7/21/2019 Siti Astycha 25014050

1/20

Data Jurnal

Judul Artikel: Development of Three-Dimensional Hydrodynamic and Water Quality

Models to Support Total Maximum Daily Load Decision Process for theNeuse River Estuary,

North Carolina

Penulis : A. Wool

Steven R. Davie

Hugo N. Rodriguez

Penerbit : Journal Of Water Resources Planning and Management ASCE/ July/

Agust 2003

I.Pendahuluan

Lokasi Studi

Penelitian dilakukan di The Neuse River Estuary di Carolina Utara, dimana Carolina

Utara adalah sebuah negara bagianAmerika Serikat yang terletak di pesisirSamudra

Atlantik dibagian tenggaraAmerika Serikat

Gambar 1. Peta Lokasi Sungai Neuse (Sumber : Jurnal)

Gambar 2. Letak Sungai Neuse River (Sumber : Google Earth)

http://id.wikipedia.org/wiki/Amerika_Serikathttp://id.wikipedia.org/wiki/Samudra_Atlantikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Samudra_Atlantikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Bagian_tenggara_Amerika_Serikat&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Amerika_Serikathttp://id.wikipedia.org/wiki/Amerika_Serikathttp://id.wikipedia.org/wiki/Amerika_Serikathttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Bagian_tenggara_Amerika_Serikat&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Samudra_Atlantikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Samudra_Atlantikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Amerika_Serikat

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

2/20

Tujuan Studi

Sungai Estuary Neuse termasuk dalam bagian departemen Carolina Utara untuk

bidang kualitas air 303 (d) khusus nutrisi. Dan merupakan pengembangan dari program

TMDL (Total Maximum Daily Load) di musim semi tahun 2001. Target kualitas air dari

TMDL adalah nilai dari konsentrasi chlorophyll-a di estuary. EPA ( Environmetal

Protection Agency ) regional 4 bekerja sama dengan Negara Carolina Utara dalam hal

memberikan bantuan teknis dan bimbingan untuk TMDL nutrisi di Sungai Estuary

Neuse. Tujuan dari pengembangan hidrodinamika dan model kualitas air adalah

mensimulasikan sirkulasi yang kompleks dan kenetik kualitas air dalam sistem,

termasuk didalamnya salinitas, tingkat suhu, angin, tingkat oksigen yang terlarut, dan

perbandingan nilai konsentrasi nutrisi dan chlorophyll-a ,dengan cara longitudinal dan

lateral. Pengembangan tiga dimensi , hidrodinamika, dan model kualitas air di Sungai

Estuary Neuse dimulai dari Maw Point di Pamlico Sound Boundary sampai Streets

Ferry Bridge sekitar New Bern, Carolina Utara.

Batasan Masalah

Kajian penelitian model kualitas air dikalibrasi untuk tahun tahun 1998 dan dikonfirmasi

pada tahun 1999 dan 2000.

II. Kajian Penelitian

Pengantar

Sungai Estuary Neuse termasuk dalam bagian departemen Carolina Utara untuk

bidang kualitas air 303 (d) khusus nutrisi. Dan merupakan pengembangan dari program

TMDL (Total Maximum Daily Load) di musim semi tahun 2001. Target kualitas air dari

TMDL adalah nilai dari konsentrasi nutrisi dan klorofil-adi estuary. EPA ( Environmetal

Protection Agency ) regional 4 bekerja sama dengan Negara Carolina Utara dalam hal

memberikan bantuan teknis dan bimbingan untuk TMDL nutrisi di Sungai Estuary

Neuse.

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

3/20

303(d) List

Istilah " 303 ( d ) daftar " adalah singkatan dari daftar perairan gangguan dan

mengancam ( segmen aliran / sungai , danau ) , bahwa UU Air Bersih mengharuskan

semua negara untuk menyerahkan persetujuan EPA setiap dua tahun pada tahun

genap . Negara-negara mengidentifikasi semua perairan di mana kontrol polusi

dibutuhkan tidak cukup untuk mencapai atau mempertahankan standar kualitas air

yang berlaku , dan menetapkan prioritas untuk pengembangan TMDLs berdasarkan

pada tingkat keparahan polusi dan sensitivitas penggunaan terbuat dari air. Negara

kemudian memberikan rencana jangka panjang untuk menyelesaikan TMDLs dalam

waktu 8 sampai 13 tahun dari daftar pertama .

TMDL (Total Maximum Daily Load)

Sebuah TMDL adalah perhitungan jumlah maksimum polutan yang waterbody dapat

menerima dan masih memenuhi standar kualitas air , dan alokasi beban bahwa di

antara berbagai sumber polutan tersebut. Sumber pencemar ditandai sebagai baik

sumber titik yang menerima alokasi wasteload ( WLA ) , atau sumber Nonpoint yang

menerima alokasi beban ( LA ) .Misalnya fasilitas pengolahan air limbah , beberapa

pembuangan stormwater dan operasi makanan hewan terkonsentrasi ( CAFO ) .

