perhitungan retensi air dengan metode van genuchten menggunakan macro visual basic for application...

7/31/2019 Perhitungan Retensi Air Dengan Metode Van Genuchten Menggunakan Macro Visual Basic for Application (Vba)

1/14

Jurnal Polusi Tanah dan Air Tanah ( 2012 )

Kelompok 8, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan

PERHITUNGAN RETENSI AIR DENGAN METODE VAN

GENUCHTEN MENGGUNAKANMACRO VISUAL BASIC FOR

APPLICATION(VBA)

Cindhy Ade Hapsari1, Lutfhi Adhytia Putra2, Ratu Rima Novia Rahma3,

Riandy Surya Irawan4

Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor, Jln. Kamper Kampus IPB, Dramaga,

Bogor, 16680

Email: [email protected], [email protected],

[email protected], [email protected]

4

PENDAHULUAN

Air dan larutan yang terkandung dalam air yang masuk ke dalam tanah akanmengalami peristiwa yang disebut retensi. Retensi air adalah penahanan air di

dalam tanah. Adanya penahanan air di dalam tanah disebabkan oleh gaya-gaya

yang terjadi antara molekul air, partikel tanah, dan lain sebagainya. Beberapa gaya

yang menyebabkan terjadinya retensi air antara lain gaya kohesi yaitu gaya tarik

menarik antar molekul-molekul air, gaya adhesi yaitu gaya tarik menarik antar

molekul air dan partikel tanah, gaya osmotik, serta gaya gravitasi. Terjadinya

retensi air tergantung pada susunan partikel tanah, struktur butiran tanah, dan

kandungan bahan organik didalamnya. Kandungan bahan-bahan organik yang

terdapat di dalam tanah bermanfaat dalam menyusun struktur tanah tersebut.

Retensi atau penahanan air di dalam tanah sangat penting diketahui besarnya

untuk memprediksi ketersimpanan air dan larutan dalam air di dalam pori-poritanah. Karena itu dilakukan penghitungan dan penentuan kurva retensi air tanah.

Penentuan kurva retensi air tanah dilakukan dalam pengelolaan air tanah untuk

berbagai keperluan, seperti irigasi pertanian, transport pestisida dalam tanah, dan

limbah industri ataupun perumahan yang mengalir di dalam tanah. Kurva retensi

air tanah juga disebut karakteristik kelembaban tanah. Salah satu model yangdapat digunakan untuk menggambarkan kurva retensi ini adalah seperti yang

dikenal sebagai model van Genuchten. Dengan model van Genuchten, dapat

ditentukan kondisi jenuh air, kondisi air gravitasi dan air dalam pori-pori tanah,

kondisi air tersedia, serta titik layu permanen. Praktikum penggambaran

menggunakan metode van Genuchten memerlukan perangkat lunak dengan

program macro visual basic for application (VBA).METODE PRAKTIKUM

Pada praktikum ini, praktikan memerlukan alat perangkat lunakMicrosoft

Excel atau spreadsheet lainnya untuk pelaksanaannya dan memerlukan macro

Visual Basic for Application (VBA) pada Microsoft Excel atau programmable

macro pada software lainnya. Praktikum ini dilakukan di laboratorium Udara

Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor.

Langkah-langkah praktikum yang dilakukan dengan membuka perangkat lunak

Microsoft Office MS Excel pada laptop atau komputer. Kemudian simpan file

tersebut dengan nama file Pert6_Kamis_Kelompok8.xlsm dalam format .xls

(MS Excel 2003) atau .xlsm (macro enabled MS Excel 2007). Setelah itu, buatlah


2/14



tabel data-data VWC dan potensial (h) seperti tabel berikut:

Tabel 2.1. Data VWC dan Potensial (h)

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

VWC

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

15847 23.4 23.4 23.1 22.4 20.8 21.7 27.2 28.3

Kemudian, membuat persamaan model van Genuchten dalam modul VBA

dengan mengikuti cara sebagai berikut:

Pertama, praktikan membuka menu developer dan mengklik ikon Visual Basic.Setelah itu akan muncul jendela baru dengan nama Microsoft Visual Basic

Pert6_Kamis_Kelompok8.xlsm. Lalu mengklik menu insertdan memilih module.

