Mk. Metil tanah prinsip-prinsip pemodelan sistem

3.4.2. Tahap Pemodelan

Sebagai langkah awal dari pemodelan adalah menetapkan jenis model abstrak yang akan digunakan, sejalan dengan tujuan dan karakteristik sistem. Setelah itu, aktivitas pemodelan terpusat pada pem bentukan model abstrak yang realistik. Dalam hal ini ada dua cara pendekatan untuk membentuk suatu model abstrak, yaitu:

a. Pendekatan Kotak Hitam (Black box)

Metode ini digunakan untuk melakukan identifikasi model sistem dari data yang menggambarkan perilaku masa lalu dari sistem (past behavior of the existing system). Melalui berbagai teknik statistik dan matematik, maka model yang paling cocok (fit) dengan data operasional dapat diturunkan. Sebagai contoh adalah model ekonometrik pada pengkajian ilmu-ilmu sosial. Metoda ini tidak banyak berguna pada perancangan sistem yang kenyataannya belum ada, dimana tujuan sistem masih berupa konsep.

b. Pendekatan Struktural

Metode ini dimulai dengan mempelajari secara teliti struktur sistem untuk menentukan komponen basis sistem serta keterkaitannya. Melalui pemodelan karakteristik dari komponen sistem serta kendala-kendala yang disebabkan oleh adanya keterkaitan antara komponen, maka model sitem keseluruhan dapat disusun secara berantai. Pendekatan struktural ini banyak digunakan dalam rancang-bangun dan pengendalian sistem fisik dan non fisik.

Dalam beberapa kasus tertentu, kedua pendekatan ini dipakai secara bersama-sama, misalnya pembuatan model pengendalian industri dimana karakteristik setiap unit industri dianggap kotak hitam . Dengan demikian penggunaan dua pendekatan tersebut dapat memberikan informasi lebih baik serta menghasilkan model yang lebih efektif dari pada memakai hanya salah satu pendekatan saja. Tahap permodelan ini mencakup juga penelaahan secara teliti tentang :

1. asumsi model

2. konsestensi internal pada struktur model

3. data input untuk pendugaan parameter

4. hubungan fungsional antar peubah kondisi aktual

5. memperbandingkan model dengan kondisi aktual sejauh mungkin .

Hasil dari tahapan ini adalah deskripsi model abstrak yang telah melalui uji permulaan taraf validitasnya.
3.4.3. Tahap Implementasi Komputer

Pemakaian komputer sebagai pengolah data, penyimpan data dan komunikasi informasi tidak dapat diabaikan dalam pendekatan sistem ; model abstrak diwujudkan dalam berbagai bentuk persa­maan, diagram alir dan diagram blok. Tahap ini seolah-olah membentuk model dari suatu model, yaitu tingkat abstraksi lain yang ditarik dari dunia nyata. Hal yang penting di sini adalah memilih teknik dan bahasa komputer yang digunakan untuk imple­mentasi model. Masalah ini akan mempengaruhi :

1. Ketelitian dari hasil komputasi

2. Biaya operasi model

3. Kesesuaian dengan komputer yang tersedia

4. Efektifitas dari proses pengambilan keputusan yang akan meng-gunakan hasil pemodelan tersebut.

Setelah program komputer dibuat dan format input /output telah dirancang secara memadai, maka sampailah pada tahap pem­buktian (verifikasi) bahwa model komputer tersebut mampu melaku­kan simulasi dari model abstrak yang dikaji. Pengujian ini mungkin berbeda dengan uji validitas model itu sendiri.
3.4.4. Tahap Validasi

Validasi model pada hakekatnya merupakan usaha untuk me­nyimpulkan apakah model sistem tersebut di atas merupakan per­wakilan yang sah dari realitas yang dikaji sehingga dapat diha­silkan kesimpulan yang meyakinkan. Validasi merupakan proses iteratif yang berupa pengujian berturut-turut sebagai proses penyempurnaan model . Umumnya validasi dimulai dengan uji sederhana seperti pengamatan atas:

1. tanda aljabar (sign)

2. kepangkatan dari besaran (order of magnitude)

