Pertemuan V Infiltrasi Bobby Minola Ginting, ST.,MT. Albert
Wicaksono, ST.,MT. Taya Kadhita, ST. Jurusan Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Katolik Parahyangan Infiltrasi Definisi: aliran
air ke dalam tanah melalui permukaan tanah secara vertikal
Parameter yg mempengaruhi: Intensitas hujan Kondisi permukaan
tanah: jenis penutup tanah Sifat tanah: porositas Kelengasan tanah
Tanaman penutup lahan Topografi Pengukuran: Single/double ring
infiltrometer Tension infiltrometer Rainfall simulator 1 2 3 4 5 1
2 3 4 5 Intensitas Hujan Kecil Intensitas Hujan Tinggi 1.
Intensitas Hujan2. Infiltrasi 3. Soil Moisture4. Perkolasi ke air
tanah 5. Aliran air tanahInfiltrasi Perkiraan/Perhitungan:
Green-Ampt Horton Phillips Indeks- dan Indeks-W Hidrograf banjir
(Schultz) Kapasitas infiltrasi (fp): kecepatan infiltrasi maksimum
yg dpt terjadi. Kecepatan maks terjadi pada awal hujan besar. Nilai
fp mengecil mendekati nilai tetap & rendah saat tanah mulai
menjadi jenuh. Laju infiltrasi (fa): kecepatan infiltrasi
sesungguhnya yg nilainya dipengaruhi oleh intensitas hujan (i) dan
kapasitas infiltrasi (fp). Infiltrasi berpengaruh thd pengurangan
debit banjir dan erosi, sumber air di musim kemarau, sumber air
tanaman, dan pengisian air tanah. Infiltrasi Di dalam sebuah bidang
tanah ABCD, spt pd gambar terdapat 3 buah komponen, yaitu udara,
air dan partikel tanah. Ketiga komponen ini mempengaruhi nilai
porositas dan kelembaban tanah sbg berikut: Porositas ():
Kelembaban tanah ():total volumeudara volume= qtotal volumeair
volume= u= kandungan air = partikel tanah =void/rongga udara AB CD
Green-Ampt konsep Laju infiltrasi (cm/s): ( )( ) ((
A+ =t FK t f u1Infiltrasi kumulatif (cm):( )( )||.|
\|A + A + =u u t FK t Ft1 lnKeterangan gambar & rumus :
porositas tanah (cm) Kt : konduktivitas hidraulik (cm/jam) :
perubahan kelengasan tanah ( i) i : kelengasan awal : kelengasan
tanah saat jenuh F(t): infiltrasi (cm) f(t) : kecepatan infiltrasi
(cm/s) Nilai-nilai parameter dapat diperoleh dari pengamatan fisik
di lapangan. Tanah kering Tanah jenuh Konduktivitas, K L Perm.
tanah Batas lapisan jenuh Perm. air tergenang h0 i s = L h0 Batas
lapisan jenuh *) nilai F(t) dicoba-coba, hingga F(t)kiri =
F(t)kanan, dimulai dgn F(t)=Kt Green-Ampt parametertanah Green-Ampt
pd 2 lapisan tanah Pd tanah yg terdiri dari 2 lapisan jenis tanah
yg berbeda, persamaan Green-Ampt berubah menjadi: Lapis 1: K1, 1, 1
Lapis 2: K2, 2, 2 H1 H2 L2 Batas lapisan jenuh ( ) ( )2 1 21 2 2 12
1L HK L K HK Kt f + ++= ( )2 2 1 1u u A + A = L H t F Apabila kedua
persamaan di atas disubstitusi dlm bentuk persamaan diferensial
dalam L2, kemudian diintegrasikan maka akan menjadi: Pers.
