1
SUMBER BACAAN : SCHWAB,dkk SOIL & WATER CONSERVATION ENGINEERING
INFILTRASI
Bahan Ajar Agrohidrologi
ZURHALENA
2
PENGERTIAN :
PERKOLASI ADALAH PERGERAKAN AIR MELALUI PROFIL TANAH.DINYATAKAN PULA SEBAGAI AIR INFILTRASI YANG TELAH MENINGGALKAN ZONE PERAKARAN, SEHINGGA SECARA LANGSUNG TIDAK BERMANFAAT BAGI TANAMAN, TAPI BERMANFAAT UNTUK PENCUCIAN GARAM BERLEBIH DAN PENGISIAN AIR TANAH DALAM (AQUIFER)
INFILTRASI ADALAH MASUKNYA AIR MELALUI PERMUKAAN TANAH SECARA VERTIKAL AKIBAT ADANYA GAYA GRAVITASI
HARUS DIBEDAKAN DENGAN ISTILAH PERKOLASI
3
INFILTRASI
ZONE PERAKARAN
PERKOLASI
4
WHEN RAIN OR IRRIGATION WATER IS SUPPLIED TO A FIELD, IT SEEPS INTO THE SOIL. THIS PROCESS IS CALLED INFILTRATION.
THE INFILTRATION PROCESS
INFILTRATION CAN BE VISUALIZED BY POURING WATER INTO A GLASS FILLED WITH DRY POWDERED SOIL, SLIGHTLY TAMPED. THE WATER SEEPS INTO THE SOIL; THE COLOUR OF THE SOIL BECOMES DARKER AS IT IS WETTED (SEE FIG. 1)
5
FIG. 1. INFILTRATION OF WATER INTO THE SOIL
6
LAJU INFILTRASI
LAJU INFILLTRASI ADALAH KECEPATAN AKTUAL INFILTRASI YANG BESARNYA DIPENGARUHI OLEH KETERSEDIAAN ATAU BANYAKNYA AIR YANG AKAN MERESAP/INFILTRASI DAN KELEMBABAN TANAHNYA
SERINGKALI DIARTIKAN SEBAGAI KECEPATAN INFILTRASI YANG TELAH MENCAPAI KONSTAN YANG BESARNYA SAMA DENGAN PERKOLASI ATAU KONDUKTIVITAS HIDROLIK TANAH
KETINGGIAN/VOLUME AIR YANG AKAN MERESAP/INFILTRASI
KANDUNGAN AIR/KELEMBABAN TANAH
7
INFILTRATION RATE
REPEAT THE PREVIOUS TEST, THIS TIME WITH TWO GLASSES. ONE IS FILLED WITH DRY SAND AND THE OTHER IS FILLED WITH DRY CLAY (SEE FIG. 2a AND b).
The infiltration of water into the sand is faster than into the clay. The sand is said to have a higher infiltration rate.
Fig. 2a. The same amount of water is supplied to each glass
THE INFILTRATION RATE OF A SOIL IS THE VELOCITY AT WHICH WATER CAN SEEP INTO IT. IT IS COMMONLY MEASURED BY THE DEPTH (IN MM) OF THE WATER LAYER THAT THE SOIL CAN ABSORB IN AN HOUR.(mm/h)
Fig. 2b. After one hour the water has infiltrated in the sand, while some water is still ponding on the clay
8
AN INFILTRATION RATE OF 15 MM/HOUR MEANS THAT A WATER LAYER OF 15 MM ON THE SURFACE OF THE SOIL, WILL TAKE ONE HOUR TO INFILTRATE (SEE FIG. 3).
