Pengantar Model Kualitas Air [PDF]

Citation preview

DISAMPAIKAN PADA ACARA: RAPAT KOORDINASI PERHITUNGAN DAYA TAMPUNG BEBAN PENCEMARAN SUNGAI SIAK PPE SUMATERA Pekanbaru, 21 Mei 2015 Dr.Eng Budi Kurniawan, M.Eng Kabid Prasarana Dan Jasa Deputi II Kementerian Negara Lingkungan Hidup dan Kehutanan



1



Modeling Kualitas Air



Budi Kurniawan



2



Pengertian Pemodelan (modeling) • Model adalah representasi suatu sistem yang komplek yang disedehanakan. • Pemodelan dimaksudkan untuk menirukan kondisi nyata (real world) sehingga memungkinkan untuk mengukur dan berekperimen dengan cara yang mudah dan murah ketika ekperimen yang dilaboratorium tidak mungkin dilakukan, terlalu mahal, atau membutuhkan waktu yang lama (timeconsuming) Budi Kurniawan



3



Pembagian Model 1. Model Fisik atau Analog (mis.experimen di lab) 2. Model Matematik: - Analitik (mis. Neraca masa, Streeter and Phelps) - Numerik (mis.Qual2k, WASP, HSPF dll)



Budi Kurniawan



4



MODEL FISIK DAN MODEL MATEMATIK Model Fisik • Similarity • Asumsi



Model Matematik • Governing Eqns • Asumsi



Hybrid approach : kombinasi dari 2 m Keduanya dibutuhkan ketika sangat banyak penyederhanaan dalam perhitungannya



Keterbatasan



Problem dalam •Data yang tidak mencukup •Kualitas data yang rendah •Memahami proses



Problem dalam •Skala •Waktu Budi Kurniawan



5



Polutan dari sungai



Arus sejajar pantai



Gambar Model Fisik Sebaran Polutan di Muara Sungai Budi Kurniawan



6



Model Matematik Analitik • Metoda Neraca Massa : CR = Σ Ci Qi = Σ Mi ΣVi Σ Vi CR : konsentrasi rata-rata konstituen untuk aliran gabungan Ci : konsentrasi konstituen pada aliran ke-i Qi : Debit alir aliran ke-i Mi : massa konstituen pada aliran ke-I



• Metoda Streeter – Phelps: dL/dt = - K’.L L : konsentrasi senyawa organik (mg/L) t : waktu (hari) K’ : konstanta reaksi orde satu (hari-1) Budi Kurniawan



7



Model Matematik Analitik Basic Mass Balance Water Quality Equation: Qd.Cd + Qs.Cs = Qr.Cr • Qd = waste discharge flow in million gallons per day (mgd) or cubic feet per second or m3/sec • Cd = pollutant concentration in waste discharge in milligrams per liter (mg/l) • Qs = background stream flow in mgd or cfs or m3/sec above point of discharge • Cs = background in-stream pollutant concentration in mg/l • Qr = resultant in-stream flow, after discharge in mgd or cfs or m3/sec • Cr = resultant in-stream pollutant concentration in mg/l in the stream reach (after complete mixing occurs)



Example: Zinc Assume a stream has a critical design flow of 1.2 cfs and a background zinc concentration of 0.80 mg/l. The State water quality criterion for zinc is 1.0 mg/l or less. The WLA for a discharge of zinc with a flow of 200,000 gpd is [Note: 200,000 gpd = 0.31 cfs]: Cd= Qr.Cr - Qs.Cs Cd = [(1.0)(0.31+1.2)−(0.8)(1.2)]/0.31 = (1.51−0.96)/0.31 = 0.55/0.31 = 1.77 mg/l



Metode Neraca Masa



Cr.Qr = Cs.Qs + Cd.Qd Parameter Zn (Qr)= Qs + Qd



Qr



(Qs)= 0,01 m3/det (Cs)= 0.80 mg/l



Cd?



Cr Qd



Debit air limbah (Qd) = 0,001 m3/det Berapa Konsentrasi Air Limbah (Zn)?



