Pengantar Permodelan Teknik
Lingkungan
1.1 Definisi Model
Secara umum model dapat diartikan sebagai penggambaran, penyederhanaan, miniatur atau peniruan. Hal tersebut merujuk pada suatu usaha untuk menciptakan atau mempelajari suatu tiruan suatu fenomena/peristiwa alam. Dalam proses pembentukan model perlu dilakukan perumusan secara matematis dari proses-proses fisika/kimia/biologi suatu fenomena alam, sehingga jika dimasukkan data-data penunjang, kemudian dihitung akan dapat dihasilkan gambaran suatu proses secara keseluruhan.
Dalam kehidupan sehari-hari suatu model dapat membantu kita dalam mempelajari berbagai macam fenomena alam. Hal ini disebabkan karena model dapat digunakan sebagai sarana simulasi, sehingga dengan model dapat digunakan untuk memperkirakan, memprediksi dan mempelajari berbagai kemungkinan yang dapat terjadi jika berbagai skenario diaplikasikan dalam model tersebut.
Pada dasarnya terdapat tiga jenis model yaitu:
1. Model fisik
Model fisik dapat berupa replika atau tiruan yang dilakukan dengan cara menirukan domain/ruang/daerah dimana suatu fenomena alam terjadi. Pada model dilakukan sejumlah percobaan dengan melibatkan model fisik dimana dalam prosesnya dilakukan peskalaan (scale up atau scale down) pada model dengan mempertimbangkan geometri dan dinamikanya. Pada proses pembuatannya dilakukan sejumlah perhitungan guna memperoleh model yang semirip mungkin. Contoh: model bangunan pelimpah, model bagunan sedimentasi, dll.
2. Model analogi
Model analogi dilakukan dengan menganalogikan suatu fenomena/peristiwa alam dengan fenomena/peristiwa yang lain yang selanjutnya dibuatkan model fisiknya untuk menjelaskan fenomena/peristiwa alam yang terjadi. Contoh: aliran air tanah di bawah bendungan yang ditirukan dengan model yang menggunakana arus listrik.
3. Model Matematik
Model matematik dilakukan dengan merumuskan suatu fenomena kedalam bentuk persamaan matematis. Contoh: model self purifikasi di sungai menggunakan model Streeter Phelps, model kecepatan aliran saluran terbuka, model kehilangan tekanan dalam pipa dll.
1.2 Definisi Permodelan
Pemodelan merupakan salah satu cabang dari analisis ilmiah. Pemodelan adalah penggambaran proses lingkungan beseerta hubungan antar komponen/variabel
Pemodelan dapat digunakan untuk membantu menjelaskan fenomena fisik, kimia dan biologi yang mungkin terjadi dalam proses tersebut. Adapun kegiatan pemodelan meliputi:
1. pembuatan konsep, 2. pengorganisasian, 3. komunikasi, 4. pemahaman, 5. analisis, 6. ujicoba
7. pengukuran lapangan, 8. ramalan,
9. prediksi,
10. peringatan dini (early warning), 11. optimasi pengambilan keputusan.
Dalam melakukan pemodelan, menurut Aral (2010) perlu diperhatikan prinsip-prinsip sebagai berikut:
1. Memahami masalah yang perlu diselesaikan dengan melakukan pemodelan
2. Mengevaluasi model yang telah dikembangkan sebelumnya sebelum merumuskan model yang baru
3. Membuat model konseptual yang logis serta rumuskan model konseptual dalam istilah matematis yang konsisten
4. Dalam proses pengembangan model sebaiknya melibatkan pengguna model atau berpikirlah selayaknya pengguna model itu sendiri.
5. Menyederhanakan model konseptual, interpretasi dan antarmuka pengguna model yang telah dibuat. Proses ini seringkali memerlukan proses trial and error. Jangan malu untuk melakukan proses remodeling
6. Setelah model selesai dibuat pastikan model tersebut telah memenuhi tujuan pembuatan model itu sendiri
7. Rancanglah sebuah simulasi sehingga memberikan jawaban atas rumusan masalah yang diajukan.
8. Selalu ingat bahwa tujuan pemodelan adalah pengetahuan yang didapat dari model dan bukan model itu sendiri.
Dalam penyusunan model perlu diperhatikan beberapa hal sebagai berikut:
1. Model adalah representasi dari sebuah teori, sehingga jika teori yang digunakan benar maka model juga seharusnya menghasilkan keluaran yang benar, dan sebaliknya.
