A. Infiltrasi

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.

Proses infiltrasi sangat ditentukan oleh waktu. Jumlah air yang masuk

kedalam tanah dalam suatu periode waktu disebut laju infiltrasi.Laju

infiltrasi umumnya dinyatakan dalam satuan yang sama dengan satuan

intensitas curah hujan, yaitu millimeter per jam (mm/jam). Air infiltrasi yang

tidak kembali lagi ke atmosfer melalui proses evapotranspirasi akan menjadi

air tanah untuk seterusnya mengalir ke sungai disekitar.

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,

atas)

Beberapa faktor internal dan eksternal yang mempengaruhi laju

infiltrasi adalah sebagai berikut:

a. Tinggi genangan air di atas permukaan tanah dan tebal lapisan tanah

yang jenuh.

b. Kadar air atau lengas tanah

c. Pemadatan tanah oleh curah hujan

d. Penyumbatan pori tanah mikro oleh partikel tanah halus seperti

bahan endapan dari partikel liat

e. Pemadatan tanah oleh manusia dan hewan akibat traffic line oleh alat

olah

f. Struktur tanah

g. Kondisi perakaran tumbuhan baik akar aktif maupun akar mati (bahan

organik)

h. Proporsi udara yang terdapat dalam tanah

i. Topografi atau kemiringan lahan

j. Intensitas hujan

k. Kekasaran permukaan tanah

l. Kualitas air yang akan terinfiltrasi

m. Suhu udara tanah dan udara sekitar

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.

Penentukan 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 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.

Uraian masing-masing model disajikan sebagai berikut:

a. Model Philip Tanah Dua-Lapis

Pada satu seri dari papernya, Philip memperkenalkan analisis dari

infiltrasi berdasarkan persamaan Fokker-Planck, atau persamaan aliran

untuk tanah homogen dengan kadar lengas tanah awal dan suplai air

yang berlebihan dipermukaan. Parameter S dan C merupakan fungsi

difusi air tanah awal dan kadar air permukaan dari tanah

Infiltrasi dapat diukur dengan cara berikut :

a. Dengan infiltrometer

Infiltrometer merupakan suatu tabung baja silindris pendek,

berdiameter besar (atau suatau batas kedap air lainnya) yang mengitari

suatu daerah dalam tanah (Seyhan, 1990). Ring infiltrometer utamanya

digunakan untuk menetapkan infiltrasi kumulatif, laju infiltrasi,

sorptivitas dan kapasitas infiltrasi. Ada dua bentuk ring infiltrometer,

yaitu single ring infiltrometer dan double atau concentric-

ringinfiltrometer. Single ring infiltrometer umunyaberukuran diameter

10-50 cm dan panjang atau tinggi 10-20 cm. Ukuran double ring

infiltrometer adalah ring pegukur/ring dalam umunya berdiameter 10-20

cm, sedangkanring bagian luar (ring penyangga/buffer ring) berdiameter

50 cm(Balai Besar Litbang Sumberdaya Lahan Pertanian, 2006). Untuk

tujuan tertentu sering digunakan ukuran ring yang lebih besar atau lebih

kecil. Namun demikian, pengguaan ring yang terlalu kecil juga

menyebabkan semakin tingginya tingkat kesalahan (error) pengukuran

(Tricker, 1978 dalam Balai Besar Litbang Sumberdaya Lahan Pertanian,

2006).

Menurut dosen ilmu fisik tanah Bapak Suci Handayani, pada dasarnya

tidak ada perbedaan antara single ring infiltrometer dan double,

pengukuran dengan single ring infiltrometer dapat menggunakan

lingkaran tengah double ring infitrometer. Hanya saja yang membedakan

kedua alat tersebut adalah pendekatanya dimana untuk double ring

infiltrometer, ring bagian luar bertujuan untuk mengurangi pengaruh

batas dari tanah agar air tidak dapat menyebar secara lateral dibawah

permukaan tanah.

Menurut Sosrodarsono dan Takeda (1993), penggunaan double ring

infiltrometer, lingkaran luar digunakan untuk mencegah peresapan

keluar dari air dalam lingkaran tengah setelah meresap ke dalam tanah.

Ditujukan untuk mengurangi pengaruh rembesan lateral. Oleh karena

adanya rembesan lateral, sering menyebabkan hasil pengukuran dari

alat ini menjadi tidak mudah untuk diekstrapolasikan ke dalam skala

lapangan.

