makalah modflow fix

8/18/2019 Makalah Modflow Fix

1/27

TUGAS MATA KULIAH

DASAR PERMODELAN

GROUNDWATER FLOW MODEL USING MOD-FLOW

Disusun Oleh :

Annisa Rizqilana !!""!!#!#""$%

Fan&' Fah(eza !!""!!#!""#

Muha))a& Tau*iqu((ah)an !!""!!#!#"!!+

Wah'u P(ase,i !!""!!#!""!!

PROGRAM STUDI TEKNIK GEOLOGI

FAKULTAS TEKNIK

UNI.ERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

APRIL "!+


2/27

/A/ I

PENDAHULUAN!0! Ai(,anah

Air tanah adalah air yang bergerak di dalam tanah yang terdapat di dalam

ruang antar butir-butir tanah yang meresap ke dalam tanah dan bergabung

membentuk lapisan tanah yang disebut akuifer (Mutowal 2008). Pergerakan air

dalam tanah enuh akan mempengaruhi limpasan dan infiltrasi pada suatu daerah!

sedangkan proses pergerakan air dalam tanah dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik

tanah. Air tanah bersifat dinamis mempunyai pengertian bahwa air tanah bergerak se"ara tetap dari suatu lokasi ke lokasi lain melalui

perkolasi!e#aporasi! e#apotranspirasi! irigasi! presipitasi! limpasan (run off )

dan drainase ($uharto! 200%).

Ga)1a(0!0"0 Pla ali(an ai(,anah

Su)1e( : En2i(n)en, an& 3li)a,e 3han4e 3ana&a

Air bergerak di dalam tanah se"ara hori&ontal dan #ertikal. Pergerakan air

se"ara hori&ontal disebut uga pergerakan air lateral. Pergerakan air #ertikal dapat

berupa pergerakan air ke bawah yang dipengaruhi oleh gerak gra#itasi

melalui infiltrasi dan perkolasi serta pergerakan air ke atas melalui gerak

https://www.ec.gc.ca/default.asp?lang=en&n=FD9B0E51-1https://www.ec.gc.ca/default.asp?lang=en&n=FD9B0E51-1https://www.ec.gc.ca/default.asp?lang=en&n=FD9B0E51-1


3/27

kapilaritas air tanah yang dipengaruhi oleh porositas tanah dan temperatur tanah.

Air tanah yang berada di bawah &ona perakaran tanaman akan mengalir menuu

&ona perakaran tanaman disebabkan oleh kemampuan kapiler (cappilary rise)

yang dimiliki oleh tanah. Air akan bergerak dari tanah yang lembab menuu tanah

yang lebih kering. Pada tanah lembab yang umlah persentase airnya

lebih tinggi! gradien tegangannya lebih besar dan lebih "epat perpindahannya.

Ga)1a(0!0!0 E*e5 5a6ila(i,as 6a&a ai(,anah

Su)1e(: h,,6:77e8aase(#0e8aa0n,u0e&u0,9

Pola kapilaritas airtanah dipengaruhi oleh tegangan dan

permeabilitas tanah. 'ilai efek kapilaritas tidak beraturan pada setiap bagian

tanah! karena ukuran pori-pori yang dilewatinya bersifat a"ak pula. Pada

enis tanah yang berbeda akan memberikan pola pergerakan air tanah

yang berbeda! akibatnya ke"epatan pergerakan air #ertikal ke bawah dan

pergerakan hori&ontal di dalam tanah ber#ariasi dari lambat hingga "epat.

!0 Pa(a)e,e( an4 Me)6en4a(uhi Ai(,anah

ondisi alami dan distribusi akuifer! auiklud dan auitard dalam sistem

geologi dikendalikan oleh lithologi! stratigrafi dan struktur dari material simpanan

geologi dan formasi (*ree&e dan +herry!,). Pada litologi paramateter berupa

komposisi mineral! ukuran butir dan kumpulan butiran yang terbentuk dari

sedimentasi. /entuk struktur seperti pe"ahan (cleavages)! retakan ( fracture)!

lipatan ( folds)! dan patahan ( faults)! merupakan sifat-sifat geometrik dari sistem