FIG. 3. SOIL WITH AN INFILTRATION RATE OF 15 MM/HOUR
INFILTRATION RATE EXAMPLE:
RANGE OF VALUES FOR INFILTRATION RATES IS GIVEN BELOW:
LOW : LESS THAN 15 MM/HOUR
MEDIUM : 15 TO 50 MM/HOUR
HIGH : MORE THAN 50 MM/HOUR
9
• BEBERAPA PENGERTIAN LAIN:
# KAPASITAS INFILTRASI
KAPASITAS INFILTRASI ADALAH KEMAMPUAN PERMUKAAN TANAH MERESAPKAN AIR (LAJU MAKSIMUM INFILTRASI) PADA SETIAP SAAT YANG DIPENGARUHI OLEH KELEMBABAN TANAHNYA
# KUMULATIF INFILTRASI ADALAH JUMLAH ATAU BANYAKNYA AIR YANG TERINFILTRASI SELAMA PERIODE WAKTU TERTENTU
- PADA KEADAAN SUMBER AIR YANG DIINFILTRASIKAN DEBITNYA LEBIH KECIL DARI KAPASITAS INFILTRASI, MAKA LAJU INFILTRASI < KAPASITAS INFILTRASI
- SEMENTARA BILA DEBITNYA LEBIH BESAR DARI KAPASITAS INFILTRASI, MAKA LAJU INFILTRASI AKAN SAMA BESARNYA DENGAN KAPASITAS INFILTRASI DAN DEBIT SELEBIHNYA DARI KAPASITAS INFILTRASI ITU AKAN MENJADI GENAGAN AIR DIPERMUKAAN LAHAN ATAU MENJADI LIMPASAN (RUNOFF)
10
Laju infiltrasi adalah laju air yang meresap kedalam tanah, yang besarnya dinyatakan dalam mm/jam.
Laju infiltrasi ini sangat besar pemgaruhnya di dalam rancangan-rancangan untuk cara pemberian air, periode dan lamanya pemberian air beserta besarnya air yang harus diberikan.
11
Kemampuan tanah menyerap air akan semakin berkurang dengan makin bertambahnya waktu. Pada tingkat awal kecepatan penyerapan air cukup tinggi dan pada tingkat waktu tertentu kecepatan penyerapan air ini akan menjadi konstan.
12
Hubungan antara waktu dan infiltrasi kumulatif air ke dalam tanah dapat dituliskan sebagai persamaan 2.1.
I = a t…………………………………… (2.1) Dimana : I = Infiltrasi kumulatif ;
t = Waktu;
a,b = Konstanta
b
13
LAJU, KAPASITAS & KUMULATIF INFILTRASI
LAJU INFILTRASI
t
mm/jam
KAPASITAS INFILTRASIKUMULATIF INFILTRASI
t1 t2
KAPASITAS INFILTRASI PADA to
tro
HUJAN/IRIGASI
s/d tro laju infiltrasi < kapasitas infiltrasi
14
SATUAN YANG BIASA DIGUNAKAN
SATUAN UNTUK LAJU DAN KAPASITAS INFILTRASI :
UNIT DI ATAS DAPAT DIREDUKSI KE DALAM UNIT YANG LEBIH SEDERHANA, DIMANA VOLUME/AREA = DEPTH, MAKA SATUANNYA MENJADI :
# VOLUME PER UNIT OF TIME PER UNIT OF AREA
l/jam/ha ; m3/hari/ha
# DEPTH PER UNIT OF TIME (SATUAN INI LEBIH UMUM
DIGUNAKAN ),
mm atau cm/jam ; mm atau cm/hari
SATUAN UNTUK KUMULATIF INFILTRASI :
# DEPTH (KEDALAMAN ,mm) = DEPTH PER UNIT OF TIME X TIME
15
KURVA LAJU DAN KUMULATIF INFILTRASI
t = 0
cm/jam
KURVA KUMULATIF INFILTRASI mm
t
fo
fc
KURVA LAJU INFILTRASI SAAT AWAL (KERING) LAJU CEPAT(fo) MAKIN BASAH MENURUN DAN SAAT JENUH LAJU KONSTAN (fc
16
PERANAN INFILTRASI
1. SUMBER KELEMBABAN TANAH UNTUK MENJAGA KEHIDUPAN TANAMAN YANG TUMBUH DIATASNYA