Setelah itu, pada modul tersebut praktikan menuliskan fungsi model van

Genuchten seperti dibawah ini.

Option Explicit

'Model kurva retensi van Genuchten

' Wr: residual water content, Ws: saturated water content

' a, n, m: konstanta

Function fWRC (h, Wr, Ws, a, n, m)

fWRC = Wr + (Ws - Wr) / [(1 + h / a) ^ n] ^ m

End Function

Kedua, praktikan membuat satu tabel untuk menghitung VWC dengan

menggunakan model van Genuchten untuk nilai-nilai pF 1, 2, 2.5, dan 4.2 (nilai

potensial air tanah dimasukkan dalam satuan cm H2O) pada sheet yang baru,

seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar 1. Tabel Penghitungan VWC Menggunakan Model van Genuchten


3/14



Setelah itu, parameter-parameter ditentukan oleh persamaan van Genuchten agar

nilai VWC yang dihitung dapat berhimpit dengan data VWC, yaitu dengan

menggunakan submenu Solver pada Microsoft Excel. Untuk nilai n didapatkan

dari persamaan dibawah ini:

n = 1 - (1/n)

Adapun cara penggunaan submenu Solveradalah sebagai berikut:

Pertama, mengklik pada cell dibawah keterangan model (%), kemudian

mengklik simbol fx sehingga muncul tab insert function, kemudian memilih

kategori user defined dan memilih fungsi fwrc, dan memasukkan nilai-nilai

parameter tersebut sesuai cell yang bersangkutan (untuk Wr,Ws, a, n, dan m

lakukan penguncian cell dengan cara menekan tombol F4 setelah mengklik cell

yang bersangkutan) maka akan didapatkan nilai VWC model, kemudian

mengalikan fungsi tersebut dengan 100. Setelah itu, mengklik dan men-drag ke

bawah sehingga fungsi tersebut tersalin.Kedua, yaitu menghitung nilai error. Sebelumnya praktikan memasukkan nilai

sembarang untuk mengisi nilai parameter Wr, Ws, a, n, dan m sehingga model

mempunyai nilai. Kemudian nilai error dihitung dengan cara memasukkannya

pada persamaan berikut:

Error = (model data)2

Lalu praktikan mengklik dan men-drag lagi fungsi error tersebut sehingga fungsi

tersalin. Setelah itu jumlahkan nilai error dengan menggunakan fungsi SUM.

Ketiga, menggunakan submenu Solveruntuk mendapatkan nilai VWC modelyang mendekati nilai VWC data dengan cara meminimalkan nilai error hingga

mendekati nol. Hal tersebut dapat dilakukan dengan cara mengklik menu data dan

pilih submenu Solver, sehingga akan muncul tampilan Solver Parameters. Pada

isian set target cell praktikan mengisinya dengan cara mengklik cell yang berisi

jumlah nilai error yaitu cell E15. Kemudian praktikan memilih min dan mengisi

isiannya dengan nilai nol. Pada isian By Changing Cells isi dengan cell yang

berisi nilai parameter Wr, Ws, a, dan n. Pada isian subject to the constraints isi

syarat-syarat apa saja yang berlaku dalam persamaan tersebut. Pada praktikum

kali ini praktikan juga menentukan syaratnya antara lain: nilai Wr, Ws, a, n, dan m

lebih besar daripada 0,1; nilai Wr dan Ws lebih kecil daripada 1; dan nilai n lebih

besar daripada 1. Kemudian mengklik solve dan akan muncul nilai parameteryang mempunyai nilai error mendekati nol.

Setelah itu, praktikan memplotkan data VWC pada sumbu y dan pF pada

sumbu x pada kertas grafik. Terakhir, praktikan melakukan semua tahap seperti di

atas untuk semua sampel tanah pada tabel di atas.

