PENGELOMPOKAN WILAYAH SUNGAI DI INDONESIA DENGAN ANALISIS KOMPONEN UTAMA

Transkripsi

1 STUDI PENELITIAN PENGELOMPOKAN WILAYAH SUNGAI DI INDONESIA DENGAN ANALISIS KOMPONEN UTAMA Waluyo Hatmoko 1*, Radhika 1, Bayu Purnama 1, Rendy Firmansyah 1, Anthon Fathoni 1 1 Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air, Badan Litbang Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat * whatmoko@yahoo.com Pemasukan:.. Perbaikan:.. Diterima:.. Intisari Pengelolaan sumber daya air di Indonesia dilaksanakan berbasis wilayah sungai yang beragam kondisinya. Keragaman tersebut meliputi antara lain luas wilayah sungai, jumlah penduduk, aktivitas sosial ekonomi, kondisi iklim dan hidrologi, pengguna air, tingkat pemanfaatan air, dan kelembagaan pengelolaan wilayah sungai. Dengan beragamnya kondisi wilayah sungai, maka penanganan suatu wilayah sungai tidak dapat disamakan dengan wilayah sungai lainnya. Untuk itu perlu adanya tipologi atau pengelompokan wilayah sungai sesuai dengan karakteristiknya. Diperlukan informasi mengenai wilayah sungai mana saja yang masih perlu dikembangkan, dan bagaimana urutan prioritas pengembangannya; wilayah sungai yang perlu lebih mengutamakan pengelolaan dan konservasi. Analisis komponen utama merupakan metode matematis untuk mengungkap struktur utama yang tersembunyi dari data mutivariat atau multidimensi. Dengan analisis komponen utama akan diperoleh 1, 2, atau 3 komponen utama yang menjelaskan variabilitas data yang maksimal, sehingga dapat disajikan dalam bidang dari kedua sumbu komponen utama, dimana bisa diamati kedekatan satu wilayah sungai dengan lainnya, dan pengelompokannya. Penelitian ini mengungkap 2 buah komponen utama dengan variabilitas maksimal dari berbagai variabel kondisi wilayah sungai. Komponen Utama Pertama menyatakan tingkat berkembangnya suatu wilayah sungai. Sedangkan Komponen Utama Kedua menyatakan kondisi ketersediaan air di wilayah sungai. Kata Kunci: pengelolaan sumber daya air, wilayah sungai, analisis komponen utama, pengelompokan, kebijakan LATAR BELAKANG Pengelolaan sumber daya air di Indonesia dilaksanakan pada wilayah sungai. Peraturan Menteri Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat nomor No. 4/PRT/M/2015 tentang Kriteria dan penetapan Wilayah Sungai membagi Indonesia atas 128 wilayah sungai, yang terdiri atas 5 wilayah sungai lintas negara; 31 wilayah sungai lintas provinsi; 28 1

