PENENTUAN SIFAT HIDROLIKA DAN INFILTRASI TANAH
Wirapraja Lazuardi1, Ario Wisnu Wicaksono2, Femylia Nur Utama3
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor, Jln. Kamper, Kampus IPB Dramaga, Bogor, 16680
wiraprajalazuardi@ymail.com1, awariowicaksono33@gmail.com2, femylia_utama@yahoo.com3
Abstrak : Air yang terdapat pada permukaan bumi dapat bergerak ke dalam tanah dengan gaya gerak gravitasi dan kapiler dalam suatu aliran yang disebut infiltrasi. Konsep infiltrasi ini relatif baru, namun banyak kemajuan di dalam pengertian dan penentuannya yang telah dicapai pada tahun-tahun tertentu. Proses masuknya air hujan ke dalam lapisan permukaan tanah dan turun ke permukaan air tanah disebut infiltrasi. Sifat bagian lapisan suatu profil tanah juga menentukan kecepatan masuknya air ke dalam tanah. Kurva retensi air tanah menggambarkan jumlah air yang dipertahankan dalam tanah di bawah ekuilibrium pada potensial matrik yang diberikan. Perhitungan sifat hidrolika dan infiltasi tanah menggunakan data sekunder yang diambil di Kab. Ogan Komering Ilir dengan contoh sampel sebanyak empat lokasi sampel dengan kedalaman 0-30 cm dan 30-60 cm. Berdasarkan hasil dari proses perhitungan tersebut, kadar air volumetrik jenuh paling maksimum didapat di lokasi 1 pada kedalaman 0-30 cm sebesar 60.28 %. Serta kadar air volumetrik residual paling maksimum berdasarkan perhitungan terdapat pada lokasi 4 di kedalaman 0-30 cm sebesar 21.73 %. Hal tersebut mena ndakan pada lokasi dengan kadar air volumetrik jenuh maksimum kadar airnya paling besar pada lokasi tersebut dibanding lokasi sampling lainnya, dan untuk kadar air volumetrik residual terbanyak menandakan kadar air sisa dari retensi yang paling besar kadarnya dibanding titik sampling lainnya.
Kata Kunci : Infiltrasi, Kurva Retensi Air, Model Genuchten, Visual Basic
Abstract: The water contained in the Earth's surface can be moved into the soil by the force of gravity and capillary flow in a so-called infiltration. This infiltration is relatively new concept, but a lot of progress in the understanding and determination that has been achieved in certain years. The process of entry of rain water into the surface layer down to the surface of the soil a nd ground water is called infiltration. Properties of a layer of the soil profile section also determines the speed of entry of water into the soil. Soil water retention curves describe the amount of water retained in the soil under equilibrium at a given matric potential. Calculation of hydraulics and infiltration properties of soil using secondary data taken in the District of Ogan Komering Ilir with examples of sample four locations to a depth of 0-30 cm and 30-60 cm. Based on the results of the calculation process, the saturated volumetric water content obtained at the location 1 of the maximum at a depth of 0-30 cm at 60.28%. As well as the residual volumetric water content calculations are based on a maximum of locations 4 at a depth of 0-30 cm by 21.73%. This indicates the location of the maximum volumetric water content of saturated water content is greatest in those locations compared to other sampling locations, and for the residual volumetric water content of most of the residual water content indicates the greatest retention levels than other sampling points.
PENDAHULUAN
Air yang terdapat pada permukaan bumi dapat bergerak ke dalam tanah dengan gaya gerak gravitasi dan kapiler dalam suatu aliran yang disebut infiltrasi. Konsep infiltrasi ini relatif baru, namun banyak kemajuan di dalam pengertian dan penentuannya yang telah dicapai pada tahun-tahun tertentu. Laju infiltrasi aktual (fac) adalah laju air berpenetrasi ke permukaan tanah pada setiap waktu dengan gaya-gaya kombinasi gravitasi, viskositas dan kapilaritas. Laju maksimum presipitasi yang dapat diserap oleh tanah pada kondisi tertentu disebut kapasitas infiltrasi (fc), untuk suatu intensitas curah hujan (i). Proses masuknya air hujan ke dalam lapisan permukaan tanah dan turun ke permukaan air tanah disebut infiltrasi. Air yang menginfiltrasi itu awalnya diabsorbsi untuk meningkatkan kelembaban tanah, kemudian akan turun ke permukaan air tanah dan mengalir ke samping (Asdak 1995).
