Pendugaan Debit Aliran Sungai Ciliwung Di Bendung Katulampa Menggunakan Software ArcSWAT
PENDUGAAN DEBIT ALIRAN SUNGAI CILIWUNG DI
BENDUNG KATULAMPA MENGGUNAKAN SOFTWARE
ARCSWAT
PUTRI RODUA MARBUN
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pendugaan Debit
Aliran Sungai Ciliwung Di Bendung Katulampa Menggunakan Software
ArcSWAT adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi 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, Oktober 2014
Putri Rodua Marbun
NIM F44100029
ABSTRAK
PUTRI RODUA MARBUN. Pendugaan Debit Aliran Sungai Ciliwung Di
Bendung Katulampa Menggunakan Software ArcSWAT. Dibimbing oleh YULI
SUHARNOTO.
Kawasan Hulu DAS Ciliwung berfungsi sebagai daerah pelindung dan
penyangga wilayah DAS. Saat ini telah terjadi banyak alih fungsi lahan pada DAS
Ciliwung yang mengakibatkan sungai mudah meluap sehingga terjadi banjir di
hilir. Pendugaan debit sungai menjadi penting dilakukan agar dapat
mengantisipasi terjadinya banjir. Software ArcSWAT adalah alat yang digunakan
dalam pendugaan debit ini. Dalam software ArcSWAT terdapat 4 proses yang
dilakukan, yaitu delineasi DAS, pembentukan Hydrological Response Unit (HRU),
pembentukan data iklim, serta proses simulasi. Hasil simulasi untuk DAS
Ciliwung Hulu terbentuk 27 sub-basin serta 491 jenis HRU. Pada penelitian ini
digunakan SWAT Editor sebagai aplikasi untuk melakukan kalibrasi. Berdasarkan
hasil simulasi terkalibrasi, maka diperoleh debit bulanan maksimum sebesar 59.42
m3/det, debit minimum sebesar 2.02 m3/det, serta debit rata-rata sebesar 14.61
m3/det. Nilai koefisien determinasi R2 dan nilai NS adalah 0.831 dan 0.599.
Dengan demikian hasil simulasi ArcSWAT untuk DAS Ciliwung Hulu adalah
valid dengan kategori hasil yang baik.
Kata kunci: DAS Ciliwung hulu, debit, ArcSWAT, simulasi, nilai NS dan R2
ABSTRACT
PUTRI RODUA MARBUN. Discharge Estimation of Ciliwung River at
Katulampa's Weir Using ArcSWAT Software. Supervised by YULI
SUHARNOTO.
Ciliwung upstream watershed region has functions as a protector area and
also buffer area of the watershed. At present there are many land function
changing on the Ciliwung watershed that effecting the river overflow easly until
flooding in the downstream. River discharge assessment become important to do
in order to prevent flooding. ArcSWAT software is a tool which used in this
discharge assessment. ArcSWAT software have 4 processes to do, that are
watershed delineation, shaping of Hydrological Response Unit (HRU), shaping of
climate data, and also simulation process. Simulation yield for the upperstream of
Ciliwung watershed has shaped 27 sub-basin and also 491 kind of HRU. This
research utilize SWAT Editor as the application for the calibration. Base on
simulation yield calibrated, maximum monthly discharge has been obtained as big
as 59.42 m3/sec, minimum discharge as big as 2.02 m3/sec, and also average
discharge as big as 14.61 m3/sec. Coefficient determination value of R2 and NS
value are 0.831 and 0.599. For this result the simulation yield of ArcSWAT for
Ciliwung upperstream watershed is valid with the good category result.
Keywords: Upstream Ciliwung watershed, discharge, ArcSWAT, simulation, NS
and R2 values
PENDUGAAN DEBIT ALIRAN SUNGAI CILIWUNG DI
BENDUNG KATULAMPA MENGGUNAKAN SOFTWARE
ARCSWAT
PUTRI RODUA MARBUN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Pendugaan Debit Aliran Sungai Ciliwung Di Bendung Katulampa
Menggunakan Software ArcSWAT
Nama
: Putri Rodua Marbun
NIM
: F44100029
Disetujui oleh
Dr Ir Yuli Suharnoto, M Eng
Pembimbing
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Budi Indra Setiawan, M.Agr
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas segala
karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Judul yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 ini ialah Pendugaan Debit
Aliran Sungai Ciliwung Di Bendung Katulampa Menggunakan Software
ArcSWAT.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah
membantu dalam pembuatan skripsi ini, diantaranya adalah :
1. Bapa Binton Marbun, Ibu Ida Sihombing, Fantarida Marbun, Putri Melati
Marbun, dan Edi Haposan Marbun sebagai keluarga yang telah memberikan
dukungan dan semangat luar biasa, baik moral maupun material.
2. Dr Ir Yuli Suharnoto, MEng selaku dosen pembimbing akademik yang telah
memberikan arahan, bimbingan, solusi, dan berbagai masukan dalam
penyelesaian skripsi ini.
3. Prof Dr Ir Asep Sapei, MS dan Dr Satyanto K Saptomo, STP. M.Si selaku dosen
penguji skripsi yang telah memberikan saran dalam perbaikan skripsi ini.
4. Bapak Gunadi selaku pihak BPDAS yang telah membantu dalam proses
pembelajaran software.
5. Helena Novitasari Lasol sebagai teman satu bimbingan, yang telah
memberikan motivasi dan dukungannya.
6. Teman-teman Teknik Sipil dan Lingkungan (SIL) angkatan ketiga yang
senantiasa berjuang bersama selama 3 tahun ini.
7. Teman-teman satu pelayanan GBP Duta Kristus yang telah mendoakan dan
mendukung dalam penyelesaian skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Saran dan masukan sangat diharapkan
guna memperbaiki penulisan selanjutnya.
Bogor, Oktober 2014
Putri Rodua marbun
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
3
Daerah Aliran Sungai (DAS) Ciliwung
3
Penggunaan Lahan
4
Geographic Information System (GIS)
5
Soil and Water Assessment Tools (SWAT)
5
METODE PENELITIAN
7
Waktu dan Tempat Penelitian
7
Bahan dan Alat
7
Prosedur Penelitian
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
14
Kondisi DAS Ciliwung Hulu
14
Penggunaan Lahan Ciliwung Hulu
15
Analisis Debit Menggunakan ArcSWAT
16
Proses Delineasi DAS
16
Pembentukan HRU
17
Pembentukan Data Iklim
18
Simulasi ArcSWAT
20
Kalibrasi dan Validasi
22
SIMPULAN DAN SARAN
25
Simpulan
25
Saran
25
DAFTAR PUSTAKA
25
LAMPIRAN
27
RIWAYAT HIDUP
29
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
File data input pada ArcSWAT untuk analisis hidrologi
Kategori simulasi berdasarkan NSI
Sebaran tutupan lahan DAS Ciliwung Hulu
Sebaran jenis tanah DAS Ciliwung Hulu
Kategori kemiringan lahan
Kondisi iklim DAS Ciliwung Hulu
Format data terbaca oleh ArcSWAT
Nilai statistik hasil penelitian
12
12
15
18
18
20
20
25
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Lokasi upstream-middlestream-downstream DAS Ciliwung
Representasi fase lahan pada siklus hidrologi dalam model SWAT
Pengolahan dengan filter excel
Perhitungan dengan pivot table
Aplikasi pcpSTAT.exe
Diagram alir penenlitian
Posisi DAS Ciliwung
Peta sebaran penggunaan lahan DAS Ciliwung Hulu
Peta DEM (Digital Elevation Model resolusi 30 meter)
Peta hasil delineasi DAS Ciliwung Hulu
Peta Hydrological Response Unit DAS Ciliwung
Rata-rata curah hujan tahun 1979-2010
Fluktuasi debit harian hasil simulasi dan observasi
Fluktuasi debit bulanan hasil simulasi dan observasi
Grafik hasil kalibrasi debit harian DAS Ciliwung Hulu
Grafik hasil kalibrasi debit bulanan DAS Ciliwung Hulu
Grafik hasil validasi debit DAS Ciliwung Hulu tahun 2010
3
6
9
10
10
13
14
15
16
17
17
19
21
21
23
23
24
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
Posisi Stasiun Cuaca
Data Weather Generator
27
28
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Daerah aliran sungai (DAS) merupakan suatu wilayah yang dibatasi
punggung bukit dimana hujan yang jatuh pada daerah tersebut akan dialirkan pada
satu outlet yang sama. Dalam pengelolaannya DAS dibagi atas tiga bagian yaitu
DAS bagian hulu, tengah, dan hilir. DAS hulu merupakan daerah penting dalam
suatu DAS, karena memiliki peran sebagai daerah peresapan air dengan tujuan
untuk mengurangi aliran permukaan dan timbulnya kejadian banjir. Kondisi
hidrologis suatu DAS dapat dilihat dari kemampuan DAS tersebut dalam
menyerap, menahan, menyimpan, dan mengalirkan air sehingga tercipta
keseimbangan air. Kondisi hidrologis suatu DAS dikatakan baik jika pada DAS
tersebut tidak terjadi banjir pada musim penghujan dan tidak terjadi kekeringan
pada musim kemarau. (Caroline, 2012)
Daerah Aliran Sungai (DAS) Ciliwung merupakan salah satu DAS yang
melewati empat wilayah administrasi, yaitu Kabupaten Bogor, Kotamadya Bogor,
Kota Administrasi Depok, dan Provinsi DKI Jakarta. Kondisi DAS Ciliwung saat
ini sangat mengkhwatirkan karena selain banjir yang sering terjadi juga karena
tingkat erosi dan sedimentasi yang terjadi terlalu tinggi.