Menurut Sosrodarsono dan Takeda (1993) kedua jenis alat ukur

infiltrasi ini mempunyai persoalan-persoalan yang sama yaitu:

o Effek pukuan butir-butir hujan tidak diperhitungkan.

o Effek tekanan udara dalam tanah tidak terjadi.

o Struktur tanah sekeliling dinding tepi alat itu telah terganggu pada

waktu pemasukannya ke dalam tanah.

Menurut Dunne dan Leopold (1978) dalam Asdak (2010), dengan cara

ini hasil laju infiltrasi yang diperoleh biasanya lebih besar daripada

keadaan yang berlangsung di lapangan (infiltrasi dari curah hujan), yaitu

2-10 kali lebih besar.

Pengukuran kapasitas infiltrasi dilakukan dengan menggunakan

single dan double ring infiltrometer . Dimana kedua alat tersebut terbuat

dari baja untuk double ring infiltrometer diameter ring tengah 16,5 cm

serta tinggi 25 cm dan ring luar berdiameter 27,5 cm dengan tinggi 15

cm. Sedangkan untuk single ring infiltrometer merupakan ring yang

hanya menggunakan ring tengah double ring infiltrometer. Cara

penggunaanya sebagai berikut :

1. Double ring infiltration

Double ring dimasukkan ke dalam tanah sampai sedalam separuh

tinggi alat, dengan kedudukan diusahakan tegak lurus serta tanah

dalam silinder dijaga jangan sampai rusak atau pecah.

Untuk menghindari kerusakan struktur tanah dalam silinder, maka

sebelum dituangkan air terlebih dahulu permukaan tanah ditutup

plastik, baru kemudian dituangkan diatas plastik tersebut.

Sebelum penuangan air pada silinder tengah, maka silinder luar

sebaiknya diisi air terlebih dahulu supaya perembesan ke arah

luar terkurangi, ring tengah harus selalu terisi air saat

pengamatan.

Setelah diisikan ke dalam ring tengah dengan cepat plastik ditarik

dan ditambah air sampai ketinggian tertentu lalu dibaca skala

penurunan air setiap 15 menit sampai penurunan air dalam

silinder konstan.

Hal tersebut dilakukan juga terhadap titik-titik pengukuran

infiltrasi lainnya.

2. Single ring infiltration

Single ring yang merupakan silinder tengah dari double ring

dimasukkan ke dalam tanah sampai sedalam separuh tinggi alat,

dengan kedudukan diusahakan tegak lurus serta tanah dalam

silinder dijaga jangan sampai rusak atau pecah. Pengukuran

kapasitas infiltrasi dengan metode ini dilakukan pada jarak 1-2 m

dari lokasi pengukuran menggunakan metode double ring.

Untuk menghindari kerusakan struktur tanah dalam silinder, maka

sebelum dituangkan air terlebih dahulu permukaan tanah ditutup

plastik, baru kemudian dituangkan diatas plastik tersebut.

Setelah diisikan air, dengan cepat plastik ditarik dan ditambah air

sampai ketinggian tertentu lalu dibaca skala penurunan air setiap

15 menit sampai penurunan air dalam silinder konstan.

Hal tersebut dilakukan juga terhadap titik-titik pengukuran

infiltrasi lainnya. Model infiltrasi yang akan dipergunakan adalah

metode Horton:      

f = fc + (f0 – fc).e-kt

Keterangan :

f = laju infiltrasi (cm/menit)

f0 = laju infiltrasi awal (cm/menit)

fc = laju infiltrasi konstant (cm/menit)

k = konstanta

t = waktu (menit)

B. Run Off

Aliran permukaan (run off) adalah bagian dari curah hujan yang

mengalir di atas permukaan tanah menuju ke sungai, danau dan lautan. Air

hujan yang jatuh ke permukaan tanah ada yang langsung masuk ke dalam

tanah atau disebut air infiltrasi. Sebagian lagi tidak sempat masuk ke dalam

tanah dan oleh karenanya mengalir di atas permukaan tanah ke tempat

yang lebih rendah. Ada juga bagian dari air hujan yang telah masuk ke

dalam tanah, terutama pada tanah yang hampir atau telah jenuh, air

tersebut ke luar ke permukaan tanah lagi dan lalu mengalir ke bagian yang

lebih rendah. Aliran air permukaan yang disebut terakhir sering juga disebut

air larian atau limpasan.

