MAKALAH MATEMATIKA REKAYASA II
PERMODELAN KUALITAS AIR SUNGAI QUAL2KW
Dosen Pengampu : Junaidi, S.T., M.T.
Disusun oleh : Kelompok 5 (B)
Kumara Amanda Nurhanifah (21080123130053) Azmi Alifia Larasati (21080123130100) Putri Attaya Catila (21080123140122) Muhammad Hafizh Ramadhan (21080123140142)
DEPARTEMEN TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
2024
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI... 2
BAB I... 3
1.1. Latar Belakang... 3
1.2. Rumusan Masalah... 3
1.3. Tujuan...3
BAB II...4
2.1 Model QUAL2KW...4
2.2 Manfaat dan penggunaan Software QUAL2KW... 4
2.3 Efektivitas penggunaan Software QUAL2KW... 5
2.4 Contoh Hasil Pemodelan Kualitas Air Sungai QUAL2KW... 6
BAB III... 8
3.1. Kesimpulan...8
DAFTAR PUSTAKA...9
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perubahan iklim, urbanisasi yang cepat, dan aktivitas manusia yang intensif telah memberikan tekanan signifikan terhadap kualitas air sungai di seluruh dunia. Sungai-sungai, sebagai sumber utama air tawar untuk berbagai kebutuhan, mulai dari konsumsi manusia hingga irigasi dan industri, semakin terancam oleh polusi dan penurunan kualitas air. Kondisi ini menuntut adanya alat dan metode yang efektif untuk memantau, mengelola, dan memulihkan kualitas air sungai agar tetap berada dalam batas aman dan mendukung kehidupan.
Pemodelan kualitas air menjadi salah satu pendekatan yang sangat penting dalam upaya ini.
Dengan menggunakan model matematika dan komputer, kita dapat mensimulasikan berbagai kondisi dan skenario yang mempengaruhi kualitas air sungai, membantu dalam perencanaan dan pengambilan keputusan berbasis data. Salah satu model yang banyak digunakan untuk tujuan ini adalah QUAL2KW.
QUAL2KW adalah pengembangan dari model QUAL2E dan QUAL2K yang dikembangkan oleh Environmental Protection Agency (EPA) Amerika Serikat. Model ini dirancang untuk mensimulasikan kualitas air dalam sistem sungai dan aliran air satu dimensi. QUAL2KW mempertimbangkan berbagai faktor yang mempengaruhi kualitas air, seperti suhu, konsentrasi oksigen terlarut, bahan organik, nutrien, dan patogen. Model ini juga memungkinkan simulasi proses interaksi antara air dan sedimen serta efek dari sumber pencemaran titik dan non-titik.
1.2. Rumusan Masalah
a. Apa itu permodelan QUAL2Kw?
b. Apa kegunaan dan manfaat dari software QUAL2Kw?
c. Apa efektivitas dari permodelan QUAL2Kw?
d. Bagaimana contoh dari hasil permodelan QUAL2Kw?
1.3. Tujuan
a. Mengetahui permodelan QUAL2Kw.
b. Mengidentifikasi kegunaan dan manfaat dari software QUAL2Kw.
c. Mengetahui efektivitas dari permodelan QUAL2Kw.
d. Mengetahui contoh dari hasil permodelan QUA2Kw.
BAB II PEMBAHASAN
2. 1 Model QUAL2KW
Model matematika adalah alat untuk memperkirakan hubungan sebab-akibat antara beban polusi yang masuk ke sungai dengan kualitas air dalam skenario yang berbeda (Oliveira et al., 2011).
Qual2Kw yang merupakan versi pengembangan dari Qual2E dapat dijadikan model kualitas air sungai. Keberhasilan model tergantung pada kenyamanan untuk penggunaannya dan kualitas perangkat lunak yang digunakan untuk tujuan simulasi. Dalam skenario saat ini Qual2Kw merupakan salah satu pemodelan yang digunakan untuk simulasi kualitas air sungai (Mulla & Bhosale, 2015).
Model Qual2Kw mempunyai kemampuan untuk mensimulasi atau memprediksi perubahan kualitas sungai jika aliran limbah dikurangi atau ditambah. Pemrograman yang digunakan dalam melakukan perhitungan pada Qual2Kw adalah Visual Basic For Application/VBA yang diimplementasikan ke dalam Microsoft Excel. Secara umum, metode ini untuk menganalisa rasio kontribusi sumber polutan dan relatif sederhana dan ekonomis.
