Cetakan I, Agustus 2014 Diterbitkan oleh: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Pattimura

Hak cipta dilindungi Undang-Undang

Cetakan I, Agustus 2014 Diterbitkan oleh: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Pattimura

ISBN: 978-602-97552-1-2

Deskripsi halaman sampul : Gambar yang ada pada cover adalah kumpulan benda-benda langit dengan berbagai fenomena

Seminar Nasional Basic Science VI F-MIPA UNPATTI

VISUALISASI JEBOLNYA TANGGUL DANAU ALAM WAE ELA NEGERI LIMA AMBON Victor HM Sinaga, Ibrahim Jalri Mony, Robert Hutagalung Jurusan Fisika, Universitas Pattimura Ambon, Maluku e-mail: [email protected], [email protected],[email protected]

ABSTRAK Jebolnya danau alam Wae Ela yang terjadi di Negeri Lima Ambon memberikan dampak kerusakan yang besar tehadap pemukiman masyarakat yang berada di jalur sungai. Dengan volume air sekitar 16 juta liter, telah memberikan dampak kerugian yang besar bagi masyarakat yang terkena bencana tersebut, karena hampir semua pemukiman yang berada di Negeri Lima ikut hanyut terbawa gelombang air dari dampak jebolnya danau alam Wae Ela ini. Penelitian ini bertujuan untuk dapat membuat visualisasi jebolnya danau alam serta dapat mengetahui perbandingan kecepatan air, tekanan air, debit air dan ketebalan air ketika sampai ke pemukiman masyarakat sebelum dan sesudah bencana terjadi. Berdasarkan hasil perhitungan maka dapat diketahui bahwa selisih ketika danau alam Wae Ela setelah dan sebelum jebol kecepatan air sebesar 35.36 m/s, tekanan air sebesar 1746.18 Pa, debit air sebesar 10963.66 m3/s, ketebalan air sebesar 6.37 m ketika sampai di pemukiman masyarakat. Dengan demikian dari data yang telah didapat dari penelitian ini, dibuat visualisasi yang dapat menunjukan jebolnya danau alam Wae Ela Negeri Lima, Ambon. Kata kunci : Visualisasi, Danau Alam, Risiko dan Pemukiman.

PENDAHULUAN Salah satu wilayah di pulau Ambon yaitu desa Negeri Lima terletak secara geografis berada pada posisi 4º- 5º Lintang Selatan dan 125º - 126º Bujur Timur, memiliki penduduk sekitar 900 kk atau 4500 jiwa. Terdapat sungai-sungai yang melintasi daerah tersebut di setiap tahunnya yang selalu mengalir karena sebagian besar wilayah Negeri Lima ini adalah wilayah perbukitan yang berpotensi terjadinya pengikisan material-material di sekitar sungai seperti pasir, kerikil, dan batuan kecil dari daratan ke laut. Pada wilayah Negeri Lima ini terdapat dua sungai yang menyatu di suatu lembah yang bertebing di sisi-sisi pada jalur aliran sungai tersebut (Anonim, 2010). Hanya sedikit daerah daratan rendah yang datar dari keseluruhan luas wilayah pulau Ambon, yakni hanya sekitar 17%. Daerah dataran rendah yang datar, ada di sepanjang pesisir pantai yang merupakan tempat pemukiman penduduk pulau Ambon. Demikian pula dengan desa ini, kebanyakan penduduk Negari Lima bermukim di daerah dataran rendah yang dekat dengan pesisir pantai karena banyak masyarakat yang berprofesi atau mengantungkan hidupnya pada hasil laut, sehingga ada masyarakat yang pemukimannya berada di hilir bendungan. Total penduduk yang terdapat di bagian hilir bendungan alam tersebut sekitar 900 kk atau 4500 jiwa. Sangat berisiko besar menelan korban jiwa ketika terjadi jebolnya tanggul alam di Wae Ela yang akan langsung menghancurkan pemukiman masyarakat desa Negeri Lima. Bisa dibayangkan dengan volume air lebih dari 16 juta meter kubik jika jebol, maka hanya dalam PROSIDING

