PERMODELAN HUJAN DEBIT PADA DAERAH ALIRAN SUNGAI BENGAWAN SOLO DENGAN DISTRIBUTED MODEL
MENGGUNAKAN INTEGRATED FLOOD ANALYSIS SYSTEM (IFAS)
Hary Puji Astuti dan Umboro Lasminto
Program Studi Magister Teknik Sipil MRSA FTSP ITS, Surabaya E-mail: [email protected]
Abstrak
Sebuah peramalan banjir melalui data-data curah hujan ataupun debit masih belum bisa diterapkan di seluruh wilayah Indonesia. Sebuah peramalan banjir sendiri sangat perlu dilakukan sebagai tindakan awal mitigasi bencana banjir yang terjadi setiap musim penghujan datang. Sehingga diperlukan sebuah permodelan untuk dapat menentukan besarnya debit pada sebuah daerah aliran sungai (DAS) walaupun ketersediaan data hujan dan debitnya sangat minim.
Sebuah program peramalan banjir melalui permodelan hujan debit yaitu Integrated Flood Analysis System (IFAS). Pada studi ini dilakukan permodelan hujan debit pada DAS Bengawan Solo. Tujuan permodelan ini mendapatkan korelasi dan seberapa besar keandalan permodelan IFAS bila dibandingkan dengan hasil pengukuran lapangan.
Rumusan masalah yang diangkat dalam studi ini adalah bagaimana memodelkan DAS Bengawan Solo pada IFAS, perbedaan nilai data hujan satelit dan data hujan hasil pengamatan. Kemudian berapa nilai parameter-parameter antara surface-subsurface, aquifer, dan river course yang berpengaruh siginifikan terhadap model. Setelah itu didapat performa model berdasarkan perbandingan debit AWLR DAS Bengawan Solo menggunakan metode Root Mean Square Error (RMSE).
Berdasarkan perumusan masalah di atas serta tujuan dari studi ini, maka diperlukan langkah atau tahapan penelitian yang dilakukan. Dibutuhkan data- data seperti data hujan hasil pengamatan dari stasiun-stasiun hujan DAS Bengawan Solo, data lahan, data iklim, data topografi, dan data debit AWLR.
Langkah selanjutnya adalah pembuatan model DAS Bengawan Solo di IFAS dengan memanfaatkan berbagai data satelit. Selanjutnya adalah tahapan analisa terhadap parameter berpengaruh. Dilakukan trial-error masing-masing parame- ter untuk mendapatkan nilai error terkecil terhadap angka debit AWLR.
Sehingga parameter dengan nilai error terkecil dipakai untuk mendapatkan nilai kalibarasi untuk mengetahui performa model.
Permodelan DAS Bengawan Solo dengan IFAS diambil empat model terbaik.
Untuk performa model, pada model 3 didapat nilai RMSE sebesar 3,198% dan Nash sebesar 0,952. Parameter model 3 selanjutnya diuji pada periode yang berbeda tetapi untuk wilayah yang sama.
Kata kunci: DAS Bengawan Solo, debit, hujan, IFAS, permodelan, dan satelit.
1. Pendahuluan
Banjir merupakan fenomena alam yang sulit diprediksi jika tidak tersedia teknologi peramalan dan peringatan di- ninya sehingga seringkali mengakibat- kan kerusakan dan kerugian yang sangat besar saat peristiwa tersebut terjadi.
Sungai Bengawan Solo merupakan sungai terpanjang di Pulau Jawa yang sering terjadi banjir. Luapan yang terjadi di Bengawan Solo ini hampir terjadi setiap tahunnya dan menggena- ngi hingga beberapa kabupaten sekali- gus.
Peramalan banjir berkaitan erat dengan proses hidrologi yang dipenga- ruhi oleh berbagai faktor meteorologi.
Proses dari hujan sampai menjadi debit banjir membutuhkan waktu dan sangat dipengaruhi oleh karakteristik daerah aliran sungai (DAS), lokasi terjadinya hujan pada suatu daerah pengaliran, serta kondisi tanah pada saat terjadinya hujan tersebut. Peramalan banjir dan peringatan dini memanfaatkan waktu tenggang (time lag) dari jatuhnya hujan hingga terjadinya limpasan di sungai.
Data curah hujan yang dibutuhkan adalah data curah hujan pada stasiun- stasiun hujan yang dominan di DAS.
Permasalahan yang sering ditemui di lapangan adalah data curah hujan dan data tata guna lahan yang dipantau tidak dapat mewakili DAS tersebut karena data-data tersebut masih sangat sulit diperoleh. Hal yang dilakukan pemerin- tah adalah pemasangan alat pengukur debit di sungai yaitu AWLR (Automatic Water Level Recorder). Tujuan dari pemsangan alat ini adalah menambah tingkat akurasi perhitungan debit di
sungai karena perekaman level debit sungai sesungguhnya.