3. format respon (linear, eksponensial, logaritmik,

4. arah perubahan peubah apabila input atau parameter diganti-ganti

5. nilai batas peubah sesuai dengan nilai batas parameter sistem.
Setelah uji-uji tersebut, dilakukan pengamatan lanjutan sesuai dengan jenis model. Apabila model mempernyatakan sistem yang sedang berlaku (existing system) maka dipakai uji statis­tik untuk mengetahui kemampuan model dalam mereproduksi perilaku masa-lalu dari sistem. Uji ini dapat menggunakan koefisien determinasi, pembuktian hipotesis, dan sebagainya. Seringkali dijumpai kesulitan pada tahap ini karena kurangnya data yang tersedia ataupun sempitnya waktu yang tersedia guna melakukan validasi. Pada permasalahan yang kompleks dan mendesak, maka disarankan proses validasi parsial, yaitu tidak dilakukan pengu­jian keseluruhan model sistem. Hal ini mengakibatkan rekomenda­si untuk pemakaian model yang terbatas (limited application) dan apabila perlu menyarankan penyempurnaan model pada pengkajian selanjutnya.

Validitas model hanya bergantung pada bermacam teori dan asumsi yang menentukan struktur dari format persamaan pada model serta nilai-nilai yang ditetapkan pada parameter model. Umumnya disarankan untuk melakukan uji sensitivitas dari koefisien model melalui iterasi simulasi pada model komputer. Di sini dipela­jari dampak perubahan koefisien model terhadap output sistem. Informasi yang didapat akan digunakan untuk menentukan priori­tas pengumpulan informasi lanjutan, koleksi data, perbaikan estimasi dari koefisien penting dan penyempurnaan model itu sendiri. Usaha ini akan berperan banyak dalam menyeimbangkan aktivitas perekayasaan model dan aktivitas pengumpulan informa­si, yang prinsipnya mencari efisien waktu, biaya dan tenaga untuk studi sistem tersebut. Model yang digunakan untuk perancangan keputusan dan menen­tukan kebijakan operasional akan mencakup sejumlah asumsi, misalnya asumsi tentang karakteristik operasional dari komponen serta sifat alamiah dari lingkungan. Asumsi-asumsi tersebut harus dimengerti betul dan dievaluasi bilamana model digunakan untuk perancangan atau operasi. Manipulasi dari model dapat menuju pada modifikasi model untuk mengurangi kesenjangan antara model dengan dunia nyata. Proses validasi ini mempunyai pola berulang seperti metode ilmiah lainnya. Proses validasi seyogyanya dilakukan kontinyu sampai kesimpulan bahwa model telah didukung dengan pembuktian yang memadai melalui pengukuran dan observasi. Suatu model mungkin telah mencapai status valid (absah) meskipun masih menghasilkan kekurang-beneran output. Di sini model adalah absah karena konsistensinya, dimana hasilnya tidak bervariasi lagi.

Istilah verifikasi dan validasi sering digunakan secara sinonim dalam kaitannya dengan model simulasi, meskipun masing- masing mempunyai aplikasi yang berbeda. Secara literal "to verify" berarti menetapkan kebenaran atau kebaikan atau keabsa­han, sehingga verifikasi model berkenaan dengan penetapan apakah model merupakan perwakilan yang benar dari suatu realita. Sementara itu, "validasi" tidak terlalu banyak berhubungan dengan kebenaran suatu model, tetapi lebih berhubungan dengan apakah model efektif atau sesuai untuk mencapai tujuan yang telah ditetapkan. Dengan demikian suatu model divalidasi dalam hubungannya dengan tujuan penyusunannya, sedangkan model diveri­fikasi dalam hubungannya dengan kebenaran mutlak.
3.4.5. Analisis Sensitivitas

Tujuan pokok analisis ini dalam proses pemodelan adalah untuk menentukan peubah keputusan mana yang cukup penting untuk dikaji lebih lanjut dalam tahap aplikasi model. Peubah keputu­san ini dapat berupa parameter rancang-bangun atau input yang terkendali. Analisis ini mampu menghilangkan faktor yang kurang penting sehingga studi lebih dapat ditekankan pada peubah kebi­jakan kunci serta memperbaiki efisiensi proses pengambilan keputusan. Pada beberapa kasus, dengan mengetahui peubah yang kurang mempengaruhi penampakan output sistem, maka akan dapat dikurangi pengaruh kendala sistem.

