Alat Perhitungan Hidrologi — Disertasi Lidia Virgianti, SP., MT Mahasiswa S3 Ilmu Lingkungan Universitas Lampung
👤
Universitas Lampung
Program Doktor Ilmu Lingkungan · Kab. Buru, Maluku · 2026
Dashboard
● Sistem Aktif📍 Buru, Maluku
Tampungan Total🏗️
24.50
juta m³
Efisiensi GRG📈
—
% keandalan suplai
— vs baseline
Luas DAS🌿
386.2
km²
Iterasi🔄
—
konvergen (ε = 10⁻⁶)
💡
Model Generalized Reduced Gradient (GRG) mengoptimalkan pola operasi Bendungan Way Apu di Kabupaten Buru, Maluku. Dengan 36 variabel keputusan (release bulanan × 3 sektor) dan 12 periode operasi, model meminimalkan defisit alokasi air untuk irigasi, domestik, dan PLTA secara simultan.
📊Perbandingan Pola Operasi
12 Bulan
⚖️Komposisi Demand Tahunan
📊Neraca Air Bulanan
📈Trajektori Volume Tampungan & Elevasi Muka Air (Hasil GRG)
— update dari Simulasi GRG
Grafik otomatis terupdate setiap kali Anda menjalankan Simulasi GRG / Pola Operasi Optimal. Menampilkan volume tampungan (jt m³) dan elevasi muka air (m dpl) per bulan dari hasil optimasi terbaru.
V Awal
—
jt m³
V Akhir
—
jt m³
El. Min
—
m dpl
El. Max
—
m dpl
🗺️
Delineasi Daerah Aliran Sungai (DAS) Way Apu menggunakan mghydro.com Global Watersheds (MERIT-Hydro, resolusi 90m). Klik titik pada peta → klik Delineate → download batas DAS & jaringan sungai untuk digunakan dalam analisis hidrologi.
🌊Delineasi DAS — mghydro.com Global Watersheds
MERIT-Hydro
Cara penggunaan: ① Klik titik pada peta (lokasi bendungan/outlet) → ② Klik tombol "Delineate" → ③ Tunggu hasil (batas DAS merah, sungai biru) → ④ Di panel kiri, centang "Make results downloadable" → ⑤ Download batas DAS & sungai (GeoJSON/GeoPackage/Shapefile).
Format download: GeoJSON, GeoPackage, Shapefile, KML. Dapat dibuka di QGIS, ArcGIS, Google Earth.
📂Upload Hasil Download DAS
GeoJSON
Upload file GeoJSON yang didownload dari mghydro.com. Data akan dibaca dan digunakan untuk update parameter DAS pada aplikasi.
Luas DAS
—
km²
Keliling DAS
—
km
Panjang Sungai
—
km
Jumlah Reach
—
segmen
📋Data DAS Way Apu
Nama DAS
Way Apu
Lokasi
Kabupaten Buru, Provinsi Maluku
Koordinat Bendungan
3°23'24"S, 126°40'48"E
Luas DAS
386,20 km²
Panjang Sungai Utama
32,50 km
Elevasi Tertinggi
±2.400 m dpl (G. Kapalatmada)
Elevasi Outlet
±56 m dpl
Kemiringan Rerata
0,018 m/m
Curah Hujan Rerata
2.450 mm/tahun
Tipe Iklim
Am (Tropis Monsun — Köppen)
Sumber Data DAS
Manual / DEMNAS BIG
🏗️
Bendungan Way Apu terletak di Kabupaten Buru, Provinsi Maluku. Bendungan tipe urugan batu (rockfill) dengan inti kedap air (clay core), dilengkapi spillway (pelimpah) tipe ogee. Berfungsi sebagai penyedia air irigasi untuk 3.200 ha sawah, suplai air domestik, dan pembangkit listrik tenaga air (PLTA) mikro. Penampang melintang di bawah menunjukkan struktur bendungan beserta komponen utamanya.
