Tutorial Simulasi Banjir Steady Flow Dengan Aplikasi HECRAS

1.     PENDAHULUAN

1.1.     Simulasi Aliran

Simulasi aliran di saluran terbuka (open channel) merupakan salah satu cara untuk mempelajari pola aliran di sepanjang saluran tersebut. Simulasi dilakukan secara nyata dengan mengalirkan air ke saluran yang umumnya dibuat dalam skala laboratorium (model fisik) atau secara virtual dengan melakukan serangkaian hitungan hidraulik yang umumnya diwadahi dalam suatu perangkat program aplikasi komputer (model matematik).

 

Langkah-langkah simulasi aliran dengan memakai model fisik atau model matematik pada prinsipnya terdiri dari lima langkah pokok, yaitu:

a) penyiapan tempat,

b) peniruan geometri sungai/saluran,

c) peniruan aliran,

d) pengukuran atau hitungan kecepatan dan kedalaman aliran, dan

e) presentasi dan interpretasi hasil.

 

2.1.        Pengenalan Aplikasi HEC-RAS

 

HEC-RAS merupakan program aplikasi untuk memodelkan aliran di sungai, River Analysis System (RAS), yang dibuat oleh Hydrologic Engineering Center (HEC) yang merupakan satu divisi di dalam Institute for Water Resources (IWR), di bawah US Army Corps of Engineers (USACE). HEC-RAS merupakan model satu dimensi aliran permanen maupun tak permanen (steady and unsteady one-dimensional flow model).

HEC-RAS memiliki empat komponen model satu dimensi:

1) hitungan profil muka air aliran permanen,

2) simulasi aliran tak permanen,

3) hitungan transpor sedimen, dan

4) hitungan kualitas air. Satu elemen penting dalam HEC-RAS adalah keempat komponen tersebut memakai data geometri yang sama, routine hitungan hidraulika yang sama, serta beberapa fitur desain hidraulik yang dapat diakses setelah hitungan profil muka air berhasil dilakukan.

HEC-RAS merupakan program aplikasi yang mengintegrasikan fitur graphical user interface, analisis hidraulik, manajemen dan penyimpanan data, grafik, serta pelaporan.

 

2.     ORGANISASI FILE

Simulasi aliran memakai HEC-RAS memerlukan sejumlah file, terdiri dari file data, file run, serta file output. File-file dalam HEC-RAS yang mencerminkan suatu model aliran di sungai dirangkum dalam suatu Project. File data yang diperlukan untuk menyusun suatu model aliran adalah data plan, data geometri, data aliran, data desain hidraulika, dan data sedimen. Data plan, data geometri, dan data aliran adalah tiga data yang harus ada. Data plan menyimpan informasi untuk mengendalikan simulasi aliran (run data) seperti data geometri, data aliran, computational time step, dan simulation time. Data geometri menyimpan informasi geometri sungai, yaitu alur, tampang lintang, dan tampang memanjang sungai. Data aliran menyimpan informasi debit dan syarat batas; data aliran dapat berupa data aliran permanen (untuk melakukan simulasi aliran permanen) atau tak permanen (untuk melakukan simulasi aliran tak permanen).

 

Data desain hidraulika diperlukan apabila pemakai melakukan suatu desain hidraulika yang dicobakan untuk disimulasikan. Data sedimen diperlukan untuk melakukan simulasi transpor sedimen.

 

2.1.   Analisa Hidraulika

 

Steady Flow Water Surface Component. Modul ini berfungsi untuk menghitung profil muka air aliran permanen berubah beraturan (steady gradually varied flow). Program mampu memodelkan jaring sungai, sungai dendritik, maupun sungai tunggal. Regime aliran yang dapat dimodelkan adalah aliran sub-kritik, super-kritik, maupun campuran antara keduanya.

 

Langkah hitungan profil muka air yang dilakukan oleh modul aliran permanen HEC-RAS didasarkan pada penyelesaian persamaan energi (satu-dimensi). Kehilangan energi dianggap diakibatkan oleh gesekan (Persamaan Manning) dan kontraksi/ekspansi (koefisien dikalikan beda tinggi kecepatan). Persamaan momentum dipakai manakala dijumpai aliran berubah cepat (rapidly varied flow), misalnya campuran regime aliran sub-kritik dan super-kritik (hydraulic jump), aliran melalui jembatan, aliran di percabangan sungai (stream junctions).

 

Modul aliran permanen HEC-RAS mampu memperhitungkan pengaruh berbagai hambatan aliran, seperti jembatan (bridges), gorong-gorong (culverts), bendung (weirs), ataupun hambatan di bantaran sungai. Modul aliran permanen dirancang untuk dipakai pada permasalahan pengelolaan bantaran sungai dan penetapan asuransi risiko banjir berkenaan dengan penetapan bantaran sungai dan dataran banjir. Modul aliran permanen dapat pula dipakai untuk perkiraan perubahan muka air akibat perbaikan alur atau pembangunan tanggul.

