Permodelan Daerah Aliran Sungai (HEC-HMS Awal)


Permodelan Daerah Aliran Sungai
Model permukaan digital dengan format grid yang dikenal dengan bentuk sel yang beraturan (bujur sangkar), memungkinkan untuk dianalisa lebih lanjut diantaranya untuk mendapatkan skema dan parameter topografi suatu Daerah Aliran Sungai (DAS). Permodelan DAS dari suatu grid adalah dengan memanfaatkan kemampuan analisa dan manipulasi dalam Sistem Informasi Geografis (SIG) yaitu melalui penerapan algoritma tertentu untuk memanipulasi hubungan suatu cell dengan cell yang lain.

  • Penentuan Arah Aliran (Flow Direction)
Zat cair secara alami akan mengalir dari elevasi yang lebih tinggi ke daerah yang elevasinya lebih rendah. Untuk menentukan arah aliran suatu sel dari  DEM  ditentukan dengan membandingkan elevasi sel tersebut dengan elevasi 8 (delapan) tetangganya yang bersebelahan. Maka aliran dari sel ini akan mengalir  ke  arah sel  yang memiliki kemiringan relatif paling curam terhadap sel yang akan ditentukan arah alirannya. Dalam SIG, 8 (delapan) arah aliran yang mungkin akan dilewati oleh suatu sel dikodekan dengan angka-angka. Timur (E) = 1, Tenggara (SE) = 2, Selatan (S) = 4, Barat daya (SW) = 8, Barat (W) = 16, Barat laut (NW) = 32, Utara (N) = 64, dan Timur  it (NE) =128. Sebagai contoh, jika arah aliran dari dari suatu sel setelah kemiringan relatif dari 8 sel sebelahnya dibandingkan adalah ke arah kiri (barat), maka arah aliran pada sel tersebut dikodekan dengan angka 16.
Namun pada kenyataannya terdapat beberapa sel yang tidak dapat didefinisikan arahh alirannya karena elevasi delapan sel tetangganya lebih tinggi. Walupun hal ini bisa saja terjadi secara alami pada permukaan bumi, namun dalam pengolahan DEM dapat dianggap sebagai suatu kesalahan yang disebut sink atau daerah yang mengalami depresi aliran. Air yang mengalir ke arah sel yang mengalami depresi aliran tidak akan bias mengalir ke sel berikutnya sehingga menyebabkan jaringan aliran akan terputus dan menyebabkan genangan. Untuk mendapatkan suatu perhitungan yang akurat mengenai arah aliran dan akumulasi aliran, maka terlebih dahulu harus memperbaiki sel-sel yang mengalami depresi aliran dengan menaikan elevasi sel tersebut sehingga terjadi kemiringan ke arah sel tetangganya. Besarnya kenaikan elevasi ini tergantung dari karakteristik permukaan yang terjadi. Untuk daerah yang bergelombang dengan resolusi 1 meter dapat dinaikan setinggi 0,1 m.
Gambar Penentuan arah aliran pada grid DEM (Sumber : Tarboton, 2000)



  • Penentuan Akumulasi Aliran (Flow Accumulation)


Akumulasi aliran didefinisikan sebagai banyaknya sel yang memberikan kontribusi aliran pada suatu sel berdasarkan grid arah aliran yang telah ditentukan sebelumnya. Penjumlahan akumulasi aliran ini dimulai dari daerah hulu, lalu menelusuri tiap sel satu per satu kearah hilir berdasarkan grid arah aliran. Sel dengan akumulasi aliran 0 (tidak ada sel lain yang memberikan konstribusi aliran) merupakan daerah yang topografinya tinggi. Biasanya berupa punggung-punggung bukit yang selanjutnya diidentifikasikan sebagai batas DAS Sedangkan sel-sel dengan jumlah akumulasi aliran tinggi, biasanya mengidentifikasikan saluran sungai.
Gambar Penentuan akumulasi aliran
Sumber : Tarboton, 2000

  • Pembangkitan Jaringan Sungai Sintetik
Jaringan sungai sungai sintetik diperoleh dengan menentukan batas minimum jumlah konstribusi aliran yang diterima oleh suatu sel yang bisa dianggap sebagai awal dari aliran sungai. Selanjutnya jaringan sungai sintetik ini ditentukan dengan mengikuti grid  arah  aliran  menuju   sel   yang   memiliki   akumulasi   aliran   yang   paling   tinggi, dengan memberikan memberikan value = 1 (true) unutk sel-sel dengan nilai akumulasi aliran lebih dari batas minimum dan value NODATA (false), untuk sel-sel yang nilai akumulasi alirannya kurang dari batas minimum. Sel-sel yang yang memiliki value =1 akan diekstrak dan dikonvert ke model data vektor berupa garis yang merepresentasikan sungai sintetik. Penentuan batas minimum akumulasi aliran akan mempengaruhi jaringan sungai sintentik yang dihasilkan, jika batas minimumnya kecil maka akan terdapat banyak sungai-sungai kecil. Sebaliknya jika batas minimumnya besar, sungai-sungai kecil akan tereliminasi dan menjadi satu dengan sungai yang lebih besar daerah tangkapan airnya.
Gambar Penentuan jaringan sungai
(Sumber : Tarboton, 2000)

  • Parameter Daerah Aliran Sungai
Daerah pengaliran sungai atau juga dikenal sebagai daerah tangkapan air merupakan daerah mana saja yang apabila terjadi hujan, akan memberikan konstribusi aliran pada titik outlet yang sama. Pada suatu DEM daerah tangkapan air dengan menentukan sel-sel mana saja yang memberikan konstribusi aliran pada suatu sel outlet yang ditentukan sebelumnya berdasarkan grid arah aliran. Sel-sel ini akan diidentifikasi dengan value yang sama, kemudian dipisahkan dan dikonvert dalam data vektor sebagaipoligon luasan. Sel outlet ditentukan tergantung daerah mana yang menjadi objek studi atau juga dengan menambahkan outlet pada anak sungai berdasarkan jaringan sungai yang selanjutnya akan menjadi sub DAS dari DAS utama. Setelah mendapatkan skema DAS/Sub-DAS, maka parameter tiap Sub DAS bisa dikalkulasi menggunakan GIS  interface. Adapun parameter-parameter yang bisa diperoleh dalam pemodelan ini adalah luasan DAS/Sub DAS, aliran terpanjang, panjang sungai, kemiringan rata-rata sungai, kemiringan lereng, dan koordinat pusat DAS
Gambar Contoh model DAS