PEMODELAN SISTEM HIDROLOGI DAS Diajukan

Gratis

0
1
13
1 year ago
Preview
Full text

PEMODELAN SISTEM HIDROLOGI DAS

  

Diajukan untuk melengkapi persyaratan tugas akhir mata kuliah

Strategi Pengelolaan Daerah Aliran Sungai

Astrid Damayanti

A165090021

  

Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor

Tahun Ajaran 2009/2010

I. PENDAHULUAN

  Penggunaan teknik pemodelan dalam penelitian hidrologi saat ini terlihat sudah sangat berkembang. Penelitian hidrologi, menurut Pawitan (1998) dapat diartikan sebagai pendekatan dalam mempelajari hal-ihwal air dan sumberdaya air berdasarkan konsep daur hidrologi dalam suatu sistem daerah aliran sungai (DAS) dengan komponen-komponen penyusun berupa sistem lahan, sumberdaya air dan tanah, tanaman dan sistem sosial kemasyarakatan. Pendekatan penelitian hidrologi ini dapat dikelompokkan ke dalam tiga kategori berikut: (i) penelitian yang menyangkut proses-proses hidrologi; (ii) penelitian sistem hidrologi DAS; dan (iii) penelitian terapan hidrologi. Istilah "hidrologi DAS", menurut Singh (2002), didefinisikan sebagai cabang dari hidrologi yang berkaitan dengan integrasi proses hidrologi dalam skala DAS dan sangat menentukan respon DAS.

  Pengalaman menunjukkan bahwa deskripsi kuantitatif dari siklus hidrologi dapat menjadi sangat rumit dan banyak ketidakpastian Oleh sebab itu maka model hidrologi DAS digunakan guna memahami interaksi dinamis antara iklim dan hidrologi permukaan tanah. (Kavvas et al 1998 dalam Singh, 2002). Dengan demikian penggunaan model tersebut sangat penting untuk penilaian sumber daya air, pengembangan, dan pengelolaan DAS. Model tersebut, misalnya, digunakan untuk menganalisis kualitas dan kuantitas debit sungai, reservoir sistem operasi, pengembangan dan perlindungan tanah, air permukaan dan air tanah menggunakan kata penghubung manajemen sistem distribusi air, air digunakan, dan berbagai kegiatan pengelolaan sumber daya air (Wurbs 1998 dalam Singh, 2002). Saat ini, perkembangan teknik pemodelan hidrologi DAS tersebut didukung oleh kemajuan teknologi instrumentasi, maupun informasi dan komunikasi, seperti instrumentasi pengukuran, komputasi digital, manajemen data geografis, penginderaan jauh, komunikasi audio dan visual. Terkait dengan tujuan pengelolaan DAS, maka penggunaan teknik pemodelan hidrologi yang tepat dalam sebuah penelitian hidrologi, harus disesuaikan dengan data dasar yang ada. Hal itu menyangkut identifikasi dan karakterisasi DAS, dengan tidak melupakan kalibrasi parameter-parameter berbagai model yang ada, di samping evaluasi kelayakan model hidrologi dengan kondisi DAS di Indonesia. Dengan demikian penggunaan model-model tersebut di berbagai wilayah Indonesia lebih dapat dipertanggungjawabkan.

  Dalam makalah ini akan disampaikan beberapa hal terkait dengan pemodelan, hubungannya dengan sistem hidrologi DAS dan berbagai contoh pemodelan hidrologi DAS yang telah disusun oleh banyak ahli hidrologi. Dengan melakukan kajian terhadap pemodelan hidrologi DAS, maka selanjutnya diharapkan dapat menentukan atau bahkan menyusun model hidrologi yang rasional, efektif, efisien, yang mampu mengevaluasi dengan cepat serta mampu menduga dampak hidrologi dari perubahan-perubahan yang terjadi, baik alami maupun buatan manusia.

II. SISTEM DAN MODEL

  Sebuah sistem adalah sekumpulan obyek yang bekerja dan berinteraksi bersama yang saling mendukung dari setiap bagian yang ada di dalamnya menuju satu akhir yang logis. Hal yang terpenting disini adalah “interaksi yang saling mendukung” (mutual interaction) yang muncul di antara bagian-bagian dari sistem tersebut, sepanjang waktu, dan yang memelihara sistem itu sendiri. Definisi dari sistem ini berdampak pada sesuatu antara penyebab dan dampak/akibat, lebih dari sekedar suatu bagian A mempengaruhi bagian B, terdapat pula dampak/implikasi bahwa bagian B juga mempengaruhi bagian A. Sistem dapat dipelajari dengan pengamatan langsung atau pengamatan pada model dari sistem tersebut. Dengan kata lain, “model” adalah suatu representasi atau formalisasi dalam bahasa tertentu (yang disepakati) dari suatu sistem nyata. Adapun sistem nyata adalah sistem yang sedang berlangsung dalam kehidupan, sistem yang dijadikan titik perhatian dan dipermasalahkan. Dengan demikian, pemodelan adalah proses membangun atau membentuk sebuah model dari suatu sistem nyata dalam bahasa formal tertentu.

