KAJIAN DEGRADASI KUALITAS LINGKUNGAN PERAIRAN WADUK SEBAGAI DASAR PENGEMBANGAN MODEL PENGENDALIAN PENCEMARAN ( Kasus di DTA Waduk Gajah Mungkur Wonogiri Jawa Tengah) DISERTASI Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Gelar Doktor Program Studi Ilmu Lingkungan Oleh: Peni Pujiastuti T721208003 PROGRAM DOKTOR ILMU LINGKUNGAN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
19 Juli 2016 19 Juli 2016 19 Juli 2016 19 Juli ii
iii 19 Juli
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa: 1. Disertasi yang berjudul: Kajian Degradasi Kualitas Lingkungan Perairan Waduk Sebagai Dasar Pengembangan Model Pengendalian Pencemaran ini adalah karya saya sendiri dan tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan serta daftar pustaka. Apabila ternyata di dalam naskah laporan disertasi ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur jiplakan, maka saya bersedia laporan disertasi saya dibatalkan serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku (UU No. 20 Tahun 2003, Pasal 25 ayat (2) dan Pasal 70). 2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi disertasi pada jurnal atau forum ilmiah lain harus seizin dan menyertakan tim promotor sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (6 bulan sejak pengesahan disertasi) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau keseluruhan tesis ini, maka Program Studi Doktor Ilmu Lingkungan PPs UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Program Studi Doktor Ilmu Lingkungan PPs UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku. Surakarta, Juli 2016. Mahasiswa, Peni Pujiastuti NIM T721208003 iv
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan karunianya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan menyusun laporan Disertasi yang berjudul Kajian Degradasi Kualitas Lingkungan Perairan Waduk Sebagai Dasar Pengembangan Model Pengendalian Pencemaran (Kasus di DTA Waduk Gajah Mungkur Wonogiri Jawa Tengah). Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu: 1. Prof. Dr. Ravik Karsidi, MS. selaku Rektor Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd. Selaku Direktur Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Dr. Prabang Setyono, S.Si., M.Si. selaku Kepala Program Studi S3 Ilmu Lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta. 4. Dr. Ir. Budi Darmadi, M.Sc. selaku Ketua Yayasan Pendidikan Setia Budi Surakarta, yang telah memberikan beasiswa kepada penulis. 5. Dr. Ir. Djoni Tarigan, MBA. selaku Rektor Universitas Setia Budi Surakarta, yang telah memberikan izin belajar kepada penulis. 6. Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D. selaku promotor yang telah memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan kepada penulis. 7. Prof. Dr. Totok Gunawan, M.S. selaku ko-promotor 1 yang telah memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan kepada penulis. 8. Dr. M. Masykuri, M.Si. selaku ko-promotor 2 yang telah memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan kepada penulis. 9. Dr. Wiryanto, M.Si. selaku tim Jaminan mutu dan penguji dari dalam UNS, yang telah memberikan masukan kepada penulis. 10. Prof. Ir. Rochmadi, SU.,Ph.D. selaku penguji dari luar UNS, yang telah memberikan masukan kepada penulis. 11. Ibu Mujiah (ibunda), Bapak Dwi Sasongko (suami), Yane Dila Keswara, S.Farm., M.Sc., Apt. (anak), Iva Wuri Marlinda, S.Psi. (anak), Soma Harjad Prasetya, SS. (menantu), Satria Adi Nugraha, A.Md (menantu) dan Euko Yoda Wishaka (cucu), v
Endang Nugraheni (kakak), Ir. Priyo Nugroho dan Sri Murwanti, SE., MM (adik), serta keluarga besar penulis, yang telah memberikan dorongan dan dukungan. 12. Seluruh Dosen dan staf Program Studi S3 Ilmu Lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta. 13. Dekan Fakultas Teknik dan Ketua Program studi Analis Kimia Universitas Setia Budi Surakarta. 14. Bupati Kepala Daerah Kabupaten Wonogiri, yang telah memberikan izin penelitian di wilayah Kabupaten Wonogiri. 15. Kepala Bappeda Kabupaten Wonogiri beserta staf yang telah membantu proses penelitian. 16. Kepala Badan Lingkungan Hidup Kabupaten Wonogiri beserta seluruh staf yang telah membantu proses penelitian. 17. Kepala PJT Wonogiri beserta staf yang telah membantu proses penelitian. 18. Kepala BPDAS Surakarta beserta staf yang telah membantu proses penelitian. 19. Para Kepala Desa beserta staf dan para penyuluh pertanian di wilayah Sub DAS Daerah Tangkapan Air Waduk Gajah Mungkur Wonogiri, yang telah membantu proses penelitian. 20. Laboratorium BBTKL Yogyakarta, Laboratorium Kesehatan Yogyakarta, Laboratorium Hidrologi UGM, Laboratorium Ekologi UGM dan Laboratorium Mikrobiologi USB, yang telah membantu dalam pemeriksaan sampel penelitian. 21. Teman-teman angkatan 2012 Program Studi S3 Ilmu Lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta. 22. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah banyak memberikan bantuan pemikiran, saran dan motivasi. Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam laporan disertasi ini, namun penulis berharap dapat memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan dan semua pihak yang membutuhkan. Surakarta, 2016 Penulis vi