 

Fitur spesial modul aliran permanen HEC-RAS mencakup analisis plan ganda, hitungan profil ganda, analisis bukaan gorong-gorong atau pintu ganda, optimasi pemisahan aliran, serta desain dan analisis saluran stabil.

 

Unsteady Flow Simulation. Modul ini mampu menyimulasikan aliran tak permanen satu dimensi pada sungai yang memiliki alur kompleks. Semula, modul aliran tak permanen HEC-RAS hanya dapat diaplikasikan pada aliran sub-kritik, namun sejak diluncurkannya versi 3.1, modul aliran tak permanen HEC-RAS dapat pula menyimulasikan regime aliran campuran (sub-kritik, super-kritik, loncat air, dan draw-downs).

 

Bagian program yang menghitung aliran di tampang lintang, jembatan, gorong-gorong, dan berbagai jenis struktur hidraulik lainnya merupakan program yang sama dengan program hitungan yang ada pada modul aliran permanen HEC-RAS.

Fitur spesial modul aliran tak permanen mencakup analisis dam-break, limpasan melalui tanggul dan tanggul jebol, pompa, operasi dam navigasi, serta aliran tekan dalam pipa.

 

Sediment Transport/Movable Boundary Computations. Modul ini mampu menyimulasikan transpor sedimen satu dimensi (simulasi perubahan dasar sungai) akibat gerusan atau deposisi dalam waktu yang cukup panjang (umumnya tahunan, namun dapat pula dilakukan simulasi perubahan dasar sungai akibat sejumlah banjir tunggal).

 

Potensi transpor sedimen dihitung berdasarkan fraksi ukuran butir sedimen sehingga memungkinkan simulasi armoring dan sorting. Fitur utama modul transpor sedimen mencakup kemampuan untuk memodelkan suatu jaring (network) sungai, dredging, berbagai alternatif tanggul, dan pemakaian berbagai persamaan (empiris) transpor sedimen.

 

Modul transpor sedimen dirancang untuk menyimulasikan trend jangka panjang gerusan dan deposisi yang diakibatkan oleh perubahan frekuensi dan durasi debit atau muka air, ataupun perubahan geometri sungai. Modul ini dapat pula dipakai untuk memprediksi deposisi di dalam reservoir, desain kontraksi untuk keperluan navigasi, mengkaji pengaruh dredging terhadap laju deposisi, memperkirakan kedalaman gerusan akibat banjir, serta mengkaji sedimentasi di suatu saluran.

 

Water Quality Analysis. Modul ini dapat dipakai untuk melakukan analisis kualitas air di sungai. HEC-RAS versi 5.0.7 dapat dipakai untuk melakukan analisis temperatur air serta simulasi transpor beberapa konstituen kualitas air, seperti Algae, Dissolved Oxygen, Carbonaceuos Biological Oxygen Demand, Dissolved Orthophospate, Dissolved Organic Phosphorus, Dissolved Ammonium Nitrate, Dissolved Nitrite Nitrogen, Dissolved Nitrate Nitrogen, and Dissoved Organic Nitrogen. Kemampuan untuk menyimulasikan transpor berbagai konstituen kualitas air lainnya akan ditambahkan pada HEC-RAS versi yang akan datang.

 

 

 

 

 

 

2.2.   Elemen Penyusun Sebuah Project

1.      FILE PLAN

deskripsi plan, nama singkat identifikasi plan, daftar file data yang berkaitan dengan plan (file data geometri, file data aliran permanen atau tak permanen), serta parameter simulasi (durasi, time step, regim aliran). File plan diciptakan secara automatis oleh interface setiap kali pemakai memilih New Plan atau Save Plan As dari menu simulasi.

 

2.      File Run

File run berisi informasi yang diperlukan untuk melakukan hitungan sesuai dengan file data dan parameter simulasi yang ada di file plan. Sebagai contoh, pada analisis aliran permanen, file run berisi file data geometri, file data aliran permanen, dan parameter simulasi yang ditetapkan di file plan. File run diciptakan secara automatis oleh interface pada saat pemakai mengaktifkan menu Compute pada menu simulasi.

 

3.      File Output

File output berisi semua hasil hitungan yang diminta. Sebagai contoh pada analisis aliran tak permanen, file output berisi hasil hitungan modul aliran tak permanen. Hasil hitungan pada file output dituliskan dengan format biner dan hanya dapat dibaca melalui user interface.

 

4.      File Geometri

File geometri berisi informasi mengenai geometri sungai yang dimodelkan: tampang lintang, struktur hidraulik (jembatan, gorong-gorong, bendung, dsb.), koefisien kekasaran, koefisien kontraksi/expansi, dan informasi mengenai cara pemodelan bagian-bagaian tertentu seperti metode hitungan di struktur hidraulik. File geometri diciptakan secara automatis oleh user interface pada saat pemakai memilih New Geometry Data atau Save Geometry Data As pada menu geometri. Data pada file geometri dituliskan dalam format ASCII.