📋Data Teknis Bendungan
Editable
🌿Data Hidrologi DAS
Editable
🌾Layanan Bendungan
🔄
Diagram alur penelitian — mulai dari pengumpulan data hingga optimasi GRG dan hasil pola operasi optimal berdasarkan Hadihardaja dkk. (2004).
🔄Alur Pemikiran Penelitian
① Pengumpulan Data (Hidroklimatologi, Topografi, Kependudukan) → ② Analisis Curah Hujan (Thiessen Polygon) → ③ Hujan Kawasan & Evapotranspirasi → ④ Kebutuhan Air (Irigasi, Domestik, PLTA) → ⑤ Neraca Air (Inflow vs Demand) → ⑥ Optimasi PNL-GRG (Hadihardaja, 2004) → ⑦ Pola Operasi Optimal & Rule Curve → ⑧ Analisis Trade-Off & Sensitivitas → ⑨ Selesai
🌧️
Input data curah hujan bulanan (mm) dari 1 stasiun pengamatan (Sta. Waetina) selama 10 tahun. Karena hanya menggunakan 1 stasiun, hujan kawasan = data stasiun (tanpa pembobotan Thiessen Polygon).
📍Stasiun Pengamatan & Periode
🌧️Data Curah Hujan Bulanan — Sta. Waetina
Stasiun 1
Tahun
Jan
Feb
Mar
Apr
Mei
Jun
Jul
Agu
Sep
Okt
Nov
Des
Total
🌧️Data Curah Hujan Bulanan — -
Stasiun 2
Tahun
Jan
Feb
Mar
Apr
Mei
Jun
Jul
Agu
Sep
Okt
Nov
Des
Total
🌧️Data Curah Hujan Bulanan — -
Stasiun 3
Tahun
Jan
Feb
Mar
Apr
Mei
Jun
Jul
Agu
Sep
Okt
Nov
Des
Total
📊Rerata Bulanan & Hujan Kawasan
Bulan
Sta. Waetina
-
-
Rerata Aritmatik
Hujan Kawasan (mm)
Total
—
—
—
—
—
* Hujan Kawasan = data Sta. Waetina (1 stasiun, tanpa pembobotan Thiessen)
📐Koefisien Thiessen Polygon
💨
Perhitungan hujan kawasan, evapotranspirasi, dan debit inflow — input utama untuk neraca air dan optimasi GRG.
🌧️Hujan Kawasan & Evapotranspirasi
Auto-Calc
📊Hasil Hidrologi
Bulan
Hujan Kawasan (mm)
Inflow (jt m³)
Evaporasi (jt m³)
Total
—
—
—
🌾
Perhitungan kebutuhan air irigasi D.I. Dataran Way Apu Sistem — gabungan 9 daerah irigasi. Mengikuti format Waduk Batutegi dengan perhitungan ½ bulanan, LP (Land Preparation), dan Diversion Requirement (DR). Skenario peningkatan Intensitas Pertanaman (IP) hingga 300%.
🗺️Daerah Irigasi (D.I.) Dataran Way Apu Sistem
9 D.I.
No
Daerah Irigasi
Luas (Ha)
IP Eksisting (%)
IP Target (%)
Status
a
D.I. Pamali
1.222,30
217,13
↑ 82,87%
b
D.I. Way Geren
1.117,00
300,00
✓ Tercapai
c
D.I. Way Meten
1.916,00
166,91
↑ 133,09%
d
D.I. Way Tele
1.531,00
105,55
↑ 194,45%
e
D.I. Way Leman
1.232,57
258,50
↑ 41,50%
f
D.I. Way Lo
2.191,13
53,67
↑ 246,33%
g
D.I. Way Lata
871,79
129,62
↑ 170,38%
h
D.I. Way Dava
1.374,00
262,74
↑ 37,26%
i
D.I. Way Apu (Pengembangan)
565,40
— (baru)
Pengembangan
Total Luas D.I. Sistem
12.021,19
IP Rerata: 186,76%
300%
🔀Ilustrasi Pemanfaatan Bendungan Way Apu
Skema Rencana
IP ═══ -->
📈Analisis Skenario Peningkatan IP → 300%
Dampak
Luas Tanam Eksisting
—
Ha·tanam/th
Luas Tanam Target
—
Ha·tanam/th
Kenaikan Keb. Air
—
%
Defisit Tambahan
—
jt m³/th
D.I.
