PENGEMBANGAN SIMULASI ALIRAN AIR PADA SALURAN DRAINASE KOTA MENGGUNAKAN PEMODELAN NETWORK FLOW Evi Septiana Pane NRP. 2208 206 004 Dosen Pembimbing : Dr.I Ketut Eddy P Diah Puspito W, M.Sc Program Magister Bidang Keahlian Telematik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2010
Daftar Pembahasan 2
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Pendahuluan Pustaka dan Teori Metodologi Perhitungan Hidrologis Network Flow Saluran drainase Simulasi dengan Ford Fulkerson Kesimpulan & Saran Daftar Pustaka
1. PENDAHULUAN
Banjir sebagai fenomena alam 4
Karakteristik & Masalah Banjir Perkotaan 5
Siklus Hidrologi pada Urban Area
Bagaimana mempelajari arah aliran banjir di perkotaan yang tidak beraturan ?
Solusinya .... ? 6
•
Membangun model simulasi distribusi debit aliran air pada saluran drainase kota
Metode simulasi usulan : Network Flow 7
Membentuk sebuah directed graph dari saluran drainase
Peta Saluran Drainase sebuah wilayah
Maximum Flow Problem dan Solusinya 8
Maximum flow pencarian arus maksimum dalam sebuah network. Solusinya ? Ford Fulkerson (FF) FF bekerja dengan menentukan augmenting path dari source sink hingga nilai flow maksimum.
•
Kejadian Hujan sebagai source 9
Hujan di lebih dari 1 wilayah = terdapat > 1 source. Solusinya ? Network dengan Multiple sources dan sinks
Rumusan Permasalahan 10
Bagaimana mengetahui distribusi kapasitas air yang dialirkan melalui masing-masing saluran drainase ?
Batasan Masalah 11
Parameter : Panjang Saluran Curah Hujan
Kapasitas Saluran
Bentuk Penampang Saluran
Tata Guna Lahan
Tidak memperhitungkan faktor endapan atau sumbatan pada saluran
Batasan Masalah 12
Saluran drainase yang diliputi adalah sekunder dan primer. Asumsi awal : kapasitas saluran drainase dianggape penuh atau full bank capacity
Manfaat 14
Umum Informasi bagi
instansi terkait dalam mengambil tindakan penanganan dan pencegahan genangan/banjir akibat meluapnya saluran drainase.
Khusus Kontribusi
keilmuan dalam hal penerapan Network flow pada pemodelan saluran drainase. Implementasi algoritma Ford Fulkerson pada kasus saluran drainase.
2. KAJIAN PUSTAKA & TEORI
Sistem Saluran Drainase 16
Drainase merupakan sebuah sistem yang dibuat untuk menangani persoalan kelebihan air baik kelebihan air yang berada di atas maupun di bawah permukaan tanah (Wesli, 2008).
Perhitungan Hidrologi 17
Secara umum proses yang dilakukan pada perhitungan hidrologi adalah sebagai berikut :
Menghitung waktu konsentrasi pengaliran lahan dan saluran
Mendapat nilai intensitas hujan dgn rumus talbot & input waktu konsentrasi
Menghitung debit rencana dengan rumus rasional
Menghitung kapasitas primer dan sekunder dengan asumsi saluran dalam kondisi penuh air (full bank capacity)
Network Flow 21
Arus (flow) pada network, harus : Arus yg mengalir ≤ kapasitas sisi yg dialiri Arus masuk ke node = arus keluar dari node, kecuali pada source . Sedangkan pada sink, arus masuk > arus keluar
Biasa digunakan untuk memodelkan sistem lalulintas, saluran pipa, sirkuit elektrik, dsb.
Maximum Flow Problem 22
Solusi yang sering digunakan : Ford Fulkerson Contoh maximum flow solution
Graph dengan capacity (c), source (s) dan sink (t) flow f dari s ke t yang maksimum
Ford Fulkerson 23
Residual Network : adalah network dengan edges yang masih dapat menerima flow Mencari Augmenting path : lintasan sederhana dari s menuju ke t dalam residual network Teorema max-flow min-cut : sebuah flow adalah maksimum jika dan hanya jika residual network tidak lagi memiliki augmenting path.
