penentuan infiltrasi tanah menggunakan model green dan ampt dengan bahasa pemrograman visual basic...
TRANSCRIPT
PENENTUAN INFILTRASI TANAH MENGGUNAKAN
MODEL GREEN DAN AMPT DENGAN BAHASA
PEMROGRAMAN VISUAL BASIC
DETERMINATION OF SOIL INFILTRATION USING GREEN
AND AMPT MODEL WITH VISUAL BASIC PROGRAMMING
LANGUAGE
Wirapraja Lazuardi
1, Ario Wisnu Wicaksono
2, Femylia Nur Utama
3
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor, Jln. Kamper, Kampus IPB
Dramaga, Bogor, 16680
[email protected], [email protected]
3
Abstrak : Air yang terdapat pada permukaan bumi dapat bergerak ke dalam tanah dengan gaya
gerak gravitasi dan kapiler dalam suatu aliran yang disebut infiltrasi. Konsep infiltrasi ini relatif
baru, namun banyak kemajuan di dalam pengertian dan penentuannya yang telah dicapai pada
tahun-tahun tertentu. Perhitungan infiltrasi tanah dengan model Green dan Ampt menggunakan
aplikasi MS. Excel Visual Basic dengan menggunakan data sekunder dari 10 tekstur tanah
tropika. Adapun prosedur perhitungan Lf dengan metode numerik Newton-Raphson pertama-tama
yaitu penggabungan persamaan ke dalam satu sisi sehingga didapat nilai toleransi kesalahan
yang diperbolehkan. Tanah bertekstur halus memiliki permukaan yang lebih halus dibandingkan
dengan tanah bertekstur kasar. Sehingga tanah – tanah yang bertekstur halus memiliki kapasitas
adsorpsi unsur – unsur hara yang lebih besar dan umumnya lebih subur dibandingkan dengan
tanah bertekstur kasar karena banyak mengandung unsur hara dan bahan organik yang
dibutuhkan oleh tanaman. Tanah bertekstur kasar lebih porus dan laju infiltrasinya lebih cepat.
Suatu tanah dalam kondisi kering memiliki daya serap yang tinggi sehingga laju infiltrasi semakin
besar, dan akan berkurang perlahan-lahan apabila tanah tersebut jenuh terhadap air. Laju
infiltrasi untuk setiap jenis tanah berbeda, untuk jenis tanah lempung laju infiltrasinya lebih besar
dibanding dengan jenis tanah lempung liat berdebu dan lempung berliat hal ini dipengaruhi oleh
kasar halusnya partikel tanah, partikel tanah yang kasar kemampuan menyerap airnya lebih besar
dibanding tanah yang bertekstur halus.
Kata Kunci : Infiltrasi Tanah, Model Green dan Ampt, Visual Basic
Abstract : The water contained in the Earth's surface can be moved into the soil by the force of
gravity and capillary flow in a called infiltration . This infiltration is relatively new concept , but a
lot of progress in the understanding and determination that has been achieved in certain years .
Calculation of soil infiltration model of Green and Ampt using MS Excel Visual Basic by using
secondary data from 10 tropical soil texture . The calculation procedure Lf with the Newton-
Raphson numerical method first is merging into one side of the equation so obtained values of
fault tolerance allowed . Fine-textured soils have a smoother surface than coarse -textured soils .
So the soil - the soil is finely textured element adsorption capacity - greater nutrient and generally
more fertile than the coarse -textured soils because it contains nutrients and organic matter
needed by plants . Coarse -textured soils more porous and more rapid rate of infiltration . A soil in
dry conditions has a high absorption rate of infiltration is getting so big , and will be gradually
reduced if the land is saturated with water . Infiltration rate is different for each type of soil , to
the type of clay soil infiltration rate is greater than the dusty clay loam soil type and clayey loam
coarse it is influenced by the fine soil particles , coarse particles of soil
capacity to absorb more water than fine-textured soils .
