## PEMANFAATAN TEKNOLOGI LIDAR DALAM ANALISIS
GENANGAN BANJIR AKIBAT LUAPAN SUNGAI BERDASARKAN SIMULASI MODEL HIDRODINAMIK

## M. Baitullah Al Amin
Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya dan Kepala Pusat Penelitian Manajemen Air dan Lahan Universitas Sriwijaya
E-mail: baitullah@unsri.ac.id

## ABSTRACT
Flood  analysis  requires  accurate  topographic  data  to  obtain  a  good  overview  of  flood inundation.  At  this  time,  LIDAR  (Light  Detection  and  Ranging)  is  the  best  technology  of remote  sensing  for  collecting  elevation  data  from  earth  surface.  This  elevation  data  can  be used to create relief of the earth’s surface in three-dimensional format which is often referred to as a digital elevation model (DEM).
This  paper  dealt  with  the  utilization  of  LIDAR  technology  in  analysis  of  flood inundation  due  to  overflowing  river  based  on  simulation  of  hydrodynamic  model.  The creation of DEM from elevation data was done by  geographic information system technique using  Global  Mapper  software.  The  river  geometry  model  was  established  by  using  HEC- GeoRAS installed in ArcGIS which then water surface profiles of flood were simulated using HEC-RAS.
The  result  of  flood  profiles  simulation  were  imported  into  HEC-GeoRAS  in  order  to obtain  flood  inundation  map.  The  utilization  of  LIDAR  technology  is  very  helpful  within analysis of flood inundation, so that the availability and its access need to be improved.
Key words: LIDAR, DEM, HEC-GeoRAS, HEC-RAS, Flood Simulation

