seminar - enggar kadyonggo 2 april (fix).pdf

UNIVERSITAS INDONESIA

PEMODELAN PERUBAHAN OKSIGEN TERLARUT DI

SALURAN TERBUKA AKIBAT BEBAN PENCEMAR

KEBUTUHAN OKSIGEN BIOLOGIS (BOD) DENGAN

SOFTWARE QUAL2K (Studi Kasus Kanal Tarum Barat)

SEMINAR SKRIPSI

ENGGAR KADYONGGO

0906636806

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN

DEPOK

2013

UNIVERSITAS INDONESIA

PEMODELAN PERUBAHAN OKSIGEN TERLARUT DI

SALURAN TERBUKA AKIBAT BEBAN PENCEMAR

KEBUTUHAN OKSIGEN BIOLOGIS (BOD) DENGAN

SOFTWARE QUAL2K (Studi Kasus Kanal Tarum Barat)

SEMINAR SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana

ENGGAR KADYONGGO

0906636806

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN

DEPOK

2013

i Universitas Indonesia

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, karena atas berkat

dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan seminar skripsi ini. Selain itu,

berkat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, penulis berhasil melalui segala

bentuk tantangan dan rintangan yang muncul selama proses penyelesaian seminar

skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Dr. Ir. Djoko M. Hartono, SE, M.Eng, selaku dosen pembimbing 1

yang telah bersedia memberikan bantuan, bimbingan, dan nasihat

yang membangun selama penyusunan seminar skripsi ini.

2. R.M. Sandyanto Adityosulindro, S.T, M.T, M.Sc selaku dosen

pembimbing 2 yang telah bersedia memberikan bantuan, bimbingan,

dan nasihat yang membangun selama penyusunan seminar skripsi ini.

3. Orang tua saya, Bapak Suratno dan Ibu Sumarmi serta saudara-

saudara saya, yang selalu memberikan dukungan moral dan material

serta kasih sayang yang merupakan faktor pendukung utama dalam

penyusunan seminar skripsi ini.

4. Teman-teman Teknik Sipil dan Teknik Lingkungan angkatan 2009

yang senantiasa memberikan dukungan satu sama lain.

5. Semua pihak yang telah banyak membantu menyelesaikan seminar

skripsi ini yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu

Akhir wacana, penulis berharap Allah SWT berkenan membalas kebaikan

seluruh pihak yang telah membantu dalam penyusunan semoga seminar skripsi

ini.

Depok, April 2013

Penulis

ii Universitas Indonesia

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................ I

DAFTAR ISI ......................................................................................................... II

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... IV

DAFTAR TABEL ................................................................................................. V

BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

1.1 LATAR BELAKANG .................................................................................... 1

1.2 RUMUSAN MASALAH ................................................................................ 3

1.3 TUJUAN PENELITIAN ................................................................................. 4

1.4 MANFAAT PENELITIAN .............................................................................. 5

1.5 BATASAN PENELITIAN ............................................................................... 6

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN ......................................................................... 6

BAB 2 STUDI PUSTAKA .................................................................................... 8

2.1 UMUM ....................................................................................................... 8

2.1.1 State Of Art ........................................................................................... 8

2.2 PENCEMARAN AIR ................................................................................... 10

2.2.1 Sumber Pencemar ............................................................................... 10

2.2.2 Baku Mutu ........................................................................................... 11

2.3 KARAKTERISTIK KUALITAS AIR .............................................................. 11

2.3.1 Biochemical Oxygen Demand............................................................. 11

2.3.2 Dissolve Oxygen ................................................................................. 12

2.4 PEMODELAN KUALITAS AIR PERMUKAAN ............................................... 13

2.4.1 Tinjauan Umum .................................................................................. 13

2.4.2 Jenis Input Beban Pencemar .............................................................. 14

2.4.3 Mass Balance ...................................................................................... 15

2.4.4 Koefisien Laju Reaksi ......................................................................... 16

2.4.5 Metode Numerik.................................................................................. 18

2.4.6 Model Oksigen Terlarut ...................................................................... 21

2.4.6.1 Penurunan Oksigen Terlarut ........................................................ 21

2.4.6.2 Titik Jenuh Oksigen Terlarut ....................................................... 22

2.4.6.3 Persamaan Reaerasi ..................................................................... 23

2.5 SOFT WARE QUAL2K ............................................................................. 26

2.5.1 Karakteristik QUAL2K ....................................................................... 26

2.5.2 Segmentasi QUAL2K .......................................................................... 28

2.6 KERANGKA BERPIKIR .............................................................................. 29

BAB 3 METODE PENELITIAN ....................................................................... 34

3.1 UMUM ..................................................................................................... 34

3.2 DESAIN PENELITIAN ................................................................................ 34

3.3 PROSES PENELITIAN ................................................................................ 36

3.3.1 Variabel Peneitian .............................................................................. 36

3.3.2 Pengumpulan data .............................................................................. 36

3.3.2.1 Data Primer ................................................................................. 36

3.3.2.2 Data Sekunder ............................................................................. 37

iii Universitas Indonesia

3.3.3 Pengolahan dan Analisis Data ........................................................... 40

3.3.3.1 Penyusunan Model ...................................................................... 40

3.3.3.2 Perbedaan Hasil Model dengan Observasi .................................. 43

3.4 LOKASI DAN JADWAL PENELITIAN .......................................................... 44

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 49

LAMPIRAN A TABEL KUALITAS AIR PP. NO 82 TAHUN 2001 ............. 51

LAMPIRAN B SKEMA TAHAPAN PEMODELAN ..................................... 54

iv Universitas Indonesia

DAFTAR GAMBAR

GAMBAR 2.1 PROSES MANAJEMEN KUALITAS AIR ................................................ 14

GAMBAR 2.2 KONSENTRASI BOD DAN DO DI SALURAN TERBUKA ........................ 22

GAMBAR 2.3 KECEPATAN REAERASI VS KEDALAMAN DAN KECEPATAN .............. 26

GAMBAR 2.4 SOFTWARE QUAL2K ....................................................................... 28

GAMBAR 2.5 SKEMA SEGMENTASI QUAL2K UNTUK SUNGAI TANPA ANAK SUNGAI

....................................................................................................................... 29

GAMBAR 2.6. SKEMA SEGMENTASI QUAL2K UNTUK SUNGAI DENGAN ANAK

SUNGAI ........................................................................................................... 29

GAMBAR 2.7. KERANGKA KONSEPTUAL ................................................................ 30

GAMBAR 2.8. LINGKUP PENELITIAN ...................................................................... 31

GAMBAR 2.9. KERANGKA PENELITIAN .................................................................. 33

GAMBAR 3.1 TAHAPAN UMUM PENELITIAN ........................................................... 36

GAMBAR 3.2 ALGORITMA PEMODELAN ................................................................. 40

GAMBAR 3.3. SKEMA SEGMENTASI ........................................................................ 42

GAMBAR 3.4 LOKASI PENELITIAN .......................................................................... 45

GAMBAR 3.5. REACH 1 (JEMBATAN JL. CUT MEUTIA - TITIK CROSSING) .............. 45

GAMBAR 3.6. REACH 2 (TITIK CROSSING - JEMBATAN JL. JEND. A. YANI) ............ 46

GAMBAR 3.7. REACH 3 (JEMBATAN JL. JEND. A. YANI - JEMBATAN JL. CAMAN) .. 46

GAMBAR 3.8. REACH 4 (JEMBATAN JL. CAMAN – JEMBATAN JL. LAMPIRI RAYA) . 46

v Universitas Indonesia

DAFTAR TABEL

TABEL 2.1. PENELITIAN SEBELUMNYA .................................................................... 9

TABEL 2.2 KRITERIA MUTU AIR BERDASARKAN KELAS PP NO. 82 TAHUN 2001 . 11

TABEL 2.3 RANGE KEDALAMAN DAN KECEPATAN UNTUK PENGEMBANGAN

PERSAMAAN UNTUK REAERASI ALIRAN. .......................................................... 26

TABEL 3.1. DAFTAR DATA PRIMER DAN SEKUNDER .............................................. 39

TABEL 3.2. NILAI KONSTANTA YANG DIPAKAI ....................................................... 41

TABEL 3.3. KOORDINAT DAN ELEVASI REACH ....................................................... 43

TABEL 3.4. PERBANDINGAN DATA HASIL MODEL DAN OBSERVASI LAPANGAN .... 44

TABEL 3.5. TABEL WAKTU PENELITIAN................................................................. 48

1 Universitas Indonesia

PEMODELAN PERUBAHAN OKSIGEN TERLARUT DI SALURAN

TERBUKA AKIBAT BEBAN PENCEMAR KEBUTUHAN OKSIGEN

BIOLOGIS (BOD) DENGAN SOFTWARE QUAL2K (Studi Kasus Kanal

Tarum Barat)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan utama bagi manusia bahkan semua makhluk

hidup, terutama di daerah kota-kota besar seperti Jakarta yang merupakan kota

terbesar di Indonesia dengan jumlah penduduk mencapai 9.607.787 jiwa (Sensus

Badan Pusat Statistik 2010). Dengan penduduk sebanyak itu dalam satu kota

maka kebutuhan airnya pun juga akan sangat besar, sehingga diperlukan sumber

air baku yang mampu memenuhi kebutuhan yang sangat besar tersebut.

Air permukaan menjadi salah satu bagian yang tidak terpisahan dari

sumber air bersih yang digunakan oleh masyarakat karena merupakan salah satu

sumber air baku utama yang digunakan untuk penyediaan air bersih bagi sebagian

besar warga Jakarta dengan pengolahan air permukaan dari beberapa instalasi

pengolahan air bersih menggunakan air baku yang berasal dari Kanal Tarum Barat

atau biasa disebut Kalimalang yang merupakan saluran terbuka atau open

channel. Kanal Tarum Barat merupakan kanal atau saluran buatan untuk

mengalirkan air dari Sungai Citarum yang dibendung di Waduk Jatiluhur yang

kemudian dibuat kanal atau saluran buatan dengan tujuan untuk memenuhi

kebutuhan air bersih kota Jakarta. Kanal Tarum Barat merupakan saluran terbuka

yang kualitas air yang dialirkan harus dijaga dengan baik karena ini merupakan

salah satu sumber air baku terbesar bagi kota Jakarta. Beberapa perubahan telah

terjadi di sekitar daerah aliran Kanal Tarum Barat terutama tata guna lahan

disepanjang aliran saluran yang mulai banyak daerah-daerah industri dan

pemukiman yang dibangun disepanjang pinggiran aliran, karena kondisi ini maka

potensi untuk terjadinya pencemaran air di Kanal Tarum Barat akan semakin

besar, sehingga mempengaruhi kualitas air yang ada yang kemudian akan diolah

2

Universitas Indonesia

menjadi air bersih, sehingga beban dan biaya pengolahannya pun akan semakin

besar. Selain itu juga Kanal Tarum Barat dalam perjalanan alirannya menuju DKI

Jakarta berpotongan dengan 3 sungai yaitu Sungai Cibeet, Sungai Cikarang, dan

Sungai Bekasi, dari sungai-sungai yang dilewatinya salah satunya terjadi

pencampuran di titik pertemuannya dengan Sungai Bekasi.

