Pemodelan respon DAS dalam mengalihragamkan hujan menjadi aliran (rainfall-runoff model) menggunakan HEC-HMS dapat dijelaskan menggunakan contoh yang telah disediakan dalam dokumen Quick Start Guide bawaan program HEC-HMS. Untuk pembahasan ini, penulis mengadopsi contoh tersebut secara langsung, namun melakukan perubahan pada satuan parameter-parameter model ke dalam satuan SI (metric). Program HEC-HMS yang digunakan adalah versi terbaru yaitu versi 3.50.
Permasalahan
Contoh pemodelan hujan-aliran yang dibahas berdasarkan data DAS Castro Valley seluas 14,27 km2 yang terletak di Carolina Utara. DAS tersebut terdiri dari empat subDAS seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1. Data hujan untuk hujan deras yang terjadi pada tanggal 16 Januari 1973 tersedia pada tiga buah stasiun hujan yang ditempatkan terpisah, yaitu : Proctor School, Sidney School, dan Fire Department. Tujuan dari contoh model ini adalah untuk memperkirakan pengaruh urbanisasi di masa depan terhadap respon hidrologi.
Gambar 1. DAS Castro Valley
Penerapan program HEC-HMS membutuhkan tahapan mulai dari pembuatan project baru sampai dengan pemasukan data yang diperlukan. Model DAS menggunakan metode kehilangan air konstan (initial loss constant), hidrograf satuan Snyder, dan aliran dasar resesi yang diterapkan berdasarkan data yang ditunjukkan dalam Tabel 1 – 4.
Model meteorologi digunakan untuk masukan data hujan. Koefisien poligon Thiessen (Tabel 5) akan digunakan sebagai metode perhitungan hujan rata-rata (kawasan). Hujan total terukur di stasiun Proctor School dan Sidney School masing-masing adalah 48.77 mm dan 34.80 mm. Hujan di kedua stasiun tersebut didistribusikan terhadap waktu menggunakan pola distribusi hujan dari stasiun Fire Department. Data hujan di stasiun Fire Department ditunjukkan dalam Tabel 6 (pada contoh aslinya diberikan sebagai file DSS).
Tabel 6. Data hujan 10 menitan di stasiun hujan Fire Department
Tabel 7. Data hidrograf terukur 10 menitan pada Outlet DAS Castro Valley
Simulasi terhadap model DAS kondisi eksisting akan dilakukan dan dihitung untuk menentukan respon hujan-aliran dari model tersebut. Selanjutnya, dilakukan juga simulasi untuk kondisi terhadap model DAS kondisi setelah urbanisasi (berkembang) yang hasilnya kemudian dibandingkan dengan kondisi eksisting.
Membuat Project
Pembangunan model dimulai dengan membuat project baru. Pilih menu File ==> New… Masukkan Castro Valley pada “Name” dan Castro Valley Urban Study pada “Description” seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2. Menggunakan isian tersebut, maka file project akan tersimpan dalam folder Castro_Valley. Atur “Default Unit System” menjadi Metric dan klik tombol Create untuk membuat project.
Gambar 2. Memasukkan nama, deskripsi, dan sistem satuan untuk project baru
AAtur pilihan project sebelum membuat komponen-komponen model (Gambar 3). Pilih menu Tools ==> Program Settings… Atur “Loss” menjadi Initial and Constant, “Transform” menjadi Snyder Unit Hydrograph, “Baseflow” menjadi Recession, “Routing” menjadi Muskingum, “Gain Loss” menjadi None, “Precipitation” menjadi Gage Weights, “Evaporation” menjadi None, dan “Snowmelt” menjadi None. Klik tombol OK untuk menyimpan dan menutup jendela Program Settings.
