28
Gambar 18 . Koefisien determinasi R
2
sebelum kalibrasi
Gambar 19. Grafik debit simulasi dan debit observasi sebelum kalibrasi
4. 4. Kalibrasi
Kalibrasi pada model SWAT dilakukan dengan mengunakan software SWAT CUP 2009 v4.3.7. Kalibrasi model dilakukan dengan cara membandingkan debit harian hasil observasi DAS
Saba yang keluar dari outlet dengan debit harian hasil simulasi model SWAT. Kalibrasi digunakan pada tahun 2009.
Kalibrasi perlu dilakukan pada model MW-SWAT karena banyaknya keterbatasan pada model hidrologi tersebut. Keterbatasan dapat terjadi karena adanya penyederhanaan yang
mengakibatkan banyaknya kejadian alam pada daerah aliran sungai yang tidak dapat diwakili oleh model. Beberapa keterbatasan yang tidak dapat diwakili oleh model MW-SWAT adalah longsor, efek
y = 0.1042x + 19.011 R² = 0.0218
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
110 120
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
110 120
Deb it
O b
serv a
si m
3 d
et ik
Debit Simulasi m3detik
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
110 120
100 200
300 400
D e
b it
m 3d
e tik
Hari ke-
Simulasi Observasi
29
konstruksi besar seperti jembatan, jalan, dan bendungan yang mengakibatkan sedimentasi, serta pembuangan limbah pabrik ke aliran sungai.
Project type yang digunakan pada SWAT CUP 2009 yaitu metode kalibrasi Sufi2. Beberapa bagian penting pada software ini adalah Calibration Inputs, Executable Files, dan Calibration
Outputs. Calibration Inputs merupakan kumpulan data yang digunakan sebagai masukan proses kalibrasi, terdiri dari par_inf.txt, SUFI2_swEdit.def, File.Cio, Absolute_SWAT_Values.txt,
Observation, Extraction, Objective Function, dan No Observation. Executable Files berisi file-file yang digunakan untuk memberikan perintah melakukan proses kalibrasi, terdiri dari SUFI2_pre.bat,
SUFI2_run.bat, SUFI2_post.bat, dan Sufi2_Extract.bat. Hasil dari proses kalibrasi kemudian dapat dilihat pada Calibration Ouputs yang terdiri dari 95ppu.plot, 95ppu-No-Observed plot, Dotty Plots,
Best_Par.txt, Best_Sim.txt, Goal.txt, New_pars.txt, dan Summary_Stat.txt. Parameter-parameter yang bisa digunakan sebagai masukan proses kalibrasi hanya parameter
yang ada pada file Absolute_SWAT_value.text seperti yang terlihat pada Lampiran 1. Dalam file tersebut terdapat pula range nilai absolut dari setiap parameter. Range nilai tersebut digunakan
sebagai nilai awal dari parameter masukan kalibrasi. Menurut Kohnke dan Bertrand 1959 dalam Soesanto 1995, air yang keluar dari suatu DAS dapat terdiri dari bermacam bentuk yaitu: limpasan
permukaan surface runoff, limpasan bawah permukaan subsurface runoff, aliran air bawah tanah groundwater flow dan akan berkumpul menjadi aliran sungai atau stream flow. Dalam sistem
Hidrologi suatu DAS, jumlah limpasan yang terjadi terdiri curah hujan di atas permukaan sungai channel precipitation, aliran permukaan overland flow, aliran bawah permukaan interflow, dan
aliran bawah permukaan tanah groundwater flow. Oleh karena itu, parameter-parameter yang digunakan sebagai masukan kalibrasi adalah parameter yang berkaitan dengan limpasan permukaan
surface runoff, limpasan bawah permukaan subsurface runoff, aliran air bawah tanah groundwater flow. Karakteristik tanah DAS juga digunakan sebagai parameter masukan kalibrasi. Struktur dan
tekstur tanah merupakan faktor-faktor yang menentukan kapasitas infiltrasi, maka karakteritik limpasan sangat dipengaruhi oleh jenis tanah daerah pengaliran. Parameter-parameter yang digunakan
pada proses kalibrasi sebanyak 11 parameter dengan range maksimum dan minimum nilai awal sesuai dengan yang ada pada file Absolute_SWAT_value.txt. Parameter-parameter tersebut dikumpulkan
dalam file Par_inf.txt. Setelah proses iterasi akan diperoleh range nilai parameter yang baru. Range nilai yang baru ini digunakan sebagai range nilai masukan untuk proses iterasi selanjutnya untuk
mendapat R
2
yang optimum. Range nilai parameter yang baru ini dapat dilihat pada Calibration Outputs pada bagian New_pars.txt.