Dari pertemuan antara Sungai Bekasi dan Kanal Tarum Barat terjadi

pencampuran air antara kedua aliran sehingga mempengaruhi kualitas air dari

Kanal Tarum Barat yang merupakan sumber air baku karena kualitas air di Sungai

Bekasi yang sudah tidak layak untuk dijadikan sumber air baku sehingga

dampaknya adalah penurunan kualitas air pada Kanal Tarum Barat setelah

melewati titik pertemuan dengan Sungai Bekasi.

Saluran terbuka (open channel) atau sungai biasanya memiliki proses

fluktuasi kenaikan kandungan oksigen secara alami setelah beban pencemar

masuk atau biasa disebut reaerasi yang berlangsung secara alami untuk menaikkan

konsentrasi oksigen terlarut yang ada di badan air. Selain itu juga ada mekanisme

pencampuran yang bisa mengurangi konsentrasi pencemar, namun hal ini butuh

waktu dan juga dipengaruhi oleh proses dilusi kontaminan yang tergantung pada

waktu dan jarak tertentu dari sumber pencemar. Berdasarkan perhitungan analitik,

konsentrasi pencemar di badan air penerima akan berkurang terhadap jarak dan

waktu jika limbah dibuang secara impuls (Chapra, 1997).

Penelitian mengenai pemodelan tentang perubahan kualitas air baku di

saluran terbuka untuk menyuplai kebutuhan air yang dibutuhkan menjadi penting

untuk dilakukan karena hingga saat ini saluran yang masih terbuka menjadi

rentan terhadap pencemaran yang ada karena aktivitas kegiatan manusia yang ada

di sepanjang daerah aliran, sehingga jika kualitas airnya memburuk beban

pengolahan juga akan semakin berat sehingga akan menambah biaya pengolahan.

Selain itu dalam proses pemurnian air secara alami yang tercemar untuk

mendegradasi bahan pencemar yang ada yang dilakukan oleh mikroba yang ada di

air membutuhkan oksigen untuk metabolisme mikroba sehingga perlu dilihat

proses reaerasi yang terjadi di sepanjang aliran yang ada. Sehingga dalam

penelitian ini parameter yang akan dimodelkan terfokus pada parameter DO, hal

3


ini karena dalam penerimaan beban pencemar parameter DO merupakan

parameter yang sangat mudah terpengaruh hal ini karena jumlah oksigen terlarut

yang ada di badan air akan langsung digunakan untuk berbagai macam reaksi

yang ada di air saat pencampuran dengan beban pencemar, selain itu juga

parameter DO merupakan parameter yang paling fluktuatif karena adanya

pengaruh reaerasi di badan air karena nilainya bisa langsung berubah karena

terjadinya reaerasi dari atmosfer, metabolisme organisme di badan air, diffusi

yang terjadi dan masih banyak faktor lainnya.

Sehingga parameter DO dipilih menjadi parameter yang akan

dimodelkan. Selain itu dari data-data sekunder yang didapat dari BPLH Kota

Bekasi Juli 2011, di Sungai Bekasi parameter DO menjadi salah satu parameter

kualitas air yang melebihi batas baku mutu badan air kelas 2 di PP No. 82 Tahun

2001. Dari data sekunder yang telah didapat dari juga menunjukkan bahwa di

Kanal Tarum Barat sebelum bertemu dengan Sungai Bekasi nilai DO masih diatas

6 yaitu sesuai standar kelas 1 di PP No.82 Tahun 2001, namun setelah melewati

pertemuan dengan Sungai Bekasi nilai DO turun menjadi 4 yang sesuai dengan

badan air kelas 2 yang sudah tidak bisa lagi digunakan sebagai air baku air

minum.

Sehingga perlu dilihat bagaimana penurunan konsentrasi DO yang terjadi

di badan air setelah pencampuran dan bagaimana konsentrasi DO yang terjadi di

sepanjang aliran setelah pencampuran terjadi hingga sebelum diolah menjadi air

bersih di IPAM, maka diperlukan pemodelan karena merupakan model

dikembangkan pada awalnya sebagai alat pemecahan masalah, sehingga dengan

pembuatan model ini bisa menjadi bahan pertimbangan dalam manajemen dan

perbaikan kualitas air sungai.

1.2 Rumusan Masalah

Konsentrasi oksigen terlarut di badan air akan berubah seiring dengan

beban pencemaran yang dilaluinya sepanjang aliran baik dari pencemaran limbah

cair, dan reaerasi yang terjadi di sepanjang aliran, sehingga parameter DO yang

nilainya akan selalu fluktuatif. Perubahan kualitas ini juga tidak terlepas dari luas

4


penampang dan debit yang ada di saluran, titik pencemaran yang ada dan juga

jenis pencemarnya. Selain itu juga jenis aliran juga mempengaruhi kondisi

pencampuran yang terjadi di sepanjang aliran, karena oksigen terlarut tidak selalu

sama di setiap titik di badan air.

Berdasarkan kondisi yang ada dilapangan dapat dilihat bahwa Kanal

Tarum Barat yang merupakan saluran terbuka dan berpotensi terjadinya

pencemaran dari Sungai Bekasi karena daerah-daerah sekitar DAS Sungai Bekasi

ini sangat berpotensi memberikan beban pencemar, terutama pencemar dalam

bentuk limbah domestik karena disepanjang alirannya terdapat banyak

pemukiman dan beban pencemar ataupun pencemaran yang terjadi di anak-anak

sungai dari Sungai Bekasi yang masuk kedalam badan air utama sehingga bisa

mempengaruhi kondisi kualitas air Sungai Bekasi sehingga saat terjadi

pencampuran dengan Kanal Tarum Barat maka akan mempengaruhi kualitas air

dari air baku yang dialirkan melalui Kanal Tarum Barat terutama parameter

oksigen terlarut.

Berdasarkan uraian masalah yang telah dijelaskan diatas, pada penelitian

ini dirumuskan beberapa pertanyaan penelitian yaitu sebagai berikut :

a. Bagaimana pengaruh beban pencemar BOD terhadap parameter oksigen

terlarut di badan air penerima ?

b. Seperti apa reaerasi yang terjadi di lokasi penelitian ?

c. Berapa besar perbedaan hasil yang diperoleh dari pemodelan dengan hasil

sampling langsung di lapangan ?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah sebagai berikut :

Mengetahui pengaruh beban pencemar BOD dan reaerasi terhadap

parameter DO pada badan air.

Mengetahui seberapa besar tingkat reaerasi yang terjadi pada Kanal Tarum

Barat terutama dalam lokasi penelitian dalam bentuk koefisien reaerasi.

5


Mendapatkan nilai koefisien peluruhan BOD, dan mencari koefisien reaerasi

oksigen dengan kalibrasi otomatis dari model QUAL2K.

Mengkalibrasi dan membandingkan hasil yang didapat dari model

perubahan konsentrasi DO yang dihasilkan dari modeling dengan data dari

observasi lapangan

1.4 Manfaat Penelitian

Dengan adanya penelitian ini diharapkan ada beberapa manfaat yang

dapat diambil setelah penelitian dilakukan, antara lain :

Bagi Pemerintah

Memberikan pertimbangan untuk mencari solusi alternatif bagi pengelolaan

badan air terutama pada saluran open channel.

Memberikan referensi terhadap penanganan sumber-sumber pencemar yang

ada dan berpotensi menurunkan kualitas air baik minimalisasi pengaruh atau

pemanfaatan reaerasi alami yang optimal.

Bagi Peneliti

Mengembangkan diri dan meningkatkan wawasan serta pengetahuan

tentang perubahan yang terjadi pada kualitas air pada Kanal Tarum Barat,

serta cara pemodelan kualitas air permukaan.

Menambah keahlian peneliti, dalam hal ini adalah pemakaian software

dalam pemodelan kualitas air permukaan.

Bagi Masyarakat

Memberikan pengetahuan kepada masyarakat mengenai pengaruh

pencemaran dan bagaimana perubahan kualitas air terjadi

Memberikan pengetahuan kepada masyarakat mengenai pentingnya

menjaga lingkungan terutama pada badan air.

Bagi Ilmu Pengetahuan

6


Sebagai referensi bagi pendidikan dan ilmu dalam bidang pengelolaan

badan air terutama pada reaerasi saluran open channel di Indonesia sehingga

akan berkembang ke arah yang lebih baik.

Sebagai referensi salah satu cara dalam pemodelan kualitas air permukaan

pada saluran open channel dari beban pencemar yang ada.

1.5 Batasan Penelitian

Penelitian yang akan dilakukan nantinya akan memiliki ruang lingkup

sebagai batasannya, dengan batasan-batasan tersebut antara lain :

Proses pengamatan hanya dilakukan pada pagi hingga sore hari di Bulan

April.

Parameter kualitas air yang diperiksa dan dimodelkan dibatasi pada hanya

parameter DO dan BOD.

Sumber pencemar yang ditinjau berasal dari Sungai Bekasi.

Lokasi pengukuran dilakukan di Kanal Tarum Barat pada segmen

pertemuan dengan Sungai Bekasi hingga Intake PDAM Buaran dengan total

jarak 7 kilometer.

1.6 Sistematika Penulisan

Secara garis besar, sistematika penulisan untuk tugas akhir ini adalah

sebagai berikut :

BAB 1 PENDAHULUAN

Pada bab ini berisi mengenai latar belakang, rumusan masalah,

tujuan penelitian, manfaat penelitian, ruang lingkup, dan sistematika

penulisan.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini dijelaskan mengenai teori-teori dasar yang mendukung

penelirian mengenai kualitas air baik analisis dan pembahasannya.

Teori-teori tersebut meliputi definisi, konsep, karakteristik, standar

kualitas air dan sumber pencemar serta parameter yang diteliti dari

topik penelitian.

7


BAB 3 METODE PENELITIAN

Pada bab ini berisi mengenai langkah-langkah yang dilakukan dalam

penelitian baik metode yang yang digunakan dalam penelitian yang

dilakukan, langkah-langkah pengambilan data, waktu dan lokasi

pengambilan, variabel penelitian cara pengolahan data, dan langkah-

langkah analisis serta pendekatan yang digunakan.

BAB 4 GAMBARAN UMUM OBJEK STUDI

Pada bab ini dijelaskan mengenai gambaran umum lokasi

pengambilan sampel serta lokasi penelitian berlangsung dari status

stakeholder yang terkait, daerah yang dilewati hingga kondisi

saluran.

BAB 5 HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini berisi mengenai hasil dari pemeriksaan yang telah

dilakukan serta analisis terhadap hasil tersebut. Perbandingan

terhadap beberapa standar dan peraturan juga dilakukan terhadap

hasil yang didapatkan.

BAB 6 PENUTUP DAN SARAN

Pada bab ini berisi kesimpulan yang didapatkan berdasarkan

penelitian yang telah dilakukan serta rekomendasi yang ada untuk

menjaga kualitas sumber air baku.