65


waktu empat hingga tujuh menit saja, seluruh bangunan dan fasilitas di Negeri Lima sudah rata dengan tanah dan airnya telah mencapai hilir sungai atau laut. Upaya mengurangi volume air pada danau alam (natural dam) ini telah dilakukan oleh pemerintah (Dep PU/SDA/BNPB) seperti mengeluarkan air dari danau dengan menggunakan mesin pompa air dan membangun spillway, yaitu bangunan pelimpah air danau dan lain sebagainya. Namun itu tidak cukup, karena masih banyak hal yang masih perlu dikaji atau perhitungkan kembali mengingat besarnya risiko dan dampak yang ditimbulkan dari jebolnya tanggul alam terhadap wilayah pemukiman Negeri Lima, Ambon. Maka perlu untuk dilakukan penelitian secara langsung dan dengan dengan bantuan program komputer, dapat memperlihatkan simulasi (animasi) jebolnya tanggul Dam alam Wae Ela, guna mengkaji dan menganalisis dampak risiko jebolnya tanggul Dam alam terhadap wilayah pemukiman Negeri Lima, Ambon.

LANDASAN TEORI A.

Tekanan Air Ketidakmampuan fluida (air) untuk menolak gaya-gaya tangensial (tegangan geser)

memberi kemampuan karateristik kepada fluida tersebut akan merubah bentuknya atau untuk mengalir. Tekanan ditransmisikan kepada lapisan-lapisan batasan melalui lapisan-lapisan sebarang dari fluida di dalam arah gerak lurus kepada batas-batas atau pada bagian-bagian di setiap titik (Hutagalung, 1999). Untuk mencari tekanan hidrostatik pada kedalaman tertentu (h) dapat ditentukan dengan persamaan (Halliday dan Resnick, 1988): P  gh

(1)

dimana : P tekanan (Pa),  rapat massa jenis zat cair (kg/m3), g percepatan gravitasi (9,81 m/s2), dan h kedalaman (m). B.

Debit Air Debit sungai diperoleh setelah mengukur kecepatan air dengan alat pengukur atau

pelampung untuk mengetahui data kecepatan aliran sungai dan kemudian dikalikan luas melintang (luas potongan lintang sungai) pada lokasi pengukuran kecepatan tersebut (Sosrodarsono dan Tominaga, 1984). Debit adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu (Asdak, 1995). QvxA

(2)

dimana : Q debit aliran sungai (m3/s), A Luas bagian penampang basah (m2), v kecepatan aliran (m/s). 66

PROSIDING


C.

Kecepatan Gelombang Air Gelombang air bergerak dengan kecepatan sama dengan akar kuadrat hasil perkalian

antara percepatan gravitasi (9,81 m/s2) dan kedalaman air.

v g xd

(3)

dimana: v kecepatan (m/s), g percepatan gravitasi (9,81 m/s2), d kedalaman (m). D.

Ketebalan Lapisan Ketebalan lapisan disini dibuat dengan menganggap bahwa permukaan air pada Dam

datar/rata (tidak bergelombang) dan bergantung pada panjang lintasan yang dilalui air.

 x



4,64 Re x

1

(4)

2

dimana:  ketebalan lapisan batas, x jarak dari ujung pelat. Angka Reynold didapat dari pekalian rapat massa dengan jarak dibagi dengan viskositas seperti berikut: Re x 

.x v

(5)

dimana: Re Angka Reynold,  rapat massa air, x jarak dari ujung pelat, v viskositas air.