TMDLs juga harus memperhitungkan variasi musiman dalam kualitas air , dan termasuk

margin of safety ( MOS ) untuk memperhitungkan ketidakpastian dalam memprediksi

seberapa baik pengurangan polutan akan menghasilkan memenuhi standar kualitas air

. The TMDL menghitung jumlah maksimum polutan diizinkan masuk waterbody untuk

menjelaskan ketidakpastian dalam memprediksi seberapa baik pengurangan polutan

akan menghasilkan memenuhi standar kualitas air , dan account untuk variasi

musiman.

Identifikasi Masalah

Sungai Estuary Neuse terletak di Carolina Utara, pertemuan antara Sungai Neuse dan

Pamlico Sound. Panjang Sungai Estuary Neuse 179 mil dan daerah aliran sungai

sekitar 5700 mi2 dari dataran pantai dan provinsi Peidmont. Terjadi perbedaan yang

signifikan antara penelitian tahun ini dengan 10 tahun lalu dengan pembebanan nutrient

http://water.epa.gov/lawsregs/lawsguidance/cwa/tmdl/glossary.cfm#totalmaxdailyloadhttp://water.epa.gov/lawsregs/lawsguidance/cwa/tmdl/glossary.cfm#totalmaxdailyloadhttp://water.epa.gov/lawsregs/lawsguidance/cwa/tmdl/glossary.cfm#totalmaxdailyload

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

4/20

sekitar lahan yang digunakan.Banyak ikan terbunuh di daerah estuary dalam 5 tahun

lalu dan menjadi fokus para ilmuwan.

Para ilmuwan dari Univesitas Carolina Utara telah melaporkan penyebab wabah

tersebut dari dinoflagellate Pfiesteria Piscicida di estuary. Sungai Estuary Neuse sudah

termasuk dalam daftar 303 (d) TMDL yang dikembangkan pada tahun 2001. EPA

bekerjasama dengan pemerintah Carolina Utara untuk memberikan bantuan teknis dan

bimbingan untuk pengembangan TMDL nutrient di Sungai Estuary Neuse. EPA

memulai keterlibatan mereka sejak perjanjian penyelesaian antara Sungai Neuse

foundation dan EPA. Sebagai mitra dari Negara Carolina Utara , EPA berperan sebagai

penasehat teknis dalam pengembangan TMDL. Menyadari kompleksitas Neuse River

Estuary dan implikasi ekonomi TMDL, EPA mengembangkan pendekatan pemodelan

alternatif yang akan memperhitungkan transport fenomena dan pemuatan pola yang

bermacam-macam. The EPA mengembangkan model ini untuk memastikan bahwa

fenomena transportasi yang kompleks yang diamati dalam Neuse River Estuary tidak

akan secara signifikan mempengaruhi TMDL. Ini penting, karena EPA memiliki

kewenangan peraturan untuk menyetujui pengembangan TMDLs oleh negara, oleh

karena itu, EPA harus terlibat dalam pengembangan TMDL, pemeriksaan pendekatan

pemodelan, dan penentuan total beban harian maksimum nitrogen.

Karena kompleksitas dari transport dan pola pembebanan di dalam Neuse River

Estuary, sebelumnya telah dibuat model hidrodinamika dan kualitas air dua dimensi

untuk mengurangi nutrient dan melindungi desain yang digunakan. ( Bales and Robbins

1999; Bowen and Hieronymus 2000; Bowen 2003; and a Bayesian model ;Borsuk et al.

2003). EPA mengulas data pemantauan pada pendekatan model sebelumnya yang

digunakan di Neuse River Estuary, untuk menentukan pendekatan model terbaik yang

di gunakan untuk evaluasi strategi pengurangan nutrient untuk pengembangan TMDL.

Untuk kumpulan data oleh United States Geological Survey (USGS). Model dan

pemantauan program (MODMON) oleh the University of North Carolina at Wilmington,

and North Carolina State University (NCSU).Beberapa isu yang muncul penting di

seleksi dari segi hidrodinamika dan model kualitas air. MODMON dan NCSU

mengumpulkan data keduanya (didalam saluran) dan data lateral (sisi dari estuary),

menunjukkan bahwa variasi lateral di parameter hidrodinamika dan model kualitas air.

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

5/20

Maka diputuskan pendekatan terbaik adalah model tiga dimensi yang mewakili

transport yang kompleks dan pola pembebanan yang ada di estuary. Kompleks ini

dikarenakan angin dan perubahan tekanan atmosfer daro Pamlico Sound.Neuse River

Estuary mempunyai lebar kira-kira 7km dan kedalaman 1-2 m. Sebagai hasilnya sangat

rentan terhadap angin dan kondisi atmosfer. Angin dapat menggabungkan cukup

energy kedalam permukaan air yang menyebabkan tonjolan, efeknya permukaan air

terdorong ke satu sisi. Tonjolan dari permukaan air akan mendorong ke kedalaman, air

yang kental akan berlawanan dengan sisi dari estuary. Fenomena ini dicatat dari

pengukuran salinitas di sisi estuary dan yang paling jelas pertengahan tikungan hulu

dari sungai estuary. Ketika angin reda, air melepaskan dan tercampur dengan air yang

kental. Pencampuran lateral menghasilkan dampak yang jelas, dan keberadaan dari

fitoplankton, salinitas, dan rendahnya kadar oksigen yang masuk di dalam air.