Tanah-tanah yang bertekstur kasar menciptakan struktur tanah yang ringan. Sebaliknya tanah-tanah yang terbentuk atau tersusun dari tekstur tanah yang halus menyebabkan terbentuknya tanah-tanah yang bertekstur berat. Tanah dengan struktur tanah yang berat mempunyai jumlah pori halus yang banyak dan miskin akan pori besar. Sebaliknya tanah yang ringan mengandung banyak pori besar dan sedikit pori halus. Dengan demikian kapasitas infiltrasi dari kedua jenis tanah tanah tersebut akan berbeda pula, yaitu tanah yang berstruktur ringan kapasitas infiltrasinya akan lebih besar dibandingkan dengan tanah-tanah yang berstruktur berat.Infiltrasi berubah-ubah sesuai dengan intensitas curah hujan. Akan tetapi setelah mencapai limitnya, banyaknya infiltrasi akan berlangsung terus sesuai dengan kecepatan absorbsi setiap tanah. Pada tanah yang sama kapasitas infiltrasinya berbeda-beda, tergantung dari kondisi permukaan tanah, struktur tanah, tumbuh-tumbuhan dan lain-lain. Di samping intensitas curah hujan, infiltrasi berubah-ubah karena dipengaruhi oleh kelembaban tanah dan udara yang terdapat dalam tanah (Asdak 1995).
Beberapa faktor internal dan eksternal yang mempengaruhi laju infiltrasi adalah tinggi genangan air di atas permukaan tanah dan tebal lapisan tanah yang jenuh, kadar air atau lengas tanah, pemadatan tanah oleh curah hujan, penyumbatan pori tanah mikro oleh partikel tanah halus seperti bahan endapan dari partikel liat, pemadatan tanah oleh manusia dan hewan akibat traffic line oleh alat olah, struktur tanah, kondisi perakaran tumbuhan baik akar aktif maupun akar mati (bahan organik), proporsi udara yang terdapat dalam tanah, topografi atau kemiringan lahan, intensitas hujan, kekasaran permukaan tanah, kualitas air yang akan terinfiltrasi serta suhu udara tanah dan udara sekitar (Kodoatie dan Roestam 2005).
TINJAUAN PUSTAKA
Infiltrasi adalah proses masuk atau meresapnya air dari atas permukaan tanah ke dalam bumi. Jika air hujan meresap ke dalam tanah maka kadar lengas tanah meningkat hingga mencapai kapasitas lapang. Kapasitas infiltrasi terjadi ketika intensitas hujan melebihi kemampuan tanah dalam menyerap kelembaban tanah. Sebaliknya apabila intensitas hujan lebih kecil dari pada kapasitas infiltrasi, maka laju infiltrasi sama dengan laju curah hujan. Laju infiltrasi umumnya dinyatakan dalam satuan yang sama dengan satuan intensitas curah hujan, yaitu millimeter per jam (mm/jam). Air infiltrasi yang tidak kembali lagi ke atmosfer melalui proses evapotranspirasi akan menjadi air tanah untuk seterusnya mengalir ke sungai disekitar (Sastrodarsono dan Takeda 1999).
Sifat bagian lapisan suatu profil tanah juga menentukan kecepatan masuknya air ke dalam tanah. Ketika air hujan jatuh di atas permukaan tanah, maka proses infiltrasi tergantung pada kondisi biofisik permukaan tanah, sebagian atau seluruh air hujan tersebut akan mengalir masuk ke dalam tanah melalui pori-pori permukaan tanah. Proses mengalirnya air hujan ke dalam tanah disebabkan oleh tarikan gaya gravitasi dan gaya kapiler tanah. Oleh karena itu, infiltrasi juga biasanya disebut sebagai aliran air yang masuk ke dalam tanah sebagai akibat gaya kapiler dan gravitasi. Laju air infiltrasi yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi dibatasi oleh besarnya diameter pori-pori tanah. Tanah dengan pori-pori jenuh air mempunyai kapasitas lebih kecil dibandingkan dengan tanah dalam keadaan kering (Asdak 2002).
Kurva retensi air tanah (SWC), yang didefinisikan sebagai hubungan antara kadar air tanah dan potensi hidrolik, adalah sifat fisik penting dari materi tanah. SWC sangat diperlukan ketika mempelajari proses aliran air dan pemodelan pergerakan air dan zat terlarut melalui tanah yang jenuh atau ketika menghitung ketersediaan air bagi tanaman. Rumus empiris banyak digunakan untuk menggambarkan SWC, diantaranya Van Genuchten (VG) persamaan ini hampir tepat untuk semua tekstur tanah.Namun, empat parameter perlu ditentukan dalam persamaan VG, dan parameter yang tepat mempengaruhi dalam pemecahan masalah nonlinier (Sutanto 2005).
