Model Prediksi Kualitas Air di Sungai Kalimas Surabaya (Segmen Ngagel – taman Prestasi) Dengan PemodelanQUAL2Kw Dede Ariani Damanik, Nieke Karnaningroem dan Didik Bambang Supryadi Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected] Abstrak- Sungai Kalimas merupakan badan air yang melintas Kota Surabaya. Panjang total Sungai Kalimas adalah 12 km. Sungai ini berhulu di daerah Ngagel dan bermuara di Selat Madura. Hasil penelitian yang dilakukan oleh BLH Kota Surabaya tahun 2012 manunjukan bahwa saat ini kualitas air Sungai Kalimas masuk kedalam kualitas badan air kelas III. Pemerintah Kota Surabaya merencanakan menjadikan Kalimas sebagai tempat rekreasi air, sehingga air sungai tersebut harus memenuhi baku mutu peruntukan tempat rekreasi air yaitu badan air kelas II. Mengacu pada permasalahan di atas adanya penelitian tentang prediksi/ pemodelan kualitas air menjadi sangat penting. Penelitian ini menggunakan program QUAL2Kw. Sumber pencemaran dalam sungai berasal dari point source dan nonpoint source. Daerah penelitian dibagi menjadi 3 segmen untuk pengambilan cotoh air. Parameter dalam penelitian ini adalah pH, suhu, DO, BOD, COD, TSS, Phosphat (PO43-), Nitrat (NO3), dan ammonium (NH4). Pemodelan QUAL2Kw akan memprediksi kualitas air sungai pada tahun 2018 dimana terjadi perubahan jumlah penduduk yang tinggal di daerah aliran sungai. Hasil pemodelan menyimpulkan bahwa kualitas air Sungai Kalimas pada tahun 2018, khususnya parameter DO dan NH4, tergolong badan air kelas 3. Kata Kunci- Kualitas air, Pemodelan QUAL2Kw, Sungai Kalimas ,Simulasi I. PENDAHULUAN ir merupakan bagian atau komponen yang sangat dibutuhkan oleh manusia.sehingga bilamana air tidak tersedia atau tersedia namun dengan kualtas yang buruk maka akan menjadi malapetaka bagi penduduk yang menggunakan (Lina, 2004). Meningkatnya jumlah penduduk berbanding lurus dengan meningkatnya kebutuhan air bersih yang layak untuk digunakan. Menurut suripin (2002) saat ini kualitas suber air dan badan air yang layak untuk digunakan masyarakat semakin menurun. Hal ini disebabkan tercemarnya badan air oleh limbah yang secara langsung dibuang tanpa pengolahan terlebih
A
dahulu, ataupun mengalami pengolahan namun masih belum memenuhi baku mutu air buangan. Tercemarnya badan air saat ini menjadi permasalahan yang sangat serius sehingga sangat dibutuhkan pemetaan kualitas dari suatu badan ar untuk mendapatkan rekomendasi pengelolaan yang menjadi solusi dari permasalahan ini. Menurut Kementrian Pekerjaan Umum Bidang Pengairan Jawa Timur (2011) Sungai Kalimas Surabaya merupakan salah satu badan air yang terdapat di kota Surabaya. Sungai Kalimas mengalir di mulai dari pintu air Ngagel hingga kawasan Tanjung Perak. Menurut Badan Lingkungan Hidup Kota Surabaya panjang total sungai Kalimas Surabaya adalah 12 km. keberadaan Sungai Kalimas yang membentang di tengah kota Surabaya dan melewati daerah padat penduduk menyebabkan potensi pencemaran di Sungai Kalimas sangat tinggi. Potensi pencemaran Sungai Kalimas Surabaya adalah limbah domestik yang bersumber dari pemukiman penduduk, industry kecil sekitar sungai seperti usaha laundry yang secara langsung membuang limbah cair ke sungai. Masuknya limbah cair pada satu badan air secara terus menerus dapat menyebabkan pendangkalan yang mungkin disebabkan oleh bahan bahan organic yang masuk dan mengendap pada dasar sungai, hal ini merupakan salah satu penyebab banjir saat musim penghujan. Penentuan kualitas badan air ditentuan oleh analisa tiap parameter yang ditentukan. Dalam penelitian ini yang menjadi objek penelitian adalah sungai Kalimas Surabaya pada segmen Ngagel hingga Taman Prestasi Surabaya. parameter uji dalam penelitian ini adalah parameter fisik, kimia dan biologis seperti pH, Temperatur, BOD, COD, DO, Nitrat, Ammonium dan Fosfat. Penentuan tingkat pencemaran pada sungai Kalimas akan digunakan Peraturan pemerintah No. 82 tahun 2001 Tentang pengelolaan kualitas air dan pengendaian pencemaran air berdasarkan parameter yang telah ditentukan sebagai acuan. Dalampenelitian yang dilakukanolehEny, et al (2011) analisa kualitas perairan sungai Kalimas Surabaya bahwa kondisi