  Model dapat diklasifikasikan menjadi model fisik dan model matematika. Model matematika ada yang dapat diselesaikan dengan solusi analitis, ada yang tidak. Jika asumsi model cukup sederhana maka metode matematika bisa digunakan untuk mendapatkan jawaban yang tepat. Bila solusi analitis sulit didapatkan maka digunakan simulasi. Ada beberapa tujuan penggunaan model simulasi antara lain: (i) mempelajari sistem yang kompleks, misalnya, di mana solusi analitik sistem tidak dapat digunakan, (ii) untuk membandingkan rancangan alternatif untuk sistem yang tidak ada, (iii) untuk mempelajari efek pengubahan pada sistem yang sudah ada, dan (iv) untuk mengusulkan/verifikasi solusi analitik. Model matematika adalah sebuah model abstrak yang menggunakan bahasa matematis untuk menjelaskan perilaku dari sistem. Adapun yang dimaksud model abstrak atau sering disebut dengan istilah model konseptual adalah suatu bentuk teoritis yang mewakili sesuatu, yang diiringi oleh sekumpulan variable serta sekumpulan hubungan logika dan hubungan kuantitatif diantara mereka. Ada beberapa pengelompokan dalam model matematika, antara lain:

  1. Linear vs. nonlinear: Model matematika biasanya terdiri dari variabel yang menjelaskan tentang hal-hal yang penting di dalam sebuah sistem, dan operator yang diberlakukan pada variabel-variabel tersebut, yang dapat saja berbentuk operator aljabar, fungsi, operator differensial, dan lain-lain. Sistem linear biasanya menunjukkan sifat yang lebih sederhana, sedangkan sistem nonlinear adalah sistem lebih rumit dan tidak memenuhi Sistem nonlinear berlaku sembarang dimana variabel yang disolusi tidak dapat ditulis sebagai jumlah linier komponen-komponen yang bebas (tidak gayut), merupakan sistem yang System nonlinear sangat sedikit dipahami dibanding soal linear. Namun demikian sistem system nonlinear dapat ditransformasi menuju sistem linear sepanjang solusi khusus diketahui.

  2. Deterministic vs. probabilistic (stochastic): Model deterministik adalah sebuah model yang setiap himpunan kondisi variabelnya ditentukan secara unik oleh parameter- parameter yang ada di dalam model dan dengan mengatur kondisi sebelumnya dari variabel-variabel tersebut, dengan kata lain variabelnya tidak acak/sembarang. Dalam model tersebut, sebuah masukan yang diberikan akan selalu menghasilkan output yang sama. Sementara itu sebagai perbandingan, model stokastik menggunakan rentang nilai untuk variabel dalam bentuk distribusi probabilistic. Model probabilistic merupakan alat analisis statistik perkiraan, berdasarkan masa lalu (historis) data, probabilitas dari suatu peristiwa akan terjadi lagi.

  3. Static vs. dynamic: Model static tidak memperhitungkan faktor waktu, sedangkan model dynamic sangat memperhitungkan waktu. Model dynamic biasanya diwakili oleh persamaan-persamaan diferensial. Dinamika merupakan isu utama dalam proses input output sebuah sistem. Dinamika telah digambarkan oleh persamaan diferensial.

  4. Lumped parameters vs. distributed parameters: Jika sebuah model adalah homogeneous (kondisinya tetap /konsisten di seluruh sistem) parameter-parameternya akan mengumpul. Model lumped parameter adalah penyederhanaan model matematika dari sistem fisik di mana variabel yang didistribusikan bidang spasial direpresentasikan sebagai tunggal bukan skalar. Sebaliknya, jika sebuah model heterogeneous (kondisinya bervariasi di seluruh sistem), maka parameter-parameternya akan tersebar dengan dimensi tak terbatas. Model distributed parameters ini biasanya diwakili oleh persamaan-persamaan differensial parsial atau dengan persamaan diferensial keterlambatan.

