ANALISIS DEBIT LIMPASAN PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN ALAT RAINFALL SIMULATOR PADA TANAH DENGAN VARIASI KEPADATAN

(1)

ANALISIS DEBIT LIMPASAN PERMUKAAN

DENGAN MENGGUNAKAN ALAT RAINFALL SIMULATOR PADA TANAH DENGAN VARIASI KEPADATAN

Rudianto Wahyu Prabowo1, Donny Harisuseno2, Andre Primantyo H2, Dian Noorvy K3

1. Mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya 2. Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya 3. Mahasiswa Program Doktor Teknik Sumber Daya Air Universitas Brawijaya

Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia Email : [email protected]

ABSTRAK

Debit limpasan permukaan terjadi jika air hujan yang jatuh lebih besar dari kapasitas infiltrasi pada tanah. Kondisi ini sangat dipengaruhi oleh berbagai hal, diantaranya intensitas curah hujan, karakteristik lahan, karakteristik tanah, kemiringan lahan dan kepadatan tanah. Karakteristik tanah yang mempengaruhi porositas tanah, kerapatan massa tanah, kadar air tanah, tekstur tanah, struktur tanah, kandungan bahan organik tanah, dan keadaan vegetasi permukaan tanah. Skripsi ini mencoba untuk meneliti pengaruh kepadatan tanah terhadap debit limpasan pada alat Rainfall Simulator.

Pengambilan sampel tanah pada penelitian ini dilaksanakan pada Kelurahan Tlogomas Kota Malang. Penentuan lokasi berdasarkan pembagian peta sifat fisik tanah di Kota Malang. Data-data yang diperoleh adalah data primer yang merupakan pengamatan langsung dari Laboratorium Hidrologi Teknik Pengairan, yaitu dengan menggunakan alat

Rainfall Simulator untuk mengetahui debit limpasan permukaan dengan memvariasikan

kepadatan, percobaan dilakukan sebanyak 36 kali.

Hasil pengukuran dan analisis debit limpasan di Laboratorium hubungan antara debit limpasan dengan variasi kepadatan adalah berbanding lurus, debit limpasan akan meningkat jika tingkat kepadatannya meningkat.

Kata kunci: Debit Limpasan, Kepadatan, Rainfall Simulator ABSTRACT

The surface of the discharge runoff rain water falling happen if greater than the capacity of infiltration on the ground. This condition is highly influenced by various things, such as the intensity of rainfall, characteristic of land, characteristic of the land, the slope of land and the density of the land. Characteristic of land that affects the porosity of the land, the density is a land mass, ground water levels, the texture of the land, soil structure, the content of organic material land, and the state of the surface soil of vegetation. Thesis is trying to examine the influence of the density of soil on a runoff against discharge for the simulator rainfall.

The sample collection the ground at this study was conducted to officials in urban village tlogomas Malang city. The determination of recipient divided based on a map of the nature of the physical land in the town of Malang. The data obtained is primary data is direct observation from the lab hydrology agricultural water, technique namely by means of a utensil rainfall for the simulator to discharge runoff know the surface with varying density, experiment done in 36 times.

Result of measuring and analysis discharge a runoff in the laboratory the relationship between discharge a runoff with the variation of the density is the is directly proportional,

(2)

discharge runoff would increase if density increase. The relationship between discharge a runoff with the variation of earthen slope is is directly proportional, discharge a runoff will be great if earthen slope added.

Keyword : Discharge runoff, density, rainfall simulator I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Hujan yang jatuh ke tanah

membentuk limpasan (runoff) yang

mengalir kembali ke laut. Beberapa diantaranya masuk ke dalam tanah (infiltrasi) dan bergerak terus ke bawah

(perkolasi) ke dalam daerah jenuh

(saturated zone) yang terdapat di bawah permukaan air tanah. Air dalam tanah ini bergerak perlahan-lahan melewati akuifer

masuk sungai atau kadang-kadang

langsung ke laut. infiltrasi didefinisikan sebagai gerakan air ke bawah melalui permukaan tanah ke dalam profil tanah. Limpasan permukaan terjadi ketika jumlah curah hujan melampaui laju infiltrasi dan

penguapan. Setelah laju infiltrasi

terpenuhi, air mulai mengisi cekungan atau depresi pada permukaan tanah. Setelah pengisian selesai maka air akan mengalir dengan bebas di permukaan tanah.