Network dengan Multiple Sources 24
Network dengan lebih dari 1 source solusinya ditambah dengan 1 supersources Sv sebagai virtual source s1 s2 s3
s1
t
sv
s2
t
s3
Capacity (Sv, Sn) = ∞ atau Capacity (Sv, Sn) > capacity dari edge yang paling maksimal dalam network Penyelesaian dilakukan dengan cara FF
3. METODOLOGI PENELITIAN
Perhitungan hidrologi utk memperoleh nilai Q masing-masing saluran
Menyiapkan data untuk model
Melakukan Perhitungan hidrologi saluran drainase
Membuat model Network Flow dari saluran drainase
• Untuk mengetahui distribusi Routing Aliran Air dengan Ford debit aliran air dalam tiap Fulkerson & Simulasi saluran drainase menggunakan Java Applet • Simulasi dengan Java Applet yang diakses melalui Analisa Hasil Simulasi web browser.
26
Data : peta sal. Drainase, data ttg saluran, curah hujan, land use
Setiap skenario di analisa berdasarkan hasil dari simulasi yg dilakukan
4. HASIL & PEMBAHASAN
Perhitungan hidrologis (Debit Rencana) 28
1.
Nilai debit rencana/banjir untuk saluran sekunder Ketintang
Kapasitas Sal. existing 29
Tabel kapasitas saluran sekunder ketintang (satuan m3/det) Saluran
Rata-rata Debit existing (m3/det)
Nilai kapasitas pada network flow, pembulatan dari debit existing x 10 (m3/det)
Ketintang
0.416
4
Ketintang Wiyata
0.616
6
Prof. Soepomo
0.892
9
Ketintang Selatan
2.371
23
DLLAJR
2.830
28
Wonokromo
1.447
14
Jambangan
1.662
16
Karah Agung
9.867
99
Primer Wonorejo
13.785
138
A. Yani
3.112
31
Analisis Sal. Sekunder Ketintang 30
Tabel Berikut adalah hasil perbandingan antara debit banjir dengan kapasitas saluran existing pada sal. Sekunder Ketintang :
Network Flow : Sal. Sekunder Ketintang 31
-
Node berwarna ungu adalah source Node berwarna kuning adalah sink/target
Skenario Routing aliran air 1. Hujan di seluruh wilayah saluran drainase Ketintang 2. Hujan di wilayah saluran ketintang dan saluran wonokromo (bagian utara). 3. Hujan di wilayah saluran kebonsari , saluran karah agung barat dan saluran jambangan (bagian barat). 4. Hujan di wilayah saluran A.Yani, saluran Ketintang Selatan dan saluran DLLAJR (bagian selatan) Yang menjadi sink/target adalah sal. Primer Wonorejo
Routing aliran air -- Skenario 1(a) 33
-
-
Nilai Kapasitas Sv S = 145 , yakni > dari nilai kapasitas edge maksimum 138. Ada 10 source dan 1 sink
Routing aliran air -- Skenario 1(b) 34
Routing aliran air -- Skenario 1(c) 35
No.
Lintasan yang dilalui
Flow yg dialirkan
1.
1(s)-2-6-7-11-14-16-17-18-19(t) Karah agung barat Karah agung Primer Wonorejo
99
2.
1(s)-12-14-16-18-19(t) Ketintang Primer Wonorejo
4
3.
1(s)-13-18-19(t) Wonokromo Primer Wonorejo
14
4.