III. SISTEM HIDROLOGI DAS

  Hidrologi merupakan cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari segala hal ihwal air yang terdapat di permukaan bumi, yang menyangkut jumlah dan mutunya, penyebaran menurut ruang dan waktu, serta pergerakannya mengikuti suatu daur yang dikenal dengan daur hidrologi. Sejak awal perkembangan hidrologi sebagai teknologi dan ilmu, penelitian hidrologi selalu dilandasi atas kebutuhan dasar manusia akan air, mulai dari penyediaan air domestik, penanggulangan banjir dan kekeringan, sampai untuk irigasi, tenaga listrik, transportasi dan rekreasi. Semua proses hidrologi berlangsung di DAS, sehingga DAS merupakan laboratorium alami dari ilmu hidrologi. Menurut jenis dari DAS, proses-proses hidrologi ini bervariasi menurut ruang dan waktu dalam batas DAS. Topografi, tanah, geologi, vegetasi, penggunaan lahan, dan jaringan sungai merupakan faktor-faktor utama yang memberikan andil terhadap variasi proses-proses hidrologi tersebut Untuk analisis hidrologi, suatu DAS dinyatakan sabagai satu satuan spatial di mana permasalahan hidrologi perlu diselesaikan, sehingga dikenal konsep "satu DAS satu satuan wilayah pengelolaan”. Dalam pengertian ini lazim dibataskan DAS sebagai satuan wilayah berupa sistem lahan dengan tutupan vegetasinya yang dibatasi oleh batas-batas topografi alami (seperti punggung-punggung bukit) yang menerima curah hujan, mengumpulkan dan menyimpan air, sedimen dan unsur hara lainnya, serta mengalirkannya melalui anak-anak sungai untuk akhirnya keluar melalui satu sungai utama ke laut atau danau. Sebagai suatu sistem fisik dengan fungsi hidrologinya, DAS tidak harus merupakan satu kesatuan ekosistem (Pawitan, 1998). Pendekatan sistem dalam analisis hidrologi pada awalnya lebih dipandang sebagai interes dari aspek teoritis dalam perkembangan hidrologi sebagai ilmu. Konsep sistem menginginkan dilakukannya beberapa tahap skematisasi terhadap daur hidrologi, yaitu mulai dari tingkat deskriptif sampai pada tingkat kuantitatif, di mana sistem daur hidrologi telah dinyatakan oleh sejumlah subsistem simpanan (storage) yang dihubungkan dengan laju aliran massa, energi atau informasi. Sesungguhnya pendekatan ini merupakan suatu teknik menyederhanakan dari sistem prototipe ke dalam suatu sistem model sehingga perilaku sistem yang kompleks dapat ditelusuri secara kuantitatir/terukur. Hal ini menyangkut skematisasi dari sistem dengan mengidentifikasi adanya aliran massa/energi/informasi berupa masukan dan luaran, serta suatu sistem simpanan. Konsep sistem ini berguna tidak hanya untuk tujuan ilmiah semata, tetapi juga untuk tujuan praktis, yaitu dengan kemampuan untuk memberikan prediksi dan prakiraan atas besaran-besaran rancangan dalam hubungan manusia dengan banyak masalah lingkungan, seperti banjir dan kekeringan, kegiatan manusia sebagai bagian tak terpisahkan dari daur hidrologi ini telah lebih diperhitungkan dalam kurun waktu belakangan ini. Menurut Pawitan (1998), peran ilmu dan teknologi bagi ahli hidrologi adalah untuk mengembangkan sumberdaya air lebih baik, dan menyangkut tiga tahapan berikut: 1. proses-proses hidrologi, rumus dinyatakan dalam bentuk model matematik; 2. model-model matematik tersebut dievaluasi terhadap data pengamatan; dan 3. model digunakan untuk mensimulasi proses hidrologi di tempat-tempat yang diperlukan di mana data tidak tersedia.

  Jenis model yang akan dibangun sangat ditentukan oleh ketersediaan data. Menurut Singh (2002), secara umum, model dengan data yang terdistribusi (distributed) memerlukan lebih banyak data dibandingkan model terpusat (lumped). Dalam kebanyakan kasus, data yang diperlukan juga tidak ada atau tidak tersedia secara penuh. Itulah salah satu alasan mengapa regionalisasi dan teknik sintetis menjadi sangat berguna. Bahkan jika data yang diperlukan tersedia, masalah tetap berkaitan dengan kelengkapan, ketidakakuratan, dan ketidakhomogenan data. Untuk itu tentu saja selanjutnya perlu tindakan penyimpanan, penanganan, pencarian, analisis, dan manipulasi data. Jika volume data yang dibutuhkan besar, pengolahan data dan pengelolaannya menjadi cukup rumit.

  Data yang diperlukan untuk pemodelan hidrologi DAS adalah hidrometeorologi, geomorfologi, pertanian, pedologi, geologi, dan hidrologi. Data hidrometeorology seperti curah hujan, salju, suhu, radiasi, kelembaban, tekanan uap, jam sinar matahari, kecepatan angin, dan penguapan-pan. Data pertanian termasuk penutup vegetatif, penggunaan lahan, pengobatan, dan aplikasi pupuk. Data pedologi meliputi jenis tanah, tekstur dan struktur, kondisi tanah, tanah ukuran diameter partikel, porositas, kadar air dan tekanan kapiler, kondisi mapan infiltrasi, konduktivitas hidrolik jenuh, dan kelembaban. Data geologi termasuk data stratigrafi, litologi, dan kontrol struktural. Lebih khusus lagi, data tentang jenis, kedalaman, dan luas areal. Untuk data terbatas, diantaranya konduktivitas hidrolik, transmisivitas, storativitas, kompresibilitas, dan porositas. Untuk data akuifer terkekang, seperti penyimpanan tertentu, konduktivitas hidrolik, porositas, watertable, dan recharge

  

area. Setiap set data harus diperiksa sehubungan dengan homogenitas, kelengkapan, dan

  akurasinya. Data geomorfologi termasuk peta topografi yang menunjukkan kontur elevasi, jaringan sungai, daerah drainase, lereng dan panjang lereng, dan luas DAS. Sedangkan data hidrologi sendiri meliputi kedalaman aliran, debit sungai (streamflow discharge), aliran dasar (base flow), interflow, interaksi sungai-akuifer (stream-aquifer interaction), potensi,

  watertable, dan drawdowns.