 

5.      FILE DATA ALIRAN PERMANEN  (steady flow data file)

File data aliran permanen berisi informasi: jumlah tampang lintang tempat dilakukannya hitungan, data aliran (permanen), dan syarat batas untuk setiap ruas sungai. File data aliran permanen diciptakan secara automatis oleh user interface pada saat pemakai memilih New Flow Data atau Save Flow Data As pada menu data aliran permanen. Data pada file data aliran permanen dituliskan dalam format ASCII.

 

6.      FILE DATA ALIRAN TAK PERMANEN  (unsteady flow data file)

File data aliran tak permanen berisi informasi: hidrograf debit aliran di batas hulu, syarat awal aliran, dan syarat batas hilir. File data aliran tak permanen diciptakan secara automatis oleh user interface pada saat pemakai memilih New Flow Data atau Save Flow Data As pada menu data aliran tak permanen. Data pada file data aliran permanen dituliskan dalam format ASCII.

 

7.      FILE DATA ALIRAN TAK PERMANEN SEMU (quasi-unsteady flow data file)

File data aliran tak permanen semu berisi informasi: hidrograf debit aliran di batas hulu, syarat awal aliran, dan syarat batas hilir. File data aliran tak permanen semu diciptakan secara automatis oleh user interface pada saat pemakai memilih New Flow Data atau Save Flow Data As pada menu data aliran tak permanen semu (Quasi-Unsteady Flow Data Window). Data pada file data aliran permanen dituliskan dalam format ASCII.

 

8.      FILE DATA SEDIMEN

File data sedimen berisi informasi: data aliran, syarat batas di setiap penggal saluran/sungai, dan data sedimen. File data sedimen diciptakan secara automatis oleh user interface pada saat pemakai memilih New Sediment Data atau Save Sediment Data As pada menu data sedimen. Data pada file data sedimen dituliskan dalam format ASCII.

 

9.      FILE DATA KUALITAS AIR

File data kualitas air berisi informasi: data syarat batas temperature di setiap penggal saluran/sungai, syarat awal, parameter adveksi-dispersi, dan data meteorologi. File data kualitas air diciptakan secara automatis oleh user interface pada saat pemakai memilih New Qater Quality Data atau Save Water Quality Data As pada menu data kualitas air. Data pada file data sedimen dituliskan dalam format ASCII.

 

3.     Tampilan Layar Utama

Saat pertama kali mengaktifkan program HEC-RAS, layar utama (Gambar 1) akan muncul. Pada bagian atas, di bawah judul identitas program, terdapat papan menu (menu bar) yang mencantumkan menu utama HEC-RAS: File, Edit, Run, View, Option, dan Help.

Seperti halnya program-program aplikasi umumnya, menu utama pada papan menu HEC-RAS memiliki beberapa opsi (sub-menu) didalamnya, yang akan muncul apabila pemakai mengaktifkan (dengan meng-klik menu atau menekan tombol Alt + huruf pertama menu) menu tersebut. Susunan dan arti setiap opsi yang ada di dalam masing-masing menu utama tersebut pun mirip dengan opsi-opsi program aplikasi pada umumnya. Misalnya, di dalam menu File terdapat opsi New Project untuk membuat project baru, Save Project untuk menyimpan project, atau Exit untuk menon-aktifkan HEC-RAS. Opsi-opsi tersebut umumnya self-explanatory; pemakai dengan mudah dapat mengetahui atau setidaknya menduga fungsi setiap opsi.

 

Gambar 1. Layar Utama HRC-RAS

 

Baris di bawan papan menu adalah toolbar atau button bar (papan tombol). Papan tombol ini menyediakan cara akses cepat ke opsi-opsi di dalam papan menu yang paling sering digunakan oleh pemakai. Pemakai dapat membaca penjelasan fungsi setiap tombol (yang disimbolkan dengan ikon) dengan meletakkan kursor pada tombol. Penjelasan fungsi sebagian tombol selfexplanatory, misalnya pada dua tombol pertama yaitu Open an existing project dan Save an existing project. Penjelasan fungsi sebagian besar tombol membutuhkan pemahaman terhadap pemakaian HEC-RAS.

 

4.          Pengaturan Awal Program

Menu Options menyediakan fasilitas untuk melakukan pengaturan beberapa parameter dalam HEC-RAS sesuai dengan kebutuhan pemakai. Pengaturan di sini dimaksudkan untuk mengubah nilai atau definisi bawaan HEC-RAS (nilai default). Pengaturan ini tidak mutlak harus dilakukan, namun apabila dilakukan akan memudahkan pemakai dalam melakukan pemodelan dengan HECRAS. Pengaturan yang sebaiknya dilakukan antara lain Program Setup | Default Project Folder, Default Project Parameters | Expansion and Contraction Coef …, serta Unit System (US Customary/SI) ….

 

Default Project Folder. Opsi ini dipakai untuk mengatur folder default yang dipakai untuk menyimpan file project. Pilih menu Options | Program Setup | Default Project Folder …. Folder penyimpanan file Project dapat ditentukan, misal folder e:\My Documents\HEC Data seperti tampak pada (Gambar 2). Setelah pengaturan tersebut, maka jika pemakai akan membuka suatu file Project dengan mengklik menu File | Open Project dan mengklik papan menu Default Project Folder yang ada di kanan atas window, maka pemakai akan dibawa langsung ke folder e:\My Documents\HEC Data.