BAB 2

STUDI PUSTAKA

2.1 Umum

Pengukuran dan evaluasi dari dampak manusia pada kualitas dari air

permukaan telah menjadi tujuan utama dari manajemen daerah aliran sungai

(Barth, 1998). Permasalahan dari prediksi beban kimia dalam sistem sungai tetap

menjadi isu utama dalam penentuan dampak dari aktivitas manusia dalam

ekosistem lingkungan akuatik (Sokolov and Black, 1996). Model kualitas air bisa

digunakan untuk simuasi dari berbagi nutrient dan parameter biologis yang pada

awalnya tidak memungkinkan dari parameter hidrologis.

2.1.1 State Of Art

Degradasi aliran di perkotaan telah didokumentasikan dengan baik dan

telah disebut sebagai urban stream syndrome (Walsh et al., 2005; Paul dan Meyer,

2008). Aliran di daerah perkotaan berubah seiring dengan kota yang dilewatinya

dan perubahan strategi dari manajemen air. Sekarang ini ada kecenderungan untuk

mengembalikan sungai untuk kembali ke kondisi dan fungsi alaminya (Novotny et

al.,2010). Pemodelan matematis bisa digunakan untuk mengembangkan

pemahaman kuantitatif dari input dan proses yang mempengaruhi water quality

(Mathew et al., 2011)

Dampak dari konsentrasi DO yang rendah atau saat ekstrim, kondisi

anaerobik adalah ekosistem yang tidak seimbang dengan kematian ikan, masalah

bau dan gangguan estetika (Cox, 2003). Dari penelitian yang telah dilakukan

sebelumnya menyatakan bahwa oksigenasi lokal efektif dalam menaikkan tingkat

DO, dan kombinasi dari modifikasi air limbah, flow augmentation dan oksigenasi

lokal diperlukan untuk memastikan konsentrasi DO minimum (Prakash, 2007).

Pemodelan bukanlah alternatif untuk observasi tetapi dalam situasi

tertentu, bisa menjadi alat yang berguna dalam memahami observasi dan dalam

teori pengembangan dan pemeriksaan.

9


Tabel 2.1. Penelitian Sebelumnya

Judul Penelitian Hasil Penelitian Referensi

Kajian Kualitas Air Sungai Cipinang Bagian Hilir Ditinjau

dari Parameter BOD dan DO menggunakan Model

QUAL2E

Konstanta dekomposisi BOD nilainya bergantung pada ruas sungai antara 0.3-

0.6/hari yang didapat dari hasil pengukuran dan hasil dari simulasi model

Ada 3 proses kalibrasi yang dilakukan yaitu kalibrasi hidrolika, kalibrasi model

dan kalibrasi konstanta BOD-DO

Kalibrasi model dilakukan dengan membandingkan dari Simulasi QUAL2E,

perhitungan model streeter-phelps dan pengukuran lapangan

Damarany, P., Fachrul, M. F.,

Astono, W. (2009)

Pemulihan Kualitas Air Sungai Ciliwung Menggunakan

Model Kualitas Air

Ada 3 proses kalibrasi yang dilakukan yaitu kalibrasi debit, kalibrasi BOD dan

validasi model

Untuk strategi pengendalian kualitas air diperlukan pengolahan semua limbah

industri dengan efisiensi sekitar 80-86% dan 60-70% limbah domestik diolah

IPAL maka konsentrasi BOD ≤ 5mg/L dan Bakteri Coli turun menjadi ≤

2000/100ml

Yusuf, Iskandar A. (2009)

DO-BOD modeling of River Yamuna for national capital

territory, India using STREAM II, a 2D water quality model

SOD diasumsikan nol

Konsentrasi BOD turun secara berangsur-angsur di hilir karena fenomena self

purification alami

Tingkat BOD dan DO berada di bawah standar karena curah hujan yang tinggi

dan pembuangan yang sedikit ke Sungai Yamuna melalui saluran (drains)

DO bisa dijelaskan dengan proses lain yg terjadi di sistem air permukaan alami

seperti aktifitas fotosintesis, aktifitas sedimen, dan suhu sungai

Sharma, Deepshikha, dan Singh,

Rum Kara (2009)

Application of QUAL2Kw for water quality modeling and

dissolved oxygen control in the river Bagmati

Hasil kalibrasi model menunjukkan kualitas air Sungai Bagmati tidak memenuhi

standar 4mg/l diluar 8 km.

Koefisien Reaerasi 6-8,7/hari

Prakash, Seokcheon, Sushil, Lee, &

Kyu, (2007)

10


2.2 Pencemaran Air

Pencemaran air menurut Peraturan Pemerintah RI No 82 tahun 2001

adalah masuknya atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi dan atau

komponen lain ke dalam air oleh kegiatan manusia, sehingga kualitas air turun

sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan air tidak dapat berfungsi sesuai

dengan peruntukkannya.

Dari definisi diatas maka badan air bisa dikatakan tercemar jika kualitas

airnya turun hingga tingkat tertentu hingga dianggap mencemari badan air

sehingga daya tampung beban pencemaran pada badan air terlampaui. Beban

pencemaran adalah jumlah suatu unsur pencemar yang terkandung dalam air atau

air limbah sedangkan daya tampung beban pencemaran adalah kemampuan air

pada suatu sumber air, untuk menerima masukan beban pencemaran tanpa

mengakibatkan air tersebut menjadi tercemar.

2.2.1 Sumber Pencemar

Sumber pencemar pada pencemaran air sendiri dapat dikategorikan pada

2 jenis sumber yaitu pencemaran dari point source dan non-point source. Menurut

Metcalf dan Eddy (2004) point source merupakan sumber limbah yang keluar dari

lokasi spesifik dari pipa, saluran buangan, sistem saluran dari municipal

wastewater plants atau fasilitas pengolahan industri, sedangkan non-point source

menurut The Foundation for Water Resouce (2010) adalah substan/kontaminan

yang masuk ke badan air yang berasal dari area tersebar sebagai hasil dari

aktivitas penggunaan lahan, seperti pembangunan, fasilitas umum, pertanian,

penebangan hutan. Selain itu berdasarkan kegiatannya sumber pencemar berupa

air limbah bisa dikategorikan menjadi dua bagian yaitu air limbah domestik dan

air limbah non domestik. Air limbah domestik merupakan air bekas pemakaian

dari aktivitas daerah pemukiman seperti kegiatan memasak, mandi, cuci dan

kegiatan lainnya yang umumnya kandungannya didominasi oleh bahan organic

dan dapat diolah secara biologis, sedangkan air limbah non domestik adalah air

bekas pemakaian yang berasal dari daerah non pemukiman seperti daerah industri,

komersial, perkantoran, dan sebagainya, kandungannya sendiri lebih bervariasi

11


bisa berupa bahan organik dan anorganik, tergantung dari kegiatannya sendiri dan

biasanya bersifat fisiko kimiawi.

2.2.2 Baku Mutu

Dalam penentuan suatu badan air dapat dikatakan tercemar atau tidak

diperlukan suatu batasan atau parameter dalam bentuk nilai sehingga jelas mana

yang dikatakan tercemar dan mana yang tidak. Maka dari itu diperlukan suatu

standar ukuran dari parameter-parameter kualitas air yang bisa dibandingkan

dengan kondisi kualitas air yang ada di badan air, dalam Peraturan Pemerintah 82

Tahun 2001 dalam bagian klasifikasi dan kriteria mutu air, tepatnya pada pasal 8

menetapkan klasifikasi mutu air dibagi menjadi 4 kelas yaitu

a. Kelas satu, yaitu air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk air baku

air minum, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang

sama dengan kegunaan tersebut.

b. Kelas dua, yaitu air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk

prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan air tawar, peternakan, air

untuk mengairi pertanaman, dan atau peruntukan lain yang

mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut.

c. Kelas tiga, yaitu air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk

pembudidayaan air tawar, peternakan, untuk mengairi pertanaman, dan atau

peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan

kegunaan tersebut.

d. Kelas empat, yaitu air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk

mengairi pertanaman, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu

air yang sama dengan kegunaan tersebut.

Tabel 2.2 Kriteria Mutu Air Berdasarkan Kelas PP No. 82 Tahun 2001

Parameter Satuan Kelas Keterangan

I II III IV

DO Mg/L 6 4 3 0 Angka minimum

Sumber : PP No. 82 Tahun 2001

2.3 Karakteristik Kualitas Air

2.3.1 Biochemical Oxygen Demand

12


Biochemical Oxygen Demand atau kebutuhan oksigen biologis

didefinisikan sebagai jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri saat

menstabilkan material organik yang bisa didekomposisi saat kondisi aerobik

(Sawyer, Mc Carty, & Parkin, 2003). Nilai BOD menunjukkan jumlah oksigen

yang dibutuhkan untuk metabolisme bakteri yang mendekomposisi bahan organik

yang ada di badan air, BOD juga menjadi salah satu parameter kualitas air yang

dapat menunjukkan tingkat pencemaran yang ada di air. Jika nilai BOD tinggi

maka menandakan oksigen yang dibutuhkan bakteri banyak, sehingga dapat

diambil kesimpulan bahwa material organik yang didekomposisi berbanding lurus

sehingga dapat disimpulkan polutan yang masuk bertambah dan begitu juga

kondisi sebaliknya jika BOD rendah.

2.3.2 Dissolve Oxygen

Dissolve Oxygen atau oksigen terlarut didefinisikan sebagai jumlah

milligram oksigen yang terlarut dalam air atau air limbah yang dinyatakan dengan

mgO2/L (Sawyer, Mc Carty, & Parkin, 2003). DO dibutuhkan di dalam

kandungan air karena digunakan oleh semua jasad hidup untuk pernafasan,

metabolisme dan pertukaran zat dalam bentuk reaksi kimia. Oksigen juga

dibutuhkan dalam proses oksidasi bahan-bahan organik dan anorganik dalam

proses aerobik. Oksigen merupakan gas yang sulit larut, kelarutannya bervariasi

secara langsung dengan tekanan atmosfer dan merupakan pertimbangan penting

saat ketinggian tinggi. Hal ini karena kecepatan oksidasi secara biologis

meningkat dengan suhu dan kebutuhan oksigen meningkat sesuai dengan kondisi

suhu yang tinggi, dimana yang menjadi perhatian adalah oksigen yang terlarut

paling sedikit terlarut atau bisa dikatakan DO dalam kondisi rendah.

Sebagian besar dari kondisi kritis yang berhubungan dengan defisiensi

DO di badan air alami terjadi selama bulan di musim panas ketika suhu tinggi dan

kelarutan dari oksigen minimum. Untuk alasan ini maka biasanya kadar oksigen

terlarut maksimum sekitar 8 mg/l dalam kondisi ini (Sawyer, Mc Carty, & Parkin,

2003). Kelarutan oksigen yang rendah merupakan faktor utama yang membatasi

kapasitas pemulihan alami (purification capacity) dari badan air karena

merupakan faktor perubahan biologis yang dilakukan oleh organism aerobik atau

13


anaerobik. Sumber utama oksigen dalam suatu perairan berasal dari suatu proses

difusi dari udara bebas dan hasil fotosintesis organisme yang hidup dalam

perairan tersebut.