BMA (Cr)Zn= 1 mg/l)



Logam Berat: Zinc Diketahui: Debit aliran sungai di hulu (Qs)= 0,01 m3/det Konsentrasi Zn sungai di hulu (Cs)= 0.80 mg/l Konsentrasi BMA (Cr)Zn= 1 mg/l Debit air limbah (Qd)= 0,001 m3 Debit sungai di hilir (Qr) = Qs+Qd Dihitung: Berapa Konsentrasi Zn di air limbah (Cd) yang boleh dibuang? Cr.Qr = Cs.Qs + Cd.Qd Cd=(Cr.Qr – Cs.Qs)/Qd = [Cr.(Qs+Qd)-(Cs.Qs)]/Qd Cd = [(1.0)(0,01+0,001)−(0.8)(0,01)]/0.001 = 3 mg/l



Metode Streeter Phelp – Metode ini didasarkan pada kebutuhan oksigen pada kehidupan air (BOD) untuk mengukur terjadinya pencemaran di badan air. – Metode ini diperkenalkan oleh Streeter dan Phelps pada tahun 1925 menggunakan persamaan kurva penurunan oksigen (oxygen sag curve). – Metode pengelolaan kualitas air ditentukan atas dasar defisit oksigen kritik (DC).



Metode Streeter Phelp • Dua langkah penentuan daya dukung : – menentukan apakah beban yang diberikan menyebabkan nilai defisit DO kritis melebihi defisit DO yang diijinkan atau tidak. – apabila ya, maka diperlukan langkah kedua, yaitu menentukan beban BOD maksimum agar defisit DO kritis tidak melampaui defisit DO yang diijinkan.



Receiving Water Model (USEPA) • Dynamic One-Dimensional Model of Hydrodynamics and Water Quality (EPDRiv1) • Stream Water Quality Model (QUAL2K), CE-QUAL-W2 dan CE-QUAL-ICM • CONservational Channel Evolution and Pollutant Transport System (CONCEPTS) • Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) • Water Quality Analysis Simulation Program (WASP) Budi Kurniawan



14



Watershed Models (US-EPA) • Watershed Assessment Model (WAMView) • Storm Water Management Model (SWMM) • Hidrologycal Simulation Program Fotran (HSPF) • Loading Simulation Program in C++ (LSPC) • BASINS (HSPF, PLOAD, AQUATOX) • Storm Water Management Model (SWMM) • Loading Simulation Program in C++ (LSPC) • SWAT • Watershed Analysis Risk Managemnt Framework (WARMF) Budi Kurniawan



15



Konsep Pemodelan Konsep pemodelan (hipotesis) merupakan separangkat asumsi yang merupakan ide dasar atau bangunan dasar mengenai bagaimana suatu sistem atau proses bekerja yang disesuaikan dengan tujuan pemodelan.



Budi Kurniawan



16



Manfaat Pemodelan • Para peneliti menggunakan model sebagai alat (tool) dalam memahami proses yang terjadi dan menemukan faktor yang berpengaruh terhadap suatu sistem. • para praktisi menggunakan model untuk membantu dalam manajemen dan pengambilan keputusan. • memahami secara lebih baik keberadaan polutan di lingkungan, persebaran dan perubahan fisik-kimia-bilogi polutan dan peran manusia dalam siklus polutan tersebut.



Budi Kurniawan



17



Tujuan Pemodelan – Untuk aplikasi apa model dibangun, apakah untuk keperluan penelitian ilmiah, engineering atau manajemen ? – Pelajaran atau pemahaman apa yang ingin diperoleh dari model ? – Pertanyaan apa yang ingin dijawab oleh model ? – Apakah pemodelan merupakan cara terbaik untuk menjawab pertanyaan tersebut ? – Apakah model numerik benar-benar dibutuhkan ? Dapatkan model analitik digunakan? Untuk kasuskasus sederhana dimana model analitik tersedia dan cukup memadai, maka penggunaan model numerik merupakan pekerjaan yang berlebihan (overkill).