Gambar 2. Layar penetapan folder default penyimpanan file Project

 

Contraction and Expansion Coefficients. Nilai default koefisien persempitan (kontraksi) perlebaran (expansi) tampang saluran berturut-turut adalah 0.1 dan 0.3. Kedua nilai tersebut umumnya berlaku pada perubahan tampang saluran secara gradual. Jika perubahan tampang saluran pada kasus yang sedang dimodelkan pemakai sebagian besar adalah perubahan mendadak, maka nilai default kedua koefisien tersebut lebih baik diubah, misal koefisien kontraksi menjadi 0.3 dan koefisien expansi menjadi 0.8. Untuk mengubah nilai default kedua koefisien ini, klik pada menu Options | Default Parameters | Expansion and Contraction Coef … seperti tampak pada (Gambar 3). Tentu saja, nilai-nilai tersebut dapat ditetapkan atau diubah di setiap perubahan tampang pada saat pemakai memasukkan data geometri saluran (hal ini akan dipaparkan pada seksi yang membahas contoh pemakaian HEC-RAS).

Gambar 3. Layar pengaturan nilai default koefisien kontraksi dan expansi

Unit System. Sistem satuan yang dipakai dalam HEC-RAS dapat mengikuti sistem Amerika (US Customary) atau sistem internasional (SI). Default satuan adalah US Customary. Untuk mengubahnya, klik pada menu Options | Unit System (US Customary/SI) … | System International (Metric System). Agar sistem satuan SI menjadi sistem satuan default setiap kali membuat project baru, klik Set as default for new projects (lihat Gambar 4), yaitu baris ketiga di bawah System International (Metric System). Pengubahan sistem satuan yang telah ditetapkan pada suatu project, dari US Customary ke SI atau sebaliknya, selalu dapat dilakukan dengan memakai menu Options | Convert Project Units.

Gambar 4. Layar pengaturan sistem satuan

 

5.          Penelusuran Aliran Permanen Sederhana

Pemahaman pemodelan hidraulik dengan HEC-RAS dapat diperoleh dengan lebih mudah melalui contoh pemakaian HEC-RAS pada kasus yang sangat sederhana.

Contoh berikut ini menunjukkan hitungan profil muka air aliran permanen (steady flow) di suatu penggal saluran lurus bertampang trapesium (lihat Gambar 5). Panjang penggal saluran 1000 m, kemiringan dasar saluran 0.001, lebar dasar saluran 2 m, kedalaman saluran 2 m, kemiringan talud kanan dan kiri masing-masing 1:1. Kekasaran dasar saluran dinyatakan dengan koefisien Manning n = 0.02. Saluran tersebut mengalirkan air dengan debit Q = 6 m3/s dan 8 m3/s dengan muka air di hilir berada 1 m di atas dasar saluran.

Gambar 4. Skema saluran sederhana, alur lurus, tampang trapesium

Paragraf-paragraf di bawah ini memaparkan langkah-langkah pemodelan. Seperti telah dipaparkan pada Seksi 1.1, langkah pemodelan dengan HEC-RAS juga mengikuti kelima langkah utama, yaitu:

1)      Pembuatan model dengan membuat file Project,

2)      Peniruan geometri saluran dengan memasukkan data geometri saluran,

3)      Peniruan hidraulika saluran dengan memasukkan data aliran dan syarat batas,

4)      Hitungan hidraulika aliran dengan mengeksekusi program, dan

5)      Presentasi hasil hitungan dengan menampilkan hasil di layar atau mencetaknya.

 

5.1.   Pembuatan File Project

Langkah pertama pemodelan atau hitungan hidrualika dengan HEC-RAS adalah membuat file Project. Suatu model dalam HEC-RAS disimpan dalam sebuah file project. Pemakai menuliskan nama file Project dan HEC-RAS akan memakai nama file project tersebut untuk menamai semua file yang berkaitan dengan model tersebut. Ikuti langkah-langkah di bawah ini.

 

a)      Pilih menu File | New Project ….

b)      Klik tombol Default Project Folder di kanan atas, klik tombol Create Folder … di sisi bawah layar, dan tuliskan nama folder “Sederhana”.

c)      Tuliskan judul project “Saluran lurus tampang trapesium” pada tempat yang telah disediakan di bawah Title. Perhatikan nama file project yang dituliskan secara automatis oleh HEC-RAS di bawah File Name, yaitu “Saluranlurustampa.prj”.

d)      Gantilah nama file project menjadi “sederhana.prj” di tempat yang telah disediakan (Gambar 6). Ingat, nama file project harus memiliki extensi .prj. Klik tombol OK. Layar konfirmasi (Gambar 7) akan muncul.

e)      Klik tombol OK pada layar konfirmasi tersebut.