Luas (Ha)
IP Eks (%)
IP Target (%)
Δ Luas Tanam
Δ Keb. Air (jt m³)
Prioritas
🗓️Pola Tanam & Parameter Irigasi
Batutegi Format
Efisiensi Total = Utama × Sekunder × Petak = 64.8%
☀️Evapotranspirasi Acuan (ETo)
mm/hari
Param
Jan
Feb
Mar
Apr
Mei
Jun
Jul
Agu
Sep
Okt
Nov
Des
ETo (mm/hr)
🌱Koefisien Tanaman (Kc) & Parameter Irigasi
Parameter
Jan
Feb
Mar
Apr
Mei
Jun
Jul
Agu
Sep
Okt
Nov
Des
Kc Tanaman
Perkolasi (mm/hr)
WLR (mm/hr)
LP = Land Preparation (Kc=0); WLR = Water Layer Replacement (penggantian lapisan air saat padi); Perkolasi tipikal 1-3 mm/hari
🌧️Curah Hujan Efektif (Re)
Re dihitung otomatis dari data curah hujan kawasan (Thiessen). Re_padi = koef × P_eff; P_eff(FAO) = 0.7×P−0.1 (P>12.5mm)
🏠Kebutuhan Air Domestik
Sekunder
⚡PLTA Multi-Turbin (Tandem Operation)
Sequential Dispatch
Model operasi: PLTA beroperasi sebagai by-product dari release irigasi (tidak ada release khusus untuk listrik).
Turbin aktif secara sequential berdasarkan debit yang lewat: Q naik → 1 unit aktif → 2 unit → ... → 4 unit.
Jam operasi mengikuti jam buka pintu irigasi (input per bulan di bawah).
📐 Parameter Terhitung Otomatis
Total Kapasitas:
— MW
Q_max Total (4 unit):
— m³/s
Q_min Sistem:
— m³/s
Target Energi Tahunan (CF 60%):
— MWh
⏰ Jam Buka Pintu Irigasi per Hari (jam/hari) — Turbin hanya aktif saat pintu irigasi terbuka
Bulan
Jan
Feb
Mar
Apr
Mei
Jun
Jul
Agu
Sep
Okt
Nov
Des
Jam/hari
🏞️Kebutuhan Tambahan dari Defisit Bendung di Hilir
Multi-Bendung
Input defisit air (m³/s atau jt m³/bulan) di setiap bendung hilir yang akan disuplai dari Bendungan Way Apu. Sistem akan menambahkan kebutuhan ini ke D. Irigasi (CALC_DI) sehingga GRG mengoptimalkan release dengan memperhitungkan kekurangan di hilir.
No
Nama Bendung Hilir
Lokasi/Sungai
Jan
Feb
Mar
Apr
Mei
Jun
Jul
Agu
Sep
Okt
Nov
Des
Total
TOTAL DEFISIT (jt m³/bulan):
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
💡 Cara Kerja: Defisit dari bendung hilir akan otomatis ditambahkan ke kebutuhan irigasi total saat tombol "Hitung Kebutuhan Air" ditekan. Hasil akan terlihat di tabel rekapitulasi dengan tag "+Hilir". GRG kemudian mengoptimalkan release agar Way Apu dapat memenuhi kebutuhan irigasi lokal + defisit hilir secara bersamaan.
📋Perhitungan Kebutuhan Air Irigasi (Detail)
Batutegi Format
No
Parameter
Sat.
