Infiltrasi ( Hidrologi), Tugas yang dikasih Ibu Susi

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Konsep Hidrologi

Hidrologi adalah cabang Geografi Fisis yang berurusan dengan air di bumi, sorotan khusus pada propertis, fenomena, dan distribusi air di daratan. Khususnya mempelajari kejadian air di daratan, deskripsi pengaruh bumi terhadap air, pengaruh fisik air terhadap daratan, dan mempelajari hubungan air dengan kehidupan di bumi. (Linsley et al, 1949)

Ruang lingkup hidrologi mencakup :

1. pengukuran, mencatat, dan publikasi data dasar.
2. deskripsi propertis, fenomena, dan distribusi air di daratan.
3. analisa data untuk mengembangkan teori-teori pokok yang ada pada hidrologi.
4. aplikasi teori-teori hidrologi untuk memecahkan masalah praktis.

Hidrologi bukanlah ilmu yang berdiri sendiri, tetapi ada hubungan dengan ilmu lain, seperti meteorologi, klimatologi, geologi, agronomi kehutanan, ilmu tanah, dan hidrolika.
Menurut The International Association of Scientific Hydrology, hidrologi dapat dibagi menjadi :

1. Potamologi (Potamology), khusus mempelajari aliran permukaan (surface streams)
2. Limnologi (Limnology), khusus mempelajari air danau
3. Geohidrologi (Geohydrology), khusus mempelajari air yang ada di bawah permukaan tanah (mempelajari air tanah = groundwater)
4. Kriologi (Cryology), khusus mempelajari es dan salju
5. Hidrometeorologi (Hydrometeorology), khusus mempelajari problema-problema yang ada diantara hidrologi dan meteorologi.

1.2. Ruang Lingkup Hidrologi

Hidrologi hutan merupakan suatu ilmu fenomena yang berkaitan dengan air yang dipengaruhi oleh penutupan hutan. Sesuai dengan batasan subyek yang ada yaitu hidrologi hutan maka bahasan selanjutnya merupakan hidrologi terapan dengan lingkup operasionalnya adalah daerah aliran sungai terutama yang bervegetasi hutan atau yang dapat berfungsi sebagai vegetasi hutan serta daerah yang dipengaruhi oleh kawasan tersebut.

Model Sederhana Siklus Hidrologi          

1.3. Pengenalan Istilah-istilah Hidrologi

a. Presipitasi

Hujan (presipitasi) merupakan masukan utama dari daur hidrologi dalam DAS. Dampak kegiatan pembangunan terhadap proses hidrologi sangat dipengaruhi intensitas, lama berlangsungnya, dan lokasi hujan. Karena itu perencana dan pengelola DAS harus memperhitungkan pola presipitasi dan sebaran geografinya.

b. Intersepsi

Hujan yang jatuh di atas tegakan pohon sebagian akan melekat pada tajuk daun maupun batang, bagian ini disebut tampungan/simpanan intersepsi yang akhirnya segera menguap. Besar kecilnya intersepsi dipengaruhi oleh sifat hujan (terutama intensitas hujan dan lama hujan), kecepatan angin, jenis pohon (kerapatan tajuk dan bentuk tajuk). Simpanan intersepsi pada hutan pinus di Italia utara sekitar 30% dari hujan (Allewijn, 1990). Intersepsi tidak hanya terjadi pada tajuk daun bagian atas saja, intersepsi juga terjadi pada seresah di bawah pohon. Intersepsi akan mengurangi hujan yang menjadi run off.

c. Throughfall, Crown drip, Steamflow

Hujan yang jatuh di atas hutan ada sebagian yang dapat jatuh langsung di lantai hutan melalui sela-sela tajuk, bagian hujan ini disebut throughfall. Simpanan intersepsi ada batasnya, kelebihannya akan segera tetes sebagai crown drip. Steamflow adalah aliran air hujan yang lewat batang, besar kecilnya stemflow dipengaruhi oleh struktur batang dan kekasaran kulit batang pohon.

