Kimia Air Sistem_sungai(5) Bagaimana Sampling Air

SISTEM SUNGAI • Sungai merupakan aliran air permukaan yang mengalir ke tempat yang lebih rendah, jumlahnya tergantung dari tinggi muka air, luas catchment area, perkolasi, infiltrasi dan besarnya curah hujan • Menyangkut dua hal : induk sungai dan anak sungai • Pertemuan antara dua aliran disebut junction, pertemuan dua junction merupakan river stretch









Catchment area adalah daerah tangkapan hujan dimana dari luasan tersebut, air dialirkan ke suatu daerah aliran tertentu. Besar aliran merupakan fungsi dari topografi tanah disamping dipengaruhi juga oleh sifat dan jenis tanah, porositas dan besar butir tanah atau pasir, sifat ikatan antar molekul Banyaknya air pada sistem sungai dapat bervariasi sepanjang waktu Pada river stretch banyaknya air mengalir sama dengan air yang berasal dari hulu dan air yang berasal dari surface run off dan ground water drainage yang ditambahkan pada stream sepanjang sungai

DISCHARGE W = lebar sungai

A = w.d

d

keliling basah sungai

Cross section dari sungai dibatasi oleh dasar sungai dan permukaan air. Salah satu parameter hidrolik yang penting adalah jari–jari hidrolis.



Jari-jari Hidrolis (R) :

R = A , dimana A = luas basah sungai, p p = keliling basah sungai  Kedalaman sungai bervariasi pada setiap bagian rata-rata kedalaman d = A , dimana w = lebar sungai w

 Discharge (Q) adalah banyaknya air yang melewati penampang per satuan waktu. Persamaan yang digunakan untuk menghitung debit adalah persamaan Chezy dan Manning: Q = C. A (R.S) 0.5, dimana S adalah slope sedangkan persamaan manning adalah : Q = 1 A. R2/3 S1/2 , n adalah faktor manning n Pada persamaan chezy, C adalah koefisien Chezy yang tergantung dari kedalaman dasar sungai dan kekasaran

 Prinsip

mass balance diterapkan untuk memperhitungkan junction dan surface run off atau ground water Q1

Q1 Q

Q0

Q

Q2 x

Q = Q1 + Q2, Jika debit yang masuk adalah Q0 dan pada jarak x di hilir, maka Q = Q0 + qx

KECEPATAN 





Kecepatan aliran sangat bervariasi, variabilitas disebabkan karena turbulensi, friksi pada dasar sungai dan belokan-belokan sungai Parameter yang menunjukkan friksi diantara badan air dan badan sungai disebut friction velocity (V*) . V* Kecepatan rata-rata sepanjang sungai : V = Q A hubungan antara V dan V* adalah ; V = V* . C . g-0.5 dimana C = koefisien chezy, nilai V average sungai biasanya 0.1 – 1.0 m/dt

DISPERSI  

Dispersi disebabkan oleh perbedaan kecepatan Dispersi dapat dipakai sebagai perhitungan secara empiris yaitu dengan mengasumsikan dispersi sebagai proses difusi, dirumuskan berdasarkan hukum Fiks, yaitu : Ø = - D dc , dimana Ø = sejumlah masa partikel dx per

dc = gradien konstruksi dx

yang bergerak sejauh x luas waktu dispersi



Koefisien dispersi tidak selalu konstan, tetapi tergantung dari : – arah aliran – geometri sungai – gesekan pada dasar sungai • Dispersi (D) dapat dirumuskan : D = α . V* . d, dimana α = konstanta proporsional/ dispersivitas besarnya 6 < α < 600 (elder) • Dispersi koefisien dapat dihubungkan dengan kecepatan rata-rata : D = α . V* . R atau D = α . n. V.g0.5 R5/6 (ficher)

MASS BALANCE 







adalah dasar untuk penentuan model kualitas air, yaitu keseimbangan antara material yang masuk dan yang keluar sungai. Besarnya material terlarut pada air dinyatakan dalam konsentrasi (C), yaitu massa terlarut per volume air, dengan asumsi bahwa air sungai homogen dalam hubungannya dengan variasi kualitas air terhadap kedalaman dan lebar sungai, maka konsentrasi dianggap hanya bervariasi pada arah panjang sungai dan terhadap waktu Banyaknya material yang masuk ke downstream disebut Load (L), yaitu massa yang mengalir tiap satuan waktu. Sistem transport terbagi menjadi 2 mekanisme yaitu : Advection dan Dispertion



Prinsip mass balance diterapkan pada junction dari dua aliran sungai L0 L L = L1 + L0 L1

