B. Analisis Hidrometer
3.2. Infiltrasi dan Perkolasi
Sejumlah besar air tersimpan di dalam lapisan tanah.
Airnya masih bergerak, mungkin sangat lambat, dan masih merupakan bagian dari siklus air. Sebagian besar air di tanah berasal dari curah hujan yang menyusup ke bawah dari
permukaan tanah. Lapisan atas tanah adalah zona tak jenuh, di mana air hadir dalam jumlah yang bervariasi yang berubah dari waktu ke waktu, namun tidak memenuhi tanah. Di bawah lapisan ini adalah zona jenuh, di mana semua pori-pori, celah, dan ruang di antara partikel batuan jenuh dengan air. Istilah air tanah digunakan untuk menggambarkan daerah ini. Istilah lain untuk air tanah adalah "akuifer," meskipun istilah ini biasanya digunakan untuk menggambarkan formasi cadangan air yang mampu menghasilkan cukup air untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Aquifer adalah gudang besar air tanah dan orang- orang di seluruh dunia banyak yang bergantung pada air tanah dalam kehidupan sehari-hari mereka.
Sumber : The Water Cycle - USGS (2016)
Gambar 3.2. Susunan Lapisan Tanah & Proses Pengisian Ulang Bagian atas permukaan tempat air tanah terjadi disebut muka air tanah (water table). Pada diagram diagram di atas, dapat terlihat bagaimana tanah yang ada di bawah muka air tanah akan jenuh dengan air (zona jenuh). Aquifers diisi ulang oleh rembesan presipitasi yang jatuh di permukaan tanah, namun ada banyak faktor geologi, meteorologi, topografi, dan manusia yang menentukan tingkat pengisian ulang pada
akuifer. Batu memiliki karakteristik porositas dan permeabilitas yang berbeda, yang berarti air tidak bergerak dengan cara yang sama di semua lapisan batuan. Dengan demikian, karakteristik pengisian air tanah bervariasi di seluruh dunia (USGS, 2016).
Proses pengisian air tanah melalui infiltrasi dan perkolasi untuk sampai ke zona jenuh (saturated zone). Infiltrasi adalah proses masukkan air dari permukaan tanah ke dalam zona pendular sampai pada zona funikular, sebagai akibat gaya kapiler dan gaya gravitasi. Sedangkan perkolasi adalah proses mengalirnya air dari zona funikuler ke dalam zona kapiler akibat gaya gravitasi, dan selanjutnya mengisi cadangan akuifer pada zona freatis.
Pengertian tentang infiltrasi dan perkolasi banyak dikemukakan para ahli, diantaranya menurutClay Asdak (2007), bahwainfiltrasi adalah proses aliran air (umumnya berasal dari curah hujan), masuk ke dalam tanah. Sedangkan perkolasi merupakan proses kelanjutan aliran air tersebut ke dalam tanahyang lebih dalam. Sementara menurut Sitanala Arsyad (1989), bahwa infiltrasi adalah peristiwa masuknya air ke dalam tanah (umumnya tetapi tidak mesti) melalui permukaan tanah dan secara vertical.Sedangkan perkolasi adalah peristiwa bergeraknya air ke dalam profil tanah.
Pengertian lain, bahwa infiltrasi adalah proses perpindahan air dari atas ke dalam permukaan tanah melalui pori-pori tanah (Soemarto, 1999).
Laju infiltrasi adalahbanyaknya air per satuan waktuyang masuk melalui permukaan tanah. Sementara kapasitas infiltrasi adalah laju maksimum gerakan air dari permukaan masuk ke dalam tanah. Kapasitas infiltrasi terjadi ketika intensitas hujan melebihi kemampuan tanah dalam menyerap kelembaban tanah. Sebaliknya, apabila intensitas hujan lebih kecil daripada kapasitas infiltrasi, maka laju infiltrasi sama dengan lajucurah hujan. Laju infiltrasi umumnya dinyatakan dengan mm/jam
atau mm/hari. Sedangkan kapasitas infiltrasi dinyatakan dalam cm atau inch.
