drainase permukiman, tempat olahraga dan rekreasi, pertanian dan perkebunan dengan konsep drainase ramah lingkungan.
2.2 Siklus Hidrologi
Siklus hidrologi adalah sirkulasi air yang tidak pernah berhenti dari atmosfer ke bumi dan kembali ke atmosfer dengan matahari sebagai wali utama
dalam proses tersebut. Komponen utama dalam siklus hidrologi adalah kondensasi, presipitasi, infiltrasi, limpasan permukaan run off, evaporasi, dan
transpirasi.
Gambar 2.2 Siklus Hidrologi
Untuk menjaga siklus hidrologi agar komponennya dapat bekerja sebagaimana mestinya, maka perlu dipertahankan keseimbangan melalui proses
pengisian air hujan dengan meresapkannya ke dalam porirongga tanah, batuan atau yang disebut dengan upaya konservasi air.
Prinsip dasar konservasi air adalah mencegah atau meminimalkan air yang hilang sebagai aliran permukaan dan menyimpannya semaksimal mungkin ke
dalam tubuh bumi. Atas dasar prinsip ini maka curah hujan yang berlebihan pada musim hujan tidak dibiarkan mengalir ke laut, melainkan ditampung dalam suatu
wadah yang memungkinkan air kembali meresap ke dalam tanah groundwater recharge
melalui pemanfaatan air hujan dengan cara membuat sumur resapan maupun sumur biopori. Pada siklus hidrologi, posisi sumur resapan Gambar 2.3
Universitas Sumatera Utara
membantu proses infiltrasiperkolasi guna mengurangi limpasan air hujan yang berlebih pada permukaan tanah sehingga air hujan dapat bergerak secara vertikal
di bawah permukaan tanah hingga air tersebut memasuki sistem air tanah.
Gambar 2.3 Posisi Sumur Resapan dalam Siklus Hidrologi
2.3 Konsep Umum infiltrasi
2.3.1 Defenisi
Infiltrasi adalah proses aliran air umumnya berasal dari curah hujan masuk kedalam tanah. Perkolasi merupakan proses kelanjutan aliran air yang
berasal dari infiltrasi ke tanah yang lebih dalam. Kebalikan dari infiltrasi adalah rembesan speege. Laju maksimal gerakan air masuk kedalam tanah dinamakan
kapasitas infiltrasi. Kapasitas infiltrasi terjadi ketika intensitas hujan melebihi kemampuan tanah dalam menyerap kelembaban tanah. Sebaliknya apabila
intensitas hujan lebih kecil dari pada kapasitas infiltrasi, maka laju infiltrasi sama dengan laju curah hujan.
Laju infiltrasi umumnya dinyatakan dalam satuan yang sama dengan satuan intensitas curah hujan, yaitu millimeter per jam mmjam. Air infiltrasi
yang tidak kembali lagi ke atmosfer melalui proses evapotranspirasi akan menjadi air tanah untuk seterusnya mengalir ke sungai disekitar.
Universitas Sumatera Utara
Salah satu proses yang berkaitan dengan distribusi air hujan yang jatuh ke permukaan bumi adalah infiltrasi. Infiltrasi adalah proses masuk atau meresapnya
air dari atas permukaan tanah ke dalam bumi. Jika air hujan meresap ke dalam tanah maka kadar lengas tanah meningkat hingga mencapai kapasitas lapang. Pada
kondisi kapasitas lapang air yang masuk menjadi perkolasi dan mengisi daerah yang lebih rendah energi potensialnya sehingga mendorong terjadinya aliran
antara interflow dan aliran bawah permukaan lainnya base flow. Air yang berada pada lapisan air tanah jenuh dapat pula bergerak ke segala arah ke
samping dan ke atas dengan gaya kapiler atau dengan bantuan penyerapan oleh tanaman melalui tudung akar.