ABSTRAK Peni Pujiastuti. T721208003. 2015. Kajian Degradasi Kualitas Lingkungan Perairan Waduk Sebagai Dasar Pengembangan Model Pengendalian Pencemaran ( Kasus di DTA Waduk Gajah Mungkur Wonogiri Jawa Tengah). Disertasi. Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret. Promotor: Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D. Ko-promotor I: Prof. Dr. Totok Gunawan, M.S. Ko-promotor II: Dr. M. Masykuri, M.Si. Tujuan dari penelitian ini adalah: (1) memperoleh peta spasial kualitas perairan WGM, berdasar sumber polutan dari kegiatan masyarakat di hulu yang mengalir ke WGM melalui 7 Sub DAS, yang menyebabkan penurunan kualitas air WGM, berdasarkan parameter ph, TSS, DO, BOD, COD, N-NO 2, N-NO 3, N-NH 3, P-PO 4, Mn, Cu, Fe, Cr, Zn, E-coli dan Total Coliform. (2) Menentukan tingkat toksisitas dan unsur/senyawa kimia dominan pada zona kualitas air tercemar di WGM. (3) Mengembangkan model pengendalian pencemaran perairan DTA WGM melalui system dinamycs, untuk merancang rekomendasi kebijakan pengendalian pencemaran sumberdaya perairan WGM. Penelitian menggunakan pendekatan deskriptif-analitik ex ante, yaitu menganalisis kebijakan suatu fenomena yang belum terjadi. Subyek penelitian adalah fenomena penurunan kualitas perairan WGM akibat aliran beban limbah kegiatan penduduk di DTA WGM dan di dalam waduk. Juga merupakan penelitian deskriptif spasial-laboratoris, untuk menggambarkan eksisting aliran sumber timbulan limbah based on activity masyarakat di DTA WGM, melalui peta spasial berdasarkan analisis data laboratorium. Sedangkan pemodelan sistem pengendalian pencemaran WGM menggunakan metodologi System Dynamics dengan software powersim studio 10. Hasil penelitian menunjukkan, sumber polutan dominan penyebab penurunan kualitas perairan WGM adalah kegiatan pertanian, domestik, industri tahu dan KJA. Kegiatan pertanian sebagai penyumbang polutan terbesar, TSS 81,76%, COD 11,58% dan P-PO 4 90,96%. Polutan organik paling besar diemisikan dari limbah industri tahu 47,65% dan limbah domestik 32,72%. Perairan WGM memiliki status mutu tercemar sedang sampai berat, dengan sumber polutan dominan pada parameter TSS, BOD, COD, P-PO 4, E-coli dan Total Coliform. Sedimen zona tercemar mengandung logam berat Cd, Cu, Zn dan Pb dengan nilai SQG-Q berkisar 0,28-0,45, berada pada standar 0,1<SQG-Q<1 dengan kategori efek sedang yang dapat merugikan biota air. Toksisitas logam berat Cu terhadap ikan nila (Oreochromis niloticus), LC 50-96 jam adalah 4,55 mg/kg. Model Pengendalian pencemaran WGM yang dibangun dapat menggambarkan sistem nyata, dengan 20 tahun simulasi beban pencemaran WGM dapat ditekan agar kualitas air WGM memenuhi baku mutu kelas dua, dengan menekan jumlah pakan, limbah industri tahu, domestik dan pertanian dan KJA. Kata Kunci: WGM, pencemaran, pengendalian, system dynamics. vii
ABSTRACT Peni Pujiastuti. T721208003. 2015. Study on the Degradation of Reservoir Water Environmental Quality as the Basis for Developing Pollution Control Model (Case Study on the Rainwater Catchment Area of Gajah Mungkur Reservoir (GMR) in Wonogiri Central Java). Dissertation. Postgraduate Program of Sebelas Maret University. Promoter: Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D. Co-promoter I: Prof. Dr. Totok Gunawan, M.S. Co-promoter II: Dr. M. Masykuri, M.Si. This study aims at obtaining: (1) spatial map of water quality base on pollution sources derived from human activities in upper course flowing to Gajah Mungkur Reservoir (GMR) through 7 sub-river basins, which cause decreased water quality in GMR, on the basis of ph, TSS, DO, BOD, COD, N-NO 2, N-NO 3, N-NH 3, P-PO 4, Mn, Cu, Fe, Cr, Zn, E-coli and Total Coliform parameters; (2) Determining toxicity levels and dominant chemical compounds and elements in contaminated water quality zones in GMR; (3) Developing water pollution