Kawasan Hulu DAS Ciliwung berfungsi sebagai daerah pelindung dan
penyangga wilayah DAS, jika terjadi perubahan pada komponennya maka akan
mempengaruhi seluruh bagian DAS. Saat ini telah terjadi banyak pengalih-gunaan
lahan di daerah DAS Ciliwung yang mengakibatkan erosi cenderung meningkat.
Erosi dan sedimentasi menyebabkan pendangkalan sungai sehingga daya
tampungnya berkurang. Hal ini akan mengakibatkan sungai Ciliwung mudah
meluap dan dapat membahayakan keselamatan penduduk disekitar daerah aliran
sungai yaitu Jakarta, Bogor, Bekasi dan sekitarnya.
Perubahan penggunaan lahan dari vegetasi (vegetated land) menjadi
nonvegetasi (non-vegetated land) pada DAS cenderung meningkat intensitasnya
menurut ruang dan waktu sebagai konsekuensi logis dari aktivitas lebih
pembangunan dan laju pertumbuhan penduduk yang tinggi. Adanya peningkatan
intensitas perubahan alih fungsi lahan tersebut tentunya membawa pengaruh
terhadap kondisi hidrologi DAS diantaranya meningkatnya debit puncak, fluktuasi
debit antar musim, koefisien aliran permukaan, serta banjir dan kekeringan.
Kondisi debit sungai berubah dari waktu ke waktu sepanjang tahun. Untuk
memonitor perubahan debit, tinggi muka air sungai harus selalu diamati secara
kontinyu setiap waktu baik pada musim hujan maupun musim kemarau. Alih
fungsi lahan yang terjadi diseluruh DAS akan tergambarkan dengan indikator
fluktuasi debit yang terjadi.
Kaitannya dengan debit sungai, salah satu faktor cuaca yang mempengaruhi
debit sungai adalah hujan. Intensitas hujan yang tinggi merupakan salah satu
penyebab terjadinya debit sungai yang besar, dan debit sungai yang besar ini
merupakan salah satu penyebab terjadinya banjir. Di antara komponen tersebut
limpasan permukaan merupakan penyumbang terbesar kejadian banjir. Limpasan
permukaan (Direct Run Off) merupakan besarnya air yang mengalir atau
tertampung menjadi debit aliran pada sungai atau DAS (Sularto, 2006)
2
Pendugaan debit sungai menjadi penting dilakukan agar dapat
mengantisipasi terjadinya banjir. Pendugaan debit sungai dapat dilakukan dengan
berbagai cara dan salah satunya adalah dengan melakukan pemodelan. Model
pendugaan debit suatu DAS dapat dilakukan menggunakan software fisik berbasis
Sistem Informasi Geografis (SIG), salah satu software tersebut adalah Soil and
Water Assessment Tools (SWAT) yang dapat digunakan untuk memperhitungkan
dan mengkaji kondisi hidrologi serta perubahan tata guna lahan suatu wilayah.
Perumusan Masalah
Kawasan Hulu DAS Ciliwung berfungsi sebagai daerah pelindung dan
penyangga wilayah DAS. Pada saat ini, kawasan tersebut telah terjadi banyak alih
fungsi. Terjadinya peningkatan intensitas alih fungsi lahan tersebut mempengaruhi
kondisi hidrologi DAS dimana debit puncakpun akan meningkat yang
mengakibatkan banjir di bagian hilir. Alih fungsi lahan yang terjadi diseluruh
DAS akan tergambarkan dengan indikator fluktuasi debit yang terjadi. Sehingga
pendugaan debit sungai menjadi penting dilakukan agar dapat mengantisipasi
terjadinya banjir.
Tujuan Penelitian
1. Melakukan pendugaan debit aliran sungai Ciliwung Hulu menggunakan
software ArcSWAT
2. Melakukan kalibrasi dan validasi hasil simulasi ArcSWAT pada DAS Ciliwung
Hulu
Manfaat Penelitian
Hasil kajian dalam penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai
bantuan dalam memprediksi kejadian banjir sungai Ciliwung dimana dapat
dipantau dari bagian Hulu Sungai Ciliwung yaitu Katulampa. Melalui skripsi
inipun diharapkan dapat memberikan informasi mengenai software ArcSWAT
sebagai model hidrologi yang akurat.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini mengambil permasalahan mengenai pendugaan debit sungai
Ciliwung di Bendung Katulampa menggunakan software ArcSWAT. Ruang
lingkup penelitian meliputi pembuatan model hidrologi dimana objek sungai yang
diteliti adalah Ciliwung Hulu. Sungai ini merupakan sungai yang sering meluap
sehingga menyebabkan Banjir kota Jakarta di bagian hilir. Melalui software
ArcSWAT akan dilakukan analisis hidrologi sehingga di peroleh parameter
SWAT untuk DAS Ciliwung Hulu dimana output akhirnya akan diprediksi debit
sungai Ciliwung Hulu dengan model.
3
TINJAUAN PUSTAKA
Daerah Aliran Sungai (DAS) Ciliwung
Menurut Asdak (1999), Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah suatu daerah
yang dibatasi oleh garis ketinggian di mana setiap air yang jatuh di permukaan
tanah akan dialirkan melalui satu outlet. DAS mempunyai arti penting terutama
dalam hubungan ketergantungan antara hulu dan hilir. Perubahan komponen DAS
di daerah hulu akan sangat mempengaruhi komponen DAS pada daerah hilirnya.
Oleh sebab itu, perencanaan daerah hulu menjadi sangat penting. Banjir di Jakarta
merupakan permasalahan nasional yang terjadi akibat perubahan sistem DAS
yang kontinu dimulai dari wilayah upstream - middlestream - downstream yang
signifikan.
Gambar 1 Lokasi upstream-middlestream-downstream DAS Ciliwung
(http:bebasbanjir2025.wordpress.com)
DAS Ciliwung seluas 34.700 ha merupakan salah satu DAS yang mencakup
dua wilayah provinsi yaitu Provinsi Jawa Barat dan Provinsi DKI Jakarta serta
melintasi Kabupaten Bogor, Kota Bogor, Kota Depok, Kota Jakarta, dan bermuara
di teluk Jakarta. Panjang sungai utama Ciliwung 117 km. (Pawitan, 2002).
Berdasarkan wilayah pengelolaannya DAS Ciliwung dibagi ke dalam tiga bagian
yaitu bagian hilir, bagian tengah dan bagian hulu.
Wilayah bagian hilir sampai dengan Pintu Air Manggarai termasuk dalam
wilayah pemerintahan Kota Jakarta Selatan dan Jakarta Pusat, dan kemudian
mengarah ke hilir lagi hingga masuk ke saluran buatan Kanal Barat. Di wilayah
hilir ini Sungai Ciliwung melintasi wilayah Jakarta Selatan, Jakarta Pusat, Jakarta
Barat dan Jakarta Utara. Sub-DAS bagian tengah, aliran Sungai Ciliwung
melintasi wilayah Kabupaten Bogor (Kecamatan Sukaraja, Cibinong, Bojonggede,
dan Cimanggis), Kota Bogor (Bogor Timur, Bogor Utara, dan Tanah Sereal) dan
Kota Depok (Kecamatan Pancoran Mas, Sukmajaya, dan Beji). Bagian hulu DAS
Ciliwung meliputi sebagian besar wilayah Kabupaten Bogor (Kecamatan Ciawi,
4
Megamendung, Cisarua, dan Sukaraja), dan Kota Bogor (sebagian kecil
Kecamatan Bogor Timur). DAS bagian hulu merupakan bagian penting dalam
sistem DAS karena merupakan daerah peresapan air sehingga memiliki fungsi
perlindungan terhadap seluruh bagian DAS. Secara biogeofisik, daerah hulu DAS
memiliki ciri seperti, merupakan daerah konservasi, mempunyai kerapatan
drainase lebih tinggi, daerah dengan kemiringan lereng besar (>15%), bukan
daerah banjir, pengaturan pemakaian air ditentukan oleh pola drainase, dan jenis
vegetasi merupakan tegakan hutan (Asdak, 2007).
Penggunaan Lahan
Penggunaan lahan (land use) merupakan campur tangan manusia terhadap
kondisi lahan, baik secara menetap maupun berkala untuk memenuhi kebutuhan
hidup baik material maupun spiritual. Penggunaan lahan dapat dikelompokkan ke
dalam dua golongan besar, yaitu penggunaan lahan pertanian dan penggunaan
lahan bukan pertanian. Penggunaan lahan pertanian dibedakan secara garis besar
ke dalam macam penggunaan lahan berdasarkan penyediaan air dan lahan yang
diusahakan. Berdasarkan hal itu, dikenal berbagai macam penggunaan lahan
seperti sawah, tegalan, kebun, kebun campuran, ladang, perkebunan, dan hutan.
Penggunaan lahan bukan pertanian dapat dibedakan menjadi penggunaan kota
atau desa (pemukiman), industri, rekreasi, dan sebagainya (Arsyad, 2006).
Lahan merupakan bagian dari bentang alam (landscape) yang mencakup
pengertian lingkungan fisik termasuk iklim, topografi/relief, tanah, hidrologi, dan
bahkan keadaan vegetasi alami (natural vegetation) yang semuanya secara
potensial akan berpengaruh terhadap penggunaan lahan. (FAO, 1999). Lahan
dalam pengertian yang lebih luas termasuk yang telah dipengaruhi oleh berbagai
aktivitas flora, fauna, dan manusia baik di masa lalu maupun saat sekarang, seperti
lahan rawa dan pasang surut yang telah direklamasi atau tindakan konservasi
tanah pada suatu lahan tertentu (Departemen Pertanian). Perubahan penggunaan
lahan ialah adanya pertambahan atau pengurangan luas suatu jenis penggunaan
lahan akibat dari adanya pertambahan atau pengurangan penggunaan lahan yang
lain. Perubahan penggunaan lahan memberikan pengaruh nyata terhadap kualitas
DAS yang ada di sekitarnya. Hasil penelitian di banyak negara telah memberikan
informasi mengenai pengaruh komposisi vegetasi terhadap kondisi aliran air.
