BAB.1 PENDAHULUAN Latar Belakang

Transkripsi

1 1.1. Latar Belakang BAB.1 PENDAHULUAN Air merupakan sumberdaya alam yang dibutuhkan manusia dan mahkluk hidup lainnya untuk bertahan hidup. Air merupakan bagian penting dalam ekosistem yang memiliki karakteristik unik karena termasuk sumberdaya yang bersifat dinamis. Air pada suatu daerah dapat berubah kualitas dan kuantitasnya. (Kodoatie dan Sjarief, 2008). Air permukaan adalah air yang mudah mengalami pencemaran sehingga kualitas air permukaan mudah menurun dan tidak lagi dapat dimanfaatkan oleh manusia secara optimal. Pengelolaan sumberdaya air khususnya pada air permukaan sangat diperlukan sebagai upaya meminimalisasi penurunan kualitas air permukaan. Oleh karena itu, pemahaman mengenai kemampuan self purification dan penilaian mengenai daya tampung beban pencemar penting dilakukan sebagai bentuk pengelolaan terhadap penurunan kualitas air permukaan. Daya tampung beban pencemar (DT) adalah kemampuan suatu sumber air dalam menerima beban pencemaran dari berbagai sumber tanpa mengakibatkan air tersebut menjadi tercemar (Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 1 Tahun 2010). Pengelolaan sumberdaya air permukaan umumnya menggunakan unit satuan Daerah Aliran Sungai (DAS). Daerah Aliran Sungai merupakan wilayah daratan yang dibatasi oleh igir yang dapat menangkap dan menampung air hujan kemudian mengalirakannya ke laut melalui sungai utama. DAS adalah suatu sistem ekologis multi aspek yang didalamnya terdapat aktivitas menusia seperti pertanian, permukiman serta industri yang berpotensi mencemari lingkungan, khususnya pada badan sungai. Perubahan kondisi kualitas air pada suatu DAS disebabkan karena peningkatan aktivitas manusia didalamnya sehingga menjadikan kondisi kualitas air menurun dan tidak dapat dimanfaatkan secara optimal (Asdak, 2010). Daerah yang dijadikan objek dari penelitian ini adalah Sungai Bedog. Pemilihan Sungai Bedog sebagai daerah penelitian disebabkan karena Sungai Bedog merupakan salah satu sungai yang melalui area padat permukiman, industri, dan aktivitas pertanian. Sungai yang termasuk ordo 2 dan bermuara di 1

2 Sungai Progo ini merupakan salah satu sungai yang dipantau kualitas airnya oleh Kantor Lingkungan Hidup secara berlaka. Berdasarkan Peraturan Gubernur Daerah Istimewa Yogyakarta Nomor 20 Tahun 2008 tentang Baku Mutu Air di Provinsi DIY, Sungai Bedog merupakan sungai dengan mutu air kelas II yang airnya dapat dimanfaatkan sebagai sarana/prasarana rekreasi air, budidaya ikan tawar, peternakan, pengairan pertanian, dan atau pemanfaatan lain yang menpersyaratkan mutu air yang sama. Penetapan mutu air kelas II dan pemantauan secara berkala pada Sungai Bedog mengartikan bahwa Sungai Bedog memiliki peranan penting terhadap lingkungan hidup sekitarnya. DAS Bedog merupakan DAS yang berkembang pesat karena peningkatan akitivtas manusia. Peningkatan akitivtas manusia tersebut menjadikan intensitas beban pencemaran di Sungai Bedog ikut meningkat sehingga penilaian daya tampung beban pencemar (DT) perlu dilakukan sebagai upaya penanggulangan pencemaran lingkungan. Sungai Bedog yang dijadikan daerah penelitian adalah bagian dari DAS Bedog yang melewati tiga desa yaitu Desa Tirtonirmolo, Desa Tamantirto dan Desa Ngestiharjo. Ketiga desa tersebut terus berkembang dan berpotensi menimbulkan pencemaran khususnya pada Sungai Bedog yang melintasinya. Penelitian ini akan menilai DT di Sungai Bedog yang merupakan daerah akumulasi sumber beban pencemar dari kegiatan manusia. Pendekatan penggunaan lahan sebagai faktor emisi pencemaran digunakan untuk mengetahui potensi beban pencemar Sungai Bedog. Pendekatan penggunaan lahan sebagai faktor emisi pencemaran yang digunakan dalam penelitian ini adalah permukiman, pertanian dan peternakan dari semua dusun dari ketiga desa yang masuk daerah penelitan dengan perhitungan rerata timbang. Hal tersebut menjadikan daerah penelitian ini tidak terlalu luas karena mempertimbangkan selokan atau drainase dari permukiman, sawah, atau peternakan yang limbahnya dialirkan ke sungai melalui selokan atau drainase. Perhitungan nilai DT pada suatu sungai memiliki keterkaitan antar faktor yang sangat kompleks sehingga perhitungannya belum dapat dilakukan secara langsung. Penyederhanaan dari kompleksitas perhitungan nilai DT di Sungai Bedog dapat dilakukan menggunakan Qual2Kw. Qual2Kw merupakan metode 2

