INFILTRASI ZURHALENA SUMBER BACAAN SCHWAB dkk SOIL WATER

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 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 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 l 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 THE OTHER IS FILLED WITH DRY CLAY (SEE FIG. 2 a AND b). Fig. 2 a. The same amount of water is supplied to each glass Fig. 2 b. 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 7 to have a higher infiltration rate.

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 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

l l 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

l 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. l l 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 t 1 tro t 2 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 ; m 3/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 fo KURVA KUMULATIF INFILTRASI mm cm/jam 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

l 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

l l 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

l Aliran permukaan yang besar juga menyebabkan erosi yang besar, sehingga mengubah lahan 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 l 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 l l 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 l 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 l l 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

l 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 l l 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 l Data yg diperoleh dari pengukuran dg infiltrometer diolah dg persamaan Horton, Philips, atau Kostiakov. 36

l l METODE HORTON (1939) : f = fc + (fo – fc) e -kt Dimana : f fc fo k t l = 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 l METODE KOSTIAKOV : F = K. t a dan f = d. F/dt = A. t (a-1) l f = d. F/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= a. K (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 15 15 30 30 60 30 90 30 120 60 180 60 240 60 300 06. 15 06. 30 07. 00 07. 30 08. 00 09. 00 10. 00 11. 00 TINGGI AIR (mm) KUMU. IN FILTRASI (mm) 0 14, 0 196, 0 15/60 X 1, 4 cm = 5, 6 14 12, 0 184, 0 15/60 X 1, 2 cm = 4, 8 26 18, 5 165, 5 30/60 X 1, 85 cm = 3, 7 44, 5 15, 0 150, 5 30/60 X 1, 5 cm = 3, 0 59, 5 13, 0 137, 5 30/60 X 1, 3 cm = 2, 6 72, 5 21, 5 116, 0 60/60 X 21, 5 cm =2, 15 94, 0 18, 0 98, 0 60/60 X 1, 8 cm = 1, 8 112, 0 17, 0 81, 0 LAJU INFILTRASI. (cm/jam) 60/60 X 1, 7 cm = 1, 7 129, 0 39

l 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 l 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 : l untuk penetapan kebijaksanaan dan pemilihan metode- metode irigasi, pengelolaan tnm produksi, dsb l nilai kapasitas infiltrasi konstan yg optimum utk irigasi permukaan ± 0, 7 – 3, 5 cm/jam l apabila < 03 cm/jam - air permukaan banyak hilang pertumbuhan tnm sgt lambat krn aerase buruk 44

l l l 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---- l 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 l olah tanah konservasi, dpt membuat tnh yg padat menjadi gembur, tanpa merusak tanah selanjutnya. l Pengolahan tnh menurut garis kontur lebih efektif dalam meningkatkan kap. infiltrasinya 47

Meningkatkan kapasitas infiltrasi : 2. Pemberian bahan organik l BO akan meningkatkan aktivitas mo tnh krn bahan organiksumber energi dr bbrp jns mo. l Banyak mo aktif -- tercipta struktur tanah yg sarang dan akan meningkat kap. Inf l BO juga bahan penyemen agregat shg bisa lebih stabil dan mempunyai ruang pori yg lebih banyak. 48

Meningkatkan kapasitas infiltrasi : 3. Penutupan mulsa l Mulsa melindungi permukaan tanah thd pukulan air hujan shg terhindar dr pemadatan tanah, l Pemulsaan juga memperkecil fluktuasi suhu & kelembaban tanah shg mo dapat berkembang lebih banyak. Secara fisik mulsa menghambat alr permukaan shg kesempatan l iniltrasi lebih besar. 49

4. Soil conditioner l Pemberian bahan sintetis utk memperbaiki sifat fisilk dapat merangsang pembentukan struktur tanah & meningkatkan stabilitaqs struktur/agregat shg porositas tanah meningkat l Soil conditioner buatan : PAM, PVA, Nitumen l Bahan penstimulir alami : humus , lateks. 50

l 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 l bo dapat berperan sbg bahan penghancur (cementing l 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 n Format : - dalam bentuk power point - per kelompok (anggota kelompok menyusul) n Bahan organik secara umum, jadi tidak hanyak dalam bentuk limbah tapi juga yang masih aktif sebagai jaringan tanaman … n Ditransfer ke email ibu ! n 59

60