Menurut Asdak (2007), secara umum kenaikan aliran air disebabkan oleh
penurunan penguapan air oleh vegetasi (transpiration) dan dengan demikian
aliran air permukaan maupun air tanah semakin besar.
Perubahan tata guna lahan merupakan penyebab utama banjir (tingginya
runoff) dibandingkan dengan faktor lainnya. Apabila suatu hutan yang berada
dalam suatu daerah aliran sungai diubah menjadi pemukiman, maka debit puncak
sungai akan meningkat antara 6 sampai 20 kali. Angka tersebut tergantung dari
jenis hutan dan jenis pemukiman (Kodoatie dan Sjarief, 2008).
Selanjutnya, faktor penutupan lahan vegetasi cukup signifikan dalam
pengurangan ataupun peningkatan aliran permukaan. Hutan yang lebat
mempunyai tingkat penutup lahan yang tinggi, sehingga apabila hujan turun,
faktor penutupan lahan ini akan memperlambat kecepatan aliran permukaan,
bahkan bisa terjadi kecepatan mendekati nol.
5
Geographic Information System (GIS)
Geographic Information System (GIS) atau Sistem Informasi Geografis
(SIG) merupakan sistem yang memberikan banyak bantuan terhadap informasi
keruangan. Secara harafiah, SIG dapat diartikan sebagai ”suatu komponen yang
terdiri dari perangkat keras, perangkat lunak, data geografis dan sumberdaya
manusia yang bekerja bersama secara efektif untuk menangkap, menyimpan,
memperbaiki, memperbaharui, mengelola, memanipulasi, mengintegrasikan,
menganalisa, dan menampilkan data dalam suatu informasi berbasis geografis”
SIG mempunyai kemampuan untuk menangani data bereferensi geografi yaitu
pemasukan data, manajemen data, manipulasi dan analisis data, dan keluaran
sebagai hasil akhirin (Aronof, 1989).
SIG terdiri atas 4 komponen, yaitu Hardware, Software, Brainware,dan
Data Spasial. Tingkat keberhasilan dari suatu kegiatan SIG dengan tujuan apapun
sangat bergantung dari interaksi ke empat komponen ini. ArcGIS adalah salah
satu software yang dikembangkan oleh ESRI (Environment Science & Research
Institute) yang merupakan kompilasi fungsi-fungsi dari berbagai macam software
GIS yang berbeda seperti GIS desktop, server, dan GIS berbasis web. Produk
utama dari ArcGIS adalah ArcGIS desktop, dimana arcGIS desktop merupakan
software GIS professional yang komprehensif dan dikelompokkan atas tiga
komponen yaitu : ArcView (komponen yang fokus pada penggunaan data yang
komprehensif, pemetaan dan analisis), ArcEditor (lebih fokus ke arah editing data
spasial) dan ArcInfo (lebih fikus pada penyajian fungsi-fungsi GIS termasuk untuk
keperluan analisis geoprosesing). Software ArcGIS inilah yang akan digunakan
dalam proses pemetaan.
Aplikasi GIS digunakan dalam berbagai keperluan informasi keruangan,
selama data yang digunakan memiliki referensi geografi. Pada pelaksanaannya,
GIS digunakan untuk melakukan pengolahan data peta digital yang memiliki
sistem koordinat sendiri. Sistem koordinat merupakan pendefinisian suatu titik
awal dari pembuatan peta. Sistem koordinat di Indonesia terdiri dari sistem
koordinat geografis dan sistem koordinat Universal Transverse Mecator (UTM).
Kedua sistem koordinat tersebut memiliki karakteristik yang berbeda satu sama
lain. Pada koordinat geografis, bumi dibagi menurut garis khayal yang biasa
disebut dengan garis lintang (latitude atau paralell) dan garis bujur (longitude
atau meridian).
Soil and Water Assessment Tools (SWAT)
Analisis yang dapat dilakukan untuk menggambarkan kondisi hidrologi
DAS adalah dengan mengandaikan proses transformasi yang terjadi mengikuti
suatu aturan tertentu dimana harus dapat menggambarkan kondisi biofisik DAS
dalam proses transformasi yang disusun dalam sebuah model hidrologi (Harto,
2000). Pemilihan jenis model diperlukan untuk menentukan model yang paling
sesuai dengan keadaan DAS. Model pengelolaan DAS dapat dilakukan dengan
berbagai cara dan salah satu cara yang cukup teliti dan cermat adalah dengan
menggunakan geographic information system (GIS). SWAT (Soil and Water
6
Assessment Tool) merupakan model kejadian kontinu untuk skala DAS yang
beroperasi secara harian dan dirancang untuk memprediksi dampak pengelolaan
terhadap air, sedimen, dan kimia pertanian pada DAS yang tidak memiliki alat
pengukuran.
SWAT (Soil and Water Assessment Tool) merupakan model terdistribusi
yang terhubung dengan Sistem Informasi Geografis (SIG) dan mengintegrasikan
Spatial DSS (Decision Support System). Model SWAT dioperasikan pada interval
waktu harian dan dirancang untuk memprediksi dampak jangka panjang dari
praktek pengelolaan lahan terhadap sumberdaya air, sedimen dan hasil
agrochemical pada DAS besar dan komplek dengan berbagai skenario tanah,
penggunaan lahan dan pengelolaan berbeda. (Pawitan, 2004). SWAT
memungkinkan sejumlah proses fisik yang berbeda untuk disimulasikan pada
suatu DAS. Penggunaan model SWAT dapat mengidentifikasi, menilai,
mengevaluasi tingkat permasalahan suatu DAS dan sebagai alat untuk memilih
tindakan pengelolaan dalam mengendalikan permasalahan tersebut. Dengan
demikian diharapkan dengan penggunaan model SWAT dapat dikembangkan
beberapa skenario guna menentukan kondisi perencanaan pengelolaan DAS
terbaik. Penggunaan model SWAT dapat digunakan pada beberapa fase
pengelolaan DAS.
Model ini memungkinkan untuk diterapkan dalam berbagai analisis serta
simulasi suatu DAS, sehingga agar menghasilkan output yang baik, model SWAT
melakukan simulasi berdasarkan beberapa hal, diantaranya adalah:
Gambar 2 Representasi fase lahan pada siklus hidrologi dalam model
SWAT (Neitsch et al, 2004)
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.
7
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 untuk dampak dalam
jangka waktu yang lama.
Model SWAT berbasis fisik, efisien secara komputerisasi, dan mampu
membuat simulasi untuk jangka waktu yang panjang. Komponen utama model
adalah iklim, hidrologi, suhu dan karakteristik tanah, pertumbuhan tanaman, unsur
hara, pestisida, patogen dan bakteri, dan pengelolaan lahan. Dalam SWAT, DAS
dibagi menjadi beberapa SubDAS, yang kemudian dibagi lagi ke dalam unit
respon hidrologi (Hydrologic Response Units = HRU) yang memiliki karakteristik
penggunaan lahan, pengelolaannya, dan tanah yang homogen. HRU menunjukkan
persentase SubDAS yang teridentifikasi dan tidak teridentifikasi secara spasial
dalam simulasi SWAT. Alternatif lainnya, sebuah DAS dapat dibagi ke dalam
SubDAS yang memiliki karakteristik penggunaan lahan, jenis tanah dan
pengelolaan yang dominan. Salah satu fungsi SWAT adalah dapat digunakan
untuk melakukan analisis debit sungai suatu DAS pada suatu wilayah. Dalam
penggunaan model SWAT, perlu dilakukan kalibrasi dan validasi sesuai dengan
ketersediaan data, agar hasil yang diperoleh dapat sesuai dengan kondisi
sebenarnya di lapangan. Proses ini dibutuhkan karena setiap DAS memiliki
karakteristik yang berbeda-beda. Relevansi model dengan keadaan yang
sebenarnya dievaluasi dengan memperhitungkan standar deviasi dan efisiensi
model.
METODE
Waktu dan Tempat
Kawasan DAS yang diteliti adalah sub DAS Ciliwung Hulu seluas 14.860
ha, secara geografis terletak pada 106º 49º 40” – 107º 00’ BT dan 6o 38’ 15“ LS –
6º 46’ LS. Pengambilan data dilaksanakan di kantor BPDAS (Badan Pengelolaan
Daerah Aliran Sungai) Citarum-Ciliwung serta SPAS (Stasiun Pengamatan Arus
Sungai) Katulampa. Pengolahan data dilaksanakan di kampus Institut Pertanian
Bogor Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :
1. Peta DEM (Digital Elevation Model)
2. Peta Batas Daerah Aliran Sungai (DAS) Ciliwung Hulu
3. Peta tutupan lahan DAS Ciliwung tahun 2009
4. Peta jenis tanah DAS Ciliwung
5. Data iklim dari CRU (Climate Riset Unit), meliputi :
8
5.a. Data curah hujan harian (mm) tahun 1979 – 2010
5.b. Data temperatur maksimum dan minimum (oC)
5.c. Data radiasi matahari (MJ/m2/hari)
5.d. Data kecepatan angin (m/dt)
6. Data debit harian lapang sungai Ciliwung tahun 1991 – 2010
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
Program perangkat lunak (Software) ArcGIS 10.1
Software ArcSWAT 2012
Software SWAT Editor 2012
Software SWAT Graph dan SWAT plot
pcpSTAT.exe
Program Microsoft Office 2010
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian terdiri dari tahap persiapan, pengumpulan data,
pengolahan data, serta pendugaan data dengan ArcSWAT. Adapun diagram alir
penelitian ini seperti ditunjukan pada Gambar 4.