III. Data

Latar belakang model

Model hidrodinamika tiga dimensi dan kualitas air telah dikembangkan dan dan

dikalibrasi di Estuary dari Maw Point di batas hulu Pamlico Sound sampai Streets Ferry

bridge diatas New Bern, California. Kalibrasi dilakukan tahun 1998, dan disahkan tahun

1999-2000. Periode tiga tahun adalah periode kering untuk estuary kecuali badai Floyd,

dimana dekat Wilmington , pada 13 september 1999. Model di run untuk kelanjutan tiga

tahun dan dampaknya diwakili didalam model. Data dikumpulkan dari program yang

ada dan institute termasuk : the University of North Carolina (UNC) ,Charlotte Institute

of Marine Sciences MODMON Project, NC State Center untuk ekologi perairan, USGS

North Carolina, and NC Di-vision of Water Quality (Luettich et al. 2000). Model DAS

dikembangkan untuk seluruh DAS yang mewakili hidrologi tahun 1998-2000. Model

DAS menggunakan the Hydrologic Simulation Program (FORTRAN HSPF) Nonpoint

Source Model (NPSM) didalam konjungsi DAS U.S. EPA Region 4s Watershed

Characterization System (WCS)(U.S. EPA, 2000). Model DAS dikembangkan untuk

simulasi pembebanan polutan kedalam Estuary dan mengembangkan batas untuk

model tiga dimensi. Kelanjutan ulasan dari arus yang tersedia dan data kualitas air,

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

6/20

menentukan apakah terdapat data yang cukup untuk karakteristik aliran di Neuse river

dan konsentrasi kualitas air untuk semua batasan model estuary.

Pengembangan Model Hidrodinamika

Sungai Estuary Neuse dimodelkan menggunakan The Environmental Fluid Dynamics

Code (EFDC) (Hamrick et al. 1996). EFDC diaplikasikan dengan elevasi permukaan air

di batas hilir , aliran air dari hulu, angin di atas permukaan air di daerah domain. Elevasi

muka air, aliran, salinitas, dan temperature disimulasi menggunakan EFDC.

The U.S. EPA Water Quality Analysis Simulation Program (WASP6) (Ambrose et al.

1988; Wool et al. 2001) diaplikasikan untuk bagian kualitas air dalam model. Modeleutrofikasi digunakan untuk simulasi transport nutrient kompleks dan sirkulasi di dalam

estuary. Tujuan dari model adalah menentukan reduksi dari total pembebanan nitrogen

di estuary , guna melindungi design yang digunakan.

The EFDC tiga dimensi , model hidrodinamika diaplikasi ke Sungai Estuary Neuse

untuk simulasi massa transport di dalam sistem. EFDC adalah orthogonal, curvilinear

grid, model hidrodinamika. EFDC dapat menyelesaikan sirkulasi dan transport materialdi permukaan lingkungan air yang kompleks , termasuk estuary, perairan pesisir teluk,

danau, dan lepas pantai. Juga menyediakan solusi untuk salinitas, suhu, dan massa

jenis.

Segmentasi of Waterbody

Sungai Estuary Neuse dibuat menjadi segmen-segmen grid yang mewakili dimensi (

x,y,z ) untuk hidrodinamika dan model kualitas air. Model hidrodinamika menggunakan

sistem sigma koordinat yang dimana jumlah dari lapisan gird di arah vertical dan

kedalaman dapat berubah menjadi jarang atau rapat.Sungai Estuary Neuse terbagi

menjadi 405 grid cell secara horizontal dengan layar sebanyak empat lapis, dengan

total 1620 cells (Gambar 3 ). Model meluas ke semua anak sungia sampai sungai

utama Estuary Neuse. Gird sell ini memberikan informasi hidrodinamika dan model

kualitas air. Transport hidrodinamika dari EFDC ditransfer ke model kualitas air WASP

melalui link file hidrodinamika.

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

7/20

Gambar 3. Segemen Hidrodinamika dan Kualitas Air (Sumber :Jurnal)

Kalibrasi Hidrodinamik

Tujuan kalibrasi untuk model hidrodinamika adalah untuk mewakili proses transportasi

dengan menyebarkan momentum dan energi melalui sistem berdasarkan aliran air

tawar dari Sungai Neuse, pasang surut dan gelombang di Pamlico Sound, dan tekanan

angin di atas permukaan air. Stratifikasi vertikal dan lateral yang memainkan peran

utama dalam kualitas air dari Neuse River Estuary. Oleh karena itu, penting untuk

menangkap efek pasang surut, angin, dan arus air tawar pada salinitas dan suhu di

atas skala spasial dan temporal yang sesuai. Tujuan utama adalah untuk

mensimulasikan salinitas dan suhu dan untuk menunjukkan bahwa durasi dan besarnya

kejadian tersebut tepat diwakili dalam model. Tujuan lain adalah untuk secara akurat

mewakili fenomena perpindahan lateral dalam model dengan membandingkan kadar

garam time series sisi-channel.

