertutup rapat ketika R11 penuh) memberikan hasil yang baik.



V-12

Selama pengkalibrasian, optimasi telah dilakukan dengan menyesuaikan

kekasaran pipa dari pipa-pipa yang mengalirkan air menuju R1, R2, R7 dan R5.

5.3.2.2 Jaringan Goudel

Kalibrasi jaringan Goudel dilakukan secara terpisah untuk setiap sub-sistem yang

ada, Goudel – R8, Goudel – R9 dan Goudel – R10. Selama pengkalibrasian, koefisien

kekasaran pipa disesuaikan hingga mencapai hasil yang memuaskan. Berikut adalah

koefisien kekasaran yang digunakan untuk masing-masing sub-sistem:

- R8: C = 130

- R9: C = 120

- R10: C = 135

Dari hasil kalibrasi, disimpulkan bahwa hasil pemodelan memberikan hasil yang

cukup sesuai dengan pengukuran di lapangan. Perbedaan terbesar muncul di lokasi dekat

menara air R8. Selama kunjungan ke Niamey, fluktuasi tekanan yang besar (0.5 – 1 bar)

terjadi di dekat lokasi R8. Hal ini dapat disebabkan oleh penyadapan air ilegal yang

dilakukan di dekat lokasi pengukuran.

5.3.3 Kesimpulan

Dapat disimpulkan bahwa model hidrolis yang diciptakan sudah cukup akurat

untuk desain pengembangan jaringan. Perbedaan keseluruhan antara tekanan atau debit

terukur dengan tekanan atau debit model kurang dari 10%.

Karena wilayah pengembangan yang baru akan disambungkan dari stasiun pompa

Goudel, perbedaan besar antara model dan pengukuran yang muncul di sub-sistem

Rehabilitation tidak terlalu mempengaruhi analisa selanjutnya.

bab v analisis model hidrolis jaringan distribusi air ... · pdf filemenara air yang ada di...

Documents