HASIL DAN PEMBAHASANRetensi (penahanan) air di dalam tanah disebabkan oleh gaya kohesi (gaya

tarik menarik antar molekul-molekul air), gaya adhesi (gaya tarik menarik antar

molekul air dan partikel tanah), gaya osmotik (pengikatan air oleh garam terlarut)

dan gaya gravitasi (Arnev, 2010). Retensi air, secara umum tergantung pada

susunan atau distribusi ukuran partikel tanah, dan pengaturan atau struktur partikel


4/14



butiran tanah. Kandungan bahan organik dan komposisi larutan juga berperan

dalam menentukan fungsi retensi yaitu mempunyai pengaruh secara langsung

pada fungsi retensi karena secara alami bersifat hidropilik dan mempunyai

pengaruh tidak langsung karena berfungsi dalam memperbaiki struktur tanah

(Sudirman 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. Kurva retensi

merupakan hubungan antara tegangan air tanah atau potensial tanah ( hPa)

dengan kadar air ( cm3cm

-3) yang menggambarkan karakteristik

penahanan matriks tanah terhadap air, kemampuan tanah untuk

menyediakan air tanaman, ataupun pola distribusi pori tanah (Bowo,

2008). Kurva retensi adalah karakteristik untuk berbagai jenis tanah

dan juga disebut karakteristik kelembapan tanah.

Pada praktikum kali ini dilakukan penentuan kurva retensi airtanah pada data sampel yang telah dipersiapkan sebelumnya dengan

menggunakan metode van Genuchten. Sebelum dilakukan penentuan

kurva retensi pada tiap lokasi, dilakukan penentuan parameter-

paremeter van Genuchten berdasarkan data yang telah ada tersebut.

Adapun parameter-parameter yang akan ditentukan antara lain r atau

Wr (kandungan air residu/Residual Water Content), s atau Ws (kandungan air

jenuh/Saturated Water Content), a (), n, dan m yang merupakan konstanta.

Adapun persamaan van Geutchen dapat dillihat sebagai berikut:

.............................. (1)

Perhitungan dengan metode van Genuchten kali ini dilakukan dengan

bantuan software Microsoft Excel dan juga macro Visual Basic for

Application (VBA) yang terdapat dalam software Microsoft Excel tersebut.

Berikut adalah hasil penghitungan pada empat lokasi.

Lokasi 1

Tabel 3.1. Penentuan Parameter Van Genuchten pada Lokasi 1 (0-30)

No. Parameter Value Unit Description

1 Wr 0.1 cm3/cm

3Residual Water Content

2 Ws 0.598267318 cm3/cm

3Saturated Water Content

3 a 159.1244194 cm H2O Constant

4 n 1.276509634 Constant

5 m 0.216613825 Constant


5/14



Tabel 3.2. Perhitungan VWC (%) dengan Menggunakan Metode Van Genuchten

pada Lokasi 1 (0-30)

pF h (cm) Data (%) Model (%) Error

1 10 59.2 58.99404918 0.042415739

2 100 52.3 53.54171584 1.541858225

2.54 347 47.6 46.18350667 2.006453348

4.2 15849 23.4 23.92269176 0.273206676

Total 3.863933989

Gambar 2. Kurva Retensi (Hubungan antara pF dan VWC)




