ANALISIS DEBIT LIMPASAN PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN ALAT RAINFALL SIMULATOR PADA TANAH DENGAN VARIASI KEPADATAN

Transkripsi

1 ANALISIS DEBIT LIMPASAN PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN ALAT RAINFALL SIMULATOR PADA TANAH DENGAN VARIASI KEPADATAN Rudianto Wahyu Prabowo 1, Donny Harisuseno 2, Andre Primantyo H 2, Dian Noorvy K 3 1. Mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya 2. Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya 3. Mahasiswa Program Doktor Teknik Sumber Daya Air Universitas Brawijaya Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia rudiantowahyuprabowo@gmail.com ABSTRAK Debit limpasan permukaan terjadi jika air hujan yang jatuh lebih besar dari kapasitas infiltrasi pada tanah. Kondisi ini sangat dipengaruhi oleh berbagai hal, diantaranya intensitas curah hujan, karakteristik lahan, karakteristik tanah, kemiringan lahan dan kepadatan tanah. Karakteristik tanah yang mempengaruhi porositas tanah, kerapatan massa tanah, kadar air tanah, tekstur tanah, struktur tanah, kandungan bahan organik tanah, dan keadaan vegetasi permukaan tanah. Skripsi ini mencoba untuk meneliti pengaruh kepadatan tanah terhadap debit limpasan pada alat Rainfall Simulator. Pengambilan sampel tanah pada penelitian ini dilaksanakan pada Kelurahan Tlogomas Kota Malang. Penentuan lokasi berdasarkan pembagian peta sifat fisik tanah di Kota Malang. Data-data yang diperoleh adalah data primer yang merupakan pengamatan langsung dari Laboratorium Hidrologi Teknik Pengairan, yaitu dengan menggunakan alat Rainfall Simulator untuk mengetahui debit limpasan permukaan dengan memvariasikan kepadatan, percobaan dilakukan sebanyak 36 kali. Hasil pengukuran dan analisis debit limpasan di Laboratorium hubungan antara debit limpasan dengan variasi kepadatan adalah berbanding lurus, debit limpasan akan meningkat jika tingkat kepadatannya meningkat. Kata kunci: Debit Limpasan, Kepadatan, Rainfall Simulator ABSTRACT The surface of the discharge runoff rain water falling happen if greater than the capacity of infiltration on the ground. This condition is highly influenced by various things, such as the intensity of rainfall, characteristic of land, characteristic of the land, the slope of land and the density of the land. Characteristic of land that affects the porosity of the land, the density is a land mass, ground water levels, the texture of the land, soil structure, the content of organic material land, and the state of the surface soil of vegetation. Thesis is trying to examine the influence of the density of soil on a runoff against discharge for the simulator rainfall. The sample collection the ground at this study was conducted to officials in urban village tlogomas Malang city. The determination of recipient divided based on a map of the nature of the physical land in the town of Malang. The data obtained is primary data is direct observation from the lab hydrology agricultural water, technique namely by means of a utensil rainfall for the simulator to discharge runoff know the surface with varying density, experiment done in 36 times. Result of measuring and analysis discharge a runoff in the laboratory the relationship between discharge a runoff with the variation of the density is the is directly proportional,

