A. JUDUL PRATIKUM : Analisis Infiltrasi dengan Model Horton
B. TEMPAT DAN WAKTU
Tempat : DiLaboratorium Ilmu Tanah, Fakultas Pertanian, Universitas Jambi
Waktu : Pada Tanggal 28 April 2011 dan 05 Mei 2011, pada pukul 10.00-12.00 WIB
C. KELOMPOK : 2 ( Dua )
D. PENDAHULUAN
Pengukuran sifat-sifat fisika tanah sangat diperlukan di dalam perencanaan dan perancangan suatu proyek yang berkaitan dengan pengembangan wilayah, misalnya suatu daerah aliran sungai (DAS). Sifat-sifat ini termasuk laju infiltrasi air secara vertikal ke dalam profil suatu tanah. Pengamatan parameter-parameter sifat tanah yang lain selain laju infiltrasi, yang berkaitan dengan pengelolaan DAS adalah : permeabilitas, kebutuhan air oleh tanaman, pola pergiliran dan jenis tanaman, data iklim, jenis tanah beserta sifat-sifat tanah yang lain selain sifat fisika, pola penggunaan lahan, tingkat pengendalian erosi, sumber-sumber pencemar lingkungan yang potensial, tingkat sosial ekonomi dan kerapatan jumlah penduduk, dll.
Pengujian laju infiltrasi in situ ini dimaksudkan untuk mengetahui berapa kecepatan dan besaran masuknya atau meresapnya air secara vertikal ke dalam tubuh tanah. Dengan mengamati atau menguji sifat ini diharapkan mampu memberikan gambaran tentang kebutuhan air irigasi yang diperlukan bagi suatu jenis tanah untuk jenis tanaman tertentu pada suatu saat. Data laju infiltrasi ini juga dapat digunakan untuk menduga kapan suatu run-off akan terjadi bila suatu jenis tanah telah menerima sejumlah air tertentu baik melalui curah hujan ataupun irigasi dari suatu tandon air di permukaan tanah.
Dari gejala proses infiltrasi yang pada umumnya mula-mula cepat kemudian melambat dan disusul dengan kondisi konstan, maka dapat diduga seberapa besar kebutuhan air yang diperlukan oleh suatu jenis tanah pada suatu luasan tertentu untuk membasahinya, sejak dari kondisi kering lapangan (dengan rekahan-rekahan yang bersifat khusus bagi tiap jenis tanah) hingga keadaan yang kebutuhan airnya menjadi konstan. Data hasil pengukuran laju infiltrasi semacam ini juga dapat digunakan untuk tujuan perencanaan pengagihan air irigasi serta konservasi tanah dan air.
Tiap jenis tanah dengan ciri-ciri fisika, kimia, biologi, dan mineralogi yang berbeda-beda memerlukan perhitungan kebutuhan air yang berbeda-beda dalam tujuan pemberian airnya. Oleh sebab itu pengujian laju infiltrasi bagi tiap jenis tanah yang ada di dalam suatu DAS perlu dilakukan agar pengelolaannya secara terpadu dapat lebih tepat guna dan berhasil guna.
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 kapasitasinfiltrasi.
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.
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. Jenis permukaan tanah
b Cara pengolahan lahan
c. Kepadatan tanah
d. Sifat dan jenis tanaman.
E. LANDASAN TEORI
Infiltrasi adalah aliran air ke dalam tanah melalui permukaan tanah, kapasitas infiltrasi adalah laju infiltrasi maksimum untuk tanah tertentu, laju infiltrasi adalah kec. infiltrasi yg nilainya tergantung pada kondisi tanah dan intensitas hujan
Infiltrasi yaitu proses meresap atau masuknya air ke dalam tanah melalui permukaan tanah dan merupakan besarnya tebal air yang dapat meresap ke dalam tanah dalam satuan waktu. Infiltrasi adalah sumber utama adanya air tanah, tanpa adanya infiltrasi air hujan ke dalam tanah maka tidak akan ada air di dalam tanah. Besarnya infiltrasi dinyatakan dalam satuan mm/hari atau cm/hari. Beberarapa batsan istilah yang terkait dengan infiltrasi adalah
1. kapasitas infiltrasi (infiltration capacity) adalah kecepatan infiltrasi maksimum jika air tersedia.