3 pemodelan numerik yang dapat menggambarkan kondisi kualitas air sungai (Abdi, 2011). Pemodelan dari perangkat lunak Qual2Kw Versi 5.1 adalah metode pemodelan kualitas air sungai yang dikembangkan oleh USEPA (United States Environmental Protection Agency) dan telah digunakan oleh instansi atau dinas terkait di Indonesia untuk menetapakan nilai DT (Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 01 Tahun 2010). Metode Qual2Kw merupakan perangkat lunak pemodelan modern yang dapat menyimulasikan dan menyederhanakan kondisi kualitas air pada suatu sungai yang disajikan dalam bentuk grafik. Aspek pendukung lain dalam pemilihan pemodelan dengan metode Qual2Kw disebabkan karena Qual2Kw adalah metode pemodelan DT terbaru yang mencakup beberapa fitur yang memungkinkan untuk digunakan dalam menentukan nilai DT suatu sungai secara komprehensif (Pelletier, dkk., 2006). Aspek yang harus dipertimbangkan dalam penentuan nilai DT salah satunya adalah penggunaan parameter kunci. Penggunaan parameter kunci diharapkan mampu mengurangi biaya pemantauan dan analisis data serta mempermudah dalam proses pengerjaan penelitian. (Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 01 Tahun 2010). Parameter kunci yang digunakan dalam penelitian ini didasarkan pada studi kepustakaan dan identifikasi jenis pencemar yang ada di sekitar Sungai Bedog yang didekati dari penggunaan lahan sekitarnya sebagai faktor emisi pencemaran. Potensi pencemaran di Sungai Bedog berasal darilimbah rumah tangga, limbah pertanian, dan limbah peternakan sehingga parameter kunci yang digunakan adalah BOD dan COD sebagai indikator yang dapat mewakili jenis pencemaran yang berasal dari kegiatan penggunaan lahan sekitar Sungai Bedog (Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 01 Tahun 2010) Perumusan Masalah Daya tampung beban pencemar (DT) pada setiap sumber air memiliki nilai yang berbeda sesuai kondisi sumber air, keberadaan sumber pencemar, dan volume limbah pencemar. Sungai Bedog, Kecamatan Kasihan, Bantul adalah salah satu bagian DAS Bedog mengalami perkembangan yang pesat akibat aktivitas manusia. Peningkatan aktivitas manusia seperti pembangunan 3

4 permukiman, pertanian, dan peternakan di DAS Bedog menghasilkan limbah pencemar. Limbah dari aktivitas manusia menyebabkan meningkatnya nilai beban pencemar pada Sungai Bedog. Peningkatan nilai beban pencemar tersebut berpotensi melebihi nilai DT Sungai Bedog sehingga apabila tidak dikendalikan, air akan tercemar dan tidak dapat dimanfaatkan fungsinya secara optimal (Sudarmadji, 1992). Berdasarkan permasalahan penelitian yang telah disusun, dapat dirumuskan pertanyaan penelitian sebagai berikut: 1. Berapa nilai beban pencemar (BP) parameter BOD dan COD di Sungai Bedog daerah penelitian? 2. Berapa nilai daya tampung beban pencemar (DT) parameter BOD dan COD di Sungai Bedog daerah penelitian? 3. Berapa nilai beban pencemar (BP) yang harus dikurangi agar sesuai dengan daya tampung beban pencemaran (DT) Sungai Bedog daerah penelitian? Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah penelitian yang telah dituliskan, maka penelitian untuk skripsi yang akan dilakukan berjudul: PEMODELAN KUALITAS AIR UNTUK PENILAIAN DAYA TAMPUNG BEBAN PENCEMARAN MENGGUNAKAN SOFTWARE QUAL2KW DI SUNGAI BEDOG Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah: 1. Mengetahui nilai beban pencemar (BP) parameter BOD dan COD per penggal di Sungai Bedog daerah penelitian. 2. Mengetahui nilai daya tampung beban pencemar (DT) parameter BOD dan COD per penggal di Sungai Bedog daerah penelitian. 3. Mengetahui nilai beban pencemar (BP) yang harus dikurangi agar sesuai dengan daya tampung beban pencemaran (DT) untuk parameter BOD dan COD di Sungai Bedog daerah penelitian. 4

5 1.4. Manfaat Penelitian Manfaat yang didapatkan dari penelitian ini adalah: 1. Memberikan informasi mengenai nilai potensi beban pencemar (BP) dan daya tampung beban pencemar (DT) Sungai Bedog daerah penelitian. 2. Memberikan informasi mengenai berapa nilai beban pencemar (BP) yang sebaiknya dikurangi agar sesuai dengan nilai DT Sungai Bedog daerah penelitian. 3. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat dijadikan pertimbangan dalam pemberian izin kegiatan atau pembangunan yang menghasilkan limbah dan berpotensi mencemari Sungai Bedog daerah penelitian Telaah Pustaka dan Penelitian Sebelumnya Pencemaran Air Fardiaz (1992) menyatakan bahwa pencemaran air adalah kondisi air yang mengalami polusi sehingga terjadi penyimpangan sifat-sifat air dari keadaan normal. Air tercemar biasanya mengandung bahan-bahan asing dalam jumlah yang melebihi batas tertentu. Air yang tercemar tersebut akhirnya tidak dapat digunakan untuk keperluan makhluk hidup secara optimal. Sifat-sifat air yang biasanya diuji untuk menentukan tingkat pencemaran air adalah: 1. Nilai ph, Keasaman, dan Alkalinitas 2. Suhu 3. Warna, Bau, dan Rasa 4. Jumlah Padatan 5. Nilai BOD 6. Nilai COD 7. Pencemaran Mikroorganisme 8. Kandungan Minyak 9. Kandungan Logam Berat dan 10. Kandungan Bahan Radio Aktif Identifikasi dari sifat-sifat air tersebut memiliki kesensitifan yang berbeda-beda pada setiap jenis pencemaran sehingga penggunaannya didasarkan pada jenis 5

6 sumber pencemar yang pada penelitian ini yang didekati dengan penggunaan lahan sebagai potensi pencemaran Pengelolaan Sumberdaya Air Pengelolaan sumberdaya air terpadu pada umumnya menggunakan DAS sebagai unit satuan analisisnya. Oleh karena itu, pemahaman mengenai fungsi ekosistem DAS sangat penting sebagai upaya awal pengelolaan sumberdaya air pada suatu daerah. Ekosistem DAS umumnya terbagi menjadi tiga bagian yaitu hulu, tengah, dan hilir seperti yang tergambar pada Gambar 1.1. Gambar 1.1. Hubungan Biofisik Antara Daerah Hulu-Tengah-Hilir suatu DAS (Sumber: Asdak, 2010) Seluruh bagian dari DAS memiliki keterkaitan dalam aspek biofisik melalui daur hidrologi. Sebagai sebuah sistem yang saling berkaitan, maka pengelolaan DAS sebagai upaya pengelolaan sumberdaya air harus terpadu dan berkelanjutan (Asdak, 2010). Bentuk pengelolaan sumberdaya air salah satunya adalah kontrol terhadap kondisi kualitas air pada suatu badan sungai. Kualitas Air juga merupakan bagian yang penting dalam pengembangan isu sumberdaya air. Kualitas air yang dimaksud adalah kondisi fisik, kimia, dan biologi air yang berpengaruh terhadap kebutuhan hidup manusia dan makhluk hidup lainnya (Asdak, 2010). Pengelolaan kualitas air sungai sangat penting mengingat makin buruknya kondisi sungai dari waktu ke waktu. Penurunan kualitas air sungai 6

