Pemodelan Teknik Lingkungan (Pendahuluan)

oleh Dr. Asep Sofyan
(email: [email protected])
Definisi Model
 Model dapat diartikan sebagai penggambaran,
penyederhanaan, miniatur, atau peniruan.
 Pemodelan lingkungan adalah penggambaran
proses lingkungan beserta hubungan antar
komponen/variabel pembentuknya menggunakan
representasi logika dan matematika.
 Pemodelan merupakan salah satu cabang dari
analisis ilmiah. Kegiatan pemodelan meliputi:
pembuatan konsep, pengorganisasian,
komunikasi, pemahaman, analisis, ujicoba
pengukuran lapangan, ramalan, prediksi,
peringatan dini (early warning), dan optimasi
pengambilan keputusan.
Definisi Teknik Lingkungan
 Teknik lingkungan merupakan cabang ilmu yang
mengembangkan keilmuan, metodologi,
pengukuran, analisis masalah, dan rekomendasi
permasalahan-permasalahan lingkungan,
khususnya dari sisi pendekatan teknik dan
manajemen.
 Permasalahan lingkungan yang secara intensif
dikembangkan di Teknik Lingkungan adalah
sumber daya air, penyediaan air bersih,
pengolahan air limbah, pengolahan limbah padat,
pencemaran udara, pencemaran tanah, dan
kesehatan lingkungan.
 Sehingga Pemodelan Teknik Lingkungan adalah
pengembangan keilmuan, metodologi, dan
analisis logika dan model matematika untuk
memecahkan permasalahan lingkungan dari
pendekatan teknik dan manajemen.
 Tahapan analisis data secara umum:




Pengukuran (data lapangan)
Analisis statistik (rerata, simpangan baku, korelasi, dll)
Interpretasi data (dibandingkan dng baku mutu dll)
Kelemahan: proses fisik/kimia/biologi tidak dapat
dijelaskan hanya oleh data-data pengukuran secara
umum tersebut.
 Pemodelan dapat dipergunakan untuk membantu
menjelaskan fenomena fisik, kimia, dan biologi
yang mungkin terjadi dalam proses tersebut.
 Model merupakan perumusan matematika dari
proses-proses fisika/kimia/biologi suatu fenomena
alam, sehingga jika dimasukkan data-data
penunjang, kemudian dihitung dengan metode
perhitungan tertentu, akan dapat dihasilkan
gambaran proses secara keseluruhan.
 Kelebihan model adalah model dapat digunakan
sebagai sarana simulasi, sehingga dengan model
kita dapat memperkirakan, memprediksi dan
mempelajari berbagai kemungkinan yang dapat
terjadi jika berbagai skenario diaplikasikan dalam
model tersebut.
 Pemodelan di Teknik Lingkungan terbagi menjadi
2 bagian besar, yaitu pemodelan proses
fisik/kimia/biologi dan pemodelan manajemen
lingkungan.
 Pemodelan proses fisik/kimia/biologi bertujuan
untuk mengetahui proses fisik, kimia, dan biologi
yang terjadi pada suatu objek/proses yang
dipelajari, interaksi antar variabel/parameter,
karakteristik transport (penyebaran), dan keluaran
yang dihasilkan jika suatu skenario masukan
dilakukan (proses simulasi).
 Pemodelan manajemen lingkungan bertujuan untuk
mempelajari parameter/variabel yang berperan dalam
sebuah proses alam/sosial, dan juga interaksi yang
terjadi antar parameter/variabel.
 Selain itu pemodelan manajemen lingkungan
bertujuan untuk proses pembuatan keputusan
manajemen, yaitu dengan cara membuat berbagai
skenario manajemen yang kemudian dimasukkan ke
dalam model, disimulasikan, dan dianalisis keluaran
yang dihasilkan.
 Dengan berbagai simulasi tersebut dihasilkan banyak
alternatif solusi, sehingga keputusan yang diambil
dapat berkualitas lebih baik.
Ruang Lingkup Pemodelan Teknik Lingkungan
 Pemodelan Proses Fisik/Kimia/Biologi
 Proses penyebaran fisik (adveksi, difusi, dispersi,
deposisi)
 Proses interaksi antar molekul (asosiasi, difraksi,
aglomerasi)
 Proses reaksi kimia antar molekul
 Proses pertumbuhan biologi
 Pemodelan Manajemen Lingkungan
 Pemodelan sistem dinamik
 Pemodelan konsep (ekosistem, sistem sosial/ekonomi)
 Berdasarkan ruang lingkup yang dikerjakan
bidang Teknik Lingkungan maka pemodelan
Teknik Lingkungan dapat diterapkan pada bidang-
bidang:
 Pemodelan Sumber Daya Air
 Pemodelan Penyediaan Air Bersih
 Pemodelan Pengolahan Air Limbah
 Pemodelan Pengolahan Limbah Padat
 Pemodelan Pencemaran Udara,
 Pemodelan Pencemaran Tanah dan Air Tanah,
 Pemodelan Kesehatan Lingkungan dan
 Pemodelan Manajemen Lingkungan.
Menyusun/Menggunakan Model
 Sebelum menyusun atau menggunakan sebuah
model maka beberapa hal yang harus diperhatikan
adalah:
 Model adalah representasi dari sebuah teori, sehingga
jika teori yang digunakan benar maka model juga
seharusnya menghasilkan keluaran yang benar, dan
sebaliknya.
 Asumsi dan penyederhanaan yang dibuat ketika
menyusun model harus mengikuti aturan/teori yang
berlaku, setiap asumsi yang dibuat harus
didokumentasikan/dicatat dengan baik.
 Untuk menghitung model matematika biasanya
digunakan pendekatan metode numerik, sehingga harus
didefinisikan dengan baik kemungkinan kesalahan
perhitungan dari metode numerik yang
dipilih/digunakan.
 Tidak ada satupun model yang dapat memprediksi
secara akurat 100%, tetapi model yang baik dapat
menjelaskan banyak hal dari data observasi yang
dikumpulkan.
 Pemodelan bukan substitusi/pengganti kegiatan
pemantauan/monitoring lingkungan. Model
hanya akan berjalan baik jika ditunjang oleh data
observasi laboratorium/lapangan dan data
pemantauan yang baik dan kontinyu.
 Ketika menyampaikan sebuah kesimpulan atas
hasil sebuah model maka berbagai
asumsi/penyederhanaan dan kesalahan numerik
harus disampaikan pula. Sehingga tingkat
ketidakpastian model dapat menjadi bahan
pertimbangan dalam pengambilan keputusan.
 Setiap penyusun dan pengguna model harus
memahami segala keterbatasan yang dimiliki
model.
Pemodelan Proses Fisik/Kimia/Biologi
 Pemodelan fisik/kimia/bologi direpresentasikan dgn
pemodelan matematika. Pemodelan matematika
memiliki karakteristik:
 Konseptual atau empirikal
 Deterministik atau stokastik
 Steady-state atau dinamik
 Analitikal atau numerikal
 Secara spasial teragregasi atau terdistribusi
Tahapan proses pemodelan matematika:
 Konseptualisasi dan Identifikasi
 Menyusun hipotesis dasar teori yang terlibat dalam proses
termaksud
 Mengevaluasi hipotesis dasar teori termaksud
 Identifikasi struktur model
 Representasi matematika
 Biasanya dalam bentuk diferensial atau persamaan aljabar
 Untuk sistem pakar dapat pula menggunakan aturan bahasa
(linguistic rules)
 Implementasi numerik
 Menyusun algoritma solusi numerik
 Melakukan perhitungan menggunakan komputer

Estimasi parameter dan Kalibrasi



Pengujian hipotesis


Pengaturan parameter model berdasarkan data
pengukuran
Kalibrasi sehingga seluruh data pengukuran dan
parameter model sesuai
Pengujian keluaran model terhadap kondisi uji yang telah
ditentukan untuk hipotesis tertentu
Validasi

Memastikan kualitas model yang dihasilkan dengan
membandingkannya dengan data pengukuran
 Bidang Teknik Lingkungan bekerja pada media air,
tanah, air tanah, dan udara. Sehingga karakteristik
dan proses yang terjadi pada media tersebut perlu
diketahui dengan baik.
 Air dan udara bisa dikelompokkan menjadi fluida,
sehingga teori fluida seperti statis, mekanis, dan
dinamis menjadi dasar teori pemodelan fisik.
 Istilah-istilah penting: Adveksi, Difusi, Dispersi,
Deposisi, Sedimentasi, dll