JENIS MODEL YANG DITERAPKAN PADA STUDI KUALITAS AIR - LINGKUNGAN HIDUP - 2025

Model kualitas air adalah formulasi matematis yang mensimulasikan perilaku dan efek polutan dalam air. Dalam pengertian ini, skenario yang mungkin dari dampak polutan disajikan dengan menggunakan berbagai rumus yang dimulai dari parameter dan variabel tertentu.

Ada beberapa model kualitas air yang berbeda tergantung pada sumber kontaminasi dan badan air yang akan dievaluasi. Model ini terdiri dari program komputer yang didasarkan pada algoritma matematika.

Evaluasi kualitas air. Sumber: CSIRO

Model tersebut mengintegrasikan data lapangan dari berbagai variabel dan faktor, ditambah kondisi input tertentu. Dari data ini, model menghasilkan skenario yang mungkin, mengekstrapolasi data dalam ruang dan waktu berdasarkan probabilitas.

Parameter paling informatif untuk mengevaluasi kontaminasi badan air adalah kebutuhan oksigen biokimia (BOD). Sebagian besar model memasukkan estimasi variasi BOD sebagai kriteria untuk menghasilkan skenario mereka.

Pemerintah telah menetapkan peraturan kualitas air yang harus dipenuhi untuk mendapatkan izin kegiatan yang berpotensi menimbulkan pencemaran. Dalam pengertian ini, model adalah alat yang berguna untuk memahami kemungkinan dampak pada kualitas air dari suatu kegiatan.

Landasan matematika

Model yang digunakan untuk meramalkan perilaku kualitas air didasarkan pada persamaan diferensial. Persamaan-persamaan ini menghubungkan jumlah perubahan dalam satu fungsi dengan besarnya perubahan fungsi lainnya.

Persamaan diferensial nonlinier digunakan dalam model kualitas air, karena proses pencemaran air bersifat kompleks (tidak menanggapi hubungan sebab-akibat linier).

Parameter

Saat menerapkan model tertentu, perlu mempertimbangkan serangkaian parameter.

Secara umum, parameter dasar seperti Biological Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD), nitrogen dan fosfor yang ada diperkirakan.

BOD adalah salah satu indikator pencemaran yang paling penting, karena nilai yang tinggi menunjukkan banyaknya mikroorganisme. Untuk bagiannya, COD menunjukkan jumlah oksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi bahan organik dengan cara kimiawi.

Parameter yang akan dievaluasi tergantung pada jenis badan air, baik lentik (danau, telaga, rawa) atau lotik (sungai, sungai). Aliran, area tertutup, volume air, suhu dan iklim juga harus diperhitungkan.

Sumber kontaminasi juga perlu dipertimbangkan untuk dievaluasi, karena setiap kontaminan memiliki perilaku dan efek yang berbeda.

Dalam kasus pembuangan ke badan air, jenis pembuangan, polutan yang dikandungnya, dan volumenya dipertimbangkan.

Klasifikasi

Ada banyak model matematika untuk mensimulasikan perilaku polutan di perairan. Mereka dapat diklasifikasikan tergantung pada jenis proses yang mereka pertimbangkan (fisik, kimia, biologis) atau jenis metode solusi (empiris, perkiraan, disederhanakan).

Faktor-faktor yang menjadi pertimbangan untuk mengklasifikasikan model-model tersebut adalah dinamika dan dimensionalitas.

Dinamis

Model stasioner menganggap bahwa itu cukup untuk menetapkan distribusi probabilitas keadaan polutan pada saat atau ruang tertentu. Selanjutnya, ia mengekstrapolasi distribusi probabilitas tersebut dengan mempertimbangkan hal yang sama di semua ruang dan waktu di perairan tersebut.

Dalam model dinamis, diasumsikan bahwa kemungkinan perilaku polutan dapat berubah dalam ruang dan waktu. Model kuasi-dinamis melakukan analisis dalam beberapa bagian dan menghasilkan pendekatan parsial terhadap dinamika sistem.

Ada program yang dapat bekerja dalam model dinamis dan kuasi-dinamis.

Kematraan

Bergantung pada dimensi spasial yang dipertimbangkan model, ada dimensi, satu dimensi (1D), dua dimensi (2D) dan tiga dimensi (3D).

Model tanpa dimensi menganggap media homogen di segala arah. Model 1D dapat mendeskripsikan variasi spasial di sepanjang sungai, tetapi tidak secara vertikal atau penampang melintang. Model 2D akan mempertimbangkan dua dimensi ini, sedangkan model 3D akan menyertakan semuanya.

Contoh

Jenis model yang akan digunakan bergantung pada badan air yang akan dipelajari dan tujuan penelitian, dan harus dikalibrasi untuk setiap kondisi tertentu. Selain itu, ketersediaan informasi dan proses yang akan dimodelkan harus menjadi pertimbangan.

