MODEL INFILTRASI KOLOM TANAH
UNTUK MENDUGA LIMPASAN HUJAN PADA
CEKUNGAN KECIL DI DAERAH ALIRAN SUNGAI
(DAS) BAGIAN HULU
(Kasus di Cekungan Kecil Cikumutuk DAS Cimanuk Hulu)
DISERTASI
Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dari
Institut Teknologi Bandung
Oleb
DEDE ROHMAT
NIM : 35098021
Program Studi Teknik Sumberdaya Air
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2005
ABSTRAK
MODEL INFILTRASI KOLOM TANAH UNTUK MENDUGA LIMPASAN HUJAN PADA CEKUNGAN KECIL DI DAERAH ALIRAN SUNGAI
(DAS) RAGLAN HULU
(Kasus di Cekungan Kecil Cikumutuk DAS Cimanuk Hulu) Oleh
Dede Rohmat
Departemen Teknik Sipil lnstitut Teknologi Bandung
Prinsip dasar penanganan lahan kritis berbasis cekungan kecil adalah mengendalikan daya rusak air hujan,dan melindungi atau merehabilitasi tanah dari daya rusak limpasan hujan. Ketersediaan data limpasan hujan menjadi sangat penting. Namun, ketersediaan data limpasan hujan pada satuan-satuan hidrologi sangat terbatas. Pengukuran dan penyediaan data limpasan hujan merupakan pekerjaan besar, diperlukan waktu lama, tenaga kerja banyak, dan biaya besar. Oleh karena itu diperlukan upaya terobosan untuk menanggulangi kendala ini.
Penelitian ini dilakukan dalam rangka mengembangkan model infiltrasi Green-Ampt berdasarkan karakateristik kolom tanah untuk menduga besamya limpasan hujan pada cekungan kecil di Hulu suatu DAS. Penelitian dilakukan dengan menggunnakan pendekatan empiric-analitik Metode penelitian yang digunakan adalah penelitian survey dan observasi lapangan dalam kawasan satuan hidrologi (cekungan kecil). Kajian penelitian mencakup formulasi pola intensitas hujan; formulasi hubungan karakteristik fisik kolom tanah dengan parameter permeabilitas (K) dan suction head (ψ) sebagai parameter pengamaan infiltrasi Green-Apmt; pengembangan persamaan/model infiltrasi Green Ampt untuk menduga limpasan hujan pada cekungan kecil.
Penelitian dilakukaan pada cekungan kecil Cikumutuk yang terdapat pada DAS Cimanuk Hulu. Luas cekungan kecil ini 128,42 ha dan terletak pada ketinggian tempat 560 meter di atas permukaan laut (m dpl) hingga 800 m dpl. Kawasan Cekungan didominasi jenis tanah Latosol (Oxisol) dan macam penggmmaan lahan palawija, agroforestri, kayu campuran, permukiman dan lahan yang tidak digarap (alang-alanglsemak).
Pengamatan variabel-vaniabel sifat fisik tanah, hujan, hidrometri, dan infiltrasi dilakukan pada seluruh kawasan secara representatif dalam kurun waktu sekitar 4 bulan (Januari -April 2001). Sebanyak 16 titik pengamatan ditempatkan, mewakili 5 macam penggunaan lahan dengan mempertimbangkan jenis tanah. Sampel tanah terganggu dan tidak terganggu diambil pada awal penelitian; pengukuran infiltrasi kumulatif dilakukan dengan cara mengambil sampel tanah
sebelum dan sesudah suatu kejadian hujan; sedangkan formulasi pola hujan dilakukan dengan masukan data relcaman hujan otomatis selama 3 tahun.
Pola intensitas hujan (lt,p) di wilayah penelitian diformulasikan sebagai fungsi dari lama
hujan dan probabilitas kejadian hujan.