control model for Rainwater Catchment Area of GMR through system dynamics to design recommendation for GMR water source pollution control policy. This research applied descriptive-ex ante analytical approach to analyze policy for a certain phenomenon which had not happened. The research subject was the phenomenon of decreased water quality in GMR as a result of waste load flow of human activities in the Rainwater Catchment Area of GMR and in the reservoir. This study was also a descriptive spatial-laboratorial research which was done to describe existing waste source flow based on human activities in the Rainwater Catchment Area of GMR, through spatial map on the basis of laboratory data analyses. Meanwhile, GMR pollution control system modeling employed Dynamics System methodology with Powersim Studio 10 software. The results indicate that dominant pollution sources contributing to decreased water quality in GMR are farming, domestic activities, tofu industry and floating fish cage. Farming activities are the biggest pollutant contributors with 81.76% of TSS, 11.58% COD, and 90.96% of P-PO 4. Organic pollutants are mostly emitted from tofu industrial waste (47.65%) and domestic waste (32.72%). GMR water zone is considered to have moderate to serious contamination quality status, with dominant pollution sources of TSS, BOD, COD, P-PO 4, E-coli and Total Coliform. Sediments of contaminated zones contain heavy metals of Cd, Cu, Zn and Pb with SQG-Q values ranging from 0.28 to 0.45, staying on the standard of 0.1<SQG-Q<1with moderate effect which may damage aquatic biota. Toxicity level of Cu heavy metal on Nile tilapia (Oreochromis niloticus) with LC 50-96 hours is 4.55 mg/kg. Model for pollution control in GMR designed demonstrates real system, and with 20 years of simulation, GMR pollution load can be minimized so that the water quality in GMR meets second class quality standard, by suppressing the number of feed, waste tofu industrial, domestic waste, farming waste, and floating fish cage. Keywords: GMR, pollutant, control, system dynamics. viii
RINGKASAN DISERTASI Tujuan dari penelitian ini adalah memperoleh peta spasial sebaran kualitas perairan WGM, berdasarkan sumber polutan dari kegiatan masyarakat di DTA, yang mengalir ke WGM melalui 7 Sub DAS, yang menyebabkan penurunan kualitas air WGM, berdasarkan parameter ph, TSS, DO, BOD, COD, N-NO 2, N-NO 3, N-NH 3, P- PO 4, Mn, Cu, Fe, Cr, Zn, E-coli dan Total Coliform. Menentukan tingkat toksisitas dan unsur/senyawa kimia dominan pada zona kualitas air tercemar di WGM. Mengembangkan model pengendalian pencemaran perairan DTA WGM melalui system dinamycs, untuk merancang rekomendasi kebijakan pengendalian pencemaran sumberdaya perairan WGM. Penelitian menggunakan pendekatan deskriptif-analitik ex ante, yaitu menganalisis kebijakan suatu fenomena yang belum terjadi. Subyek penelitian adalah fenomena penurunan kualitas perairan WGM akibat aliran beban limbah kegiatan penduduk di DTA WGM dan di dalam waduk. Juga merupakan penelitian deskriptif spasial-laboratoris, untuk menggambarkan eksisting aliran sumber timbulan limbah based on activity masyarakat di DTA WGM, melalui peta spasial berdasarkan analisis data laboratorium. Sedangkan pemodelan sistem pengendalian pencemaran WGM menggunakan metodologi System Dynamics dengan software powersim studio 10. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kegiatan pertanian, domestik dan industri tahu merupakan sumber polutan dominan yang masuk ke perairan WGM melalui aliran sungai di masing-masing sub DAS. Sedangkan budidaya ikan dalam KJA merupakan sumber polutan dari dalam waduk. Polutan sedimen yang ditunjukkan oleh parameter TSS, berasal dari kegiatan pertanian sebanyak 81,76%, dari limbah domestik 2,56%, dari kegiatan industri 0,03% dan dari kegiatan KJA 15,65%. Sumber polutan organik, yang ditunjukkan oleh parameter COD, sebanyak 47,65% berasal dari industri tahu, 32,72% dari limbah domestik, 11,58% dari limbah pertanian dan 8,05% dari kegiatan KJA. Sedangkan sumber polutan phosphor, ditunjukkan oleh parameter P-PO 4 90,96% berasal dari limbah pertanian, 7,80% dari KJA, 0,88% dari limbah domestik dan 0,36% dari limbah industri tahu. Pola aliran polutan Phosphor (P-PO 4 ) air limbah pertanian dari outlet kegiatan pertanian sampai ke sungai dan waduk, ix
