ANALISIS DEBIT SUNGAI DI SUB DAS CILIWUNG TENGAH
DENGAN MENGGUNAKAN MODEL SWAT
ARYA SATRIA UTAMA
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Debit Sungai di Sub DAS Ciliwung Tengah dengan Menggunakan Model SWAT adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, September 2015
Arya Satria Utama
ABSTRAK
ARYA SATRIA UTAMA. Analisis Debit Sungai di Sub DAS Ciliwung Tengah dengan Menggunakan Model SWAT. Dibimbing oleh NORA HERDIANA PANDJAITAN.
Tingginya angka pertumbuhan penduduk memberikan dampak signifikan terhadap pembangunan ekonomi. Kegiatan pembangunan ini dapat mempengaruhi kualitas lingkungan dan berdampak terhadap sistem hidrologi DAS pada suatu wilayah. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan analisis debit aliran sungai di Sub DAS Ciliwung Tengah dengan menggunakan model SWAT. Tahap awal peta DEM SRTM didelineasi dan dilakukan pembuatan HRU. Setelah itu dilakukan simulasi dengan menambahkan data iklim tahun 2003-2013, dan kalibrasi dengan parameter (.gw), (.hru), (.sub) dan (.rte). Pada proses kalibrasi digunakan Peta Penggunaan Lahan tahun 2008 dan diperoleh NS 0,43 dan R2 sebesar 0,43. Pada proses validasi digunakan Peta Penggunaan Lahan tahun 2011 dan diperoleh nilai NS 0,56 dan R2 sebesar 0,55. Debit harian dengan model yang telah divalidasi adalah 13,8 m3/detik, sedangkan debit observasi sebesar 14,44 m3/detik.
Kata Kunci : debit sungai, kalibrasi dan validasi, model SWAT, parameter hidrologi, sub DAS Ciliwung Tengah
ABSTRACT
ARYA SATRIA UTAMA. River Discharge Analysis Using SWAT Model in Ciliwung Tengah Sub Watershed. Supervised by NORA HERDIANA PANDJAITAN.
The high population growth gives a significant impact towards economic development. These development activities influenced the quality of environment and hydrology characteristics of watershed. This research aimed to analyze river discharge of the Ciliwung Tengah Sub Watershed using SWAT model. The research started with delineation of watershed based on DEM SRTM map and forming HRU. Afterwards a simulation was done using climate data 2003-2013, and calibration of (gw), (hru), (sub) and (rte) parameters. Calibration was done using landuse of 2008. From the calibration process, NS of 0,43 and R2 of 0,43 were obtained, meanwhile from the validation process the value of NS was 0,56 and R2 was 0,56. Validation was done using landuse of 2011. Daily discharge with the validated model was 13.8 m3/s, while the observation discharge was 14,44 m3/s.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
ANALISIS DEBIT SUNGAI DI SUB DAS CILIWUNG TENGAH
DENGAN MENGGUNAKAN MODEL SWAT
ARYA SATRIA UTAMA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
dari Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
PRAKATA
Puji dan syukur dipanjatkan kepada Allah Subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak Februari sampai Juli 2015 ini ialah analisis debit, dengan judul Analisis Debit Sungai di Sub DAS Ciliwung Tengah dengan Menggunakan Model SWAT.
Terima kasih diucapkan kepada Dr. Ir. Nora H. Pandjaitan, DEA selaku dosen pembimbing, Dr. Roh Santoso B.W. dan Maulana Ibrahim Rau ST, M.Sc selaku dosen penguji skripsi. Ucapkan terima kasih juga diucapkan kepada bapak dan ibu atas doa dan kasih sayangnya, rekan-rekan SIL 48 atas semangatnya, Arrasyid Maulana dan teman-teman MNH 47 atas bantuannya selama penelitian ini berlangsung.
Kritik dan saran sangat diharapkan untuk perbaikan penulisan selanjutnya. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi berbagai pihak yang membutuhkan.
Bogor, September 2015
i
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL i
DAFTAR GAMBAR i
DAFTAR LAMPIRAN i
PENDAHULUAN 1
Latar belakang 1
Perumusan Masalah 1
Tujuan 2
Manfaat 2
Ruang Lingkup 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Daerah Aliran Sungai 2
Debit Sungai 3
Geographic Information System 3 Model SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 4
METODE PENELITIAN 6
Waktu dan Tempat 6
Alat dan Bahan 6
Tahapan Pelaksanaan 7
HASIL dan PEMBAHASAN 9
Gambaran Umum Lokasi Penelitian 9
Delineasi Sub DAS dan Pembentukan HRU 11 Kalibrasi dan Validasi Model 16
SIMPULAN 20
SARAN 20
DAFTAR PUSTAKA 20
LAMPIRAN 22
i
DAFTAR TABEL
1 File Data Input pada SWAT untuk Analisis Hidrologi 8 2 Penggunaan Lahan di Sub DAS Ciliwung Tengah Tahun 2008
dan 2011 13
3 Jenis Tanah di Sub DAS Ciliwung Tengah 14
4 Kemiringan Lereng di Sub DAS Ciliwung Tengah 15
5 Parameter Terpilih dalam Proses Kalibrasi 17
DAFTAR GAMBAR
1 Peta DAS Ciliwung 10
2 Peta Deliniasi Sub DAS Ciliwung Tengah 11
3 Peta Penggunaan Lahan Sub DAS Ciliwung Tengah Tahun 2008 12 4 Peta Penggunaan Lahan Sub DAS Ciliwung Tengah Tahun 2011 13
5 Peta Jenis Tanah Sub DAS Ciliwung Tengah 14
6 Peta Kemiringan Lahan di Sub DAS Ciliwung Tengah 15
7 Grafik Perbandingan Debit Observasi dan Simulasi
Sebelum Kalibrasi 16
8 Grafik Hubungan Debit Simulasi dan Observasi
Sebelum Kalibrasi 16
9 Grafik Perbandingan Debit Observasi dan Simulasi
Setelah Kalibrasi 18
10 Grafik Perbandingan Debit Observasi dan Simulasi
Setelah Validasi 19
11 Grafik Hubungan Debit Simulasi dan Observasi
Setelah Validasi 19
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram Alir Penelitian 22
2 Tabel Nilai Curve Number (CN) 23
3 Diagram Alir Penentuan Nilai Curve Number (CN) 24
4 Pembagian Sub DAS Ciliwung Berdasarkan Batas Administrasi 25
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Dewasa ini pertumbuhan penduduk merupakan salah satu fokus permasalahan yang harus diperhatikan. Tingginya angka pertumbuhan penduduk memberikan dampak signifikan terhadap pembangunan ekonomi. Pembangunan dari aspek ekonomi ini diperlukan guna menunjang kebutuhan hidup manusia yang terus meningkat baik dari segi kuantitas dan kualitas. Kegiatan pembangunan ini akan mempengaruhi kualitas lingkungan dan juga akan berdampak terhadap sistem hidrologi DAS pada suatu wilayah. Perubahan kualitas lingkungan ini terjadi dikarenakan adanya pencemaran di wilayah perairan, erosi, lahan kritis serta kerusakan alam lainnya.
