Baca artikel ini untuk mempelajari tentang indeks dan pengukuran infiltrasi.
Indeks Infiltrasi:
Berbagai indeks infiltrasi memberikan tingkat infiltrasi dengan cara yang berbeda untuk membantu penilaian air yang hilang melalui infiltrasi.
Yang penting di antara mereka adalah sebagai berikut:
(i) Kapasitas Infiltrasi:
Ini adalah tingkat maksimum di mana air dapat masuk melalui permukaan tanah pada titik waktu tertentu di bawah kondisi tertentu. Saat ini jelas bahwa laju infiltrasi aktual akan lebih kecil dari kapasitas infiltrasi kecuali jika laju curah hujan bersih yang mencapai tanah setelah memenuhi retensi (yaitu intersepsi + penyimpanan depresi) sama atau lebih dari kapasitas infiltrasi. Kapasitas infiltrasi terus berkurang seiring dengan semakin jenuhnya profil tanah. Seperti infiltrasi, kapasitas infiltrasi juga bergantung pada jenis tanah, kadar air, bahan organik yang ada di dalam tanah, tutupan vegetasi dan musim.
Horton memberikan ekspresi matematis berikut untuk mengetahui nilai kapasitas infiltrasi setiap saat:
f p = f c + (f o – f c ) e- Kt
Dimana fp adalah kapasitas infiltrasi.
f o adalah tingkat infiltrasi pada awal badai.
f c adalah laju infiltrasi konstan yang dicapai setelah profil tanah menjadi jenuh.
e adalah basis logaritma natural (basis Napier).
t adalah waktu dari awal hujan dan K adalah konstanta. Perlu diingat bahwa persamaan ini hanya dapat diterapkan ketika laju curah hujan bersih yang mencapai permukaan lebih besar dari kapasitas infiltrasi sepanjang curah hujan badai.
(ii) Ñ„ Indeks:
Indeks Ñ„ adalah bagian dari curah hujan rata-rata selama badai apa pun yang hilang oleh proses intersepsi, penyimpanan depresi, dan infiltrasi secara bersamaan. Oleh karena itu, dapat didefinisikan sebagai tingkat curah hujan rata-rata selama badai apa pun di mana volume curah hujan yang tersisa sama dengan volume limpasan permukaan langsung. Indeks dapat dihitung dari hyetograph (grafik waktu versus intensitas curah hujan) badai sedemikian rupa sehingga volume curah hujan yang melebihi tingkat ini akan sama dengan volume limpasan badai. Gambar 3.2.
Jika intensitas curah hujan sepanjang badai tetap sama atau lebih dari indeks Ñ„ maka indeks Ñ„ mewakili resapan cekungan karena indeks Ñ„ mewakili jumlah total penyimpanan infiltrasi, intersepsi dan depresi.
(iii) Indeks W:
Indeks ini memberikan laju infiltrasi rata-rata untuk periode waktu curah hujan badai yang intensitas curah hujannya lebih besar dari W. Dengan demikian dapat dikatakan perbaikan atas indeks Ñ„ yang selain infiltrasi juga mencakup intersepsi dan penyimpanan depresi.
Indeks W dapat diperoleh dari persamaan berikut:
W = PQS/t
Di mana
W adalah laju infiltrasi rata-rata
P adalah total curah hujan badai yang sesuai dengan t
Q adalah limpasan badai total.
t adalah waktu di mana intensitas curah hujan lebih dari W dan
S adalah retensi permukaan yang efektif.
W = Ñ„ tingkat retensi rata-rata
Dimana retensi meliputi intersepsi dan penyimpanan depresi.
Untuk semua tujuan praktis, indeks Ñ„ dapat diambil untuk mewakili laju infiltrasi rata-rata. Karena Ñ„ dan indeks mengasumsikan laju infiltrasi rata-rata yang sebenarnya lebih kecil dari laju infiltrasi awal dan lebih dari laju infiltrasi akhir, kegunaannya terbatas pada badai penghasil banjir besar.
Badai seperti itu umumnya terjadi pada tanah basah dan badai memiliki intensitas dan durasi sedemikian rupa sehingga laju infiltrasi hampir dapat dianggap konstan untuk seluruh badai atau sebagian besar periode badai. Jelas untuk badai terisolasi pendek, indeks Ñ„ dan W tidak berguna.
