PERGERAKAN AIR TANAH TIGA DIMENSI DI TANAH BERHUTAN DAN AGROFORESTRY HANGGA PRIHATMAJA DEPARTEMEN MANAJEMEN HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011
SUMMARY HANGGA PRIHATMAJA. E14051536. 2011. Three-Dimensional Water movement in Forest Soil and Agroforestry. Supervised by Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr. Water movement in soil is an important phenomenon to be studied, especially in relation to the implementation of proper forest management on water cycles and nutrient cycling in soil on plant growth and flood control. The soil water movement, especially in the unsaturated soil, is driven by the non-equilibrium system which causes water flow from high potential to low potential, therefore, the water saturation level always change. Richard (1931) developed the model of water movement in unsaturated soil based on Darcy's law, where the unsaturated water movement is influenced by the unsaturated hydraulic conductivity as a function of water retention. Therefore, the knowledge or data of K( ) and ( ) functions are needed. One of models of K( ) and ( ) functions is lognormal (LN) model developed by the Kosugi (1994). The research objective is to determine three-dimensional soil water movement in forested and agroforestry catchment area by applying computational techniques of threedimensional unsaturated flow introduced by Kosugi (2000). Computation uses three-dimensional (3D) unsaturated water flow model of Richard's equation modified by Šimůnek et al. (2006), and LN models of soil water retention curve ( ( )) and hydraulic conductivity (K( ). The soil hydraulic properties of forest soil of Rokko Mountain (HTN r ), forest soil of Gunung Walat Educational Forest, HPGW (HTN gw ), and agroforestry soil of HPGW (AF) are used as inputs. The three-dimensional computation technique shows the good result of computation, which is indicated by the changing of pressure head with time and rainfall. Based on the characteristic of ( ), the ability to retain water of both layer of HTN gw soil is highest in comparison with AF and HTN r. Based on the characteristics of K( ), the ability to drain water of HTN gw soil in the layer 10 cm is highest in comparison with HTN r and AF, while in a layer 50 cm the ability to drain water of HTN r soil is highest in comparison with AF and HTN gw. Generally based on the characteristics of soil hydraulic flow in layer 10 cm and 50 cm of soil, when no rain, the three-dimensional drainage proccess in HTN r is fastest in comparison with HTN gw and AF, while when there is a rain, three-dimensionally drainage process in HTN gw and AF is faster than HTN r Keyword : Flow, 3D, Lognormal, Rokko, HPGW
RINGKASAN HANGGA PRIHATMAJA. E14051536. 2011. Pergerakan Air Tanah Tiga Dimensi di Tanah Berhutan dan Agroforestry. Dibimbing oleh Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr. Pergerakan air dalam tanah merupakan fenomena penting untuk dipelajari, terutama dalam kaitannya dengan pelaksanaan pengelolaan hutan yang tepat terhadap siklus air dan siklus hara di dalam tanah terhadap pertumbuhan tanaman dan pengendalian banjir. Pergerakan air tanah, terutama di tanah tidak jenuh, terjadi karena terdapat sistem yang tidak setimbang (nonequilibirium system) yang menyebabkan aliran air dari potensial tinggi ke potensial rendah. Richard (1931) mengembangkan model untuk menduga aliran air dalam tanah tidak jenuh berdasarkan pada hukum Darcy, dimana aliran air dalam tanah tidak jenuh dipengaruhi oleh kondusktivitas hidrolika tanah tidak jenuh sebagai fungsi dari retensi air tanah. Dengan demikian diperlukan pengetahuan atau data tentang fungsi hubungan K( ) dan ( ). Salah satu model fungsi ( ) dan K( ) adalah model lognormal (LN) yang dikembangkan oleh Kosugi (1994). Tujuan penelitian adalah mengetahui pergerakan air dalam tanah secara tiga dimensi di suatu daerah tangkapan air berhutan dan agroforestry menggunakan teknik komputasi aliran tidak jenuh tiga dimensi yang diperkenalkan oleh Kosugi (2000). Model aliran air 3D tidak jenuh menggunakan persamaan Richard yang telah dimodifikasi oleh Šimůnek et al. (2006), dan model retensi air tanah dan konduktivitas hidrolika tidak jenuh menggunakan model LN kurva retensi air tanah ( ( )) dan model LN konduktivitas hidrolik (K( )). Sifat hidrolika tanah yang digunakan sebagai masukan model adalah sifat tanah berhutan di Pegunungan Rokko-Jepang (HTN r ), tanah berhutan di Hutan Pendidikan Gunung Walat (HTN gw ), dan tanah agroforestry di Hutan Pendidikan Gunung Walat (AF). Teknik komputasi pergerakan air tanah 3D menunjukkan hasil komputasi yang baik, yang ditunjukkan oleh perubahan potensial matriks terhadap waktu dan kejadian hujan. Bedasarkan karakteristik ( ), kedua lapisan tanah HTN gw memiliki kemampuan menahan air tanah paling tinggi dibandingkan dengan HTN r dan AF, dan berdasarkan karakteristik K( ), tanah di lapisan 10 cm HTN gw memiliki kemampuan mengalirkan air tanah paling tinggi dibandingkan HTN r dan AF, sedangkan di lapisan 50 cm HTN r memiliki kemampuan mengalirkan air tanah paling tinggi dibandingkan HTN gw dan AF. Berdasarkan karakteristik hidrolika tanah di ketiga lokasi aliran tanah 3D di lapisan tanah 10 cm dan lapisan tanah 50 cm, ketika tidak ada hujan, proses drainase 3D di HTN r paling cepat dibandingkan dengan HTN gw dan AF, sedangkan ketika ada hujan, proses drainase 3D di tanah HTN gw paling cepat dibandingkan dengan AF dan HTN r. Kata kunci : Aliran, 3D, Lognormal, Rokko, HPGW.
