Aplikasi QUAL2Kw sebagai Alat Bantu
Perhitungan Daya Tampung Beban Pencemaran
Kali Madiun (Segmen Kota Madiun)
Adam Rusnugroho
*Jurusan Teknik Lingkungan
, Ali Masduqi
Fakultas Teknik Sipil dan PerencanaanInstitut Teknologi Sepuluh Nopember *adam_r@enviro.its.ac.id
Abstrak
Obyek kajian ini adalah sebuah sungai yang bernama Kali Madiun, pada segmen dimana sungai tersebut melewati Kota Madiun sepanjang 8,07 km. Latar belakang kajian ini berasal dari pemerintah Kota Madiun yang memiliki kebutuhan untuk menentukan daya tampung beban pencemaran Kali Madiun untuk menentukan arahan pengelolaan lingkungan di kota itu. QUAL2Kw digunakan sebagai alat untuk menghitung beban pencemaran yang masuk di tiap segmen sungai. Langkah pertama kajian ini dilakukan dengan memasukkan data air sungai (kualitas, kedalaman, kecepatan aliran, debit) dan data air limbah (kualitas dan debit) ke dalam program QUAL2Kw. Hasil langkah ini adalah model dalam bentuk grafik. Model tersebut dikalibrasi dengan ”trial and error” pada koefisien model sehingga model mendekati tren data kualitas sungai. Setelah dikalibrasi, model digunakan untuk mensimulasi berbagai skenario. Daya tampung beban pencemaran ditentukan dengan menghitung selisih hasil simulasi beban penuh dengan beban tanpa pencemaran. Hasil kajian menunjukkan bahwa daya tampung Kali Madiun saat ini (tahun 2012) masih memiliki nilai yang besar. Nilai daya tampung Kali Madiun dari hulu ke hilir secara berurutan adalah 5,69 kgBOD/hari, 30894,41 kgBOD/hari, 8790,34 kgBOD/hari, 116,59 kgBOD/hari, 2436,67 kgBOD/hari dan di hilir sebesar 33,32 kgBOD/hari.
Kata kunci: daya tampung, Kali Madiun, QUAL2Kw Abstract
The object of this study was a river called Kali Madiun, which in the segment where it passes Madiun City for 8.07 km in length. Background of this study was from the government of Madiun City who has a necessity to determine the pollution load capacity of the Kali Madiun in order to determine the direction of environment management in the city. QUAL2Kw was used as a device for calculating the pollution load which enters each reach. The first step of the study was done by inputting the river’s water data (qualities, depth, velocity, flow) and waste water data (qualities and flow) into QUAL2Kw. The outputs of this step were graph models. The models were calibrated by doing ‘trial and error’ on the model coefficients so that the model would approach to the river’s quality data trend in the graphs. Had been calibrated, the model could simulate various simulations. The river’s pollution load capacity was determined by calculating the difference between the results of "full pollution load” and “without pollution load” simulation. The result of study showed that the existing (year 2012) pollution load capacity of Kali Madiun still having a great value. The values of pollution load capacity from upstream to downstream respectively were 5.69 kgBOD/day, 30894.41 kgBOD/day, 8790.34 kgBOD/day, 116.59 kgBOD/day, 2436.67 kgBOD/day and finally 33.32 kgBOD/day.