Kurva retensi air tanah (SWC) menggambarkan jumlah air yang dipertahankan dalam tanah (dinyatakan sebagai kadar air massa atau volume, θm
atau θv) di bawah ekuilibrium pada potensial matrik yang diberikan. SWC adalah
METODE PRAKTIKUM
Perhitungan sifat hidrolika dan infiltasi tanah menggunakan data sekunder yang diambil di Kab. Ogan Komering Ilir dengan contoh sampel sebanyak empat lokasi sampel dengan kedalaman 0-30 cm dan 30-60 cm. Perhitungan kurva retensi air tanah dapat dibuat dengan beberapa pendekatan, pada praktikum ini menggunakan model Genuchten berikut, yaitu : retensinya. Retensi air tanah merupakan kemampuan tanah untuk menahan air yang ada di dalamnya. Semakin tinggi nilai retensi air tanah menyebabkan semakin besar kemampuan tanah untuk menahan air tanah, sehingga kadar air tanah semakin tinggi. Selain dipengaruhi oleh retensi, kadar air tanah juga dipengaruhi oleh kedalaman tempat beradanya air tanah tersebut.
Setelah melakukan perhitungan dan percobaan menggunakan model Genuchten dan Visual Basic, dari keempat sampel lokasi dan dua kedalaman yang berbeda (0-30 cm dan 30-60 cm) didapat beberapa data untuk kurva retensi air tanah yaitu nilai θs; θr ; α; n dan m pada masing-masing sampel tanah. Data tersebut ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Hasil Perhitungan Kurva Retensi Air Tanah Contoh Sampel
Lokasi
n 1,368968671 1,379370595 1,403934751 1,400795537 1,434697724 1,504715706 1,337396721 1,264519926
m 0,27 0,28 0,29 0,29 0,30 0,34 0,25 0,21
sebesar 0.28. Pada lokasi 2 pada kedalaman 0-30 cm kadar air volumetrik jenuh sebesar 47.41 %, kadar air volumetrik residual sebesar 20 %, hisapan tanah pada saat udara mulai masuk ke pori-pori tanah sebesar 100 cm, koefisien n sebesar 1.403934751 dan koefisien m sebesar 0.29. Pada lokasi 2 pada kedalaman 30-60 cm kadar air volumetrik jenuh sebesar 47.21 %, kadar air volumetrik residual sebesar 20 %, hisapan tanah pada saat udara mulai masuk ke pori-pori tanah sebesar 100 cm, koefisien n sebesar 1.400795537 dan koefisien m sebesar 0.29. Pada lokasi 3 pada kedalaman 0-30 cm kadar air volumetrik jenuh sebesar 49.62 %, kadar air volumetrik residual sebesar 20 %, hisapan tanah pada saat udara mulai masuk ke pori-pori tanah sebesar 100 cm, koefisien n sebesar 1,434697724 dan koefisien m sebesar 0.30. Pada lokasi 3 pada kedalaman 30-60 cm kadar air volumetrik jenuh sebesar 44.63 %, kadar air volumetrik residual sebesar 20 %, hisapan tanah pada saat udara mulai masuk ke pori-pori tanah sebesar 100 cm, koefisien n sebesar 1.504715706 dan koefisien m sebesar 0.34. Pada lokasi 4 pada kedalaman 0-30 cm kadar air volumetrik jenuh sebesar 51.93 %, kadar air volumetrik residual sebesar 21.73 %, hisapan tanah pada saat udara mulai masuk ke pori-pori tanah sebesar 100 cm, koefisien n sebesar 1.337396721 dan koefisien m sebesar 0.25. Pada lokasi 4 pada kedalaman 30-60 cm kadar air volumetrik jenuh sebesar 53.24 %, kadar air volumetrik residual sebesar 20 %, hisapan tanah pada saat udara mulai masuk ke pori-pori tanah sebesar 100 cm, koefisien n sebesar 1.264519926 dan koefisien m sebesar 0.21.
Tabel 2 Variabel pada Contoh Sampel Lokasi 1 Kedalaman 0-30 cm
pF h (cm) Data Model
1 10 52,60% 52,87%
2 100 48,70% 48,75%
2,54 347 43,60% 42,99%
4,2 15849 28,30% 28,70%
Gambar 1 Kurva Retensi Air Logaritmik untuk Lokasi 1 Kedalaman 0-30 cm
Pada kurva logaritmik diatas ditunjukkan hubungan antara kedalaman tanah dengan nilai kadar air tanahnya. Selain hubungan antara kedalaman dan kadar air tanah, ditunjukkan jugan hubungan air tanah dengan pF. Pengertian pF yaitu logaritma tekanan air dalam satuan cm H2O. Pada tabel satu ditunjukkan
bahwa nilai pF berbanding terbalik dengan kadar air tanah pada kedalaman tertentu, artinya semakin tinggi logaritma tekanan air menyebabkan kadar air tanah semakin tinggi.
