Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di bagian hulu DAS Kampar Kiri, secara administratif terletak di Kecamatan Kampar Kiri, Kampar Kiri Hulu dan Rokan XII Koto Kampar, Kabupaten Kampar-Provinsi Riau. Secara Geografis areal studi terletak di 0,20 LU – 0,40 LS dan 100,790- 101,20 BT. Total luas areal studi seluas ± 206.957 Ha.
Topografi dominan di areal studi adalah bergelombang sampai dengan berbukit. Topografi bergunung terdapat di daerah barat dan selatan areal studi khususnya pada daerah yang berbatasan langsung dengan bukit barisan di Kabupaten Kuantan Singingi dan Provinsi Sumatera Barat. Orientasi areal studi disajikan pada Gambar 1.
Areal Studi
21
*
Ketersediaan Data
Pemodelan hidrologi dengan memanfaatkan data penginderaan jauh khususnya data radar SRTM diharapkan dapat menjadi salah satu alternatif dalam perkembangan analisis hidrologi. Dengan input dan teknik yang baik, bias spasial yang sering muncul dalam permodelan hidrologi dapat diantisipasi. Kombinasi model terintegrasi WMS dengan teknik radar diharapkan dapat memberikan pendekatan tersendiri dalam analisis hidrologi. Data yang digunakan dalam penelitian ini berupa data sekunder dan data primer, data tersebut adalah:
Data radar SRTM tahun 2000 bersumber dari USGS.
Data citra satelit Landsat 2 titik tahun yaitu TM path/raw 127/60 acq. 15 Juni 1992 dan ETM+ path/raw 127/60 acq. April 2003, Michigan State University.
Data pengamatan hujan (periode 1984 – 2003) dan tinggi muka air dari stasiun AWLR Lipat Kain (periode 1990-2001), Dinas PU Provinsi Riau.
Data Primer yang dilakukan pada tanggal 5 – 17 Januari 2005 dan 8-19 Agustus 2005, meliputi ground check contoh areal tutupan lahan pengamatan hujan dengan intesitas pengamatan 30 menitan pada tanggal 8, 12, 15, 16 dan 20 Januari 2005* serta wawancara umum kepada masyarakat di areal studi tentang kejadian banjir yang terdapat di DAS Kampar.
Peta Tanah Tinjau lembar 0815 (Lembar Solok) dan 0816 (Lembar Pekanbaru), Pusat Penelitian Tanah dan Agroklimat Bogor, 1990 Skala 1 : 250.000
Pengamatan hujan 30 menitan dilakukan dengan menggunakan gelas ukur, dengan periode pengamatan hujan setiap 30 menit (Alat Ukur Hujan otomatis tidak tersedia).
22
Beberapa software yang digunakan dalam penelitian ini adalah Watershed Modeling System Ver. 7, ENVI 3.6, ArcView 3.3, Global Mapper Ver.5, Statistica
edition 1999 dan RAINBOW for Windows version 1.1. Alur kerja penelitian yang dilakukan disajikan pada Gambar 2.
Analisis Data Analisis Tutupan Lahan
Analisis data pada tahapan ini terdiri dari empat tahapan utama yaitu : (1) Tahap persiapan, (2) Analisis citra digital meliputi koreksi geometrik, tampilan Citra pada model Warna RGB, penentuan daerah contoh (training area), klasifikasi terbimbing, (3) Ground check lokasi, (4) Analisis perubahan penutup lahan/penggunaanlahan.
