Three Dimensional Water movement in Forest Soil and Agroforestry
PERGERAKAN AIR TANAH TIGA DIMENSI DI TANAH BERHUTAN DAN
AGROFORESTRY
HANGGA PRIHATMAJA
DEPARTEMEN MANAJEMEN HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2011
SUMMARY
HANGGA PRIHATMAJA. E14051536. 2011. Three-Dimensional Water movement in
Forest Soil and Agroforestry. Supervised by Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr.
Water movement in soil is an important phenomenon to be studied, especially in
relation to the implementation of proper forest management on water cycles and nutrient
cycling in soil on plant growth and flood control. The soil water movement, especially in the
unsaturated soil, is driven by the non-equilibrium system which causes water flow from high
potential to low potential, therefore, the water saturation level always change. Richard (1931)
developed the model of water movement in unsaturated soil based on Darcy's law, where the
unsaturated water movement is influenced by the unsaturated hydraulic conductivity as a
function of water retention. Therefore, the knowledge or data of K() and () functions are
needed. One of models of K() and () functions is lognormal (LN) model developed by
the Kosugi (1994).
The research objective is to determine three-dimensional soil water movement in
forested and agroforestry catchment area by applying computational techniques of threedimensional unsaturated flow introduced by Kosugi (2000).
Computation uses three-dimensional (3D) unsaturated water flow model of Richard's
equation modified by Šimůnek et al. (2006), and LN models of soil water retention curve
(()) and hydraulic conductivity (K(). The soil hydraulic properties of forest soil of Rokko
Mountain (HTNr), forest soil of Gunung Walat Educational Forest, HPGW (HTNgw), and
agroforestry soil of HPGW (AF) are used as inputs.
The three-dimensional computation technique shows the good result of computation,
which is indicated by the changing of pressure head with time and rainfall. Based on the
characteristic of (), the ability to retain water of both layer of HTNgw soil is highest in
comparison with AF and HTNr. Based on the characteristics of K(), the ability to drain
water of HTNgw soil in the layer 10 cm is highest in comparison with HTNr and AF, while in
a layer 50 cm the ability to drain water of HTNr soil is highest in comparison with AF and
HTNgw. Generally based on the characteristics of soil hydraulic flow in layer 10 cm and 50
cm of soil, when no rain, the three-dimensional drainage proccess in HTNr is fastest in
comparison with HTNgw and AF, while when there is a rain, three-dimensionally drainage
process in HTNgw and AF is faster than HTNr
Keyword
: Flow, 3D, Lognormal, Rokko, HPGW
RINGKASAN
HANGGA PRIHATMAJA. E14051536. 2011. Pergerakan Air Tanah Tiga Dimensi di
Tanah Berhutan dan Agroforestry. Dibimbing oleh Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr.
Pergerakan air dalam tanah merupakan fenomena penting untuk dipelajari, terutama
dalam kaitannya dengan pelaksanaan pengelolaan hutan yang tepat terhadap siklus air dan
siklus hara di dalam tanah terhadap pertumbuhan tanaman dan pengendalian banjir.
Pergerakan air tanah, terutama di tanah tidak jenuh, terjadi karena terdapat sistem yang tidak
setimbang (nonequilibirium system) yang menyebabkan aliran air dari potensial tinggi ke
potensial rendah. Richard (1931) mengembangkan model untuk menduga aliran air dalam
tanah tidak jenuh berdasarkan pada hukum Darcy, dimana aliran air dalam tanah tidak jenuh
dipengaruhi oleh kondusktivitas hidrolika tanah tidak jenuh sebagai fungsi dari retensi air
tanah. Dengan demikian diperlukan pengetahuan atau data tentang fungsi hubungan K() dan
(). Salah satu model fungsi () dan K() adalah model lognormal (LN) yang
dikembangkan oleh Kosugi (1994).
Tujuan penelitian adalah mengetahui pergerakan air dalam tanah secara tiga dimensi
di suatu daerah tangkapan air berhutan dan agroforestry menggunakan teknik komputasi
aliran tidak jenuh tiga dimensi yang diperkenalkan oleh Kosugi (2000).
Model aliran air 3D tidak jenuh menggunakan persamaan Richard yang telah
dimodifikasi oleh Šimůnek et al. (2006), dan model retensi air tanah dan konduktivitas
hidrolika tidak jenuh menggunakan model LN kurva retensi air tanah (()) dan model LN
konduktivitas hidrolik (K()). Sifat hidrolika tanah yang digunakan sebagai masukan model
adalah sifat tanah berhutan di Pegunungan Rokko-Jepang (HTNr), tanah berhutan di Hutan
Pendidikan Gunung Walat (HTNgw), dan tanah agroforestry di Hutan Pendidikan Gunung
Walat (AF).