Gambar 3. Mengatur jendela Program Settings
Input Data
Buat stasiun hujan untuk data Fire Department. Pilih menu Components ==> Time-Series Data Manager. Pastikan “Data Type” diatur pada Precipitation Gages. Klik tombol New… di jendela Time-Series Data Manager. Dalam jendela Create A New Precipitation Gage masukkan Fire Dept untuk “Name” dan Castro Valley Fire Department untuk “Description”. Klik tombol Create untuk menambahkan stasiun hujan tersebut ke dalam project. Stasiun hujan tersebut secara otomatis akan ditambahkan dala suatu folder Precipitation Gages di bawah folder Time-Series Data dalam jendela Watershed Explorer. Klik tanda + untuk melihat nama stasiun hujan yang telah dibuat. Pilih jendela waktu (time) dalam jendela Watershed Explorer untuk membuka Component Editor untuk stasiun hujan tersebut. Jendela Component Editor terdiri dari 4 halaman, yaitu: “Time-Series Gage”, “Time Window”, “Table”, dan “Graph”. Pilih halaman “Time-Series Gage” dan pilih Manual Entry untuk “Data Source”. Pilih Incremental Millimeters untuk “Units”, dan 10 Minutes untuk “Time Interval” seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4.
Gambar 4. Component Editor untuk stasiun hujan Fire Department
Pilih halaman “Time Window” dan kemudian masukkan 16Jan1973 untuk “Start Date” dan “End Date”. Masukkan 03:10 untuk “Start Time” dan 09:50 untuk “End Time”. Pilih halaman “Table” dan kemudian masukkan data pada Tabel 6 untuk stasiun hujan Fire Department (Gambar 5. Pilih halaman “Graph” untuk melihat grafik/ histogram hujan (Gambar 6).
Gambar 5. Halaman “Table” untuk stasiun hujan Fire Department
Gambar 6. Halaman “Graph” untuk stasiun hujan Fire Department
Buat stasiun debit untuk hidrograf terukur (observed hydrograph) pada outlet DAS menggunakan prosedur yang sama untuk membuat stasiun hujan. Pilih menu Components ===> Time Series Data Manager. Pastikan “Data Type” diatur pada Discharge Gage. Klik tombol New… dalam jendela Time-Series Data Manager. Pada jendela yang terbuka, masukkan Outlet sebagai “Name” dan Castro Valley Outlet Gage untuk “Description”. Klik tombol Create untuk menambahkan stasiun debit ke dalam project. Buka Component Editor untuk stasiun debit tersebut dan pilih Manual Entry untuk pilihan “Data Source”. Menggunakan cara yang sama seperti yang telah dijelaskan sebelumnya untuk stasiun hujan, buat kontrol waktu pada “Time Window” untuk stasiun debit di outlet dari tanggal 16Jan1973 jam 03:00 ke 13:00. Masukkan data Tabel 7 ke dalam halaman “Table” dan lihat grafiknya pada halaman “Graph”.
Buat juga tabel pasangan data untuk metode penelusuran aliran Modified Puls. Pilih menu Components ===> Paired Data Manager. Pastikan “Data Type” diatur pada Storage-Discharge Functions dan klik tombol New… dalam jendela Paired Data Manager. Biarkan “Name” diatur sebagai Table 1 dan masukkan “Description” sebagai Reach-2 dalam jendela Create A New Storage-Discharge Function. Klik tombol Create untuk menambahkan fungsi tampungan-debit ke dalam project. Dalam Component Editor pastikan “Data Source” diatur pada Manual Entry dan “Units” pada 1000 M3 : M3/S. Klik halaman “Table” dan masukkan data dari Tabel 4 (Gambar 7).
Gambar 7. Tabel fungsi tampungan-debit untuk Reach-2
Membuat Model DAS
Mulai membuat model DAS dengan memilih menu Components ==> Basin Model Manager. Buat model DAS baru dengan Castro 1 untuk “Name” dan Existing Conditions untuk “Description”.
Membuat Jaringan Elemen
DAS Castro Valley akan dimodelkan dengan empat subDAS, dua reach penelusuran, dan tiga junction. Buka jendela Basin Model yang baru dibuat dengan memilih Castro 1 dalam Watershed Explorer. Peta/gambar latar dapat ditambahkan untuk memudahkan dalam merepresentasikan model DAS yang akan dibangun. Pilih menu View ==> Background Maps (catatan: menu ini akan tersedia hanya jika jendela Basin Model Map sedang terbuka di desktop). Klik tombo Add… dalam jendela Background Maps. Cari file map bernama CASTRO.MAP yang merupakan contoh project Castro yang diinstall terlebih dahulu (catatan: pada saat mencari file tersebut, pastikan “File Type” diatur menjadi *.map). Pilih file tersebut dan klik tombol Select. File tersebut akan ditambahkan pada daftar “Current background maps” dalam jendela Background Maps. Klik OK.