Jumlah parameter masukan dapat dikurangi sesuai dengan nilai sensitifnya. Hanya parameter-parameter yang dianggap sensitif mempengaruhi nilai output yang akan digunakan sebagai
parameter masukan pada iterasi selanjutnya. Nilai sensitifitas parameter masukan dapat dilihat pada Sensitivity analysis. Data debit harian hasil observasi tahun 2009 juga digunakan sebagai masukan
kalibrasi. Data tersebut dimasukan ke dalam Observation pada Observed_rch.txt. data hasil observasi ini digunakan sebagai data pembanding data debit harian simulasi SWAT-CUP sehingga nilai
koefisien determinasi R
2
dapat diperoleh. Pada penelitian ini, satu kali iterasi dilakukan sebanyak 500 kali simulasi.
Setelah dilakukan kalibrasi, diperoleh besarnya nilai koefisien determinasi R
2
antara debit simulasi dan debit observasi sebesar 0.4025, sehingga menghasilkan hasil yang lebih baik dari
sebelumnya seperti terlihat pada Gambar 20. Hasil dari proses kalibrasi data debit tahun 2009 menggunakan SWAT-CUP 2009 dapat dilihat pada calibration outputs. Untuk melihat data debit
simulasi harian yang baru dapat dilihat pada Best_sim.txt.
30
Tabel 3. Parameter-parameter pada proses kalibrasi
No Parameter
Definisi Rentang Nilai
Nilai yang digunakan
1 r__CN2.mgt
SCS curve number 37.240784 - 89.466850
83.251945 2
v__ALPHA_BF.gw Faktor alfa untuk aliran
permukaan hari -0.095531 - 0.355429
0.104244 3
v__GW_DELAY.gw Perlambatan
aliran bawah tanah hari
-45.527283 - 311.210846 165.304947
4 v__GWQMN.gw
Kedalaman ambang air pada akuifer dangkal
yang dibutuhkan agar terjadi arus balik mm
-1736.220825 - 30.460083 977.791748
5 v__GW_REVAP.gw
Koefisien revap
air bawah tanah
0.111733 - 0.197309 0.124142
6 v__ESCO.hru
Faktor pergantian
evaporasi tanah 0.117036 - 0.583384
0.466331 7
v__CH_N2.rte Nilai manning “n”
untuk saluran utama 0.142612 - 0.240486
0.177945 8
v__CH_K2.rte Konduktivitas hidrolik
efektif pada
saluran utama mmhari
109.137283 - 206.157089 128.638260
9 r__SOL_AWC.sol
Kapasitas air
pada lapisan tanah mm
-0.122988 - 0.362176 -0.003152
10 r__SOL_K.sol
Konduktivitas hidrolik saat jenuh mmhari
149.602936 - 1303.833008 1011.812805
11 r__SOL_BD.sol
Moist bulk
density Mgm
3
atau gcm
3
1.129770 - 1.853514 1.393937
Grafik hubungan antara debit simulasi dan debit observasi setelah kalibrasi dapat dilihat pada Gambar 21 dan terlihat bahwa nilai debit observasi rata-rata lebih besar daripada nilai debit simulasi.
Fluktuasi debit setelah kalibrasi tidak sebesar seperti data debit sebelum kalibrasi. Debit maksimum harian pada debit simulasi diperoleh sebesar 13.1 m
3
dt dan debit minimum harian sebesar 0.0032 m
3
dt dengan debit rata-rata harian selama satu tahun sebesar 4.83 m
3
dt. Debit maksimum harian pada debit observasi diperoleh sebesar 77.74 m
3
dt dan debit minimum harian sebesar 12.05 m
3
dt, dengan debit harian rata-rata selama satu tahun sebesar 19.48 m
3
dt.
Gambar 20. Koefisien determinasi R
2
setelah kalibrasi y = 1.1202x + 14.075
R² = 0.4025 10
20 30
40 50
60 70
10 20
30 40
50 60
70
Deb it
O b
serv a
si m
3 d
et ik
Debit Simulasi m3detik
31
Gambar 21. Grafik debit simulasi dan debit observasi setelah kalibrasi
Dari 500 simulasi yang dilakukan, simulasi nomor 133 pada iterasi 3 dianggap simulasi terbaik menghasilkan nilai debit paling mendekati dengan nilai debit hasil observasi. Pada iterasi
pertama rentang nilai parameter-parameter merupakan rentang nilai maksimum yang ada pada file Absolute_SWAT_value.txt. Kemudian pada iterasi selanjutnya rentang nilai parameter masukan yang
digunakan berasal dari New_pars.txt yang berasal dari proses iterasi sebelumnya. Rentang nilai parameter-parameter masukan pada iterasi 3 yang digunakan pada proses kalibrasi dapat dilihat pada
Tabel 3.
