Pemodelan Sebaran Nutrien dengan Pendekatan Model Perata-rataan terhadap Kedalaman (Depth Averaged) di Teluk Jakarta.

ABSTRAK

In this research simulation of ecosystem model was done to study the
influence of physical and chemical processes to biological processes in Jakarta Bay.
The physical model used for this study is based on Princeton Ocean Model (POM) as
well as the ecosystem model is the modification result of the POM. The modelled
current patterns tend to move from west then out of the northern open boundary or the
eastern part of the bay. The currents are relative stronger near the western boundary
and along the northern open boundary of the bay, with magnitudes of 19 cm s-1.
Then, the currents slow down at the middle part of the bay to along the coast area
because of bottom friction effect. The modelled distribution patterns of ammonium
and nitrate results agree well with the observed, showed that the concentrations of
ammonium and nitrate tend to decrease significantly towards the northern open
boundary and intensified near river mouths of the bay. For the concentration
ammonium, the model result is different with the observed, especially along river
mouths of the bay. On the other hand, the obtained values of the modelled
concentrations of ammonium and nitrate are higher than the obtained values of the
observed. It is likely induced by the model input and the assumptions of the
ecosystem model.
Keywords: ecosystem model, physical model, Jakarta Bay, Princeton Ocean Model
(POM), ammonium, nitrate.

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang
Pencemaran lingkungan merupakan topik yang banyak mendapat perhatian
baik peneliti, pemerintah, maupun masyarakat umum. Pencemaran adalah proses
perusakan lingkungan akibat adanya kontaminasi dengan komponen organik
maupun anorganik serta komponen-komponen lain yang sebagian besar
bersumber dari kegiatan manusia (antropogenik) secara berlebih atau melampaui
daya dukung lingkungan sehingga menyebabkan lingkungan tersebut tidak dapat
berfungsi sesuai peruntukkannya.
Badan air yang mengandung bahan unsur hara (nutrien) berlebih dapat
menyebabkan pertumbuhan dan biomassa fitoplankton/mikroalga tidak terkendali,
sehingga mengakibatkan ledakan populasi fitoplankton atau blooming algal.
Selanjutnya proses penguraiannya dapat menurunkan kualitas perairan terutama
oksigen terlarut di lapisan bawah (hypoxia) yang dapat mengakibatkan kematian
massal ikan secara mendadak. Blooming algal juga berpotensi besar memicu
toxic algal blooms (HAB) yaitu munculnya populasi fitoplankton beracun seperti
beberapa kelompok dinoflagellata yang memiliki sel-sel vegetatif beracun dan
sista karena memproduksi neurotoksin (Livingston, 2001). Racun tersebut
berbahaya bagi biota laut khususnya ikan secara langsung dan manusia secara
tidak langsung (biomagnifikasi) karena mengkonsumsi kerang-kerangan yang
memangsa mikroalga tersebut.

1

2
Teluk Jakarta merupakan kawasan di sekitar Jakarta, Bogor, Depok,
Tangerang, dan Bekasi (JABODETABEK) yang padat berbagai macam aktifitas
dan dewasa ini telah berkembang pesat seperti kegiatan pelabuhan, pemukiman
skala besar, rekreasi, wisata bahari, perdagangan, perkantoran, perindustrian skala
besar, dan pertanian. Kondisi tersebut telah membawa dampak negatif baik secara
langsung maupun tidak langsung terhadap keseimbangan ekosistem perairan
seperti pencemaran, degradasi lingkungan, dan mengancam kesehatan manusia.
Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian secara komprehensif dan
kontinu dalam memahami dinamika ekologis yang terjadi di Teluk Jakarta. Studi
ini menggunakan pendekatan numerik (model) karena memiliki beberapa
keunggulan, di antaranya waktu yang dibutuhkan relatif lebih singkat, dapat
memprediksi proses-proses yang akan terjadi di masa mendatang, dan merupakan
sebuah upaya awal dalam pengambilan suatu keputusan dalam memodelkan
dinamika ekosistem perairan di Teluk Jakarta.

1.2. Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah memprediksi pola sebaran nitrat dan amonium
di Teluk Jakarta dengan menggunakan model hidrodinamika-ekosistem 2-dimensi
(perata-rataan terhadap kedalaman).

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kondisi Umum Teluk Jakarta
Teluk Jakarta merupakan perairan dangkal yang memiliki kedalaman laut
kurang lebih 30 meter dan terletak pada garis bujur 1060 43’ 00’’BT – 1060 59’
30’’BT dan garis lintang 50 56’ 15’’LS – 60 55’ 30’’LS (Setyapermana dan
Nontji, 1980). Teluk Jakarta memiliki kedalaman rata-rata sekitar 15 meter,
panjang pantai sekitar 72 km, dan luas perairan sekitar 490 km2 (Arifin, 2004).
Teluk Jakarta mendapat masukan material dari daratan melalui 13 sungai kecil,
yaitu Sungai Angke, Bekasi, Cakung, Pesanggrahan, Cidurian, Ciliwung,
Cikarang, Cimancuri, Ciranjang, Cisadane, Citarum, Karawang Krukut, dan
Sunter kemudian disalurkan menuju 3 muara sungai besar (Citarum, Ciliwung,
dan Cisadane) dengan total rata-rata riverine discharge mencapai 112.7 m3 s-1
(Damar, 2003).
Hadikusumah (2008) menyimpulkan bahwa arah arus pada bulan Maret
dan bulan Mei (Masa Peralihan Satu) cenderung dipengaruhi oleh musim barat
dan tergantung pada pasang surut dan kekuatan angin musim. BPHLD (2006)
menunjukkan arah arus pada bulan Juni (musim timur) bervariasi yaitu antara
Barat Daya sampai Timur Laut, sedangkan pada bulan Desember (musim barat)
bervariasi antara Timur Laut sampai dengan Barat Daya.
Koropitan dan Ikeda (2008) menyatakan kondisi pasang surut di Teluk
Jakarta memiliki ratio amplitudo  O1  K1 / M 2  S2  sebesar 3.72 dan
digolongkan pada pasang surut tunggal (diurnal) dengan komponen K1 dominan.
Amplitudo tertinggi sebesar 25.17 cm diantara amplitudo komponen lain dan
3

4
kelajuan arus pasang surut bervariasi antara 13 - 16 cm s-1 dengan arus pasut
komponen K1 paling kuat diantara arus pasut komponen lain.
Struktur komunitas plankton di perairan Teluk Jakarta terus-menerus
mengalami perubahan menurut indeks komunitas seperti, keanekaragaman jenis,
keseragaman jenis, dan kekayaan jenis. Secara kuantitatif kelimpahan
fitoplankton di Teluk Jakarta relatif tinggi namun secara kualitatif mengalami
penurunan (Sidabutar, 2008). Hal ini kemungkinan besar disebabkan oleh
perubahan kondisi perairan Teluk Jakarta karena besarnya beban masuk atau input
zat-zat hara seperti fosfat, nitrat, dan amonium (eutrofikasi). Zat-zat tersebut
dapat dikonsumsi secara langsung oleh fitoplankton untuk pertumbuhan dan
biomassa melalui proses fotosintesis (Effendi, 2003; Sanusi, 2006). Sidabutar
(2008) menyimpulkan rata-rata kelimpahan fitoplankton pada bulan Maret lebih
tinggi daripada bulan Mei. Perbedaan tersebut diduga ada keterkaitan antara
ketersediaan nutrien dan intensitas cahaya matahari. Sidabutar (2008) juga
menemukan fitoplankton yang bersifat dominan, yaitu genus Skeletonema dan
Chaetoceros dari kelompok diatom. Pada musim hujan, genus Chaetoceros
cenderung mendominasi, sedangkan pada musim panas genus Skeletonema
cenderung mendominasi. Sutomo et al. (1993) menunjukkan Noctiluca miliaris
ditemukan pada seluruh kolom air dan kepadatannya secara vertikal bervariasi
serta di beberapa lapisan dalam mempunyai kepadatan yang tinggi. Populasi
zooplankton yang umum ditemukan di perairan laut adalah kelompok kopepod.
Kelompok krustasea holoplanktonik ini berperan sebagai mata rantai yang sangat
penting antara fitoplankton dengan para karnivor besar dan kecil (Nybakken,
1982). BPLHD (2006) melaporkan, zooplankton di perairan Teluk Jakarta pada