Gambar 8. Basin Map Castro Valley
Lakukan tahapan-tahapan berikut dan gunakan Gambar 8 untuk membuat jaringan elemen dari DAS yang dimodelkan:
- Tambahkan empat elemen subbasin. Pilih/klik icon Subbasin pada
toolbar. Tempatkan elemen tersebut dengan klik kiri di jendela Basin Model Map sesuai dengan Gambar 8 (jika penempatan elemen kurang sesuai, user dapat memperbaikinya nanti). - Tambahkan dua elemen Reach
. Klik pertama dimana ujung hulu akan ditempatkan, kemudian klik kedua dimana ujung hilir akan ditempatkan. - Tambahkan tiga elemen Junction
. - Hubungkan hilir Subbasin-2 kepada Junction-1. Tempatkan kursor di atas icon elemen dalam jendela Basin Model Map dan klik kanan mouse. Pilih menu Connect Downstream. Tempatkan kursor pada icon elemen junction dan klik kiri pada mouse. Sebuah garis hubung akan muncul yang menunjukkan bahwa kedua elemen sudah terhubung.
- Hubungkan elemen-elemen lainnya dengan cara yang sama pada tahapan no. 4. Elemen yang dihubungkan disusun sebagai elemen —> downstream, yaitu: Subbasin-1 —> Reach-2, Subbasin-2 —> Junction-1, Subbasin-3 —> Reach-1, Subbasin-4 —> Junction-3, Reach-1 —> Junction-3, Reach-2 —> Junction-1, Junction-1 —> Junction-2, Junction-3 —> Junction-2.
- Untuk memperbaiki penempatan posisi setiap elemen, user dapat melakukannya dengan menggeser elemen tersebut ke tempat baru yang sesuai. Pilih icon Arrow Tool
, lalu tempatkan kursor pada elemen yang akan dipindahkan dan lakukan klik-tahan pada mouse dan geser dimana elemen tersebut akan ditempatkan kemudian lepas.
Semua elemen yang dibuat pada jendela Basin Model Map di atas secara otomatis akan juga ditambahkan pada jendela Watershed Explorer. Elemen-elemen tersebut disusun secara hierarki mulai dari hulu sampai hilir. Susunan tersebut akan diperbarui setiap kali user menambahkan elemen baru, mengubah luasan subbasin, atau mengubah hubungan aliran hulu.
Memasukan Data Elemen
Masukkan parameter luasan untuk setiap elemen subbasin. Pilih elemen subbasin dalam Watershed Explorer, kemudian dalam Component Editor pilih halaman “Subbasin” dan masukkan nilai luasan subbasin (Gambar 9). Lakukan hal yang sama untuk subbasin lainnya dengan memasukkan nilai luasan pada “Area (KM2)”. Gambar 9 juga menunjukkan halaman untuk “Loss”, “Transform”, dan “Baseflow”, dimana parameter-parameter yang sesuai perlu dimasukkan (lihat Tabel 1-5). HEC-HMS menyediakan fasilitas/tool yang memudahkan user dalam memasukkan parameter DAS secara cepat dan efisien. Fasilitas tersebut disebut sebagai Global Editor, yaitu cara yang paling efisien untuk memasukkan data beberapa elemen subbasin dan reach yang menggunakan metode yang sama. Parameter luasan subbasin juga dapat dimasukkan menggunakan Global Editor dengan memilih menu Parameters ===> Subbasin Area. Pilih menu Parameters ===> Loss ===> Initial and Constant (Gambar 10) untuk membuka jendela Global Editor dari Initial Constant Loss. Masukkan data kehilangan air dari Tabel 1 (Gambar 11) dan klik tombol Apply untuk menutup jendela Global Editor. Pilih menu Parameters ===> Transform ===> Snyder Unit Hydrograph dan masukkan data dari Tabel 1 (Gambar 12). Pilih menu Parameters ===> Baseflow ===> Recession dan masukkan data dari Tabel 2 (Gambar 13).
Gambar 9. Subbasin Component Editor
Gambar 10. Memilih Global Editor untuk Initial and Constant Loss
Gambar 11. Global Editor untuk Initial and Constant Loss
Gambar 12. Global Editor untuk Synder Transform
Gambar 13. Global Editor untuk Baseflow Recession
Ganti nama dari tiga elemen junction. Klik kanan mouse pada elemen Junction-1 dalam Watershed Explorer dan pilih Rename… pada jendela popup yang muncul. Ganti nama Junction-1 menjadi East Branch kemudian tekan tombol Enter pada keyboard. Dengan cara yang sama, ganti elemen Junction-2 dan Junction-3 masing-masing dengan nama Outlet dan West Branch.