Budi Kurniawan



18



Prosedur Pemodelan • • • • • • • • •



Konsep pemodelan Identifikasi Model Design Model Simulasi (execution) dengan menggunakan beberapa scenario Kalibrasi (proses mencocokan hasil simulasi dengan data lapangan untuk mendapatkan angka konstanta dan variabel yang sesuai) Verifikasi (menggunakan seri data yang berbeda) Validasi (jika ada analytical dan analog models) Sensitivity Analysis Analisis hasil Budi Kurniawan



19



Variasi Model 1. Spasial (keruangan) - 1 Dimensi - 2 Dimensi - 3 Dimensi 2. Temporal - Tunak (steady state) - Quasi Dynamic - Dinamik atau transient Budi Kurniawan



20



Variasi Model • Konvensional Polutan (BOD, DO, Ph, TSS, Fecal coliform, minyak, oli) • Non Konvensional polutan (ammonia, nitrogen, phosphorus, chemical oxygen demand (COD), and whole effluent toxicity) • Simple toxic, heavy metal, organic toxic Budi Kurniawan



21



Variasi Model • Model berbasis DAS (watershed based model) • Model berbasis sumber air (receiving based model)



Budi Kurniawan



22



Data dan Informasi untuk Model Kualitas Air • • • • • • • • • • •



Peta Topografi Peta Penggunaan Lahan Peta Administrasi Meteorologi dan klimatologi Elevasi dan posisi geografis sumber air Hidrologi (hidrolika) dan morfologi sumber air Lokasi titik pantau dan Kualitas air hasil pemantauan Jumlah beban, jenis dan lokasi sumber pencemar serta karakteristik zat pencemar Segmentasi sumber air Kelas air atau baku mutu sumber air Pemanfaatan sumber air Budi Kurniawan 23



Aplikasi Pemodelan Kualitas Air • Analisis kuantitatif hubungan antara beban pencemar yang dikeluarkan sumber pencemar dengan kualitas air (air permukaan/air tanah). • Analisis perubahan penggunaan lahan terhadap banjir dan kualitas air • Analisis kuantitatif dampak perubahan iklim terhadap kualitas air sungai/air tanah. • Analisis persebaran polutan (air lindi) di landfill, tumpahan minyak, kebocoran storage B3 sebagai bagian dari Environmental Risk Assessment serta analisis cause-effect dalam kasus lingkungan • Menentukan total maximum daily load (TMDLs) segment sungai ,yang diperlukan untuk penyusunan kebijakan: izin pembuangan air limbah, penyusunan program, perdagangan alokasi limbah, mutu air sasaran, evaluasi tata ruang. • Membantu dalam AMDAL • Water reuse dan Conjunctive use air permukaan dan airtanah Budi Kurniawan



24



Metode Perhitungan DTBP Air  Total Maximum Daily Loads (DTBPs) yaitu jumlah maksimum beban pencemar yang diperbolehkan dibuang ke sumber air tanpa menyebabkan sumber air tersebut tercemar  DTBP = Waste Load Allocation + Load Allocation + Background water quality + Margin of safety (MoE) DTBP = Sumber Tertentu+ Sumber Tak tentu +Kualitas air + Faktor Pengaman Budi Kurniawan



25



Receiving Water Model (USEPA) • Dynamic One-Dimensional Model of Hydrodynamics and Water Quality (EPDRiv1) • Stream Water Quality Model (QUAL2K), CE-QUAL-W2 dan CE-QUAL-ICM • CONservational Channel Evolution and Pollutant Transport System (CONCEPTS) • Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) • Water Quality Analysis Simulation Program (WASP) Budi Kurniawan



26



QUAL2K: A Modeling Framework for Simulating River and Stream Water Quality (Version 2.11)



Documentation



The Mystic River at Medford, MA



Steve Chapra, Greg Pelletier and Hua Tao December 16, 2008 Chapra, S.C., Pelletier, G.J. and 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., [email protected]



Budi Kurniawan



27



QUAL2K & QUAL2Kw • Model satu dimensi, dimana secara lateral dan vertikal diasumsikan tercampur secara sempurna (th e channel is well-mixed vertically and laterally) • Kondisi hidrolik tunak (Steady state hydraulics) • Mensimulasi beban sumber Point dan Non-Point serta pengambilan air (Abstractions) • Mensimulasi ruas saluran yang tidak sama dan beban pencemar yang masuk dari berbagai sumber dan pengambilan air (Unequal reaches, Multiple loads/Abstractions)



Budi Kurniawan



28



Budi Kurniawan



29



Budi Kurniawan



30



HW#1 1



HW#2 6



2 8



12 13



11 HW#3



9



3 14



10



4 5 15 16 17 18 19



HW#4



22



Main stem



7



20



23 24



21 25 26 27 28 29



(a) A river with tributaries



(b) Q2K reach representation



QUAL2K segmentation scheme for (a) a river with tributaries. The Q2K reach representation in (b) illustrates the reach, headwater and Budi Kurniawan



