3 METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Kerentanan Pesisir Terhadap Genangan
4.1.6 Pemodelan Banjir Sungai Menggunakan HEC GeoRAS
Pemodelan banjir ini menggunakan software modeling hidrologi dan Software GIS. Software modeling hidrologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah HEC RAS (Hydrologic Engineering Center River Analysis System) yang digunakan untuk menyusun, menghitung dan menganalisa faktor hidrologi. Dalam penyusunan geometric data yang bersifat keruangan (spatial data) digunakan software HEC GeoRAS yang merupakan ekstensi dalam Software GIS Arc View. Dalam model ini akan disiapkan data yang berkaitan dengan geometri, hidrologi dan penggambaran model banjir yang secara ringkas dapat disusun dalam seperti terlihat pada Gambar 37.
Sumber: HEC GeoRAS User Manual (US ACE, 2002)
Gambar 37. Proses pemodelan banjir menggunakan HEC GeoRAS dan HEC RAS
Dalam penelitian ini DEM disusun dari sumber data berupa titik dan garis. Data titik berupa titik ketinggian yang diperoleh dari hasil pengukuran ketinggian oleh Dinas Pekerjaan Umum Provinsi Jawa Tengah Tahun 2007. Data garis kontour yang menggambarkan wilayah dengan ketinggian yang sama diperoleh dari Peta Rupa Bumi skala 1:25.000 dengan interval yang telah dimodifikasi menjadi 6 m.
Terdapat dua jenis data DEM yaitu yang berformat raster dan berformat vektor. Format raster diperoleh dengan menggunakan software ER Mapper versi 6.4 sedangkan format vektor dalam bentuk TIN diperoleh dengan menggunakan Software ArcView versi 3.2. Hasil kedua memberikan hasil yang berbeda, dalam bentuk raster (GRID) dan dalam bentuk vektor (TIN).
a. Input Data Geometrik
Data geometric diperlukan dalam analisa banjir suatu wilayah. Data geometric ini berisi mengenai satuan-satuan yang diperlukan dalam analisa menggunakan software HEC RAS. Data geometri dapat diperoleh dengan
DEM Peta Topografi
HEC-GeoRAS Dan Arc View (Pre-Processing)
HEC- RAS
HEC-GeoRAS Dan Arc View (Post-Processing)
Lokasi Genangan
menggunakan software Sistem Informasi Geografi dengan sistem koordinat UTM yang memiliki satuan metrik. Lokasi penelitian berdasarkan sistem koordinat UTM berada pada Zona 49 Selatan dengan datum WGS 1984.
1. Aplikasi HEC GeoRAS
Aplikasi HEC GeoRAS merupakan aplikasi yang merupakan pengembangan dari perangkat lunak analisa hidrologi yang menggunakan Sistem Informasi Geografi untuk memperoleh data dan parameter geometrik dalam analisanya. HEC GeoRAS ini merupakan aplikasi yang dapat dijalankan pada software SIG berbasis vektor seperti Arc View, atau Arc GIS. Aplikasi HEC GeoRAS dipergunakan untuk mendapatkan data geometrik yang diperlukan dalam analisa HEC RAS. Proses analisa data hidrologi seperti terlihat pada Gambar 38.
Setelah parameter geometri diperoleh, maka dilakukananalisa hidrologi menggunakan perangkat lunak HEC RAS. Perangkat lunak ini adalah software pemodelan hidrologi yang menyediakan perhitungan faktor hidrologi untuk pemodelan banjir sungai.
Software ini juga menyediakan kemudahan pembetulan data geometrik, yaitu untuk mengedit data geometri berdasarkan data hidrologi, data atribut, dan data sekunder yang lain.
Hasil analisa hidrologi yang dihasilkan oleh perangkat HEC RAS iniselanjutnya akan diekspor menjadi format yang dapat dibaca lagi pada perangkat lunak SIG untuk memperoleh distribusi spasial genangan berdasarkan perhitungan data hidrologi.