1 Wr 0.100113225 cm3/cm3 Residual Water Content

2 Ws 0.514182962 cm3/cm3 Saturated Water content

3 a 99.99916269 cm H2O constant

4 n 1.221183146 constant

5 m 0.18112201 constant




1 10 50.3 50.55452525 0.064783105

2 100 45.9 45.53274318 0.134877573

2.54 347 39.7 39.74412201 0.001946752

4.2 15849 23.4 23.49676418 0.009363307

Total 0.210970737


6/14





Lokasi 2



1 Wr 0.165559645 cm3/cm3 Residual Water Content2 Ws 0.481130609 cm3/cm3 Saturated Water content

3 A 100.1178276 cm H2O Constant

4 N 1.310234158 Constant

5 M 0.236777645 Constant



pF h (cm) data (%) model (%) Error

1 10 47.2 47.19464284 2.86991E-05

2 100 42 42.01175307 0.0001381352.54 347 36.4 36.3928085 5.17177E-05

4.2 15849 23.1 23.10069155 4.78235E-07

Total 0.00021903


7/14










4 N 1.310234158 constant

5 m 0.236777645 constant




1 10 47 47.19464284 0.037885837

2 100 41.4 42.01175307 0.374241819

2.54 347 37.2 36.3928085 0.651558125

4.2 15849 22.4 23.10069155 0.490968642

Total 1.554654422


8/14





Lokasi 3





3 A 142.5091027 cm H2O constant

4 N 1.271278387 constant

5 M 0.21339023 constant




1 10 48.9 48.61227908 0.082783326

2 100 43.3 44.04718517 0.558285685

2.54 347 38.7 38.14053996 0.312995541

4.2 15849 20.8 20.92904063 0.016651484

Total 0.970716035


9/14










4 n 1.555942872 constant

5 m 0.357302882 constant




1 10 44.7 44.64556423 0.002963253

2 100 38.9 39.01853357 0.014050206

2.54 347 32.9 32.82579305 0.005506672

4.2 15849 21.7 21.71274637 0.00016247

Total 0.022682601


10/14





Lokasi 4






4 n 1.515247068 constant

5 m 0.34004162 constant




1 10 51.7 51.68716506 0.000164736

2 100 46.9 46.92577282 0.000664238

2.54 347 40.8 40.78569126 0.00020474

4.2 15849 27.2 27.20135159 1.8268E-06

Total 0.001035541


11/14










4 n 1.257108307 constant

5 m 0.204523592 constant




1 10 52.6 52.59953914 2.12394E-07

2 100 48.7 48.70046586 2.17022E-07

2.54 347 43.6 43.59974311 6.59901E-08

4.2 15849 28.3 28.30004162 1.73195E-09

Total 4.97138E-07


12/14





Sehingga dari data-data diatas dapat dirangkum nilai parameter van Genuchten

dari setiap lokasi sebagai berikut:

Tabel 3.17. Nilai Parameter van Genuchten pada Seluruh Lokasi Sampel Diambil

No. ParameterLokasi 1 Lokasi 2

(0-30) (30-60) (0-30) (30-60)

1 Wr 0.1 0.100113225 0.165559645 0.1655596452 Ws 0.598267318 0.514182962 0.481130609 0.481130609

3 a 159.1244194 99.99916269 100.1178276 100.1178276

4 n 1.276509634 1.221183146 1.310234158 1.310234158

5 m 0.216613825 0.18112201 0.236777645 0.236777645

No. ParameterLokasi 3 Lokasi 4

(0-30) (30-60) (0-30) (30-60)

1 Wr 0.1 0.198429561 0.243444024 0.177448192

2 Ws 0.493292299 0.455959094 0.524188599 0.532084839

3 a 142.5091027 142.9115413 190.1506953 143.5013668

4 n 1.271278387 1.555942872 1.515247068 1.257108307

5 m 0.21339023 0.357302882 0.34004162 0.204523592

Dari perhitungan yang telah dilakukan didapatkan nilai untuk

parameter pada Lokasi 1 (0-30) yaitu Wr sebesar 0.1; Ws sebesar

0.598267318; a sebesar 159.1244194; n sebesar 1.276509634; dan m sebesar

0.216613825. Pada Lokasi 1 (30-60) didapatkan nilai parameter sebagai berikut :

Wr sebesar 0.100113225; Ws sebesar 0.514182962; a sebesar 99.99916269; n

sebesar 1.221183146 dan m sebesar 0.18112201. Untuk nilai parameter van

Genuchten pada lokasi 2, lokasi 3, dan lokasi 4 dapat dilihat nilai pada Tabel 3.17.