## 1. PENDAHULUAN
Bencana  banjir  dapat  menyebabkan  kerugian  yang  sangat  besar  terhadap  pemukiman, perekonomian  dan  lingkungan,  bahkan  kehilangan  jiwa  manusia  (Di  Baldassarre,  2012). Hampir setiap tahun beberapa wilayah di Indonesia, terutama di daerah perkotaan dilaporkan mengalami bencana banjir. Sebagian besar kasus kejadian banjir tersebut terjadi akibat luapan sungai  yang  tidak  mampu  menampung  aliran  banjir.  Hal  ini  membutuhkan  perhatian  yang sangat serius dari pemerintah untuk mengatasi permasalahan banjir, jika tidak ingin kerugian yang lebih besar terjadi di masa yang akan datang.
Upaya  mitigasi  bencana  banjir  akibat  luapan  sungai  dapat  dilakukan  melalui perencanaan  pengendalian  banjir  yang  tepat.  Perencanaan  tersebut  dapat  ditempuh  melalui serangkaian  analisis  mengenai  dampak  genangan  banjir  terhadap  daerah-daerah  di  sekitar
sungai  dan  bagaimana  struktur-struktur  hidraulik  mampu  mengurangi  dampak  genangan tersebut.
Kunci penting dalam analisis genangan banjir adalah  peta topografi yang dalam format tiga  dimensi  disebut  sering  sebagai digital  elevation  model  (DEM) ,  yaitu  peta  yang menunjukkan  relief  permukaan  bumi  (Sinnakaudan,  2009).  Peta  DEM  dapat  memberikan geometri penampang sungai dan daerah-daerah di sekitar sungai.  Semakin akurat peta  DEM tersebut, maka semakin baik gambaran pemetaan genangan banjir yang dapat dihasilkan. Hal tersebut berimplikasi semakin efektif pula hasil perencanaan pengendalian banjir.
Beberapa  cara  dapat  dilakukan  untuk  membuat  peta  DEM,  diantaranya  pengukuran manual  di  lapangan,  penggunaan  citra  satelit  seperti  SRTM (Shuttle  Radar  Topography Mission) dan ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) , teknologi  IFSAR (Interferometric  Synthetic  Aperture  Radar) ,  dan  LIDAR (Light  Detection and Ranging) . Namun kelemahan pengukuran manual adalah membutuhkan waktu yang lama untuk  memperoleh  hasil  yang  cukup  akurat,  sedangkan  kelemahan  citra  satelit  SRTM  dan ASTER  adalah  resolusi  yang  relatif  rendah  untuk  analisis  genangan  banjir  yang  detil,  yaitu hanya  berkisar  30  m  x  30  m.  Teknologi  IFSAR  dapat  menghasilkan  DEM  dengan  resolusi yang akurat, namun umumnya digunakan untuk daerah yang cukup luas. Untuk daerah yang lebih  spesifik,  terutama  dengan  tingkat  densitas  vegetasi  yang  cukup  tinggi,  IFSAR  tidak dapat  digunakan  (Mercer,  2001;  Hodgson, et  al. ,  2003;  National  Research  Council  of  The National  Academies,  2007).  Pada  saat  ini,  teknologi  LIDAR (Light  Detection  and Ranging) dianggap  yang  terbaik  dalam  menghasilkan  peta  DEM  yang  akurat  dengan  resolusi  yang sangat tinggi, yaitu dapat mencapai 1 m x 1 m dan bahkan kurang dari 1 m.
Makalah  ini  membahas  mengenai  pemanfaatan  teknologi  LIDAR  dalam  analisis genangan  banjir  akibat  luapan  sungai.  Data  LIDAR  digunakan  untuk  membuat  peta  DEM beresolusi  tinggi,  yang  selanjutnya  digunakan  untuk  membuat  geometri  penampang  sungai dan  daerah-daerah  di  sekitarnya.  Analisis  genangan  banjir  dilakukan  berdasarkan  hasil simulasi model hidrodinamik.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## Teknologi LIDAR
LIDAR  merupakan  singkatan  dari Light  Detection  And  Ranging ,  yaitu  teknologi penginderaan  jauh (remote  sensing) terkini  dalam  menyediakan  data  pengukuran  elevasi dengan  cepat  dan  akurat.  Sistem  LIDAR  dapat  melakukan  pengukuran  mencapai  40  km 2 dalam  sehari  dengan  ketelitian  horisontal  dan  vertikal  masing-masing  adalah  30  cm  dan  15
cm. Resolusi DEM  yang dihasilkan menggunakan data  LIDAR berkisar antara 20  – 100 cm (Shamsi,  2005).  Pengumpulan  data  LIDAR  dilakukan  menggunakan  pesawat  yang menembakkan  gelombang  aktif  ke  permukaan  bumi,  dimana  gelombang  tersebut  akan kembali  setelah  mengenai  objek-objek  di  permukaan  bumi.  Setiap  objek-objek  yang memantulkan  gelombang  tersebut  akan  menghasilkan  titik-titik  dengan  nilai  koordinat x , y dan z yang  direkam  secara  kontinyu  menggunakan  komputer  (Johnson,  2009).  Gambar  1  di bawah ini menunjukkan ilustrasi proses perekaman data LIDAR.
Gambar 1. Ilustrasi perekaman data LIDAR (sumber: http://proceedings.esri.com)

## Dataran Banjir (Floodplain)
Dataran  banjir  merupakan  daerah  di  kanan  dan  kiri  sungai  yang  secara  periodik tergenang oleh air akibat luapan dari sungai. Dataran banjir umumnya terbentuk secara alami oleh aliran banjir di sungai. Kerusakan akibat aliran banjir dapat terjadi apabila dataran banjir tersebut  diganggu  oleh  aktivitas  manusia  dengan  mengubah  badan  air,  membangun  di  hulu sungai  sehingga  lahan  resapan  berkurang,  dan  membangun  pemukiman  secara  tidak  tepat  di bantaran sungai. Gambar 2 berikut memberikan ilustrasi dataran banjir.
Gambar 2. Ilustrasi dataran banjir (sumber: NFIP Guidebook, FEMA)