Jan
Feb
Mar
Apr
Mei
Jun
Jul
Agu
Sep
Okt
Nov
Des
📊Rekapitulasi Kebutuhan Air untuk GRG
Irigasi = Defisit Hilir Saja
Catatan: Kebutuhan irigasi existing (D.I. lokal) tidak dimasukkan dalam optimasi GRG karena sudah disuplai sumber lain. GRG hanya mengoptimalkan release Way Apu untuk: (1) menutup defisit bendung di hilir, (2) air baku domestik, (3) PLTA. Total irigasi lokal (info): — jt m³/th
Bulan
Irigasi Hilir
Domestik
PLTA
Maint. Flow
Total Demand GRG (jt m³)
Total
—
—
—
—
—
—
⚖️
Neraca air (Pers. 6, Hadihardaja 2004) — inflow vs demand+evaporasi. Hasil menjadi input model GRG.
⚖️Neraca Air Bendungan Way Apu
12 Bulan
Bulan
Inflow
D. Irigasi
D. Domestik
D. PLTA
Evaporasi
Total Keluar
Surplus/Defisit
Status
Total
—
—
—
—
—
—
—
—
Total Inflow
—
juta m³/tahun
Total Demand
—
juta m³/tahun
Rasio S/D
—
%
Bulan Defisit
—
bulan
📐
Formulasi menggunakan Programa Non Linier (PNL) dengan metode Generalized Reduced Gradient (GRG) berdasarkan Hadihardaja dkk. (2004). Model mengoptimalkan pola operasi bendungan dengan persamaan konservasi, hubungan A-V, perhitungan energi PLTA, dan analisis trade-off.
📘Persamaan Konservasi Waduk
Pers. 6
Kesetimbangan massa waduk (Linsley & Franzini, 1996; Wurbs, 1996) dengan evaporasi fungsi luas genangan rata-rata:
Tingkat LayananTLE (%) = Total Produksi Energi / Total Target Energi × 100%
TLD (%) = Total Demand Terpenuhi / Total Target Demand × 100%
Skenario: 20%D, 40%D, 60%D, 80%D, 100%D, 110%D
Prioritas sama → TLE = TLD
📋Variabel & Dimensi
Variabel
Deskripsi
Jumlah
R_irg(t)
Release irigasi
12
R_dom(t)
Release domestik
12
R_plta(t)
Release PLTA
12
V(t)
Volume (basic/dependent)
12
Total Decision + State
48
🔧Parameter Model
Parameter
Nilai
Satuan
α (koef. A-V)
0.5753
—
β (pangkat A-V)
0.8626
—
γ (koef. H-V)
2.1417
—
δ (pangkat H-V)
0.4526
—
η (efisiensi)
0.80
—
Q_max turbin
1.15
m³/s
🧮Kalkulator Formula Interaktif
Hitung Langsung
Formula
Rumus
Hasil
Satuan
📚Referensi
Hadihardaja, I.K., Martha, E.V., Soekarno, I. (2004). Simulasi Dampak Peningkatan Demand terhadap Energi Listrik dalam Pemodelan Pengoperasian Waduk Kaskade. Jurnal Teknik Sipil ITB, Vol.11 No.1.
Haimes, Y.Y. (1977). Hierarchical Analysis of Water Resources Systems. McGraw-Hill.
Rao, S.S. (1984). Optimization Theory and Applications. Wiley Eastern.
Wurbs, R.A. (1996). Modeling & Analysis of Reservoir System Operations. Prentice Hall.
⚙️
GRG mempartisi variabel menjadi basic dan nonbasic, lalu menghitung reduced gradient — arah penurunan tercuram yang tetap berada di manifold feasible. Konvergensi diperiksa melalui kondisi KKT.
⚙️7 Langkah Algoritma
Inisialisasi Titik Feasible
Tetapkan x⁰ memenuhi semua kendala. Gunakan pola release eksisting sebagai initial guess. Validasi S_min ≤ S(t) ≤ S_max ∀t.
Partisi Basic & Nonbasic
x_B = S(t) (dependent), x_N = R(t) (independent). Jacobian [B|N], B harus invertible agar reduced gradient terdefinisi.
Hitung Reduced Gradient
r = ∇_N f − (∂h/∂x_N)ᵀ · B⁻ᵀ · ∇_B f — arah penurunan di manifold feasible. ||r|| ≈ 0 → KKT terpenuhi.
