ABSTRAK
Tautan ini menuju ke bagian bahasa Inggrisdari InggrisTautan ini menuju ke bagian bahasa Prancis
Pasokan air irigasi sedang dalam pengawasan karena sumber daya air yang semakin menipis. Sebagian besar air irigasi di Afrika Selatan (SA) disalurkan melalui kanal. Kehilangan air transmisi (TWL) menyumbang 12% dari kehilangan air irigasi di SA. Oleh karena itu, ada kebutuhan untuk menyelidiki dan memahami parameter utama yang memengaruhi TWL di Skema Irigasi Vaalharts (VIS). Sebuah studi menggunakan 39 jangkauan kanal berlapis beton dilakukan dari tahun 2020 hingga 2022. Pengukuran aliran air dan pengamatan parameter lingkungan terpilih dengan pengaruh potensial pada TWL dilakukan pada tiga kesempatan selama studi. Metode kecepatan-luas digunakan untuk menghitung laju aliran di saluran masuk dan keluar jangkauan kanal. Pendekatan aliran masuk-keluar digunakan untuk menentukan TWL (% per 100 m). Hasil studi mengungkapkan bahwa TWL meningkat secara signifikan ( p < 0,05) dengan penurunan ukuran kanal. Bentuk dan lokasi kanal tidak memiliki efek signifikan pada TWL; namun, TWL menurun di zona tengah. Parameter terkait aliran sangat memengaruhi TWL. Parameter lingkungan juga menunjukkan efek yang kuat. Meskipun hasil penelitian menjelaskan TWL di VIS, penelitian lebih lanjut yang melibatkan pengumpulan data yang lebih intensif direkomendasikan. Efek parameter nonfisik juga harus diselidiki dalam penelitian mendatang. Pemeliharaan harus diprioritaskan dalam skema irigasi yang menggunakan kanal.
1 Pendahuluan
Afrika Selatan adalah negara yang kekurangan air yang diproyeksikan mengalami defisit permintaan-pasokan air sebesar 17% pada tahun 2030 (WWF 2017 ). Sumber daya air yang tersedia hampir sepenuhnya digunakan (DWS 2023 ), sementara permintaan terus meningkat (Nthai 2007 ). Pertanian mengonsumsi 62% dari permintaan air nasional dengan pemborosan hingga 45% (DWAF 2004 ; SSA 2010 ; DWA 2013 ). Sekitar 27% dari kehilangan air pertanian terjadi pada skema irigasi di mana kehilangan transmisi (TWL) dilaporkan mencapai sedikitnya 12% dari total kehilangan air (Mutema et al. 2023 ). Sebagian besar skema irigasi besar di negara ini masih menggunakan kanal untuk menyalurkan air irigasi curah karena kanal menyediakan cara yang mudah dan murah untuk menyalurkan air (Patel et al. 2016 ; Eshetu dan Alamirew 2018 ; Lund et al. 2023 ). Kanal diharapkan menyalurkan air dengan kehilangan minimum (Mukheibir 2008 ; Mohammadi et al. 2019 ); namun, kanal menimbulkan lebih banyak kehilangan air transmisi (TWL) daripada sistem perpipaan (Osman et al. 2016 ). TWL mengacu pada kehilangan air yang terjadi antara titik pelepasan dan pintu gerbang pertanian (Fairweather et al. 2003 ; Schulze 2007 ).
Jenis kehilangan air kanal yang utama adalah rembesan, kebocoran, dan penguapan (Akkuzu et al. 2007 ; Saha 2015 ). Dalam kebanyakan kasus, kehilangan air rembesan lebih besar daripada kehilangan kebocoran dan penguapan (Badenhorst et al. 2002 ). Kehilangan rembesan terutama disebabkan oleh gradien hidrolik antara dinding kanal dan tanah di sekitar kanal. Di sisi lain, kehilangan kebocoran terjadi melalui kerusakan pada dinding kanal dan bangunan pengendali air, serta pintu air yang bocor (Massebo 2018 ). Kehilangan penguapan biasanya jauh lebih kecil daripada kehilangan rembesan dan kebocoran dan sering tidak dipertimbangkan selama analisis (Mutema et al. 2023 ). TWL didorong oleh banyak parameter termasuk jenis dan usia material lapisan kanal, kerusakan pada kanal dan struktur pengendali air, fluktuasi air tanah, tekstur tanah di sekitar kanal, kecepatan aliran dan penyimpanan tepian (Zeb et al. 2000 ; Mukheibir 2008 ; Saeed dan Khan 2014 ; Mohammadi et al. 2019 ; Han et al. 2020 ; Uchdadiya dan Patel 2014 ).