Keywords : Green and Ampt Model , Infiltration Land , Visual Basic
PENDAHULUAN Air yang terdapat pada permukaan bumi dapat bergerak ke dalam tanah
dengan gaya gerak gravitasi dan kapiler dalam suatu aliran yang disebut infiltrasi.
Konsep infiltrasi ini relatif baru, namun banyak kemajuan di dalam pengertian dan
penentuannya yang telah dicapai pada tahun-tahun tertentu. Laju infiltrasi aktual
(fac) adalah laju air berpenetrasi ke permukaan tanah pada setiap waktu dengan
gaya-gaya kombinasi gravitasi, viskositas dan kapilaritas. Laju maksimum
presipitasi yang dapat diserap oleh tanah pada kondisi tertentu disebut kapasitas
infiltrasi (fc), untuk suatu intensitas curah hujan (i). Proses masuknya air hujan ke
dalam lapisan permukaan tanah dan turun ke permukaan air tanah disebut
infiltrasi. Air yang menginfiltrasi itu awalnya diabsorbsi untuk meningkatkan
kelembaban tanah, kemudian akan turun ke permukaan air tanah dan mengalir ke
samping (Asdak 1995).
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.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 (Asdak 1995).
Beberapa faktor internal dan eksternal yang mempengaruhi laju infiltrasi
adalah tinggi genangan air di atas permukaan tanah dan tebal lapisan tanah yang
jenuh, kadar air atau lengas tanah, pemadatan tanah oleh curah hujan,
penyumbatan pori tanah mikro oleh partikel tanah halus seperti bahan endapan
dari partikel liat, pemadatan tanah oleh manusia dan hewan akibat traffic line oleh
alat olah, struktur tanah, kondisi perakaran tumbuhan baik akar aktif maupun akar
mati (bahan organik), proporsi udara yang terdapat dalam tanah, topografi atau
kemiringan lahan, intensitas hujan, kekasaran permukaan tanah, kualitas air yang
akan terinfiltrasi serta suhu udara tanah dan udara sekitar (Kodoatie dan Roestam
2005).
TINJAUAN PUSTAKA 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. 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 (mm/jam). Air infiltrasi yang tidak kembali lagi ke atmosfer
melalui proses evapotranspirasi akan menjadi air tanah untuk seterusnya mengalir
ke sungai disekitar (Sastrodarsono dan Takeda 1999).
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).
METODE PRAKTIKUM Perhitungan infiltrasi tanah dengan model Green dan Ampt menggunakan
aplikasi MS. Excel Visual Basic dengan menggunakan data sekunder dari 10
tekstur tanah tropika. Adapun prosedur perhitungan Lf dengan metode numerik
Newton-Raphson pertama-tama yaitu penggabungan persamaan ke dalam satu sisi
sehingga didapat nilai toleransi kesalahan yang diperbolehkan.