2. Membuat RAS Theme
Pembuatan peta banjir memerlukan masukan utama berupa DEM dan peta topografi detail. Berdasarkan data utama tersebut dibuat data geometrik yang berkaitan dengan proses pemodelan banjir. Masukan data penting antara lain adalah data geometri sungai, debit, koefisien Manning, Peta Penggunaan Lahan dan data potongan melintang (Cross Section). Data tersebut digunakan untuk data hidrologi pra-pemprosesan, yang diperlukan dalam perhitungan pemodelan hidrologi.
Gambar 38. Diagram alir penggambaran distribusi banjir menggunakan HEC Geo-RAS
Data geometri telah diciptakan melalui program HEC-GeoRAS. Peranti lunak ini berjalan sebagai ekstensi dari software GIS ArcGIS. Untuk menghasilkan data geometri tersebut digunakan peta topografi dan citra IKONOS tahun 2007 sebagai panduan untuk membuat file beberapa tema yang diperlukan. Adapun beberapa tema yang diperlukan dalam analisa pemodelan banjir menggunakan HEC GeoRAS seperti terlihat pada Tabel 14.
Tabel 14. Beberapa tema yang diperlukan dalam pemodelan banjir sungai
No
Membuat Data Geometric menggunakan HEC- GeoRASdan Arc View Versi 3.3
No
Membuat Data
Hydrologimenggunakan HEC-RAS Versi 4.1
A Membuat theme RAS A Data Aliran Steady Flow
1 Tema aliran tengah sungai 1 Debit Normal
2 Tema aliran utama 2 Debit Puncak (periode ulang 100 tahun)
3 Tema garis tengah aliran Kondisi Batas
4 Tema potongan melintang 1 Kedalaman Normal 5 Koefisien Manning 2 Ketinggian Batas Air
B Memberiatributpada theme B Editing Data Geometric
1 Penyempurnaan aliran tengah 1 Stasiun sungai 2 Pemberian atribut XS 2 Kondisi jembatan 3 Ketinggian XS 3 Pertemuan sungai 4 Koefisien Manning
5 Pengeditan potongan melintang 6 Modifikasi aliran
Sumber : US ACE (2002)
Theme berupa garis yang dibuat dalam pemodelan banjir ini adalah (1) Aliran tengah sungai (stream centerline), (2) Alur utama (main chanel river bank), (3) Garis tengah aliran (flowpath Centerline) dan (4) Potongan melintang
(cross section). Theme yang berupa poligon adalah peta penggunaan lahan yang
berisi jenis penutup lahan yang memiliki nilai Koefisien Manning tertentu.
Aliran Tengah Sungai (Stream Centerline), diwakili oleh garis di tengah sungai, garis ini merupakan garis individu yang menunjukkan tengah aliran sungai yang berbentuk poligon. Untuk membuat garis tengah sungai setepat mungkin, diperlukan panduan berupa peta kontur, peta topografi, dan citra IKONOS sebagai panduan.
Beberapa aturan yang harus diperhatikan dalam pembuatan peta tematik ini antara lain:
Setiap garis tengah sungai harus terhubung satu dengan lainnya
Digitasi garis tengah dimulai dari hulu sungai ke arah hilir sungai, mengikuti arah aliran sungainya
Tiap garis tengah sungai tidak boleh berimpit
Masing-masing garis memiliki nama yang bersifat unik
Saluran utama (river bank), pemisahan saluran utama dari daerah di luar saluran utama (overbank) didefinisikan oleh tema saluran utama. Peta topografi telah digunakan sebagai panduan untuk menempatkan saluran utama ini dalam model. Pembuatan saluran utama ini tidak harus berawal dari hulu ke hilir, namum boleh sebaliknya.
Aliran tengah sungai (flowpath centerline) digunakan untuk mengidentifikasi jalur aliran hidrolik dalam overbank kiri, saluran utama, dan overbank kanan. Jalur aliran sudah dibuat dalam arah aliran (hulu hingga hilir). Garis ini dibuat dengan bantuan data peta dan citra, dengan aturan pembuatannya dimulai dari arah hulu ke arah hilir.