Sebagian besar saluran irigasi di Afrika Selatan dilapisi beton, tetapi saluran tanah masih ada di beberapa skema irigasi tempat irigasi alur digunakan. Kehilangan air dari saluran berlapis beton bervariasi dari 12 hingga 27% (Nell et al. 2015 ), sedangkan kehilangan air dari saluran tanah dapat mencapai 30% (Backeberg et al. 1996 ). Kehilangan air saluran didorong oleh banyak parameter yang berbeda. Saluran berlapis mengurangi rembesan. Dalam penelitian mereka, Eltarabily, Elshaarawy, et al. ( 2023 ) melaporkan rembesan yang lebih rendah dari saluran berlapis daripada dari saluran yang tidak berlapis. Namun, saluran dengan lapisan yang rusak sebenarnya dapat kehilangan lebih banyak air daripada saluran utuh yang dipadatkan atau tidak berlapis (Mutema dan Dhavu 2022 ). Oleh karena itu, retakan memengaruhi kehilangan air saluran dengan lebar retakan menjadi parameter utama yang memengaruhi rembesan (Han et al. 2022 ). Geometri kanal adalah parameter penting lainnya (Swamee et al. 2002 ; Salmasi dan Abraham 2020 ). Eltarabily, Elshaarawy, et al. ( 2023 ) melaporkan bahwa lebar kanal secara signifikan mempengaruhi kehilangan rembesan dari kanal berlapis dan tidak berlapis. Selim et al. ( 2024 ) melaporkan bahwa kemiringan sisi kanal memiliki sedikit efek pada kehilangan air; namun, kehilangan meningkat dengan konduktivitas hidrolik bahan pelapis. Bentuk kanal juga merupakan parameter penting lainnya dengan trapesium dianggap sebagai bentuk yang paling efisien (Swamee et al. 2002 ; Mutema dan Dhavu 2022 ). Namun, bentuk segitiga dan persegi panjang masih dapat dirancang untuk kehilangan air minimum (Ghazaw 2011 ). Kemiringan sisi yang lebih datar menyebabkan lebih banyak kehilangan air (El-Molla dan El-Molla 2021 ). Mengurangi perimeter yang basah meminimalkan area kontak yang mengarah pada kehilangan air yang lebih rendah (Karad et al. 2013 ). Kecepatan aliran air yang lebih tinggi dilaporkan dapat mengurangi kehilangan air (Uchdadiya dan Patel 2014 ; Elkambawy et al. 2021 ). Kanal-kanal tua dengan sedikit atau tanpa perawatan juga kehilangan lebih banyak air (Kahlown dan Kemper 2004 ; Uchdadiya dan Patel 2014 ). Dalam tinjauan mereka tentang kehilangan air dari kanal irigasi, Samira et al. ( 2023 ) mengakui pertumbuhan vegetasi sebagai pendorong kehilangan air.
Meskipun banyak penelitian tentang subjek ini telah dilakukan di berbagai wilayah di seluruh dunia, hanya sedikit pekerjaan yang telah dilakukan di Afrika Selatan, di mana banyak skema irigasi besar dan kecil menggunakan kanal untuk memasok air irigasi. Selain itu, sebagian besar penelitian hanya mempertimbangkan beberapa parameter sehingga membatasi peluang untuk mengidentifikasi parameter yang paling penting. Penelitian saat ini dilakukan di Skema Irigasi Vaalharts (VIS) dengan tujuan menentukan TWL dari jaringan kanal dan memahami parameter utama pengaruhnya. Oleh karena itu, penelitian ini akan membantu mengisi kesenjangan informasi tentang kehilangan air dari kanal di skema Afrika Selatan dan bagaimana berbagai faktor memengaruhi kehilangan tersebut. Tujuan utamanya adalah untuk menghasilkan pengetahuan yang dapat menjadi penting bagi para pengambil keputusan dan pembuat kebijakan untuk memanfaatkan alokasi air di antara para pengguna konsumtif yang bersaing. Pengetahuan ini juga dapat menjadi penting bagi para pengelola skema irigasi dalam hal meningkatkan efisiensi mereka dalam pengelolaan umum sumber daya air dan infrastruktur irigasi. Hasil penelitian ini berlaku tidak hanya untuk konteks Afrika Selatan, tetapi juga untuk semua sistem irigasi serupa di seluruh dunia yang menggunakan kanal untuk mengalirkan air ke pertanian.
2 Bahan dan Metode
2.1 Deskripsi Lokasi Penelitian
Studi ini dilakukan di VIS, yang terletak di Provinsi Barat Laut Afrika Selatan (Gambar 1 ). Ketinggian area bervariasi antara 1050 dan 1150 m di atas permukaan laut (mdpl). Terletak di lanskap Savannah terbuka yang didominasi oleh pohon camelthorn dan ditandai dengan topografi datar dari tanah yang buruk drainasenya. Iklimnya dapat digambarkan sebagai gersang hingga semi-gersang, ditandai dengan curah hujan tahunan rata-rata rendah 200–500 mm tahun -1 dan penguapan tahunan rata-rata tinggi 2800 mm tahun -1 (Van Vuuren dan Backeberg 2015 ). Ini adalah skema irigasi terbesar di Afrika Selatan yang meliputi area sekitar 29.181 ha (Van Vuuren dan Backeberg 2015 ). Air disuplai dan didistribusikan melalui 812 km jaringan kanal berlapis beton. Jaringan kanal dapat dikategorikan menjadi tiga subarea, yaitu kanal utama, sekunder, dan tersier (Mohammadi et al. 2019 ). Kanal utama (MC) memiliki kapasitas transmisi 48 m 3 s −1 dan mentransmisikan 273 Mm 3 (juta meter kubik) air setiap tahun. Kanal sekunder (SC) menerima air dari MC dan mentransmisikannya ke kanal tersier (TC), yang dibuang ke reservoir sementara di pertanian. Pivot tengah merupakan sistem irigasi dominan yang digunakan di sebagian besar pertanian. Namun, sprinkler overhead tradisional dan sistem banjir masih digunakan di beberapa pertanian untuk mengairi tanaman pohon. Penyemprot mikro dan sistem tetes juga digunakan di beberapa pertanian.
2.2 Desain Eksperimen
Skema irigasi dibagi menjadi tiga blok: blok atas, tengah dan bawah (Gambar 2 ). Blok atas menampung area yang terletak paling dekat dengan sumber air, sedangkan blok bawah mewakili area yang terletak di ujung ekor. Jangkauan 5 km dari MC di setiap blok dipilih untuk pengamatan (MCR1, MCR2 dan MCR3 untuk blok atas, tengah dan bawah, berturut-turut). SC dengan saluran masuknya terletak di ujung ekor jangkauan MC 5 km yang dipilih juga dipilih untuk penelitian. Subdivisi lain dari skema irigasi menjadi tiga zona (zona atas, tengah dan bawah) memastikan bahwa masing-masing SC yang dipilih (SC1, SC2 dan SC3) akan memotong zona tersebut. Zona atas terletak paling dekat dengan MC, sedangkan zona bawah terjauh. Satu TC yang mendapatkan air dari setiap SC yang dipilih di setiap blok dipilih secara acak untuk pengamatan penelitian. Ini berarti bahwa tiga jangkauan dari setiap sekunder yang dipilih akan menjadi bagian dari pengamatan penelitian. Setiap tersier yang dipilih kemudian dibagi menjadi tiga jangkauan untuk memfasilitasi pengamatan. Subdivisi yang diadopsi dalam studi saat ini sesuai dengan pendekatan yang digunakan oleh studi lain pada sistem irigasi lain di seluruh dunia (seperti Angualie et al. 2020 ; Mohammadi et al. 2019 ; Awel et al. 2018 ).