Saat ini Indonesia mengalami kendala dalam melakukan perancangan model. Kendala yang umum dihadapi antara lain minimnya dana dan tenaga ahli, kurangnya pelatihan, dan ketergantungan pada ahli yang berasal dari luar negeri (Chang, 2004). Permodelan pengelolaan DAS dapat dilakukan dengan beberapa metode, salah satunya dengan menggunakan GIS (Geographic Information System). Terdapat berbagai macam perangkat lunak GIS yang dapat digunakan untuk memperhitungkan dan mengkaji kondisi hidrologi serta perubahan tata guna lahan suatu wilayah. Salah satu softwere yang dapat digunakan adalah Soil and Water Assessment Tools
(SWAT).
SWAT merupakan hasil gabungan dari beberapa model. Sebelum menggunakan model SWAT di Indonesia terlebih dahulu dilakukan proses kalibrasi dan validasi sesuai dengan ketersediaan data. Proses ini dilakukan agar hasil yang diperoleh sesuai dengan kondisi sebenarnya di lapangan. Proses ini dibutuhkan dalam setiap permodelan SWAT, karena setiap DAS memiliki karakteristk yang berbeda-beda. Relevansi model dengan keadaan yang sebenarnya dievaluasi dengan memperhitungkan standar deviasi dan efisiensi model (Rau, 2012).
Perumusan Masalah
2
ini secara matematis menganalisis debit air sungai dengan model SWAT di Sub DAS Ciliwung Tengah.
Tujuan
Merujuk kepada latar belakang yang telah diuraikan, penelitian ini bertujuan untuk melakukan analisis debit aliran sungai di Sub DAS Ciliwung Tengah dengan menggunakan model SWAT.
Manfaat
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat yaitu memberikan informasi mengenai debit Sungai Sub DAS Ciliwung Tengah dalam bentuk permodelan. Permodelan debit tersebut dapat menjadi bahan pertimbangan bagi Badan Pengelola Daerah Aliran Sungai Ciliwung dalam menyusun rencana pengelolaan khususnya di Sub DAS Ciliwung Tengah.
Ruang Lingkup
Ruang lingkup penelitian ini adalah membuat simulasi debit harian dengan menggunakan model SWAT di Sub DAS Ciliwung Tengah dalam periode waktu 2004-2013. Pada tahap simulasi akan diperhitungkan keadaan topografi lahan, penggunaan lahan, jenis tanah, kemiringan lereng, dan kondisi iklim di lokasi penelitian. Kemudian akan dilakukan tahap kalibrasi permodelan dengan memperhitungkan beberapa parameter hidrologi. Dengan model yang telah dikalibrasi ini akan didapat validitas model dalam periode waktu tertentu.
TINJAUAN PUSTAKA
Daerah Aliran SungaiDaerah Aliran Sungai (DAS) merupakan suatu wilayah daratan yang terpisah dari wilayah lain di sekitarnya. Pemisahan ini diakibatkan oleh bentuk topografi seperti punggung bukit atau gunung, yang menerima air hujan, menampung, dan mengalirkannya melalui sungai utama menuju laut atau danau. Daerah Aliran Sungai (DAS) dapat terdiri dari beberapa Sub DAS atau Sub-sub DAS sehingga luas DAS dapat bervariasi tergantung dari penempatan titik pengukuran. Sub DAS merupakan bagian wilayah dari suatu DAS yang berupa bentuk satuan daerah tangkapan air (Paimin et. al., 2006).
3
dari vegetasi, tanah, air hujan, dan intervensi manusia dalam penggunaan lahan. Karakteristik DAS dapat digunakan sebagai dasar dalam melakukan perencanaan dan pengelolaan DAS. DAS berfungsi sebagai penampung air hujan, penyimpanan, dan pendistribusian menuju sungai dan saluran lainnya (Paimin et. al., 2006).
Debit Sungai
Dalam proses hidrologi, aliran air sungai terbentuk dari beberapa sumber air yang berada pada bukit atau gunung. Bukit dan gunung merupakan daerah dan penyimpanan cadangan air yang berasal dari air hujan. Cadangan air yang diserap tersebut masuk ke dalam tanah dan batuan. Karena volume air tersimpan dalam jumlah besar, air keluar ke permukaan melalui lereng. Air yang keluar tersebut kemudian mengalir pada permukaan dan kemudian menjadi sungai. Aliran ini mengalir ke tempat yang memiliki ketinggian lebih rendah, sesuai dengan sifat air yang mengalir dari tempat tinggi ke rendah (Rau, 2012).