1. Tahap persiapan
Pada tahap persiapan dilakukan proses identifikasi data dan bahan yang
diperlukan dalam penelitian. Berdasarkan hasil identifikasi maka alat dan bahan
yang dibutuhkan adalah sesuai dengan yang tertera di atas.
2. Pengumpulan data
Data yang digunakan dalam penelitian ini berupa data sekunder. Data
didapat dari instansi terkait. Data hidrologi DAS Ciliwung Hulu berupa data debit
harian dari SPAS (Stasiun Pengamatan Arus Sungai) Katulampa, data iklim
diperoleh dari CRU (Climate Riset Unit), data tanah dari FAO (Food and
Agriculture Organization), data DEM dari ASTER, data tata guna lahan serta
batas sub-DAS Ciliwung hulu diperoleh dari BPDAS (Badan Pengelolaan Daerah
Aliran Sungai) Citarum –Ciliwung.
3. Pengolahan Data
Software ArcSWAT memerlukan data berupa data spasial (peta-peta) dan
data atribut. Sebelum memulai tahapan pengolahan dengan menggunakan
ArcSWAT, perlu dilakukan persiapan terhadap data yang akan dimasukkan
sebagai input dalam ArcSWAT yakni membuat sistem koordinat pada peta DEM
(30 m x 30 m), landuse, dan tanah. Sistem koordinat yang digunakan adalah
sistem koordinat Universal Tranverse Mercator (UTM) WGS 1984 pada zone 48S.
Data iklim yang merupakan masukan dalam ArcSWAT adalah curah hujan
(mm), temperatur udara maksimum dan minimum harian (ºC), radiasi sinar
matahari hariaan (MJ/m²/hari), kelembaban udara harian (%), serta kecepatan
angin (m/s). Data-data tersebut dikumpulkan dalam file PCP, TMP, SLR, HMD,
WGN. Selain data iklim, pada penelitian ini juga menggunakan data curah hujan
dari 1 stasiun penakar (pos hujan) yaitu p671069 (kode dari sumber) yang
diperoleh dari GCM (Geo Climate Metereology).
9
Proses membuat weather generator (wgn) diperlukan data iklim. Untuk
membentuk weather generator, data iklim yang ada di olah menjadi input yang
diminta oleh ArcSWAT. Adapun parameter yang harus dimasukkan adalah :
a) TITTLE
: judul pada baris pertama file .wgn.
b) WLATITUDE
: koordinat lintang stasiun iklim.
c) WLONGITUDE : koordinat bujur stasiun iklim.
d) WLEV
: elevasi stasiun iklim (m).
e) RAIN_YRS
: jumlah tahun data iklim yang digunakan
f) Temperatur maksimum (TMPMX)
g) Temperatur Minimum (TMPMN)
h) Standar Deviasi suhu maksimum harian (TMPSTMTDMX)
i) Standar Deviasi Suhu Minimum Harian (TMPSTMTDMN)
j) Curah hujan rata-rata (PCPMM)
k) Standar Deviasi Untuk curah hujan Harian (PCPSTD)
l) Koefisien skew untuk curah hujan harian dalam satu bulan (PCPSKEW)
m) Perbandingan kemungkinan hari basah ke hari kering dalam satu bulan dengan
jumlah hari kering dalam satu bulan (PR-W1)
n) Perbandingan jumlah hari kering ke hari kering dengan jumlah hari kering
dalam satu bulan (PR-W2)
o) Jumlah hujan rata-rata pada bulan tertentu selama n tahun (PCPD)
p) Jumlah curah hujan maksimum dalam 0.5 jam (RAINHHMX)
q) Radiasi matahari (SOLARAV)
r) Titik beku (DEWPT)
s) Kecepatan angin (WNDAV)
Parameter Iklim di atas diolah dengan menggunakan program MS.excel,
yaitu dengan filter excel dan pivot table. Berikut tampilan filter dan pivot table
dalam mengolah data :
filter tools
Gambar 3 Pengolahan dengan filter excel
10
Calculate Tools
Gambar 4 Perhitungan dengan pivot table
Pengolahan data dengan filter dan pivot table ini sangat mempermudah dan
mempercepat dalam mendapatkan hasil dibandingkan harus menghitung manual.
pivot table digunakan untuk mendapatkan perhitungan statistik antara lain
temperatur maksimal dan minimum, temperatur standar deviasi maksimum dan
minimum. Sedangkan untuk curah hujan (mm) dimana terdapat 5 nilai parameter
yang harus dihitung, digunakan aplikasi pcpSTAT.exe. Aplikasi ini dibuat untuk
menghitung secara otomatis nilai standar deviasi, koefisien skew, curah hujan
rata-rata, jumlah hari kering, dan jumlah hari basah dari curah hujan harian yang
ada. Berikut tampilan aplikasi pcpSTAT.exe :
Gambar 5 Aplikasi pcpSTAT.exe
Jumlah curah hujan maksimum dalam 0.5 jam (RAINHHMX) diperoleh dari
data curah hujan harian dan durasi hujan menggunakan metode Mononobe :
I=
Dimana :
[ ]
…………………………………..(1)
11
I adalah intensitas hujan (mm/jam)
R24 adalah curah hujan maksimum harian selama 24 jam (mm)
t adalah waktu konsentrasi hujan (jam)
4. Pendugaan Debit Menggunakan ArcSWAT
Pendugaan debit aliran sungai DAS Ciliwung Hulu dilakukan menggunakan
software ArcSWAT. Data input berupa karakteristik tanah, iklim, tata guna lahan,
dan hidrologi yang telah disiapkan pada proses pengumpulan dan pengolahan data
dimasukkan ke dalam data input file. Tahapan kegiatan analisis yang dilakukan
adalah sebagai berikut :
a. Delineasi Daerah Observasi
Peta DEM Ciliwung dengan resolusi 30m x 30m dijadikan input untuk
mempresentasikan beda elevasi dari setiap titik untuk melihat arah aliran air
permukaan. Aliran sungai yang terbentuk akan membentuk suatu daerah aliran
sungai dan outlet. Daerah observasi akan didelineasi berdasarkan batas topografi
alami DAS.
b. Pembentukan HRU (Hydrological Response Unit)
HRU adalah unit satuan lahan dengan unsur karakteristik sub DAS yang
berpengaruh terhadap terjadinya erosi. Setiap HRU akan memiliki informasi sub
DAS, nomor HRU, jenis penutupan lahan, jenis lahan, kemiringan lahan, dan luas
HRU. HRU didapatkan dari overlay peta tanah dan peta penggunaan lahan.
Pembuatan HRU terdiri dari interval slope, peta raster landuse dan peta raster
tanah format sistem koordinat proyeksi UTM. Threshold dari persentase total
luasan yang digunakan untuk landuse (0%), jenis tanah (0 %), dan Slope (0 %).
c. Pembentukan Data Iklim
Pembuatan basis data iklim untuk membuat data generator iklim (weather
generator data) membutuhkan parameter input yang harus dihitung terlebih
dahulu berdasarkan data iklim. Adapun data yang harus dimasukan adalah data
curah hujan (mm), data temperatur maksimum dan minimum (oC), data radiasi
matahari (MJ/m2/hari), data kecepatan angin (m/dt), dan data kelembaban relatif
(%). Parameter iklim yang telah dihitung dengan metode pengolahan data di atas,
siap di-input ke dalam ArcSWAT.
d. Simulasi
Proses simulasi dilakukan setelah proses penggabungan HRU dengan data
iklim. Pada tahapan ini periode simulasi yang digunakan adalah periode Januari
2008 – Desember 2009. Pembacaan output debit hasil simulasi ArcSWAT dengan
debit hasil observasi lapangan dilakukan menggunakan SWAT Plot dan SWAT
Graph.
5. Kalibrasi dan validasi
Ketentuan nilai yang digunakan dalam melakukan kalibrasi dan validasi
adalah koefisien determinasi (R2) dan Nash-Sutcliffe Index (NSI) yang
direkomendasikan oleh The American of Civil Engineers (Neitsch et al, 2004).
Kalibrasi yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan SWAT Editor
sebagai tools untuk memperbaiki nilai simulasi. Hasil debit terkalibrasi perlu di
lakukan validasi untuk membuktikan bahwa metode ini dapat memberikan hasil
yang konsisten sesuai dengan spesifikasi yang telah ditetapkan
12
Tabel 1 File data input pada ArcSWAT untuk analisis hidrologi
Nama File
CIO
COD
FIG
BSN
SUB
HRU
GW
RTE
CROP
URBAN
PCP
TMP
SLR
HMD
WGN
SOL
MGT
Fungsi
File untuk mengontrol data input dan output
Mengontrol file input dan output
Mengidentifikasi jaringan hidrologi sungai
Mengontrol keragaman parameter di tingkat DAS
Mengontrol keragaman parameter di tingkat Sub DAS
Mengontrol keragaman parameter di tingkat HRU
File air bawah tanah
File pergerakan air, sedimen, hara, dan pestisida
File parameter tumbuh tanaman
File data lahan terbangun atau urban area
File data curah hujan harian
File temperatur udara maksimum dan minimum harian
File radiasi matahari harian
File kelembaban udara harian
File data generator iklim
File data tanah
File pengelolaan dan penutupan lahan
Sumber: Neitsch et al 2004
Persamaan model yang digunakan adalah sebagai berikut:
[
[
√∑
∑
√∑
∑
(
(
(
̅
̅
̅
Dimana :
= Debit Observasi (m3/det)
= Debit simulasi (m3/det)
̅
= debit observasi rata- rata (m3/dt)
̅
= debit simulasi rata-rata (m3/dt)
̅
)(
) ∑
)(
∑
̅
(
(
̅
̅
)
̅
)
)
] …………….(2)
)
]……………...(3)
Tabel 2 Kategori simulasi berdasarkan NSI
Kriteria
Sangat Baik
Baik
Memuaskan
Kurang Memuaskan
Sumber : Moriasi et al. (2007)
NSE
0.75
BENDUNG KATULAMPA MENGGUNAKAN SOFTWARE
ARCSWAT
PUTRI RODUA MARBUN
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pendugaan Debit
Aliran Sungai Ciliwung Di Bendung Katulampa Menggunakan Software
ArcSWAT adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi 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, Oktober 2014
Putri Rodua Marbun
NIM F44100029
ABSTRAK
PUTRI RODUA MARBUN. Pendugaan Debit Aliran Sungai Ciliwung Di
Bendung Katulampa Menggunakan Software ArcSWAT. Dibimbing oleh YULI
SUHARNOTO.
