Variabilitas Hidrologi; Apa Fungsinya?

Variabilitas adalah perubahan besaran hidrologi ketika membandingkan satu lokasi spasial dengan lokasi lainnya, atau satu waktu dengan yang lain. Keanekaragaman terjadi secara alami, dan juga karena aktivitas manusia (misalnya pengolahan lahan, urbanisasi, dan pengelolaan hutan).

Kita dapat melihat bukti variabilitas ini dalam pengukuran curah hujan, suhu udara, kelembaban tanah, tutupan salju, tingkat air tanah, dan aliran sungai, atau kuantitas hidrologi lainnya. Kehidupan sehari-hari sudah memberi kita pemahaman intuitif tentang banyak aspek variabilitas, misalnya, dari pengalaman umum bahwa suhu udara bervariasi dengan ruang dan waktu.

Kita tahu tentang variasi waktu suhu pada setidaknya tiga skala yang berbeda: pertama, umumnya lebih dingin di malam hari dan lebih hangat di siang hari; kedua, suhu siang hari lebih dingin pada hari berawan; dan ketiga, umumnya lebih dingin di musim dingin dan lebih hangat di musim panas.

Ketiga contoh variabilitas temporal ini berada pada rentang waktu yang berbeda: yang pertama adalah pada skala waktu harian, yang kedua tidak memiliki skala waktu tertentu (kekeruhan dapat berlangsung selama beberapa detik atau berhari-hari), dan yang ketiga adalah pada skala waktu tahunan (kita akan mendefinisikan konsepnya skala lebih hati-hati dalam teks berikut).

Kita juga tahu bahwa suhu udara bervariasi dari satu tempat ke tempat lain: lebih dingin di bawah naungan pohon berdaun daripada berdiri di bawah sinar matahari, dan lebih dingin di puncak gunung daripada di dataran rendah di dekatnya.

Dengan demikian kita memiliki pengalaman variabilitas spasial untuk setidaknya dua skala ruang, skala tanaman (dari urutan 1 m) dan skala lanskap (mungkin 10 km).

Skala dalam artikel ini digunakan untuk mengartikan ukuran spasial atau temporal di mana variabel hidrologi sedang dipertimbangkan. Sebagai contoh, kita mungkin memikirkan jumlah air yang tertahan di zona perakaran tanah pada skala waktu sesaat, atau nilai rata-rata selama skala waktu satu hari atau satu tahun atau periode lainnya.

Ketika kita memilih skala, ini mempengaruhi bagaimana kita memandang kelembaban tanah, atau fenomena lain apa pun yang ingin kita pikirkan. Jika kita melihat variabilitas momen-ke-momen dari kelembaban tanah yang diukur secara instan, kita melihat variasi tertentu.

Jika kita memeriksa kelembaban tanah rata-rata harian di tempat yang sama selama periode yang sama, kita melihat sesuatu yang berbeda. Perbedaan ini adalah efek dari skala waktu pada variabilitas Demikian pula, kita dapat mempertimbangkan air tanah ini pada skala spasial dari “titik” atau rata-rata lapangan, atau rata-rata daerah tangkapan. Sekali lagi, perubahan dalam skala pengamatan menyebabkan perubahan dalam variabilitas yang dirasakan.

Variabilitas Hidrologi pada Rentang Skala.

Variabilitas hidrologi membuat tugas ahli hidrologi menarik dan menantang. Fenomena yang sama harus diperlakukan secara berbeda tergantung pada ruang dan skala waktu dari masalah yang sedang dipertimbangkan.

Pada tingkat yang paling sederhana, ahli hidrologi memperlakukan variabilitas dengan mengukur atau memperkirakan variasi pada skala yang relevan dengan masalah yang dihadapi (dan dapat diukur), mengabaikan variasi lainnya.

