Majalah Air Minum edisi 126, Februari 2006 sudah mengupas tentang sistem distribusi air minum dengan judul Distribusi, “Pembuluh Darah PDAM”. Walaupun bertema sama, namun perbedaannya signifikan. Yang pertama, yaitu terbitan tahun 2006 membahas tentang analogi sistem dan deteksi kebocoran. Artikel terbitan edisi ini berisi tentang pola pemipaan, fungsi-lokasi reservoir, nomenklatur pipa dan dimensinya.
Komponen Sistem
Prinsipnya, ada dua komponen utama di dalam sistem distribusi air minum, yaitu reservoir (dan perlengkapannya) dan perpipaan (dan perlengkapannya). Fungsi reservoir distribusi adalah penyimpan air pada waktu debit air yang masuk ke reservoir lebih besar daripada yang keluar dari reservoir. Fluktuasi atau variasi penggunaan air ini terjadi setiap hari sehingga permukaan air di reservoir distribusi naik turun antara level maksimum dan minimumnya. Dengan demikian, volume atau dimensi reservoir bisa diperoleh. Reservoir berfungsi untuk mengatur tekanan air di daerah distribusi dan ini bergantung pada lokasi reservoirnya. Fungsi ketiga ialah sebagai pembagi air ke seluruh konsumen.
Berdasarkan potensi energinya, jenis reservoir distribusi dibedakan menjadi dua, yaitu reservoir tinggi dan reservoir rendah. Reservoir ini merujuk pada cara pengaliran air ke daerah distribusi, bisa secara gravitasi bisa juga dengan pompa. Reservoir tinggi tidak selalu berupa menara air atau berdiri di atas kaki beton atau rangka baja, tetapi bisa juga diletakkan di atas tanah di daerah bukit atau lereng gunung. Yang pasti, elevasinya lebih tinggi daripada daerah distribusi sehingga aliran airnya secara gravitasi. Oleh sebab itu, reservoir yang disangga oleh kaki harus berupa reservoir tinggi yang aliran airnya secara gravitasi. Adapun reservoir rendah selalu diletakkan di atas tanah atau sebagian di bawah permukaan tanah dan energi untuk distribusi airnya diperoleh dari pompa.
Untuk mengoptimalkan aliran air dan distribusinya, lokasi reservoir bisa berbeda-beda dari satu daerah ke daerah lainnya. Bisa diletakkan di tengah-tengah sistem distribusi apabila topografinya relatif datar dan tidak terlalu luas. Kalau diletakkan di salah satu sisi daerah distribusi maka tekanan sisa yang terjadi menjadi timpang sehingga perbedaan sisa tekanan antara daerah yang dekat reservoir dan yang jauh menjadi sangat besar. Ini buruk bagi sistem aliran air dan berpengaruh pada tingkat kebocoran air serta menuai protes dari konsumen pada saat-saat tertentu.
Sebaliknya, reservoir diletakkan di tepi sistem distribusi, yaitu tempat tertinggi apabila daerah distribusinya relatif miring atau menurun. Kemiringan yang relatif teratur dapat menyetimbangkan sisa tekanan airnya di seluruh daerah distribusi. Opsi ketiga ialah lokasi reservoirnya berbeda-beda, ada beberapa reservoir yang dibangun. Dibuat demikian karena topografinya tak teratur, besar perbedaan elevasinya sehingga harus dibuat zoning system dengan reservoir masing-masing. Juga karena daerah distribusinya terlalu luas. Kalau tanahnya relatif datar maka dapat dibangun beberapa reservoir di beberapa zone untuk menghindari sisa tekanan yang sangat tinggi di dekat reservoir. Beda topografi yang sangat tinggi dan variatif mengharuskan sistem distribusi dibuat dengan beberapa zone justru untuk mengurangi sisa tekanan di tempat yang terjauh dari reservoir (bukan yang terdekat).