Gambar 6. Layar pembuatan project baru

Gambar 7. Layar konfirmasi pembuatan project baru

 

5.2.Peniruan Geometri Saluran

Parameter geometri saluran yang dibutuhkan oleh HEC-RAS adalah alur, tampang panjang dan lintang, kekasaran dasar (koefisien Manning), serta kehilangan energi di tempat perubahan tampang saluran (koefisien ekspansi dan kontraksi). HEC-RAS juga membutuhkan geometri struktur hidraulik yang ada di sepanjang saluran, misal jembatan, pintu air, bendung, peluap, dan sejenisnya. Pada contoh kasus sederhana ini, tidak ada satu pun struktur hidraulik di sepanjang saluran.

1.      Alur Saluran

Cara peniruan geometri saluran mengikuti langkah-langkah di bawah ini.

a)      Aktifkan layar editor data geometri (Gambar 8) dengan memilih menu Edit | Geometric Data … atau mengklik tombol View/Edit geometric data (ikon ke-3 dari kiri pada papan tombol atas) Gambar 9.

Gambar 8. Layar editor data geometri

 

Gambar 9. Ikon View/Edit geometric data

 

b)      Klik tombol River Reach (ikon kiri-atas) Gambar 10, dan buat skema saluran dengan cara meng-klikkan titik-titik sepanjang alur saluran pada layar editor data geometri. Karena alur saluran adalah lurus, maka skema alur dapat dibuat cukup dengan dua titik ujung saluran. Alur saluran harus dibuat dari hulu ke hilir, tidak boleh dibalik. Klikkan kursor di sisi tengah atas layar editor geometri data untuk menandai ujung hulu saluran, kemudian klik dua kali di sisi tengah bawah editor untuk menandai ujung hilir saluran sekaligus mengakhiri pembuatan skema alur.

Gambar 10. Ikon River Reach

 

c)      Pada layar yang muncul (Gambar 11), isikan “Sederhana” sebagai nama River dan “Grafika” sebagai nama Reach. Klik tombol OK.

 

Gambar 11. Layar pengisian nama saluran (sungai)

 

d)      Setelah langkah di atas, pada layar editor data geometri tampak sebuah denah alur saluran (“Sederhana”) yang memiliki satu penggal (“Grafika”), seperti tampak pada Gambar 12. Anak panah menunjukkan arah aliran dari hulu ke hilir. Biasanya, skema alur dibuat dengan bantuan peta situasai alur sungai sebagai latar belakang (background) pada layar editor data geometri. Sisipkan peta situasi alur saluran dengan mengklik tombol Add/Edit background pictures for the schematic. Cara ini tidak dibahas pada contoh sederhana di sini.

 

 

Gambar 12. Skema Saluran Sederhana

 

2.      Tampang Lintang

Langkah selanjutnya dalam peniruan geometri saluran adalah penulisan data tampang lintang yang dipaparkan di bawah ini.

 

a)      Aktifkan layar editor tampang lintang dengan mengklik tombol Cross Section (ikon ke-2 dari atas pada papan tombol kiri) Gambar 13.

 

Gambar 13. Ikon Cross Section

 

b)      Tuliskan data tampang lintang (cross section), urut dari tampang di ujung hilir sampai ke ujung hulu. Untuk menuliskan data tampang lintang, pilih menu Options | Add a new Cross Section … (Gambar 14), tuliskan nomor tampang lintang “0”. Setiap tampang lintang diidentifikasikan sebagai River Sta yang diberi nomor urut, dimulai dari hilir dan bertambah besar ke arah hulu. Urutan nomor ini tidak boleh dibalik, tetapi urutan penulisan tampang lintang boleh sembarang, tidak harus urut dari hilir ke hulu. Pengguna boleh membuat tampang lintang urut dari hulu ke hilir atau tidak urut (sembarang, acak), sepanjang nomor tampang lintang urut, nomor kecil ke nomor besar dari hilir ke hulu.

Gambar 14. Add a New Cross Section...

 

c)      Tuliskan koordinat titik-titik tampang lintang, urut dari titik paling kiri ke kanan; Station adalah jarak titik diukur dari kiri dan Elevation adalah elevasi titik. Untuk River Sta “0”, data koordinat (Station,Elevation) adalah sebagai berikut: (0,2), (2,0), (4,0), (6,2). Satuan panjang pada data geometri tampang lintang saluran adalah meter (karena project ini memakai sistem satuan SI).

 

d)      Data selanjutnya adalah jarak tampang “0” ke tampang tetangga di sisi hilir (Downstream Reach Lengths), yaitu jarak antar bantaran kiri (left overbank, LOB), jarak antar alur utama (main channel, Channel), dan jarak antar bantaran kanan (right overbank, ROB). Karena tampang “0” merupakan tampang paling hilir, maka isian ini dapat dibiarkan kosong atau diisi dengan angka nol.

 

e)      Nilai koefisien kekasaran dasar, Manning’s n Values, adalah 0.02 untuk semua bagian tampang: LOB, Channel, dan ROB karena tampang saluran merupakan tampang tunggal, bukan tampang majemuk.