1. Pendahuluan
Kali Madiun merupakan anak sungai Bengawan Solo. Panjang total Kali Madiun adalah 141 km dengan luas DAS sebesar 3.755 km2, sedangkan yang melewati Kota Madiun panjangnya hanya sekitar 8 km. Kali Madiun setiap harinya didatangi banyak orang yang ingin memancing ikan. Selain itu pada beberapa titik masih terdapat warga sekitar bantaran sungai yang berenang, mandi dan buang air di badan air Kali Madiun. Menurut Peraturan Gubernur Jawa Timur No.61 Tahun 2010, Kali Madiun digolongkan ke dalam kelas III, yakni badan air yang peruntukannya digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, irigasi, dan yang semacamnya. Berdasarkan pengamatan, tidak ditemukan limbah industri yang masuk ke dalam badan air Kali Madiun. Air limbah yang masuk ke dalam badan air Kali Madiun berasal dari limbah rumah tangga dan air hujan yang membawa polutan dari daratan. Selain itu terdapat beberapa warga lokal yang tinggal di bantaran sungai melakukan mandi, buang air kecil dan buang air besar di badan air Kali Madiun. Dengan menentukan daya tampung beban pencemarannya, maka akan dapat ditentukan batas maksimum limbah yang boleh dimasukkan agar sungai tersebut tidak tercemar. Pendekatan penetapan daya tampung beban pencemaran bertujuan untuk mengendalikan zat pencemar yang berasal dari berbagai sumber pencemar yang masuk ke dalam sumber air dengan mempertimbangkan kondisi intrinsik sumber air dan baku mutu air yang ditetapkan (Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No.1 Tahun 2010). Penentuan daya tampung beban pencemaran dilakukan menggunakan QUAL2Kw. QUAL2Kw merupakan program komputer yang dapat membuat simulasi model dari parameter kualitas air. Program ini merepresentasikan sebuah sungai sebagai saluran satu dimensi dengan beban yang non-uniform, aliran tunak (steady flow) dan membuat simulasi beban polutan baik dari point source maupun non-point source (Pelletier, 2008). Sebagai catatan, QUAL2Kw merupakan
sebuah freeware yang dapat diunduh di
2. Metode Penelitian
Metode dalam penentuan daya tampung beban pencemaran . Data sekunder yang dikumpulkan meliputi peta, kondisi hidrolis sungai, kualitas air sungai, kualitas air point source, jumlah penduduk Kota Madiun dan kondisi meteorologi. Data primer yang diambil meliputi kualitas air sungai dan kondisi hidrolik sungai. Setelah dilakukan pembagian segmen (reach), data yang telah didapatkan kemudian dimasukkan ke dalam program QUAL2Kw untuk membentuk model.
Setelah data dimasukkan dan QUAL2Kw dijalankan, untuk dapat membentuk model diperlukan proses verifikasi atau kalibrasi. Kalibrasi model dilakukan dengan cara mengubah-ubah koefisien kualitas air pada worksheet Rates dan/atau Reach Rates. Model dikatakan telah terverifikasi jika telah mendekati data. Hal ini dapat diketahui dari tren yang dibentuk oleh model menyamai tren yang dibentuk oleh data pada grafik.
Model yang telah terverifikasi dapat digunakan untuk melakukan berbagai skenario simulasi terhadap kondisi sungai. Terdapat lima skenario simulasi pada penelitian ini. Skenario 1 merupakan simulasi hasil pembentukan model sesuai dengan kondisi eksisting. Skenario 2 merupakan simulasi dengan meniadakan limbah yang masuk ke dalam badan air sungai. Skenario 3 merupakan simulasi dengan mengasumsikan kondisi sungai penuh dengan beban pencemar (debit serta kualitas point source dan non-point source diasumsikan sedemikian rupa sehingga menghasilkan kualitas air sungai yang memenuhi dan mendekati baku mutu badan air kelas III).
Daya tampung beban pencemaran sungai dihitung dengan memanfaatkan hasil skenario 2 dan skenario 3. Dari masing-masing skenario diambil data debit dan konsentrasi pencemar hasil simulasi dari worksheet Sources Summary. Kemudian dilakukan perhitungan beban pencemar tiap reach dengan cara mengalikan debit dan konsentrasi pencemar tiap reach. Beban pencemar seluruh reach lalu dijumlahkan sehingga didapatkan total beban pencemar sungai. Total beban pencemar sungai dari skenario 2 dan skenario 3 kemudian dihitung selisihnya. Hasil perhitungan tersebut merupakan daya tampung beban pencemaran.