2 discharge runoff would increase if density increase. The relationship between discharge a runoff with the variation of earthen slope is is directly proportional, discharge a runoff will be great if earthen slope added. Keyword : Discharge runoff, density, rainfall simulator I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Hujan yang jatuh ke tanah membentuk limpasan (runoff) yang mengalir kembali ke laut. Beberapa diantaranya masuk ke dalam tanah (infiltrasi) dan bergerak terus ke bawah (perkolasi) ke dalam daerah jenuh (saturated zone) yang terdapat di bawah permukaan air tanah. Air dalam tanah ini bergerak perlahan-lahan melewati akuifer masuk sungai atau kadang-kadang langsung ke laut. infiltrasi didefinisikan sebagai gerakan air ke bawah melalui permukaan tanah ke dalam profil tanah. Limpasan permukaan terjadi ketika jumlah curah hujan melampaui laju infiltrasi dan penguapan. Setelah laju infiltrasi terpenuhi, air mulai mengisi cekungan atau depresi pada permukaan tanah. Setelah pengisian selesai maka air akan mengalir dengan bebas di permukaan tanah. Faktor yang mempengaruhi limpasan permukaan dibagi menjadi dua kelompok, yaitu elemen meteorologi dan elemen sifat fisik atau karakteristik daerah pengaliran (Sosrodarsono, 1978). Pengaruh intensitas hujan terhadap limpasan permukaan sangat tergantung pada laju infiltrasi, maka akan terjadi limpasan permukaan sejalan dengan peningkatan intensitas curah hujan. Hubungan antara resapan dengan variasi kepadatan adalah berbanding terbalik, Resapan akan meningkat jika tingkat kepadatannya menurun ( Pratama, 2012 ) Identifikasi Masalah Debit limpasan permukaan terjadi jika air hujan yang jatuh lebih besar dari kapasitas infiltrasi pada tanah. Kondisi ini sangat dipengaruhi oleh berbagai hal, diantaranya: intensitas curah hujan, karakteristik lahan, karakteristik tanah, kemiringan lahan dan kepadatan tanah. Karakteristik tanah yang mempengaruhi porositas tanah, kerapatan massa tanah, kadar air tanah, tekstur tanah, struktur tanah, kandungan bahan organik tanah, dan keadaan vegetasi permukaan tanah. Hubungan debit limpasan permukaan terhadap kemiringan lahan adalah debit limpasan permukaan akan besar jika kemiringan lahan semakin tinggi. Apabila tanah mengalami kepadatan tinggi akan berpengaruh terhadap debit limpasan permukaan yang semakin tinggi. Semakin kecil intensitas hujan maka debit limpasan akan semakin kecil. Berdasarkan uraian diatas, skripsi ini mencoba untuk meneliti pengaruh kepadatan tanah terhadap debit limpasan pada alat Rainfall Simulator. 1.3 Batasan Masalah Terdapat beberapa batasan-batasan dalam pembahasan skipsi ini, yaitu: 1. Penentuan lokasi pengambilan sampel tanah berdasarkan peta sebaran tanah di Kota Malang. 2. Pengambilan sampel tanah di Kelurahan Tlogomas sudah mewakili kondisi sebaran tanah di kota malang. 3. Pengukuran debit limpasan permukaan hanya dipengaruhi oleh variasi kepadatan tanah dan intensitas hujan 2 liter/menit. 4. Penelitian dilakukan pada kondisi sifat fisik tanah, yaitu berdasarkan besar kecilnya butiran tanah. 1.4 Rumusan Masalah Penelitian ini didasarkan untuk mengetahui pengaruh kepadatan tanah terhadap debit limpasan permukaan pada intensitas hujan 2 liter/menit?

3 1.5 Tujuan dan Manfaat Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui debit limpasan permukaan dengan pengaruh perubahan kepadatan tanah pada intensitas hujan 2 liter/menit pada alat Rainfall Simulator. Adapun manfaat dari kajian ini adalah sebagai pengembangan ilmu berkaitan dengan tata guna lahan perkotaan yang berwawasan lingkungan (eco drainage), dimana air hujan yang jatuh di permukaan tanah tidak langsung dialirkan ke saluran drainase menuju ke sungai, namun air hujan tersebut sebagian dikendalikan agar meresap ke dalam tanah sebagai imbuhan air tanah. II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Limpasan permukaan Limpasan permukaan terjadi ketika kapasitas infiltrasi tanah tidak dapat menyeimbangkan intensitas curah hujan di permukaan tanah. Pada umumnya limpasan permukaan tidak