7 tersebut disebabkan karena sungai dimanfaatkan sebagai tempat pembuangan akhir limbah dari hasil kegiatan manusia, sehingga pencemaran makin intensif dan merusak ekosistem (Widyastuti dan Marfai, 2004). Oleh karena itu, perhitungan mengenai DT sangat diperlukan sebagai upaya pengelolaan sumberdaya air khususnya dalam aspek kualitas air pada suatu badan sungai Daya Tampung Beban Pencemar (DT) Daya Tampung Beban Pencemar adalah nilai yang menggambarkan kemampuan dari sumber air untuk menerima suatu beban pencemaran dari berbagai sumber pencemar tanpa menjadikan sumber air tersebut ikut tercemar. Hasil dari nilai DT yang telah didapatkan akan digunakan sebagai alat pertimbangan penentuan keputusan dan kebijakan daerah seperti: (1) penetapan rencana tata ruang, (2) pemberian izin usaha atau kegiatan, (3) pemberian izin pembuangan limbah, dan (4) penetapan mutu air serta arah kebijakan pengendalian pencemaran air (Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 1 Tahun 2010). Perhitungan DT dilakukan per segmen sungai sehingga dapat ditentukan beban pencemaran maksimal yang diperbolehkan untuk dibuang ke badan sungai (Agustiningsih, dkk., 2012) Baku Mutu Pengertian baku mutu air berdasarkan Peraturan Pemerintah Republik Indonesia nomor 82 tahun 2001 adalah ambang batas dari kadar suatu komponenkomponen kimia, makhluk hidup, zat atau energi yang masih diperbolehkan terdapat pada suatu sumber air. Penggunaan baku mutu air disesuaikan dengan peruntukan dari suatu sumber air dan keberadaan sumber air. Sungai Bedog merupakan sungai yang berada di Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta sehingga regulasi mengenai baku mutu yang digunakan mengacu pada Peraturan Gubernur Daerah Istimewa Yogyakarta Nomor 20 Tahun 2008 yang diklasifikasikan menjadi empat kelas yaitu: 1. Kelas I: air yang peruntukannya dapat digunakan sebagai air minum, dan peruntukan lain yang mensyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. 7

8 2. Kelas II: air yang peruntukannya dapat digunakan untuk sarana/prasarana rekreasi air, budidaya ikan air tawar, pertanian, peternakan atau peruntukan lain yang mesyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. 3. Kelas III: air yang peruntukannya dapat digunakan untuk budidaya ikan air tawar, peternakan, mengairi pertanaman, atau peruntukan lain yang mensyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. 4. Kelas IV: air yang peruntukannya dapat digunakan untuk mengairi pertanaman dan peruntukan lain yang mensyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. Sungai Bedog yang merupakan sungai yang berada di satu provinsi sehingga pengelolaan kualitas air Sungai Bedog dilakukan oleh pemerintah provinsi, hal tersebut sesuai dengan pasal 5 Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 yang menyatakan bahwa pemerintah provinsi melakukan pengelolaan kualitas air lintas kabupaten/kota. Penggunaan kelas baku mutu pada penelitian ini adalah baku mutu kelas II. Pemilihan baku mutu kelas II pada Sungai Bedog didasarkan pada Peraturan Gubernur DIY nomor 22 tahun 2007 tentang penetapan kelas air sungai di Provinsi DIY yang menyatakan bahwa peruntukan kelas air Sungai Bedog pada pengggal penelitian masuk dalam baku mutu kelas air II Pemodelan Metode Qual2Kw Berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 110 Tahun 2003, Perhitungan DT suatu sumber air dapat dilakukan dengan berbagai metode seperti: (1) Metode Neraca Massa, (2) Metode Streeter-Phelps, dan (3) Metode Numerik Terkomputerisasi (Qual2Kw). (1) Metode Neraca Massa Metode Neraca Massa merupakan model matematis yang digunakan untuk menentukan rata-rata konsentrasi aliran bagian hilir atau aliran akhir yang berasal dari sumber pencemar titik dan sumber pencemar non titik. Hasil perhitungan dari metode neraca massa ini juga dapat digunakan untuk menentukan persentase beban polutan yang terdapat dalam suatu sumber air. Metode Neraca Massa ini hanya dapat digunakan pada komponen-komponen yang tidak mengalami perubahan atau bersifat konservatif seperti garam-garaman. 8

9 Berikut adalah rumus perhitungan Metode Neraca Massa untuk menentukan kualitas air dibagian hilir: Keterangan: = = CR = Konsentrasi rata-rata konstituen untuk aliran gabungan Ci = Konsentrasi konstituen pada aliran ke-i Qi = Laju aliran ke i M i = Massa kunstituen pada aliran ke-i Sumber: Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 110 Tahun 2003 (2) Metode Streeter-Phelps/Kurva Penurunan Oksigen Metode Streeter-Phelps merupakan pemodelan kualitas air yang hanya terbatas pada dua fenomena yaitu pada proses deoksigenasi atau penurunan kadar oksigen terlarut akibat bakteri dan reaerasi atau peningkatan kadar oksigen terlarut yang disebabkan karena terjadinya turbulensi pada aliran sungai. Pemodelan kualitas air sungai yang diperkenalkan oleh Streeter dan Phelps pada tahun 1925 ini pada dasarnya menggunakan persamaan kurva penurunan oksigen yang ditunjukan pada Gambar 1.2. Metode ini menekankan pada pengelolaan kualitas air sungai berdasarkan defisit atau tidaknya oksigen terlarut dalam tubuh air. Gambar 1.2. Kurva Penurunan Oksigen (Oxygen Sag Curve) Berdasarkan Persamaan Streeter- Phelps (Sumber: Maamar M, dkk., 2014) Berdasarkan kuvrva penurunan oksigen atau oxygen sag curve, dapat dilihat bahwa terdapat penurunan dan kenaikan konsentrasi oksigen terlarut terjadi 9

