1

Pengenalan Software Pengenalan Software

Pemodelan Hidrodinamikaoleh:

Ir. Adam Pamudji R., MSc, Ph.D

2

Jenis Software (=model matematik)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.

3

Jenis Software (=model matematik)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

4

Model matematik dalam pengembangan dan penelitian

Model matematik dalam pengembangan dan penelitian

Interaksi gelombang dan arus (2D) Arus 2D multi layer dan 3D Sedimen pantai 2D Dll.

5

Peran SoftwarePeran 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

6

Studi / Analisis Simulasi untuk Evaluasi Alternatif Penanganan Problem Hidraulika

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

7

Role of Modelling in Engineering Design and Evaluation

Role of Modelling in Engineering Design and Evaluation

• Optimizing Lay-out, Size and Form of Hydraulic Structure

In Design

Design Procedure Design Code Simple

optimize Modelling•Physical•Mathematicalcomplex

phenomena

8

Peran Pemodelan dalam Engineering Design and Evaluation

Peran Pemodelan dalam Engineering Design and Evaluation

•Problem polusi di sungai atau pantai •Tata-letak bangunan air yang ada• Pengerukan dan pembuangan sedimen• problem erosi dan sedimentasi/ pengendapan

Dalam kegiatan evaluasi

Memerlukan Pemodelan Hidrodinamika

9

Model Fisik dan Model MatematikModel Fisik dan Model Matematik

Model Fisik• Kesebangunan• Penyedeerhanaan

Model Matematik• Persamaan Matematik• Penyederhanaan

Pendekatan Hybrid : Kombinasi dua pendekatan tersebut

Keterbatasan

Bermasalah pada :•Skala ruang•Skala waktu

Bermasalah pada•Data kurang•Kualitas data rendah •Pemahaman proses

Both are needed when algebraic computation has “too” many simplifications

10

Proses Hidrodinamika pada AliranSungai, Estuari and PantaiProses Hidrodinamika pada AliranSungai, 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)

11

Model HidrodinamikaModel Hidrodinamika

Model Aliran

Sedimen

Pollutan

Perubahan Dasar

Solusi Numerik

coupled

(time scale problem)

12

Mutu Model (Pemodelan) MatematikaMutu Model (Pemodelan) Matematika

Faktor-faktor yang menentukan keakuratan hasil

1. Persamaan Matematika• Sejauh mana persamaan matematika

menirukan fenomena alam2. Data Input

• Bagaimana akurasi data masukan• Pemilihan data yang merepresentasikan

fenomena atau masalah3. Skema Numerik

• Order of accuracy• Stabilitas Numerik

4. Diskretisasi Domain Komputasi5. Validasi / Kalibrasi

13

Pertanyaan-pertanyaan tentang KehandalanPertanyaan-pertanyaan tentang Kehandalan

• Memerlukan pemahaman proses hidrodinamik• Periksa konservasi massa• Periksa konservasi fluks momentum dan gaya• Periksa penampakan sirkulasi (mungkin osilasi)

Apakah hasil simulasi make sense ?

14

Apakah Pemodelan memang Diperlukan ?Apakah Pemodelan memang Diperlukan ?

• 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

Diperlukan jika :

15

Keandalan ModelKeandalan 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

16

Keandalan ModelKeandalan 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

17

Sensitivity Analysis and CalibrationSensitivity Analysis and Calibration

• Normally, calibration process needsexpensive 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

18

Are we sure that the model result is simulating the 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 complexThe model is only duplicate part of it, not all

19

Mathematical Model ContributionMathematical Model Contribution

Gives a lot of qualitative improvement in prediction than before (1D – 2D – 3D)

Provides qualitative descriptionIn certain accuracy, it does useful

prediction for engineering decision

20

Langkah-langkah Ideal Studi Model MatematikLangkah-langkah Ideal Studi Model Matematik

Pengumpulan data sekunder (yang telah ada)

Analisis sensitifitas Survei lapangan Analisis kalibrasi Analisis/ simulasi prediktif Interpretasi dan pembahasan hasil

21

Pengumpulan Data SekunderPengumpulan 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

22

Analisis SensitifitasAnalisis 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.

23

Survei Lapangan 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

24

Survei Lapangan 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

25

Analisis KalibrasiAnalisis 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

26

Analisis/ Simulasi PrediktifAnalisis/ 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

27

Interpretasi HasilInterpretasi 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)

28

Aplikasi Model Hidrodinamika Aplikasi Model Hidrodinamika

1. Arus oleh Pasang-surut dan Angin

2. Penyebaran Polutan/ Air panas

3. Penyebaran Sedimen

29

Kasus Analisis Sebaran SedimenKasus 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

30

Analisis Sebaran SedimenAnalisis Sebaran Sedimen

Lokasi dan batimetri pantai

31

Arus dan Sebaran SedimenArus dan Sebaran Sedimen

32

Kasus Analisis Sebaran Panas dan SedimenKasus Analisis Sebaran Panas dan Sedimen

Water cooling system of POPKA Project, PT Pupuk Kaltim

KalimantanTimur Selat

Sulawesi

Study Area

33

Kasus Analisis Sebaran Panas dan SedimenKasus 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

34

Pola ArusPola Arus

Model of present condition of coastline around the intake structures

Fokus perhatian pada arus di sekitar intake

35

Sebaran Sedimen dan PanasSebaran Sedimen dan Panassedimen

panas

Sedimen melayang mengancam intake

Air panas tidak mencapai intake

36

Evaluasi Penyelesaian Masalah Banjir di Muara Sungai Progo

Evaluasi Penyelesaian Masalah Banjir di Muara Sungai Progo

Rencana sudetanRencana pengerukan

Problem : apakah sudetan dan pengerukan menurunkan pembendungan pada saluran drainasi

37

Flood Mittigation Problem di Sungai Tukai, TrangganuFlood Mittigation Problem di Sungai Tukai, Trangganu

Evaluasi kualitatif/ Demo

38

Animasi Hasil SimulasiAnimasi Hasil Simulasi

39

Surface Water Modelling System (SMS)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

40

SMS ModulesSMS Modules

There are 5 Modules1. 2D Mesh Module2. 2D Boundary Fitted Grid Module3. 2D Scattered Point Module4. Map Module5. River Module

Each has its specific Tool Palette and Menu

41

2D Mesh Module2D Mesh Module

Pre-post Processing for :1. TABS (RMA2, RMA4)2. SED2D3. FESWMS4. HIVEL5. Coastal Models

• ADCIRC• CGWAVE

42

2D Mesh Module2D Mesh Module

Pre-processing :Mesh generation and manipulation

Post-processing :• contour• fringe• vector• animation

43

2D Boundary Fitted Grid Module2D Boundary Fitted Grid Module

Pre-processing :2D Grid for 3D FD Model

(under development)GMS

44

2D Scattered Point Module2D 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

45

Map ModuleMap Module

Pre-processing :Manipulating objects1. Feature2. Image3. Drawing4. DXF

46

Feature ObjectsFeature Objects

Creating a conceptual model of site to automatically generate :1. Grid, FEMesh2. Boundary Condition3. Mesh Property4. Etc.

47

The Other ObjectsThe 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

48

River ModuleRiver Module

Pre-processing:• Construct 1D river profile• “Tree” of data• WSPRO

• Can be edited directly or• Generated from Map Module

49

SelesaiSelesai

Terima Kasih

Ke dasar-dasar pemodelan