Tahap persiapan
Pada tahap ini dilakukan kegiatan scane peta topografi, dan citra landsat TM dan ETM+. Penyiaman peta topografi dilakukan dengan menggunakan 170 dpi (dot per inch) yang bertujuan untuk memperoleh ukuran piksel yang setara dengan 7,5 m x 7,5 m di lapangan. Pada tahap ini kegiatan digitasi peta topografi dikerjakan dengan menggunakan
23
Pengumpulan Data (primer dan sekunder)
Studi Literatur
(Desk Study)
Data Sekunder (Citra landsat p/r 127/060 tahun
1992 dan 2003, Citra SRTM p/r 127/060 tahun 2000, data hujan harian, Land use, jenis tanah, debit
sungai harian)
Data Primer
(Ground Control Point, data hujan
dan debit 30 menit, Pengumpulan data koordinat sampling land use)
Klasifikasi Terbimbing metode MLC Citra Landsat
dua titik Tahun
(Software Envi)
Perubahan Penggunaan Lahan Areal Studi
Convert Data SRTM menjadi
Format USGS DEM
(Software Global Mapper)
Format Data USGS DEM versi SRTM Digitalisasi Peta
(Software ArcView)
Peta Digital
Analisis Data Frekwensi Hujan
(Software Rainbow dan
Microsoft Exel)
Periode Ulang Banjir Tahunan Analisis Data Hujan 30
menitan
(Software WMS, module XY
Series Editor)
Grafik Intensitas Hujan 30 menitan
Penentuan Nilai CN hasil overlay peta tanah (dipetakan ke Hydrological Soil Group) dan
Land Use (dipetakan ke LUCODE) (Software WMS, module Hydrological Modeling
tool Calculator)
Deliniasi Wilayah DAS dan Jaringan Sungai (Sofware WMS, module
TOPAZ)
INPUT PROGRAM
WATERSHED MODELING SYSTEM
HEC 1 DENGAN SCS MODEL
UNIT HIDROGRAF DAS
Perbandingan akurasi hasil simulasi unit hidrograf dengan hidrograf pengamatan NO
HIDROGRAF ALIRAN DAS PERIODE ULANG 25, 50
DAN 100 TAHUNAN
Perbandingan Jaringan Sungai DAS dengan Jaringan
Sungai Aktual di lapang NO Penajaman dan atau peningkatan
resolusi DEM Digitasi Peta Kontour
(Software ArcView ext 3D
dan Global Mapper)
Format Data USGS DEM versi Peta Kontour
Perbandingan Jaringan Sungai DAS dari SRTM
dan Kontour
24
Koreksi geometrik
Koreksi geometrik dilakukan dengan mengidentifikasi Ground Control Points (GCPs) pada citra asli dan pada peta referensi (peta Topografi). Akurasi GCP diperlihatkan dengan perhitungan root mean square error
(RMS-error). Pada umumnya, akurasi yang tinggi dari GCP diperoleh jika RMS-error kurang dari satu dengan distribusi GCP yang teratur pada citra selama dievaluasi. Komputer menghitung RMS-error berdasarkan persamaan berikut :
)
(
)
(X −x + Y−y
RMS-error =Dimana X dan Y adalah koordinat output yang dapat diperoleh dari peta Topografi atau citra yang diralat, x dan y adalah koordinat input yang dapat diperoleh dari citra asli (baris dan kolom).
Tampilan Citra pada model Warna RGB
Untuk identifikasi secara visual citra ditampilkan pada layar monitor
komputer dengan model warna RGB dan IHS. Tampilan citra pada model
warna RGB merupakan tampilan warna merah, hijau dan biru sebagai
warna primer yang masing-masing mempunyai kisaran nilai dari 0 sampai
255 dan warna campuran dari ketiganya (sian, magenta dan kuning).
Karakteristik kenampakkan warna-warna tersebut ditentukan oleh nilai
yang dimilikinya. Tampilan model warna RGB ini mengikuti ruang warna
RGB sebagai sistem koordinat Cartesian dan untuk sistem tampilan pada 8
25
Klasifikasi Tutupan Lahan
Penentuan daerah contoh (training areas).
Pengambilan daerah contoh sangat penting pada pengolahan citra digital, terutama untuk klasifikasi terbimbing, karena kualitas klasifikasi citra akan ditentukan oleh penentuan daerah contoh untuk masing-masing tipe penggunaan lahan/penutup lahan. Informasi mengenai penggunaan lahan/penutup lahan dapat diperoleh dari survey lapang, peta Topografi, dan wawancara dengan penduduk yang tinggal di sekitar daerah contoh. Penentuan daerah contoh ditentukan berdasarkan daerah yang mempunyai kesamaan (kesamaan warna pada citra.
Klasifikasi Terbimbing.
Karakteristik spektral atau ciri-ciri kelas yang diperoleh dari daerah contoh harus sudah selesai dikerjakan pada langkah sebelumnya. Metode klasifikasi yang digunakan adalah klasifikasi kemungkinan maksimum (Maximum Likelihood Clasification) dari kombinasi band 542.
Survey Lapangan
Dilakukan melalui pengamatan, pengukuran dan pengumpulan informasi mengenai kondisi aktual daerah untuk menunjukkan hubungan antara penginderaan jauh dan obyek yang diamati. Pada umumnya pengecekan lapang harus dengan mengumpulkan perolehan data yang sama dari penginderaan jauh atau paling tidak pada saat lingkungan tidak berubah. Walaupun hal ini sulit untuk dilakukan, untuk itu selama pengecekan lapang perlu dilakukan wawancara untuk mendapatkan informasi yang lebih banyak.
26
GPS (Global Position System) juga diperlukan saat pengecekan lapang untuk mendapatkan lokasi daerah contoh dengan benar.