Masalah:
Sebuah cekungan drainase memiliki daerah tangkapan seluas 0,5 km 2 .
Badai lima jam telah terjadi di cekungan dengan intensitas curah hujan sebagai berikut:
Volume limpasan permukaan langsung yang diamati sebagai akibat dari badai ini di outlet cekungan adalah 0,232 cumec-hari.
Hitung indeks Ñ„ untuk cekungan.
Larutan:
Langkah 1:
Dengan menggunakan data hyetograph curah hujan yang diberikan dapat digambarkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Garis XX menunjukkan laju rata-rata infiltrasi dan retensi permukaan bersama-sama, yaitu indeks Ñ„.
Kita harus mencari tahu nilai Ñ„.
Langkah 2:
Dari hyetograph yang diberikan total curah hujan dalam badai 5 jam adalah 60 mm.
Gambar 3.3
Langkah 3:
Total volume limpasan permukaan langsung = 0,232 x 60 x 60 x 24 = 20.045 m 3 .
Langkah 4:
Dari definisi indeks Ñ„ adalah bagian dari curah hujan rata-rata yang di atasnya volume curah hujan yang tersisa sama dengan volume limpasan.
Volume air yang hilang = (Total volume curah hujan) – (Total volume limpasan) yaitu (infiltrasi + retensi)
= 30.000 – 20.045 = 9955 m 3
Sebagai kedalaman air di atas cekungan = 9955/(0,5×10 6 )= 0,00398 m = 3,98 mm.
Ñ„ indeks = 3,98 mm.
Pengukuran Infiltrasi:
Infiltrasi dapat diukur dengan dua metode yaitu:
1. Metode Tidak Langsung:
Mereka melibatkan aplikasi air buatan di atas area sampel. Mekanisme yang digunakan untuk tujuan tersebut disebut infiltrometer. Ada dua jenis infiltrometer yaitu, jenis banjir dan simulator hujan.
(a) Infiltrometer tipe banjir:
Ini terdiri dari sekitar 25 cm diameter 50 sampai 65 cm silinder panjang. Silinder ditenggelamkan ke dalam tanah hingga kedalaman 40 hingga 50 cm. Air kemudian dialirkan melalui buret bertingkat untuk mempertahankan ketinggian air yang konstan. Pembacaan pada buret pada interval waktu tertentu memberikan laju dan jumlah air yang diinfiltrasikan ke dalam tanah. Untuk menghilangkan efek tanah kering di sekitar infiltrometer, terkadang dua cincin konsentris, satu berukuran sama dan diameter lainnya lebih besar, katakanlah 35 cm, dibenamkan ke dalam tanah.
Cincin ini, bagaimanapun, ditenggelamkan hingga kedalaman minimum hanya diperlukan untuk menghindari kebocoran dari cincin. Ruang antara kedua cincin diisi hingga tingkat yang sama dan dipertahankan pada tingkat yang konstan oleh dua buret yang berbeda. Pembacaan buret memberi makan cincin bagian dalam memberikan laju dan jumlah infiltrasi. Metode ini sekarang digantikan oleh simulator hujan.
(b) Simulator hujan:
Dalam metode ini alat penyiram khusus dipasang pada kedua sisi petak percobaan berukuran 2 m X 4 m. Nosel alat penyiram ini mengarahkan semburan air dengan cara miring untuk menutupi plot sepenuhnya dan mencapai ketinggian sekitar 2 m di atas tanah. Pengaturan ini memastikan penerapan air dalam bentuk kemungkinan curah hujan.
Intensitas curah hujan yang disimulasikan dapat diubah dengan menutup dan membuka nozel. Infiltrometer mulai bekerja dengan apa yang disebut proses kalibrasi curah hujan. Untuk menjalankan ini, lembaran plastik atau logam ditempatkan di atas plot sehingga semua air yang mencapai tanah dapat diukur tanpa kehilangan air. Ini memberikan tingkat curah hujan rata-rata.