METODOLOGI PENELITIAN Tempat pengambilan data primer sebagai input data untuk visualisasi jebolnya tanggul danau alam (natural dam) berada di Dam Wai Ela pasca bencana, Negeri Lima, Ambon. Pembuatan Program Sesuai dengan prosedur penelitian, maka dapat dibuat program komputer untuk menampilkan simulasi jebolnya tanggul Dam alam Wae Ela. Untuk itu, dipilih bahasa program yang menyediakan sejumlah fasilitas yang memungkinkan untuk membuat program terstruktur, yaitu program yang mudah dipahami dan dikembangkan, selanjutnya menyediakan sarana simulasi atau animasi dengan tampilan yang baik. Berdasarkan pertimbangan tersebut, maka program ini dibuat dengan bahasa pemograman basic versi Visual Basic 6.0. Program dibuat untuk menampilkan perhitungan atau penyelesaian, guna mempermudah perkiraan berdasarkan teori-teori yang dipakai, kemudian ditampilkan simulasi jebolnya tanggul yang disesuaikan dengan tempat jebolnya. Visual Basic merupakan penggabungan dari Microsoft Quick Basic dan Microsoft Basic (dikenal juga dengan Basic Compiler) yang memiliki bahasa pemograman tingkat tinggi dibandingkan dengan bahasa pemograman Assembly, Pascal dan Delphi.

PROSIDING

67


Uraian Program 1.

Input Program Parameter-parameter yang digunakan untuk membuat program ini antara lain: a) h = Tinggi permukaan pemukiman (m) b) h = Tinggi permukaan danau (m) c) h = Kedalaman danau (m) d) A = Luas penampang (m3)

2.

Output Program Output yang dihasilkan dari program ini, berupa tampilan simulasi jebolnya tanggul Dam

alam Wae Ela di Negeri Lima yang menampilkan seberapa jauh lokasi pemukiman yang terkena dampak jebolnya tanggul. Selain itu program ini juga menampilkan hasil perhitungan perkiraan nilai dari kecepatan gelombang air, tekanan air, debit air dan ketebalan air.

HASIL DAN PEMBAHASAN 1.

Ketinggian Dengan menggunakan GPS, diambil data ketinggian dari lokasi pemukiman hingga

sampai di lokasi danau Wae Ela dengan mencatat data ketinggian tersebut setiap jarak perjalanan 100 meter. Hasil pengukuran tersebut dirangkumkan pada Tabel 1 . Tabel 1. Data Ketinggian no Jarak (m) Ketinggian (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 68

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1750

10 17 39 56 83 100 123 146 162 174 180 199 210 229 181 159 136 130 127

Koordinat Latitude dan Keterangan Longtitude S 03037’45.7” E 127038’01.5” Wilayah Pemukiman S 03037’45.9” E 127038’01.9” Wilayah Pemukiman S 03037’48.9” E 127039’21.9” Wilayah Pemukiman S 03037’49.9” E 127041’11.9” Wilayah Perbukitan S 03037’50.9” E 127042’44.9” Wilayah Perbukitan S 03037’55.9” E 127044’24.9” Wilayah Perbukitan S 03038’01.9” E 127046’17.9” Wilayah Perbukitan S 03038’14.9” E 127047’57.9” Wilayah Perbukitan S 03038’21.9” E 127049’29.9” Wilayah Perbukitan S 03038’30.9” E 127051’38.9” Wilayah Perbukitan S 03038’35.9” E 127053’58.9” Wilayah Perbukitan S 03038’47.9” E 127057’18.9” Wilayah puncak bukit Dam alam S 03038’51.9” E 127058’30.9” Wilayah puncak bukit Dam alam S 03038’58.0” E 127059’08.4” Wilayah puncak bukit Dam alam S 03038’59.7” E 127059’09.6” Wilayah Lembah Dam alam S 03039’07.8” E 127059’10.4” Wilayah Lembah Dam alam S 03039’11.3” E 127059’11.0” Wilayah Dam Alam S 03039’17.9” E 127059’11.9” Wilayah Dam alam S 03039’19.2” E 127059’12.0” Wilayah Dam Alam PROSIDING


Berdasarkan data ketinggian di setiap titik pengambilan data pada tabel 1, dapat dibuat grafik dengan bantuan software Originpro 8 sebagai berikut (gambar 1).