31



Budi Kurniawan



32



Budi Kurniawan



33



Budi Kurniawan



34



Budi Kurniawan



35



Introduction to the Water Quality Analysis Modeling System WASP Version 7.0 April, 2005



Budi Kurniawan



36



WASP Modeling Framework Binary Wasp Input File (wif)



CSV, ASCII Output



WASP



Input Hydrodynamic Interface



Model Preprocessor/Data Server



M es



Models



sa



Binary Model Output



ge



s



Stored Data



Eutrophication



ul Re s te d



Organic Toxicants



Mercury



ts



BMD M od el



Conservative Toxicant



MOVEM



Ex po r



Hydro



Graphical Post Processor Heat Budi Kurniawan



37



Surface Water Flow Options – WASP Screen



Budi Kurniawan



38



Transport Fields – WASP Screen



Budi Kurniawan



39



Applicable Module for Various Model Constituents Module



Constituent



Simple Toxicant



Non-reactive metals: Copper, Lead, Zinc, Cadmium



Simple Organics: MTBE, PCB Homologs



Non-Ionizing Organic Toxicant



Reactive Metals: Arsenic, Tin, Selenium, Chromium



Transformable Organics:



Gasoline, Petroleum, BTEX, PAHs, Chlorinated Solvents, PCBs, VOCs



Organic Toxicant



Ionizable Organics: Pesticides, Organic Acids



Mercury



Elemental Mercury, Divalent Mercury, Methylmercury Budi Kurniawan



40



Segmentation10 1 of Brandywine River 1 1



2 3



Reaches: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.



Annuminas Upper Plains Hobbiton Old Forest (monitoring) South Downs Tharbad Ferry Middle Brandywine The Crescent (monitoring) Minhiriath Lake Evendim epilimnion Lake Evendim hypolimnion Shirebourne Marsh



4 1 2



5 6



7 8 9



Budi Kurniawan



41



Brandywine WASP Network



1. 2. 3. 4. 5. 6.



Annuminas Upper Plains Hobbiton Old Forest (monitoring) South Downs Tharbad Ferry



7. 8.



Middle Brandywine The Crescent (monitoring) 9. Minhiriath 10. Lake Evendim epilimnion 11. Lake Evendim hypolimnion 12. Shirebourne Marsh



Budi Kurniawan



42



Brandywine Physical Geometry



Budi Kurniawan



43



Brandywine Simulation Control



Budi Kurniawan



44



Brandywine Network (4) • Copy segment names from the spreadsheet • Highlight first row. • Paste segment names in the Description field, and segment depths in the Depth Multiplier field.



Budi Kurniawan



45



Budi Kurniawan



46



Budi Kurniawan



47



WASP External Linkages Loading Models SWMM HSPF LSPC NPSM PRZM GBMM



Bioaccumulation BASS FCM-2



WASP Hydrodynamic Models EFDC DYNHYD EPD-RIV1 SWMM



External Spreadsheets ASCII Files Windows Clipboard



Budi Kurniawan



48



TAM/WASP Model Segmentation The TAM/WASP Modeling Framework for Development of Nutrient and BOD TMDLs in the Tidal Anacostia River, 2008



Budi Kurniawan



49



The Anacostia River Watershed



Budi Kurniawan



50



DO Criteria for Designated Uses in the Tidal Anacostia River Budi Kurniawan



51



Maximum Permitted Concentrations and Flows for Calculation of Budi Kurniawan Municipal and Industrial Waste Load Allocations



52



The Port Tobacco River is approximately 8.5 miles long and drains a predominantly forested watershed in Charles County. Land use within the watershed consists of 60 percent forest, 21 percent mixed agriculture and 19 percent urban land. According to water quality surveys, the Port Tobacco River was not supporting the following uses, in part because of nuisance algal growths and low dissolved oxygen: water contact recreation and protection of aquatic life, and shellfish harvesting



