NUMERICAL SIMULATIONS OF TSUNAMI SURGE FOCUSING ALONG A VALLEY USING DualSPHysics

M. HAFIZ ASLAMI, Prof. Ir. Radianta Triatmadja, Ph.D.; Prof. Ir. Nizam, DIC., M.Sc., Ph.D.

2016 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Indonesia sering dilanda gempa bumi tektonik dan tsunami dari berbagai skala. Tsunami raksasa di Aceh pada akhir 2004 adalah salah satu tsunami terbesar di dunia yang mengakibatkan kerugian sekitar US $ 10 miliar, setara dengan 100 triliun Rupiah. Angka tersebut dapat dikurangi jika bangunan dibangun untuk dapat menahan gaya tsunami. Musibah ini menegaskan bahwa pemahaman karakteristik tsunami adalah sangat penting untuk mengurangi bencana tsunami di masa mendatang. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk menguji kinerja DualSPHysics dalam menyimulasikan gelombang tsunami 3D yang merambat sepanjang lembah menyempit, termasuk data flukstuasi tekanan dan kedalaman gelombang. Pemodelan numerik dilakukan dengan menggunakan kode DualSPHysics yang menerapkan metode Smoothed Particle Hidrodinamika (SPH) dalam perhitungannya disertai dengan software / aplikasi pendukung lainnya. Kasus ini dirancang berdasarkan hasil pemodelan fisik Triatmaja dan Aslami (2013) bersama-sama dengan kasus tambahan untuk validasi yang lebih baik. simulasi dijalankan menggunakan komputer dengan spesifikasi tinggi yang menerapkan sistem Graphics Processing Unit (GPU) dan kartu GPU NVidia CUDA-enabled. Dalam penelitian ini, komputer menggunakan kartu VGA NVidia GeForce GTX 780 Ti dengan prosesor Intel�® Coreâ�¢ i7-3820 CPU @3.6 GHz dan memori 16 GB RAM. Akhirnya, hasil simulasi numerik dibandingkan dengan hasil pemodelan fisik maupun solusi analitis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa DualSPHysics telah mampu mensimulasikan gelombang tsunami 3D yang menjalar melalui saluran berbentuk V dan telah menunjukkan kecocokan yang baik dengan data eksperimen dan solusi analitis. Selain itu, DualSPHysics juga telah mampu mensimulasikan kasus dengan geometri 3D nyata di Kota Agung, Lampung. Osilasi tekanan pada awal simulasi kasus hidrostatik terjadi karena persamaan Tait yang diterapkan di DualSPHysics. Faktor gesekan antara partikel fluida dan partikel batas di DualSPHysics tidak disesuaikan sehingga hasil simulasi tidak bisa sempurna sesuai dengan data eksperimen. Kedalaman gelombang eksperimen sedikit lebih tinggi dari kedalaman gelombang SPH dan tekanan SPH secara dramatis lebih tinggi dari tekanan eksperimen terutama di sekitar daerah yang memiliki kepadatan partikel yang lebih tinggi. Semakin kecil ukuran partikel yang digunakan, semakin akurat hasil yang akan diperoleh. Namun, kurangnya kemampuan komputer selalu membatasi kemampuan dalam simulasi dengan jumlah partikel yang besar.

Indonesia is frequently hit by tectonic earthquakes and tsunamis of various scales. The giant tsunami in Aceh at the end of 2004 was one of the largest tsunami in the world that resulted in an estimated loss of U.S. $ 10 billion, equivalent to 100 trillion rupiahs. Such figure may be reduced if buildings have been constructed to withstand tsunami force. The calamity definitely confirmed that understanding of tsunami characteristics is most important to mitigate future tsunami disaster. The main purpose of this research is to test the performance of DualSPHysics in simulating 3D tsunami surge propagating along a focusing valley, including pressure and surge depth fluctuation data. The numerical modeling was conducted using DualSPHysics code which applied Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method in calculation as well as other supporting software/application. The case was designed based on physical modeling result of Triatmadja and Aslami (2013) together with additional cases for better validation. The simulation was run using a high specification computer with Graphics Processing Units (GPUs) system and NVidia CUDA-enabled GPU card. In this work, the computer used VGA card NVidia GeForce GTX 780 Ti with processor Intel���® CoreTM i7-3820 CPU @3.6 GHz and 16 GB memory of RAM. Finally, the numerical simulation result was compared with physical modeling result as well as analytical solution. The results indicated that DualSPHysics had been able to simulate 3D tsunami surge propagates through V shape channel and had shown a good agreement with both experimental data and analytical solution. Moreover, DualSPHysics has also been able to simulate the real 3D geometry case of Kota Agung, Lampung. The pressure oscillation was happening at the beginning of the hydrostatic case simulation due to the Tait�¢ï¿½ï¿½s equation applied in DualSPHysics. The friction factor between fluid and boundary particles in DualSPHysics is not adjustable so that the result of simulation could not perfectly fit with the experimental data. The experimental water depth is slightly higher than the SPH water depth and the SPH pressure is dramatically higher than the experimental pressure especially around the area which has higher particle density. The smaller the particle size used, the more accurate the results will be obtained. However, the lack of computer capability always limits the ability in simulating a large number of particles.

Kata Kunci : Tsunami, numerical model, SPH, DualSPHysics, valley