Teknik komputasi pergerakan air tanah 3D menunjukkan hasil komputasi yang baik,
yang ditunjukkan oleh perubahan potensial matriks terhadap waktu dan kejadian hujan.
Bedasarkan karakteristik (), kedua lapisan tanah HTNgw memiliki kemampuan menahan
air tanah paling tinggi dibandingkan dengan HTNr dan AF, dan berdasarkan karakteristik
K(), tanah di lapisan 10 cm HTNgw memiliki kemampuan mengalirkan air tanah paling
tinggi dibandingkan HTNr dan AF, sedangkan di lapisan 50 cm HTNr memiliki kemampuan
mengalirkan air tanah paling tinggi dibandingkan HTNgw dan AF. Berdasarkan karakteristik
hidrolika tanah di ketiga lokasi aliran tanah 3D di lapisan tanah 10 cm dan lapisan tanah 50
cm, ketika tidak ada hujan, proses drainase 3D di HTNr paling cepat dibandingkan dengan
HTNgw dan AF, sedangkan ketika ada hujan, proses drainase 3D di tanah HTNgw paling cepat
dibandingkan dengan AF dan HTNr.
Kata kunci
: Aliran, 3D, Lognormal, Rokko, HPGW.
PERGERAKAN AIR TANAH TIGA DIMENSI DI TANAH BERHUTAN DAN
AGROFORESTRY
HANGGA PRIHATMAJA
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Kehutanan pada
Departemen Manajemen Hutan
Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor
DEPARTEMEN MANAJEMEN HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2011
Judul Skripsi
Nama
: Pergerakan Air Tanah Tiga Dimensi di Tanah Berhutan
dan Agroforestry.
: Hangga Prihatmaja
Nomor Pokok : E14051536
Departemen
: Manajemen Hutan
Menyetujui,
Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr
NIP. 1961126 198601 1 001
Mengetahui,
Ketua Departemen Manajemen Hutan IPB
Dr. Ir. Didik Suharjito, MS
NIP. 19630401 199403 1 001
Tanggal Lulus
:
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kepada Tuhan YME karena atas rizki-Nya
tugas akhir ini bisa diselesaikan.
Tugas akhir yang berjudul PERGERAKAN AIR TANAH TIGA
DIMENSI DI TANAH BERHUTAN DAN AGROFORESTRY memuat tentang
pergerakan air dalam tanah secara tiga dimensi di suatu daerah tangkapan air
dengan tanah berhutan dan tanah agroforestry menggunakan teknik komputasi
aliran tidak jenuh tiga dimensi yang diperkenalkan oleh Kosugi (2000). Dengan
teknik komputasi tersebut pergerakan air dalam tanah yang merupakan fenomena
penting untuk dipelajari, terutama dalam kaitannya dengan pelaksanaan
pengelolaan hutan yang tepat terhadap siklus air dan siklus hara di dalam tanah
terhadap pertumbuhan tanaman dan pengendalian banjir, bisa dipantau secara
cepat dan ringkas tanpa mengurangi kualitas informasi yang dihasilkan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Paiman Ristiawan dan Ibu
Endang Triyani selaku orang tua penulis yang sudah memberikan
seluruh
curahan kasihnya sehingga seluruh proses studi penulis bisa diselesaikan dengan
baik. Kedua adik penulis, Ranie Febrianti dan Astri Janurdani. Bapak Dr. Ir.
Hendrayanto, M.Agr dan Bapak Dr. Kenichi’rou Kosugi atas segala ilmu yang
diberikan serta bimbingan beliau selama proses studi yang penulis tempuh.
Kawan-kawan sejawat sivitas akademika Fakultas Kehutanan IPB.
Semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua.
Bogor, September 2011
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Karanganyar pada tanggal 11 Maret 1987 sebagai
anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Paiman Ristiawan dan Ibu
Endang Triyani. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SD Islam
Assyafi’iyah Bekasi lulus tahun 1999, pendidikan menengah pertama di SLTP
Putra I Jakarta lulus tahun 2002, dan pendidikan menengah atas SMA Negeri 42
Jakarta lulus tahun 2005. Pada tahun 2005 penulis diterima di IPB melalui jalur
SPMB dan pada tahun 2006 menjadi bagian dari sivitas akademika Departemen
Manajemen Hutan, Fakultas Kehutanan IPB.