Oksigen memegang peranan penting sebagai indikator kualitas perairan,

karena oksigen terlarut berperan dalam proses oksidasi dan reduksi bahan organik

dan anorganik, selain itu, oksigen juga menentukan proses biologis yang

dilakukan oleh organisme aerobik dan anaerobik. Dalam kondisi aerobik, peranan

oksigen adalah untuk mengoksidasi bahan organik dan anorganik dengan hasil

akhirnya adalah nutrien yang ada pada akhirnya dapat memberikan kesuburan

perairan. Dalam kondisi anaerobik oksigen yang dihasilkan akan mereduksi

senyawa – senyawa kimia menjadi lebih sederhana dalam bentuk nutrien dan gas.

Karena proses oksidasi dan reduksi inilah maka peranan oksigen terlarut sangat

penting untuk membantu mengurangi beban pencemaran pada perairan secara

alami maupun secara perlakuan aerobik yang ditujukan untuk memurnikan air

buangan industri dan rumah tangga secara alami sehingga proses purification

terjadi. Namun semakin tinggi nilai DO juga tidak baik karena akan membuat air

menjadi lebih bersifat korosif jika bertemu dengan logam terutama dalam saluran

perpipaan.

2.4 Pemodelan Kualitas Air Permukaan

2.4.1 Tinjauan Umum

Model kualitas air sungai pada biasanya digunakan untuk menganalisis,

mengekstrapolasi, dan memprediksi kualitas air sungai tersebut dalam periode

waktu tertentu. Kualitas air yang ada di badan air akan selalu berbeda dan relatif

fluktuatif pada tiap lokasi yang berbeda. Saat melakukan pemodelan ada beberapa

faktor dalam perbedaan proses dan hubungan antar kualitas parameter di air

tersebut yang kemudian akan diubah ke suatu bentuk formula menjadi sebuah

persamaan.

Hal ini dilakukan karena diperlukan untuk membuat suatu asumsi

tertentu tentang proses reaksi dan parameter yang diperlukan. Akan tetapi,

validasi akan sebuah model tetap dibutuhkan dengan cara hasil perhitungan

14


dibandingkan dengan pengukuran langsung dengan tujuan untuk memperbaiki

struktur model dan menganalisis faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi

kualitas air yang ada sehingga semakin bisa menyempurnakan model yang akan

dibuat.

2.4.2 Jenis Input Beban Pencemar

Ada beberapa jenis input beban pencemar atau loading yang dapat

ditemukan dalam berbagai model, yaitu sebagai berikut :

Beban Impuls (Impulse Loading/Spill), yaitu berupa beban pencemar yang

masuk ke badan air dalam waktu singkat

Beban Kontinu (Step Loading), yaitu beban pencemar yang masuk ke badan

air secara terus menerus dengan beban yang konstan dan biasanya

konsentrasinya tidak dipengaruhi oleh waktu.

Beban Linear (Linear Loading), yaitu beban pencemar yang masuk ke

badan air dengan konsentrasi yang semakin besar seiring dengan perubahan

waktu dengan perubahan yang konstan dan bersifat linear

Beban Eksponensial (Exponential Loading), yaitu beban pencemar yang

masuk jumlah akan bersifat eksponential jadi beban pencemar akan naik

seiring dengan perubahan waktu dan ketika mencapai titik tertingginya

beban yang masuk akan turun seiring dengan peubahan waktu

Beban Sinusoidal (Sinusoidal Loading), yaitu beban pencemar yang masuk

jumlahnya akan selalu fluktuatif naik dan turun seiring perubahan waktu

LIMBAH PEMODELAN

KUALITAS AIR

C < Cbaku mutu

KONTROL

Gambar 2.1 Proses Manajemen Kualitas Air

Sumber : Chapra, 1997

15


sehingga jenis loading ini akan mempunyai beban pencemar saat titik

tertinggi dan terendah.

2.4.3 Mass Balance

Model biasanya digunakan dalam sistem badan air, sistem yang paling

sederhana adalah sistem pencampuran yang sempurna atau continous stirred tank

reactor (CSTR). Untuk pemodelan konsentrasi di sungai untuk bentuk

pencampurannya sendiri bisa dimodelkan dengan memecah sistem yang ada

menjadi beberapa set dari CSTR karena mekanisme adveksi dan difusi, untuk

jenis reaktornya sendiri pada pencampuran pada aliran yang memanjang dan

persegi panjang yang diasumsikan pencampuran yang sempurna baik dalam arah

vertikal dan horizontal, jadi yang harus diperhatikan hanya pada variasi dimensi

longitudinal. Untuk persamaan mass balancenya untuk elemen panjang yang

berbeda-beda (Chapra, 1997) :

(2.1)

dimana :

: Volume dari elemen (L3) =

: Luas penampang reaktor (L2) =

: Lebar saluran (L)

: Kedalaman (L)

: flux massa yang masuk dan keluar di elemen selama

transport (ML-2

T-1

)

: massa hilang dan masuk ke dalam elemen selama reaksi

(MT-1

)

Ada 2 macam jenis aliran pada reaktor yaitu plug flow reactor dan mixed

flow reactor. Namun jenis aliran yang terjadi dalam pemodelan ini diasumsikan

adalah mixed flow reactor sehingga mekanisme adveksi dan difusi menjadi

penting. Untuk mixed flow reactor, flux yang masuk didefinisikan sebagai

16


(2.2)

Dengan E adalah difusi turbulen, dengan persamaan sebagai berikut

(McQuivey dan Keefer, 1974) :

(2.3)

dimana :

: Debit sungai (m3/hari)

: Kemiringsn sungai (slope)

: Lebar saluran (L)

Maka flux yg keluar didapatkan dari Hukum Fick yaitu sebagai berikut :

(2.4)

Dari persamaan (2.2) dan (2.4) kemudian disubstitusikan ke persamaan

(2.1) sehingga dihasilkan persamaan :

(2.5)

2.4.4 Koefisien Laju Reaksi

Kinetik atau kecepatan dari suatu reaksi dapat diekspresikan secara

kualitatif dengan hukum aksi massa, dimana keadaan lajunya proporsional dengan

konsentrasi dari reaktan. Laju reaksinya bisa direpresentasikan secara umum yaitu

(2.6)

Hubungan ini biasa disebut hukum laju (rate law), yang laju reaksi

dipengaruhi oleh suhu dan fungsi konsentrasi reaktan. Untuk pemodelan dengan

yang fokus dengan single reaktan bisa menggunakan persamaan yang

disederhanakan menjadi :

17


(2.7)

Dengan c adalah konsentrasi dari reactant tunggal dan n adalah tingkat

orde. Bentuk umum dari fungsi konsentrasi reaktan adalah

(2.8)

Meskipun ada jumlah tak terbatas untuk karakterisasi reaksi, yang biasa

digunakan didalam air alami untuk n = 0, 1, dan 2.

Orde Nol

Reaksi berlangsung konstan terhadap waktu sehingga persamaan yang

digunakan adalah :

(2.9)

Sehingga satuan k adalah ML-3

T-1

. Jika c adalah c0 saat t=0, persamaan

dapat diintegrasikan sebagai berikut :

(2.10)

Grafikyang diperoleh dari reaksi yang berlangsung konstan adalah linear.

Orde 1

Persamaan yang berlaku adalah :

(2.11)

Jika c=c0 saat t=0 maka persamaan dapat diintegrasikan sebagai berikut :

(2.12)

Kemudian jika diubah menjadi eksponensial didapat persamaan berikut :

(2.13)

18


Pada orde ini model dispesifikasikan sebagai penurunan eksponensial,

yaitu konsentrasi turun setengahnya untuk tiap unit waktu. Persamaan 2.8

dapat juga disebut dengan decay rate karena digunakan dalam konjungsi

dengan fungsi eksponensial untuk mendefinisikan penurunan dari

konsentrasi terhadap waktu.

Orde 2

Persamaan yang berlaku adalah :

(2.14)

Jika c=c0 saat t=0 maka persamaan dapat diintegrasikan sebagai berikut :

(2.15)

Jika reaksi orde kedua, maka plot dari 1/c dan waktu (t) akan

menghasilkan grafik garis lurus, persamaan diatas juga bisa diekspresikan

dalam bentuk dari konsentrasi sebagai fungsi dari waktu :

(2.16)

2.4.5 Metode Numerik

Metode numerik adalah suatu teknik yang membuat formulasi persamaan

matematika untuk menyelesaikan suatu masalah dan kemudian persamaan

tersebut akan diselesaikan dengan operasi aritmatika biasa. Metode ini biasanya

digunakan ketika persoalan yang dihadapi tidak dapt diselesaikan dengan metode

matematika (analitik), namun metode ini hanya dapat memberikan solusi yang ada

hanya mendekati hasil yang sebenarnya sehingga masih memiliki nilai error.

Metode numerik ini diperlukan karena metode analitis memiliki batasa-batasan,

yaitu :

Fungsi loading yang sulit ideal saat di kondisi lapangan, namun saat

perhitungan dianggap ideal seperti memenuhi bentuk seperti impuls, linear,

eksponensial ataupun sinusoidal.

19


Variasi parameter seperti Q, V, k, dan v yang dianggap konstan, sedangkan

pada kenyataanya sulit sekali hal tersebut terjadi.

Sistem dengan lebih dari dua segmen akan lebih rumit sehingga

membutuhkan perhitungan numerik agar lebih efisien.

Ada berbagai variasi dari masalah kualitas air yang membutuhkan reaksi

non-linear yang tidak akan bisa didapatkan dari metode analitis.

Dari metode numerik ada beberapa jenis metode numerik yang bisa

digunakan untuk menyelesaikan persoalan yang ada seperti metode Euler, metode

Runge-Kutta, dan metode Heun. Metode Euler adalah metode yang paling

sederhana dengan pendekatan orde pertama dan akurasinya bisa ditingkatkan

dengan menggunakan langkah waktu yang lebih kecil. Metoden Heun adalah

pengembangan dari metode Euler yaitu dengan meminimalisasi error dengan

merata-ratakan dua turunan yang berbeda untuk meningkatkan perkiraan dari

slope untuk seluruh interval, metode ini disebut juga metode predictor-corrector

dan merupakan pendekatan orde kedua. Metode Runge-Kutta adalah metode

numerik dengan derajat ketelitian yang lebih tinggi yang disebut increment

function dan yang biasa digunakan adalah metode klasik orde keempat.

Metode Euler secara umum dapat digambarkan dengan persamaan sebagai

berikut :

(2.17)

dimana :

: nilai dari persamaan diferensial =

: perubahan waktu

: waktu awal

: konsentrasi awal

Metode Heun disebut sebagai metode predictor-corrector secara umum

dapat diekspresikan secara ringkas dengan persamaan sebagai berikut :

Predictor :

20


(2.18)

Predictor :

(2.19)

Metode Runge-Kutta metode yang paling umum digunakan, persamaan

umumnya sebagai berikut :

(2.20)

dimana adalah estmasi nilai slope atau biasa disebut increment function. Metode

Euler merupakan metode Runge-Kutta orde 1 dan metode Heun tanpa persamaan

corrector juga merupakan metode Runge-Kutta dengan orde 2. Pada umumnya

metode Runge-Kutta yang biasa digunakan adalah metode klasik orde 4 yang

berbentuk :

(2.21)

dimana :

(2.22)

(2.23)

(2.24)

(2.25)

21


Metode Runge-Kutta orde 4 ini memiliki kesamaan dengan pendekatan

metode Heun dalam hal estimasi perkalian dari slope yang dikembangkan yang

akan meningkatkan rata-rata slope untuk interval.