( ) (
)
Keterangan :
= Nilai Toleransi Kesalahan (Error)
Lf = Kedalaman Garis Basah Terdepan (cm)
H0 = Potensial Matrik di Permukaan Tanah (cm H2O)
Hf = Potensial Matrik di Garis Basah Terdepan (cm H2O)
Ks = Konduktivitas hidrolik tanah jenuh (cm/detik)
= Kadar air tanah jenuh (cm3/cm
3)
= Kadar air tanah awal (cm3/cm
3)
t = Waktu (detik)
Setelah didapat nilai toleransi kesalahan, maka nilai Lf dapat
diaproksimasi dengan menggunakan Visual Basic atau trial and error method
dimana banyaknya pengulangan (iterasi) sampai nilai mendekati nilai yang
diinginkan misalnya < 0.0001
HASIL DAN PEMBAHASAN Infiltrasi didefinisikan sebagai proses masuknya air ke dalam tanah
melalui permukaan tanah. Umumnya infiltrasi yang dimaksud adalah infiltrasi
vertikal, yaitu gerakan ke bawah dari permukaan tanah. Infiltrasi tanah meliputi
infiltrasi kumulatif, laju infiltrasi dan kapasitas infiltrasi. Infiltrasi kumulatif
adalah jumlah air yang meresap ke dalam tanah pada suatu periode infiltrasi. Laju
infiltrasi adalah jumlah air yang meresap ke dalam tanah dalam waktu tertentu
(Rachman 2005). Sedangkan kapasitas infiltrasi adalah laju infiltrasi maksimum
air meresap ke dalam tanah. Sedangkan Perkolasi adalah gerakan air ke bawah
dari daerah tak jenuh (antara permukaan tanah sampai ke permukaan air tanah) ke
dalam daerah jenuh (daerah di bawah permukaan air tanah). Sedangkan Daya
Perkolasi adalah laju perkolasi (Pp) yaitu laju perkolasi maksimum yang
dimungkinkan dengan besar yang dipengaruhi oleh kondisi tanah dalam daerah
tak jenuh. Perkolasi tidak mungkin terjadi sebelum daerah tak jenuh mencapai
daerah medan(Kodoatie dan Sjarief 2010).
Laju infiltrasi dapat diperoleh jika diketahui nilai kedalaman garis basah
terdepan (Lf), nilai Lf dapat diperoleh dengan perhitungan manual menggunakan
persamaan Green & Ampt dengan pengulangan perhitungan maksimum seratus
kali untuk setiap waktu hingga diperoleh nilai kesalahan kurang dari 0.0001
namun untuk mempermudah pekerjaan nilai Lf dapat ditentukan dengan membuat
program pada MS.Excel sehingga nilai Lf atau kedalaman garis basah terdepan
dapat diketahui seperti pada Tabel 1, selanjutnya dengan menggunakan persamaan
Green & Ampt dapat dihitung laju infiltrasi dan infiltrasi kumulatif setiap waktu
dari setiap jenis tanah dan diperoleh nilai seperti pada tabel berikut.
Tanah bertekstur halus memiliki permukaan yang lebih halus dibandingkan
dengan tanah bertekstur kasar. Sehingga tanah – tanah yang bertekstur halus
memiliki kapasitas adsorpsi unsur – unsur hara yang lebih besar dan umumnya
lebih subur dibandingkan dengan tanah bertekstur kasar karena banyak
mengandung unsur hara dan bahan organik yang dibutuhkan oleh tanaman. Tanah
bertekstur kasar lebih porus dan laju infiltrasinya lebih cepat. Walaupun demikian
tanah bertekstur halus memiliki kapasitas memegang air lebih besar dari pada
tanah pasir karena memiliki permukaan yang lebih luas. Tanah – tanah berliat
memiliki persentase porus yang lebih banyak yang berfungsi dalam retensi air
(water retension). Tanah – tanah bertekstur kasar memiliki makro porus yang
lebih banyak yang berfungsi dalam pergerakan udara dan air.Berdasarkan data
yang ada infiltrasi dari jenis tanah lempung lebih besar daripada infiltrasi pada
jenis tanah lempung liat berdebu dan lempung berliat hal ini terjadi karena tekstur
tanah jenis lempung lebih kasar dibanding dengan jenis tanah lempung berliat dan
lempung liat berdebu sehingga kemampuannya dalam meloloskan air semakin
t (detik) Lf (cm) laju infiltrasi (cm/detik) infiltrasi kumulatif (cm)
0 0.01501 0.130851449 0
10 0.32397 0.00628044 0.062804405
20 0.4605 0.004485952 0.089719034
30 0.5662 0.003691068 0.11073204
40 0.65595 0.00321727 0.128690807
50 0.73549 0.002893971 0.144698532
60 0.8078 0.002655347 0.159320835
70 0.87461 0.00246991 0.172893681
80 0.93708 0.002320449 0.185635939
90 0.99601 0.002196662 0.197699622
Tabel 1 Laju Infiltrasi pada Jenis Tanah Lempung Berliat
besar dan menyebabkan infiltrasi pada jenis tanah ini lebih besar dibanding kedua
jenis tanah yang lain.
