SIMULASI PENENTUAN PARAMETER DAN KURVA
RETENSI AIR TANAH DENGAN MODEL GENUCHTEN
MENGGUNAKAN BAHASA PEMROGRAMAN VISUAL
BASIC
SIMULATION DETERMINATION OF PARAMETER AND
WATER RETENTION CURVE WITH GENUCHTEN MODEL
USING VISUAL BASIC PROGRAMING LANGUAGES
Rinaldo Pratama1, Andita Dwi Sefiani2, Deni Miranda3
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor, Jln. Kamper Kampus IPB Dramaga, Bogor, 16680
Email: [email protected], [email protected], [email protected]
Abstrak:. Hubungan antara tanah, air, dan tanaman berkaitan erat dengan kemampuan tanah dalam menahan air disebut retensi tanah (Kurnia 2006). Penentuan kurva retensi air tanah merupakan langkah penting dalam pengelolaan air tanah untuk berbagai keperluan, seperti irigasi pertanian, transport pestisida dalam tanah, residu pupuk dalam tanah, bahan-bahan polutan dari limbah industri ataupun perumahan yang mengalir di dalam tanah. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui beberapa variabel seperti kadar air volumetrik jenuh, dan kadar air volumetrik residual,serta koefisienya agar hasil dari pengukuran di lapangan sama dengan hasil perhitungan sehingga dapat dilakukan suatu rekayasa. Berdasarkan kadar air tanah di 4 lokasi yang berbeda dan pada diameter berbeda, di dapat hasil yang berbeda-beda pada nilai kadar air volumetrik jenuh/ s dan koefisiennya, namun mempunyai nilai yang sama pada nilai kadar air volumetrik residual. Kadar air yang tertinggi dapat dilihat dari lokasi 1, pada diameter 0-30. Hal ini terjadi karena kadar air tanah yang banyak akan melewati permukaan tanah yang lebih rendah sehingga permukaan tanah yang lebih rendah mempunyai kadar air yang tinggi. Saat air masuk ke permukaan tanah yang belum jenuh air akan cenderung menyebar sehingga perbedaan diameter tidak berpengaruh signifikan dan perbedaan ketinggianlah yang mempnyai perbedaan yang signifikan pada retensi air tanah.
Kata kunci: Retensi air tanah, kadar air, model Genuchten, tanah
Abstract: The relationship between soil, water, and plants closely related to the ability of soil to hold water or soil is called retention(Kurnia 2006). Determination of ground water retention curve is an important step in the management of groundwater for various purposes,such as agricultural irrigation, transport of pesticides in soil, fertilizer residues in the soil, the pollutant materials from industrial or domestic waste flowing in the ground. The purpose of this study was to determine some of the variables such as saturated volumetric water content, residual volumetric water content, and the coefficient, those the results of measurements on the field is the same with the results of calculations, so can performed engineering.Based on groundwater levels in 4 different locations and at different diameters, can result in varying the volumetric water content of saturated/θs and the coefficient,but has the same value on the value of the residual volumetric water content.The highest water levels can be seen from the location 1, the diameter is 0-30.This happens because the water content of the soil will pass through the lower surface of the soil so the lower surface of the soil has a high water content.When water gets into the unsaturated soil, it will tend to spread out so the diameter difference not significant, but the differences of high reserve the significant differences in soil water retention.
Key words: Genuchten model, groundwater retention, soil, water content
PENDAHULUAN
pemberian air irigasi, air masuk ke dalam tanah melalui proses infiltrasi. Selanjutnya air bergerak ke lapisan tanah yang lebih dalam, meningkatkan kandungan air di dalam penampang (profil) tanah. Apabila penampang tanah telah jenuh, kelebihan air di dalam penampang tanah akan bergerak secara gravitasi ke lapisan tanah yang lebih dalam lagi, yang akan mengisi cadangan air bawah tanah
(groundwater storage). Dalam waktu yang bersamaan akan terjadi kehilangan air dari dalam tanah melalui evaporasi, dan diambil oleh tanaman untuk proses fisiologis dan transpirasi. Evaporasi dari permukaan tanah dipengaruhi oleh kondisi iklim dan permukaan tanah itu sendiri, sedangkan transpirasi lebih banyak ditentukan oleh kondisi tanaman dan stadium pertumbuhannya, serta ketersediaan air di dalam tanah (Kurnia 2006).