Secara umum terdapat 2 cara untuk menganalisis karakteristik debit sungai, yaitu analisis pergerakan debit sungai dan analisis hubungan antara curah hujan dengan debit (Wahyuni, 2012). Selain faktor hujan, debit sungai juga dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti luas dan bentuk DAS, topografi, tanah, dan penutupan lahan. Menurut Lee (1990), faktor-faktor penentu debit dikategorikan sebagai faktor-faktor atmosfer, parameter-parameter daerah tangkapan, dan pengaruh hutan.
Geographic Information System (GIS)
Geographic Information System (GIS) atau Sistem Informasi Geografis (SIG) merupakan sistem yang memberikan banyak bantuan terhadap informasi keruangan. GIS merupakan suatu sistem yang dirancang untuk mengumpulkan, menyimpan, mengubah, memanipulasi, menganalisis, menampilkan, dan mengeluarkan data yang berhubungan dengan fitur-fitur geografis. Sistem ini tidak hanya meliputi penggunaan perangkat lunak dan keras, tetapi juga database yang diperlukan atau dikembangkan dan personal yang mengerjakan (Bettinger dan Wing 2004). Software Sistem Informasi Geografis (SIG) banyak digunakan karena penggunaannya lebih mudah dan akurat jika dibandingkan dengan metode konvensional.
4 merupakan informasi data yang terdiri dari satuan piksel yang memiliki kolom serta baris tertentu, seperti data hasil citra satelit maupun Digital Elevation Model (DEM). Data raster merupakan hal penting dalam penerapan GIS.
Soil and Water Assessment Tools (SWAT)
SWAT adalah model yang dikembangkan oleh Dr. Jeff Arnold pada awal tahun 1990-an untuk pengembangan Agricultural Research Service (ARS) dari USDA (Neitschet al, 2004). Model tersebut dikembangkan untuk melakukan prediksi dampak dari manajemen lahan pertanian terhadap air, sedimentasi, dan jumlah bahan kimia, pada suatu area DAS yang kompleks dengan mempertimbangkan variasi jenis tanahnya, tata guna lahan, serta kondisi manajemen suatu DAS setelah melalui periode yang lama. SWAT merupakan hasil gabungan dari beberapa model, diantaranya adalah Simulator for Water Resources in Rural Basin (SWWRRB),
Chemical, Runoff and Erosion from Agricultural Management System (CREAMS),
Groundwater Loading Effect an Agricultural Management System (GREAMS), dan
Erosion Productivity Impact Calculator (EPIC) (Neitsch et al 2004).
Model ini memungkinkan untuk diterapkan dalam berbagai analisis serta simulasi suatu DAS, dan menghasilkan output yang baik. Pada model SWAT dilakukan simulasi berdasarkan beberapa hal, diantaranya adalah:
1. Menjalankan proses secara fisik, yaitu menghasilkan output berdasarkan informasi yang spesifik mengenai iklim, karakteristik tanah, topografi, vegetasi, dan manajemen lahan pada suatu DAS. Hal ini memungkinkan model SWAT dalam memodelkan DAS walaupun tanpa data observasi, serta dapat menghitung pengaruh alternatif data input, seperti perubahan penggunaan lahan, data iklim, dan lainnya.
2. Menggunakan input yang telah tersedia, saat SWAT akan digunakan untuk melakukan proses analisa yang lebih spesifik maka diperlukan tambahan data yang diperoleh dari instansi penelitian pemerintah.
3. Menggunakan perhitungan dengan proses yang lebih efisien, sehingga dalam melakukan simulasi DAS yang luas serta dengan banyak strategi pengelolaan dapat menghemat waktu dan materi.
4. Memungkinkan untuk dapat melakukan penelitian dampak dalam jangka waktu yang lama.
Neraca air digunakan sebagai dasar permodelan dalam menjalankan setiap analisis hidrologi menggunakan SWAT yang dibagi menjadi dua, yaitu:
5
2. Fase air yang berupa pergerakan air, sedimen, dan lainnya melalui jaringan sungai pada DAS menuju outlet. Persamaan neraca air yang digunakan dalam model
� : Jumlah evapotranspirasi pada hari ke-i (mm)
� : Jumlah air yang memasuki vadose zone pada profil tanah hari ke-i (mm)
� : Jumlah air yang kembali pada hari ke-i (mm)
Proses estimasi aliran permukaan (Qsurf), SWAT menggunakan dua buah metode, yaitu SCS curve number (CN) dan infiltrasi Green and Ampt. Berdasarkan volume aliran permukaan dan puncaknya, dilakukan simulasi pada setiap HRU (Hidrology Response Units). SCS curve number merupakan fungsi dari permeabilitas tanah, tata guna lahan, dan kondisi air tanah. Persamaan SCS curve number disajikan pada
Curve Number (CN) adalah parameter empiris dalam hidrologi untuk memprediksi limpasan langsung atau infiltrasi dari kelebihan hujan (USDA, 1986). Nilai Curve Number dapat dilihat pada lampiran 2.
Besarnya laju Wseep, dan Qgw dihitung dengan persamaan (4), dan (5) (Neitsch et.
al., 2004):
� = � ,�= + � , ... (4)
Dimana :
� : Total air yag berada di bawah tanah pada hari ke-i (mm)
6
� , : Jumlah air yang mengalir melewati lapisan yang lebih bawah dari muka tanah untuk mengalirkan aliran pada hari ke-i (mm)
� = 800.�.� �. � ... (5)
Dimana :
� : Jumlah air yang kembali pada hari ke-i (mm)
μ : Specific yield dari akuifer dangkal (m/m)
� � : Konstanta resesi aliran mantap � : Tinggi muka air pada watertable
SWAT-CUP dengan metode SUFI2 memiliki 3 bagian penting dalam melakukan proses kalibrasi, diantaranya adalah calibration inputs, executable file, dan calibration outputs. Calibration inputs merupakan bagian awal dari proses kalibrasi, yaitu pemasukan data. Bagian ini terdiri dari Par_inf.txt, SUFI2_swEdit.def, File.Cio, dan Absolute_SWAT_Values.txt, serta sub bagian pemasukan data, diantaranya adalah
Observation, Extraction, Objective Function, dan No Observation. Executable file
merupakan bagian proses yang digunakan untuk melakukan perintah kalibrasi, bagian ini terdiri dari SUFI2_pre.bat, SUFI2_run.bat, SUFI2_post.bat, dan
SUFI2_Extract.bat. Pada bagian calibration outputs dapat dilihat hasil dari proses kalibrasi yang telah dilakukan (Rau, 2012).