Laju infiltrasi semakin rendah dengan bertambahnya waktu dan probabilitas hujan, sedangkan infiltrasi kumulatif semakin besar dengan bertambahnya waktu hujan dan semakin kecilnya probabilitas hujan. Pada kisaran t dan p yang dihitung, laju infiltrasi ( mm/jam) pada lahan palawija berkisar antara 11,09 – 0,53; lahan agroforestri 13,06 – 0, 60; lahan tidak digarap 7,24 – 0,51; lahan kayu campuran 6,62 – 0,61; dan lahan permukiman 6,18 – 0,61.
Infiltrasi kumulatif difonnulasikan sebagai : F(t)c1= f(t)cr . t. Kuantitas infiltrasi kumulatif (
mm) berkisar antara 1,59 – 20,50 untuk lahan palawiha; 1,88 – 21,23 untuk lahan agroforestri; 1,36 – 17,84 untuk lahan tidak digarap; 1,11 – 23,88 untuk kayu campuran; dan 1,28 – 22,59 untuk lahan permukiman.
Pada hujan yang kecil dan singkat sebagian besar air hujan ditahan oleh tajuk tanaman dalam bentuk intersepsi, sehingga infiltrasi kumulatif untuk lahan kayu campuran pada hujan demikian, sangat kecil. Infiltrasi kumulatif akan bertambah secara nyata dengan bertambahnya lama dan jumlah hujan.
Hasil pendugaan infiltrasi menunjukkan nilai yang cukup akurat dan mendekati nilai infiltrasi kumulatif empirik. Nilai korelasi dan simpangan rata-rata infiltrasi kumulatif pada lahan palawija masing-masing adalah 0,97 dan 10,89 %, lahan agroforestri 0,98 dan 8,63 %; lahan tidak digarap 0,95 dan 10,99 %; lahan kayu campuran 0,99 dan 11,16 %; dan lahan permukiman 0,97 dan 12,30 %. Hal ini menunjukkan bahwa model infiltrasi dapat diandalkan untuk menduga jumlah infiltrasi kumulatif
Jumlah limpasan hujan pada cekungan kecil, dapat diduga oleh ROmodel melalui tiga
pendekatan secara terintegrasi, yaitu model infiltrasi kolom tanah; keseimbangan hidrologi; dan pengembangan koefisien limpasan cekungan (CM). ROmodel=ROC.CM ;
Hasil pendugaan limpasan hujan, cukup valid dan dapat diandalkan untuk menduga jumlah limpasan. Nilai RO.,odej (mm) berkisar antara 0,0076 – 6,67. Angka ini
merupakan 4,23 – 60,1 % dari ROkempirik Hal ini menunjukkan bahwa cekungan kecil
optimum dapat menyimpan jumlah hujan sekitar 39,9 %.
Nilai korelasi dan simpangan rata-rata antara jumlah ROmodel hasil perhitungan dengan
ROempirik hasil pengukuran, masing-masing sekitar 0,99 dan 8,97 %.
Model pendugaan limpasan hujan untuk cekungan kecil, dalam aplikasinya dapat dikembangkan untuk cekungan-cekungan kecil lain, selama kondisi fisik cekungan kecil identik dengan cekungan kecil model. Terutama dalam hal variasi jenis macam penggunaan lahan, dan karakteristik tanah.
Model infiltrasi kolom tanah basil pengembangan, pendekatan keseimbangan hidrologi, dan formula koefisien CM; dapat digunakan untuk menduga jumlah limpasan hujan
menurut satuan hamparan lahan pads suatu macam penggunaan lahan.
Diperlukan penelitian lanjutan untuk lebih mempertajam akurasi dan mengembangkan hasil penelitian ini ke kawasan satuan hidrologi yang lebih luas dan lebih variatif sifat fisiknya.