3. Hasil dan Pembahasan
Pada penelitian ini sungai Kali Madiun dibagi menjadi 6 (enam) segmen atau reach. Identitas tiap segmen ditampilkan pada Tabel 1, sedangkan pembagian dan letak segmen ditampilkan pada Gambar 1. Data sekunder dan primer yang terdiri dari data kualitas air dan data hidrolik sungai Kali Madiun, data kualitas air saluran dan anak sungai yang masuk ke badan air Kali Madiun, beserta data meteorologi Kota Madiun dimasukkan ke dalam worksheet yang sesuai pada QUAL2Kw. Pengisian data disesuaikan dengan reach yang telah dibuat. Sebagai catatan, terdapat terjunan di awal reach 2, reach 3 dan reach 6. Data terjunan (lebar dan tinggi terjunan) dimasukkan ke dalam worksheet Reach.
Tabel 1 Identitas Segmen Kali Madiun Wilayah Kota Madiun
No. Nama Segmen Km. Panjang (km)
Elevasi Koordinat
Up- stream
Down-
stream Upstream Downstream
1. Ngebrak – Gondang 8,07 – 6,97 1,1 +71 +70 7°39’26” LS 111°30’35” BT 7°38’56” LS 111°30’42” BT 2. Gondang – Nambangan 6,97 – 6,40 0,57 +70 +67 7°38’56” LS 111°30’42” BT 7°38’38” LS 111°30’45” BT 3. Nambangan – Bantaran 6,40 – 4,57 1,83 +67 +66 7°38’38” LS 111°30’45” BT 7°37’43” LS 111°30’46” BT 4. Bantaran – Semawur 4,57 – 4,03 0,54 +66 +65 7°37’43” LS 111°30’46” BT 7°37’27” LS 111°30’48” BT 5. Semawur – Patihan 4,03 – 0,88 3,15 +65 +63 7°37’27” LS 111°30’48” BT 7°36’21” LS 111°31’29” BT
6. Patihan – Ring Road 0,88 – 0,00 0,88 +63 +62 7°36’21” LS
111°31’29” BT
7°36’05” LS 111°31’46” BT
Parameter kualitas air yang dimodelkan pada penelitian ini adalah pH, temperatur, DO, BOD, COD, TSS, NO3, NH4, dan PO4. Dalam melakukan kalibrasi terhadap model dari
parameter-parameter tersebut koefisien model tiap parameter perlu diubah-ubah hingga tren model mendekati tren data pada grafik model. Hasil model yang terkalibrasi untuk parameter DO dan BOD dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 2 Grafik Model DO
Gambar 3 Grafik Model BOD
Model BOD menunjukkan bahwa penurunan BOD terjadi secara signifikan pada kilometer 7,52 dari hilir. Hal ini disebabkan pada segmen 1 tidak terdapat point source sedangkan non-point source berdebit kecil, sehingga menyebabkan degradasi zat organik oleh DO dari hulu (DO hulu 5,8 mg/L) berjalan lancar tanpa adanya beban tambahan yang masuk.
Model kualitas air Kali Madiun yang telah didapatkan kemudian digunakan untuk melakukan simulasi skenario 2 dan skenario 3. Perhitungan daya tampung merupakan perhitungan selisih antara kondisi sungai dengan beban pencemar penuh (skenario 3) dan kondisi sungai dengan tanpa beban pencemar yang masuk (skenario 2). Perhitungan beban didapat dari hasil simulasi berupa debit dan konsentrasi pencemar pada worksheetSources Summary. Hasil perhitungan beban pencemaran skenario 2 ditampilkan pada Tabel 2, sedangkan untuk skenario 3 ditampilkan pada Tabel 3. Sementara itu hasil perhitungan daya tampung beban pencemaran ditampilkan pada Tabel 4.