Faktor yang mempengaruhi

limpasan permukaan dibagi menjadi dua kelompok, yaitu elemen meteorologi dan elemen sifat fisik atau karakteristik daerah

pengaliran (Sosrodarsono, 1978).

Pengaruh intensitas hujan terhadap

limpasan permukaan sangat tergantung pada laju infiltrasi, maka akan terjadi

limpasan permukaan sejalan dengan

peningkatan intensitas curah hujan.

Hubungan antara resapan dengan variasi kepadatan adalah berbanding terbalik, Resapan akan meningkat jika tingkat kepadatannya menurun ( Pratama, 2012 ).

1.2. Identifikasi Masalah

Debit limpasan permukaan terjadi jika air hujan yang jatuh lebih besar dari kapasitas infiltrasi pada tanah. Kondisi ini sangat dipengaruhi oleh berbagai hal,

diantaranya: intensitas curah hujan,

karakteristik lahan, karakteristik tanah,

kemiringan lahan dan kepadatan tanah. Karakteristik tanah yang mempengaruhi porositas tanah, kerapatan massa tanah, kadar air tanah, tekstur tanah, struktur tanah, kandungan bahan organik tanah, dan keadaan vegetasi permukaan tanah. Hubungan debit limpasan permukaan terhadap kemiringan lahan adalah debit limpasan permukaan akan besar jika kemiringan lahan semakin tinggi. Apabila tanah mengalami kepadatan tinggi akan berpengaruh terhadap debit limpasan permukaan yang semakin tinggi. Semakin kecil intensitas hujan maka debit limpasan akan semakin kecil.

Berdasarkan uraian diatas, skripsi ini mencoba untuk meneliti pengaruh kepadatan tanah terhadap debit limpasan pada alat Rainfall Simulator.

1.3 Batasan Masalah

Terdapat beberapa batasan-batasan dalam pembahasan skipsi ini, yaitu:

1. Penentuan lokasi pengambilan

sampel tanah berdasarkan peta sebaran tanah di Kota Malang. 2. Pengambilan sampel tanah di

Kelurahan Tlogomas sudah

mewakili kondisi sebaran tanah di kota malang.

3. Pengukuran debit limpasan

permukaan hanya dipengaruhi oleh

variasi kepadatan tanah dan

intensitas hujan 2 liter/menit. 4. Penelitian dilakukan pada kondisi

sifat fisik tanah, yaitu berdasarkan besar kecilnya butiran tanah.

1.4 Rumusan Masalah

Penelitian ini didasarkan untuk mengetahui pengaruh kepadatan tanah terhadap debit limpasan permukaan pada intensitas hujan 2 liter/menit ?

(3)

1.5 Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui debit limpasan permukaan dengan pengaruh perubahan kepadatan tanah pada intensitas hujan 2 liter/menit pada alat Rainfall Simulator.

Adapun manfaat dari kajian ini

adalah sebagai pengembangan ilmu

berkaitan dengan tata guna lahan

perkotaan yang berwawasan lingkungan (eco drainage), dimana air hujan yang jatuh di permukaan tanah tidak langsung dialirkan ke saluran drainase menuju ke sungai, namun air hujan tersebut sebagian dikendalikan agar meresap ke dalam tanah sebagai imbuhan air tanah.

II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Limpasan permukaan

Limpasan permukaan terjadi ketika kapasitas infiltrasi tanah tidak dapat menyeimbangkan intensitas curah hujan di

permukaan tanah. Pada umumnya

limpasan permukaan tidak terjadi segera setelah hujan jatuh di permukaan tanah, tetapi perlu waktu untuk memenuhi kapasitas infiltrasi. Waktu dari permulaan sampai mulai terjadi limpasan permukaan disebut ponding time.