Beberapa contoh model studi kualitas air di sungai, sungai, dan danau dijelaskan di bawah ini:

QUAL2K dan QUAL2Kw (Model Kualitas Air)

Mensimulasikan semua variabel kualitas air di bawah simulasi aliran konstan. Mensimulasikan dua tingkat BOD untuk mengembangkan skenario kemampuan sungai atau aliran untuk mendegradasi polutan organik.

Model ini juga memungkinkan simulasi jumlah karbon, fosfor, nitrogen, padatan anorganik, fitoplankton, dan detritus yang dihasilkan. Demikian juga, ini mensimulasikan jumlah oksigen terlarut, yang memprediksi kemungkinan masalah eutrofikasi.

Variabel lain seperti pH atau kemampuan untuk menghilangkan patogen juga diproyeksikan secara tidak langsung.

Model STREETER-PHELPS

Ini adalah model yang sangat berguna untuk mengevaluasi perilaku konsentrasi polutan tertentu di wilayah pengaruh pembuangan ke sungai.

Salah satu bahan pencemar yang menghasilkan pengaruh paling signifikan adalah bahan organik, sehingga variabel yang paling informatif dalam model ini adalah kebutuhan oksigen terlarut. Oleh karena itu, ini mencakup perumusan matematis dari proses utama yang terkait dengan oksigen terlarut di sungai.

Model MIKE11

Ini mensimulasikan berbagai proses seperti degradasi bahan organik, fotosintesis dan respirasi tanaman air, nitrifikasi dan pertukaran oksigen. Ini ditandai dengan simulasi proses transformasi dan penyebaran polutan.

Model RIOS

Model ini dirancang dalam konteks pengelolaan DAS dan menggabungkan data biofisik, sosial dan ekonomi.

Ini menghasilkan informasi yang berguna untuk merencanakan langkah-langkah perbaikan dan mencakup parameter seperti oksigen terlarut, BOD, coliforms dan analisis zat beracun.

Model QUASAR (Simulasi Kualitas Sepanjang Sistem Sungai)

Sungai dimodelkan terpisah menjadi beberapa bagian, ditentukan oleh anak sungai, spillways dan intake publik yang datang atau berangkat darinya.

Di antara parameter lainnya, mempertimbangkan aliran, suhu, pH, BOD dan konsentrasi amonia, nitrat, Escherichia coli, dan oksigen terlarut.

WASP (Program Simulasi Analisis Kualitas Air)

Anda dapat mendekati studi badan air dalam dimensi yang berbeda (1D, 2D atau 3D). Saat menggunakannya, pengguna dapat memilih untuk memasukkan proses transportasi kinetik konstan atau waktu-bervariasi.

Pembuangan limbah titik dan non-titik dapat dimasukkan dan aplikasinya mencakup berbagai kerangka kerja pemodelan fisik, kimia, dan biologi. Di sini aspek yang berbeda seperti eutrofikasi dan zat beracun dapat dimasukkan.

Model AQUASIM

Model ini digunakan untuk mempelajari kualitas air di sungai dan danau. Ini berfungsi seperti diagram alir, memungkinkan untuk mensimulasikan sejumlah besar parameter.

Referensi

1. Castro-Huertas MA (2015) Penerapan QUAL2KW dalam pemodelan kualitas air Sungai Guacaica, departemen Caldas, Kolombia. Pekerjaan derajat. Fakultas Teknik dan Arsitektur, Departemen Teknik Kimia, Universitas Nasional Kolombia. Kolumbia. 100 hal.
2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick dan RV Thomann (1981) Program Simulasi Analisis Kualitas Air (WASP) dan Program Verifikasi Model (MVP) - Dokumentasi. Hydroscience, Inc., Westwood, NY, untuk US EPA, Duluth, MN, Kontrak No. 68-01-3872.
3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA García dan FJ Cervantes-Carrillo (Eds.) (2017). Pengolahan air limbah biologis. Prinsip, pemodelan dan desain. Penerbitan IWA. 580 hal.
4. Matovelle C (2017) Model matematis kualitas air yang diterapkan di cekungan mikro sungai Tabacay. Majalah Teknis Killkana 1: 39-48.
5. Ordoñez-Moncada J dan M Palacios-Quevedo (2017) Model kualitas air. Concesionaria Vial Unión del Sur. Konsorsium SH. Jalan raya ganda. Rumichaca-Pasto. Departemen Nariño. HSE, Asesoría e Ingeniería Ambiental SAS 45 hal.
6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - Panduan Pengguna, program komputer untuk identifikasi dan simulasi sistem akuatik, Institut Federal Swiss untuk Ilmu dan Teknologi Lingkungan (EAWAG), Swiss.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) Model matematis kualitas air di danau dan waduk. Tesis. Fakultas Teknik. Universitas Otonomi Nasional Meksiko. Meksiko, DF 95 hal.