## Model Hidrodinamik
Di  Baldassarre  (2012)  menjelaskan  bahwa  HEC-RAS  merupakan  salah  satu  model hidrodinamik yang dapat digunakan untuk simulasi  hidrolika profil aliran dan dataran banjir dengan penerapannya pada sungai dengan panjang puluhan sampai dengan ratusan kilometer tergantung  pada  ukuran  daerah  aliran  sungai  (DAS).  Al  Amin, et  al .  (2015)  menjelaskan potensi genangan banjir di sepanjang sungai dapat divisualisasikan melalui penelusuran banjir di  sepanjang  sungai  menggunakan  HEC-RAS.  Luasan  genangan  banjir  dimodelkan  sebagai tampungan reservoir, dimana geometrinya didefinisikan menggunakan hubungan level muka air  terhadap  volume.  Merwade, et  al .  (2008)  dalam  Di  Baldassarre  (2012)  menyebutkan bahwa HEC-RAS merupakan perangkat lunak yang umumnya digunakan di Amerika Serikat. Oleh  karena  itu,  dukungan  perangkat  lunak  lainnya  yang  dihubungkan  dengan  HEC-RAS telah  banyak  dikembangkan,  salah  satunya  yang  terbaik  adalah  HEC-GeoRAS  (Ackerman, 2002), yang merupakan alat yang bekerja dalam lingkungan sistem informasi geografis (SIG) untuk  memproses  data  hasil  model  HEC-RAS.  Menggunakan  HEC-GeoRAS,  model genangan  banjir  menjadi  lebih  mudah  dipahami,  karena  interpretasi  terhadap  kedalaman, batas dan luas genangan dilakukan menggunakan teknik SIG.

## 3. METODE PENELITIAN
Tahapan-tahapan  yang  digunakan  dalam  analisis  genangan  banjir  dalam  makalah  ini secara berurutan dijelaskan sebagai berikut:
1. Penyiapan data titik-titik ketinggian LIDAR
Data  titik-titik  ketinggian  LIDAR  diperoleh  berdasarkan  data point  cloud yang  dapat diunduh dan diperoleh secara gratis dari website http://opentopo.sdsc.edu. Adapun wilayah yang  menjadi  lokasi  kajian  adalah  salah  satu  wilayah  di  Amerika  Serikat.  Hal  ini disebabkan karena belum tersedianya data LIDAR untuk wilayah di Indonesia.
2. Pembuatan DEM
Pembuatan DEM dilakukan menggunakan perangkat lunak Global Mapper 15 berdasarkan titik-titik ketinggian untuk ground dan bathimetric pada data LIDAR. Resolusi DEM yang digunakan adalah 1 m x 1 m. DEM yang telah dibuat selanjutnya diekspor ke dalam format raster dengan ekstensi *. GeoTiff .
3. Pembuatan model geometri sungai
DEM yang telah dibuat selanjutnya dibuka pada perangkat lunak ArcGIS 10. Modul HEC- GeoRAS 10.1 yang telah diinstal di ArcGIS 10 digunakan untuk membuat model geometri sungai,  diantaranya  alur  saluran  utama  dan  bantaran  sungai,  serta  penampang  melintang sungai.
4. Simulasi profil muka air banjir
Model  geometri  sungai  disimulasikan  menggunakan  perangkat  lunak  HEC-RAS  4.1. Simulasi dilakukan berdasarkan asumsi-asumsi berikut:
a. Nilai kekasaran Manning saluran ditentukan sebesar 0,035 secara seragam.
b. Debit banjir (aliran mantap) divariasikan sebanyak tiga variasi besaran, masing-masing yaitu 1.000 m 3 /s, 2.000 m 3 /s, dan 3.000 m 3 /s. Debit banjir tersebut digunakan sebagai kondisi batas (boundary condition) di hulu sungai.
c. Elevasi muka air di hilir sungai ditetapkan sebesar + 3,0 m yang berlaku untuk seluruh debit banjir. Elevasi muka air tersebut digunakan sebagai kondisi batas di hilir.
5. Delineasi genangan banjir
Hasil  simulasi  profil  banjir  untuk  setiap debit  banjir  selanjutnya  diimpor  ke  dalam  HEC- GeoRAS 10.1 sehingga diperoleh batas-batas dan kedalaman genangan banjir.
6. Pemetaan genangan banjir
Hasil  delineasi  genangan  banjir  selanjutnya  di- overlay dengan  foto  udara  sehingga  dapat diperoleh gambaran daerah-daerah di sekitar sungai yang tergenang banjir.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Titik-Titik Ketinggian dan DEM
Data  titik-titik  ketinggian  yang  diunduh  dapat  berupa  file  dengan  ekstensi  *. las atau *. laz .  File  tersebut  selanjutnya  dibuka  menggunakan  perangkat  lunak  Global  Mapper  15, dimana  titik-titik  ketinggian  yang  ditampilkan  hanya  untuk ground dan bathimetric yang hasilnya  seperti  yang  ditunjukkan  dalam  Gambar  3a.  Analisis  DEM  dilakukan  berdasarkan data titik-titik ketinggian yang telah dibuka sebelumnya. Dalam makalah ini, pembuatan DEM menggunakan  resolusi  1  m  x  1  m  dengan  tujuan  agar  diperoleh  tingkat  keakuratan  yang sangat baik. DEM yang telah dibuat ditunjukkan dalam Gambar 3b.
(a)
(b)
Gambar 3. Titik-titik ketinggian ground dan bathimetric (a),
dan DEM dengan resolusi 1 m x 1m (b)
Pada  Gambar  3b  di  atas  dapat  terlihat  dengan  jelas  batas-batas  sungai  dan  kondisi topografi daerah di sekitarnya. Hal ini menunjukkan ketelitian topografi yang sangat baik dari DEM yang dibuat, sehingga dengan dasar tersebut dapat ditentukan alur dan geometri sungai dengan teliti pula.