Kapasitas infiltrasi adalah

kemampuan tanah dalam menyerap

(menginfiltrasikan) air yang terdapat di permukaan atau aliran air permukaan tanah. Semakin besar kapasitas infiltrasi maka aliran air di permukaan tanah makin berkurang

2.2. Alat Rainfall Simulator

Alat yang digunakan untuk

membuat simulasi pada penelitian ini yaitu menggunakan Rainfall Simulator. Rainfall

Simulator merupakan alat yang

memungkinkan kita melihat siklus

hidrologi dalam skala kecil, tetapi ada faktor yang tidak di masukkan dalam alat ini yaitu faktor evaprotranspirasi dan evaporasi yang kedua hal tersebut di sebabkan oleh matahari dan tanaman.

Peralatan ini memiliki tangki uji dengan ukuran 2 x 1.2 x 0.3 meter. Pada

bagian atasnya tangki ini memiliki nozzle yang bisa mengatur besarnya butiran hujan yang jatuh. Tangki uji ini juga memiliki dua buah pipa berpori bagian dasar, yang kemudian ke dua tangki pengukuran aliran. Tangki ini juga memiliki dua saluran air yang terhubung ke tangki lain yaitu tangki pengukur arus, dimana setiap saluran dapat diukur masing-masing. Di bawah tangki terdapat tabung pisometrik uji, yang memungkinkan melihat level air setiap saat.

Gambar 1 Alat Rainfall Simulator 2.3. Intensitas hujan

Intensitas hujan adalah jumlah hujan persatuan waktu (mm/jam, mm/min, mm/det). Lama waktu hujan adalah lama waktu berlangsungnya hujan, Durasi hujan adalah lamanya curah hujan dalam menit atau jam. Dalam hal ini dapat mewakili total curah hujan atau periode hujan yang disingkat dengan curah hujan yang relatif seragam ( Asdak, 1995). Intensitas hujan diartikan sebagai pengukuran curah hujan dilakukan untuk mengetahui jumlah dan lama curah hujan ( Utomo, 1993).

2.4. Kepadatan Tanah

Peristiwa bertambahnya berat

volume kering oleh beban dinamis disebut pemadatan. Maksud dari pemadatan tanah adalah merupakan usaha secara mekanik agar butir-butir tanah merapat. Volume pori berkurang namun volume butir tidak berubah. Hal ini bisa dilakukan dengan cara menggilas atau menumbuk. Jika disiram air akan menjadi lunak dan lebih mudah dipadatkan, tapi makin besar kadar

(4)

air tanah makin membatasi kepadatan yang dapat dicapai. Yang dapat berkurang hanya udara, jika volume air lebih besar maka kepadatan maksimum berkurang.

Berat volume kering (ɣd), adalah

perbandingan antara berat butiran (Ws)

dengan volume total (V)

( 1 )

III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Lokasi Studi

Kota Malang terletak ditengah-tengah

wilayah Kabupaten Malang. Secara

geografis wilayah Kota Malang berada diantara 112,06°– 112,07° Bujur Timur dan 7,06° – 8,02° Lintang Selatan, dengan

luas wilayah 11.005,66 ha (110,06 km2).

Batas wilayah Kota Malang adalah sebagai berikut:

 Batas Utara : Kecamatan Singosari dan Karangploso, Kabupaten Malang  Batas Selatan : Kecamatan Tajinan

dan Pakisaji, Kabupaten Malang  Batas Timur : Kecamatan Pakis dan

Tumpang, Kabupaten Malang

 Batas Barat : Kecamatan Wagir dan Dau, Kabupaten Malang

Secara administrasi, Kota Malang terbagi atas 5 kecamatan dengan 57 kelurahan. Pengambilan sampel tanah pada penelitian ini akan dilaksanakan pada Kelurahan Tlogomas Kota Malang. Penentuan lokasi ini berdasarkan pembagian peta sifat fisik tanah di Kota Malang.

Gambar 2 Peta Kota Malang.