membentuk pola menurun sampai di titik muara waduk, kemudian mengalami peningkatan di tengah waduk. Hal ini terjadi pada semua aliran sub DAS WGM. Beban pencemaran aktual (BPA) P-PO4 dari limbah pertanian selama masa tanam rata-rata berkisar antara 0,0064 sampai dengan 0,0181 kg/hari, telah melebihi beban pencemaran maksimal (BPM) sebesar 0,0034 kg/hari. Namun BPA polutan Amonia (N-NH 3 ) dan Nitrat (N-NO 3 ) masih berada di bawah BPM yang diperbolehkan. Sedangkan BPA Nitrit (N-NO 2 ) berkisar antara 0,0017 s/d 0.0122 kg/hr melebihi BPM 0,001 kg/hr. Limbah cair industri tahu yang dibuang langsung ke sungai di sub DAS mengandung BPA COD sebesar 1.762.56 kg/ton. Kapasitas asimilasi perairan WGM terhadap beban polutan organik, yang ditunjukkan oleh parameter COD, sebesar 2265,50 ton/th dihitung dari persamaan regresi linear Y=0,004X + 15,89. Kapasitas asimilasi WGM terhadap beban limbah phosphor (P-PO4) adalah sebesar 13,07 ton/th dengan persamaan regresi Y=0,025X + 0,063, sedangkan kapasitas asimilasi terhadap beban limbah TSS sebesar 12421,55 ton/th, persamaan regresi Y=0,004X + 0,2. Perairan WGM mempunyai status mutu sedang, tercemar sedang hingga status buruk tercemar berat, dengan skor uji Storet berkisar antara -16 sampai dengan -96 berdasarkan kualitas air kelas 2 PP 82 tahun 2001. Muara Keduang berstatus mutu buruk, tercemar berat oleh polutan dominan TSS, P-PO 4, BOD, COD, Zn, Total Coliform & E-coli. Muara Wiroko berstatus sedang, tercemar sedang oleh parameter dominan P-PO 4, BOD, COD. Muara Temon berstatus buruk, tercemar berat oleh parameter TSS, P-PO 4, BOD, COD, Total Coliform & E-coli. Muara Bengawan Solo Hulu-Alang berstatus buruk, tercemar berat oleh parameter dominan TSS, P-PO 4, BOD. Muara Ngunggahan berstatus sedang, tercemar sedang oleh parameter dominan P-PO 4. Muara Wuryantoro berstatus buruk, tercemar berat oleh parameter dominan P-PO 4, BOD, Total Coliform & E-coli. Perairan KJA berstatus buruk, tercemar berat oleh parameter dominan P-PO 4, BOD, COD, Zn. Perairan tengah waduk berstatus sedang, tercemar sedang oleh parameter dominan P-PO 4,COD. Perairan di zona bebas berstatus sedang, tercemar sedang oleh parameter dominan P-PO 4, BOD, COD. Toksisitas logam berat zona tercemar. Berdasarkan peta spasial mutu air WGM dapat ditemukan zona tercemar. Pada sedimen zona tercemar ditemukan adanya logam berat Al, Fe, Cd, Co, Ni, Zn, Si, Pb dan Cu. Logam berat Ni pada sedimen di semua titik sampling zona tercemar WGM berkisar antara < 0,22 1,83 mg/kg, x
berdasarkan Dutch Quality Standard for metals in Sediment, konsentrasi logam Ni tersebut masih berada di bawah level target 3,5 mg/kg, artinya logam Ni pada sedimen di semua zona tercemar WGM tidak terlalu bahaya bagi lingkungan. Logam berat Cd berkisar antara 0,44 0,67 mg/kg, berada di bawah level target 0,8 mg/kg, artinya logam Cd yang ada pada sedimen di semua zona tercemar WGM tidak terlalu bahaya bagi lingkungan. Logam berat Cu sedimen zona tercemar WGM berkisar antara 77,16 140,92 mg/kg, berada di atas level target 35 mg/kg dan level tes 90 mg/kg. Nilai SQG-Q Cd, Cu, Zn dan Pb berkisar 0,28-0,45, berada pada standar 0,1<SQG-Q<1 dengan kategori efek sedang yang dapat merugikan biota air. Toksisitas logam berat Cu ditentukan melalui nilai LC 50-96 jam terhadap ikan nilai merah (Oreochromis niloticus). Berdasarkan analisis Probit, konsentrasi letal logam Cu terhadap mortalitas ikan nila merah (Oreochromis niloticus) dalam air waduk adalah 4,55 mg/l, pada kategori toksik. Keanekaragaman hayati sedimen zona tercemar. Pada sedimen zona tercemar WGM, dapat diidentifikasi dan diisolasi sebanyak 14 bakteri. Bakteri aerobik sejumlah 12 genus/spesies yaitu bakteri gram positif: Bacillus sp, Bacillus cereus dan Staphylococcus sp, bakteri gram negatif: Klebsiella, E-coli, Aeromonas hydrophilia, Aeromonas sobria, Aeromonas caviae, Aeromonas schubertii, Plesiomonas shigeloides, Acinetobacter sp., Pseudomonas comamonas acidovorans. Bakteri anaerob gram positif menunjukkan pola sebaran seragam pada semua titik sampling, yaitu Clostridium sphenoides, Clostridium paraputrificums, tidak ditemukan bakteri gram negatif anaerob. Sebaran bakteri sedimen WGM cukup dinamis. Jenis bakteri paling banyak, terdapat pada sedimen keramba ditemukan 9 jenis bakteri. Bakteri E-coli, Bacillus sp dan Clostridium sphenoides mendominasi pada seluruh sedimen yang disampling. Pemodelan Sistem Pengendalian Pencemaran Perairan WGM. Dengan software powersim studio 10, dapat digambarkan model dinamik pengendalian pencemaran WGM dalam bentuk Stock Flow Diagram, yang selanjutnya disimulasikan untuk melihat proyeksi pengendalian pencemaran perairan WGM sampai tahun 2030. Model Pengendalian pencemaran WGM yang dibangun dapat menggambarkan sistem nyata, dengan 20 tahun simulasi beban pencemaran WGM dapat ditekan agar kualitas air WGM memenuhi baku mutu kelas dua PP 82/2001, dengan cara menekan populasi penduduk, pertumbuhan KJA, Pola pemberian pakan dan kegiatan pertanian. xi