d. Infiltrasi dan Perkolasi

Proses berlangsungnya air masuk ke permukaan tanah kita kenal dengan infiltrasi, sedang perkolasi adalah proses bergeraknya air melalui profil tanah karena tenaga gravitasi. Laju infiltrasi dipengaruhi tekstur dan struktur, kelengasan tanah, kadar materi tersuspensi dalam air juga waktu.

e. Kelengasan Tanah

Kelengasan tanah menyatakan jumlah air yang tersimpan di antara pori-pori tanah. Kelengasan tanah sangat dinamis, hal ini disebabkan oleh penguapan melalui permukaan tanah, transpirasi, dan perkolasi. Pada saat kelengasan tanah dalam keadaan kondisi tinggi, infiltrasi air hujan lebih kecil daripada saat kelengasan tanah rendah. Kemampuan tanah menyimpan air tergantung dari porositas tanah.

f. Simpanan Permukaan (Surface Storage)

Simpanan permukaan ini terjadi pada depresi-depresi pada permukaan tanah, pada perakaran pepohonan atau di belakang pohon-pohon yang tumbang. Simpanan permukaan menghambat atau menunda bagian hujan ini mencapai limpasan permukaan dan memberi kesempatan bagi air untuk melakukan infiltrasi dan evaporasi.

g. Run off

Adalah bagian curahan hujan (curah hujan dikurangi evapotranspirasi dan kehilangan air lainnya) yang mengalir dalam air sungai karena gaya gravitasi; airnya berasal dari permukaan maupun dari subpermukaan (sub surface). Runoff dapat dinyatakan sebagai tebal runoff, debit aliran (river discharge) dan volume runoff.

h. Limpasan Permukaan (Surface Runoff)

Limpasan permukaan (Surface Runoff) adalah bagian curah hujan setelah dikurangi dengan infiltrasi dan kehilangan air lainnya. Limpasan permukaan ini berasal dari overlandflow yang segera masuk ke dalam alur sungai. Aliran ini merupakan komponen aliran banjir yang utama.

i. Aliran Bawah Permukaan (Subsurface Runoff)

Aliran bawah permukaan merupakan bagian dari presipitasi yang mengalami infiltrasi dalam tanah yang kemudian mengalir di bawah permukaan tanah dan menuju alur sungai sebagai rembesan maupun mata air.

1.4. Maksud dan Tujuan

              Tujuan dari makalah ini adalah untuk mengetahui cara menganalisis infiltrasi. Selain itu diharapkan pembahasan mengenai infiltrasi ini dapat membantu para akademisi untuk mengerti secara lebih mendalam cara –cara menganalisis infiltrasi.

1.5. Ruang lingkup

Ruang lingkup dari makalah ini adalah membatasi analisis dan membahas tentang infiltrasi.

1.6. Metodologi

Metodologi yang digunakan untuk analisis dalam makalah ini merupakan metodologi rasional. Pendekatan yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah menggunakan pola umum ke khusus.

BAB II

INFILTRASI

2.1 Pengertian Infiltrasi

Infiltrasi adalah proses meresapnya air atau proses meresapnya air dari permukaan tanah melalui pori-pori tanah. Dari siklus hidrologi, jelas bahwa air hujan yang jatuh di permukaan tanah sebagian akan meresap ke dalam tanah, sabagian akan mengisi cekungan permukaan dan sisanya merupakan overland flow. Sedangkan yang dimaksud dengan daya infiltrasi (Fp) adalah laju infiltrasi maksimum yang dimungkinkan, ditentukan oleh kondisi permukaan termasuk lapisan atas dari tanah. Besarnya daya infiltrasi dinyatakan dalam mm/jam atau mm/hari. Laju infiltrasi (Fa) adalah laju infiltrasi yang sesungguhnya terjadi yang dipengaruhi oleh intensitas hujan dan kapasitas infiltrasi.