2. kecepatan I nfiltrasi adalah (infiltration rate) atau infiltrasi nyata adalah infiltrasi yang benar-benar terjadi pada saat itu.
3. Soil moisture deficiency adalah kandungan air yang masih dibutuhkan untuk membawa tanah pada kapasitas lapang.
4. Permaebilitas (permeability) adalah kemampuan tanah untuk melepaskan sejumlah air yang dikandungnya.
5. Porositas (porosity) adalah kemampuan maksimum tanah untuk mengandung air, atau dengan kata lain volume pori yang terdapat dalam suatu tubuh tanah.
1. kapasitas infiltrasi (infiltration capacity) adalah kecepatan infiltrasi maksimum jika air tersedia.
2. kecepatan I nfiltrasi adalah (infiltration rate) atau infiltrasi nyata adalah infiltrasi yang benar-benar terjadi pada saat itu.
3. Soil moisture deficiency adalah kandungan air yang masih dibutuhkan untuk membawa tanah pada kapasitas lapang.
4. Permaebilitas (permeability) adalah kemampuan tanah untuk melepaskan sejumlah air yang dikandungnya.
5. Porositas (porosity) adalah kemampuan maksimum tanah untuk mengandung air, atau dengan kata lain volume pori yang terdapat dalam suatu tubuh tanah.
Faktor yang mempengaruhi besar kecilnya infiltrasi adalah sifat permukaan tanah, transmisi lapisan tanah, dan pengatusan kapasitas infiltrasi.
Faktor sifat permukaan tanah ditentukan oleh kepadatan permukaan tanah dan ada tidaknya tumbuhan. Semakin padat kondisi permukaan tanah, maka tingkat infiltrasi akan semakin kecil hal ini terjadi karena tanagh yang padat sulit ditembus oleh air. Sementara itu adanya tumbuhan akan meningkatakan laju infiltrasi karena:
a) Akar tanaman dapat menyebabkan struktur tanah menjadi gembur.
b) Dapat menghambat baliran air hujan yang jatuh ke tanah, sehingga waktu tinggal air hujan akan lebih lama.
c) Pemadatan yang diakibatkan oleh air hujan yang jatuh akan semakin berkurang.
d) cara bercocok tanam seperti terassiring dan counter plaughing yang benar, maka dapat memperbesar infiltrasi.
e) Namun demikian, setiap jenis dan sifat tumbuhan memiliki tingkat pengaruh yang berbeda-beda, sedangkan kerapatan tumbuhan berpengaruh positif terhadap tingkat infiltrasi.
Sifat transmisi lapisan tanah sangat menetukan tingkat infiltrasi karena pada umumnya tanah itu berlapis-lapis. Sedangkan sifat transmisi lapisan tanah ditentukan oleh kemampuan setiap lapisan atau horizon tamah dalam meloloskan air yang melewatinya, atau kemampuan setiap lapisan tanah dalam pengtusan kapasitas tanah penampungan. Oleh karena itu walaupun lapisan permukaan bersifat meloloskan air (porus), tetapi kalau lapisan di bawahnya sulit meloloskan air, maka nilai infiltrasinya juga akan kecil.
Besarnya kecepatan infiltrasi nyata (f) lebih kecil atau sama dengan besarnya kapasitas infiltrasi (fp). Hal ini disebabkan air di atas permukaan tanah tidak selalu tersedia dalam jumlah yang cukup atau berlebih, sehingga infiltrasi nyata besarnya tergantung pada air yang tersedia saat itu. Hsil pengukuran infiltrasi dinyatakan dalam bentuk grafik hubungan antara tingkat infiltrasi dengan waktu. Adapun rumus perhitungan infiltrasi sebagai berikut:
Keterangan:
F = tingkat infiltrasi (cm/menit)
fc = tingkat infiltrasi setelah konstan (cm/menit)
fo = tingkat infiltrasi awal (cm/menit)
e = 2,78
t = waktu konsta (jam)
k = 1/m log e
faktor - faktor yg mempengaruhi infiltrasi
- Kedalaman genangan dan tebal lapis jenuh
- Kelembaban tanah
- Pemampatan oleh hujan (pemadatan tanah oleh butiran air hujan , akan mengurangi kap. infiltrasi.)
