1

HIDROLOGIHIDROLOGI TERAPANTERAPANMODEL HIDROLOGIMODEL HIDROLOGIHIDROLOGIHIDROLOGI TERAPANTERAPANMODEL HIDROLOGIMODEL 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 sebagaisimplifikasi dari suatu sistem yang kompleks, baikberupa fisik, analog atau matematik1. 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 ± S3. 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.

KOMPONEN MODEL

2

1. Pemilihan jenis model yang tepat2. Formulasi dan penyusunan model3. Pengujian model, yang dilakukan

dengan 2 cara yaitu kalibrasi dan verifikasi.

4. Pemakaian model setelah melalui berbagai pengujian.

SYARAT MODEL JENIS MODEL1. 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 PERKIRAAN1. 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, dan8. 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 MODEL1. Struktur Komponen

Hidrometeorologi2. Struktur Komponen Permukaan 3. Struktur Komponen Bawah

permukaan4. 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 PermukaanHujan

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 SungaiDi 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 modelRainfall runoff modelEven Flow

Aliran Puncak (Debit Banjir)

Data Record

Hidrograf Satuan

Hidrograf Satuan Sintetik

Analisis Frekuensi & Rasional

5

Penelusuran elemen event flow

Hujan

Permukaan Tanah Badan AirBadan Air

Aliran Air di sungai

Infiltrasi

Debit di DAS

Aliran Antara

Aliran di permukaan tanah

Evapotranspirasi

Lapisan Tanah

Aliran DasarLapisan 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

evaporasievaporasi

infiltrasiAir kapiler

perkolasiAir kapiler

Debit dalam DAS

banjir

Aliran antara

Aliran dasar

simpanan

Aliran permukaan

tanah

Presipitasi

Aliran

Frequency analysis• 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.

Stochastic analysis• 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.

TERIMAKASIHTERIMAKASIHTERIMAKASIHTERIMAKASIH