Pengenalan Software Pemodelan Hidrodinamika oleh: Ir. Adam Pamudji R., MSc, Ph.D
1
Jenis Software (=model matematik) n Gelombang (refraksi, difraksi )
– RCPWAVE – CGWAVE n Sedimen pantai 1D (pasir) – Genesis n Arus muara sungai dan pantai (2 dimensi) – Mike21 – SMS (RMA2) – TELEMAC – Dll. 2
Jenis Software (=model matematik) n Polutan (2 dimensi)
– SMS (RMA4) – Dll. (oil spill problem) n Sedimen suspensi perairan – SED2D n Arus 1D channel Network – Duflow (+ polutan) – Network – Gama Flow 3
Model matematik dalam pengembangan dan penelitian n Interaksi gelombang dan arus (2D) n Arus 2D multi layer dan 3D n Sedimen pantai 2D n Dll.
4
Peran Software n Peran software adalah alat untuk melakukan
studi/analisis simulasi arus sungai dan proses pantai n Umumnya hanya sebagian arus sungai dan proses pantai yang dimodelkan oleh suatu software n Catatan : – model adalah tiruan – Simulasi adalah proses yang dilakukan oleh model menirukan proses alam yang telah, sedang atau akan/ mungkin/ 5 seandainya terjadi
Studi / Analisis Simulasi untuk Evaluasi Alternatif Penanganan Problem Hidraulika n Studi model merupakan bagian dari
evaluasi dampak dari berbagai alternatif penanganan problem hidraulika n Simulasi komputer sendiri memerlukan dukungan data atau aktifitas lainnya n Aktifitas pendukung itu adalah dalam rangka menyiapkan data masukan dan memeriksa keandalan model dan hasil simulasinya 6
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 complex phenomena
Modelling • Physical • Mathematical
7
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 8
Model Fisik dan Model Matematik Model Fisik Model Matematik • Kesebangunan • Persamaan Matematik • Penyedeerhanaan • Penyederhanaan Pendekatan Hybrid : Kombinasi dua pendekatan tersebut Both are needed when algebraic computation has “too” many simplifications
Keterbatasan Bermasalah pada Bermasalah pada : • Data kurang • Skala ruang • Kualitas data rendah • Skala waktu • Pemahaman proses 9
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) 10
Model Hidrodinamika Model Aliran Sedimen
coupled Perubahan Dasar
(time scale problem)
Pollutan Solusi Numerik
11
Mutu Model (Pemodelan) Matematika Faktor-faktor yang menentukan keakuratan hasil 1. Persamaan Matematika • Sejauh mana persamaan matematika menirukan fenomena alam 2. Data Input • Bagaimana akurasi data masukan • Pemilihan data yang merepresentasikan fenomena atau masalah 3. Skema Numerik • Order of accuracy • Stabilitas Numerik 4. Diskretisasi Domain Komputasi 5. Validasi / Kalibrasi 12
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)
13
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 14
Keandalan Model n 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 15
Keandalan Model n Simulasi adalah menjalankan model tersebut
dengan kondisi awal dan batas yang berbeda-beda untuk berbagai situasi n Uji kehandalan model atau pemeriksaan atau verifikasi model dapat dilakukan dengan: – Kalibrasi/ peneraan model – Pembandingan hasil simulasi dengan data lapangan (verifikasi) n Proses kalibrasi sering merupakan usaha sebatas meminimisasi penyimpangan hasil simulasi terhadap data lapangan 16
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
17
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 18
Mathematical Model Contribution ü Gives a lot of qualitative improvement in prediction than before (1D – 2D – 3D) ü Provides qualitative description ü In certain accuracy, it does useful prediction for engineering decision
19
Langkah-langkah Ideal Studi Model Matematik n Pengumpulan data sekunder (yang
telah ada) n Analisis sensitifitas n Survei lapangan n Analisis kalibrasi n Analisis/ simulasi prediktif n Interpretasi dan pembahasan hasil 20
Pengumpulan Data Sekunder n Peta topografi dan batimetri n Foto udara n Data pasang surut, gelombang,
angin, arus n Studi model yang pernah ada yang sejenis n Dll. sesuai kasus per kasus 21
Analisis Sensitifitas n Melakukan pemodelan dengan keadaan