2 wilayah sungai strategis nasional; 52 wilayah sungai lintas kabupaten/kota; dan 12 wilayah sungai dalam kabupaten kota. Wilayah sungai tersebut diatas sangat beragam kondisinya. Keragaman tersebut meliputi antara lain luas wilayah sungai, jumlah penduduk, aktivitas sosial ekonomi, kondisi iklim dan hidrologi, pengguna air, tingkat pemanfaatan air, dan kelembagaan pengelolaan wilayah sungai. Dengan beragamnya kondisi wilayah sungai, maka penanganan suatu wilayah sungai tidak dapat disamakan dengan wilayah sungai lainnya. Untuk itu perlu adanya tipologi atau pengelompokan wilayah sungai sesuai dengan karakteristiknya. Diperlukan informasi mengenai wilayah sungai mana saja yang masih perlu dikembangkan, dan bagaimana urutan prioritas pengembangannya; wilayah sungai yang perlu lebih mengutamakan pengelolaan dan konservasi. Analisis komponen utama merupakan metode matematis untuk mengungkap struktur utama yang tersembunyi dari data mutivariat atau multi-dimensi. Dengan analisis komponen utama akan diperoleh 1, 2, atau 3 komponen utama yang menjelaskan variabilitas data yang maksimal, sehingga dapat disajikan dalam bidang dari kedua sumbu komponen utama, dimana bisa diamati kedekatan satu wilayah sungai dengan lainnya, dan pengelompokannya. MAKSUD DAN TUJUAN Penelitian ini mengelompokkan dan mengurutkan wilayah sungai di Indonesia dengan metode analisis komponen utama, sehingga diperoleh karakteristik utama dari wilayah sungai yang tersembunyi dari data dan dibentuk secara alami oleh data yang ada, serta pengelompokan dan urutan wilayah sungai berdasarkan karakteristik utama tersebut. KAJIAN PUSTAKA Analisa Komponen Utama adalah salah satu metode dalam ilmu statistika untuk mereduksi ukuran dimensi dari suatu variabel menjadi variable yang memiliki dimensi lebih kecil akan tetapi masih mengandung informasi/karakteristik yang dikandung dalam variabel awalnya. Aplikasi analisis komponen utama terutama adalah pada teknologi informasi, dalam pengenalan pola atau pattern recognition (Jain et al., 2000), yang digunakan untuk mengenali tulisan tangan, atau wajah seseorang, sebagaimana yang dikembangkan oleh Thakur et al. (2004), dan Zhao et al. (2006). Dalam pengelolaan sumber daya air, analisis komponen utama diterapkan antara lain untuk mengevaluasi kualitas air sungai oleh Ouyang (2005) dan Abdul Zali et al. (2011); serta analisis hujan lebat oleh Kadoya dan Chikamori (1993). Levina et al. (2011) menggunakan SPI skala waktu 12 bulan sebagai data dasar dalam pemilihan pos hujan untuk pemantauan kekeringan di Wilayah Sungai Pemali-Comal. Dari 147 buah pos hujan yang ada dipilih 15 buah pos hujan tersebar pada setiap Zona Prakiraan Iklim, dengan pendekatan statistika berupa analisis komponen utama. LANDASAN TEORI Tujuan analisis komponen utama adalah mereduksi dimensi data dengan tetap memaksimalkan informasi yang terkandung di dalamnya. Jika data memiliki p buah variabel, maka dengan analisis komponen utama akan diperoleh variabel baru yang dinamakan komponen utama, yang saling tidak berkorelasi, dan memaksimalkan variansi. Dengan 2-3 buah komponen utama diharapkan dapat memuat informasi 2

3 variansi yang dikandung di dalam p buah variabel. Komponen utama tersebut merupakan vektor karakteristik dari matriks korelasi antar p buah variabel tersebut. Sedangkan variansi dari komponen utama adalah nilai karakteristik dari matriks korelasi yang sama. Komponen utama merupakan himpunan variabel baru yang merupakan kombinasi linier dari variabel-variabel yang diamati. Komponen utama memiliki sifat variansi yang semakin mengecil, sebagian besar variasi (keragaman atau informasi) dalam himpunan variabel yang diamati cenderung berkumpul pada beberapa komponen utama pertama, dan semakin sedikit informasi dari variabel asal yang terkumpul pada komponen utama terakhir. Hal ini berarti bahwa komponen-komponen utama pada urutan terakhir dapat diabaikan tanpa kehilangan banyak informasi. Dengan cara ini Analisa Komponen Utama dapat digunakan untuk mereduksi variabel-variabel. METODOLOGI STUDI Data Data yang digunakan berupa 5 buah data wilayah sungai yang telah dikaji dengan menggunakan diagram radar (Firmansyah et al., 2014), yaitu: 1) Tebal aliran (runoff) rata-rata di wilayah sungai dengan tingkat keandalan 80%; 2) Indeks Pemakaian Air, merupakan rasio antara jumlah kebutuhan air terhadap jumlah air yang tersedia; 3) Proporsi hutan di wilayah sungai; 4) Proporsi irigasi di wilayah sungai; dan 5) Jumlah penduduk per km 2 Metode Metodologi yang digunakan adalah dengan menggunakan analisis komponen utama (principal component analysis) pada 5 variabel data tersebut diatas, untuk mereduksi menjadi 2 atau 3 komponen utama, sehingga posisi karakteristik wilayah sungai dapat disajikan dalam sebuah bidang yang dibangun oleh dua buah komponen utama. HASIL STUDI DAN PEMBAHASAN Komponen Utama Dari 5 variabel pada 128 wilayah sungai di Indonesia, analisis komponen utama menghasilkan 5 buah komponen utama, dengan 4 diantaranya disajikan pada tabel berikut. Tabel 1 Komponen Utama Variabel Komponen Utama Tinggi Aliran Q80% Indeks Pemakaian Air Proporsi Hutan Proporsi Irigasi Kepadatan Penduduk Kandungan Informasi 49% 20% 16% 11% Kumulatif Informasi 49% 69% 85% 96% 3