Jangkauan MC berbentuk trapesium dengan lebar atas (bawah) 10,3 (5,8), 9,0 (4,0) dan 6,8 (3,3) m untuk zona atas, tengah dan bawah, berturut-turut. Kedalaman yang sesuai adalah 3,0, 2,6 dan 2,2 m. Jangkauan SC berbentuk parabola. Lebar atasnya bervariasi antara 1,4 dan 1,8 m, sedangkan kedalamannya bervariasi antara 0,85 dan 1,25 m. Panjang jangkauan SC berkisar 600–2100 m. Jangkauan TC menunjukkan dua bentuk yang berbeda, parabola dan bentuk U. Lebar atas kedua bentuk tersebut bervariasi dari 0,83 hingga 1,30 m, sedangkan kedalamannya bervariasi dari 0,23 hingga 0,63 m. Panjang jangkauan TC bervariasi antara 230 dan 300 m. Panjang setiap jangkauan yang digunakan dalam penelitian bergantung pada panjang yang tersedia. Kehilangan air dari kanal berlapis umumnya rendah dan sulit dideteksi dalam jarak pendek; oleh karena itu, sebanyak mungkin panjang jangkauan yang tersedia harus digunakan. Secara keseluruhan, total 39 jangkauan kanal (utama, sekunder, dan tersier) digunakan untuk penelitian ini. Pemilihan jangkauan kanal untuk penelitian ini didasarkan pada kebutuhan untuk memiliki representasi jangkauan kanal yang sama di blok dan zona skema irigasi. Oleh karena itu, setiap subarea jaringan kanal (yaitu, MC, SC, dan TC) memiliki jumlah jangkauan kanal yang sama di satu blok dan/atau zona. Proses pemilihan tidak mempertimbangkan variasi kondisi pertanian dan lingkungan.
2.3 Pengumpulan Data
Data dikumpulkan dari September 2020 hingga Oktober 2022. Dimensi dari 39 jangkauan kanal (disajikan dalam Bagian 2.2 di atas) diukur pada awal studi pada September 2020. Pendekatan aliran masuk-keluar diadopsi (Lund et al. 2023 ). Oleh karena itu, 39 jangkauan kanal yang dipilih menghasilkan 78 pengukuran kecepatan aliran masuk dan keluar setiap kali data dikumpulkan. Setiap kali pengukuran aliran dilakukan, pengamatan parameter biofisik juga dilakukan. Pengukuran aliran air dan pengamatan parameter biofisik dilakukan pada tiga kesempatan di setiap jangkauan selama seluruh periode studi. Waktu pengumpulan data ditujukan untuk mencakup periode aliran tinggi dan rendah. Bergantung pada geometri aliran (lebar dan kedalaman yang tersedia), beberapa pengukuran kecepatan aliran dilakukan pada setiap posisi masuk dan keluar dari jangkauan kanal menggunakan meter arus portabel (Global Water Flow Probe, Global Water Instrumentation 2012). Lebar aliran diukur dengan merentangkan pita pengukur melintasi kanal dan membiarkannya ‘hanya menyentuh’ permukaan air. Kedalaman aliran diukur dengan mengikatkan pita pengukur ke batang padat dan kemudian menurunkan batang ke dalam kanal hingga menyentuh dasar kanal. Kecepatan aliran dan geometri diukur secara bersamaan pada posisi masuk dan keluar dari suatu jangkauan. Kecepatan aliran rata-rata yang dihitung pada posisi masuk atau keluar dikalikan dengan luas penampang aliran yang sesuai ( A xflo ), yang diperoleh dari geometri aliran, untuk mendapatkan laju aliran menggunakan Persamaan ( 1 ) (Molina 2008 ; Massebo 2018 ).
Di mana
adalah laju aliran (m 3 s −1 ),
adalah kecepatan aliran (m s −1 ) dan
adalah luas penampang aliran (m 2 ). Kehilangan air selanjutnya dihitung sebagai perbedaan antara laju aliran masuk dan keluar setelah pengambilan air yang sah diperhitungkan. Pendekatan aliran masuk-keluar (Persamaan 2 ) digunakan untuk menentukan total kehilangan air dari setiap jangkauan kanal.
Di mana
adalah laju kehilangan air untuk suatu jangkauan (m 3 s −1 ),
adalah laju aliran pada saluran masuk jangkauan (m 3 s −1 ),
adalah laju pengambilan air dari suatu jangkauan (m 3 s −1 ) dan
adalah laju aliran pada outlet jangkauan (m 3 s −1 ).
diperoleh dengan menggunakan Persamaan ( 1 ) setelah mengukur kecepatan aliran dan geometri pada titik abstraksi operasi. Nilai kehilangan air dinyatakan dalam % per 100 m panjang jangkauan kanal.