1
kualitas Sungai Kalimas di beberapa titik sampling hamper memenuhi bakumutu kualitas badan air kelas 2 data yang diperoleh dari penelitian adalah sebagai berikut sampling dilakukan secara acak. Nilai BOD,COD, DO dan TSS Kalimas menurut penelitian adalah BOD pada titik sampling 1 mencapai nilai berkisar 9-37 ppm, dititik sampling 2 berkisar 18-48, dan di titik sampling 3 13-19, untuk nilai COD di titik sampling 1 16-60, di titik sampling 2 24-80 dan di titik sampling 3 24-40, untuk DO juga dilakukan sampling di 3 titik dan diperoleh nilai 1.27 – 3.04, 2.26-3.36, dan 0.772.78 di setiap titik sampling 1, 2, dan 3. Menurut Badan Lingkungan Hidup kota Surabaya (2012) kualitas sungai Kalimas saat ini tergolong ke dalam golongan badan air kelas 3. Parameter uji yang digunakan oleh BLH Surabaya adalah pH, DO, BOD, COD, TSS, dan Deterjen, sampling penelitian ini dilakukan di beberapa titik sampling yang telah ditentukan oleh BLH kota. Kualitas badan air menggambarkan tingkat pencemaran pada badan air. Tingkat pencemaran juga dapat dipengaruhi oleh jumlah penduduk atau kepadatan penduduk di sepanjang Daerah Aliran Sungai dan kondisi lingkungan social (Lutfi, 2006). Proses penelitian identifikasi kualitas dan tingkat pencemaran suatu badan air memiliki beberapa tahapan dan salah satu tahap yang akan dilakukan yaitu memprediksi kualitas air di sungai Kalimas Surabaya dengan menggunakan metode (computerized numerical modeling) (PeraturanMenteriLingkunganHidup No. 1, 2001). Dalam penentuan model dengan sistem komputerisasi terdapat beberapa model, salah satu Metode pemodelan yang digunakan adalah QUAL2Kw. Metode QUAL2Kw ini merupakan suatu sistem kalibrasi otomatis dan interaksi komponen seperti BOD, denitrifikasi, dan DO ( kannel et al., 2010). Menurut Pelltier (2008) beberapa keunggulan, menggunakan model QUAL2Kw yaitu dapat melakukan simulasi sungai dalam bentuk satu dimensi dengan aliran berupa aliran tidak seragam (non-uniform) dan akan stabil pada skala waktu mensimulasikan beban masuk dan keluar dari sumber pencemar. Dalam penelitian ini, model QUAL2Kw dipilih untuk digunakan dalam identifikasi dan prediksi kualitas sungai Kalimas Surabaya pada tahun prediksi. Penelitian dengan topik mengidentifikasi kualitas air dengan pemodelan QUAL2Kw sangat di diperlukan, karena dapat memudahkan dalam permodelan kualitas air pada sungai tersebut, sehingga dapat diambil langkah untuk menlakukan pengelolaan II. METODE PENELITIAN Pengambilan contoh air sungai Kalimas surabaya mengacu pada Standar Nasional Indoneia (SNI) 6989.57:2008 pada subbab 7
2
dan 8. Titik sampling air sungai ditentukan oleh besar debit sungai tersebut. Debit air antara 5 m3 /detik – 150 m3 /detik akan dilakukan sampling pada 2 (dua) titik pada jarak 1/3 dan 2/3 dari lebar permukaan sungai pada kedalaman 0.5 dikalikan kedalaman permukaan. Berikut gambar sampling air sungai dapat dilihat pada gambar 1. ⅓ L
⅓ L
⅓ L
0,5 h