5
bulan Juni ditemukan sebanyak 22 jenis yang sebagian besar didominasi oleh
kelompok kopepod.
Kualitas pencemaran telah dan sedang terjadi di Teluk Jakarta yang
disebabkan/berasal dari tumpahan minyak, logam berat, air ballast kapal berupa
limbah padat dan cair, buangan limbah air panas dari PLTGU, limbah domestik
seperti deterjen, limbah pertanian dan perkebunan seperti pestisida, serta limbah
industri. Arifin (2008) menyimpulkan bahwa kadar logam berat yang tinggi dan
pola sebarannya di perairan Teluk Jakarta berhubungan erat dengan aktifitas
sekitar seperti industri dan pelabuhan. Muchtar (1996) menunjukkan bahwa,
kandungan fosfat dan nitrat pada bulan November lebih tinggi bila dibandingkan
dengan bulan September dan Oktober. Hal ini disebabkan oleh sumbangan
daratan secara signifikan melalui sungai-sungai yang mengalir ke perairan
tersebut.

2.2. Model Hidrodinamika Laut
Sirkulasi massa air laut dapat dijelaskan dengan model hidrodinamika.
Model hidrodinamika didasarkan pada Hukum Newton II. Hukum ini
menyatakan bila resultan gaya bekerja pada suatu massa fluida maka fluida
tersebut akan mengalami perubahan momentum atau mengalami perubahan
kecepatan (percepatan).
Secara umum terdapat empat jenis gaya yang bekerja pada massa air laut,
yaitu gaya gradien tekanan, gaya coriolis, gaya gravitasi, dan gaya friksi per unit
massa (Ramming dan Kowalik, 1980; Pond dan Pickard, 1983; Bishop, 1984;
Stewart, 2002). Princeton Ocean Model (POM) mengekspresikan model

6
hidrodinamika 2-dimensi perata-rataan terhadap kedalaman sebagai berikut
(Mellor, 2004) :


Komponen- x

UD U 2 D UVD 



 Fx  fVD  gD
   wu (0)    wu (1)  (1)
t
x
y
x


Komponen- y

VD UVD V 2 D 



 Fy  fUD  gD
   wv(0)    wv(1)  .. (2)
t
x
y
y
Persamaan kontinuitas :

 UD VD


 0 …………………………………………………….. (3)
t
x
y
dimana, U dan V adalah komponen kecepatan arus rata-rata terhadap kedalaman
0

1
masing-masing pada sumbu- x dan sumbu- y dengan U   Ud dan
D1
0

V

1
Vd ; D  H   , H adalah kedalaman perairan dari MSL dan  adalah
D 1


elevasi permukaan laut, f adalah parameter coriolis ( f  2 sin  ,  adalah


sudut lintang dan  adalah vektor kecepatan rotasi bumi yaitu 7.292 x 10-5

radians det-1),  wu(0) ,  wv(0) adalah fluks momentum di permukaan,
 wu(1) ,  wv(1) adalah fluks momentum di dasar, Fx dan Fy adalah suku

difusivitas horisontal masing-masing pada sumbu- x dan sumbu- y yang
diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut (Mellor, 2004) :

7


Komponen- x

 U V
 
U   
  HAM 

Fx   H 2 AM

x 
x  y 
 y x



  ……………………………… (4)


Komponen- y

 U V  
 
V   
Fy   H 2 AM
  HAM 

  ………………………………. (5)

y 
y  x 
 y x  
dimana, AM adalah koefisien viskos turbulen horisontal.

2.3. Model Adveksi-Difusi
Di dalam suatu perairan banyak terjadi fenomena perpindahan,
pengangkutan, dan penyebaran (dispersi) suatu material. Perpindahan,
pengangkutan, dan penyebaran (dispersi) material ini dapat disebabkan oleh
perbedaan densitas massa air, keseimbangan coriolis dan gradien tekanan, pasang
surut, gravitasi, energi angin, gradien konsentrasi, dan turbulensi. Mekanisme
pengangkutan material di dalam suatu medium (air) akibat pergerakan medium itu
sendiri tanpa mengalami perubahan konsentrasi disebut adveksi. Mekanisme
pengangkutan material di dalam suatu medium (air) akibat adanya gradien
konsentrasi material dalam medium dan pergerakannya berupa gerak acak disebut
difusi molekuler (James, 1993; Chapra, 1997; Jorgensen dan Bendoricchio, 2001).
Namun apabila gerak acak tersebut terjadi pada skala yang lebih besar karena
adanya eddies disebut difusi turbulen atau difusi eddy (Chapra, 1997; Yanagi,
1999). Baik difusi molekuler maupun difusi turbulen keduanya memiliki
kecenderungan untuk meminimalisir gradien konsentrasi melalui pergerakan
material dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah (Chapra, 1997; Jorgensen

8
dan Bendoricchio, 2001). Proses transpor material akibat adveksi dan difusi
diilustrasikan secara sederhana pada Gambar 1.
Princeton Ocean Model (POM) mengekspresikan model adveksi difusi 2dimensi perata-rataan terhadap kedalaman sebagai berikut (Mellor, 2004) :
TD TUD TVD


 FT ………………………………………………….. (6)
t
x
y

dimana, T adalah konsentrasi material dan FT adalah suku difusivitas horisontal
yang diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut (Mellor, 2004) :
FT 



 Hqx    Hqy  …………………………………………………..... (7)
x
y

dimana, qx  AH

T
T
dan q y  AH
; AH adalah koefisien difusi horisontal.
x
y

Sumber : Chapra (1997).
Gambar 1. Transpor material terhadap ruang dan waktu akibat
(a) adveksi dan (b) difusi.

