Infiltrasi tanah adalah aliran air yang masuk ke dalam tanah akibat gaya kapiler dan gravitasi. Setelah lapisan tanah bagian atas jenuh, kelebihan air bergerak lebih dalam karena gaya gravitasi, yang dikenal sebagai perkolasi.
Dua istilah penting dalam infiltrasi adalah kapasitas infiltrasi dan laju infiltrasi, yang dinyatakan dalam milimeter per jam (mm/jam). Kapasitas infiltrasi merupakan laju infiltrasi maksimum untuk jenis tanah tertentu, sementara laju infiltrasi aktual bergantung pada kondisi tanah dan intensitas curah hujan.
Kapasitas Infiltrasi Tanah
Gambar 1. menunjukkan kurva kapasitas infiltrasi (fp) yang merupakan fungsi waktu. Apabila tanah dalam kondisi kering, kapasitas infiltrasi tinggi karena kedua gaya kapiler dan gravitasi bekerja bersama-sama menarik air ke dalam tanah. Ketika tanah menjadi basah, gaya kapiler berkurang yang menyebabkan laju infiltrasi menurun. Akhirnya kapasitasnya mencapai suatu nilai konstan, yang dipengaruhi terutama oleh gravitasi dan laju perkolasi.
Kapasitas infiltrasi terjadi ketika intensitas hujan melebihi kemampuan tanah dalam menyerap kelembaban tanah. Sebaliknya, apabila intensitas hujan lebih kecil, maka laju infiltrasi sama dengan laju curah hujan. Umumnya dinyatakan dalam satuan yang sama dengan satuan intensitas curah hujan, yaitu millimeter per jam (mm/jam).
Air hujan yang mengalir masuk ke dalam tanah, dalam batas tertentu bersifat mengendalikan ketersediaan air untuk berlangsungnya proses evapotranspirasi. Pasokan air hujan ke dalam tanah ini sangat berarti bagi kebanyakan tanaman di tempat berlangsungnya infiltrasi dan daerah sekelilingnya.
Aliran air ke dalam tanah yang tidak kembali lagi ke atmosfer melalui proses evapotranspirasi akan menjadi air tanah untuk seterusnya mengalir ke sungai di sekitarnya. Meningkatkan kecepatan dan luas wilayah infiltrasi dapat memperbesar debit aliran selama musim kemarau (baseflow) adalah penting untuk memasok kebutuhan air pada musim kemarau, untuk pengenceran kadar pencemaran air sungai dan berbagai keperluan lainnya.
Dalam kaitan ini terdapat beberapa pengertian untuk memudahkan uraian selanjutnya supaya diperjelas defenisi dari beberapa istilah yang digunakan:
- Field capacity adalah besarnya kandungan air maksimum yang dapat ditahan tanah terhadap gaya tarik gravitasi.
- Soil moisture deficiency adalah jumlah kandungan air yang masih diperlukan, untuk membawa tanah pada (field capacity)
- Abstraksi awal (initial abstraction) adalah jumlah intersepsi dan penampungan cekungan (depression storage), yang hams dipenuhi lebih dahulu, sebelum terjadi limpahan hujan (overland flow).
Laju Infiltrasi
Jumlah air yang masuk kedalam tanah dalam suatu periode waktu disebut laju infiltrasi, pada suatu tempat akan semakin kecil seiring kejenuhan tanah oleh air. Pada saat tertentu laju infiltrasi menjadi tetap. Nilai laju inilah yang kemudian disebut laju perkolasi.
Ketika air hujan jatuh di atas permukaan tanah, tergantung pada kondisi biofisik permukaan tanah, sebagian atau seluruh air hujan tersebut akan mengalir masuk ke dalam tanah melalui pori-pori permukaan tanah. Proses mengalirnya air hujan ke dalam tanah disebabkan oleh tarikan gaya gravitasi dan gaya kapiler tanah. Di bawah pengaruh gaya gravitasi air hujan mengalir vertikal kedalam tanah, sedangkan pada gaya kapiler bersifat mengalirkan air tersebut tegak lurus keatas, ke bawah, dan kearah horizontal (lateral). Gaya kapiler bekerja nyata pada tanah dengan pori-pori yang relatif kecil.
Tahapan Masuknya Air ke Tanah
Ketika air hujan jatuh di atas permukaan tanah, tergantung pada kondisi biofisik permukaan tanah, sebagian atau seluruh air hujan tersebut akan mengalir masuk ke dalam tanah melalui pori-pori permukaan tanah. Proses mengalirnya air hujan ke dalam tanah disebabkan oleh tarikan gaya grafitasi dan gaya kapiler tanah. Laju air infiltrasi yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi dibatasi oleh besarnya diameter pori-pori tanah. Dibawah pengaruh gaya gravitasi, air hujan mengalir vertikal ke dalam tanah melalui profil tanah.
Pada sisi yang lain, gaya kapiler bersifat mengalirkan air tersebut tegak lurus ke atas, ke bawah, dan ke arah horisontal (lateral). Gaya kapiler tanah ini bekerja nyata pada tanah dengan pori-pori besar, gaya ini dapat diabaikan pengaruhnya dan air mengalir ke tanah yang lebih dalam oleh pengaruh gaya gravitasi. Dalam perjalanannya tersebut, air juga mengalami penyebaran ke arah lateral akibat tarikan gaya kapiler tanah, terutama ke arah tanah dengan pori-pori yang lebih sempit dan tanah lebih kering. Mekanisme infiltrasi melibatkan tiga proses yang tidak saling memengaruhi, yaitu:
- Proses masuknya air hujan melalui pori-pori permukaan tanah.