3.2. Kemiringan Tanah

Pada penelitian ini kemiringan tanah 2%. Kemiringan mempengaruhi

kecepatan dan volume limpasan

permukaan. Pada dasarnya semakin curam

suatu lereng, prosentase kemiringan

semakin tinggi, semakin cepat pula laju limpasan permukaan. Sebagai akibatnya, semakin singkat waktu untuk infiltrasi karena volume limpasan permukaan juga semakin besar (dapat dilihat pada gambar 3). Penelitian ini dengan menetapkan hujan 2 liter/menit.

Gambar 3 Proses Pengaturan Kemiringan

Tanah pada Alat Rainfall Simulator

3.3. Penentuan Kepadatan Tanah

Setelah pengambilan sampel tanah pada lokasi, tanah tersebut terlebih dahulu dikeringkan dan dijemur pada sinar matahari, setelah tanah dalam keadaan kering kemudian tanah tersebut disaring dengan ayakan no 10 agar mendapatkan kondisi tanah yang bagus untuk dilakukan penelitian pada alat Rainfall Simulator, setelah tanah dalam keadaan lolos saringan 10, tanah tersebut ditambah air 20%

Direncanakan sebanyak 3 variasi kepadatan :

1. Kepadatan 1 : ɣd = 0,83 gr/cm3

Tanah dengan berat kering 120 kg dengan penambahan air 20% di padatkan dengan penumbuk seberat 2,9 kg. Tanah dipadatkan dengan 3 lapisan masing-masing lapisan ditumbuk sebanyak 2 putaran ( dapat dilipat pada gambar 4 ). Tinggi tanah setelah di padatkan 13,4 cm.

Didapat ɣd dari kepadatan 2 putaran

(5)

2. Kepadatan 2 : ɣd = 0,96 gr/cm3 Tanah dipadatkan dengan 3 lapisan masing-masing lapisan ditumbuk sebanyak 4 putaran. Tinggi tanah setelah di padatkan 11,5 cm. Di dapat ɣd dari kepadatan 4

putaran adalah 0,96 gr/cm3

3. Kepadatan 3 : ɣd = 1,09 gr/cm3

Tanah dipadatkan dengan 3 lapisan masing-masing lapisan ditumbuk sebanyak 6 putaran. Tinggi tanah setelah di padatkan 10,2 cm. Didapat ɣd dari kepadatan 6

putaran adalah 1,09 gr/cm3

Gambar 4 Proses Penentuan

Kepadatan Tanah

3.4. Pelaksanaan Percobaan

1. Persiapan alat Rainfall simulator 1. Pastikan alat Rainfall Simulator

dan alat bantu lainya siap untuk digunakan

2. Tutup lubang pori pada tangki uji menggunakan kertas filter dan ditutup dengan geotextile, dengan tujuan material tanah yang terbawa air tidak menyumbat lubang pori. 3. Tanah yang digunakan adalah

tanah yang sudah kering dan lolos saringan no 10. Masukkan tanah tersebut kedalam kotak pengetesan. kemudian diratakan dan dipadatkan dengan menggunakn penumbuk seberat 2,9 kg.

2. Langkah Percobaan

Adapun langkah pengujiannya

yaitu dilakukan dengan cara:

1. Mengatur kemiringan lahan sesuai 2% yang terdapat pada alat simulator hujan.

2. Mengatur debit pompa untuk menentukan intensitas hujan sesuai

dengan yang mau diamati dalam liter/menit.

3. mengatur ketinggian meja

pengetesan sesuai dengan yang ditentukan.

4. Alat rainfall simulator dihidupkan dengan pengaturan kran inflow sesuai dengan intensitas yang sudah ditentukan.

5. Mengoperasikan hujan buatan

dengan intensitas yang telah

ditentukan sebelumnya dengan

membuka spray nozzle

6. Menghidupkan stopwatch sejak alat mulai dioperasikan sampai saat debit yang keluar dari outlet mencapai nilai nol / mendekati nol 7. Perhatikan pada ujung saluran ukur

tinggi air yang mengalir

8. Ukur tinggi ( h ) pada v-note permukaan untuk mengetahui debit aliran permukaan yang terjadi. Semakin besar intensitas hujan maka debit limpasan permukaan semakin besar.