  Untuk mengumpulkan data-data tersebut maka dikenal dengan istilah DAS eksperimental dan DAS representatif (Pawitan, 1998),.

  1. DAS eksperimental; DAS eksperimental biasanya diartikan sebagai suatu DAS yang khusus diamati untuk periode waktu yang relatif panjang (bertahun-tahun), sehingga perubahan- perubahan parameter hidrologi DAS yang terjadi dari kondisi awal hingga setelah diterapkan perlakuan perubahan faktor manajemen lahan tertentu, biasanya dapat diketahui. Hasil pengamatan DAS tersebut demikian penting untuk dibandingkan secara terus-menerus dengan DAS serupa (pasangan) yang kondisinya tidak diubah untuk tujuan kontrol. Pengertian yang lebih umum dengan istilah DAS eksperimental adalah DAS dengan suatu set up peralatan pengamatan parameter- parameter hidrologi DAS untuk mendapatkan informasi rinci mengenai gejala-gejala hidrologi tertentu yang memungkinkan diperkenalkannya suatu reorientasi terhadap penataan lahan baru di DAS lainnya. DAS demikian dipilih dengan kriteria keseragaman hidrologis atau dapat dibagi kedalam subDAS-subDAS yang seragam,

  2

  sehingga luasannya sering tidak lebih dari 4 km atau 400 hektar. Retensi DAS dapat dikaji sehubungan dengan kapasitas menahan air dan konduktivitas hidrolik tanah dalam luasan seragam dan lapisan geologi dari DAS.Lebihan hujan setelah kapasitas infiltrasi terpenuhi dapatditelusuri dari limpasan permukaan dan limpasan bawah permukaan yang terjadi untuk dibandingkan dengan pengamatan pada stasiun pengamat sungai di bagian hilir. Konsep sekuensial mensyaratkan inventori dimensional secara memadai yang memungkinkan penentuan volume simpan dan konduktivitas hidrolika dari semua bangunan teknik, saluran sungai, permukaan lahan dan media porous yang dijumpai di DAS. Survei lebih detail untuk pemetaan tanah, geologi dam topografi sering sangat penting dalam pendekatan eksperimental ini, lebih dari yang umumnya diperlukan untuk tujuan pengelompokkan untuk mencari keserupaan semata. Dalam DAS eksperimental, perbedaan hasil yang diperoleh perlu dipandang sebagai sumber informasi dari sekedar kesalahan atau galat.

  2. DAS representatif; DAS representative ditentukan mengingat keterbatasan untuk memperoleh data DAS yang luas, sehingga terpaksa harus menentukan pilihan/representasi secara selektif untuk tujuan inventori hidrologi wilayah. Representasi bergantung pada pengelompokkan, dan ini merupakan kendala utama yang biasa dijumpai. Contoh-contoh lapisan geologi bisa saja memberi keserupaan untuk suatu wilayah geofisika, akan tetapi bisa saja dijumpai ada aliran anak sungai yang sulit ditelusuri di dalam DAS. Pengaruh perubahan tataguna lahan dan perlakuan terhadap kinerja hidrologi dari suatu DAS dengan tanah yang tebal di atas suatu stratigrafi geologi tertentu akan sangat berbeda dari suatu DAS dengan tanah dangkal dan stratigrafi geologi serupa, atau berlaku sebaliknya. Posisi pemasangan alat ukur aliran relatif terhadap singkapan geologi akan memberikan korelasi yang bias antara hujan dan aliran. Dengan bertambahnya luas DAS, maka berlaku mekanisme kompensasi antar unsur-unsur yang tidak seragam untuk memberikan efek yang lebih seragam dengan melakukan metode generalisasi. Oleh karena itu, nampaknya pengelompokkan dan representasi akan lebih berhasil jika luas DAS menjadi lebih luas, atau cukup luas untuk meniadakan pengaruh kebocoran DAS.

  Konsep Representative Elementary Area (REA) Salah satu perkembangan terakhir dalam penelitian hidrologi DAS adalah mencari dan memahami hubungan yang berlaku antara keragaman spatial yang dijumpai dalam topografi, tanah, dan curah hujan terhadap respons hidrologi DAS pada skala DAS. Keragaman spatial dari limpasan permukaan terjadi pada berbagai skala yang berbeda. Perhatian kita dalam mempelajari respons hidrologi DAS lebih terpusat pada skala DAS, sedang hukum-hukum dasar yang dikembangkan dalam pemodelan limpasan, seperti teori infiltrasi, diturunkan pada skala yang jauh lebih kecil, yaitu pada titik atau petak. Untuk menjembatani perbedaan skala ini saat ini Iazim dikembangkan pendekatan pemodelan terdistribusi, di mana kita dihadapkan pada permasalahan untuk menentukan ukuran elemen yang sesuai serta bagaimana menghubungkan nilai titik dari parameter menjadi nilai efektif untuk skala elemen. Semua hal ini perlu mempertimbangkan bagaimana keragaman spatial berubah dengan berubahnya skala ruang. Penelitian ke arah ini telah dirintis oleh Wood dkk (1990), dan dibahas lebih lanjut oleh Fan dan Bras (1995). Dengan menggunakan terapan teori inliltrasi secara lokal dan kemudian mengintegrasikannya untuk skala DAS dengan ukuran bervariasi, disimpulkan bahwa keragaman respons limpasan berkurang dengan cepat dengan bertambahnya ukuran DAS. Skala di mana keragaman dengan cepat berkurang dibataskan sebagai representative elementary area (REA) dari limpasan DAS. REA dipertimbangkan sebagai fundamental building block untuk modeling DAS. REA merupakan suatu skala kritikal di mana asumsi kontinum implisit dapat digunakan tan pa pengetahuan mengenai pola sesungguhnya dari topografi, tanah, atau medan curah hujan, walau penentuan nilai representatif atau efektif dari parameter-parameter tersebut diperlukan. Dari serangkaian percobaan menggunakan TOPMODEL dengan