Data geometri aliran (kedalaman D flo dan lebar TW flo : lebar kanal yang sesuai dengan permukaan air yang mengalir) digunakan untuk menghitung A xflo menggunakan rumus yang relevan untuk bentuk penampang aliran. Data geometri aliran juga digunakan untuk menghitung parameter berikut: keliling basah ( P wet ), luas permukaan bebas aliran ( A fs ), luas permukaan kanal yang bersentuhan dengan air yang mengalir ( A wet ) dan luas penampang aliran ( A xflo ), yang digunakan dalam analisis. Parameter geometri aliran ini sejalan dengan parameter yang digunakan oleh peneliti lain (Mutema dan Dhavu 2022 ; Eltarabily, Abd-Elhamid, et al. 2023 ). Rasio kedalaman aliran terhadap kedalaman penuh ( D flo / D ) dan keliling basah terhadap keliling basah suplai penuh ( P wet / P ) digunakan untuk merepresentasikan tingkat pemanfaatan kapasitas kanal yang tersedia. Jari-jari hidrolik ( R = A xflo / P wet ) juga digunakan dalam analisis.
Parameter lingkungan juga disertakan dalam analisis. Pilihan parameter lingkungan bergantung pada prevalensi dan persepsi umum bahwa parameter tersebut memengaruhi kehilangan air kanal (Samira et al. 2023 ). Penilaian parameter lingkungan melibatkan pengamatan visual dan kemudian menetapkan skor kondisi untuk menghasilkan data kuantitatif untuk digunakan dalam analisis. Empat peneliti menggunakan kuesioner yang telah dikodekan sebelumnya untuk melakukan penilaian. Individu yang sama bekerja sepanjang penelitian untuk meningkatkan konsistensi. Setiap individu melakukan pengamatan dan pencatatan secara independen satu sama lain. Lima respons diberikan untuk setiap parameter di mana ‘tidak ada’ mewakili sedikit atau tidak ada pengaruh dan ‘sangat buruk’ mewakili pengaruh terbesar. Skor terendah adalah 1, sedangkan tertinggi adalah 5. Skor disederhanakan dan tetap rendah (yaitu, 1–5) untuk membantu dengan pendapat yang menentukan dan mengurangi kemungkinan mencoba menginterpolasi skor. Keterbatasan utama dari pendekatan ini adalah individu hanya memilih respons tanpa pengamatan yang tepat dari jangkauan kanal yang bersangkutan. Hal ini diatasi dengan memastikan bahwa seorang pengamat hanya diberi kuesioner ketika mereka sampai di jangkauan yang bersangkutan.
2.4 Analisis Statistik
Statistik umum dihitung dalam MS Excel untuk menggambarkan, secara umum, kondisi aliran air di daerah aliran kanal. Nilai standar error rata-rata (SEM) dihitung dan digunakan untuk membandingkan kehilangan air antara berbagai tingkat parameter pengendali kehilangan air. Signifikansi perbedaan antara nilai rata-rata untuk tingkat parameter pengendali diuji menggunakan uji – T pada p < 0,05. Analisis korelasi antara parameter kontrol dan parameter kehilangan air ( % kehilangan Q per 100 m) dilakukan menggunakan paket statistik MS Excel (XLSTAT 2021.1.1.1081). Korelasi digunakan untuk mengidentifikasi parameter kontrol dengan pengaruh signifikan terhadap kehilangan air.
3 Hasil
3.1 Deskripsi Aliran Air di Jangkauan Kanal
Tabel 1 menyajikan statistik umum yang menggambarkan karakteristik aliran air di jangkauan kanal selama penelitian. Laju aliran MC ( Q ave ) dan kecepatan ( V ave ) berkisar 1,78–14,19 (rata-rata 6,07) m 3 s −1 dan 0,52–1,20 (0,84) m s −1 , masing-masing. Kedalaman aliran yang sesuai ( D flo ) berkisar 0,86–2,08 m (1,50 m), sedangkan perimeter basah ( P wet ) bervariasi antara 3,46 dan 8,94 m (6,90 m). Berdasarkan rasio D flo / D dan P wet / P , MC mengalir pada 97%–99% dari kapasitas penuhnya yang mungkin selama periode penelitian. Nilai Q ave dan V ave untuk SC berkisar 0,16–6,88 (1,08) m 3 s −1 dan 0,57–10,00 (1,69) m s −1 , berturut-turut. Nilai D flo dan P wet yang sesuai lebih rendah di SC daripada di MC, dengan rentang masing-masing 0,25–0,85 (0,57) m dan 0,82–2,79 (1,87) m. Pemanfaatan kapasitas kanal yang tersedia lebih rendah daripada di MC, dengan rasio D flo / D dan P wet / P masing-masing sebesar 66% dan 78%. Q ave dan V ave TC jauh lebih rendah dengan nilai berkisar 0,01–0,68 (0,11) m 3 s −1 dan 0,20–1,25 (0,59) m s −1 , berturut-turut. D flo dan P wet masing-masing berada pada kisaran 0,10–0,45 (0,22) m dan 0,37–1,58 (0,82) m. Rasio D flo / D dan P wet / P masing-masing adalah 54% dan 57 % .
Hasil ini menunjukkan penurunan umum dalam Q ave dan pemanfaatan kapasitas kanal yang tersedia dari subarea utama ke sekunder dan tersier. Pengamatan menarik lainnya adalah penurunan R sebanyak 1,7 kali dari MC (0,97 m) ke SC dan sebanyak 2,4 kali dari sekunder (0,54 m) ke level tersier (0,22 m). Namun, V ave secara umum lebih besar di SC (0,57–10,00 m s −1 ) dibandingkan di MC (0,52–1,20 m s −1 ) dan TC (0,20–1,25 m s −1 ).
3.2 Perubahan Q ave pada Arah Hilir
Tabel 2 menunjukkan bahwa MC Q ave (m 3 s −1 ) menurun secara signifikan pada arah hilir seperti yang diharapkan, dengan nilai rata-rata 9,64 ± 2,92, 5,68 ± 2,39 dan 2,89 ± 0,72 m 3 s −1 untuk zona atas (MCR1), tengah (MCR2) dan bawah (MCR3), masing-masing.
