DEBIT ANDALAN -
Pemo Pe mode dela lan n De Debi bitt Sinte Sintesi sis s Keterb rbat atas asan an data data debit debit seri sering ng terj terjad adii dan dan menj menjad adii perm permas asal alah ahan an dala dalam m pere perenc ncan anaa aan n • Kete sumbe umberr daya daya air air. •
, model/simulasi curah hujan – limpasan (rainfall – runoff) berdasarkan data hujan dan evapotranspirasi yang umumnya menggunakan konsep model tampungan yang DAS yang yang dika dikajji, ter terutam utama a kapa kapasi sita tasn snya ya dal dalam mena menamp mpun ung g air air huja hujan. n.
• Beberapa metode yang umumnya digunakan untuk memodelkan curah hujan – • NREC NRECA A (Nat (Natio iona nall Rura Rurall Elec Electr tric ic Coop Cooper erat ativ ive e As Asso soci ciat atio ion) n) • F.J. Mock Mock •
acra acrame men no
Model NRECA • Model ini dikembangkan oleh Norman H. Crawford (1985) dengan mengasumsikan
DAS sebagai tampungan yang dapat dibagi menjadi 2 bagian. Pembagian tersebut infiltrasi air hujan yang melaluinya. Kedua bagian tersebut adalah : 1.
Zona atas yang dianggap sebagai tampungan air yang terjadi akibat adanya . Tampungan ini biasanya dinyatakan dalam tingkat kelengasan tanah (soil moisture)
.
kapasitas tanah dalam menahan air pada saat tanah tersebut jenuh (air tanah). • Tingkat kelengasan ditentukan oleh neraca air hujan dan evapotranspirasi aktual.
e a cura u an yang er a e esar ar evapo ransp ras a ua , a an er apa kelebihan air yang mampu menambah kelengasan tanah sehingga tanah menjadi jenuh dan akan melimpahkan kelebihan airnya dalam dua bentuk, yaitu sebagai aliran tanah. Aliran permukaan yang terjadi dari tampungan air tanah yang keluar kembali disebut Base Flow.
Skema Perhitungan NRECA PREC, PET
AET Water Balance = Prec - AET Excess Moisture = (Water Balance)(Excess Moisture Ratio) ΔStorage
= Water Balance – Excess Moisture =
MOISTURE STORAGE
PSUB: koefisien pengisian tampungan air tanah : Koefisien karakteristik air tanah
-
DIRECT FLOW
EXCESS MOISTURE
PSUB
RECH TO GWFlow=(GWF) (EndGWStorage) =
STORAGE
FLOW
DirFlow + GWFlow
GWF = EndGWStorage = BeginGWStorage + RechGW
DISCHARGE
Menentukan Kelengasan Tanah Agar tampungan akibat kelembaban tanah dapat terjadi, diperlukan nilai awal kelembaban tanah pada tingkat tertentu. Besarnya infiltrasi air hujan menuju tampungan . • WATER BALANCE = RAIN – EACT • EACT
= K1 x EPOT - ,
OLD
NOM
,
OLD
NOM
dimana : EACT
= evapotranspirasi aktual (mm)
RAIN
= curah hujan pada periode yang ditinjau (mm)
K1
= rasio antara evapotranspirasi aktual dan evapotranspirasi potensial
SM
= kelen asan tanah ada akhir eriode sebelumn a mm
SMNOM
= kapasitas (nominal) kelengasan tanah (mm)
EPOT
= evapotranspirasi potensial (mm) Kc x Eto
a
OLD
NOM
, a au
, ma a
=
.
Menentukan Tampungan Air Tanah Pada saat hujan lebih besar dari evapotranspirasi aktual, akan terjadi infiltrasi menuju zona bawah sehingga akan menambah volume air tanah sebesar: • ESM = 0,5 x [1 + tgh (2 SMOLD/SMNOM - 2] x (RAIN-EACT)
dimana : = ng a peng s an ampungan a r ana
engan asums s s em n er mm
KRECH = koefisien pengisian tampungan air tanah ESM = kelebihan kelengasan tanah (mm) Besar kelebihan kelengasan tanah akan menjadi limpasan langsung yang besarnya dapat ditentukan sbb.: • QDIR = ESM – RECH
Dengan demikian, besar tampungan (reservoir) air tanah (GW) akan bertambah sebesar RECH. Pada suatu saat sebagian air dari tampungan air tanah tersebut akan menjadi • QBASE = (GWOLD + RECH) x KBASE
dimana : .