## Model Geometri Sungai
Pembuatan model geometri sungai dilakukan menggunakan modul HEC-GeoRAS 10.1 yang dipasang dalam perangkat lunak ArcGIS 10. Pembuatan model geometri sungai diawali dengan  impor  DEM  ke  dalam  ArcGIS  10.  Selanjutnya  dilakukan  digitasi  alur  utama  sungai dan bantaran kiri serta kanan sungai. Kemudian dilakukan digitasi kembali untuk penampang- penampang  melintang  sungai.  Alur  dan  penampang  sungai  secara  otomatis  akan  mengikuti topografi  dari  DEM  yang  telah  diimpor  sebelumnya.  Gambar  4a  menunjukkan  hasil  digitasi alur dan penampang sungai.
Model  geometri  sungai  yang  dibangun  menggunakan  HEC-GeoRAS  10.1  selanjutnya diekspor  dalam  format  GIS  sehingga  dapat  dibuka  pada  HEC-RAS  4.1.  Gambar  4b menunjukkan  model  geometri  sungai  dalam  format  GIS  yang  ditampilkan  pada  HEC-RAS 4.1. Data geometri sungai seperti stasiun, panjang, dan elevasi untuk setiap penampang sungai secara otomatis dibuat berdasarkan hasil digitasi sebelumnya. Hal ini menjadikan pembuatan model  geometri  sungai  menjadi  sangat  mudah  dan  cepat  apabila  dibandingkan  dengan pemasukan data secara manual.
(a) (b)
Gambar 4. Hasil digitasi alur dan penampang sungai di HEC-GeoRAS 10.1 (a), dan model geometri sungai di HEC-RAS 4.1 (b)
Reach 1099.811 1042.878 989.1589 936.4111 881.9261 809.7637 745.6318 679.3165 614.8837 551.1475 499.3839 442.1682 378.8698 309.0779 265.1401 202.7216 136.8602 86.44541 38.80035 R iv e r