terjadi segera setelah hujan jatuh di permukaan tanah, tetapi perlu waktu untuk memenuhi kapasitas infiltrasi. Waktu dari permulaan sampai mulai terjadi limpasan permukaan disebut ponding time. Kapasitas infiltrasi adalah kemampuan tanah dalam menyerap (menginfiltrasikan) air yang terdapat di permukaan atau aliran air permukaan tanah. Semakin besar kapasitas infiltrasi maka aliran air di permukaan tanah makin berkurang 2.2. Alat Rainfall Simulator Alat yang digunakan untuk membuat simulasi pada penelitian ini yaitu menggunakan Rainfall Simulator. Rainfall Simulator merupakan alat yang memungkinkan kita melihat siklus hidrologi dalam skala kecil, tetapi ada faktor yang tidak di masukkan dalam alat ini yaitu faktor evaprotranspirasi dan evaporasi yang kedua hal tersebut di sebabkan oleh matahari dan tanaman. Peralatan ini memiliki tangki uji dengan ukuran 2 x 1.2 x 0.3 meter. Pada bagian atasnya tangki ini memiliki nozzle yang bisa mengatur besarnya butiran hujan yang jatuh. Tangki uji ini juga memiliki dua buah pipa berpori bagian dasar, yang kemudian ke dua tangki pengukuran aliran. Tangki ini juga memiliki dua saluran air yang terhubung ke tangki lain yaitu tangki pengukur arus, dimana setiap saluran dapat diukur masing-masing. Di bawah tangki terdapat tabung pisometrik uji, yang memungkinkan melihat level air setiap saat. Gambar 1 Alat Rainfall Simulator 2.3. Intensitas hujan Intensitas hujan adalah jumlah hujan persatuan waktu (mm/jam, mm/min, mm/det). Lama waktu hujan adalah lama waktu berlangsungnya hujan, Durasi hujan adalah lamanya curah hujan dalam menit atau jam. Dalam hal ini dapat mewakili total curah hujan atau periode hujan yang disingkat dengan curah hujan yang relatif seragam ( Asdak, 1995). Intensitas hujan diartikan sebagai pengukuran curah hujan dilakukan untuk mengetahui jumlah dan lama curah hujan ( Utomo, 1993) Kepadatan Tanah Peristiwa bertambahnya berat volume kering oleh beban dinamis disebut pemadatan. Maksud dari pemadatan tanah adalah merupakan usaha secara mekanik agar butir-butir tanah merapat. Volume pori berkurang namun volume butir tidak berubah. Hal ini bisa dilakukan dengan cara menggilas atau menumbuk. Jika disiram air akan menjadi lunak dan lebih mudah dipadatkan, tapi makin besar kadar

4 air tanah makin membatasi kepadatan yang dapat dicapai. Yang dapat berkurang hanya udara, jika volume air lebih besar maka kepadatan maksimum berkurang. Berat volume kering (ɣ d ), adalah perbandingan antara berat butiran (W s ) dengan volume total (V) ( 1 ) III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Lokasi Studi Kota Malang terletak ditengah-tengah wilayah Kabupaten Malang. Secara geografis wilayah Kota Malang berada diantara 112,06 112,07 Bujur Timur dan 7,06 8,02 Lintang Selatan, dengan luas wilayah ,66 ha (110,06 km 2 ). Batas wilayah Kota Malang adalah sebagai berikut: Batas Utara : Kecamatan Singosari dan Karangploso, Kabupaten Malang Batas Selatan : Kecamatan Tajinan dan Pakisaji, Kabupaten Malang Batas Timur : Kecamatan Pakis dan Tumpang, Kabupaten Malang Batas Barat : Kecamatan Wagir dan Dau, Kabupaten Malang Secara administrasi, Kota Malang terbagi atas 5 kecamatan dengan 57 kelurahan. Pengambilan sampel tanah pada penelitian ini akan dilaksanakan pada Kelurahan Tlogomas Kota Malang. Penentuan lokasi ini berdasarkan pembagian peta sifat fisik tanah di Kota Malang. Gambar 2 Peta Kota Malang Kemiringan Tanah Pada penelitian ini kemiringan tanah 2%. Kemiringan mempengaruhi kecepatan dan volume limpasan permukaan. Pada dasarnya semakin curam suatu lereng, prosentase kemiringan semakin tinggi, semakin cepat pula laju limpasan permukaan. Sebagai akibatnya, semakin singkat waktu