Setelah menetapkan lokasinya, selanjutnya ialah menghitung besar-kecilnya reservoir yang berkaitan dengan volume atau dimensinya. Volume reservoir ini dipengaruhi oleh kondisi pasokan air dan karakteristik pemakaian air di daerah setempat. Perlu dibuat grafik fluktuasi pemakaian air dalam satu hari (24 jam). Berdasarkan kurva korelasi antara jam dan persentase pemakaian airnya, dapatlah dihitung volume efektif reservoir. (Perhitungan detailnya akan disampaikan pada artikel terpisah).
Pola Sistem Distribusi
Setelah reservoir, bagian kedua adalah pola perpipaan sistem distribusi. Bisa dikatakan, inilah sistem yang padat modal, mahal investasinya karena mencapai 70% dari sistem keseluruhan. Ada dua bentuk dasar sistem distribusi. Kerangka, layout atau pattern ini dinamai sesuai dengan pola koneksi antar pipa dan node-nya.
Yang pertama ialah pola cabang. Pada kerangka ini ada bagian pipa utama atau pokok dan ada bagian pipa cabang. Ciri khasnya, ujung-ujung pipa berupa “titik-titik mati” (dead end) dan aliran airnya hanya menuju ke satu arah, tidak bisa berbalik arah. Pola “ujung mati” ini bisa dibagi menjadi banyak sektor dan subsektor yang pasokan airnya dilayani oleh satu pipa cabang. Karena pasokan airnya per sektor atau subsektor maka perhitungan diameter pipanya menjadi sederhana, hanya ditentukan oleh jumlah penduduk (populasi) di sektor tersebut.
Keunggulan sistem ini ialah sederhana dalam pemasangan dan mudah dihitung dimensi pipanya, lebih ekonomis karena diameter pipanya lebih kecil daripada sistem lain dan pipanya lebih pendek. Apabila ada perluasan jaringan pipa, pola cabang ini dapat diubah menjadi pola lingkaran atau campuran. Selain beberapa keunggulan tersebut, kerangka sistem ini pun memiliki kelemahan. Dalam keadaan darurat, misalnya pipa bocor atau putus, seluruh daerah di hilirnya akan putus pasokan airnya. Dapat terjadi “rebutan” air antara satu sektor dan sektor lainnya, terutama ketika “jam puncak” atau terjadi kebakaran. Karena alirannya searah, maka endapan di ujung-ujung pipa menjadi banyak dan memadat. Ujung pipa ini harus dilengkapi dengan katup penguras sehingga perlu banyak blow off atau wash out dan harus diposisikan di dekat selokan atau sungai. Endapan harus dibersihkan secara periodik.
Dalam branch system ini reservoir diletakkan di bagian tertinggi daerah distribusi atau bisa juga di bagian tengah untuk daerah yang relatif datar. Sangat ideal diterapkan di daerah yang topografinya menurun secara teratur dengan slope kecil. Setiap titik cabang perlu dilengkapi dengan valve (katup) untuk mengatur aliran di percabangan dan juga untuk menutup aliran ketika terjadi kerusakan atau reparasi pipa.
Berikutnya ialah merencanakan diameter pipa. Debit yang digunakan adalah debit jam puncak. Ada faktor puncak yang harus dikalikan dengan debit rerata dan ini bergantung pada jumlah penduduknya. Jumlah penduduk mempengaruhi keserempakan penggunaan air di suatu daerah dalam satu sistem perpipaan di seluruh sektor. Keserempakan ini berbanding terbalik dengan jumlah penduduk. Makin banyak penduduknya, faktor keserempakan pun mengecil.
Pola selanjutnya adalah sistem cincin, lingkaran. Disebut juga sistem tertutup, closed system atau ring, circle system. Ciri khasnya berbentuk lingkaran dan tiada titik mati karena semua pipa saling berhubungan. Air yang mengalir keluar dari reservoir akan bertemu di suatu titik di dalam pipa. Arah alirannya dapat berubah-ubah bergantung pada besar-kecilnya pemakaian air di suatu sektor. Dengan demikian, kekurangan air di suatu sektor dapat dipasok oleh sektor lainnya. Dalam kondisi darurat, misalnya ada pipa bocor, putus atau diperbaiki, sektor yang lain dapat terus mengalirkan air yang berasal dari sektor-sektor lainnya yang tidak putus/bocor.