Budi Kurniawan



53



Budi Kurniawan



54



Watershed Models (US-EPA) • Watershed Assessment Model (WAMView) • Storm Water Management Model (SWMM) • Hidrologycal Simulation Program Fotran (HSPF) • Loading Simulation Program in C++ (LSPC) • BASINS (HSPF, PLOAD, AQUATOX) • Storm Water Management Model (SWMM) • Loading Simulation Program in C++ (LSPC) • SWAT • Watershed Analysis Risk Managemnt Framework (WARMF) Budi Kurniawan



55



Manfaat Watershed Models • Integrasi rainfall –runoff dan stream model dengan menggunakan DAS sebagai batas pemodelan • Memberitahukan kita respon kualitas air atas berbagai aktivitas manusia (mis:landuse) serta respon terhadap pilihan kegiatan perlindungan sumber air • Alat untuk mensinergiskan program atau kegiatan pengendalian kerusakan DAS dengan pengelolaan dan pengendalian pencemaran air Budi Kurniawan



56



But, what do we know now?



(Oki and Kanae 2006, Science)



Budi Kurniawan



57



Siklus Hidrologi evapotranspirasi



Aliran Permukaan Peresapan



Arus antara



Permukaan Air Tanah



Pelepasan air tanah



Budi Kurniawan



58



Mapping •Identifikasi kondisi fisik (hidro-morfologi, iklim, land-use dan kualitas air) DAS •Identifikasi sumber pencemar •Identifikasi karakteristik zat pencemar •Identifikasi permasalahan dan stakeholders •Identifikasi peraturan dan lembaga formal dan informal perlindungan dan pengelolaan DAS • Identifikasi ekisting program/proyek



Analysis data dan informasi



Aplikasi model Kualitas Air



DTBP/TMDL



Tool: Program dan kegiatan perlindungan d Izin Lingkungan,tata ruang,infrastruktur, Pengelolaan DAS: pedoman,standar, peningkatan kapasitas•Penurunan beban pencemaran dari , insentif-disinsentif, manajemen data sumbernya (point dan non-point sou •Pengelolaan kualitas air base/spasial dan pemberdayaan masyarakat •Pengendalian kerusakan lahan dan tata air Outcome: Ekosistem DAS menjadi Indikator kinerja sehat,peningkatan income dan (rasio debit max-min sungai, tingkat revenue, penyelesaian konflik, erosi /sedimentasi, tinggi muka airtanah penurunan water-borne desease dan kualitas air dan peningkatan kapasitas Budi Kurniawan 59 permukaan dan airtanah) adaptasi perubahan iklim



Budi Kurniawan



60



Hidrologycal Simulation Program Fotran (HSPF) • The HSPF Model mensimulasi perjalanan polutan dan perubahan fisik-kimia-biologi (fate) polutan yang terjadi di seluruh sklus hidrologi. • Terdapat dua proses berbeda yang dimodelkan, yaitu: (1) Proses yang menentukan perjalanan polutan dan perubahan fisik-kimia-biologi polutan pada permukaan dan dibawah permukaan DAS (the surface or in the subsurface of a watershed), and (2) proses di saluran air (in-stream processes). • Proses pertama disebut dengan proses lahan atau DAS (land or watershed processes), proses kedua dinamakan dengan proses pada stream atau ruas sungai (in-stream or river reach processes). Budi Kurniawan



61



Budi Kurniawan



62



Watershed Analysis Risk Management Framework (WARMF) Model WARMF dapat mengajari stakeholders dalam hal: 1) Bagaimana input meteorologi memberikan dampak terhadap kondisi hidrologi dan beban pencemar non-point , 2) Bagaimana land use mempengaruhi beban pencemar non-point , 3) Bagaimana beban pencemar point and non-point tersebar secara spasial, 4) Bagaimana beban pencemar point and non-point diterjemahkan menjadi kualitas air di sungai dan danau 5) Apakah kualitas air sesuai untuk peruntukan tertentu atau tidak.



Budi Kurniawan



63



Budi Kurniawan



64



Budi Kurniawan



65



Representation of Catawba River Basin by a Network of Land Catchments, River Segments, and Reservoirs Budi Kurniawan



66



Dialog Box for Land Use Data Budi Kurniawan



67



Budi Kurniawan Meteorological Data for Charlotte-



68



Budi Kurniawan



69



Budi Kurniawan



70



Budi Kurniawan



71



Specifying Designated Budi Kurniawan



72



Specifying Water Quality Criterion for Budi Kurniawan Designated Use.