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN DISERTASI... iv KATA PENGANTAR... v ABSTRAK... vii ABSTRACT... viii RINGKASAN DISERTASI... ix DAFTAR ISI... xii DAFTAR TABEL... xix DAFTAR GAMBAR... xxi BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Rumusan Masalah... 6 C. Tujuan Penelitian... 7 D. Manfaat Penelitian... 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI... 8 A. Tinjauan Pustaka... 8 1. Ekosistem Perairan Waduk... 8 2. Gambaran DTA Waduk Gajah Mungkur Wonogiri`... 10 a. DTA Waduk Gajah Mungkur Wonogiri... 11 b. Penggunaan Lahan Wilayah Sub DAS... 13 c. Kegiatan Masyarakat Wilayah Sub DAS... 15 3. Potensi Pencemaran Waduk Gajah Mungkur Wonogiri... 22 a. Klasifikasi Sumber Pencemar Air... 22 1) Point sources of pollution (PS)... 22 2) Non-point source of pollution (NPS)... 24 b. Jenis Bahan Pencemar... 27 c. Sumber Timbulan Bahan Pencemar... 27 1) Limbah Dari Kegiatan Masyarakat di DTA... 28 xii
2) Sumber Timbulan Limbah Dari Dalam WGM... 29 d. Toksisitas Logam Berat... 31 e. Daya Tampung Beban Pencemaran Pada Air Waduk... 32 4. Degradasi Perairan Waduk... 34 a. Penurunan Tampungan Waduk... 35 b. Ketimpangan Debit Air... 35 c. Terjadinya Pencemaran Berdasarkan Beberapa Parameter Fisika, Kimia atau Biologi... 36 5. Pengendalian Pencemaran Perairan Waduk... 37 a. Pendekatan Sistem... 37 b. Pemodelan... 37 6. Model System Dinamics... 38 B. Landasan Teori... 43 1. Causal Loop Diagram (CLD)... 43 2. Kerangka Berpikir... 44 C. Hipotesis... 46 BAB III METODE PENELITIAN... 49 A. Tempat Penelitian... 49 B. Tata Laksana Penelitian... 49 1. Sosial Ekonomi Budaya Masyarakat DTA WGM... 49 a. Jenis Penelitian dan Perancangan Penelitian... 49 b. Bahan dan Alat Penelitian... 50 c. Populasi dan Sampel Penelitian... 50 d. Variabel Penelitian... 50 e. Definisi Operasional... 50 f. Teknik Pengumpulan Data Penelitian... 51 g. Teknik Analisis Data Penelitian... 51 2. Sumber Polutan WGM... 51 a. Jenis Penelitian dan Perancangan Penelitian... 51 b. Bahan dan Alat Penelitian... 51 c. Populasi dan Sampel Penelitian... 55 d. Variabel Penelitian... 60 xiii
e. Definisi Operasional... 60 f. Teknik Pengumpulan Data Penelitian... 61 g. Teknik Analisis Data Penelitian... 63 3. Persepsi Masyarakat... 64 a. Peralatan yang Digunakan... 64 b. Pengambilan Sampel... 65 c. Teknik Pengumpulan Data Penelitian... 65 d. Teknis Analisis Data Penelitian... 66 4. Toksisitas Logam Berat Zona Tercemar... 67 a. Jenis Penelitian dan Perancangan Penelitian... 67 b. Bahan dan Alat Penelitian... 67 c. Populasi dan Sampel Penelitian... 67 1) Sampling Sedimen... 67 2) Pengambilan Sampel Ikan... 68 d. Variabel Penelitian... 68 e. Teknik Pengumpulan Data Penelitian... 69 f. Teknik Analisis Data Penelitian... 71 5. Pemodelan Pengendalian Pencemaran... 74 a. Jenis Penelitian dan Perancangan Penelitian... 74 b. Peralatan dan Bahan Penelitian... 74 c. Variabel Penelitian... 74 d. Teknik Pengumpulan Data Penelitian... 75 6. Diskusi Teori dan Temuan Penelitian... 80 BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN... 81 A. Sosial Ekonomi Budaya Masyarakat DTA WGM... 81 1. Penduduk DTA WGM... 81 a. Jumlah Penduduk Tahun 2010-2014... 81 b. Pertumbuhan Penduduk Tahun 2010-2014... 88 2. Sosial Ekonomi Penduduk DTA WGM... 89 a. Pendidikan... 89 b. Pekerjaan... 90 c. Pertumbuhan Ekonomi... 90 xiv
d. Kesehatan... 91 3. Penggunaan Lahan di Sub DAS DTA WGM... 92 4. Curah Hujan... 93 5. Debit Air... 94 a. Sungai Keduang... 94 b. Sungai Temon... 96 c. Sungai Alang... 98 d. Sungai Wuryantoro... 99 6. Tampungan Air WGM... 101 B. Kondisi Eksisting Perairan WGM... 101 1. Parameter-Parameter Kualitas Perairan WGM... 102 a. Parameter Fisika... 103 1) Suhu... 103 2) TSS... 104 b. Parameter Kimia... 105 1) N-NH 3 (Amonia)... 106 2) N-NO 2 (Nitrit)... 107 3) N-NO 3 (Nitrat)... 109 4) P-PO 4 (Phosphat)... 110 5) Biochemical Oxygen Demand (BOD)... 111 6) Chemical Oxygen Demand (COD)... 112 c. Parameter Biologi... 113 2. Status Kualitas Perairan WGM... 114 C. Sumber Pencemar Perairan WGM... 121 1. Sumber Pencemar dari Kegiatan Masyarakat di DTA WGM... 121 a. Kegiatan Pertanian... 122 1) Sedimen... 126 2) Nitrogen... 127 3) Phosphor... 134 4) Pestisida... 135 b. Kegiatan Industri... 136 1) Industri Tahu... 136 xv