250

Ketinggian (m)

200

150

100

50

0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

jarak (m)

Gambar 1. Grafik Ketinggian dari Pemukiman hingga Dam Wae Ela.

Dari hasil diatas dapat di tentukan selisih ketinggian antara daerah pemukiman dengan Dam alam Wae Ela yang nantinya juga digunakan dalam pengolahan data yaitu 117 m. 2.

Kedalaman Mulai jarak 10 m dari titik data ketinggian ke danau digunakan tali ukur utuk dapat

mengambil data kedalaman air danau seperti berikut: Tabel 2. Data Kedalaman Dam Alam Wae Ela. No Jarak (m) Kedalaman (m) Koordinat Latitude dan Longtitude 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

2 3 4 5 5 5 4 4 3 2

S 03039’19.2” E 127059’12.1” S 03039’19.2” E 127059’12.2” S 03039’19.2” E 127059’12.3” S 03039’19.3” E 127059’12.4” S 03039’19.3” E 127059’12.5” S 03039’19.3” E 127059’12.6” S 03039’19.3” E 127059’12.7” S 03039’19.4” E 127059’12.8” S 03039’19.4” E 127059’12.9” S 03039’19.4” E 127059’13.0”

Berdasarkan data tabel kedalaman pada table 2, dapat dibuat grafik dengan memasukan data tersebut kedalam program Originpro 8, seperti berikut:

PROSIDING

69

Seminar Nasional Basic Science VI F-MIPA UNPATTI Jarak (m) 10

12

14

16

18

20

-2.0

Kedalaman (m)

-2.5 -3.0 -3.5 -4.0 -4.5 -5.0

Gambar 2. Grafik Kedalaman Dam Wae Ela.

Sehingga, dari data kedalaman di atas akan diambil kedalaman yang paling besar nilainya untuk pengolahan data yaitu kedalaman 5 meter. 3.

Luas penampang Sebelum melakukan perhitungan luas penampang sungai pertama-tama yang harus

dilakukan adalah fitting data. Data yang diperoleh pada hasil penelitian pengukuran lebar dan kedalaman sungai untuk 10 titik dilakukan proses fitting menggunakan fitting polynomial orde 9 dengan bantuan software Origin 8, seperti pada gambar 3. Jarak (m) 10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

2 1

Kedalaman (m)

0 -1 -2 -3 -4 -5 -6

Gambar 3. Grafik Luas Penampang Bagian Hilir Dam Wae Ela.

70

PROSIDING


Ekspresi polynomial dari hasil fitting 10 titik pengukuran dirangkumkan pada tabel 3. No Ekspresi Polynomial 1 Intercept 5.21E+06 2 B1 -3.39E+06 3 B2 975525.2418 4 B3 -162806.6761 5 B4 17370.51447 6 B5 -1228.79782 7 B6 57.63715 8 B7 -1.72867 9 B8 0.03008 10 B9 -2.31E-04 11 l 9

Tabel 3. Ekspresi Polynomial Luas Penampang Hilir Dam Wae Ela. Luasan penampang dapat dihitung mengggunakan integral hasil ekspresi polynomial, sebagai berikut: l

A   y l dl 0



l



A   intercept  B1l  B 2l 2  B3l 3  B 4l 4  B5l 5  B 6l 6  B 7l 7  B8l 8  B9l 9 dl 0

l2 l3 l4 l5 l6 l7 l8 l9  intercept . l  B1  B 2  B3  B 4  B5  B 6  B 7  B8  2 3 4 5 6 7 8 9 l 10 B9 10

l

0

92 93 94  (975525 ,24181 )  (162806 ,67614 ) 2 3 4 5 6 7 8 9 9 9 9  (17307,514 47)  (1228 ,79782 )  (57 .63715 )  (1,72867 )  5 6 7 8 9 10 9 9 (0,03008 )  (2.31481 E (4)) 0 9 10  310 ,486 m

 5,20835 E 6 x 9  (3,3907 E 6)

Maka dari data kedalaman di atas akan diambil luas penampang hilir Dam Wae Ela sebesar 310 meter. Berdasarkan data yang diperoleh, maka dapat dibuat peta topografi dari daerah pemukiman sampai daerah Dam Wae Ela, seperti pada gambar 4.

