Transcript kapasitas infiltrasi

INFILTRASI
ZURHALENA
SUMBER BACAAN :
SCHWAB,dkk SOIL & WATER CONSERVATION ENGINEERING
Bahan Ajar Agrohidrologi
1
PENGERTIAN :
INFILTRASI
ADALAH MASUKNYA AIR MELALUI PERMUKAAN TANAH
SECARA VERTIKAL AKIBAT ADANYA GAYA GRAVITASI
HARUS DIBEDAKAN DENGAN ISTILAH PERKOLASI
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)
2
INFILTRASI
ZONE PERAKARAN
PERKOLASI
3
THE INFILTRATION PROCESS
WHEN RAIN OR IRRIGATION WATER IS SUPPLIED TO A FIELD, IT SEEPS
INTO THE SOIL. THIS PROCESS IS CALLED INFILTRATION.
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)
4
FIG. 1. INFILTRATION OF WATER INTO THE SOIL
5
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
6
INFILTRATION RATE
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)
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).
Fig. 2a. The same amount of water is
supplied to each glass
Fig. 2b. After one hour the water has
infiltrated in the sand, while some water is
still ponding on the clay
The infiltration of water into the sand is faster than into the clay. The sand is said to
have a higher infiltration rate.
7
INFILTRATION RATE EXAMPLE:
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).
RANGE OF VALUES FOR INFILTRATION
RATES IS GIVEN BELOW:
LOW
: LESS THAN 15 MM/HOUR
MEDIUM : 15 TO 50 MM/HOUR
HIGH
FIG. 3. SOIL WITH AN INFILTRATION RATE OF
15 MM/HOUR
: MORE THAN 50 MM/HOUR
8
• BEBERAPA PENGERTIAN LAIN:
#
KAPASITAS INFILTRASI
KAPASITAS INFILTRASI ADALAH KEMAMPUAN PERMUKAAN TANAH
MERESAPKAN AIR (LAJU MAKSIMUM INFILTRASI) PADA SETIAP SAAT
YANG DIPENGARUHI OLEH KELEMBABAN TANAHNYA
- 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)
#
9
KUMULATIF INFILTRASI ADALAH JUMLAH ATAU BANYAKNYA AIR YANG
TERINFILTRASI SELAMA PERIODE WAKTU TERTENTU


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.
10

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.
11
Hubungan antara waktu dan infiltrasi kumulatif air
ke dalam tanah dapat dituliskan sebagai
persamaan 2.1.


b
I = a t…………………………………… (2.1)
Dimana : I = Infiltrasi kumulatif ;
t = Waktu;
a,b = Konstanta
12
LAJU, KAPASITAS & KUMULATIF INFILTRASI
KAPASITAS INFILTRASI PADA to
mm/
jam
KAPASITAS INFILTRASI
HUJAN/IRIGASI
KUMULATIF INFILTRASI
LAJU INFILTRASI
t1
tro
t2
t
s/d tro laju infiltrasi < kapasitas infiltrasi
13
SATUAN YANG BIASA DIGUNAKAN
SATUAN UNTUK LAJU DAN KAPASITAS INFILTRASI :
# VOLUME PER UNIT OF TIME PER UNIT OF AREA
l/jam/ha ; m3/hari/ha
UNIT DI ATAS DAPAT DIREDUKSI KE DALAM UNIT YANG LEBIH
SEDERHANA, DIMANA VOLUME/AREA = DEPTH, MAKA SATUANNYA
MENJADI :
mm atau cm/jam ; mm atau cm/hari
# DEPTH PER UNIT OF TIME (SATUAN INI LEBIH UMUM DIGUNAKAN ),
SATUAN UNTUK KUMULATIF INFILTRASI :
# DEPTH (KEDALAMAN ,mm) = DEPTH PER UNIT OF TIME X TIME
14
KURVA LAJU DAN KUMULATIF INFILTRASI
KURVA LAJU INFILTRASI
SAAT AWAL (KERING) LAJU
CEPAT(fo) MAKIN BASAH
MENURUN DAN SAAT JENUH LAJU
KONSTAN (fc
KURVA KUMULATIF INFILTRASI
fo
cm/jam
mm
fc
t=0
t
15
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)
3. SUMBER AIR PERKOLASI YANG DAPAT MENCUCI (LEACHING)
KADAR GARAM BERLEBIH DI ZONE PERAKARAN TANAMAN
4. MENGURANGI AIR LIMPASAN PERMUKAAN (SURFACE RUN OFF)
SEHINGGA DAPAT MENGURANGI BAHAYA BANJIR DAN EROSI
16