SC Q ave menunjukkan pola yang sama, kecuali untuk SC1, yang terletak di zona atas skema irigasi. SC1 menunjukkan penurunan Q ave dari zona atasnya sendiri (SC1R1, 0,71 ± 0,31 m 3 s −1 ) ke zona tengahnya (SC1R2, 0,44 ± 0,14 m 3 s −1 ), diikuti oleh peningkatan di zona bawah (SC1R3, 1,03 ± 0,73 m 3 s −1 ). Namun, perbedaan dalam Q ave tidak signifikan ( p < 0,05). TC juga menunjukkan penurunan karakteristik dalam Q ave dari zona atas ke zona tengah dan bawahnya. Meskipun demikian, ada juga pengecualian di TC1, TC4 dan TC8. Menariknya, TC1 dan TC4 terletak di zona atas SC masing-masing, dan keduanya menunjukkan Q ave yang lebih rendah di zona tengahnya. Sebaliknya, TC8, yang terletak di zona tengah SC-nya, menunjukkan Q ave yang lebih besar di zona tengahnya.
3.3 Perbandingan Kerugian Q Antar Subarea
Walaupun laju aliran menurun seiring dengan berkurangnya ukuran kanal (Tabel 1 ), kehilangan air ( % kehilangan Q per 100 m) meningkat seiring dengan berkurangnya ukuran kanal (Gambar 3 ).
Kehilangan air ( kehilangan Q ) meningkat lebih dari 20 kali lipat dari MC (0,2 ± 0,1% per 100 m) ke SC (4,2 ± 0,7% per 100 m) dan lebih dari tiga kali lipat dari SC ke TC (14,2 ± 1,2% per 100 m). Secara kumulatif, kehilangan air jaringan kanal diperkirakan sebesar 19%.
3.4 Pengaruh Bentuk dan Lokasi Kanal terhadap Kehilangan Q
Jangkauan MC berbentuk trapesium, sedangkan jangkauan SC berbentuk parabola (Gambar 4 ). Namun, bentuk parabola dan U ditemukan pada TC. TC berbentuk parabola menyajikan kehilangan Q terbesar (16,2 ± 2,3% per 100 m) tetapi tidak berbeda secara signifikan ( p < 0,05) dari TC berbentuk U (13,5 ± 1,4% per 100 m). SC berbentuk parabola memiliki efisiensi transmisi air yang lebih besar daripada TC parabola dan berbentuk U dengan kehilangan Q sebesar 4,2 ± 0,7% per 100 m. Oleh karena itu, bentuk kanal yang paling efisien adalah MC berbentuk trapesium dengan kehilangan Q hanya 0,2 ± 0,1% per 100 m. Namun, kehati-hatian diperlukan dalam penafsiran hasil ini karena mungkin dipengaruhi oleh parameter lain.
Lokasi kanal dalam skema irigasi dan lokasi jangkauan dalam kanal tidak memiliki efek signifikan pada kehilangan Q (Gambar 5 ). Namun, penurunan karakteristik dalam kehilangan Q dari zona atas ke tengah, diikuti oleh peningkatan di zona bawah tampak jelas. Kehilangan Q menunjukkan variabilitas yang lebih besar di zona MC (Gambar 5A ) dan SC (Gambar 5B ) daripada zona TC (Gambar 5C ). Zona tengah MC menunjukkan variasi terbesar dalam kehilangan Q (Gambar 5A ) dengan nilai koefisien variasi (CV) sebesar 130% diikuti oleh zona tengah SC sebesar 125%. TC dicirikan oleh variabilitas rendah dalam kehilangan Q , dengan nilai CV berkisar antara 60% hingga 68%.
3.5 Pengaruh Karakteristik Aliran dan Geometri Aliran terhadap Q loss
Tabel 3 menunjukkan korelasi antara karakteristik aliran dan parameter geometri dan kehilangan Q.
Elucidasi mempertimbangkan semua data bersama-sama sebelum memisahkannya berdasarkan subarea. Hasilnya menunjukkan bahwa karakteristik aliran ( V ave dan Q ave ) dan parameter geometrik yang diukur selama penelitian dan turunannya berkorelasi signifikan dengan kehilangan Q jaringan kanal secara keseluruhan . Namun, korelasi tersebut tidak selalu signifikan dengan kehilangan Q dari subarea jaringan kanal. Q ave , V ave dan A x merupakan parameter yang paling penting karena mereka berkorelasi signifikan dengan kehilangan Q keseluruhan dan kehilangan Q dari semua subarea, kecuali untuk SC Q ave . Baik Q ave maupun V ave memiliki korelasi kuat dengan kehilangan Q MC (masing-masing -0,71 dan -0,55) yang menunjukkan bahwa kehilangan Q menurun seiring dengan peningkatan Q ave dan V ave . Korelasi antara V ave dan kehilangan Q SC juga kuat ( -0,40). Parameter geometrik aliran ( D flo , TW flo , A fs dan A x ) berkorelasi signifikan dengan kehilangan Q keseluruhan dan kehilangan Q MC . Namun, korelasinya lebih kuat dengan hilangnya Q jaringan kanal secara keseluruhan (0,35–0,46) daripada hilangnya Q MC (0,18–0,32). Menariknya, meskipun A fs berkorelasi signifikan dengan hilangnya Q SC (0,30), A x berkorelasi signifikan dengan hilangnya Q MC (0,17) dan TC (0,17).