9. Perhatikan pula air yang mengalir pada kedua kran outflow, dari lubang pori berada tepat dibawah tangki.

10. Mengukur tinggi air pada

piezometer.

11. Ukur dengan interfal waktu

tertentu.

12. Tunggu sampai perubahan

konsisten di angka tertentu.

13. Limpasan akan mencapai nilai konstan saat waktu konsentrasi

telah tercapai. Jika keadaan

tersebut telah tercapai, maka hujan

buatan dapat dihentikan dan

menunjukkan telah terjadi

keseimbangan antara hujan, debit, dan kehilangan air infiltrasi

14. Setelah data didapatkan mesin dimatikan.

15. Melakukan percobaan point 1 sampai dengan 15 untuk intensitas hujan yang berbeda, kepadatan ɣd 0,83 gr/cm3, 0,96 gr/cm3 dan 1,09

(6)

Gambar 5 Proses Pengaturan Hujan 2

Liter/ menit pada Alat Rainfall Simulator

Gambar 6 Proses Pengukuran Debit

Limpasan pada Alat Rainfall Simulator Dari gambar 5 proses pengaturan hujan 2 liter/menit pada alat rainfall

simulator dengan cara memutar kran

sampai angka menunjukkan 2 liter/menit. Setelah hujan keluar dari spray nozzle akan terjadi debit limpasan. Pengukuran

debit limpasan pada alat Rainfall

Simulator. ( dapat dilihat pada gambar 6 ) IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisis Karakteristik Tanah

Pada penelitian ini sampel tanah yang digunakan yaitu tanah galian, yang berlokasi di Kelurahan Tlogomas.

Dari hasil pengujian yang

dilakukan di Laboratorium Tanah dan Air

Tanah, Jurusan Teknik Pengairan

diperoleh gradasi butiran tanah yang dilakukan untuk pengujian debit limpasan permukaan pada alat Rainfall Simulator mengandung presentasi pasir 18 %, lanau

46,8 % dan lempung 35,2 % dari hasil tersebut didapat jenis tanah dari segitiga tekstur tanah termasuk silty clay loam ( liat lempung berlanau ). Dari hasil pengujian

specific gravity didapatkan harga Gs 2,223 4.2. Analisis Debit Limpasan

Besarnya debit limpasan dengan berbagai variasi kepadatan ditunjukkan pada tabel 1.

Tabel 1 Perbandingan Debit pada Variasi Kepadatan (ɣd)

Pada tabel 1 dengan Kepadatan (ɣd)

0,83 gr/cm3, Kepadatan (ɣd) 0,96 gr/cm3,

Kepadatan (ɣd) 1,09 gr/cm3 semakin besar

Kepadatan (ɣd) debit limpasan akan semakin besar.

Dari fenomena penelitian ini dapat

diaplikasikan pada lokasi sebaiknya

kepadatan kecil agar debit limpasan kecil dan memperbesar infiltrasi, sehingga bisa mengurangi debit limpasan yang akan menyebabkan dampak banjir jika terjadi debit limpasan terus menerus dan air tidak bisa diresapkan secara maksimal pada tanah. Semakin kecil debit limpasan pada lokasi akan semakin bagus untuk upaya

mengurangi terjadinya banjir dan

memperbanyak infiltrasi akan semakin

bagus untuk upaya meningkatkan

cadangan air pada tanah, dimana air hujan yang jatuh di permukaan tanah tidak langsung dialirkan ke saluran drainase menuju ke sungai sebaiknya di kendalikan agar terinfiltrasi pada tanah dan bisa meningkatkan kualitas airtanah.