Laju perkolasi adalahbanyaknya air per satuan waktuyang masukke dalam lapisan tanah dari zona tak jenuh ke zona freatis. Sedangkan kapasitas perkolasi adalah laju perkolasi maksimum yang terjadi.Untuk lebih memperjelas arti dan perbedaan kapasitas infiltasi (f) dan kapasitas perkolasi (p), dapat dilihat dari gambar di bawah ini:
Gambar 3.3. Profil Lapisan Tanah yang Dilewati Infiltrasi Pada Gambar A di atas,akan menghasilkan daya infiltrasi yang besar, tetapi daya perkolasinya kecil, karena lapisan atasnya terdiri dari lapisan kerikil yang mempunyai permeabilitas tinggi dan lapisan bawahnya terdiri dari lapisan tanah liat yang relatif kedap air. Demikian pula sebaliknya pada Gambar B akan menghasilkan daya infiltrasi yang kecil, tetapi daya perkolasinya besar, karena lapisan atasnya terdiri dari lapisan kedap air dan lapisan bawahnya merupakan lapisan berpori yang bersifat cukup tiris.
Laju infiltrasi dan kapasitas infiltrasi mempengaruhi beberapa hal, diantaranya :
1. Air Limpasan ; Lajuinfiltrasi menentukan besarnya air hujan yang dapat diserap ke dalam tanah. Sekali air hujan tersebut masuk ke dalam tanah ia dapat diuapkan kembali
atau mengalir ke bawah mengisi air tanah.Selisih antara curah hujan dengan laju infiltrasi adalah merupakan laju air limpasan.Semakin tinggi laju infiltrasi maka selisih antara curah hujan dengan laju infiltrasi semakin kecil.
Akibatnya bahwa laju air limpasan juga akan semakin kecil, sehingga debit puncaknya juga akan semakin kecil.
2. Pengisian Lengas Tanah (Soil Moisture) dan Air Tanah
;Pengisian lengas tanah dan air tanah adalah penting untuk tujuan pertanian. Akar tanaman menembus daerah tidak jenuh dan menyerap air yang diperlukan untuk evapotranspirasi dari lapisan tanah pada zona vedose.
Pengisian kembali lengas tanah sama dengan selisih antara infiltrasi dan perkolasi. Pada permukaan air tanah yang dangkal dalam lapisan tanah yang berbutir agak halus, maka pengisian kembali lengas tanah ini dapat pula diperoleh dari kenaikan kapiler air tanah.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi proses infiltrasi secara umum, antara lain :
a. Karakteristik hujan (curah hujan, durasi hujan) b. Kondisi-kondisi permukaan tanah ;
- Tetesan hujan, hewan maupun mesin yang beroperasi di permukaan tanah, mungkin memadatkan permukaan tanah dan akanmengurangi infiltrasi.
- Pencucian partikel yang halus dapat menyumbat pori- pori pada permukaan tanah dan mengurangi laju infiltrasi.
- Kemiringan tanah secara tidak langsung mempengaruhi laju infiltrasi terutama pada saat curah hujan tinggi, karena pada tanah yang miring tidak terjadi penggenangan.
- Penggolongan tanah (terasering, pembajakan berkontur, dan lain-lain), dapat meningkatkan kapasitas infiltrasi.
c. Kondisi-kondisi penutup permukaan ;
- Pori-pori tanah yang tersumbat oleh partikel-partikel halus, akan menurunkan laju infiltrasi.
- Salju yang menutupi permukaan tanah mempengaruhi infiltrasi, dimana laju infiltrasi sangat rendah atau tidak ada.
- Urbanisasi (bangunan, jalan, sistem drainase bawah permukaan), akan mengurangi infiltrasi.
d. Transmibilitas tanah
- Banyaknya pori yang besar, yang menentukan sebagian dari struktur tanah, merupakan salah satufaktor penting yang mengatur laju transmisi air yang turun melalui tanah.
- Infiltrasi beragam secara terbalik dengan lengas tanah.
e. Karakteristik-karakteristik air yang berinfiltrasi
- Suhu air mempunyai banyak pengaruh, tetapi penyebabnya dan sifatnya belum pasti.
- Kualitas air merupakan faktor lain yang mempengaruhi infiltrasi.
Laju infiltrasi ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu jenis permukaan tanah, kadar air, tumbuh-tumbuhan, dan cara pengolahan tanah. Faktor-faktor tersebut dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok (Musgrave& Holtan, 1964 dalam Sri Harto, 1984), yaitu sifat permukaan tanah, kepadatan tanah, sifat dan jenis tanaman.
1. Sifat-sifat permukaan tanah
Proses infiltrasi diawali dengan meresapnya air melalui permukaan tanah, maka sifat-sifat permukaan tanah memegang peranan penting terutama untuk menentukan batas infiltrasi, dengan tidak mengabaikan peranan dari lapisan tanah di bawahnya.
