EcoLab Mike 21 - Model Ekosistem Perairan

Modul model ekosistem adalah model numerik yang dapat mensimulasikan kondisi ekosistem dengan model ekologi yang dapat didisain sendiri atau dengan menggunakan formula yang telah ada. Modul model ekosistem ini merupakan modul yang dapat dikostumisasi untuk mensimulasikan kondisi kualitas perairan, proses eutrofikasi, distirbusi logam berat dan kondisi ekologi yang merupakan interaksi antara organisme perairan dan lingkungannya. Modul ini merupakan adopsi dari sebagian besar model dari Environmental Impact Assessment (EIA) yang dikembangkan oleh para peneliti internasional dan banyak diterapkan untuk kebutuhan akuakultur, produktifitas perikanan, rumput laut dan kerang-kerangan termasuk kerang mutiara.

Kelebihan utama dari modul ekosistem ini adalah dapat dimodifikasi dengan mudah untuk mengimplementasikan model numerik matematis ekologi dengan memanfaatkan model sirkulasi dari modul hidrodinamika. Model ekosistem ini dapat dibangun sendiri atau dapat menggunakan berbagai template yang telah disediakan didalam modul ini. Template dari modul tersebut dapat mensimulasikan substan terlarut, bahan partikel, organisme hidup biologi dan komponen lainnya. Modul ekosistem ini merupakan gambaran dari interaksi simulasi fisik, kimia, biologi dan proses ekologi. Persamaan diferensial metode integrasi ekosistem yang digunakan adalah dari Integrasi Euler, Runge Kutta orde 4 dan Runge Kutta orde 5 dengan pengecekan kualitas. Model sirkulasi yang digunakan dengan modul hidrodinamika.

Template modul ekosistem yang telah disediakan antara lain sebagai berikut:

• Eutrofikasi dan dapat dikombinasikan dengan sedimen dan vegetasi bentik.
• Logam Berat.
• Bakteri Coliform.
• Xenobiotik.
• Kualitas Air (sederhana), meliputi BOD dan DO.
• Kualitas Air (Nutrient), meliputi BOD, DO dan nutrient.
• Kualitas Air level 1 (Sungai), meliputi BOD dan DO.
• Kualitas Air dan Bakteri Coliform, meliputi BOD, DO dan Bakteri Coliform.
• Kualitas Air (Lingkungan), meliputi BOD, DO, suhu dan salinitas.
• Kualitas Air (Lingkungan), meliputi BOD, DO, suhu, salinitas dan Bakteri Coliform.
• Kualitas Air (Lingkungan), dengan parameter spesifik meliputi Klorofil-a, Dissolved BOD, Suspended BOD, Sedimented BOD, Ammonia, Nitrit, Nitrat, Dissolved Oxygen, Phosphorous, Faecal Coliforms, Total Coliforms dan bahan polutan lainnya.

Data yang dibutuhkan untuk modul ekosistem adalah sebagai berikut:

1.  Modul hidrodinamika yang terdiri dari data-data sebagai berikut:

• Batimetri
• Suhu
• Salinitas
• Ketinggian kondisi kering dan tergenang
• Densitas meliputi suhu, salinitas dan tekanan
• Horizontal viskositas Eddy, meliputi Formula Smagorinsty atau Konstan Eddy
• Kekasaran dasar perairan dengan metode Manning Number atau Chezy Number.
• Gaya Coriolis
• Angin
• Gaya potensial pasang-surut.
• Presipitasi dan penguapan.
• Radiasi gelombang
• Sumber-sumber partikel (Point Sources)
• Kondisi awal partikel (Initial Condition)
• Syarat batas dapat meliputi daratan (zero normal velocity atau zero velocity), debit (discharge), flux atau tinggi muka air (Water level).
• Parameter data decoupling.

2.  Fungsi-fungsi modul ekosistem dalam bentuk templete yang digunakan adalah  sebagai berikut:

• Arrhenius 20 (Suhu dan Koefisien Suhu)
• Arrhenius 5 (Suhu dan Koefisien Suhu)
• Saturasi Oksigen (Suhu dan Salinitas)
• Weiss Saturasi Oksigen (Suhu dan Salinitas)
• Lassiter (Konstanta Lassiter, Laju Pertumbuhan, Suhu Optimum Pertumbuhan, Suhu Penghambat Pertumbuhan dan Suhu)
• Michaelis Menten1 (Konsentrasi dan Konstanta Halfsaturation)
• Michaelis Menten2 (Konsentrasi dan Konstanta Halfsaturation)
• Reverse Michaelis Menten (Konsentrasi)
• Lambert Beer 1 (Penetrasi Cahaya Permukaan, Ketinggian Lapisan dan Koefisien Hambatan Cahaya)
• Lambert Beer 2 (Penetrasi Cahaya Permukaan, Ketinggian Lapisan dan Koefisien Hambatan Cahaya)

Kompleksitas dari pembangunan model modul ekosistem sangat tinggi, tetapi cukup sederhana untuk mengetahui bias antara hasil model dengan data observasi lapangan. Pengaturan untuk mengontrol penyesuaian antara hasil model dengan data observasi melalui proses validasi dengan mengecek kemungkinan kesalahan-kesalahan sebagai berikut:

1. Ketidaktepatan spesifikasi konsentrasi pada syarat batas model.
2. Ketidaktepatan spesifikasi loading material ke dalam ekosistem
3. Ketidaktepatan konsentrasi inisial.
4. Ketidaktepatan pengaturan modul hidrodinamika.
5. Keterbatasan penjabaran deskripsi proses-proses ekosistem.
6. Ketidaktepatan kalibrasi koefisien dari fungsi-fungsi persamaan ekosistem.
7. Kesalahan alat.
8. Ketidakstabilan solusi numerik.

Penerapan modul model ekosistem dapat dimodelkan dan disimulasikan dengan berbagai skenario dengan aplikasi yang terdapat pada menu di samping kanan.