3.4.6. Analisis Stabilitas

Sistem dinamik sudah sering diketahui mempunyai pe-rilaku tidak stabil yang bersifat destruktif untuk beberapa nilai parameter sistem. Analisis untuk identifikasi batas kestabilan dari sistem diper-lukan agar parameter tidak diberi nilai yang bisa megarah pada perilaku tidak stabil apabila terjadi peruba­han struktur dan lingkungan sistem. Perilaku tidak stabil ini dapat berupa fluktuasi random yang tidak dapat mempunyai pola atau berupa nilai output yang eksplosif sehingga besarannya tidak realistik lagi. Analisis stabilitas dapat menggunakan studi analitis berdasar teori stabilisasi, atau menggunakan simulasi secara berulang-kali untuk mempelajari batasan stabili­tas sistem.

3.4.7. Aplikasi Model

Para pengambil keputusan merupakan aktor utama dalam tahap ini, dimana model dioperasikan untuk mempelajari secara mendalam kebijakan yang sedang dikaji . Mereka berlaku sebagai pengarah dalam proses kreatif-interaktif ini, yang juga melibatkan para analis sistem serta spesialis dari beragam bidang keilmuan. Apabila tidak terdapat kriteria keputusan yang khas seperti maksimisasi atau minimisasi, proses interaktif tersebut dapat menuju kepada suatu pengkajian normatif yang bertalian dengan trade-off antar peubah-peubah sistem. Lebih jauh, dapat dite­tapkan pula kebijakan untuk secara efisien menilai kombinasi antar beberapa output sistem.

4. Pendekatan Sistem Dalam Pengelolaan Sumberdaya
4.1. Pengelolaan Sumberdaya

Pengelolaan sumberdaya alam dan lingkungan hidup meru pakan hal yang mengandung banyak tantangan. Hal ini mencakup sumber­daya lahan, air, udara, vegetasi, dan enerji yang sangat berpe ngaruh terhadap aktivitas dan sikap manusia. Suatu masalah pokok adalah bahwa setiap komponen dari lingkungan saling berkaitan dan dapat menghasilkan kejadian-kejadian yang tidak dikehendaki. Misalnya pencemran perairan sungai berhubungan dengan keluaran limbah cair yang berkaitan dengan berbagai faktor, seperti sumber limbah, karak­teristik limbah, akumulasi limbah, proses penanganan limbah, cara dan lokasi pembuangannya, trans-portyasi limbah pada aliran sungai, serta pengaruh limbah terhadap bioa akuatik, dan penggunaan air oleh manusia. Pada umumnya setiap komponen tersebut dapat dianalisis secara terpisah, namun permasalahan pencemaran perairan sungai sebenarnya merupakan hasil interaksi dan pengaruh kolektif dari suatu sistem pencemaran limbah cair.

Permasalahan lingkungan apabila dikaji secra sistem akan banyak memberikan kegunaan. Problematik dapat diper-hitungkan secara totalitas dimana kerja pengendalian yang paling efektif dapat dikete­mukan. Dalam teladan pence-maran perairan sungai, pende-katan sistem akan mampu menghasilkan kombinasi dari pengu-rangan sumber limbah, metode penanganan, dan lokasi buangan yang lebih efektif serta memungkinkan biaya lebih rendah melalui perbaikan penanganan saja. Suatu konsekwensi dari perspektif sistem pada mutu lingkungan adalah memperlebar kemungkinan alternatif pengendalian serta kesempatan penerapan strategi menejerial yang efisien dan terpadu.
4.2. Elemen analisis

Pengelolaan sumberdaya alam dan lingkungan membutuh- kan tujuan atau kriteria untuk mengukur keberhasilan atau manfaat dari alternatif-alternatif solusi permasalahan. Salah satu tujuan yang lazim adalah maksimisasi dari manfaat tersebut dalam terminologi moneter, seperti misalnya dalam analisis rasio manfaat dan biaya. Analisis ini mempunyai dua komponen utama, yaitu (i) alokasi sumber­daya dimana komponen lingkungan (lahan, air, udara, dan enerji) dipandang sebagai sumberdaya yang mampu me-ningkatkan kesejah­teraan masyarakat; dan (ii) perhitungan sosial yang mencakup manfaat da biaya dari seluruh pengguna dari sumberdaya yang dipengaruhi oleh perma-salahan lingkungan.

