Infiltrasi

Air cair yang diterima pada permukaan bumi akhirnya, jika permukaannya tidak kedap air, 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 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 pertama-tama diabsorbsi untuk meningkatkan kelembaban tanah, sebaliknya akan turun ke permukaan air tanah dan mengalir ke samping.

Dalam beberapa hal tertentu, infiltrasi itu berubah-ubah sesuai dengan intensitas curah hujan. Akan tetapi setelah mencapai limitnya, banyaknya infiltrasi akan berlangsung terus sesuai dengan kecepatan absorbsi maximum setiap tanah bersangkutan. Kecepatan infiltrasi yang berubah-ubah sesuai dengan variasi intensitas curah hujan umumnya disebut laju infiltrasi. Laju infiltrasi maximum yang terjadi pada suatu kondisi tertentu disebut kapasitas infiltrasi (f). Kapasitas infiltrasi itu adalah berbeda-beda, tergantung dari kondisi permukaan tanah, struktur tanah, tumbuhan-tumbuhan, suhu dan lain-lain. Di samping intensitas curah hujan, infiltrasi berubah-ubah karena dipengaruhi oleh kelembaban tanah dan udara yang terdapat dalam tanah.

Infiltrasi mempunyai arti penting terhadap :

a. Proses Limpasan

Daya infiltrasi menentukan besarnya air hujan yang dapat diserap ke dalam tanah. Sekali air hujan tersebut masuk ke dalam tanah ia akan diuapkan kembali atau mengalir sebagai air tanah. Aliran air tanah sangat lambat. Makin besar daya infiltrasi, maka perbedaan antara intensitas curah dengan daya infiltrasi menjadi makin kecil. Akibatnya limpasan permukaannya makin kecil sehingga debit puncaknya juga akan lebih kecil.

b. Pengisian Lengas Tanah (Soil Moisture) dan Air Tanah

Pengisian lengas tanah dan air tanah adalah penting untuk tujuan pertanian. Akar tanaman menembus daerah tidak jenuh dan menyerap air yang diperlukan untuk evapotranspirasi dari daerah tak jenuh tadi. Pengisian kembali lengas tanah sama dengan selisih antar infiltrasi dan perkolasi (jika ada). Pada permukaan air tanah yang dangkal dalam lapisan tanah yang berbutir tidak begitu kasar, pengisian kembali lengas tanah ini dapat pula diperoleh dari kenaikan kapiler air tanah.

Faktor-faktor yang mempengaruhi infiltrasi:

1. Karakteristik-karakteristik hujan (hubungan i dan fc)

2. Kondisi-kondisi permukaan tanah

a.  Tetesan hujan, hewan maupun mesin mungkin memadatkan permukaan tanah  dan mengurangi infiltrasi.

b.     Pencucian partikel yang halus dapat menyumbat pori permukaan tanah dan mengurangi laju infiltrasi

c.    Laju infiltrasi awal (fo) dapat ditingkatkan dengan menaikkan jeluk detensi permukaan (Da)

d.      Kapasitas infiltrasi ditingkatkan dengan celah matahari

e.      Kemiringan tanah secara tidak langsung mempengaruhi laju infiltrasi

f.        Pembekuan permukaan tanah mengurangi kapasitas infiltrasi selama tahapan awal hujan berikutnya

g.    Penggolongan tanah dapat meningkatkan (dengan terasering, pembajakan kontur, dan lain-lain) atau menurunkan (pengolahan permukaan vegetasi kapasitas infiltrasi karena kenaikan atau penurunan cadangan permukaan.

3. Kondisi-kondisi penutup permukaan

a.   Penutup vegetasi (karena terhambatnya aliran permukaan dan berkurangnya pemadatan tetesan hujan) meningkatkan infiltrasi. Kerapatan dan tipe vegetasi juga penting dalam  mengendalikan infiltrasi.

a.   Dengan melindungi tanah dari dampak tetesan hujan dan dengan melindungi pori-pori tanah dari penyumbatan, seresah mendorong laju infiltrasi yang tinggi.

b.      Salju mempengaruhi infiltrasi dengan cara yang sama seperti yang dilakukan seresah.

c.    Urbanisasi (bangunan, jalan, sistem drainase bawah permukaan) mengurangi kapasitas infiltrasi.

4. Transmisibilitas tanah

a.      Banyaknya pori yang besar (yang dilalui air hanya dengan gaya gravitasi), yang menentukan sebagian dari struktur tanah, merupakan salah satu faktor yang penting yang mengatur laju transmisi air yang menurun melalui tanah. Kemantapan sruktural (batas agihan ukuran pori dapat berubah dengan beragamnya konsidi air), faktor-faktor biotik (hewan, pembusukan akar, dan lain-lain, menyebabkan terciptanya saluran-saluran dalam tanah), dan sifat penampang tanah merupakan faktor-faktor lain yang mempengaruhi pori yang besar (porositas non kapiler), dan tentu saja transmisibilitas tanah.

b.      Infiltrasi beragam secara terbalik dengan lengas tanah. Hal ini terjadi dalam 3 cara, yaitu:

1)    kandungan air yang meningkat mengisi ruang pori dan mengurangi kapasitas tanah untuk infiltrasi air selanjutnya,

2)    bila hujan membasahi permukaan suatu tanah yang kering, gaya kapiler yang kuat diciptakan yang cenderung untuk menarik air ke dalam tanah dengan laju yang jauh lebih tinggi dibandingkan laju yang dihasilkan dari gaya gravitasi saja dan

3)      meningkatnya air tanah menyebabkan pengembangan koloid dan mengurangi ruang  pori.