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
17


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
18

Aliran permukaan yang besar juga menyebabkan
erosi yang besar, sehingga mengubah lahanlahan 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
19
HUJAN-INFILTRASI-RUNOFF
HUJAN
mm
RUNOFF
INFILTRASI
tro
t
20
FAKTOR YANG BERPENGARUH PADA
BESARNYA INFILTRASI
FAKTOR TANAH (SOLUM TANAH):
1. UKURAN PARTIKELTANAH (TEKSTUR)
2. TINGKAT AGREGASI ANTARA PARTIKEL TANAH
(STRUKTUR)
3. KERAPATAN & POROSITAS TANAH
4. 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.
21
Burlap
Straw
mm
removed
Bare soil
bare soil
waktu
22
FAKTOR LAINNYA YANG BERPENGARUH :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
KEMIRINGAN LAHAN
KELEMBABAN TANAH AWAL
KANDUNGAN BAHAN ORGANIK TANAH
PENGGUNAAN SOIL ADDITIVES (SOIL
CONDISIONER)
IKLIM : SUHU,KELEMBABAN,ANGIN
BERPENGARUH TREHADAP EVAPORASI
JUMLAH DAN FREKUENSI HUJAN BERPENGARUH
TERHADAP KELEMBABAN TANAH
23
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 !
24
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
25
METODE INFILTROMETER
1. METODE RING INFILTROMETER
2. METODE HUJAN BUATAN
(ARTIFICIAL SPRINGKLER
INFILTROMETER)
26
Metode ring infiltrometer
Tipe gelang terpusat
terdiri dari 2 ring silinder besi yang ditanam
beberapa cm dalam tanah
diameter ring 22,5 samapai dengan 90 cm
Ke dalam kedua ring dimasukkan air, dan dijaga
muka air tetap konstan dg menambah sejumlah air
Pengukuran dilakukan pada silinder dalam
27
28
29
30
Metode ring infiltrometer banyak dipakai
karena mudah dilakukan, praktis, murah,
Dapat dilakukan dalam waktu relatif singkat.
31
Infiltrasi
32
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
33

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.
34
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.
35
Pengolahan data infiltrasi

Data yg diperoleh dari pengukuran dg
infiltrometer diolah dg persamaan Horton,
Philips, atau Kostiakov.
36


METODE HORTON (1939) :
f = fc + (fo – fc) e -kt
Dimana : f
fc
fo
k
t

= kapasitas infiltrasi (LT-1)
= laju infiltrasi atau kapasitas infiltrasi konsta
= kapasitas infiltrasi awal
= konstanta untuk kondisi awal dan tanah tertentu
= waktu
NILAI-NILAI PARAMETER PERSAMAAN DI ATAS DIPEROLEH DARI
HASIL PENGUKURAN DI LAPANGAN
37
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
n
F
m
a = n/m
K
t
38
CONTOH PENGGUNAAN RUMUS HORTON DAN KOSTIAKOV
DARI DATA HASIL PENGUKURAN INFILTRASI BERIKUT
JAM
BEDA
WAKTU
(menit)
KUMU .
WAKTU
(menit)
BEDA
TINGGI
(mm)
210,0
06.00
15
14
184,0
06.30
30
26
165,5
30
44,5
150,5
30
59,5
137,5
60
72,5
116,0
60
94,0
98,0
60
60/60 X 21,5 cm =2,15
18,0
240
10.00
30/60 X 1,3 cm = 2,6
21,5
180
09.00
30/60 X 1,5 cm = 3,0
13,0
120
08.00
30/60 X 1,85 cm = 3,7
15,0
90
07.30
15/60 X 1,2 cm = 4,8
18,5
60
07.00
15/60 X 1,4 cm = 5,6
12,0
30
60/60 X 1,8 cm = 1,8
112,0
17,0
300
81,0
LAJU INFILTRASI.
(cm/jam)
0
196,0
15
KUMU. IN
FILTRASI
(mm)
14,0
15
06.15
11.00
TINGGI AIR
(mm)
60/60 X 1,7 cm = 1,7
129,0
39

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
40
# PARAMETER RUMUS KOSTIAKOV DIPEROLEH DARI
DATA KUMULATIF YANG DIPLOTKAN PADA GRAFIK DOUBLE LOG
F (mm)
129
dari data
kumulatif
inflitrasi
a = n/m
n = 109 - 14
m = 300 - 15
14
Nilai K
15 30 60
90
120
180
240
300
t (waktu) data kumulatif waktu
41
GRAFIK KUMULATIF INFILTRASI PADA DOUBLE LOG PAPER
# PEMBUATAN KURVA LAJU INFILTRASI
DATA LAJU INFILTRASI SETIAP KALI PENGUKURAN
DIPLOTKAN KEDALAM KERTAS GRAFIK MILIMITER BLOK
6,0 5,5 f
5,0
(mm/jam)
-
4,5 -
KIRA-KIRA KURVANYA SEPERTI INI
4,0 -
3,5 3,0 2,5 2,0 6.00 6.15 6.30 7.00 7.30 8.00 9.00 10.00 11.00
t (waktu, pukul)42
KURVA LAJU INFILTRASI
# PEMBUATAN KURVA KUMULATIF INFILTRASI
DATA KUMULATIF INFILTRASI SETIAP KALI PENGUKURAN
DIPLOTKAN KEDALAM KERTAS GRAFIK MILIMITER BLOK
6,0 5,5 f
(mm/jam)
5,0 4,5 -
KIRA-KIRA KURVANYA SEPERTI INI
4,0 3,5 3,0 -
2,5 2,0 6.00 6.15 6.30 7.00 7.30 8.00 9.00 10.00 11.00
t (waktu, pukul)
43
KURVA LAJU INFILTRASI
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
44



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.
45
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
46
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
47
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.
48
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.
49
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.
50

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
51
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.
52
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,
53
3. Soil conditioner
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.
54
Colorado river
55
The Aswan High Dam- The Egyptian Nile
What are the net benefits?- do the benefits outweigh
the costs?
56
World water crisis
57
58
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 !

59
60