Setelah ini, uji coba dimulai. Run ini dibiarkan berlanjut sampai run-off menjadi konstan. Selisih antara laju curah hujan yang disimulasikan dan laju limpasan yang diukur memberikan nilai fc (fc adalah laju infiltrasi konstan yang terbentuk dengan sendirinya setelah tanah jenuh). Untuk menghilangkan efek perbatasan sekitar 0,5 m jalur sepanjang plot juga disemprot dengan air secara terpisah.
Metode ini menderita kelemahan berikut:
(i) Sulit untuk mensimulasikan ukuran tetesan hujan.
(ii) Kecepatan jatuh yang dicapai oleh tetesan air tidak mewakili kondisi curah hujan yang benar.
(iii) Nilai percobaan laju infiltrasi cenderung lebih tinggi dibandingkan dengan yang dicapai pada kondisi alami.
(iv) Nilai-nilai infiltrometer dapat digunakan untuk menghitung limpasan dari suatu DAS kecil hanya karena terbatasnya area yang telah dihitung laju infiltrasinya.
2. Metode Langsung:
Ini terdiri dari analisis hidrograf limpasan yang dihasilkan dari curah hujan alami di atas cekungan yang sedang dipertimbangkan.
Pengukuran Infiltrasi dengan analisis hidrograf:
Analisis teoritis hidrograf limpasan memiliki kelebihan yaitu mempertimbangkan pola curah hujan, panjang aliran permukaan, kemiringan cekungan, jenis tanah, tutupan vegetasi, penyimpanan depresi, penahanan permukaan karena cenderung terjadi secara aktual.
Namun, pada DAS yang besar distribusi curah hujan umumnya tidak diketahui secara rinci untuk menjamin metode teoretis analisis hidrograf yang melelahkan. Untuk aplikasi praktis, akan lebih mudah untuk memisahkan hujan dari setiap curah hujan badai menjadi serangkaian blok dan mempertimbangkan hidrograf limpasan yang dihasilkan secara terpisah dengan mentranspos kurva resesi atau menghitung laju infiltrasi rata-rata.
Analisis yang dapat dilakukan adalah langkah-langkah berikut (Lihat Gambar 3.4):
saya. Gambarlah hyetograph curah hujan dan hidrograf limpasan pada plot yang sama untuk badai di cekungan.
- Pisahkan setiap hujan badai.
aku aku aku. Pisahkan setiap hidrograf limpasan dari hidrograf berikutnya dengan mentranspos kurva resesi.
- Kurangi aliran dasar dari aliran total.
- Dapatkan limpasan badai untuk setiap kenaikan.
- Pilih durasi curah hujan berlebih (T e ) dengan inspeksi hyetograph dan hidrograf.
- Plot kurva massa curah hujan dan dapatkan nilai curah hujan kumulatif (Pw 1 , Pw 2 , Pw 3 dst.).
viii. Plot kurva massa limpasan badai langsung dan dapatkan nilai limpasan kumulatif (Qs 1 , Qs 2 , Qs 3 dll.).
- Hitung selisih curah hujan kumulatif dan limpasan kumulatif (P w – Q s ) yang menghasilkan total infiltrasi F.
- Bagi total infiltrasi dengan durasi curah hujan berlebih (Te) untuk mendapatkan laju infiltrasi rata-rata untuk hujan atau blok badai tersebut.
Kesesuaian Metode Pengukuran Infiltrasi:
Berbagai metode pengukuran infiltrasi langsung dan tidak langsung tidak dapat digunakan pada semua ukuran DAS dengan akurasi yang cukup untuk menilai limpasan yang dihasilkan.
Metode yang umum diadopsi pada berbagai ukuran DAS adalah sebagai berikut:
(i) DAS Kecil:
Pada DAS kecil nilai infiltrometer dan metode analisis hidrograf badai memberikan hasil yang memuaskan.
(ii) DAS Besar:
Dalam kasus DAS besar, dianggap mudah untuk mengembangkan kurva laju infiltrasi standar dengan mempelajari jumlah badai pada DAS representatif yang khas dengan mempertimbangkan penggunaan lahan yang berbeda. Metode lain yang penting secara praktis dalam kedua kasus adalah penerapan indeks Ñ„ yang memberikan nilai rata-rata sepanjang badai. Ini sangat cocok untuk memperkirakan limpasan puncak dari badai besar di tanah basah.
