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 InputOutput 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 iklimpos 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
o
C 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-5: total rata-rata hujan pada bulan tersebut selama n tahun mm.
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 MJm
2
hari. Baris ke-13: rata-rata titik embun pada bulan tersebut selama n tahun
o
C. Baris ke-14: rata-rata harian kecepatan angin pada bulan tersebut selama n tahun
mdet. 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 LahanHRU Input file dari semua proses yang berjalan pada level
HRU 12.
SOL Unit LahanHRU
Data input karakteristik tanah 13.
GW Unit LahanHRU
Data input air bawah tanah 14.
MGT Unit LahanHRU
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
area DAS. Dialog-box proses AWD diberikan pada Gambar 10.
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 OutletInlet
Definition and Delineation Completion, titik outlet sungai diposisikan pada PDA Majalaya yang berada pada koordinat Latitude -7.052
o
dan Longitude 107.755
o
.
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 R
2
dan efisiensi model yang dinyatakan dengan nilai Nash – Sutcliffe Efficiency NSE. Persamaan NSE dituliskan sebagai:
Dimana n = jumlah data; Q
ob
= nilai observasi; Q
sim
= nilai simulasi; dan Q
ro
= 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.
Gambar 14. Diagram alir proses kalibrasi model MWSWAT
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Keadaan Daerah Penelitian
Kategori