Pemanfaatan HPC LIPI untuk Studi Pemodelan Kasus Banjir Jakarta ...
Transcript of Pemanfaatan HPC LIPI untuk Studi Pemodelan Kasus Banjir Jakarta ...
Seminar Lokakarya High Performance Computing and Big Data
10 Juni 2015
Auditorium Kampus LIPI
Oleh : Tri Wahyu Hadi
PENGEMBANGAN MODEL BANJIR RESOLUSI TINGGI untuk WILAYAH DKI JAKARTA
Data didukung oleh:
Perusahaan Re-asuransiSwasta NasionalRisiko Khusus BencanaAlam
Satu-satunya perusahaanswasta nasional yang berfokus di bidangCatastrophe Modeling
Weather & Climate Prediction Laboratory
– Institut TeknologiBandung
Fasilitas komputer didukung oleh:
Hengki Eko PutraTri Wahyu HadiEdi RiawanI.G.N Junaedhi
Aditia RojaliFariza Dian PYudhistira Satya
Pendahuluan
Jakarta’s Flood Profile
The total losses due to the flood in 2007 is US $ 518,4 M (± ¼ local budget (APBD) of DKI Jakarta 2007) and flooded 20.000 ha of DKI Jakarta (± 1/3 of Jakarta’s land).
(Source: WHO)
Faktor alamiah :(1) Hujan konvektif(2) geologi/geomorfologi
1975 1990
2000 2010
Faktor manusia
Pendahuluan
Previous Study Flood Hazard Mapping
Metode Author Kekurangan
PemetaanBencana Banjir
Peta banjir berdasarpada data historis
BPBD (1) Standarisasi Peta
Ketelitian pemetaan
Peta banjir berdasarpada hasil model
Farid, 2012 (2) Resolusi KasarResolusi = 100 mStudi Kasus 2002
Guy Carpenter, 2013 (3) Resolusi KasarResolusi < 100 m
Peta banjir berdasarpada model hidrodinamika
Formánek (4) Software berbayar
1 2
3 4
Research Challenges
2-D Flood Simulation for Full Great Jakarta Region with ANUGA
• 13 sungai besar yang saling terhubung akan dijadikan sebagaikajian simulasi
• Dimensi dan topografi dari setiap sungai kajian yang bervariasi• Simulasi secara instantenous dari 13 sungai tersebut
membutuhkan sumber daya komputasi yang sangat besar
DELTARES-PUSAIR with SOBEK : Kasus Banjir 2007
1
3
2
Forcing
Hujan diwilayahhulu
Hujan diwilayahhilir/perkotaan
TSLR/”Rob”
Flood Modeling
State of the Flood Modeling
HEC-HMSHSPF
HEC-RAS
MIKE SHEGSSHA
MIKE FLOOD, SHEINFOWORKSSOBEKGSSHAANUGA
(Source: DHI,2010)
Flood Modeling
2-D Hydrodynamic Model : ANUGA
• Developed by Australian National University and Geoscience Australian
• Free and Open Source (FOSS)• 2-D Shallow Water equation wave• Numerical Solution using finite
volume method• Written in python programming
language allowing parallel computing
• Allows spatial rainfall as an direct input
• Available at githubhttps://github.com/GeoscienceAustralia/anuga_core
Flood Modeling
2-D Hydrodynamic Model : ANUGA mesh modeling
𝑈 =ℎ𝑢ℎ𝑣ℎ
𝐸 =
𝑢ℎ
𝑢2ℎ +𝑔ℎ2
2𝑢𝑣ℎ
𝐺 =
𝑣ℎ𝑣𝑢ℎ
𝑣2ℎ +𝑔ℎ2
2
𝑆 =
0𝑔ℎ(𝑆0𝑥 − 𝑆𝑓𝑥)
𝑔ℎ(𝑆0𝑦 − 𝑆𝑓𝑦)
the vector of conserved quantitiesh is the water depthuh is the x momentumVh is the y momentum
The fluxes in the xThe fluxes at y The source termS0 is the bed slopeSf is the bed friction
rate equations associated with each cell have the form:
Mesh Model
Research Challenges
Computing Resource Importance
Relation between mesh number, Core number and computation time
• Peningkatan resolusi hasil simulasi dilakukan denganmenambah jumlah elemen mesh
• Peningkatan waktu komputasi akan lebih efektif denganmenambah jumlah core pada skala simulasi denganjumlah elemen mesh yang besar
HPC LIPI 172 Core
WCPL ITB
Research Challenges
Domain segment evolution
Kali Ciliwung(Segmen Pasar Minggu – Pintu Air Manggarai)
* Kali Ciliwung – Kanal Banjir Barat* Kasus jebolnya tanggul Latuharhari 2013(Pintu Air Manggarai – Pantai Indah Kapuk)
Kali Pesanggrahan(Pondok Pinang – Kedoya Utara)
Kali Makro di JakartaSeluruh segmen dari 13 Kali makro
Single river Segment Scenario
Multi River Segment Scenario
On progress ….