9
2.4. Model Ekosistem Laut
Odum (1971) menyatakan salah satu pendekatan yang digunakan dalam
model ekosistem adalah pendekatan sistem kompartemen (the compartemental
system approach) dimana pendekatan ini menegaskan kuantitas dari energi dan
material di dalam kompartemen-kompartemen ekosistem. Pendekatan lain adalah
pendekatan komponen-komponen eksperimen dimana pendekatan ini menegaskan
analisis yang mendetail dari proses-proses ekologi seperti pemangsaan/predasi,
persaingan/kompetisi, dan sebagainya.
Model ekosistem laut yang telah ada dan telah berkembang, di antaranya
model ekosistem Kamamiya et al. (1995), Yanagi et al. (1997), Aita et al. (2003),
Yamanaka et al. (2005), dan model ekosistem Koropitan et al. (2009). Model
ekosistem Kawamiya et al. (1995) terdiri dari 6 kompartemen, yaitu fitoplankton
(chl-  ), zooplankton (umum), nitrat ( NO3 ), amonium ( NH 4 ), Particulate
Organic Nitrogen (PON), dan Dissolved Organic Nitrogen (DON) serta
memperhitungkan pengaruh oksigen terlarut (DO). Model ini diaplikasikan di
perairan laut lepas. Model ekosistem Yanagi et al. (1997) terdiri dari 5
kompartemen, yaitu fitoplankton (Skeletonema sp.), zooplankton (kopepod),
Dissolved Inorganic Nitrogen (DIN), Dissolved Inorganic Fosfor (DIP), dan
detritus serta juga memperhitungkan pengaruh DO. Model ini diaplikasikan di
perairan semi tertutup (Teluk Dokai, Jepang). Model ekosistem Aita et al. (2003)
terdiri dari 11 kompartemen, yaitu fitoplankton kecil (kokolitofor), fitoplankton
besar (diatom), zooplankton kecil (foraminifera), zooplankton besar (kopepod),
zooplankton predator (krill/jellyfish), nitrat ( NO3 ), amonium ( NH 4 ), silikat
( Si  OH 4 ), PON, DON, dan Opal. Model ini menggunakan NEMURO yaitu

10
model ekosistem yang diterapkan di perairan Pasifik Utara. Model ekosistem
Yamanaka et al. (2005) terdiri dari 15 kompartemen. Model ini merupakan hasil
modifikasi dari NEMURO dengan menambahkan total karbondioksida (T CO2 ),
total alkalinitas (TALK), unsur kalsium ( Ca ), dan senyawa kalsium karbonat
( CaCO3 ).
Selanjutnya model ekosistem Koropitan et al. (2009), membagi ekosistem
numerik struktur trofik minimum menjadi enam kompartemen, yaitu nitrat ( NO3 ),
amonium ( NH 4 ), fitoplankton ( F ), zooplankton ( Z ), detritus pelagik ( PD ), dan
detritus bentik ( BD ). Model ini diaplikasikan di perairan semi tertutup (Teluk
Jakarta). Diagram konsep model ekosistem tersebut diilustrasikan pada Gambar
2. Secara umum model tersebut (Gambar 2.) menunjukkan aliran nitrogen yang
mengalami proses transformasi di dalam tiap kompartemen ekosistem. Tanda
panah disertai dengan simbol (huruf dan angka) mengandung informasi mengenai
proses fisika (E5), biokimia (E1, E2, E4, E8, dan E9), predasi (E3), dan
alami/natural (E6 dan E7).
Simbol E1 adalah proses oksidasi amonium menjadi nitrat yang
melibatkan mikroorganisme kemosintetik seperti bakteri genus Nitrosomonas dan
genus Nitrobacter dalam kondisi aerob (membutuhkan oksigen terlarut) atau
dikenal dengan nitrifikasi. Persamaan reaksi kimia sederhana nitrifikasi
diekspresikan sebagai berikut (Riley dan Chester, 1971) :
NH 4  OH   1.5O2  H   NO2  2H 2O

dan
NO2  0.5O2  NO3

Laju oksidasi amonium menjadi nitrat diekspresikan dengan persamaan sebagai

11
Riverine input

Precipitation

Riverine input

E1
Nitrate
(NO3)

Ammonium
(NH4)

E2
Phytoplankton

E7
E8

E9

E3
Zooplankton

E6
E4
Pelagic detritus

E5
Benthic detritus

Gambar 2. Diagram konsep model ekosistem
(Koropitan et al., 2009).

berikut (Koropitan et al., 2009) :
E1  RN2 NH 4 ………………………………………………………………..... (8)

dimana RN2 adalah laju oksidasi amonium dan NH 4 adalah konsentrasi amonium.
Simbol E2 adalah proses asimilasi senyawa sederhana/anorganik (nitrat
dan amonium) menghasilkan senyawa kompleks/organik (biomassa) oleh
organisme autotrof seperti fitoplankton yang menggunakan cahaya matahari
sebagai sumber energi atau dikenal dengan fotosintesis. Proses ini berkaitan erat
dengan produktifitas primer perairan. Produktifitas primer merupakan laju

12
sintesis komponen organik dari komponen anorganik yang sebagian besar
dihasilkan melalui fotosintesis dan sebagian kecil melalui kemosintesis (Valiela,
1995). Produktifitas primer umumnya dinyatakan dalam jumlah gram karbon
anorganik yang terikat per satuan luas area permukaan laut atau volume air laut
per interval waktu (Riley dan Chester, 1971; Nybakken, 1982; Nontji, 2008).
Mann dan Lazier (1996) serta Miller (2004) menyatakan produksi primer yang
dihasilkan dari pemanfaatan nitrat ( NO3 ) disebut new production, sedangkan
produksi primer yang dihasilkan dari pemanfaatan amonium ( NH 4 ) hasil
hidrolisis amoniak ( NH 3 ) dengan air ( H 2O ) yang bersumber dari ekskresi
organisme heterotrof disebut regenerated/recycled production. Valiela (1995)
menyebutkan terdapat empat sumber-sumber nitrogen baru (new nitrogen) di
perairan laut, yaitu melalui fiksasi nitrogen, pengadukan vertikal (vertical mixing),
transpor horisontal (horizontal transport), dan presipitasi (precipitation). Selain
itu, Alongi (1998) menambahkan senyawa nitrat yang berasal dari daratan
khususnya dari aktifitas pertanian juga secara signifikan memberikan sumber
nitrogen baru (new nitrogen) melalui run off sungai terutama di perairan semi
tertutup seperti teluk. Di dalam perairan laut, proses pertumbuhan fitoplankton
dipengaruhi oleh nutrien, cahaya, suhu, dan salinitas sebagaimana diekspresikan
dengan persamaan berikut (Yanagi et al., 1997) :
E2  Vm Min.V1 ( Ni ),V1 ( N a )V2 ( I )V3 (T )V4 (S ) ……………………………... (9)

dimana Vm merupakan laju maksimum uptake fitoplankton, V1 ( Ni ) dan V1 ( N a )
merupakan fungsi keterbatasan nutrien (limiting nutrients) yang diekspresikan

13
dengan persamaan Michaelis-Menten sebagai berikut (Lung, 1993; Valiela, 1995;
Chapra, 1997; Yanagi et al., 1997) :

V1  Ni  

Na
Ni
dan V1  N a  
K sNa  N a
K sNi  Ni

dimana N i dan N a masing-masing adalah konsentrasi nitrat dan amonium serta

K sNi dan K sNa masing-masing adalah konstanta paruh jenuh pengambilan nitrat

dan amonium bagi fitoplankton. Suatu kondisi dimana pemanfaatan nitrat dan
amonium oleh fitoplankton dilakukan secara bersama-sama maka beberapa
kelompok fitoplankton akan cenderung lebih menyukai amonium daripada nitrat
(Raymont, 1963; Riley dan Chester, 1971; Ricklefs, 1980; Alongi, 1998;
Andersen dan Heibig, 1998; Effendi 2003) sehingga pemanfaatan nitrat akan
negatif dengan keberadaan amonium. Pernyataan tersebut diekspresikan dengan
persamaan sebagai berikut (Koropitan et al., 2009) :