Selama menjadi mahasiswa penulis pernah menjadi asisten mata kuliah
Inventarisasi Sumberdaya Hutan pada tahun ajaran 2006-2007 dan mata kuliah
Hidrologi Hutan pada tahun ajaran 2007-2008. Penulis juga aktif di Badan
Ekesekutif Mahasiswa Fakultas Kehutanan IPB pada tahun 2007-2008 sebagai
Wakil Ketua BEM Fahutan IPB, Pengurus Cabang Sylva Indonesia IPB pada
tahun 2007-2008 dan tahun 2008-2009 sebagai Koordinator Bidang Kajian
Strategi dan Advokasi, dan menjadi interpreter atau penerjemah serta pendamping
bagi tamu-tamu mahasiswa asing yang melakukan kunjungan ke Fahutan IPB.
Selain itu selama menjadi mahasiswa penulis pernah mengikuti berbagai kegiatan
pelatihan kemahasiswaan yang diadakan oleh IPB
maupun mendapatkan
undangan pelatihan dari Universitas Tsukuba, Jepang dan Universitas Kyoto,
Jepang.
Penulis melakukan kegiatan Praktek Poengenalan Ekosistem Hutan
(PPEH) di KPH Banyumas Barat dan KPH Banyumas Timur pada tahun 2007,
Praktek Pengelolaan Hutan (PPH) di Hutan Pendidikan Gunung Walat (HPGW)
dan KPH Cianjur pada tahun 2009, dan Praktek Kerja Lapang (PKL) di KPH
Bojonegoro pada tahun 2010.
Dalam rangka menyelesaikan pendidikan sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar sarjana di Fakultas Kehutanan IPB, penulis melakukan
penelitian dan penyusunan skripsi dengan judul Pergerakan Air Tanah Tiga
Dimensi Di Tanah Berhutan Dan Agroforestry di bawah bimbingan Dr. Ir.
Hendrayanto, M.Agr.
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya nyatakan bahwa skripsi dengan judul PERGERAKAN
AIR
TANAH
TIGA
DIMENSI
DI
TANAH
BERHUTAN
DAN
AGROFORESTRY adalah murni karya penulis sendiri dan belum pernah
dipublikasikan di instansi manapun.
Bogor, September 2011
Penulis
AGROFORESTRY
HANGGA PRIHATMAJA
DEPARTEMEN MANAJEMEN HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2011
SUMMARY
HANGGA PRIHATMAJA. E14051536. 2011. Three-Dimensional Water movement in
Forest Soil and Agroforestry. Supervised by Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr.
Water movement in soil is an important phenomenon to be studied, especially in
relation to the implementation of proper forest management on water cycles and nutrient
cycling in soil on plant growth and flood control. The soil water movement, especially in the
unsaturated soil, is driven by the non-equilibrium system which causes water flow from high
potential to low potential, therefore, the water saturation level always change. Richard (1931)
developed the model of water movement in unsaturated soil based on Darcy's law, where the
unsaturated water movement is influenced by the unsaturated hydraulic conductivity as a
function of water retention. Therefore, the knowledge or data of K() and () functions are
needed. One of models of K() and () functions is lognormal (LN) model developed by
the Kosugi (1994).
The research objective is to determine three-dimensional soil water movement in
forested and agroforestry catchment area by applying computational techniques of threedimensional unsaturated flow introduced by Kosugi (2000).
Computation uses three-dimensional (3D) unsaturated water flow model of Richard's
equation modified by Šimůnek et al. (2006), and LN models of soil water retention curve
(()) and hydraulic conductivity (K(). The soil hydraulic properties of forest soil of Rokko
Mountain (HTNr), forest soil of Gunung Walat Educational Forest, HPGW (HTNgw), and
agroforestry soil of HPGW (AF) are used as inputs.
The three-dimensional computation technique shows the good result of computation,
which is indicated by the changing of pressure head with time and rainfall. Based on the
characteristic of (), the ability to retain water of both layer of HTNgw soil is highest in
comparison with AF and HTNr. Based on the characteristics of K(), the ability to drain
water of HTNgw soil in the layer 10 cm is highest in comparison with HTNr and AF, while in
a layer 50 cm the ability to drain water of HTNr soil is highest in comparison with AF and
HTNgw. Generally based on the characteristics of soil hydraulic flow in layer 10 cm and 50
cm of soil, when no rain, the three-dimensional drainage proccess in HTNr is fastest in
comparison with HTNgw and AF, while when there is a rain, three-dimensionally drainage
process in HTNgw and AF is faster than HTNr
Keyword
: Flow, 3D, Lognormal, Rokko, HPGW
RINGKASAN
HANGGA PRIHATMAJA. E14051536. 2011. Pergerakan Air Tanah Tiga Dimensi di
Tanah Berhutan dan Agroforestry. Dibimbing oleh Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr.