Software Qual2kw adalah model yang menggunakan program Microsoft Excel dengan bahasa pemograman Visual basic Application (VBA). Qual2kw merupakan pemodelan kualitas air dengan menggunakan pendekatan aliran tunak atau steady (aliran yang sifat-sifat dari partikel pada sungai tidak berubah terhadap waktu atau dapat dikatakan konstan). Software Qual2kw juga merupakan aliran satu dimensi (aliran yang arus partikel bergeraknya diwakili oleh garis lurus). Pemodelan kualitas air sungai menggunakan Qual2kw bermaksud untuk menyederhanakan kondisi lapangan sehingga memungkinkan untuk dilakukannya pengukuran dengan cara yang mudah dan murah ketika pengukuran di laboratorium tidak mungkin dilakukan karena membutuhkan waktu yang lama dan biaya yang besar.
2. 2 Kegunaan dan Manfaat Model QUAL2KW
Permodelan air sungai menggunakan QUAL2Kw memiliki berbagai kegunaan yang penting dalam pengelolaan sumber daya air dan lingkungan. Berikut adalah beberapa kegunaan utama dari permodelan ini:
● Penilaian Kualitas Air: QUAL2Kw dapat digunakan untuk mengevaluasi kondisi kualitas air di sungai. Model ini dapat memprediksi konsentrasi parameter-parameter kualitas air seperti suhu, oksigen terlarut, nutrien (seperti nitrogen dan fosfor), serta kontaminan lainnya.
● Pengelolaan Polusi: Dengan menggunakan QUAL2Kw, manajer lingkungan dapat mengidentifikasi sumber-sumber polusi dan dampaknya terhadap ekosistem sungai. Ini membantu dalam merancang strategi pengendalian polusi, seperti pengolahan air limbah dan pengelolaan penggunaan lahan di daerah aliran sungai.
● Simulasi Scenarios: Model ini memungkinkan simulasi berbagai skenario manajemen, seperti perubahan penggunaan lahan, pembangunan industri baru, atau implementasi teknologi pengolahan air limbah. Dengan demikian, keputusan dapat dibuat berdasarkan prediksi ilmiah mengenai bagaimana perubahan tersebut akan mempengaruhi kualitas air sungai.
● Penilaian Dampak Lingkungan: QUAL2Kw membantu dalam penilaian dampak lingkungan (AMDAL) untuk proyek-proyek pembangunan yang dapat mempengaruhi sungai. Model ini memberikan prediksi tentang dampak potensial dan membantu dalam merancang tindakan mitigasi yang tepat.
● Pengembangan Kebijakan: Hasil dari model QUAL2Kw dapat digunakan oleh pembuat kebijakan untuk mengembangkan regulasi dan kebijakan terkait pengelolaan kualitas air. Data yang dihasilkan membantu dalam menetapkan standar kualitas air dan membentuk kebijakan pengelolaan air yang berkelanjutan.
● Penelitian dan Pendidikan: Model ini juga berguna dalam konteks akademik untuk penelitian terkait kualitas air dan ekosistem perairan. Selain itu, dapat digunakan sebagai alat edukasi bagi siswa dan peneliti dalam memahami dinamika kualitas air sungai.
● Perencanaan dan Pengembangan Infrastruktur: Dalam perencanaan pembangunan infrastruktur seperti bendungan, saluran irigasi, dan jembatan, model ini dapat digunakan untuk memastikan bahwa proyek-proyek tersebut tidak menurunkan kualitas air sungai secara signifikan.
● Dengan kata lain, QUAL2Kw adalah alat yang sangat berguna untuk berbagai pemangku kepentingan dalam pengelolaan dan perlindungan kualitas air sungai, mulai dari ilmuwan, insinyur lingkungan, manajer sumber daya air, hingga pembuat kebijakan.
2. 3 Efektivitas Model QUAL2KW
2. 3.1 Akurasi Prediksi
Akurasi prediksi adalah aspek kritis dalam menilai efektivitas model kualitas air. QUAL2KW dikenal mampu memberikan prediksi yang akurat mengenai berbagai parameter kualitas air melalui fitur-fitur berikut:
1. Penggunaan Data Observasi
● Integrasi Data Lapangan: QUAL2KW dapat diintegrasikan dengan data lapangan yang akurat dan detail, yang membantu dalam meningkatkan keandalan prediksi model .
● Kalibrasi Berbasis Data: Proses kalibrasi memungkinkan penyesuaian parameter model berdasarkan data observasi untuk meningkatkan akurasi prediksi.
