8 komputasi hidrologi

7/28/2019 8 Komputasi Hidrologi

1/17

110

VIII. KOMPUTASI HIDROLOGI

Sasaran Pembelajaran/Kompetensi:

Setelah mengikuti pembelajaran ini, mahasiswa mampu:

1. Mengetahui aplikasi komputer dalam analisis hidrologi

2. Mengetahui perhitungan menggunakan komputer

3. Mengetahui perhitungan banjir rencana menggunakan komputer4. Mengetahui perhitungan debit menggunakan komputer

5. Mengetahui perhitungan banjir rencana menggunakan komputer

6. Mengetahui perhitungan debit menggunakan komputer

8.1 Pendahuluan

Memperoleh data parameter hidrologi dalam seri yang panjang merupakan hal yang

sulit. Hal ini mendorong para ahli hidrologi khususnya yang fokus pada simulasi dan

permodelan untuk melakukan pendugaan parameter hidrologi seperti debit aliran di

suatu DAS. Kenyataan ini terjadi juga di Indonesia yang merupakan negara yang

sedang berkembang dimana alat ukur hidrologi belum tersebar merata di seluruh

wilayah Indonesia khususnya DAS-DAS yang kecil.

Fenomena ini merupakan tantangan tersendiri bagi ahli hidrologi untuk

mengkaji ketersediaan data baik melaluui pengadaan alat ukur sederhana sampai

pendugaan parameter hidrologi yang dikembangkan melalui model matematis atau

model lainnya. Untuk kasus di Indonesia dimana debit air merupakan komponen

utama dalam pengembangan sumberdaya air dalam upaya pemanfaatan dan juga upaya

pengendalian daya rusak air di suatu kawasan.


2/17

111

Secara umum model-model dalam hidrologi dapat dibagi menjadi:

a. Model Fisik: dikembangkan dengan analsis dimensi dan pemodelan fisik misalnya

pada model dam-break (scale model)

b. Model Matematik yang dapat dibagi lagi menjadi:1. Model konseptual deteministk

2. Model empiris deterministik

3. Model konseptual stokastik

4. Model empiris stokastik

Masing-masing model diatas dapat berupa model linear ataupun non-linear

tergantung pada asumsi sistem yang digunakan.

Tiruan proses hidrologi untuk keperluan analisis tentang keberadaan air menurut aspek

jumlah, waktu, tempat, probabilitas dan runtun waktu (time series).

1. Rainfall runoff model: jumlah/waktu pada tempat tertentu.

Prinsip pemodelan: tata buku dan kesetimbangan air. Kegunaan: perkiraan

ketersediaan air (continuous flow) dan debit/ hidrograf aliran besar/banjir

(event flow).

Contoh: SSARR, SHE, MOCK, NASH, HEC-HMS, dll.

2. Frequency analysis: probabilitas kejadian suatu besaran hidrologi (hujan,

debit aliran) dengan nilai tertentu atau sebaliknya.

Prinsip pemodelan: fungsi distribusi probabilitas. Kegunaan: perkiraan

besaran hidrologi sebagai nilai besaran rancangan dengan kala ulang

tertentu (banjir rancangan, hujan rancangan).

Contoh: distribusi Normal, Log-Normal, Gumbel, Pearson III, dll.3. Stochastic analysis: karakteristik runtun waktu suatu besaran hidrologi

(hujan, debit aliran).

Prinsip pemodelan: perilaku komponen perulangan (tetap), trend dan

simpangan (error). Kegunaan: pembangkitan data hidrologi (hujan, debit)

untuk input evaluasi unjuk kerja design capacity atau pedoman operasi

bangunan air

Contoh: Thomas Fiering, Matallas, ARIMA, dll.


3/17

112

Pada komputasi hidrologi ini, mahasiswa diarahkan untuk menggunakan model WMS

8.2 Penyuntingan DEM

Beberapa dari kenampakan medan, termasuk diatantarnya: jalan, kanal, reservoir,

danau, dam dan sebagainya, mungkin tidak disajikan secara sempurna oleh resolusi

DEM yang kasar. Adalah hal yang sangat mungkin dalam WMS untuk melakukan

penyuntingan sehingga informas obyek semacan itu dapat disajikan dengan baik.

Sehingga kapasitas penyimpanan dapat dihitung dari DEM dan untuk analisaanalisa

lainnya.

