Pemodelan Lingkungan Sebagai Instrumen Untuk Mengetahui Penyebaran Polutan Udara

Apakah pencemaran udara itu? Di kelas kita pasti sudah mempelajari tentang pencemaran udara. Pencemaran udara adalah masuknya satu atau lebih subtansi fisik, kimia, atau biologi di atmosfer dalam jumlah tertentu sehingga mengakibatkan perubahan kualitas udara yang dapat membahayakan kesehatan manusia, hewan, dan tumbuhan, mengganggu estetika dan kenyamanan, atau merusak properti. Udara di sekeliling kita, atau biasa disebut udara ambien, memiliki kualitas yang mudah berubah yang disebabkan antara lain interaksi antar berbagai polutan di udara dengan faktor-faktor meteorologis (angin, suhu, kelembaban udara, intensitas sinar matahari). Tahukah kamu bagaimana polutan di udara menyebar ke lingkungan? Artikel ini akan sedikit mengulas mengenai pemodelan lingkungan, khususnya penyebaran polutan udara.

Pemodelan lingkungan merupakan suatu usaha yang dibuat manusia untuk mempermudah pemahaman suatu masalah lingkungan. Namanya saja model, bukan kondisi sebenarnya, sehingga di dalam pemodelan lingkungan ada istilah simulasi, validasi, dan kesalahan (error). Kegiatan membandingkan model dengan yang asli dikenal dengan simulasi. Besarnya perbedaan tersebut dikenal dengan istilah error (kesalahan). Kegiatan untuk meminimalkan kesalahan disebut validasi.

Pemodelan lingkungan merupakan kombinasi dari beberapa cabang ilmu pengetahuan. Misalnya dalam kasus penyebaran polutan di udara, ilmu kimia diperlukan untuk menganalisa kandungan polutan, tata cara pengambilan sampel udara, dan reaksi yang terjadi di lingkungan. Selain itu, sistem informasi geografi diperlukan untuk membantu memetakan hasil pemodelan sehingga diperoleh tampilan yang menarik dan mudah dipahami. Pengetahuan tentang mesin industri juga diperlukan untuk menghitung emisi atau gas yang dikeluarkan dari suatu kegiatan industri.

Pemodelan lingkungan banyak dilakukan di dalam Analisis Mengenai Dampak Lingkungan Hidup (AMDAL). “Apa itu AMDAL kakak?” Sering kita mendengar istilah AMDAL di berita media cetak maupun media elektronik. Secara singkat, AMDAL merupakan bagian dari proses perencanaan suatu kegiatan. Salah satu fungsinya adalah untuk memprakirakan jenis dan besarnya dampak lingkungan penting yang dapat terjadi akibat dilaksanakannya suatu rencana kegiatan. Prakiraan dampak lingkungan dilakukan pada salah satu tahapan studi AMDAL yang disebut ANDAL (Analisis Dampak Lingkungan Hidup). Hasil prakiraan dampak digunakan sebagai salah satu bahan pertimbangan untuk memutuskan kelanjutan dari suatu rencana kegiatan. Hasil prakiraan dampak juga dipakai untuk dasar perencanaan dari langkah-langkah yang perlu diambil untuk mencegah atau mengendalikan potensi dampak tersebut.

Lalu, di mana hubungan pemodelan lingkungan dengan AMDAL? Salah satu cara untuk memprakirakan dampak lingkungan dari suatu kegiatan atau rencana kegiatan adalah dengan menggunakan pemodelan lingkungan.

Pada dasarnya, banyak terdapat metode untuk menghitung konsentrasi gas polutan di udara, namun yang sering digunakan adalah:

1. Metode Gaussian Plume
2. Metode kotak (box model)
3. Narrow Plume Hypothesis
4. Model transport gradien (Gradien transport model)

“Makanan apalagi itu kakak?” Jangan pusing dulu, artikel ini akan membahas sedikit tentang model Gaussian plume saja karena banyak perangkat lunak (software) dikembangkan berdasarkan metode ini.

Metode Gaussian Plume

Dispersi adalah suatu proses pergerakan kontaminan melalui udara dan cerobong (plume), menyebarkannya ke area yang luas sehingga konsentrasi menjadi berkurang. Model yang digunakan untuk memodelkan dispersi adalah model Gaussian yang dikembangkan Pasquill dengan menganggap gas terdispersi di atmosfer dan diasumsikan mengikuti perilaku gas ideal. Oleh karena itu, metode ini dinamakan metode Gaussian Plume. Plume itu sendiri merupakan istilah yang menggambarkan hal-hal seperti asap yang keluar dari cerobong asap atau uap dari cerobong asap di pembangkit listrik. Kalo asap dari rokok juga disebut plume, kakak? Kalo melihat dari definisi sih termasuk, tapi ingat, merokok dapat mengakibatkan gangguan kesehatan.