Arah Pencarian
d_N = −r, d_B = −B⁻¹·N·d_N agar kendala linearisasi terpenuhi pada setiap iterasi.
Line Search (Armijo Backtracking)
Cari α* sehingga x^(k+1) = x^k + α*·d dengan sufficient decrease condition. Verifikasi feasibilitas titik baru.
Restorasi Feasibilitas
Newton correction: x_B ← x_B − B⁻¹·h(x) hingga ||h(x)|| < ε (feasibility restoration).
Uji Konvergensi KKT
||r|| < 10⁻⁶, |Δf| < 10⁻⁸, ||Δx|| < 10⁻⁵. Belum konvergen → iterasi ulang dari langkah 2.
Analisis Trade-Off berdasarkan Hadihardaja dkk. (2004) — simulasi dampak peningkatan demand terhadap produksi energi listrik. Skenario demand (20%D–110%D) disimulasikan untuk periode musim basah, normal, dan kering. Tingkat Layanan Energi (TLE) dan Tingkat Layanan Demand (TLD) dihitung untuk menentukan prioritas layanan yang sama.
⚡Simulasi Trade-Off: Energi vs Demand
Hadihardaja et al.
Prioritas Sama
—
% demand
TLE = TLD
—
%
Energi @100%D
—
MWh
Penurunan Energi
—
%
📈Kurva Trade-Off: Energi vs Demand
🎯Tingkat Layanan (TLE & TLD)
📋Tabel Hasil Simulasi Trade-Off
Skenario
Demand (%)
Total Demand (jt m³)
Demand Terpenuhi
Energi (MWh)
TLD (%)
TLE (%)
Defisit Energi (%)
🌡️Perbandingan Musim
🌪️Tornado — Sensitivitas Parameter
🔀
Analisis Trade-Off mengacu pada Hadihardaja dkk. (2004) — simulasi dampak peningkatan demand (20%D–110%D) terhadap produksi energi listrik PLTA. Menentukan prioritas tingkat layanan yang sama antara energi dan pemenuhan kebutuhan air.
⚡Parameter PLTA & Energi
Hadihardaja (2004)
📌 Info: Konfigurasi PLTA (jumlah turbin, MW, head, efisiensi, Q_min) diambil dari menu "Kebutuhan Air → PLTA Multi-Turbin". Target Energi di bawah akan otomatis dihitung ulang sesuai konfigurasi terbaru saat Anda klik "Jalankan".
📊Kurva Trade-Off: Demand vs Energi
6 Skenario
Simulasi skenario peningkatan demand (20%D, 40%D, 60%D, 80%D, 100%D, 110%D) — mengacu pada Hadihardaja dkk. (2004), Gambar 3-6.
📊Tingkat Layanan (TLE vs TLD)
Prioritas Layanan Sama
Demand Optimal:
—
Tingkat Layanan:
—
📋Tabel Skenario Demand
Skenario
Demand (jt m³)
Energi (MWh)
TLE (%)
TLD (%)
Status
🌱
Analisis dampak perubahan tutupan lahan + perubahan iklim (RCP 4.5/8.5) + sedimentasi terhadap kinerja Bendungan Way Apu pada periode 2025–2035. Output: proyeksi inflow, evaporasi, kapasitas tampungan, dan re-running GRG dengan kondisi 10 tahun ke depan.
Input persentase setiap kategori tutupan lahan saat ini di DAS Way Apu (386 km²). Total harus = 100%. Nilai CN (Curve Number) dan C (Koef. Runoff) sudah preset sesuai standar SCS & Tabel SNI 03-3424.
📚 Formula: Sedimen tahunan = Laju × Luas DAS × TE × Faktor C (dari komposisi lahan). Volume tampungan turun: SM_2035 = SM_2025 - (Σ sedim tahunan / ρ_sed) dengan ρ_sed ≈ 1.4 ton/m³.