4 Komponen utama pertama, yang menyerap informasi hampir 50%, memiliki bobot tinggi pada variabel proporsi hutan, dan bobot sangat negatif untuk variabel indeks pemakaian air, irigasi, dan kepadatan penduduk. Dengan demikian komponen utama pertama ini menunjukkan perkembangan wilayah sungai. Nilai tinggi pada komponen utama ini mengindikasikan wilayah sungai dengan proporsi hutan yang baik, penduduk masih jarang, dan air yang ada belum dimanfaatkan.. Sebaliknya, nilai negatif menunjukkan wilayah sungai yang padat, banyak penggunaan air, dan proporsi hutan yang minim. Komponen utama kedua, yang menjelaskan informasi sebesar 20%, memiliki bobot tinggi pada tinggi aliran andalan Q80%. Komponen utama kedua ini mengindikasikan wilayah sungai dengan ketersediaan air yang tinggi, dengan irigasi dan hutan yang seimbang. Kedua komponen utama ini menyerap informasi hampir 70%, dan dengan memetakan posisi koordinat wilayah sungai pada kedua sumbu komponen utama maka diperoleh posisi dan pengelompokan masing-masing wilayah sungai. Gambar 1. Posisi wilayah sungai pada dua sumbu komponen utama 4

5 WS SAMBAS WS EINLANDEN-DIGUL-BIKUMA WS KAHAYAN WS MENTAYA-KATINGAN WS ENGGANO WS KAYAN WS KAMUNDAN-SEBYAR WS SESAYAP WS TOWARI-LASUSUA WS KALUKKU-KARAMA WS BERAU-KELAI WS ALAS-SINGKIL WS PAWAN WS KAMPAR WS NASAL-PADANG GUCI WS JELAI-KENDAWANGAN WS BARITO-KAPUAS WS RANDANGAN WS TERAMANG-MUAR WS PARIGI-POSO WS HALMAHERA SELATAN WS BT.NATAL-BT.BATAHAN WS SEBELAT-KETAHUN-LAIS WS SIBERUT-PAGAI-SIPORA WS BT.ANGKOLA-BT.GADIS WS KEPULAUAN YAMDENA-WETAR WS CENGAL-BATULICIN WS INDRAGIRI-AKUAMAN WS BELITUNG WS JAMBO AYE WS BONGKA-MENTAWA WS ROKAN WS CIBALIUNG-CISAWARNA WS RETEH WS SADDANG WS TONDANO-SANGIHE-TALAUD-MIANGAS WS TOBA-ASAHAN WS KEPULAUAN SULA-OBI WS TEUNOM-LAMBEUSO WS BURU Pertemuan Ilmiah Tahunan HATHI XXXII, Malang Posisi Wilayah Sungai pada Komponen Utama Gambar 1 menyajikan posisi wilayah sungai pada kedua buah sumbu komponen utama. Sumbu horisontal menyatakan tingkat perkembangan wilayah sungai. Semakin ke kiri menunjukkan semakin berkembangnya wilayah sungai, yaitu penggunaan air yang tinggi dan hutan yang minim, contohnya wilayah sungai Ciliwung-Cisadane dan Bali- Penida. Sebaliknya semakin ke kanan menunjukkan wilayah sungai yang masih belum dikembangkan. Jelas terlihat bahwa wilayah sungai di Jawa pada umumnya terletak di bagian sebelah kiri, dan wilayah sungai di Papua dan Kalimantan belum berkembang dan terletak di sebelah kanan. Sumbu vertikal adalah komponen utama kedua, yang menyatakan ketersediaan air. Semakin tinggi skor di di komponen kedua ini, atau semakin diatas menunjukkan semakin tinggi ketersediaan air. Terlihat bahwa wilayah sungai Benanain di Nusa Tenggara dengan ketersediaan air yang minim terletak di bagian bawah. Urutan Prioritas Pengembangan Sumber Daya Air pada Wilayah Sungai Berdasarkan nilai skor wilayah sungai ada komponen utama pertama, maka dapat disusun urutan prioritas pengembangan wilayah sungai. Gambar 2 menyajikan wilayah sungai yang perlu dikembangkan, yaitu semua wilayah sungai dengan skor tinggi atau positif pada komponen utama pertama, antara lain wilayah sungai Sambas dan Einlanden-Digul-Bikuma. Sebaliknya, Gambar 3 menyajikan wilayah sungai yang sudah berkembang, misalnya wilayah sungai di Jawa pada umumnya, yang memiliki nilai negatif pada komponen utama pertama Gambar 2. Wilayah Sungai di Indonesia yang Perlu Dikembangkan 5