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian “Analisis Debit Sungai SubDAS Ciliwung Tengah Dengan Menggunakan Model SWAT” dilaksanakan selama empat bulan, pada bulan Februari – Juli 2015. Penelitian dilakukan di wilayah Sub DAS Ciliwung Tengah. Lokasi penelitian tersebut terletak di antara 6°14' - 6º37’ LS dan 106°51' - 106º50’ BT.
Bahan dan Peralatan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini merupakan data sekunder yang diambil dari beberapa sumber, yaitu:
1. Data Debit Sungai Ciliwung Tengah (Stasiun M.T. Haryono) dari Balai Besar Wilayah Sungai Ciliwung-Cisadane.
2. Data Digital Elevation Model (DEM) SRTM DAS Ciliwung dengan resolusi 30 x 30 m dari ASTER Global Dem V2.
7 dilengkapi software Microsoft Word 2013, Microsoft Excel 2013, Google Earth, ArcGIS 10.1, ArcSWAT 2012, SWAT-CUP 2012, dan Notepad.
Tahapan Pelaksanaan
Penelitian ini terbagi atas empat tahapan, yakni: studi pustaka, pengambilan data sekunder, pengolahan data, dan penyusunan laporan. Pada tahapan pertama studi pustaka dilakukan guna memperoleh bahan yang diperlukan untuk menganalisis permasalahan. Adapun sumber studi pustaka adalah publikasi ilmiah atau jurnal laporan penelitian yang berkaitan dengan permasalahan, dan buku- buku yang menerangkan tentang aspek terkait.
Tahapan yang kedua adalah pengumpulan data-data sekunder yang diperlukan dalam proses penelitian, yaitu peta DEM SRTM resolusi 30 x 30 m, peta jaringan aliran sungai, peta tata guna lahan tahun 2008 dan 2011, peta jenis tanah, dan peta batas DAS Ciliwung yang diperoleh dari Badan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai (BPDAS) Ciliwung-Cisadane. Kemudian data debit harian 2004-2012, koordinat titik
outlet pengukuran debit harian di Pos MT. Haryono, dan data iklim 2004-2012 dari Balai Besar Wilayah Sungai Ciliwung-Citarum.
Tahapan pengolahan data secara umum dibagi tiga tahap yaitu tahap simulasi, kalibrasi, dan validasi. Pada tahap simulasi, pengolahan data diawali dengan melakukan konversi sistem proyeksi peta DEM SRTM dari decimal degree menjadi UTM (Universal Transerve Mercator) WGS 48 menggunakan software ArcGIS 10.1. Setelah itu data DEM dipotong menggunakan peta batas Sub DAS dan dilakukan delineasi menggunakan software ArcSWAT 2012. Data yang dimasukkan pada tahap delineasi adalah peta jaringan aliran sungai. Selanjutnya dilakukan proses pembuatan HRU atau Hydrological Response Unit. Pada tahap ini, data yang dimasukkan adalah peta tata guna lahan 2008 dan peta jenis tanah. Kemudian dilakukan input data iklim berupa data curah hujan, kelembaban, suhu, angin, dan lama penyinaran matahari. Dari input tersebut dihasilkan debit harian hasil simulasi SWAT dari tahun 2004-2012.
8
function tujuan optimasi. Cara menentukan nilai NS ini dengan menggunakan persamaan (6).
� = 1− (�−� )2
(�−� )2 ... (6)
Dimana y adalah debit aktual yang terukur (m3/dt), � adalah debit hasil simulasi (m3/dt) dan � adalah rata debit terukur (m3/dt). Kriteria hasil simulasi dikategoikan baik apabila nilai NS > 0,75 dan memuaskan apabila 0,36 < NS < 0,75. Sedangkan jika nilai NS ≤ 0,36 dikategorikan kurang memuaskan dan perlu dilakukan kalibrasi. Selain itu, untuk melihat keakuratan pola hasil keluaran model dengan hasil observasi lapangan digunakan koefisien deterministik atau persamaan linear R2. Nilai R2 ditentukan menggunakan persamaan (7).
, adalah debit simulasi rata-rata (m 3
/dt), sedangkan , adalah debit observasi rata-rata (m3/dt). Apabila R2 mendekati 1 maka terdapat pola hubungan yang erat antara hasil prediksi model dengan hasil observasi lapangan.