Sedangkan untuk jenis tanah lempung liat berdebu nilai infiltrasinya lebih
besar dibandingkan dengan infiltrasi pada jenis tanah lempung berliat, ini karena
agregat tanah lempung liat berdebu lebih kasar dibandingkan dengan tanah
lempung berliat karena diameter partikel tanah lempung dan debu lebih besar
dibandingkan dengan tanah liat.
Semakin lama waktu infiltrasi menyebabkan kedalaman garis basah
terdepan (Lf) semakin besar hal ini karena masuknya air infiltrasi kedalam tanah
semakin dalam, besarnya nilai Lf ini juga dipengaruhi oleh laju infiltrasi yang
berarti juga dipengaruhi oleh jenis tekstur tanah, berdasarkan grafik 1 dapat dilihat
untuk jenis tanah lempung memiliki nilai Lf per satuan waktu yang paling tinggi,
kemudian jenis tanah lempung liat berdebu dan yang nilai Lf per satuan waktunya
t (detik) Lf (cm) laju infiltrasi (cm/detik) infiltrasi kumulatif (cm)
0 0.03106 1.618967668 0
10 1.41061 0.037324338 0.373243384
20 2.00792 0.026732891 0.534657827
30 2.47146 0.022041587 0.661247595
40 2.86576 0.019245527 0.769821095
50 3.21583 0.017337747 0.866887355
60 3.53448 0.015929734 0.955784051
70 3.82933 0.014835622 1.038493518
80 4.10533 0.013953839 1.116307109
90 4.36595 0.013223574 1.190121627
Waktu
(detik)
Lf (cm) laju infiltrasi (cm/detik) infiltrasi kumulatif (cm)
0 0.06263 0.656928188 0
10 1.17474 0.035362665 0.353626652
20 1.66369 0.025075871 0.501517414
30 2.03981 0.020518747 0.615562416
40 2.35752 0.017802155 0.712086201
50 2.63791 0.015948277 0.797413857
60 2.8918 0.014579813 0.874788789
70 3.12559 0.013516253 0.946137694
80 3.34348 0.012658949 1.012715911
90 3.54837 0.011948838 1.075395392
Tabel 2 Laju Infiltrasi pada Jenis Tanah Lempung
Tabel 3 Laju Infiltrasi pada Jenis Tanah Lempung Liat Berdebu
paling kecil adalah jenis tanah lempung berliat hal ini dipengaruhi oleh ukuran
partikel tanah yang pada akhirnya mempengaruhi laju infiltrasi dan Lf.
Suatu tanah dalam kondisi kering memiliki daya serap yang tinggi sehingga
laju infiltrasi semakin besar, dan akan berkurang perlahan-lahan apabila tanah
tersebut jenuh terhadap air. Sedangkan laju infiltrasinya semakin lama semakin
berkurang, hal ini karena pada saat terjadi infiltrasi ruang-ruang pori yang ada di
dalam tanah masih banyak yang belum terisi air sehingga air yang meresap ke
dalam tanah mengisi kekurangan kadar air tanah sehingga diawal proses infiltrasi,
laju infiltrasinya besar dan akan semakin menurun dengan semakin lamanya
proses infiltrasi karena semakin lama ruang-ruang pori yang ada di dalam tanah
telah terisi air yang menyebabkan penurunan laju infiltrasi hingga mencapai
kapasitas infiltrasi. Laju infiltrasi tertinggi dicapai saat air pertama kali masuk ke
dalam tanah dan menurun dengan bertambahnya waktu. Berdasarkan grafik 2
dapat dilihat bahwa laju infiltrasi berbanding terbalik dengan waktu, dan berbeda
untuk setiap jenis tanah tergantung dari kecepatan tanah dalam menyerap air.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 20 40 60 80 100
Ked
ala
ma
n G
ari
s P
emb
asa
ha
n (
cm)
Waktu (detik)
lempung berliat
lempung
lempung liat berdebu
Gambar 1 Grafik Kedalaman Garis Basah Terdepan Per Satuan Waktu
Setelah kadar air tanah mencapai kadar air kapasitas lapang, maka kelebihan
air akan mengalir ke bawah menjadi cadangan air tanah (ground water).Infiltrasi
kumulatif merupakan laju infiltrasi pada selang waktu tertentu sehingga nilai
infiltrasi kumulatif berbanding lurus dengan waktu, semakin lama terjadi proses
infiltrasi nilai infiltrasi kumulatifnya akan semakin besar yang menunjukkan
banyaknya air yang masuk kedalam tanah.