Parameter yang menggambarkan potensi kehilangan Q melalui rembesan ( P wet dan A wet ) juga memiliki efek signifikan. Baik P wet (0,43) dan A wet (0,37) berkorelasi signifikan dengan keseluruhan kehilangan Q jaringan kanal , sedangkan A wet juga berkorelasi signifikan dengan kehilangan Q SC (0,34). Di sisi lain, parameter yang menggambarkan potensi kehilangan Q melalui penguapan ( TW flo dan A fs ) berkorelasi signifikan dengan keseluruhan jaringan kanal dan kehilangan Q MC . Korelasi cukup kuat (0,35–0,37) dengan keseluruhan jaringan kanal dan lemah terhadap kehilangan MC Q (0,18). A fs juga menunjukkan korelasi cukup kuat dengan kehilangan Q SC (0,30). Parameter indikator utilisasi kapasitas ( D flo / D dan P wet / P ) juga menunjukkan korelasi negatif yang menarik. Baik rasio D flo / D maupun P wet / P berkorelasi signifikan dengan hilangnya Q jaringan kanal secara keseluruhan (masing-masing -0,15 dan -0,26), sedangkan D flo / D juga berkorelasi signifikan dengan hilangnya Q MC ( -0,31).
Parameter biofisik lingkungan sekitar kanal berkorelasi positif dengan kehilangan Q , tetapi korelasinya secara umum lemah hingga sedang (Tabel 4 ). Dinding kanal yang runtuh (Colps), intensitas keausan dinding kanal (Wear), dan akumulasi batu dan alga muncul sebagai parameter lingkungan terpenting yang memengaruhi kehilangan Q karena mereka berkorelasi positif dengan kehilangan Q jaringan kanal secara keseluruhan dan dengan tiga subarea jaringan kanal. Bendungan pengawas ilegal (IligalDam), endapan lumpur dan pertumbuhan pohon juga merupakan parameter penting karena mereka berkorelasi signifikan dengan kehilangan Q jaringan kanal secara keseluruhan dan kehilangan Q untuk dua subarea (kadar MC dan TC). Efek akumulasi serpihan dan pertumbuhan rumput pada kehilangan Q jaringan kanal secara keseluruhan mengejutkan karena mereka berkorelasi signifikan dengan kehilangan Q MC saja. Retakan pada dinding kanal (0,47), pendangkalan (0,76), rumput (0,54) dan alga (0,46) menunjukkan korelasi yang sangat signifikan dengan kehilangan Q MC . Menariknya, keausan pintu air (0,21) dan celah pada dinding kanal (0,39) berkorelasi signifikan dengan hilangnya Q SC saja.
4 Diskusi
Jaringan kanal (yaitu, gabungan level MC, SC, dan TC) TWL untuk VIS diperkirakan sebesar 19%, yang berarti 51,9 Mm 3 per tahun. Kontribusi relatif dari kehilangan ini terhadap total kehilangan air pada irigasi, yang tidak dievaluasi oleh studi tersebut, tidak dapat ditentukan. Dalam studi yang berbeda, Agide et al. ( 2016 ) melaporkan bahwa kehilangan transmisi merupakan 26% dari total kehilangan air. Awel et al. ( 2018 ) melaporkan kehilangan transmisi yang lebih tinggi lagi sekitar 35% untuk skema irigasi di Ethiopia. Meskipun tingkat TWL pada VIS lebih rendah daripada yang dilaporkan oleh Agide et al. ( 2016 ) dan Awel et al. ( 2018 ), kehilangan tersebut masih lebih tinggi daripada perkiraan rata-rata nasional sebesar 12% (Mutema et al. 2023 ) dan tidak dapat diterima untuk jaringan kanal berlapis beton (DWA 2013 ). Oleh karena itu, perlu dipahami pendorong utama TWL dari jaringan kanal untuk merumuskan tindakan perbaikan.
Banyak parameter yang berinteraksi memengaruhi TWL dari jaringan kanal (Lund et al. 2023 ). Usia kanal merupakan parameter penting yang secara signifikan memengaruhi TWL karena material pelapis memburuk seiring waktu karena banyak faktor (Kahlown dan Kemper 2005 ; Moavenshahidi et al. 2016 ; Eshetu dan Alamirew 2018 ; Han et al. 2020 ), yang menyebabkan kehilangan air lebih besar dari yang diharapkan (Ochieng et al. 2010 ). Kerusakan fisik pada material pelapis merupakan parameter penting lainnya yang sebenarnya dapat menyebabkan tingkat kehilangan air yang lebih besar dari kanal berlapis daripada dari kanal yang tidak berlapis yang utuh (Mutema dan Dhavu 2022 ). Tujuan pelapisan kanal adalah untuk mengurangi kehilangan air melalui rembesan (Kahlown dan Kemper 2005 ). Selain itu, pemeliharaan yang buruk dan penggunaan bahan konstruksi yang tidak sesuai, karena kendala keuangan, meningkatkan kemungkinan TWL yang tinggi (Uchdadiya dan Patel 2014 ). Namun, kontribusi relatif dari faktor-faktor ini terhadap total kehilangan air pada skema irigasi jarang diselidiki secara memadai. VIS dibangun pada tahun 1930-an dan sekarang menjadi skema irigasi lama. Kanal-kanalnya menunjukkan banyak bukti dari banyak operasi perbaikan selama bertahun-tahun.
Hasil studi juga mengungkap peningkatan TWL dengan penurunan ukuran kanal dari MC ke SC dan akhirnya ke TC. Tren ini konsisten dengan hasil studi serupa yang dilakukan di Iran oleh Mohammadi et al. ( 2019 ) yang melaporkan efisiensi pengangkutan sebesar 95%, 92% dan 89% untuk MC, SC dan TC, berturut-turut. Studi lain di Central Rift Valley of Ethiopia menyajikan tren serupa dengan rata-rata kehilangan transmisi sebesar 0,07, 0,09 dan 0,15 L s −1 m −1 untuk MC, SC dan TC, berturut-turut (Van Halsema et al. 2011 ). Meskipun pendorong utama tren yang diamati oleh Mohammadi et al. ( 2019 ) dan Van Halsema et al. ( 2011 ) tidak dibahas, peningkatan TWL dengan penurunan ukuran kanal dalam studi saat ini bertepatan dengan penurunan pemanfaatan kapasitas kanal yang tersedia ( D flo / D dan P wet / P ). TC di VIS dioperasikan hanya sedikit di atas 50% dari kapasitasnya, yang menunjukkan keterampilan pengelolaan air yang buruk dalam skema irigasi. Pemanfaatan kapasitas kanal yang lebih tinggi didorong tidak hanya sebagai sarana untuk mengatasi kehilangan air yang tinggi tetapi juga untuk memastikan jumlah air yang cukup disalurkan dalam waktu sesingkat mungkin.
