SOAL LATIHAN
2. Metode Time-Area
6.3 Perhitungan Infiltrasi dan Laju Infiltrasi
Penentukan besarnya infiltrasi dapat dilakukna dengan melalui tiga cara yaitu: 1. Menentukan perbedaan volume air hujan buatan dengan volume air larian pada
percobaan laboratorium menggunakan simulasi hujan buatan (metode simulasi laboratorium).
2. Menggunakan alat ring infiltrometer (metode pengukuran lapangan).
3. Teknik pemisahan hidrograf aliran dari data aliran air hujan (metode separasi hidrograf).
Singh (1989) menyajikan beberapa model infiltrasi yang telah diusulkan dan digunakan pada kebanyakan analisa hidrologi dan hidraulik yang berkaitan dengan sistem keairan. Model - model tersebut dapat dikelompokkan ke dalam dua kelas yakni: (1) model empiris, dan (2) model konseptual.
Model empiris menyatakan kapasitas infiltrasi sebagai fungsi waktu. Dimana kadar lengas tanah memiliki sifat dinamis terhadap waktu, sehingga laju infiltrasi ditentukan oleh kondisi lengas tanah mula-mula saat proses infiltrasi mulai terjadi. Adapun model- model empiris infiltrasi diantaranya adalah Model Kostiakov, Model Horton, Model Holtan dan Model Overton. Uraian masing-masing model disajikan sebagai berikut:
a. Model Kostiyakov
Model Kostiakov menggunakan pendekatan fungsi power dengan tidak memasukkan kadar air awal dan kadar air akhir (saat laju infiltrasi tetap) sebagai komponen fungsi. Fungsi infiltrasi dan laju infiltrasi disajikan pada persamaan 6.1 dan persamaa 6.2.
F = atb , 0<b<1 …….………. (6.1) ……….. (6.2)
Dimana a dan b adalah konstanta. Konstanta a dan b tergantung pada karakteristik tanah dan kadar air tanah awal. Konstanta ini tidak bisa ditentukan sebelumnya dan biasanya ditentukan dengan penarikan sebuah garis lurus pada kertas grafik untuk data empirik atau dengan menggunakan metode pangkat terkecil. Karena kesederhanaannya, metode ini sering diterapkan pada pelajaran irigasi permukaan.
b. Model Horton
Model Horton adalah salah satu model infiltrasi yang terkenal dalam hidrologi. Horton mengakui bahwa kapasitas infiltrasi berkurang seiring dengan bertambahnya waktu hingga mendekati nilai yang konstant. Ia menyatakan pandangannya bahwa penurunan kapasitas infiltrasi lebih dikontrol oleh faktor yang beroperasi di permukaan tanah dibanding dengan proses aliran di dalam tanah. Faktor yang berperan untuk pengurangan laju infiltrasi seperti penutupan retakan tanah oleh koloid tanah dan pembentukan kerak tanah, penghancuran struktur permukaan lahan dan pengangkutan partikel halus dipermukaan tanah oleh tetesan air hujan. Model Horton dapat dinyatakan secara matematis mengikuti persamaan 6.3:
f = fc + (fo – fc)e-kt ; i ≥ fc dan k = konstan ……….. (6.3) Keterangan;
f : laju infiltrasi nyata (cm/h) fc : laju infiltrasi tetap (cm/h) fo : laju infiltrasi awal (cm/h) k : konstanta geofisik
Model ini sangat simpel dan lebih cocok untuk data percobaan. Kelemahan utama dari model ini terletak pada penentuan parameternya f0, fc, dan k dan ditentukan dengan data-fitting. Meskipun demikian dengan kemajuan sistem komputer proses ini dapat dilakukan dengan program spreadsheet sederhana. 87
c. Model Holtan
Model Holtan pada dasarnya serupa dengan model Horton, akan tetapi pada model ini, Holtan menambahkan faktor vegetasi dalam persamaan sehingga fungsi matematiknya berubah menjadi fungsi power dan bukan fungsi eksponensial seperti pada Model Horton. Fungsi matematik model Holtan disajikan sebagai berikut:
………(6.4)
Dengan Fp adalah infiltrasi potensial. a dan n adalah konstanta untuk vegetasi tanah. Holtan berpendapat bahwa kapasitas infiltrasi berbanding lurus dengan ruang pori yang tersedia. Model Holtan agak cocok dimasukkan untuk model batas air dalam ilmu tata air karena dia menghubungkan laju infiltrasi (f) dengan kelembaban tanah. Kekurangan dari model ini adalah spesifikasi kedalaman permukaan air tanah bebas. Kedalaman mempengaruhi infiltrasi secara signifikan.
d. Model Overton
Overton pada tahun 1964 merumuskan kembali model Holtan. Dia mencatat bahwa ruang pori-pori yang tersedia pada awal terjadinya hujan tidaklah selalu terisi seluruhnya sebelum kapasitas infiltrasi menjadi tetap. Jarak antar ruang pori-pori yang terisi tergantung pada tumbuh-tumbuhan penutup tanah. Persamaan matematik infiltrasi dan laju infiltrasi Model Overton disajikan pada persamaan 6.5 dan 6.6.