2) Industri Tapioka... 142 2. Sumber Pencemar dari Kegiatan Masyarakat di Badan Air WGM... 143 D. Beban Pencemaran Perairan WGM... 146 1. Beban Pencemaran dari Kegiatan Masyarakat di DTA... 147 a. Beban Pencemaran Air Limbah Pertanian... 147 b. Beban Pencemaran Air Limbah Industri Tahu... 150 2. Beban Pencemaran dari Kegiatan KJA... 151 E. Kapasitas Asimilasi Perairan WGM... 153 F. Persepsi Masyarakat Dalam Pengendalian Pencemaran WGM... 159 G. Zona Tercemar WGM... 165 1. Toksisitas Logam Berat Zona Tercemar... 163 a. Sebaran Logam Berat Pada Air, Ikan dan Sedimen Zona Tercemar... 168 1) Sebaran Logam Berat Al Sedimen Zona Tercemar WGM... 169 2) Sebaran Logam Berat Fe Sedimen Zona Tercemar WGM... 171 3) Sebaran Logam Berat Ni Sedimen Zona Tercemar WGM... 173 4) Sebaran Logam Berat Zn Sedimen Zona Tercemar WGM... 175 5) Sebaran Logam Berat Cd Sedimen Zona Tercemar WGM... 178 6) Sebaran Logam Berat Si Sedimen Zona Tercemar WGM... 180 7) Sebaran Logam Berat Pb Sedimen Zona TercemarWGM... 182 8) Sebaran Logam Berat Cu Sedimen Zona TercemarWGM... 184 9) Overlay Sebaran Fe, Al, Co, Si, Zn Sedimen Zona Tercemar WGM... 188 10) Overlay Sebaran Pb, Ni, Cd, Cu Sedimen Zona Tercemar WGM... 189 b. Toksisitas Logam berat Cu (Uji LC 50 )... 190 2. Keanekaragaman Hayati Zona Tercemar... 192 a. Mikrobentos Sedimen Zona Tercemar... 192 b. Mikroorganisme Sedimen Zona Tercemar... 193 H. Pemodelan Sistem Pengendalian Pencemaran Perairan WGM... 206 1. Analisis Kebutuhan... 208 2. Formulasi Masalah... 210 3. Identifikasi Sistem... 211 4. Simulasi Model... 215 a. Simulasi Sub Model Populasi dan Petani Ikan... 218 xvi
b. Simulasi Sub Model Permukiman dan Pertanian... 220 c. Simulasi Sub Model Pakan, Sisa Pakan dan Sedimen... 223 d. Simulasi Sub Model Beban Limbah Phosphat (P-PO 4 )... 225 e. Simulasi Sub Model Beban Limbah Parameter COD... 226 f. Simulasi Sub Model Limbah TSS... 228 g. Simulasi Sub Model Daya Dukung... 229 5. Validasi Model... 231 a. Validasi Struktur... 231 1) Uji Konstruksi/Kesesuaian Struktur... 232 2) Uji Kestabilan Struktur... 232 b. Validasi Kinerja... 233 6. Skenario Model... 235 a. Skenario Moderat... 236 1) Analisis Kecenderungan Sistem (Simulasi Model)... 236 2) Kondisi Perairan Waduk... 239 a) Beban Limbah Parameter Phosphat (P-PO 4 )... 239 b) Beban Limbah Organik Parameter COD... 240 c) Beban Limbah Parameter TSS... 241 d) Simulasi model Daya Dukung... 242 b. Skenario Optimis... 243 1) Analisis Kecenderungan Sistem (Simulasi Model)... 243 2) Kondisi Perairan Waduk... 246 a) Beban Limbah Parameter Phosphat (P-PO 4 )... 248 b) Beban Limbah Organik Parameter COD... 248 c) Beban Limbah Parameter TSS... 248 d) Simulasi Model Daya Dukung... 250 I. Diskusi Teori dan Temuan Penelitian... 251 1. Sebaran Sumber Polutan Dominan WGM... 251 2. Toksisitas Logam Berat Zona Tercemar... 253 3. Pemodelan Sistem Pengendalian Pencemaran Perairan WGM... 255 BAB V SIMPULAN, SARAN DAN IMPLIKASI... 257 A. Simpulan... 257 xvii
B. Saran... 258 C. Implikasi... 259 DAFTAR PUSTAKA... 262 LAMPIRAN Lampiran 1. Baku Mutu Air PP 82/2001 Lampiran 2. Peta Titik Sampling Lampiran 3. Hasil Pemeriksaan Lab Sampel Air Parameter Fisika dan Kimia Lampiran 4. Hasil Pemeriksaan Lab Sampel Air Parameter Biologi Lampiran 5. Hasil Pemeriksaan lab Sampel Sedimen Lampiran 6. Publikasi Ilmiah Lampiran 7. Biodata Mahasiswa xviii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Sumber Polutan dari Kegiatan Masyarakat di DTA WGM yang Berpotensi Menimbulkan Pencemaran... 15 Tabel 2. Karakteristik Air Limbah Domestik yang Belum Diolah... 25 Tabel 3. Parameter Dominan Kegiatan Pemanfaatan Lahan... 26 Tabel 4. Kapasitas Tampungan WGM Hasil Pengukuran Tahun 2005... 35 Tabel 5. Debit Bulanan Sungai-Sungai Utama WGM Tahun 2005... 36 Tabel 6. Alat Dan Bahan Penelitian Laboratorium... 52 Tabel 7. Prioritas Pemilihan Lokasi Pengambilan Sampel... 56 Tabel 8. Lokasi Titik Sampling (Dalam Koordinat UTM)... 57 Tabel 9. Titik Pengambilan Sampel Air... 58 Tabel 10. Matrik Pengumpulan Data Penelitian... 61 Tabel 11. Faktor Konstanta Beban Limbah Organik... 64 Tabel 12. Standar Mutu Logam Berat Pada Sedimen Berdasar ANZECC dan SEPA... 72 Tabel 13. Nilai Baku Mutu Logam Dalam Sedimen Berdasarkan Dutch Quality Standard for Metals Sediment... 72 Tabel 14. Transformasi % Kematian Hewan Uji ke Tabel Probit... 73 Tabel 15. Penduduk Kabupaten Wonogiri Per Kecamatan... 