4/27

geologi yang dihasilkan oleh perubahan bentuk (deformation). erakan air tanah

selanutnya dapat digambarkan melalui 1ukum ar"y. Permeabilitas! merupakan

ukuran kemudahan aliran lewat media tersebut! menadi konstanta penting

dalam persamaan aliran. Penentuan besarnya permeabilitas se"ara langsung

dapat dilakukan melalui pengukuran-pengukuran di lapangan atau di

laboratorium. 3nformasi mengenai gerakan air tanah dapat diperoleh dengan

memberikan suatu &at ke dalam aliran yang kemudian dirumus dalam ruang dan

waktu. ari hukum ar"y dan persamaan kontinuitas persamaan umum

aliran air tanah dapat di"ari ($oemarto!,4).

Ga)1a(0!00 P(insi6 Hu5u) Da(8'

Su)1e(: h,,6:77*(a8*8us0(4

1ukum ar"y adalah persamaan yang mendefinisikan kemampuan suatu

fluida mengalir melalui media berpori seperti batu. 1al ini bergantung pada

umlah aliran antara dua titik se"ara langsung berkaitan dengan perbedaan tekanan

antara titik! arak antara titik! dan interkonekti#itas alur aliran dalam batuan

antara titik. Pengukuran interkonekti#itas disebut permeabilitas. Aliran fluida

dalam di antara lapisan batuan diatur oleh permeabilitas batuan. 'amun! untuk

memperhitungkan permeabilitas! harus diukur baik dalam arah #ertikal dan

hori&ontal.

$alah satu aplikasi dari 1ukum ar"y adalah untuk mengalirkan air

melalui akuifer. 1ukum ar"y bersama dengan persamaan kekekalan massa yang

setara dengan persamaan aliran air tanah! salah satu hubungan dasar hidrogeologi.


5/27

hukum ar"y uga digunakan untuk menggambarkan minyak! air! dan arus gas

melalui reser#oir minyak bumi. 1ukum ar"y adalah hubungan proporsional

sederhana antara tingkat debit langsung melalui media berpori! #iskositas fluida

dan penurunan tekanan atas arak tertentu. engan mengetahui parameter yang

berpengaruh pada aliran airtanah dan dikaitkan dengan hukum ar"y dan

kekekalan massa! suatu model aliran aitanah dapat digambarkan dan ditetapkan

sebagai konsep numerikal. onsep permodelan ini menyesuaikan dengan tiap

daerah yang mempunyai parameter tertentu. Melalui permodelan ini! hal yang

berhubungan dengan kontaminasi pada airtanah! aliran airtanah! bahkan prediksi

kedepan dapat ditentukan. $alah satu aplikasi yang mampu dalam pembuatan

model konseptual dan numerikal adalah M5-*657.

!0# Pe()&elan Ai(,anah

omeni"o (,2) mendefinisikan model sebagai wakil kenyataan yang

berusaha untuk menelaskan tingkah laku beberapa aspek kenyataan dan selalu

tidak sekompleks sistem yang sesungguhnya diwakili. etepatan hasil dari suatu

model tergantung tingkat penyederhanaan serta ketepatan dan kelengkapan

dari parameter-parameter yang dipakai dalam menentukan model. $uatu

model matematik digunakan untuk mensimulasikan se"ara tidak langsung

aliran airtanah menggunakan pemisalanpersamaan yang menunukkan proses

fisik yang teradi di dalam sistem (Anderson dan 7oessner! ,2). Model

menelaskan hubungan antar #ariabel dan parameter sebagai hubungan yang

saling mempengaruhi antar komponen dalam sistem dan antara sistem dengan

lingkungannya. Penyusunan model hidrogeologi dilakukan dengan adanya

asumsi dan batasan-batasan tertentu yang melalui beberapa tahapan pemodelan.

$emakin kompleks suatu model semakin banyak parameter yang

ditinau dan digunakan sesuai dengan kondisi lingkungan.

