Pemodelan Hidrodinamika oleh: Ir. Adam Pamudji R., MSc, Ph.D Pengenalan Software Pemodelan Hidrodinamika oleh: Ir. Adam Pamudji R., MSc, Ph.D

Jenis Software (=model matematik) Gelombang (refraksi, difraksi ) RCPWAVE CGWAVE Sedimen pantai 1D (pasir) Genesis Arus muara sungai dan pantai (2 dimensi) Mike21 SMS (RMA2) TELEMAC Dll.

Jenis Software (=model matematik) Polutan (2 dimensi) SMS (RMA4) Dll. (oil spill problem) Sedimen suspensi perairan SED2D Arus 1D channel Network Duflow (+ polutan) Network Gama Flow

Model matematik dalam pengembangan dan penelitian Interaksi gelombang dan arus (2D) Arus 2D multi layer dan 3D Sedimen pantai 2D Dll.

Peran Software Peran software adalah alat untuk melakukan studi/analisis simulasi arus sungai dan proses pantai Umumnya hanya sebagian arus sungai dan proses pantai yang dimodelkan oleh suatu software Catatan : model adalah tiruan Simulasi adalah proses yang dilakukan oleh model menirukan proses alam yang telah, sedang atau akan/ mungkin/ seandainya terjadi

Studi / Analisis Simulasi untuk Evaluasi Alternatif Penanganan Problem Hidraulika Studi model merupakan bagian dari evaluasi dampak dari berbagai alternatif penanganan problem hidraulika Simulasi komputer sendiri memerlukan dukungan data atau aktifitas lainnya Aktifitas pendukung itu adalah dalam rangka menyiapkan data masukan dan memeriksa keandalan model dan hasil simulasinya

Role of Modelling in Engineering Design and Evaluation In Design Optimizing Lay-out, Size and Form of Hydraulic Structure Design Procedure Design Code Simple optimize Modelling Physical Mathematical complex phenomena

Peran Pemodelan dalam Engineering Design and Evaluation Dalam kegiatan evaluasi Problem polusi di sungai atau pantai Tata-letak bangunan air yang ada Pengerukan dan pembuangan sedimen problem erosi dan sedimentasi/ pengendapan Memerlukan Pemodelan Hidrodinamika

Model Fisik dan Model Matematik Kesebangunan Penyedeerhanaan Model Matematik Persamaan Matematik Penyederhanaan Pendekatan Hybrid : Kombinasi dua pendekatan tersebut Both are needed when algebraic computation has “too” many simplifications Keterbatasan Bermasalah pada Data kurang Kualitas data rendah Pemahaman proses Bermasalah pada : Skala ruang Skala waktu

Proses Hidrodinamika pada Aliran Sungai, Estuari and Pantai Aliran Air oleh pasang-surut banjir (inertia) seretan angin gelombang Angkutan dan penyebaran polutan (+source & decay) sedimen (+erosion & deposition) salinitas Perubahan elevasi dasar (+by vegetation)

Model Hidrodinamika coupled Model Aliran Sedimen Pollutan (time scale problem) Model Aliran Sedimen Pollutan Perubahan Dasar Solusi Numerik

Mutu Model (Pemodelan) Matematika Faktor-faktor yang menentukan keakuratan hasil Persamaan Matematika Sejauh mana persamaan matematika menirukan fenomena alam Data Input Bagaimana akurasi data masukan Pemilihan data yang merepresentasikan fenomena atau masalah Skema Numerik Order of accuracy Stabilitas Numerik Diskretisasi Domain Komputasi Validasi / Kalibrasi

Pertanyaan-pertanyaan tentang Kehandalan Apakah hasil simulasi make sense ? Memerlukan pemahaman proses hidrodinamik Periksa konservasi massa Periksa konservasi fluks momentum dan gaya Periksa penampakan sirkulasi (mungkin osilasi)

Apakah Pemodelan memang Diperlukan ? Diperlukan jika : Diharuskan oleh peraturan yang berlaku [When it is mandatory to conduct (by code)] Perancang tidak merasa mantab dengan hasil perancangan berdasar prosedur perancangan baku yang ada [Engineer is not confident with the existing design calculation result] The cost less than the value of improvement Will reduce risk of failure considerably

Keandalan Model Dalam hal ini model diartikan meliputi : Software/ program Skematisasi daerah studi (numerical grid/ finite element mesh/ jaring hitungan) Nilai beberapa parameter hidrodinamika dan numeris pada jaring hitungan

Keandalan Model Simulasi adalah menjalankan model tersebut dengan kondisi awal dan batas yang berbeda-beda untuk berbagai situasi Uji kehandalan model atau pemeriksaan atau verifikasi model dapat dilakukan dengan: Kalibrasi/ peneraan model Pembandingan hasil simulasi dengan data lapangan (verifikasi) Proses kalibrasi sering merupakan usaha sebatas meminimisasi penyimpangan hasil simulasi terhadap data lapangan

Sensitivity Analysis and Calibration Normally, calibration process needs expensive field survey It is better to conduct sensitivity analysis before deciding to collect field data Sensitivity analysis may guide to an optimal survey Sensitivity analysis gives the probable worst and best cases Qualitative “calibration” may be used to judge how closed the model simulate the real phenomena

Are we sure that the model result is simulating the phenomena ? How can we answer the very often question : How much the deviation ot the model result from what really will occur ? Remember that : The nature is very complex The model is only duplicate part of it, not all

Mathematical Model Contribution Gives a lot of qualitative improvement in prediction than before (1D – 2D – 3D) Provides qualitative description In certain accuracy, it does useful prediction for engineering decision