10 seiring dengan bejalannya waktu atau pada jarak tertentu. Semakin panjang jarak dan waktu yang dilalui, konsentrasi oksigen terlarut akan meningkat. Hal tersebut disebabkan karena adanya proses swapurifikasi selama waktu atau jarak yang dilalui oleh air. Proses swapurfikasi sendiri terjadi karena adanya masukan air yang lebih berkualitas baik sehingga terjadi pengenceran atau karena kondisi morfometri sungai yang mendukung atau mempercepat proses swapurifikasi pada air sungai. Melalui kurva penurunan oksigen ini pula dapat ditentukan apakah beban pencemar menjadikan nilai defiait pada DO kritis melebihi batas defisit yang telah ditetapkan atau tidak dan tahapan berikutnya adalah dapat ditentukannya beban parameter lain misalnya BOD maksimum yang diizinkan agar defisit DO kritis tidak terlampaui. (3) Metode Numerik Terkomputerisasi (Qual2Kw) Metode Neraca Massa dan Metode Streeter-Phelps hanya dapat menggambarkan nilai DT per titik pengukuran saja (Abdi, 2011). Pengelolaan dan kontrol kualitas air baiknya dilakukan secara menyeluruh. Oleh karena itu, Metode Numerik Terkomputerisasi lebih dipilih dibandingkan kedua metode sebelumnya karena dapat menentukan nilai DT sepanjang sungai. Metode numerik terkomputerisasi juga merupakan metode simulasi menggunakan program komputer yang pada dasarnya pemodelan yang dihasilkan merupakan penerapan dan modifikasi dari teori metode sebelumnya yaitu Metode Neraca Massa dan Metode Streeter-Phelps (Fatmawati, dkk.,2012). Qual2Kw adalah kerangka pemodelan kualitas air sungai modern. Pengguna dari pemodelan ini bebas memilih parameter kualitas air sesuai dengan kebutuhan analisis dalam penelitian (Pelletier, dkk.,2006). Pemodelan metode Qual2Kw digunakan sebagai alat manajemen dan pengelolaan kualitas air sungai karena model kualitas air sungai yang dihasilkan akan menggambarkan respon badan air terhadap polusi sehingga dapat dijadikan acuan untuk kebijakan dan peraturan serta perizinan beban polutan yang dapat dibuang ke dalam badan sungai (Oliveira, dkk., 2012). Metode Qual2Kw ini merupakan pembaharuan dari metode sebelumnya yaitu Qual2E dan Qual2K. Metode Qual2E adalah metode pemodelan yang dikembangkan oleh Brown dan Barnwell (1987) yang dapat menyederhanaan 10

11 kondisi kualitas air pada sepanjang sungai yang diteliti dan khusus pada parameter kualitas air DO dan BOD (Fatmawati, dkk., 2012). Model Qual2E kemudian dikembangkan oleh Park dan Lee (2002) menjadi Model Qual2K yang mana terdapat perangkat tambahan meliputi perluasan struktur komputasi dan penambahan parameter kualitas air representatif dalam pemodelan menggunakan Qual2K seperti BOD, DO, dan denitrifikasi serta peningkatan dalam jumlah pertemuan badan air, jumlah penggal sungai, dan jumlah elemen pengukuran. Model Qual2K selanjutnya dikembangkan menjadi Model Qual2Kw yang mempu menyimulasikan berbagai macam parameter kualitas air seperti daya hantar listrik (DHL), temperatur, okesigen terlarut, CBODslow, CBODfast, Fosfat, Nitrogen, Fitoplankton, Detritus, Patogen, Alkalinitas, ph, dan lain-lain (Pelletier, dkk., 2006). Bersasarkan Pelletier dan Chapra (2008), pemodelan kualitas air dengan Qual2Kw mempertimbangkan aspek-aspek berikut. 1. One Dimensional atau satu dimensi dimana air dianggap tercampur secara vertikal ataupun lateral. 2. Dynamic Head Budget dimana temperatur dan neraca panas disimulasikan sebagai fungsi meteorologi pada skala waktu. 3. Dynamic Water-Quality Kinetics dimana seluruh variabel kualitas air yang inginkan dapat disimulasikan pada satu skala waktu. 4. Head Mass Input yang berarti sumber pencemar titik (SPT) dan sumber pencemar non titik (SPNT) dapat disimulasikan. Pemodelan Qual2Kw merupakan model yang dapat membagi sistem sungai menjadi penggal-penggal. Pemodelan Qual2Kw diimplementasikan pada lingkungan Microsoft Windows dengan berbagai perhitungan numerik didalamnya yang diprogramkan pada Fortran. Microsoft Excel digunakan sebagai input dan output atau graphical user interface saja dan semua operasi interface pemodelan diprogramkan dalam Microsoft Office Macro Language: VBA. Parameter hidrologis dan morfometri sungai juga dipertimbangakan dalam pemodelan ini. Menurut Sutari (2015) morfometri terbukti mempengaruhi proses self purification. Parameter hidrologis dan morfometri yang digunakan 11