Hubungan antara tanah, air, dan tanaman dapat diketahui dengan mengenal konsep air tersedia bagi tanaman. Air tersedia bagi tanaman adalah kisaran nilai kandungan air di dalam tanah, dan sesuai untuk kebutuhan pertumbuhan tanaman. Kondisi ini berkaitan erat dengan kemampuan tanah dalam menahan air disebut retensi tanah (Kurnia 2006). Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui beberapa variabel seperti kadar air volumetrik jenuh, dan kadar air volumetrik residual, serta koefisienya agar hasil dari pengukuran di lapangan sama dengan hasil perhitungan sehingga dapat dilakukan suatu rekayasa. Hasil sama dengan nilai error yang seminimal mungkin dapat diperoleh sehingga didapat data yang akurat dan dapat dipercaya. Program yang digunakan untuk memperoleh memperkecil error tersebut adalah program solver di MS Excel. Program ini
TINJAUAN PUSTAKA
Penentuan kurva retensi air tanah merupakan langkah penting dalam pengelolaan air tanah untuk berbagai keperluan, seperti irigasi pertanian, transport pestisida dalam tanah, residu pupuk dalam tanah, bahan-bahan polutan dari limbah industri ataupun perumahan yang mengalir di dalam tanah. Kurva retensi
yang merupakan hubungan antara tegangan air tanah (Ψ hPa) dengan kadar air (θ
cm3 cm-3) menggambarkan karakteristik penahanan matriks tanah terhadap air, kemampuan tanah untuk menyediakan air tanaman, ataupun pola distribusi pori tanah. Pengukuran tegangan air tanah secara konvensional dilakukan menggunakan tensiometer keramik yang diawali Gardner tahun 1932 (Hillel 1980). Tensiometer konvensional yang diaplikasikan di lapangan pada awalnya menggunakan air raksa (Hg) sebagai indikator manometer. Teknik ini telah diubah menggunakan pressure transducer model digital karena alasan keamanan lingkungan (Bowo 2008).
Semakin sedikit jumlah air dalam pori-pori tanah semakin sulit air tersebut dapat diserap akar tanaman. Kemampuan tanaman menyerap air berada dalam kisaran pF=2.54 sampai pF=4.2.
METODE PRAKTIKUM
Bahan yang gunakan dalam praktikum ini adalah data kadar air tanah dari
hasil survei yang diambil di Kab. Ogan Komering Ilir dengan hasil analisis lab sebagai berikut.Tabel 1 Hasil pengukuran kadar air tanah di lapangan
Lokasi Lokasi 1 Lokasi 2 Lokasi 3 Lokasi 4
d (cm)
h (cm) 0-30 30-60 0-30 30-60 0-30 30-60 0-30 30-60 Kadar Air Tanah (%)
10 59.2 50.3 47.2 47 48.9 44.7 51.7 52.6
100 52.3 45.9 42 41.4 43.3 38.9 46.9 48.7
347 47.6 39.7 36.4 37.2 38.7 32.9 40.8 43.6
15849 23.4 23.4 23.1 22.4 20.8 21.7 27.2 28.3
Data kadar air tanah diatas diolah dengan menggunakan bahasa pemrograman
visual basic dalam microsoft excel. Pengolahan data tersebut dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu: pembuatan layout perhitungan pada sheet1, pembuatan layout hasil perhitungan pada sheet2, pembuatan formula untuk layout perhitungan pada sheet1, pembuatan formula untuk layout perhitungan pada sheet2.
Pada pembuatan layout, dibuat beberapa tabel untuk proses perhitungan. Tabel tersebut, yaitu:
Tabel 2 Tabel perhitungan parameter
Parameter Value Unit Notes
θs 60% Saturated VWC
θr 20% Residual TWC
α 100 Air Entry Suction
n 1.5 cmH2O Parameter
m 0.33 1-1/n
R2 0.950381436
Error 0.005137236
Table 3 Tabel perhitungan dengan model Genuchten
pF h (cm) Data Model
1 10
2 100
2.54 347 4.2 15849
Table 4 Tabel interpolasi
0.2
Selanjutnya dapat dibuat g
rafik semi-logaritmik h (cm) terhadap VWC (%) model Genuchten dan data hasil perhitungan. Kemudian pada pembuatan layout hasil perhitungan pada sheet2, dibuat 2 tabel untuk hasil perhitungan, yaitu Tabel 1 dan Tabel 5. untuk perhitungan parameter dengan model Genuchten. Formula dibuat denganbantuan bahasa pemrograman Visual Basic. Langkah pertama adalah memanggil
visual basic pada menu developer. Masukan fungsi Genuchten dalam visual basic
dengan format sebagai berikut:
genutchten = Wr + (Ws - Wr) / s End Function
Ws adalah θs, Wr adalah θr, dan a adalah α. Lalu formula pada visual basic
di-save. Langkah kedua adalah memasukan formula Genuchten tersebut untuk perhitungan model pada tabel perhitungan dengan model Genuchten dan perhitungan model pada tabel interpolasi, nilai h pada interpolasi merupakan 10pF. Langkah ketiga adalah nilai
kadar air untuk lokasi 1 pada kedalaman 0 – 30 cm dimasukan pada kolom data dalam tabel perhitungan dengan model Genuchten. Lalu untuk nilai θs diisi dengan nilai kadar
air tertinggi, nilai θr diisi dengan nilai kadar air terendah, nilai α diisi dengan nilai
100, nilai n diisi dengan 1.5, nilai m merupakan , nilai R2 merupakan fungsi
RSQ(data,model), dan nilai error merupakan fungsi SUMXMY2(model,data).