PERGERAKAN AIR TANAH TIGA DIMENSI DI TANAH BERHUTAN DAN AGROFORESTRY HANGGA PRIHATMAJA Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan pada Departemen Manajemen Hutan Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor DEPARTEMEN MANAJEMEN HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011
Judul Skripsi : Pergerakan Air Tanah Tiga Dimensi di Tanah Berhutan dan Agroforestry. Nama : Hangga Prihatmaja Nomor Pokok : E14051536 Departemen : Manajemen Hutan Menyetujui, Dosen Pembimbing Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr NIP. 1961126 198601 1 001 Mengetahui, Ketua Departemen Manajemen Hutan IPB Dr. Ir. Didik Suharjito, MS NIP. 19630401 199403 1 001 Tanggal Lulus :
i KATA PENGANTAR Puji syukur penulis haturkan kepada Tuhan YME karena atas rizki-nya tugas akhir ini bisa diselesaikan. Tugas akhir yang berjudul PERGERAKAN AIR TANAH TIGA DIMENSI DI TANAH BERHUTAN DAN AGROFORESTRY memuat tentang pergerakan air dalam tanah secara tiga dimensi di suatu daerah tangkapan air dengan tanah berhutan dan tanah agroforestry menggunakan teknik komputasi aliran tidak jenuh tiga dimensi yang diperkenalkan oleh Kosugi (2000). Dengan teknik komputasi tersebut pergerakan air dalam tanah yang merupakan fenomena penting untuk dipelajari, terutama dalam kaitannya dengan pelaksanaan pengelolaan hutan yang tepat terhadap siklus air dan siklus hara di dalam tanah terhadap pertumbuhan tanaman dan pengendalian banjir, bisa dipantau secara cepat dan ringkas tanpa mengurangi kualitas informasi yang dihasilkan. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Paiman Ristiawan dan Ibu Endang Triyani selaku orang tua penulis yang sudah memberikan seluruh curahan kasihnya sehingga seluruh proses studi penulis bisa diselesaikan dengan baik. Kedua adik penulis, Ranie Febrianti dan Astri Janurdani. Bapak Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr dan Bapak Dr. Kenichi rou Kosugi atas segala ilmu yang diberikan serta bimbingan beliau selama proses studi yang penulis tempuh. Kawan-kawan sejawat sivitas akademika Fakultas Kehutanan IPB. Semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Bogor, September 2011 Penulis
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Karanganyar pada tanggal 11 Maret 1987 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Paiman Ristiawan dan Ibu Endang Triyani. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SD Islam Assyafi iyah Bekasi lulus tahun 1999, pendidikan menengah pertama di SLTP Putra I Jakarta lulus tahun 2002, dan pendidikan menengah atas SMA Negeri 42 Jakarta lulus tahun 2005. Pada tahun 2005 penulis diterima di IPB melalui jalur SPMB dan pada tahun 2006 menjadi bagian dari sivitas akademika Departemen Manajemen Hutan, Fakultas Kehutanan IPB. Selama menjadi mahasiswa penulis pernah menjadi asisten mata kuliah Inventarisasi Sumberdaya Hutan pada tahun ajaran 2006-2007 dan mata kuliah Hidrologi Hutan pada tahun ajaran 2007-2008. Penulis juga aktif di Badan Ekesekutif Mahasiswa Fakultas Kehutanan IPB pada tahun 2007-2008 sebagai Wakil Ketua BEM Fahutan IPB, Pengurus Cabang Sylva Indonesia IPB pada tahun 2007-2008 dan tahun 2008-2009 sebagai Koordinator Bidang Kajian Strategi dan Advokasi, dan menjadi interpreter atau penerjemah serta pendamping bagi tamu-tamu mahasiswa asing yang melakukan kunjungan ke Fahutan IPB. Selain itu selama menjadi mahasiswa penulis pernah mengikuti berbagai kegiatan pelatihan kemahasiswaan yang diadakan oleh IPB maupun mendapatkan undangan pelatihan dari Universitas Tsukuba, Jepang dan Universitas Kyoto, Jepang. Penulis melakukan kegiatan Praktek Poengenalan Ekosistem Hutan (PPEH) di KPH Banyumas Barat dan KPH Banyumas Timur pada tahun 2007, Praktek Pengelolaan Hutan (PPH) di Hutan Pendidikan Gunung Walat (HPGW) dan KPH Cianjur pada tahun 2009, dan Praktek Kerja Lapang (PKL) di KPH Bojonegoro pada tahun 2010. Dalam rangka menyelesaikan pendidikan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Fakultas Kehutanan IPB, penulis melakukan penelitian dan penyusunan skripsi dengan judul Pergerakan Air Tanah Tiga Dimensi Di Tanah Berhutan Dan Agroforestry di bawah bimbingan Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr.
SURAT PERNYATAAN Dengan ini saya nyatakan bahwa skripsi dengan judul PERGERAKAN AIR TANAH TIGA DIMENSI DI TANAH BERHUTAN DAN AGROFORESTRY adalah murni karya penulis sendiri dan belum pernah dipublikasikan di instansi manapun. Bogor, September 2011 Penulis