PEMODELAN PREDIKSI ALIRAN POLUTAN KALI SURABAYA
oleh : Arianto 3107 205 714
BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang
Wilayah Sungai Kali Brantas mempunyai luas cacthment area sebesar 14.103 km2. Potensi air permukaan per tahun rata-rata 11,7 milyar m3. Potensi yang termanfaatkan sebesar 2,6 - 3 milyar m3/tahun.
PENDAHULUAN Kali Brantas yang mengalir dari sumbernya menuju
ke selatan kemudian ke barat dan ke utara menuju selat Madura, merupakan salah satu sumber air terbesar di Jawa Timur.
PENDAHULUAN Kali Surabaya merupakan sumber air yang sangat
penting bagi kota Surabaya dan daerah di sepanjang Kali tersebut. Kali Surabaya salah satu sumber air minum, di harapkan memenuhi standar mutu kwalitas air baku kelas B. Tetapi air ini mengandung kontaminan alami yang berasal dari erosi dan suspense pada tanah dan sedimen, padatnya industri di sepanjang sungai yang membuang air limbahnya ke Kali Surabaya,
PENDAHULUAN Kualitas air Kali Surabaya selama musim kemarau
sangat jelek disebabkan polusi industri dan domestik tidak didukung oleh efek pengenceran air hujan kualitas dan kuantitas air menjadi suatu hal yang sangat penting dan berdasarkan hal-hal berikut : 1.Kuantitas air yang tersedia selama musim kemarau tidak lagi memenuhi kebutuhan pengguna air. 2.Kebutuhan akan meningkat secara cepat seiring perkembangan industri dan pertumbuhan penduduk yang akan berlanjut hingga tahap menengah kedepan
PENDAHULUAN 3. Fasilitas Pengelolaan air minum PDAM tidak di desain untuk menghadapi turunnya kualitas air yang buruk. 4. Biaya operasi Pengelolaan air minum PDAM yang tinggi, untuk mengolah air sungai dengan kualitas yang rendah pada akhirnya ditanggung oleh masyarakat.
Permasalahan Permasalahannya adalah : 1. 2. 3. 4.
Penentuan lokasi-lokasi sumber polutan dan lokasi yang membutuhkan prediksi polutan ? Bagaimana kandungan BOD, COD, DO pada beberapa lokasi pada Kali Surabaya ? Bagaimana bentuk pemodelan prediksi aliran polutan Kali Surabaya ? Bagaimana performa model prediksi aliran polutan tersebut ?
Tujuan Tujuan tesis ini adalah : 1. 2.
3. 4.
Mengetahui dan menentukan lokasi-lokasi aliran polutan yang perlu untuk diadakan penelitian. Mengetahui karakteristik aliran polutan di Kali Suarabaya. Menentukan bentuk model prediksi aliran polutan di Kali Surabaya. Mengetahui performa model prediksi aliran polutan tersebut
Lingkup Pembahasan/ batasan masalah
Penelitian dilakukan pada limbah industri. Lokasi penelitian pada daerah –daerah yang banyak memberikan sumber pencemaran . Banyaknya permukiman yang didirikan di daerah sempadan sungai, sehingga banyak sampah dan limbah domestik yang langsung dibuang ke sungai serta akan menyulitkan dalam melakukan pemeliharaan sungai
(misalnya pengerukan sedimen) tidak dibahas.
Manfaat Penelitian Dalam rangka pemodelan prediksi aliran polutan Kali Surabaya untuk mengatasi masalah pencemaran dan penurunan kualitas air di Kali Surabaya, perlu dilakukan pemodelan prediksi aliran polutan secara berkesinambungan, sehingga dari hasil penelitian tersebut akan menghasilkan informasi atau gambaran kualitas air sungai Kali Surabaya dan sumber-sumber pencemar secara menyeluruh
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Definisi Pencemaran Air Ditinjau dari aspek kuantitas maupun kualitasnya, air harus dapat memenuhi kebutuhan manusia. Kualitas air ditentukan oleh banyak faktor, yaitu zat yang terlarut, zat yang tersuspensi dan makluk hidup , khususnya jasad renik didalam air. Apabila zat yang terlarut , zat yang tersuspensi dan makluk hidup dalam air membuat kualitas air menjadi tidak sesuai untuk kehidupan kita maka air itu disebut tercemar ( Mahida, 1984)
Masalah Pencemaran Air di Kali Surabaya 1.
Dengan ditingkatannya sektor industri maupun sektor pertaniaan diharapkan taraf hidup masyarakat akan dapat ditingkatkan lagi. Akan tetapi dengan munculnya industri perlu dipikirkan juga efek sampingnya yang berupa limbah. Limbah tersebut dapat berupa limbah padat (solid waste), limbah cair (liquid waste) maupun limbah gas (gauseus waste).
2.