Sebagai ilustrasi maka suatu peristiwa pencemaran perairan sungai diskemakan seperti Gambar 1. Satu aktivitas industri menge­luarkan limbah yang mencemari perairan sungai dimana airnya diguna­kan untuk usaha perikanan. Limbah dengan dampaknya adalah suatu teladan dari eksternalitas ekonomi, yang didefinisikan sebagai manfaat atau beban biaya yang dihasilkan oleh satu unit ekonomi yang mempengaruhi unit ekonomi lainnya. Dalam hal ini, limbah industri mempunyai beban biaya dimana biaya tersebut ditanggung oleh usaha perikanan dan bukan oleh industri itu sendiri. Biaya tersebut adalah "eksternal" untuk anggaran dan pendapatan industri.

limbah

Ikan mabuk

Gambar 1. Skematik Pencemaran Perairan Sungai.

Implisit dari konsep eksternalitas adalah ide adanya ketidak-adilan (unfairness). Adalah tidak adil bahwa usaha perikanan harus dibebani biaya penanganan limbah dari industri. Namun demikian mencari titik keadilan merupakan kebijakan yang amat rumit. Penye­derhanaan kebijakan bisa dilakukan dengan dua alternatif. Alter-natif pertama adalah membiarkan pencemaran buangan industri sebagaimana adanya; dengan anggapan bahwa buangan industri adalah suatu hal yang tidak dapat dicegah sebagai konsek wensi aktivitas manusia.

Secara logis maka limbah industri tersebut disalurkan ke dalam aliran sungai dimana telah menjadi pengetahuan umum bahwa ling­kungan mempunyai kemampuan yang impresif untuk mengasimilasi limbah buangan. Kapasitas asimilasi ini menjadi per-timbangan penting dalam upaya pendaya-gunaan lingkungan. Kesulitan pada alternatif ini adalah kapasitas asimilasi dari sumberdaya alam dan lingkungan hidup adalah terbatas. Limbah yang berlebihan tidak mungkin dapat diasimi­lasi sehingga apabila oksigen yang larut dalam air sungai habis, maka perairan akan menjadi kotor dan berbau busuk. Dampak lanjutannya adalah pemus-nahan ikan serta membahayakan pemakaian air untuk konsumsi domestik rumah tangga, seperti untuk mandi, masak, air minum, mencuci, dan lainnya. Alternatif sebaliknya adalah larangan untuk pembuangan limbah dengan asumsi tertentu. Hal ini akan mengambalikan status sungai menjadi kondisi alamiah tidak tercemar. Alternatif ini sangat logis ditinjau dari preferensi dan citarasa masyarakat yang selalu mengingin-kan air bersih, kebersihan alamiah, perlindungan marga-satwa, dan lainnya. Namun demikian alternatif ini mencegah pendayagunaan sungai untuk maksud lainnya seperti tempat buangan limbah industri.

Kedua macam eksremitas alternatif tersebut di atas dapat diako­modasikan melalui analisis manfaat/biaya. Pendekatan ini berdasarkan pada konsep bahwa sungai merupakan sumberdaya yang dapat diman­faatkan melalui tatacara yang menguntungkan. Hal ini membutuhkan penelitian tentang konsekwensi moneter dari pembuangan limbah pada kedua belah pihak pengguna sungai. Oleh karena masing-masing pengguna mempunyai tatacara yang spesifik dalam perhitungan manfaat/biaya, maka diperlukan suatu ukuran , yaitu Indeks Mutu Lingkungan, environmental quality index. Indeks ini merupakan pembakuan dari peraturan tentang baku mutu lingkungan minimum yang diperbolehkan dalam bentuk parameter yang terukur dari sumberdaya alam dan lingkungan. Indeks ini juga dapat merupakan mekanisme untuk menangani preferensi sosial untuk distribusi manfaat dan biaya. Misalnya, kalau pemerintah menganggap bahwa usaha perikanan harus berjalan maka diperlukan baku mutu air minimum agar ikan tidak mati. Setelah baku mutu ditetapkan maka alternatif solusi yang terbaik baru dapat diselesaikan secara sistematis.
4.3. Teladan Model Pengelolaan
Dalam setiap konteks perencanaan lingkungan maka pe-ngaruhnya terhadap sistem lingkungan, sumberdaya alam, dan juga manusia sebagai penghuninya harus dapat diperkirakan. Analisis pendugaan dan evaluasi pengaruh yang mungkin terjadi dapat dilakukan dengan menggunakan alat bantu model-model yang sederhana atau model yang sangat kompleks. Pada umumnya, berbagai faktor lingkungan akan menentukan ruang lingkup dan tipe analisis yang digunakan. Oleh karena itu penentuan analisis terhadap sistem lingkungan dan sumberdaya alam membutuhkan pertim bangan yang menyangkut proses analisis dan perencanaan ling-kungan, termasuk analisis aktivitas.