untuk infiltrasi karena volume limpasan permukaan juga semakin besar (dapat dilihat pada gambar 3). Penelitian ini dengan menetapkan hujan 2 liter/menit. Gambar 3 Proses Pengaturan Kemiringan Tanah pada Alat Rainfall Simulator 3.3. Penentuan Kepadatan Tanah Setelah pengambilan sampel tanah pada lokasi, tanah tersebut terlebih dahulu dikeringkan dan dijemur pada sinar matahari, setelah tanah dalam keadaan kering kemudian tanah tersebut disaring dengan ayakan no 10 agar mendapatkan kondisi tanah yang bagus untuk dilakukan penelitian pada alat Rainfall Simulator, setelah tanah dalam keadaan lolos saringan 10, tanah tersebut ditambah air 20% Direncanakan sebanyak 3 variasi kepadatan : 1. Kepadatan 1 : ɣ d = 0,83 gr/cm 3 Tanah dengan berat kering 120 kg dengan penambahan air 20% di padatkan dengan penumbuk seberat 2,9 kg. Tanah dipadatkan dengan 3 lapisan masingmasing lapisan ditumbuk sebanyak 2 putaran ( dapat dilipat pada gambar 4 ). Tinggi tanah setelah di padatkan 13,4 cm. Didapat ɣ d dari kepadatan 2 putaran adalah 0,83 gr/cm 3

5 2. Kepadatan 2 : ɣ d = 0,96 gr/cm 3 Tanah dipadatkan dengan 3 lapisan masing-masing lapisan ditumbuk sebanyak 4 putaran. Tinggi tanah setelah di padatkan 11,5 cm. Di dapat ɣ d dari kepadatan 4 putaran adalah 0,96 gr/cm 3 3. Kepadatan 3 : ɣ d = 1,09 gr/cm 3 Tanah dipadatkan dengan 3 lapisan masing-masing lapisan ditumbuk sebanyak 6 putaran. Tinggi tanah setelah di padatkan 10,2 cm. Didapat ɣ d dari kepadatan 6 putaran adalah 1,09 gr/cm 3 Gambar 4 Proses Penentuan Kepadatan Tanah 3.4. Pelaksanaan Percobaan 1. Persiapan alat Rainfall simulator 1. Pastikan alat Rainfall Simulator dan alat bantu lainya siap untuk digunakan 2. Tutup lubang pori pada tangki uji menggunakan kertas filter dan ditutup dengan geotextile, dengan tujuan material tanah yang terbawa air tidak menyumbat lubang pori. 3. Tanah yang digunakan adalah tanah yang sudah kering dan lolos saringan no 10. Masukkan tanah tersebut kedalam kotak pengetesan. kemudian diratakan dan dipadatkan dengan menggunakn penumbuk seberat 2,9 kg. 2. Langkah Percobaan Adapun langkah pengujiannya yaitu dilakukan dengan cara: 1. Mengatur kemiringan lahan sesuai 2% yang terdapat pada alat simulator hujan. 2. Mengatur debit pompa untuk menentukan intensitas hujan sesuai dengan yang mau diamati dalam liter/menit. 3. mengatur ketinggian meja pengetesan sesuai dengan yang ditentukan. 4. Alat rainfall simulator dihidupkan dengan pengaturan kran inflow sesuai dengan intensitas yang sudah ditentukan. 5. Mengoperasikan hujan buatan dengan intensitas yang telah ditentukan sebelumnya dengan membuka spray nozzle 6. Menghidupkan stopwatch sejak alat mulai dioperasikan sampai saat debit yang keluar dari outlet mencapai nilai nol / mendekati nol 7. Perhatikan pada ujung saluran ukur tinggi air yang mengalir 8. Ukur tinggi ( h ) pada v-note permukaan untuk mengetahui debit aliran permukaan yang terjadi. Semakin besar intensitas hujan maka debit limpasan permukaan semakin besar. 9. Perhatikan pula air yang mengalir pada kedua kran outflow, dari lubang pori berada tepat dibawah tangki. 10. Mengukur tinggi air pada piezometer. 11. Ukur dengan interfal waktu tertentu. 12. Tunggu sampai perubahan konsisten di angka tertentu. 13. Limpasan akan mencapai nilai konstan saat waktu konsentrasi telah tercapai. Jika keadaan tersebut telah tercapai, maka hujan buatan dapat dihentikan dan menunjukkan telah terjadi keseimbangan antara hujan, debit, dan kehilangan air infiltrasi 14. Setelah data didapatkan mesin dimatikan. 15. Melakukan percobaan point 1 sampai dengan 15 untuk intensitas hujan yang berbeda, kepadatan ɣ d 0,83 gr/cm 3, 0,96 gr/cm 3 dan 1,09 gr/cm 3 kemiringan 2%.