Bagian penting dari air larian dalam kaitannya dengan rancang

bangun pengendali air larian adalah besarnya debit puncak, Q (peak flow

atau debit air yang tertinggi) dan waktu tercapainya debit puncak, volume

dan penyebaran air larian. Curah hujan yang jatuh terlebih dahulu

memenuhi air untuk evaporasi, intersepsi, infiltrasi, dan mengisi cekungan

tanah baru kemudian air larian berlangsung ketika curah hujan melampaui

laju infiltrasi ke dalam tanah.

Semakin lama dan semakin tinggi intensitas hujan akan

menghasilkan air larian semakin besar. Namun intensitas hujan yang terlalu

tinggi dapat menghancurkan agregat tanah sehingga akan menutupi pori -

pori tanah akibatnya menurunkan kapasitas infiltrasi. Volume air larian akan

lebih besar pada hujan yang intensif dan tersebar mera ta di seluruh

wilayah DAS dari pada hujan tidak merata, apalagi kurang intensif.

Disamping itu, faktor lain yang mempengaruhi volume air larian adalah

bentuk dan ukuran DAS, topografi, geologi dan tataguna lahan.

Kerapatan daerah aliran (drainase) mempengaruhi kecepatan air

larian. Kerapatan daerah aliran adalah jumlah dari semua saluran air/sungai

(km) dibagi luas DAS (km2). Makin tinggi kerapatan daerah aliran makin

besar kecepatan air larian sehingga debit puncak tercapai dalam waktu

yang cepat. Vegetasi dapat menghalangi jalannya air larian dan

memperbesar jumlah

air infiltrasi dan masuk ke dalam tanah

Aspek-aspek yang berpengaruh pada limpasan permukaan yakni

- Curah hujan = curah hujan, intensitas curah hujan dan frekuensi

hujan

- Tanah = jenis dan bentuk toprografi

- Tutupan = kepadatan, jenis dan macam vegetasi.

- Luas daerah aliran

Perhitungan Koefisien Runoff

Koefisien Air Larian

Koefisien air larian (C) adalah bilangan yang menunjukkan

perbandingan antara besarnya air larian terhadap besarnya curah hujan.

dimana:

di = Jumlah hari dalam bulan ke-i

Q = Debit rata-rata bulanan (m3/detik) dan 86400 = jumlah detik dalam 24

jam.

P = Curah hujan rata-rata setahun (m/tahun)

A = Luas DAS (m2)

Misalnya C untuk hutan adalah 0,1 arti nya 10% dari total curah hujan

akan menjadi air larian. Angka C ini merupakan salah satu indikator untuk

menentukan apakah suatu DAS telah mengalami gangguan fisik. Nilai C

yang besar berarti sebagian besar air hujan menjadi air larian, maka

ancaman ero si dan banjir akan besar. Besaran nilai C akan berbeda -beda

tergantung dari tofografi dan penggunaan lahan. Semakin curam

kelerengan lahan semakin besar nilai C lahan tersebut. Nilai C pada

berbagai topografi dan penggunaan lahan bisa dilihat pada Tabel 4.1.

C. Evapotranspirasi

Evapotranspirasi adalah perpaduan dua proses yakni evaporasi dan

transpirasi. Evaporasi adalah proses penguapan atau hilangnya air dari

tanah dan badan-badan air (abiotik), sedangkan transpirasi adalah proses

keluarnya air dari tanaman (boitik) akibat proses respirasi dan fotosistesis.

Kombinasi dua proses yang saling terpisah dimana kehilangan air dari

permukaan tanah melalui proses evaporasi dan kehilangan air dari tanaman

melalui proses transpirasi disebut sebagai evapotranspirasi (ET).

Evapotranspirasi ditentukan oleh banyak faktor yakni:

a. Radiasi surya (Rd): Komponen sumber energi dalam memanaskan

badan-badan air, tanah dan tanaman. Radiasi potensial sangat

ditentukan oleh posisi geografis lokasi,

b. Kecepatan angin (v): Angin merupakan faktor yang menyebabkan

terdistribusinya air yang telah diuapkan ke atmosfir, sehingga proses

penguapan dapat berlangsung terus sebelum terjadinya keejenuhan

kandungan uap di udara,

c. Kelembaban relatif (RH): Parameter iklim ini memegang peranan

karena udara memiliki kemampuan untuk menyerap air sesuai

kondisinya termasuk temperatur udara dan tekanan udara atmosfit

d. Temperatur: Suhu merupakan komponen tak terpisah dari RH dan

Radiasi. Suhu ini dapat berupa suhu badan air, tanah, dan tanaman

ataupun juga suhu atmosfir.