Dengan mengasumsikan bahwa analisis awal dari perihal yang dipertimbangkan tersebut di atas sudah dilakukan, maka langkah berikutnya adalah menentukan secara terinci tingkat kompleksitas yang dibutuhkan untuk membangkitkan informasi yang diperlukan mengenai setiap elemen sistem lingkungan yang diana lisis, termasuk komponen sumberdaya alamnya seperti lahan, air, udara, dan vegetasi. Tingkat kompleksitas tersebut didefinsiikan pada selang waktu analisis dan ruang lingkup sistem. Langkah berikutnya adalah menentukan apakah analisis pada tingkat kom-pleksitas tertentu layak dilakukan berdasarkan pertimbangan : (i) ketersediaan data, (ii) ketersediaan personil, (iii) ketersediaan waktu dan dana, (iv) ketersediaan fasilitas komputer, dan (v) ketersediaan perangkat lunak.

Beberapa teladan model pengelolaan sumberdaya alam dan ling­kungan adalah sebagai berikut:

(1). Model Indeks Mutu Lingkungan (IML)

Model ini dirancang dengan harapan dapat dijadikan sebagai early warning system dan alternatif penanganan dengan biaya yang optimal oleh para pengambil keputusan (Eriyatno dan Ma'arif, 1989). Sebagai suatu indeks, model ini harus memberikan indikator yang dapat menyatakan mutu dan kualitas dari suatu sumberdaya alam dan/atau lingkungan. Oleh karena itu dalam model ini indeks tersebut dapat dinyatakan dengan kisaran nilai 0 hingga 100, dimana pada nilai indeks 100 menunjukkan mutu dan kualitas sumberdaya alam dan/atau kondisi lingkungan yang diharapkan.

Penetapan model ini ditentukan oleh maksud dan kegunaan dari pemakaian indeks itu sendiri. Indeks pada dasarnya adalah ukuran kuantitatif untuk pembandingan menurut skala. Men­gingat indeks mutu lingkungan merupakan bagian dari sistem pemantauan dan evaluasi lingkungan, maka model IML ini dapat dibedakan menurut fungsinya sbb:
(2). Model Ukuran Keragaan (Appearance Index)

Model ukuran ini dapat dirancang untuk tujuan analisis ling­kungan dan sumberdaya alam yang dikaitkan dengan karakteris­tik dan kualitas sumberdaya alam dan mutu lingkungan.

UK = A. ( å W_j. ( å Z_i. I_ij)^B )^C
dimana:

Z_i : Pembobot obyektif/empiris bagi parameter (I) yang ke-i dalam kelompok indikator lingkungan yang ke-j

W_j : Pembobot subyektif/logik untuk kelompok indikator lingkungan yang ke-j, dimana W_j = 0
Dalam perhitungan pembobotan disarankan untuk Z_i meng guna­kan konversi secara fisik atau moneter, W_j menggunakan metode Delphi atau Bayes dengan hitungan peluang, sedangkan A,B, dan C adalah koefisien penormalan matematis untuk kese­suaian indeks, misalnya bilangan integer non-negatif.
(3). Indeks Pengendalian

Indeks pengendalian ini harus dapat dirancang untuk tujuan pengelolaan sumberdaya alam dan lingkungan yang dikaitkan dengan program-program tertentu. Karena aplikasinya yang erat dengan kerangka menejerial, maka IP bukan merupakan formula baku, namun lebih merupakan model simulasi agar dapat digunakan untuk keperluan pengkajian alternatif-alternatif kebijakan. Model yang berupa diagram blok dapat dilukiskan seperti berikut.