Pergerakan air dalam tanah merupakan fenomena penting untuk dipelajari, terutama
dalam kaitannya dengan pelaksanaan pengelolaan hutan yang tepat terhadap siklus air dan
siklus hara di dalam tanah terhadap pertumbuhan tanaman dan pengendalian banjir.
Pergerakan air tanah, terutama di tanah tidak jenuh, terjadi karena terdapat sistem yang tidak
setimbang (nonequilibirium system) yang menyebabkan aliran air dari potensial tinggi ke
potensial rendah. Richard (1931) mengembangkan model untuk menduga aliran air dalam
tanah tidak jenuh berdasarkan pada hukum Darcy, dimana aliran air dalam tanah tidak jenuh
dipengaruhi oleh kondusktivitas hidrolika tanah tidak jenuh sebagai fungsi dari retensi air
tanah. Dengan demikian diperlukan pengetahuan atau data tentang fungsi hubungan K() dan
(). Salah satu model fungsi () dan K() adalah model lognormal (LN) yang
dikembangkan oleh Kosugi (1994).
Tujuan penelitian adalah mengetahui pergerakan air dalam tanah secara tiga dimensi
di suatu daerah tangkapan air berhutan dan agroforestry menggunakan teknik komputasi
aliran tidak jenuh tiga dimensi yang diperkenalkan oleh Kosugi (2000).
Model aliran air 3D tidak jenuh menggunakan persamaan Richard yang telah
dimodifikasi oleh Šimůnek et al. (2006), dan model retensi air tanah dan konduktivitas
hidrolika tidak jenuh menggunakan model LN kurva retensi air tanah (()) dan model LN
konduktivitas hidrolik (K()). Sifat hidrolika tanah yang digunakan sebagai masukan model
adalah sifat tanah berhutan di Pegunungan Rokko-Jepang (HTNr), tanah berhutan di Hutan
Pendidikan Gunung Walat (HTNgw), dan tanah agroforestry di Hutan Pendidikan Gunung
Walat (AF).
Teknik komputasi pergerakan air tanah 3D menunjukkan hasil komputasi yang baik,
yang ditunjukkan oleh perubahan potensial matriks terhadap waktu dan kejadian hujan.
Bedasarkan karakteristik (), kedua lapisan tanah HTNgw memiliki kemampuan menahan
air tanah paling tinggi dibandingkan dengan HTNr dan AF, dan berdasarkan karakteristik
K(), tanah di lapisan 10 cm HTNgw memiliki kemampuan mengalirkan air tanah paling
tinggi dibandingkan HTNr dan AF, sedangkan di lapisan 50 cm HTNr memiliki kemampuan
mengalirkan air tanah paling tinggi dibandingkan HTNgw dan AF. Berdasarkan karakteristik
hidrolika tanah di ketiga lokasi aliran tanah 3D di lapisan tanah 10 cm dan lapisan tanah 50
cm, ketika tidak ada hujan, proses drainase 3D di HTNr paling cepat dibandingkan dengan
HTNgw dan AF, sedangkan ketika ada hujan, proses drainase 3D di tanah HTNgw paling cepat
dibandingkan dengan AF dan HTNr.
Kata kunci
: Aliran, 3D, Lognormal, Rokko, HPGW.
PERGERAKAN AIR TANAH TIGA DIMENSI DI TANAH BERHUTAN DAN
AGROFORESTRY
HANGGA PRIHATMAJA
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Kehutanan pada
Departemen Manajemen Hutan
Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor
DEPARTEMEN MANAJEMEN HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2011
Judul Skripsi
Nama
: Pergerakan Air Tanah Tiga Dimensi di Tanah Berhutan
dan Agroforestry.
: Hangga Prihatmaja
Nomor Pokok : E14051536
Departemen
: Manajemen Hutan
Menyetujui,
Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr
NIP. 1961126 198601 1 001
Mengetahui,
Ketua Departemen Manajemen Hutan IPB
Dr. Ir. Didik Suharjito, MS
NIP. 19630401 199403 1 001
Tanggal Lulus
:
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kepada Tuhan YME karena atas rizki-Nya
tugas akhir ini bisa diselesaikan.