1(s)-15-16-18-19(t) DLLAJR Primer Wonorejo
21
Total Maximum Flow
-
138
Label dari edges dengan nilai f = nilai c, berarti saluran penuh. Label dari edges dengan nilai f < nilai c, berarti saluran belum maksimum mengalirkan air
Hasil dan Analisa Skenario 1 36
Saluran berawal dari node 9 , node 8, node 3, node 5, node 10 dan node 17 tidak dilintasi air karena jika, saluran tersebut dilintasi air, maka akan terjadi luapan pada saluran yang adjacent dengan saluran tersebut. Artinya : saluran-saluran yang tidak dialiri flow belum maksimal mengalirkan flow
cara menanganinya : dengan mengkaji ulang (memperbesar) kapasitas saluran yang adjacent dengan saluran-saluran tersebut.
Hasil dan Analisa Skenario 1 37
Saluran yang memiliki banyak cabang pengaliran yang menuju ke arahnya, Contoh : saluran node 7 dan node 18 dengan 3 cabang saluran yang mengarah ke dirinya, Sebaiknya memiliki kapasitas saluran yang > total dari nilai kapasitas saluran percabangannya, supaya aliran air dari tiaptiap percabangan bisa diakomodasi dan tidak terjadi luapan di daerah tersebut.
Routing aliran air -- Skenario 2(a) 38
Ada 4 source dan 1 sink , yaitu : - sal. Prof. Soepomo - sal. Ketintang Wiyata - sal. Ketintang - sal. Wonokromo
Routing aliran air -- Skenario 2(b) 39
Routing aliran air -- Skenario 2(c) 40
No.
Lintasan yang dilalui
Flow yg dialirkan
1.
1(s)-8-7-11-14-16-17-18-19(t) Prof. Soepomo Karah agung Primer Wonorejo
6
2.
1(s)-9-11-14-16-18-19(t) Ketintang Wiyata Karah Agung Primer Wonorejo
9
3.
1(s)-12-14-16-18-19(t) Ketintang Primer Wonorejo
4
4.
1(s)-13-18-19(t) Wonokromo Primer Wonorejo
14
Total Maximum Flow
33
Hasil dan Analisa Skenario 2 41
Sal. yang menjadi source pada skenario 2 mengalami kapasitas maksimum. Sedangkan saluran perantara sepanjang lintasan dari source menuju ke sink kondisinya masih dalam keadaan cukup kosong.
Dapat disimpulkan bahwa untuk sal. Karang Agung & Sal. Primer Wonorejo mampu menampung flow yang berasal dari saluran dibagian utara.
Nilai maximum flow (33) tersebut masih > dari nilai total kapasitas saluran maksimum (sal. Karah Agung dengan c = 99) Artinya : Sepanjang lintasan yang dilalui oleh air tidak akan terjadi luapan.
Routing aliran air -- Skenario 3(a) 42
Ada 3 source dan 1 sink , yaitu : - sal. Kebonsari - sal. Karah Agung barat - sal. Jambangan
Routing aliran air -- Skenario 3(b) 43
No.
Lintasan yang dilalui
Flow yg dialirkan
1.
1(s)-2-6-7-11-14-16-17-18-19(t) Karah agung barat Karah agung Primer Wonorejo
99
Total Maximum Flow
99
Hasil dan Analisa Skenario 3 44
Nilai kapasitas saluran Karah Agung barat = nilai kapasitas saluran Karah Agung yaitu 99 ,
Sehingga saluran lain tidak dapat mengalirkan tambahan flow pada sal. Karah Agung hingga mencapai sink Sal. Karah Agung tidak dapat mengakomodasi 2 saluran lain yang mengarah kepadanya.
Routing aliran air -- Skenario 4(a) 45
Ada 3 source dan 1 sink , yaitu : - sal. Ketintang Selatan - sal. DLLAJR - sal. A. Yani
Routing aliran air -- Skenario 4(b) 46
Hasil dan Analisa Skenario 4 47
No.
Lintasan yang dilalui
Flow yg dialirkan
1.
1(s)-10-7-11-14-16-17-18-19(t) Ketintang Selatan Karah agung Primer Wonorejo
23
2.