2. SUMBER AIR TANAH YANG DAPAT MENGISI SUMUR, MATA AIR DAN SUNGAI (UNTUK KEBUTUHAN DOMESTIK DAN IRIGASI)
4. MENGURANGI AIR LIMPASAN PERMUKAAN (SURFACE RUN OFF) SEHINGGA DAPAT MENGURANGI BAHAYA BANJIR DAN EROSI
3. SUMBER AIR PERKOLASI YANG DAPAT MENCUCI (LEACHING) KADAR GARAM BERLEBIH DI ZONE PERAKARAN TANAMAN
17
Apabila kapasitas infiltrasi tanah relatif kecil, maka sebagian besar curah hujan yang jatuh pada suatu daerah akan mengalir sebagai aliran permukaan dan hanya sebagian kecil yang masuk ke dalam tanah. Akibatnya terjadi fluktuasi debit sungai yang besar pada musim kemarau dan musim hujan
18
Peristiwa banjir sangat merugikan, karena menyebabkan rusaknya lahan pertanian, jembatan, bangunan, jalan, manusia, hewan dan tumbuhan banyak yang mati
Kekeringan mengurangi penyediaan air bagi makhluk hidup, baik manusia, hewan dan tumbuhan
19
Aliran permukaan yang besar juga menyebabkan erosi yang besar, sehingga mengubah lahan-lahan produktif menjadi lahan-lahan kritis.
Juga menyebabkan pendangkalan bangunan air, seperti : irigasi, waduk, dam, sungai, dsb. Menyuburkan tanaman air seperti eceng gondok, rumput air, dsb sehingga menurunkan kualitas lingkunganm hidup.
Sebaliknya, nilai kapasitas infiltrasi yang terlalu besar juga merugikan, karena dapat menurunkan produktivitas lahan-lahan pertanian. Nilai infiltrasi yang besar menyebabkan pencucian unsur –unsur hara
20
HUJAN-INFILTRASI-RUNOFF
HUJAN
RUNOFF
INFILTRASI
t
mm
tro
21
FAKTOR YANG BERPENGARUH PADA BESARNYA INFILTRASI
FAKTOR TANAH (SOLUM TANAH): 1. UKURAN PARTIKELTANAH (TEKSTUR)2. TINGKAT AGREGASI ANTARA PARTIKEL TANAH
(STRUKTUR)3. KERAPATAN & POROSITAS TANAH4. KELEMBABAN TANAH
FAKTOR VEGETASI :1. UMUMNYA PENUTUPAN VEGETASI DAN KONDISI PERMUKAAN
TANAH LEBIH BERPENGARUH TERHADAP INFILTRASI DARIPADA TIPE DAN TEKSTUR TANAH.
2. AKAR MENAMBAH POROSITAS TANAH
3. EVAPOTRANSPIRASI MENURNUNKAN KELEMBABAN TANAH
4. PEMBUKAAN LAHAN DARI VEGETASI MENGAKIBATKAN INFILTRASI MENURUN.
22
Straw
Burlap
bare soilBare soil
removed mm
waktu
23
FAKTOR LAINNYA YANG BERPENGARUH :
1. KEMIRINGAN LAHAN2. KELEMBABAN TANAH AWAL3. KANDUNGAN BAHAN ORGANIK TANAH4. PENGGUNAAN SOIL ADDITIVES (SOIL
CONDISIONER)5. IKLIM : SUHU,KELEMBABAN,ANGIN
BERPENGARUH TREHADAP EVAPORASI 6. JUMLAH DAN FREKUENSI HUJAN BERPENGARUH
TERHADAP KELEMBABAN TANAH
24
Tugas kuliah ke-3
Peranan bahan organik terhadap infiltrasi Format : - dalam bentuk power point
- per kelompok (anggota kelompok menyusul)
Bahan organik secara umum, jadi tidak hanyak dalam bentuk limbah tapi juga yang masih aktif sebagai jaringan tanaman …
Ditransfer ke email ibu !