PROSIDING

71


Garis pengambilan data ketinggian Garis pengambilan data kedalaman Garis aliran sungai

Gambar 4. Peta Topografi Daerah Sekitar Dam Wae Ela

1.

Kecepatan air Berdasarkan persamaan 3, kecepatan air dapat dihitung sebagai berikut : a. Untuk kecepatan setelah bencana

v

9,8 m/s  5 m 2

 7,0035 m/s

b. Untuk kecepatan sebelum bencana

v

9,8 m/s  183 m 2

 42,3701 m/s

2.

Percepatan bidang miring Percepatan bidang miring di dapat dari hasil bagi data selisih ketinggian dengan jarak

antara daerah pemukiman ke daerah Dam Wae Ela yaitu: Sin  

h l

Sin  

117 1750

 0,0668

Maka percepatan bidang miring adalah : a  g sin 

a  9,8 m/s  sin 0,0668

 0,65464 m/s 2

72

PROSIDING


3.

Tekanan air Berdasarkan persamaan 1, tekanan air dapat dihitung sebagai berikut (𝜌 air = 1000 kg/m3)

: a. Untuk tekanan air setelah bencana P = 1 kg/m3 × 9.8 m/s2 × 5 m = 49.05 Pa b. Untuk tekanan air sebelum bencana P = 1 kg/m3 × 9.8 m/s2 × 183 m = 1795.23 Pa 4.

Debit air Berdasarkan persamaan 2, debit air dapat dihitung sebagai berikut : a. Untuk debit air setelah bencana Q = 7.0035 m/s × 310 m2 = 2171.085 m3/s b. Untuk debit air setelah bencana Q = 42.3701 m/s × 310 m2 = 13134.731m3/s

5.

Ketebalan lapisan Sebelum menghitung ketebalan lapisan air yang sampai ke pemukiman, nilai dari Angka

Reynold harus dicari terlebih dahulu berdasarkan persamaan 4 dan 5, sebagai berikut : a.

Untuk ketebalan lapisan air setelah bencana Re = (1 × 1750 × 7.0035) / (1.0 × 10-3) = 662.493243 × 106 δ = (4.64 × 7.0035) / √662493243 = 1.262538 m

b.

Untuk ketebalan lapisan air sebelum bencana Re = (1 × 1750 × 42.3701) / (1.0 × 10-3) = 4007.982432 × 106 δ = (4.64 × 42.3701) / √4007982432 = 7.638134 m

Hasil Visualisasi Sebelum melakukan pembuatan visualisasi harus dibuat setting properti pada program terlebih dahulu untuk dapat menentukan setting program dan letak posisi-posisi dari animasi visualisasi dan perhitungan dari pengolahan data seperti pada tabel 4.

PROSIDING

73


Tabel 4. Setting Properties Program Visualisasi No Kontrol 1

Properti

Seting

From1

AutoRedraw TRUE ScaleMode 3-Pixel Caption Visualisasi Jebol 2 Label1 Caption Kedalaman (m) 3 Label2 Caption Volume (m^3) 4 Label3 Caption Ketinggian I (m) 5 Label4 Caption Ketinggian II (m) 6 Label5 Caption Penampang (m^2) 7 Label6 Caption Kecepatan (m/s^2) 8 Label7 Caption Jangkauan Max (m) 9 Label8 Caption Waktu (s) 10 Label9 Caption Tekanan Air (Pa) 11 Label10 Caption Debit Air ( m^3/s ) 12 Text1 Text 13 Text2 Text 14 Text3 Text 15 Text4 Text 16 Text5 Text 17 Text6 Text 18 Text7 Text 19 Text8 Text 20 Text9 Text 21 Text10 Text 22 Comand1 Caption Visualisasi