Data kalibrasi hidrodinamik dikumpulkan oleh berbagai instansi di beberapa stasiun

ditunjukkan pada Gambar. 4. USGS mengumpulkan permukaan kontinu dan salinitas

bawah, elevasi muka air, dan suhu dengan Yellow Springs Industries (YSI)sondes di

New Bern, LT 11, dan LT 9 stasiun. Instrumen ini mengumpulkan data pada 15-menit

interval dari 1998 sampai 2000. University of North Carolina di Chapel Hill (UNC-CH)

mengumpulkan salinitas dan suhu profil di stasiun MORMON dari 1994 sampai

sekarang.

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

8/20

Gambar 4. Stasiun Hidrodinamika dan Kualitas Air (Sumber :Jurnal)salinitas

Salinitas dikalibrasi dengan dua kriteria berikut untuk perbandingan. Pertama,

perbandingan prediksi model untuk data time series kontinu tersedia dari stasiun USGS

ditunjukkan pada Gambar. 4 di USGS New Bern, LT 11, dan LT 9. Peristiwa stratifikasi

di Neuse River Estuary terjadi selama arus masuk rendah air tawar dan angin tenang.

Gambar. 5 menunjukkan stratifikasi salinitas yang terjadi pada sistem ketika arus air

tawar berkurang di musim panas. Perbandingan ini berada di hulu yang aliran bagian

muara di mana tingkat garam diukur. Perbandingan menunjukkan data diukur (points)

versus salinitas (lines) simulasi untuk bagian bawah dan permukaan di New Bern.

Salinitas di New Bern hampir nol sebagian besar tahun kecuali untuk musim panas.

Gambar. 5 hasil model hidrodinamika dikalibrasi dengan jumlah yang sesuai gaya

lateral dan longitudinal untuk menangkap terdepan intrusi salinitas selama kejadian

ekstrem di ujung hulu dari model jaringan. Ini merupakan indikasi yang baik bahwa

jumlah energi didorong pada batas hilir tepat di bagian hulu dari model jaringan.

Kedua, profil dua bulanan diukur dengan MODMON dibandingkan dengan model

hidrodinamika EFDC dari 1998 sampai 2000. Tabel I Menunjukkan prediksi Model

dibandingkan diamati salinitas sa- di MODMON 30, 50, 70, dan 100, masing-masing.

Untuk perbandingan dalam makalah ini, pengukuran kedalaman kurang dari 1 m

dibandingkan dengan lapisan permukaan model EFDC. Perbandingan menunjukkan

seberapa baik model tersebut menangkap tren musiman salinitas. Selama tahun 1999,

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

9/20

ada berkurang aliran air tawar musim dingin dan musim semi yang menyebabkan tinggi

salinitas di musim panas. Pada pertengahan September 1999, Badai Floyd

menjatuhkan sejumlah besar curah hujan di cekungan. Perbandingan menunjukkan

model Simulator setelah badai oleh berkepanjangan nol salinitas. Kemudian pada tahun

kering 2000, ada intrusi berikutnya salinitas di musim panas karena kurangnya curah

hujan di musim semi. Satu set statistik kalibrasi tradisional digunakan untuk

menentukan kalibrasi yang fit dan untuk dibandingkan dengan upaya pemodelan

lainnya. Statistik kalibrasi didefinisikan sebagai berikut: R2 yang koefisien korelasi

prediksi Model dan pengamatan, berarti kesalahan (ME)-merupakan bias dari prediksi

sehubungan dengan pengamatan, hal ini juga dapat direpresentasikan sebagai

persentase (% ME ), root mean square error (RMSE)-adalah akar positif dari kesalahan

berarti. Tabel 1 perbandingan statistik salinitas permukaan di empat stasiun di muara.

The R2 perbandingan berkisar 0,61-0,85.

Gambar 5. stratifikasi salinitas di USGS New Bern JulySeptember 1998 (Sumber

Jurnal)