Pada kasus ini! permodelan hidrogeologi dilakukan dengan menggunakan

aplikasi M5*657. M5*657 adalah aplikasi permodelan 9 dimensi aliran

yang menggunakan modul finite difference (pendekatan ekspansi :aylor di titik

a"uannya (;). Ada tiga enis beda (differen"e) yaitu forward differen"e! ba"kward


6/27

differen"e! dan "entral differen"e)! sebagai kode komputer yang membantu

menyelesaikan persamaan aliran airtanah

METODE

Modflow merupakan perangkat lunak yang sangat terkenal! dan

umumnya digunakan dalam keperluan hidrogeologi. /agaimanapun uga

Modflow memiliki salah satu tantangan yaitu kerumitan geologi!

heterogenitas! dan struktur buatan seperti pori yang mengakibatkan

perubahan aliran relatif di lingkungan geologi tersebut.

:he


7/27

5+ 5utput +ontrol original

Groundwater flow packages

/+* /lo"k-+entered *low Pa"kage original

+6'+onne"ted 6inear 'etwork

Pro"essM5*657-


8/27

$7? $urfa"e-7ater ?outing Pro"ess M5*657-'7: ,.08


9/27

5bser#ation

+15/ +onstant-1ead *low 5bser#ation M5*657-2000

A> Ad#e"ti#e-:ransport 5bser#ation M5*657-2000 (,.0)

$:5/ $tream 5bser#ation M5*657-2000

Obsolete packages

* eneral *inite-ifferen"e M5*657-88 to %

:6 :ransient 6eakage M5*657-88 to %

alam pembuatan permodelan menggunakan modflow ada

beberapa langkah data yang harus dilakukan! modflow digunakan sebagai

simulator dalam model yang akan dibuat! namun sebelumnya hal yang

harus dilakukan adalah memasukan data yang berupa data point ;!y! dan &

atau cross section atau data digitasi dari 3$ kemudian data yang

dimasukan dapat diperelas dengan menginput data data geologi dan uga

kondisi batas dari lingkungan model yang akan di buat. emdian

memperelas model domain dengan memperelas dimana daerah yang akan

dilaksanakan simulasi model. $etelah data yang dimasukan elas!

dilakukan permodelan numerikal yang menggunakan Modflow dengan

mengaplikasikan gridmesh! mengaplikasikan konseptual model kedalam

grid dan membuat data yang dimasukan kedalam simulator berupa

modflow. 6angkah terakhir adalah menalankan simulasi dan mengalisis

hasil dari simulasi yang ada. 1al tersebut dapat dilihat seperti diagram

pada gambar berikut.


10/27

Ga)1a( 0" Dia4(a) ali( 6e)1ua,an )&el


11/27

HASIL DAN PEM/AHASAN

Pada bagian hasil dan pembahasan akan dibahas hasil beberapa studikasus

yang penggunaan Modflow dalam pembuatan permodelan pada air tanah dan

penyelesaian permasalahan dalam permodelan sebagai berikut.

Pa6e(: (e&u8e (&e( )&elin4 * ,he ne9,n *()ula,in *

MODFLOW , sl2e un8n*ine& 4(un&9a,e( *l9

M5*657 merupakan software untuk modeling yangmampu merepresentasikan permasalahan "onfine dan un"onfined

auifer. M5*657 didesain dengan seri-seri independen yang

disebut pa"kages. untuk permodelan mengenai permasalahan

lingkungan! M5*657 menggunakan permodelan 9 dimensi

dengan blok berbeda yang terpusat. Persamaan non linearnya di

selesaikan menggunakan metode pi"ard.

Permasalahan un"on#ine terbilang sulit untuk dipe"ahkan

karena tingginya nilai diskrit. 1al tersebut memberikan beban pada

proses komputasi dan runtime.


12/27

dapat disimpan dalam bentuk shapefile. ata aliran air dapat

direpresentasikan se"ara matematik berdasarkan hukum water mass

balan"e dan ar"y.$etelah melakukan permodelan! hal akhir yang dapat

dilakukan adalah melakukan kalibrasi model. :erdapat 2 metode

kalibrasi! yaitu steady state model! dan transient state simulations.

$teady state model menggambarkan permodelan akuifer yang statis!

sebelum dikalibrasi oleh data water resour"e. alibrasi dengan

metode ini digunakan untuk memahami ke"enderungan ketinggian

air se"ara keseluruhan. alibrasi menggunakan metode transient

state simulation menggambarkan simulasi perubahan muka air tanah

berdasarkan faktor lingkungan yang ber#ariasi dan dan besarnya

pengisian buatan (artifi"ial re"harge).