Proses infiltrasi sangat ditentukan oleh waktu. Jumlah air yang masuk kedalam tanah dalam suatu periode waktu disebut laju infiltrasi. Laju infiltrasi
pada suatu tempat akan semakin kecil seiring kejenuhan tanah oleh air. Pada saat tertentu laju infiltrasi menjadi tetap. Nilai laju inilah yang kemudian disebut laju
perkolasi. Ketika air hujan jatuh diatas permukaan tanah, tergantung pada kondisi
biofisik permukaan tanah, sebagian atau seluruh air hujan tersebut akan mengalir masuk kedalam tanah melalui pori-pori permukaan tanah. Proses mengalirnya air
hujan kedalam tanah disebabkan oleh tarikan gaya gravitasi dan gaya kapiler tanah. Di bawah pengaruh gaya gravitasi air hujan mengalir vertikal kedalam
tanah, sedangkan pada gaya kapiler bersifat mengalirkan air tersebut tegak lurus keatas, kebawah, dan kearah horizontal lateral. Gaya kapiler bekerja nyata pada
tanah dengan pori-pori yang relative kecil. Mekanisme
infiltrasi melibatkan
3 proses
yang tidak
saling mempengaruhi:
a. proses masuknya air hujan melalui pori-pori permukaan tanah. b. tertampungnya air hujan tersebut didalam tanah.
c. proses mengalirnya air tersebut ketempat lain bawah, samping, dan atas.
Universitas Sumatera Utara
2.3.2 Faktor yang Mempengaruhi Infiltrasi
Perpindahan air dari atas ke dalam permukaan tanah baik secara vertikal maupun secara horizontal disebut infiltrasi. Banyaknya air yang terinfiltrasi dalam
satuan waktu disebut laju infiltrasi. Besarnya laju infiltrasi f dinyatakan dalam mmjam atau mmhari. Laju infiltrasi akan sama dengan intensitas hujan, bila laju
infiltrasi tersebut lebih kecil dari daya infiltrasinya. Jadi f ≤ fp dan f ≤ I Soemarto,
1999 .
Infiltrasi berubah-ubah sesuai dengan intensitas curah hujan. Akan tetapi setelah mencapai limitnya, banyaknya infiltrasi akan berlangsung terus sesuai
dengan kecepatan absorbsi setiap tanah. Pada tanah yang sama kapasitas infiltrasinya berbeda-beda, tergantung dari kondisi permukaan tanah, struktur
tanah, tumbuh-tumbuhan dan lain-lain. Di samping intensitas curah hujan, infiltrasi berubah-ubah karena dipengaruhi oleh kelembaban tanah dan udara yang
terdapat dalam tanah Maryono, 2004.
Beberapa faktor internal dan eksternal yang mempengaruhi laju infiltrasi adalah sebagai berikut:
1. Tinggi genangan air di atas permukaan tanah dan tebal lapisan tanah yang
jenuh. 2.
Kadar air atau lengas tanah 3.
Pemadatan tanah oleh curah hujan 4.
Penyumbatan pori tanah mikro oleh partikel tanah halus seperti bahan endapan dari partikel liat
5. Pemadatan tanah oleh manusia dan hewan akibat traffic line oleh alat olah 6. Struktur tanah
7. Kondisi perakaran tumbuhan baik akar aktif maupun akar mati bahan organik 8. Proporsi udara yang terdapat dalam tanah
9. Topografi atau kemiringan lahan 10. Intensitas hujan
11. Kekasaran permukaan tanah 12. Kualitas air yang akan terinfiltrasi
13. Suhu udara tanah dan udara sekitar
Universitas Sumatera Utara
Apabila semua faktor-faktor di atas dikelompokkan, maka dapat dikategorikan menjadi dua faktor utama yaitu:
1. Faktor yang mempengaruhi air untuk tinggal di suatu tempat sehingga air
mendapat kesempatan untuk terinfiltrasi oppurtunity time. 2.
Faktor yang mempengaruhi proses masuknya air ke dalam tanah. Selain dari beberapa factor yang menentukan infiltrasi diatas terdapat pula
sifat-sifat khusus dari tanah yang menentukan dan membatasi kapasitas infiltrasi Arsyad, 1989 sebagai berikut:
a. Ukuran pori
Laju masuknya hujan ke dalam tanah ditentukan terutama oleh ukuran pori dan susunan pori-pori besar. Pori yang demikian itu dinamakan pori aerasi,
oleh karena pori-pori mempunyai diameter yang cukup besar yang memungkinkan air keluar dengan cepat sehingga tanah beraerasi baik.
b. Kemantapan pori
Kapasitas infiltrasi hanya dapat terpelihara jika porositas semula tetap tidak terganggu selama waktu tidak terjadi hujan.
c. Kandungan air
Laju infiltrasi terbesar terjadi pada kandungan air yang rendah dan sedang. d.