Gambar 39. Stream Centerline (merah), River Bank (Biru), Flowpath Centerline (Hijau) dan Cross-sectional Cut Lines (Ungu)
Garis potong melintang (Cross-sectional Cut Lines). Merupakan suatu garis melintang yang memotong secara tegak lurus arah aliran sungai. Garis potong merupakan lokasi planar penampang, data elevasi stasiun telah diekstrak
sepanjang garis potong melintang dari DEM. Yang harus diperhatikan dalam pembuatan garis potong melintang adalah pembuatannya dimulai dari arah kiri aliran ke arah kanan. Tiap garis harus memotong hanya satu kali pada garis aliran tengah sungai, pola aliran tengah sungai dan saluran utama. Gambar 39 menunjukkan data geometris yang menggambarkan Stream Centerline (merah), River Bank (Biru), Flowpath Centerline (Hijau) dan Cross-sectional Cut Lines (Ungu).
Nilai Koefisien Manning, untuk memberikan nilai koefisien Manning diperlukan peta penggunaan lahan. Selanjutnya disusun tabel nilai koefisien Manning sesuai dengan jenis penggunaan lahan yanga da di lokasi penelitian. Tabel nilai koefisien Manning diadaptasi dari Chow (Chow et al. 1988). Tabel 15 menunjukkan Koefisien Kekasaran Manning untuk berbagai jenis penggunaan lahan yang ada di pesisir Kota Semarang.
Tabel 15. Koefisien kekasaran Manning yang digunakan dalam model
JenisPenggunaanLahan NilaiKoefisien Manning (n)
Sungai Saluran Sungai 0,035
Riverbank 0,050
Flood plains
Rumput/Belukar 0,050 Permukiman 0,013
Pertanian Sawah Irigasi 0,035
SawahTadah Hujan 0,035
Hutan 0,070 Kebun 0,040 Tegalan 0,050
Sumber: Chow et al. (1988), Marfai (2003)
3. Pemberian Atribut Peta Tematik
Data geometri yang telah dibuat perlu diberikan atribut untuk pengolahan lebih lanjut dalam modeling banjir tersebut. Beberapa hal yang terkait dengan pemberian atribut pada peta yang dihasilkan antara lain penyempurnaan garis tengah (Centerline Completion), pemberian atributXS,dan Ketinggian XS.
Pemberian atribut pada peta tematik yang telah dibuat merupakan suatu proses menetapkan konektivitas dan orientasi dan ekstrak profil elevasi. Ada tiga proses yang terjadi yaitu menghitung panjang sungai, membangun topologi aliran sungai untuk menetapkan konektivitas dan orientasi (hulu dan hilir) sungai, dan
ekstrak nilai Z (ketinggian) dari titik tengah sungai. Oleh karena itu diperlukan DEM dalam pemberian atribut ini.Hasil dari proses pemberian atribut dengan menu Centerline Elevation berupa data peta tematik yang telah berisi data ketinggian dari titik tengah sungai seperti pada Gambar 40.
Gambar 40. Menu untuk memberikan atribut pada peta tematik yang dibuat
Persyaratan sebelum pemberian atribut dari peta tematik yang disusun harus menggunakan sistem koordinat UTM dengan satuan unit jarak berupa meter, sehingga semua atribut dari peta tematik yang dibuat dalam meter.
Menu XS attributing digunakan untuk memberi atribut pada peta tematik potogan melintang. Adapun untuk Koefisien Manning dihitung pada setiap perubahan penggunaan lahan, atribut nilai Koefisien Manning ditambahkan terlebih dahulu pada peta penggunaan lahan. Nilai Koefisien Manning sesuai dengan Tabel 15. Gambaran mengenai perhitungan koefisien manning pada setiap perubahan penggunaan lahan digambarkan pada Gambar 41.
Gambar 41. Perhitungan nilai Koefisien Manning pada setiap perubahan penggunaan lahan sepanjang garis potong melintang
Sumber: User Manual (US ACE, 2002)
Posisi stasiun sungai dihitung sebagai jarak sepanjang garis potong dari awal garis tepi sungai (overbank) kiri. Sebelah kiri garis tepi sungai (overbank) merupakan sebelah kiri berdasarkan arah aliran sungai. Metode perhitungan dan penentuan bank stasiun ditunjukkan dalam Gambar 42.