Green-Ampt 2 lapis tanah ini hanya digunakan apabila batas lapisan
jenuh mencapai tanah lapis ke-2. Apabila batas lapis jenuh berada
di lapis 1, gunakan persamaan Green-Ampt biasa. Pers. Green-Ampt 2
lapis tanah ini dapat digunakan apabila tanah lapis 1 lebih
permeable dibandingkan tanah lapis 2. ( ) | |((
++ + A A +A=1 221 2 1 2 2 1 22 1 2221 ln1HLH K K HK K KL t u
uuGreen-Ampt waktu penggenangan Definisi: waktu sejak dimulainya
hujan hingga saat air mulai menggenang pd permukaan lahan
Dirumuskan: ( ) K i iKtpA=u t: waktu kejadian hujan (jam)tp: waktu
penggenangan (jam) K : konduktivitas hidraulik: porositas tanah :
perubahan kelengasan tanah Perbandingan waktu kejadian hujan dgn
waktu penggenangan: t < tp : semua hujan akan terinfiltrasi;
tanpa menyebabkan kejenuhan tanah t = tp : semua hujan akan
terinfiltrasi dan akanmenyebabkan kejenuhan tanah t > tp : tidak
semua hujan terinfiltrasi dan area jenuh akan semakin dalam t <
tp t = tp t > tp Kedalaman tnah Green-Ampt contoh soal Suatu
daerah yg memiliki parameter tanah sebagai berikut: K = 5 cm/jam ;
= 0,518 ; i = 0,318 ; = 23,80 cm ; i = 20,02 cm/jam Dengan
menggunakan metode Green-Ampt, tentukan: a) Infiltrasi kumulatif b)
Kecepatan infiltrasi Jawab: a) Infiltrasi kumulatif:( )( )( )( )cmt
FK t Ft418 , 8318 , 0 518 , 0 80 , 2351 ln 318 , 0 518 , 0 80 , 23
51 ln=||.|
\| + + =||.|
\|A + A + =u u Trial F(t) Inf kum, F(T)[cm] [cm]1 5 8.4182 8.418
9.8473 9.847 10.3374 10.337 10.4945 10.494 10.5446 10.544 10.5597
10.559 10.5648 10.564 10.5659 10.565 10.56610 10.566 10.566Nilai
F(t)kiri F(t)kanan lakukan iterasi ulang dgn menggunakan nilai F(t)
hasil perhitungan terakhir F(t) = 10,566 cm b) Laju infiltrasi: (
)( )( )jam cmt FK t f / 253 , 7566 , 1080 , 23 318 , 0 518 , 01 5 1
=((
+ =((
A+ = uGreen-Ampt contoh soal Suatu lahan yg memiliki parameter
tanah sebagai berikut: K = 0,65 cm/jam ; = 0,554 ; i = 0,214 ; =
16,70 cmBerapakah waktu penggenangan yang terjadi saat: a) i = 1
cm/jam b) i = 5 cm/jam Jawab: a) i = 1 cm/jam b) i = 5 cm/jam ( )(
)( )jamK i iKtp5 , 1065 , 0 1 1214 , 0 554 , 0 70 , 16 65 , 0= =A=u
( )( )( )menit jamK i iKtp10 17 , 065 , 0 5 5214 , 0 554 , 0 70 ,
16 65 , 0~ = =A=u Persamaan Horton Kecepatan infiltrasi akan
dimulai dr suatu nilai f0 dan akan menurun menurut persamaan
eksponensial hingga mencapai suatu kecepatan tetap (konstan) fc.
Infiltrasi kumulatif: Laju infiltrasi: f0 fC t k2> k1k1 k2 f0 f
t F kec infiltrasi,f infiltrasi kumulatif,F Variasi Parameter
KKecepatan Infiltrasi dan Jumlah Infiltrasi ( ) ( )t kc ce f f f t
f + =0( ) ( )( )t k ccekf ft f t F + =0f(t): kecepatan infiltrasi
f0 : kecepatan infiltrasi awal fc : kecepatan infiltrasi akhir
(bernilai konstan) k : konstanta pengurangan F(t): infiltrasi
kumulatif Persamaan Phillips Infiltrasi kumulatif: Laju infiltrasi:
Nilai sorptivitas (sorptivity) merupakan fungsi dari daya hisap
tanah. Term Kt pd persamaan Phillip menggambarkan nilai daya hisap
dan gravitasi. Pd infiltrasi arah horisontal (perkolasi), persamaan
Phillip dapat disederhanakan menjadi:sehingga nilai sorptivitas
dapat juga dirumuskan sebagai: ( ) t K t S t F + =21( ) K t S t f +
=2121S: sorptivitas t: waktu K: konduktivitas hidrolik ( )21t S t F
=( )21tt FS =Persamaan Phillips contoh soal Terdapat suatu lokasi
yang memiliki parameter tanah sebagai berikut: K = 0,4 cm/jam ; S =
5 cm.jam1/2 Dengan persamaan Phillips, hitung infiltrasi kumulatif
dan laju infiltrasi selama 30 menit apabila tanah dalam kondisi
jenuh! Jawab: t = 30 menit = 0,5 jam Infiltrasi kumulatif
berdasarkan pers. Phillips: Laju infiltrasi berdasarkan pers.