Jika dispersi transport diabaikan, maka L = Q * C, sehingga :

Q * C = (Q0 * C0) + (Q1 * C1)

Untuk buangan yang dapat larut dengan beban sebesar L yang dibuang pada sungai dengan debit Q0 dan konsentrasi C0, maka : C = (Q0 * C0 )+ L Q0 = C0 + L Q0 Penerapan prinsip mass balance pada stretch lebih kompleks dan sulit, untuk itu dibuat beberapa pendekatan, antara lain : 

 

hanya untuk parameter yang konservatif (konstituen tidak terpengaruh oleh perubahan kimia, biokimia dan phsyco kimia) terjadi keadaan steady, dc/dt konstan keadaan ini tentu terjadi bila input dan output konstan setiap saat



Jika diasumsikan debit awal sungai Q0 dan konsentrasi awal C0 sepanjang sungai ada lateral inflo q dengan konsentrasi C1, maka setelah jarak x ; Q . C = Q0 . C0 + x q . C1 C = Q0 . C0 + x q . C1 Q0 + x.q

REACTION RATE (Kecepatan Reaksi) Reaction Rate (R) merupakan faktor yang paling sulit dievaluasi, karena terdapat banyak proses reaksi yang mungkin terjadi Proses ini dibagi menjadi 2 fase : 1. Fase Transfer : Parameter kualitas air dapat masuk atau meninggalkan fase cair dan berubah ke fase lain seperti proses sedimentasi dan volatilzation 2. Transformation Proses : Parameter tetap pada fase cair tetapi terjadi perubahan kimia seperti pada nitrifikasi 



Untuk membentuk dalam model matematik, diadakan penyederhanaan asumsi yaitu : Single system dan couple system



Single System (R) hanya dipengaruhi satu parameter yang diamati (first order reaction : R = + k. C, k = konstanta kecepatan reaksi Persamaan monod : R = Rmaks C , R = maks reaction rate k +C yang mungkin k = konsentrasi setengah jenuh Apabila C < k maka konsentrasi dapat diabaikan dan persamaannya menjadi sama dengan persamaan orde satu : R = R maks K

Couple System a. Couple reaksi dipisahkan menjadi single reaksi dan kecepatan reaksinya adalah jumlah dari masingmasing kecepatan reaksi ; R1 = - k1 C1 + a k2 C2 dimana : k1= konstanta reaksi dimana zat kimia 1 diubah menjadi zat kimia 2 k2= konstanta reaksi dimana zat kimia 2 diubah menjadi zat kimia 1 a= banyaknya zat kimia 1 yang dihasilkan tiap zat kimia 2 yang diubah b. Memperhatikan pengaruh zat kimia yang berbeda ; R1 = Rmaks C1 . C2 k1 + C1 k2 + C2

PROSES YANG TERJADI DI SUNGAI a. Sedimentasi Bagian dari zat terlarut diadsorbsi pada partikel tersuspensi yang dapat mengendap pada dasar sungai, konstanta kecepatan reaksi tergantung dari kedalaman sungai b. Resuspensi Adalah kebalikan dari proses sedimentasi, yaitu partikel terendap terlarut kembali. c. Difusi Difusi material pada dasar sedimen adalah penting untuk oksigen terlarut, oksigen dapat dikonsumsi oleh benthic dan reaksi kimia benthic, maka konsumsi oksigen oleh benthic biasanya diasumsi konstan.

• Fase Transfer yang terjadi antara air sungai dan udara (atmosfir) antara lain : a. Reaerasi terlarutnya oksigen diudara dalam air R = k (DOs – DO) dimana : DOs = konsentrasi DO jenuh k = konstanta reaerasi Harga k semakin besar dengan meningkatnya kecepatan aliran dan berkurangnyakedalaman sungai b.Penguapan menguapnya zat terlarut pada permukaan air sungai seperti yang terjadi pada polutan organik, konstanta reaksi tergantung dari kecepatan aliran dan kedalaman sungai

• Reaksi yang berhubungan dengan kehidupan air disebut proses ekologi, antara lain : a.Respirasi proses pemakaian oksigen terlarut oleh makhluk air b.Fotosintesa merupakan pembentukan O2 dengan bantuan sinar matahari yang jatuh ke sungai c. Pertumbuhan Biomassa berhubunga dengan fotosintesa dalam hubungannya dengan tanaman air, sedangkan untuk binatang air pertumbuhannya dianggap konstan d.Kematian Makhluk Air yang Bukan Predator hal ini digolongkan sebagai reaksi orde pertama dengan kecepatan reaksi tergantung dari kadar racun air sungai