Total Runoff Dengan diketahuinya besaran kedua tampungan tersebut, besarnya total Runoff pada model NRECA dapat diekspresikan dalam bentuk :
Model F. J. Mock • Analisis keseimbangan air untuk menghitung harga debit bulanan berdasarkan
tranformasi data curah hujan bulanan, evapotranspirasi, kelembaban tanah dan . . . • Metode empiris tersebut digunakan apabila terdapat catatan debit sungai yang hilang. • Prinsip metode Mock menyatakan bahwa hujan yang jatuh pada daerah tangkapan air,
se ag an a an ang a a evapo ransp ras , se ag an a an angsung men a rec runoff dan sebagian lagi akan masuk ke dalam tanah atau terjadi infiltrasi. Infiltrasi ini mula-mula akan menjenuhkan permukaan tanah, kemudian terjadi perkolasi ke air . hujan yang jatuh dengan evapotranspirasi, direct runoff, dan infiltrasi, dimana infiltrasi ini kemudian berupa soil moisture dan ground water discharge. Aliran dalam sungai . • Curah hujan rata-rata bulanan di daerah pengaliran sungai dihitung berdasarkan data
pengukuran curah hujan dan evapotranspirasi yang sebenarnya dari data meteorologi . curah hujan dan evapotranspirasi mengakibatkan limpasan air hujan langsung (direct runoff), aliran dasar/air tanah dan limpasan air hujan lebat (storm runoff)
Konsep Model
Skema Perhitungan
Model Sacramento • Model Sacramento merupakan salah satu model konseptual yang berupaya
memperhitungkan secara lebih detail pengaruh parameter tanah terhadap kandungan . dikembangkan oleh National Weather Service Forecast Center di Sacramento, California, Amerika Serikat. beberapa waduk/tampungan yang saling berhubungan dan mempunyai kapasitas tertentu. Dalam hal ini DAS dibagi dalam beberapa komponen yaitu terdiri dari : - zona bawah • Perkolasi • Aliran air tanah • Evaporasi • Debit sungai, terdiri dari
- aliran dari areal kedap air - aliran permukaan yang kedap air - interflow - base flow
Deskripsi Komponen Model 1. Lahan Lahan dibagi atas lahan yang tidak kedap air (previous) dan lahan yang tidak kedap air mprev ous . Untuk lahan yang kedap air (imprevious), hujan langsung masuk ke dalam saluran/sungai dari sitem drainase alami. Dengan catatan, pada lahan yang tidak kedap air (previous), sebelum air sampai di saluran, sebagian dari air hujan yang jatuh masuk kedalam tanah sampai tanah menjadi jenuh. Dengan demikian, sistem drainase dari bagian lahan yang previous dari daerah tangkapan dibagi menjadi : zona atas, yang menyatakan sistem tanah permukaan catchment zona bawah, yang menyatakan sistem tampungan air tanah bebas (free water ) . Pada umumnya resapan air akan membentuk tension water sampai tanah menjadi jenuh, pada saat tanah menjadi jenuh, tension water mencapai nilai , .
Konsep Model
Skema Model ET DEMAND
PRECIPITATION INPUT DIRECT ET
PERVIOUS A REA
IMPERVIOUS
RUNOFF
UPPER ZONE SURFACE RUNOFF
TENSION WATER
UZTWM FREE WATER
UZFWM
INTERFLOW
ET PERCOLATION ZPERC x REXP
TOTAL
ET
CHANNEL 1-PFREE
DISTRIBUTION
STREAM
FUNCTION
FLOW
FLOW
PFREE
LOWER ZONE
ET
FREE
FREE
TENSION WATER
P
S
LZTM
LZTM
LZTM
SUPLEMENTAL BASE FLOW
RSERV
BASE PRIMARY BASE FLOW
FLOW
SIDE
SUBSURFACE DISCHARGE
2. Zona Atas Tension water pada zona atas menyatakan volume air hujan yang masih dapat ditampung tanah pada keadaan kering sampai terjadinya pelepasan air oleh tanah tersebut. Jika kapasitas maksimum tampungan zona atas terlampaui, maka selebihnya menjadi air bebas yang dapat menjadi interflow ke saluran atau menjadi perkolasi ke zona bawah. Interflow ter adi han a ika curah hu an melam aui la u erkolasi. Zona atas dian a sebagai tampungan linear yang dikuras secara eksponensial. Besarnya Interflow adalah sbb.: Q
= UZFWC * UZK
dimana : UZFWC = volume air bebas pada zona atas = oe s en pengosongan un u zona a as Jika curah hujan melampaui intensitas perkolasi dan kapasitas drainase interflow maksimum, maka tampungan zona atas bebas akan terisi penuh dan terjadilah aliran permu aan. 3. Zona Bawah Tension Water pada zona bawah merupakan sisa volume air yang diperlukan untuk kelembaban tanah yang terjadi akibat daya tarik molukeler tanah. Dalam hal ini, volume air an dimaksud tidak termasuk air tanah bebas an men isi ori- ori tanah. Volume air ini dinyatakan dengan LZTM.