Phillips: ( ) ( ) cm t K t S t F 74 , 3 5 , 0 4 , 0 5 , 0 52121= +
= + =( ) ( ) cm K t S t f 936 , 3 4 , 0 5 , 0 521212121= + = + =
-indeks Indeks Infiltrasi adalah laju rerata kehilangan air karena
infiltrasi, sehingga volume hujan yg lebih dr laju infiltrasi ini
akan menjadi aliran permukaan (limpasan). -indeks adalah laju
infiltrasi rerata atau kapasitas infiltrasi rata-rata dari seluruh
periode hujan. -indeks dirumuskan: Green-Ampt, Horton, Phillip DAS
luas dan heterogen Infiltrasi pd 1 lokasi homogen Indeks Infiltrasi
hujan waktu Lamarecharge Basin== = ur rindeksTQ PTFF: infiltrasi
total P: hujan total Q: aliran permukaan total Tr: waktu terjadinya
hujan Intensitas hujan (mm/jam) waktu Basin recharge Volume
limpasan indeks Histogram curah hujan -indeks contoh soal Terdapat
suatu nilai distribusi hujan sebagai berikut: Apabila tinggi
limpasan sebesar 2 cm, hitunglah nilai indeks ! Jawab: Total hujan:
P = 0,5+1,5+1,2+0,3+1,0+0,5 = 5 cm Kehilangan akibat infiltrasi: F
= PQ = 5 2 = 3 cm Perkiraan nilai indeks : Nilai ini kemudian
diperiksa terlebih dahulu apakah akan menghasilkan nilai tinggi
limpasan yg sesuai dgn data yg diketahui. Jam0123456 Intensitas
hujan (cm/jam)0,51,51,20,31,00,5 jam cmTQ Prindeks/ 5 , 063= ==
u-indeks contoh soal Terdapat suatu nilai distribusi hujan sebagai
berikut: Apabila tinggi limpasan sebesar 2 cm, hitunglah nilai
indeks ! Jawab: Jam0123456 Intensitas hujan
(cm/jam)0,51,51,20,31,00,5 Jam Hujan = 0,5 = 0,54 = 0,5670 - 1 0.5
0.001 - 2 1.5 1.00 0.96 0.932 - 3 1.2 0.70 0.66 0.633 - 4 0.34 - 5
1.0 0.50 0.46 0.435 - 6 0.5 0.00jumlah 5.0 2.20 2.08 2.00limpasan
pd berbagai nilai 1. Hitung tinggi limpasan dgn rumus: Q = P 2.
Nilai tinggi limpasan yg < 0 tidak perlu diperhitungkan. 3.
Jumlahkan tinggi limpasan. 4. Jika tinggi limpasan berbeda dgn yg
diketahui, koreksi nilai sbg berikut: 5. Ulangi langkah 1 s/d 3
hingga diperoleh tinggi limpasan yg sama dgn yg diketahui. NQ Qi
i01 E+ u = ui : nilai baru i-1 : nilai sebelumnya Q : tinggi
limpasan total Q0: tinggi limpasan diketahui N : jumlah data yg
diperhitungkan Q=1,5 0,5= 1,054 , 050 , 2 20 , 25 , 0 =+ = uiNilai
indeks = 0,567 cm/jam -indeks contoh soal Terdapat suatu nilai
distribusi hujan sebagai berikut: Apabila tinggi limpasan sebesar 2
cm, hitunglah nilai indeks ! Jawab: Jam0123456 Intensitas hujan
(cm/jam)0,51,51,20,31,00,5
0.51.51.20.31.00.50.00.20.40.60.81.01.21.41.60.00.20.40.60.81.01.21.41.60
1 2 3 4 5 6Intensitas hujan (cm/jam)Waktu kejadianhujan (jam
ke-)indeks = 0,567 cm/jam Massa limpasan ( hujan efektif) -indeks
contoh soal Terdapat suatu nilai distribusi hujan sebagai berikut:
Apabila tinggi limpasan sebesar 2 cm, hitunglah nilai indeks !
