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.