Kompetensi. Model dalam SDA. Pengenalan dan pemahaman model dasar hidrologi terkait dengan analisis hidrologi MODEL KOMPONEN MODEL

(1)

HIDROLOGI

HIDROLOGI TERAPAN

TERAPAN

MODEL HIDROLOGI

HIDROLOGI

HIDROLOGI TERAPAN

TERAPAN

MODEL HIDROLOGI

Kompetensi

• Pengenalan dan pemahaman model

dasar hidrologi terkait dengan

analisis hidrologi

Model dalam SDA

• 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 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 (matematik) sebagai satu set pernyataan-pernyataan matematik yang menyatakan hubungan antara fase-fase dari siklus hidrologi dengan tujuan mensimulasikan transformasi hujan menjadi limpasan.

MODEL

Clarke (1973) mendifinisikan model sebagai simplifikasi dari suatu sistem yang kompleks, baik berupa fisik, analog atau matematik

1. Model fisik

Dibuat sebagai model dengan skala tertentu untuk menirukan prototipenya, model ini mempunyai 3 bagian terpenting yaitu: rain simulator, runoff surface dan alat-alat ukurnya.

2. Model Analog

Model analog disusun dengan menggunakan rangkaian resistor-kapasitor untuk memecahkan persamaan-persamaan deferensial yang mewakili proses hidrologi, dasar analognya adalah: I = O ± S

3. Model Matematik

Menyajikan sistem dalam rangkaian persamaan dan kadang-kadang dengan ungkapan-ungkapan yang menyajikan hubungan antarvariabel dan parameter.

Tiruan proses hidrologi untuk keperluan analisis 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 tertentu.

• diperlukan untuk analisis, perencanaan, perancangan, perkiraan jangka panjang dan peramalan, terutama bila data yang tersedia

terbatas.

(2)

1. Pemilihan jenis model yang tepat

2. Formulasi dan penyusunan model

3. Pengujian model, yang dilakukan

dengan 2 cara yaitu kalibrasi dan

verifikasi.

4. Pemakaian model setelah melalui

berbagai pengujian.

SYARAT MODEL

JENIS MODEL

1. Model Stokastik merupakan bagian dari model 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.

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. Model Parametrik, termasuk didalamnya model empiric misalnya model “kotak hitam” (black box model) merupakan model yang paling sederhana yang didasarkan pada pengamatan dan percobaan 6. 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 masukan 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

dikehendaki

• Kesesuaian cara dengan DAS yang

ditinjau

KEBUTUHAN DAN PERKIRAAN

1. kualitas dan kuantitas data yag kurang memadai, 2. kurangcocoknya berbagai model terhadap kasus-kasus

spesifik di Indonesia,

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-cara baru,

6. kesenjangan antara beberapa pengertian tentang sistem hidrologi,

7. kompleksnya sistem yang dianalisis, dan

8. timbulnya kesalahan dalam peramalan dan perkiraan.

Dua cara pendekatan

• Method non optimasi (nonoptimizing

method)

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

data) adalah data yang dihasilkan

sebagai keluaran oleh sebuah model dan

data sintetik (syntethic data) adalah

data yang dihasilkan oleh analisis

stokastik.

(3)

Dua cara pendekatan

• Method optimasi (optimizing method)

Dalam model optimasi, semua aspek

dalam 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 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.

STRUKTUR MODEL

1. 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

Struktur Komponen Permukaan

Hujan Intersepsi Aliran Limpasan Penguapan Hujan Tampungan Permukaan Penguapan Hujan

Infiltrasi Aliran Limpasan

Tampungan Bawah Permukaan

Struktur model dengan satu tampungan

Struktur Komponen Bawah Permukaan

Infiltrasi (lateral flow) Tampungan Infiltrasi Limpasan Permukaan Limpasan Langsung Hujan (netto) Aliran Antara

Struktur model dengan penggabungan aliran antara dan limpasan permukaan

(4)

Struktur Komponen Sungai

Di sungai terjadi 2 proses yaitu proses pembangkitan aliran (fow generation) dan proses penelusuran (routing) Aliran Antara Limpasan Limpasan Permukaan Penelusuran Aliran Dasar

KALIBRASI

• kalibrasi dilakukan untuk memastikan

besaran-besaran/parameter-parameter

model. Kalibrasi dilakukan untuk

menemukan besaran/parameter yang

belum diketahui agar keluaran model

‘dekat’ dengan keluaran DAS

prototipnya (observed characteristics).

• Kalibrasi dapat dilakukan dengan

beberapa cara, baik cara manual (trial

and error), otomatik (automatic

calibration) atau gabungan antara

keduanya.

VERIFIKASI

• Untuk menguji ulang (menguji akhir)

unjuk kerja model, diperlukan tahap

verifikasi. Dalam 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, sedangkan

data lima tahun terakhir digunakan

untuk verifikasi.

MODEL HIDROLOGI

SEDERHANA

• Rainfall runoff model

• Frequency analysis

• Stochastic analysis

• 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,

dll.

Rainfall runoff model

Even Flow

Aliran Puncak (Debit Banjir)

Data Record

Hidrograf Satuan

Hidrograf Satuan Sintetik Analisis Frekuensi & Rasional

(5)

Penelusuran elemen event flow

Hujan

Permukaan Tanah _{Badan Air}_{Badan Air}

Aliran Air di sungai Infiltrasi Debit di DAS Aliran Antara Aliran di permukaan tanah Evapotranspirasi Lapisan Tanah Aliran Dasar Lapisan Akuifer Air TAnah

Continuous Flow

Data Record Aliran Rendah (Debit Andalan) Model Tangki Model Mock

Penelusuran elemen continuous flow

Vegetasi Permukaan Permukaan tanah Badan Air Lapisan Tanah Aquifer air tanah Aliran di badan air transpirasi evaporasi evaporasi evaporasi infiltrasi Air kapiler perkolasi Air kapiler Debit dalam DAS banjir Aliran antara Aliran dasar simpanan Aliran permukaan tanah Presipitasi Aliran