Tabel 4. Parameter-parameter pada proses kalibrasi setelah dilakukan koreksi
No Parameter
Definisi Rentang Nilai
Nilai yang digunakan
1 r__CN2.mgt
SCS curve number 37.240784 - 89.466850
32.397461 2
v__ALPHA_BF.gw Faktor alfa untuk aliran
permukaan hari 0.000000 - 0.355429
0.119069 3
v__GW_DELAY.gw Perlambatan
aliran bawah tanah hari
0.000000 - 311.210846
238.698715 4
v__GWQMN.gw Kedalaman ambang air
pada akuifer dangkal yang dibutuhkan agar
terjadi arus balik mm 0.000000
- 1330.460083 243.474197
5 v__GW_REVAP.gw
Koefisien revap
air bawah tanah
0.111733 - 0.197309 0.181135
6 v__ESCO.hru
Faktor pergantian
evaporasi tanah 0.117036 - 0.583384
0.520427 7
v__CH_N2.rte Nilai manning “n”
untuk saluran utama 0.142612 - 0.240486
0.173834 8
v__CH_K2.rte Konduktivitas hidrolik
efektif pada
saluran utama mmhari
109.137283 - 206.157089 183.163391
9 r__SOL_AWC.sol
Kapasitas air
pada lapisan tanah mm
0.040000 – 0.210000
0.121090 10
r__SOL_K.sol Konduktivitas hidrolik
saat jenuh mmhari 149.602936 - 1303.833008
817.902161 11
r__SOL_BD.sol Moist
bulk density
Mgm
3
atau gcm
3
1.129770 - 1.853514 1.330247
10 20
30 40
50 60
70
100 200
300 400
D e
b it
m 3d
e tik
Hari ke-
Simulasi Observasi
32
Setelah dilakukan kalibrasi, koreksi dilakukan terhadap nilai-nilai parameter yang dimasukan pada proses kalibrasi. Nilai-nilai yang berada diluar dari range yang telah ada diperbaiki sehingga
berada pada range yang sesuai atau berdasarkan literatur yang ada. Nilai-nilai parameter yang telah dikoreksi dapat dilihat pada Tabel 4. Setelah dilakukan koreksi, besarnya nilai koefisien determinasi
R
2
antara debit simulasi dan debit observasi sebesar 0.4114 seperti terlihat pada Gambar 22 dan grafik hubungan antara debit simulasi dan debit observasi hasil koreksi dapat dilihat pada Gambar 23.
Debit maksimum harian hasil simulasi diperoleh sebesar 13.83 m
3
dt dan debit minimum harian sebesar 0.0034 m
3
dt dengan debit rata-rata harian selama satu tahun sebesar 5.0046 m
3
dt. Besarnya debit harian yang dihasilkan oleh DAS Saba dapat dilihat pada Lampiran 2.
Gambar 22 .
Koefisien determinasi R
2
setelah dikoreksi
Gambar 23. Grafik debit simulasi dan debit observasi setelah dikoreksi
Berdasarkan hasil kalibrasi yang didapat, grafik hubungan antara debit simulasi dan debit observasi yang dihasilkan kurang memuaskan. SWAT CUP tidak dapat memasukkan nilai-nilai
parameter secara manual, sehingga mempengaruhi debit yang dikalibrasikan. Nilai-nilai parameter yang dihasilkan oleh SWAT kurang sesuai akan respon DAS terhadap curah hujan, sehingga tidak
menghasilkan runoff yang sesuai terhadap debit DAS Saba. Oleh karena itu, SWAT CUP tidak dapat digunakan pada penelitian ini.
y = 1.0672x + 14.144 R² = 0.4114
10 20
30 40
50 60
70
10 20
30 40
50 60
70
D e
b it
Ob ser
v asi
m 3d
e tik
Debit Simulasi m3detik
10 20
30 40
50 60
70
50 100
150 200
250 300
350 400
D e
b it
m 3d
e tik
Hari ke-
Simulasi Observasi
33
V. KESIMPULAN DAN SARAN
