Infiltrasi dan Perkolasi

Infiltrasi adalah proses perpindahan air dari atas ke dalam permukaan tanah melalui pori-pori tanah (CD.Seomarto, 1999). Dari siklus hidrologi terlihat jelas bahwa air hujan yang jatuh di permukaan tanah sebagian akan meresap ke dalam permukaan tanah, sebagian lagi akan mengisi cekungan permukaan dan sisanya merupakan ‘overland flow’. Presipitasi mencapai tanah dan sebagian masuk (infiltrate). Ini merupakan proses gerakan dari atmosfer ke dalam tanah. Infiltrasi dapat dinyatakan sebagai laju (rate) atau total. Contoh:  infitrasi tanah 1.2 inches/jam.  Atau, tanah mempunyai kapasitas infiltrasi total 3 inches.

Perkolasi, Bila air masuk (infiltrates) ke dalam tanah, gerakan air ke bawah melalui profil tanah telah mulai. Perkolasi, kondisi jenuh air bergerak ke bawah karena pengaruh gravitasi. Atau, air bergerak sebagai aliran tak jenuh (unsaturated flow) karena gaya kapiler.

 

Infiltrasi adalah perpindahan air dari atas ke dalam permukaan tanah. Kebalikan infiltrasi adalah rembesan (see page). Sedangkan yang dimaksud dengan daya Infiltrasi (Fp) adalah laju infiltrasi maksimum yang dimungkinkan, ditentukan oleh kondisi permukaan termasuk lapisan atas dari tanah. Besarnya daya infiltrasi dinyatakan dalam mm/jam atau mm/hari. Untuk lebih memperjelas arti f dan p, dapat dilihat dari gambar di bawah ini:

Pada Gambar A di atas akan menghasilkan daya infiltrasi yang besar, tetapi daya perkolasinya kecil, karena lapisan atasnya terdiri dari lapisan kerikil yang mempunyai permeabilitas tinggi dan lapisan bawahnya terdiri dari lapisan tanah liat yang relatif kedap air. Demikian juga sebaliknya pada Gambar B akan menghasilkan daya infiltrasi yang kecil, tetapi daya perkolasinya besar, karena lapisan atasnya terdiri dari lapisan kedap air dan lapisan bawahnya tiris.

Empat zona dalam infiltrasi

Infiltrasi mempunyai arti penting terhadap:

Proses Limpasan

Daya infiltrasi menentukan besarnya air hujan yang dapat diserap ke dalam tanah. Sekali air hujan tersebut masuk ke dalam tanah ia dapat 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.

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 daerahtidak jenuh tadi. Pengukuran lengas tanah menggunakan alat ukur:

Pengisian kembali lengas tanah sama dengan selisih antara 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 adalah:

a. Karakteristik –karakteristik hujan

b. Kondisi-kondisi permukaan tanah

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

    - Pencucian partikel yang halus dapat menyumbat pori-pori pada permukaan tanah dan mengurangi laju inflasi.

    - Laju infiltrasi awal dapat ditingkatkan dengan jeluk detensi permukaan.

    - Kepastian infiltrasi ditingkatkan dengan celah matahari.

    - Kemiringan tanah secara tidak langsung mempengaruhi laju infiltrasi selama tahapan awal hujan berikutnya. 

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

c. Kondisi-kondisi penutup permukaan

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

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

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

 d. Transmibilitas tanah

            - Banyaknya pori yang besar, yang menentukan sebagian dari setruktur tanah, merupakan salah satu

              faktor penting yang mengatur laju transmisi air yang turun melalui tanah.

            - Infiltrasi beragam secara terbalik dengan lengas tanah.

      c. Karakteristik-karakteristik air yang berinfiltrasi

            - Suhu  air mempunyai banyak pengaruh, tetapi penyebabnya dan sifatnya belum pasti.

            - Kualitas air merupakan faktor lain yang mempengaruhi infiltrasi. 

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju infiltrasi:

Laju infiltrasi ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu jenis permukaan tanah, kadar air, tumbuh-tumbuhan, dan cara pengolahan tanah. Faktor-faktor tersebut dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok (Musgrave dan Holtan, 1964 dalam Sri Harto, 1984), yaitu sifat-sifat permukaan tanah, kepadatan tanah, sifat dan jenis tanaman.