1. Evaporasi

Jika permukaan penguapan adalah permukaan tanah, maka tingkat

penutupan tanaman pelindung (crop canopy) dan jumlah air tersedia

pada permukaan penguapan juga menjadi faktor yang mempengaruhi

proses evaporasi. Kejadian hujan, irigasi dan gerakan vertikal air dalam

tanah dari muka air tanah dangkal merupakan sumber pembasahan

permukaan tanah. Jika tanah dapat menyuplai air dengan cepat yang

memenuhi kebutuhan evaporasi, maka evaporasi dari tanah ditentukan

hanya oleh kondisi meteorologi. Akan tetapi, bila interval antara hujan

dan irigasi cukup lama dan kemampuan tanah mnegalirkan lengas ke

dekat permukaan tanah kecil, maka kandungan air di lapisan topsoil

meturun dan menyebabkan permukaan tanah menjadi kering. Pada

lingkungan dimana air terbatas, maka jumlah air tersedia menjadi faktor

pembatas. Berkurannya supplai air ke permukaan tanah menyebabkan

evaporasi menurun drastis. Proses ini mungkin akan terjadi dalam

beberapa hari

2. Transpirasi

Proses transpirasi meliputi penguapan cairan (air) yang terkandung

pada jaringan tanaman dan pemindahan uap ke atmosfir. Tanaman

umumnya kehilangan air melalui stomata.

3. Evapotranspirasi

Doonrenbos dan Pruitt (1977), menjelaskan bahwa untuk menghitung

kebutuhan air tanaman berupa evapotranspirasi dipergunakan

persamaan:

Koefisien konsumtif tanaman (Kc) didefinisikan sebagai perbandingan

antara besarnya evapotranspirasi potensial dengan evaporasi acuan

tanaman pada kondisi pertumbuhan tanaman yang tidak terganggu.

Dalam hubungannya dengan pertumbuhan dan perhitungan

evapotranspirasi acuan tanaman (ETo), maka dimasukkan nilai Kc yang

nilainya tergantung pada musim, serta tingkat pertumbuhan tanaman

(Allen, et al., 1998).

4. Evapotranspirasi Acuan

Evapotranspirasi acuan (ETo) adalah nilai evapotranspirasi tanaman

rumput-rumputan yang terhampar menutupi tanah dengan ketinggian 8

– 15 cm, tumbuh secara aktif dengan cukup air, untuk menghitung

evapotranspirasi acuan (ETo) dapat digunakan beberapa metode yaitu

(1) metode Penman, (2) metode panci evaporasi, (3) metode radiasi, (4)

metode Blaney Criddle dan (5) metode Penman modifikasi FAO

(Sosrodarsono dan Takeda, 1983).

Menduga besarnya evapotranspirasi tanaman (Handayani, 1992), ada

beberapa tahap harus dilakukan, yaitu menduga evapotranspirasi acuan;

menentukan koefisien tanaman kemudian memperhatikan kondisi

lingkungan setempat; seperti variasi iklim setiap saat, ketinggian

tempat, luas lahan, air tanah tersedia, salinitas, metode irigasi, dan

budidaya pertanian. Beberapa metode pendugaan evapotranspirasi

acuan :

a. Metode Blaney – Cridle

b. Metode Thornthwaite

c. Metode Pan Evaporasi

d. Metode Penman

Metode Penman modifikasi (FAO) digunakan untuk luasan lahan

dengan data pengukuran temperatur, kelembaban, kecepatan angin

dan lama matahari bersinar (Doorenbos dan Pruitt, 1977).

Harga koefisien panci evaporasi (Kp) tergantung pada iklim, tipe

panci dan lingkungan panci. Untuk tipe Pan A yang dikelilingi oleh

tanaman hijau pendek makaharga koefisien panci berkisar antara 0,4

– 0,85 yang dipengaruhi oleh kecepatan angin dan kelembaban nisbih

udara rata-rata. Selanjutnya dikatakan untuk daerah tropis seperti

Indonesia dimana kecepatan angin lemah sampai sedang dan

kelembaban nisbih udara rata-rata diatas 70 %, harga Kp hanya

berkisar dari 0,65 – 0,85.

Linsley dan Franzini (1979), menganjurkan penggunaan nilai Kp =

0,70 yang umum digunakan di daerah tropis.