2.4.6 Model Oksigen Terlarut

2.4.6.1 Penurunan Oksigen Terlarut

Jika suatu aliran awalnya tidak terpolusi, tingkat oksigen terlarut diatas

aliran akan mendekati titik jenuhnya. Populasi yang besar dari organisme

dekomposer memecah material organik didalam air dan dalam prosesnya

menghabiskan oksigen. Saat jumlah oksigen menurun oksigen di atmosfer

memasuki air untuk menaikkan oksigen yang berkurang dan proses ini disebut

reaerasi. Namun pada saat material organik terasimilasi dan tingkat oksigen turun,

maka akan ada titik dimana penurunan dan reareasi akan mencapai keseimbangan.

Pada titik ini tingkat terendah atau kritis dari oksigen akan tercapai dan setelah

titik ini reaerasi akan mendominasi dan tingkat oksigen akan mulai naik.

Tahap pertama dalam pemodelan penurunan DO adalah melihat sifat dan

kondisi dari air limbah, yaitu dengan fokus pada bagian respirasi dan dekomposisi

dari siklus hidup dengan persamaan umum kimia yang representatif

C6H12O6 + 6O2 respirasi

6CO2 + 6H2O

Asumsikan bahwa proses dekomposisi pada reaksi order pertama,

keseimbangan massa untuk glukosa adalah

(2.26)

Dengan adalah konsentrasi glukosa (mg-glukosa/L) dan adalah

kecepatan dekomposisi (hari-1

) selanjutnya persamaan keseimbangan massa untuk

oksigen adalah

(2.27)

Dengan adalah konsentrasi oksigen (mgO/L) dan adalah rasio

stokiometri dari oksigen yang dikonsumsi untuk dekomposisi glukosa. Sehingga

22


jika memperhatikan kondisi awal glukosa yang ada maka persamaannya akan

menjadi

Dan jika kondisi awal oksigen adalah maka persamaan ini bisa

diselesaikan dengan

Dalam model ini glukosa bisa digantikan dengan BOD dengan

mensubstitusikannya karena pembentukan persamaan untuk BOD identik dengan

persamaan untuk glukosa sehingga persamaan bisa dimodelkan dalam hal BOD

dengan mensubtitusikan konsentrasi glukosa dengan konsentasi BOD.

Gambar 2.2 Konsentrasi BOD dan DO di saluran terbuka

Sumber : B. A. Cox, 2003

2.4.6.2 Titik Jenuh Oksigen Terlarut

Konsentrasi titik jenuh dari oksigen di air alami adalah pada 10 mg/L

(Chapra, 1997). Secara umum ada beberapa hal yg bisa mempengaruhi nilai

tersebut tapi dari sudut pandang pemodelan kualitas air yang paling penting

adalah

Temperatur, dengan persamaan yang bisa digunakan untuk menentukan

pengaruhnya pada saturasi oksigen (APHA, 1992) :

23


(2.28)

Dimana adalah konsentrasi dari oksigen terlarut di air saat 1 atm (mg/L)

dan adalah temperatur absolute (K), sehingga berdasarkan persamaan ini

saturasi akan menurun seiring dengan peningkatan temperatur.

Salinitas, dengan persamaan yang bisa digunakan untuk menentukan

pengaruhnya pada saturasi oksigen (APHA, 1992) :

(2.29)

Dimana adalah konsentrasi dari oksigen terlarut di air asin saat 1 atm

(mg/L) dan adalah salinitas (g/L atau ppt biasanya dalam ‰) yang

berhubungan dengan konsentrasi klorin dengan pendekatan

(2.30)

Dimana dalam bentuk konsentrasinya (ppt), sehingga berdasarkan

persamaan ini saturasi akan menurun seiring dengan peningkatan salinitas.

Variasi Tekanan Parsial, dengan persamaan yang bisa digunakan untuk

menentukan pengaruhnya pada saturasi oksigen (APHA, 1992) :

(2.31)

2.4.6.3 Persamaan Reaerasi

Koefisien reaerasi dihitung sebagai fungsi dari hidrolika sungai dan

kecepatan angin, dan biasanya koefisien ini pada suhu 200C. Ada beberapa

persamaan telah diajukan untuk model reaerasi aliran, diantaranya adalah

persamaan berdasarkan kondisi hidrolik yaitu :

24


O’Connor-Dobbins

O’Connor dan Dobbings (1956) menyatakan hipotesis bahwa dalam model

oksigen tingkat pembentukan pemukaan model (surface renewal rate) bisa

dilakukan pendekatan dengan rasiot dari kecepatan rata-rata aliran ( dalam

m/s) dan kedalaman ( dalam m) dan hipotesis ini telah didukung dengan

pengukuran eksperimental dan hubungan ini biasa dinyatakan sebagai

kecepatan reaerasi sehingga persamaannya adalah

(2.32)

Churchill

Churchill menggunakan pendekatan yang lebih empiris daripada yang

digunakan O’Connor dan Dobbins, karena berdasarkan percobaan pada

tingkat oksigen di dalam dam dan menghitung kecepatan reaerasi yang telah

dilakukan pada reservoir di lembah sungai Tennessee, yang hasilnya

berkorelasi dengan kedalaman dan kecepatan dan persamaannya adalah

(2.33)

Owen dan Gibbs

Owen dan Gibbs (1964) juga menggunakan pendekatan empiris, tapi

mereka juga menginduksikan penurunan oksigen dengan menambahkan

sulfit pada beberapa aliran di Britania Raya. Persamaannya adalah

(2.34)

Tsivoglou-Neal (Tsivoglou and Neal 1976):

Aliran lambat, Q = 0.0283 - 0.4247 cms (1 to 15 cfs):

(2.35)

Aliran Cepat, Q = 0.4247 - 84.938 cms (15 to 3000 cfs):

25


(2.36)

Dimana S = slope saluran (m/m).

Thackston-Dawson (Thackston and Dawson 2001):

(2.37)

dimana = shear velocity (m/s), dan F = angka Froude yang didefinisikan

sebagai berikut :

(2.38)

(2.39)

dimana g = 9.81 m/s2, Rh = hydraulic radius (m), dan Hd = the hydraulic

depth (m) yang didefinisi sebagai

(2.40)

dimana Bt = lebar atas saluran (m).

USGS (Pool-riffle) (Melching dan Flores 1999):

Aliran lambat, Q <.0,556 cms (< 19,64 cfs):

(2.41)

Aliran Cepat, Q >.0,556 cms (> 19,64 cfs):

(2.42)

USGS (Channel-control) (Melching dan Flores 1999):

Aliran lambat, Q <.0,556 cms (< 19,64 cfs):

(2.43)

Aliran Cepat, Q >.0,556 cms (> 19,64 cfs):

26


(2.44)

Perbandingan diantara persamaan tersebut dikarenakan dikembangkan di

jenis aliran yang berbeda. Covar (1976) menemukan bahwa mereka bisa

digunakan bersama untuk memprediksi reaerasi untuk beberapa kombinasi dari

kecepatan dan kedalaman yang ditunjukkan dalam tabel berikut

Tabel 2.3 Range kedalaman dan kecepatan untuk pengembangan

persamaan untuk reaerasi aliran.

Parameter O’Connor-Dobbins Churchill Owen-Gibbs

Kedalaman (m) 0,30-9,14 0,61-3,35 0,12-0,73

Kecepatan (m/s) 0,5-1,6 0,55-1,52 0,1-1,8

Sumber : Chapra, 1997

Gambar 2.3 Kecepatan Reaerasi Vs Kedalaman dan Kecepatan

Sumber : Covar, 1976

2.5 Soft ware QUAL2K

2.5.1 Karakteristik QUAL2K

Software QUAL2K adalah perangkat lunak untuk pemodelan kualitas air

di aliran dan sungai yang merupakan versi modern dari model perangkat lunak

QUAL2E (atau Q2E) yang diciptakan Brown dan Barnwell tahun 1987. QUAL2K

0.1

1

10

Dep

th (

m)

0.1 1

Velocity (mps)

Owens

Gibbs

10

100

O’Connor

Dobbins

0.1

1

0.2

0.5

Ch

urc

hill

0.05

2

20

50

5

27


sekarang dikembangkan oleh United State Environmental Protection (US-EPA).

QUAL2K adalah aplikasi untuk mensimulasikan kualitas air sungai, perhitungan

dalam QUAL2K ditulis dalam bahasa Visual Basic dan Fotran dengan

menggunakan Microsoft Excel sebagai interface. Untuk versi QUAL2K yang

digunakan untuk pemodelan ini adalah QUAL2Kw versi 5.1 software ini adalah

perangkat lunak untuk pemodelan satu dimensi dan juga diasumsikan

pencampurannya well-mixed baik dalam arah vertikal atau horizontal, ini juga

model dengan asumsi hidroliknya stedy state, jadi aliran dan kualitas air tidak bisa

berubah dalam satu waktu, tidak seragam dan aliran steady disimulasikan. Variasi

harian dalam kualitas air (dalam hal suhu dan cahaya matahari) juga bisa

disimulasikan dalam fungsi meteorologist dalam skala variasi waktu.) Input massa

dan panas dari beban titik dan non titik serta abstraksinya juga disimulasikan

dalam software ini.

Aplikasi QUAL2K menggunakan sederet worksheet sebagai tempat

untuk memasukkan data parameter yang dibutuhkan. Terdapat 3 jenis parameter

utama yang digunakan pada aplikasi ini. Ketiga parameter tersebut adalah :

Parameter Meteorologi

a. Temperatur Udara (Air Temperature)

b. Temperatur Titik Embun (Dew Point Temperature)

c. Kecepatan Angin (Wind Speed)

d. Tutupan Awan (Cloud Cover)

e. Tutupan Vegetasi (Shade)

f. Radiasi Matahari (Solar Radiation)

g. Pencahayaan dan Penghantar Panas (Light and Heat)

Parameter Kualitas Air

a. Dissolved Oxygen (DO)

b. Slow CBOD

c. Fast CBOD

d. pH

Parameter Hidrolik

a. Kecepatan Aliran

28


b. Koefisien Manning

Gambar 2.4 Software QUAL2K

Sumber : US-EPA, 2008

2.5.2 Segmentasi QUAL2K

Segmentasi model dari aplikasi QUAL2K juga memisahkan sistem ke

dalam reach atau elemen, dengan ukuran elemen bisa divariasikan dari reach ke

reach dan sebagai tambahannya beberapa beban dan pengeluaran bisa dimasukkan

ke beberapa elemen. QUAL2K juga mengizinkan untuk menspesifikasi banyak

dari parameter kinetik pada tiap basis reach yang spesifik. Perlu diperhatikan juga

bahwa baik sumber beban titik atau non titik dan pengeluaran titik atau non titik

bisa ditempatkan dimana saja di sepanjang saluran jika sistem tanpa anak sungai.