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

10/20

Variasi lateral dalam Salinitas

The Neuse River Estuary sangat lebar ( sampai 7 km) dan dangkal dengan kedalaman

maksimum 6 m dan kedalaman rata-rata 2-3 m, dengan angin yang dominan dari timur

laut, bisa ada perbedaan yang terukur antara salinitas di utara versus selatan. Hal ini

juga terlihat dari data bahwa salinitas di sisi utara dapat meningkat sedangkan salinitas

di sisi selatan menurun. Sebuah contoh yang baik dari fenomena ini dapat dilihat

dengan mempelajari data yang dikumpulkan di USGS LT 9 dan MODMON S4. Seperti

yang ditunjukkan pada Gambar. 6, dua stasiun ini persis berlawanan satu sama lain di

tengah muara. Dalam arah memanjang, besaran salinitas harus sebanding dengan satu

sama lain dan harus menampilkan tren serupa dalam data. Karena gaya lateral

diterapkan pada permukaan air dengan angin, ada tren yang berlawanan dalam

pencampuran lateral. Data yang diukur menunjukkan LT 9 peningkatan salinitas dan S4

penurunan salinitas selama waktu yang sama periode. Analisis lebih lanjut dari data

angin menunjukkan bahwa angin dominan selama periode waktu ini adalah ke timur

laut. Ini akan menjelaskan permukaan air segar yang didorong ke tepi utara dan

perairan padat bawah dipaksa tepi selatan.

Gambar 6. Variasi Lateral Sanilitas karena efek angin (Sumber :Jurnal)

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

11/20

suhu

Suhu juga dikalibrasi dengan dua tujuan. Pertama, perbandingan dengan data time

series terus-menerus dari USGS di New Bern, LT 11, dan LT 9 menunjukkan seberapa

baik model itu stratifikasi dan destratifying dari waktu ke waktu. Kedua, stasiun

MODMON menunjukkan variasi musiman suhu melalui waktu. Gambar. 9 - 11

menggambarkan prediksi Model dibandingkan diamati temperatur di MODMON 30, 50,

70, dan 100, masing-masing, untuk tahun 1998 hingga tahun 2000. Tren musiman suhu

yang penting dalam model kualitas air untuk memprediksi oksigen terlarut. Statistic

station untuk kalibrasi temperatur yang sangat baik dengan R2 nilai-nilai dari 0,98

seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.

Hidrodinamika yang merupakan bagian integral dari mewakili sistem dengan model.

Ada analisis data yang ekstensif dari arus, arus air tawar, dan angin dan dampak relatif

mereka pada salinitas dan suhu. Setelah proses yang dikenal dan direpresentasikan

dalam model hidrodinamika, model kinetika kualitas air telah disesuaikan untuk

mensimulasikan instream nutrisi dan pengukuran chlorophyll-a

Model Deskripsi Kualitas Air

Pengayaan nutrisi dan eutrofikasi terus menerus menjadi kekhawatiran di Neuse River

Estuary. Sebuah TMDL total nitrogen telah ditetapkan untuk Neuse River Estuary untuk

mengontrol gangguan phytoplankton karena pengayaan nutrisi. Konsentrasi yang tinggi

nitrogen dan fosfor dapat menyebabkan periodik pertumbuhan phytoplankton dan

perubahan keseimbangan trofik alam. mekar periodik fitoplankton menyebabkan kadar

oksigen terlarut berfluktuasi secara luas, dan konsentrasi oksigen rendah terlarut di

perairan bawah hasil. Tujuan dari model kualitas air adalah untuk memprediksi respon

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

12/20

chlorophyll-a dan konsentrasi oksigen terlarut sebagai fungsi beban gizi dan

transportasi sepanjang Neuse River Estuary. Model ini digunakan untuk mengevaluasi

berbagai skenario pembebanan serta melihat '' menggunakan dukungan '' daerah

dalam segmen 303(d) terdaftar.

Pengayaan nutrisi, eutrofikasi, dan proses penipisan oksigen terlarut diperkirakan

menggunakan WASP. Beberapa proses fisik-kimia dapat mempengaruhi transportasi

dan interaksi antara nutrisi, fitoplankton, bahan karbon, dan oksigen terlarut dalam

lingkungan air. Gambar. 7 menyajikan interaksi kinetik utama untuk siklus nutrisi dan

oksigen terlarut yang disimulasikan dalam WASP.

Sebelum respon perubahan waterbody beban dapat dievaluasi, model kualitas air harusdikalibrasi untuk kondisi yang ada, Karena tidak ada cukup informasi yang tersedia

untuk parameter model kualitas hidrodinamik dan air dalam jangka waktu (19911995)

bahwa Neuse River Estuary tidak mendukung penggunaannya yang ditetapkan,

periode lain waktu (1998- 2000) di mana data yang memadai yang tersedia digunakan

untuk penentuan TMDL.

Gambar 7. interaksi kinetik utama untuk siklus nutrisi dan oksigen terlarut yang

disimulasikan dalam WASP (Sumber :Jurnal)

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

13/20

Pengembangan Target Jumlah Maksimum Harian Beban (TMDL)

Langkah pertama dalam menentukan TMDL adalah untuk mengidentifikasi titik akhir

yang tepat yang diperlukan untuk waterbody untuk mencapai penggunaan yang

ditunjuk. The Neuse River Estuary di Negara Bagian North Carolina termasuk di

303(d)daftar karena pelampauan kriteria kualitas air untuk chlorophyll-a(tidak melebihi

40 g / L). Model TMDL menggunakan target ini, dan berdasarkan data yang tersedia

dan informasi tentang Neuse River Estuary, menghitung jumlah total nitrogen yang

dapat diasimilasi oleh Neuse River Estuary dan memenuhi klorofil-a standar 40 g / L.

