METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Lokasi dan Waktu
Lokasi penelitian berada di sub-DAS Citarum Hulu, Kecamatan Bandung, Provinsi Jawa Barat seperti yang tampak pada Gambar 3 (BAPPEDA Provinsi Jawa Barat dan peta DEM – SRTM). Kegiatan penelitian dilaksanakan mulai bulan Desember 2010 hingga Juni 2011.
Gambar 3. Peta lokasi daerah penelitian
3.2 Bahan dan Alat
Peralatan yang digunakan dalam penelitian berupa perangkat komputer dengan spesifikasi:
- Processor AMD AthlonTM Neo X2 Dual – Core (1.6 GHz) - Hard Drive sebesar 500 GB (5400RPM)
- Memory 2046MB DDR2 SDRAM - Graphic Card 512MB DDR2
Perangkat lunak (software) yang digunakan adalah :
- Software pengolah data Geographic Information System (GIS) seperti MapWindow Open Source 4.6.602
- Model SWAT 1.5 berbentuk plug-in terintegrasi dengan MapWindow 4.6 yang kemudian disebut MWSWAT
- SWAT Editor 2.1.5 - SWAT Plot and Graph
- Software pengolah data dan kata Microsoft Office Professional Suite
2007 sebagai software pengolah data dan kata.
Bahan yang diolah dalam penelitian berupa data sekunder yaitu data hidrologi, data iklim dan data GIS seperti:
- Data debit harian pada PDA (Pos Duga air) Majalaya dari tahun 1999 sampai dengan tahun 2009 yang berasal dari Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air – Bandung milik Dept. Pekerjaan Umum.
- Peta DEM (Digital Elevation Model) SRTM (Shuttle Radar Topography) resolusi spasial 30 × 30 m diperoleh dari BAPPEDA Provinsi Jawa Barat. - Peta penggunaan lahan seri tahun 1994, 2001 dan 2005 dari BAPPEDA
Provinsi Jawa Barat.
- Peta tanah semi-detail skala 1:250 000 tahun 1993 dan data karakteristiknya yang diperoleh dari Pusat Penelitian Tanah dan Agroklimat – Bogor.
- Data iklim meliputi parameter radiasi surya, temperatur maksimum dan minimum, kecepatan angin dan kelembaban seri harian dari tahun 1999 sampai dengan tahun 2009 yang diperoleh dari BMKG Pusat – Jakarta untuk stasiun Geofisika Bandung, Jl. Cemara – Cipaganti (Bandung). - Data curah hujan harian di wilayah Citarum Hulu dari tahun 1999 sampai
dengan tahun 2009 yang diperoleh dari Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air – Bandung.
- Peta batas DAS Citarum bagian hulu yang diperoleh dari proses delineasi peta DEM dengan menggunakan titik outlet PDA Majalaya.
3.3 Metode
Model MWSWAT dalam mensimulasikan keadaan hidrologi membutuhkan
input data hasil pengolahan penginderaan jauh, sehingga penelitian yang
dilakukan ini merupakan integrasi GIS dan model hidrologi MWSWAT. Penelitian dilaksanakan dalam 4 tahapan yaitu (1) tahap pengumpulan data, (2) tahap pengolahan data input, (3) tahap penggunaan model MWSWAT, dan (4) tahap penyajian data. Diagram alir penelitian diperlihatkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Diagram alir penelitian 1. Pengumpulan Data
Tahap pengumpulan data dilakukan dengan mengumpulkan data-data yang dibutuhkan dari instansi-instansi terkait. Data yang diperoleh berupa data
sekunder yang diperoleh dari Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air – Bandung, BAPPEDA Provinsi Jawa Barat, Pusat Penelitian Tanah dan Agroklimat – Bogor, Limnologi LIPI – Bogor, dan BMKG Pusat – Jakarta. Data global digunakan sebagai pelengkap ketidaktersediaan data lokal dan diperoleh dari website http://www.waterbase.org yang dapat diunduh secara gratis.
2. Pengolahan Data Input
MWSWAT membutuhkan data yang sesuai dengan format input yang telah ditentukan seperti dalam panduan “SWAT Input/Output File Documentation”, sehingga data yang tersedia perlu diolah dulu sebelum dapat digunakan sebagai
input model. Pengolahan data input meliputi:
a. Pengolahan Data Spasial
Langkah-langkah yang dilakukan adalah:
- Data spasial seperti peta DEM, penggunaan lahan dan tanah dikoreksi sesuai dengan batas DAS yang menjadi daerah observasi.
- Agar dapat dibaca oleh MWSWAT, peta-peta tersebut diberi ID tambahan pada kolom attributes peta yang disesuaikan dengan database yang ada pada file mwswat.mdb dan SWAT2005.mdb (umumnya terletak pada direktori C:\Program Files\MapWindow\Plugins\MWSWAT).