6 46,8 % dan lempung 35,2 % dari hasil tersebut didapat jenis tanah dari segitiga tekstur tanah termasuk silty clay loam ( liat lempung berlanau ). Dari hasil pengujian specific gravity didapatkan harga Gs 2, Analisis Debit Limpasan Besarnya debit limpasan dengan berbagai variasi kepadatan ditunjukkan pada tabel 1. Gambar 5 Proses Pengaturan Hujan 2 Liter/ menit pada Alat Rainfall Simulator Gambar 6 Proses Pengukuran Debit Limpasan pada Alat Rainfall Simulator Dari gambar 5 proses pengaturan hujan 2 liter/menit pada alat rainfall simulator dengan cara memutar kran sampai angka menunjukkan 2 liter/menit. Setelah hujan keluar dari spray nozzle akan terjadi debit limpasan. Pengukuran debit limpasan pada alat Rainfall Simulator. ( dapat dilihat pada gambar 6 ) IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisis Karakteristik Tanah Pada penelitian ini sampel tanah yang digunakan yaitu tanah galian, yang berlokasi di Kelurahan Tlogomas. Dari hasil pengujian yang dilakukan di Laboratorium Tanah dan Air Tanah, Jurusan Teknik Pengairan diperoleh gradasi butiran tanah yang dilakukan untuk pengujian debit limpasan permukaan pada alat Rainfall Simulator mengandung presentasi pasir 18 %, lanau Tabel 1 Perbandingan Debit pada Variasi Kepadatan (ɣ d ) ɣd Kemiringan Debit Debit rerata ( s ) ( Q ) ( Q ) ( gr/cm 3 ) ( % ) ( Liter/menit ) ( Liter/menit ) 0,83 2 1,6 1,60 Tidak jenuh air 0,83 2 1,65 0,83 2 1,7 1,71 Jenuh Air 0,83 2 1,78 0,96 2 1,75 1,75 Tidak jenuh air 0,96 2 1,8 0,96 2 1,7 1,77 Jenuh Air 0,96 2 1,8 1,09 2 1,8 1,80 Tidak jenuh air 1,09 2 1,8 1,09 2 1,8 1,09 2 1,8 Pada tabel 1 dengan Kepadatan (ɣ d ) 0,83 gr/cm 3, Kepadatan (ɣ d ) 0,96 gr/cm 3, Kepadatan (ɣ d ) 1,09 gr/cm 3 semakin besar Kepadatan (ɣ d ) debit limpasan akan semakin besar. Dari fenomena penelitian ini dapat diaplikasikan pada lokasi sebaiknya kepadatan kecil agar debit limpasan kecil dan memperbesar infiltrasi, sehingga bisa mengurangi debit limpasan yang akan menyebabkan dampak banjir jika terjadi debit limpasan terus menerus dan air tidak bisa diresapkan secara maksimal pada tanah. Semakin kecil debit limpasan pada lokasi akan semakin bagus untuk upaya mengurangi terjadinya banjir dan memperbanyak infiltrasi akan semakin bagus untuk upaya meningkatkan cadangan air pada tanah, dimana air hujan yang jatuh di permukaan tanah tidak langsung dialirkan ke saluran drainase menuju ke sungai sebaiknya di kendalikan agar terinfiltrasi pada tanah meningkatkan kualitas airtanah. keterangan 1,80 Jenuh Air dan bisa

7 4.2.1 Pengaruh Kepadatan Terhadap Debit Limpasan Gambar 7 Pengaruh Kepadatan Terhadap Debit Limpasan Dari gambar 7 pengaruh kepadatan terhadap debit limpasan pada kepadatan (ɣ d ) 0,83 gr/cm 3 dan (ɣ d ) 0,96 gr/cm 3 untuk keadaan jenuh air debit limpasan lebih besar dari pada keadaan tidak jenuh air. Hal ini disebabkan karena pada saat jenuh air infiltrasinya lebih kecil dari kondisi tidak jenuh air. Tetapi pada kepadatan (ɣ d ) 1,09 gr/cm 3 debit limpasan