... (6.5) ... (6.6) Dimana d = (fc/a)0.5 dan J = (afc)0.5.
Model infiltrasi selain model empiris adalah model konseptual yang menganalogikan proses infiltrasi sebagai faktor terinterasi dengan aspek hidrologi lain. Beberapa model konseptual adalah Model SCS, Model HEC, Model Philip, dan Model Hidrograf. Uraian model konseptual adalah sebagai berikut:
a. Model SCS
Model Soil Conservation Services (SCS) merupakan model konseptual yang dikembangkan oleh USDA. Model ini menggunakan pendekatan penggunaan/
penutupan lahan, jenis tanah dan kondisi hidrologi wilayah. Hasil yang diperoleh dalam model ini adalah nilai infiltrasi dan laju infiiltrasi wilayah (unit lahan) pada suatu DAS atau Sub-DAS.
... (6.7) ... (6.8)
Dimana b adalah persentase faktor vegetasi, P adalah laju curah hujan (cm/s) dan p adalah intensitas curah hujan (cm/s), dan S adalah potensial storage (cm). Soil Concervation Service (SCS), mengembangkan suatu prosedur yang sering disebut metode curve-number untuk menaksir runoff. Metode ini selanjutnya dikenal dengan model SCS.
Gambar 6.1 Skema komponen rainfall excess
Bila nilai CN (curve number) telah ditentukan, maka aliran permukaan langsung dapat ditentukan dengan menggunakan monogram SCS.
Gambar 6.2 Monogram SCS
b. Model HEC
Model HEC merupakan model infiltrasi dasar pada suatu hubungan non linear antara intensitas curah hujan dan kapasitas infiltrasi.
………. (6.9) …… (6.10)
Dimana k adalah koefisien penurunan air ke dalam tanah, k’ adalah perubahan koefisien penurunan air, p adalah intensitas curah hujan (cm/s), D adalah defisiensi kelembaban tanah dan x adalah eksponen antara 0 dan 1. Jika x = 0, f tidak terikat oleh P, asumsi ini dibuat normal dan termasuk dalam kebanyakan persamaan infiltrasi. Jika x = 1, f berbanding lurus dengan parameter p. Study hidrology yang di kembangkan oleh HEC mengindikasikan bahwa x biasanya antara 0,3 sampai 0,9 untuk konsistensi.
c. Model Philip Tanah Dua-Lapis
Pada satu seri dari papernya, Philip memperkenalkan analisis dari infiltrasi berdasarkan persamaan Fokker-Planck, atau persamaan aliran untuk tanah homogen dengan kadar lengas tanah awal dan suplai air yang berlebihan dipermukaan.
Parameter S dan C merupakan fungsi difusi air tanah awal dan kadar air permukaan dari tanah
………(2.14) ……… (2.15) ...………. (2.16) Keterangan, f = laju ifiltrasi (cm/h)
S = Sportivity (cm/h) C = kostanta (cm/h)
t = interval waktu (s).
d. Model Hydrograf
Jika akurasi data curah hujan dan runoff yang tersedia pada suatu bidang tanah kecil, jumlah air yang terinfiltrasi ke dalam tanah dapat ditentukan dengan menggunakan model yang disebut model hydrograf. Model ini didasarkan pada pendapat berikut: (1) intersepsi dan infiltrasi kecil, (2) infiltrasi merupakan abstrak utama bahwa curah hujan dikurang dengan infiltrasi akan mendekati aliran permukaan. Model ini lebih sering digunakan untuk menentukan neraca air.
... (2.17) Keterangan; P = curah hujan (cm/s),
q = discharge (cm/s) D = surface detention (cm) F = kapasitas infiltrasi (cm)
Laju infiltrasi umumnya tergantung dari horizon A dan B, karena kapasitas infiltrasi C tidak akan terpenuhi oleh laju infitrasi, sedangkan D tidak tertembus air, sehingga sifat transmissi lapisan tanah dikelompokkan menjadi 2 fenomena.
Jika kapasitas perkolasi lebih besar dari kapasitas infiltrasi maka lapisan di
bawahlapisanpermukaan tidak akan jenuh air dan laju infiltrasiditentukan oleh infiltrasi.
Jika kapasitas perkolasi lebih kecil dari kapasitas infiltrasi maka lapisan bawah akan jenuh air dan laju infiltrasi ditentukan oleh laju perkolasi.
Untuk lahan yang sulit pengambilan sample kpnduktivitas hidrauliknya di lapangan, maka dapat juga dilakukan pendekatan nilai kondukttivitas hidraulik
dengan menggunakan data tekstur tanah seperti yang diperlihatkan pada diagram segitiga tekstur.
Gambar. 6.3 Metode grafis penentuan Konduktivitas Hidraulik Jenuh dengan segitiga tekstur