Gambar 1. Teknik Sampling Identifikasi dan prediksi kualitas air menggunakan pemodelan QUAL2Kw menerapkan 2 simulasi dengan pembagian daerah penelitian kedalam 3 segmen. Pembagian segmen pada sungai Kalimas dalam penelitian ini dilakukan dari hulu sungai Kalimas yaitu pintu air Ngagel hingga taman prestasi Surabaya di karenakan adanya objek wisata yang seharusnya kualitas air pada sebuah objek wisata adalah sungai kualitas II. Selanjutnya pembagian segmen penelitian untuk sampling akan di bagi menjadi 3 reach. Pembagian segmen pada sungai Kalimas didasarkan pada perubahan kecepatan yang terjadi akibat belokan atau pada badan air. pembagian segmen juga akan membantu untuk mengetahui bagaimana kemampuan selfpurification dari kalimas Surabaya dilihat dari perubahan kecepatan setiap segmen. Verifikasi model atau kalibrasi model pada program QUAL2Kw adalah suatu tahapan untuk mendapatkan model kualitas air yang nilainya mendekati data yang sebenarnya. Data primer dan sekunder yang telah di-entry kedalam program QUAL 2Kw, model simulasi akan diulang beberapa kali untuk memperoleh hasil yang mendekati data yang sebenarnya. Model QUAL 2Kw merupakan penyesuaian model trial& error. Hasil dari pemodelan dengan menggunakan data yang telah di-entry akan dianggap sebagai data yang sesuai den mnedekati kondisi sebenarnya. Dua simulasi yang dilakukan dalam penelitian untuk memperoleh data kualitas air di sungai kalimas dikaji meliputi: simulas dengan model kalibrasi data kondisi eksisting, simulasi dengan memprediksikan terjadinya peningkatan air buangan yang masuk kedalam sungai Kalimas Surabaya dengan memproyeksikan jumlah penduduk dan menghitung kualitas air sungai di Kalimas berdasarkan peningkatan jumlah penduduk.
Simulasi 1 atau model Kalibrasi adalah pemodelan untuk mengtahui kualitas air sungai di Kalimas Surabaya pada tahun penelitian. Sampling kualitas air sungai dilakukan setelah adanya pembagian segmen sungai. Pengambilan contoh air sungai yang akan di teliti dilakukan dengan mengacu pada (SNI) 6989.57:2008. Setelah dilakukan pengambilan contoh air sungai maka selanjutnya dilakukan penelitian di laboratorium selanjutnya dilakukan Running Program QUAL2Kw. Input data dalam program QUAL2Kw. Setelah semua data diinput kedalam lembar kerja QUAL2kw maka dapat dilakukan run program untuk mendapatkan hasil identifikasi Kualitas Air sungai Kalimas Surabaya. untuk langkah dalam running program QUAL2Kw dapat dilihat pada Gambar 2. Model simulasi yang kedua disebut dengan model prediksi. Model prediksi ini dilakukan untuk memprediksi kualitas air di sungai Kalimas Surabaya pada tahun 2018, untuk mengetahui peningkatan air buangan yang masuk kedalam sungai Kalimas, sehingga dapat diperhitungkan apakah pada tahun 2018 kualitas sungai Kalimas tergolong badan air kelas 2 sesuai dengan kegunaannya saat ini. Kualitas air sungai Kalimas pada tahun 2018 dipengaruhi oleh peningkatan jumlah penduduk sepanjang bantaran air sungai. Berikut beberapa langkah dalam simulasi 2. Proyeksi penduduk Proyeksi penduduk tahun 2018 dilakukan untuk mengetahui jumlah air buangan yang masuk kedalam sungai Kalimas pada tahun 2018 sehingga akan dapat di perhitungkan konsentrasi dari tiap parameter uji kualitas. Proyeksi penduduk dilakukan dengan menggunakan metode Aritmatik, Geometrib dan Least square. Untuk hasil dari proyeksi penduduk selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran B. Prediksi Kualitas Parameter Uji Setelah diketahui jumlah penduduk pada tahun prediksi maka selanjutnya dilakukan prediksi kualitas parameter uji seperti BOD,COD, DO, TSS, Nitrat, Ammonium, Fosfat, pH dan Suhu. Running Program QUAL2Kw Setelah di dapatkan data kualitas air sungai maka dilakukan input data dalam program QUAL2Kw. Setelah semua data diinput kedalam lembar kerja dalam QUAL2kw maka dapat dilakukan run program untuk mendapatkan hasil identifikasi Kualitas Air sungai Kalimas Surabaya. langah kerja dalam running program QUAL2kw tampak pada Gambar 1. dan metoda prediksi atau simulasi 2 dapat dilihat pada gambar 3 berikut ini:
Gambar 2. Teknik simulasi 1
Gambar 3. Teknik sumulasi 2 III. ANALISIS DAN PEMBAHASAN A. Segmentasi Sungai Segmentasi pada sungai yang menjadi lokasi penelitian adalah untuk mengidentifikasi apakah ada masukan yang secara drastis merubah debit dan kualitas air dan untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. Pada penelitian ini pembagian segmen didasarkan pada perubahan kecepatan yang terjadi pada sungai saat adanya belokan. Pembagian segmen dalam pembentukan model pada program QUAL2Kw. Kondisi Hidrolis Sungai Dalam segmentasi sungai kondisi hidrolis pada sungai sebenarnya saling mempengaruhi satu dengan yang lain. kedalaman akan mempengaruhi kondisi kecapatan aliran sungai, debit juga memperngaruhi kecepatan sungai. Sehingga jika nilai debit diketahui maka dapat diperoleh nilai kecepatan dengan menggunakan rumus begitu sebaliknya apabila nilai kecepatan diperoleh maka dapat dihitung debit sungai dengan menggunakan rumus seperti dibawah ini:
Dimana; V : menunjukan kecepatan pada sungai A : Luas saluran
3
Kondisi Kualitas Air Sungai Kondisi Kualitas sungai Kalimas Surabaya yang saat ini juga digunakan sebagai saluran drainase kota Surabaya mendapat banyak masukan limbah baik domestik ataupun limbah sejenis domestik yang bersumber dari kegiatan penduduk yang berada di sepanjang daerah aliran sungai Kalimas. Kualitas air di Sungai Kalimas Surabaya juga dipengaruhi oleh kondisi hidrolik seperti debit, kecepatan dan juga kedalaman. Pengecekan kondisi kualitas air deilakuan di laboratorium dengan menggunakan contoh air yang telah diambil dari sungai Kalimas Surabaya, kegiatan yang dilakukan pada hari kamis 6 november 2013 pada pukul 00.00 WIB. Kegiatan pengambilan air sampel dilakukan dengan variasi kecepatan dan waktu. Air sungai yang telah diambil akan di buat kedalam botol air mineral ukuran 600 ml dan botol winkler 150 ml untuk di uji DO. Botol winkler dan botol air mineral akan di masukan kedalam box pendingin dengan upaya pengawetan sebelum diteliti dalam laboratorium. Berikut data kualitas sungai Kalimas Surabaya pada tanggal 6 november 2013. Tabel 2. Data Kualitas Air di Sungai Kalimas
Langkah kerja dan kebutuhan data yang harus diinput kedalam program QUAl2Kw diperoleh dari manual program QUAL2Kw. Pada lembar reach data di isi sesuai dengan hasil observasi lapangan untuk data hidrolik sungai. Slope pada lembar kerja ini di hitung berdasarkan rumus:
dimana: L = Panjang Segmen Contoh perhitungan : Elevasi di titik A = 9 m Elevasi di titik B = 8 m Panjang segmen 1 = 0, 95 km ≈ 950 m maka,
slope =
(9 m − 8 m) 950 m
= 0.00105 sehingga dari hasil perhitungan diperoleh nilai slope setiap segmen adalah sebagai berikut: Tabel 3. Hasil Perhitungan Slope
Sumber: hasil analisis dan perhitungan, 2013 Sumber : hasil analisis, 2013
Pemodelan QUAL2Kw Program QUAL2Kw yang digunakan dalam memodelkan kualitas air sungai kalimas Surabaya dalam bentuk satu model. Langkah selanjutnya setelah penentuan segmen di kalimas dilanjutkan dengan mengentry data di lembar kerja program langkah awal dalam Qual2kw sebagai pembentukan model. Perlu diketahui bahwa dalam program ini memiliki perbedaan warna yang dijelaskan dalam manual QUAL2Kw pada setiap lembar kerja untuk memberikan informasi (data) yang berbeda seperti berikut : Lembar kerja biru yang menandakan data dan parameter yang dibutuhkan untuk pembentukan model ini. Lembar kerja hijau yang merupakan hasil data yang dikeluarkan oleh QUAL2Kw. Lembar kerja kuning pucat menandakan data yang nantinya dikeluarkan sebagai grafis oleh QUAL2Kw.
