Pentingnya Pemantauan Kualitas Air Danau Toba
Danau Toba, danau vulkanik terbesar di Indonesia dan Asia Tenggara, memiliki peranan penting dalam ekonomi regional melalui sektor perikanan, pariwisata, dan penyediaan air bersih. Namun, urbanisasi dan perubahan iklim telah memengaruhi kualitas air danau ini, sehingga pemantauan dan prediksi kualitas air menjadi sangat penting untuk pengelolaan sumber daya berkelanjutan. Penelitian oleh Parulian et al. (2024) bertujuan melakukan monitoring kualitas air Danau Toba dengan menggunakan citra satelit Landsat 8 dan MODIS dari Januari 2014 hingga April 2024, serta membandingkan metode peramalan univariat untuk memprediksi variabel kualitas air selama 12 bulan ke depan.
Studi Kasus dan Variabel Kualitas Air
Penelitian ini memfokuskan pada empat variabel utama kualitas air yang dapat dipantau melalui citra satelit:
- Dissolved Oxygen (DO): Indikator penting keseimbangan ekosistem air, rata-rata 12,017 mg/L, menunjukkan kualitas air yang baik.
- pH: Mengukur keasaman atau kebasaan air, rata-rata 7,909, masih dalam kategori aman dan cenderung basa.
- Land Surface Temperature (LST): Suhu permukaan air, rata-rata 25,101°C, berperan dalam dinamika hidrologi dan vegetasi perairan.
- Normalized Difference Turbidity Index (NDTI): Indeks kekeruhan air, rata-rata -0,013, menunjukkan kondisi air relatif jernih.
Data time series dari 124 bulan ini dianalisis untuk mengidentifikasi pola dan tren, serta dilakukan uji stasioneritas untuk memastikan validitas model peramalan.
Metode Peramalan yang Digunakan
Penelitian membandingkan tiga metode peramalan deret waktu univariat:
- ARIMA/SARIMA: Model klasik yang mengakomodasi faktor musiman, terbukti efektif untuk LST dan NDTI.
- Prophet: Model berbasis machine learning dari Facebook, unggul dalam memprediksi DO.
- LSTM (Long Short-Term Memory): Metode deep learning yang mampu menangani data non-linear dan kompleks, terbaik untuk prediksi pH.
Data dibagi menjadi 90% untuk pelatihan dan 10% untuk pengujian. Evaluasi model menggunakan metrik RMSE dan MAE menunjukkan ARIMA/SARIMA rata-rata memiliki performa terbaik secara keseluruhan.
Hasil Peramalan dan Interpretasi
Peramalan selama 12 bulan ke depan (Mei 2024–April 2025) menunjukkan:
- DO: Cenderung meningkat, mengindikasikan potensi perbaikan kualitas oksigen terlarut yang mendukung ekosistem air.
- LST: Diprediksi menurun, kemungkinan terkait perubahan iklim atau dinamika vegetasi di sekitar danau.
- pH dan NDTI: Menunjukkan pergerakan stagnan, mengindikasikan kondisi keasaman dan kekeruhan air relatif stabil.
Analisis Kritis dan Nilai Tambah Penelitian
Penelitian ini menggabungkan teknologi penginderaan jauh dengan metode statistik dan machine learning untuk memberikan gambaran komprehensif tentang kualitas air Danau Toba. Penggunaan citra satelit memungkinkan pemantauan luas dan berkala tanpa biaya tinggi pengambilan sampel lapangan.
Perbandingan metode peramalan memberikan insight penting bahwa metode klasik ARIMA/SARIMA masih sangat relevan dan kompetitif dibandingkan metode machine learning, terutama untuk data musiman dan stasioner. Namun, LSTM dan Prophet menawarkan keunggulan pada variabel dengan pola non-linear dan fluktuasi kompleks.
Kritik dan Saran Pengembangan
- Keterbatasan Variabel: Penelitian hanya menggunakan empat variabel utama, sementara parameter lain seperti BOD, TSS, dan klorofil juga penting untuk kualitas air.
- Asumsi Model: Model ARIMA/SARIMA belum sepenuhnya memenuhi asumsi normalitas residual, sehingga integrasi metode spasial dan data lapangan lebih lanjut diperlukan.
- Perluasan Data: Penelitian selanjutnya dapat menggabungkan data musiman dan spasial lebih detail serta variabel biologis untuk pemodelan yang lebih holistik.
Relevansi dengan Tren Global dan Industri
Pemantauan kualitas air menggunakan citra satelit dan model peramalan merupakan tren global dalam pengelolaan sumber daya air berkelanjutan. Integrasi teknologi ini mendukung tujuan Sustainable Development Goals (SDGs) khususnya target air bersih dan sanitasi. Penelitian ini dapat menjadi acuan bagi pemerintah dan pengelola sumber daya di Danau Toba dan wilayah serupa dalam perencanaan konservasi dan mitigasi dampak perubahan iklim.
Kesimpulan
Kualitas air Danau Toba selama 2014–2024 masih dalam kategori baik berdasarkan variabel DO, pH, LST, dan NDTI. Metode ARIMA/SARIMA, Prophet, dan LSTM efektif dalam meramalkan kualitas air dengan keunggulan masing-masing. Prediksi 12 bulan ke depan menunjukkan tren positif untuk DO dan stabilitas pada variabel lain. Penelitian ini memberikan kontribusi penting dalam monitoring dan pengelolaan kualitas air danau menggunakan teknologi satelit dan metode statistik modern.
Sumber Asli Artikel
Firman Emmanuel Declarantius Parulian, Hasna Arifah Nur Fatih, Wimbi Uelsan Gurusinga, Robert Kurniawan. 2024. Peramalan Kualitas Air Danau Toba Melalui Citra Satelit dengan Model Peramalan Univariat. Seminar Nasional Sains Data 2024 (SENADA 2024), UPN “Veteran” Jawa Timur.