 

f)       Isian selanjutnya, Main Channel Bank Stations, adalah titik batas antara LOB dan Channel serta antara Channel dan ROB; karena tampang merupakan tampang tunggal, maka seluruh tampang merupakan main channel, sehingga untuk isian ini diberi titik paling kiri, “0”, untuk Left Bank dan titik paling kanan, “6”, untuk Right Bank.

 

g)      Data Cont\Exp Coefficients dibiarkan sesuai dengan nilai default yang ada di dalam HECRAS, yaitu 0.1 untuk Contraction dan 0.3 untuk Expansion.

 

h)      Klik tombol Apply Data untuk menyimpan data ke dalam HEC-RAS. Di sisi kanan layar akan ditampilkan gambar tampang lintang seperti ditampilkan pada Gambar 15.

 

Gambar 15. Tampang lintang pada River Sta 0

 

i)       Karena seluruh penggal Grafika memiliki tampang yang sama, maka penggal tersebut cukup diwakili oleh data dua tampang di kedua ujung penggal. Untuk menuliskan data tampang yang kedua di ujung hulu penggal Grafika, pilih Options | Copy Current Cross Section … dan isikan “1000” sebagai identifikasi/nomenklatur River Sta.

 

j)       Koordinat (Station,Elevation) titik-titik tampang lintang pada River Sta ini adalah sebagai berikut: (0,3), (2,1), (4,1), (6,3) Gambar 16. Ingat, kemiringan dasar saluran adalah 0.001 sehingga elevasi tampang lintang di River Sta “1000” ini adalah 1 m di atas elevasi tampang lintang di River Sta “0”.

Gambar 16. Station dan Elevation pada River Sta 1000

 

k)      Isikan jarak tampang River Sta “1000” ke tampang di sebelah hilirnya (Downstream Reach Lengths) dengan angka “1000” (satuan panjang adalah meter), baik untuk LOB, Channel, maupun ROB.

 

l)       Isian Manning’s n Values, Main Channel Bank Stations, serta Cont\Exp Coefficients tidak perlu diubah.

 

m)      Klik tombol Apply Data. Tampilan gambar tampang akan berubah dan tidak semua tampang tampak pada gambar. Pilih menu Plot Options | Full Plot untuk menampilkan seluruh bentuk tampang. Layar editor tampang lintang di River Sta 1000 tampak seperti Gambar 17.

 

Gambar 17. Tampang Lintang pada River Sta 1000

 

n)      Pilih menu Exit | Exit Cross Section Editor untuk kembali ke layar editor data geometri. Pada gambar alur saluran, sekarang tampak tambahan informasi keberadaan dua River Sta, yaitu “0” di ujung hilir dan “1000” di ujung hulu.

 

o)      Apabila layar terlalu besar, aturlah ukuran layar sehingga River Sta 0 dan River Sta 1000 masing-masing berada di tepi atas dan bawah, pilih menu View | Zoom In, tarik (drag) kursor mengelilingi alur sungai. Setelah ukuran layar sesuai dengan yang diinginkan, pilih menu View | Set Schematic Plot Extent … dan klik Set to Current View. Layar editor data geometri akan tampak seperti Gambar 18.

 

Gambar 18. Layar editor data geometri yang menampakkan seluruh penggal saluran dan semua tampang lintang

 

3.      Penyimpanan Data Geometri

Data geometri saluran disimpan ke dalam disk dengan memilih menu File | Save Geometry Data. Isikan pada Title “Tampang saluran asli” sebagai judul data geometri tersebut. Pastikan bahwa pilihan folder tetap sesuai dengan folder file Project, yaitu E:\HEC Data\Sederhana, kemudian klik tombol OK. Pemakai dapat menutup layar editor data geometri dengan memilih menu File | Exit Geometry Data Editor. Pada layar komputer akan tampak layar utama HEC-RAS seperti tampak pada Gambar 19. File data geometri dinamai “sederhana.g01” secara automatis oleh HEC-RAS.

 

 

Gambar 19. Layar utama HEC-RAS setelah data geometri saluran selesai dituliskan

 

5.3.    PENIRUAN HIDRAULIKA (Data Aliran dan Syarat Batas)

Data aliran yang diperlukan dalam hitungan aliran permanen (steady flow) kasus sederhana ini adalah debit di batas hulu serta elevasi muka air di batas hilir. Langkah-langkah pemasukan data aliran dan syarat batas dipaparkan di bawah ini.

 

a)      Aktifkan layar editor data aliran permanen dengan memilih menu Edit | Steady Flow Data … atau mengklik tombol Edit/Enter steady flow data (ikon ke-4 dari kiri pada papan tombol) Gambar 20.

 

Gambar 20. Icon Steady Flow Data

 

b)      Pada Enter/Edit Number of Profiles isikan angka “2” mengingat ada dua profil muka air yang akan dihitung (dari dua besaran debit). Tekan Enter. Perhatikan di bagian Profile Names and Flow Rates akan muncul PF2 di samping PF1.