4
Model Kalibrasi setelah di peroleh data kualitas maka dilanjutkan untuk Model Kalibrasi menggunakan pemodelan QUAL2Kw, langkah awal yang dilakukan adalah mengisi data pada lembar kerja Hydraulics Data dan WQ Data. Model yang harus dikalibrasi pertamakali adalah model hidrolik sungai pada lembar kerja Hydraulics Data. Proses Trial and error adalah cara dalam kalibrasi model untuk memperoleh hasil pada parameter akan mendekati data yang telah di input. Kalibrasi model untuk model kecepatan aliran sungai (velocity) akan menggunakan worksheet Reach. Model debit (flow) akan menggunakan worksheet Diffuse Source dengan cara mengubah-ubah debit pada non-point source dikarenakan data tersebut sulit untuk diukur. Pada Program QUAL 2Kw terdapat dua langah Kalibrasi yaitu kalibrasi data hidrolik dan data kualitas air. setelah dilakukan kalibrasi maka selanjutnya akan di peroleh grafik model seperti berikut.
Gambar 1. Hasil kalibrasi model debit
Gambar 2. Hasil kalibrasi model kecepatan setelah dilakukan kalibrasi dan running model maka akan di peroleh nilai fittnes pada lembar kerja rates. Niali fittnes yang diperoleh 0,7018 menunjukan apakah data yang kita gunakan layak untuk di validasi. Untuk hasil nilai fittnes dan koefisien model dapat dilihat pada gambar 2 dan Gambar 3.
diketahui kondisi kualitas air sungai kalimas pada tahun 2018. Pehitungan prediksi kualitas air di Kalimas pada Tahun 2018 dilakukan dengan menggambarkan dalam Grafik linear kondisi kualitas air di Kalimas yang merupakan data time series dan akan di hitung menggunakan rumus linear untuk mendapatkan prediksi kualitas di Kalimas pada tahun 2018.