25
PENENTUAN INFILTRASI
1. PENGUKURAN LAPANGAN MENGGUNAKAN DOUBLE RING INFILTROMETER
2. PENDUGAAN : MENDUGA LAJU ATAU KAPASITAS INFILTRASI PADA WAKTU TERTENTU BERDASARKAN DATA HASIL PENGUKURAN LAPANGAN
BEBERAPA METODE PENDUGAAN :
1. METODE HORTON,
2. KOSTIAKOV,
3. PHILIP, dsb
26
METODE INFILTROMETER
1. METODE RING INFILTROMETER
2. METODE HUJAN BUATAN (ARTIFICIAL SPRINGKLER INFILTROMETER)
27
Metode ring infiltrometer
Tipe gelang terpusat
terdiri dari 2 ring silinder besi yang ditanam beberapa cm dalam tanahdiameter ring 22,5 samapai dengan 90 cmKe dalam kedua ring dimasukkan air, dan dijaga muka air tetap konstan dg menambah sejumlah airPengukuran dilakukan pada silinder dalam
28
29
30
31
Metode ring infiltrometer banyak dipakai karena mudah dilakukan, praktis, murah, Dapat dilakukan dalam waktu relatif singkat.
32
Infiltrasi
33
Kelemahan alat ring infiltrometer tidak memperhitungkan efek pukkulan air
hujan thd permukaan tanah struktur tnh terganggu pd waktu penanaman
silinder tidak representatif air penyiram berbeda dg air hujan
34
karena kelemahan tsb, metode ini terbatas utk analisis yg bersifat kuantitatif spt memprediksi alr permukaan, banjir , dsb. Penggunaan lebih tepat utk yg bersifat kualitatif, spt efek perubahan pengolahan tanah, perubahan tata guna lahan, perubahan karakteristik DAS thd infiltrasi.
35
Metode hujan buatan
dilakukan dg pembuatan hujan buatan yg dijatuhkan pada petak kecil (plot) yg dilengkapi dg alat penghitung aliran permukaan.
Kelemahan metode ini, sulit mendapatkan data yg representatif dari suatu DAS yg besar, dg data petak kecil (plot) saja.
36
Pengolahan data infiltrasi
Data yg diperoleh dari pengukuran dg infiltrometer diolah dg persamaan Horton, Philips, atau Kostiakov.
37
METODE HORTON (1939) :
f = fc + (fo – fc) e -kt
Dimana : f = kapasitas infiltrasi (LT-1) fc = laju infiltrasi atau kapasitas infiltrasi konsta fo = kapasitas infiltrasi awal k = konstanta untuk kondisi awal dan tanah tertentu t = waktu
NILAI-NILAI PARAMETER PERSAMAAN DI ATAS DIPEROLEH DARI HASIL PENGUKURAN DI LAPANGAN
38
PENDUGAAN
METODE KOSTIAKOV :
F = K.t a dan f = dF/dt = A.t (a-1)
f = dF/dt = d(K.t a)/dt, maka f = K.a.t(a-1) atau f = A.t (a-1) , A = K.a
DIMANA : F = KUMULATIF INFILTRASI; t= WAKTU DARI AWAL INFILTRASI
K & a = KONSTANTA YANG DIPENGARUHI KONDISI TANAH DAN KELEMBABAN AWAL
f = LAJU INFILTRASI, dan A= aK
(KONSTANTA INI TIDAK DAPAT DIINTERPOLASI SECARA FISIK DAN HARUS DIEVALUASI DARI DATA PERCOBAAN, yaitu HASIL
PERCOBAAN INFILTRASI DIPLOTKAN PADA GRAFIK DOUBLE LOGARITMA
K
n
mF
a = n/m
t
39
CONTOH PENGGUNAAN RUMUS HORTON DAN KOSTIAKOV
TINGGI AIR
(mm)
BEDA TINGGI
(mm)
KUMU. IN FILTRASI
(mm)
LAJU INFILTRASI.