Dengan bertambahnya industri yang mengalirkan air buangan limbah mereka ke dalam aliran-aliran sungai disekitarnya, maka aliran sungai ini akan makin tercemar dan secara terus menerus menjadi tidak sehat sebagai penyedia air untuk kebutuhan air minum dan industri.
Parameter Parameter-parameter yang sering digunakan dalam pencemaran air antara lain adalah :
Kebutuhan Oksigen Biologis atau Biological Oxygen Demand ( BOD3), yaitu molekul oksigen yang digunakan selama periode tersebut untuk menguraikan bahan-bahan organik secara biokimia dan untuk mengoksidasi bahan-baan organik seperti sulfide dan besi. BOD juga bisa mengukur banyaknya oksigen yang digunakan untuk mengoksidasi reduksi bentuk dari nitrogen. ( Easton,1995 ). 2. Oksigen terlarut atau Disolved Oxygen ( DO ), yaitu banyaknya oksigen yang terkandung di dalam air dan diukur dalam satuan milligram perliter (mg/l). Oksigen yang terlarut ini dipergunakan sebagai indikasi terjadinya pengotoran oleh limbah. Semakin besar kadar oksigen yang terlarut semakin rendah derajat pengotoran oleh bahan organik (Sugiarto,1997). Tingkat DO pada alam dan air limbah bergantung pada aktifitas fisik, kimia dan biokimia da dalam badan air. Analisa DO adalah sebuah tes kunci pada peristiwa pencemaran air dan sebagai control pada proses pengolhan limbah ( Easton, 1995 ). 1.
Model Kualitas Air Kondisi aliran sungai dan temperatur merupakan sebagian data yang dapat
digunakan untuk mengetahui penyebab menurunnya kualitas air.
Model komputerisasi menggunakan perhitungan-perhitungan matematika
dapat digunakan untuk membuat beberapa prediksi secara keseluruhan tentang kondisi kualitas air (Chen,1970 dalam mahajan 1999).
Model kualitas air terdiri dari beberapa tahapan dalam proses
iterasinya seperti indentifikasi masalah, indentifikasi model, kalibrasi, validasi, aplikasi model dan analisa sensitivitas (Chen 1989 dalam Mahajan,1999)
Pendekatan Model Untuk menguraikan gerak aliran di dalam suatu daerah aliran tertentu diperlukan
suatu persamaan yang dapat dimisalkan dengan cara analisa atau numerik dengan menerapkan kondisi batas. Untuk memperhitungkan gaya-gaya luar yang bekerja, maka digunakan persamaan kontunuitas dan persamaan momentum ( Anggraini,1997 ) +
=q
Dimana : A = Luas penampang basah (m2) Q = Debit sungai ( m3/detik ) t = Waktu ( detik ) x = Arah jarak ( m ) q = Aliran lateral yang masuk atau keluar dari alur sungai ( m2/t/m)
Pendekatan Model Model HP2S Model HP2S merupakan model yang dapat memprediksi aliran air sungai secara hidrolika dan sekaligus dapat memprediksi kondisi kualitas air walupun parameter yang dimasukkan terbatas, misalnya parameter yang dimasukan hanya BOD dan DO nya saja. Model kualitas air HP2s menggunakan konsep yang sederhana yaitu Konsep Keseimbangan Massa. Konsep ini mendasari terbentuknya persamaan angkutan limbah/polutan yang digunakan dalam model HP2S, dimana pada dasarnya untuk menentukan tingkat pencemaran air di suatu sungai dipengaruhi oleh besarnya limbah/polutan yang masuk dan terangkut dalam aliran sungai tersebut Model kualitas air HP2S menggunakan konsep yang sederhana yaitu Konsep Keseimbangan Massa. Konsep ini mendasari terbentuknya persamaan angkutan limbah/polutan yang digunakan dalam model HP2S, dimana pada dasarnya untuk menentukan tingkat pencemaran air di suatu sungai dipengaruhi oleh besarnya limbah/polutan yang masuk dan terangkut dalam aliran sungai tersebut.