 

c)      Isikan besaran debit di batas hulu (RS 1000) “6” pada PF1 dan “8” pada PF2 (Gambar 21). Satuan debit adalah m3/s.

 

d)      Klik tombol Reach Boundary Conditions …. Dengan posisi kursor pada Downstream, klik tombol Known W.S. Isikan elevasi muka air yaitu “1” (satuan m) untuk setiap besaran debit (Gambar 22 kanan). Klik tombol OK. Perhatikan pada isian Downstream telah muncul “Known WS” (Gambar 22 kiri). Klik tombol OK untuk kembali ke layar editor data aliran permanen.

 

Gambar 21. Layar editor data aliran permanen untuk pengaturan syarat batas hulu

 

Gambar 22. Layar editor data aliran permanen untuk pengaturan syarat batas hilir

 

e)      Klik tombol Apply Data dan simpan data aliran permanen ke dalam disk dengan memilih menu File | Save Flow Data.

 

f)       Isikan pada Title “Debit saluran 4 dan 6 m3/s” sebagai judul data aliran permanen. Pastikan bahwa pilihan folder tetap sesuai dengan folder file Project, yaitu e:\HEC Data\Sederhana, kemudian klik tombol OK.

 

g)      Pemakai dapat menutup layar editor data aliran permanen dengan memilih menu File | Exit Flow Data Editor. Pada layar komputer akan tampak layar utama HEC-RAS seperti tampak pada Gambar 23. File data aliran permanen dinamai “sederhana.f01” secara automatis oleh HEC-RAS

 

Gambar 23. Layar utama HEC-RAS setelah data aliran permanen selesai dituliskan

 

5.4.     HITUNGAN HIDRAULIKA

 

Hitungan hidraulika lebih dikenal dengan istilah me-run program HEC-RAS, walaupun istilah tersebut tidak tepat. Pemakai me-run program sejak saat pengaktifan HEC-RAS. Langkah-langkah hitungan hidraulika dipaparkan di bawah ini.

 

a)      Aktifkan layar hitungan aliran permanen dengan memilih menu Run | Steady Flow Analysis … atau mengklik tombol Perform a steady flow analysis ikon ke-9 dari kiri (Gambar 24).

Gambar 24. Ikon Perform a steady flow analysis

 

b)      Buat file Plan baru dengan memilih menu File | New Plan dan isikan pada Title “Hitungan profil aliran permanen” sebagai judul plan. Pastikan bahwa pilihan folder tetap sesuai dengan folder file Project, yaitu E:\HEC Data\Sederhana, kemudian klik tombol OK. File data aliran permanen dinamai “sederhana.p01” secara automatis oleh HEC-RAS. Tampilan layar hitungan aliran permanen setelah langkah ini ditunjukkan pada Gambar 25.

Gambar 25. Layar hitungan aliran permanen

 

c)      Isikan “S01” pada layar yang muncul, yang meminta short plan identifier.

 

d)      Biarkan pilihan yang lain apa adanya, yaitu “Tampang saluran asli” untuk Geometry File, “Debit saluran 4 dan 6 m3/s” untuk Steady Flow File, dan Subcritical untuk Flow Regime.

 

e)      Aktifkan modul hitungan hidraulika dengan mengklik tombol COMPUTE. HEC-RAS akan melakukan dua hitungan profil muka air (PF1 untuk debit 6 m3/s dan muka air hilir 1 m serta PF2 untuk debit 8 m3/s dan muka air hilir 1 m). Dalam beberapa saat, hitungan selesai seperti ditunjukkan pada layar hitungan pada Gambar 26.

 

f)       Tutup layar hitungan dengan mengklik tombol Close; tutup pula layar Steady Flow Analysis dengan memilih menu File | Exit atau mengklik tombol X di pojok kanan atas layar. Pada layar komputer tampak layar utama HEC-RAS setelah hitungan profil aliran permanen selesai, seperti tampak pada Gambar 2.

 

Gambar 26. Layar hitungan hidraulika setelah hitungan profil PF1 dan PF2 selesai

 

Gambar 27. Layar utama HEC-RAS setelah hitungan profil aliran permanen selesai

 

5.5.  PRESENTASE HASIL HITUNGAN

 

HEC-RAS menampilkan hasil hitungan dalam bentuk grafik atau tabel. Presentasi dalam bentuk grafik dipakai untuk menampilkan tampang lintang di suatu River Reach, tampang panjang (profil muka air sepanjang alur), kurva ukur debit, gambar perspektif alur, atau hidrograf (untuk hitungan aliran tak permanen). Presentasi dalam bentuk tabel dipakai untuk menampilkan hasil rinci berupa angka (nilai) variabel di lokasi/titik tertentu, atau laporan ringkas proses hitungan seperti kesalahan dan peringatan.

 

Di bawah ini, dipaparkan langkah-langkah presentasi hasil hitungan dengan beberapa pilihan jenis tampilan. Pemakai sangat disarankan untuk mencoba dan melakukan experimen sendiri terhadap berbagai jenis tampilan serta pengaturan setiap jenis tampilan tersebut.