pantai dan perairannya pada kondisi sekarang n Melakukan simulasi dengan berbagai nilai parameter hidrodinamika yang divariasi sedikit-sedikit dan melihat respons perubahan hasil simulasi n Contoh parameter yang diuji: – – – – –
Mesh / ukuran diskretisasi Kekasaran dasar Koefisien difusi Koefisien drag angin Dll. 22
Survei Lapangan n Tinjauan lapangan/ Preliminary Survey n Pengukuran secara simultan 3 atau 4 hari
– Pasang-surut, – Arus, – Gelombang, – Angin – Sedimen – Polutan / atau salinitas – Debit sungai di muara 23
Survei Lapangan n Analisis hasil pengukuran survei n Pembahasan dan pengolahan
(pembandingan dengan data sekunder, pemilihan dan pemfilteran) untuk pemeriksaan mutu data hasil pengukuran yang akan dibandingkan dengan hasil simulasi
24
Analisis Kalibrasi n Seperti pada analisis sensitifitas
ditambah dengan pengukuran penyimpangan hasil dan pencarian nilai parameter terbaik bagi model n Dilakukan simulasi keadaan saat pengukuran lapangan berkali-kali dengan berbagai kombinasi nilai parameter 25
Analisis/ Simulasi Prediktif n Simulasi beberapa alternatif
penanganan atau pengembangan pada kondisi yang akan datang – Average data – Extreem data – Selected data (kesepakatan) n Perubahan lay-out dan data kondisi batas model sesuai keadaan di masa datang 26
Interpretasi Hasil n Diperlukan kemampuan membaca
kemungkinan adanya numerical instability n Diperlukan pemeriksaan sensibilitas hasil (masuk akal atau tidak) n Pembahasan tentang penyimpangan yang mungkin n Jika perlu dilakukan simulasi ulang untuk melihat kisaran hasil (kemungkinan terburuk dan terbaik)
27
Aplikasi Model Hidrodinamika 1. Arus oleh Pasang-surut dan Angin 2. Penyebaran Polutan/ Air panas 3. Penyebaran Sedimen
28
Kasus Analisis Sebaran Sedimen n Proyek PLTGU Tanjung Jati B Jepara n Evaluasi sebaran sedimen suspensi dari
muara sungai untuk melihat ancaman pendangkalan pada dermaga/ jetty n Simulasi dilakukan untuk beberapa ukuran sedimen suspensi secara terpisah n Identifikasi ukuran butiran yang akan sampai pada daerah yang terancam pendangkalan
29
Analisis Sebaran Sedimen n Lokasi dan batimetri pantai
30
Arus dan Sebaran Sedimen
31
Kasus Analisis Sebaran Panas dan Sedimen n Water cooling system of POPKA
Project, PT Pupuk Kaltim Study Area
Kalimantan Timur
Selat Sulawesi
32
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 33
Pola Arus
Model of present condition of coastline around the intake structures
Fokus perhatian pada arus di sekitar intake
34
Sebaran Sedimen dan Panas sedimen Sedimen melayang mengancam intake
Air panas tidak mencapai intake
panas 35
Evaluasi Penyelesaian Masalah Banjir di Muara Sungai Progo
Rencana sudetan
Rencana pengerukan
Problem : apakah sudetan dan pengerukan menurunkan pembendungan pada saluran drainasi
36
Flood Mittigation Problem di Sungai Tukai, Trangganu Evaluasi kualitatif / Demo
37
Animasi Hasil Simulasi
38
Surface Water Modelling System (SMS) n Pre-post processor Moduls – – – – –
Mesh Modul Map Modul Grid Modul Scattered Data Modul River Modul
n Analysis Moduls – – – – – – –
RMA2 RMA4 SED2D FESWMS HIVEL CGWAVES WSPro 39
SMS Modules There are 5 Modules 1. 2D Mesh Module 2. 2D Boundary Fitted Grid Module 3. 2D Scattered Point Module 4. Map Module 5. River Module Each has its specific Tool Palette and Menu
40
2D Mesh Module Pre-post Processing for : 1. TABS (RMA2, RMA4) 2. SED2D 3. FESWMS 4. HIVEL 5. Coastal Models • ADCIRC • CGWAVE 41
2D Mesh Module Pre-processing : Mesh generation and manipulation Post-processing : • contour • fringe • vector • animation
42
2D Boundary Fitted Grid Module Pre-processing : 2D Grid for 3D FD Model (under development) GMS
43
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 44
Map Module Pre-processing : Manipulating objects 1. Feature 2. Image 3. Drawing 4. DXF
45
Feature Objects Creating a conceptual model of site to automatically generate : 1. Grid, FEMesh 2. Boundary Condition 3. Mesh Property 4. Etc. 46
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 47
River Module Pre-processing: • Construct 1D river profile • “Tree” of data • WSPRO • Can be edited directly or • Generated from Map Module
48
Selesai Terima Kasih
Ke dasar-dasar pemodelan 49
