Modul 4 — Simulasi Banjir Unsteady & Flood Mapping
- ✓Memahami perbedaan mendasar antara steady dan unsteady flow
- ✓Mampu memasukkan hidrograf masukan sebagai kondisi batas hulu
- ✓Memahami parameter simulasi unsteady: time step, computational interval, theta
- ✓Mampu mendiagnosis dan mengatasi ketidakstabilan simulasi
- ✓Mampu membuat peta genangan dan animasi banjir menggunakan HEC-RAS Mapper
Steady vs. Unsteady Flow — Perbedaan Kunci
Dalam kondisi banjir nyata, debit sungai berubah terhadap waktu — naik saat hujan, mencapai puncak, kemudian surut. Proses temporal ini hanya bisa ditangkap oleh simulasi unsteady flow. Steady flow hanya menghitung snapshot pada satu nilai debit tertentu.
| Aspek | Steady Flow | Unsteady Flow |
|---|---|---|
| Input debit | Nilai tunggal (m³/s) | Hidrograf (Q vs. waktu) |
| Output muka air | Satu nilai per titik per profil | Time series muka air di setiap titik |
| Perambatan banjir | Tidak tersimulasi | Tersimulasi dengan atenuasi dan waktu tiba |
| Kompleksitas | Rendah — mudah di-debug | Tinggi — risiko ketidakstabilan numerik |
| Waktu komputasi | Detik hingga menit | Menit hingga jam (tergantung durasi dan time step) |
| Kegunaan utama | Kapasitas tampang, desain | Flood routing, peta genangan, dam break |
Input Data Unsteady Flow
Buka Edit → Unsteady Flow Data. Jendela ini memiliki beberapa bagian:
a. Boundary Conditions (Kondisi Batas)
Kondisi batas unsteady lebih kompleks dari steady flow. Untuk model tipikal:
Di titik hulu model, masukkan hidrograf debit (Q vs. waktu) sebagai kondisi batas. Hidrograf ini bisa berasal dari:
- HEC-HMS: export hidrograf ke format DSS, impor ke HEC-RAS via DSS record
- Data AWLR terukur: data debit time series dari pengukuran lapangan
- Hidrograf sintetis: dibuat manual berdasarkan bentuk standar (segitiga, gamma function)
Pastikan hidrograf mencakup periode yang cukup panjang: dari kondisi awal (baseflow) → naik → puncak → surut kembali ke baseflow. Disarankan minimal 2× durasi banjir.
Jika debit tidak diketahui namun muka air terukur tersedia (dari AWLR), gunakan Stage Hydrograph sebagai kondisi batas hulu. Kurang umum digunakan.
Di titik hilir model, gunakan:
- Normal Depth: sama seperti steady flow, masukkan slope kemiringan dasar sungai
- Stage Hydrograph: jika tersedia data muka air terukur di hilir (misalnya: pengaruh pasang-surut di muara sungai)
- Rating Curve: hubungan Q-h yang sudah diketahui
Untuk sungai yang dipengaruhi pasang-surut, masukkan time series tinggi muka air laut sebagai Stage Hydrograph di kondisi batas hilir — ini penting untuk analisis banjir rob.
b. Lateral Inflows (Debit Lateral)
Jika ada masukan air dari anak sungai atau area drainase sepanjang reach, masukkan sebagai Lateral Flow Hydrograph di lokasi yang sesuai. Ini penting untuk model yang mencakup DAS dengan banyak anak sungai.
c. Initial Conditions (Kondisi Awal)
Sebelum simulasi dimulai, HEC-RAS perlu mengetahui kondisi awal (muka air dan debit di setiap penampang). Ada dua pendekatan:
- Warm-up period / baseflow: Jalankan simulasi dengan debit awal rendah (baseflow) selama beberapa jam pertama sebelum hidrograf banjir dimulai. Model akan mencapai kondisi steady awal secara otomatis.
- Steady state initial conditions: Jalankan steady flow analysis terlebih dahulu dengan debit baseflow, kemudian gunakan hasilnya sebagai initial conditions untuk unsteady. Lebih stabil namun lebih kompleks.
Parameter Simulasi Unsteady — Computational Settings
Parameter ini ditemukan di Unsteady Flow Analysis → Computation Options and Tolerances:
Sebagai titik awal yang aman: gunakan time step 1 menit untuk model dengan jarak antar penampang ~100 m, atau 5 menit untuk jarak antar penampang ~500 m. Jika simulasi tidak stabil, coba perkecil time step setengahnya. Jika simulasi terlalu lambat, perbesar time step sambil pantau stabilitas.
Diagnosa dan Penanganan Ketidakstabilan Unsteady Flow
Ketidakstabilan numerik adalah tantangan utama dalam simulasi unsteady flow. Tandanya: simulasi crash, NaN (not a number) pada output, atau osilasi muka air yang tidak fisik. Berikut panduan sistematis:
Flood Mapping dengan HEC-RAS Mapper
Setelah simulasi unsteady flow berhasil, HEC-RAS Mapper digunakan untuk membuat peta genangan berbasis DEM terrain. Ini adalah fitur paling powerful HEC-RAS untuk visualisasi dan komunikasi risiko banjir.