73



Spreadsheet Table for Observed Water Budi Kurniawan Quality



74



Simulated and Observed Flow of Catawba River at Calvin Budi Kurniawan



75



Budi Kurniawan



76



Summary Table for the Hypothetical Risk of Failure Analysis Based on this hypothetical example, the risk of failure for the three control options are summarized in Table . The alternative with a low level control of 0.7 (30% reduction of load) has a lower cost, relatively speaking. But it has a 70% chance of not meeting the water quality objective. The medium cost alternative has a 34% chance of failure. The most expepensive alternative has a control level of 0.3 (70% reduction of load). But, the chance of falure is decreased to 2%.



Budi Kurniawan



77



Budi Kurniawan



78



Budi Kurniawan



79



POTENSI SUMBER DAYA DAN ANCAMAN BENCANA DI WILAYAH PESISIR DAN PULAU-PULAU KECIL



Budi Kurniawan



80 80



Pemilihan TEKNIK SIMULASI/PEMODELAN a. • • • • • • • • •



Dilihat dari Tujuan simulasi : Sebaran Polutan di badan sungai atau estuaria Sebaran Nutrisi di badan sungai atau estuaria Kualitas air di estuaria Memerlukan Intrusi garam untuk Pemodelan Hidrodinamika, pertambakan Sedimen, kualitas air dll Dinamika lidah pasir (sand spit) Layout struktur/bangunan hidraulika Pengerukan (dredging) and pembuangan (dumping) Masalah Erosi and Akresi Kurniawan 81 Analisis risiko banjir, Budi tsunami,



Kerangka fikir simulasi estuari Energi pemban gkit Angin Pasut Debit sungai



Model hidrodinamika



Hasil



•Tinggi muka air •Arus, •Percampura n •Suhu, salinitas



•Aliran air •Suhu/salinitas •Kekekalan materi •Trajektori partikel



Energi pemban gkit



Model Transport



•Adveksi •Dispersi



Konsentrasi dasar Sumber aktif



Model Kualitas Air •Transport •Transformasi



Model Sedimen •Erosi •Aggregasi •Deposisi



Model gelombang



•Pembentukan gel. •Penjalaran gel. •Disipasi energi



Energi Pemban gkit Angin



Hasil



•Tinggi gelombang •Perioda gel. •Arah gelombang



Energi Pemban gkit



•Properti sedimen dasar •Solid loading



Hasil



Hasil



•Konsentrasi di kolom air •Konsentrasi di dasar



•Konsentrasi Sed. •Massa tersedimenta si, •Massa tererosi Budi Kurniawan •Perubahan dasar



82



Contoh Model Matematik •



•



•



Gelombang –



TUNAMI, TSUNAWI, ANUGA, COMCOT



–



RCPWAVE (komersial),



–



Mike 21-SW, Mike21-BW



–



CGWAVE (komersial)



–



Dll







Polutan (2 dimensi)  SMS-RMA4 (komersial)  Mike21-ECO, Mike 3D-EQ  Dll. (oil spill problem)







Sedimen suspensi perairan  SMS-SED2D (komersial)  Mike21-ST, Mike21-MT, Mike 3D-MT  3DD  Delft 3D  Ecomsed  Dll



Sedimen pantai (pasir) –



Genesis US Army CERC



–



Litpack (DHI)



Arus (2 dimensi) –



Mike21-HD, Mike3D-HD(komersial)



–



SMS – RMA2 (komersial)



–



TELEMAC (komersial)



–



3DD



–



Delft 3D



–



Trisula



–



POM



–



Dll.



Budi Kurniawan



83



MODEL HIDRODINAMIKA • Pemodelan hidrodinamika didasarkan kepada deskripsi proses-proses yang mempengaruhi sirkulasi dan percampuran masa air yang menggunakan hukum konservasi masa dan momentum • Parameter yang digunakan dalam pemodelan hidrodinamik meliputi: pasang surut, kemiringan hidrolika, suhu, friksi, turbulensi, angin dan tekanan atmosfir, dan pengaruh rotasi bumi (coriolis force) • Output: Pola arus (kecepatan,arah) dan tinggi muka air (elevasi) Budi Kurniawan