## Simulasi Profil Muka Air Banjir
Simulasi  profil  muka  air  banjir  dilakukan  menggunakan  HEC-RAS  4.1  dengan memasukkan  data  aliran  banjir.  Kondisi  batas  di  hulu  sungai  berupa  debit  banjir  yang divariasikan sebanyak  tiga variasi besaran, masing-masing  yaitu 1.000 m 3 /s, 2.000 m 3 /s, dan 3.000 m 3 /s. Adapun kondisi batas di hilir berupa ketinggian muka air yang ditetapkan sebesar + 3.0 m yang berlaku untuk seluruh variasi debit banjir. Hasil simulasi profil muka air banjir untuk penampang melintang dan  perspektif tiga dimensi di sepanjang sungai masing-masing ditunjukkan dalam Gambar 5 dan 6 di bawah ini.
Gambar 5. Tinggi muka air banjir di penampang melintang sungai
Gambar 6. Perspektif profil banjir tiga dimensi
0 100 200 300 400 500 600 700 0 5 10 15 20 25 30 Simulasi Genangan B anjir       Plan: Simulasi Profil Banjir    5/8/2015  3:58:07 P M Flow: Debit Banjir River = River   Reach = Reach      RS = 1099.811 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS PF 3 WS PF 2 WS PF 1 Ground Bank Sta .035 .035 .035 1099.811 989.1589 936.4111 881.9261 809.7637 745.6318 679.3165 614.8837 551.1475 499.3839 442.1682 378.8698 309.0779 265.1401 202.7216 136.8602 86.44541 Simulasi Genangan B anjir       Plan: Simulasi Profil Banjir    5/8/2015  3:58:07 P M Flow: Debit Banjir Legend WS PF 1 WS PF 2 WS PF 3 Ground Bank Sta

## Delineasi Genangan Banjir
Profil  muka  air  banjir  yang  telah  disimulasikan  selanjutnya  diimpor  ke  dalam  HEC- GeoRAS  10.1,  sehingga  dapat  dilakukan  delineasi  genangan  banjir  berdasarkan  ketinggian muka  air  di  sepanjang  sungai.  Delineasi  genangan  banjir  menghasilkan  batas-batas  dan kedalaman  genangan  banjir.  Gambar  7,  8,  dan  9  masing-masing  menunjukkan  genangan banjir untuk debit 1.000 m 3 /s, 2.000 m 3 /s, dan 3.000 m 3 /s.
Gambar 7. Genangan banjir 1.000 m 3 /s

## 30 INFO TEKNIK, Volume 16 No. 1 Juli 2015
Gambar 9. Genangan banjir 3.000 m 3 /s
Berdasarkan Gambar 7, 8, dan 9 di atas dapat dilihat bahwa semakin besar debit banjir, maka  luasan  dan  kedalaman  banjir  juga  semakin  meningkat.  Untuk  debit  banjir  1.000  m 3 /s, kedalaman genangan berkisar antara 0 – 5 m. Untuk debit banjir 2.000 m 3 /s, kedalaman banjir berkisar antara 0 – 6,5 m, sedangkan untuk debit banjir 3.000 m 3 /s, kedalaman banjir berkisar antara 0 – 7,5 m.

## Pemetaan Genangan Banjir
Batas-batas  genangan  banjir  yang  telah  diperoleh  dapat  digunakan  untuk  pemetaan genangan  banjir.  Hal  ini  dapat  dilakukan  dengan  membuat overlay antara  batas-batas genangan  dengan  foto  udara.  Gambar  10  di  bawah  ini  menunjukkan  pemetaan  genangan banjir tersebut.
Pada  Gambar  10  di  atas  dapat  terlihat  bahwa  daerah  pemukiman  di  kanan  dan  kiri sungai  tergenang  banjir.  Hasil  pemetaan  genangan  banjir  tersebut  sangat  memberikan gambaran  yang  baik  bagaimana  dampak  genangan  banjir  terhadap  daerah  di  sekitar  sungai, terutama daerah pemukiman.
Gambar 10. Batas-batas genangan banjir