Infiltrasi mempunyai arti penting terhadap :

A .Proses Limpasan

Daya infiltrasi menentukan besarnya air hujan yang dapat diserap ke dalam tanah. Sekali air hujan tersebut masuk ke dalam tanah ia akan diuapkan kembali atau mengalir sebagai air tanah. Aliran air tanah sangat lambat. Makin besar daya infiltrasi, maka perbedaan antara intensitas curah dengan daya infiltrasi menjadi makin kecil. Akibatnya limpasan permukaannya makin kecil sehingga debit puncaknya juga akan lebih kecil.

B .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 daerah tak jenuh tadi. Pengisian kembali lengas tanah sama dengan selisih antar infiltrasi dan perkolasi (jika ada). Pada permukaan air tanah yang dangkal dalam lapisan tanah yang berbutir tidak begitu kasar, pengisian kembali lengas tanah ini dapat pula diperoleh dari kenaikan kapiler air tanah.

Faktor-faktor yang mempengaruhi infiltrasi adalah:

1. Karakteristik –karakteristik hujan

2. Kondisi-kondisi permukaan tanah

·         Tetesan hujan, hewan maupun mesin mungkin memadatkan permukaan tanah dan mengurangi infiltrasi.

·         Pencucian partikel yang halus dapat menyumbat pori-pori pada permukaan tanah dan mengurangi laju inflasi.

·         Laju infiltrasi awal dapat ditingkatkan dengan jeluk detensi permukaan.

·         Kepastian infiltrasi ditingkatkan dengan celah matahari.

·         Kemiringan tanah secara tidak langsung mempengaruhi laju infiltrasi selama tahapan awal hujan berikutnya.

·         Penggolongan tanah (dengan terasering, pembajakan kontur dll) dapat meningkatkan kapasitas infiltrasi karena kenaikan atau penurunan cadangan permukaan.

3. Kondisi-kondisi penutup permukaan

·         Dengan melindungi tanah dari dampak tetesan hujan dan dengan melindungi pori-pori tanah dari penyumbatan, seresah mendorong laju infiltrasi yang tinggi

·         Salju mempengaruhi infiltrasi dengan cara yang sama seperti yang dilakukan seresah.

·         Urbanisasi (bangunan, jalan, sistem drainase bawah permukaan) mengurangi infiltrasi.

4. Transmibilitas tanah

·         Banyaknya pori yang besar, yang menentukan sebagian dari setruktur tanah, merupakan salah satu faktor penting yang mengatur laju transmisi air yang turun melalui tanah.

·         Infiltrasi beragam secara terbalik dengan lengas tanah.

5.Karakteristik-karakteristik air yang berinfiltrasi

·         Suhu air mempunyai banyak pengaruh, tetapi penyebabnya dan sifatnya belum pasti.

·          Kualitas air merupakan faktor lain yang mempengaruhi infiltrasi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi daya infiltrasi antara lain :

a.       Dalamnya genangan di atas permukaan tanah (surface detention) dan tebal lapisan jenuh

b.       Kadar air dalam tanah

c.       Pemampatan oleh curah hujan

d.      Tumbuh-tumbuhan

e.       Karakteristik hujan

f.       Kondisi-kondisi permukaan tanah

Sedangkan faktor-faktor yang mempengaruhi laju infiltrasi antara lain :

a.       Kedalaman genangan dan ketebalan lapisan jenuh

Dapat dipahami bahwa saat pertama turunnya hujan, penyerapan air oleh tanah ( laju infiltrasi terjadi ngen cepat ). Sehingga semakin dalam genangan dan tebal laipsan jenuh maka laju infiltrasi semakin lambat.

b.      Kelembaban tanah

Semakin lembab keadaan tanah, maka laju infiltrasi semakin berkurang karana tanah semakin dekat dengan keadaan jenuh.