V1  Ni  

Ni
exp   NH 4 
K sNi  Ni

dimana  adalah parameter inhibition amonium. Kemudian V2 ( I ) merupakan
fungsi cahaya yang diekspresikan dengan persamaan Steele sebagai berikut
(Yanagi et al., 1997; Fennel dan Neumann, 2004) :
V2 ( I ) 


Iz
I
exp 1  z

I opt
 I opt





dimana I opt adalah intensitas cahaya optimal bagi pertumbuhan fitoplankton dan

I z adalah intensitas cahaya pada kedalaman Z yang diekspresikan berdasarkan
Hukum Lambert-Beer sebagai berikut (Lung, 1993; Valiela, 1995; Chapra, 1997) :

I z  I 0 exp(ke Z )

14
dimana I 0 adalah intensitas cahaya di permukaan dan ke adalah koefisien
ekstingsi cahaya yang diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut
(Koropitan et al., 2009) :

k  1   2 F
dimana 1 adalah koefisien disipasi cahaya pada air laut dan  2 adalah koefisien
self-shading pada fitoplankton. Cahaya yang dibutuhkan oleh fitoplankton untuk
fotosintesis dengan panjang gelombang berkisar antara 370 sampai 720 nm (Riley
dan Chester, 1971) dikenal dengan Photosynthetically Available Radiation (PAR)
dimana mencapai puncak fotosintesis mendekati panjang gelombang 465 nm
(Miller, 2004). Selanjutnya V3 T  dan V4  S  masing-masing merupakan fungsi
suhu dan salinitas yang diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut (Yanagi
et al., 1997) :
V3 T  


T
T
exp 1 

Topt
 Topt



S
S
exp 1 
 dan V4  S  

Sopt

 Sopt





dimana T dan S masing-masing adalah suhu dan salinitas air laut serta Topt dan
Sopt masing-masing adalah suhu dan salinitas optimal bagi pertumbuhan

fitoplankton.
Simbol E3 adalah proses pemangsaan yang dilakukan oleh herbivora
perairan seperti zooplankton terhadap produser perairan seperti fitoplankton untuk
pemenuhan kebutuhan energi bagi pertumbuhan, respirasi, biomassa, dan
reproduksi atau dikenal dengan grazing. Menurut Fennel dan Neumann (2004),
zooplankton dianggap penting dalam mengontrol kepadatan fitoplankton dan ikut
bertanggung jawab terhadap kematian atau hilangnya fitoplankton di perairan.

15
Laju grazing diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut (Yanagi et al.,
1997; Miller, 2004) :

E3  Rmax 1  exp    F  F *  …………………………………………….. (10)
dimana Rmax adalah laju maksimum grazing,  adalah konstanta Ivlev, dan F *
adalah batas potensi konsentrasi fitoplankton terhadap grazing zooplankton.
Ketika F * lebih kecil atau kurang dari F maka E3  0 .
Simbol E4 adalah proses egestion atau produksi faecal pellets (feses) oleh
zooplankton yang diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut (Yanagi et al.,
1997; Miller, 2004) :

E4   Rmax 1  exp    F  F *  ……………………………………............ (11)
dimana  adalah ratio produksi faecal pellets terhadap predasi (grazing).
Simbol E5 adalah interaksi fisik antara detritus pelagik dengan detritus
bentik di kolom perairan hingga lapisan dasar berdasarkan proses sedimen
kohesif. Proses fisik yang dimaksud adalah sedimentasi/deposisi ( S ) dan
resuspensi/erosi ( E ). Apabila diasumsikan kecepatan partikel air di
dasar/tegangan geser dasar (  b ) lebih kecil daripada tegangan kritis deposisi (  cd )
maka detritus pelagik mengalami sedimentasi/deposisi. Sedangkan apabila
tegangan geser dasar (  b ) lebih besar daripada tegangan kritis resuspensi (  ce )
maka detritus bentik mengalami resuspensi/erosi. Penghitungan
sedimentasi/deposisi ( S ) dan resuspensi/erosi ( E ) masing-masing diekspresikan
dengan persamaan sebagai berikut (Koropitan et al., 2009) :

  


S  Wd PD 1  b  dan E  RBD BD  b  1 ……………………….......... (12)
  cd 
  ce 

Wd adalah laju penenggelaman/sinking detritus dan RBD

16
adalah laju remineralisasi

detritus bentik serta PD dan BD masing-masing adalah konsentrasi detritus
pelagik dan konsentrasi detritus bentik. Selanjutnya dalam kondisi netral
diekspresikan sebagai berikut (Koropitan et al., 2009) :

S  E  0 untuk  cd   b   ce
Simbol E6 dan E7 masing-masing adalah proses kematian fitoplankton
dan zooplankton yang terjadi secara alami (bukan disebabkan oleh predator) di
perairan. Fitoplankton dan zooplankton yang mati akan menjadi partikel-partikel
detritus (particulate organic detritus) kemudian akan mengalami
penghancuran/teragregrasi oleh organisme pemakan bangkai (scavenger) secara
biofisik menjadi detritus terlarut (dissolved organic detritus) dan sebagian lain
mengalami pengendapan, selanjutnya mengalami penguraian oleh bakteri
dekomposer secara biokimia. Laju kematian fitoplankton dan zooplankton
masing-masing diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut (Koropitan et al.,
2009) :

E6  mF F dan E7  mZ Z …………………………………………………. (13)
dimana mF dan mZ masing-masing adalah laju kematian fitoplankton dan laju
kematian/ekskresi zooplankton serta F dan Z masing-masing adalah konsentrasi
fitoplankton dan konsentrasi zooplankton.
Simbol E8 dan E9 adalah proses penguraian komponen-komponen
organik mati seperti detritus menjadi komponen-komponen anorganik oleh bakteri
kemosintetik melalui pemanfaatan molekul oksigen terlarut ( O2 ) atau dikenal
dengan dekomposisi aerob. Sedangkan apabila tanpa menggunakan oksigen

17
melainkan melalui pemanfaatan senyawa anorganik-oksida seperti NO3 , HCO3 ,


PO43 , SO4 2 , dll maka disebut dekomposisi anaerob. Perbedaan mendasar

antara dekomposisi aerob dengan dekomposisi anaerob terletak pada senyawa
yang berperan sebagai akseptor (penerima) ion hidrogen. Pada kondisi
dekomposisi aerob yang berperan sebagai akseptor ion hidrogen adalah molekul
oksigen sedangkan pada dekomposisi anaerob yang berperan sebagai akseptor
adalah senyawa anorganik-oksida (Effendi, 2003). Produk akhir yang dihasilkan
pun berbeda, dekomposisi aerob menghasilkan karbondioksida ( CO2 ), air ( H 2O ),
nitrat ( NO3 ), fosfat ( PO4 ), dan nutrien lain bagi fitoplankton. Sedangkan
dekomposisi anaerob sebagian besar menghasilkan senyawa-senyawa berbahaya
seperti metana ( CH 4 ), amoniak ( NH 3 ), dan hidrogen sulfida ( H 2 S ) (Effendi,
2003; Sanusi, 2006). Laju dekomposisi detritus pelagik dan detritus bentik
masing-masing diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut (Koropitan et al.,
2009) :

E8  RPD PD dan E9  RBD BD ……………………………………………... (14)
dimana RPD dan RBD masing-masing adalah laju dekomposisi detritus pelagik dan
laju dekomposisi detritus bentik serta PD dan BD masing-masing adalah
konsentrasi detritus pelagik dan konsentrasi detritus bentik.

3. METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2010 hingga November 2011.
Penelitian ini dilakukan melalui dua tahapan kegiatan, yaitu tahapan pertama
kegiatan survei lapangan meliputi pengambilan contoh air laut dan pengukuran
kualitas air laut. Tahapan kedua kegiatan pemodelan dan simulasi model. Lokasi
penelitian disajikan pada Gambar 3, dimana dokumentasi kegiatan survei
lapangan disajikan pada lampiran 1.
Survei lapangan dilaksanakan pada tanggal 20 hingga 27 Maret 2010
yang merupakan salah satu bagian proyek penelitian ‘Kajian fenomena algae
blooms (HAB) dalam kaitannya dengan Sistem Peringatan Dini (Early Warning
System) di perairan Teluk Jakarta’, Pusat Penelitian Oseanografi-Lembaga Ilmu
Pengetahuan Indonesia (P2O-LIPI). Tahapan kedua dilaksanakan pada bulan
Januari hingga November 2011 berupa pemodelan dan simulasi model dilakukan
di Laboratorium Data Processing, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan,
Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, IPB.

3.2. Alat dan Bahan Penelitian
Alat yang digunakan dalam studi ini meliputi :
1. Alat-alat laboratorium kimia untuk pengukuran kualitas air laut seperti
buret, erlenmeyer 100 ml, pipet tetes, pipet otomatis 5 ml, botol BOD 100
ml, botol polyetilen, kolom reduksi, gelas beker, kertas saring 0.45 µm,
tabung polyetilen, vacuum pump, dan spektrofotometer.
18

19

Gambar 3. Lokasi kajian penelitian di Teluk Jakarta.

2. Perangkat keras (hardware) seperti,


Perangkat komputer (PC) berbasis Intel dengan sistem operasi
Windows untuk simulasi model.

20


Hard disk eksternal sebagai media penyimpan data.



Printer sebagai media pencetak data.

3. Perangkat lunak (software) seperti,


Microsoft Developer Studio yang ditulis dengan bahasa pemograman
Fortran 77 untuk simulasi model dengan output file berekstensi
*.for/*.f90.



Transform versi 3.3 untuk visualisasi hasil model.



Surfer versi 9 untuk visualisasi data pengamatan lapangan dan peta
batimetri Teluk Jakarta.

Bahan yang digunakan dalam studi ini meliputi :
1. Data primer, yaitu contoh air laut untuk memperoleh hasil pengukuran
kualitas air laut berupa data pengamatan lapangan bulan Maret 2010.
2. Data sekunder, yaitu data yang diperoleh dari literatur seperti data
batimetri, data pasang surut, data kecepatan angin, data parameter
biokimia, data input sungai dan atmosfer untuk keperluan simulasi model
(selengkapnya dijelaskan pada subbab 3.4).

3.3. Pengumpulan Data
3.3.1. Penentuan Stasiun Pengamatan
Jumlah stasiun pengamatan lapangan yang diambil sebanyak 38 stasiun
yang terdiri dari 11 stasiun (stasiun 34, 33, 26, 25, 13, 12, 1, 2, 4, 5, dan 6)
mewakili area sekitar muara sungai di sepanjang pantai Teluk Jakarta, 21 stasiun
(stasiun 8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 20, 21, 22, 23, 24, 27, 28, 29, 30, 31, 35, 36,
dan 37) mewakili bagian tengah badan Teluk Jakarta, dan 5 stasiun (stasiun 38,

21
32, 19, 18, dan 7) mewakili area di sekitar tepi laut terbuka. Hal ini dilakukan
untuk mempermudah teknik interpolasi antar data. Metode interpolasi yang
digunakan adalah interpolasi kriging.
3.3.2. Parameter yang diamati
Kualitas air laut yang diukur berupa parameter kimia, yaitu oksigen
terlarut (dissolved oxygen), nitrat ( NO3 ), amonium ( NH 4 ), dan fosfat ( PO4 )
sebagai data pengamatan lapangan bulan Maret 2010. Namun parameter yang
dimodelkan adalah nitrat ( NO3 ) dan amonium ( NH 4 ).
3.3.3. Teknik Sampling
Pengambilan contoh air laut menggunakan botol Nansen yang diturunkan
secara vertikal. Hal ini dilakukan untuk meminimalisir pengaruh difusi udara
terhadap contoh air laut. Contoh air laut yang diambil hanya pada lapisan
permukaan laut. Hal ini dilakukan karena studi ini hanya melihat distribusi
material (nutrien) yang terjadi di permukaan laut (horisontal).
Penyimpanan contoh air laut menggunakan botol berbahan polyetilen
(nitrat, amonium, fosfat). Hal ini dilakukan untuk meminimalisir pengaruh reaksi
kimia pada dinding botol terhadap senyawa anorganik (nitrat, amonium, fosfat)
yang terkandung dalam contoh air laut. Khusus untuk perlakuan oksigen terlarut
dan amonium, penambahan larutan ( MnCl2 ) dan larutan ( NaOH  KI ) untuk
oksigen terlarut serta larutan fenol nitropusside dan larutan hipoklorit alkalin
untuk amonium ke dalam contoh air laut perlu dilakukan dengan segera. Hal ini
dilakukan untuk meminimalisir pengaruh difusi udara saat perjalanan.
Penyaringan contoh air laut menggunakan kertas saring berukuran 0.45
µm berbahan serat kaca (GF/F) sebelum dilakukan pengukuran. Hal ini dilakukan

22
untuk meminimalisir pengaruh bahan-bahan tersuspensi (seston) yang terkandung
dalam contoh air laut.
3.3.4. Analisis Laboratorium
Pengukuran konsentrasi nitrat ( NO3 ), amonium ( NH 4 ), dan fosfat ( PO4 )
menggunakan metode spektrofotometrik masing-masing pada panjang gelombang
543 nm, 630 nm, dan 885 nm, sedangkan oksigen terlarut menggunakan metode
titrasi modifikasi Winkler (Prinsip pengukuran masing-masing parameter
dijelaskan pada lampiran 2). Hasil pengukuran parameter-parameter tersebut
(data primer) akan digunakan beberapa untuk input model (input laut) dan
keperluan verifikasi/validasi model.
Data batimetri Teluk Jakarta merupakan hasil digitasi yang bersumber dari
DISHIDROS-TNI AL tahun 1992 menggunakan software Surfer 9. Data pasut
diperoleh dari ORI tide, sedangkan data kecepatan angin, parameter biokimia,
input darat, input atmosfer diperoleh dari literatur (selengkapnya dijelaskan pada
subbab 3.4). Selanjutnya konsep diagram alir analisis data diilustrasikan pada
Gambar 4.