  2

  melakukan pemulusan sampai 15 elemen berukuran 30 x 30 m diperoleh REA 1,0

  2

  km . Diasumsikan lebih lanjut bahwa pada skala lebih dari REA, suatu transisi dapat dibuat dalam pendekatan pemodelan dari suatu deskripsi terdistribusi ke suatu perlakuan statistik dari keragaman spatial DAS.

  4. Skala dan keserupaan

  5.Dikembangkannya konsep REA berakar pada permasalahan pengaruh keragaman spatial terhadap parameterisasi proses-proses hidrologi pada skala yang berbeda. Permasalahan ini dikenali dari hubungan-hubungan matematik yang menerangkan proses-proses fisik yang berlaku pada skala ruang yang berbeda. Hasil dari analisis REA menunjukkan pemahaman tentang transisi dari parameterisasi skala mikro ke skala makro dengan meningkamya skala dalam keadaan keragaman spatial. Akan tetapi hasil ini tidak menyatakan sesuatupun mengenai keserupaan hidrologi dari DAS dengan skala berbeda. Batasan keserupaan yang lazim digunakan pada masa lampau didasarkan pada ciri-ciri fisioklimatik tanap mengenali secara eksplisit atas pengaruh faktor-faktor lingkungan (topografi, taanah, dan iklim) terhadap pembangkitan limpasan. Rangkaian penelitian dari Wood dkk (1990) telah membataskan ulang hubungan-hubungan keserupaan untuk respons limpasan DAS yang bebas skala. Untuk ini diperlukan scaling dari fungsi indeks topografi-tanah, hubungan ciri tanah, dan hubungan intensiti dan lama hujan. Scaling dari persamaan- persamaan model telah mengidentifikasi lima parameter keserupaan DAS tanpa dimensi yang mengendalikan respons limpasan DAS. Parameter keserupaan ini termasuk dua parameter terskala konduktivitas hidrolik tanah, dua parameter ciri lengas tanah, dan satu parameter terskala tanah-topografi. Dua DAS dikatakan serupa secara hidrologi dalam hal produksi limpasan permukaan jika kedua DAS tersebut memiliki nilai-niti yangidentik untuk kelima parameter tersebut, tidak perduli dengan ukuran atau skala DAS.

  Macam jawaban yang dicari akan ditentukan oleh jenis permasalahan yang ditangani, yang menyangkut nilai ekonomi dan tingkat resikonya. Untuk kegiatan dengan nilai ekonomi rendah dan tingkat resiko rendah seperti proyek terrasering, budidaya kontur, dan kolam pertanian, limpasan permukaan dapat dipertimbangkan sebagai proses stochastic yang dapat dicarikan jawabnya dengan teknik statistik. Sedang dalam hal kegiatan dengan nilai ekonomi tinggi dan tingkat resiko tinggi, sering dengan tujuan perlindungan terhadap nyawa manusia, jawaban yang perlu dicari harus didasarkan atas perhitungan

deterministic, dengan hanya mempertimbangkan faktor atmosfer sebagai komponen acak.

Dengan konsep deterministic, abstraksi curah hujan secara teoritis terukur ke dalam komponen-komponen kapasitas retensi dan kemudian diteruskan ke dalam simpanan permukaan dan bawah permukaan, untuk selanjutnya menghasilkan aliran sungai. Macam jawaban yang dicari, stokhastik atau deterministik, ikut menentukan pemilihan DAS penelitian yang akan digunakan. Jawaban atas dasar konsep stochastic yang diterapkan secara langsung terhadap pendugaan limpasan menginginkan pilihan DAS

  

representatif untuk suatu wilayah iklim, sedang jawaban berdasarkan konsep deterministic

  memerlukan DAS eksperimental yang sesuai untuk inkrementasi dan instrumentasi untuk isolasi dari gejala hidrologi dan faktor-faktor yang terlibat.