c.       Pemampatan oleh hujan dan penymbatan oleh butir halus

Pemampatan tanah karena air hujan adalah keadaan turunnya hujan menyebabkan tanah semakin padat dan pori tanah mengecil, sehingga melambat laju infiltrasi. Butiran halus yang terbentuk saat tanah kering juga melambat infiltrasi karena saat hujan butiran tersebut masuk kedalam tanah dan menutup pori tanah.

d.      Tanaman penutup

Banyak tanaman seperti rumput atau tanaman besar di area turunnya hujan dapat mempercepat lajunya infiltrasi. Karena biasanya pada tanah seperti ini banyak terdapat humus dan sarang serangga. Sehingga membantu masuknya air kedalam tanah.

e.       Topografi dan intensitas hujan

Topografi adalah keadaan permukaan / kontur tanah, dan intensitas hujan adalah besarnya hujan yang turun dalam satuan waktu. Apabila hujan yang turun besar dan topografi tanah terjal, maka laju infiltrasi kecil. Begitu juga sebaliknya, topografi yang landai dapat memperbesar infiltrasi.

C. Perhitungan Infiltrasi

            Model persamaan kurva kapasitas infiltrasi  (Infiltration Capacity Curve,, IC-Curve) yang dikemukakan Horton adalah sebagai berikut.

 

Keterangan :

f         = kapasitas infiltrasi pada saat t (cm/jam)

f_c        = besarnya infiltrasi saat konstan (cm/jam)

f_o       = besarnya infiltrasi saat awal (cm/jam)

K       = konstanta

t         = waktu dari awal hujan

e        = 2,718

             Untuk memperoleh nilai konstanta K untuk melengkapi persamaan kurva kapasitas infiltrasi, maka persamaan Horton diolah sebagai berikut :

f  = f_c + (f_o - f_c) e^-Kt

f - f_c  = (f_o - f_c) e^-Kt

dilogaritmakan sisi kiri dan kanan,

log (f - f_c ) =log (f_o - f_c) e^-Kt   atau

log (f - f_c ) =log (f_o - f_c)- Kt log e

log (f - f_c ) - log (f_o - f_c) = - Kt log e

maka, 

t = (-1/(K log e)) [log (f - f_c ) - log (f_o - f_c)]

t = (-1/(K log e)) log (f - f_c ) + (1/(K log e)) log (f_o - f_c)

Menggunakan persamaan umum liner,  y = m X + C, sehingga :

y = t

m = -1/(K log e)

X = log (f - f_c )

C = (1/K log e) log (f_o - f_c)

Mengambil persamaan,   m = -1/(K log e), maka

K =  -1/(m log e)  atau   K = -1/(m log 2,718)

atau                                                  dimana m = gradien

Teladan :

Data pengukuran kapasitas infiltrasi (f) dan waktu (t) tercantum pada Tabel 1.  Buatlah persamaan kurva kapasitas infiltrasi tersebut menurut model Horton?.

Tabel 3.1  Data infiltometer (double ring)

t (jam)	0	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00
f(cm/jam)	10,4	5,6	3,2	2,1	1,5	1,2	1,1	1,0	1,0

Tabel 3.2  Perhitungan parameter infiltrasi

Waktu (t)	kapasitas infiltrasi( f )	fc	f - fc	log (f - fc)
(jam)	(cm/jam)
0,00	10,4	1,0	9,4	0,973
0,25	5,6	1,0	4,6	0,663
0,50	3,2	1,0	2,2	0,342
0,75	2,1	1,0	1,1	0,041
1,00	1,5	1,0	0,5	-0,301
1,25	1,2	1,0	0,2	-0,699
1,50	1,1	1,0	0,1	-1,000
1,75	1,0	1,0	0,0
2,00	1,0	1,0	0,0

Persamaan liner regresi  y = m X + C   atau   y = t   dan  X = log (f - fc)

Dengan memplot hubungan t dan log (f - fc)  pada kertas grafik atau menggunakan kalkulator maka diperoleh persamaan sbb.