 

1.      PRESENTASE HASIL HITUNGAN DI SEBUAH TAMPANG MELINTANG

 

a)      Pilih menu View | Cross-Sections … atau klik tombol View cross sections (ikon ke-14 dari kiri pada papan tombol) untuk menampilkan grafik tampang lintang seperti tampak pada Gambar 28.

 

Gambar 28. Profil muka air hasil hitungan di salah satu tampang lintang

 

b)      Pada layar Cross Section, pilih River Sta. yang akan ditampilkan dengan mengklik tombol anak panah ke bawah untuk berpindah ke river station hilir dan mengklik tombol anak panah ke atas untuk berpindah ke river station hulu.

 

c)      Pemakai dapat memilih untuk tidak menampilkan tampang lintang hasil interpolasi. Ini dilakukan dengan mematikan View Interpolated XS’s pada menu Option.

 

d)      Pemakai dapat mengontrol tampilan layar tampilan Cross Section melalui berbagai pilihan yang ada pada Menu Option, antara lain profil (PF1 atau PF2), variabel (muka air, kedalaman kritik, garis energi, dsb), judul gambar, label, ukuran karakter, dsb. Pemakai disarankan untuk berlatih dan mencoba berbagai pilihan pada menu Option tersebut.

 

e)      Grafik hasil hitungan dapat direkam ke dalam clipboard untuk disisipkan ke dalam program aplikasi prosesor dokumen, misal MSWord. Pilih menu File | Copy Plot to Clipboard. Grafik disisipkan ke dalam dokumen MSWord melalui perintah Edit | Paste

 

2.      PRESENTASI HASIL HITUNGAN PROFIL MUKA AIR DI SEPANJANG ALUR

 

a)      Pilih menu View | Water Surface Profiles … atau klik tombol View cross sections (ikon ke14 dari kiri pada papan tombol) untuk menampilkan grafik profil muka air di sepanjang alur (tampang panjang) seperti tampak pada Gambar 29.

 

b)      Pemakai dapat memilih profil yang ditampilkan, PF1 atau PF2 atau keduanya, dengan mengklik tombol Profiles … dan mengaktifkan profile yang ingin ditampilkan.

 

c)      Kontrol terhadap tampilan grafik profil muka air dapat diatur melalui menu Options. Pemakai disarankan mencoba mengubah-ubah tampilan grafik dengan mengubah parameter tampilan sesuai pilihan yang ada pada menu Options tersebut.

 

Gambar 29. Profil muka air hasil hitungan di sepanjang alur

 

5.6.     PRESENTASI HASIL HITUNGAN DALAM BENTUK TABEL

 

Presentasi hasil hitungan dalam bentuk tabel dapat dilakukan untuk menampilkan rincian nilainilai parameter hidraulika di sebuah tampang lintang, rincian nilai-nilai parameter hidraulika di sepanjang alur (profil panjang), serta catatan, kesalahan, atau peringatan yang muncul dalam proses hitungan. Tabel yang terakhir ini bermanfaat untuk melacak kesalahan yang terjadi dalam proses hitungan. Kesalahan, yang mengakibatkan proses hitungan berhenti, sering terjadi dalam tahap awal pemodelan sistem sungai/saluran yang kompleks.

Di bawah ini dipaparkan langkah-langkah untuk menampilkan hasil hitungan dalam bentuk tabel.

 

a)      Pilih menu View | Detailed Output Tables … atau mengklik tombol View detailed output at XS’s, … (ikon ke-4 dari kanan pada papan tombol). Layar tabel hasil hitungan pada sebuah tampang lintang akan muncul seperti tampak pada Gambar 30.

 

b)      Pemakai dapat memilih profil maupun tampang lintang yang ditampilkan dengan mengklik tombol Profiles atau RS.

 

c)      Tabel dapat direkam ke dalam clipboard dengan memilih menu File | Copy to Clipboard (Data and Headings), untuk kemudian dapat disisipkan ke dalam program aplikasi lain, misal ke dalam MSWord.

 

d)      Selain tabel hasil hitungan di sebuah tampang lintang, tabel hasil hitungan di seluruh alur (tampang panjang) saluran dapat pula ditampilkan dengan memilih menu View | Profile Summary Table … atau dengan mengklik tombol View summary output tables by profile seperti tampak pada Gambar 31.

 

e)      Pemakai dapat memilih salah satu dari beberapa jenis tabel yang disediakan pada menu Std. Tables.

 

 

Gambar 30. Tabel hasil hitungan di sebuah tampang lintang

 

Gambar 31. Tabel hasil hitungan di sepanjang alur

 

f)       Pemakai dapat membuat tabel sendiri. Pilih menu Options | Define Table … untuk menyusun butir-butir parameter aliran yang ingin ditampilkan dalam tabel.

g)      Pengaturan tampilan tabel seperti pemilihan profil, PF1 atau PF2, dapat dilakukan melalui menu Options | Profiles …. Perekaman tabel ke dalam clipboard juga dapat dilakuan, yaitu melalui menu File | Copy to Clipboard.