3.4. Desain Model
Luas daerah model adalah 36 km x 23.6 km dengan ukuran grid (lebar
grid) yang digunakan 250 m x 250 m sehingga model ini terbagi ke dalam 144 x
94 sel yang berbentuk matriks. Hasil diskretisasi daerah model disajikan pada
Gambar 5. Sesuai dengan syarat kestabilan CFL (Courant-Friedrichs-Levy),

23
Input Model :
Batimetri, pasut, angin,
difusi, parameter
biokim, input laut, input
darat, atmosfer.

Contoh Air Laut

Oksigen
Terlarut

Nitrat

Amonium

Microsoft
Developer
Studio

Fosfat

Simulasi Model
Titrasi

Absorbansi

Transform 3.3
Konsentrasi

Nitrat
Amonium

Surfer 9

Pola Sebaran
Pengamatan
Lapangan

Validasi

Pola Sebaran
Hasil Model

Gambar 4. Konsep diagram alir analisis data

dimana (Mellor, 2004) :
t E 

1
2  gH 

1/ 2

 U max

1
1
 2
2
x y

1/ 2

……………………………………… (15)

24

Sumber : DISHIDROS, 1992

y

y
x

x

Keterangan :
M1 = Muara Angke
M2 = Muara Tanjung Priok
M3 = Muara Marunda
M4 = Muara Citarum

x = 250 meter

y = 250 meter

Gambar 5. Hasil diskretisasi daerah model.

t E adalah langkah waktu eksternal, U max adalah kecepatan maksimum dugaan,
H adalah kedalaman maksimum, g adalah percepatan gravitasi, serta x dan

y masing-masing adalah ukuran grid pada sumbu- x dan sumbu- y maka Teluk

Jakarta yang memiliki kedalaman maksimum 27 m dan ukuran grid 250 m x 250
m menggunakan langkah waktu selama 3 detik.

25
Model hidrodinamika dalam studi ini menggunakan Princeton Ocean
Model (POM). POM dibuat dan dikembangkan oleh Alan Blumberg dan George.
L. Mellor sekitar tahun 1977. Model tersebut menggunakan koordinat sigma
(koordinat vertikal yang terskala oleh kedalaman perairan) dan langkah waktu
split yang terdiri dari mode eksternal dan mode internal (Mellor, 2004). Mode
internal digunakan untuk model hidrodinamika 3-dimensi (barotropik dan
baroklinik) dengan langkah waktu panjang berdasarkan kondisi CFL. Mode
eksternal digunakan untuk model hidrodinamika 2-dimensi yang diintegrasikan
secara vertikal (perata-rataan terhadap kedalaman) dengan langkah waktu pendek
berdasarkan kondisi CFL. Oleh karena model hidrodinamika yang digunakan
adalah model hidrodinamika dua dimensi yang diintegrasikan secara vertikal atau
perata-rataan terhadap kedalaman maka menggunakan mode eksternal dengan
langkah waktu pendek berdasarkan kondisi CFL.
Model ekosistem yang digunakan adalah penyederhanaan model ekosistem
Koropitan et al. (2009) yang merupakan hasil modifikasi dari POM. Model ini
tersusun atas lima kompartemen, yaitu nitrat ( NO3 ), amonium ( NH 4 ),
fitoplankton ( F ), zooplankton ( Z ), dan detritus ( D ). Diagram konsep model
ekosistem diilustrasikan pada Gambar 6.
Untuk keperluan penyamaan satuan digunakan red-field ratio 106 : 16 : 1
masing- masing adalah unsur karbon, nitrogen, dan fosfor. Kemudian penyamaan
satuan klorofil-  digunakan perbandingan 1 : 50 untuk klorofil-  : karbon
(Koropitan et al., 2009), sedangkan zooplankton menggunakan hasil penelitian
Lizuka dan Uye (1989 dalam Yanagi, 1999), yaitu 1 berat kering individu
zooplankton setara dengan 1  g C. Seluruh komponen ekosistem termasuk

26
Input sungai

Input sungai

Presipitasi

Oksidasi
Nitrat
(NO3)

Amonium
(NH4)

Fotosintesis
Fitoplankton

Grazing
Zooplankton

Egestion
Detritus

Gambar 6. Diagram konsep model ekosistem
(modifikasi dari Koropitan et al., 2009)

nutrien (nitrat dan amonium) dilakukan penyamaan satuan yang disesuaikan
dengan keperluan model, yaitu dalam bentuk mmol N m-3 (proses konversi satuan
dijelaskan pada lampiran 3.).
Asumsi-asumsi yang digunakan dalam model hidrodinamika di antaranya :


Perairan diasumsikan mengalami percampuran sempurna secara vertikal
sehingga tidak terbentuk stratifikasi densitas atau perairan bersifat homogen.



Tidak ada gaya-gaya luar lain yang bekerja pada daerah model seperti
tekanan atmosfer ( Pa konstan), seismik, dan gerakan kapal. Serta tidak
memperhitungkan gaya gesek/viskos turbulen vertikal.

27


Pengaruh gaya coriolis pada daerah model diabaikan. Efek coriolis dapat
diestimasi dengan menentukan nilai radius deformasi Rossby pada daerah
model yang diteliti (Pond dan Pickard, 1983), yaitu :

Rb 

gH max
10 x27

 1092.3864334km
1,5042 x105
f

dengan melihat dimensi lateral (lebar mulut teluk) Teluk Jakarta sebesar 40
km (Setyapermana dan Nontji, 1980) yang jauh lebih kecil dari panjang
gelombang Rossby maka efek coriolis terhadap gerak massa air pada daerah
model yang diteliti dapat diabaikan.


Koefisien gesek/viskos turbulen horisontal yang digunakan berdasarkan
formulasi Smagonrisky sebesar 0.2 (Koropitan dan Ikeda, 2008).

Asumsi-asumsi yang digunakan dalam model ekosistem di antaranya :


Sumber nutrien (nitrat dan amonium) yang dimasukkan ke dalam model
berasal dari presipitasi (air hujan), laut terbuka, dan empat muara sungai
yaitu muara Angke, muara Tanjung Priok, muara Marunda, dan muara
Citarum.



Nilai masukan/input komponen-komponen ekosistem diasumsikan konstan
sepanjang tahun di Teluk Jakarta.



Tidak mempertimbangkan proses fiksasi nitrogen, respirasi fitoplankton dan
zooplankton, denitrifikasi, laju penenggelaman/sinking dan ekskresi
fitoplankton, laju penenggelaman/sinking detritus, migrasi vertikal
zooplankton, serta pengaruh oksigen terlarut.



Koefisien difusi horisontal yang digunakan berdasarkan formulasi
Smagonrisky sebesar 2 (Koropitan et al., 2009).

28
Proses simulasi model diawali dengan mensimulasikan model
hidrodinamika hingga menghasilkan daya tampil atau daya guna (performance)
yang baik. Dalam model ini menggunakan tiga gaya pembangkit arus, yaitu
gradien tekanan mendatar (perbedaan tinggi muka/elevasi air laut), angin, dan
debit air sungai (riverine discharge), serta memperhitungkan gaya pengusik yaitu
gesekan dasar. Simulasi model hidrodinamika akan menghasilkan kecepatan arus
komponen U dan V masing-masing arah sumbu- x dan sumbu- y , kemudian
simulasi model ekosistem dilakukan untuk menghitung konsentrasi komponenkomponen ekosistem. Setelah hasil validasi model hidrodinamika menunjukkan
performance yang baik, maka digabung dengan model transpor (adveksi-difusi)
dan model ekosistem menghasilkan pola sebaran konsentrasi komponenkomponen ekosistem. Hasil sebaran model transpor ekosistem dibandingkan
dengan data lapangan. Apabila model belum menunjukkan pola yang mirip maka
dilakukan modifikasi parameter ekosistem (parameterisasi) yang mungkin hingga
mendekati pola sebaran pengamatan lapangan. Waktu simulasi atau lama iterasi
dalam mencapai kondisi stabil (steady state) untuk keperluan verifikasi model
dilakukan selama 90 hari pada musim peralihan I, yaitu bulan Maret hingga Mei.
Selanjutnya konsep diagram alir pemodelan ekosistem perairan di Teluk Jakarta
diilustrasikan pada Gambar 7.
3.4.1. Data Masukan Model
Dalam studi ini data pasang surut diperoleh dari ORI tide, yaitu data
model pasang surut global yang dikembangkan oleh Ocean Research Institute
(ORI), University of Tokyo, Jepang yang bekerja sama dengan National