y = -0,7527 X + 0,7521   (lihat Gambar 3.1)

                        Gambar 3.1  Kurva mencari gradien m

dari persamaan liner tersebut diperoleh gradien, m = -0,7527

dengan menggunakan rumus  K =  -1 /0,434 m,  maka K = 3,06

dengan diketahuinya nilai pada Tabel 3.2, maka nilai

f_c = 1.0

f_o = 10,4

K = 3,06

maka persamaan kurva kapasitas infiltrasinya adalah

f  = f_c + (f_o - f_c) e^-Kt   atau

f  = 1,0 + (10,4 - 1,0) e^-3,06t   atau

f  = 1,0 + 9,4 e^-3,06t

Gambar 2, memperlihatkan bagaimana model Horton yang digunakan dapat menduga nilai pengamatan lapangan.  Ini berarti model Horton sangat tepat (fitting) dengan pengamatan lapangan.

                        Gambar 3.2  Kurva fitting persamaan model Horton

Volume Infiltrasi

Untuk menghitung jumlah infiltrasi total (Vt) selama waktu (t) maka dari persamaan Horton tersebut dilakukan integral dari persamaan Horton yang menghasilkan luasan dibawah kurva, yaitu :

 (fo – fc)

                        V(t) = fc.t +   --------------- (1 – e^-Kt)                                   

      K

Satuan volume total (Vt) = tinggi kolom air (mm, cm dan inchi tergantung satuan pada parameter infiltrasi yang digunakan.

Contoh :

Dari perhitungan persamaan kurva Horton di atas diperoleh, f_c = 1.0 cm/jam; f_o = 10,4 cm/jam dan K = 3,06.  Hitung volume total infiltrasi selama 2 jam untuk areal 1 ha?.

Penyelesaian :

                    (10,4 – 1,0)

            a. Jumlah tinggi air (2 jam) = 1,0 . 2 +   ---------------  (1 – 2.718^-3,06.2)                                   

                                      3,06

                    = 5,07 cm = 0,0507 m

b.      Volume air infiltrasi pada areal 1 ha selama 2 jam adalah

                             V = 0,0507 x 10⁴ m³ = 507 m³

BAB III

KESIMPULAN

3.1 Kesimpulan

·         Hidrologi adalah cabang Geografi Fisis yang berurusan dengan air di bumi, sorotan khusus pada propertis, fenomena, dan distribusi air di daratan.

·         Infiltrasi adalah proses meresapnya air atau proses meresapnya air dari permukaan tanah melalui pori-pori tanah.

·         Infiltrasi mempunyai arti penting terhadap proses limpasan dan pengisian lengas tanah.

·         Untuk menghitung jumlah infiltrasi total (Vt) selama waktu (t) maka dari persamaan Horton tersebut dilakukan integral dari persamaan Horton yang menghasilkan luasan dibawah kurva, yaitu :

 (fo – fc)

                        V(t) = fc.t +   --------------- (1 – e^-Kt)                                   

                                               K

3.2 Saran

·         Sebaiknya penebangan pohon itu dihindari untuk mengurangi jumlah air permukaan yang berlebihan yang dapat menyebabkan banjir, agar proses infiltrasi lancar.

·         Lakukan penanaman pohon kembali di area tandus untuk membesarkan pori tanah dan banyak area humus, sehingga insfiltrasi jadi lebih besar.

·         Dalam pembuatan makalah ini penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan – kekurangan baik dari bentuk maupun isinya. Penulis menyarankan kepada pembaca agar ikut peduli dalam mengetahui sejauh mana pembaca mempelajari tentang Infiltrasi. Semoga dengan karya tulis ini dapat menambah cakrawala ilmu pengetahuan.

·         DAFTAR PUSTAKA

·         www.wikipedia.com

·         www.google.com

·         www.scrib.com

·         www.ilmusipil.com

Categories: Infiltrasi, Tanah, Tugas Kuliah