29


Gambar 2.5 Skema segmentasi QUAL2K untuk sungai tanpa anak sungai


Untuk sistem dengan anak sungai, reach yang dinomorkan dari reach 1

saat di hulu sistem utama, jika ada percabangan dengan anak sungai yang lewati,

penomoran berlanjut pada hulu anak sungai.

Gambar 2.6. Skema segmentasi QUAL2K untuk sungai dengan anak sungai


2.6 Kerangka Berpikir

Air permukaan merupakan salah satu komponen penting dalam

penyediaan air bersih di Kota Jakarta. Fungsi air permukaan adalah sebagai

1

2

3

4

5

6

8

7

Non-point

withdrawal

Non-point

source

Point source

Point source

Point withdrawal

Point withdrawal

Headwater boundary

Downstream boundary

Point source

19

18

17

16

19

18

17

16

1

5

4

3

2

1

5

4

3

2

20

28

27

26

21

29

20

28

27

26

21

29

12

1514

13

12

1514

13

87

6

87

6

9

11

109

11

10

24

2322

25

HW#1

HW#2

HW#3

HW#4

(a) A river with tributaries (b) Q2K reach representation

Ma

in s

tem

Trib1

Trib2

Trib3

30


sumber bahan air baku yang akan digunakan kembali. Pada sistem manajemen

kualitas air menjaga kualitas air permukaan merupakan kunci penting dalam

menjaga kondisi kualitas air baku yang dibutuhkan untuk pasokan air bersih kota

Jakarta.

Gambar 2.7. Kerangka Konseptual

Sumber : Hasil Olahan Penulis, 2013

Dalam proses pengaliran sumber air baku yang ditinjau yaitu Kanal

Tarum Barat yang berasal dari Waduk Jatiluhur bentuk pengalirannya adalah

dengan melalui kanal buatan dengan saluran terbuka. Selama proses

pengalirannya karena saluran yang terbuka maka potensi masuknya beban

pencemar dari daerah-daerah sekitarnya berpotensi menurunkan kualitas air cukup

signifikan terlebih lagi di lokasi yang ditinjau Kanal Tarum Barat berpotongan

dengan Sungai Bekasi, sehingga potensi beban pencemar yang masuk akan lebih

besar, namun badan air sendiri memiliki kemampuan self purification yaitu

kemampuan untuk menghilangkan zat-zat pencemar secara alami, sehingga

diperlukan penelitian tentang perubahan kualitas air yang ada untuk melihat

31


seberapa besar pengaruhnya terhadap kualitas air baku yang ada. Untuk melihat

bagaimana proses yang terjadi maka diperlukan suatu pemodelan untuk

memeriksa bagaimana proses perubahan kualitas air akibat beban pencemar yang

ada. Kondisi saat mekanisme pemasukan beban pencemar sendiri ada

pencampuran yang terjadi antara zat pencemar dan air baku yang ada sehingga

proses tersebut dipengaruhi oleh waktu dan jarak pencampuran sehingga

pemodelan yang ada dibuat untuk melihat sejauh mana perubahan itu terjadi

akibat beban pencemar.

Dari kerangka konseptual maka bisa dikerucutkan lagi lingkup penelitian

yang akan diteliti berupa :

Gambar 2.8. Lingkup Penelitian


Kemudian setelah dilakukan studi literatur maka dari studi literatur yang

telah dipelajari maka dapat disimpulkan sebuah hipotesis yaitu :

32


“Koefisien Peluruhan BOD di Kanal Tarum Barat bernilai lebih dari

0,3/hari, sedangkan untuk Koefisien Reaerasi nilainya akan fluktuatif

disepanjang segmen.

Hipotesis ini disimpulkan karena koefisien peluruhan BOD berkisar pada

0.05/hari - 0.5/hari (Chapra, 1997). Selain itu juga dari beberapa penelitian

sebelumnya menunjukkan bahwa biasanya disungai-sungai di Indonesia koefisien

peluruhan BOD berkisar pada nilai 0,2/hari – 0,6/hari. Untuk koefisien reaerasi

sendiri sangat sulit menentukan seberapa besar nilainya karena berdasarkan kasus

di sungai-sungai lain koefisien reaerasi nilainya sangat fluktuatif disepanjang

aliran sungai bahkan bisa perbedaan nilainya bisa mencapai ribuan.

Kemudian untuk mempermudah proses penelitian maka dari kerangka

konseptual dan lingkup penelitian yang telah dijabarkan di atas, maka kemudian

dibuatlah alur kerangka penelitian untuk melihat seperti apa penelitian akan

berlangsung sehingga dapat mempermudah jalannya penelitian.

33


Gambar 2.9. Kerangka Penelitian



BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Umum

Penelitian adalah suatu metode studi melalui penyelidikan yang hati-hati

dan sempurna terhadap masalah tersebut (Hilway, 1956). Penelitian yang

dilakukan adalah menentukan konsentrasi oksigen terlarut di Kanal Tarum Barat

akibat pengaruh beban pencemar yang ada dengan pemodelan secara numeric

dengan bantuan software QUAL2K.

Dengan mengetahui konsentrasi oksigen terlarut yang ada di badan air

dengan pemodelan, maka dapat diperkirakan jarak aman pada badan air dalam hal

ini saluran open channel baik karena peluruhan pencemarnya atau reaerasi yang

terjadi di badan air itu sendiri, lalu juga merupakan bahan evaluasi apakah Kanal

Tarum Barat masih layak menjadi sumber air baku menurut Peraturan Pemerintah

No. 82 Tahun 2001

Metode penelitian ini berupa langkah-langkah sistematis dari penelitian

yang akan dilakukan yang telah ditulis secara ringkas pada diagram alir

penelitian. Data yang dibutuhkan adalah data primer yang didapat dilapangan,

serta data pendukung tambahan serta data sekunder yang dibutuhkan untuk

melengkapi pemodelan yang dilakukan dengan software QUAL2K. Kemudian

hasil yang didapatkan dari pemodelan dan pengukuran langsung dilapangan

dibandingkan dan apabila ada perbedaan hasil antara model dengan observasi di

lapangan akan diperoleh nilai error dan validasi terhadap model itu sendiri.

3.2 Desain Penelitian

Metode penelitian yang digunakan adalah penelitian eksperimental dan

komparatif serta verifikatif, dengan pendekatan studi kasus. Penelitian

eksperimental merupakan metode penelitian bagian dari metode kuantitatif, dan

memiliki ciri khas tersendiri terutama dengan adanya kelompok kontrol.

Dalam bidang sains, penelitian-penelitian dapat menggunakan desain

eksperimen karena variabel-variabel dapat dipilih dan variabel-variabel lain yang

dapat mempengaruhi proses eksperimen itu dapat dikontrol secara ketat. Sehingga

35


dalam metode ini, peneliti memanipulasi paling sedikit satu variabel, mengontrol

variabel lain yang relevan, dan mengobservasi pengaruhnya terhadap variabel

terikat. Eksperimen adalah suatu cara untuk mencari hubungan sebab akibat

(hubungan kausal) antara dua faktor yang sengaja ditimbulkan oleh peneliti

dengan mengeliminasi atau mengurangi atau menyisihkan faktor-faktor lain yang

mengganggu (Arikunto, 2006)

Selain itu, penelitian ini juga menggunakan metode komparatif yang

dilakukan dengan membandingkan hasil pemodelan yang telah dilakukan dengan

data observasi yang dilakukan di lapangan, kemudian menarik kesimpulan dari

keadaan yang ada. Langkah terakhir yang digunakan dalam pembuktian hipotesis

yang telah dibuat dan menganalisis perbandingan data yang didapat serta memberi

saran dari hasil perbandingan yang telah dilakukan. Penelitian ini juga

menggunakan metode verifikatif untuk memverifikasi data yang didapat baik dari

hasil pemodelan atau pengukuran di lapangan apakah memenuhi peraturan yang

berlaku.

Untuk mempermudah dalam melakukan penelitian yang berhubungan

dengan masalah yang akan diteliti, maka perlu dilakukan penelitian dengan

pendekatan studi kasus. Dengan menggunakan pendekatan ini, hipotesis serta

hasil pemodelan dapat disesuaikan dan dibandingkan dengan keadaan yang

sebenarnya serta diuji dengan teori yang menunjang. Dengan demikian, dapat

memberikan gambaran yang cukup jelas serta dapat menarik kesimpulan dari

objek yang diteliti.

36


3.3 Proses Penelitian

3.3.1 Variabel Peneitian

Variabel bebas dalam penelitian ini adalah koefisien reaerasi dan

koefisien peluruhan pencemar. Variabel ini dipilih karena koefisien ini digunakan

untuk melihat bagaimana peluruhan pencemar terjadi di badan air serta perubahan

konsentrasi DO yang berubah karena reaerasi di sepanjang aliran setelah beban

pencemar masuk dan mempengaruhi konsentrasi DO awal, sehingga dapat dilihat

proses peluruhan yang terjadi, perubahan konsentrasi DO saat peluruhan dan juga

bisa meninjau apakah terjadi self purification pada parameter DO disegmen yang

ditinjau.

3.3.2 Pengumpulan data

3.3.2.1 Data Primer

Untuk pengumpulan data primer ada beberapa data primer yang

dibutuhkan untuk penelitian ini yaitu data debit sungai dan data konsentrasi

oksigen terlarut (DO) dan data beban pencemar berupa data konsentrasi BOD

yang diperlukan untuk pemodelan. Data ini merupakan data awal yang dibutuhkan

PENCEMARAN AIR PENURUNAN KUALITAS

AIR

OBSERVASI

LAPANGAN

HIPOTESIS

STUDI LITERATUR PELURUHAN

PENCEMAR

RUMUSAN MASALAH

PENCARIAN DATA

PENGEMBANGAN

MODEL

VALIDASI

DATA PP No 82 Tahun 2001

PENGUJIAN

HIPOTESIS

ANALISIS DAN

KESIMPULAN

Gambar 3.1 Tahapan Umum Penelitian


37


untuk penyelesaian model yang akan dibuat. Data-data tersebut antara lain debit

yang melewati outlet, debit di hulu outlet dan data debit di reach.

Untuk metode pengukuran debit ini berdasarkan SNI 03-2820-1992

tentang metode pengukuran debit sungai dan saluran terbuka dengan pelampung

permukaan. Untuk prosedurnya pertama-tama tentukan panjang sungai yang akan

diukur kecepatan arusnya (v), lalu ukur waktu yang dibutuhkan untuk menempuh

jarak yang telah ditempuh pelampung, kemudian ukur dimensi sungai kedalaman

dan lebar untuk kemudian digunakan untuk menghitung area keliling basah sungai

(A) dan masukkan data-data yang diperoleh ke dalam rumus v = s/t dan Q = v/A.

Untuk pengukuran debit ini hanya dilakukan di titik upstream saja di titik

Jembatan Jl. Cut Meutia sedangkan debit dari Sungai Bekasi dan Saluran Irigasi

serta debit Kanal Tarum Barat setelah titik crossing menggunakan data debit yang

diukur di pintu air Bekasi.