81 Tabel 16. Jumlah Penduduk Tahun 2013 pada Sub DAS DTA WGM... 83 Tabel 17. Pertumbuhan Penduduk Kabupatenn Wonogiri Tahun 2010-2014... 88 Tabel 18. Penduduk Berumur 15 Tahun ke Atas yang Bekerja Menurut Pendidikan Tertinggi Yang Ditamatkan Dan Jenis Kelamin Di Kabupaten Wonogiri Tahun 2013... 89 Tabel 19. Penduduk Berumur 15 Tahun ke Atas yang Bekerja Menurut Lapangan Pekerjaan Utama Tahun 2012-2013... 90 Tabel 20. Jumlah Curah Hujan di Daerah DTA WGM Tahun 2010-2014... 93 Tabel 21. Debit Maksimum-Minimum Outlet Sungai Keduang Tahun 2011-2014... 95 Tabel 22. Debit Maksimum-Minimum Harian Sungai Temon Tahun 2010-2014... 97 Tabel 23. Debit Maksimum-Minimum Harian Sungai Alang Tahun 2010-2014... 98 Tabel 24. Debit Air Outlet Sungai Wuryantoro Tahun 2010-2014... 100 xix
Tabel 25. Rata-rata Elevasi Air WGM Tahun 2011-2013... 101 Tabel 26. Status Mutu Air WGM dan Parameter Dominan Berdasarkan Mutu Air Kelas 2 PP 82/2001... 116 Tabel 27. Parameter Pencemar Utama Dari Kegiatan Pemanfaatan Lahan... 121 Tabel 28. Kondisi Eksisting Limbah Pertanian Sub DAS Keduang... 124 Tabel 29. Transformasi Senyawa Nitrogen Sumber Polutan... 130 Tabel 30. Kondisi Parameter Kimia dan Fisika Limbah Cair Tahu Sungai Keduang... 138 Tabel 31. Kondisi Parameter Kimia dan Fisika Limbah Cair Tapioka... 143 Tabel 32. Kondisi Parameter Kimia, Fisika Dan Biologi Perairan WGM Pada Area KJA... 144 Tabel 33. Beban Pencemaran Aktual Limbah Industri Tahu... 150 Tabel 34. Kondisi Eksisting Logam Berat Sedimen Zona Tercemar WGM... 167 Tabel 35. Persentase Mortalitas dan Probit ikan nilai merah LC 50-96... 191 Tabel 36. Mikrobentos sedimen zona tercemar WGM... 193 Tabel 37. Analisis Kebutuhan... 209 Tabel 38. Batasan Model Pengendalian Pencemaran WGM... 215 Tabel 39. Jumlah Populasi dan Petani Ikan... 220 Tabel 40. Jumlah Permukiman dan Pertanian... 222 Tabel 41. Jumlah Variabel Pencemaran Waduk... 224 Tabel 42. Jumlah Variabel Pencemaran Waduk... 227 Tabel 43. Persentase Variabel Daya Dukung... 230 Tabel 44. Validasi Struktur Model Pencemaran Waduk... 232 Tabel 45. Data Validasi Variabel Pencemaran Waduk... 234 Tabel 46. Jumlah Permukiman dan Pertanian Skenario Moderat... 237 Tabel 47. Jumlah Beban Limbah Pakan, Sisa Pakan, dan Sedimen Skenario Moderat... 238 Tabel 48. Jumlah Beban Limbah Parameter P-PO 4, COD, TSS Perairan Waduk... 241 Tabel 49. Persentase Daya Dukung Lingkungan Skenario Moderat... 243 Tabel 50. Jumlah Permukiman dan Pertanian Skenario Optimis... 244 Tabel 51. Jumlah Beban Limbah Pakan, Sisa Pakan dan Sedimen Skenario Optimis... 246 Tabel 52. Jumlah Beban Limbah Parameter Perairan Waduk Skenario Optimis... 249 Tabel 53. Persentase Daya Dukung Lingkungan skenario optimis... 251 Tabel 54. Hasil Penelusuran Penelitian Sejenis... 255 xx
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. DTA Waduk Gajah Mungkur Wonogiri... 12 Gambar 2. Peta Penggunaan Lahan DTA WGM... 14 Gambar 3. Pembangunan Saluran Pembuangan Sedimen dari Sub DAS Keduang... 19 Gambar 4 Diagram Lingkar Sebab Akibat (Causal Loop Diagram) Sistem Pengendalian Pencemaran Perairan Waduk... 43 Gambar 5. Kerangka Berpikir Penelitian... 47 Gambar 6. Diagram Input Output Sistem Pengendalian Pencemaran WGM... 76 Gambar 7. PerkembanganTotal Penduduk Kabupaten Wonogiri... 82 Gambar 8. Persentase Pertumbuhan Penduduk Kabupaten Wonogiri... 89 Gambar 9. Persentase Pertumbuhan Ekonomi Kabupaten Wonogiri... 91 Gambar 10.Persentase Luas Wilayah Sub DAS DTA WGM... 92 Gambar 11. Pola Jumlah Curah Hujan DTA WGM... 94 Gambar 12. Debit Harian Maksimum-Minimum S. Keduang th 2010-2014... 96 Gambar 13. Debit Maksimum-Minimum Harian Outlet Sungai Keduang... 97 Gambar 14. Debit Maksimum-Minimum Harian Outlet Sungai Alang... 99 Gambar 15. Debit Air Harian Outlet Sungai Wuryantoro Tahun 2010-2014... 100 Gambar 16. Sebaran TSS Outlet Sub DAS DTA WGM... 104 Gambar 17. Sebaran N-NH 3 Outlet dan Muara Sub DAS WGM... 106 Gambar 18. Sebaran N-NO 2 Outlet & Muara Sub DAS... 108 Gambar 19. Sebaran N-NO 3 Outlet dan Muara Sub DAS... 109 Gambar 20. Sebaran Phospat Outlet dan Muara Sub DAS WGM... 110 Gambar 21. Sebaran BOD Outlet dan Muara Sub DAS WGM... 112 Gambar 22. Sebaran COD Outlet dan Muara Sub DAS... 113 Gambar 23. Sebaran Bakteri Coliform Outlet Sungai di DTA WGM... 114 Gambar 24. Sebaran Kualitas Air WGM Berdasarkan Uji Storet... 120 Gambar 25. Kondisi sungai dan waduk saat musim kemarau 2014, (A) Sungai Wiroko, (B) Sungai Bengawan Solo Hulu, (C) Sungai Alang, (D) Sungai Wuryantoro, (E) Sungai Temon, (F) Sungai Keduang dan (G) WGM... 125 xxi