Kontributor penting lainnya untuk TWL tinggi dari TC adalah kondisi kanal yang buruk, yang secara visual memburuk dari MC ke tingkat TC. Dalam studi lain, Mutema, Dhavu, dan Mothapo et al. ( 2023 ) mencatat bahwa kondisi infrastruktur air yang buruk umumnya mengarah pada kinerja yang lebih rendah. Kondisi TC yang buruk di VIS dapat menjadi hasil dari kombinasi faktor, termasuk kerusakan kanal oleh aktivitas manusia dan kendaraan (Aly et al. 2012 ), sumber daya yang terbatas untuk pekerjaan pemeliharaan yang memadai (Mutema dan Dhavu 2022 ) dan penggunaan bahan yang tidak kompatibel (Uchdadiya dan Patel 2014 ). TC menghubungkan sistem pasokan air dan pertanian; karenanya, mereka lebih rentan terhadap kerusakan daripada SC dan MC. Oleh karena itu, perbaikan yang lebih sering diperlukan untuk menjaga TC dalam urutan fungsional yang baik, yang dapat terhambat oleh sumber daya yang terbatas, seperti dana untuk mendapatkan peralatan dan bahan yang diperlukan. Sumber daya keuangan yang terbatas juga dapat memengaruhi pilihan, misalnya, bahan pelapis yang akan digunakan untuk pekerjaan perbaikan yang menyebabkan penggunaan bahan yang kompatibilitasnya rendah dengan bahan asli untuk melapisi kanal. Ketidakcocokan juga dapat muncul dari bahan pelapis asli yang menjadi usang dan tidak tersedia di pasaran. Beberapa petani di VIS berbagi satu TC dan juga bertanggung jawab atas pemeliharaannya. Oleh karena itu, kondisi TC yang buruk yang diamati secara visual menunjukkan kegagalan petani, secara kolektif, untuk memelihara TC secara memadai. Secara umum, petani fokus pada produksi dan pemasaran tanaman dengan sedikit perhatian pada apa yang terjadi di luar pertanian mereka.
Hasil dari studi saat ini juga mengungkapkan bahwa aliran air paling lambat di TC pada kecepatan rata-rata 0,59 m s −1 , yang memberikan kondisi yang mendukung pertumbuhan alga dan vegetasi (Feipeng et al. 2013 ). Pertumbuhan alga dan vegetasi di TC lebih lanjut membatasi aliran air (Du Plessis dan Steyn 2003 ) dan meningkatkan kehilangan air (Kahlown dan Kemper 2004 ; Mohammadi et al. 2019 ). Mohammadi et al. ( 2019 ) merangkum dampak vegetasi pada kehilangan air dalam tiga cara: penggunaan air untuk pertumbuhan tanaman, kerusakan kanal oleh akar tanaman, penyumbatan kanal dan pengurangan kecepatan aliran. Dampak bentuk kanal pada TWL tidak dapat dinilai secara komprehensif karena kurangnya variabilitas bentuk dalam subarea. Semua jangkauan MC berbentuk trapesium, jangkauan SC berbentuk parabola, dan jangkauan TC berbentuk parabola dan berbentuk U. Bentuk trapesium dianggap sebagai bentuk kanal yang paling efisien dengan sensitivitas paling rendah terhadap perubahan ukuran (Swamee et al. 2002 ) karena menghasilkan radius hidrolik terkecil untuk luas penampang yang sama (Sonnichsen 1993 ). Radius hidrolik yang lebih kecil berarti lebih sedikit luas permukaan kanal yang tersedia untuk kehilangan air rembesan dan kebocoran (Samira et al. 2023 ). Hasil dari studi saat ini menunjukkan TWL yang lebih besar dari jangkauan TC parabola daripada berbentuk U, yang sesuai dengan hasil dari El-Molla dan El-Molla ( 2021 ) yang menjelaskan bahwa lereng sisi kanal yang lebih datar menyebabkan lebih banyak kehilangan air melalui rembesan. Namun, perbedaan antara kehilangan air kanal parabola dan berbentuk U tidak signifikan dalam studi saat ini. Meskipun demikian, bentuk masih menjadi parameter penting dalam desain kanal (Swamee et al. 2002 ; Mutema dan Dhavu 2022 ). Oleh karena itu, desain kanal masih perlu difokuskan pada memaksimalkan luas penampang aliran air tetapi dengan kontak seminimal mungkin dengan permukaan kanal. Desain perlu diuji terhadap berbagai lingkungan dan bahan konstruksi kanal.
Bentuk, ukuran dan tingkat variabilitas geometri penampang melintang kanal mempengaruhi kedalaman aliran dan luas permukaan perimeter tempat rembesan terjadi (Lund et al. 2023 ). Bentuk dan dimensi kanal (seperti lebar dasar, kedalaman dan panjang sisi) ditentukan untuk memastikan aliran maksimum pada area kontak minimum antara air dan kanal (Karad et al. 2013 ), yang menghasilkan kehilangan air minimum (Ghazaw 2011 ). Korelasi signifikan antara parameter geometri aliran dan TWL dalam studi ini sesuai dengan hasil studi di tempat lain (misalnya, Robinson dan Rohwer 1959 ). Hubungan ini menunjukkan kemungkinan peluang untuk mengendalikan TWL dari jaringan kanal melalui pengaturan aliran air. Secara umum, lingkungan jangkauan kanal di VIS dicirikan oleh pertumbuhan vegetasi (baik rumput maupun pohon), alga, retakan, batu, dan akumulasi lumpur, yang semuanya diketahui berkontribusi terhadap hilangnya air (Zeb et al. 2000 ; Saeed dan Khan 2014 ; Massebo 2018 ; Mohammadi et al. 2019 ). Kehilangan air yang tinggi berpotensi memengaruhi tatanan hidrologis suatu area dengan kemungkinan dampak negatif terhadap produktivitas pertanian (Lund et al. 2023 ).
