Konduktivitas Hidrolik

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Pergerakan air ditanah dipengarui oleh permeabilitas tanah. Permeabilitas tanah adalah kemampuan tanah meloloskan air. Tanah dengan permeabilitas tinggi dapat menaikkan laju infiltrasi sehingga menurunkan laju air larian. Pada ilmu tanah, permeabilitas didefenisikan secara kualitatif sebagai pengurangan gas-gas, cairan-cairan atau penetrasi akar tanaman atau lewat. Selain itu, permeabilitas juga merupakan pengukuran hantaran hidraulik tanah.

Selain hal diatas, air mempunyai kemampuan untuk bergerak vertikal kebawah dalam tanah dalam  kondisi jenuh yang disebapkan adanya gradient energi. Jika ruang dalam tanah telah jenuh dengan air maka air akan bergerak menurut hukum Darcy seperti pada air tanah di dalam aquifer.

Pengukuran permeabilitas tanah sangat penting untuk beberapa kepentingan di bidang pertanian, contohnya gerak air ke akar tanaman, proses masuknya air ke dalam tanah, aliran air drainase, evaporasi air pada permukaan tanah, semuanya dapat dipengaruhi oleh permeabilitas tanah yang berkaitan pula dengan peranan kondektifitas Hidroliknya. Praktikum kali ini membahas tentang kondutifitas hidrolik yang dilakukan untuk menghitung besaran permeabilitas terhadap tanah yang jenuh.

1.2  Rumusan Masalah

1.      Bagaimana cara mengetahui kecepatan gerakan vertikal air yang terjadi pada tanah pada kondisi jenuh?

2.      Bagaimana melakukan pengukuran konduktifitas hidrolik dengan menggunakan metode tinggi air tetap?

1.3 Tujuan dan Manfaat

1.3.1 Tujuan

1.      Untuk mengetahui kecepatan gerakan vertikal air yang terjadi pada tanah pada kondisi jenuh.

2.      Untuk mengetahui metode pengukuran konduktifitas hidrolik dengan menggunakan metode tinggi air tetap.

1.3.2 Manfaat

1.      Mahasiswa mampu mengetahui kecepatan gerakan air yang terjadi pada tanah kondisi jenuh

2.      Mahasiswa mengetahui cara pengukuran konduktifitas hidrolik dengan metode tinggi air tetap

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

1.1  Permeabilitas

                 Permeabilitas tanah adalah suatu kesatuan yang melipui infiltrasi tanah dan bermanfaat sebagai permudahan dalam pengolahan tanah. Permeabilitas merupakan sifat bahan berpori, dia dapat mengalir/merembes dalam tanah, (dalam tanah dapat terjadi erkolasi air). Tinggi rendahnya permeabilitas ditentukan ukuran pori.

                  Permeabilitas tanah memiliki lapisan atas dan bawah. Lapisan atas berkisar antara lambat sampai agak cepat (0,20  –  9,46 cm jam-1), sedangkan di lapisan bawah tergolong agak lambat sampai sedang (1,10 -3,62 cm jam-1). (Anonim, 2010)

            Satuan permeabilitas dalam satuan internasional (SI) adalah m2 . Satuan lain yang biasa digunakan adalah darcy (D) atau yang lebih umum milidarcy (mD). Satu darcy setara dengan 10-12 m². Satuan lain yang biasa digunakan adalah cm² . (1 m² = 104 cm²).

1.2  Faktor Yang Mempengaruhi Permeabilitas

            Ada beberapa faktor yang mempengaruhi jalanya permeabilitas adalah sebagai berikut :

a. Tekstur, Sangat mempengaruhi permeabilitas tanah. Hal ini dikarenakan permeabilitas itu adalah melewati tekstur tanah. Misalnya tanah yang bertekstur pasir akan mudah melewatkan air dalam tanah.

b. Struktur, Semakin banyak ruang antar struktur, maka semakin cepat juga permeabilitas dalam tanah tersebut. Misalnya tanah yang berstruktur lempeng akansulit di tembus oleh air dari pada berstruktur remah.

c. Porositas atau ruang pori, merupakan rongga antar tanah yang biasanya diisi air atau udara. Pori sangat menentukan sekali dalam permeabilitas tanah, semakin besar pori dalam tanah tersebut, maka semakin cepat pula permeabilitas tanah tersebut.

d. Viskositas, sama juga dengan kekentalan air, semakin kental air tersebut, maka semakin sulit juga air untuk menembuas tanah tersebut.

e. Gaya gravitasi atau gaya tarik bumi, juga sangat menentukan permeabilitas tanah,  karena permeabilitas adalah gaya yang masuk ke tanah menrut gaya gravitasi.