Software yang digunakan yaitu Visual Basic dan Solver. Visual basic
digunakan dengan membuat rumusnya terlebih dahulu untuk selanjutnya digunakan untuk perhtungan yang lain, cara tersebut mampu menghemat waktu pengerjaan pemodelan. Solver digunakan untuk menentukan kadar air yang ideal, yaitu dengan membuat nilai kadar air pada perhitungan melalui Visual Basic tidak berbeda jauh dengan nilai kadar air pada pengkuran langsung. Pada tabel 1 dapat terlihat bahwa perbedaan antara nilai kadar air data dengan model sedikit yaitu 0.05-0.40% saja dengan perbedaan tertinggi pada nilai pF = 4.2 dan yang terendah pada nilai pF = 2. Pada praktikum kali ini nilai kadar air model dengan kedalaman dipengaruhi oleh beberapa parameter seperti saturated VWC, residual VWC, dan air entry suction.
Tabel 3 Parameter Kurva Retensi Air Lokasi 1 Kedalaman 0-30 cm
Tabel 3 di atas menunjukkan beberapa parameter yang digunakan dalam perhitungan untuk mendapatkan data pemodelan. Pengetahuan tentang kadar air dalam pemodelan menggunakan dapat bermanfaat dalam bidang teknik sipil dan lingkungan. Pengetahuan tersebut dapat membantu dalam perhitungan dengan data yang sangat banyak, sehingga dapat meminimkan waktu yang terpakai. Pada bidang teknik sipil dan lingkungan pengetahuan tersebut sangat bermanfaat dalam menentukan desain atau jenis bangunan yang ingin dibuat, dengan menyesuaikan terhadap nilai pF dan kadar air tanahnya.
Berdasarkan hasil dari proses perhitungan tersebut, kadar air volumetrik jenuh paling maksimum didapat di lokasi 1 pada kedalaman 0-30 cm sebesar 60.28 %. Serta kadar air volumetrik residual paling maksimum berdasarkan perhitungan terdapat pada lokasi 4 di kedalaman 0-30 cm sebesar 21.73 %. Hal tersebut dapat berbeda-beda hasilnya tergantung dari ketelitian yang digunakan, tetapi tidak akan berbeda jauh rentang error antara alat yang satu dengan yang lain sehingga hasil yang didapat akan tetap valid walaupun berbeda.
SIMPULAN
Kadar air volumetrik jenuh paling maksimum didapat di lokasi 1 pada kedalaman 0-30 cm sebesar 60.28 %. Serta kadar air volumetrik residual paling maksimum berdasarkan perhitungan terdapat pada lokasi 4 di kedalaman 0-30 cm sebesar 21.73 %. Hal tersebut menandakan pada lokasi dengan kadar air volumetrik jenuh maksimum kadar airnya paling besar pada lokasi tersebut dibanding lokasi sampling lainnya, dan untuk kadar air volumetrik residual terbanyak menandakan kadar air sisa dari retensi yang paling besar kadarnya dibanding titik sampling lainnya.
Saran
Untuk mengoptimalkan sifat hidrolika dan infiltrasi pada tanah, sebaiknya untuk daerah drainase dan irigasi tidak dibangun bangunan beton atau infrastruktur yang dapat menghambat masuknya air ke dalam tanah karena akan mengurangi kapasitas retensi dari tanah tersebut sehingga apabila tetap dibangun, maka akan berdampak banjir di daerah tersebut. Sebaiknya dilakukan pengelolaan yang banyak agar fungsi retensi dari tanah tetap berjalan dengan baik.
Daftar Pustaka
Asdak C.1995. Hidrologi dan Pengeloaan daerah Aliran Sungai. Yogyakarta (ID) : Gadjah Mada Press.
Kodoatie RJ, Roestam S. 2005. Pengelolaan Sumber Daya Air Terpadu. Yogyakarta (ID) : Andi.
Kodoatie RJ, Roestam S. 2010. Tata Ruang Air. Yogyakarta (ID) : Andi.
Sastrodarsono S, Takeda K. 1999. Hidrologi untuk Pengairan. Bandung (ID) : Pradnya Paramitha.