2. Pemodelan Dinamika Kompleks
● Reaksi Kimia dan Biologi: Dengan memodelkan reaksi kimia dan proses biologis yang kompleks seperti nitrifikasi, dekomposisi bahan organik, dan pertumbuhan alga, QUAL2KW dapat menghasilkan prediksi yang sesuai dengan kondisi nyata di sungai .
● Proses Fisika: Pemodelan transportasi adveksi-dispersi serta pertukaran panas yang detail membantu dalam mensimulasikan kondisi dinamis kualitas air secara akurat.
2.3.2 Kemudahan Penggunaan
QUAL2KW dirancang untuk menjadi alat yang user-friendly bagi para peneliti dan pengelola sumber daya air:
1. Antarmuka Pengguna
● Graphical User Interface (GUI): QUAL2KW dilengkapi dengan GUI yang intuitif,
memudahkan pengguna dalam menginput data, menjalankan simulasi, dan menganalisis hasil.
● Visualisasi Hasil: Model menyediakan berbagai alat visualisasi seperti grafik dan peta yang membantu pengguna dalam memahami hasil simulasi dengan mudah .
2. Dokumentasi dan Dukungan
● Manual Pengguna: Dokumentasi yang komprehensif dan manual pengguna membantu dalam memahami dan mengoperasikan model .
● Komunitas Pengguna: Dukungan dari komunitas pengguna dan forum diskusi menyediakan platform untuk berbagi pengalaman dan solusi atas masalah yang dihadapi.
2.3.3 Kemampuan dalam Menangani Berbagai Kondisi Lingkungan
QUAL2KW efektif dalam menangani berbagai kondisi lingkungan yang berbeda, yang mencakup:
1. Fleksibilitas Model
● Berbagai Jenis Sungai: QUAL2KW dapat diterapkan pada sungai dengan karakteristik yang berbeda, termasuk sungai dengan aliran rendah, sungai besar, dan sungai yang terkena dampak polusi berat .
● Berbagai Sumber Pencemaran: Model ini mampu menangani input dari berbagai sumber pencemaran seperti limbah domestik, industri, dan pertanian.
2. Simulasi Skenario
● Skenario Perubahan Lingkungan: QUAL2KW dapat digunakan untuk mensimulasikan berbagai skenario perubahan lingkungan seperti perubahan penggunaan lahan, urbanisasi, dan perubahan iklim.
● Evaluasi Kebijakan: Model ini memungkinkan evaluasi efektifitas kebijakan pengelolaan air dan strategi mitigasi polusi.
Penggunaan model QUAL2KW telah direkomendasikan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 110 Tahun 2003 Tentang Pedoman Penetapan Daya Tampung Beban Pencemaran Air pada Sumber Air. Penggunaan model Qual2Kw juga telah direkomendasikan dalam Peraturan Menteri Lingkungan Hidup nomor 1 Tahun 2010 tentang Tata Laksana Pengendalian Pencemaran Air.
2.4 Contoh Hasil Permodelan Kualitas Air Sungai QUAL2KW
Gambar 1. Grafik Data Dissolved Oxygen Gambar 2. Grafik Data Ammonia
2.4.1 Kalibrasi Model
Kalibrasi merupakan upaya untuk menyamakan data hasil buatan dengan data asli di lapangan.
Kalibrasi data dilakukan dengan memasukkan data–data sungai. Tukad Badung ke dalam program QUAL2Kw pada worksheet headwater, reach, dan data. Data kemudian dijalankan atau di-running dengan menjalankan “Run VBA” dan dilakukan trial and error pada worksheet rate untuk kalibrasi
pada model pagar model mendekati data. Dan pada nilai fitness didapatkan nilai sebesar 0,6514 sehingga dapat dilakukan perhitungan selanjutnya.
2.4.2 Validasi Model
Validasi diperlukan agar data yang kita bangkitkan dapat dibandingkan dengan data asli pada lapangan. Setelah dianalisa, validasi data pada masing-masing parameter yakni parameter Temperatur, DO (TSS (Padatan Terlarut), maksimal validasi data yakni memiliki kesalahan relatif dibawah 10%.
Sedangkan kesalahan relatif rerata model data yakni hanya 0,831 saja yang artinya dapat dilakukan perhitungan selanjutnya.Pada validasi yang sudah selesai, data bangkitan dianggap valid dan mewakili data-data historis beberapa tahun kebelakang. Metode chi square juga dapat menentukan nilai error dari suatu model
menggunakan persamaan sebagai berikut :
Keterangan :
x2= nilai uji statistik n = jumlah sampel r = sampel ke-n
syarat model diterima, apabila hasil perhitungan < x 2 tab
Relative Precentage Difference (RPD). RPD merupakan persamaan yang digunakan untuk mengevaluasi kalibrasi dan validasi pada model Qual2Kw pada data parameter air Sungai.