Kawasan Hulu DAS Ciliwung berfungsi sebagai daerah pelindung dan
penyangga wilayah DAS. Saat ini telah terjadi banyak alih fungsi lahan pada DAS
Ciliwung yang mengakibatkan sungai mudah meluap sehingga terjadi banjir di
hilir. Pendugaan debit sungai menjadi penting dilakukan agar dapat
mengantisipasi terjadinya banjir. Software ArcSWAT adalah alat yang digunakan
dalam pendugaan debit ini. Dalam software ArcSWAT terdapat 4 proses yang
dilakukan, yaitu delineasi DAS, pembentukan Hydrological Response Unit (HRU),
pembentukan data iklim, serta proses simulasi. Hasil simulasi untuk DAS
Ciliwung Hulu terbentuk 27 sub-basin serta 491 jenis HRU. Pada penelitian ini
digunakan SWAT Editor sebagai aplikasi untuk melakukan kalibrasi. Berdasarkan
hasil simulasi terkalibrasi, maka diperoleh debit bulanan maksimum sebesar 59.42
m3/det, debit minimum sebesar 2.02 m3/det, serta debit rata-rata sebesar 14.61
m3/det. Nilai koefisien determinasi R2 dan nilai NS adalah 0.831 dan 0.599.
Dengan demikian hasil simulasi ArcSWAT untuk DAS Ciliwung Hulu adalah
valid dengan kategori hasil yang baik.
Kata kunci: DAS Ciliwung hulu, debit, ArcSWAT, simulasi, nilai NS dan R2
ABSTRACT
PUTRI RODUA MARBUN. Discharge Estimation of Ciliwung River at
Katulampa's Weir Using ArcSWAT Software. Supervised by YULI
SUHARNOTO.
Ciliwung upstream watershed region has functions as a protector area and
also buffer area of the watershed. At present there are many land function
changing on the Ciliwung watershed that effecting the river overflow easly until
flooding in the downstream. River discharge assessment become important to do
in order to prevent flooding. ArcSWAT software is a tool which used in this
discharge assessment. ArcSWAT software have 4 processes to do, that are
watershed delineation, shaping of Hydrological Response Unit (HRU), shaping of
climate data, and also simulation process. Simulation yield for the upperstream of
Ciliwung watershed has shaped 27 sub-basin and also 491 kind of HRU. This
research utilize SWAT Editor as the application for the calibration. Base on
simulation yield calibrated, maximum monthly discharge has been obtained as big
as 59.42 m3/sec, minimum discharge as big as 2.02 m3/sec, and also average
discharge as big as 14.61 m3/sec. Coefficient determination value of R2 and NS
value are 0.831 and 0.599. For this result the simulation yield of ArcSWAT for
Ciliwung upperstream watershed is valid with the good category result.
Keywords: Upstream Ciliwung watershed, discharge, ArcSWAT, simulation, NS
and R2 values
PENDUGAAN DEBIT ALIRAN SUNGAI CILIWUNG DI
BENDUNG KATULAMPA MENGGUNAKAN SOFTWARE
ARCSWAT
PUTRI RODUA MARBUN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Pendugaan Debit Aliran Sungai Ciliwung Di Bendung Katulampa
Menggunakan Software ArcSWAT
Nama
: Putri Rodua Marbun
NIM
: F44100029
Disetujui oleh
Dr Ir Yuli Suharnoto, M Eng
Pembimbing
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Budi Indra Setiawan, M.Agr
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas segala
karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Judul yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 ini ialah Pendugaan Debit
Aliran Sungai Ciliwung Di Bendung Katulampa Menggunakan Software
ArcSWAT.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah
membantu dalam pembuatan skripsi ini, diantaranya adalah :
1. Bapa Binton Marbun, Ibu Ida Sihombing, Fantarida Marbun, Putri Melati
Marbun, dan Edi Haposan Marbun sebagai keluarga yang telah memberikan
dukungan dan semangat luar biasa, baik moral maupun material.
2. Dr Ir Yuli Suharnoto, MEng selaku dosen pembimbing akademik yang telah
memberikan arahan, bimbingan, solusi, dan berbagai masukan dalam
penyelesaian skripsi ini.
3. Prof Dr Ir Asep Sapei, MS dan Dr Satyanto K Saptomo, STP. M.Si selaku dosen
penguji skripsi yang telah memberikan saran dalam perbaikan skripsi ini.
4. Bapak Gunadi selaku pihak BPDAS yang telah membantu dalam proses
pembelajaran software.
5. Helena Novitasari Lasol sebagai teman satu bimbingan, yang telah
memberikan motivasi dan dukungannya.
6. Teman-teman Teknik Sipil dan Lingkungan (SIL) angkatan ketiga yang
senantiasa berjuang bersama selama 3 tahun ini.
7. Teman-teman satu pelayanan GBP Duta Kristus yang telah mendoakan dan
mendukung dalam penyelesaian skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Saran dan masukan sangat diharapkan
guna memperbaiki penulisan selanjutnya.
Bogor, Oktober 2014
Putri Rodua marbun
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
3
Daerah Aliran Sungai (DAS) Ciliwung
3
Penggunaan Lahan
4
Geographic Information System (GIS)
5
Soil and Water Assessment Tools (SWAT)
5
METODE PENELITIAN
7
Waktu dan Tempat Penelitian
7
Bahan dan Alat
7
Prosedur Penelitian
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
14
Kondisi DAS Ciliwung Hulu
14
Penggunaan Lahan Ciliwung Hulu
15
Analisis Debit Menggunakan ArcSWAT
16
Proses Delineasi DAS
16
Pembentukan HRU
17
Pembentukan Data Iklim
18
Simulasi ArcSWAT
20
Kalibrasi dan Validasi
22
SIMPULAN DAN SARAN
25
Simpulan
25
Saran
25
DAFTAR PUSTAKA
25
LAMPIRAN
27
RIWAYAT HIDUP
29
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
File data input pada ArcSWAT untuk analisis hidrologi
Kategori simulasi berdasarkan NSI
Sebaran tutupan lahan DAS Ciliwung Hulu
Sebaran jenis tanah DAS Ciliwung Hulu
Kategori kemiringan lahan
Kondisi iklim DAS Ciliwung Hulu
Format data terbaca oleh ArcSWAT
Nilai statistik hasil penelitian
12
12
15
18
18
20
20
25
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Lokasi upstream-middlestream-downstream DAS Ciliwung
Representasi fase lahan pada siklus hidrologi dalam model SWAT
Pengolahan dengan filter excel
Perhitungan dengan pivot table
Aplikasi pcpSTAT.exe
Diagram alir penenlitian
Posisi DAS Ciliwung
Peta sebaran penggunaan lahan DAS Ciliwung Hulu
Peta DEM (Digital Elevation Model resolusi 30 meter)
Peta hasil delineasi DAS Ciliwung Hulu
Peta Hydrological Response Unit DAS Ciliwung
Rata-rata curah hujan tahun 1979-2010
Fluktuasi debit harian hasil simulasi dan observasi
Fluktuasi debit bulanan hasil simulasi dan observasi
Grafik hasil kalibrasi debit harian DAS Ciliwung Hulu
Grafik hasil kalibrasi debit bulanan DAS Ciliwung Hulu
Grafik hasil validasi debit DAS Ciliwung Hulu tahun 2010
3
6
9
10
10
13
14
15
16
17
17
19
21
21
23
23
24
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
Posisi Stasiun Cuaca
Data Weather Generator
27
28
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Daerah aliran sungai (DAS) merupakan suatu wilayah yang dibatasi
punggung bukit dimana hujan yang jatuh pada daerah tersebut akan dialirkan pada
satu outlet yang sama. Dalam pengelolaannya DAS dibagi atas tiga bagian yaitu
DAS bagian hulu, tengah, dan hilir. DAS hulu merupakan daerah penting dalam
suatu DAS, karena memiliki peran sebagai daerah peresapan air dengan tujuan
untuk mengurangi aliran permukaan dan timbulnya kejadian banjir. Kondisi
hidrologis suatu DAS dapat dilihat dari kemampuan DAS tersebut dalam
menyerap, menahan, menyimpan, dan mengalirkan air sehingga tercipta
keseimbangan air. Kondisi hidrologis suatu DAS dikatakan baik jika pada DAS
tersebut tidak terjadi banjir pada musim penghujan dan tidak terjadi kekeringan
pada musim kemarau. (Caroline, 2012)
Daerah Aliran Sungai (DAS) Ciliwung merupakan salah satu DAS yang
melewati empat wilayah administrasi, yaitu Kabupaten Bogor, Kotamadya Bogor,
Kota Administrasi Depok, dan Provinsi DKI Jakarta. Kondisi DAS Ciliwung saat
ini sangat mengkhwatirkan karena selain banjir yang sering terjadi juga karena
tingkat erosi dan sedimentasi yang terjadi terlalu tinggi.
Kawasan Hulu DAS Ciliwung berfungsi sebagai daerah pelindung dan
penyangga wilayah DAS, jika terjadi perubahan pada komponennya maka akan
mempengaruhi seluruh bagian DAS. Saat ini telah terjadi banyak pengalih-gunaan
lahan di daerah DAS Ciliwung yang mengakibatkan erosi cenderung meningkat.