Buka GIS Tools → RAS Mapper. Klik kanan pada "Terrains" → Create New RAS Terrain. Pilih file DEM (GeoTIFF, format TIF). Untuk hasil terbaik, gunakan DEM komposit (DEM + batimetri) yang sudah disiapkan di Modul 2.
HEC-RAS Mapper akan mengkonversi DEM ke format internal HDF5 yang dioptimalkan untuk rendering cepat.
Klik kanan pada plan yang sudah dijalankan → Map Results. Pilih parameter yang ingin dipetakan:
- Depth (m): kedalaman genangan di atas terrain — paling umum digunakan untuk peta bahaya banjir
- Water Surface Elevation (m DPL): elevasi muka air — berguna untuk analisis sempadan
- Velocity (m/s): kecepatan aliran — penting untuk penilaian bahaya fisik
- Hazard (m²/s): produk kedalaman × kecepatan — klasifikasi bahaya banjir
HEC-RAS Mapper akan menghitung peta ini dengan cara: untuk setiap sel piksel DEM, bandingkan elevasi DEM dengan interpolasi muka air dari hasil simulasi. Jika W.S. Elev > elevasi DEM → sel tersebut tergenang.
Untuk keperluan perencanaan, buat peta muka air dan kedalaman maksimum — nilai tertinggi sepanjang durasi simulasi di setiap piksel. Di RAS Mapper: klik kanan plan → Compute Water Surface and Inundation Mapping → Maximum WS.
Peta genangan maksimum inilah yang digunakan untuk:
- Peta bahaya banjir (flood hazard map)
- Analisis sempadan sungai sesuai Permen PUPR 28/2015
- Delineasi zona floodway dan flood fringe
Untuk visualisasi kepada pemangku kepentingan, buat animasi banjir:
Di RAS Mapper → tab Animation → pilih parameter (Depth atau WSE) → tentukan frame rate → Export Animation. Output berupa file video MP4 atau sequence GIF yang menunjukkan perambatan banjir dari waktu ke waktu.
Export hasil peta genangan ke format GIS untuk diproses lebih lanjut di QGIS:
- Peta genangan (boundary): shapefile polygon area tergenang → untuk overlay dengan data kependudukan, infrastruktur, dll.
- Depth raster: GeoTIFF kedalaman genangan → untuk analisis spasial lebih lanjut
- Profil memanjang: shapefile garis profil muka air
Klasifikasi Bahaya Banjir
Hasil peta kedalaman genangan dapat diklasifikasikan menjadi kelas bahaya untuk laporan AMDAL dan perencanaan wilayah:
| Kelas Bahaya | Kedalaman Genangan | Keterangan |
|---|---|---|
| Rendah | 0 – 0.5 m | Genangan dangkal; tidak mengancam keselamatan manusia berdiri; akses masih memungkinkan |
| Sedang | 0.5 – 1.0 m | Mengganggu aktivitas; kendaraan roda dua mulai tidak bisa melintas |
| Tinggi | 1.0 – 2.0 m | Membahayakan keselamatan; evakuasi diperlukan; kendaraan roda empat tidak bisa melintas |
| Sangat Tinggi | > 2.0 m | Sangat berbahaya; evakuasi wajib; risiko korban jiwa tinggi |
Untuk penilaian bahaya banjir yang komprehensif, gunakan parameter Hazard = Depth × Velocity (m²/s):
— Hazard < 0.5 m²/s: Aman untuk dewasa
— Hazard 0.5–1.0 m²/s: Berbahaya untuk anak-anak dan lansia
— Hazard > 1.0 m²/s: Berbahaya untuk semua orang
Parameter ini mengakomodir risiko terseret arus, bukan hanya tenggelam.
- Unsteady flow mensimulasikan hidrograf banjir — perubahan debit dan muka air terhadap waktu
- Input utama: Flow Hydrograph di hulu, Normal Depth atau Stage Hydrograph di hilir
- Parameter kritis: Computation interval (dt) — mulai dari 1–5 menit, sesuaikan jika tidak stabil
- Ketidakstabilan diatasi dengan: perkecil dt, periksa geometri, tambahkan baseflow awal, smoothing hidrograf
- HEC-RAS Mapper: buat terrain dari DEM, petakan Depth/WSE/Velocity, animasikan perambatan banjir
- Export ke shapefile/GeoTIFF untuk analisis lebih lanjut di QGIS (overlay kependudukan, infrastruktur)
Referensi: HEC-RAS User's Manual v6.x — Chapter 7: Performing a 1D Unsteady Flow Analysis · HEC-RAS Mapper User's Manual · Chow, V.T. et al. (1988). Applied Hydrology