Konsep keseimbangan massa yaitu keseimbangan antara massa yang masuk, perubahan yang terjadi dan massa yang keluar dari sebuah segmen sungai seperti digambarkan sebagai berikut
:
Masukan dari samping q lat c1
L
L=ΔL Δx
Dengan panjang segmen adalah ∆x1 beban limbah yang masuk adalah L dan keseimbangan massa dilakukan untuk interval waktu ∆t, sehingga massa yang masuk adalah :
L . ∆t Masukan beban dari samping adalah :
q . C1 . ∆t . ∆x
-
Massa yang keluar dari segmen tersebut adalah : ( L + ∆L ) ∆t
Besarnya perubahan massa akibat interaksi limbah di dalam air tersebut adalah
Rr . ∆x . ∆t Sehingga total perubahan massa yang terjadi adalah :
= L ∆t + q lat C1 ∆t ∆x + (L + ∆t) ∆t + Rr A ∆x ∆t = ( -
+ q lat C1 + Rr A )
Besarnya perubahan massa tersebut juga harus diimbangi dengan perubahan volume
( ∆ Vc ) yang besarnya : ∆ Vc = ∆ (AC. ∆x) = ∆ (AC)∆x
:
Sehingga persamaan (2.2.5) = persamaan (2.2.6)
A (AC)∆x = ( -
+ q lat C1 + Rr A )
Apabila kedua ruas persamaan dibagi dengan ∆t dan ∆x maka akan menjadi =
(-
+ q lat C1 + Rr A )
Jika nilai ∆ sangat kecil maka secara matematika persamaan keseimbangan massa tersebut adalah
-
+ q lat C1 + Rr A
Mekanisme dalam angkutan limbah terlarut dalam air, terdiri dari dua proses yaitu :
Proses Adveksi
Adalah pergeseran partikel limbah searah dengan aliran air yang disebabkan oleh arus aliran air. Besarnya massa yang terangkut adalah Q . C Dimana : Q = debit C = konsentrasi limbah yang terangkut di sungai Proses Dispersi Adalah proses percampuran dan penyebaran partikel-partikel dari limbah yang larut di dalam air sungai
Besarnya perubahan massa yang terangkut pada suatu luasan penampang basah sungai adalah : A Kd
Dimana Kd adalah koefisien Dispersi
Sehingga massa limbah dalam segmen setelah dipengaruhi oleh proses Adveksi dan Dispersi adalah: L = QC – A Kd
Dalam penelitian ini konsentrasi limbah (C) yang ditinjau adalah konsentrasi BOD dan DO dimana dalam program DUFLOW BOD didekati dengan menggunakan persamaan diferensial :
=-
BOD
-
A-
x Conv
dimana : X Conv= 1 – exp( - 5
BOD
)
Sedangkan untuk DO di dekati dengan menggunakan persamaan deferensial untuk O 2 yaitu :
=
( - )
N
+
A(
+
-
(1 -
A-
)
Dimana : = 3,94 = Cq
= 14.5519 – 0.373484T + 0.00501607 T2
)
PETA LOKASI PENELITIAN
BAB III METODE PENELITIAN Langkah-langkah Pelaksanaan Penelitian Berikut ini adalah uraian tahap-tahap yang dilakukan dalam penelitian Menentukan batasan daerah studi yaitu Kali Surabaya antara pintu Mlirip sampai pintu Gunungsari di ambil pada bagian yang sumber polutan paling besar. Studi literatur terhadap hasil-hasil penelitian terdahulu dan semua hal yang berhubungan dengan pencemaran Kali Surabaya . Survey lapangan dan melihat peta untuk menentukan batas-batas penelitian dan menentukan lokasi sampling. Mengumpulkan data sekunder pada daerah yang akan di studi Mengumpulkan data primer sebagai control yaitu data dari parameter yang ditinjau disetiap titik pengamatan pada kali Surabaya mulai pintu Mlirip sampai pintu Gunungsari, data yang diperlukan adalah data BOD dan DO air sungai. Analisa Data Mempersiapkan data untuk input format HP2S. Menampilkan data debit dan data kualitas air dalam bentuk grafik agar dapat dianalisa kemungkinan terjadinya data yang tak rasional
Pengolahan File data Input Membuat file data debit hulu sebagai kondisi batas hulu dan data elevasi muka air dibagian hilir sebagai batas hilir yang sesuai dengan program HP2S. Kalibrasi
Kalibrasi dilakukan dengan memasukkan semua data karakteristik sungai dan data hidrologi pada program dengan memasukan koefisien Chezy tertentu untuk mendapatkan hasil yang sesuai antara model dengan pengukuran dilapangan. Uji Keandalan Model Verifikasi Untuk verifikasi program diulang dengan koefisien Chezy dan kanstanta k1 hasil kalibrasi dan data kondisi batas yang lain. Model yang sudah di kalibrasi dan diverifikasi digunakan untuk menentukan tingkat pencemaran air di Kali Surabaya. Dari hasil aplikasi model tersebut maka dapat diketahui tingkat pencemarannya, sehingga dapat ditentukan dan diusahakan alternatif penanggulangan
MULAI PENENTUAN DAERAH STUDI DEFINISI MASALAH
ANALISA SISTEM PENGUMPULAN DATA
ANALISA DATA
HITUNG K 2 PENENTUAN K 1
PENENTUAN C
ya Tidak
VERIFIKASI
APLIKASI MODEL
COBACOBA k1
ya VERIVIKASI HASIL
Ya PREDIKSI SEBARAN ALIRAN POLUTAN
KESIMPULAN DAN SARAN
DIAGRAM
ALIR PENELITIAN SELESAI
Tidak
