dan hidrolik tanah tekstur, distribusi pori, stabilitas agregat, ukuran pori tanahporositas tanah, kemantapan pori tanah Subramanya, 1984; Arsyad, 1989;
Yong and Warkentin, 1966
dalam
Chalik, 1991, intensitas hujan Viessman
et al
., 1977; Subramanya, 1984, dan penutupan dan penggunaan lahan termasuk bahan organik, penetrasi akar, kemiringan lahan, pengolahan tanah dan
penggembalaan ternak Blackburn, 1984; Voorhes and Lindstrom, 1984; Blackwell
et al
., 1985; Allegre
et al
., 1986; Warren
et al
., 1986; Hartge, 1988; Thurow
et al
., 1988; Wood
et al
., 1989; Takar
et al
., 1990
dalam
Navar and Synnott, 2000.
2. 3 Konservasi Massa dalam Media Poros di Lapisan Tanah Takjenuh
Menurut Bras 1990, oleh karena matrik lapisan batuan-tanah bersifat takjenuh, hubungan internal diantara pori-pori tanah menjadi tidak beraturan dan
terputus semenjak sebagian pori terisi oleh udara. Berbeda dengan aliran dalam media poros di lapisan tanah jenuh dimana gaya gravitasi memainkan peranan
yang dominan, pada lapisan tanah takjenuh gaya molekuler menjadi sangat penting. Tekanan kapiler negatif yang kuat berkembang pada antar muka udara
dan air. Tekanan ini berubah menurut ukuran pori efektif tanah, dan oleh karenanya tergantung pada struktur instrinsik material dan derajat kejenuhan.
Apabila material lebih kering, maka pori-pori yang mengandung air akan lebih kecil dan terputus, dan gaya kapilernya menjadi lebih kuat.
Bras 1990 juga menyatakan bahwa perubahan kadar air pada lapisan tanah takjenuh tidak hanya mempengaruhi gaya yang bekerja, tapi juga mempengaruhi
jalan air yang melalui pori. Masalahnya menjadi rumit karena fakta menunjukkan bahwa pada kondisi takjenuh, fluks air berada pada bentuk cair dan uap. Fluks
tersebut tidak hanya tergantung pada potensial gravitasi dan kapiler, tapi tergantung juga pada kerapatan uap dan gradien suhu sekeliling tanah. Meskipun
demikian, apabila kita mengasumsikan kondisi isotermal dan taktermampatkan
incompressible
pada fase uap, kita dapat menggambarkan bahwa fluks kadar air tanah mengikuti analogi hukum
Darcy
berikut:
z h
θ
K q
; y
h
θ
K q
; x
h
θ
K q
z z
y y
x x
∂ ∂
⋅ −
= ∂
∂ ⋅
− =
∂ ∂
⋅ −
= 2
dimana konduktivitas hidrolik takjenuh secara eksplisit tergantung pada kadar air volumetrik
θ , dan h adalah head piezometrik pada potensial kapiler, yang secara
matematis dinyatakan sebagai:
z
θ ψ
z
γ
P h
c
+ =
+ =
3
dimana Pc adalah hisapan matrik, ψ
adalah
pressure head
atau potensial kapiler atau potensial matrik, dan z didefinisikan positif dengan arah ke atas dari suatu
datum kolom tanah. Potensial matrik adalah suatu fungsi kadar air volumetrik
θ yang bernilai
negatif relatif terhadap tekanan atmosfer, dan dinyatakan dalam cm. Dengan mensubstitusikan Persamaan 3 ke Persamaan 2 akan diperoleh:
θ
K z
θ ψ
θ
K q
; y
θ ψ
θ
K q
; x
θ ψ
θ
K q
z z
z y
y x
x
− ∂
∂ ⋅
− =
∂ ∂
⋅ −
= ∂
∂ ⋅
− =
4
dimana q
z
menyatakan aliran air mengarah ke bawah dan efek gravitasi hanya berlaku pada aliran vertikal. Apabila Persamaan 4 dinyatakan sebagaimana
persamaan konservasi massa, maka akan menjadi:
∂ ∂
⋅ ∂
∂ +
∂ ∂
⋅ ∂
∂ +
∂ ∂
⋅ ∂
∂ +
∂ ∂
= ∂
∂ z
θ ψ
θ K
z y
θ ψ
θ K
y x
θ ψ
θ K
x θ
K z
t θ
z y
x z
5
2. 4 Hubungan antara Potensial Matrik dan Kadar Air Tanah
Tekanan adalah suatu besaran skalar yang bekerja di segala arah pada suatu fluida. Dingman 2002 menyatakan bahwa mengukur tekanan relatif terhadap
tekanan atmosfer adalah hal yang umum; sehingga diperoleh kondisi Pc 0 dan ψ
0 untuk aliran-aliran jenuh, dan Pc 0 dan ψ
0 untuk aliran-aliran takjenuh.
Water table
adalah permukaan dimana berlaku Pc = 0. Tekanan negatif sering disebut tegangan
tension
atau hisapan
suction
, dan ψ
atau h disebut
tension
head
, potensial matrik atau hisapan matrik pada Pc 0. Pada lapisan tanah takjenuh, air ditahan butiran-butiran mineral oleh gaya tegangan permukaan
surface tension
. Pada jenis tanah yang demikian, besarnya hisapan akan meningkat karena kadar air yang menurun.
Klute 1986, Pereira and Allen 1999, dan Dingman 2002 menyatakan bahwa hubungan antara potensial matrik, yang sering digambarkan dalam skala
logaritma, dengan kadar air suatu jenis tanah disebut kurva karakteristik kadar air
moisture-characteristic curve
atau fungsi retensi air
water retention function
. Hubungan ini sangat dipengaruhi oleh struktur dan tekstur tanah. Hubungannya
cenderung tidak linier dan secara umum memiliki bentuk seperti Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 3. Fungsi retensi air skematis untuk tanah pasir dan tanah liat selama
drainase dimodifikasi dari Pereira and Allen, 1999. Sumbu
x
menunjukkan nilai potensial matrik tanah cm H
2
O. Sumbu
y
menunjukkan nilai kadar air tanah volumetrik cm
3
cm
3
. Gambar 4 secara khusus menunjukkan kurva fungsi retensi air tanah pada
proses pembasahan
wetting
dan pengeringan
drying
. Kurva pembasahan ditunjukkan oleh garis padat
solid line
dengan titik-titik terbuka
open dot
sebagai titik-titik hasil pengukuran. Sebaliknya kurva pengeringan ditunjukkan