- Penyumbatan oleh butir halus (waktu tanh kering, banyak terdapat butiran halus, yang ketika hujan mengalir bersama air, shg memparlambat infiltrasi)
- Tanaman penutup (kap infiltrasi tinggi karena pada tanah yang tertutup olh tanaman biasanya terdapat tanah humus dan sarang serangga, shg bisa jadi saluran permeable untuk infiltrasi.
- Topografi ,pada tahan yg kemiringan besar, kap. infiltrasi kcil, karena air mengalir kebawah dan cepat, pada tanah datar air tergenang maka kap. infiltrasi tinggi.
- Intensitas hujan, jika intensitas hujan < infiltrasi =" intensitas"> kap infiltrasi, maka laju infiltrasi aktual = kap. Infiltrasi
Kapasitas infiltrasi
ft = fc + (fo-fc) e*-kt
Keterangan :
ft = kap infiltrasi saat ke t
fo = kap infiltrasi awal
fc = kap infiltrasi konstan, tergantung tipe tanah
k = konstanta yg menunjukkan laju pengurangn kap infiltrasi
ft = fc + (fo-fc) e*-kt
Keterangan :
ft = kap infiltrasi saat ke t
fo = kap infiltrasi awal
fc = kap infiltrasi konstan, tergantung tipe tanah
k = konstanta yg menunjukkan laju pengurangn kap infiltrasi
Index infiltrasi (teta tebalek)
laju infiltrasi rerata atau kapasitas infiltrasi yang diratakan pada seluruh periode hujan
index = F/ Tr = (P-Q)/ Tr
F = infiltrasi total
P = hujan total
Q = aliran permukaan total
Tr = waktu terjadi hujan
laju infiltrasi rerata atau kapasitas infiltrasi yang diratakan pada seluruh periode hujan
index = F/ Tr = (P-Q)/ Tr
F = infiltrasi total
P = hujan total
Q = aliran permukaan total
Tr = waktu terjadi hujan
F. CARA KERJA
1. Mengambil data infiltrasi yang telah tersedia oleh dosen pembimbing
| Parameter Model Infiltrasi Horton | |||
| Parameter | Nilai | Satuan | Keterangan |
| fc | 0.38 | cm/menit | |
| k | 0.051 | | dari grafik |
| ln(fo-fc) | 0.728 | | 2.070934594 |
| fo | 2.4509346 | cm/menit | fo=EXP(0,728)+fc |
| Exp | 2.7183 | | Nilai mutlak dari tabel |
| C | 40.606561 | | C=(fo-fc)/k |
| tc | 1.5833333 | jam | |
| Ftc | 74.857326 | cm | |
| Kapasitas | 47.278311 | cm/jam | |
| tc | 90 | Menit | |
2. Masukkan data tersebut ke Microsoft Excel
3. Buat nomor pengamatannya
4. Setelah nomor pengamatannya dibuat, masukkan data tersebut ke tabel yang berada disebelah tabel nomor pengamatannya ( h )
5. Mencari infiltrasi kumulatif = F+h, contoh : (C3+B4), dapat dilihat pada tabel yang telah dilampirkan
6. Mencari selisih dari infiltrasi kumulatif dari setiap bacaan ( dF )
7. Waktu Pembacaan ( Selang Waktu 5 Menit )= t, Contoh : 5,10,15,20,25……, 95
8. Mencari Laju Infiltrasi ( Kolom 2/selang waktu ), f = (B4/5) atau f = h/5
9. Mencari Kolom 6-fc, Nilai f-fc, contoh : =(F4-0.38)
10. Mencari Logaritma Natural dari kolom 7, Ln(f-fc), Contoh : =LN(G4)
11. Mencari Laju infiltrasi terduga dengan Model Horton, Contoh : F Horton = 0.38+$G$31*EXP(-0.051*E4)
12. Mencari Simpangan laju infiltrasi, Contoh : SF = (I4-F4)*(I4-F4)