Run with LIPI Cluster Computer
Facilities
330,940 mesh element
2,173,779 mesh element
884,817 mesh element
5,557,506 mesh element
Simulation Domain
(Kali Ciliwung) Pasar Minggu – Pantai Indah Kapuk
Sungai Ciliwung(Pasar Minggu – Manggarai)
Pasar Minggu
Sungai Ciliwung KBB(Manggarai – Pantai Indah Kapuk)
330,940 mesh element 2,173,779 mesh element
Simulation Domain
(Kali Pesanggrahan) Pondok Pinang – Kedoya Utara
884,817 mesh element
Simulation Domain
Greater Jakarta Domain
5,557,506 mesh element
• Kali angke atas• Kali buaran• Kali Cipinang• Kali Grogol• Kali Jati Kramat• Kali Kalibaru• Kali Kalibaru Timur• Kali Krukut• Kali Pesanggrahan – Angke• Kali Sepak• Kali Sunter• Kali Mookevart
1. Topographic Data 2. River Network Data 3. River Water Level Data
DEM: 1 m resolutions, produced in 2000 River cross-section
corrected DEM
Ground Checking
3-D River section
Simulation Design
Data Preparation
Reading Input Data
Configuring Boundary Condition
River is fully “wet” ?
No
Mesh, Digital Elevation Data
Filling Empty River with initial water level
Applying Constant Discharge at the Inlet
Obtaining Steady and best flow ?
Ready for real scenario
Spin
up
Scen
ario
Yes
No
Yes
Simulation Concept
Simulation Flow
Manning Value• Constant Manning value• Spatial manning value
Ready for real scenario
Discharge data at the Inlet
Adding external force and Configuring Boundary Condition
Real Discharge Data
Rainfall Force
Start Simulation
NetCDF Data Postprocessing
Simulation Concept
Tidal Force
Levy break
Simulation Flow
Extern
al Force
Simulation Tools
Cluster Computer (LIPI Cibinong Science Centre)
Summary Specification
Nodes 44 nodes (FUJITSU)
Cores 416 cores (8 cores/node)
Processors (per nodes)
2x Intel Xeon E5-2609 – 2.4 GHz
Memory (per nodes)
2x 8 GB DDR 3, 1600 Mhz
Working on Papua NodesRun ANUGA Effectively max with 4 core/node4 core/node x 44 node = 176 core
Simulation Result
Kali Ciliwung (Pasar Minggu – Manggarai) kasus banjir 2013
Bukit DuriKalibata
Simulation Result
Kali Ciliwung (Pasar Minggu – Manggarai) kasus banjir 2013
Validasi dengan data laporan administratif banjir BPBD tahun 2013
(A) Hasil Simulasi (B) Laporan BPBD
Applying Rainfall
(A)Maximum inundation area from simulation with ANUGA
(B)Flood Hazard Map in 2013 (Administration based)
Flood Model Verification
Jakarta’s Flood on Jan, 18, 2013
Using Unmanned Aerial Vehicle image of Indonesian Institute Aeronautics and Space
Simulation Result
Kampung Pulo
Flood Model Verification
Using Field Surveys Data (quantitative)
25 observation point;21 points are True4 points are False
Simulation Result
Simulation Result
Kali Ciliwung (Manggarai – Pantai Indah Kapuk) kasus banjir 2013
Tanggul Jebol Latuharhari
Simulation Result
Kali Ciliwung (Manggarai – Pantai Indah Kapuk) kasus banjir 2013
Before Levy Break
Jebolnya Tanggul Latuharhari
Lokasi Tanggul
Setelah 10 menit
Setelah 20 menit
Setelah 1 jam
Simulation Result
Kasus Jebolnya tanggul latuharhari tahun 2013
Simulation Result
Kali Pesanggrahan (Pondok Pinang – Kedoya Utara) kasus banjir 2013
Simulation Result
Great Jakarta Domain: Skenario Pengisian sungai (Q = 5 m3/s) dan laut (O m msl)
Raster Image( t = 9 Jam)
Anuga Viewer( t = 12 Jam)
*Masih ditemukanaliran air yang bocor
*Memerlukan koreksikembali DATA DEM
On progress ….
Simulation Result
Great Jakarta Domain: Simulation Challenges
On progress ….
• Data DEM di beberapa wilayah memerlukan perbaikan• Fasilitas High performance computing sangat
diperlukan untuk menyelesaikan simulasi semua kasusbanjir di seluruh wilayah DKI jakarta
• Estimasi waktu penyelesaian 1 skenario selama 3 harimenggunakan HPC LIPI memanfaatkan 172 core Node Papua (43 node x 4 core) diselesaikan dalam waktu 4 – 5 hari
• Secara teori dengan 200 core waktu scenario selama 3 hari dapat diselesaikan dalam ≤ 3 hari
• Target penyelesaian simulasi hingga 30 Juni 2015 ada 7 skenario
Kebocoran di kali sunter
Kebocoran di kali Cipinang
Halim
Penutup
• Kasus banjir tahun 2013 di Segmen Sungai Ciliwung – Kanal Banjir Barat, Sungai Pesanggrahan dapat disimulasikan menggunakan ANUGA. Selain itu, ANUGA dapat digunakan untuk mensimulasikan kasus terjadinya tanggul jebol
• Telah dihasilkan peta rendaman banjir 2013 untuk segmen Sungai Ciliwung, KanalBanjir Barat dan Sungai Pesanggrahan
• Improvisasi dari perbaikan data DEM di beberapa sungai makro di DKI Jakarta masih perlu dilakukan untuk mendapatkan hasil yang realistis untuk simulasi banjirseluruh wilayah DKI Jakarta
• Untuk mempercepat proses kalkulasi di dalam simulasi banjir dengan ANUGA memerlukan HPC dengan jumlah core yang sangat besar
TERIMA [email protected]