Model SWAT menggunakan lebih dari 500 parameter hidrologi untuk kalibrasi. Pada kalibrasi ini digunakan software SWAT-CUP 2012. Tidak semua parameter digunakan pada tahap kalibrasi. Pemilihan parameter untuk digunakan dilakukan dengan cara melakukan studi literatur terhadap parameter yang sering digunakan dalam model SWAT. Data debit input yang digunakan adalah debit harian hasil simulasi SWAT tahun 2008-2011. Lalu nilai dari parameter tersebut dikalibrasi dengan caratrial and error untuk mendapatkan nilai terbaik. Nilai terbaik ini dilihat dari angka NS dan R2 nya.File data input yang terdapat di software SWAT-CUP disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1 File data input pada SWAT untuk analisis hidrologi Nama file Fungsi
CIO Fileuntuk mengontrol data input dan output
COD Mengontrol file inputdan output
FIG Mengidentifikasi jaringan hidrologi sungai BSN Mengontrol keragaman parameter di tingkat DAS SUB Mengontrol keragaman parameter di tingkat sub DAS HRU Mengontrol keragaman parameter di tingkat HRU GW File air bawah tanah
9
Nama File Fungsi
URBAN File data lahan terbangun atau urban area PCP File data curah hujan harian
TMP
File temperatur udara maksimum dan minimum harian
SLR File radiasi matahari harian HMD File kelembaban udara harian WGN File data generator iklim SOL File data tanah
MGT File pengolahan dan penutupan lahan Sumber : Neitsch et.al., 2004
Tahap ketiga adalah proses validasi. Proses ini akan membandingkan antara data observasi dengan outpu simulasi dengan tujuan memvalidasi model. Pada tahap ini nilai parameter terbaik hasil kalibrasi dimasukkan kedalam software ArcSWAT 2012. Data yang digunakan sama seperti pada tahap simulasi. Hanya saja peta tata guna lahan yang digunakan adalah tata guna lahan tahun 2011. Hasil dari validasi ini adalah debit harian pada tahun 2011-2012. Kemudian dicek kembali nilai NS dan R2 nya. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Keadaan Umum Sub DAS Ciliwung Tengah
Sub Daerah Aliran Sungai Ciliwung Tengah merupakan bagian dari DAS Ciliwung yang terbagi menjadi tiga bagian yaitu bagian hulu, tengah, dan hilir. DAS Ciliwung dimulai dari Ciawi di Kabupaten Bogor menuju ke Laut Jawa. Panjang sungai Ciliwung adalah sekitar 117 km dan merupakan salah satu sungai utama di Provinsi DKI Jakarta dan Jawa Barat. Air yang berasal dari aliran sungai Ciliwung digunakan sebagai sumber air baku dan air irigasi di wilayah sekitar DAS. Pada Gambar 1 dapat dilihat peta DAS Ciliwung.
Outlet yang dipilih adalah Pos Duga Air MT. Haryono yang terletak di koordinat 6°14'33.66" LS 106°51'44.49" BT. Outlet ini digunakan oleh Dinas Pekerjaan Umum (Balai Besar Wilayah Sungai Ciliwung-Citarum) Provinsi DKI Jakarta untuk mengukur debit Sungai Ciliwung bagian tengah. Pengukuran debit dilakukan dengan menggunakan alat pengukur tinggi muka air otomatis. Nilai tinggi muka air ini selanjutnya akan dikonversi hingga diperoleh nilai debit.
10
bagian mempunyai karakteristik fisik, penggunaan lahan, dan sosial ekonomi masyarakat yang sedikit banyak berbeda, sehingga potensi dan permasalahan di tiap bagian akan berbeda (PPEJAWA, 2012).
Berdasarkan wilayah administrasi, DAS Ciliwung (dari hulu sampai hilir) melingkupi Kab. Bogor, Kodya Bogor, Kodif Depok, dan Provinsi DKI Jakarta dengan delineasi wilayah sebagai berikut :
a. Bagian hulu DAS Ciliwung sebagian besar termasuk wilayah Kabupaten Bogor (Kecamatan Megamendung, Cisarua dan Ciawi) dan sebagian kecil Kotamadya Bogor (Kecamatan Kota Bogor Timur dan Kota Bogor Selatan).
b. Bagian tengah DAS Ciliwung termasuk wilayah Kabupaten Bogor (Kecamatan Sukaraja, Cibinong, Bojonggede dan Cimanggis), Kotamadya Bogor (Kecamatan Kota Bogor Timur, Kota Bogor Tengah, Kota Bogor Utara, dan Tanah Sareal) dan Kota Administratif Depok (Kecamatan Pancoran Mas, Sukmajaya dan Beji). c. Bagian hilir sampai dengan Pintu Air Manggarai termasuk wilayah administrasi
pemerintahan Kotamadya Jakarta Selatan dan Jakarta Pusat, lebih ke hilir dari Pintu Air Manggarai, termasuk saluran buatan Kanal Barat, Sungai Ciliwung ini melintasi wilayah Kota Madya Jakarta Pusat, Jakarta Barat dan Jakarta Utara. Bagian tengah mencakup areal seluas 94 km2 merupakan daerah bergelombang dan berbukit-bukit dengan variasi elevasi antara 100 m sampai 300 m dpl. Di bagian Tengah terdapat dua anak sungai, yaitu: Cikumpay dan Ciluar, yang keduanya bermuara di sungai Ciliwung. Bagian tengah Ciliwung didominasi lahan dengan kemiringan lereng 2-15%. Curah hujan rata-rata tahunan selama periode 1989-2001 adalah 3.910 mm dengan rata-rata hujan bulanan 326 mm. Batas musim kemarau dengan musim penghujan di bagian tengah lebih tidak jelas (PPEJAWA, 2012).
11
Delineasi Sub DAS dan Pembentukan HRU
Gambar 2 Peta delineasi Sub DAS Ciliwung Tengah
Pada tahap delineasi Sub DAS dibutuhkan data DEM SRTM 30x30 m, koordinat titik outlet pengukuran debit, peta batas Sub DAS, dan peta jaringan aliran sungai. Proses ini akan membagi daerah tangkapan menjadi beberapa sub basin. Pada Gambar 2 dapat dilihat jaringan sungai disepanjang Sub DAS dengan garis berwarna biru. Sementara bila dilihat garis berwarna abu-abu merupakan batas antar sub basin atau daerah tangkapan. Gambar 2 juga memperlihatkan beda elevasi, yang tampak dari perbedaan warna, yaitu dari hijau muda yang menunjukkan elevasi terendah hingga hijau paling tua menunjukkan elevasi tertinggi.