Erosi dan sedimentasi menyebabkan pendangkalan sungai sehingga daya
tampungnya berkurang. Hal ini akan mengakibatkan sungai Ciliwung mudah
meluap dan dapat membahayakan keselamatan penduduk disekitar daerah aliran
sungai yaitu Jakarta, Bogor, Bekasi dan sekitarnya.
Perubahan penggunaan lahan dari vegetasi (vegetated land) menjadi
nonvegetasi (non-vegetated land) pada DAS cenderung meningkat intensitasnya
menurut ruang dan waktu sebagai konsekuensi logis dari aktivitas lebih
pembangunan dan laju pertumbuhan penduduk yang tinggi. Adanya peningkatan
intensitas perubahan alih fungsi lahan tersebut tentunya membawa pengaruh
terhadap kondisi hidrologi DAS diantaranya meningkatnya debit puncak, fluktuasi
debit antar musim, koefisien aliran permukaan, serta banjir dan kekeringan.
Kondisi debit sungai berubah dari waktu ke waktu sepanjang tahun. Untuk
memonitor perubahan debit, tinggi muka air sungai harus selalu diamati secara
kontinyu setiap waktu baik pada musim hujan maupun musim kemarau. Alih
fungsi lahan yang terjadi diseluruh DAS akan tergambarkan dengan indikator
fluktuasi debit yang terjadi.
Kaitannya dengan debit sungai, salah satu faktor cuaca yang mempengaruhi
debit sungai adalah hujan. Intensitas hujan yang tinggi merupakan salah satu
penyebab terjadinya debit sungai yang besar, dan debit sungai yang besar ini
merupakan salah satu penyebab terjadinya banjir. Di antara komponen tersebut
limpasan permukaan merupakan penyumbang terbesar kejadian banjir. Limpasan
permukaan (Direct Run Off) merupakan besarnya air yang mengalir atau
tertampung menjadi debit aliran pada sungai atau DAS (Sularto, 2006)
2
Pendugaan debit sungai menjadi penting dilakukan agar dapat
mengantisipasi terjadinya banjir. Pendugaan debit sungai dapat dilakukan dengan
berbagai cara dan salah satunya adalah dengan melakukan pemodelan. Model
pendugaan debit suatu DAS dapat dilakukan menggunakan software fisik berbasis
Sistem Informasi Geografis (SIG), salah satu software tersebut adalah Soil and
Water Assessment Tools (SWAT) yang dapat digunakan untuk memperhitungkan
dan mengkaji kondisi hidrologi serta perubahan tata guna lahan suatu wilayah.
Perumusan Masalah
Kawasan Hulu DAS Ciliwung berfungsi sebagai daerah pelindung dan
penyangga wilayah DAS. Pada saat ini, kawasan tersebut telah terjadi banyak alih
fungsi. Terjadinya peningkatan intensitas alih fungsi lahan tersebut mempengaruhi
kondisi hidrologi DAS dimana debit puncakpun akan meningkat yang
mengakibatkan banjir di bagian hilir. Alih fungsi lahan yang terjadi diseluruh
DAS akan tergambarkan dengan indikator fluktuasi debit yang terjadi. Sehingga
pendugaan debit sungai menjadi penting dilakukan agar dapat mengantisipasi
terjadinya banjir.
Tujuan Penelitian
1. Melakukan pendugaan debit aliran sungai Ciliwung Hulu menggunakan
software ArcSWAT
2. Melakukan kalibrasi dan validasi hasil simulasi ArcSWAT pada DAS Ciliwung
Hulu
Manfaat Penelitian
Hasil kajian dalam penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai
bantuan dalam memprediksi kejadian banjir sungai Ciliwung dimana dapat
dipantau dari bagian Hulu Sungai Ciliwung yaitu Katulampa. Melalui skripsi
inipun diharapkan dapat memberikan informasi mengenai software ArcSWAT
sebagai model hidrologi yang akurat.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini mengambil permasalahan mengenai pendugaan debit sungai
Ciliwung di Bendung Katulampa menggunakan software ArcSWAT. Ruang
lingkup penelitian meliputi pembuatan model hidrologi dimana objek sungai yang
diteliti adalah Ciliwung Hulu. Sungai ini merupakan sungai yang sering meluap
sehingga menyebabkan Banjir kota Jakarta di bagian hilir. Melalui software
ArcSWAT akan dilakukan analisis hidrologi sehingga di peroleh parameter
SWAT untuk DAS Ciliwung Hulu dimana output akhirnya akan diprediksi debit
sungai Ciliwung Hulu dengan model.
3
TINJAUAN PUSTAKA
Daerah Aliran Sungai (DAS) Ciliwung
Menurut Asdak (1999), Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah suatu daerah
yang dibatasi oleh garis ketinggian di mana setiap air yang jatuh di permukaan
tanah akan dialirkan melalui satu outlet. DAS mempunyai arti penting terutama
dalam hubungan ketergantungan antara hulu dan hilir. Perubahan komponen DAS
di daerah hulu akan sangat mempengaruhi komponen DAS pada daerah hilirnya.
Oleh sebab itu, perencanaan daerah hulu menjadi sangat penting. Banjir di Jakarta
merupakan permasalahan nasional yang terjadi akibat perubahan sistem DAS
yang kontinu dimulai dari wilayah upstream - middlestream - downstream yang
signifikan.
Gambar 1 Lokasi upstream-middlestream-downstream DAS Ciliwung
(http:bebasbanjir2025.wordpress.com)
DAS Ciliwung seluas 34.700 ha merupakan salah satu DAS yang mencakup
dua wilayah provinsi yaitu Provinsi Jawa Barat dan Provinsi DKI Jakarta serta
melintasi Kabupaten Bogor, Kota Bogor, Kota Depok, Kota Jakarta, dan bermuara
di teluk Jakarta. Panjang sungai utama Ciliwung 117 km. (Pawitan, 2002).
Berdasarkan wilayah pengelolaannya DAS Ciliwung dibagi ke dalam tiga bagian
yaitu bagian hilir, bagian tengah dan bagian hulu.
Wilayah bagian hilir sampai dengan Pintu Air Manggarai termasuk dalam
wilayah pemerintahan Kota Jakarta Selatan dan Jakarta Pusat, dan kemudian
mengarah ke hilir lagi hingga masuk ke saluran buatan Kanal Barat. Di wilayah
hilir ini Sungai Ciliwung melintasi wilayah Jakarta Selatan, Jakarta Pusat, Jakarta
Barat dan Jakarta Utara. Sub-DAS bagian tengah, aliran Sungai Ciliwung
melintasi wilayah Kabupaten Bogor (Kecamatan Sukaraja, Cibinong, Bojonggede,
dan Cimanggis), Kota Bogor (Bogor Timur, Bogor Utara, dan Tanah Sereal) dan
Kota Depok (Kecamatan Pancoran Mas, Sukmajaya, dan Beji). Bagian hulu DAS
Ciliwung meliputi sebagian besar wilayah Kabupaten Bogor (Kecamatan Ciawi,
4
Megamendung, Cisarua, dan Sukaraja), dan Kota Bogor (sebagian kecil
Kecamatan Bogor Timur). DAS bagian hulu merupakan bagian penting dalam
sistem DAS karena merupakan daerah peresapan air sehingga memiliki fungsi
perlindungan terhadap seluruh bagian DAS. Secara biogeofisik, daerah hulu DAS
memiliki ciri seperti, merupakan daerah konservasi, mempunyai kerapatan
drainase lebih tinggi, daerah dengan kemiringan lereng besar (>15%), bukan
daerah banjir, pengaturan pemakaian air ditentukan oleh pola drainase, dan jenis
vegetasi merupakan tegakan hutan (Asdak, 2007).
Penggunaan Lahan
Penggunaan lahan (land use) merupakan campur tangan manusia terhadap
kondisi lahan, baik secara menetap maupun berkala untuk memenuhi kebutuhan
hidup baik material maupun spiritual. Penggunaan lahan dapat dikelompokkan ke
dalam dua golongan besar, yaitu penggunaan lahan pertanian dan penggunaan
lahan bukan pertanian. Penggunaan lahan pertanian dibedakan secara garis besar
ke dalam macam penggunaan lahan berdasarkan penyediaan air dan lahan yang
diusahakan. Berdasarkan hal itu, dikenal berbagai macam penggunaan lahan
seperti sawah, tegalan, kebun, kebun campuran, ladang, perkebunan, dan hutan.
Penggunaan lahan bukan pertanian dapat dibedakan menjadi penggunaan kota
atau desa (pemukiman), industri, rekreasi, dan sebagainya (Arsyad, 2006).
Lahan merupakan bagian dari bentang alam (landscape) yang mencakup
pengertian lingkungan fisik termasuk iklim, topografi/relief, tanah, hidrologi, dan
bahkan keadaan vegetasi alami (natural vegetation) yang semuanya secara
potensial akan berpengaruh terhadap penggunaan lahan. (FAO, 1999). Lahan
dalam pengertian yang lebih luas termasuk yang telah dipengaruhi oleh berbagai
aktivitas flora, fauna, dan manusia baik di masa lalu maupun saat sekarang, seperti
lahan rawa dan pasang surut yang telah direklamasi atau tindakan konservasi
tanah pada suatu lahan tertentu (Departemen Pertanian). Perubahan penggunaan
lahan ialah adanya pertambahan atau pengurangan luas suatu jenis penggunaan
lahan akibat dari adanya pertambahan atau pengurangan penggunaan lahan yang
lain. Perubahan penggunaan lahan memberikan pengaruh nyata terhadap kualitas
DAS yang ada di sekitarnya. Hasil penelitian di banyak negara telah memberikan
informasi mengenai pengaruh komposisi vegetasi terhadap kondisi aliran air.