13/14



Dari data-data tersebut didapatkan nilai model (%) dengan

memasukkan nilai-nilai parameter tersebut dalam persamaan (1)

sehingga didapatkan hasil seperti yang tercantum dalam Tabel 3.1.;

Tabel 3.2.; Tabel 3.3.; Tabel 3.4.; untuk lokasi 1. Untuk lokasi 2

dapat dilihat pada Tabel 3.5.; Tabel 3.6.; Tabel 3.7.; dan Tabel 3.8.Untuk lokasi 3 dapat dilihat pada Tabel 3.9.; Tabel 3.10.; Tabel 3.11.;

dan Tabel 3.12. Untuk lokasi 4 nilai parameternya dapat dilihat pada

Tabel 3.13.; Tabel 3.14.: Tabel 3.15; dan Tabel 3.16. Antara data (%)

dan model (%) diusahakan mempunyai nilai selisih sekecil mungkin

sehingga nilai errornya juga semakin kecil yang berarti semakin

akurat model yang dibuat.

Nilai pF (potensial air tanah) dan nilai VWC/Volumetric Water

Content (data dan model) itu kemudian diplotkan dalam kurva,

dimana pF sebagai sumbu x dan VWC sebagai sumbu y. Kurva ini

merupakan Kurva Retensi dari tiap lokasi, yang dapat dilihat pada

Gambar 2. dan Gambar 3. (untuk lokasi 1), Gambar 4. dan Gambar 5.(untuk lokasi 2), Gambar 6. dan Gambar 7. (untuk lokasi 3), Gambar

8. dan Gambar 9. (untuk lokasi 4). Dari semua kurva tersebut

menunjukkan hubungan antara kandungan air volumetrik (VWC) dan

potensial air tanah (pF). Dimana semakin besar nilai pF maka semakin

kecil nilai VWC, dan berlaku sebaliknya. Hal ini dapat dijelaskan

sebagai berikut ketika potensial tanah (pF) kecil atau rendah maka

tanah berada dalam kondisi jenuh, pada saat kondisi jenuh tersebut

kapiler-kapiler tanah akan terisi oleh air, semakin banyak air yang

terdapat dalam kapiler tanah maka akan semakin besar kandungan air

volumetriknya, sehingga nilai VWC juga akan semakin besar.Begitupun sebaliknya, semakin tinggi potensial air tanah, maka

jumlah ai r yang ter dapat dal am kapi ler tanah akan semaki n sedikit.

Semakin sedikit air yang terdapat dalam kapiler tanah maka akan

semakin sedikit pula kandungan air volumetriknya, sehingga nilai

VWC akan semakin kecil.

KESIMPULANDari praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan praktikan

telah mampu menentukan kurva retensi air tanah dengan metode van

Genuchten. Hal tersebut dapat ditunjukkan dari tabel perhitungan dan

gambar kurva retensi yang telah dibuat oleh praktikan diatas.

Daftar PustakaArnev. 2010. Air Tanah. [terhubung berkala]

http://18arnev.blogspot.com/2010/01/air-tanah.html (Diakses tanggal 26

Maret 2012)

Bowo, Cahyoadi dkk. 2008. Penentuan Kurva Retensi Air Tanah

Laboratorium dengan Sensor Re sistensi dan Kapasitansi. J. Tanah

Trop., Vol. 14, No. 1, 2009: 57-64

Sudirman, S. dkk. 2006. Penetapan Retensi Air Tanah di Laboratorium. Balai Besar Litbang

Sumberdaya Lahan Pertanian: Balai Penelitian dan Pengembangan Pertanian Departemen

Pertanian.


14/14



Lampiran

Gambar 10. Menu Developer dan Penulisan Fungsi padaMicrosoft Visual Basic

Gambar 11. Penggunaan Submenu Solver

perhitungan retensi air dengan metode van genuchten menggunakan macro visual basic for application...

Documents