BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang “Banjir” dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia diartikan sebagai peristiwa terbenamnya daratan yang biasanya kering karena volume air yang meningkat (Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2015). Dengan kata lain, suatu wilayah dapat dianggap mengalami banjir jika air dalam jumlah yang signifikan berada di tempat yang tidak diinginkan atau tidak seharusnya. Di dalam kehidupan sehari-hari, peristiwa banjir sudah tidak asing lagi terdengar. Bencana banjir seringkali terjadi di berbagai tempat di dunia, termasuk di Indonesia, bahkan di Jakarta sebagai ibu kota negara. Badan Nasional Penanggulangan Bencana pada situsnya menyebutkan bahwa Indonesia terletak pada pertemuan empat lempeng tektonik, yaitu lempeng Benua Asia, Benua Australia, lempeng Samudera Hindia, dan lempeng Samudera Pasifik, serta memiliki iklim tropis dengan dua musim yaitu penghujan dan kemarau. Kondisi ini membuat Indonesia menjadi negara yang berpotensi mengalami perubahan cuaca, suhu, dan arah angin yang cukup ekstrim. Hal inilah yang menjadi pemicu sering terjadinya bencana hidrometeorologi, salah satunya bencana banjir. Ancaman bencana semakin ditingkatkan oleh aktivitas manusia yang merusak lingkungan hidupnya, seperti contohnya pembangunan yang bertumpu pada eksploitasi sumber daya alam (Badan Nasional Penanggulangan Bencana, 2015). Bencana banjir membawa berbagai dampak negatif bagi manusia dan lingkungannya. Banjir dapat menyebabkan hilangnya harta benda, kesehatan, bahkan jiwa. Selain itu, banjir juga dapat melumpuhkan jalur transportasi, menyebabkan pemadaman listrik, mencemari lingkungan, menyebabkan erosi dan tanah longsor, serta lain sebagainya (PT. Asuransi Jiwa Manulife Indonesia, 2014). BBC Indonesia melaporkan bahwa para pengusaha telah menderita kerugian hingga triliunan rupiah akibat banjir besar di Jakarta dan sekitarnya dalam empat hari saja, terhitung sejak hari Kamis, 17 Januari 2013 (Safitri, 2013). 1
2 Rahmat Fajar Lubis, Penulis Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI menyebutkan bahwa salah satu faktor utama penyebab ibu kota Jakarta dilanda banjir adalah kapasitas sungai dan saluran di Jakarta tidak mampu menampung air (Lubis, 2014). Dari pernyataan ini, dapat disimpulkan bahwa sungai dan saluran air, atau yang selanjutnya disebut sebagai kanal, adalah suatu faktor yang harus diperhatikan dalam mengatasi masalah banjir. Kanal yang dibuat harus mampu menampung debit air yang mengalir di dalamnya, serta mengalirkan air tersebut ke tempat yang diinginkan, namun tetap dengan penggunaan area yang efisien. Kanal yang terlalu besar dan menyebar akan mengganggu tata kota, karena area tersebut tidak dapat digunakan untuk keperluan lainnya. Sebaliknya, kanal yang terlalu kecil dan tidak didesain dengan tepat akan menyebabkan air mudah meluap. Gambar 1.1 adalah contoh sebuah kanal pencegah banjir.
Gambar 1.1 Ilustrasi Kanal Pencegah Banjir (Ogloblin, 2011)
Dengan adanya pertimbangan di atas, maka diperlukan perhitungan matematis yang tepat untuk menghasilkan sistem kanal yang maksimal. Adhémar Jean Claude Barré de Saint-Venant, seorang mekanik dan matematikawan, telah menyusun suatu persamaan gelombang kinematik untuk sistem aliran air pada kanal terbuka, yang kini dikenal sebagai persamaan Saint-Venant. Persamaan Saint-Venant yang terdiri dari persamaan kontinuitas dan momentum merupakan sistem persamaan diferensial pasial yang bersifat nonlinear. Persamaan Saint-Venant dalam bentuk aslinya tidak memiliki
3 penyelesaian analitis, namun dapat diselesaikan dengan pendekatan numerik. Beberapa penelitian telah dilakukan terhadap persamaan ini, serta pendekatan yang dapat diaplikasikan untuk penyelesaiannya. Penelitian-penelitian tersebut dijelaskan lebih lanjut dalam state of the art di bawah ini. Hossain dan Ema (2013), melakukan penelitian terhadap pemodelan aliran air. Pada penelitiannya disimpulkan bahwa persamaan gelombang dinamis, yaitu persamaan Saint-Venant, adalah pendekatan yang paling cocok untuk memodelkan proses fisik yang berhubungan dengan aliran air di permukaan tanah. Akbari
dan
Firoozi
meneliti
teori
perutean
gelombang
banjir
menggunakan persamaan Saint-Venant, dengan solusi numerik beda hingga eksplisit Lax dan implisit Preissmann. Sebuah program simulasi juga dibuat berdasarkan kedua metode tersebut, lalu diaplikasikan pada sungai dengan penampang persegi panjang. Hasil dibandingkan dengan model komputer HEC-RAS. Sebagai kesimpulan perbandingan, tampak bahwa pemodelan komputer dari kedua metode memiliki hasil yang cukup dekat, namun sedikit berbeda dengan hasil pada model HEC-RAS (Akbari & Firoozi, 2010). Kamalini Devi dalam thesisnya meneliti propagasi gelombang banjir dengan model dasar persamaan Saint-Venant. Solusi yang digunakan adalah metode persamaan karakteristik dan metode beda hingga Lax. Ia juga telah membuat program simulasi dengan menggunakan piranti lunak MAT-LAB (Devi, 2013). Kalita dan Sarma melakukan penelitian mengenai efisiensi dan perfoma metode Lax dan Beam-Warming dengan membandingkan hasil dari kedua metode tersebut dengan sistem komputer MIKE21C. Hasil dari kedua metode mendekati hasil MIKE21C. Namun, disimpulkan bahwa metode BeamWarming kurang efisien karena simulasi memiliki waktu komputasi yang sangat besar (Kalita & Sarma, 2012). Penelitian lainnya mengenai persamaan Saint-Venant juga dilakukan oleh Guo dan Hinds (2013). Penelitian ini dikhususkan pada persamaan SaintVenant dalam bentuk simplifikasinya. Tujuan penelitian Guo dan Hinds adalah menguji stabilitas pada metode solusi eksplisit dan implisit yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan tersebut.
