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 KASIHinfo@irisiko.com