Menyunting DEM agar lebih akurat dalam merepresentasikan informasi obyek dananalisa drainase dapat dilakukan dengan urutan sebagai berikut:

1. Menggambar DAS menggunakan TOPAZ

2. Mengisi Gap data

3. Menyunting arah aliran

4. Menyunting ketinggigian untuk membuat aliran

5. Menyunting ketinggian menggunakan arc

6. Menghitung kapasitas penyimpanan dari reservoir, dam atau DAS

7. Melakukan routing menggunakan input dari Hidrograf aliran

Menjalankan TOPAZ dan Penggambaran DAS

a. Membuka Data DEM

1. Pilihlah File | Open

2. Bukalah mvcanyon.dem dan trailmount.dem

3. Pilihlah Open4. Pilihlah OK

b. Menjalankan TOPAZ

1. Sulih ke Drainage module

2. Pilihlah DEM | Compute TOPAZ Flow Data

3. Pilihlah OK

4. Pilihlah OK

5. Pilihlah Close

6. Pilihlah Display | Display Options


4/17

113

7. Ubah Minimum Accumulation For Display ke 0.06 mi2

8. Pilihlah OK

9. Perbesar hingga seperti pada gambar 8-1

Gambar 8.1 Menyunting DEM

c Penggambaran DAS

1. Pilihlah Create Outlet titik tool

2. Klik di sembarang tempat pada DEM dimana OUTLET akan diletakkan.

3. Pilihlah OK ,anda anda diperingatkan bahwa OUTLET tidak berada pada

aliran

4. Masukan X= 379589.5 dan Y= 4271008.5

5. Pilihlah DEM | Delineate Basins Wizard

6. Pilihlah OK

7. Pilihlah OK

Interpolasi DEM (Mengisi Gap Data DEM)

Penggambaran secara otomatis yang dihasilkan akan terlihat agak aneh, pertama padabagian atas kanan batas DAS tampak luruslurus saja hal ini diakibatkan oleh tidak

adanya antar kontur dan aliran sungai yang terlalu jauh dari batas DAS.


5/17

114

Gambar 8.2 Penentuan batas DAS atau sub-DAS

a. Kesalahan Penggambaran DAS


2. Hidupkan pilihan No Data Cells

3. Pilihlah OK

4. Terdapat beberapa sel yang tidak ada data sehingga menggangu

penggambaran DAS.

5. Pilih OK

Gambar 8.3 Kesalahan penggambara DAS

1. Pilihlah Display | Frame citra

2. Sulih ke Terrain Data module

3. Pilihlah DEM | Fill

4. Pilihlah OK

b Menjalankan TOPAZ1. Sulih ke Drainage module


6/17

115


3. Pilihlah OK

4. Pilihlah OK

5. Pilihlah Close

6. Hasilnya seperti yang digambarkan pada Gambar 8.4

Gambar 8.4 Das hasil perbaikan/koreksi

c. Penggambaran DAS

1. Pilihlah DEM | Delineate Basins Wizard

2. Anda akan ditanyakan apakah menghapus DAS yang sudah ada: OK, untuk

menghapus dan membuat kembali DAS yang telah dikoreksi data

kosongnya.

3. Pilihlah OK

4. Nah, hasilnya akan terlihat seperti pada Gambar 8-5

Gambar 8.5 Hasil akhir penggambaran DAS


7/17

116

8.3 Menyunting Arah Aliran

Arah aliran dapat tidak akurat berkaitan dengan presisi DEM. Arah aliran pada setiap

sel DEM dapat secara manual disunting dalam rangka meningkatkan akurasi

penggambaran DAS.

a. Bukalah DEM

1. Pilihlah File | New

2. Pilihlah OK


4. Bukalah trailmount.dem

5. Pilihlah OK

b. Bukalah Citra


2. Bukalah trailmountain.TIF

3. Zoom pada ke area seperti yang digambarkan pada Gambar 8-6

Gambar 8.6 Peta Citra

c. Jalankan TOPAZ

1. Sulih ke Drainage module


3. Pilihlah OK

4. Pilihlah OK

5. Pilihlah Close

Kini arah aliran terlihat berbeda dibanding dengan pola kontur pada citra latar seperti

yang digambarkan pada Gambar 8-7.


