PENGEMBANGAN SIMULASI ALIRAN AIR PADA SALURAN DRAINASE KOTA MENGGUNAKAN PEMODELAN NETWORK FLOW

Transkripsi

1 PENGEMBANGAN SIMULASI ALIRAN AIR PADA SALURAN DRAINASE KOTA MENGGUNAKAN PEMODELAN NETWORK FLOW Evi Septiana Pane NRP 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

2 Daftar Pembahasan 2 1. Pendahuluan 2. Pustaka dan Teori 3. Metodologi 4. Perhitungan Hidrologis 5. Network Flow Saluran drainase 6. Simulasi dengan Ford Fulkerson 7. Kesimpulan & Saran 8. Daftar Pustaka

3 1. PENDAHULUAN

4 4 Banjir sebagai fenomena alam

5 Karakteristik & Masalah Banjir Perkotaan 5 Siklus Hidrologi pada Urban Area Bagaimana mempelajari arah aliran banjir di perkotaan yang tidak beraturan?

6 Solusinya...? 6 Membangun model simulasi distribusi debit aliran air pada saluran drainase kota

7 Metode simulasi usulan : Network Flow 7 Membentuk sebuah directed graph dari saluran drainase Peta Saluran Drainase sebuah wilayah

8 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.

9 Kejadian Hujan sebagai source 9 Hujan di lebih dari 1 wilayah = terdapat > 1 source. Solusinya? Network dengan Multiple sources dan sinks

10 Rumusan Permasalahan 10 Bagaimana mengetahui distribusi kapasitas air yang dialirkan melalui masing-masing saluran drainase?

11 Batasan Masalah 11 Parameter : Panjang Saluran Kapasitas Saluran Tata Guna Lahan Curah Hujan Bentuk Penampang Saluran Tidak memperhitungkan faktor endapan atau sumbatan pada saluran

12 Batasan Masalah 12 Saluran drainase yang diliputi adalah sekunder dan primer. Asumsi awal : kapasitas saluran drainase dianggape penuh atau full bank capacity

13 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.

14 2. KAJIAN PUSTAKA & TEORI

15 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).

16 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)

17 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.

18 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

19 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.

20 Network dengan Multiple Sources 24 Network dengan lebih dari 1 source solusinya ditambah dengan 1 supersources S v sebagai virtual source s 1 s 1 s 2 t s v s 2 t s 3 s 3 Capacity (S v, S n ) = atau Capacity (S v, S n ) > capacity dari edge yang paling maksimal dalam network Penyelesaian dilakukan dengan cara FF

21 3. METODOLOGI PENELITIAN

22 Perhitungan hidrologi utk memperoleh nilai Q masing-masing saluran Melakukan Perhitungan hidrologi saluran drainase Menyiapkan data untuk model Data : peta sal. Drainase, data ttg saluran, curah hujan, land use Membuat model Network Flow dari saluran drainase Untuk mengetahui distribusi debit aliran air dalam tiap saluran drainase Simulasi dengan Java Applet yang diakses melalui web browser. Routing Aliran Air dengan Ford Fulkerson & Simulasi menggunakan Java Applet Analisa Hasil Simulasi Setiap skenario di analisa berdasarkan hasil dari simulasi yg dilakukan 26

23 4. HASIL & PEMBAHASAN

24 Perhitungan hidrologis (Debit Rencana) Nilai debit rencana/banjir untuk saluran sekunder Ketintang

25 Kapasitas Sal. existing 29 Tabel kapasitas saluran sekunder ketintang (satuan m3/det) Saluran Rata-rata Debit existing (m 3 /det) Nilai kapasitas pada network flow, pembulatan dari debit existing x 10 (m 3 /det) Ketintang Ketintang Wiyata Prof. Soepomo Ketintang Selatan DLLAJR Wonokromo Jambangan Karah Agung Primer Wonorejo A. Yani

26 Analisis Sal. Sekunder Ketintang 30 Tabel Berikut adalah hasil perbandingan antara debit banjir dengan kapasitas saluran existing pada sal. Sekunder Ketintang :

27 Network Flow : Sal. Sekunder Ketintang 31 - Node berwarna ungu adalah source - Node berwarna kuning adalah sink/target