1(s)-15-16-18-19(t) DLLAJR Primer Wonorejo
28
3.
1(s)-17-18-19(t) A. Yani Primer Wonorejo
31
Total Maximum Flow
82
Kesimpulan skenario 4 : sal. Karah Agung & sal. Primer Wonorejo mampu menampung flow yang dialirkan dari sal. bagian selatan, jika nilai total kapasitas sal. di bagian selatan < kapasitas maksimal sal. Karah Agung/sal. Primer Wonorejo.
5. KESIMPULAN & SARAN
Kesimpulan 49
• Pemodelan network flow dapat memberikan kontribusi dalam melakukan optimalisasi distribusi debit aliran air pada saluran drainase untuk mengurangi terjadinya genangan atau bahkan banjir . • Saluran yang adjacent dengan saluran yang belum mengalirkan air secara maksimal perlu dikaji ulang (diperluas) kapasitas salurannya. • Saluran drainase yang memiliki banyak percabangan menuju ke arahnya, kapasitasnya diperbesar hingga nilainya > jumlah nilai kapasitas saluran percabangan yang mengarah ke dirinya. • Sal. Karah Agung & Primer Wonorejo masih mampu menampung aliran air jika hujan terjadi pada saluran di wilayah bagian utara dan selatan.
Saran 50
•
Pemodelan network flow juga dapat digunakan untuk membuat waktu penjadwalan pengerukan sedimen pada saluran drainase dengan teori graph colouring
•
Ruang lingkup saluran drainase yang di uji coba dapat diperluas hingga ke saluran yang lebih kecil yaitu saluran tersier untuk memperoleh hasil rekomendasi yang lebih detail.
•
Fokus penanganan genangan di wilayah Ketintang lebih kepada saluran Karah Agung dan saluran Primer Wonorejo terutama berkaitan dengan aliran air yang berasal dari saluran di wilayah barat
Daftar Pustaka 51
Burt C. M. and Gartrell G. "Irrigation-Canal - Simulation Model Usage" Journal of Irrigation and Drainage Engineering 119.4 (1993): 631-636. Badan Perencanaan Pembangunan Kota Pemkot Surabaya, Laporan Akhir, Surabaya Drainage Master Plan 2018, Mott MacDonald Cambridge UK dan PT. Tricon Jaya, Surabaya, 2000. Chow, Ven Te dan Maidment, David R. dan Mays, Larry W, Applied Hidrolika, McGraw-Hill Book Company, Singapura, 1988. Cormen H. T, E. Charles, Leiserson, L. Ronald, Rivest, and Stein C. Introduction to Algorithms, Second Edition. MIT Press and McGraw-Hill, 2001. ISBN 0-262-03293-7. Section 26.4: Push-relabel algorithms, and section 26.5: The relabel-to-front-algorithm. Farid Muhammad, Pemodelan Dua Dimensi Aliran Banjir Pada Daerah Perkotaan. Tesis Magister. Institut Teknologi Bandung. 2007
Daftar Pustaka 52
Habibi, L. Pemodelan Network Flow Analysis Sistem Distribusi Air Menggunakan Algoritma Genetika-Metode Newton. Tesis Magister. Institut Teknologi Bandung. 2008. Joesron Loebis, “Banjir Rencana Untuk Bangunan Air”. Departemen Pekerjaan Umum, 1992. Misra, Rajeev, “Steady Flow Simulation in Irrigation Cannals”. Journal Sadhana, Vol. 20, Part 6 (1995): 955-969. Ned H.C. Hwang, ”Fundamentals of Hydraulic Engineering System”, Prentice Hall, 1987. Tatas, “Perencanaan Saluran Drainase Kawasan Ketintang dan Sekitarnya”, Tugas Akhir, Teknik Sipil – ITS, Surabaya, 2004. Wesli, “Drainase Perkotaan”, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2008.
Sekian & Terima Kasih Surabaya – Lab B 201 , 21 Januari 2010