Negara North Carolina menggunakan dukungan dengan meninjau data chlorophyll-a,

terlampaui 10% dari data pemantauan menunjukkan perusakan.

Oleh karena itu, TMDL yang ditetapkan untuk Neuse River Estuary menentukan beban

total nitrogen yang diijinkan yang bisa masuk Neuse River Estuary (di Jalan Ferry

Bridge, di mana Sungai Neuse memasuki model grid) dan mencapai tidak lebih dari

10% dari chlorophyll-a atas standar 40 g / L dalam setiap area penggunaan

dukungan. Gambar. 8 menggambarkan hubungan NCDWQ menggunakan area support

dalam hubungan dengan model jaringan. Konsentrasi chlorophyll-a rata-rata akan

dinilai untuk setiap penggunaan daerah dukungan. The TMDL akan ditentukan

berdasarkan tidak lebih dari 10% terlampaui prediksi Model dalam setiap area support.

Gambar 8. hubungan NCDWQ menggunakan area support dalam hubungan dengan

model jaringan (Sumber :Jurnal)

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

14/20

Kalibrasi Kualitas Air Model

Periode Model kalibrasi awal adalah 1998. Model kualitas air dikalibrasi untuk semua

konstituen: amonia; nitrat; atau nitrogen organic; chlorophyll-a; ortofosfat; fosfor

organik; kebutuhan oksigen biologis utama; dan oxygen terlarut. Setelah kalibrasi untuk

tahun 1998 dilakukan konfirmasi Model untuk 1999-2000 dengan menggunakan

parameter model dari kalibrasi 1998.

Tujuan kalibrasi adalah sebagai berikut:

Parameter model untuk mewakili nutrisi spasial gradient terbaik dalam sistem Neuse

River Estuary,

Laporan untuk variabilitasmusiman dalam konsentrasi gizi stasiun pemantauan,

Memprediksi konsentrasi chlorophyll-adi kedua waktu dan ruang, dan

Memprediksi oksigen terlarut di kedua permukaan dan bawah air.

Keputusan atau anggapan fit kalibrasi itu ada dua yaitu baik pertimbangan kualitatif

(anggapan terbaik dari professional untuk model fit dan observasi data) dan kuantitas

(metode statistik untuk menentukan mutu tinggi yang fit). Pendekatan kuantitatif dari

kalibrasi yaitu seberapa baik model menangkap variasi di dalam sistem. sebagai sarana

untuk membandingkan pendekatan model lainnya. Pendekatan kualitatif memberikan

pandangan seberapa baik model tersebut mewakili peningkatan atau penurunan

besarnya properti (misalnya, suhu, tekanan, atau konsentrasi) diamati dalam melewati

dari satu titik atau saat yang lain dan musiman kualitas air dalam Neuse River Estuary.

Gambar. 9 memberikan perbandingan grafis model prediksi untuk pengamatan diukur

pada empat stasiun pemantauan di Neuse River Estuary selama periode waktu 1998 -

2000. Pemantauan stasiun yang terletak di MODMON 30, MODMON 50, MODMON 70,

dan MODMON 100. Angka-angka menggambarkan kinerja model dalam memprediksi

konstituen kualitas air sebagai fungsi dari lingkungan, meteorologi, dan kondisi

pembebanan ke Neuse River Estuary selama periode tiga tahun. Model memprediksi

dengan baik besarnya konstituen serta mewakili variasi musiman dan tahunan di Neuse

River Estuary.

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

15/20

Tabel 3 memberikan statistik kinerja model untuk periode simulasi selama tiga tahun

untuk konstituen kualitas air yang disajikan di atas. Sekali lagi, statistik menunjukkan

bahwa kinerja model ini secara akurat memprediksi konstituen kualitas air untuk

periode tiga tahun.

Gambar. 9 Hidrodinamika dan Hasil Kualitas Air di empat stasiun pemantauan

di Neuse River Estuary 19982000 (Sumber :Jurnal)

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

16/20

III. Hasil

Skenario pengurangan

Tujuan untuk pengembangan model kualitas hidrodinamik dan air adalah untuk

menentukan beban maksimum tahunan total nitrogen bahwa Sungai Neuse bisa

mengasimilasi tanpa melebihi kriteria kualitas air Negara untuk chlorophyll-a. karena

tahun dasar 1991-1995 digunakan untuk penentuan penurunan nilai, pengurangan

beban yang dibutuhkan akan didasarkan pada beban yang terjadi selama periode

waktu serta perubahan dalam pemuatan dari periode dasar untuk jangka waktu Model .

Karena kurangnya air memaksa data yang tidak mungkin untuk mensimulasikan

periode ini sebelumnya waktu. Analisis pembebanan menunjukkan bahwa beban yang

berkurang sekitar 30% karena pelaksanaan Peraturan Neuse atas beban tahun dasar

(1991- 1995).