Pa6e( : MODFLOW-USG: ,he Ne9 Pssi1ili,ies in Mine

H'&(4el4' M&ellin4 =( Wha, is N, W(i,,en in ,he Manuals>

1eterogenitas geologi yang berhubungan dengan

lapisan!ruang tambang terbuka! sesar karena tektonik dan rekahan

bisa membuat pemodelan sulit! terutama untuk dewatering

tambang.1eterogenitas ini sulit untuk disaikan dengan tradisional

M5*657 dengan aringan terstruktur. >ersi baru M5*657!

disebut M5*657-


13/27

pada daerah diskontinuitas seperti daerah karst dan patahan! yang

berakibat tidak rasionalnya hukum ar"y.


14/27

Ga)1a(0#0!0 M&el 5nse6,ual

Permodelan keadaan batuan yang tidak menerus! permukaan

tidak sama dan terdapat rekahan dilakukan pada susunan pipa! tangki

air seperti gambar diatas. Aliran air yang masuk dianggap sebagai

aliran recharge. alam perhitungannya! digunakan 2 angka ?eynold.

'ilai yang tinggi menunukkan perubahan dari aliran laminar keturbulen dan sebaliknya. 'ilai ?eynold tinggi yang digunakan adalah

2920 karena aliran air pada angka ini selalu turbulen dan nilai rendah

untuk angka ?eynold adalah ,000. Parameter kalibrasi adalah

kesamaan permukaan dan diameter.

alam pembuatan model numerik ini terdapat beberapa

tahapan yaituF pengumpulan data dan model terdahulu serta model

laboratorium! kalibrasi dan #alidasi serta ui sensitifitas.Proses

kalibrasi pada kasus ini dibagi atas kalibrasi permukaan dan

diameter. Perbedaan nilai antara model numerikal dan

laboratorium didapatkan pada nilai ysng tetap setelah beberapa kali

per"obaan termasuk per"obaan mengubah muka air. $elain itu!

dihitung uga faktor friksi untuk membantu permodelan. *aktor

friksi didapatkan dari model laboratorium dan untuk kalibrasi

permukaan digunakan persamaan Colebrook- White. 'ilai kalibrasi


15/27

ini disesuaikan dengan permodelan yang menggunakan diameter

pipa. :erdapat perbedaan nilai hydraulic head pada permodelan

numerik dan laboratorium yang mungkin disebabkan oleh

pengukuran oleh &ona yang overpressure. ari proses kalibrasi ini

didapatkan nilai titik discharge! debit discharge debit recharge!

dan :inggi muka air.

$etelah kalibrasi beberapa model! dapat dilakukan #alidasi.

Parameter dan hasil perbedaan tiap model didapatkan serta

polanya. )&el 5nse6,ual? =5anan> )&el nu)e(i5al

:able9.,.Model"ases

Markofamodel"as

e

is"

hargerate

5therModifi"ati

ons

1ydrauli"

head

A 4220 ,.4-%/ 800 4-

+ 400 9-

000 -,,

@ 40 re"hargepointsF, ,0.4-,

* 000 2dis"hargepoint -8


16/27

8%0 finergrid 2-

1 8%0 finergridL%thi"k 2.4-8

3 ,008 finergridL,,thi" ,0-, pipes

000 finergridL,,thi" 2.4-, pipes

Ga)1a(0#00 U;i sensi,i2i,as 6a(a)e,e(

Pa6e( : Assessin4 sil salini,' haza(& in 8ul,i2a,e& a(eas usin4

MODFLOW )&el an& GIS ,ls: A 8ase s,u&' *() ,he @ez(eel

.alle'? Is(ael

3rigasi pertanian di e&reNel 6embah 3srael berada di area dengan

proses salinisasi tinggi dan muka air tanah yang tinggi. lembah ini! terletak

di /awah alilea di bagian utara negara itu! men"akup hampir 900 km2.Pada umumunya proses salinisasi diper"epat ketika sebuah tempat yang