4 Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, penulis merasa tertarik untuk menggunakan pendekatan beda hingga Lax untuk menyelesaikan persamaan Saint-Venant dan membuat program simulasi berdasarkan penyelesaian tersebut. Hasil analisis dibandingkan dengan hasil dari penelitianpenelitian sebelumnya. Dengan masukan berupa properti pada syarat awal dan syarat batas serta informasi mengenai kanal yang bersangkutan, akan dihasilkan keluaran berupa properti di titik longitudinal tertentu pada kanal, pada selang waktu yang ingin diamati. Properti air yang diketahui dapat dijadikan
acuan
untuk
pembuatan
sistem-sistem
pengontrol
dan
penanggulangan banjir di kemudian hari.
1.2
Identifikasi Masalah Permasalahan yang akan diselesaikan oleh penulis melalui skripsi ini adalah : 1. Faktor apa saja yang mempengaruhi properti air pada waktu tertentu di suatu titik di sepanjang kanal? 2. Bagaimana faktor-faktor tersebut menyusun persamaan Saint-Venant? 3. Bagaimana solusi dari persamaan Saint-Venant? 4. Apakah pendekatan beda hingga dengan metode eksplisit difusif Lax sudah efektif dan efisien untuk pemecahan persamaan Saint-Venant? 5. Bagaimana program yang dibuat penulis berperan dalam pembuatan kanal pencegah banjir?
1.3
Ruang Lingkup
1. Analisis faktor-faktor yang mempengaruhi properti aliran air tak tunak tak seragam berdasarkan persamaan Saint-Venant. 2. Metode solusi yang didalami secara khusus adalah pendekatan numerik beda hingga eksplisit difusif Lax. 3. Data yang digunakan dalam verifikasi penyelesaian persamaan Saint-Venant adalah data sekunder, diperoleh dari jurnal acuan (Akbari & Firoozi, 2010). Pada penggunaan program di kemudian hari, data yang digunakan data primer apabila data yang dimiliki oleh pihak terkait mencukupi.
5 4. Data yang dibutuhkan mencakup kecepatan aliran dan kedalaman air pada waktu awal sebagai syarat awal, serta syarat batas pada hulu dan hilir kanal. 5. Program dibuat dengan bahasa pemrograman Python dan antar muka didukung oleh PyQt.
1.4
Tujuan dan Manfaat
1.4.1 Tujuan 1. Mengembangkan aplikasi untuk melakukan simulasi numerik dengan persamaan Saint-Venant. 2. Menguji validasi dari aplikasi yang dibuat dan kualitas interaksi aplikasi dengan pengguna. 3. Menganalisa faktor-faktor yang mempengaruhi properti air pada titik dan waktu tertentu.
1.4.2 Manfaat Manfaat skripsi bagi pembaca adalah membantu pemahaman akan berbagai faktor yang mempengaruhi properti air yang dihasilkan pada titik-titik di sepanjang kanal air. Program simulasi yang dibuat dapat diaplikasikan dalam pembuatan kanal air, sehingga kanal air yang tidak lagi dibuat secara sembarangan, namun dengan perencanaan yang matang melalui program tersebut. Selain itu, program simulasi yang akan dibuat oleh penulis dapat dijadikan sebagai pembanding untuk perhitungan-perhitungan yang akan dilakukan oleh penulis lainnya dikemudian hari.
1.5
Sitematika Penulisan
BAB 1 : PENDAHULUAN Bab I menjelaskan latar belakang dari penelitian dan penelitian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, serta memaparkan permasalahan, ruang lingkup permasalahan yang diteliti, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika penyusunan penelitian.
6 BAB 2 : LANDASAN TEORI Bab yang penjelasan mengenai berbagai teori yang digunakan dalam penelitian yang akan dilakukan. Teori yang digunakan dalam penelitian dan penyusunan program mencakup teori penyusunan program, matematika, dan fluida, yang tersusun dalam bentuk teori umum dan teori khusus.
BAB 3 : METODE PENELITIAN Pada bab ini dipaparkan desain penelitian dan penjelaskan mengenai berbagai metode yang digunakan dalam penelitian, yaitu metode pemodelan, konstruksi program, dan validasi program. Selain itu, tercakup pula desain dari program yang akan dibuat dan diagram UML yang bersangkutan.
BAB 4 : HASIL DAN PEMBAHASAN Bab 4 memaparkan hasil dari penelitian, termasuk pemodelan matematis serta program yang dibuat. Pada bab ini, diberikan gambaran atas kanal yang dibahas berikut properti yang berhubungan, perumusan matematika yang menjadi dasar dari program, serta penyusunan dan penggunaan program. Bab 4 juga mencakup eksperimen mengenai pengaruh paramteter persamaan terhadap properti aliran air kanal yang dilakukan dengan menggunakan program.
BAB 5 : SIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi simpulan dari seluruh analisis dan perancangan sistem yang telah dilakukan dan saran-saran dari penulis bagi pembaca, pengguna program, dan peneliti di kemudian hari.