Menurut Asdak (2007), secara umum kenaikan aliran air disebabkan oleh
penurunan penguapan air oleh vegetasi (transpiration) dan dengan demikian
aliran air permukaan maupun air tanah semakin besar.
Perubahan tata guna lahan merupakan penyebab utama banjir (tingginya
runoff) dibandingkan dengan faktor lainnya. Apabila suatu hutan yang berada
dalam suatu daerah aliran sungai diubah menjadi pemukiman, maka debit puncak
sungai akan meningkat antara 6 sampai 20 kali. Angka tersebut tergantung dari
jenis hutan dan jenis pemukiman (Kodoatie dan Sjarief, 2008).
Selanjutnya, faktor penutupan lahan vegetasi cukup signifikan dalam
pengurangan ataupun peningkatan aliran permukaan. Hutan yang lebat
mempunyai tingkat penutup lahan yang tinggi, sehingga apabila hujan turun,
faktor penutupan lahan ini akan memperlambat kecepatan aliran permukaan,
bahkan bisa terjadi kecepatan mendekati nol.
5
Geographic Information System (GIS)
Geographic Information System (GIS) atau Sistem Informasi Geografis
(SIG) merupakan sistem yang memberikan banyak bantuan terhadap informasi
keruangan. Secara harafiah, SIG dapat diartikan sebagai ”suatu komponen yang
terdiri dari perangkat keras, perangkat lunak, data geografis dan sumberdaya
manusia yang bekerja bersama secara efektif untuk menangkap, menyimpan,
memperbaiki, memperbaharui, mengelola, memanipulasi, mengintegrasikan,
menganalisa, dan menampilkan data dalam suatu informasi berbasis geografis”
SIG mempunyai kemampuan untuk menangani data bereferensi geografi yaitu
pemasukan data, manajemen data, manipulasi dan analisis data, dan keluaran
sebagai hasil akhirin (Aronof, 1989).
SIG terdiri atas 4 komponen, yaitu Hardware, Software, Brainware,dan
Data Spasial. Tingkat keberhasilan dari suatu kegiatan SIG dengan tujuan apapun
sangat bergantung dari interaksi ke empat komponen ini. ArcGIS adalah salah
satu software yang dikembangkan oleh ESRI (Environment Science & Research
Institute) yang merupakan kompilasi fungsi-fungsi dari berbagai macam software
GIS yang berbeda seperti GIS desktop, server, dan GIS berbasis web. Produk
utama dari ArcGIS adalah ArcGIS desktop, dimana arcGIS desktop merupakan
software GIS professional yang komprehensif dan dikelompokkan atas tiga
komponen yaitu : ArcView (komponen yang fokus pada penggunaan data yang
komprehensif, pemetaan dan analisis), ArcEditor (lebih fokus ke arah editing data
spasial) dan ArcInfo (lebih fikus pada penyajian fungsi-fungsi GIS termasuk untuk
keperluan analisis geoprosesing). Software ArcGIS inilah yang akan digunakan
dalam proses pemetaan.
Aplikasi GIS digunakan dalam berbagai keperluan informasi keruangan,
selama data yang digunakan memiliki referensi geografi. Pada pelaksanaannya,
GIS digunakan untuk melakukan pengolahan data peta digital yang memiliki
sistem koordinat sendiri. Sistem koordinat merupakan pendefinisian suatu titik
awal dari pembuatan peta. Sistem koordinat di Indonesia terdiri dari sistem
koordinat geografis dan sistem koordinat Universal Transverse Mecator (UTM).
Kedua sistem koordinat tersebut memiliki karakteristik yang berbeda satu sama
lain. Pada koordinat geografis, bumi dibagi menurut garis khayal yang biasa
disebut dengan garis lintang (latitude atau paralell) dan garis bujur (longitude
atau meridian).
Soil and Water Assessment Tools (SWAT)
Analisis yang dapat dilakukan untuk menggambarkan kondisi hidrologi
DAS adalah dengan mengandaikan proses transformasi yang terjadi mengikuti
suatu aturan tertentu dimana harus dapat menggambarkan kondisi biofisik DAS
dalam proses transformasi yang disusun dalam sebuah model hidrologi (Harto,
2000). Pemilihan jenis model diperlukan untuk menentukan model yang paling
sesuai dengan keadaan DAS. Model pengelolaan DAS dapat dilakukan dengan
berbagai cara dan salah satu cara yang cukup teliti dan cermat adalah dengan
menggunakan geographic information system (GIS). SWAT (Soil and Water
6
Assessment Tool) merupakan model kejadian kontinu untuk skala DAS yang
beroperasi secara harian dan dirancang untuk memprediksi dampak pengelolaan
terhadap air, sedimen, dan kimia pertanian pada DAS yang tidak memiliki alat
pengukuran.
SWAT (Soil and Water Assessment Tool) merupakan model terdistribusi
yang terhubung dengan Sistem Informasi Geografis (SIG) dan mengintegrasikan
Spatial DSS (Decision Support System). Model SWAT dioperasikan pada interval
waktu harian dan dirancang untuk memprediksi dampak jangka panjang dari
praktek pengelolaan lahan terhadap sumberdaya air, sedimen dan hasil
agrochemical pada DAS besar dan komplek dengan berbagai skenario tanah,
penggunaan lahan dan pengelolaan berbeda. (Pawitan, 2004). SWAT
memungkinkan sejumlah proses fisik yang berbeda untuk disimulasikan pada
suatu DAS. Penggunaan model SWAT dapat mengidentifikasi, menilai,
mengevaluasi tingkat permasalahan suatu DAS dan sebagai alat untuk memilih
tindakan pengelolaan dalam mengendalikan permasalahan tersebut. Dengan
demikian diharapkan dengan penggunaan model SWAT dapat dikembangkan
beberapa skenario guna menentukan kondisi perencanaan pengelolaan DAS
terbaik. Penggunaan model SWAT dapat digunakan pada beberapa fase
pengelolaan DAS.
Model ini memungkinkan untuk diterapkan dalam berbagai analisis serta
simulasi suatu DAS, sehingga agar menghasilkan output yang baik, model SWAT
melakukan simulasi berdasarkan beberapa hal, diantaranya adalah:
Gambar 2 Representasi fase lahan pada siklus hidrologi dalam model
SWAT (Neitsch et al, 2004)
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.
7
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 untuk dampak dalam
jangka waktu yang lama.
Model SWAT berbasis fisik, efisien secara komputerisasi, dan mampu
membuat simulasi untuk jangka waktu yang panjang. Komponen utama model
adalah iklim, hidrologi, suhu dan karakteristik tanah, pertumbuhan tanaman, unsur
hara, pestisida, patogen dan bakteri, dan pengelolaan lahan. Dalam SWAT, DAS
dibagi menjadi beberapa SubDAS, yang kemudian dibagi lagi ke dalam unit
respon hidrologi (Hydrologic Response Units = HRU) yang memiliki karakteristik
penggunaan lahan, pengelolaannya, dan tanah yang homogen. HRU menunjukkan
persentase SubDAS yang teridentifikasi dan tidak teridentifikasi secara spasial
dalam simulasi SWAT. Alternatif lainnya, sebuah DAS dapat dibagi ke dalam
SubDAS yang memiliki karakteristik penggunaan lahan, jenis tanah dan
pengelolaan yang dominan. Salah satu fungsi SWAT adalah dapat digunakan
untuk melakukan analisis debit sungai suatu DAS pada suatu wilayah. Dalam
penggunaan model SWAT, perlu dilakukan kalibrasi dan validasi sesuai dengan
ketersediaan data, agar hasil yang diperoleh dapat sesuai dengan kondisi
sebenarnya di lapangan. Proses ini dibutuhkan karena setiap DAS memiliki
karakteristik yang berbeda-beda. Relevansi model dengan keadaan yang
sebenarnya dievaluasi dengan memperhitungkan standar deviasi dan efisiensi
model.
METODE
Waktu dan Tempat
Kawasan DAS yang diteliti adalah sub DAS Ciliwung Hulu seluas 14.860
ha, secara geografis terletak pada 106º 49º 40” – 107º 00’ BT dan 6o 38’ 15“ LS –
6º 46’ LS. Pengambilan data dilaksanakan di kantor BPDAS (Badan Pengelolaan
Daerah Aliran Sungai) Citarum-Ciliwung serta SPAS (Stasiun Pengamatan Arus
Sungai) Katulampa. Pengolahan data dilaksanakan di kampus Institut Pertanian
Bogor Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :
1. Peta DEM (Digital Elevation Model)
2. Peta Batas Daerah Aliran Sungai (DAS) Ciliwung Hulu
3. Peta tutupan lahan DAS Ciliwung tahun 2009
4. Peta jenis tanah DAS Ciliwung
5. Data iklim dari CRU (Climate Riset Unit), meliputi :
8
5.a. Data curah hujan harian (mm) tahun 1979 – 2010
5.b. Data temperatur maksimum dan minimum (oC)
5.c. Data radiasi matahari (MJ/m2/hari)
5.d. Data kecepatan angin (m/dt)
6. Data debit harian lapang sungai Ciliwung tahun 1991 – 2010
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
Program perangkat lunak (Software) ArcGIS 10.1
Software ArcSWAT 2012
Software SWAT Editor 2012
Software SWAT Graph dan SWAT plot
pcpSTAT.exe
Program Microsoft Office 2010
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian terdiri dari tahap persiapan, pengumpulan data,
pengolahan data, serta pendugaan data dengan ArcSWAT. Adapun diagram alir
penelitian ini seperti ditunjukan pada Gambar 4.
1. Tahap persiapan
Pada tahap persiapan dilakukan proses identifikasi data dan bahan yang
diperlukan dalam penelitian. Berdasarkan hasil identifikasi maka alat dan bahan
yang dibutuhkan adalah sesuai dengan yang tertera di atas.