dangkal! semi akuifer tertekan mendesak tekanan hidrolik keatas! yang

menghambat drainase dari lapisan tanah di atasnya. arena pengaruh

setting hidrologi di e&reOel! 3srael memiliki masalah drainase yang

kompleks. $ehingga dari kerumitan dari masalah drainase tersebut dapat

dibuat permodelan dengan $oftware mudflow dan 3$ tools. ari kedua

software tersebut digunakan untuk mensimulasikan tingkat muka air tanah

di tempat tersebut. metode ar"gis dan geo-database diperlukan untuk

memasukan permodelan ! komponen yang diperlukan seperti tanggal

masukan dan penilaian bahaya salinitas tanah berdasarkan dua "riteria

hidrogeologiF

a) kedalaman muka air tanah dari permukaan tanah

b) perbedaan antara tingkat air tanah di lapisan tanah atas dan akuifer semi-

terbatas.


17/27

i e&reNel 6embah 3srael total luas dengan salinisasi tanah intensif 924 ha! dan

dengan salinisasi tanah potensial %24 ha. engan input yang tepat! permodelan aliran

terdistribusi se"ara spasial seperti M5*657 dapat memberikan informasi yang dapat

diper"aya untuk peren"anaan sistem drainase efektif bawah permukaan untuk men"egah

bahaya salinisasi tanah.

Ga)1a( #0 L5asi su)u( 1se(2asi

Metodologi yang digunakan untuk permodelan ini yakni

mengkombinasikan model airtanah dari mudflow dan Ar"3$. $oftware

Modflow dapat digunakan untuk membuat permodelan prediksi 9 dari

aliran airtanah. emudian dari Ar"3$ digunakan untuk spatial analisis

dari perbedaan parameter yang diperlukan untuk membuat dan

mengkalibrasi aliran airtanah! seperti drainase! kondukti#itas hydroli"!

tingkat kedalaman airtanah pada sumur obser#asi! &ona re"harge! dan

reser#oir dari air. emudian dari informasi data yang ada peta kedalaman


18/27

air tanah dari permukaan tanah dan peta bahaya salinitas tanah dibuat

dengan mengunakan ar"3$.

Ta1el !0 Da,a su)u( 1se(2asi


19/27

/erdasarkan data tersebut kemudian diolah dengan aplikasi mudflow

terlebih dahulu dengan adanya kalibrasi data. emudian dari data sumur

ober#asi tersebut uga nantinya ditentukan parameter airtanah nya seperti

litologi seperti &ona akuifer! &ona akuiklud! akuitard dan akuifug.

Ga)1a( 0 3n,h Da,a 5ali1(asi &a(i &a,a su)u( 1e(2asi

$tandard error dari estimasi adalah 0!0 m dan ?M$nya ,!,8.

'ilai-nilai kondukti#itas hidrolik lapisan Model dihitung selama kalibrasi

model dibandingkan dengan nilai awal! berdasarkan memompa tes

pemulihan di sumur obser#asi. $elama proses kalibrasi diamati bahwa

nilai-nilai kondukti#itas hidrolik! dihitung dalam model! "o"ok dengan

yang diamati selama pumping test.


20/27

Ga)1a( #0 Pe()&elan &i M&*l9

ambar ketiga menelaskan dari permodelan bentukan layer

airtanah pada sumur ober#asi dimana yang diambil "ontoh yakni di sumur

P22- new sampai P22a-new dan pada sumur-. $ehingga dari bentukan

model layer yang dihasilkan oleh Modflow dapat diinpretasi bahwa P22-

new Q semi-"onfined auiferE P22a-new Q upper un"onfined auifer.


21/27

Ga)1a( %0 G(un&9a,e( hea& 8n,u(s an& *l9 6a,h in La'e( !

ari gambar tersebut menelaskan tentang bentukan model kontur

dari airtanah di area budidaya pertanian the e&reOel #alley! 3srael. an uga

arah dari pergerakan dari aliran airtanah yang berasal dari &ona reser#oir

airtanah.


22/27

Ga)1a( B 6e,a zna 5e&ala)an ai( ,anah

ari gambar diatas menelaskan tentang hasil bentukan dari Ar"3$

yang menggambarkan peta &ona kedalaman air tanah! kurang dari 0!4 m

menelaskan tentang layer dari sungai dan lembah dengan luas 400ha

dengan proses salinitasi yang intensi#. Pada kedalaman kurang dari ,!4m

dengan luas 00ha menggambarkan muka tanah dengan proses salinitasi

yang sedang. emudian kedalaman lebih dari ,!4m menggambarkan layer

tanah dengan drainase dalam dan daerah kering.