  

Sampai pertengahan tahun 1960-an, pemodelan hidrologi terutama melibatkan pengembangan

konsep, teori dan model masing-masing komponen siklus hidrologi, seperti aliran darat, aliran

saluran, infiltrasi, penyimpanan depresi, evaporasi, intersepsi, aliran bawah permukaan, dan arus

  

dasar . Mekanisme Hortonian, mekanisme aliran bawah permukaan, dan sebagian wilayah sumber

dan kontribusi diakui sebagai kontributor limpasan. Komponen Pengembangan Model

Asal pemodelan matematika tanggal kembali ke metode rasional yang dikembangkan oleh

Mulvany (18S0) dan acara "" model oleh Imbeau (1892) untuk menghubungkan puncak limpasan

badai untuk intensitas curah hujan. Sekitar empat dekade kemudian, Sherman (1932)

memperkenalkan konsep unit hidrograf untuk menghubungkan respon limpasan langsung ke

kelebihan curah hujan. Tentang waktu yang sama, Horton (1933) mengembangkan teori infiltrasi

untuk memperkirakan kelebihan curah hujan dan meningkatkan teknik-teknik pemisahan

hidrograf. Horton (1939) menyelidiki lebih dari ¬ aliran tanah dan menghasilkan formula

semiempiris. Keulegan (1944) melakukan investigasi teoritis aliran darat dan menyarankan bahwa

menyederhanakan persamaan dengan apa yang sekarang disebut bentuk gelombang kinematik

akan sesuai. Izzard (1944) diikuti dengan sebuah analisis eksperimental. Horton (1945)

mengembangkan konsep pengembangan lahan-bentuk erosi dan generasi debit sungai didominasi

oleh aliran darat. Disajikan dalam pekerjaan merintis adalah seperangkat hukum empiris, sekarang

dikenal sebagai hukum Morton, yang merupakan dasar geomorfologi kuantitatif. Dalam kontribusi

ini, penguapan dan abstraksi lainnya dirawat menggunakan koefisien atau indeks.

Bersamaan dengan pekerjaan Horton's, Lowdermilk (1934), Hursh (1936), dan Hursh dan Brater

(1944) mengamati bahwa pergerakan air bawah tanah merupakan salah satu komponen dari badai

hidro aliran-grafik di daerah lembab. Selanjutnya, Hoover dan Hursh (1943) dan Hursh (1944)

melaporkan generasi signifikan badai-aliran yang disebabkan oleh suatu bentuk "dinamis aliran

bawah permukaan." Roessel (1950) mengamati perubahan dinamis di dalam aliran airtanah

streamside. Berdasarkan karya-karya Hewlett (1961a, b), Nielsen et al. (1959), Remson et al.

(1960), antara lain, sekarang diterima bahwa downslope aliran tak jenuh dapat berkontribusi

untuk streamside ¬ Peringkat Satu zona dan dengan demikian menghasilkan debit sungai. Selama

bertahun-tahun sejak 1940-an, pemikiran ini memuncak dalam apa yang sekarang disebut sebagai

mekanisme aliran bawah permukaan dan sesungguhnya telah berkembang menjadi pemahaman

yang lebih terintegrasi dari aliran-aliran generasi, yang teori Horton hanyalah bagian.

Salah satu upaya awal untuk mengembangkan teori infiltrasi adalah dengan Green And Ampt

(1911) yang, dengan menggunakan prinsip-prinsip yang disederhanakan

fisika, diturunkan suatu rumus yang masih populer untuk bersaing tingkat kapasitas infiltrasi.

Persamaan empiris Kostiakov (1932) dan Horton (1933, 1935, 1939, 1940) juga digunakan oleh

beberapa model DAS saat ini. Awal kerja menggambarkan penguapan dari danau ini dilakukan

oleh Richardson (1931) dan Cummings (1935), sedangkan Thornthwaite (1948) dan Penman

(1948) membuat kontribusi penting untuk model evapotranspirasi.

Ada juga upaya untuk mengkuantifikasi abstraksi lain, seperti penangkapan, penyimpanan depresi,

dan penyimpanan penahanan. Horton (1919) berasal serangkaian formula empiris untuk

memperkirakan ception ¬ antar selama badai untuk berbagai jenis tanaman penutup. Konservasi

Tanah Service (SCS) (1956), sekarang disebut Konservasi Sumber Daya Alam Jasa dari Departemen

Pertanian AS, mengembangkan apa yang sekarang disebut sebagai metode nomor SCS-kurva

untuk menghitung jumlah limpasan badai, mengambil abstraksi ke rekening . Meskipun pada

awalnya ditujukan untuk model limpasan sehari-hari yang dipengaruhi oleh praktek-praktek

penggunaan lahan, telah digunakan untuk model infiltrasi serta hidrograf limpasan untuk simulasi

hidrologi continuous.

  

Tahap bawah tanah dari siklus hidrologi adalah investigasi gated oleh Fair dan Hatch (1933), yang

diturunkan rumus untuk menempatkan compermeabilitas tanah. Theis (1935) Darcy's hukum

dikombinasikan dengan persamaan kontinuitas untuk mendapatkan hubungan antara penurunan

permukaan piezometric dan laju dan durasi debit sumur. Karya ini meletakkan dasar hidrologi

airtanah kuantitatif. Jacob (1943, 1944) tingkat air tanah berkorelasi dan curah hujan di Long

Island, NY Studi tentang air tanah dan infiltrasi menyebabkan perkembangan teknik untuk

pemisahan aliran dasar dan antar-aliran dalam hidrograf (Barnes 1940).