8/17

117

Gambar 8.7 Aliran Permukaan (stream flow)

d. Menyunting Arah Aliran

Arah aliran yang keliru perlu dikoreksi

Gambar 8.8 Menyunting arah aliran dan koreksi

1. Gunakan Select DEM points dan Klik-Ganda pada salah satu titik yang

berangka; Maka akan tampil atribut DEM

Gambar 8.9 Koreksi atribut aliran


9/17

118

2. Ubahlah arah aliran sesuai dengan pola yang benar yang ditunjukkan pada

Tabel 8-1

3. Pilihlah OK

4. Pilih Compute flow accumulations hanya setelah anda menyelesaikan

penyuntingan terakhir

5. Pilihlah OK

6. Ulangi langkah 1-5 untuk seluruh lokasi yang akan anda sunting.

8.4 Menyunting Elevations ke Create Streams

Sungai pada DEM umumnya dihasilkan oleh arah aliran dan akumulasinya, sementara

ketinggian dari DEM tidak selalu merepresentasikan ketinggian dari sungai itu sendiri

tetapi ketinggian dari kemungkinan ketinggian dari permukaan air. Ini dapat

menyebabkan sungai memiliki profil yang tidak alamiah dangan variasi kemiringan

yang drastis. Kita akan mencoba

membuatnya lebih mulus dan natural.

a. Menyunting Ketinggian Menggunakan Stream Arcs

1. Sulih ke Terrain Data module


3. Matikan pilihan: Stream, Flow Accumulation, Color Fill Drainage Basins, dan

Fill Basin Boundary Only

4. Pada Map tab, ubah Points/Node dan Vertices Radius ke nilai 2

5. Pilihlah OK

6. Pilihlah OK

7. Use Select Feature Arc Pilihlah arc

8. Pilihlah DEM | Edit Elevations

9. Pilihlah Cancel ; untuk menunda

8.5 Analisa HEC-RAS

HEC-RAS menyajikan analisa backwater curve untuk kondisi ketinggian dan

kecepatan air tak terganggu dan terganggu. Model ini bertujuan untuk (1)

Membangun model koseptual, (2) Kosep pemetaan data ke model hidrolik, (3)

Menjalankan simulasi dengan HEC-RAS dan (4) Menampilkan hasil pada WMS.


10/17

119

Menyiapkan Model Konsep

Langkah pertama membuat model HEC-RAS adalah membut model dengan

mendefinisikan dulu jangkauan sungai, posisi penampang melintang, dan orientasi,

lakasi dan zonasi materialnya. Model konseptual ini akan digunakan untuk membuat

skema jaringan dalam Modul River Hydraulic


2. Bukalah wmsras.img


4. Bukalah wmsras.tin

5. Pilihlah Display Options

6. Pilihlah TIN

7. Hapus centang pada Unlocked vertices

8. Hapus centang pada Triangles

9. Hapus centang pada TIN Contours

10.Pastikan Boundaries box Terpilih

11.Pilihlah OK

Membuat Peta Penggunaan Lahan / Tutupan Materials

Salah satu properti dari HEC-RAS adalah menggunakan nilai kekasaran.


2. Bukalah file Materials.map

3. Pilihlah Edit | Materials

4. Klik tombol New 5X untuk membuat 5 material baru.

5. Ganti nama material

6. Jika anda menginginkan, anda dapat menset warna dan pola untuk tampilan

yang lebih baik.

7. Pilihlah OK

8. Pastikan Area Property adalah coverage = materials dan active pada Data

Tree

9. Klik Kanan pada Materials layer dan Pilihlah Properties

10.Ubah Coverage type dari General ke Area Property.

11.Pilihlah OK

12.Pilihlah Select Feature Polygon

13.Pilihlah polygon yang menyajikan area sungai (lih. Gambar 13-5)14.Pilihlah Feature Objects | Attributes


11/17

120

15.Set tipe polygon ke Material dan pilihlah sungai.

