METODOLOGI PENELITIAN
B. Analisis Debit Sungai menggunakan model MWSWAT
Pada tahap ini, telah dilakukan pengolahan analisis debit aliran dengan menggunakan data lokal daerah penelitian. Analisis debit aliran yang akan di simulasikan adalah debit aliran permukaan runoff, aliran lateral dan aliran dasar.
Prosedur analisis debit aliran adalah sebagai berikut : a) Deliniasi Daerah penelitian
Deliniasi daerah penelitian dilakukan menggunakan DEM STRM 30 x 30 m dengan bantuan program Map Window. Daerah penelitian akan dideliniasi dari DEM secara otomatis berdasarkan topografi alaminya, begitu pula dengan jaringan hidrologinya. SWAT membagi DAS menjadi beberapa Sub DAS dimana setiap Sub DAS mempunyai jaringan utama. Metode yang digunakan dalam proses deliniasi DAS adalah metode treshold. Besar kecilnya treshold yang digunakan akan menentukan jumlah jaringan sungai yang terbentuk kemudian, jaringan sungai tersebut akan menentukan banyaknya Sub DAS yang terbentuk dalam DAS. Deliniasi penelitian dapat dilihat pada Gambar 8.
Perubahan Landuse 1994-2005 Landuse 1997 Landuse 2001 Landuse 2005 Landuse 1994 Perubahan Landuse 1994- 1997 Perubahan Landuse 1997- 2001 Perubahan Landuse 2001-2005
Gambar 8. Kotak dialog watershed delineation b) Pembentukan HRU
HRU merupakan unit analisis hidrologi yang dibentuk berdasarkan karakteristik tanah dan penggunaan lahan yang spesifik. HRU diperoleh melalui overlay peta tanah dan penggunaan lahan. Satu sub DAS terdiri dari beberapa HRU. Proses pembentukannya dapat diihat pada Gambar 9.
Pembuatan HRU ( Create Hidrology Response Unit) - Interval slope menurut Arsyad (2006)
- Peta raster landuse dan peta raster tanah format sistem koordinat proyeksi UTM.
- Treshold dari presentase total luasan landuse 10%, jenis tanah sebesar 5% dan slope sebesar 5% yang memiliki persentase luasan yang lebih kecil dari treshold yang ditentukan akan diabaikan.
29
Gambar 9. Kotak dialog pembentukan HRUs
c) Penggabungan HRUs dengan data iklim
Tahap penggabungan HRUs dengan data iklim dilakukan setelah satuan analisis terbentuk. Pada tahap ini harus ditentukan periode simulasi terlebih dahulu kemudian memasukan data iklim.
d) Simulasi
Proses simulasi dijalankan setelah proses penggabungan HRU dengan data iklim selesai dilakukan. Kemudian simulasi hidrologi tersebut dijalankan berdasarkan periode harian. Persamaan yang digunakan di dalam SWAT untuk memprediksi aliran permukaan adalah metode SCS Curve Number.
Dimana Qsurf adalah jumlah aliran permukaan pada hari I (mm). Rday
Dimana CN curve number (bilangan kurva), Curve Number (CN) diturunkan dari analisis spasial dimana peta tanah dikonversi menjadi Hydrology Soil Group dan dioverlay dengan peta penutupan lahan masing–masing tahun. CN digunakan untuk memprediksi nilai runoff atau infiltrasi dan Ia adalah 0.2 S (berdasarkkan hasil penelitian), sehingga persamaan perhitungan aliran menjadi :
adalah jumlah curah hujan pada hari ke I (mm). Ia adalah kehilangan akibat resapan permukaan, intersepsi dan infiltrasi (mm) dan S adalah parameter retensi (mm). Paramater retensi dihitung berdasarkan persamaan berikut :
Qsurf =
Persamaan untuk menghitung aliran lateral adalah :
Dimana Qlat adalah jumlah air lateral yang masuk ke sungai utama pada hari ke I (mm), SW iy,excess adalah kelebihan air pada lapisan tanah (mm), Ksat adalah saturated hydraulic conductivity (mm/jam), slp adalah lereng (m/m), Ød adalah porositas tanah (mm/mm) dan Lhill
SW
adalah panjang lereng (m). Kelebihan air pada lapisan tanah dihitung dengan persamaan :
iy,excess = SWly - FCly jika SWly > FC
SW
ly
iy,excess = 0 jika SWly < FC
Dimana SW
ly ly adalah kandungan air tanah(mm) dan FCly
Aliran bawah tanah atau base flow (Q
adalah kapasitas lapang (mm).