23/27

Ga)1a( +0 Pe,a Hasil 2e(la' &en4an A(8GIS &a(i ,in45a, 5e(e,anan salini,as

,anah &i le)1ah @ez(eel? Is(ael

ari gambar tersebut menggambarkan Peta 1asil o#erlay dengan

Ar"3$ dari tingkat keretanan salinitas tanah di lembah e&reOel! 3srael

dimana dari peta tersebut menelaskan letak dari daerah mana saa yang

termasuk &ona dengan bahaya salinitas tanah!reser#oir air dan sumur

ober#asi.

emudian dapat disimpulkan dari pembuatan model dari penilaian

tingkat bahaya dari salinitas tanah di area budidaya pertanian the e&reOel

#alley! 3srael dengan software mudflow dan Ar"3$ sebagai berikutF

,. $ebuah model terdistribusi spasial aliran air tanah seperti M5*657!

dikombinasikan dengan alat Ar"3$! dapat memberikan informasi

yang dapat diper"aya dalam menilai salinitas bahaya tanah dan

peren"anaan sistem drainase bawah permukaan yang efektif di bawah

kondisi pertanian hidrologi yang intensif dan di daerah irigasi

kompleks.


24/27

2. Menggabungkan model dengan geo-database dapat meningkatkan

pemahaman kita tentang faktor salinisasi tanah di sawah irigasi dan

memprediksi waktu! lingkup! dan durasi perubahan muka air tanah

dangkal.

9. /erdasarkan simulasi model aliran air tanah di 6embah Di&reel! daerah

irigasi :otal dengan salinisasi tanah intensif 924 ha! dan bahwa

dengan salinisasi tanah potensial %24 ha! dari ,.000 ha.


25/27

RANGKUMAN

M5*657 merupakan software untuk permodelan yang banyak

digunakan karena mudah diperoleh dan digunakan. $oftware ini memiliki banyak

enis! dengan basis hukum yang berbeda! dan keunggulan yang berbeda pula.

:ahapan dalam membuat model menggunakan M5*657 se"ara umum adalah

mengumpulkan data! membuat konseptual model! dan mengkalibrasinya dengan

model lainnya. $emakin kompleks suatu bentukan model! semakin banyak pula

data yang dibutuhkan. arenanya! biasanya untuk model yang rumit dibutuhkan

software lain untuk mendukung kineranya. emudian penggunaan software

Modflow bisa diaplikasikan dengan kombinasi software lain seperti Ar"3$.

Pengkombinasian dengan software lain akan lebih memberikan informasi yang

detail! akurat dan dapat dapat diper"aya.


26/27

REFERENSI

+arroll! ?osemary 71!Pohll! reg M! @arman! $am! 1ershey! ?onald 6.

2008. # comparison of ground$ater flu%es computed $ith

&'(*'W and a mi%ing model using deuterium+ #pplication to the

eastern Nevada ,est ite and vicinity.esert ?esear"h 3nstitute F

$>! and +reating the new +*6 pa"kage. 20,9. 3talyF $"ien"eire"t

3nternational Asso"iation for 1ydro-@n#ironment @ngineering and

?esear"h (3A1?))r"TmaRrT ! a#id . 5ndra $ra"ek . 20, .

&'(*'W-12+ the Ne$ 3ossibilities in &ine 4ydrogeology

&odelling "or What is Not Written in the &anuals) . /erlin . erman

aray! y dan 1anal! . 20,4. &odelling of 2round$ater lo$ in

ractured 5ocks. 6udapest 1niversity + 4ungary. ( Pro"edding for

th roundwater $ymposium of the

6aura . 6aut&! onald 3. $iegel. 20,4.Modeling surfa"e and ground

water mi;ing in the hyporhei" &one using M5*657 and

M:9.20,%.


27/27

$. @. /oy"e! :. 'ishikawa! 7. 7-. Deh. 20,4. ?edu"ed order modeling

of the 'ewton formulation of M5*657 to sol#e un"onfined

groundwater flow.

makalah modflow fix

Documents