(cm/jam)
210,0
196,0
184,0
165,5
150,5
137,5
116,0
98,0
81,0
14,0
12,0
18,5
15,0
13,0
21,5
18,0
17,0
0
14
26
44,5
59,5
72,5
94,0
112,0
129,0
15/60 X 1,4 cm = 5,6
15/60 X 1,2 cm = 4,8
30/60 X 1,85 cm = 3,7
30/60 X 1,5 cm = 3,0
30/60 X 1,3 cm = 2,6
60/60 X 21,5 cm =2,15
60/60 X 1,8 cm = 1,8
60/60 X 1,7 cm = 1,7
JAM
BEDA WAKTU
(menit)
KUMU . WAKTU
(menit)
06.00
06.15
06.30
07.00
07.30
08.00
09.00
10.00
11.00
15
15
30
30
30
60
60
60
15
30
60
90
120
180
240
300
DARI DATA HASIL PENGUKURAN INFILTRASI BERIKUT
40
apabila kapasitas infiltrasi konstan < 0,1 cm/jam, dianggap tdk dapat diirigasi utk tnm selain padi sawah untuk padi sawah- fc < 0,1 cm/jam , idealnya setelah pembajakan fc turun terus sampai 0,02 cm/jam
apabila fc mencapai 6,5 cm/jam, tanah tsb dianggap tdk sesuai utk dibei irigasi pemukaan, perlu perlakuan khusus pada tnh tsb - tnh tsb mempunyai perkolasi kurang baik
41
# PARAMETER RUMUS KOSTIAKOV DIPEROLEH DARI DATA KUMULATIF YANG DIPLOTKAN PADA GRAFIK DOUBLE LOG
F (mm) dari data kumulatif inflitrasi
GRAFIK KUMULATIF INFILTRASI PADA DOUBLE LOG PAPER
t (waktu) data kumulatif waktu
15 30 60 90 120 180 240 300
14
129
Nilai K
a = n/m
n = 109 - 14
m = 300 - 15
42
# PEMBUATAN KURVA LAJU INFILTRASI
f (mm/jam)
KURVA LAJU INFILTRASI
t (waktu, pukul)
6.00 6.15 6.30 7.00 7.30 8.00 9.00 10.00 11.00
DATA LAJU INFILTRASI SETIAP KALI PENGUKURAN DIPLOTKAN KEDALAM KERTAS GRAFIK MILIMITER BLOK
6,0 - 5,5 - 5,0 - 4,5 - 4,0 - 3,5 - 3,0 - 2,5 - 2,0 -
KIRA-KIRA KURVANYA SEPERTI INI
43
# PEMBUATAN KURVA KUMULATIF INFILTRASI
f (mm/jam)
KURVA LAJU INFILTRASI
t (waktu, pukul)6.00 6.15 6.30 7.00 7.30 8.00 9.00 10.00 11.00
6,0 -
DATA KUMULATIF INFILTRASI SETIAP KALI PENGUKURAN DIPLOTKAN KEDALAM KERTAS GRAFIK MILIMITER BLOK
5,5 - 5,0 - 4,5 - 4,0 - 3,5 - 3,0 - 2,5 - 2,0 -
KIRA-KIRA KURVANYA SEPERTI INI
44
Evaluasi thd hasil penetapan infiltrasi
Peranan nilai laju infiltrasi :
untuk penetapan kebijaksanaan dan pemilihan metode- metode irigasi, pengelolaan tnm produksi, dsb
nilai kapasitas infiltrasi konstan yg optimum utk irigasi permukaan ± 0,7 – 3,5 cm/jam
apabila < 03 cm/jam - air permukaan banyak hilang pertumbuhan tnm sgt lambat krn aerase buruk
45
Nilai kapasitas infiltrasi optimum untuk irigasi permukaan adalah 0,7 - 3,5 cm/jam.
Infiltrasi terlalu tinggi - menyebabkan terangkutnya hara ke laps bawah shg tdk tersedia bagi tnm, yang terbaik adalah infiltrasi sedang.