Tugas akhir yang berjudul PERGERAKAN AIR TANAH TIGA
DIMENSI DI TANAH BERHUTAN DAN AGROFORESTRY memuat tentang
pergerakan air dalam tanah secara tiga dimensi di suatu daerah tangkapan air
dengan tanah berhutan dan tanah agroforestry menggunakan teknik komputasi
aliran tidak jenuh tiga dimensi yang diperkenalkan oleh Kosugi (2000). Dengan
teknik komputasi tersebut pergerakan air dalam tanah yang merupakan fenomena
penting untuk dipelajari, terutama dalam kaitannya dengan pelaksanaan
pengelolaan hutan yang tepat terhadap siklus air dan siklus hara di dalam tanah
terhadap pertumbuhan tanaman dan pengendalian banjir, bisa dipantau secara
cepat dan ringkas tanpa mengurangi kualitas informasi yang dihasilkan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Paiman Ristiawan dan Ibu
Endang Triyani selaku orang tua penulis yang sudah memberikan
seluruh
curahan kasihnya sehingga seluruh proses studi penulis bisa diselesaikan dengan
baik. Kedua adik penulis, Ranie Febrianti dan Astri Janurdani. Bapak Dr. Ir.
Hendrayanto, M.Agr dan Bapak Dr. Kenichi’rou Kosugi atas segala ilmu yang
diberikan serta bimbingan beliau selama proses studi yang penulis tempuh.
Kawan-kawan sejawat sivitas akademika Fakultas Kehutanan IPB.
Semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua.
Bogor, September 2011
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Karanganyar pada tanggal 11 Maret 1987 sebagai
anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Paiman Ristiawan dan Ibu
Endang Triyani. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SD Islam
Assyafi’iyah Bekasi lulus tahun 1999, pendidikan menengah pertama di SLTP
Putra I Jakarta lulus tahun 2002, dan pendidikan menengah atas SMA Negeri 42
Jakarta lulus tahun 2005. Pada tahun 2005 penulis diterima di IPB melalui jalur
SPMB dan pada tahun 2006 menjadi bagian dari sivitas akademika Departemen
Manajemen Hutan, Fakultas Kehutanan IPB.
Selama menjadi mahasiswa penulis pernah menjadi asisten mata kuliah
Inventarisasi Sumberdaya Hutan pada tahun ajaran 2006-2007 dan mata kuliah
Hidrologi Hutan pada tahun ajaran 2007-2008. Penulis juga aktif di Badan
Ekesekutif Mahasiswa Fakultas Kehutanan IPB pada tahun 2007-2008 sebagai
Wakil Ketua BEM Fahutan IPB, Pengurus Cabang Sylva Indonesia IPB pada
tahun 2007-2008 dan tahun 2008-2009 sebagai Koordinator Bidang Kajian
Strategi dan Advokasi, dan menjadi interpreter atau penerjemah serta pendamping
bagi tamu-tamu mahasiswa asing yang melakukan kunjungan ke Fahutan IPB.
Selain itu selama menjadi mahasiswa penulis pernah mengikuti berbagai kegiatan
pelatihan kemahasiswaan yang diadakan oleh IPB
maupun mendapatkan
undangan pelatihan dari Universitas Tsukuba, Jepang dan Universitas Kyoto,
Jepang.
Penulis melakukan kegiatan Praktek Poengenalan Ekosistem Hutan
(PPEH) di KPH Banyumas Barat dan KPH Banyumas Timur pada tahun 2007,
Praktek Pengelolaan Hutan (PPH) di Hutan Pendidikan Gunung Walat (HPGW)
dan KPH Cianjur pada tahun 2009, dan Praktek Kerja Lapang (PKL) di KPH
Bojonegoro pada tahun 2010.
Dalam rangka menyelesaikan pendidikan sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar sarjana di Fakultas Kehutanan IPB, penulis melakukan
penelitian dan penyusunan skripsi dengan judul Pergerakan Air Tanah Tiga
Dimensi Di Tanah Berhutan Dan Agroforestry di bawah bimbingan Dr. Ir.
Hendrayanto, M.Agr.
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya nyatakan bahwa skripsi dengan judul PERGERAKAN
AIR
TANAH
TIGA
DIMENSI
DI
TANAH
BERHUTAN
DAN
AGROFORESTRY adalah murni karya penulis sendiri dan belum pernah
dipublikasikan di instansi manapun.
Bogor, September 2011
Penulis