1.3  Faktor Yang Dipengaruhi Permeabilitas

            Beberapa faktor yang dipengaruhi oleh permeabilitas adalah sebagai berikut :

a.       Drainase, apabila permeabilitas tanah baik, maka waktu dalam pergerakan air akan semakin cepat, begitupula sebaliknya.

b.      Infiltrasi, penyerapan yang dilakukan tanah akan semakin cepat apabila drainase tanah itu baik.

c.       Pengolahan, apabila drainase dalam tanah tersebut baik, maka pengolahan dalam tanah akan semakin mudah.

d.      Perkolasi, pergerakan air dalam tanah akan baik bila drainase dalam tanah juga baik.

e.       Erosi, pengikisan juga dipengaruhi oleh permebilitas, semakin baik permeabilitas dalam tanah maka erosi akan minimum.

f.       Evaporasi, jika evaporasi akan semakin maksimal, permeabilitas tanah tersebut baik.

1.4  Konduktifitas Hidrolik

            Konduktivitas hidrolik tidak selamanya tetap. Artinya dalam berbagai proses (kimia, fisika dan biologi) konduktivitas hidrolik dapat berubah karena faktor masuk dan mengalirnya air dalam tanah. Perubahan yang terjadi pada komposisi ion kompleks dapat dipertukarkan. Misalnya ketika air memasuki tanah mempunyai komposisi atau konsentrasi zat terlarut yang berbeda dengan larutan awal dan dapat merubah konduktivitas hidrolik. Secara umum konduktivitas akan berkurang bila konsentrasi zat terlarut elektrolit berkurang. Hal ini disebabkan oleh penomena pengembangan dan dispersi yang juga dipengaruhui oleh jeni-jenis kation (pada pelepasan dan perpindahan partikel-partikel lempung). Selama aliran yang lama, bisa menghasilkan penyumbatan pori. Interaksi zat terlarut dan matrik tanah dan pengaruhnya terhadap konduktivitas hidroulik khususnya penting pada tanah-tanah masam dan berkadar natrium tinggi. (Anonim, 2010)

            Sedangkan permeabilitas digunakan sebagai persamaan untuk Ks (keterhantaran hidrolik jenuh). Hukum Darcy menunjukkan bahwa kecepatan aliran (flux) adalah sama dengan Ks hanya jika gradient hidrolik sama dengan 1. Sehingga menyebabkan nilai kecepatan aliran tidak sama. (Anonim, 2007)

1.5       Hukum Darcy

            Hukum Darcy menjelaskan tentang kemampuan air mengalir pada rongga-rongga (pori) dalam tanah dan sifat-sifat yang memengaruhinya. Ada dua asumsi utama yang digunakan dalam penetapan hukum Darcy ini. Asumsi pertama menyatakan bahwa aliran fluida/cairan dalam tanah bersifat laminar. Sedangkan asumsi kedua menyatakan bahwa tanah berada dalam keadaan jenuh. Rumus yang digunakan untuk menghitung kecepatan aliran adalah  ν = k.i  ,dengan v = kecepatan aliran (m/s atau cm/s), k = koefisien permeabilitas, dan i = gradien hidrolik.

Lalu dapat diketahui bahwa v = Q/At dan i=∆h/L , sehingga hukum Darcy bisa dinyatakan dengan persamaan:

       

Keterangan:

A       = Luas penampang aliran (m² atau cm²)

T        = Waktu tempuh fluida sepanjang L (detik)

Δh     = Selisih ketinggian (m atau cm)

L       = Panjang daerah yang dilewati aliran (m atau cm). (Anonim, 2011)

2.6 Koefisien Permeabilitas

            Hukum Darcy menunjukkan bahwa permeabilitas tanah ditentukan oleh koefisien permeabilitasnya. Koefisein permeabilitas tanah bergantung pada berbagai faktor. Setidaknya, ada enam faktor utama yang memengaruhi permeabilitas tanah, yaitu:

a.       Viskositas cairan, semakin tinggi viskositasnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin kecil.

b.      Distribusi ukuran pori, semakin merata distribusi ukuran porinya, koefesien permeabilitasnya cenderung semakin kecil.

c.       Distibusi ukuran butiran, semakin merata distribusi ukuran butirannya, koefesien permeabilitasnya cenderung semakin kecil.

d.      Rasio kekosongan (void), semakin besar rasio kekosongannya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin besar.

e.       Kekasaran partikel mineral, semakin kasar partikel mineralnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin tinggi.

f.       Derajat kejenuhan tanah, semakin jenuh tanahnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin tinggi. (Anonim, 2011)

BAB 3. METODELOGI

3.1 Waktu dan Tempat

            Praktikum  Konduktifitas Hidrolik dilaksanakan pada :

Waktu             :   Pukul 09.00 WIB

Hari/Tanggal   :  Kamis, 25 Oktober 2012

Tempat            : Di Laboratorium TPKL Jurusan Teknik Pertanian

                          Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Jember.

