Pergerakan air tanah tiga dimensi di tanah berhutan dan agroforestry.

57 Pages·2011·7.03 MB·English

by  Hangga Prihatmaja

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 byDr. 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((cid:61561)) and(cid:61561)((cid:61553)) functions are
needed. One of models of K((cid:61561)) and (cid:61561)((cid:61553)) 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 three-
dimensional unsaturated flowintroduced byKosugi (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
((cid:61561)((cid:61553))) and hydraulic conductivity(K((cid:61561)). The soil hydraulic properties of forest soil of Rokko
Mountain (HTN), forest soil of Gunung Walat Educational Forest, HPGW (HTN ), and
r gw
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 (cid:61561)((cid:61553)), the ability to retain water of both layer of HTN soil is highest in
gw
comparison with AF and HTN. Based on the characteristics of K((cid:61561)), the ability to drain
r
water of HTN soil in the layer 10 cm is highest in comparison with HTN and AF, while in
gw r
a layer 50 cm the ability to drain water of HTN soil is highest in comparison with AF and
r
HTN . Generally based on the characteristics of soil hydraulic flow in layer 10 cm and 50
gw
cm of soil, when no rain, the three-dimensional drainage proccess in HTN is fastest in
r
comparison with HTN and AF, while when there is a rain, three-dimensionally drainage
gw
process in HTN and AFis faster than HTN
gw 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((cid:61561)) dan
(cid:61561)((cid:61553)). Salah satu model fungsi (cid:61561)((cid:61553)) dan K((cid:61561)) 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 ((cid:61561)((cid:61553))) dan model LN
konduktivitas hidrolik (K((cid:61561))). Sifat hidrolika tanah yang digunakan sebagai masukan model
adalah sifat tanah berhutan di Pegunungan Rokko-Jepang (HTN), tanah berhutan di Hutan
r
Pendidikan Gunung Walat (HTN ), dan tanah agroforestry di Hutan Pendidikan Gunung
gw
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 (cid:61561)(cid:61472)((cid:61553)), kedua lapisan tanah HTN memiliki kemampuan menahan
gw
air tanah paling tinggi dibandingkan dengan HTN dan AF, dan berdasarkan karakteristik
r
K((cid:61561)), tanah di lapisan 10 cm HTN memiliki kemampuan mengalirkan air tanah paling
gw
tinggi dibandingkan HTN dan AF, sedangkan di lapisan 50 cm HTN memiliki kemampuan
r r
mengalirkan air tanah paling tinggi dibandingkan HTN dan AF. Berdasarkan karakteristik
gw
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 paling cepat dibandingkan dengan
r
HTN dan AF, sedangkan ketika ada hujan, proses drainase 3D di tanah HTN paling cepat
gw gw
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.
Semogatugas 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
UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih penulis haturkan kepada:
1. Bapak Paiman Ristiawan dan Ibu Endang Triyani selaku kedua orang tua
penulis.
2. Kedua adik penulis, Ranie Febrianti dan Astri Januardani.
3. Bapak Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr selaku dosen pembimbing.
4. Bapak Dr. Kenichi’rou Kosugi selaku tutor selama penulis melakukan
penelitian dan pelatihan di di Sekolah Pascasarjana Pertanian, Universitas
Kyoto – Jepang.
5. Ibu Dr. Sri Rahayu selaku ketua sidang.
6. Ibu Dr. Mirza D. Kusrini selaku dosen penguji.
7. Ratih Solichia Maharani yang telah menemani penulis menyelesaikan
skripsi ini.
8. Bapak-bapak tenaga ahli pendampingan PHL PT. Salaki Summa Sejahtera
(Dr. Teddy Rusolono, Dr. Bahruni, Dr. Juang R. Matangaran, Dr. Sri
Wilarso, Dr. Agus P. Kartono) yang telah memberikan kesempatan kepada
penulis menjadi sekretaris pendampingan sehingga berbagai sarana
prasarana pendamping penulis manfaatkan untuk menyelesaikan skripsi
ini.
9. Rekan-rekan Kingkong Kalong (Diah Rani “Baki” Pratidina S., Fitri
“Piet” Amelia, Dian “Mama” Amallia, Putri “Put” Rahayu, Ratih “Noi”
Puspitasari) atas bantuannya sebagai penyemangat.
10. Rekan-rekan FORCI Development.
11. Rekan-rekan Pengurus Cabang Sylva Indonesia IPB.
12. Serta rekan-rekan sivitas akademika Fakultas Kehutanan IPB yang tidak
bisa disebutkan satu-persatu namanya.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1. 1. Latar Belakang
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. Pentingnya mempelajari pergerakan air dalam tanah
ditegaskan oleh Mashimo (1960) diacu dalam Kosugi (1997) bahwa pergerakan
air dalam tanah berpengaruh besar terhadap pertumbuhan tanaman. Selain itu
disebutkan oleh Hardjowigeno (2007) bahwa air merupakan pelarut unsur hara
dalam tanah untuk kemudian diserap oleh akar-akar tanaman. Bahkan air itu
sendiri dapat menjadi unsur hara bagi tanaman untuk membentuk gula dan
karbohidrat dalam proses fotosintesis. Kemudian pentingnya mempelajari
pergerakan air dalam tanah juga sebagai upaya pengelolaan irigasi yang tepat
untuk mendukung pertumbuhan tanaman dan reaksi-reaksi kimia dalam pelapukan
mineral. Dijelaskan oleh Hardjowigeno (2007) bahwa air perkolasi membantu
siklus unsur hara dan pemindahan liat, oksida besi dan alumunium, garam-garam
dan lain-lain. Di daerah kering gerakan air ke atas (kapiler), menyebabkan
terjadinya akumulasi garam di permukaan tanah.
Air di dalam tanah dapat tersimpan dan bergerak atau mengalir dalam
kondisi tanah jenuh dan tanah tidak jenuh. Pergerakan air tanah jenuh pertama kali
dijelaskan oleh Darcy, yang dikenal dengan hukum Darcy (Jury dan Horton
1946). Hukum Darcy mengganggap tanah dalam kondisi homogen dan isotrop,
tidak ada aliran yang menyebar, dan terdapat pengaliran air yang terus-menerus
(Wilson 1969). Pergerakan air tanah jenuh umumnya terjadi di lapisan aquifer
jenuh, yang dikenal dengan aliran air tanah (ground wate flow), sedangkan di
lapisan vadosa (lapisan perakaran), pergerakan air umumnya terjadi dalam kondisi
tidak jenuh (Lawrence 1994).
Pergerakan air tanah jenuh maupun tidak jenuh dipengaruhi oleh sifat fisik
tanah yang berhubungan dengan sifat-sifat konduktivitas dan retensi air, yaitu
tekstur dan struktur tanah, selain sifat kimia tanah dan air. Sifat tanah dipengaruhi