- Tertampungnya air hujan tersebut di dalam tanah.
- Proses mengalirnya air tersebut ke tempat lain (bawah, samping, dan atas).
Meskipun tidak saling mempengaruhi secara langsung, ketiga proses tersebut diatas tidak saling terkait. Uraian di atas menunjukkan bahwa besarnya laju infiltrasi pada permukaan tanah tidak bervegetasi tidak akan pernah melebihi laju intensitas hujan. Untuk wilayah berhutan, besarnya laju infiltrasi tidak akan pernah melebihi laju intensitas curah hujan efektif. Curah hujan efektif adalah volume hujan total dikurangi air hujan yang mengalir masuk ke dalam tanah.
Faktor yang Berpengaruh
Laju infiltrasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu kedalaman genangan dan tebal lapis jenuh, kelembaban tanah, pemadatan oleh hujan, tanaman penutup, intensitas hujan, dan sifat-sifat fisik tanah.
a. Kedalaman genangan dan tebal lapis jenuh
Air yang tergenang di atas permukaan tanah bergerak ke dalam tanah, yang menyebabkan suatu lapisan di bawah permukaan tanah menjadi jenuh air. Apabila tebal dari lapisan jenuh air adalah L, dapat dianggap bahwa air mengalir ke bawah melalui sejumlah tabung kecil. Aliran melalui lapisan tersebut serupa dengan aliran melalui pipa.
Kedalaman genangan di atas permukaan tanah (D) memberikan tinggi tekanan pada ujung atas tabung, sehingga tinggi tekanan total yang mcnyebabkan aliran adalah D+L. Tahanan terhadap aliran yang diberikan oleh tanah adalah sebanding dengan tebal lapis jenuh air L. Pada awal hujan, dimana L adalah kecil dibanding D, tinggi tekanan adalah besar dibanding tahanan terhadap aliran, sehingga air masuk kc dalam tanah dengan cepat.
Sejalan dengan waktu, L bertambah panjang sampai melebihi D, sehingga tahanan terhadap aliran semakin besar. Pada kondisi tersebut kecepatan infiltrasi berkurang. Apabila L sangat lebih besar daripada D, perubahan L mempunyai pengaruh yang hampir sama dengan gaya tekanan dan hambatan, sehingga laju infiltrasi hampir konstan.
Genangan Pada Permukaan Tanah
b. Kelembaban tanah
Ketika air jatuh pada tanah kering, permukaan atas dari tanah tersebut menjadi basah, sedang bagian bawahnya relatif masih kering. Dengan demikian terdapat perbedaan yang besar dari gaya kapiler antara permukaan atas tanah dan yang ada di bawahnya. Karena adanya perbedaan tersebut, maka terjadi gaya kapiler yang bekerja bersamasama dengan gaya berat, sehingga air bergerak ke bawah dengan cepat.
Dengan bertambahnya waktu, permukaan bawah tanah menjadi basah, sehingga perbedaan gaya kapiler berkurang, sehingga infiltrasi berkurang. Selain itu, ketika tanah menjadi basah koloid yang terdapat dalam tanah akan mengembang dan menutupi pori-pori tanah, sehingga mengurangi kapasitas pada periode awal hujan.
c. Pemampatan oleh hujan
Ketika hujan jatuh di atas tanah, butir tanah mengalami pemadatan oleh butiran air hujan. Pemadatan tersebut mengurangi pori-pori tanah yang berbutir halus (seperti lempung), sehingga dapat mengurangi kapasitas. Untuk tanah pasir, pengaruh tersebut sangat kecil.
d. Penyumbatan oleh butir halus
Ketika tanah sangat kering, permukaannya sering terdapat butiran halus. Ketika hujan turun dan infiltrasi terjadi, butiran halus tersebut terbawa masuk ke dalam tanah, dan mengisi pori-pori tanah, sehingga rnengurangi kapasitas infiltrasi.
e. Tanaman penutup
Banyaknya tanaman yang menutupi permukaan tanah, seperti rumput atau hutan, dapat menaikkan kapasitas infiltrasi tanah tersebut. Apabila terjadi hujan lapisan humus mengembang dan lobang-lobang (sarang) yang dibuat serangga akan menjadi sangat permeabel. Kapasitas infiltrasinya bisa jauh lebih besar daripada tanah yang tanpa penutup tanaman.
f. Topografi
Pada lahan dengan kemiringan besar, aliran permukaan mempunyai kecepatan besar sehingga air kekurangan waktu untuk infiltrasi. Akibatnya sebagian besar air hujan menjadi aliran permukaan. Sebaliknya, pada lahan yang datar air menggenang sehingga mempunyai waktu cukup banyak untuk infiltrasi.
g. Intensitas hujan
Jika intensitas hujan I lebih kecil dari kapasitas infiltrasi, maka laju infiltrasi aktual adalah sama dengan intensitas hujan. Apabila intensitas hujan lebih besar dari kapasitas infiltrasi, maka laju aktualnya sama dengan kapasitas infiltrasi.