bab 1 pendahuluan

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.