Jawab: Cara lain yg dapat dilakukan adalah dengan menebak indeks
berdasarkan perkiraan awal. Perkiraan nilai awal indeks : Dengan
mengasumsikan nilai indeks berada di antara 0,5 dan 1 cm/jam:
Karena nilai indeks sesuai dengan asumsi, maka nilai indeks = 0,567
cm/jam Jam0123456 Intensitas hujan (cm/jam)0,51,51,20,31,00,5 jam
cmTQ Prindeks/ 5 , 063= == u( ) ( ) ( )jam cm/ 567 , 0 2 3 7 , 32 0
, 1 2 , 1 5 , 1= u = u = u + u + u W-indeks Basin recharge yg
dihitung pada indeks sebenarnya mencakup Intersepsi, Detention
Storage dan Infiltrasi. Nilai infiltrasi sebenarnya dapat
ditentukan menggunakan W-indeks Initial abstraction (kehilangan
awal) adalah semua nilai hujan yang hilang sebelum terjadinya
aliran permukaan (limpasan langsung). hujan waktuLaman abstractio
Initial - recharge Basin W =Intensitas hujan (mm/jam) waktu
Limpasan langsung indeksBasin recharge Kehilangan awal US Soil
Conservation Service menetapkan nilai Initial abstraction adalah
20% dr selisih maksimum antara hujan dan aliran, dirumuskan
sebagai: ( ) Q P Ia = 2 , 0Responsi Hidrologi Teknik Topik:
InfiltrasiSoal 1 Diketahui pada suatu daerah didominasi jenis tanah
silt loam silty clay sandy clay loam dengan tingkat kelembaban 30%.
Apabila terjadi hujan selama 4 jam dengan intensitas konstan
sebesar 2 cm/jam, berdasarkan metode Green-Ampt, tentukanlah: a)
Laju infiltrasi (f), pada t = 1 jamb) Kumulatif infiltrasi (F),
pada t = 1 jam c) Waktu dan laju infiltrasi saat kumulatif
infiltrasi F sebesar 6 cm. *) Parameter infiltrasi untuk
masing-masing jenis tanah dapat dilihat pada referensi yang
tersedia.Soal 2 Diketahui distribusi hujan selama 12 jam sebagai
berikut: Tinggi limpasan langsung adalah 16 cm. Hitunglah: a) Nilai
indeks ! b) Nilai Windeks apabila kehilangan akibat intersepsi dan
detention storage adalah 1 cm! Waktu (jam)0 22 44 66 88 1010 12
Intensitas hujan (cm/jam)1,02,04,03,00,51,5 Soal 3 Pada suatu lahan
diketahui parameter soptivitas tanah = 5 cm.jam-1/2 dan K = 0,4
cm/jam. Dengan menggunakan metode Phillips tentukanlah Infiltrasi
Kumulatif dan Laju Infiltrasi pada waktu ke: 0; 0,5; 1; 1,5; dan 2
jam. Kemudian buatlah grafik hubungan antara laju infiltrasi dan
infiltrasi kumulatif sebagai fungsi dari waktu! Soal 4Dalam suatu
percobaan menggunakan infiltrometer diperoleh laju infiltrasi di
suatu lokasi sebagai berikut: Berdasarkan data di atas,
tentukanlah: a) Nilai parameter k pd persamaan laju infiltrasi
Horton !b) Nilai laju infiltrasi pada waktu 10 menit, 30 menit dan
1 jam!c) Infiltrasi kumulatif (total infiltrasi) selama 3 jam!
Waktu (jam)00,250,500,751,01,251,501,752,0 Laju infiltrasi
(cm/jam)10,45,63,22,11,51,21,11,01,0 ( ) ( )ktc ce f f f t f +
=0Petunjuk penyelesaian soal a: 1. Ubah persamaan:2. Ubah persamaan
dalam log: 3. Ubah persamaan dalam bentuk t = ...... 4. Gunakan
perhitungan garis regresi linier:y=mx + c dgn y = t dan x = log
(f(t) fc) 5. Gunakan prinsip kemiringan garis m utk mendapat nilai
k. ( ) ( ) ( ) ( )ktc cktc ce f f f t f e f f f t f = + =0 0( ) ( )
( ) e kt f f f t fc clog log log0 = Terima Kasih