⚙️Jalankan Analisis Proyeksi
Δ Inflow Tahunan💧
—
jt m³ (vs baseline)
Δ Evap Tahunan🔥
—
jt m³
Sedimentasi Total🪨
—
jt m³ → SM turun
Δ Efisiensi GRG📉
—
% (vs baseline)
📋Perbandingan Kinerja: Baseline 2025 vs Proyeksi 2035
Parameter
Baseline 2025
Proyeksi 2035
Perubahan
Status
📊Inflow: 2025 vs 2035
📊Storage Trajectory: 2025 vs 2035
📊Tingkat Layanan per Sektor
📊Penurunan Volume Tampungan (Sedimentasi)
💡Rekomendasi Adaptasi
📈
Pola operasi optimal hasil GRG (Generalized Reduced Gradient) untuk Bendungan Way Apu. Menampilkan release bulanan untuk Irigasi/Domestik/PLTA, storage akhir, rule curve, dan metrik efisiensi.
⚙️Eksekusi Pola Operasi
GRG Solver
Efisiensi Suplai📈
—
% keandalan
Total Defisit⚠️
—
juta m³ / tahun
Iterasi🔄
—
GRG
Konvergensi✓
—
KKT
📋Tabel Pola Operasi Bulanan
12 Bulan
Bulan
Inflow (jt m³)
S awal (jt m³)
R Irigasi
R Domestik
R PLTA
Total R
Evap
S akhir (jt m³)
% Suplai
Status
⚡Dispatch Turbin Bulanan (Multi-Turbin Tandem)
Release PLTA dialirkan ke 4 pintu turbin (dibagi sama rata ke pintu yang aktif). Q per pintu menentukan daya per unit. Pintu aktif bertambah secara sequential saat Q total naik.
Bulan
R PLTA (jt m³)
Jam/hari
Q Total (m³/s)
Q/Pintu (m³/s)
Pintu Aktif
H_eff (m)
CF (%)
Energi (MWh)
Status
📝
Kesimpulan ini otomatis terupdate saat Anda menjalankan "Pola Operasi Optimal" di menu sebelumnya. Hasil bersifat dinamis berdasarkan parameter inflow, demand, dan bobot prioritas (w₁, w₂, w₃) yang Anda gunakan.
📝Kesimpulan Analisis (Auto-Generated)
✅
Efisiensi Suplai & Pemenuhan Demand
Jalankan "Pola Operasi Optimal" di menu Pola Operasi untuk melihat hasil aktual berdasarkan parameter Anda.
📊
Konvergensi Algoritma GRG
Belum dijalankan. Solver menggunakan reduced gradient + KKT-check, max 300 iterasi, toleransi 10⁻⁶.
⚖️
Trade-off Antar Sektor
Belum dijalankan. Trade-off antara Irigasi, Domestik, dan PLTA dipengaruhi oleh bobot w₁, w₂, w₃ — coba ubah di menu Simulasi GRG.
⚠️
Sensitivitas terhadap Inflow
Belum dijalankan. Lakukan Analisis Sensitivitas (Tornado) untuk melihat dampak perubahan inflow ±20% terhadap efisiensi.
💡Rekomendasi Operasi
①
Implementasi Pola Release Optimal
Terapkan rule-curve GRG: pengisian tampungan Des–Mar hingga 85% S_eff. Release proporsional pada kemarau berdasarkan kurva operasi optimal hasil GRG.
②
Sistem Peringatan Dini 3-Level
Normal S≥60% — operasi penuh. Waspada 40–60% — kurangi PLTA 20%. Kritis S<40% — prioritas domestik saja.
③
Re-Optimasi Triwulanan
Jalankan ulang GRG setiap 3 bulan dengan data aktual + prakiraan BMKG sebagai input skenario probabilistik. Perbarui bobot sektor sesuai kondisi musiman.
④
Adaptasi Perubahan Iklim
Naikkan target storage akhir ke 65% S_max. Tambah dead storage buffer 10%. Lakukan analisis RCP 4.5/8.5 rutin untuk perencanaan jangka panjang 2030–2050.