Munculnya sebuah permodelan menggunakan distributed model pada program free bernama IFAS (Integrated Flood Analysis System). Software ini menggunakan data curah hujan dari satelit dan curah hujan hasil pengama- tan. Yang dihitung adalah debit sungai maka dengan nilai tersebut, prediksi banjir dapat diketahui, demikian pula dengan luas wilayah yang terdampak banjir berdasarkan sejarah banjir yang pernah terjadi sebelumnya.
Permasalahan disini adalah seberapa besar tingkat akurasi dari IFAS. Sehing- ga dibutuhkan sebuah parameter pengu- kur dengan kondisi nyata (real-time).
Parameter yang digunakan adalah data AWLR dari beberapa pos di Bengawan Solo. Parameter yang didapat adalah ni- lai konversi atau kalibrasi. Nilai konver- si ini akan menunjukkan seberapa dekat nilai peramalan IFAS dibandingkan dengan data debit hasil pengukuran langsung AWLR. Pada permodelan Bengawan Solo di program IFAS akan digunakan data hujan pengamatan dan data satelit.
2. Penelitian yang berkaitan dengan permodelan banjir
Shanti dkk (2011) menyatakan bah- wa metode cellular automata untuk membuat sistem Citra Normalisasi atau NDVI (Normalized Difference Vegeta- tion Index) yang dapat memprediksi penyebaran banjir di daerah aliran sungai Bengawan Solo menghasilkan beberapa variable yang mempengaruhi curah hujan, durasi, luas, dan lain-lain.
Pada metode ini digunakan pixel dan
faktor Bernoulli bergantung pada dae- rah.
Sedangkan Maulana (2009) mem- buat sebuah permodelan hujan debit pada DAS Deluwang, Sub DAS Kali Sampean, dengan menggunakan Storm Water Management Model (SWMM).
SWMM adalah model yang mampu menganalisa permasalahan kuantitas dan kualitas air berkaitan dengan limpasan daerah perkotaan
Lasminto (2011) membuat sebuah permodelan dan peramalan banjir di DAS Bengawan Solo dengan data satelit. Dimana terdapat error antara debit hasil pengukuran dan debit hasil model yaitu 1%, 10% dan 20% pada periode waktu yang berbeda.
3. Integrated Flood Analysis System (IFAS)
IFAS merupakan sebuah software aplikasi yang dikembangkan oleh ICHARM untuk membuat permodelan run-off dan peramalan banjir. Tujuan- nya adalah membantu daerah dengan kekurangan data hujan ataupun data debit hasil pengamatan karena meman- faatkan satellite-based rainfall data.
Program ini memiliki keunggulan-ke- unggulan diantaranya adalah sebagai- mana diuraikan berikut ini.
1. Adanya data satelit yang cukup luas, seperti: data curah hujan, data topo- grafi, data tata guna lahan, data tanah, dan data geologi. Semua data tersebut dapat diunduh dari situs yang tersedia.
2. Ketersediaan parameter data hidrolo- gi dan data SIG dapat dikombinasi- kan untuk memudahkan pengguna dalam menganalisa dan penerapan
pemodelan hidrologi pada Daerah Aliran Sungai (DAS).
3. IFAS dapat menampilkan hasil ouput dalam format grafik dalam peta digi- tal. Pemakai bisa dengan mudah mengidentifikasi resiko banjir de- ngan mengobservasi visualisasi hasil simulasi.
Adapun proses dalam pengolahan permodelan dalam IFAS ditunjukkan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Alur Permodelan di IFAS
Pada IFAS ini menggunakan prinsip distributed model. Prinsip ini mengiba- ratkan aliran sungai seperti tanki.
Dimana terdapat dua arah aliran yaitu vertical dan horizontal. Arah vertical dibagi menjadi 2 bagian utama yaitu surface tank dan groundwater tank.
Pada surface tank, sebenarnya terda- pat sub-lapisan yaitu subsurface tapi terkadang diabaika. Dalam penelitian ini sub-surface akan menjadi salah satu parameter yang akan dioptimasi agar permodelan mendekati sebenarnya.
Berikut pada Gambar 2 akan disajikan ilustrasi distributed model.
4. Uji Kelayakan Model
Metode yang digunakan untuk me-
nentukan kriteria penampilan ataupun
kelayakan sebuah model digunakan
Root Mean Square Error (RMSE) dan Nash.
Gambar 2. Distributed Model
RMSE adalah mempresentasikan ra- ta-rata kuadrat simpangan antara nilai keluaran model terhadap nilai hasil pengukuran. RMSE mensyaratkan nilai mendekati nol. Sedangkan Nash adalah metode uji dengan membandingkan kuadrat selisih debit hasil model dan debit hasil pengamatan dengan kuadrat selisih selisih debit pengamatan dan rata-rata debit pengamatan. Hasil simu- lasi dikatakan berhasil jika model mendekati satu (1). Berikut adalah perumusan RMSE dan Nash:
RMSE =
(Drogue, et al., 1999)
Nash =
Qobs = debit observasi (m
3/s) Qmodel = debit model (m
3/s)
5. Wilayah Studi Penelitian
Lokasi studi yang diambil dalam penelitian ini adalah DAS Bengawan Solo. Topografi, DAS ini memiliki variasi ketinggian dari hulu hingga hilir.