12 dalam pemodelan yang dianggap mempengaruhi proses self purification adalah lebar sungai, jarak antar titik, dan kemiringan sungai. Sutari (2015) membuktikan bahwa semakin lebar sungai dan semakin jauh jarak antar titik terbukti meningkatkan self purification karena proses pertukaran oksigen (difusi) dari udara ke air lebih intensif terjadi, selain itu kedua parameter ini juga memungkinkan terjadinya pengendapan bahan organik di dasar sungai sehingga dapat mengurangi pencemaran di badan air. Kemiringan sungai meningkatkan kekuatan aliran sehingga kecepatan aliran makin tinggi dan bila didukung oleh kondisi luas penampang maka menghasilkan debit yang tinggi pula sehingga menjadikan kualitas air membaik. Kondisi sinousitas yang tinggi dan adanya aliran turbulen karena material dasar sungai menjadikan proses self purification berlangsung lebih intensif karena memungkinkan terjadinya perpindahan oksigen dari udara ke air. Pemodelan Qual2Kw memperhitungkan kesetimbangan alian dengan pola aliran steady state satu dimensi. Kesetimbangan aliran pada kondisi steady state untuk tiap penggal diilustrasikan pada Gambar 1.3 dan dapat dinyatakan dalam persamaan berikut. = +,, Keterangan: Qi = debit aliran penggal i yang masuk ke penggal hilir i+1 (m 3 /detik) Qi-1 = debit aliran dari penggal hulu i-1 (m 3 /detik) Qin,i = total debit aliran yang masuk ke penggal i dari sumber pencemar titik dan non titik (m 3 /detik) Qab,i = total debit yang keluar dari penggal i yang disebabkan oleh sumber pencemar titik dan non titik (m 3 /detik) Gambar 1.3. Kesetimbangan Aliran Pada Suatu Penggal Sungai (Sumber: Pelletier dan Chapra, 2008) 12

13 Pemodelan kualitas air dengan Qual2Kw juga mempertimbangan kondisi klimatologis sehingga pemodelan ini memperhitungkan kesetimbangan panas untuk setiap penggal sungai. Kesetimbangan panas yang diperhitungkan dipengaruhi oleh fluks panas permukaan dan transfer panas antara sedimen dan air. Kesetimbangan panas untuk tiap penggal diilustrasikan pada Gambar 1.4 dan ilustrasi pertukaran panas di permukaan air dapat dilihat pada Gambar 1.5. Kesetimbangan panas dapat dinyatakan dalam persamaan berikut. t =, + ( ) + ( ) +, 10 +, 100 ) +, 100 ) Ketertangan: T i = temperatur dalam penggal sungai i ( 0 C) t = waktu (hari) E i = koefisien bulk dispersion antara penggal sungai i dan i+1 (m 3 /hari) Q h,i = masukan panas dari sumber pencemar titik/non titik yang masuk ke penggal sungai i (kal/hari) Pw = densitas air (g/cm 3 ) C pw = kalor jenis air (kal/g 0 C)) J h,i = fluks panas udara-air (kal/cm 2 hari)) = fluks panas sedimen-air (kal/cm 2 hari)) Js,i Gambar 1.4. Kesetimbangan Panas Untuk Tiap Penggal (Sumber: Pelletier dan Chapra, 2008) 13

14 Gambar 1.5. Pertukaran Panas di Permukaan Air (Sumber: Pelletier dan Chapra, 2008) Qual2Kw menghitung jumlah radiasi matahari yang masuk ke dalam tubuh air yang disesuaikan dengan garis lintang dan bujur lokasi penelitian. Jumlah radiasi matahari yang dihitung oleh model adalah radiasi bagian atas atmosfer bumi yang tereduksi oleh bayangan, awan, refleksi, dan hambatan atmosfer yang dirumuskan sebegai berikut I (0) = I o a t a c (1-R s ) (1-S f ) Keterangan: I (0) = radiasi matahari di permukaan air (kal/cm 2 /hari) Io = radiasi bagian atas permukaan bumi (kal/cm 2 /hari) at = hambatan/pelemahan oleh atmosfer a c = hambatan/pelemahan oleh awan Rs = albedo (fraksi sinar yang dipantulkan) Sf = naungan (fraksi sinar yang terhalang oleh tanaman, topografi, dan bangunan) Parameter klimatologis dipertimbangkan dalam Qual2Kw karena akan mempengaruhi kondisi kualitas air yang akan dimodelkan. Contoh parameter klimatologis yang digunakan adalah tutupan awan dan bayangan. Tutupan awan dan bayangan yang menutupi permukaan air akan menghalangi cahaya matahari ke badan air, hal tersebut menyebabkan proses fotosintesis dalam air oleh alga tidak berjalan maksimal sehingga kadar O 2 yang merupakan hasil fotosintesis menurun. Suhu juga dipertimbangkan karena terdapat enzim-enzim pada proses fotosintesis yang pada suhu tertentu akan bekerja secara maksimal. Titik embun dipertimbangkan karena berhubungan dengan proses kondensasi yang apabila telah tercapai titik embun jenuh sehingga hujan turun dan menyebabkan kenaikan 14

15 kualitas air sungai. Kecepatan angin juga dipertimbangkan karena akan mempengaruhi perpindahan O 2 dari udara ke badan air. Pemodelan Qual2Kw menggunakan persamaan umum neraca massa. Persamaan umum neraca massa yang digunakan untuk mengestimasi konsentrasi suatu konstituen pada suatu kolom air pada pemodelan ini diilustrasikan pada Gambar 1.6 berikut. Gambar 1.6. Diagram Neraca Massa pada Kolom Air (Sumber: Pelletier, dkk., 2006) Metode numerik turunan neraca massa yang digunakan dalam pemodelan Qual2Kw oleh Pelletier, dkk (2006) dapat dituliskan dengan rumus matematis sebagai berikut. t =, Keterangan: + ( ) + ( ) + Qi = Debit air pada penggal I (m 3 /detik) ab = Abstraksi (m 3 /detik) Vi = Volume (m 3 ) Wi = Masukan beban pencemar eksternal dari suatu konstituen pada penggal I (g/hari atau mg/hari) S i = Pengurangan atau penambahan konstituen karena reaksi transfer massa (g/m 3 /hari atau mg/m 3 /hari) E i = Koefisien bulk dispertion antar penggal (m 3 /hari) C i = Konsentrasi konstituen kualitas air t = waktu dalam hari 15