Selain keunggulan, ada juga kelemahan sistem cincin/lingkaran ini. Sistem cincin perlu pipa lebih panjang daripada sistem cabang tetapi diameternya bisa sama ukurannya. Jadi, biaya investasinya lebih mahal. Sistem hanya cocok untuk daerah yang relatif datar agar aliran airnya bisa bolak-balik. Dengan kata lain, sistem tertutup ini belum tentu dapat diterapkan di sembarang daerah dengan topografi naik turun secara acak, terjal dan luas. Ini berbeda dengan sistem cabang yang dapat dipasang di daerah yang datar maupun yang miring atau menurun (terutama yang kecil slope-nya).
Untuk merencanakan diameter pipa, semua daerah diasumsikan berada dalam kondisi jam puncak dengan satu faktor puncak (peak factor). Setiap titik (node) berada dalam kondisi setimbang (balanced). Umumnya digunakan formula Hardy Cross tetapi bukan untuk menentukan diameter pipanya secara langsung melainkan untuk mengatur kesetimbangan tekanannya (balanced energy). Diameter pipanya ditentukan dengan anggapan bahwa seluruh sektor atau daerah layanan dalam kondisi aliran puncak. Seperti pada sistem cabang, katup juga harus dilengkapi di dalam sistem ini tetapi tidak selalu di ujung pertemuan pipa atau titik akhir. Bisa juga dipasang di tengah-tengah pipa atau di bagian terendah jaringan.
Nomenklatur Pipa
Faktanya di lapangan, nomenklatur atau penamaan pipa distribusi berbeda-beda di sejumlah PDAM. Namun ada dua bagian yang bisa disebutkan. Yang pertama ialah Sistem Makro. Sistem ini merupakan pipa feeder (pengumpan, pemberi) yang terdiri atas pipa induk utama (primary feeder) dan membentuk rangka sistem, baik yang cabang maupun loop. Pipa ini dinamai juga aorta atau arteri dan membawa sejumlah besar air olahan dari IPAM ke sistem distribusi. Biasanya pipa ini dilengkapi dengan katup penguras (blow off) dan ventilasi udara (air realease valve). Selanjutnya ialah pipa induk sekunder (secondary feeder). Fungsi feeder ini membawa air ke node-node yang tersebar di daerah distribusi sehingga tidak boleh ada sambungan rumah di pipanya agar tekanannya tidak turun (drop feeder). Di pipa inilah program Epanet atau Hardy Cross diterapkan untuk analisis hidrolisnya.
Yang kedua ialah Sistem Mikro. Hakikatnya, inilah sistem pelayanan air minum yang sesungguhnya di PDAM. Sistem ini masih bisa dibedakan menjadi dua, yaitu pipa distribusi utama (small distribution main) yang juga biasa disebut pipa tersier dan pipa pelayanan (service line) atau pipa kwarter yang menuju pipa persil (house connection pipe). Pipa distribusi utama (small distribution main) membentuk rangka daerah pelayanan. Pipa ini mendistribusikan air ke pipa-pipa pelayanan (service pipe) dan boleh langsung dihubungkan dengan rumah. Secara teoretis, Sistem Mikro bisa juga dianalisis dengan Epanet atau Hardy Cross, tetapi bergantung pada kebutuhan.
Catatan akhir, yang perlu diperhatikan juga ialah kecepatan aliran meskipun kecepatan air ini tidak mempengaruhi tekanan, tetapi hanya mempengaruhi cepat-lambatnya air sampai ke konsumen. Agar suatu titik bertekanan besar, maka headloss-nya harus kecil atau diameter pipanya diperbesar. Efeknya pada kecepatan, makin besar diameter, makin kecil kecepatan aliran airnya. Rentang batas kecepatan antara 0,6 - 1,5 m/d, yaitu kecepatan di dalam pipa feeder dalam jam puncak atau maksimum alirannya.***