Langkah keempat adalah membuat nilai error mendekati nol dengan bantuan solver.
Solver dipanggil pada menu data. Set objective diisi dengan nilai error, ubah to value
of menjadi 0, by changing variable cells pilih data θs, θr, α, dan n, subject to the
constrains diberikan syarat untuk mendapatkan nilai error mendekati nol antara lain:
θr hasil perhitungan <= θr data, θr >= 0.2, dan α perhitungan <= 100. Nilai θs, θr, α,
dan n hasil perhitungan untuk error mendekati nol didapatkan dengan meng-klik
button Solve. Lakukan ketiga hingga langkah keempat dengan masukan nilai kadar air untuk kedalaman dan lokasi lainnya. Hasil perhitungan parameter tiap kedalaman dan lokasi dimasukan dalam tabel hasil perhitungan parameter pada sheet2.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Percobaan dalam mengamati sifat hidrolika dan infiltrasi tanah dengan menggunakan bahasa pemrograman visual basic di MS. Excel. Percobaan ini dilakukan dengan membuat kurva retensi air tanah, kurva ini digunakan dengan model Genucthen dengan memasukan perintah pemrograman atau kodingan ke
visual basic pada MS Excel. Pengukuran sifat hidrolika air tanah yang dilakukan di lapangan terkadang menimbulkan hasil yang berbeda saat kita melakukan perhitungan secara teoritis, Oleh karena itu perlu dilakukan suatu rekayasa dalam beberapa variabelnya seperti kadar air volumetrik jenuh, kadar air volumetrik residual, serta koefisienya agar hasil dari pengukuran di lapangan sama dengan hasil perhitungan. Agar hasilnya sama dan memperoleh nilai error yang seminimal mungkin agar didapat data yang akurat dan dapat dipercaya. Suatu program yang diperlukan dalam hal ini adalah program solver di MS Excel. Program ini digunakan agar dapat didapat nilai yang ideal dalam sifat hidrolika air tanah seperti retensi air tanah pada luas permukaan sebesar 100m2 yang dilakukan pada dua kedalaman yang berbeda yaitu 0-30cm dan 30-60cm.
Tabel 6 Hasil pengukuran kadar air tanah di lapangan
Lokasi Lokasi 1 Lokasi 2 Lokasi 3 Lokasi 4
d (cm)
h (cm) 0-30 30-60 0-30 30-60 0-30 30-60 0-30 30-60 Kadar Air Tanah (%)
10 59.2 50.3 47.2 47 48.9 44.7 51.7 52.6
100 52.3 45.9 42 41.4 43.3 38.9 46.9 48.7
347 47.6 39.7 36.4 37.2 38.7 32.9 40.8 43.6
15849 23.4 23.4 23.1 22.4 20.8 21.7 27.2 28.3
Berdasarkan tabel di atas di dapatkan kadar air tanah yang berbeda-beda tiap kedalaman. Semakin dalam suatu permukaan tanah maka persentase kadar air tanahnya akan semakin kecil. Pengukuran di lokasi 1 dengan diameter 0-30 cm dan diameter 30-60 didapatkan kadar air berikut yang kemudian dilakukan dengan program solver dengan membuat kurva dengan persen VWC/model sebagai sumbu x dan ketinggian/ h sebagai sumbu y, kurva pada lokasi 1 dengan diameter 0-30 dan 30-60 adalah sebagai berikut:
(a) (b)
Gambar 1. (a) grafik hubungan ketinggian dan model di lokasi 1 dengan diameter 0-30 (b) grafik hubungan ketinggian dan model dengan diameter 30-60
Berdasarkan grafik yang di plotkan pada grafik logaritmik dan didapat nilai kadar air volumetrik jenuh/ s berturut-turut sebesar 60% dan 51%. Kemudian nilai kadar air volumetric residual yang sama yaitu 20% serta dengan menggunakan program solver untuk mendapatkan nilai yang sesuai dengan hasil pengukuran di dapat koefisien n dan m berturut-turut sebesar 1,4 dan 2.7 untuk diameter 0-30 dan 1.4 dan 2.75 untuk diameter sebesar 30-60 kedua koefisien ini mempunyai hubungan m=1-1/n. Pada penggunaan program solver ini di dapat nilai error yang cukup kecil yaitu sebesar 0.002 untuk diameter 0-30 dan 0.0003 untuk diameter 30-60%. Kemudian pada lokasi 2 di dapatkan nilai yang digambarkan dengan kurva sebagai berikut:
1 10 100 1,000 10,000 100,000
0.00% 20.00% 40.00% 60.00%
1 10 100 1,000 10,000 100,000
(c) (d)
Gambar 2. (c) grafik hubungan ketinggian dan model di lokasi 2 dengan diameter 0-30 (d) grafik hubungan ketinggian dan model dengan diameter 30-60
Berdasarkan grafik di lokasi 2 yang di plotkan pada grafik logaritmik dengan ketinggiaan sebagai sumbu x dan model sebagai sumbu y sehingga didapat nilai kadar air volumetrik jenuh/ s berturut-turut sebesar 47% dan 47%. Kemudian nilai kadar air volumetrik residual yang sama yaitu 20% serta dengan menggunakan program solver untuk mendapatkan nilai yang sesuai dengan hasil pengukuran di dapat koefisien n dan m berturut-turut sebesar 1,4 dan 2.88 untuk diameter 0-30 dan 1.4 dan 2.86 untuk diameter sebesar 30-60 kedua koefisien ini mempunyai hubungan m=1-1/n. Pada penggunaan program solver ini di dapat nilai error yang cukup kecil yaitu sebesar 0.0001 untuk diameter 0-30 dan 0.0004 untuk diameter 30-60%. Kemudian pada lokasi 3 di dapatkan nilai yang digambarkan dengan kurva sebagai berikut:
(e) (f)
Gambar 3. (e) grafik hubungan ketinggian dan model di lokasi 2 dengan diameter 0-30 (f) grafik hubungan ketinggian dan model dengan diameter 30-60
menggunakan program solver untuk mendapatkan nilai yang sesuai dengan hasil pengukuran di dapat koefisien n dan m berturut-turut sebesar 1,4 dan 0.303 untuk diameter 0-30 dan 1.504 dan 0.335 untuk diameter sebesar 30-60 kedua koefisien ini mempunyai hubungan m=1-1/n. Pada penggunaan program solver ini di dapat nilai error yang cukup kecil yaitu sebesar 0.00012 untuk diameter 0-30 dan 0.0001 untuk diameter 30-60%. Kemudian pada lokasi 4 di dapatkan nilai yang digambarkan dengan kurva sebagai berikut:
(g) (h)
Gambar 4. (g) grafik hubungan ketinggian dan model di lokasi 2 dengan diameter 0-30 (h) grafik hubungan ketinggian dan model dengan diameter 30-60
Berdasarkan grafik di lokasi 4 yang di plotkan pada grafik logaritmik dengan ketinggiaan sebagai sumbu x dan model sebagai sumbu y sehingga didapat nilai kadar air volumetrik jenuh/ s berturut-turut sebesar 52% dan 53%. Kemudian nilai kadar air volumetrik residual yang sama yaitu 20% serta dengan menggunakan program solver untuk mendapatkan nilai yang sesuai dengan hasil pengukuran di dapat koefisien n dan m berturut-turut sebesar 1,338dan 0.252 untuk diameter 0-30 dan 1.3 dan 0.209 untuk diameter sebesar 30-60 kedua koefisien ini mempunyai hubungan m=1-1/n. Pada penggunaan program solver ini di dapat nilai error yang cukup kecil yaitu sebesar 0 untuk diameter 0-30 dan lokasi 1, pada diameter 0-30. Hal ini terjadi karena kadar air tanah yang banyak akan melewati permukaan tanah yang lebih rendah sehingga permukaan tanah yang lebih rendah mempunyai kadar air yang tinggi.
Saran
Sebaiknya cara perhitungan atau simulasi ini diterapkan dalam kegiatan penelitian atau sejenisnya karena memiliki hasil yang cukup akurat dan cepat dalam pengerjaannya. Namun perlu ditinjau kembali pemahaman mengenai
prinsip-prinsip dan pengertian dari hasil perhitungannya agar tidak menimbulkan salah tafsir.
Daftar Pustaka
Bowo, Cahyoadi, Mohammad Hasan dan Bambang Marhaenanto. 2008. Penentuan Kurva Retensi Air Tanah Laboratorium dengan Sensor Resistensi dan Kapasitansi Jember : Universitas Jember.
Hillel, D. 1980. Fundamentals of soil physics. Academic Press, San Diego, CA