3.2 Alat dan Bahan

Pada praktikum pengukuran konduktivitas hidrolik alat yang digunakan yaitu:

Pompa Air

Bahan  yang digunakan pada praktikum pengukuran konduktivitas hidrolik yaitu:

a.       Kertas pengamatan

b.      Gelas ukur

c.       Stop watch

d.      Air irigasi

e.       Contoh tanah terusik

f.       Pipa paralon panjang 10 cm

3.1  Metodologi Pelaksanaan  (Cara Kerja)

3.1.1        Penyiapan Cointoh Tanah

a.       Contoh tanah sebelumnya dianyak terlebih dahulu untuk memisahkan dari kotoran – kotoran, batu, krikil, dan gumpalan tanah.

b.      Tanah dimasukkan ke dalam pipa ditimbang dahulu. Tanah diasumsikan mempunyai berat volumeyang sama dengan di lapang.

c.       Contoh tanah dimasukkan ke dalam pipa yang telah disiapkan sedalam 7 cm.

d.      Pipa yang telah terisi tanah, diketukkan beberapa kali dan ketinggian tertentu sehingga tanah menjadi padat.

e.       Contoh tanah dijenuhkan dengan cara merendam

3.1.2        Pengukuran Konduktivitas Hidrolik

a.       Setelah perendaman selesai, pipa yang berisi contoh tanah tersebut dipasang pada statif lalu kran / peasok air dibuka, tinggi air juga konstan. Tinggi penggenangan kurang lebih 2 cm. Dekat ujung atas diberi lubang untuk limpasan air agar tekanan air tetap konstan.

b.      Pengukuran volume dan waktu air yang menetes dilakukan setelah air yang menetes konstan, pengukuran dilakukan selama 3 kali.

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Lembar Pengamatan

Data yang kami peroleh dari pengamatan, yaitu:

Tekstur tanah                                  : sudah dalam keadaan jenuh

 H (gradien hidrolik)                    : 10 cm = 0,1 m

L (Panjang kolom tanah)                : 9 cm = 0,09 m

A (Luas penampang kolom)           : 4,9455 m²

Waktu  (menit)	Volume (cm3)
10 menit	220 ml
10 menit	240 ml
10 menit	260 ml

4.2 Hasil

Data yang dapat diperoleh dari praktikum Pengukuran Konduktifitas Hidrolik yaitu pada 10 menit pertama volume air yang didapat yaitu 220 cm^3, pada 10 menit kedua diperoleh volume sebesar 240 cm^3, kemudian pada 10 menit ketiga diperoleh  volume sebesar 260 cm³. Semakin lama volume yang dihasilkan semakin besar.

Untuk menghitung konduktivitas hidrolik hal pertama yang harus dicari yaitu luas penampang kolom (A) yang merupakan luas dari tabung yang digunakan untuk menampung tanah terusik. Kedua, mencari  gradien hidrolik.   . nilai gradien itu sendiri merupakan suatu traksi yang menghambat dari banyaknya debit yang di alirkan. Dan ketiga mencari nilai debit . Setelah ketiga nilai tersebut didapat, dapat dicari konduktivitas hidrolik dengan rumus   .

a.       Untuk mengukur luas penampang silinder menggunakan rumus :

r² + 2 .

= 2.(3,14) ( )² + 2.(3,14) . (7,5) . (8,2)

= 22,078 + 386,22

= 408,298 cm²

 =

= 1,28

Perhitungan Sampel:

1.      Sampel 1

 

       = 22 cm³/menit

= 0, 042 cm/ menit

2.      Sampel 2

= 24 cm³/menit

= 0,045 cm/ menit

3.      Sampel 3

              = 26 cm³/menit

= 0,049 cm/ menit

b.      Volume

            Berdasarkan data hasil pengamatan nilai volume yang ditampung dalam  gelas ukur setiap 10 menit dari percobaan pertama sam pai percobaan ketiga nilainya semakin bertambah yakni 220 ml , 240 ml, dan 260 ml. Hal ini karenakan porositas tanah semakin membesar. Ketika porositas tanah membeesar nilai konduktivitas hidroliknya semakin besar pula, dan hal ini mengakibatkan kemampuan tanah untuk menyalurkan air semakin besar pula, dan dengan demikian volume air yang dapat disalurkan juga semakin banyak. Hal tersebut terjadi karena beberapa faktor, yaitu:

1.      Dilihat dari faktornya yang mempengaruhi permeabilitas. Porositas atau ruang pori tanah yang didigunakan pada saat praktikum semakin lama berubah karena tanah yang halus terbawa oleh air dan tersisa buturan tanah yang besar sehingga pori tanah berubah menjadi lebih besar dan air mudah untuk mengalir..