Puis (1928), dari US Army Corps of Engineers, Kabupaten Chattanooga, mengembangkan sebuah

metode untuk aliran routing melalui waduk, dengan asumsi hubungan invariabel penyimpanan-

debit dan mengabaikan kemiringan propagasi variabel selama banjir. Metode ini, kemudian

dimodifikasi oleh US Bureau of Reklamasi (1949), sekarang disebut sebagai metode Puis diubah.

Menggunakan konsep wedge dan penyimpanan prisma, McCarthy dan lain-lain mengembangkan

metode Muskingum aliran routing di 1934-1935 (US Army Corps of Engineers 1936). Metode ini

masih digunakan untuk routing banjir di beberapa DAS model.

Setelah tenang hampir seperempat abad di bidang pemodelan curah hujan-limpasan, kesibukan

model mulai sekitar pertengahan tahun 1950-an. Sebuah upaya besar dipekerjakan teori sistem

linier, yang menyebabkan teori hidrograf unit sesaat oleh Nash (1957) dan kemudian teori

hidrograf satuan umum oleh Dooge (1959). Lighthill dan Whitham (1955) mengembangkan teori

gelombang kinematik untuk aliran routing di sungai-sungai panjang. Teori ini kini diterima sebagai

alat standar untuk pemodelan atas aliran tanah dan berbagai proses hidrologi lainnya;.

IV. PEMODELAN SISTEM HIDROLOGI DAS

  Model hidrologi DAS merupakan kumpulan deskripsi matematis dari komponen siklus hidrologi. Struktur model dan arsitekturnya ditentukan oleh tujuan pembangunan model. Sebagai contoh, model hidrologi untuk pengendalian banjir akan berbeda dari satu waduk yang digunakan untuk PLTA atau tidak. Demikian juga, sebuah model untuk perencanaan sumber air akan berbeda dengan digunakan untuk desain pengelolaan ekologi. Model hidrologi diklasifikasikan oleh Singh berdasarkan: (1) deskripsi proses; (2) skala waktu; (3) skala ruang; (4) teknik dari solusi, (5) penggunaan lahan, dan (6) penggunaan model. Sementara ASCE meneliti dan mengelompokkan model analisis banjir menjadi: (1) event-

  

based precipitation-runoff models; (2) continuous precipitation-runoff models; (3) steady

flow routing models; (4) unsteady-flow flood routing models; (5) reservoir regulation

models; dan (6) flood frequency analysis models (Singh, 2002).

  Meskipun persamaan matematika dalam model DAS yang berkelanjutan dalam waktu dan sering ruang, solusi analitis tidak dapat diperoleh kecuali dalam keadaan sangat sederhana. metode numerik (beda hingga, elemen hingga, elemen batas, batas dipasang koordinat) harus digunakan untuk kasus-kasus praktis. Rumusan yang paling umum akan melibatkan persamaan diferensial parsial dalam tiga dimensi ruang dan waktu. Jika derivatif spasial diabaikan, model dikatakan "disamakan", jika tidak, itu dikatakan "didistribusikan," dan output solusinya () adalah persimpangan ruang dan waktu. Sebenarnya, jika model benar- benar didistribusikan, semua aspek dari model yang harus didistribusikan termasuk parameter awal dan kondisi batas, dan sumber-sumber dan tenggelam. Praktis keterbatasan data dan deskripsi geometri diskrit DAS dan parameter agar sesuai dengan grid solusi numerik atau mesh tidak mengijinkan karakterisasi sepenuhnya didistribusikan. Kebanyakan model hidrologi DAS adalah deterministik, tetapi beberapa terdiri dari satu atau lebih komponen stokastik.

  Beberapa disiplin ilmu telah mengembangkan deskripsi matematis dari komponen dari siklus hidrologi, dengan menggunakan prinsip-prinsip fisika dasar dalam hubungannya dengan data eksperimen. Kesetiaan fisik model ini tergantung pada tujuan peneliti dan alat yang tersedia untuk memecahkan persamaan yang dihasilkan. Para modeler DAS memiliki lintang luas dalam memilih tingkat kekakuan atau detail yang diperlukan model komponen individu, dan pilihan dipengaruhi oleh tujuan, topografi DAS, geologi, tanah, penggunaan lahan, dan informasi yang tersedia. Meskipun model DAS mungkin rumit dengan banyak parameter, sering, informasi yang mereka diwajibkan untuk menyediakan sangat sederhana, seperti misalnya, tingkat resapan air tanah rata-rata tahunan atas bagian dari cekungan atau banjir 100 tahun. alat statistik, termasuk regresi dan analisis korelasi, analisis time-series, stokastik proses, dan analisis probabilistik yang diperlukan untuk menganalisis output untuk menyediakan jenis informasi ini. Karena ketidakpastian dalam struktur model, nilai parameter dan curah hujan, dan input iklim lainnya, analisis ketidakpastian dan analisis reliabilitas dapat digunakan untuk meneliti dampaknya.