jenuh air sama dengan dari keadaan tidak jenuh air yaitu 1,8 liter/menit. Karena pada saat kepadatan (ɣ d ) 1,09 gr/cm 3 besar infiltrasinya sama yaitu mempunyai nilai infiltrasi kecil. Untuk keadaan tidak jenuh air dan jenuh air semakin besar kepadatan debit limpasan akan semakin besar. Pada tanah tidak jenuh kenaikan debit limpasan semakin besar dari pada kondisi tanah jenuh. Hal ini membuktikan faktor kepadatan tanah (ɣ d ) berpengaruh terhadap besar kecilnya debit limpasan. V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian di Laboratorium tentang hubungan debit limpasan dengan kepadatan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: Hubungan antara debit limpasan dengan variasi kepadatan adalah berbanding lurus, debit limpasan akan meningkat jika tingkat kepadatannya meningkat. Dalam pengujian ini debit limpasan maksimum terjadi pada kepadatan (ɣ d ) 1,09 gr/cm 3 yaitu sebesar 1,8 liter/menit pada kondisi tidak jenuh air dan jenuh air. sedangkan debit limpasan minimum terjadi pada keadaan tanah tidak jenuh air kepadatan (ɣ d ) 0,83 gr/cm 3 yaitu sebesar 1,60 liter/menit. 5.2 Saran Dalam pengukuran debit limpasan di Laboratorium, sebaiknya percobaan dilakukan dengan memperbanyak variasi kemiringan (%), kepadatan (ɣ d ) dan intensitas hujan yang lebih banyak untuk memperkuat hasil yang didapat. Agar lebih signifikan dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh aliran masuk (inflow), disamping hujan terhadap debit limpasan. VI. DAFTAR PUSTAKA Asdak,C Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press. Hakim, dkk Dasar-dasar Imu Tanah. Lampung: Universitas Lampung. Hardiyatmo, H. C Mekanika Tanah I. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press. Indarto Hidrologi: Dasar Teori dan Contoh Aplikasi Model Hidrologi. Jakarta: PT Bumi Askara. Islami, Wani Hubungan Tanah, Air dan Tanaman. Semarang: IKIP Semarang Press. Januardin Pengukuran Laju Infiltrasi pada Tata Guna Lahan yang Berbeda di Desa Tanjung Selamat Kecamatan Medan Tuntungan Medan. Medan: Departemen Ilmu Tanah FP USU.

8 Kartasapoetra Kerusakan Tanah Pertanian dan Usaha Untuk Merehabilitasinya. Jakarta: Bina Aksara. Maryono, A, Banjir, Kekeringan dan Lingkungan. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada. Noorvy, D Analisa Penentuan Model Infiltrasi pada Alat Simulator Hujan Untuk Tanah Lempung Berliat Jenuh Air. Skripsi tidak dipublikasikan. Malang: Universitas Brawijaya. Pratama, H. A Hasil Penelitian Fakultas Teknik. Model Ekperimen Pengaruh Kepadatan, Intensitas Curah Hujan dan Kemiringan Terhadap Resapan pada Tanah Organik. Makasar: Fakultas Teknik Universitas Hasanudin. Soemarto, C. D Hidrologi Teknik. Surabaya: Usaha Nasional Surabaya Indonesia. Sosrodarsono, S Hidrologi Untuk Pengairan. Jakarta: PT Pradnya Paramita. Suripin, Pelestarian Sumber Daya Tanah dan Air. Yogyakarta: Andi. Utomo, W. H Erosi dan Konservasi Tanah. Malang: IKIP Malang. Wilson, E. M Hidrologi Teknik. Bandung: Penerbit ITB Bandung.