Perbedaan ini juga disebut sebagai variabilitas terselesaikan dan tidak terselesaikan. Pemilihan skala waktu dan ruang yang tepat untuk menyelesaikan variabilitas seringkali merupakan tugas yang menantang.

Skala spasial atau temporal yang kita gunakan memiliki pengaruh besar pada variabilitas yang kita rasakan: skala dapat bertindak sebagai filter, yang memungkinkan kita melihat beberapa aspek hidrologi dan menutupi yang lain.

Kita tentu saja dapat melakukan pengamatan yang sangat rinci dalam jangka waktu yang lama atau di wilayah yang luas, yang mencakup banyak sumber variabilitas (misalnya pengukuran curah hujan per jam selama bertahun-tahun, atau citra satelit pada resolusi 5 m di atas ribuan kilometer persegi).

Namun, manusia umumnya tidak memahami semua skala ini sekaligus, dan biasanya mengambil langkah-langkah untuk mengurangi atau memadatkan jumlah informasi, mungkin dengan mengurangi resolusi (misalnya menggunakan deret waktu curah hujan bulanan), atau dengan mengurangi tingkat kumpulan data ( misalnya hanya menggunakan data curah hujan selama 15 detik).

Sifat Variabilitas: Acak dan Deterministik .

Deskripsi variabilitas dapat dibagi menjadi dua jenis utama: acak (terjadi secara kebetulan, tidak dapat dijelaskan, stokastik, probabilistik) dan deterministik (disebabkan oleh peristiwa sebelumnya atau hukum alam, dapat diprediksi, siklus, tren, pola).

Salah satu pandangan dunia yang ekstrem adalah bahwa semua hidrologi variabilitas bersifat deterministik, karena setiap peristiwa hidrologi memiliki penyebab yang paling tidak dapat diketahui secara prinsip. Namun, ada banyak situasi di mana pendekatan deterministik tidak praktis.

Ada sejarah panjang memperlakukan kuantitas hidrologi sebagai fenomena acak, bukan karena mereka secara intrinsik tidak dapat diprediksi, tetapi hanya karena pendekatan acak nyaman untuk beberapa tugas. Ada juga situasi di mana pengetahuan rinci tentang variasi dan penyebabnya kurang membantu daripada mengidentifikasi deskriptor yang efektif, seperti parameter statistik atau distribusi, yang menangkap perilaku penting dari sistem, tanpa memerlukan penghitungan rinci setiap bagian dari sistem.

Sebuah analogi terkenal adalah penggunaan termodinamika untuk menggambarkan efek bersih dari banyak molekul yang berinteraksi, dan memang beberapa upaya telah dilakukan untuk membangun teori hidrologi menggunakan pendekatan ini.

Variabel fisik yang sama dapat diperlakukan sebagai kuantitas acak dalam satu konteks, dan sebagai deterministik dalam konteks lain. Sebagai contoh, pertimbangkan hujan yang turun di area kecil dalam badai yang parah.

Untuk tujuan memahami peristiwa banjir bencana yang disebabkan oleh badai tertentu, adalah tepat untuk menggunakan pengukuran rinci tentang berapa banyak hujan yang turun pada waktu dan lokasi mana untuk memahami pergerakan limpasan badai dan banjir berikutnya.

Ini adalah pendekatan deterministik untuk hujan badai. Namun, ketika merancang sebuah struktur untuk menahan badai yang parah, sering kali lebih berguna untuk mempertimbangkan kejadian badai sebagai fenomena acak dan membuat deskripsi statistik curah hujan badai, menilai kemungkinan bahwa suatu peristiwa dengan magnitudo tertentu mungkin terjadi.

Pendekatan acak dan deterministik juga dapat digabungkan, sehingga, misalnya, seseorang dapat mempertimbangkan total kedalaman hujan dalam badai sebagai variabel acak, tetapi gunakan satu atau lebih pola deterministik untuk menggambarkan variasi temporal yang diharapkan dari intensitas hujan selama badai.

Related Posts