No Kontrol

Properti

Seting

23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46

Caption Caption Caption Caption Caption Interval Interval Interval Interval Interval Interval Interval Interval Interval Interval Interval Interval Interval Interval Interval Interval Caption Caption Caption

Hitung Hapus Data 1 Data 2 Q 50 100 150 200 250 300 20 400 100 100 400 100 500 500 800 100 Perhitungan Input Data Output Data

Comand2 Comand3 Comand4 Comand5 Comand6 Timer1 Timer2 Timer3 Timer4 Timer5 Timer6 Timer7 Timer8 Timer9 Timer10 Timer11 Timer12 Timer13 Timer14 Timer15 Timer16 Frame1 Frame2 Frame3

Kemudian dari data hasil pengolahan data seperti kecepatan air, percepatan pada bidang miring, tekanan air, debit air dan jangkauan maksimal, maka dapat dibuat visualisasi jebolnya Dam alam Wae Ela, seperti pada gambar 5.

Gambar 5. Hasil Visualisasi Sebelum Dieksekusi

74

PROSIDING


Gambar 6. Hasil Visualisasi Setelah Dieksekusi

Dari hasil visualisasi diatas dapat dihitung selisih antara sebelum dan sesudah bencana seperti berikut: 1. Selisih kecepatan air Selisih = (kecepatan air sebelum bencana) – (kecepatan air sesudah bencana) = 42.3701 m/s - 7.0035 m/s = 35.3666 m/s 2. Selisih tekanan air Selisih = (tekanan air sebelum bencana) – (tekanan air sesudah bencana) = 1795.23 Pa - 49.05 Pa = 1746.18 Pa 3. Selisih debit air Selisih = (debit air sebelum bencana) – (debit air sesudah bencana) = 13134.731 m3/s - 2171.085 m3/s = 10963.646 m3/s 4. Selisih ketebalan lapisan air Selisih = (ketebalan lapisan air sebelum bencana) – (ketebalan lapisan air sesudah bencana) = 7.638134 m - 1.262538 m = 6.375596 m KESIMPULAN Kedalaman pada saat penelitian ± 5 meter, dengan besar selisih ketinggian permukaan antara Dam Wae Ela dengan pemukiman masyarakat sekitar 117 meter, dan besar luas penampang hilir sekitar 310 m2 untuk data pembuatan visualisasi. Selisih kecepatan air sebelum dan sesudah bencana sebesar 35.36 m/s, selisih tekanan air sebelum dan sesudah bencana PROSIDING

75


sebesar 1746.18 Pa, selisih debit air sebelum dan sesudah bencana sebesar 10963.646 m3/s dan selisih ketebalan lapisan air sebelum dan sesudah bencana sebesar 6.37 meter.

DAFTAR PUSTAKA Anonim, 2010. Negeri Lima., (cited 2013 January 09). Available at : http//swatt-online.com/ cuaca-ekstrem-ancam-waduk-wae-ela Asdak, 1995. Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Yogyakarta : Gajah Mada University Press. Halliday, D. dan Resnick, R., 1988. Fisika Jilid I, Edisi ke-empat. John Wiley and Sons, Inc. Hutagalung, R. 1999. Oseanografi Pendahuluan dan Model Numerik. Bandung : ITBUniversity Twenty. Sorsodarsono, S. dan Tominaga, M., 1984. Perbaikan dan Pengaturan Sungai, terjemahan Ir. M. Yusuf Gayo, dkk. Jakarta : PT. Pradma Paramita.

76

PROSIDING

Cetakan I, Agustus 2014 Diterbitkan oleh: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Pattimura

Recommend Documents