28 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

29 Routing aliran air -- Skenario 1(a) 33 - Nilai Kapasitas Sv S = 145, yakni > dari nilai kapasitas edge maksimum Ada 10 source dan 1 sink

30 34 Routing aliran air -- Skenario 1(b)

31 Routing aliran air -- Skenario 1(c) 35 No. Lintasan yang dilalui Flow yg dialirkan 1. 1(s) (t) Karah agung barat Karah agung Primer Wonorejo 2. 1(s) (t) Ketintang Primer Wonorejo 3. 1(s) (t) Wonokromo Primer Wonorejo 4. 1(s) (t) DLLAJR Primer Wonorejo Total Maximum Flow 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

32 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.

33 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.

34 Routing aliran air -- Skenario 2(a) 38 Ada 4 source dan 1 sink, yaitu : - sal. Prof. Soepomo - sal. Ketintang Wiyata - sal. Ketintang - sal. Wonokromo

35 39 Routing aliran air -- Skenario 2(b)

36 Routing aliran air -- Skenario 2(c) 40 No. Lintasan yang dilalui Flow yg dialirkan 1. 1(s) (t) Prof. Soepomo Karah agung Primer Wonorejo 2. 1(s) (t) Ketintang Wi yata Karah Agung Primer Wonorejo 3. 1(s) (t) Ketintang Primer Wonorejo 4. 1(s) (t) Wonokromo Primer Wonorejo Total Maximum Flow 33

37 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.

38 Routing aliran air -- Skenario 3(a) 42 Ada 3 source dan 1 sink, yaitu : - sal. Kebonsari - sal. Karah Agung barat - sal. Jambangan

39 Routing aliran air -- Skenario 3(b) 43 No. Lintasan yang dilalui Flow yg dialirkan 1. 1(s) (t) Karah agung barat Karah agung Primer Wonorejo 99 Total Maximum Flow 99

40 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.

41 Routing aliran air -- Skenario 4(a) 45 Ada 3 source dan 1 sink, yaitu : - sal. Ketintang Selatan - sal. DLLAJR - sal. A. Yani

42 46 Routing aliran air -- Skenario 4(b)

43 Hasil dan Analisa Skenario 4 47 No. Lintasan yang dilalui Flow yg dialirkan 1. 1(s) (t) Ketintang Selatan Karah agung Primer Wonorejo 2. 1(s) (t) DLLAJR Primer Wonorejo 3. 1(s) (t) A. Yani Primer Wonorejo 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.

44 5. KESIMPULAN & SARAN

45 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.

46 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

47 Daftar Pustaka 51 Burt C. M. and Gartrell G. "Irrigation-Canal - Simulation Model Usage" Journal of Irrigation and Drainage Engineering (1993): Badan Perencanaan Pembangunan Kota Pemkot Surabaya, Laporan Akhir, Surabaya Drainage Master Plan 2018, Mott MacDonald Cambridge UK dan PT. Tricon Jaya, Surabaya, Chow, Ven Te dan Maidment, David R. dan Mays, Larry W, Applied Hidrolika, McGraw-Hill Book Company, Singapura, Cormen H. T, E. Charles, Leiserson, L. Ronald, Rivest, and Stein C. Introduction to Algorithms, Second Edition. MIT Press and McGraw-Hill, ISBN 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

48 Daftar Pustaka 52 Habibi, L. Pemodelan Network Flow Analysis Sistem Distribusi Air Menggunakan Algoritma Genetika-Metode Newton. Tesis Magister. Institut Teknologi Bandung Joesron Loebis, Banjir Rencana Untuk Bangunan Air. Departemen Pekerjaan Umum, Misra, Rajeev, Steady Flow Simulation in Irrigation Cannals. Journal Sadhana, Vol. 20, Part 6 (1995): Ned H.C. Hwang, Fundamentals of Hydraulic Engineering System, Prentice Hall, Tatas, Perencanaan Saluran Drainase Kawasan Ketintang dan Sekitarnya, Tugas Akhir, Teknik Sipil ITS, Surabaya, Wesli, Drainase Perkotaan, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2008.

49 Sekian & Terima Kasih Surabaya Lab B 201, 21 Januari 2010