Profil tanah Sifat bagian lapisan suatu profil tanah juga menentukan kecepatan masuknya
air ke dalam tanah. Ketika air hujan jatuh di atas permukaan tanah, maka proses infiltrasi tergantung pada kondisi biofisik permukaan tanah, sebagian
atau seluruh air hujan tersebut akan mengalir masuk ke dalam tanah melalui pori-pori permukaan tanah. Proses mengalirnya air hujan ke dalam tanah
disebabkan oleh tarikan gaya gravitasi dan gaya kapiler tanah. Oleh karena itu, infiltrasi juga biasanya disebut sebagai aliran air yang masuk ke dalam
tanah sebagai akibat gaya kapiler dan gravitasi. Laju air infiltrasi yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi dibatasi oleh besarnya diameter pori-pori
tanah. Tanah dengan pori-pori jenuh air mempunyai kapasitas lebih kecil dibandingkan dengan tanah dalam keadaan kering Asdak, 2002.
Universitas Sumatera Utara
Dibawah pengaruh gaya gravitasi, air hujan mengalir vertikal kedalam tanah melalui profil tanah. Dengan demikian, mekanisme infiltrasi melibatkan tiga
proses yang tidak saling mempengaruhi Asdak, 2002: a. Proses masuknya air hujan melalui pori-pori permukaan tanah.
b. Tertampungnya air hujan tersebut di dalam tanah. c. Proses mengalirnya air tersebut ke tempat lain bawah, samping dan atas.
Pengukuran laju infiltrasi dapat dilakukan pada permukaan tanah, pada kedalam tertentu, pada lahan kosong atau pada lahan bervegetasi. Walaupun
satuan infiltrasi serupa dengan konduktivitas hidraulik, terdapat perbedaan antara keduanya. Hal itu tidak bisa secara langsung dikaitkan kecuali jika kondisi batas
hidraulik diketahui, seperti kemiringan hidraulik dan aliran air lateral atau jika dapat diperkirakan. Laju infiltrasi memiliki kegunaan seperti studi pembuangan
limbah cair, evaluasi potensi lahan tanki septik, efisiensi pencucian dan drainase, kebutuhan irigasi, penyebaran air dan imbuhan air tanah, dan kebocoran saluran
atau bendungan dan kegunaan lainnya Kirkby, M.J., 1971. Jumlah dan ukuran pori yang menentukan adalah jumlah pori-pori yang
berukuran besar. Makin banyak pori-pori besar maka kapasitas infiltrasi makin besar pula. Atas dasar ukuran pori tersebut, liat kaya akan pori halus dan miskin
akan pori besar. Sebaliknya fraksi pasir banyak mengandung pori besar dan sedikit pori halus. Dengan demikian kapasitas infiltrasi pada tanah-tanah pasir
jauh lebih besar daripada tanah liat. Tanah-tanah yang bertekstur kasar menciptakan struktur tanah yang
ringan. Sebaliknya tanah-tanah yang terbentuk atau tersusun dari tekstur tanah yang halus menyebabkan terbentuknya tanah-tanah yang bertekstur berat. Tanah
dengan struktur tanah yang berat mempunyai jumlah pori halus yang banyak dan miskin akan pori besar. Sebaliknya tanah yang ringan mengandung banyak pori
besar dan sedikit pori halus. Dengan demikian kapasitas infiltrasi dari kedua jenis tanah tanah tersebut akan berbeda pula, yaitu tanah yang berstruktur ringan
kapasitas infiltrasinya akan lebih besar dibandingkan dengan tanah-tanah yang berstruktur berat Saifuddin, 1986.
Universitas Sumatera Utara
Menurut Boedi Susanto 2008, laju infiltrasi berbeda menurut jenis tanahnya seperti pada tabel berikut:
Tabel 2.1 Tekstur Tanah dengan Kecepatan Infiltrasi
Sumber: Soesanto, 2008 Sifat transmisi lapisan tanah tergantung pada lapisan-lapisan dalam tanah.
Lapisan tanah dibedakan 4 horizon Soesanto, 2008 : 1.
Horizon A, yang teratas, sebagian bahan organik tanaman. 2.
Horizon B, merupakan akumulasi dari bahan koloidal A, ketebalan permeabilitas sangat menentukan laju infiltrasi.
3. Horizon C, kadang-kadang disebut sub soil, terbentuk dari pelapukan bahan
induk. 4.
Horizon D, merupakan bahan induk bed rock.
2.3.3 Perhitungan Infiltrasi dan Laju Infiltrasi
Penentuan besarnya infiltrasi dapat dilakukna dengan melalui tiga cara yaitu:
1. Menentukan perbedaan volume air hujan buatan dengan volume air larian pada
percobaan laboratorium menggunakan simulasi hujan buatan metode simulasi laboratorium.