31
Dimana Ksat
e) Output SWAT
adalah hydraulic conductivity (mm/hari), = adalah jarak antar sub DAS ke saluran utama (m) dan adalah tinggi muka air tanah (m).
Hasil debit model SWAT yang menggunakan peta landuse pada tahun 2001 dan curah hujan tahun 2001 dapat divisualiasi dalam gradasi warna. Output yang dipilih berupa debit rata-rata bulanan pada tahun 2001.
Output SWAT tersimpan dalam file-file output (SWAT Output File) yang terdiri dari file BSB, SBS dan RCH. File BSB berisi informasi sub DAS, file SBS berisi informasi masing-masing HRU dan RCH berisi informasi pada masing-masing sungai utama dalam sub DAS. Informasi yang terdapat pada masing-masing sub DAS dan HRU dihasilkan selama periode simulasi dan terdiri dari area (km2
f) Kalibrasi dan Validasi Model SWAT
), jumlah curah hujan (mm), kandungan air tanah (mm), perkolasi (mm), aliran permukaan (mm), aliran lateral (mm) dan aliran dasar (mm).
Kalibrasi dan pengujian model bertujuan agar output model yang digunakan hasilnya mendekati dengan output dari DAS yang diuji. Kalibrasi dilakukan terhadap nilai debit dengan cara membandingkan antara hasil prediksi dengan hasil observasi (hasil pengukuran stasiun pengamat arus sungai (SPAS di lapangan) dimana perbandingan tersebut menggunakan kriteria stastistik. Data hasil observasi yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari SPAS Nanjung dari tahun 1994-2005.
Model SWAT telah menyediakan 500 parameter untuk simulasi, tapi tidak semua parameter digunakan untuk daerah Citarum Hulu sesuai dengan waktu dan ketersediaan data. Pemilihan dan penyesuaian parameter ini dilakukan dengan proses kalibrasi manual. Setelah dilakukan kalibrasi terhadap parameter model, dilakukan pengujian model (validasi). Validasi dilakukan terhadap landuse tahun 1994, 1997 dan 2005. Prosedur kalibrasi dan validasi untuk aliran permukaan dapat dilihat pada Gambar 11.
Perbandingan debit hasil simulasi dengan debit hasil observasi dilakukan dengan menggunakan SWAT Ploth and Graph . Pada SWAT Ploth and Graph akan digunakan koefesien determinasi (R2
Nash-Sutclifffe Index (NSI) digunakan untuk mengevaluasi model pada SWAT ploth dan Graph. Persamaan Nash-Sutcliffe Index (NSI) adalah sebagai berikut : ) dan Nash-Sutcliffe Index (NSI). Koefesien determinasi menunjukan seberapa dekatnya nilai yang dihasilkan oleh simulasi dengan nilai yang sesungguhnya di lapangan. Koefesien mendekati satu menandakan nilai hasil simulasi memilki nilai yang cukup dekat dengan nilai sesungguhnya. Persamaan koefesein determinasi adalah sebagai berikut :
Gambar 11. Prosedur kalibrasi dan validasi aliran Debit sungai dengan model SWAT Analisis Debit tahun 2001 Evaluasi statistik tidak ya Kalibrasi Parameter Model
SWAT
selesai
Validasi dengan landuse 1994,1997 dan 2005
33
Keterangan :
Qobs = debit observasi (m3 Q
/det)
cal,i = debit hasil simulasi (m3
= debit Simulasi rata-rata (m /det)
3
= debit observasi rata-rata (m /det) 3
Range nilai NSI adalah antara ∞ sampai dengan 1. Kategori simulasi berdasarkan nilai NSI (Van Liew et al, 2005 dalam Stehr, 2009) adalah sebagai berikut :
/det)
Layak jika ≥ 0.75
Memuaskan jika 0.36 ≤ NSI < 0.75 Kurang Memuaskan jika < 0.36
C. Analisis Debit Sungai dengan Model SWAT Hasil Kalibrasi terhadap