5. Karakteristik-karakteristik air yang berinfiltrasi

a.   Suhu air mempunyai beberapa pengaruh, tetapi penyebaran dan sifatnya belum pasti.  Beberapa penelitian menunjukkan bahwa pada bulan-bulan musim panas kapasitas  infiltrasi lebih tinggi. Namun ini tentu disebabkan oleh sejumlah faktor dan tentunya  bukan suhu saja.

b.      Kualitas air merupakan faktor lain yang mempengaruhi infiltrasi. Liat halus pada partikel debu yang dibawa dengan air ketika infiltrasi ke bawah dapat menghambat ruang pori yang lebih kecil. Kandungan garam dapur air mempengaruhi viskositas air dan laju pengembangan koloid.

Faktor-faktor yang mempengaruhi daya infiltrasi antara lain :

1. Dalamnya genangan di atas permukaan tanah (surface detention) dan tebal lapisan jenuh
2. Kadar air dalam tanah
3. Pemampatan oleh curah hujan
4. Tumbuh-tumbuhan
5. Karakteristik hujan
6. Kondisi-kondisi permukaan tanah

Adapun rumus untuk menghitung infiltrasi adalah:

1.Kostiakov (1932 dan Lewis (1937)

F = atn

Di mana:

F = infiltrasi (mm) massa (kumulatif)

t = waktu (jam)

a, n = konstanta. Harga harga ini dinilai dari persamaan garislurus yang disesuaikam  dengan plot F dengan log t.

2.Horton (1939)

(fc-fa) = (fo-fa)e-kt  fc³i

k = konstan

Karakteristik infiltrasi bervariasi secara ruang pada suatu aliran sungai. Karena itu, harga konstanta yang tetap ini yang meliputi semua tipe kondisi tanah pada kawasan tersebut adalah tidak praktis. Penentuan laju-laju infiltrasi:

1. Infiltrometer

Infiltrometer merupakan suatu tabung baja silindris pendek, berdiameter besar (atau suatu batas kedap air lainnya) yang mengitari suatu daerah dalam tanah. Infiltrometer cicin konsentrik yang merupakan tipe biasa, terdiri dari 2 cincin konsentrik yang ditekan ke dalam permukaan tanah. Kedua cicin tersebut digenangi (karena itu disebut infiltrometer tipe genangan) secara terus-menerus untuk mempertahankan tinggi konstan (jeluk air). Masing-masing penambahan air untuk mempertahankan tinggi yang konstan ini hanya diukur (waktu dan jumlah) pada cincin bagian dalam. Cincin bagian luar digunakan untuk mengurangi pengaruh batas dari tanah sekitarnya yang lebih kering. Kalau tidak, air yang berinfiltrasi juga dapat menyebar secara lateral di bawah permukaan tanah. Pada infiltrometer cincin tunggal pengaruh batas adalah lebih penting untuk cincin-cincin dengan diameter yang lebih kecil. Dengan menggunakan infiltrometer tabung juga dapat mencegah aliran lateral, sehingga gerakan air terhambat pada kolom tanah dalam tabung. Namun, air dapat berinfiltrasi lebih cepat pada dinding bagian dalam tabung dibandingkan pada tanah yang dibatasi di dalam tabung. Infiltrometer hanya dapat memberikan angka bandingan yang berbeda (harga lebih tinggi) dari infiltrasi yang sebenarnya. Lagi pula, masukan yang digunakan tidak menggambarkan agihan hujan (waktu dan ruang) yang sebenarnya. Dengan menggunakan petak lapangan terisolasi, kapasitas infiltrasi ditentukan oleh jumlah air yang ditambahkan untuk mempertahankan tinggi yang tetap. Dibandingkan dengan infiltometer tipe cincin, petak bidang terisolasi (kenyataaannya infiltrometer yang besar) mempunyai pengaruh batas yang kurang nyata, namun masih belum menggambarkan realitas. Angka yang diperoleh sekali lagi merupakan angka-angka pembanding.

2. Lisimeter

Untuk penentuan kapasitas infiltrasi, hanya lisimeter tipe timbangan dapat dipergunakan. Baik hujan buatan (irigasi) dengan suatu jeluk yang konstan maupun hujan alami digunakan.

3. Simulator curah hujan

Dengan menggunakan petak lapangan terisolasi, kondisi curah hujan disimulasikan dengan hujan buatan. Hujan buatan ini juga disebut infiltrometer irigasi semprotan. Ukuran dan bentuk sangat beragam. Infiltrometer tipe F yang sering dipergunakan, mempunyai 2 baris penyemprot yang menyemprot air di ats petak berukuran 6 x 12 kaki (sekitar 1,9 x 3,7 m). Ukuran tetesan dan ketinggian jatuh dapat dikendalikan. Infiltrasi dideduksi dari analisis curah hujan dan limpasan permukaan.

Hujan simulasi yang dikenakan pada petak lapangan (percobaan yang sama dapat juga dimanipulasikan di laboratorium) pada intensitas i mm/jam dihentikan pada waktu tf. Hidrograf limpasan yang dihasilkan akan mempunyai cabang naik (selama hujan) dan suatu cabang menurun (setelah berhentinya hujan). Jumlah (i-q) pada setiap waktu antara nol dan te menunjukkan kehilangan dan sama sengan jumlah infiltrasi (F), cadangan depresi permukaan (Sd) dan cadangan detensi (Da). fa ditentukan bila perbedaan (i-q) tetap konstan. Selama operasi, limpasan permukaan dan intensitas hujan diukur secara terpisah.