SIMPULAN
Infiltrasi adalah proses masuknya air melalui permukaan tanah. Dalam
membahas infiltrasi ada tiga istilah yang perlu diketahui yaitu laju infiltrasi,
kapasitas infiltrasi dan infiltrasi kumulatif, untuk menghitung varibel tersebut
dapat dilakukan secara manual dengan menggunakan model Green & Ampt
namun selain menghitung secara manual juga dapat menggunakan program Visual
Basic MS.Excel sehingga diperoleh nilai kedalaman garis basah terdepan yang
digunakan untuk menghitung laju infiltrasi dan infiltrasi kumulatif, nilai Lf yang
diperoleh untuk semua jenis tanah semakin lama waktu infiltrasi maka nilai Lf
nya semakin besar hal ini berbanding terbalik dengan laju infiltrasi yang semakin
kecil namun nilai infiltrasi kumulatifnya akan semakin besar dengan semakin
lamanya waktu infiltrasi. Laju infiltrasi untuk setiap jenis tanah berbeda, untuk
jenis tanah lempung laju infiltrasinya lebih besar dibanding dengan jenis tanah
lempung liat berdebu dan lempung berliat hal ini dipengaruhi oleh kasar halusnya
partikel tanah, partikel tanah yang kasar kemampuan menyerap airnya lebih besar
dibanding tanah yang bertekstur halus.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 20 40 60 80 100
infi
ltra
si k
um
ula
tif
laju
in
filt
rasi
waktu (detik)
lempung berliat mayor
lempung mayor
lempung liat berdebumayor
lempung berliat minor
lempung minor
lempung liat berdebuminor
Gambar 2 Laju Infiltrasi dan Infiltrasi Kumulatif Setiap Jenis Tanah
Saran
Untuk mengoptimalkan sifat infiltrasi pada tanah, sebaiknya untuk daerah
drainase dan irigasi tidak dibangun bangunan beton atau infrastruktur yang dapat
menghambat masuknya air ke dalam tanah karena akan mengurangi laju infiltrasi
dari tanah tersebut sehingga apabila tetap dibangun, maka akan berdampak banjir
di daerah tersebut. Sebaiknya dilakukan pengelolaan yang banyak agar laju
infiltrasi dari tanah tetap berjalan dengan baik.
Daftar Pustaka Asdak C.1995. Hidrologi dan Pengeloaan daerah Aliran Sungai. Yogyakarta (ID)
: Gadjah Mada Press.\
Kodoatie RJ dan Roestam S. 2005. Pengelolaan Sumber Daya Air Terpadu.
Yogyakarta (ID) : Andi.
Kodoatie RJ dan Sjarief R. 2010. Tata Ruang Air. Yogyakarta (ID) : Andi.
Rahman S. 2005. Dasar-Dasar Ilmu Tanah Konsep dan Kenyataan. Yogyakarta
(ID) : Kanisius.
Sastrodarsono S, Takeda K. 1999. Hidrologi untuk Pengairan. Bandung (ID) :
Pradnya Paramitha.
LAMPIRAN 1 Screenshot Bahasa Program