29
Astronomical Observatory (NAO) berdasarkan data tinggi muka air laut dari
pengamatan satelit Topex/Posseidon. Elevasi ORI tide adalah gabungan 8
komponen pasut utama (Q1, P1, O1, K1, N2, M2, S2, K2) namun dalam model ini
hanya menggunakan pasut komponen K1 sebagai komponen pasut dominan di
Teluk Jakarta sesuai dengan pengamatan yang telah dilakukan oleh Koropitan dan
Ikeda (2008). Hasil prediksi elevasi pasut pada model ini adalah perata-rataan
satu siklus K1 (23.93 jam) maka untuk mendapatkan prediksi amplitudo dan fasa
K1 selama 90 hari menggunakan analisis harmonik kuadrat terkecil (least square).
Kecepatan angin diperoleh dari Koropitan et al. (2009) adalah kecepatan angin
global rata-rata bulanan yang diasumsikan merepresentasikan nilai pertengahan
bulan dimana nilai di antara nilai pertengahan bulan awal dan pertengahan bulan
berikutnya merupakan hasil interpolasi di antara keduanya dan seterusnya. Data
kedalaman (batimetri) perairan Teluk Jakarta diperoleh dari peta batimetri hasil
pemetaan Dinas Hidro-Oseanografi (DISHIDROS) TNI-AL tahun 1992 pada
skala 1:50000.
Dengan demikian, arus yang dihasilkan dalam model ini berupa aliran
residu yang dipengaruhi oleh arus residu komponen pasut K1 dan gesekan angin.
Aliran residu diperhitungkan karena dianggap memegang peranan penting dalam
pertukaran massa air dan transpor material di perairan pantai dalam jangka waktu
yang panjang (Ramming dan Kowalik, 1980; Yanagi, 1999).
Data komponen-komponen ekosistem yang bersumber dari daratan (muara
sungai) sebagian besar diperoleh dari pengamatan yang telah dilakukan oleh
Damar (2003) sedangkan sumber dari perairan sekitar (syarat batas terbuka)
menggunakan data pengamatan lapangan bulan Maret 2010. Nilai konsentrasi

30
Mulai
Penghitungan model
hidrodinamika dan model
ekosistem

Pendefinisian variabel dan harga konstanta :
Langkah waktu, ukuran grid, lama iterasi,

Konsentrasi
komponen
ekosistem

kecepatan angin, konstanta pasut, koefisien difusi,
parameter biokimia (ekosistem)
U dan

V

Baca data kedalaman
Tidak Mirip
Inisialisasi syarat awal (t=0) :

Mirip

U  V    0 dan pemberian nilai minimum

V mirip dengan pola
pengamatan lapangan
U dan

untuk komponen-komponen ekosistem

CFL

Validasi

Tidak Stabil

CourantFriedrichs-Levy

Model transpor (adveksi-difusi)
untuk komponen ekosistem

Stabil
Tidak
Pemberian nilai input/sumber
komponen-komponen ekosistem

Validasi

Mirip
Perlakuan syarat batas terbuka :
Syarat batas radiasi untuk komponen arus

Pola sebaran konsentrasi komponenkomponen ekosistem mirip dengan
pola pengamatan lapangan

dan komponen ekosistem (Utara dan Barat)
Pemberian nilai elevasi pasut (Utara)

Gambar 7. Konsep diagram alir pemodelan ekosistem perairan di Teluk Jakarta.

klorofil-  dan zooplankton adalah nilai minimum pengamatan yang telah

31

dilakukan oleh Damar (2003) sepanjang tahun 2001. Sementara nilai konsentrasi
detritus menggunakan nilai yang sama dengan fitoplankton dan zooplankton
karena data konsentrasi detritus tidak tersedia baik dari pengamatan lapangan
maupun literatur. Intensitas cahaya (solar radiation) di permukaan dan debit
sungai adalah nilai rata-rata bulanan tahun 2001. Selengkapnya data masukan
model ekosistem disajikan pada Tabel 1 dan Tabel 2.
3.4.2. Nilai Awal
Proses awal simulasi model adalah perlakuan kondisi awal model dengan
memberikan nilai awal pada setiap variabel-variabel model. Awal simulasi
( t  0 ) perairan diasumsikan dalam keadaan tenang dan belum tercemar dengan
memberikan nilai 0 pada kecepatan dan elevasi. Pernyataan tersebut
diekspresikan sebagai berikut (Pond dan Pickard, 1983) :
U  V    0 saat t  0 ……………………………………………………. (16)

Komponen-komponen ekosistem seperti nitrat, amonium, fitoplankton,
zooplankton, dan detritus diberikan nilai minimum pengamatan lapangan. Nitrat
dan amonium menggunakan konsentrasi minimum pengamatan lapangan bulan
Maret 2010 sedangkan fitoplankton dan zooplankton menggunakan konsentrasi
minimum pengamatan yang telah dilakukan oleh Damar (2003) sepanjang tahun
2001. Sementara detritus diberikan nilai awal sama dengan fitpolankton dan
zooplankton karena data konsentrasi detritus tidak tersedia baik dari pengamatan
lapangan maupun literatur. Konsentrasi nilai awal komponen-komponen
ekosistem disajikan pada Tabel 3. Nilai awal kecepatan, elevasi, dan komponen-

32
Tabel 1. Data masukan model ekosistem.
Parameter
Waktu
Nilai
Sumber
3 -1
Debit sungai Angke (m s )
Maret 2001
22.34 Koropitan et al. (2009)
3 -1
Debit sungai Priok (m s )
Maret 2001
11.98 Koropitan et al. (2009)
3 -1
Debit sungai Marunda (m s )
Maret 2001
9.23
Koropitan et al. (2009)
3 -1
Debit sungai Citarum (m s )
Maret 2001
157.45 Koropitan et al. (2009)
Air hujan (mm)
Maret 2001
182.5 Koropitan et al. (2009)
-2
Intensitas cahaya (W m )
Maret 2001
187.45 Koropitan et al. (2009)
Konsentrasi amonium di muara Maret 2001
Damar (2003)
40
-3
Angke (mmol N m )
Konsentrasi amonium di muara Maret 2001
Damar (2003)
70.4
-3
Priok (mmol N m )
Konsentrasi amonium di muara Maret 2001
Damar (2003)
54.6
-3
Marunda (mmol N m )
Konsentrasi amonium di muara Maret 2001
Koropitan et al. (2009)
34.9
-3
Citarum (mmol N m )
Konsentrasi nitrat di muara
Maret 2001
Damar (2003)
12.9
-3
Angke (mmol N m )
Konsentrasi nitrat di muara
Maret 2001
Damar (2003)
9.3
-3
Priok (mmol N m )
Konsentrasi nitrat di muara
Maret 2001
Damar (2003)
12.9
-3
Marunda (mmol N m )
Konsentrasi nitrat di muara
Maret 2001
Koropitan et al. (2009)
27.3
-3
Citarum (mmol N m )
Konsentrasi amonium dalam air Maret 2001
Koropitan et al. (2009)
37.2
-3
hujan (meq m )
Konsentrasi nitrat dalam air
Maret 2001
Koropitan et al. (2009)
23.5
-3
hujan (meq m )
Konsentrasi fitoplankton di tepi Sepanjang
Damar (2003)
0.17
-3
laut terbuka (mmol N m )
tahun 2001
Konsentrasi zooplankton di tepi Sepanjang
Damar (2003)
0.17
-3
laut terbuka (mmol N m )
tahun 2001
Konsentrasi detritus di tepi laut
0.17
terbuka (mmol N m-3)