16.Pilihlah OK

Gambar 8.10 Gambar Penggunaan Lahan

Membuat Skema Jaringan Hidrologi

WMS dapat berinteraksi menggunakan HEC-RAS dengan sebuah file geometri dari

HEC-GeoRAS. File ini berisi penampang data penampang melintang yang digunakan

oleh HEC-RAS sebagai sebuah data tergeoreferense, untuk file geometri ini, model

konseptual harus dikonvert ke diagram skema jaringan menggunakan River Module:

1. Pastikan pada Modul Map

2. Set Coverage pada centerline

3. Pilihlah River Tools | Map -> Schematic

HEC-RAS membutuhkan indeks kekasaran Manning pada penampang melintang ini:

1. Sulih ke 1D Hydraulic Module

2. Pilihlah HEC-RAS | Material Properties

3. Masukkan indeks kekasaran


12/17

121

Gambar 8.11 Penggunaan HEC-HMS

Menggunakan HEC-RAS

Dengan Menggunakan HEC-RAS kita akan menset simulasi dan mengekspor hasil

simulasi tersebut pada WMS.

1. Pilihlah Edit | Geometric Data

2. Pilihlah OK

3. Pilihlah View | Set Schematic Plot Extents

4. Pilihlah Set to Computed Extents

5. Pilihlah OK hingga

Pertama, kita masukkan data panjang:

a. Klik-kiri pada node yang mengubungkan Wilayah barat dengan hulul.

b. Pilihlah Edit Junction dari menu pop-up

c. Aktifkan Jendela WMS

d. Sulih ke Modul Map

e. Pilihlah Measure Tool

f. Seperti yang digambarkan pada contoh dibawah runut, sepanjang garis

tengah.

g. Ulangi kembali pada dialog HEC-RAS

h. Masukkan panjang pada kolom yang berkatian dengan baris To: West

TributaryWest Tributary

i. Ulangi langkah ini untuk menghitung bagian yang lain

j. Pilihlah OKk. Pilihlah File | Exit Geometry Data Editor


13/17

122

Langkah selanjutnya adalah mendefinisikan aliran dan kondisi batas:

1.Pilihlah Edit | Steady Flow Data

2.Untuk Profile 1 (PF 1), masukkan 4000 untuk Hulu; masukan 5000 untuk

muara; untuk area barat masukan 1000

3.Klik pada Reach Boundary Conditions

Untuk analisisnya:

1. Klik pada Normal Depth. Masukkan nilai pada setiap ruas: 0.003 untuk

bagian atas, 0.001 untuk bagian bawah, dan 0.005 untuk area barat.

2. Pilihlah OK

3. Klik Apply Data

4. Pilihlah File | Exit Flow Data Editor

Kini kita siap untul melakukan steady flow analysis. Pertama kita perlu menset

pilihan:

1. Pilihlah Run | Steady Flow Analysis dari menu

2. Pilihlah Options | Flow Distribution Locations

3. Ubah Global subsections ke 3 pada kolom (LOB, Channel, dan ROB)

4. Pilihlah OK

5. Klik Compute. Ini merupakan analisa 1D

6. Tutup dialor Steady Flow Analysis

7. Keluar dari progra HEC-RAS

Post-Processing

Kita telah menganalisa ketinggian air di HEC-RAS, selanjutnya kita dapat melihat

solusi tersebut melalui WMS:

1. Dalam WMS, sulih ke modul 1D Hydraulic

2. Pilihlah HEC-RAS | Read Solution

3. Bukalah hecras.prj

4. Bentangkan folder 2D Scatter Data

5. Sulih ke Modul Map

6. Pilihlah coverage 1D-Hyd Centerline dari Data Tree

7. Pilihlah River Tools | Interpolate Water Surface Elevations

8. Pilihlah pada a specified spacing untuk Create a data point

9. Masukkan 60

10.Pilihlah OK11.Pilihlah coverage 1D-Hyd Cross Section dari Data Tree


14/17

123

12.Pilihlah River Tools | Interpolate Water Surface Elevations

13.Pilihlah OK

14.Sulih ke Terrain Data module

15.Pilihlah Flood | Delineate

16.Centang pada Search radius dan masukkan 1000

17.Centang pada Quadrants

18.Masukan 4 untuk number of stages

19.Pilihlah OK

20.WMS akan menghitung dua dataset baru yang berhubungan dengan dataran

banjir dan permukaan air.