Prinsip metode Gaussian plume adalah:

• Gaya utama dalam transpor polutan adalah angin, sehingga polutan bergerak sesuai arah angin
• Konsentrasi terbesar polutan berada di sepanjang jalur dari pusat cerobong
• Polutan diemisikan secara berkelanjutan dan proses emisi dan dispersi adalah stabil (steady state).

Gambar ilustrasi menunjukkan model Gaussian dengan susunan geometris dari sumber, angin, dan plume. Sistem koordinat kartesian digunakan untuk memudahkan penggambaran. Sumbu-x merupakan jarak konsentrasi polutan dari sumber pencemar (cerobong) yang searah dengan arah angin. Sumbu-y dan z secara berturut-turut merupakan dispersi menyamping dan vertikal. Polutan akan selalu bergerak dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Jika polutan bergerak ke arah hilir, polutan akan terdispersi ke arah vertikal dan horisontal menjauhi sumber pencemar.

Perpotongan konsentrasi polutan secara vertikal dan menyamping membentuk kurva Gaussian yang merupakan konsentrasi dispersi polutan tertinggi. Gas polutan diemisikan dari cerobong dengan temperatur lebih tinggi dari temperatur ambien sehingga polutan akan bergerak ke atas sebelum terdispersi oleh angin. Demikian juga dengan gas yang memiliki kerapatan yang lebih rendah dari pada lingkungan sekitarnya akan bergerak ke atas.

Persamaan Gaussian secara umum adalah:

C(x,y,z) = \frac{Q}{2\pi u \sigma_y \sigma_z} \exp\left(-\frac{y^2}{2\sigma_y^2}\right) \times \left( \exp\left(-\frac{(z+H)^2}{2\sigma_z^2}\right) + \exp\left(-\frac{(z-H)^2}{2\sigma_z^2}\right) \right)

C (x, y, z)  adalah konsentrasi gas di koordinat x, y, z (g/m³), Q adalah laju emisi gas yang dibuang di sumber pencemar (g/detik), u adalah rerata kecepatan angin (m/detik), σ_y adalah standar deviasi plume yang searah dengan sumbu y (m), σ_z adalah standar deviasi plume yang searah dengan sumbu z (m), dan H adalah tinggi efektif cerobong (m).

“Ampun kakak, itu rumus bikin pusing…” Eits, jangan pusing dulu. Pemodelan lingkungan dapat dihitung secara manual (misal dengan menggunakan Excel) maupun dengan bantuan perangkat lunak (softwa­re). Perangkat lunak pemodelan lingkungan banyak tersedia gratis, misalnya SCREEN VIEW dan AERMOD yang dikeluarkan oleh US-EPA.

AERMOD merupakan salah satu model sumber majemuk tercanggih saat ini yang dikembangkan oleh US-EPA dan AMS (American Meteorology Society). Akurasi hasil dari AERMOD lebih baik dari pada SCREEN VIEW karena membutuhkan data meteorologi yang banyak sehingga penggunaan AERMOD relatif sulit jika dibandingkan dengan SCREEN VIEW. Selain itu, diperlukan perangkat lunak lain agar AERMOD dapat berfungsi dengan optimal seperti AERMET dan AERMAP.

Data yang harus dimasukkan ke dalam AERMOD antara lain data iklim yang terdiri dari surface data dan profile data yang harus diolah terlebih dahulu dengan AERMET, data terrain yang harus diolah dengan AERMAP. Output dari AERMOD juga harus diolah dengan software pemetaan (seperti GIS, SURFER, dll), sedangkan arah dan kecepatan angin dipetakan dengan menggunakan software WRPLOT agar diperoleh tampilan yang menarik. Secara singkat, pengoperasian AERMOD disajikan pada diagram alur kerja perangkat lunak AERMOD.

Contoh keluaran dari AERMOD menunjukkan hasil simulasi penyebaran gas CO, terlihat bahwa konsentrasi CO di salah satu ruas jalan di kota Yogyakarta berkisar antara 5.500 – 8.000 mg/m³ (4,46 – 6,49 ppm). Nilai konsentrasi CO masih di bawah baku mutu udara ambien berdasarkan Keputusan Gubernur Daerah Istimewa Yogyakarta No. 153 Tahun 2002 tentang Baku Mutu Udara Ambien Daerah di Propinsi DIY yaitu sebesar 30.000 mg/m³ (24,3 ppm).

Bagaimana, adik-adik tertarik dengan dunia pemodelan? Bukan model untuk fashion show, lho. Semoga dengan artikel singkat ini dapat membuka wawasan adik-adik mengenai penggunaan ilmu pengetahuan alam.

Bahan bacaan:

• http://www.epa.gov/scram001/dispersion_prefrec.htm
• Kemenetrian Lingkungan Hidup, 2007, Memprakirakan Dampak Lingkungan: Kualitas Udara.
• Vallero, D. A, 2008, Fundamental of Air Pollution fourth Edition, Elsevier, Burlington, USA

Penulis:
Taufik Abdillah Natsir, Mahasiswa S3 Chiba University, Japan. Kontak: tanatsir(at)gmail(dot)com.