5 Keterbatasan Penelitian
Pemilihan kanal dan jangkauan kanal yang digunakan dalam studi saat ini bertujuan untuk memperoleh data representatif dari subarea jaringan kanal, berbagai zona (atas, tengah, dan bawah) skema irigasi, dan kanal yang dipilih. Tidak ada prosedur statistik yang diterapkan untuk menentukan ukuran sampel dan lokasi jangkauan kanal yang tepat untuk dipilih. Hasilnya, sejumlah jangkauan kanal yang dapat dikelola dipilih secara acak dalam subarea jaringan kanal tanpa memperhitungkan bentuk dan panjang kanal yang berbeda, karakteristik pertanian yang berbeda, dan variabilitas gaya pengelolaan pertanian. Ke-39 jangkauan kanal yang digunakan menghasilkan total panjang 32 km, yang hanya sekitar 4% dari seluruh panjang jaringan kanal sepanjang 812 km. Prosedur ini juga dapat berdampak negatif pada jumlah bentuk kanal yang digunakan dalam studi karena hanya ditemukan tiga bentuk (trapesium, parabola, dan bentuk U). Jangkauan MC dan SC masing-masing berbentuk trapesium dan parabola, sedangkan jangkauan TC berbentuk parabola dan U.
Beberapa metode tersedia untuk menentukan kehilangan air dari kanal, tetapi studi ini memilih metode aliran masuk-keluar hanya karena kesederhanaannya dan kemudahan penerapannya tanpa mengganggu operasi petani normal. Metode aliran masuk-keluar memperhitungkan TWL tanpa membedakan berbagai jenis kehilangan air (misalnya, rembesan, kebocoran, dan penguapan), yang membatasi peluang untuk strategi remediasi segera. Keterbatasan lainnya adalah pada pilihan dan jumlah parameter yang mendorong TWL, yang dianalisis dalam studi ini. Ada banyak parameter yang mendorong TWL dari kanal, tetapi studi ini berfokus pada beberapa parameter geometris dan lingkungan yang mendukung pengumpulan data cepat menggunakan pengamatan visual. Pilihan parameter lingkungan dipandu oleh studi lain (Kassa dan Ayana 2019 ; Mohammadi et al. 2019 ).
Studi saat ini difokuskan pada faktor-faktor biofisik yang berpotensi memengaruhi kehilangan air dari jaringan kanal. Parameter sosial, kelembagaan, dan ekonomi yang tidak dianalisis mungkin memiliki dampak yang lebih signifikan pada TWL di skema irigasi. Monteiro dkk. ( 2024 ) meninjau pendorong perilaku penggunaan air di antara pengguna air pertanian, yang juga berada di luar cakupan studi saat ini. Lebih banyak waktu dan sumber daya lainnya akan diperlukan untuk menyelidiki dampak parameter ini. Selain itu, studi ini difokuskan pada dampak tunggal dari parameter yang dipilih, namun secara alamiah mereka bertindak dalam kombinasi. Analisis korelasi ganda mungkin telah memberikan wawasan lain tentang parameter yang mendorong TWL.
6 Kesimpulan
Studi ini dilakukan di VIS di Afrika Selatan dengan tujuan mengukur dan membandingkan kehilangan air dari berbagai subarea jaringan kanal dan memahami faktor utama penyebab kehilangan air. Hasilnya menunjukkan kecenderungan peningkatan kehilangan air seiring dengan berkurangnya luas penampang kanal, di mana MC mengalami tingkat kehilangan air paling sedikit, diikuti oleh SC dan tingkat kehilangan terbesar terjadi di TC. Tren ini bertepatan dengan semakin seringnya pergerakan manusia dan kendaraan di kanal, memburuknya kondisi, dan menurunnya pemanfaatan kapasitas kanal yang tersedia. Kehilangan air disebabkan oleh banyak faktor, yang terutama adalah memburuknya kondisi kanal (keausan dan runtuhnya dinding kanal) dan pertumbuhan vegetasi (pohon dan rumput) di kanal. Disimpulkan dari studi ini bahwa geometri aliran dan parameter lingkungan saja tidak sepenuhnya menjelaskan faktor penyebab kehilangan air dari kanal. Kehilangan air juga dipengaruhi oleh parameter seperti faktor sosial, kelembagaan, dan ekonomi (misalnya, keterampilan dan pengalaman orang yang bertugas mengoperasikan dan memelihara infrastruktur). Oleh karena itu, disarankan agar penelitian di masa mendatang juga mempertimbangkan parameter nonfisik, yang beberapa di antaranya mungkin menunjukkan karakteristik dinamis. Disimpulkan juga dari penelitian saat ini bahwa kehilangan air kanal tidak bergantung pada lokasi jangkauan kanal dalam suatu jaringan. Disarankan agar penelitian di masa mendatang menyelidiki sepenuhnya faktor pendorong dari penurunan karakteristik yang diamati dalam kehilangan air di zona tengah skema irigasi dan subarea jaringan kanal (MC, SC, dan TC). Penelitian saat ini memperlakukan kehilangan air kanal sebagai kuantitas air yang keluar dari jaringan kanal. Namun, sebagian dari air yang keluar ini mungkin menemukan penggunaan yang bermanfaat di pertanian dalam skema irigasi dan lingkungan yang berdekatan dengan kanal. Oleh karena itu, penelitian di masa mendatang didorong untuk menempatkan ini dalam konteks ketika mengevaluasi kehilangan air jaringan kanal.
Leave a Reply