Langkah-langkah Ideal Studi Model Matematik Pengumpulan data sekunder (yang telah ada) Analisis sensitifitas Survei lapangan Analisis kalibrasi Analisis/ simulasi prediktif Interpretasi dan pembahasan hasil

Pengumpulan Data Sekunder Peta topografi dan batimetri Foto udara Data pasang surut, gelombang, angin, arus Studi model yang pernah ada yang sejenis Dll. sesuai kasus per kasus

Analisis Sensitifitas Melakukan pemodelan dengan keadaan pantai dan perairannya pada kondisi sekarang Melakukan simulasi dengan berbagai nilai parameter hidrodinamika yang divariasi sedikit-sedikit dan melihat respons perubahan hasil simulasi Contoh parameter yang diuji: Mesh / ukuran diskretisasi Kekasaran dasar Koefisien difusi Koefisien drag angin Dll.

Survei Lapangan Tinjauan lapangan/ Preliminary Survey Pengukuran secara simultan 3 atau 4 hari Pasang-surut, Arus, Gelombang, Angin Sedimen Polutan / atau salinitas Debit sungai di muara

Survei Lapangan Analisis hasil pengukuran survei Pembahasan dan pengolahan (pembandingan dengan data sekunder, pemilihan dan pemfilteran) untuk pemeriksaan mutu data hasil pengukuran yang akan dibandingkan dengan hasil simulasi

Analisis Kalibrasi Seperti pada analisis sensitifitas ditambah dengan pengukuran penyimpangan hasil dan pencarian nilai parameter terbaik bagi model Dilakukan simulasi keadaan saat pengukuran lapangan berkali-kali dengan berbagai kombinasi nilai parameter

Analisis/ Simulasi Prediktif Simulasi beberapa alternatif penanganan atau pengembangan pada kondisi yang akan datang Average data Extreem data Selected data (kesepakatan) Perubahan lay-out dan data kondisi batas model sesuai keadaan di masa datang

Interpretasi Hasil Diperlukan kemampuan membaca kemungkinan adanya numerical instability Diperlukan pemeriksaan sensibilitas hasil (masuk akal atau tidak) Pembahasan tentang penyimpangan yang mungkin Jika perlu dilakukan simulasi ulang untuk melihat kisaran hasil (kemungkinan terburuk dan terbaik)

Aplikasi Model Hidrodinamika Arus oleh Pasang-surut dan Angin Penyebaran Polutan/ Air panas Penyebaran Sedimen

Kasus Analisis Sebaran Sedimen Proyek PLTGU Tanjung Jati B Jepara Evaluasi sebaran sedimen suspensi dari muara sungai untuk melihat ancaman pendangkalan pada dermaga/ jetty Simulasi dilakukan untuk beberapa ukuran sedimen suspensi secara terpisah Identifikasi ukuran butiran yang akan sampai pada daerah yang terancam pendangkalan

Analisis Sebaran Sedimen Lokasi dan batimetri pantai

Arus dan Sebaran Sedimen

Kasus Analisis Sebaran Panas dan Sedimen Water cooling system of POPKA Project, PT Pupuk Kaltim Kalimantan Timur Selat Sulawesi Study Area

Kasus Analisis Sebaran Panas dan Sedimen Analisis sebaran panas dan sebaran sedimen dalam rangka mengetahui pengaruh penambahan kapasitas sistem pendingin pabrik Dilakukan survei hidrodinamika untuk keperluan kalibrasi model Ancaman sedimen melayang terhisap masuk ke dalam sistem pendingin

Pola Arus Fokus perhatian pada arus di sekitar intake Model of present condition of coastline around the intake structures Fokus perhatian pada arus di sekitar intake

Sebaran Sedimen dan Panas Sedimen melayang mengancam intake panas Air panas tidak mencapai intake

Evaluasi Penyelesaian Masalah Banjir di Muara Sungai Progo Rencana pengerukan Rencana sudetan Problem : apakah sudetan dan pengerukan menurunkan pembendungan pada saluran drainasi

Flood Mittigation Problem di Sungai Tukai, Trangganu Evaluasi kualitatif / Demo

Animasi Hasil Simulasi

Surface Water Modelling System (SMS) Pre-post processor Moduls Mesh Modul Map Modul Grid Modul Scattered Data Modul River Modul Analysis Moduls RMA2 RMA4 SED2D FESWMS HIVEL CGWAVES WSPro

SMS Modules There are 5 Modules 2D Mesh Module 2D Boundary Fitted Grid Module 2D Scattered Point Module Map Module River Module Each has its specific Tool Palette and Menu

2D Mesh Module Pre-post Processing for : TABS (RMA2, RMA4) SED2D FESWMS HIVEL Coastal Models ADCIRC CGWAVE

2D Mesh Module Pre-processing : Mesh generation and manipulation Post-processing : contour fringe vector animation

2D Boundary Fitted Grid Module Pre-processing : 2D Grid for 3D FD Model (under development) GMS

2D Scattered Point Module Pre-processing : Interpolation from groups of 2D scattered data to other data types Bathymetry points interpolated to a well structured FE Mesh

Map Module Pre-processing : Manipulating objects Feature Image Drawing DXF

Feature Objects Creating a conceptual model of site to automatically generate : Grid, FEMesh Boundary Condition Mesh Property Etc.

The Other Objects Image Objects: Scanning TIFF file (for base map) Drawing Objects: Adding drawing objects such as line, arrow, etc. DXF: Input from CAD Packages

River Module Pre-processing: Construct 1D river profile “Tree” of data WSPRO Can be edited directly or Generated from Map Module

Selesai Terima Kasih Ke dasar-dasar pemodelan