Sedangkan untuk pengukuran DO dan BOD dilakukan dengan

pengambilan sampel air dilapangan yang kemudian dilakukan pemeriksaan

tersebut dilaboratorium dalam waktu 24 jam setelah pengambilan, namun saat

diambil sampel harus langsung diawetkan agar sampel representatif. Pengambilan

sampel dibuat duplo (2 buah) untuk tiap titik pengambilan sampel dan dilakukan

pada waktu yang sesuai dengan saat pemodelan di QUAL2K.

Selain itu data primer lain yang bisa diukur dilapangan adalah data

temperatur air dengan termometer portabel serta kecepatan angin dan temperature

udara dengan anemometer yang ada di tiap reach, namun data ini dibutuhkan

dalam selang tiap jam, namun nilainya bisa menggunakan interpolasi linear, jadi

pengukuran ketiga data ini bisa diambil pada jam tertentu dalam hal ini yaitu pada

pukul 06.00, 12.00, dan 18.00.

Untuk koefisien peluruhan BOD didapatkan berdasarkan perhitungan

hasil analisis dari pengukuran BOD2, BOD4, BOD6, dan BOD8 disalah satu titik

pengambilan sampel dalam hal ini dilakukan pada titik upstream/hulu Kanal

Tarum Barat.

3.3.2.2 Data Sekunder

Data sekunder yang dibutuhkan berkaitan dengan data-data pelengkap

yang digunakan untuk melengkapi pengembangan model dengan software

38


QUAL2K, data-data ini diambil dari data yang sudah disediakan berdasarkan

sumber tertentu data tersebut antara lain data meteorologi yang dibutuhkan seperti

posisi GPS lokasi penelitian, waktu matahari terbit dan terbenam, tutupan lahan,

tutupan vegetasi, dan temperature titik embun. Semua data yang dibutuhkan ini

adalah yang diambil pada hari saat pemodelan dilakukan.

Untuk data temperatur titik embun didapat dari data sounding yang

merupakan data radiosonde yang dicatat dalam bentuk plot vertikal. Pengamatan

radiosonde ini didapat dari Departemen Sains Atmosfer, University of Wyoming

yang dapat diunduh secara bebas di website, yaitu pada situs

http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html yang mengambil data dari stasiun

meteorologi yang ada di daerah Halim.

Sedangkan untuk data tutupan awan dan tutupan vegetasi menggunakan

citra satelit, ada dua citra satelit yang bisa digunakan yaitu citra satelit MTSAT-

1R dan Real-Time Google Earth Satellite Imagery. Sehingga harus dipahami

bahwa tutupan awan yang diidentifikasi berdasarkan citra satelit berbeda

ketepatannya dengan tutupan awan yang diidentifikasi oleh pengamatan

permukaan. Citra satelit MTSAT-1R merupakan satelit milik NASA. Data yang

digunakan merupakan database Kochi University yang dapat diunduh secara

bebas di website yaitu pada situs http://weather.is.kochi-u.ac.jp/sat/gms.sea/

Sedangkan untuk data Real-Time Google Earth Satellite Imagery digunakan untuk

menentukan variabel shade yang merupakan tutupan oleh bayangan yang

disebabkan oleh tutupan vegetasi dan tropogafi yang ada di lokasi penelitian.

Apabila sungai tidak tertutup vegetasi pada bagian kanan dan kirinya,

maka nilai tutupan vegetasinya adalah 0%, sebaliknya apabila terdapat vegetasi

yang rimbun, maka nilai tutupan vegetasinya adalah 100%.

http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html

http://weather.is.kochi-u.ac.jp/sat/gms.sea/

39


Tabel 3.1. Daftar Data Primer dan Sekunder

Data Data Primer Bentuk Pencarian Data Fungsi Data

Data

Primer

DO Sampel diambil lalu diawetkan

dan diuji di lab

Data Pembanding untuk Hasil

Pemodelan

BOD Sampel diambil lalu diawetkan

dan diuji di lab Sebagai Data untuk Pemodelan

Temperatur Udara Pengukuran langsung dilapangan Sebagai Data untuk Pemodelan

Debit Pengukuran langsung dilapangan Sebagai Data untuk Pemodelan

Kecepatan Angin Pengukuran langsung dilapangan Sebagai Data untuk Pemodelan

Data

Sekunder

Tutupan Lahan Dari Citra Satelit Sebagai Data untuk Pemodelan

Temperatur Titik

Embun

(Kelembaban

Udara)

Dari data sounding Sebagai Data untuk Pemodelan

Tutupan Awan Dari Citra satelit Sebagai Data untuk Pemodelan

Konstanta Dari Jurnal atau dari nilai random

QUAL2K Sebagai Data untuk Pemodelan

Koordinat Reach Dari Pembacaan GPS Sebagai Data untuk Pemodelan

40


3.3.3 Pengolahan dan Analisis Data

3.3.3.1 Penyusunan Model

Penyusunan model yang dilakukan dengan QUAL2K dengan

menggunakan metode runge-kutta dengan penentuan kondisi awal menggunakan

pendekatan kontrol volume sehingga diibaratkan ke dalam beberapa segmen.

Penentuan reach yang telah dilakukan ditetapkan reach yang ditinjau sebanyak 4

buah. Kemudian dilakukan perhitungan konsentrasi dengan QUAL2K dengan

data konsentrasi awal dengan pendekatan estimasi gradien hingga orde ke empat

sehingga diperoleh perubahan konsentrasi DO. Untuk proses fisik, kimia dan

biologi yang disimulasi oleh QUAL2K direpresentasikan dengan pengaturan yang

memakai banyak parameter, kisaran konstanta yang diperlukan untuk pemodelan

dengan QUAL2K diambil dari dokumen petunjuk US-EPA, QUAL2K user

manual (Pelletier dan Chapra, 2005) yang ditunjukkan dalam Tabel 3.2.

Menentukan

segmen yang akan

ditinjau

Grafik Perubahan

Kualitas DO dari

QUAL2K

Melengkapi

Data Geografi

Melengkapi

Data Hidrolik

Melengkapi

Data Klimatologi

Melengkapi Data

Kualitas Air yang

disimulasi

Input Data ke QUAL2K

dan pengembangan

model

Gambar 3.2 Algoritma Pemodelan


41


Tabel 3.2. Nilai Konstanta yang dipakai

Parameter Nilai yang

digunakan Satuan

Nilai

Minimum

Nilai

Maksimum

Carbon 40 gC 40 40

Nitrogen 7.2 gN 7.2 7.2

Phosphorus 1 gP 1 1

Detritus Dry Weight 100 gD 100 100

Chlorophyll-a 1 gA 1 1

Slow CBOD hydrolysis rate 3.83 /day 0 5

Slow CBOD oxidation rate 2.48 /day 0.04 4.2

Fast CBOD oxidation rate 3.20 /day 0.02 4.2

Organic-N hydrolysis 0.4 /day 0.02 0.4

Organic-N settling velocity 0.1 m/day 0.001 0.1

Ammonium nitrification 9.53 /day 0 10

Nitrate de-nitrification 1.48 /day 0 2

Sediment de-nitrification transfer coefficient 0.94 m/day 0 1

Organic P hydrolysis 0.7 /day 0.01 0.7

Organic P settling velocity 0.003 m/day 0.001 0.1

Inorganic P settling velocity 0.13 m/day 0 2

Sediment P oxygen attenuation half saturation constant 1.88 mgO2/L 0 2

Bottom Algae :

Max growth rate 106.1 mgA/m2/day atau

/day 0 500

Respiration rate 0.31 /day 0.5 0.5

Excretion rate 0.43 /day 0 0.5

Death rate 0.008 /day 0 0.5

External nitrogen half sat constant 33.83 μgN/L 10 300

External phosphorus half sat constant 30.12 μgP/L 1 50

Light constant 40.76 langleys/day 1 100

Ammonia preference 71.81 μgN/L 1 100

Subsistence quota for nitrogen 6.06 mgN/mgA 0.0072 7.2

Subsistence quota for phosphorus 0.30 mgP/mgA 0.001 1

Maximum uptake rate for nitrogen 80.59 mgN/mgA/day 1 500

Maximum uptake rate for phosphorus 490.42 mgP/mgA/day 1 500

Internal nitrogen half sat ratio 2.06 Dimensionless 1.05 5

Internal phosphorus half sat ratio 1.88 Dimensionless 1.05 5

42


Untuk nilai konstanta lain untuk pemodelan selain nilai pada Tabel 3.2

menggunakan nilai random dari QUA2K. Untuk perhitungan tingkat reaerasi

QUAL2K memiliki delapan pilihan perhitungan yang merupakan fungsi dari

hidrolik sungai untuk proses pemodelannya sendiri akan dicoba perhitungan yang

dipakai akan disesuaikan dengan kecepatan sungai yang didapat saat pengambilan

data debit.

Langkah kalkulasi di QUAL2K diatur pada 5.625 menit untuk mencegah

ketidakstabilan dalam model (Prakash, Seokcheon, Sushil, Lee, & Kyu, 2007) dan

solusi integrasinya dilakukan dengan metode Runge-Kutta karena walaupun

sedikit lebih lama namun tingkat akurasinya akan lebih baik. Untuk data waktu

matahari terbit dan terbenam diambil dari timeanddate.com dan proses diagenesis

sedimen dilewati karena nilai SOD diabaikan dan dianggap nol karena proses

settling hanya sedikit mengurangi total BOD tanpa menganggu profil DO di

sungai (Paliwall et al., 2007). Kemudian mengisi data headwater dan data tiap

reach serta data meteorologi, lalu juga mengisi nilai-nilai konstanta yang

dibutuhkan dan menggunakan nilai default untuk kalibrasi otomatis. Untuk skema

tahapan pemodelan sendiri terlampir.

Sedangkan untuk segmentasinya dengan panjang totalnya adalah 8,26 km

yang akan dibagi menjadi 4 reach dengan panjang tiap reach berbeda-beda.

Berikut ini adalah skema segmentasinya :

Gambar 3.3. Skema Segmentasi


Jadi untuk segmentasi pemodelannya sendiri di QUAL2K Kanal Tarum

Barat diasumsikan sebagai sungai tanpa anak sungai namun memiliki satu titik

yang dianggap sebagai beban pencemar dan yaitu kali bekasi sebagai pencemar

http://www.timeanddate.com/

43


jenis point source dan sebelum tercampur ada pengeluaran di intake PDAM

Poncol Bekasi dengan debit 480 L/s dan setelah tercampur ada pengeluaran yaitu

kali bekasi dan saluran irigasi sebagai point withdrawal.

Tabel 3.3. Koordinat dan Elevasi Reach

Downstream

Reach Lokasi

Koordinat Elevasi

(dpl) Lintang

Selatan

Bujur

Timur

1 Titik Crossing 6015’07” 106

059’48” 21 m

2 Jembatan Jl. Jend. A. Yani 6014’50” 106

059’32” 24 m

3 Jembatan Jl. Caman 6014’59” 106

057’11” 22 m

4 Jembatan Jl. Lampiri 6014’57” 106

056’08” 20 m

3.3.3.2 Perbedaan Hasil Model dengan Observasi

Untuk pengukuran konsentrasi DO pada beberapa titik di Kanal Tarum

Barat dilakukan untuk menentukan seberapa besar penyimpangan hasil dari

konsentrasi oksigen terlarut yang diperoleh dari model dengan kondisi yang ada di

lapangan terhadap jarak dan waktu. Tahap ini dilakukan hanya sebagai

pendekatan untuk mengetahui penyimpangan hasil model.