6 WS FLOTIM KEPULAUAN-LEMBATA-ALOR WS POMPENGAN-LARONA WS BAH BOLON WS SUMBA WS WALANAE-CENRANAE WS PAGUYAMAN WS LIMBOTO-BOLANGO-BONE WS BATANGHARI WS CIWULAN-CILAKI WS MESUJI-TULANG BAWANG WS PASE-PEUSANGAN WS BENANAIN WS NIAS WS CISADEA-CIBARENO WS HALMAHERA UTARA WS NOELMINA WS PENGABUAN-LAGAN WS BELAWAN-ULAR-PADANG WS BENGKULU-ALAS-TALO WS POIGAR-RANOYAPO WS BUTON WS CITANDUY WS KEPULAUAN SERIBU WS DUMOGA-SANGKUB WS MUNA WS CIDANAU-CIUJUNG-CIDURIAN WS BODRI-KUTO WS BARU-BAJULMATI WS KEPULAUAN MADURA WS KEPULAUAN KARIMUNJAWA WS SUMBAWA WS BONDOYUDO-BEDADUNG WS SEPUTIH-SEKAMPUNG WS JENEBERANG WS PROGO-OPAK-SERANG WS WISO-GELIS WS PEKALEN-SAMPEAN WS SERAYU-BOGOWONTO WS JRATUNSELUNA WS PEMALI-COMAL WS KEPULAUAN RIAU WS CITARUM WS LOMBOK WS BENGAWAN SOLO WS BRANTAS WS CIMANUK-CISANGGARUNG WS WELANG-REJOSO WS CILIWUNG-CISADANE WS BALI-PENIDA WS ENGGANO WS RAWA WS BUKIT BATU WS BARU-KLUET WS ALAS-SINGKIL WS KUBU WS KAMPAR WS NASAL-PADANG GUCI WS BENGKALIS-MERANTI WS WOYLA-BATEUE WS GUNTUNG-KATEMAN WS TERAMANG-MUAR WS BARUMUN-KUALUH WS MASANG-PASAMAN WS BT.NATAL-BT.BATAHAN WS BANGKA WS SEBELAT-KETAHUN-LAIS WS SIBERUT-PAGAI-SIPORA WS WAMPU-BESITANG WS BT.ANGKOLA-BT.GADIS WS SIMEULUE WS SILAUT-TARUSAN WS SEMANGKA WS INDRAGIRI-AKUAMAN WS BELITUNG WS SIAK WS JAMBO AYE WS MUSI-SUGIHAN-BANYUASIN-LEMAU WS ROKAN WS RETEH WS SIBUNDONG-BATANG TORU WS ACEH-MEUREUDU WS TAMIANG-LANGSA WS TOBA-ASAHAN WS TEUNOM-LAMBEUSO WS BAH BOLON WS BATANGHARI WS MESUJI-TULANG BAWANG WS PASE-PEUSANGAN WS NIAS WS PENGABUAN-LAGAN WS BELAWAN-ULAR-PADANG WS BENGKULU-ALAS-TALO WS SEPUTIH-SEKAMPUNG WS KEPULAUAN RIAU Gambar 3. Wilayah Sungai di Indonesia yang Telah Berkembang Gambar 4. Urutan Prioritas Pengembangan Wilayah Sungai di Sumatera 6

7 Gambar 5. Urutan Prioritas Pengembangan Wilayah Sungai di Jawa Gambar 6. Urutan Prioritas Pengembangan Wilayah Sungai di Kalimantan 7

8 Gambar 7. Urutan Prioritas Pengembangan Wilayah Sungai di Sulawesi Gambar 8. Urutan Prioritas Pengembangan Wilayah Sungai di Bali dan Nusa Tenggara 8