Kemiringan Debit Debit rerata

( s ) ( Q ) ( Q )

( gr/cm3 ) ( % ) ( Liter/menit ) ( Liter/menit )

0,83 2 1,6 1,60 Tidak jenuh air

0,83 2 1,65

0,83 2 1,7

0,83 2 1,78

0,96 2 1,8

0,96 2 1,7

0,96 2 1,8

1,09 2 1,8 1,09 2 1,8 1,09 2 1,8 1,77 Jenuh Air 1,80 Jenuh Air ɣd keterangan 1,71 Jenuh Air

(7)

4.2.1 Pengaruh Kepadatan Terhadap Debit Limpasan

Gambar 7 Pengaruh Kepadatan Terhadap

Debit Limpasan

 Dari gambar 7 pengaruh kepadatan

terhadap debit limpasan pada

kepadatan (ɣd) 0,83 gr/cm3 dan (ɣd) 0,96

gr/cm3 untuk keadaan jenuh air debit

limpasan lebih besar dari pada keadaan tidak jenuh air. Hal ini disebabkan karena pada saat jenuh air infiltrasinya lebih kecil dari kondisi tidak jenuh air. Tetapi pada kepadatan (ɣd) 1,09 gr/cm3 debit limpasan jenuh air sama dengan dari keadaan tidak jenuh air yaitu 1,8 liter/menit. Karena pada saat kepadatan

(ɣd) 1,09 gr/cm3 besar infiltrasinya

sama yaitu mempunyai nilai infiltrasi kecil.

 Untuk keadaan tidak jenuh air dan jenuh air semakin besar kepadatan debit limpasan akan semakin besar. Pada tanah tidak jenuh kenaikan debit limpasan semakin besar dari pada

kondisi tanah jenuh. Hal ini

membuktikan faktor kepadatan tanah

(ɣd) berpengaruh terhadap besar

kecilnya debit limpasan.

V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian di Laboratorium tentang hubungan debit limpasan dengan kepadatan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

 Hubungan antara debit limpasan dengan variasi kepadatan adalah berbanding lurus, debit limpasan akan

meningkat jika tingkat kepadatannya meningkat. Dalam pengujian ini debit limpasan maksimum terjadi pada

kepadatan (ɣd) 1,09 gr/cm3 yaitu

sebesar 1,8 liter/menit pada kondisi tidak jenuh air dan jenuh air. sedangkan debit limpasan minimum terjadi pada keadaan tanah tidak jenuh air kepadatan (ɣd) 0,83 gr/cm3 yaitu sebesar 1,60 liter/menit.

5.2 Saran

Dalam pengukuran debit limpasan di Laboratorium, sebaiknya percobaan dilakukan dengan memperbanyak variasi

kemiringan (%), kepadatan (ɣd) dan

intensitas hujan yang lebih banyak untuk memperkuat hasil yang didapat. Agar lebih signifikan dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh aliran masuk (inflow), disamping hujan terhadap debit limpasan.

VI. DAFTAR PUSTAKA

Asdak,C. 2002. Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press. Hakim, dkk. 1986. Dasar-dasar Imu

Tanah. Lampung: Universitas Lampung.

Hardiyatmo, H. C. 2012. Mekanika Tanah

I. Yogyakarta: Gadjah Mada

University Press.

Indarto. 2010. Hidrologi: Dasar Teori dan

Contoh Aplikasi Model Hidrologi.

Jakarta: PT Bumi Askara.

Islami, Wani. 1995. Hubungan Tanah, Air

dan Tanaman. Semarang: IKIP

Semarang Press.

Januardin. 2008. Pengukuran Laju

Infiltrasi pada Tata Guna Lahan yang Berbeda di Desa Tanjung Selamat Kecamatan Medan Tuntungan Medan. Medan: Departemen Ilmu Tanah FP USU.

(8)

Kartasapoetra. 1989. Kerusakan Tanah

Pertanian dan Usaha Untuk Merehabilitasinya. Jakarta: Bina

Aksara.

Maryono, A, 2004. Banjir, Kekeringan

dan Lingkungan. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.

Noorvy, D. 2000. Analisa Penentuan

Model Infiltrasi pada Alat Simulator Hujan Untuk Tanah Lempung Berliat Jenuh Air. Skripsi

tidak dipublikasikan. Malang:

Universitas Brawijaya.

Pratama, H. A. 2012. Hasil Penelitian Fakultas Teknik. Model Ekperimen

Pengaruh Kepadatan, Intensitas Curah Hujan dan Kemiringan Terhadap Resapan pada Tanah Organik. Makasar: Fakultas Teknik