Post on 09-Dec-2015
description
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