Tabel 2 Beban Pencemaran Skenario 2
Reach Km. dari
Hilir
BOD COD NO3 NH4 PO4 TSS
kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari
1 8,07 – 6,97 0,346 0,864 0,017 0,002 0,173 25,920 2 6,97 – 6,40 5396,890 21587,040 2284,554 3,606 0,086 34,560 3 6,40 – 4,57 300,845 0,691 0,017 25,065 1,923 83,808 4 4,57 – 4,03 0,225 1,123 0,018 0,013 0,181 8,640 5 4,03 – 0,88 455,440 4178,326 0,017 0,873 44,541 18,144 6 0,88 – 0,00 0,888 1,588 0,052 0,013 0,173 8,640
Tabel 3 Beban Pencemaran Skenario 3
Reach Km. dari
Hilir
BOD COD NO3 NH4 PO4 TSS
kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari
1 8,07 – 6,97 17,63 35,42 0,71 43,20 345,77 2617,92 2 6,97 – 6,40 45367,26 110186,78 59616,88 1429,06 2030,57 1283938,56 3 6,40 – 4,57 2768,43 8653,65 13824,45 88,14 350,09 64808,64 4 4,57 – 4,03 73,61 199,41 173,25 23,77 8,81 2946,24 5 4,03 – 0,88 5677,34 52739,86 20866,91 495,08 963,36 926225,28 6 0,88 – 0,00 35,42 467,86 35,04 1468,81 2285,45 23336,64
Tabel 4 Daya Tampung Beban Pencemaran Kali Madiun
Reach Km. dari
Hilir
BOD COD NO3 NH4 PO4 TSS
kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari
1 8,07 – 6,97 17,28 34,56 0,69 43,20 345,60 2592,00 2 6,97 – 6,40 39970,37 88599,74 57332,33 1425,46 2030,49 1283904,00 3 6,40 – 4,57 2467,58 8652,96 13824,43 63,07 348,17 64724,83 4 4,57 – 4,03 73,39 198,29 173,23 23,76 8,63 2937,60 5 4,03 – 0,88 5221,90 48561,53 20866,90 494,21 918,82 926207,14 6 0,88 – 0,00 34,54 466,27 34,99 1468,80 2285,28 23328,00 TOTAL 47785,06 146513,35 92232,57 3518,49 5936,99 2303693,57
Hasil perhitungan daya tampung pada Tabel 4 menunjukkan bahwa daya tampung beban pencemaran total Kali Madiun masih tergolong besar. Dengan daya tampung yang cukup besar, tidak perlu ada penurunan beban pencemar di seluruh segmen Kali Madiun wilayah Kota Madiun.
4. Kesimpulan
Penentuan daya tampung beban pencemaran sungai dapat dilakukan menggunakan program komputer QUAL2Kw dengan menganalisis hasil simulasi model kualitas air sungai tersebut. Penentuan daya tampung beban pencemaran Kali Madiun untuk segmen wilayah Kota Madiun menghasilkan kesimpulan bahwa daya tampung beban pencemaran sungai tersebut masih tergolong besar dengan nilai daya tampung sebagai berikut: 47785,06 kgBOD/hari, 146513,35 kgCOD/hari, 2303693,57 kgTSS/hari, 92232,57 kgNO3/hari, 3518,49 kgNH4/hari dan 5936,99 kgPO4/hari. Dengan nilai daya
tampung sebesar itu, untuk saat ini belum diperlukan penurunan beban pencemaran agar sungai tidak tercemar (melebihi baku mutu badan air kelas III).
Pustaka
Anonim. (2010) Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 61 Tahun 2010 tentang Penetapan Kelas Air Pada Air Sungai.
Anonim. (2010) Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 1 Tahun 2010 tentang Tata Laksana Pengendalian Pencemaran Air.
Pelletier, G., dan Chapra, S. (2008) QUAL2Kw Theory and Documentation. Washington: Environmental Assessment Program Olympia.