Masukkan data parameter untuk elemen reach. Buka jendela Component Editor untuk Reach-1. Ganti “Method” dari Muskingum menjadi Modified Puls. Muncul jendela yang menyatakan bahwa data sebelumnya akan dihapus/hilang. Klik tombol Yes. Klik halaman “Routing” dan atur “Stor-Dis Function” menjadi Table 1, “Subreaches” menjadi 4, dan “Initial” menjadi Inflow = Outflow (Gambar 14). Selanjutnya buka Component Editor untuk Reach-2 dan masukkan data dari Tabel 3 ke dalam halaman “Routing” (Gambar 15).
Gambar 14. Data Modified Puls untuk Reach-1
Gambar 15. Data Muskingum untuk Reach-2
Tambahkan data hidrograf terukur pada elemen Outlet. Pilih elemen Outlet pada Watershed Explorer dan buka Component Editornya. Klik halaman “Options” dan atur “Observed Flow” menjadi Outlet dari menu dropdown. (Gambar 16).
Gambar 16. Menambahkan hidrograf terukur
Sampai dengan tahap ini, model DAS sudah lengkap.
Membuat Model Meteorologi
Mulai membuat model meteorologi dengan memilih menu Components ===> Meteorologic Model Manager. Klik tombol New… dalam jendela Meteorologic Model Manager. Dalam jendela Create A New Meteorologic Model yang muncul, masukkan Gage Wts untuk “Name” dan Thiessen weights, 10-min data untuk “Description”. Buka Component Editor untuk model meteorologi ini dengan memilihnya dalam Watershed Explorer. Dalam jendela Component Editor, pastikan “Precipitation” terpilih sebagai Gage Weights (Gambar 17). Dengan demikian, jendela Watershed Explorer akan terlihat seperti pada Gambar 18.
Gambar 17. Component Editor untuk model meteorologi
Gambar 18. Watershed Explorer yang menunjukkan model meteorologi Gage Wts
Subbasin yang telah dibuat sebelumnya perlu ditentukan model meteorologinya. Klik halaman “Basin” dalam Component Editor untuk model meteorologi Gage Wts. Atur pilihan “Include Subbasins” menjadi “Yes” untuk model DAS Castro 1. (Gambar 19). Setelah tahapan ini, semua subbasin dalam model DAS Castro 1 telah ditambahkan dalam model meteorologi (Gambar 20).
Gambar 19. Memasukkan subbasin dalam model meteorologi
Gambar 20. Penambahan subbasin dalam model meteorologi
Gunakan tahapan-tahapan berikut dan Gambar 20 untuk melengkapi model meteorologi Gage Wts:
- Tambahkan stasiun Proctor School dan Sidney School. Pilih Precipitation Gages (Gambar 20) dalam Watershed Explorer untuk membuka “Total Storm Gages” editor. Masukkan Proctor untuk “Gage Name” dan 1.92 untuk “Total Depth”. Tambahkan stasiun Sidney School dengan cara yang sama (Gambar 21).
- Dalam Watershed Explorer, klik tanda + pada elemen Subbasin-1 dan pilih Gage Weights (Gambar 22). Sebuah Component Editor akan terbuka yang terdiri dari dua halaman, yaitu “Gage Selections” dan “Gage Weights”. Bobot kedalaman hujan dan waktu dibutuhkan untuk semua stasiun hujan dengan mengatur pilihan “Use Gage” menjadi “Yes”. Sebagai contoh, stasiun Fire Dept akan digunakan untuk semua elemen subbasin karena merupakan stasiun yang memiliki pola/distribusi hujan, sedangkan stasiun lainnya (Proctor dan Sidney) hanya berupa kedalaman hujan total. Dalam halaman “Gage Selection” untuk Subbasin-1, atur “Use Gage” menjadi “Yes” untuk Fire Dept dan Proctor, dan “No” untuk Sidney (Gambar 23). Klik halaman “Gage Weights” dan masukkan bobot kedalaman hujan pada “Depth Weight” dari Tabel 5. “Time Weight” untuk menjadi 1.0 untuk stasiun Fire Dept dalam semua subbasin (Gambar 24). Lakukan hal yang sama untuk subbasin lainnya (Gambar 25 – 30).