U(t)



galat

I(t) + O(t)





H

I(t): input sistem berupa kondisi lingkungan yang diin­ginkan sesuai dengan peruntukan seperti: air minum, pertanian dan per ikanan, nilai ambang batas sungai.

O(t):output sistem berupa kondisi aktual

G_p :fungsi alih (transfer function) dari input-output

G_e :fungsi pengendali yang menguasai faktor teknologi dan biaya

U(t):input buangan/polutan

H : informasi umpan balik
Dalam proses perhitungann dan kuantifikasinya, maka:
UP = O(t) dan

O(t) adalah indeks mutu lingkungan yang diinginkan.

Metodologi yang disarankan untuk membentuk model simu lasi adalah Descrete Time Model dengan Feed-back Control System. Estimasi peubah acak dapat dilakukan dengan simulasi Montecar­lo dengan pembangkit bilangan acak sesuai dengan sebaran peluangnya.
(4). Model Optimasi

Pengelolaan sumberdaya lahan merupakan program berke-sinam­bungan jangka panjang yang mempunyai karakteristik sasaran ganda (multiple goals) dan tujuan ganda (multiple objectives). Program tersebut dapat dilaksanakan semenjak inventarisasi dan eval­uasi sumberdaya hingga arahan penggunaan dan pelestariannya. Untuk melihat dan mengendalikan kondisi lingkungan pada berbagai proses konversi sumberdaya, maka dapat digunakan model IML. Sedangkan untuk mengoptimumkan proses konversi tersebut yang mempunyai sasaran dan tujuan ganda, maka dapat digunakan "Model Optimasi Multi-kriteria".

Salah satu model optimasi seperti ini yang dapat digunakan adalah Pemrograman Sasaran ("Goal Programming"). Program sasaran ini merupakan salah satu program mate-matika dalam penelitian operasioanl yang diusulkan sebagai salah satu pende­katan untuk menganalisis persoalan-persoalan yang berkenaan dengan tujuan dan sasaran ganda dan di antara tujuan terse­but terdapat kondisi bertentangan (tidak saling menenggang) serta mempunyai susunan prioritas.

Dalam proses pengelolaan sumberdaya dan lingkungan maka kedua model tersebut dapat digunakan untuk melihat berbagai kondisi seperti, (i) penampilan/keragaan sistem lingkungan, (ii) pengendalian sistem lingkungan, dan (iii) pengoptimalan pengelo­laan lingkungan. Dalam banyak perihal dan kasus, para pengam­bil ke-putusan seringkali dihadapkan pada masalah-masalah yang sifatnya tidak-saling-menenggang sehingga sulit untuk segera diputuskan. Program sasaran dapat membantu memecahkan permasalahan tersebut, yaitu dengan cara menyusun sasaran-sasaran ke dalam bentuk urutan prioritas. Urutan prioritas tersebut dapat disusun berdasarkan tingkat kepentin­gan sasaran-sasaran dari pengelolaan lingkungan.

Model umum dari program sasaran adalah:

Meminimumkan: a = W_i (d_i^- + d_i⁺)

(terhadap/dengan a_ij X_j + d_i^- - d_i⁺ = b_i

pembatas)

X_j, d_i^-, d_i⁺ >= 0

dimana: X_j = peubah keputusan ke-j; W_i = Faktor pembobot fungsi sasaran ke-i (diten­tukan berdasarkan urutan prioritas); d_i^- : peubah simpangan negatif fungsi sasaran ke-i; d_i⁺ : peubah simpangan positif fungsi sasaran ke-i; a_ij : parameter (koef. teknologi) dari fungsi sasaran ke-i dan peubah keputusan ke-j; b_i : nilai target sasaran ke-i.

Teladan aplikasi model program sasaran ganda tersebut dalam program pengendalian erosi adalah sbb. :

(a). Sasaran : tingkat erosi minimum, kesuburan tanah maksimum, dan teknik pengairan memadai.

(b). Peubah keputusan : tingkat kemiringan tanah, struktur tanah, intensitas hujan, dan usahatani.
Berdasarkan urutan prioritas sasaran yang hendak dicapai, suatu model optimasi multi-kriteria dapat disusun. Dengan demikian para pengambil keputusan dapat melakukan pengelolaan sumber daya alam dan lingkungan secara optimal berdasarkan ketersediaan sumber­daya dan pendanaan.