Sifat-sifat permukaan tanah

Proses infiltrasi diawali dengan meresapnya air melalui permukaan tanah, maka sifat-sifat permukaan tanah memegang peranan penting bahkan untuk menentukan batas infiltrasi dengan tidak mengabaikan peranan dari lapisan tanah di  bawahnya. Diantara sifat-sifat yang penting adalah kepadatan tanah, sifat dan jenis tanaman, dan cara bercocok tanam.

Kepadatan tanah

Makin meningkatnya kepadatan tanah maka infiltrasi makin kecil. Akibat adanya impak butir-butir air hujan pada waktu terjadi hujan maka kepadatan tanah akan bertambah.

Sifat dan jenis tanaman

Dengan adanya tanaman akan memberikan keuntungan karena akan memperbesar infiltrasi. Hal ini disebabkan adanya:

• Akar tanaman yang menyebabkan struktur tanah makin gembur yang berarti memperbesar permeabilitas tanah.
• Tanaman di permukaan yang dapat mengurangi kecepatan “run-off” sehingga memperbesar waktu tinggal air di permukaan.
• Pemadatan yang diakibatkan oleh impak butir-butir air hujan di permukaan sangat berkurang. Sebenarnya yang memberikan pengaruh lebih besar adalah kerapatan tanaman daripada jenis tanaman.

Cara pengerjaan tanah

Cara pengerjaan tanah dengan tersering yang benar akan memperbesar infiltrasi pula.

Sifat transmisi lapisan tanah

Sifat perlapisan tanah juga akan sangat menentukan besarnya laju infiltrasi, misalnya:

• Formasi tanah dengan kapasitas perkolasi besar tetapi kapasitas infiltrasi kecil.
• Formasi tanah dengan kapasitas infiltrasi besar tetapi kapasitas perkolasi kecil.

Pengaturan dari kapasitas penampungan (depletion of storage capacity)

Kapasitas penampungan menentukan penampungan untuk air infiltrasi tetapi dapat juga menyebabkan tahanan terhadap aliran air. Pada menit pertama infiltrasi cukup besar, tetapi apabila pori-pori tanah telah terisi air maka infiltrasi sepenuhnya ditentukan oleh laju transmisi lapisan tanah. Kadar air awal (initial moisture content) berpengaruh paling besar pada 10-20 menit pertama. Pengembalian kadar air pada “field capacity” atau pengisian kembali ke “soil moisture deficiency” akan terjadi kira-kira sesuai skema berikut:

Perkolasi adalah pergerakan air di dalam tanah melalui “soil moisture zone” pada lapisan tidak kenyang air (tak jenuh/unsaturated) sampai mencapai muka air tanah/ke dalam lapisan jenuh (CD.Soemarto, 1999). Perkolasi tidak akan terjadi sebelum daerah tak jenuh mencapai kapasitas lapang (field capacity). 

Untuk mempermudah uraian selanjutnya perlu dijelaskan pengertian beberapa istilah yang digunakan, antara lain:

1. Kapasitas lapang (field capacity) adalah jumlah kandungan air maksimum yang dapat ditahan oleh tanah terhadap pengaruh gaya gravitasi.
2. Soil moisture deficiency (smd) adalah jumlah kandungan yang masih diperlukan untuk membawa tanah pada “field capacity”.
3. Abstraksi awal (initial abstraction) adalah jumlah intersepsi dan tampungan permukaan (depression storage) yang harus dipenuhi sebelum terjadi limpasan (overland flow).
4. Intersepsi adalah air hujan yang langsung diserap oleh tanaman
5. Kapasitas infiltrasi (fp) adalah laju infiltrasi maksimum yang bisa terjadi jika ada cukup air. Kapasitas ini tergantung dari kondisi permukaan, termasuk lapisan tanah yang paling atas. Satuan yang biasa digunakan adalah mm/jam.
6. Laju infiltrasi (fa) adalah laju infiltrasi yang sesungguhnya terjadi yang dipengaruhi oleh intensitas hujan dan kapasitas infiltrasi.
7. Kapasitas perkolasi (Pp) adalah laju perkolasi maksimum. Kapasitas perkolasi dipengaruhi oleh kondisi tanah di bawah permukaan pada daerah tak jenuh.
8.  Laju perkolasi (Pa) adalah laju perkolasi yang sesungguhnya terjadi. Laju perkolasi tergantung pada kondisi tanah baik, di permukaan maupun di bawah permukaan pada daerah tak jenuh. Nilainya sangat dipengaruhi oleh laju infiltrasi dan kapasitas perkolasi.