Post on 11-Mar-2019
1
Sub KompetensiPengenalan dan pemahaman model dasar Pengenalan dan pemahaman model dasar hidrologi terkait dengan analisis hidrologi
2
Model dalam SDA
D l k i t li i hid l i t k b b i Dalam kegiatan analisis hidrologi untuk berbagai kepentingan dalam pengembangan sumberdaya air, dalam banyak kasus diperlukan data hujan ataupun data debit dengan jangka waktu yang cukup panjang dibandingkan dengan jangkauan data yang tersedia.
Dalam hal ini diperlukan pemahaman yang baik terhadap DAS tertentu sebagai sistem yang mengalihragamkan masukan menjadi keluaran debit atau hidrograf.
Dooge (1973) menyebutkan bahwa model adalah struktur, alat, skema atau prosedur nyta atau
MODEL
abstrak, yang menghubungkan masukan, sebab atau rangsangan, tenaga atau informasi, dan keluaran, pengaruh atau tanggapan dalam referensi waktu tertentu.
Ponce (1989) secara spesifik menakrifkan model Ponce (1989) secara spesifik menakrifkan model (matematik) sebagai satu set pernyataan‐pernyataan matematik yang menyatakan hubungan antara fase‐fase dari siklus hidrologi dengan tujuan mensimulasikan transformasi hujan menjadi limpasan.
3
Clarke (1973) mendifinisikan model sebagaisimplifikasi dari suatu sistem yang kompleks, baikberupa fisik, analog atau matematik1. Model fisik
Dibuat sebagai model dengan skala tertentu untuk menirukanprototipenya, model ini mempunyai 3 bagian terpenting yaitu: p p y p y 3 g p g yrain simulator, runoff surface dan alat‐alat ukurnya.
2. Model AnalogModel analog disusun dengan menggunakan rangkaianresistor‐kapasitor untuk memecahkan persamaan‐persamaandeferensial yang mewakili proses hidrologi, dasar analognyaadalah:I = O ± S
3. Model MatematikMenyajikan sistem dalam rangkaian persamaan dan kadang‐kadang dengan ungkapan‐ungkapan yang menyajikanhubungan antarvariabel dan parameter.
Tiruan proses hidrologi untuk keperluan analisis tentang keberadaan air menurut aspek jumlah
KOMPONEN MODEL
tentang keberadaan air menurut aspek jumlah, waktu, tempat, probabilitas dan runtun waktu (time series).
merupakan integrasi dari semua proses hidrologi.
mensimulasikan transpormasi hujan menjadi aliran (rainfall runoff model): jumlah/waktu pada tempat tertentutertentu.
diperlukan untuk analisis, perencanaan, perancangan, perkiraan jangka panjang dan peramalan, terutama bila data yang tersedia terbatas.
4
P ilih j i d l
SYARAT MODEL
1. Pemilihan jenis model yang tepat
2. Formulasi dan penyusunan model
3. Pengujian model, yang dilakukan dengan 2 cara yaitu kalibrasi dan verifikasi.
P k i d l t l h l l i b b i 4. Pemakaian model setelah melalui berbagai pengujian.
JENIS MODEL
1. Model Stokastik merupakan bagian dari model probabilistik yang dapat berupa model statistik dan probabilistik yang dapat berupa model statistik dan model stokastik. Model ini lebih menekankan pada time‐dependency variabel hidrologi.
2. Model Empirik adalah model yang hubungan antar parameternya diperoleh dengan cara coba‐coba, tanpa memerlukan pemahaman proses yang sebenarnya terjadi.y j
3. Model Konseptual merupakan model yang berada antara model teoritik dan empirik, yang menyajikan proses fisik dengan penyederhanaan.
4. Model Deterministik adalah model yang disusun berdasarkan kaidah‐kaidah ilmu fisika yang menunjukkan hubungan sebab akibat.
5
5. Model Parametrik, termasuk didalamnya model empiric misalnya model “kotak hitam” (black box model) merupakan model yang paling sederhana
d d k d d bp y g p g
yang didasarkan pada pengamatan dan percobaan6. Model yang bersifat linier dalam pengertian teori
system adalah model yang didalamnya berlaku asas superposisi.