Keterangan :
Csim = konsentrasi simulasi (mg/L) Cobs = konsentrasi observasi (mg/L)
Apabila Nilai RPD < 25% maka model tersebut dapat diterima dan dilanjutkan ke simulasi.
BAB III PENUTUP 3.1. Kesimpulan
a. Software Qual2kw adalah model yang menggunakan program Microsoft Excel dengan bahasa pemograman Visual basic Application (VBA). Qual2kw merupakan pemodelan kualitas air dengan menggunakan pendekatan aliran tunak atau steady (aliran yang sifat-sifat dari partikel pada sungai tidak berubah terhadap waktu atau dapat dikatakan konstan). Software Qual2kw juga merupakan aliran satu dimensi (aliran yang arus partikel bergeraknya diwakili oleh garis lurus) (Pelletier, 2008). Pemodelan kualitas air sungai menggunakan Qual2kw bermaksud untuk menyederhanakan kondisi lapangan sehingga memungkinkan untuk dilakukannya pengukuran dengan cara yang mudah dan murah ketika pengukuran di laboratorium tidak mungkin dilakukan karena membutuhkan waktu yang lama dan biaya yang besar.
b. Permodelan air sungai menggunakan QUAL2Kw memiliki berbagai kegunaan penting yang mendukung pengelolaan dan perlindungan kualitas air sungai. Model ini memungkinkan penilaian kualitas air, pengelolaan polusi, simulasi skenario manajemen, penilaian dampak lingkungan, pengembangan kebijakan, penelitian akademik, serta perencanaan dan pengembangan infrastruktur. Dengan fungsinya yang komprehensif, QUAL2Kw menjadi alat yang sangat berharga bagi ilmuwan, insinyur lingkungan, manajer sumber daya air, dan pembuat kebijakan dalam menjaga keberlanjutan ekosistem perairan dan kualitas air sungai.
c. QUAL2Kw mampu memberikan prediksi akurat mengenai parameter kualitas air melalui integrasi data lapangan yang akurat dan proses kalibrasi berbasis data, serta memodelkan reaksi kimia, proses biologis, dan fisika yang kompleks. Selain itu, QUAL2Kw dirancang dengan antarmuka pengguna yang intuitif dan alat visualisasi yang membantu pengguna memahami hasil simulasi dengan mudah. Dukungan berupa dokumentasi komprehensif dan komunitas pengguna juga memudahkan operasional dan pemecahan masalah.
d. Dari grafik metode QUAL2KW, kesimpulan yang dapat diambil adalah bahwa model QUAL2KW digunakan untuk membuat perubahan kualitas udara dalam sungai jika terjadi penambahan atau pengurangan beban polusi. Grafik-grafik yang dihasilkan dari simulasi menggunakan model ini memberikan gambaran tentang bagaimana kualitas air sungai, seperti konsentrasi BOD (Biochemical Oxygen Demand) dan COD (Chemical Oxygen Demand), berubah sepanjang sungai dari hulu ke hilir. Dengan menggunakan data awal mengenai debit sungai, kualitas air limbah industri dan domestik, serta parameter lainnya, QUAL2KW dapat membantu dalam memprediksi dampak dari berbagai aktivitas terhadap kualitas air sungai.
DAFTAR PUSTAKA
B. Oliveira & J. Bola & P. Quinteiro & H. Nadais &L. Arroja. 2011. Application of Qual2Kw model as a tool for water quality management: Cértima River as a case study
Chapra, S. C., Pelletier, G. J., & Tao, H. (2008). QUAL2K: A Modeling Framework for Simulating River and Stream Water Quality (Version 2.11). Documentation and Users Manual. Civil and Environmental Engineering Dept., Tufts University, Medford, MA.
Dinas Lingkungan Hidup.(2022). Air Sungai dan Permasalahannya.
Pambudi, M.H. et al. (2022). Identifikasi Kualitas Air Sungai Kalimas Menggunakan Pemodelan QUAL2kw.
Pelletier, G. J. “Pelletier_Et_Al_2006.Pdf.
Rahmi, R. (2022). Pemodelan Kualitas Air Sungai Berdasarkan Parameter DO dan BOD Menggunakan Software
QUAL2KW (Studi Kasus: Sungai Winongo, Provinsi DIY)