13. Mencari Kumulatif infiltrasi terduga dengan Model Horton, Contoh : F = 0.38*E4-((2.450936-0.38/0.051)*EXP(-0.051*E4))+40.606561
14. Mencari Simpangan infiltrasi Kumulatif, Contoh : SF = (K4-C4)*(K4-C4)
G. HASIL DAN PEMBAHASAN
Fitting Model Infiltrasi dari Horton yaitu Persamaan Horton ( Dhalhar,1972)
Ft = fc + ( fo-fc)e-kt
Keterangan : Ft = Laju infiltrasi ( cm/menit )
Fo = Laju infiltrasi awal ( cm/menit)
Fc = Laju infiltasri setelah konstan ( cm/menit)
K = Parameter tanah
t = Waktu ( menit )
Nilai Fc diestimasi dari hasil penggambaran ( plotting ) hubungan antara laju infiltrasi dan waktu ( sebagai absis ). Setelah Fc ditetapkan, maka dapat dihitung nilai-nilai K dan Fo
Nilai-nilai K dan Fo dihitung dengan menggunakan metode dua titik. Kombinasi dua titik ini ialah t1-t2, t2-t3.
Dari persamaan ( 1 ) dapat dihitung nilai K dan Fo dengan rumus :
K = 1/(t2-t1)ln[(f1-fc)/(f2-fc)] ( 2 )
Fo = fc + [(f1-fc)/(e-kt)] ( 3 )
Rumus ( 2 ) dan ( 3 ) digunakan untuk menghitung nilai-nilai K dan fo dari kombinasi titik 1 dan 2, sehingga untuk titik-titik selanjutnya dapat dilakukan dengan cara yang sama. Setelah nilai-nilai K dan fo semuanya terhitung, maka dapat dihitung pula laju infiltrasi untuk berbagai waktu yang berbeda-beda. Hasil perhitungan antara fukur dan fduga digambaran pada suatu grafik hubungan antara waktu dan laju infiltrasi
Laju infiltrasi untuk setiap model yang dicoba dilakukan secara grafis seperti ditunjukkan pada metode Horton, nilai fc ditetapkan sebesar 0,38, sedangkan nilai-nilai K dan fo dihitung dengan persamaan (2) dan (3) sehingga didapat nilai laju infiltrasi untuk berbagai waktu. Dalam kasus ini ditetapkan waktu untuk menit yang ke 5,10,15,20,25….,95. Pada proses fitting ditentukan sebanyak 5 persamaan untuk selanjutnya digambarkan pada satu grafik. Penggambaran seperti ini dilakukan untuk dibandingkan dengan data pengukuran. Penentuan model terbalik dilakukan dengan cara yang telah dijelaskan di muka dan hasil perhitungannya. Hasil perhitungan selanjutnya menunjukkan bahwa model dari cara Horton mempunyai persamaan :
F Horton = Fc+ln(fo-fc)*EXP(-k*t)
H. KESIMPULAN
1. Model Horton merupakan model terbaik dibandingkan dengan model Kostiakov maupun Philip
2. Sebelum menggunakan suatu model infiltrasi, maka semua tetapan harus difitkan terlebih dahulu terhadap data lapangan
3. Semakin dekat titik pengamatan garis nilai R semakin besar ( 90%), sedangkan semakin jauh titik pengamatan ke garis maka nilai R semakin kecil yang diakui ( 50%), datanya menjadi valid
4. Pada laju infiltrasi, semakin lama waktu maka semakin rendah F hortonnya\
5. F Horton = Fc+ln(fo-fc)*EXP(-k*t)
I. DAFTAR PUSTAKA
- Mather, J.R, 1984.Water Resources:Distribution, Use, and Management.New York:John Wiley & Sons.
- Sudibyakto, 1989. Pengujian Beberapa Model Infiltrasi Untuk Pendugaan Limpasan Permukaan di Sub DAS Sayangm DAS Konto Hulu, Jawa Timur.
- WWW.GOOGLE.COM
Tidak ada komentar:
Posting Komentar