16 Parameter Pencemaran Sungai Penentuan parameter yang ditetapkan oleh pemerintah pada PP Nomor 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air, parameter yang digunakan sebagai pengelolaan dan pengendalian pencemaran air terbagi menjadi lima yaitu parameter fisika, parameter kimia organik, kimi organik, parameter mikrobiologi, dan parameter radioaktivitas dengan total 42 parameter pencemaran. Banyaknya parameter pencemaran tersebut menyebabkan penelitian kurang efisien dan menjadikan biaya penelitian semakin besar, selain itu tidak semua jenis pencemar mencemari daerah yang dijadikan penelitian sehingga berdasarkan lampiran III dari Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 01 Tahun 2010 tentang Pedoman Penetapan Baku Mutu Air Limbah menyarankan penggunaan parameter kunci yang diharapkan mampu mewakili parameter lainnya. Penentuan daya tampung beban pencemar di Sungai Bedog dilakukan dengan menggunakan beberapa parameter kunci yang dapat mengindikasikan adanya pencemaran di Sungai Bedog. Paramater yang digunakan yaitu: BOD (Biochemical Oxygen Demand) dan COD (Chemical Oxygen Demand). Masingmasing parameter tersebut digunakan sebagai indikator pencemaran yang disebabkan oleh pertanian, permukiman, limbah peternakan, dan limbah perindustrian yang dibuang ke dalam badan sungai. Parameter BOD dan COD merupakan parameter yang komprehensif dalam menggambarkan polusi diperairan (Yang, dkk., 2009), hal tersebut menjadikan kedua parameter tersebut digunakan dalam penelitian ini. BOD atau Biochemical Oxygen Demand adalah parameter yang ini menunjukan jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh biota perairan untuk mengurai bahan pencemar yang ada di dalam badan air. BOD tidak menunjukan jumlah bahan organik yang sebenarnya (Fardiaz, 1992). BOD merupakan salah satu parameter yang digunakan dalam menentukan pencemaran sungai karena makin tinggi nilai BOD pada badan air maka mengindikasikan bahwa badan air tersebut telah mengalami pencemaran umumnya oleh limbah permukiman dan industri (Rahmawati, 2011). 16

17 Perairan dapat dikatakan tercemar dengan parameter BOD menurut Effendi (2003) adalah jika nilai BOD pada perairan tersebut telah melebihi 10mg/L. Nilai BOD secara langsung akan mempengaruhi jumlah oksigen terlarut diperairan karena semakin besar nilai BOD, maka kadar oksigen diperairan juga akan cepat habis. Sumber yang menyebabkan tingginya nilai BOD adalah sersahsersah daun, tumbuhan atau hewan yang mati, kotoran hewan atau manusia, limbah ternak atau domestik, dan lainnya. (USEPA, 2006) COD atau Chemical Oxygen Demand adalah parameter yang ini menunjukan jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh bahan-bahan oksidan untuk mengoksidasi bahan-bahan buangan yang terdapat di dalam badan air melalui reaksi kimia. Nilai COD umumnya lebih tinggi dibandingkan nilai BOD karena dalam proses pengukuran COD, bahan-bahan yang stabil terhadap reaksi biologi dapat teroksidasi dalam uji COD (Fardiaz, 1992). COD digunakan sebagai indikator pencemar karena COD dapat mengindikasikan adanya kandungan limbah beracun non organik yang umumnya berasal dari limbah perindustrian (Rahmawati, 2011) dan hal tersebut menurut Effendi (2003) sangat tidak menguntungkan bagi keperluan pertanian ataupun perikanan. Limbah rumah tangga dan limbah indusri merupakan penyebab utama tingginya konsentrasi COD (Lumaela, dkk., 2013). Perairan yang tidak tercemar pada umumnya memiliki nilai COD kurang dari 20mg/L dan perairan yang tercemar umumnya bernilai lebih dari 200mg/L (Effendi, 2003) Faktor Emisi Pencemaran Faktor Emisi Pencemaran (FE) adalah rata-rata statistik jumlah massa pencemar yang diemisikan oleh satuan aktivitas kegiatan seperti peternakan, pertanian, permukiman dan lain-lain. FE juga dikenal dengan istilah Pollutan Load Unit (PLU) (Iskandar, 2007). Nilai FE untuk setiap sumber pencemar memiliki nilai yang berbeda. Nilai FE yang dihasilkan merupakan nilai potensi pencemaran yang dikaitkan dengan faktor penggunaan lahan sebagai potensi sumber pencemar non titik pada badan sungai. Nilai FE yang dihitung dalam pengukuran potensi beban pencemar pada penelitian ini adalah potensi beban pencemar yang berasal dari aktivitas 17