Gambar 42. Metode penentuan arah kiri dan kanan overbank Sumber: User Manual (US ACE, 2002)
Adapun geometri sungai yang berisi informasi panjang jangkauan (reach lengh) meliputi sisi kiri, tengah, dan kanan. Perhitungan panjang setiap sisi diukur jarak antar suatu potongan melintang, yang dihitung adalah panjang di overbank kiri, saluran utama, dan kanan overbank. Metode untuk menghitung panjang mencapai hilir ditunjukkan pada Gambar 43.
Gambar 43. Perhitungan reach lenght kiri, tengah dan kanan Sumber: User Manual (US ACE, 2002)
Fungsi elevasi XS membuat file bentuk tiga dimensi (3d) dari peta tematik potongan melintang. Elevasi XS ini merupakan perpotongan antara garis potongan melintang dengan data DEM yang direpresentasikan dalam bentuk data TIN. Pemrosesan data potongan melintang yang merupakan data dua dimensi (2d) harus benar-benar selesei sebelum mengkonversi file ke dalam bentuk 3d. Proses ekstraksi visualisasi antara potongan melintang dengan TIN ditunjukkan pada Gambar 44.
Setelah keseluruhan peta tematik diberikan atribut, maka dapat dibuat RAS
GIS Import File yang merupakan data geometris untuk perhitungan dalam
modeling hidrologi. File impor tersebut merupakan masukan pada perangkat lunak HEC-RAS.
Gambar 44. Perpotongan antara cross section dan TIN yang menghasilkan geometri sungai yang bereferensi ketinggian
Sumber: User Manual (US ACE, 2002)
b. Input Data Hidrologi
Data hidrologi diperlukan setelah semua data geometri sungai dibuat dan dipetakan. Pemrosesan data hidrologi yang berkaitan dengan pemodelan genangan banjir akan digunakan perangkat lunak HEC-RAS. Salah satu komponen analisis hidraulik pada HEC-RAS adalah aliran air tetap (steady flow).
Untuk melakukanan alias banjir akibat genangan sungai, diperlukan informasi kondisi hidrologi di wilayah sungai. Informasi yang diperlukan atara lain Debit Puncak Banjir pada suatu periode ulang tertentu dan ketinggian muka air pada sungai. Pada kajian ini diperlukan data ketinggian dan debit puncak untuk periode ulang 100 tahun seperti terlihat pada Tabel 16.
Tabel 16. Kondisi hidrologis Sungai Garang/BanjirKanal Barat
PeriodeUlang (tahun) Debit Perkiraan (m3/dtk) KetinggianMuka Air* Elevasi Muka Sungai (m)** Elevasi Bending Simongan (m)*** Koefisien Kekasaran Manning 100 980 0,6 9,77 0,035 25 770 0,6 9,11 0,035 10 630 0,6 8,36 0,350
* Elevasi berdasarkan datum MSL di PelabuhanTanjung Priok Jakarta
** Mean high water level (MHWL) merupakan hasil observasi di Pelabuhan Tanjung Emas *** Ketinggian Aliran BendungSimong
Pada pemodelan banjir ini dilakukan editing data geometrik potongan melintang, dan Koefisien Manning seperti terlihat pada Gambar 45.
Gambar 45. Penampang melintang (Cross section) dan nilai Koefisien Manning
Setelah skenario aliran permukaan tetap dijalankan pada kondisi aliran tetap
(steady flow) akan tergambar pola aliran berdasarkan perpotongan melintang dan
ketinggian aliran banjir. Hasil yang diperoleh berupa distribusi genangan banjir sebagaimana terlihat pada Gambar 46.
Setelah diperoleh pesektif distribusi genangan, maka dapat disusun peta distribusi genangan yang terjadi seperti terlihat pada Gambar 47. Pada gambar tersebut terlihat distribusi banjir di sekitar Bajir Kanal Barat. Distribusi tersebut mengikuti kontour yang tergambar dalam DEM. Distribusi ini merupakan hasil pengolahan data dengan menggunakan HEC GeoRAS.
Gambar 47. Distribusi genangan hasil analisa HEC GeoRas