4. Intensitas Perkolasi a u per o as ar zona a as e zona awa ergan ung pa a e u u an zona awa , yaitu kebutuhan yang ditentukan oleh isi zona bawah relatif terhadap kapasitasnya. Kebutuhan perkolasi zona bawah yang minimal terjadi jika ketiga tampungan zona bawah . , dengan aliran air tanah dari tampungan utama dan tambahan yang sudah penuh. Jika kebutuhan minimum adalah PBASE, maka : = * * dimana : PBASE = Percolation Base = LZPK = faktor drainase tampungan utama LZFSM = kapasitas tampungan air bebas tambahan zona bawah LZSK = faktor drainase tam un an tam un an tambahan Kebutuhan perkolasi zona bawah yang maksimum terjadi jika tampungan zona bawah dalam keadaan kosong. Besarnya perkolasi maksimum ini adalah : PERC maks.kebutuhan = PBASE * (1 + ZPERC) dimana pada umunya ZPERC >>1. Sedangkan perkolasi yang aktual adalah : PERC akt. = PBASE * (1 + ZPERC * G) dimana : G = (A/B) * REXP A = jumlah dari seluruh kapasitas zona bawah - isi zona bawah B = jumlah dari seluruh kapasitas zona bawah
5. Aliran Air Tanah Jumlah aliran diasumsikan sebagai tampungan yang mempunyai sistem yang berprilaku linear, sehingga dapat dituliskan sbb.: Q BASE = LZFPC * LZPK + LZFSC * LZSK dimana : LZFPC = isi zona air bebas utama LZFSC = isi zona air bebas tambahan a or ra nase an apa en u an engan mu a ar urva reses hidrograf, dengan menggambarkan pada kertas semi logaritmik, dan berdasarkan persamaan berikut : dan LZPK = 1 – K K dt
= koefisien resesi = waktu (misalnya hari) = QPt = debit pada waktu setelah itu Isi maksimum dari zona air bebas bawah adalah : LZFPM = Pmaks/LZPK Dimana QPmaks = nilai maksimum aliran rendah utama
6. Evaporasi vaporas po ens a er a sunga , anau an um u an a r. vaporas ar ag an lahan lainnya ditentukan oleh banyaknya air yang berada di zona tertekan. Jika ED adalah evapotranspirasi potensial dan E1 adalah evapotranspirasi aktual, maka : * Jika E1 < ED, maka air diambil dari zona bawah sebagai berikut : E2 = (ED - E1) * LZTWC/(UZTWM + LZTWM) air bebas melebihi isi tampungan tertekan, maka air dialirkan ke tampungan tertekan sampai terjadi keseimbangan. 7. Debit Aliran Sungai Debit aliran sungai terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut : • Aliran dari areal an keda air • Aliran permukaan dari permukaan yang tidak kedap air Interflow Base flow Daerah pengaliran sungai yang dikaji dapat dimodelkan dalam sebuah segmen, atau lebih. Penelusuran (propagation) hidrograf aliran dapat dilakukan dengan berbagai cara sebagai berikut : • Penjumlahan outflow dari masing-masing segmen • Pada outflow setiap segmen dilakukan pendekatan hidrograf satuan • Dengan pendekatan lapisan (layered) yang masing-masing mempunyai koefisien routing Pada umumnya cara pertama, yaitu penjumlahan outflow dari masing-masing segmen
. Dengan demikian, untuk dntuk dapat memodelkan kondisi aliran sungai dengan baik sesuai dengan konsep tersebut di atas, maka Model Sacramento menggunakan , digunakan. UZTWM =Upper zone tension water maximum (25 - 75 mm) LZTWM =Lower zone tension maximum (75 - 600 mm) LZFSM =Lower zone free secondary maximum LZFPM =Lower zone free primary maximum UZK
=Upper zone koefisien (0,18 - 1,0 ; dengan nilai awal sampai 0,4)
= LZPK =Lower Zone Primary Koefisien ZPERC =Percolation rate increase = xponen o
e perco a on ra e
. – . , engan n a awa
,
PFREE =Bagian percolated yang menjadi free water (0 s/d 0.4, dengan nilai awal 0,20) RSERV =Bagian LZFW yang tidak dapat menguap (0 - 0,4 ; dengan nilai awal 0,30) PCTIM =Bagian lahan yang imprevious (permanen) ADMIMP=Bagian lahan yang imprevious jika semua kebutuhan air terikat dipenuhi =
,
SIDE =Bagian dari base flow yang berasal dari atau keluar catchment lain
Kalibrasi dan Verifikasi Model • Kalibrasi adalah proses memperkirakan parameter model. Untuk proses kalibrasi
diperlukan data debit aliran permukaan dari DAS yang akan dicari besaran parameter . tidak begitu lengkap, untuk itu, sebagai pendekatan, kalibrasi dilakukan dengan menggunakan data debit sungai yang memiliki DAS serupa dengan DAS dari sungai membandingkan debit hasil pemodelan dengan data debit yang ada. Kalibrasi dilakukan sampai terjadi korelasi yang baik antara debit hasil model dan debit en ukuran, aitu an mendekati an ka 1. • Setelah kalibrasi, dilakukan verifikasi, yaitu pemodelan aliran permukaan pada DAS
yang akan dicari debit andalannya dengan menggunakan parameter model yang di eroleh ada roses kalibrasi. Pemodelan/ rediksi debit sintesis dilakukan setelah verifikasi memberikan hasil yang memuaskan yaitu mendekati besarnya debit pengukuran.
