Perbandingan hasil simulasi model dan data hasil observasi secara statistik yang ditunjukkan oleh nilai R2 dan NSE menunjukkan hasil yang belum cukup baik dan belum mendekati keadaan yang sebenarnya. Hal tersebut terjadi karena data yang digunakan pada model MWSWAT tidak cukup lengkap menggambarkan karakteristik daerah yang diteliti. Oleh karena itu perlu dilakukan pengaturan melalui proses kalibrasi model. Setelah model MWSWAT terkalibrasi dan memiliki hubungan yang cukup dekat dengan data observasi, maka model tersebut perlu diuji dengan menggunakan data dari tahun yang berbeda.
Model MWSWAT merupakan model hidrologi yang menggunakan banyak parameter dalam proses perhitungannya. Dari sekian banyak parameter tersebut, kalibrasi hanya dilakukan pada parameter-parameter yang signifikan memengaruhi hasil simulasi. Prosedur kalibrasi dapat dilakukan secara manual maupun otomatis. Pada penelitian ini proses kalibrasi model dilakukan secara manual trial-error. Proses simulasi dilakukan selama 2 tahun yaitu dari 1 Januari 2000 sampai dengan 31 Desember 2001, namun kalibrasi debit aliran sungai dan sedimen hanya dilakukan selama 8 bulan mulai dari bulan Mei hingga Desember 2001. Tahun 2000 digunakan sebagai periode warm up model. Selama kalibrasi model untuk debit aliran sungai dan sedimen, beberapa parameter perlu disesuaikan agar memberikan output mendekati data observasi di lapangan. Hasil simulasi debit aliran dan sedimen melayang sebelum dikalibrasi menunjukkan nilai perbedaan antara debit bulanan rata-rata observasi dan simulasi berturut-turut sebesar 30.39% dan 93.11%. Nilai statistik yang diperoleh adalah NSE -0.81 dan R2 0.54 untuk debit serta NSE -2435.49 dan R2 0.511 untuk simulasi sedimen. Hasil tersebut masih jauh dari yang diharapkan sehingga dilakukan langkah pengaturan secara manual pada beberapa parameter input yang terdapat di dalam model, yang sensitif terhadap perubahan output. Terdapat 12 parameter yang disesuaikan nilainya seperti ditampilkan pada Tabel 9.
Tabel 9. Parameter-parameter input model MWSWAT yang disesuaikan
Parameter Model Keterangan Nilai akhir
Debit Aliran
OV_N Nilai koefisien kekasaran manning “n” 14.500
CN2 Bilangan kurva (×0.9)*
SOL_AWC Kapasitas air tersedia di lapisan tanah 0.650 SOL_K Konduktivitas hidrolik dalam keadaan saturated 0.010
GW_DELAY Groundwater delay 110.000
ESCO Faktor kompensasi evaporasi tanah 0.110
ALPHA_BF Faktor base flow alfa 0.025
CH_K2 Konduktivitas hidrolik efektif saluran utama 100.000 Sedimen Melayang
LAT_SED Konsentrasi sedimen di aliran lateral dan
groundwater
450.000 SPEXP Parameter eksponen untuk menghitung sedimen
tertahan di jalur penelusuran sedimen
1.500
SLSSUBBSN Panjang lereng rata-rata 150.000
USLE_P Faktor pengelolaan pada persamaan USLE 0.950
*semua nilai parameter CN2 diseluruh DAS dikalikan dengan bilangan pengali 0.9
Penyesuaian parameter-parameter model meningkatkan nilai NSE dan R2 simulasi debit berturut-turut menjadi 0.54 dan 0.69 dengan selisih debit rata-rata bulanan sebesar 3.96%. Hasil ini berbeda dengan kalibrasi debit harian yang nilainya lebih rendah, yaitu NSE 0.37 dan R2 0.44. Kalibrasi simulasi sedimen melayang bulanan menghasilkan NSE 0.51 dan R2 0.77 dengan selisih sedimen melayang rata-rata bulanan sebesar 9.26%.
Hasil simulasi debit dan sedimen melayang setelah proses kalibrasi ditunjukkan berturut-turut pada Gambar 37 dan Gambar 38. Scattergram nilai R2 untuk debit dan sedimen melayang setelah kalibrasi model pada Gambar 39 dan Gambar 40.
Parameter yang paling berpengaruh terhadap bentuk kurva debit hasil simulasi agar mendekati hasil debit observasi adalah OV_N dan CN2, sedangkan pengaturan parameter lain seperti SOL_AWC, SOL_K, dan lainnya bersifat menghaluskan bentuk kurva sehingga menaikkan nilai NSE dan R2. Proses kalibrasi akan menjadi lebih sulit bila dilakukan selama periode harian dalam kurun satu tahun penuh karena terdapat dua musim yang berbeda, yaitu musim hujan dan musim kemarau.
Gambar 39. Nilai R2 debit sebelum dan setelah kalibrasi model
Penyesuaian terhadap parameter input model selama kalibrasi memberikan hasil meningkatnya nilai NSE dan R2 serta menurunkan persentase beda rata-rata output simulasi dan observasi. Bentuk kurva sedimen melayang bentuknya hampir serupa dengan kurva debit, karena nilai sedimen melayang dihitung berdasarkan pada besarnya debit. Kurva debit dan sedimen melayang bentuknya mengikuti kurva observasi kecuali pada bulan Juni, yang memiliki selisih gap.
Gambar 40. Nilai R2 sedimen melayang sebelum dan setelah kalibrasi model
Apabila model MWSWAT yang telah terkalibrasi dijalankan dengan menggunakan data input iklim yang sama dengan tahun peta penggunaan lahan kemudian output model dibandingkan dengan data observasi, maka keakuratan
model semakin kecil. Untuk itu diperlukan kalibrasi kembali sehingga output model dapat merepresentasikan data yang diperoleh dari observasi. Sebagai contoh, apabila model MWSWAT yang parameternya telah terkalibrasi di tahun 2001 digunakan untuk menyimulasikan prediksi debit menggunakan input data iklim tahun 2005 dan peta penggunaan lahan tahun 2005 maka hasilnya menjadi semakin buruk dan tidak akurat. Ketidakakuratan tersebut ditandai oleh nilai R2 dan NSE yang jauh lebih kecil dibandingkan nilai yang diperoleh dari proses kalibrasi. Hal tersebut terjadi karena terdapat perbedaan karakteristik hujan pada tahun 2001 dan 2005 dalam hal kuantitas maupun pola penyebarannya.
Nilai NSE dan R2 tersebut dapat diperbaiki dengan melakukan kalibrasi kembali. Proses tersebut memakan waktu lebih lama, sehingga dalam penelitian ini dampak penggunaan lahan terhadap respon hidrologi di sub-DAS Hulu Citarum menggunakan set data input dan parameter terkalibrasi pada tahun 2001. Hidrograf debit sungai harian hasil observasi dan simulasi ditunjukkan pada Gambar 41, sedangkan scattergram R2 ditunjukkan pada Gambar 42.
0 5 10 15 20 25 30 35
01-Mei-05 01-Jun-05 01-Jul-05 01-Agust-05 01-Sep-05 01-Okt-05 01-Nop-05 01-Des-05
D e b it ( m 3/de t) Tanggal Qob Qsim
Gambar 41. Hidrograf debit sungai harian hasil simulasi dan hasil observasi dengan menggunakan set data input tahun 2005
y = 2.015x + 4.883 R² = 0.175 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35 S im u la si Observasi
Gambar 42. Scattergram R2 debit sungai harian hasil simulasi dan hasil observasi dengan menggunakan set data input tahun 2005