2. Pengumpulan data
Data yang digunakan dalam penelitian ini berupa data sekunder. Data
didapat dari instansi terkait. Data hidrologi DAS Ciliwung Hulu berupa data debit
harian dari SPAS (Stasiun Pengamatan Arus Sungai) Katulampa, data iklim
diperoleh dari CRU (Climate Riset Unit), data tanah dari FAO (Food and
Agriculture Organization), data DEM dari ASTER, data tata guna lahan serta
batas sub-DAS Ciliwung hulu diperoleh dari BPDAS (Badan Pengelolaan Daerah
Aliran Sungai) Citarum –Ciliwung.
3. Pengolahan Data
Software ArcSWAT memerlukan data berupa data spasial (peta-peta) dan
data atribut. Sebelum memulai tahapan pengolahan dengan menggunakan
ArcSWAT, perlu dilakukan persiapan terhadap data yang akan dimasukkan
sebagai input dalam ArcSWAT yakni membuat sistem koordinat pada peta DEM
(30 m x 30 m), landuse, dan tanah. Sistem koordinat yang digunakan adalah
sistem koordinat Universal Tranverse Mercator (UTM) WGS 1984 pada zone 48S.
Data iklim yang merupakan masukan dalam ArcSWAT adalah curah hujan
(mm), temperatur udara maksimum dan minimum harian (ºC), radiasi sinar
matahari hariaan (MJ/m²/hari), kelembaban udara harian (%), serta kecepatan
angin (m/s). Data-data tersebut dikumpulkan dalam file PCP, TMP, SLR, HMD,
WGN. Selain data iklim, pada penelitian ini juga menggunakan data curah hujan
dari 1 stasiun penakar (pos hujan) yaitu p671069 (kode dari sumber) yang
diperoleh dari GCM (Geo Climate Metereology).
9
Proses membuat weather generator (wgn) diperlukan data iklim. Untuk
membentuk weather generator, data iklim yang ada di olah menjadi input yang
diminta oleh ArcSWAT. Adapun parameter yang harus dimasukkan adalah :
a) TITTLE
: judul pada baris pertama file .wgn.
b) WLATITUDE
: koordinat lintang stasiun iklim.
c) WLONGITUDE : koordinat bujur stasiun iklim.
d) WLEV
: elevasi stasiun iklim (m).
e) RAIN_YRS
: jumlah tahun data iklim yang digunakan
f) Temperatur maksimum (TMPMX)
g) Temperatur Minimum (TMPMN)
h) Standar Deviasi suhu maksimum harian (TMPSTMTDMX)
i) Standar Deviasi Suhu Minimum Harian (TMPSTMTDMN)
j) Curah hujan rata-rata (PCPMM)
k) Standar Deviasi Untuk curah hujan Harian (PCPSTD)
l) Koefisien skew untuk curah hujan harian dalam satu bulan (PCPSKEW)
m) Perbandingan kemungkinan hari basah ke hari kering dalam satu bulan dengan
jumlah hari kering dalam satu bulan (PR-W1)
n) Perbandingan jumlah hari kering ke hari kering dengan jumlah hari kering
dalam satu bulan (PR-W2)
o) Jumlah hujan rata-rata pada bulan tertentu selama n tahun (PCPD)
p) Jumlah curah hujan maksimum dalam 0.5 jam (RAINHHMX)
q) Radiasi matahari (SOLARAV)
r) Titik beku (DEWPT)
s) Kecepatan angin (WNDAV)
Parameter Iklim di atas diolah dengan menggunakan program MS.excel,
yaitu dengan filter excel dan pivot table. Berikut tampilan filter dan pivot table
dalam mengolah data :
filter tools
Gambar 3 Pengolahan dengan filter excel
10
Calculate Tools
Gambar 4 Perhitungan dengan pivot table
Pengolahan data dengan filter dan pivot table ini sangat mempermudah dan
mempercepat dalam mendapatkan hasil dibandingkan harus menghitung manual.
pivot table digunakan untuk mendapatkan perhitungan statistik antara lain
temperatur maksimal dan minimum, temperatur standar deviasi maksimum dan
minimum. Sedangkan untuk curah hujan (mm) dimana terdapat 5 nilai parameter
yang harus dihitung, digunakan aplikasi pcpSTAT.exe. Aplikasi ini dibuat untuk
menghitung secara otomatis nilai standar deviasi, koefisien skew, curah hujan
rata-rata, jumlah hari kering, dan jumlah hari basah dari curah hujan harian yang
ada. Berikut tampilan aplikasi pcpSTAT.exe :
Gambar 5 Aplikasi pcpSTAT.exe
Jumlah curah hujan maksimum dalam 0.5 jam (RAINHHMX) diperoleh dari
data curah hujan harian dan durasi hujan menggunakan metode Mononobe :
I=
Dimana :
[ ]
…………………………………..(1)
11
I adalah intensitas hujan (mm/jam)
R24 adalah curah hujan maksimum harian selama 24 jam (mm)
t adalah waktu konsentrasi hujan (jam)
4. Pendugaan Debit Menggunakan ArcSWAT
Pendugaan debit aliran sungai DAS Ciliwung Hulu dilakukan menggunakan
software ArcSWAT. Data input berupa karakteristik tanah, iklim, tata guna lahan,
dan hidrologi yang telah disiapkan pada proses pengumpulan dan pengolahan data
dimasukkan ke dalam data input file. Tahapan kegiatan analisis yang dilakukan
adalah sebagai berikut :
a. Delineasi Daerah Observasi
Peta DEM Ciliwung dengan resolusi 30m x 30m dijadikan input untuk
mempresentasikan beda elevasi dari setiap titik untuk melihat arah aliran air
permukaan. Aliran sungai yang terbentuk akan membentuk suatu daerah aliran
sungai dan outlet. Daerah observasi akan didelineasi berdasarkan batas topografi
alami DAS.
b. Pembentukan HRU (Hydrological Response Unit)
HRU adalah unit satuan lahan dengan unsur karakteristik sub DAS yang
berpengaruh terhadap terjadinya erosi. Setiap HRU akan memiliki informasi sub
DAS, nomor HRU, jenis penutupan lahan, jenis lahan, kemiringan lahan, dan luas
HRU. HRU didapatkan dari overlay peta tanah dan peta penggunaan lahan.
Pembuatan HRU terdiri dari interval slope, peta raster landuse dan peta raster
tanah format sistem koordinat proyeksi UTM. Threshold dari persentase total
luasan yang digunakan untuk landuse (0%), jenis tanah (0 %), dan Slope (0 %).
c. Pembentukan Data Iklim
Pembuatan basis data iklim untuk membuat data generator iklim (weather
generator data) membutuhkan parameter input yang harus dihitung terlebih
dahulu berdasarkan data iklim. Adapun data yang harus dimasukan adalah data
curah hujan (mm), data temperatur maksimum dan minimum (oC), data radiasi
matahari (MJ/m2/hari), data kecepatan angin (m/dt), dan data kelembaban relatif
(%). Parameter iklim yang telah dihitung dengan metode pengolahan data di atas,
siap di-input ke dalam ArcSWAT.
d. Simulasi
Proses simulasi dilakukan setelah proses penggabungan HRU dengan data
iklim. Pada tahapan ini periode simulasi yang digunakan adalah periode Januari
2008 – Desember 2009. Pembacaan output debit hasil simulasi ArcSWAT dengan
debit hasil observasi lapangan dilakukan menggunakan SWAT Plot dan SWAT
Graph.
5. Kalibrasi dan validasi
Ketentuan nilai yang digunakan dalam melakukan kalibrasi dan validasi
adalah koefisien determinasi (R2) dan Nash-Sutcliffe Index (NSI) yang
direkomendasikan oleh The American of Civil Engineers (Neitsch et al, 2004).
Kalibrasi yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan SWAT Editor
sebagai tools untuk memperbaiki nilai simulasi. Hasil debit terkalibrasi perlu di
lakukan validasi untuk membuktikan bahwa metode ini dapat memberikan hasil
yang konsisten sesuai dengan spesifikasi yang telah ditetapkan
12
Tabel 1 File data input pada ArcSWAT untuk analisis hidrologi
Nama File
CIO
COD
FIG
BSN
SUB
HRU
GW
RTE
CROP
URBAN
PCP
TMP
SLR
HMD
WGN
SOL
MGT
Fungsi
File untuk mengontrol data input dan output
Mengontrol file input dan output
Mengidentifikasi jaringan hidrologi sungai
Mengontrol keragaman parameter di tingkat DAS
Mengontrol keragaman parameter di tingkat Sub DAS
Mengontrol keragaman parameter di tingkat HRU
File air bawah tanah
File pergerakan air, sedimen, hara, dan pestisida
File parameter tumbuh tanaman
File data lahan terbangun atau urban area
File data curah hujan harian
File temperatur udara maksimum dan minimum harian
File radiasi matahari harian
File kelembaban udara harian
File data generator iklim
File data tanah
File pengelolaan dan penutupan lahan
Sumber: Neitsch et al 2004
Persamaan model yang digunakan adalah sebagai berikut:
[
[
√∑
∑
√∑
∑
(
(
(
̅
̅
̅
Dimana :
= Debit Observasi (m3/det)
= Debit simulasi (m3/det)
̅
= debit observasi rata- rata (m3/dt)
̅
= debit simulasi rata-rata (m3/dt)
̅
)(
) ∑
)(
∑
̅
(
(
̅
̅
)
̅
)
)
] …………….(2)
)
]……………...(3)
Tabel 2 Kategori simulasi berdasarkan NSI
Kriteria
Sangat Baik
Baik
Memuaskan
Kurang Memuaskan
Sumber : Moriasi et al. (2007)
NSE
0.75