21.Bentangkan folder bernama New tin pada Data Tree

22.Bentangkan folder bernama W.S. (FLOOD) pada Data Tree

23.Pilihlah data set bernama W.S. Elev-PF 1 (FLOOD)

24.Pilihlah Display | Display Options

25.Pilihlah TIN tab

26.Centang pada TIN Contours dan Pilihlah Contours

27.Pilihlah Color fill between contours

28.Pilihlah OK 2X

Gambar 8.12 Hasil Pengolahan HEC-RAS di WMS


15/17

124

8.6 Penggambaran Dataran Banjir

Penggambaran dataran banjir di WMS di memerlukan data TIN dan sebaran titik

statisun air. Ketinggian dari TIN dapa diambil dari data survey atau konversi dari

DEM ke TIN. Data stasiun air dapat dimasukkan secara manual atau diambil dari

proyek HEC-RAS. Hal ini bertujuan:

1. Bereksperimen dengan berbagai pilihan penggambaran dataran banjir, termasuk

didalamnya: memasukkan data, pencarian jangkauan, dan arah alirannya.

Menjalankan penggambaran dataran banjir tersebut menggunakan teknikteknik:

i. Secara manual memasukkan data stasiun

ii. Pendekatan dengan Channel Calculator pada WMS

iii. Menghitung dengan HEC-RAS

2. Penggunaan Batas bajir, untuk:

Melakukan generalisasi kedalaman banjir, dampak dan area cakupannya.

a Pilihanpilihan Penggambaran Dataran Banjir

Ada beberapa pilihan penggambaran banjir:


2.

Bukalah flood.tinMatikan display TIN ini:


4. Pilihlah TIN

5. Hapus centang pada Unlocked Vertices

6. Hapus centang pada Triangles

7. Pilihlah OK


9. Bukalah samplescatter.wpr

10.Bentangkan folder Terrain Data pada Data Tree.

11. Bentangkan Land TIN pada Data Tree, dengan cara ini anda akan dapat

melihat solusi permukaan air

12.Pilihlah Flood | Delineate

13.Masukkan 100 untuk Max search radius

14.Masukkan sr100 untuk solution name

15.Pilihlah OK


16/17

125

Kini akan kita ubah Search radius dan menghitung kembali dataran banjir:

1. Pilihlah Flood | Delineate

2. Naikkan nilai Max search radius ke 500

3. Ubah solution name menjadi sr500

4. Pilihlah OK untuk menggambarakan dataran bajir baru

5. Bentangkan folder sr100 (FLOOD) dan Memilih data set sr100_fd.

6. Gambarkan dua dataran bajir lagi dengan menggunakan Max search = 1000 dan

2000. Berbeda antara 100 dan 500 yang hasilnya tampak berbeda, pada radius

1000 hingga 2000 tampak tidak jauh berbeda, kita dapat menggunakan 1000

jika dengan 2000 sudah tidak tampak jauh berbeda, selanjutnya kita gunakan

arah nilai arah aliran yang berbeda.

1. Pilihlah Flood | Delineate

2. Masukkan 1000 untuk Max search radius

3. Centang pada Flow path

4. Masukkan 500 untuk Max flow distance

5. Ganti Nama mejadi fp500

6. Pilihlah OK

7. Gambarkan dua dataran bajir lagi menggunakan nilai 1500 dan 3000.

Gambar 8.12 Pola dampak banjir stelah diproses


17/17

126

8.7 PENUGASAN

1. Download DATA DEM dari website dengan menggunakan Global Mapper

untuk daerah DAS atau Sub-DAS yang anda kumpulkan data hidrologinya.

2. Lakukan delineasi DAS

3. Lakukan penggambaran aliran sungai

4. Hitung debit aliran rencana

5. Gambar dampak banjir 5 dan 10 tahunan.

8.8 DAFTAR PUSTAKA

----------, 2005. Manual and Tutorial WMS 8.1. Emrl.

Asdak Chay (1995). Hidrologi dan Pengeloaan daerah Aliran Sungai. Yogyakarta:

Gadjah Mada Press.

Linsley Ray K., Joseph B. Franzini, (1985), Teknik Sumber Daya Air, Eralanga,

Jakarta.

Maidment, RD. (1989). Handbook of Hydrology. McGraw-Hill. New York

Sastrodarsono Suyono dan Kensaku Takeda, (1999), Hidrologi untuk Pengairan.

Pradnya Paramitha. Bandung.

Shaw, Elizabeth (1994). Hidrology in Practice. Taylor & Francis. England.

Todd, (1983), Introduction to Hydrology. Mc Graw Hill. New York.

Viessmann, W., Lewis, GL., and Knapp, JW., (1989), Introduction to Hydrology.

Harper Collins Pub., New York.

8 komputasi hidrologi

Documents