Gambar 5. Grafik prediksi kualitas Data yang digambarkan oleh grafik tren kualitas tersebut, maka kandungann TSS dapat dihitung dengan menggunakan persamaan linear yang ada pada grafik. Tahun yang digunakan adalah tahun 2010-2013. Diasumsikan tahun 2010 mwerupakan tahun 1, dan selanjutnya tahun 2011 dan 2012 tahun ke 2 dan tahun ke 3 tahun 2013 tahun ke 4. Rumus persamaan garis untuk nitrat adalah y = 0,0592x2 + 0,0967x +1,1429. Contoh perhitungan yaitu, y = 20.10x2 + 85.06x +304.5 y = prediksi kualitas x = tahun yang diibaratkan (2018 = 5)
Gambar 2. Nilai fittnes pada lembar kerja rates
maka prediksi kualitas untuk parameter TSS adalah, y = 20.10x2 + 85.06x +304.5 y = 20.10 (5)2 + 85.06 (5) +304.5 y = 1235.5 mg/L selanjutnya dihitung persen kenaikan kualitas TSS dari tahun 2013 ke prediksi tahun 2018 dengan menggunakan rumus berikut ini:
=
100%
= 77% Gambar 3. Koefisien model simulasi 1 Model Prediksi Pada simulasi yang ke 2 ini akan dilakukan prediksi pertambahan julah penduduk yang terjadi hingga proyeksi 5 tahun untuk mengetahui konsentrasi dari pencemar yang masuk kedalam sungai pada tahun prediksi. Model prediksi menggunakan data penduduk dari tahun 2010 untuk di proyeksikan ke tahun 2018 sehingga akan
Setelah diperoleh persen kenaikan parameter TSS dikali Surabaya maka selanjutnya dihitung kualitas prediksi Kalimas dengan parameter TSS. TSS di Sungai Kalimas tahun 2013 = 12 mg/L Maka kualitas prediksi TSS = 12 + (12 x (77%) = 12.84 mg/L Hasil dari perhitungan prediksi kualitas air di hulu sungai Kalimas Surabaya selanjunnya di
5
input kedalam pemodelan QUAL2Kw dan menghasilkan grafik model seperti berikut:
Gambar 11. Grafik Hasil Prediksi NH 4
Gambar 6. Grafik Hasil Prediksi BOD
Gambar 12. Grafik Hasil Prediksi Suhu Gambar 7. Grafik Hasil Prediksi TSS
Gambar 13. Grafik hasil Prediksi pH Gambar 8. Grafik Hasil Prediksi DO
Gambar 9. Gafik Hasil Prediksi COD
Gambar 10. Grafik Hasil Prediksi NO 3
6
4. Kesimpulan Hasil aplikasi pemodelan QUAL2Kw dalam mengidentifikasi dan prediksi kualitas air di sungai Kalimas surabaya dengan 2 simulasi untuk kegunaan sungai Kalimas sebagai kawasan rekreasi air, menghasilkan Hasil Identifikasi kualitas sungai simulasi 1 belum memenuhi baku mutu badan air kelas dua sebagai acuan kelayakan badan air menjadi kawasan rekreasi air. Hasil Prediksi Kualitas sungai Kalimas Surabaya pada tahun prediksi yaitu tahun 2018 DO 3,718 mg/L, BOD 24,89 mg/L, COD 42,56 mg/L, TSS 16,22 mg/L, Nitrat 4,3 mg/L, Ammonium 1,4 mg/L, Fosfat 0,25 mg/L, pH 7,52 dan Suhu 28,8 °C 5. Ucapan Terimakasih Terselesaikannya penelitian ini tak lepas dari beberapa elemen pendukung, ucapan terimakasih tak terhingga penulis tujukan kepada seluruh laboran laboratorium manajemen kualitas lingkungan jurusan teknik lingkungan, JASA Tirta I Provinsi Jawa Timur atas bantuan dan dukungan dalam penyelasaian tugas akhir ini.
Daftar Pustaka 1. Agustiningsih, D. 2012. Kajian Kualitas Air Sungai Blukar Kabupaten Kendal Dalam Upaya Pengendalian Pencemaran Air Sungai. Hal 18. Semarang : UNDIP. 2. Anonim. 2012. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 37 Tahun 2012 tentang Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Pasal 1. 3. Anonim. 2009. Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 32 Tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup. 4. Anonim. 2010. Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 01 Tahun 2010 tentang Tata Laksana Pengendalian Pencemaran Air. 5. American Public Health Association. 1998. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater : 20th Edition. Washington DC. : American Water Works Association. 6. Aris, L. 2006. Kontribusi Air Limbah Domestik Penduduk di Sekitar Sungai Tuk Terhadap Kualitas Air Sungai Kaligarang Serta Upaya Penanganannya. Semarang : Program Magister Ilmu Lingkungan UNDIP Semarang. 7. Brown, L. C. dan Thomas O. B. 1987. The Enhanced Stream Water Quality Models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS : Documentation and User Manual. Georgia : Environmental Protection Agency. 8. Effendi, H. 2003. Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan. Yogyakarta: Kanisisus. 9. Pelletier, G. dan S. Chapra. 2008. QUAL2Kw Theory and Documentation (Version 5.1) : a Modeling Framework for Simulating River and Stream Water Quality. Washington : Departement of Ecology.
7
