Solusi Numerik Masalah Bio-Degradasi Pencemar Air Tanah Menggunakan Method-of-Lines

Authors: MT Julianto, S Nurdiati, MA Tripranoto, MK Najib. 

Abstract: Masalah biodegradasi pencemar air tanah dapat dimodelkan berupa persamaan diferensial parsial (PDP) adveksi-dispersi-reaksi non-linear. Kompleksnya persamaan ini menuntut digunakannya metode numerik yang efisien untuk memperoleh hampiran solusi. Method-of-Lines yang digunakan untuk memberikan hampiran solusi tersebut, menghasilkan suatu sistem persamaan diferensial biasa (PDB) hasil diskritisasi ruang yang umumnya bersifat kaku dan berukuran sangat besar. Solusi numerik dari model dihitung menggunakan metode Runge-Kutta orde 5 yang dikenal stabil sehingga diharapkan mampu menangani sistem PDB yang kaku. Untuk meningkatkan efisiensi, sistem PDB yang diperoleh diformulasikan ulang ke dalam notasi matriks. Pada contoh kasus pertama, disimulasikan pencemar terkonsentrasi di satu lokasi dengan nutrien dan mikroba tersebar merata di seluruh area. Pada contoh kasus kedua, pencemar dan nutrien tersebar merata di seluruh area, sedangkan mikroba terkonsentrasi di delapan lokasi pada area simulasi tersebut. Hasil simulasi numerik untuk kedua kasus menunjukkan bahwa implementasi notasi matriks memberikan solusi numerik yang sama akurat dan jauh lebih efisien dibanding formulasi non-matriks. Penelitian ini juga membandingkan kinerja antara metode Runge-Kutta orde 5 diimplementasi dan metode Tsit5 disediakan package DiferensialEquation.jl pada perangkat lunak Julia. Hasil simulasi numerik menunjukkan keduanya memberikan solusi numerik yang sama akurat pada kedua contoh kasus. Namun demikian, metode Tsit5 kurang efisien dibandingkan metode Runge-Kutta orde 5 dalam segi waktu komputasi.

Keywords: Adveksi-dispersi-reaksi, biodegradasi, julia, method-of-lines, runge-kutta

link: 10.25157/teorema.v7i2.7102

Dipublikasikan pada Teorema: Teori dan Riset Matematika, vol. 7(2): 381-392