Abstract
THE MODEL OF SOIL COLUMN INFILTRATION TO PREDICT RUNOFF ON SMALL CATCHMENT OF UPPER WATERSHED (A Case on Cikumutuk Small Catchment of Cimanuk Upper Watershed)
By Dede Rohmat
Civil Engineering Department Bandung Institute of Technology
The basic principles to handle critical land are managing the damage power of runoff; and protecting and rehabilitating land, both was implementating on hydrologycal units. Preparing of hydrology's data to be very important, but these data were limiting actually. It's measuring and preparing to need a long time, many man power, and much cost. This is a challenge, to find a new innovation to handle these constrains.
This research aims to develop Green-Amps infiltration model to predict quantity of runoff on small watershed of an upper watershed. Empiric-analytic approach is used in this research. Research methods are survey and field observation on a hydrological unit area (small watershed). Research study encompasses formulation of rainfall intensity pattern, coherent formulation between soil column physic characteristic and both permeability (K) parameter and suction head (ψ) as parameter of Green-Ampt infiltration equation, and development of Green-Ampt equation and infiltration model to predict runoff.
The research is conducted in Cikumuntuk small watershed of Cimanuk upper watershed. The small watershed area is 128.42 ha and located on height of 560 msl (mean sea level) up to 800 msl. The small watershed is dominated by soil type of Latosol (Oxisol) and various land uses for palawya (second crops), agroforestry, mixed timbers, settlement, and non arable land (grasses/underbrush).
Monitoring on variables of soil physic characteristic, rain, hydrometric, and infiltration has been conducted in the whole area representatively within period of around 4 months ( January – April 2001). There are 16 monitoring spots are made to represent 5 types of land use in consideration of soil types. Both disturbed and undisturbed soil-sampling are elicited since in the beginning of the research, cumulative infiltration measurement is conducted by taking soil sample before
and after rain occurrence, whereas rain pattern formulation is conducted on the basis of data from automatic rain record for past 3 years.
The pattern of rainfall intensity on research area were formulated as function of rainfall duration and rainfall probability.
Infiltration rate decrease according to increase rainfall duration and probability, whereas cumulative infiltration increase according to rainfall duration and according to decrease rainfall probability. In range t and p had calcuted, infiltration rate (mm/our) on palawija land about 11,09 up to 0,53; agroforestry 13,06 up to 0,60; non arable land 7,24 up to 0,51; mixed timbers land 6,62 up to 0,61; and settlementland 6,18 up to 0,61.
The cumulative infiltration were formulated as F(t) = f(t).t. Range of Quantity of cumulative infiltration (mm) between 1,59 to 20,50 on palawija land; 1,88 to 21,23 on agroforestry land; 1,36 to 17,84 on non arable land; 1,11 to 23,88 on mixed timbers land; and 1,28 to 22,59 on settlement land.
At small rainfall and short duration's, more than half of rainfall endure by leafs and boughs of plants, then cumulative infiltration to be very small. Cumulative infiltration significantly to be increase according to duration and number of rainfall.
Calculating result indicate that value of cumulative infiltration model is exactly to approach cumulative infiltration empirical. The average of correlation and deviation on palawija land are 0,97 and 10,89 % agroforestry land are 0,98 and 8,63 %; non arable land are 0,95 and 10,99 %; mixed timbres land are 0,99 and 11,16 %; and settlement land are 0,97 and 12, 30 %.
Quantity of runoff on small catchmnet, can be predict by ROmodel according to integrity of
three approach, are the model of soil column infiltration, hydrology balance, and runoff coefficient of small catchmnet (CM).
The quantity of runoff model (ROmodel;mm) around 0,0076 to 6,67. That is 4,23 to 60,1 %
of ROempirik. This case indicate that the small catchment had been holding rainfall about
39,9 % optimum.
The average of correlation and deviation values between number of ROmodel with ROempirik
, about 0,99 and 13 %.
On field applications, the runoff model of small catchment can be developing for the others small catchmeet and/or an land area; if small catctments and/or land area mentioned would be condition as same as small catchmeet and/or land area model. Especially on variation of land use patterns and soil characteristics.
Needed the contunued research for more accuracy and developing this results to bigger hydrological unit area and wide characteristic variation physically anymore.