- Mengubah sistem koordinat proyeksi peta sesuai yang dibutuhkan oleh MWSWAT dengan sistem proyeksi UTM (Universal Transverse Mercator). b. Pengolahan Data Iklim
- Membuat file text (.txt) yang berisi daftar stasiun iklim dan pos hujan yang digunakan, elevasi dan koordinat posisi stasiun pos penakar hujan. Format tampilan file text seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. File daftar stasiun iklim/pos hujan
- Membuat file data curah hujan harian (.pcp) yang berisi data curah hujan harian (mm) selama tahun yang akan disimulasikan. Banyaknya file .pcp bergantung pada jumlah pos penakar hujan yang datanya digunakan dalam simulasi. Tampilan file data curah hujan dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. File curah hujan harian
- Membuat file data temperatur harian (.tmp) yang memuat data temperatur harian (oC) selama tahun yang akan disimulasikan. Tampilan file data temperatur dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. File temperatur harian
- Membuat file text weather generator (.wgn) iklim selama tahun yang akan menjadi periode simulasi. File ini dibuat atas dasar cara kerja MWSWAT dalam membangkitkan data iklim atau mengisi kekosongan data seri iklim menggunakan WXGEN weather generator. Tampilan file weather generator adalah seperti Gambar 8.
Gambar 8. File weather generator Keterangan:
Baris ke-1: temperatur maksimum rata-rata pada bulan tersebut selama n tahun. Baris ke-2: temperatur minimum rata-rata pada bulan tersebut selama n tahun. Baris ke-3: standar deviasi temperatur maksimum pada bulan tersebut selama n
tahun.
Baris ke-4: standar deviasi temperatur minimum pada bulan tersebut selama n tahun.
Baris ke-6: standar deviasi hujan harian pada bulan tersebut selama n tahun (mm). Baris ke-7: koefisien Skew untuk hujan harian pada bulan tersebut pada n tahun. Baris ke-8: kemungkinan hari basah diikuti hari kering pada bulan tersebut selama
n tahun.
Baris ke-9: kemungkinan hari basah diikuti hari basah pada bulan tersebut selama n tahun.
Baris ke-10: rata-rata hari hujan pada bulan tersebut selama n tahun. Baris ke-11: hujan maksimum pada bulan tersebut selama n tahun (mm).
Baris ke-12: rata-rata radiasi matahari pada bulan tersebut selama n tahun (MJ/m2/hari).
Baris ke-13: rata-rata titik embun pada bulan tersebut selama n tahun (oC). Baris ke-14: rata-rata harian kecepatan angin pada bulan tersebut selama n tahun
(m/det).
File-file iklim di atas diletakkan dalam folder yang sama.
c. Pengolahan Database MWSWAT
Neitsch et al (2002b), memberikan daftar input file yang diperlukan dalam MWSWAT. Terdapat kurang lebih 500 parameter pada seluruh input file MWSWAT. Pengisian data dilakukan pada parameter-parameter yang dapat diperoleh di lapangan maupun berdasar literatur dan penelitian-penelitian sebelumnya. Daftar file tersebut diberikan pada Tabel 4.
Tabel 4. Input file dalam MWSWAT
No. File Level Cakupan Keterangan
1. CIO DAS File master kawasan DAS, berisi informasi tentang
pilihan-pilihan modeling, database, input cuaca dan
output specification
2. FIG DAS Mendefinisikan DAS beserta parameter-parameternya
3. BSN DAS File berisi input proses fisik yang dijalankan model
4. PCP DAS File input curah hujan harian
5. TMP DAS File input temperatur maksimum – minimum harian
6. CROP DAS Database penggunaan lahan dan pertumbuhan tanaman
7. URBAN DAS Database kawasan pemukiman
8. SUB Sub-DAS Mengontrol file input sub-DAS
9. WGN Sub-DAS Statistik pembangkit iklim
10. RTE Sub-DAS Data input saluran sungai induk
11. HRU Unit Lahan/HRU Input file dari semua proses yang berjalan pada level
HRU
12. SOL Unit Lahan/HRU Data input karakteristik tanah 13. GW Unit Lahan/HRU Data input air bawah tanah 14. MGT Unit Lahan/HRU Data input pengolahan lahan Sumber : Neitsch et al., (2002b)
3. Penggunaan model MWSWAT
Model MWSWAT diaplikasikan dengan melalui serangkaian proses yang berurutan. Input data yang diperlukan dimasukkan ke dalam proses model sesuai dengan urutan proses algoritma yang dilakukan oleh MWSWAT. Ada 4 tahap yang harus dilalui, yaitu (1) Delineasi batas DAS, (2) Pembentukan HRU (Unit-unit Respon Hidrologi), (3) Menjalankan model MWSWAT, dan (4) Visualisasi. Proses tersebut dilakukan secara berurutan. Langkah Visualisasi bersifat pilihan karena hasil simulasi MWSWAT dapat dilihat pada folder TxtInOut berdasarkan kriteria penggolongan tertentu. Skema alur tahapan proses tersebut digambarkan pada Gambar 9 (direvisi dari Di Luzio, et al, 2002).