Tata guna lahan, kondisi topografi DAS Bengawan Solo relatif datar, sebagian besar daerahnya berada di dataran rendah terutama sub-DAS Bengawan Solo Hilir. Pada gambar 3,
terlihat peta DAS Bengawan Solo seperti pada gambar 3.
Gambar 3. Peta DAS Bengawan Solo
Pada model nanti akan difokuskan pada uji di titik Bojonegoro. Di titik tersebut akan dibandingkan nilai debit observasi dan debit model.
6. Permodelan DAS Bengawan Solo dengan IFAS
Permodelan DAS Bengawan Solo dengan IFAS diawali dengan penentuan lokasi dan mengunduh beberapa data yang dibutuhkan seperti data hujan dan tata guna lahan. Dipakai data hujan pada tanggal 20 Desember 2007 – 30 Desember 2007 serta data elevasi dan topografi, menggunakan data GTOPO 30 pada kolom E100N40 untuk wilayah Indonesia. Berikut adalah gambar 4 hasil permodelan DAS Bengawan Solo.
Gambar 4. Permodelan DAS Bengawan Solo
Pada permodelan dilakukan setting parameter untuk mendapatkan performa terbaik melalui uji kelayakan model.
Setting parameter ini dilakukan untuk 3 layer yaitu surface, sub-surface, aquifer dan river course. Dari setting parameter didapat beberapa hal sebagai berikut:
a. Hasil setting parameter berpengaruh signifikan pada titik Bojonegoro di- banding daerah lainnya sehingga dapat diamati perubahannya
b. Mengalami kenaikan dan pembentu- kan gelombang (lihat Tabel 1)
c. Terjadi kenaikan nilai baseflow pada model 2 dan model 3
7. Hasil Permodelan DAS dan Uji Kelayakan Model
Permodelan DAS Bengawan Solo dengan IFAS ini diambil tiga model terbaik setelah dilakukan setting para- meter. Berikut adalah hasil perban- dingan debit antara ketiga model terlihat pada gambar 5.
Gambar 5. Grafik perbandigan 3 model IFAS
Kemudian dari ketiga model tersebut dilakukan uji kelayakan seperti telah disebutkan di awal yaitu menggunakan metode RMSE dan Nash. Berikut pada Tabel 1 akan disajikan perbandingan nilai ketiganya.
Tabel 1. Uji Kelayakan Model
Model RMSE (%) Nash
Default 20.758 -1.007
Model 1 3.371 0.947
Model 2 5.427 0.863
Model 3 3.198 0.952
Hasil perhitungan
Berdasarkan hasil uji kelayakan pada table 1, dapat dilihat model yang dapat digunakan adalah Model 3. Hal ini berkaitan dengan ketersediaan data lapangan (hasil pengukuran AWLR) sehingga dapat ditentukan performa terbaik terhadap data debit hasil pengukuran lapangan. Pada Gambar 6, berikut tersaji perbandingan antara debit observasi dan debit model seperti Gambar 6.
Gambar 6. Grafik Model, debit AWLR dan rainfall
Perubahan parameter merupakan hal terpenting dari perubahan nilai debit.
Berikut adalah perubahan nilai parame- ter pada model 3 tersaji pada Tabel 2.
Tahap selanjutnya adalah penera- pan parameter model yang telah diambil untuk diuji pada wilayah yang sama tetapi dengan periode yang berbeda.
Kemudian diuji kembali kelayakan
parameter tersebut, jika memenuhi
syarat berarti parameter yang ada dapat mewakili DAS Bengawan Solo.
Tabel 2. Kalibrasi Parameter Model DEFAULT MODEL 3 SURFACE
SKF 0.0005 0.002
HFMXD 0.1 0.04
HFMND 0.01 0.01
HFOD 0.005 0.005
SNF 0.7 4
FALFX 0.8 0.65
HIFD 0 0
AQUIFER
AUD 0.1 0.5
AGD 0.003 0.027
HCGD 2 0.5
HIGD 2 4
SUBSURFACE
SKD 0.0004 0.0008
SKX 0.2 0.4
HMSXD 0.6 1.2
STS 0.6 1.2
STW 0.4 0.8
SBD 12 24
HSD0_SS 0.3 0.6
SK0D 0.000001 0.000002 RIVER COURSE
RBW 7 5
RBS 0.5 0.35
RNS 0.035 0.025
RRID 0.2 0.25
RGWD 0 0.01
RHW 9999 5000
RHS 1 1
RBH 0.5 1
RBET 0.05 0.05
RLCOF 1.4 2.8