9 Gambar 9. Urutan Prioritas Pengembangan Wilayah Sungai di Maluku dan Papua Gambar 4, Gambar 5, Gambar 6, Gambar 7, Gambar 8, dan Gambar 9 menyajikan urutan prioritas pengembangan sumber daya air di Sumatera, Jawa, Kalimantan, Sulawesi, Bali dan Nusa Tenggara, serta Maluku dan Papua. Terlihat bahwa di Jawa dan Bali - Nusa Tenggara hampir semua wilayah sungai memiliki nilai negatif. Sedangkan kebalikannya di Kalimantan dan Papua semuanya positif, yang harus dikembangkan KESIMPULAN DAN REKOMENDASI Kesimpulan Dari penelitian penggunaan analisis komponen utama pada 128 buah wilayah sungai di Indonesia, dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut: 1. Analisis komponen utama pada 5 data berupa tinggi aliran andalan Q80%, indeks penggunaan air, proporsi hutan, proporsi irigasi, dan kepadatan penduduk, telah mengungkapkan sebuah faktor utama yang bermakna kondisi pengembangan sumber daya air, yang dicirikan dengan rendahnya proporsi hutan dan tinggi aliran serta tingginya proporsi irigasi, indeks penggunaan air dan kepadatan penduduk. 2. Pada komponen kondisi pengembangan sumber daya air telah disusun prioritas kondisi berkembangnya suatu wilayah sungai, mulai dari yang paling belum berkembang, dengan nilai positif, sampai dengan yang paling berkembang dengan skor paling negatif. 3. Wilayah sungai yang telah paling berkembang antara lain adalah wilayah sungai Bali-Penida, Ciliwung-Cisadane, Welang-Rejoso, Cimanuk-Cisanggarung, Brantas, Bengawan-Solo, Lombok, dan Citarum. Untuk kelompok wilayah sungai yang telah 9

10 berkembang ini, dengan skor negatif ini, maka perlu lebih mengutamakan upayaupaya non-fisik, antara lain pengelolaan alokasi air, kualitas air, dan konservasi sumber daya air. 4. Wilayah sungai dengan potensi air dan hutan masih tinggi, dan prioritas dikembangkan, yaitu dengan skor sangat positif, pada umumnya adalah wilayah sungai di Papua dan Kalimantan. Rekomendasi Urutan prioritas pengembangan sumber daya air pada penelitian ini dapat digunakan sebagai masukan dalam kebijakan pengelolaan sumber daya air nasional. Sedangkan studi selanjutnya disarankan untuk dengan menggunakan lebih banyak variabel yang mencakup kondisi infrastruktur, sosial-ekonomi, dan budaya masyarakat di dalam wilayah sungai. REFERENSI Abdul Zali, Munirah, Ananthy Retnam, and Hafizan Juahir Spatial Characterization of Water Quality Using Principal Component Analysis Approach at Juru River Basin, Malaysia. World Applied Sciences Journal 14: Firmansyah, R., Radhika, B. Purnama, A. Fathoni, dan W. Hatmoko, Prioritas Pendayagunaan Sumber Daya Air pada Wilayah Sungai di Pulau Jawa Berdasarkan Analisis AHP, Prosiding Kolokium Puslitbang Sumber Daya Air Jain, A.K., R.P.W. Duin, and J Mao Statistical Pattern Recognition: A Review. IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Intelligence (TPAMI) 22 (1): Kadoya, M, and H Chikamori Some Characteristics of Heavy Rainfalls in the Yamato River Basin Found by the Principal Component and Cluster Analyses, IAHS Publication no. 213, Levina, W. K. Adidarma, L. Martawati, dan W. Seizarwati, Analisis Pemilihan Pos Hujan untuk Pemantauan Kekeringan di Wilayah Sungai Pemali Comal, Jurnal Teknik Hidraulik, Vol. 2 No. 1, Juni Ouyang, Ying Evaluation of River Water Quality Monitoring Stations by Principal Component Analysis. Water Research 39 (12): doi: /j.watres Thakur, S, J K Sing, D K Basu, M Nasipuri, and M Kundu Face Recognition Using Principal Component Analysis and RBF Neural Network, International Journal of Simulation System Science and Technology (IJSSST) Vol. 10 No. 5, page: Zhao, Haitao, Pong Chi Yuen, and J.T. Kwok A Novel Incremental Principal Component Analysis and Its Application for Face Recognition. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part B (Cybernetics) 36 (4): doi: /tsmcb