Gambar 21. Kedalaman hujan total di stasiun Proctor dan Sidney
Gambar 22. Memilih subkomponen Gage Weights untuk Subbasin-1
Gambar 23. Memilih stasiun hujan untuk Subbasin-1
Gambar 24. Bobot hujan untuk Subbasin-1
Gambar 25. Memilih stasiun hujan untuk Subbasin-2
Gambar 26. Bobot hujan untuk Subbasin-2
Gambar 27. Memilih stasiun hujan untuk Subbasin-3
Gambar 28. Bobot hujan untuk Subbasin-3
Gambar 29. Memilih stasiun hujan untuk Subbasin-4
Gambar 30. Bobot hujan untuk Subbasin-4
Mendefinisikan Control Specification
Buat control specification dengan memilih menu Components ===> Control Specification Manager. Dalam jendela Control Specification Manager, klik tombol New… dan masukkan Jan73 untuk “Name” dan 16 January 1973 untuk “Description”. Dalam Component Editor, masukkan 16Jan1973 baik untuk “Start Date” maupun “End Date” (Gambar 31). Masukkan 03:00 untuk “Start Time” dan 12:55 untuk “End Time”. Pilih interval waktu 5 minutes dari menu dropdown “Time Interval”.
Gambar 31. Memasukkan data Control Specification
Membuat dan Menghitung Simulation Run
Membuat suatu simulation run dengan memilih menu Compute ===> Create Simulation Run. Biarkan namanya sebagai Run 1. Pilih model DAS Catro 1, model meteorologi Gage Wts, dan Control Specification Jan73 dalam jendela pilihan yang muncul. Kemudian tutup jendela tersebut. Pilih halaman “Compute” pada Watershed Explorer. Pilih folder Simulation Runs sehingga ditunjukkan subkomponen Run 1. Klik Run 1 untuk membuka Component Editor-nya. Ubah deksripsi untuk simulation run tersebut dengan memasukkan Kondisi Eksisting, Hujan Deras 16 Januari 1973 (Gambar 32).
Klik kanan pada mouse untuk Run 1 dan pilih Compute dalam menu popup yang muncul. Sebuah jendela akan muncul yang menunjukkan proses perhitungan. Tutup jendela tersebut ketika perhitungan telah selesai dilakukan (Gambar 33).
Gambar 32. Component Editor untuk Simulation Run
Gambar 33. Jendela proses perhitungan
Melihat Hasil Simulasi
Mulai melihat hasil simulasi dengan membuka Basin Model Map. Buka model DAS Catro 1 dengan memilihnya pada Watershed Explorer dalam halaman “Components”. Pilih Global Summary Table 
dari toolbar untuk melihat rangkuman hasil simulasi, yaitu debit puncak (peak flow) dari setiap subbasin (Gambar 34). Klik kanan mouse pada elemen Subbasin-1 dalam Basin Model Map, kemudian pilih menu View Results [Run 1] ===> Graph (Gambar 35) untuk menampilkan hidrograf aliran dan hujan efektif dari Subbasin-1. Pilih View Results [Run 1] ===> Summary Table untuk melihat tabel ringkasan elemen Subbasin-1 (Gambar 36). Pilih View Results [Run 1] ===> Time-Series Table untuk melihat tabel seri data Subbasin-1 (Gambar 37). Lakukan hal yang sama untuk menampilkan hasil simulasi subbasin lainnya. Klik kanan juga pada Outlet, kemudian pilih View Results [Run 1] ===> Graph untuk menampilkan hidrograf aliran di Outlet (Gambar 38). Pada gambar tersebut ditunjukkan perbandingan antara hidrograf hasil simulasi dengan yang terukur.
Gambar 34. Melihat tabel Global Summary
Gambar 35. Hidrograf hasil simulasi untuk Subbasin-1
Gambar 36. Menampilkan tabel ringkasan hasil simulasi untuk Subbasin-1
Gambar 37. Menampilkan tabel seri data hasil simulasi untuk Subbasin-1
- Gambar 38. Hidrograf aliran di Outlet
M. Baitullah Al Amin Blog 