7. Lumped model adalah model yang tidak memperhitungkan variabilitas‐ruang baik variabel
k t i t DASmasukan maupun parameter sistem DAS.8. Event model adalah model yang hanya dirancang
untuk perkiraan limpasan sesaat.9. Continuous Model adalah model yang didasarkan
pada proses menerus dari semua komponen proses.
PERTIMBANGAN UMUM PROSEDUR ANALISIS HIDROLOGI
• Ketersediaan data• Kualitas data• Tingkat ketelitian hasil yang
dikehendakidikehendaki• Kesesuaian cara dengan DAS yang
ditinjau
6
KEBUTUHAN DAN PERKIRAAN1. kualitas dan kuantitas data yag kurang memadai,2. kurangcocoknya berbagai model terhadap kasus‐kasus
spesifik di Indonesia,k tid k t h d k i l 3. ketidakpuasan terhadap pemakaian cara‐cara lama yang didasarkan pada cara‐cara empirik atau model‐model yang didasarkan hanya pada faktor geografik, karena dalam pengujian ternyata mengandung kesalahan yang cukup besar,
4. perkembangan hardware komputer dan perkembangan perangkat matematik untuk analisis data dan penyusunan model,
5 ketersediaan dana untuk penelitian dan pengembangan cara‐5. ketersediaan dana untuk penelitian dan pengembangan caracara baru,
6. kesenjangan antara beberapa pengertian tentang sistem hidrologi,
7. kompleksnya sistem yang dianalisis, dan8. timbulnya kesalahan dalam peramalan dan perkiraan.
Dua cara pendekatan
Method non optimasi (nonoptimizing method)D l d l i i d t t Dalam model ini peranan data sangat menentukan, pertanyaan yang selalu terkait dengan data ini adalah: ketersediaan data dan kualitas data.Dua istilah yang sering digunakan dalam praktek adalah: data simulasi (simulated p (data) adalah data yang dihasilkan sebagai keluaran oleh sebuah model dan data sintetik (syntethic data) adalah data yang dihasilkan oleh analisis stokastik.
7
Dua cara pendekatan
Method optimasi (optimizing method)Dalam model optimasi, semua aspek dalam semua bentuk dan sifatnya baik individu semua bentuk dan sifatnya, baik individu maupun sifat hubungan antar variabel/parameternya dikaitkan untuk memperoleh hasil terbaik setelah memperhitungkan semua hambatan, pertimbangan, baik untung ruginya, kualitatif maupun kuantitatif Dalam kaitan ini maupun kuantitatif. Dalam kaitan ini masalahnya dapat menjadi sangat kompleks, karena bila tujuan dan hambatannya cukup banyak, maka pemilihan hasil yang ’paling baik’ menjadi sangat sulit.
Tergantung dari tingkat kebutuhan dan ketelitian yang dikehendaki, penyimpangan dalam analisis tersebut dapat diperlakukan dengan dua cara:
membiarkan saja penyimpangan tersebut terjadi dengan menganggap bahwa hal ini merupakan hal yang wajar, karena sifat alami yang tidak mungkin dapat dimodelkan secara sempurna.
melakukan modifikasi model yang dikembangkan agar dapat memberikan unjuk raga yang lebih baik.