2. Kepadatan tanah
Makin tinggi tingkat kepadatan tanah maka infiltrasi makin kecil. Akibat adanya dampak pukulan air
hujanterhadap butir-butir tanah maka kepadatan tanah akan bertambah.
3. Sifat dan jenis tanaman
Dengan adanya tanaman akan memberikan keuntungan karena akan memperbesar infiltrasi. Hal ini disebabkan adanya:
- Akar tanaman yang menyebabkan struktur tanah makin gembur yang berarti memperbesar permeabilitas tanah.
- Tanaman di permukaan yang dapat mengurangi kecepatan “run-off”, sehingga memperbesar waktu tinggal air di permukaan.
- Pemadatan yang diakibatkan oleh pukulan air hujan di permukaan sangat berkurang. Dalam hal ini sebenarnya yang memberikan pengaruh lebih besar adalah kerapatan tanaman daripada jenis tanaman.
4. Cara pengerjaan tanah
Cara pengerjaan tanah dengan tersering yang benar akan memperbesar infiltrasi pula.
5. Sifat transmisi lapisan tanah
Sistem perlapisan tanah akan mempengaruhi sifat transmisi pada lapisan tanah, dan juga akan sangat menentukan besarnya laju infiltrasi, misalnya:
- Formasi tanah dengan kapasitas perkolasi besar, tetapi kapasitas infiltrasi kecil.
- Formasi tanah dengan kapasitas infiltrasi besar, tetapi kapasitas perkolasi kecil.
Sedangkan menurut hemat penulis bahwa banyak faktor yang dapat mempengaruhi laju infiltrasi, diantaranya :
1. Kedalaman genangan air diatas permukaan tanah dan tebal lapisan jenuh.
Infiltrasi air melalui permukaan tanah dapat diumpamakan sama denganaliran lewat pipa-pipa sangat kecil, dalam jumlah besar, dengan panjang dandiameter
tertentu. Pada permulaan musim hujan pada umumnya tanah masih jauhdari jenuh sehingga pengisian akan berjalan terus pada waktu yang lama sehinggadaya infiltrasi akan menurun terus pada hujan yang berkesinambungan, meskipunpada periode sama.
2. Derajat kemiringan permukaan tanah.
Kemiringan permukaan tanah sangat menentukan kedalaman genangan (depth of puddle), serta waktu penggenangannya (flooding time), yang mana kedua variabel tersebut sangat mempengaruhi laju dan kapasitas (daya) infiltrasi/perkolasi.
3. Kadar Air Dalam Tanah.
Jika sebelum hujan turun permukaan tanah sudah lembab, daya infiltrasi(ft)akan lebih rendah di bandingkan dengan jika pada permukaan tanah yangsemula kering. Suatu jenis tanah berbutir halus yang dapat digolongkan sebagaikoloid, bila terkena air
danmenjadi basah akan mengembang.
Perkembangantersebut mengakibatkan
berkurangnyavolume pori-pori, sehingga daya infiltrasi/perkolasi akan mengecil. Ini merupakan alasan mengapa pada tanah yang berbutir halus ftakan cepat mengecil dengan bertambahnya durasi hujan.
4. Kelembaban Tanah.
Besarnya kelembaban tanah pada lapisan teratas sangat mempengaruhilajuinfiltrasi. Potensi kapiler bagian lapisan tanah yang menjadi kering (olehevaporasi) kurang dari kapasitas menahan air normal akan meningkat jika lapisantanah dibasahi oleh curah hujan.
Peningkatan potensial kapiler ini bersama-samadengan grafitasi akan mempercepat infiltrasi. Bila kekurangan kelembaban tanah diisi oleh infiltrasi, maka selisih potensial kapiler akan menjadi kecil. Pada waktu yang sama kapasitas infiltrasi/perkolasipada permulaan curah
hujan akan berkurang tiba-tiba, yang disebabkan oleh pengembangan bagian koloid dalam tanah. Jadi kelembaban tanah itu adalah sebagian tanah dari sebab pengurangan tiba-tiba dari infiltrasi.