84



Model Transpor Polutan • Dipergunakan dalam memprediksi persebaran serta transformasi (perubahan fisik-kimiabiologi) polutan di perairan • Proses yang dimodelkan: perjalanan dan konsentrasi dari zat pencemar setelah mengalami dispersi, ionisasi, sorpsi, dan mengalami degradasi melalui proses seperti; volatilisasi, biodegradasi, hidrolisis serta fotolisis • Output: Persebaran konsentrasi polutan secara spasial dan temporal Budi Kurniawan



85



OUTPUT MODELING •



•



•



•



Prediksi kondisi kualitas air laut dan persebaran konsentrasi zat pencemar secara spasial dan temporal menggunakan lokasi outfall eksisting dan beban zat pencemar eksisting. Prediksi kondisi kualitas air laut dan persebaran konsentrasi zat pencemar sebagai respon dari penerapan berbagai skenario manajemen Beban polutan maksimum yang diperbolehkan untuk dibuang ke badan air laut dimasa sekarang dan masa yang akan datang agar baku mutu air laut yang ditetapkan tidak terlampaui. Lokasi outfall yang paling tepat agar zat pencemar mendapatkan dilusi yang optimal Budi Kurniawan



86



Kawasan ??? • Aktivitas: Industri, pariwisata, pelabuhan, transportasi, pemukiman • Ekosistem sensitif: Terumbu karang, padang lamun, mangrove • Kondisi hidro-geo-morfologi pesisir laut • Peraturan perundang-undangan • Sosial-ekonomi-budaya masyarakat



Budi Kurniawan



87



Polutan • Sumber – – – –



dari sungai buangan / effluent industri Aktivitas transportasi laut dari dasar / timbunan



• Mekanisme angkutan atau sebaran – mengapung di permukaan – melayang bersama aliran – terseret di atas dasar perairan



Budi Kurniawan



88



Pertanyaan ???? • Berapa besar Beban Pencemaran yang masuk ke kawasan estuari atau laut di masa sekarang dan yang akan datang? • Berapa kontribusi beban pencemar masing-masing sumber pencemar? • Berapa besar beban pencemar maksimum yang dapat diasimilasi kawasan estuari atau laut ? • Berapa kuota beban pencemar masingmasing sumber pencemar? Budi Kurniawan



89



TAHAPAN KAJIAN DIKAWASAN Data dan informasi: Jenis sumber pencemar, beban dan karakteristik air limbah, Iklim, hidro-oceanografi, kualitas air laut, komunitas biologi, penggunaan lahan dll Pemodelan hidrodinamika, polutan tranpor dan ekosistem



Informasi peruntukan: kawasan suaka alam laut, kawasan konservasi laut, taman nasional laut, industri, pariwisata, pelabuhan dll Baku mutu kualitas air



•Total beban pencemar eksisting saat ini dan prediksi beban pencemar dimasa yang akan datang •Kontribusi beban pencemar dari berbagai sumber •Total beban pencemar yang diperbolehkan masuk kawasan (Daya Tampung Beban Pencemar) •Izin ditunda •Pembinaan - Produksi bersih - Pengolahan limbah - Eco-industrial park



Tidak memenuhi Budi Kurniawan



Alokasi beban pencemar per industri di kawasan dibandingka n Beban pencemar eksisting per industri di kawasan memenuhi Izin dikeluarkan 90



Industri I



II



Budi Kurniawan



III



91



Budi Kurniawan



92



Budi Kurniawan



93



Budi Kurniawan



94



No



Properti



Keterangan



1



Jumlah grid arah x



375



2



Jumlah grid arah y



350



3



Resolusi grid arah x dan arah 10 m



4



y Luas tiap grid



100 m2



5



Langkah waktu perhitungan



5 detik



5



Kedalaman maksimum



15 m



4



Kedalaman minimum



1m



5



Tipe elemen



Elemen beda hingga



6



Luas area



13 km2 Budi Kurniawan



95



Budi Kurniawan



96



Budi Kurniawan



97



Budi Kurniawan



98



Budi Kurniawan



99



Budi Kurniawan



100



Budi Kurniawan



101



Arus di Perairan Ujung Pangkah, Musim Angin Timur (Kecepatan Angin 5 m/s)



Budi Kurniawan



102



Sebaran Sedimen dari 5 Muara Sungai (Musim Angin Timur)



Budi Kurniawan



103



Hasil Simulasi Sebaran Panas (Kondisi Eksisting, Angin Barat)