8
STRUKTUR MODEL1 Struktur Komponen Hidrometeorologi1. Struktur Komponen Hidrometeorologi
2. Struktur Komponen Permukaan
3. Struktur Komponen Bawah permukaan
4. Struktur Komponen Sungai
Struktur Komponen Hidrometeorologi
Hujan Hujan
Hujan Rancangan
Hujan
Hujan Tiap Elemen DAS
Pola Elemen DAS
Struktur sederhana komponen hujan
Komponen hujan sebagai masukan distributed
9
Struktur Komponen Permukaan
Hujan
Intersepsi Penguapan
Hujan
Tampun an Pen uapanp
Aliran Limpasan
g p Tampungan Permukaan
Penguapan
Hujan
Infiltrasi Aliran Limpasan
Tampungan Bawah Permukaan
Struktur Komponen Bawah Permukaan
Infiltrasi
Struktur model dengan satu tampungan
(lateral flow)
Tampungan
Infiltrasi
Limpasan Permukaan
Limpasan Langsung
Hujan (netto)
Aliran A tsatu tampungan LangsungAntara
Struktur model dengan penggabungan aliran antara dan limpasan permukaan
10
Struktur Komponen Sungai
Di sungai terjadi 2 proses yaitu proses pembangkitan aliran (fow generation) dan proses penelusuran (routing)
Limpasan Permukaan
Aliran Antara
Limpasan Permukaan
Aliran Dasar
Limpasan
Penelusuran
Aliran Dasar
KALIBRASIkalibrasi dilakukan untuk memastikan besaran‐besaran/parameter‐parameter model. K lib i dil k k t k k Kalibrasi dilakukan untuk menemukan besaran/parameter yang belum diketahui agar keluaran model ‘dekat’ dengan keluaran DAS prototipnya (observed characteristics).
Kalibrasi dapat dilakukan dengan beberapa b ik l (t i l d ) cara, baik cara manual (trial and error),
otomatik (automatic calibration) atau gabungan antara keduanya.
11
VERIFIKASI
Untuk menguji ulang (menguji akhir) unjuk kerja model, diperlukan tahap verifikasi. Dalam t h i d l d t tahap in, model dengan semua parameter yang telah diperoleh dalam tahap kalibrasi diuji dengan menggunakan data yang belum digunakan dalam kalibrasi. Misalnya tersedia data sepanjang sepuluh tahun, maka data lima tahun pertama digunakan untuk kalibrasi tahun pertama digunakan untuk kalibrasi, sedangkan data lima tahun terakhir digunakan untuk verifikasi.
MODEL HIDROLOGI SEDERHANA• Rainfall runoff model• Rainfall runoff model• Frequency analysis• Stochastic analysis
12
• Prinsip pemodelan: tata baku dan imbangan air
Rainfall runoff modelRainfall runoff model
Prinsip pemodelan: tata baku dan imbangan air• Kegunaan: perkiraan ketersediaan air
(continuous flow) dan debit/hidrograf aliran besar/banjir (event flow)
Contoh: SSARR, SHE, MOCK, NASH, HEC-HMS, dlldll.
Even Flow Aliran Puncak Aliran Puncak (Debit Banjir)
Data Record
Hidrograf Satuan
Hidrograf Satuan Sintetik
Analisis Frekuensi & Rasional
13
Hujan
Permukaan Tanah Badan AirBadan Air
Evapotranspirasi
Badan AirBadan Air
Aliran Air di sungai
Infiltrasi
Aliran Antara
Aliran di permukaan tanah
Lapisan Tanah
Penelusuran elemen event flow
Debit di DAS
Aliran DasarLapisan Akuifer
Air TAnah
Continuous Flow
Data Record
Aliran Rendah (Debit Andalan)
Model Tangki
Model Mock
14
Penelusuran elemen continuous flow
t i i
evaporasi
evaporasi
Presipitasi
Vegetasi Permukaan tanah
Badan Air
transpirasi
evaporasi
evaporasi
infiltrasiAir kapiler
banjir
Aliran permukaan tanah
Aliran
Lapisan Tanah
Aquifer air tanah
Aliran di badan air
perkolasiAir kapiler
Debit dalam DAS
Aliran antara
Aliran dasar
simpanan
Frequency analysisPrinsip pemodelan: fungsi distribusi Prinsip pemodelan: fungsi distribusi probabilitas.
Kegunaan: perkiraan besaran hidrologi sebagai nilai besaran rancangan dengan kala ulang tertentu (banjir rancangan, hujan rancangan).rancangan).
Contoh: distribusi Normal, Log‐Normal, Gumbel, Pearson III, dll.
15
Stochastic analysisPrinsip pemodelan: perilaku komponen p p p pperulangan (tetap), trend dan simpangan (error)
Kegunaan: pembangkitan data hidrologi (hujan, debit) untuk input evaluasi unjuk kerja design capacity atau pedoman operasi bangunan air bangunan air
Contoh: Thomas Fiering, Matallas, ARIMA, dll.