Gambar 9. Skema sistem model MWSWAT
a. Penentuan Batas DAS Secara Otomatis (Automatic Watersheed
Delineation)
Pertama, MWSWAT mendelineasi batas DAS yang diobservasi dengan menggunakan outlet sungai sebagai bagian paling hilir DAS. Delineasi dilakukan terhadap peta DEM yang telah diproyeksi sistem UTM zona 48S – datum WGS84. Garis batas DAS diperoleh berdasarkan titik-titik tertinggi punggung topografi. Proses delineasi merupakan langkah awal untuk menentukan catchment
Proses delineasi melalui 3 tahap, (1) Setup and Preprocessing, yang menggunakan satuan ketinggian dalam meter dan DEM yang telah dikonversi ke dalam format ASCII (.asc), (2) Network Delineation by Threshold Method, delineasi jaringan sungai menggunakan threshold (ambang batas) pada angka 1000 dalam satuan hektar, sedangkan jumlah grid cells yang terbentuk berdasarkan angka ambang batas yang ditetapkan, dan (3) Custom Outlet/Inlet
Definition and Delineation Completion, titik outlet sungai diposisikan pada PDA
Majalaya yang berada pada koordinat Latitude -7.052o dan Longitude 107.755o.
Gambar 10. Automatic Watershed Delineation (AWD) b. Pembentukan HRU
HRU merupakan unit-unit dalam suatu DAS yang turut menentukan respon sistem siklus hidrologi pada suatu areal tertentu. HRU merupakan karakter bagian DAS yang unik dan dibentuk dari unsur area batas sub-DAS, karakteristik tanah,
penggunaan lahan dan kemiringan lereng. Dialog-box pembentukan HRU ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11. Dialog-box pembentukan HRU c. SWAT Setup and Run
Langkah ketiga adalah setup model MWSWAT dan menjalankannya.
Dialog-box setup MWSWAT adalah seperti Gambar 12.
Gambar 12. Dialog-box MWSWAT Setup and Run d. Visualisasi Output
MWSWAT memberikan keleluasaan penyajian visualisasi hasil running model dengan diberikannya pilihan visualisasi data statik dan animasi. Dialog-box visualisasi diberikan pada Gambar 13.
Gambar 13. Dialog-box visualisasi output MWSWAT e. Kalibrasi
Langkah kalibrasi dilakukan dengan cara membandingkan secara statistik debit dan angkutan sedimen hasil prediksi menggunakan model MWSWAT dengan debit dan angkutan sedimen sungai hasil observasi. Hal ini dilakukan untuk menilai sampai sejauh mana performa model dalam merepresentasikan keadaan aktual.
Adanya keterbatasan waktu dan data pendukung yang tersedia di lokasi menyebabkan tidak semua parameter, dari 500 parameter, di dalam MWSWAT dapat digunakan. Kalibrasi dilakukan melalui pengaturan dan estimasi secara manual terhadap parameter input yang bersifat sensitif. Prosedur dalam mengalibrasi model mengacu pada dasar-dasar proses water balance (keseimbangan air), total flow dan sedimen pada MWSWAT.
Data debit dan angkutan sedimen Sungai Citarum Hulu merupakan data pengamatan dan pengukuran lapangan di PDA Majalaya. Data observasi dicatat menggunakan pencatat otomatik mingguan. Hasil kalibrasi dievaluasi berdasarkan
nilai R2 dan efisiensi model yang dinyatakan dengan nilai Nash – Sutcliffe
Efficiency (NSE). Persamaan NSE dituliskan sebagai:
Dimana n = jumlah data; Qob = nilai observasi; Qsim = nilai simulasi; dan Qro = nilai rata-rata observasi.
Menurut Van Liew et al (2005), dalam Stehr (2009), nilai NSE dikategorikan kedalam 3 kriteria hasil penilaian, antara lain:
- Jika NSE ≥ 0.75 maka dikategorikan baik
- Jika 0.75 ≥NSE ≥ 0.36 maka dikategorikan memuaskan - Jika NSE < 0.36 maka dikategorikan kurang memuaskan
Secara skematik langkah kalibrasi digambarkan pada diagram Gambar 14.