Jumlah titik yang akan dibandingkan konsentrasi DO hasil model dengan

konsentrasi dilapangan ada 5 titik yang telah ditentukan sebelumnya. Besarnya

perbedaan hasil model dengan obseravsi dapat dihitung dengan persamaan

sebagai berikut :

(3.1)

Sehingga dapat dibuat tabel perbandingan perbedaaan hasil konsentrasi

DO antara keduanya yang seperti berikut ini :

44


Tabel 3.4. Perbandingan Data Hasil Model dan Observasi Lapangan

i Waktu (detik) Model (mg/L) Observasi

(mg/L)

Perbedaan

Hasil (%)

1

2

n

Setelah itu bisa dilakukan kalibrasi secara otomatis dengan memakai

QUAL2K. yang menggunakan algoritma genetik yang menggunakan fungsi dari

resiprok RMSE (Root Mean Square Error) dengan rumus :

(3.2)

Dengan Oij= nilai observasi, Pij= nilai prediksi, m = jumlah bagian yang

diprediksi dan diobservasi nilainya, wi = faktor berat, dan q = jumlah dari variabel

yang meliputi di dalam resiprok dari normalisasi berat RMSE. Hal ini untuk

menyesuaikan prediksi dari hasil pemodelan dengan data yang diambi di

lapangan.

3.4 Lokasi dan Jadwal Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan studi kasus yang dilakukan di sepanjang

Kanal Tarum Barat di sekitar crossing dengan Sungai Bekasi. Lokasi ini dipilih

karena ditempat ini Kanal Tarum Barat yang merupakan air baku air minum bagi

kota Jakarta dan di lokasi ini terjadi pencampuran dengan Sungai Bekasi yang

disimpulkan dari data-data yang didapat sudah melebihi baku mutu dan akan

mempengaruhi jika ingin digunakan sebagai air baku air minum.

45


Gambar 3.4 Lokasi Penelitian

Waktu penelitian ini dilakukan mulai dari bulan November sampai Juni.

Pada bulan November sampai Maret merupakan masa awal penelitian dengan

mencari literatur yang berkaitan dengan tema penelitian dan pembentukan

hipotesis. Pada bulan April sampai Mei adalah pencarian data yang dibutuhkan

untuk pemodelan dan pengukuran dan observasi lapangan lalu setelah itu

dilakukan pengembangan model dan perbandingan dengan hasil pengukuran dan

kalibrasi model. Bulan Mei sampai Juni akan dilakukan kalibrasi model,

perbandingan dengan hasil pengukuran lapangan dan verifikasi penelitian yang

telah dilakukan dengan data lapangan serta analisa dan kesimpulan.

Berikut ini adalah tampilan 4 segmen (reach) Kanal Tarum Barat yang

dijadikan objek penelitian :

Gambar 3.5. Reach 1 (Jembatan Jl. Cut Meutia - Titik Crossing)

46


Gambar 3.6. Reach 2 (Titik Crossing - Jembatan Jl. Jend. A. Yani)

Gambar 3.7. Reach 3 (Jembatan Jl. Jend. A. Yani - Jembatan Jl. Caman)

Gambar 3.8. Reach 4 (Jembatan Jl. Caman – Jembatan Jl. Lampiri Raya)

Untuk pengukuran data yang akan dilakukan lapangan dalam hal ini

pengukuran debit, pengukuran kecepatan angin dan temperatur serta pengukuran

konsentrasi DO dan BOD, untuk lokasi pengukuran data yang dibutuhkan untuk

pemodelan adalah

Data di hulu (headwater) di Jembatan Jl. Cut Meutia yaitu data BOD, DO,

dan debit sungai

47


Data dari beban pencemar dan saluran keluaran yaitu data BOD dan DO di

Kali Bekasi baik yang masuk dan keluar, data BOD dan DO di Saluran

Irigasi serta data BOD dan DO di intake PDAM Poncol Bekasi

Data yang dibutuhkan untuk pemodelan yaitu data kecepatan angin dan

temperatur udara untuk setiap reach yang diambil pada tiap downstream

reach.

Data untuk perbandingan dan kalibrasi model, data yang diambil hanya

berupa data DO yang diambil di akhir tiap reach (downstream reach)

48


Tabel 3.5. Tabel Waktu Penelitian

Kegiatan November Desember Januari Februari Maret April Mei Juni

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Studi Literatur

Pengambilan Data Primer

Pengambilan Data

Sekunder

Penyusunan Model

Pengolahan Data

Penyusunan Skripsi


49


DAFTAR PUSTAKA

Chapra, S. C. (1997). Surface Water Quality Modelling International Edition.

Singapore: Mc Graw-Hill.

Chaudhury, R. R., Sobrinho, J. A., Wright, R. M., & Sreenivas, M. (1998).

Dissolved Oxygen Modeling of The Blackstone River (Northeast United States).

Water Resources , 2400-2412.

Cox, B. (2003). A Review of Dissolve Oxygen Modelling Techniques for

Lowland Rivers. The Science of Total Environment , 303-334.

Damarany, P., Fachrul, M. F., & Astono, W. (2009). Kajian Kualitas Air Sungai

Cipinang Bagian Hilir Ditinjau Dari Parameter BOD dan DO Menggunakan

Model QUAL2E. Jurnal Teknologi Lingkungan , 62-74.

Pelletier, G. J., Chapra, S. C., & Tao, H. (2006). QUAL2Kw - A framework for

modeling water quality in streams and rivers using a genetic algorithm for

calibration. Environmental Modelling and Software 21 , 419-425.

Prakash, Seokcheon, Sushil, Lee, & Kyu. (2007). Application of QUAL2Kw for

water quality modeling and dissolve oxygen control in the river Bagmati.

Environmental Monitoring Assessment , 201-217.

Sawyer, C. N., Mc Carty, P. L., & Parkin, G. F. (2003). Chemistry for

Environmental Engineering and Science 5th Editon. Singapore: Mc Graw-Hill.

Sharma, D., & Singh, R. K. (2009). DO-BOD Modeling of River Yamuna for

national capital territory, India using STREAM II, a 2D water quality model.

Environmental Monitoring Assessment , 231-240.

Turner, D. F., Pelletier, G. J., & Kasper, B. (2009). Dissolved Oxygen and pH

Modeling of a Periphyton Dominated, Nutrient Enriched River. Journal of

Environmental Engineering Vol. 135 .

50


Yusuf, I. A. (2009). Pemulihan Kualitas Air Sungai Ciliwung Menggunakan

Model Kualitas Air. Jurnal Sumber Daya Air .

51


LAMPIRAN A

TABEL KUALITAS AIR PP. NO 82 TAHUN 2001

Parameter Satuan Kelas

Keterangan I II III IV

FISIKA

Temperatur 0C

Deviasi

3

Deviasi

3

Deviasi

3

Deviasi

5 Deviasi temperatur dari alamiahnya

Residu Terlarut mg/L 1000 1000 1000 2000

Residu Tersuspensi mg/L 50 50 400 400 Bagi pengolahan air minum secara konvensional Residu tersuspensi ≤ 5000

mg/L

KIMIA ORGANIK

pH 5-9 6-9 6-9 5-9 Apabila secara alamiah di luar rentang tersebut maka ditentukan berdasarkan

kondisi alamiah

BOD mg/L 2 3 6 12

COD mg/L 10 25 50 100

DO mg/L 6 4 3 0 Angka minimum

Total Fosfat sebagai P mg/L 0,2 0,2 1 5

NO3 sebagai N mg/L 10 10 20 20

NH3N mg/L 0,5 (-) (-) (-) Bagi perikanan, kandungan ammonia berbas untuk ikan yang peka 0,02 mg/L

sebagai NH3

Arsen mg/L 0,05 1 1 1

Kobalt mg/L 0,2 0,2 0,2 0,2

52


Barium mg/L 1 (-) (-) (-)

Boron mg/L 1 1 1 1

Selenium mg/L 0,01 0,05 0,05 0,05

Kadmium mg/L 0,01 0,01 0,01 0,01

Khrom (VI) mg/L 0,05 0,05 0,05 1

Tembaga mg/L 0,02 0,02 0,02 0,2 Bagi pengolahan air minum secara konvensional Cu ≤ 1 mg/L

Besi mg/L 0,3 (-) (-) (-) Bagi pengolahan air minum secara konvensional Fe ≤ 5 mg/L

Timbal mg/L 0,03 0,03 0,03 1 Bagi pengolahan air minum secara konvensional Pb ≤ 0,1 mg/L

FISIKA

Mangan mg/L 0,1 (-) (-) (-)

Air Raksa mg/L 0,001 0,002 0,002 0,005

Seng mg/L 0,05 0,05 0,05 2 Bagi pengolahan air minum secara konvensional Zn ≤ 5 mg/L

Khlorida mg/L 600 (-) (-) (-)

Sianida mg/L 0,02 0,02 0,02 (-)

Fluorida mg/L 0,5 1,5 1,5 (-)

Nitrit sebagai N mg/L 0,06 0,06 0,06 (-) Bagi pengolahan air minum secara konvensional NO2-N ≤ 1mg/L

Sulfat mg/L 400 (-) (-) (-)

Khlorin bebas mg/L 0,03 0,03 0,03 (-) Bagi Air Baku Air Minum tidak dipersyaratkan

Belerang sebagai H2S mg/L 0,002 0,002 0,002 (-) Bagi pengolahan air minum secara konvensional S sebagai H2S ≤ 0,1 mg/L

MIKROBIOLOGI

- Fecal Coliform Jml/100

ml 100 1000 2000 2000

Bagi pengolahan air minum secara konvensional fecal coliform ≤ 2000 jml/

100 mL dan Total coliform ≤ 10000 jml/ 100 mL

53


- Total Coliform Jml/100

ml 1000 5000 10000 10000

RADIOAKTIVITAS

- Gross-A Bq/L 0,1 0,1 0,1 0,1

- Gross-B Bq/L 1 1 1 1

KIMIA ORGANIK

Minyak dan lemak ug/L 1000 1000 1000 (-)

Detergen sebagai MBAS ug/L 200 200 200 (-)

Senyawa Fenol sebagai

fenol ug/L 1 1 1 (-)

BHC ug/L 210 210 210 (-)

Aldrin/Dieldrin ug/L 17 (-) (-) (-)

Chlordane ug/L 3 (-) (-) (-)

DDT ug/L 2 2 2 2

FISIKA

Heptachlor dan heptachlor

epoxide ug/L 18 (-) (-) (-)

Lindane ug/L 56 (-) (-) (-)

Methoxychlor ug/L 35 (-) (-) (-)

Endrin ug/L 1 4 4 (-)

Toxaphan ug/L 5 (-) (-) (-)

54


LAMPIRAN B

SKEMA TAHAPAN PEMODELAN

seminar - enggar kadyonggo 2 april (fix).pdf

Documents