Budi Kurniawan



104 104



TERIMAKASIH [email protected]



Budi Kurniawan



105



DAFTAR PUSTAKA



Abbot, M.B and W.A. Price, Coastal, Estuarial and Harbour Engineers, Reference Book, 1994, E & FN Spon, London Ambrose, R. B., J. L. Martin, and T. A. Wool, 2009. WASP7, Streams Transport—Model Theory, User's Manual, and Programmer's Guide. EPA/600/R-09/100, U.S. Environmental Protection Agency, Athens, GA. 29 Budi Kurniawan, Kenji Jinno. Memoirs of the Faculty of Engineering, Kyushu University, Vol.66, No.2, June 2006. “Numerical Transport model of chlorinated organic carbon compounds in saturated porous media”. Budi Kurniawan, Kenji Jinno. Annual Journal of Hydraulic Engineering, JSCE, Vol.51, 2007, February. “Numerical modeling for assessment of contaminant vertical distribution under parameter uncertainties”. Budi Kurniawan, Kenji Jinno. Journal of Environmental Hydrology, Vol.15, paper 1, March 2007. “Numerical modeling for risk assessment of groundwater contamination under river and pumping effect”. Brown, L.C., and Barnwell, T.O. 1987. The Enhanced Stream Water Quality Models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS, EPA/600/3-87-007, U.S. Environmental Protection Agency, Athens, GA, 189 pp.



Budi Kurniawan



106



Chapra, S.C. and G.J. Pelletier. 2003. QUAL2K: A Modeling Framework for Simulating River and Stream Water Quality (Beta Version): Documentation and Users Manual. Civil and Environmental Engineering Dept., Tufts University, Medford, MA.Churchill, M.A., Elmore, H.L., and Buckingham, R.A. 1962. The prediction of stream reaeration rates. J. Sanit. Engrg. Div. , ASCE, 88{4),1-46. Cole, T.M. and S. Wells. 2000.CE-QUAL-W2: A Two-Dimensional, Laterally Averaged, Hydrodynamic and Water Quality Model, Version 3.0, US Army Corps of Engineers,Washington, DC: Instruction Report EL-00-1, August 2000 Diposaptono ,S.2009.. Simulasi Penyebaran Pencemar Untuk Prakiraan Dampak Kualitas Estuaria. Essink Oude., G.H.P. 2000. Groundwater Modeling. Lecture Note L 4018/GWM I. Departement of Geophysics, Institute of Earth Sciences. Interfaculty of Hydrology Utrecht. Utrecht University, the Netherlands. HydroQual, Inc.2002. A Primer for ECOMSED Version 1.3, User’s Manual. Schnoor, J.L., et al. 1987. Processes, Coefficients, and Models for Simulating Toxic Organics and Heavy Metals in Surface Waters. U.S. EPA, Athens, GA. EPA/600/3-87-015.



Budi Kurniawan



107



Schnoor, J.L.. 1996. Environmental Modeling.; Fate and Transport Pollutants in Water, Air and Soil, John Wiley and Sons, Inc. USEPA. 1997. Technical Guidance Manual for Performing Waste load Allocations, Book II: Streams and Rivers – Part 1: Biochemical Oxygen Demand/Dissolved Oxygen and Nutriens/Eutrophications (EPA-823-B-97-002). (U.S.ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY) 401 M Street, S.W. Washington, DC 20460.  U.S. EPA Estuarine Waste Load Allocation Modeling (Center for Exposure Assessment Modeling, Environmental Research Laboratory, U.S. EPA, Athens, GA AScI Corp., at the Environmental Research Laboratory, U.S. EPA, Athens, GA, Environmental Research Laboratory, U.S. EPA, Narragansett, RI, 1992) U.S. EPA NPDES Permit Writers' Manual; U.S. Environmental Protection Agency, Office of Water, December, 1996 U.S. EPA. 1999. Protocol for Developing Nutrient TMDLs. EPA 841-B99-007. Office of Water (4503F), United States Environmental Protection Agency, Washington D.C. 135 pp WARMF. 2001 Watershed Analysis Risk Management Framework: Update One: A Decision Support System for Watershed Analysis and Total Maximum Daily Load Calculation, Allocation and Implementation, EPRI, Palo Alto, CA.



Budi Kurniawan



108