18 penggunaan lahan pertanian, penggunaan lahan peternakan, dan penggunaan lahan permukiman/domestik di seluruh kecamatan yang masuk dalam DAS Bedog, Kecamatan Kasihan dengan perhitungan rerata timbang. Perhitungan faktor emisi dari aktivitas penggunaan lahan peternakan terbagi menjadi tiga bagian yaitu luas sawah, luas tegalan/palawija, dan luas hutan/kebun. Perhitungan faktor emisi dari aktivitas penggunaan lahan peternakan dihitung berdasarkan jumlah per jenis ternak, dan perhitungan faktor emisi dari aktivitas penggunaan lahan permukiman/domestik dihitung berdasarkan jumlah penduduk pada seluruh kecamatan yang masuk DAS Bedog khususnya pada Kecamatan Kasihan, Kabupaten Bantul Penelitian Terdahulu Penelitian mengenai daya tampung beban pencemaran pada suatu sumber air telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya. Perbedaan yang terdapat pada setiap penelitian terdahulu adalah pada lokasi kajian dan parameter yang digunakan. Penelitian sebelumnya oleh Abdi (2011) tentang pemodelan kualitas air menggunakan Qual2Kw dilakukan dari tahap input data, pemodelan kualitas air, pengukuran beban pencemar, pengukuran daya tampung pencemar sungai hingga tahap rekomendasi pengelolaan kualitas air sungai berdasarkan hasil pemodelan kualitas air dan daya tampung beban pencemar sungai. Penelitian oleh Kannel, dkk. (2007) mengenai pemodelan kualitas air dilakukan hingga tahap strategi pengelolaan air sungai. Peneliti lain seperti Lestari (2013) juga memberikan arahan pengelolaan pencemaran sungai berdasarkan hasil pemodelan kualitas air yang telah dilakukan. Penelitian mengenai pemodelan kualitas air menggunakan Qual2Kw hingga tahap grafik sebagai hasil model kualitas air juga telah dilakukan oleh Olivera, dkk. (2012), Fatmawati, dkk. (2012), dan Hossain, dkk. (2014) pada tahun dan tempat yang berbeda. Daftar penelitian-penelitian terdahulu serta perbandingannya yang telah dilakukan baik di dalam ataupun luar Indonesia dapat dilihat pada Tabel

19 Tabel 1.1. Daftar Perbandingan Penelitian yang Telah Dilakukan No Peneliti Tahun Judul Tujuan Metode & Parameter 1 Hossain M.A, Saujul I.M, dan Nasly M.A 2 Agnes Dyah Novitasari Lestari 3 Reni Fatmawati, Aniek Masrevaniah, dan M. Solichin 2014 Application of Qual2Kw for Water Quality Modeling in The Tunggak River, Kuantan, Pahang, Malaysia 2013 Penerapan Model Qual2Kw Dalam Mempelajari Pengaruh Lebar Dasar Sungai Terhadap Proses Swapurifikasi Beban Pencemar Bahan Organik (Studi Kasus : Sungai Gadjahwong, Yogyakarta) 2012 Kajian Identifikasi Daya Tampung Beban Pencemaran Kali Ngrowodengan Menggunakan Paket Program Qual2Kw 1. Megetahui konsentrasi TSS,DO, COD, Ammonia, dan Temperatur sebagai indikator adanya pencemaran. 1. Mengaplikasikan model Qual2Kw pada Sungai Gajahwong, Yogyakarta untuk menilai kualitas air pada parameter DO dan BOD. 2. Menyimulasikan dan menetukan strategi penanggulangan pencemaran air oleh baha organik di Sungai Gajahwong 1. Melakukan perhitungan beban pencemaran dari anak sungai dan saluran sebagai point source yang menuju Kali Ngrowo sebagai sungai utama 2. Menganalisis kondisi beban pencemaran air di Kali Ngrowo 3. Menganalisis pola perubahan parameter kualitas air di Kali Ngrowo dengan menggunakan Qual2Kw 4. Menentukan beban pencemaran maksimum yang boleh dibuang ke badan air di Kali Ngrowo Kuantitatif, Pemodelan Kualitas Air dengan Software Qual2Kw. Paramater : TSS, DO, COD, Ammonia, dan Temperatur Kauntitatif, Pemodelan Kualitas Air menggunakan Qual2Kw dan menyimulasikan model menjadi beberapa skenario. Parameter : BOD dan DO Kuantitatif, Pembangunan model kualitas air menggunakan software Qual2Kw. Parameter : BOD, DO, dan Nitrogen Hasil Penelitian 1. Grafik hasil pemodelan kualitas air dengan Qual2Kw untuk setiap parameter. 1. Grafik hubungan DO vs Jarak pada kondisi hujan dan tidak hujan 2. Grafik hubungan BOD Vs Jarak pda kondisi hujan dan tidak hujan 3. Strategi pembangunan IPAL komunal untuk pengelolaan pencemaran. 1. Karateristik Kali Ngrowo 2. Grafik model kualitas air Kali Ngrowo untuk tiap parameter 3. Grafik daya tampung beban pencemaran Kali Ngrowo tiap parameter. 19