Gambar 26. Eksisting Pola Aliran TSS Sumber Pencemar Pertanian dari DTA Keduang... 127 Gambar 27. Pola Aliran Sumber Pencemar Nitrogen dari Pertanian... 128 Gambar 28. Pola Distribusi Amonia dari Limbah Pertanian Sampai ke Sungai Wuryantoro dan Muara WGM... 130 Gambar 29. Pola Distribusi Nitrit dari Sumber Polutan ke WGM... 131 Gambar 30. Pola Aliran Nitrat... 132 Gambar 31. Aliran Phosphor dari Air Limbah Pertanian ke WGM... 134 Gambar 32. Sentra industri tahu di Wonogiri... 137 Gambar 33. Eksisting ph Limbah Cair Tahu... 139 Gambar 34. Kondisi Eksisting BOD Limbah Cair Tahu... 140 Gambar 35. Eksisting COD dalam Sumber Polutan Limbah Cair Tahu... 141 Gambar 36. Kandungan TSS dalam Limbah Cair Tahu... 142 Gambar 37. BPA Amonia terhadap Waktu Tinggal Pemupukan... 147 Gambar 38. BPA Nitrit Terhadap Waktu Tinggal Pemupukan... 148 Gambar 39. BPA Nitrat Terhadap Waktu Tinggal Pemupukan... 148 Gambar 40. BPA Phosphat Terhadap Waktu Tinggal Sumber Polutan Phosphat... 149 Gambar 41. Kapasitas Asimilasi WGM Terhadap Beban COD... 154 Gambar 42 Kapasitas Asimilasi WGM Terhadap Beban N-NO 3... 156 Gambar 43 Kapasitas Asimilasi WGM Terhadap Beban N-NH 3... 156 Gambar 44 Kapasitas Asimilasi WGM Terhadap Beban Phosphor... 158 Gambar 45 Kapasitas Asimilasi WGM Terhadap Beban TSS... 158 Gambar 46. Persepsi Masyarakat Terhadap Pengendalian Pencemaran WGM... 161 Gambar 47.Persepsi Masyarakat DAS Keduang Terhadap Pengendalian Pencemaran... 162 Gambar 48. Persepsi Masyarakat DAS Wiroko Terhadap Pengendalian Pencemaran... 163 Gambar 49. Persepsi Masyarakat DAS Alang... 163 Gambar 50. Sebaran Logam Berat Al Pada Zona Tercemar WGM... 170 Gambar 51. Sebaran Logam Berat Fe Pada Zona Tercemar WGM... 172 Gambar 52. Sebaran Logam Berat Ni Pada Zona Tercemar WGM... 174 Gambar 53. Sebaran Logam Berat Zn Pada Zona Tercemar WGM... 177 Gambar 54. Sebaran Logam Berat Cd Pada Zona Tercemar WGM... 179 Gambar 55. Sebaran Logam Berat Si Pada Zona Tercemar WGM... 181 Gambar 56. Sebaran Logam Berat Pb Pada Zona Tercemar WGM... 183 xxii
Gambar 57. Sebaran Logam Berat Cu Pada Zona Tercemar WGM... 186 Gambar 58. Overlay Fe, Al, Co, Si, Zn Sedimen Zona Tercemar WGM... 188 Gambar 59. Overlay Pb, Ni, Cd, Cu Sedimen Zona Tercemar WGM... 189 Gambar 60. Regresi Log Konsentrasi Cu dengan Nilai Probit... 191 Gambar 61. Cat Gram Sampel Sedimen Muara BSH-Alang... 195 Gambar 62. Cat Gram Sampel Sedimen Muara Wiroko... 196 Gambar 63. Gat Gram Sampel Sedimen Muara Wuryantoro... 196 Gambar 64. Cat Gram Sampel Sedimen KJA Petani Ikan... 197 Gambar 65. Cat Gram Sampel Sedimen KJA Aquafarm... 198 Gambar 66. Cat Gram Sampel Sedimen Tengah WGM... 199 Gambar 67. Cat Gram Sampel Sedimen Area Bebas WGM... 199 Gambar 68. Cat Gram Sampel Sedimen Area Wisata... 200 Gambar 69. Sebaran Bakteri Aerob dan Anaerob Sedimen Zona Tercemar... 203 Gambar 70. Sebaran Bakteri Aeromonas di Zona Tercemar WGM... 205 Gambar 71. Diagram Lingkar Sebab-Akibat (Causal- Loop Diagram) Sistem Pengendalian Pencemaran Perairan Waduk... 212 Gambar 72. Diagram Input-Output Sistem Pengendalian Pencemaran... 213 Gambar 73. Model Pengendalian Pencemaran WGM... 216 Gambar 74. Jumlah Populasi... 218 Gambar 75. Jumlah Petani Ikan... 219 Gambar 76. Jumlah Permukiman dan Pertanian dari Tahun ke Tahun... 221 Gambar 77. Jumlah Pakan, Sisa Pakan dan Sedimen... 223 Gambar 78. Jumlah Beban Limbah P-PO 4... 225 Gambar 79. Jumlah Beban Limbah COD... 226 Gambar 80. Jumlah Beban Limbah TSS... 228 Gambar 81. Persentase Variabel Daya Dukung... 230 Gambar 82. Jumlah Permukiman dan Pertanian Skenario Moderat... 236 Gambar 83. Jumlah Beban Limbah Pakan, Sisa Pakan & Sedimen Skenario Moderat... 238 Gambar 84. Beban Limbah Fosfat Perairan Waduk Kondisi Saat Ini dan Tahun Mendatang.... 239 Gambar 85.Beban limbah COD Perairan Waduk Kondisi Saat Ini dan Tahun Mendatang... 240 xxiii
Gambar 86.Beban limbah TSS Perairan Waduk Kondisi Saat Ini dan Tahun Mendatang... 241 Gambar 87.Persentase Daya Dukung Perairan Waduk Saat ini dan Eksisting... 242 Gambar 88. Jumlah Permukiman dan Pertanian Skenario Optimis... 244 Gambar 89. Jumlah Beban Limbah Pakan, Sisa Pakan dan Sedimen Skenario Optimis... 245 Gambar 90. Beban Limbah Fosfat Perairan Waduk Kondisi Saat Ini dan Tahun Mendatang... 247 Gambar 91. Beban Limbah COD Perairan Waduk Skenario Optimis... 248 Gambar 92. Beban Limbah Parameter TSS Skenario Optimis... 249 Gambar 93. Model Daya Dukung Lingkungan Skenario Optimis... 250 xxiv