MODEL DISKRIT CHAIN MARKOV UNTUK PENGELOLAAN DEBIT DAN KUALITAS AIR DI WADUK KASKADE CITARUM, JAWA BARAT, INDONESIA DISERTASI Oleh SUCI WULANDARI NIM: 35317006 (Program Studi Doktor Teknik Lingkungan) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Desember 2023 iii ABSTRAK MODEL DISKRIT CHAIN MARKOV UNTUK PENGELOLAAN DEBIT DAN KUALITAS AIR DI WADUK KASKADE CITARUM, JAWA BARAT, INDONESIA Oleh Suci Wulandari NIM: 35317006 (Program Studi Doktor Teknik Lingkungan) Jaminan akan ketersediaan air bersih secara berkelanjutan (ketahanan air) di Indonesia kini sudah sangat mengkhawatirkan. Hal ini dapat terlihat dari makin langkanya air bersih (kualitas, kuantitas dan kontinuitas) untuk mendukung kehidupan. Isu ketahanan air ini kemudian melahirkan konsep pengelolaan sumber daya air yang terintegrasi dari hulu hingga hilir sebagai satu kesatuan sistem yang dikelola oleh satu pengelola besar untuk meminimumkan konflik yang mungkin timbul. Salah satu Daerah Aliran Sungai utama dan prioritas karena bersifat strategis di Indonesia adalah DAS Citarum. DAS Citarum ini merupakan DAS utama di Jawa Barat yang memiliki luasan lahan kritis yang tinggi dan bersifat strategis karena selain menjadi penyangga ibu kota Jakarta, DAS Citarum juga menjadi pendukung terbesar ketahanan pangan dan ketahanan energi di Indonesia. DAS Citarum memiliki 3 wilayah genangan buatan (waduk) yang sangat besar dengan berbagai guna dan beroperasi secara seri yang kemudian akan mempengaruhi upaya pengelolaan didalamnya. Dengan jumlah penduduk terbanyak di Jawa Barat menyebabkan DAS Citarum memiliki beban pencemar yang sangat besar sehingga mengakibatkan penurunan kualitas air. Model pengelolaan sumber daya air di Waduk Kaskade Citarum dengan fokus utama wilayah Nanjung hingga Outlet Waduk Jatiluhur kemudian dilakukan terkait aspek kuantitas dan kualitasnya. Dari segi kuantitas, penelitian ini membahas mengenai optimasi pengelolaan waduk dan dari segi kualitas, penelitian ini membahas mengenai upaya pengendalian pencemaran berdasarkan pada kondisi volume stok waduk pada tahun terburuk/tahun kering. Penentuan lintasan pedoman waduk dilakukan berdasarkan prinsip keseimbangan massa. Pengklasifikasian tahun dilakukan dengan metode diskrit Markov 3 kelas kedalam kondisi kering, normal dan basah dan berdasarkan Diskrit Markov 5 kelas ke dalam kondisi sangat kering, kering, normal, basah dan sangat basah. Dalam Upaya optimasi pengelolaan waduk ditemukan bahwa nilai korelasi dengan Metode Markov menunjukkan nilai R > 0.6 untuk bervariasi tahun. Nilai korelasi yang yang makin membesar dengan makin sedikitnya data historis yang dipakai menunjukkan bahwa terjadinya perubahan rezim hidrologi yang menyebabkan nilai debit berubah-rubah setiap periode mengikuti perubahan iklim dan lahan di sekitar DAS lokal waduk tersebut. Simulasi waduk optimal di Kaskade Citarum membuktikan iv bahwa optimalisasi pola operasi Waduk Kaskade Citarum sebagai satu kesatuan manajemen terpadu dari hulu sampai hilir terbukti jika setiap waduk diperlakukan sebagai sub hidrologis yang unik dan merupakan fungsi dari ruang dan waktu. Data acuan volume stok waduk dan parameter fisik waduk yang digunakan kemudian dalam Upaya pengendalian pencemaran mengacu pada pola tahun kering (R5)/tahun sangat kering (R10) yang pada penelitian ini terlihat paling minimum dengan kondisi terburuk pada tahun 2011 dimana terjadi kekeringan hamper di seluruh bagian DAS Citarum. Untuk penelitian aspek pengelolaan kualitas air khususnya di badan air yang tergenang. Proses eutrofikasi kemudian menjadi kunci sehingga penetapan T-P, T- N dan BOD yang merupakan limbah nutrisi menjadi parameter utama yang diteliti. Inventarisasi dan identifikasi potensi beban pencemar masing-masing Daerah Tangkapan Air Waduk Kaskade Citarum dilakukan dengan metode faktor emisi. Berdasarkan pada hasil penelitian didapat bahwa potensi beban pencemar T-P dan T-N terbesar di DTA Waduk Kaskade Citarum berasal dari limbah perikanan dari Keramba Jaring Apung, dan untuk BOD potensi terbesar berasal dari limbah domestik (Waduk Saguling) dan Limbah perikanan (Waduk Cirata dan Jatiluhur). Ketika sumber beban pencemar telah dapat diinventarisasi dan diidentifikasi besarannya kemudian simulasi model keseimbangan massa ketiga parameter kunci di masing-masing waduk dilakukan dengan metode satu kotak (one box model). Dari metode ini didapatkan hasil dimana ketiga parameter kualitas air yang diteliti hanya dapat dikurangi beban konsentrasinya di badan air jika beban pencemar dari hulunya dikurangi. Ketiga Waduk sudah tidak memiliki daya tampung beban pencemar eksisting baik pada tahun kering, normal ataupun tahun basah. Ketiadaan daya tampung beban pencemar menyebabkan ketiga waduk tidak memiliki daya dukung kepada aktivitas makhluk hidup di dalamnya. Karena hal inilah kemudian beban maksimum polutan di perairan dapat ditentukan sesuai dengan peruntukan air baku (baku mutu kelas 3 atau 2) pada tahun kering (R5). Pada penelitian ini juga dilakukan simulasi sederhana dengan menggunakan sistem dinamis dengan bantuan Powersim