20 Lanjutan Tabel 1.1. No Peneliti Tahun Judul Tujuan Metode & Parameter Hasil Penelitian 4 Zuhri Abdi 2011 Kajian Daya Tampung Beban Pencemaran Sungai Batanghari Pada Penggal Gasiang-Sungai Langkok Provinsi Sumatera Barat 5 B. Olivera, J. Bola, P. Quinteiro, H. Nadais, dan L. Arroja 6 Prakash Raj Kannel, S. Lee, Y.S. Lee, S.R Kanel dan G.J. Pelletier 7 Akhmad Darajati Setiawan 2012 Application of Qual2Kw Model as a Tool for Water Quality Management : Certima River as a Case Study 2007 Application of Automated Qual2Kw for Water Quality Modeling and Management in The Bagamati River, Nepal 2015 Pemodelan Kualitas Air Untuk Penilaian Daya Tampung Beban Pencemaran Menggunakan Software Qual2kw Di Sungai Bedog 1. Mengidentifikasi lokasi sumber-sumber pencemar di daerah penelitian 2. Mengetahui sebaran kandungan BOD, COD, TSS di sepanjangn sungai utama daerah penelitian 3. Mengetahui beban pencemaran dan daya tampung beban pencemaran sungai utama di daerah penelitian 4. Menguji layak atau tidaknya penggunaan metode Qual2Kw untuk menghitung beban pencemaran dan daya tampung beban pencemaran di daerah penelitian 1. Mengaplikasikan model Qual2Kw untuk merepresentasikan kondisi kualitas air di daerah penelitian 2. Memberikan rekomendasi pengelolaan kualitas air di daerah kajian 1. Memodelkan kondisi kualitas air di Sungai Bagmati 2. Meberikan rekomendasi batas pencemaran untuk menjaga kondisi kualitas air di Sungai Bagmati 1. Mengetahui nilai beban pencemar (BP) parameter BOD dan COD. 2. Mengetahui nilai daya tampung beban pencemar (DT) parameter BOD dan COD. 3. Mengetahui nilai BP yang harus dikurangi agar sesuai dengan nilai DT untuk parameter BOD dan COD Kuantitatif, Pemodelan kualitas air untuk menghitung beban pencemar dan daya tampung beban pencemar serta menguji reliabilitas Parameter : BOD, COD dan DO Kuantitatif, Pemodelan kualitas air untuk mengetahui pengelolaan kualitas air lebih lanjut di Sungai Certima Parameter: BOD, TSS, Nitrogen Total, dan Fosfat Total. Kuantitatif, Pemodelan kualitas air untuk mengetahui kondisi kualitas air dan menejemen Bagmati. Parameter : DO, COD, Total Nitrat, Total Fosfat, dan Temperatur Kuantitatif, Pemodelan kualitas air untuk mengetahui nilai beban pencemar dan daya tampung beban pencemar di Sungai Bedog. Parameter : BOD dan COD 1. Kondisi umum daerah penelitian 2. Grafik hasil pemodelan kualitas air tiap parameter 3. Tabel perhitungan daya tampung beban pencemar sungai tiap parameter 4. Arahan pengelolaan kualitas air Sungai Batanghari Penggal Gasiang-Sungai Langkok 1. Grafik hasil pemodelan kualitas air tiap parameter dalam berbegai skenario. 1. Grafik hasil pemodelan kualitas air menggunakan Qual2Kw tiap parameter 2. Strategi pengelolaan kualitas air Sungai Bagmati 1.Grafik pemodelan kualitas air dengan Qual2Kw untuk tiap parameter 2. Informasi nilai beban pencemar yang harus dikurangi di Sungai Bedog 20

21 1.7. Kerangka Pemikiran Penyusunan kerangka pemikiran dari penelitian DT ini didasarkan pada landasan teori yang dipahami dan referensi dari beberapa penelitian terdahulu. Sungai Bedog daerah penelitian yang merupakan bagian akumulasi dari beban pencemar. Beban pencemar tersebut menyebabkan turunnya kualitas air sungai sehingga tidak dapat dimanfaatkan secara optimal. Pengamatan kondisi sampel air pada titik-titik pengamatan tertentu di badan sungai merupakan salah satu cara untuk mengetahui kondisi kualitas air pada tiap titik pengamatan. Pemodelan kualitas air juga dilakukan menggunakan metode Qual2Kw untuk medapatkan prediksi kondisi kualitas air sungai dengan mempertimbangkan kondisi kualitas air pada sumber pencemar non titik dan sumber pencemar titik. Kondisi kualitas air yang dihasilkan dari analisis sampel air dibandingkan dengan prediksi kualitas air hasil pemodelan dengan metode Qual2Kw melalui uji kecocokan. Uji kecocokan dilakukan untuk menguji apakah hasil dari pemodelan kualitas air dengan metode Qual2Kw memiliki kemiripan dengan kondisi kualitas air sungai hasil pengamatan sampel air. Model ditolak bila belum ada kemiripan dan dilakukan penyesuaian dengan kalibrasi berulang-ulang. Proses kalibrasi tersebut dilakukan hingga hasil yang didapatkan memiliki kemiripan dan model dinyatakan diterima sehingga didapatkan nilai daya tampung pencemaran sungai. Sungai Bedog daerah penelitian memiliki potensi sumber pencemar dari aktivitas manusia disekitarnya. Nilai potensi sumber pencemar non titik didekati dengan pendekatan penggunaan lahan sebagai faktor emisi pencemaran. Hasil yang didapatkan dari perhitungan berdasarkan faktor emisi pencemaran adalah nilai potensi beban pencemaran sungai. Kerangka pemikiran penelitian ini digambarkan pada Gambar

22 Gambar 1.7. Diagram Alir Kerangka Pemikiran Penelitian 1.8. Batasan Istilah DAS adalah suatu sistem ekologis multi aspek yang didalamnya terdapat aktivitas menusia seperti pertanian, permukiman serta industri yang berpotensi mencemari lingkungan, khususnya pada badan sungai (Asdak, 2010). Sungai umumnya dimanfaatkan sebagai tempat pembuangan akhir limbah dari hasil kegiatan manusia, sehingga pencemaran makin intensif dan merusak ekosistem (Widyastuti dan Marfai, 2004). 22

23 Pencemaran Air adalah kondisi air yang mengalami polusi dimana terjadi penyimpangan sifat-sifat air dari keadaan normal yang mana air tersebut mengandung bahan-bahan asing tertentu dalam jumlah yang melebihi batas tertentu. Air yang tercemar tersebut akhirnya tidak dapat digunakan untuk keperluan makhluk hidup secara maksimal (Fadiaz, 1992). Daya tampung beban pencemar (DT) adalah kemampuan air pada suatu sumber air dalam menerima beban pencemaran dari berbagai sumber tanpa mengakibatkan air tersebut menjadi tercemar (Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 1 Tahun 2010). Faktor Emisi Pencemaran (FE) adalah rata-rata statistik jumlah massa pencemar yang diemisikan oleh satuan aktivitas kegiatan seperti peternakan, pertanian, permukiman dan lain-lain. FE juga dikenal dengan istilah Pollutan Load Unit (PLU) (Iskandar, 2007). Qual2Kw merupakan perangkat lunak pemodelan modern yang dapat menyimulasikan dan menyederhanakan kondisi kualitas air pada suatu sungai yang disajikan dalam bentuk grafik. Metode Qual2Kw telah mempertimbangkan beberapa aspek ilmu pengetahuan lain sehingga dapat digunakan pada sungai yang dangkal atau pada daerah dataran tinggi. Pengguna dari pemodelan ini bebas memilih parameter kualitas air sesuai dengan kebutuhan analisis dalam penelitian (Pelletier, dkk.,2006). 23