2. Asumsi dan penyederhanaan yang dibuat ketika menyusun model harus mengikuti aturan/teori yang berlaku, setiap asumsi yang dibuat harus didokumentasikan/dicatat dengan baik.
4. Tidak ada satupun model yang dapat memprediksi secara akurat 100%, tetapi model yang baik dapat menjelaskan banyak hal dari data observasi yang dikumpulkan. 5. Pemodelan bukan substitusi/pengganti kegiatan pemantauan/monitoring
lingkungan, akan tetapi model hanya akan berjalan baik jika ditunjang oleh data observasi laboratorium/lapangan dan data pemantauan yang baik dan kontinyu.
6. Ketika menyampaikan sebuah kesimpulan atas hasil sebuah model maka berbagai asumsi/penyederhanaan dan kesalahan numerik harus disampaikan. Sehingga tingkat ketidakpastian model dapat menjadi bahan pertimbangan dalam pengambilan keputusan.
7. Setiap penyusun dan pengguna model harus memahami segala keterbatasan yang dimiliki model.
Secara umum ada beberapa langkah dalam penyusunan model antara lain:
1. Merumuskan Masalah
Adanya suatu permasalahan ditandai dengan munculnya gejala.Untuk mengetahui permasalahan yang sebenarnya, maka perlu mengumpulkan informasi secara aktual sesuai dengan kejadian lapangan dan semua gejala yang ditimbulkannya. Pencarian informasi tersebut bisa dilakukan dengan mencari jawaban dari pertanyaan : apa , bagaimana, mengapa, dimana, kapan dan siapa.
2. Menentukan Tujuan Penelitian
Setelah pokok permasalahan ditemukan, tentukan tujuan penelitian untuk membatasi pengembangan ataupun penyelesaian masalah.Untuk membuat suatu model, tidak semua kondisi dapat dipastikan kejadiannya. Untuk kondisi yang sangat sulit diprediksikan dengan pasti, diberikan asumsi.Dengan tujuan yang telah ditetapkan, akan didapat batasan yang pasti pada saat pengembangan penyelesaian masalah sesuai kebutuhan metode dan teori yang dijadikan landasannya pengembangannya.
3. Mengembangkan Penyelesaian Masalah
Tahap ini merupakan awal penyelesaian masalah. Jika tahap ini tidak sesuai dengan kebutuhan maka seluruh penelitian tidak dapat digunakan seperti yang di harapkan. Dalam tahap ini pendekatan teoritis dilakukan dengan menggunakan metode tertentu sebagai alternative cara menyelesaikan masalah. Ketika data pendukung pengamatan di lapangan dan tujuan telah ditentukan, tindakan berikutnya adalah menganalisis data tersebut. Dari proses analisis akan didapatkan suatu ketentuan yang berupa asumsi, kendala, sebab akibat dari satu variable dengan variable yang lain, serta factor lain yang berhubungan dengan pembuatan model.
4. Verifikasi
simulasi konseptual (mis., flowchart dan asumsi-asumsi) menjadi program yang berjalan dengan benar.
Proses pengujian terhadap model tersebut perlu dilakukan. Jika pengujian model yang diharapkan dengan pengembangan aplikasi dapat dipastikan tidak timpang maka proses penyesuaian metode yang digunakan dalam model akan mampu memberikan alternative tanpa harus mengubah model.
5. Validasi
Berkenaan dengan menentukan apakah model konseptual simulasi (bukan program komputer) merupakan representasi yang akurat dari sistem yang dipelajari.Jika model simulasi dan hasilnya diterima oleh manajer/client sebagai valid, dan digunakan sebagai alat bantu dalam pengambilan keputusan, berarti model tersebut credible.
Proses ini sebagai kendali agar asumsi, batasan dan variable yang diperlukan saat proses benar-benar langsung dikaitkan dalam suatu proses di dalam aplikasi yang dibangun.Penyajian aplikasi ini diharapkan mampu memberikan alternative pengambilan keputusan dengan memberikan berbagai startegi pilihan yang mudah dimengerti oleh mereka yang bertanggung jawab.