Hasil dari delineasi ini membagi wilayah Sub DAS Ciliwung Tengah menjadi 19 daerah tangkapan. Lalu dipilih titik outlet sesuai koordinat titik pengukuran debit obervasi yang pada Gambar 2 disimbolkan dengan lingkaran berwarna hijau. Selanjutnya semua air yang mengalir berkumpul di outlet yang terdapat pada sub basin nomor 1 yang merupakan bagian paling hilir dari Sub DAS Ciliwung Tengah. Daerah yang terdelineasi adalah seluas 13149,96 ha. Terdapat pengurangan seluas 25460,29 ha atau sebesar 66% dari luas total DAS Ciliwung yakni 38610,25 ha. Menurut Andayani (2014), penguruangan ini disebabkan adanya anak sungai yang tidak terhubung atau masuk ke outlet sehingga tidak termasuk dalam wilayah penelitian.
12
database yang terdapat pada Microsoft Acsess project permodelan. Kedua data sekunder ini selanjutnya akan diidentifikasi dan dilakukan overlay dengan peta hasil delineasi. Pada proses ini nantinya akan dihasilkan peta penggunaan lahan, jenis tanah, dan kemiringan lahan pada lokasi penelitian.
Pada penelitian ini digunakan 2 peta penggunaan yang berbeda, yakni penggunaan tahun 2008 dan penggunaan lahan tahun 2011. Kedua peta ini sebelumnya disesuaikan dalam format file(.shp). Peta penggunaan lahan tahun 2008 digunakan pada proses simulasi permodelan, sedangkan peta penggunaan lahan tahun 2011 digunakan pada proses validasi permodelan. Tujuan menggunakan peta penggunaan lahan yang berbeda ini adalah untuk melihat pengaruh perubahan penggunaan lahan terhadap permodelan. Perubahan penggunaan lahan dari tahun 2008 ke tahun 2011 berdampak pada respon hidrologi air tanah dan air permukaan. Gambar 3 menyajikan peta tata guna lahan tahun 2008, sedangkan Gambar 4 menyajikan peta tata guna lahan 2011.
13
Gambar 4 Peta Penggunaan Lahan Ciliwung Tengah Tahun 2011
Tabel 2 Penggunaan lahan Sub DAS Ciliwung Tengah
No Penggunaan Lahan _Tahun 2008_ _Tahun 2011_ Perubahan (ha) ha % ha %
1 Hutan Tanaman 2 0.001 2 0.001 0 2 Pemukiman 90404 65.186 112268 80.951 21864 3 Badan Air 250 0.180 224 0.162 -26 4 Pertanian Lahan Kering 47022 33.905 25242 18.201 -21780 5 Sawah 1009 0.728 951 0.686 -58
14
perubahan penggunaan lahan yang signifikan. Persentase pemukiman juga meningkat dari 65,18% menjadi 80,95% memberikan dampak meningkatnya aliran permukaan. Berkurangnya badan air sebesar 26 ha disebabkan ditutupnya tambak-tambak ikan. Hal ini berdampak meningkatnya limpasan permukan dan berubahnya struktur tanah yang akan mempengaruhi infiltrasi.
Gambar 5 Peta Jenis Tanah Sub DAS Ciliwung Tengah
Tabel 3 Jenis tanah Sub DAS Ciliwung Tengah
Jenis Tanah Luas (ha) %
Podzol Merah (PZM) 3578,67 27,21
Latosol Coklat (LCK) 9571,29 72,79
Total 13149,96262 100
15
13149,96 ha. Podzol merah merupakan jenis tanah lainnya yang ada di Sub DAS Ciliwung Tengah.
Podzol merah merupakan tanah berwarna abu-abu muda sampai kekuningan pada organik permukaan sedang, lapisan bawah berwarna merah atau kuning dengan kadar bahan organik dan kejenuhan basa yang rendah serta reaksi tanah masam sampai sangat masam (pH 4,2– 4,8) (PPT, 1982). Tanah Latosol memiliki kadar unsur hara dan organik yang cukup rendah, sedangkan produktivitas tanahnya dari sedang sampai tinggi. Tanaman yang bisa ditanam pada jenis tanah ini adalah padi (persawahan), sayur-sayuran dan buah-buahan, palawija, kelapa sawit, karet, cengkeh, kopi dan lada (Pusat Penelitian Tanah, 1982). Setiap jenis tanah memiliki nilai parameter yang berbeda-beda dan dimasukkan ke database program SWAT.
Gambar 6 Peta Kemiringan Lahan Sub DAS Ciliwung Tengah
Tabel 4 Kemiringan lahan Sub DAS Ciliwung Tengah
Kemiringan Lereng (%) Luas %
0-8 64718 46,66
8-15 53941 38,89
15-25 18214 13,13
25-40 1765 1,27
>40 49 0,04
16
1/1/2007 4/1/2007 7/1/2007 10/1/2007 1/1/2008 4/1/2008 7/1/2008 10/1/2008 1/1/2009 4/1/2009 7/1
/20 Dari tabel tersebut dapat dilihat hampir setengah wilayah memiliki kemiringan yang relatif landai berkisar 0-8. Sedangkan sisanya didominasi kemiringan 8-15 dengan persentase 38,89% dari total luas wilayah.
Kalibrasi dan Validasi Model
Simulasi permodelan SWAT dilakukan dengan menggunakan data iklim dari tahun 2003 sampai tahun 2013 dan peta penggunaan lahan tahun 2008. Perubahan unsur-unsur iklim dapat mempengaruhi satu sistem hidrologi, dalam artisan perubahan suatu iklim dapat mengakibatkan dampak yang kompleks terhadap neraca, kebutuhan, ketersediaan, dan kualitas air (Field et al 2008 dalam Setiawan, 2013).