Setelah menyelesaikan model dikalibrasi dan dikonfirmasi 1998-2000, seperti yang

dijelaskan dalam bagian sebelumnya, model sekarang bisa digunakan sebagai alat

manajemen untuk mengembangkan total beban maksimum yang akan mencapai

standar kualitas air selama kondisi kritis. Kondisi kritis pertumbuhan alga di muara

ditentukan dari analisis data dan model yang sensitivitas berjalan sebagai berikut: (1)

air tawar yang rendah mengalir ke muara; (2) pencampuran induksi angin; (3) beban

nitrogen hulu memasuki muara; (4)suhu air; dan (5) redaman cahaya. Semua faktor ini

mempengaruhi konsentrasi chlorophyll-a khususnya di antara daerah hilir pertemuan

Sungai Trent (sungai utama di Inggris tengah. Ini meningkat di Staffordshire dan arus

timur laut untuk 170 mil (275 km) untuk bergabung dengan Ouse Sungai 15 mil (25 km)

sebelah barat dari Hull untuk membentuk muara Humber.) dan di dekat USGS LT 9.

Daerah ini digambarkan dalam Gambar. 8 sebagai bagian atas, tengah, dan daerah

tikungan. Kondisi-kondisi diam di muara, karena arus rendah dan pencampuran,

menyebabkan waktu retensi (kepemilikan, penggunaan, atau kendali sesuatu.) rendah

yang mengarah ke kondisi yang optimal untuk pertumbuhan alga. Karena dataset yang

luas untuk kalibrasi dan konfirmasi dan kemampuan untuk model untuk menjalankan

tiga tahun terus-menerus, mewakili kondisi kritis aliran, angin, dan cahaya yang

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

17/20

ditangkap dalam model. Oleh karena itu, strategi manajemen adalah untuk mengurangi

total beban nitrogen dan untuk menilai klorofil-a target 40 g / L.

Satu set skenario model yang dikembangkan untuk memprediksi perubahan

chlorophyll-a sebagai keseluruhan beban nitrogen dikurangi datang ke Neuse River

Estuary (Streets Ferry Bridge di MODMON 0). Skenario terdiri dari (1) kondisi dasar

(loadings untuk tahun 1998 2000), (2) pengurangan 5% dari dasar, (3) pengurangan

10% dari dasar, (4) pengurangan 15% dari dasar, dan (5 )pengurangan 20% dari dasar.

Model jaringan yang dibagi menjadi empat zona penilaian, yang konsisten dengan

Negara prosedur North Carolina untuk menilai penggunaan dukungan. Untuk mewakili

konsentrasi chlorophyll-a yang diprediksi untuk setiap penggunaan area support,

perhitungan volume tertimbang dibuat berdasarkan chlorophyll-adiprediksi untuk setiap

sel grid. Hasil skenario pengurangan beban disajikan pada Tabel 4. Penurunan yang

diterapkan pada waktu seluruh rangkaian batas di Jalan Ferry Bridge (MODMON 0)

untuk semua tahun simulasi. Semua hasil dari model kualitas air untuk chlorophyll-a

dibandingkan dengan target sesaat 40 g / L dan satu persen terlampaui per- dihitung

untuk setiap beban nitrogen skenario produksi ulang keseluruhan.

Ketika menerapkan kriteria Negara North Carolina untuk menentukan penggunaan

dukungan, model WASP menunjukkan pengurangan potensial dicapai selama

pelaksanaan Peraturan Neuse (sekitar 30% reduction) akan menunjukkan bahwa

Neuse River Estuary adalah pertemuan penggunaannya ditunjuk. Sementara model

tidak memprediksi beberapa pelampauan (tidak lebih dari 2% ) dari kriteria, tidak

pernah ada 10% terlampaui. The WASP Model port digunakan untuk dukungan lebih

lanjut, mengingat sejarah beban yang terjadi selama 1998- 2000, tidak ada

pengurangan lebih lanjut diperlukan. Tabel 4 juga menyajikan rata-rata tahunan

chlorophyll-a simulasi dan musim tanam konsentrasi rata-rata chlorophyll-a.

Konsentrasi tertinggi adalah rata-rata tahunan pada tahun 1998 di segmen muara

tengah 18 g / L dan rata-rata musim tanam tahun 1998 di muara atas 27 g / L.

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

18/20

IV. Ringkasan dan Kesimpulan

Ini keberhasilan penerapan model mekanistik (teori-teori yang menjelaskan fenomena

dalam hal murni fisik) ke Neuse River Estuary telah memberikan wawasan respon

waterbody untuk beban eksternal dan kondisi lingkungan. Karena model telah

menunjukkan kemampuan untuk memprediksi kualitas air sebagai fungsi dari berbagai

lingkungan, meteorologi, dan kondisi pembebanan untuk jangka waktu tiga tahun,

model menyediakan alat yang berguna dalam memprediksi perubahan kualitas air

sebagai fungsi yang diusulkan dan masa depan praktek manajemen. Sementara model

mekanistik tidak mencakup semua proses dan transformasi yang terjadi dalam

lingkungan alam, mengingat jangka waktu yang singkat (tujuh bulan)ditujukan untukpengembangan model kualitas hidrodinamik dan air tiga dimensi, kerangka model ini

menyediakan alat yang berguna untuk mengembangkan praktek pengelolaan dan

melindungi kualitas air di Neuse River Estuary di masa depan .