Infiltrasi rendah - aerase kurang & pori tanah sedikit- sehingga tnm tidak dapat bernafas.
46
Cara memperbaiki kap. Innfiltrasi----
Tanah-tanah yg kap. Infiltrasi rendah (terll lambat) menimbulkan berbagai kerugian,
cadangan air tnh rendah aliran permukaan besar erosi aerase buruk shg pertbh tnm terhambat air irigasi banyak yg hilang krn melimpas di
atas permukaan tnh kecuali utk padi sawah,kap. Infiltrasi
optimum < 0,1 cm/jam
47
Meningkatkan kapasitas infiltrasi :
1. mengolah tanah olah tanah konservasi, dpt membuat tnh yg
padat menjadi gembur, tanpa merusak tanah selanjutnya.
Pengolahan tnh menurut garis kontur lebih efektif dalam meningkatkan kap.infiltrasinya
48
Meningkatkan kapasitas infiltrasi :
2. Pemberian bahan organik BO akan meningkatkan aktivitas mo tnh krn
bahan organiksumber energi dr bbrp jns mo.
Banyak mo aktif -- tercipta struktur tanah yg sarang dan akan meningkat kap. Inf
BO juga bahan penyemen agregat shg bisa lebih stabil dan mempunyai ruang pori yg lebih banyak.
49
Meningkatkan kapasitas infiltrasi :
3. Penutupan mulsa Mulsa melindungi permukaan tanah thd pukulan
air hujan shg terhindar dr pemadatan tanah, Pemulsaan juga memperkecil fluktuasi suhu &
kelembaban tanah shg mo dapat berkembang lebih banyak. Secara fisik mulsa menghambat alr permukaan shg kesempatan
iniltrasi lebih besar.
50
4. Soil conditioner Pemberian bahan sintetis utk memperbaiki
sifat fisilk dapat merangsang pembentukan struktur tanah & meningkatkan stabilitaqs struktur/agregat shg porositas tanah meningkat
Soil conditioner buatan : PAM, PVA, Nitumen
Bahan penstimulir alami : humus , lateks.
51
Tanah bertekstur kasar, mempunyai kap. Infiltrasi yg tinggi , sifat tnh tsb umumnya lepas, gembur, aerase dan darinase baik, mudah diolah, infiltrasi dan permeabilitas tinggi atau sangat tinggi, ttp mempunyai kemampuan penjerap unsur hara yg sangat rendah shg tdk subur dan sgt peka kekeringan
52
Beberapa cara memperbaiki kapasitas infiltrasi yg
tinggi :
1. pemberian BO bo dapat berperan sbg bahan penghancur
(cementing agent) dan dpt meningkatkan kemampuan
tanah menyerap air.
53
Beberapa cara memperbaiki kapasitas infiltrasi yg tinggi :
2. Mempertahankan adanya sod (laps perakaran rerumptn)
Adl cara efektif membentuk granulasi, demikian juga pukan dan puhi, shg komposisi pori mikro dan makro lebih baik,
54
Pemberian soil konditioner dr bahan-bahan hidrofobik (suka air) efektif menurunkan kap. infiltrasi tnh-tnh pasir.Soil conditioner dicampur di atas permukaan tnh dapat menurunkan kap. Infiltrasi, krn permukaan tnh menjadi padat.Eks. Utk tanah yg kap.infiltrasi lambat----agar lebih cepat digunakan soil komditioner hidrofilik (takut Air) spt pada tanah liat.
3. Soil conditioner
55
Colorado river
56
The Aswan High Dam- The Egyptian Nile
What are the net benefits?- do the benefits outweigh the costs?
57
World water crisis
58
59
Tugas kuliah ke-3
Peranan bahan organik terhadap infiltrasi Format : - dalam bentuk power point
- per kelompok (anggota kelompok menyusul)
Bahan organik secara umum, jadi tidak hanyak dalam bentuk limbah tapi juga yang masih aktif sebagai jaringan tanaman …
Ditransfer ke email ibu !
60