Analisis Frekuensi Hujan
Pendekatan umum yang digunakan untuk keperluan analisis frekuensi adalah metode statistika yang digunakan untuk meramalkan kejadian sesungguhnya berdasarkan suatu seri data yang tersedia (Wilson, 1990). Melalui pendekatan statistika tersebut berkembang beberapa metode yang digunakan untuk melakukan analisis frekuensi yaitu: Metode Fuller, Metode Hazen, Metode Foster, Metode Slade, Metode Gumbel dan Metode Potter.
Dalam analisis frekuensi yang perlu dilakukan pada dasarnya adalah menentukan besarnya faktor frekuensi (K) yang berhubungan dengan periode ulang (T) tertentu dalam satuan waktu (tahun).
Untuk setiap metode prosedur analisis frekuensi untuk mendapatkan nilai K dinyatakan dengan y dari kejadian hidrologi untuk berbagai periode ulang yang dinyatakan dengan T. Secara umum prosedur tersebut adalah (Chow, 1964):
1. Kumpulkan data curah hujan yang dibutuhkan untuk analisis.
2. Hitung parameter yang dibutuhkan seperti besaran rata-rata ( ) ,
coefficient of variation (Cv) dan coefficient of skewness (Cs).
y
3. Tentukan nilai K yang sesuai dengan periode ulang (T) yang diberikan.
27
Analisis frekuensi menggunakaan metode Gumbel menyatakan bahwa metode ini telah memberikan hasil yang memuaskan pada analisis frekuensi berbagai kejadian hidrologi (Chow, 1964). Oleh karena itu analisis frekuensi di dalam penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan metode Gumbel. Persamaan-persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:
1.
dimana:
y
adalah besaran rata-rata dari data, y besaran data dan N adalah jumlah data hasil pengamatan.N
y
∑
y =
2. Coefficient of variation, Cv adalah sebagai berikut (Chow, 1964) :
dimana: y adalah rata-rata dari kuadrat besaran data dan 2 2
y adalah kuadrat dari rata-rata besaran data.
( )
[ −1]
(
2 2−1
)
= N N y y
Cv
3. Karena menggunakan Metode Gumbel maka tidak perlu dilakukan penghitungan Coefficient of skewness (Cs).
4. Untuk faktor frekuensi (K) digunakan persamaan dari Powell (1943) dalam Chow (1964) yang merupakan bentuk persamaan untuk tujuan penggunaan praktis. Persamaan yang digunakan
untuk menentukan nilai K adalah sebagai berikut:
dimana: γ adalah konstanta Euler = 0,5772157, T adalah periode ulang (tahun).
( )
[ ]
{γ log log log 1 } π
6 + − −
−
= T T
28
5. Didalam Chow (1951) besaran hidrologi yang dicari diperoleh menggunakan persamaan:
dimana K adalah faktor frekuensi yang bersesuaian dengan periode ulang tertentu.
CvK
y
y =1+
Dalam penelitian ini semua tahapan perhitungan di atas dilakukan dengan menggunakan bantuan software RAINBOW for Windows version 1.1, dengan input hujan harian maksimum tahunan pada periode tahun 1984 – 2003.
Pengolahan Data dengan WMS
Watershed Modeling System (WMS) adalah sebuah paket program analisa hidrologi yang dibuat untuk sistem model hidrologi yang komprehensif. Program ini merupakan kompilasi berbagai model hidrologi yang telah ada sebelumnya. WMS didisain untuk sistem permodelan DAS secara luas.
Konsep dasar WMS adalah menyelesaikan suatu permasalahan hidrologi dengan berbagai perangkat dan metode-metode yang berbeda. Program ini disusun agar analisa dapat dilakukan secara lebih efisien dan mudah dalam pengoperasiannya. Pada penelitian ini sumber data untuk permodelan dalam WMS adalah:
1. Data vector yang meliputi data tanah dan data tutupan lahan/penggunaan lahan. Overlay dari kedua data (tanah dan tutupan lahan yang sudah di petakan ke HYDRGRP dan LUCODE) ini digunakan juga untuk menghitung nilai Curve Number untuk masing-masing sub DAS yang diamati.
29
2. DEM yang bersumber dari data SRTM, digunakan untuk menggambarkan batas daerah aliran. Pada penelitian ini data DEM digunakan untuk membatasi wilayah DAS yang diamati dan jaringan sungai dengan bantuan tools yang terdapat di dalam WMS yaitu TOPAZ.
3. Data hidrologi meliputi data hujan dan aliran sungai/debit air. Data hujan 30 menitan digunakan untuk membuat hyteograf
intensitas hujan. Periode waktu pengamatan yang digunakan pada analisis ini adalah pengamatan hujan pada tanggal 8, 12, 15, 16 dan 20 Januari 2005. Tahapan selanjutnya adalah menentukan akurasi perhitungan debit simulasi dengan debit pengukuran dan perhitungan debit pada masing-masing periode ulang.
30