Mengingat peristiwa tiga tahun terakhir, pemuatan ke Neuse River Estuary harus

ditinjau kembali dan dibandingkan dengan beban dasar dari 1995. Ada banyak variabel

lingkungan untuk tingginya konsentrasi chlorophyll-atin di Neuse River Estuary. Karena

besarnya dan frekuensi badai di lembah Neuse River Estuary selama masa lalu,

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

19/20

kontribusi nitrogen dari permukaan tanah mungkin telah kembali diproduksi karena

banjir dan pembersihan tanah selama curah hujan yang besar. Dengan adanya curah

hujan yang besar, mulai pemupukan konsentrasi nitrogen di tanah, yang pada akhirnya

dapat menyebabkan peningkatan beban total nitrogen ke Neuse River Estuary. Karena

efek yang tidak diketahui dari badai ke pemantauan Neuse River Estuary.

titik akhir kualitas air harus dipertimbangkan dalam mendatang, ketika TMDL ini

dievaluasi kembali. 40 g / L chlorophyll-a standar negara tidak memiliki arti atau

aplikasi di Neuse River Estuary karena tidak didasarkan pada perlindungan kehidupan

air dan habitat dalam muara. chlorophyll-auntuk sistem estuary (ie, Chesapeake Bay,

Tampa Bay) telah ditentukan menjadi jauh lebih rendah dari 40 g / L. Akan lebih yang

sepatutnya untuk mengembangkan kriteria spesifik lokasi yang memperhitungkan

pertanggungjawaban oksigen terlarut dan dampak terhadap kehidupan air dalam

sistem. Selama 1998 - 2000 periode waktu tidak ada pelampauan dari 40 g / L

chlorophyll-a, namun ada beberapa ikan membunuh selama periode waktu yang sama.

7/21/2019 Siti Astycha 25014050

20/20

Referensi

Ambrose, R. B., Jr., Wool, T. A., Connolly, J. P., and Schanz, R. W. 1988. WASP4, ahydrodynamic and water quality modelmodel theory, users manual, and

programmers guide, U.S. Environmental Protection Agency, Environmental Research

Laboratory, Athens, EPA/ 600/3-87/039.

Bales, J. D., and Robbins, J. C. (1999). A dynamic water-quality mod- eling frameworkfor the Neuse River estuary, North Carolina. Water- Resources Investigations Rep. 99-4017, U.S. Geological Survey, Ra- leigh, N.C.

Borsuk, M. E., Stow, C. A., and Reckhow, K. H. (2003). An integrated approach toTMDL development for the Neuse River estuary using a Bayesian probability networkmodel Neu-BERN. J. Water Resour. Plan. Manage., 129, 271282.

Bowen, J. D. (2003). A CE-Qual-W2 model of the Neuse Estuary for TMDLdevelopment. J. Water Resour. Plan. Manage., 129, 283294.

Bowen, J. D., and Hieronymus, J. (2000). Neuse River estuary modeling andmonitoring project stage 1: Predictions and uncertainty analysis of response to nutrientloading using a mechanistic eutrophication model. Rep. No. 325-D, October 2000,Univ. of North Carolina at Charlotte, N.C.

Burkholder, J. M., Hobbs, C. W., and Glasgow, Jr., H. B. (1995). Dis- tribution andenvironmental conditions for fish kills linked to a toxic ambush-predator dinoflagellate.Mar. Ecol.: Prog. Ser. 124, 4361.

Hamrick, J. M. (1996). Users manual for the environmental fluid dynam- ics computercode, Special Rep. 331 in Applied Marine Science and Ocean Engineering, Virginia ofMarine Science, College of William and Mary, Gloucester, Va.

Luettich, R. A., Jr., McNinch, J. E., Pinckney, J. L., Alperin, M., Martens, C. S., Paerl, H.W., Peterson, C. H., and Wells, J. T. (2000). Neuse River estuary modeling andmonitoring project stage 1: Hydrography and circulation, water column nutrients andproductivity, sedimentary processes and benthic-pelagic coupling, and benthicecology. Rep. 325-B, The University of North Carolina Water Resources Research

Institute, Raleigh, N.C.

United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA). (2000). Wa- tershedcharacterization system (WCS), users manual, U.S. Environ- mental Protection

Agency, Region 4, Atlanta.

Wool, T. A., Ambrose, R. B., and Martin, J. L. (2001). Water quality analysis simulationprogram (WASP) version 6.0., United States En- vironmental Protection Agency,Region 4. Atlanta.