2. Menggunakan alat ring infiltrometer metode pengukuran lapangan.
3. Teknik pemisahan hidrograf aliran dari data aliran air hujan metode separasi
hidrograf. Singh 1989 menyajikan beberapa model infiltrasi yang telah diusulkan
dan digunakan pada kebanyakan analisa hidrologi dan hidraulik yang berkaitan
Universitas Sumatera Utara
dengan sistem keairan. Model - model tersebut dapat dikelompokkan ke dalam dua kelas yakni: 1 model empiris, dan 2 model konseptual.
Model empiris menyatakan kapasitas infiltrasi sebagai fungsi waktu. Dimana kadar lengas tanah memiliki sifat dinamis terhadap waktu, sehingga laju
infiltrasi ditentukan oleh kondisi lengas tanah mula-mula saat proses infiltrasi mulai terjadi. Adapun model- model empiris infiltrasi diantaranya adalah Model
Kostiakov, Model Horton, Model Holtan dan Model Overton.
Dalam penelitian ini digunakan Model Horton, berikut adalah uraian dari
model tersebut:
Model Horton adalah salah satu model infiltrasi yang terkenal dalam hidrologi.
Horton mengakui bahwa kapasitas infiltrasi berkurang seiring dengan bertambahnya waktu hingga mendekati nilai yang konstan. Ia menyatakan
pandangannya bahwa penurunan kapasitas infiltrasi lebih dikontrol oleh faktor yang beroperasi di permukaan tanah dibanding dengan proses aliran di dalam
tanah. Faktor yang berperan untuk pengurangan laju infiltrasi seperti penutupan retakan tanah oleh koloid tanah dan pembentukan kerak tanah, penghancuran
struktur permukaan lahan dan pengangkutan partikel halus dipermukaan tanah oleh tetesan air hujan. Model Horton dapat dinyatakan secara matematis
mengikuti persamaan sebagai berikut: kt
e fc
fo fc
f ;
i ≥ fc dan k = konstan 2.1
Keterangan: f
= laju infiltrasi nyata cmh fc
= laju infiltrasi tetap cmh fo
= laju infiltrasi awal cmh k
= konstanta geofisik Model ini sangat simpel dan lebih cocok untuk data percobaan. Kelemahan
utama dari model ini terletak pada penentuan parameternya f , f
c
, dan k dan ditentukan dengan data-fitting. Meskipun demikian dengan kemajuan sistem
komputer proses ini dapat dilakukan dengan program spreadsheet sederhana. Rumus Horton diatas ditransposisikan sebagai berikut:
kt
e fc
fo fc
t f
2.2 Kemudian persamaan 2.2 tersebut di log kan menjadi:
e log
kt fc
fo log
fc t
f Log
Universitas Sumatera Utara
atau e
log kt
fc fo
log fc
t f
Log
fc fo
log fc
t f
log e
log k
1 t
atau
fc fo
log e
log k
1 fc
t f
log e
log k
1 t
2.3 Persamaan 2.3 diatas sama dengan persamaan Y = mx + C
dimana: Y = t
2.4
e log
k 1
m
2.5 c
f t
f Log
x 2.6
c f
t f
Log e
log k
1 C
2.7 Dengan demikian persamaan ini dapat diwakilkan dalam sebuah garis lurus yang
mempunyai nilai
e log
k 1
m
. Bentuk dari persamaan garis lurus tersebut digambarkan sebagai berikut:
Gambar 2.4 Grafik Hubungan t dan Log fo-fc
Universitas Sumatera Utara
2.3.4 Pengukuran Infiltrasi
Infiltrasi dapat diukur dengan cara berikut :
a. Dengan infiltrometer
Infiltrometer dalam bentuk yang paling sederhana terdiri atas tabung baja yang ditekankan kedalam tanah. Permukaan tanah di dalam tabung diisi air.
Tinggi air dalam tabung akan menurun, karena proses infiltrasi. Kemudian banyaknya air yang ditambahkan untuk mempertahankan tinggi air dalam tabung
tersebut harus diukur. Makin kecil diameter tabung makin besar gangguan akibat aliran ke samping di bawah tabung. Dengan cara ini infiltrasinya dapat dihitung
dari banyaknya air yang ditambahkan kedalam tabung sebelah dalam per satuan waktu.
Gambar 2.5 Infiltrometer
Universitas Sumatera Utara
b. Dengan testplot
Kategori