2.      Tekstur tanah yang digunakan pada saat praktikum berubah karena terjadinya pengikisan sehingga air lebih cepat meresap

3.      Struktur, Semakin banyak ruang antar struktur, maka semakin cepat juga permeabilitas dalam tanah tersebut. Struktur tanah yang digunakan pada saat praktikum adalah telah benar-benar jenuh sehingga semakin lama volume air pada gelas ukur semakin banyak.

4.      Jika ditinjau dari hukum darcy yaitu derajat kejenuhan tanah, semakin jenuh tanahnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin tinggi. Pada saat praktikum tanah yang digunakan cukup jenuh sehingga air yang mengalir semakin tinggi.

4.3 Kendala pada saat Praktikum

            Adapun kendala yang terjadi pada saat praktikum dilakukan, yaitu:

a.       Selang tempat keluarnya air untuk pengujian konduktifitan tanah terlalu jauh sehingga air yang keluar minim

b.      Air yang berada di gentong sempat habis karena tidak di cek, sehingga air yang mengalir pun berkurang.

BAB 5. PENUTUP

5.1    Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diperoleh dari praktikum Pengukuran Konduktivitas Hidrolik adalah :

1.      Dengan menggunakan metode tinggi air tetap, kita dapat  mengukur dan menentukan konduktivitas tanah dengan cara mengetahui besar debit (Q), luas penampang tanah (A), Gradien Enersi (i), dan kemudian dirumuskan dalam . Dimana K adalah konduktifitas tanah

2.      Untuk menentukan kecepatan gerakan air dapat dipakai rumus V = K.i dimana V adalah kecepatan aliran m/hari

3.      Dari data yang di peroleh dari hasil praktikum yang kami lakukan dapat kita simpulkan bahwa permeabilitas tanah sampel berbeda. Permeabilitas pada tanah yang kami sangat rendah. Hal itu dikarenakan pada tanah sampel yang kami gunakan memiliki pori – pori kecil sehingga air sulit masuk dalam tanah. Hal itu dikarenakan ada perbedaan pada tanah sampel yaitu memiliki tekstur, struktur, porositas, fiskositas dan lain-lain yang berbeda antara tanah sempel kami dengan yang lainnya.

5.2    Saran

Pada praktikum permeabilitas tanah ini cukup menarik dan penjelasan dari asisten juga cukup memuaskan. Tetapi masih ada kekurangan pada alat yaitu untuk menggantung sampel tanah (yang berada di pipa) mohon diperbaiki, karena kemiringannya berbeda satu dengan yang lain. Kemudian untuk menampung air sebaiknya jangan menggunakan pipa paralon kecil karena masih banyak air yang terbuang dan akhirnya mengotori lantai tempat praktikum.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.2010.http://www.membuatblog.web.id/2010/03 permeabilitas-tanah.html. [ 29 Oktober 2012, 21:15 WIB].

Anonim.2011.http://chuseenlibrablogspotcom.blogspot.com/2011/06/pemeabilitas-tanah.html. [ 29 Oktober 2012, 21:30 WIB].

Djaenuddin  D.,  et  al.  (1997),  Buku  Penyusunan  Kriteria  Kesesuaian  Lahan  untuk Komoditas  Pertanian,                         Pusat  Penelitian  Tanah dan  Agroklimat,  Badan  Penelitian  dan Pengembangan Pertanian,  Bogor.

Hanafiah, Ali Kemas. 2007. Dasar – dasar Ilmu Tanah. Jakarta: PT. Raja Grafindo Persada.

Nugroho, I. dan Dahuri, R. (2004), Pembangunan Wilayah, Perspektif Ekonomi, Sosial dan Lingkungan, LP3ES, Jakarta.

LAMPIRAN

Perhitungan Konduktivitas Hidrolik

a.       Diketahui :

t = 10 menit                      V = 250 cm³   

 H =0,1 m                      L = 0,09 m                  A = 4,9455 m²

       =     = 25 cm³/ menit           = 1,04 x 10^-6 m³ / hari

      =     = 1,11

     =       = 1,89 x 10 ^-7 m / hari

b.      Diketahui :

t = 10 menit                      V = 180 cm³   

 H =0,1 m                      L = 0,09 m                  A = 4,9455 m²

       =     = 18 cm³/ menit           = 7,5 x 10^-7 m³ / hari

      =     = 1,11

     =       = 1,37 x 10 ^-7 m / hari

c.       Diketahui :

t = 10 menit                      V = 109 cm³   

 H =0,1 m                      L = 0,09 m                  A = 4,9455 m²

       =     = 10,9 cm³/ menit        = 4,54 x 10^-7 m³ / hari

      =     = 1,11

     =       = 8,27 x 10 ^-8 m / hari