33
Tabel 2. Data masukan model ekosistem dari pengamatan
lapangan bulan Maret 2010 sebagai syarat batas terbuka.
Parameter
Stasiun
-3
Nitrat (mmol N m ) Amonium (mmol N m-3)
38

0.421

1.626

32

1.077

1.583

19

0.473

1.635

18

0.264

1.679

7

0.345

1.361

Tabel 3. Nilai awal komponen-komponen ekosistem.
Nilai
Parameter
Waktu
Sumber
awal
Nitrat (mmol N m-3)

Maret 2010

0.22

Amonium (mmol N m-3)

Maret 2010

0.96

Fitoplankton (mmol N m-3)
Zooplankton (mmol N m-3)
Detritus (mmol N m-3)

Sepanjang
tahun 2001
Sepanjang
tahun 2001
-

Nilai minimum
pengamatan lapangan
Nilai minimum
pengamatan lapangan

0.17

Damar (2003)

0.17

Damar (2003)

0.17

Damar (2003)

komponen ekosistem akan memenuhi seluruh grid pada badan air saat awal
simulasi ( t  0 ) yang dimulai dari grid pada batas terbuka. Nilai-nilai pada batas
terbuka tersebut digunakan untuk menentukan nilai kecepatan, elevasi, dan
komponen-komponen ekosistem pada grid berikutnya.
3.4.3. Syarat Batas
Syarat batas daerah model meliputi : syarat batas tertutup dan syarat batas
terbuka. Syarat batas tertutup mengasumsikan massa air tidak akan menembus
dan melewati garis pantai/daratan. Baik komponen kecepatan ( U , V ), elevasi

34
(  ), maupun komponen-komponen ekosistem seperti nitrat ( NO3 ), amonium
( NH 4 ), fitoplankton ( F ), zooplankton ( Z ), dan detritus ( D ) akan diberikan nilai
0 pada syarat batas tertutup yang diekspresikan sebagai berikut :

(U ,V ,  , NO3 , NH 4 , F , Z , D)  0 ……………………………………………. (17)
Batas terbuka daerah model adalah daerah laut model yang berbatasan
dengan laut terbuka. Model ini menggunakan dua batas terbuka, yaitu batas
terbuka Utara dan batas terbuka Barat. Batas terbuka Utara bagian Barat laut
(Northwest) dan Timur laut (Northeast) diberikan nilai elevasi pasut komponen K1
yang diinterpolasi secara linier untuk memperoleh nilai elevasi dalam interval
waktu 3 detik selama simulasi. Hal ini dilakukan karena data pasut ORI tide
memiliki interval waktu 1 jam dalam proses perekaman data.
Selain itu diterapkan syarat batas radiasi Orlanski sepanjang batas terbuka
Utara dan batas terbuka Barat. Syarat batas ini diformulasikan untuk
menghantarkan suatu sinyal ke luar daerah batas terbuka tanpa adanya refleksi
(Kowalik dan Murty, 1993). Sinyal yang dimaksud dalam model ini adalah
kecepatan arus dan konsentrasi komponen-komponen ekosistem seperti nitrat
( NO3 ), amonium ( NH 4 ), fitoplankton, zooplankton, dan detritus. Persamaan
syarat batas radiasi Orlanski diekspresikan sebagai berikut (Kowalik dan Murty,
1993) :


Syarat batas radiasi Orlanski untuk kecepatan arus,

U
U
 cp
 0 …………………………………………………………….. (18)
t
x

35


Syarat batas radiasi Orlanski untuk komponen ekosistem,

C
C
 cp
 0 ……………………………………………………………... (19)
t
x

dimana, U adalah komponen kecepatan arus ( U dan V ), c p adalah kecepatan
gelombang panjang ( c p   gH  ), C adalah konsentrasi komponen-komponen
1/ 2

ekosistem, dan tanda  menunjukkan pola aliran masuk (  ) dan pola aliran
keluar (  ). Untuk pola arus yang masuk ke dalam daerah model, maka syarat
batas untuk komponen ekosistem menggunakan nilai pada Tabel 2, sedangkan
pola arus yang keluar daerah model menggunakan syarat batas Orlanski.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pola Sebaran Nutrien dan Oksigen Terlarut (DO) di Teluk Jakarta
Hasil pengamatan lapangan nitrat, amonium, fosfat, dan DO bulan Maret
2010 masing-masing disajikan pada Gambar 8, 9, 10, dan Gambar 11. Kisaran
konsentrasi nitrat, amonium, fosfat, dan DO di perairan Teluk Jakarta masingmasing berturut-turut berkisar antara 0.96 - 28.71 µgA N-NO3 l-1, 3.13 - 14.63
µgA N-NH4 l-1, 0.009 - 0.38 µgA P-PO4 l-1, dan 3.16 - 6.93 mg l-1. Konsentrasi
nitrat, amonium, dan fosfat maksimum masing-masing berturut-turut terdapat di
area dekat muara Cikarang Bekasi Laut (CBL) (28.71 µgA N-NO3 l-1), dekat
muara Goba (14.63 µgA N-NH4 l-1), muara Citarum (0.38 µgA P-PO4 l-1),
sedangkan konsentrasi DO minimum terdapat di sekitar muara Goba (3.16 mg l-1).
Secara umum pola konsentrasi nitrat, amonium, dan fosfat cenderung menurun
signifikan ke arah laut lepas dan relatif tinggi di beberapa muara sekitar pantai
Teluk Jakarta. Sebaliknya terlihat relatif homogen di area sekitar bagian tengah
badan teluk hingga laut lepas. Khusus untuk pola konsentrasi fosfat terlihat relatif
heterogen di bagian Barat teluk. Pola konsentrasi DO cenderung bertambah
secara signifikan semakin ke arah laut lepas dan relatif rendah di sepanjang pantai
Teluk Jakarta, serta terlihat relatif homogen dan cenderung tinggi di area sekitar
bagian tengah badan teluk hingga laut lepas bagian Utara teluk selanjutnya relatif
heterogen dan cenderung rendah di bagian Barat teluk.
Jumlah penduduk DKI Jakarta dan sekitarnya yang semakin bertambah
dari tahun ke tahun memacu tingginya aktifitas/kegiatan manusia di daerah ini

36

37

Gambar 8. Distribusi nitrat di perairan Teluk Jakarta
bulan Maret 2010 menggunakan Software Surfer 9.

Gambar 9. Distribusi amonium di perairan Teluk Jakarta
bulan Maret 2010 menggunakan Software Surfer 9.

38

Gambar 10. Distribusi fosfat di perairan Teluk Jakarta
bulan Maret 2010 menggunakan Software Surfer 9.

Gambar 11. Distribusi DO di perairan Teluk J