## 5. KESIMPULAN
Beberapa hal yang dapat penulis simpulkan dari hasil dan pembahasan di atas adalah:
1. Data LIDAR dapat digunakan untuk membuat DEM dengan ketelitian yang sangat baik.
2. Penggunaan DEM  yang teliti sangat memudahkan dalam pembuatan alur dan penampang melintang  sungai  secara  cepat  dan  akurat,  dibandingkan  dengan  pemasukan  data  secara manual.
3. Teknologi  LIDAR  sangat  membantu  dalam  analisis  genangan  banjir,  sehingga  dapat diperkirakan batas-batas dan kedalaman genangan banjir.
4. Pemetaan  genangan  banjir  berdasarkan  simulasi  model  hidrodinamik  dapat  memberikan gambaran  yang  sangat  baik  mengenai  daerah-daerah  di  sekitar  sungai  yang  berpotensi tergenang banjir.
Saran  yang  dapat  penulis  sampaikan  adalah  bahwa  pemerintah  melalui  Badan  Informasi Geospasial  (BIG)  harus  lebih  mendorong  peningkatan  ketersediaan  dan  akses  data  LIDAR, khususnya untuk keperluaan pengelolaan banjir di Indonesia.
Pemukiman tergenang
Banjir 1.000 m 3 /s Banjir 2.000 m 3 /s Banjir 3.000 m 3 /s Keterangan:

## DAFTAR PUSTAKA
Ackerman, C.T., et al ., 2010, Geospatial Capabilities of HEC-RAS For Model Development and Mapping , 2nd Joint Federal Interagency Conference, Las Vegas, NV.
Al  Amin,  M.B., et  al .,  2015, Visualisasi  Potensi  Genangan  Banjir  di  Sungai  Lambidaro Melalui  Penelusuran  Aliran  Menggunakan  HEC-RAS  (Studi  Pendahuluan  Pengendalian Banjir Berwawasan Lingkungan) , Prosiding Seminar Nasional Teknik Sipil I (SeNaTS I), Denpasar, pp. 123 – 132.
Akan,  A.O.,  2006, Open  Channel  Hydraulics, First  Edition ,  Butterworth-Heinemann, Burlington.
Brunner,  G.W.,  2010, HEC-RAS  River  Analysis  System  User’s  Manual  Version  4.1 ,  U.S. Army Coprs of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Washington DC.
Di  Baldassarre,  G.,  2012, Floods  in  a  Changing  Climate:  Inundation  Modeling ,  Cambridge University Press, New York.
Dingman, S.L., 2009, Fluvial Hydraulics , Oxford University Press, New York.
FEMA-Region 10, 2009, Floodplain Management – NFIP Guidebook .
Goodell,  C.  dan  Warren,  C.,  2006 ,  Flood  Inundation  Mapping  Using  HEC-RAS ,  Obras  y Proyectos, Edición Nº2, Primavera, pp. 18 – 23.
Hodgson, M.E., et al ., 2003, An Evaluation of LIDAR- and IFSAR-Derived Digital Elevation Models in Leaf-on Conditions with USGS Level 1 and Level 2 DEMs, Remote Sensing of Environment, Vol. 84, pp. 295 – 308.
Johnson, L.E., 2009, Geographic Information Systems in Water Resources Engineering , CRC Press, Florida.
Mercer,  B.,  2001, Comparing  LIDAR  and  IFSAR:  What  Can  You  Expect? ,  Proceedings  of Photogrammetric Week, Stuttgart.
Merwade,  V.,  2012, Tutorial  on  Using  HEC-GeoRAS  with  ArcGIS  10  and  HEC-RAS Modeling , School of Civil Engineering, Purdue University.
National Research Council of The National Academies, 2007, Elevation Data for Floodplain Mapping , The National Academies Press, Washington, D.C.
Shamsi, U.M., 2005, GIS Applications for Water, Wastewater, and Stormwater System , CRC Press, Florida.
Sinnakaudan,  S.K.,  2009, Integrated  Triangular  Irregular  Network  (ITIN)  Model  for  Flood Plain Analysis , International Journal of Geoinformatic, Vol. 5, No. 2, pp. 47 – 55.
Yang, J., et al ., 2006, Applying The HEC-RAS Model and GIS Techniques in River Network Floodplain Delineation , Canada Journal of Civil Engineering, Vol. 33, pp. 19 – 28.