Validasi (dianalisis secara statistik data dapat mewakili) dapat dilakukan dengan membandingkan model output dengan system yang sebenarnya Proses validasi terbagi menjadi dua buah pengujian antara lain:
a. Pengujian subyektif, dengan pakar menilai hasil output berdasarkan kemahiran dalam sisstem dan pengalaman
b. pengujian obyektif, menggunakan statistikmembandingkan data sebenarnya dengan hasil simulasi
6. Implementasi dan Hasil Jawaban Masalah
Penyajian dari aplikasi yang disesuaikan dengan model diharapkan mampu menerjemahkan permasalahan dan fungsi aplikasi yang dibangun kepada seluruh orang yang berinteraksi dengan aplikasi tersebut. Proses ini juga mampu menggambarkan prosedur operasional yang mudah dimengerti dan mudah dilaksanakan oleh orang yang bertanggung jawab terhadap penyelesaian permasalahan tersebut.
1.3 Pemodelan Teknik Lingkungan
Secara umum pemodelan di Teknik Lingkungan terbagi menjadi 2 bagian besar, antara lain:
1. Pemodelan proses fisik/kimia/biologi
Pemodelan proses fisik/kimia/biologi bertujuan untuk mengetahui proses fisik, kimia, dan biologi yang terjadi pada suatu objek/proses yang dipelajari, interaksi antar variabel/parameter, karakteristik transport (penyebaran), dan keluaran yang dihasilkan jika suatu skenario masukan dilakukan (proses simulasi). Contoh model ini adalah analisa daya dukung dan daya tampung sungai menggunakan metode Streeter Phelps.
Adapun ruang lingkup yang dipelajari dalam pemodelan proses fisik/kimia/ bilogi antara lain:
a) Proses penyebaran fisik (adveksi, difusi, dispersi, deposisi) b) Proses interaksi antar molekul (asosiasi, difraksi, aglomerasi) c) Proses reaksi kimia antar molekul
d) Proses pertumbuhan biologi
Dalam penerapannya dalam kehidupan sehari-hari pemodelan proses fisik/kimia/biologi direpresentasikan dengan pemodelan matematika. Pemodelan mataematika memiliki karakteristik:
a) Konseptual atau empirikal b) Deterministik atau stokastik c) Steady-state atau dinamik d) Analitikal atau numerikal
e) Spasial teragregasi atau terdistribusi
Dalam penyusunanannya dilakukan melalui beberapa tahapan proses antara lain:
a) Konseptualisasi dan identifikasi
Dalam proses konsentualisasi dan identifikasi dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu: menyusun hipotesi dasar teori yang terlibat dalam proses termaksud, mengevaluasi hipotesis dasar teori yang termaksud dan identifikasi struktur model. b) Representasi matematika
Repersentasi matematika dilakukan dengan menyusun model model dalam bentuk persamaan-persamaan matematika biasanya dalam bentuk persamaan diferensial atau persamaan aljabar. Untuk sistem pakar dapat pula menggunakan aturan bahasa (linguistic rules).
c) Implementasi Numerik
Implementasi numeric dilakukan dengan menyususn algoritma solusi numeric. Dalam tahapan ini suatu model mulai dilakukan proses perhitungan menggunakan bantuan computer.
d) Estimasi parameter dan kalibrasi
e) Pengujian Hipotesis
Pengujian hipotesis dilakukan untuk melihat kesesuaian hasil pemodelan dengan hipotesis yang telah dirumuskan dalam tahap konseptualisasi dan identifikasi.
f) Validasi
Validasi dilakuakan untuk memastikan kualitas model yang dihasilkan dengan membandingkannnya dengan data pengukuran.
2. Pemodelan manajemen lingkungan
Pemodelan manajemen lingkunganbertujuan :
untuk mempelajari parameter/variabel yang berperan dalam sebuah proses alam/sosial, dan juga interaksi yang terjadi antar parameter/variabel.
untuk proses pembuatan keputusan manajemen, yaitu dengan cara membuat berbagai skenario manajemen yang kemudian dimasukkan ke dalam model, disimulasikan, dan dianalisis keluaran yang dihasilkan.
Dengan berbagai simulasi tersebut dihasilkan banyak alternatif solusi, sehingga keputusan yang diambil dapat berkualitas lebih baik.
Adapun ruang lingkup pemodelan manajemen kualitas lingkungan antara lain: Pemodelan sistem dinamik
Pemodelan konsep (ekosistem, sistem sosial/ekonomi)
Berdasarkan ruang lingkup yang telah dijelaskan sebelumnya maka pemodelan dalam teknik lingkungan sendiri dapat diterapkan pada bidang-bidang:
1. Pemodelan Sumber Daya Air 2. Pemodelan Penyediaan Air Bersih 3. Pemodelan Pengolahan Air Limbah 4. Pemodelan Pengolahan Limbah Padat 5. Pemodelan Pencemaran Udara,