5. Tekstur Tanah.
Menurut Hardjowigeno dalam Januardin (2008), tekstur tanah menunjukkan perbandingan butir-butir pasir (2mm- 50μ), debu (50-2 μ) dan liat (<2 μ) di dalam tanah.Kelas tekstur tanah dibagi dalam 12 kelas, yaitu: pasir, pasir berlempung, lempung berpasir, lempung, lempung berdebu, debu, lempung liat, lempung liat berpasir, lempung liat berdebu, liat berpasir, liat berdebu, liat.Berdasarkan ukurannya, bahan padatan tanah digolongkan menjadi tiga partikel yaitu pasir, debu, dan liat. Tanah berpasir yaitu tanah dengan kandungan pasir
> 70 %, porositas rendah (<40%), sebagian besar ruangpori berukuran besar,sehingga aerasinya baik daya hantar air cepat, tetapi kemampuan menahan air dan unsur hara rendah. Tanah disebut bertekstur liat jika kandungan liatnya > 35 %, porositas relatip tinggi (60
%), tetapi sebagian besar merupakan pori berukuran kecil, daya hantar air sangat lambat dan sirkulasi udara kurang lancar (Utomo dalam Januardin, 2008). Pada tekstur tanah pasir, laju perkolasisangat cepat, pada tekstur tanah lempung laju perkolasiadalah sedang hingga cepat dan pada teksturliat laju perkolasiakan lambat (Serief dalam Januardin, 2008).
6. Pemampatan oleh partikel-partikel curah/butiran hujan.
Gaya pukulan butir-butir air hujan terhadap permukaan akan mengurangidebit resapan air hujan. Akibat jatuhnya tersebut butir-butir tanah yang lebih halusdilapisan permukaan tanah akan terpencar dan masuk kedalam ruang-ruangantarbutir-butir tanah, sehingga terjadi efek pemampatan. Permukaan tanah yang terdiriatas lapisan
yang bercampur tanah liat akan menjadi kedap air karenadimampatkan oleh pukulan butir-butir hujan tersebut. Tapi tanah pasiran tanpacampuran bahan-bahan lain tidak akan dipengaruhi oleh gaya pukulan partikelbutir-butir hujan itu.
7. Tumbuh-tumbuhan.
Lingkungan tumbuh tumbuhan yang padat, misalnya seprti rumput atauhutan cenderung untuk meningkatrkan resapan air hujan. Ini disebabkan oleh akaryang padat menembus kedalam hutan, lapisan sampah organic dari daun-daunatau akar-akar dan sisa-sisa tanaman yang membusuk membentuk permukaanempuk, binatang- binatang dan serangga-serangga pembuat liang membuka jalankedalam tanah, lindungan tumbuh-tumbuhan mengambil air dari dalam tanahsehingga memberikan ruang bagi proses infiltrasi/perkolasiberikutnya.
8. Pemanpatan oleh Hewan dan Orang.
Pada bagian lalu lintas orang atau kendaraan, permeabilitas tanahberkurang karena struktur butir-butir tanah dan ruang-ruang yang berbentuk pipayang halus telah dirusaknya dan mengakibatkan tanah tersebut menjadi padat,sehingga laju infiltrasi/perkolasipada daerah tersebut sangat rendah. Contohnya kebunrumput tempat memelihara banyak hewan, lapangan permainan dan jalan tanah.Pemampatan oleh injakan orang atau binatang dan lalu lintas kendaraan sangatmenurunkan laju infiltrasi/ perkolasi.
9. Karateristik-karateristik Air yang Berinfiltrasi.
a. Menurut Warddalam Sosrodarsono(1999),suhu air mempunyai beberapa pengaruh, tetapi sifat dan penyebarannyabelum pasti. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa pada bulan-bulanmusim panas kapasitas infiltrasi lebih tinggi. Namun ini tentu
disebabkanoleh sejumlah faktor dan tentunya bukan karena suhu saja.
b. Kualitas air merupakan factor lain yang mempengaruhi infiltrasi/ perkolasi. Mineral tanah liat yang halus pada partikel debu yang dibawa dengan air ketika perkolasikebawahdapat menghambat ruang pori yang lebih kecil. Kandungan garam dapurair mempengaruhi visikositas air dan laju pengembangan koloid(Sosrodarsono,1999).
Beberapa istilah lainnya yang perlu untukmemahami dan mempelajari infiltrasi/perkolasi dengan baik, antara lain : 1. Kapasitas lapang (field capacity) adalah jumlah kandungan
air maksimum yang dapat ditahan oleh tanah terhadap pengaruh gaya gravitasi.
2. Soil moisture deficiency (s.m.d) adalah jumlah kandungan yang masih diperlukan untuk membawa tanah pada “field capacity”.
3. Intersepsiadalah air hujan yang langsung diserap oleh tanaman
4. Abstraksi awal (initial abstraction) adalah jumlah intersepsi dan tampungan permukaan (depression storage) yang harus dipenuhi sebelum terjadi limpasan (overland flow).
Selanjutnya untuk memprediksi infiltrasi, ada beberapa formula yang dapat dipergunakan, diantaranya :