Gambar 7 Grafik Perbandingan Debit Observasi dan Simulasi Sebelum Kalibrasi
Gambar 8 Grafik Hubungan Debit Simulasi dan Observasi Sebelum Kalibrasi
Data weather generator yang digunakan pada proses simulasi diperoleh dari Pos MT Haryono pada tahun 2003 hingga 2013. Data weather generator berupa radiasi matahari, kecepatan angin, suhu, curah hujan, dan titik embun pada proses simulasi ini. Pada penelitian ini variabel yang diuji adalah debit aliran pada daerah tangkapan 1 (FLOW_OUT_1) karena debit dari seluruh daerah tangkapan terakumulasi di
R² = 0.385
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00
17
daerah tangkapan 1 (Subbasin 1). Pada proses simulasi akan menghasilkan perbandingan debit simulasi dan debit observasi harian yang disajikan pada Gambar 7.
Dari Gambar 8 terlihat bahwa masih banyak terlihat perbedaan antara debit hasil simulasi dengan debit observasi. Pada permodelan ini diperoleh nilai NSE dan R2 sebesar 0,25 dan 0,38. Nilai ini masuk ke dalam kategori kurang memuaskan dan berarti model belum mampu menggambarkan debit puncak dalam waktu yang sama dengan debit observasi. Untuk itu perlu dilakukan proses kalibrasi dan validasi agar debit simulasi dari model SWAT mendekati debit observasi di lapangan.
Kalibrasi merupakan proses pemilihan kombinasi parameter untuk meningkatkan koherensi antara respon hidrologi yang diamati/diukur dengan hasil simulasi. Kalibrasi model dilakukan untuk mendapatkan kondisi yang adaptif di lapangan. Untuk mengetahui hubungan antara hasil simulasi (output) model dengan keadaan di alam maka hasil simulasi model tersebut perlu dibandingkan dengan data observasi. Kemudian dilakukan penyesuaian nilai parameter yang berpengaruh terhadap kondisi hidrologi kawasan DAS sehingga pada akhirnya diperoleh hasil simulasi yang mendekati nilai observasi (Yustika, 2009).
Karena diperoleh hasil simulasi yang nilainya masih jauh dari observasi perlu dilakukan kalibrasi. Proses ini bertujuan untuk mendekatkan hasil debit simulasi dengan debit observasi di lapangan. Kalibrasi ini dilakukan dengan memperhitungkan parameter hidrologi yang cocok untuk Sub DAS Ciliwung Tengah. Perhitungan parameter ini dilakukan dengan caratrial and error.Data yang dikalibrasi adalah data simulasi pada tahun 2008-2011. Walaupun ketersediaan data ada pada tahun 2004-2013, tetapi data empat tahun pertama digunakan untuk warming-up pada running
ArcSWAT 2012. Terdapat 500 paremeter hidrologi yang di dalam database SWAT-CUP. Dari 500 parameter tersebut akan dipilih beberapa parameter yang akan digunakan. Pemilihan dilakukan berdasarkan sensitivitas setiap parameter.Parameter terpilih disajikan pada Tabel 5.
Tabel 5 Parameter terpilih dalam proses kalibrasi
No Parameter Nilai Terpilih Nilai
18 mempengaruhi debit simulasi. Dalam pemilihan parameter tersebut dilakukan dengan melakukan trial-error hingga hingga didapatkan parameter yang meningkatkan nilai NSE. Dalam suatu model skala DAS terdapat banyak ketidakpastian yang mencakup konsep yang digunakan, data input yang digunakan, dan penghitungan parameter. Abbaspour (2008) menyatakan bahwa ketidakpastian konsep mencakup a) penyederhanaan konsep yang digunakan, b) proses yangterjadi dalam suatu DAS tidak terdapat dalam model (erosi angin dan longsor), c)proses yang dihitung dalam suatu model akan tetapi pengguna tidak mengetahuiproses yang terjadi dalam DAS misalnya irigasi, transfer air dan peternakan ayam yang mempengaruhi kualitas air dan d) adanya suatu proses yang tidak diketahui pembuat/pengguna model dan tidak terdapat dalam model misalnya pembangunanjalan, dam dan terowongan.
Ketidakpastian input data mencakup kesalahan dalam memasukkan data input seperti data curah hujan. Penyebabnya adanya beberapa parameter yang berpengaruh terhadap output sehingga tidak diketahui parameter yang paling dominan dan bersifat unik. Kondisi suatu wilayah yang berbeda dengan wilayah lainnya menyebabkan parameter yang mempunyai pengaruh dalam suatu DAS juga berbeda. Parameter yang menentukan dalam suatu DAS dapat berbeda dengan DAS lainnya. Proses kalibrasi dengan menggunakan SWAT CUP ini diperoleh nilai yang NSE dan R2 terbaik pada iterasi ke 146 dan simulasi nomor 17. Hasil kalibrasi dengan menggunakan 10 parameter diatas dapat meningkatkan nilai NSE mencapai 0,43, Dan R2 menjadi 0,43. Oleh karena itu dari hasil kalibrasi ini akan didapatkan nilai debit simulasi yang baru. Pada Gambar 9 disajikan perbandingan debit observasi dengan debit simulasi yang telah dikalibrasi.
19
Tahap selanjutnya adalah melakukan validasi permodelan pada data simulasi tahun 2012-2013. Validasi adalah proses evaluasi terhadap model untuk mendapatkan gambaran tentang tingat ketidakpastian yang dimiliki oleh suatu model untuk memprediksi proses hidrologi (Andayani, 2014). Validasi ini dilakukan dengan memasukkan nilai dari 10 parameter yang ada di tahap kalibrasi ke tahun yang berbeda. Peta penggunaan lahan yang digunakan adalah peta penggunaan lahan tahun 2011 yang dapat dilihat pada Gambar 4. Dengan adanya perubahan penggunaan lahan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2, maka akan dilihat kevalidan model. Nilai dari 10 parameter yang terpilih pada saat kalibrasi dimasukkan ke ArcSWAT 2012 dan dilakukan input parameter pada subbasin nomor 1 kemudian dilakukan running
SWAT. Setelah dilakukan running SWAT maka akan didapatkan model simulasi debit hasil validasi tahun 2011-2012. Grafik perbandingan debit simulasi permodelan yang telah divalidasi dengan data observasi debit harian disajikan Gambar 10.