untuk dapat melihat keefisienan dan keefektifitasan dari solusi yang ditawarkan dalam rangka menurunkan beban pencemar setiap sektor. Proses manajemen adaptif kemudian dimulai dengan tindakan awal yang memiliki peluang yang wajar untuk berhasil. Tindakan di masa depan harus didasarkan pada pemantauan badan air yang berkelanjutan untuk menentukan bagaimana responnya terhadap tindakan yang diambil. Jika akan memulihkan DAS, maka seluruh kehidupan di dalam DAS tersebut harus mengikuti hukum, potensi dan batasan yang ada di dalam DAS tersebut. Semua sektor kehidupan di dalam DAS tersebut harus mengikuti hukum alam DAS tersebut sehingga pembangunan berkelanjutan kemudian menjadi upaya pembangunan yang dilakukan manusia berdasarkan pada hukum, potensi dan batasan yang dimiliki oleh DAS di wilayah yang digunakan/dimanfaatkan. Kata kunci: Waduk Kaskade Citarum, optimasi waduk, tahun kering, pengendalian pencemaran, beban pencemar, pengelolaan sumber daya air berkelanjutan. v ABSTRACT DISCRETE CHAIN MARKOV MODEL FOR MANAGING WATER DISCHARGE AND QUALITY IN CITARUM CASCADE RESERVOIR, JAWA BARAT, INDONESIA By Suci Wulandari NIM: 35317006 (Doctoral Program Study of Environmental Engineering) The guarantee of sustainable availability of clean water (water security) in Indonesia is now very worrying. This can be seen from the increasing scarcity of clean water (quality, quantity and continuity) to support life. This issue of water security then gave rise to the concept of integrated water resources management from upstream to downstream as a single system managed by one large manager to minimize conflicts that might arise. One of the main and priority watersheds because it is strategic in Indonesia is the Citarum watershed. The Citarum watershed is the main watershed in West Java which has a high critical land area and is strategic because apart from being a buffer for the capital city of Jakarta, the Citarum watershed is also the biggest supporter of food security and energy security in Indonesia. The Citarum watershed has 3 very large artificial pond areas (reservoirs) with various uses and operating in series which will then influence management efforts therein. With the largest population in West Java, the Citarum watershed has a very large pollutant load, resulting in a decrease in water quality. The water resources management model in the Citarum Cascade Reservoir with the main focus in the Nanjung area to the Jatiluhur Reservoir Outlet was then carried out regarding the quantity and quality aspects. In terms of quantity, this research discusses optimizing reservoir management and in terms of quality, this research discusses efforts to control pollution based on the condition of the reservoir stock volume in the worst year/dry year. Determination of the reservoir guidance trajectory is carried out based on the principle of mass balance. Classification of years is carried out using the discrete Markov method with 3 classes into dry, normal and wet conditions and based on Discrete Markov 5 classes into very dry, dry, normal, wet and very wet conditions. In efforts to optimize reservoir management, it was found that the correlation value using the Markov method showed an R value > 0.6 for various years. The increasing correlation value with the less historical data used shows that there is a change in the hydrological regime which causes the discharge value to change each period following changes in climate and land around the local watershed of the reservoir. Simulation of optimal reservoirs in the Citarum Cascade proves that optimizing the operational pattern of the Citarum Cascade Reservoir as an integrated management unit from upstream to downstream is proven if each vi reservoir is treated as a unique hydrological sub and is a function of space and time. Reference data on reservoir stock volume and reservoir physical parameters used later in pollution control efforts refers to the dry year (R5)/very dry year (R10) pattern which in this study appears to be the minimum with the worst conditions in 2011 where drought occurred almost throughout part of the Citarum watershed. To research aspects of water quality management, especially in stagnant water bodies. The eutrophication process then becomes the key so that determining T-P, T-N and BOD which are nutrient waste becomes the main parameters studied. Inventory and identification of potential pollutant loads in each Citarum Cascade Reservoir Catchment Area is carried out using the emission factor method. Based on the research results, it was found that the largest potential T-P and T-N pollutant loads in the Citarum Cascade Reservoir catchment area came from fisheries waste from Floating Net Cages, and for BOD the largest potential came from domestic waste (Saguling Reservoir) and fisheries waste (Cirata and Jatiluhur Reservoirs). When the source of the pollutant load has been inventoried and its magnitude identified, then a mass balance model simulation of the three key parameters in each reservoir is carried out using the one box model.