  Wurbs (1998) menyoroti ketersediaan dan peran paket pemodelan komputer umum dan pengaturan kelembagaan yang digariskan di mana model yang disebarluaskan ke seluruh pelosok masyarakat air. sumber daya air Generalized model diklasifikasikan ke dalam (1) model DAS; (2 hidrolika sungai) model, (3) model air sungai dan waduk mutu; (4) reservoir / sistem operasi model sungai; (S) model air bawah tanah; (6) air hidrolik model sistem distribusi dan model permintaan (7) peramalan.

V. SIMPULAN DAFTAR PUSTAKA

  Beasley, D.B., L.F. Huggins, E.J. Monke, 1980. ANSWERS: A Model for Watershed

  Planning dalam Prosiding Transaction of The American Society of Agricultural Engineers 23(04), hlm.938-944.

  Pawitan, Hidayat, 1998. Tinjauan Penelitian dan Pemodelan Hidrologi Daerah Aliran

  Sungai. Bahan Diskusi Program Penelitian pada Baiai Teknologi Pengelolaan DAS Solo, 22 Januari, 21 hlm.

  Singh, Vijay P. dan David A. Woolhiser, 2002. Mathematical Modelling of Watershed Hydrology dalam Journal of Hydrologyc Engineering (July/August), hlm.270-292.

  Sridadi, Bambang, 2009. Pemodelan dan Simulasi Sistem : Teori, Aplikasi dan Contoh Program dalam Bahasa C. Penerbit Informatika, Bandung.

  Bahkan jika tak dapat disolusi secara eksak, hasil dari soal linier dapat diramalkan, sementara hasil soal nonlinier adalah tak terpisahkan tak dapat diramalkan. Soal nonlinier menjadi minatkarena pada umumnya sistem fisis di alam adalah tak dapat dipisahkan dari sifat nonlinier. Contoh-contoh fisis sistem linier adalah tidak sangat umum. Persamaan nonlinier rumit untuk disolusi dan memunculkan fenomena menarik semisal Cuaca adalah contoh sistem nonlinier yang terkenal, dimana perubahan sederhana dalam satu bagian sistem menghasilkan akibat yang kompleks secara keseluruhan.

Dokumen baru

Dokumen yang terkait

SISTEM OTOMATISASI SONAR (LV MAX SONAR EZ1) DAN DIODA LASER PADA KAPAL SELAM
15
214
17
PERANCANGAN SISTEM PENGEREMAN HIDROLIS PADA MOBIL URBAN DIESEL TUGAS AKHIR BIDANG KONTRUKSI
8
121
19
PENGEMBANGAN SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI AIR BERSIH DI KECAMATAN TUREN
0
61
2
ANALISIS SISTEM PENGUKURAN DEBIT LIMBAH KERTAS PADA INDUSTRI DI PT. EKA MAS FORTUNA MENGGUNAKAN READWIN® 2000
0
51
1
PENGARUH PENGGUNAAN MODIFIER OLI BEKAS PADA CAMPURAN PERKERASAN LASBUTAG DENGAN SISTEM HOTMIX
0
33
2
PENGEMBANGAN SISTEM PENYEDIAAN AIR BERSIH PADA KECAMATAN PESANTREN KOTA KEDIRI
0
47
2
ANALISIS SISTEM TEBANG ANGKUT DAN RENDEMEN PADA PEMANENAN TEBU DI PT PERKEBUNAN NUSANTARA X (Persero) PABRIK GULA DJOMBANG BARU
36
323
27
ANALISIS SISTEM PENGENDALIAN INTERN DALAM PROSES PEMBERIAN KREDIT USAHA RAKYAT (KUR) (StudiKasusPada PT. Bank Rakyat Indonesia Unit Oro-Oro Dowo Malang)
160
698
25
SIMULASI SISTEM KENDALI KECEPATAN MOBIL SECARA OTOMATIS
1
81
1
SISTEM INFORMASI PEMBELIAN DAN PENJUALAN PADA PUJASEGA FAMILY RESTO GARUT
4
24
52
SISTEM INFORMASI PENGGAJIAN DI MTs MUHAMMMDIYAH 6 AL-FURQON TASIKMALAYA
3
39
28
ANALISIS KELAYAKAN FINANSIAL TERNAK ITIK PETELUR DENGAN SISTEM INTENSIF DAN TRADISIONAL DI KABUPATEN PRINGSEWU
10
117
159
PENGGUNAAN BAHAN AJAR LEAFLET DENGAN MODEL PEMBELAJARAN THINK PAIR SHARE (TPS) TERHADAP AKTIVITAS DAN HASIL BELAJAR SISWA PADA MATERI POKOK SISTEM GERAK MANUSIA (Studi Quasi Eksperimen pada Siswa Kelas XI IPA1 SMA Negeri 1 Bukit Kemuning Semester Ganjil T
47
275
59
PENINGKATAN KEMAMPUAN MENULIS PUISI BEBAS MELALUI TEKNIK PEMODELAN PADA SISWA KELAS VIII-1 SMP NEGERI 1 LABUHAN RATU LAMPUNG TIMUR TAHUN PELAJARAN 2011/2012
3
38
108
TINJAUAN DESKRIPTIF TENTANG SISTEM PEWARISAN PADA MASYARAKAT BATAK TOBA DI KECAMATAN NATAR KABUPATEN LAMPUNG SELATAN
3
35
57
Show more