Gambar 10 Grafik Perbandingan Debit Observasi dengan Debit Simulasi Setelah Validasi
20
Pada proses validasi menghasilkan nilai R2 0,56 dan NSE 0,55. Artinya, model masuk kategori memuaskan dan dapat digunakan. Dengan menggunakan model SWAT yang telah divalidasi, diperoleh nilai rata-rata debit harian di Sub DAS Ciliwung Tengah sebesar 13,8 m3/dt dan nilai rata-rata debit observasi adalah 14,44 m3/dt.
SIMPULAN
Dengan model SWAT yang telah divalidasi diperoleh nilai rata-rata debit harian di Sub DAS Ciliwung Tengah sebesar 13,8 m3/dt dan nilai rata-rata debit observasi adalah 14,44 m3/dt. Model Sub DAS Ciliwung Tengah ini telah masuk ke dalam kategori memuaskan.
DAFTAR PUSTAKA
Abbaspour KC. 2008. SWAT-CUP2: SWAT Calibration and Uncertainty Programs. Deubendorf: Departement of System Analysis, Integrated Assessment and Modedlling (SIAM), Eawag, Swiss Federal Institute of Aquatic Science amd Technology.
Andayani K. 2014. Analisis Hidrologi di Sub DAS Ciliwung Hulu Menggunakan Model SWAT [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor (ID).
Bettinger P, Wing MG. 2004. Geographic Information Systems : Applications in Forestry and Natural Resources Management. New York : McGraw-Hill Companies, Inc.
Chang K. 2004. Introduction to Geographic Information Systems. New York : McGraw-Hill Companies, Inc.
Gandasamita K., Wiradisastra, Ardiansyah, M., dan Munibah, K. 2003. Diktat Mata Kuliah Kartografi. Laboratorium Kartografi dan Penginderaan Jauh. Bogor: Jurusan Tanah Institut Pertanian Bogor.
Latifah I. 2013.Analisis Ketersediaan Air, Sedimentasi, dan Karbon Organik dengan Model SWAT Di Hulu DAS Jeneberang, Sulawesi Selatan [Thesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor (ID).
Lee R. 1990. Hidrologi Hutan. Yogyakarta: UGM Press.
Neitsch SL, Arnold JG, Kiniry JR, Srinivasan R, and William J. R. 2004. Soil and Water Assessment Tools Input/Output File Documentation Version 2005. [e-book] Texas: Agricultural Research Service US
21
[PPEJAWA] Pusat Penelitian Ekoregion Jawa, 2012. DAS Ciliwung. http://ppejawa.com/ekoregion/das-ciliwung/ (19 Maret 2015)
[PPT] Pusat Penelitian Tanah. 1982. Klasifikasi Tanah Indonesia. Bogor: PPT.
Rau M I. 2012. Analisis Debit Sungai dengan Menggunakan Model SWAT pada DAS Cipasauran, Banten [skripsi]. Bogor : Institut Pertanian Bogor.
Setiawan D. 2013.Kajian Pengaruh Perubahan Iklim dan Tata Guna Lahan Di Daerah Aliran Sungai (DAS) Citarum Hulu Terhadap Pembangkit Listrik Tenaga Air Saguling [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor (ID).
[USDA] United States Department of Agriculture. 1986. Urban Hydrology for Small Watershed. 210-VI-TR-55, Second Ed. Kansas: United States Department of Agriculture
Wahyuni. 2012. Karakteristik Debit Sungai Pada DAS Talio Hulu (Sub DAS Jenepangkalung dan Sub DAS Jenetalinggoa) [Skripsi]. Makassar: Universitas Hasanuddin (ID).
Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian
Mulai
Pengumpulan Data
Data Iklim (2003-2013) : - Curah Hujan Harian - Kelembaban - Lama Penyinaran - Suhu
- Angin
Data Debit Harian (2003-2013)
Data Spasial : - Peta Penggunaan Lahan 2008 - Peta Jaringan Aliran Sungai - Peta Batas Sub DAS - Peta Jenis Tanah - Koordinat Titik Outlet
Peta Penggunaan Lahan 2011
Proses Delineasi
Pembentukan HRU Simulasi Debit Kalibrasi Model (SWAT CUP)
NS≥0,36
Validasi Model
Selesai
23
Lampiran 2 Tabel Nilai Curve Number (CN)
Lampiran 3 Diagram Alir Penentuan Nilai Curve Number (CN)
Sumber: USDA, 1986
25
Lampiran 4 Pembagian Segmen DAS Ciliwung
Lampiran 5 Pembagian Sub DAS Ciliwung Berdasarkan Batas Administrasi
Sumber: PPEJAWA, 2012
27
RIWAYAT HIDUP
Arya Satria Utama lahir di Pekanbaru pada 8 Juli 1994 dari pasangan bapak Agung Prasetyo dan Ibu Nur’aini Jaafar. Penulis merupakan putra pertama dari dua bersaudara. Penulis memulai pendidikan di SDN 003 Sail (2000-2006), lalu di SMPN 4 Pekanbaru (2006-2008), dan dilanjutkan di SMAN 8 Pekanbaru (2008-2011). Penulis lulus dari SMAN 8 Pekanbaru pada tahun 2011 dan diterima di IPB melalui jalur SNMPT Undangan di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam berbagai kegiatan organisasi dan kepanitiaan seperti menjadi Ketua Departemen Olahraga dan Seni HIMATESIL 2014, Ketua Asrama Riau 2013, anggota Humas ICEF 2013, dan Tim Kreatif PONDASI 2013. Penulis melaksanakan Praktik Lapangan pada tahun 2014 di PAM JAYA DKI Jakarta dan menyusun laporan dengan judul “Potensi dan Pengelolaan Air Minum di PAM JAYA DKI Jakarta”. Untuk menyelesaikan program sarjana, penulis melakukan penelitian dan menyusun skripsi berjudul
