DISERTASI – RC093399
PENGARUH PERUBAHAN SIFAT FISIK TANAH PERMUKAAN TERHADAP FAKTOR ERODIBILITAS TANAH PADA SUB-DAERAH ALIRAN SUNGAI MANTING MOJOKERTO RUNI ASMARANTO 3108 301 002
DOSEN PEMBIMBING Dr. Ir. Ria Asih Aryani Soemitro, M.Eng. Prof. Dr. Ir. Nadjadji Anwar, M.Sc.
PROGRAM DOKTOR BIDANG KEAHLIAN MANAJEMEN DAN REKAYASA SUMBER AIR JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2013
PENGARUH PERUBAHAN SIFAT FISIK TANAH PERMUKAAN TERHADAP FAKTOR ERODIBILITAS TANAH PADA SUB DAERAH ALIRAN SUNGAI MANTING MOJOKERTO
Nama mahasiswa NRP Pembimbing Co-Pembimbing
: Runi Asmaranto : 3108301002 : Dr. Ir. Ria Asih Aryani Soemitro, M.Eng. : Prof. Dr. Ir. Nadjadji Anwar, M.Sc.
ABSTRAK Erodibilitas tanah sering dianggap sebagai parameter tetap yang tidak berubah sepanjang tahun, sedangkan Indonesia beriklim tropis mengalami dua musim yang bisa mengubah sifat fisik tanah. Banyak model erosi dan sedimen yang dikembangkan masih didasarkan pada faktor erodibilitas (K) jenuh yang tetap berdasarkan Nomogram Wischmeier et al (1971), namun metode ini belum memperhatikan perubahan sifat fisik tanah. Karena itu penentuan erodibilitas seharusnya memperhatikan kondisi musim kemarau dan penghujan di Indonesia; karena ketidaktepatan penentuan faktor erodibilitas akan berdampak pada kesalahan dalam estimasi laju erosi/sedimen dan menyebabkan ketidakakuratan dalam menentukan umur layanan bangunan air. Penelitian ini dilakukan di laboratorium dan di lapangan. Lokasi penelitian terletak di sub DAS Manting Mojokerto. Proses pembasahan dan pengeringan benda uji undisturbed dilakukan di laboratorium untuk mengamati perubahan sifat fisik tanah antara lain: kadar air (wc), derajat kejenuhan (Sr), angka pori (e), kohesi (c), sudut geser dalam (φ), suction (-Uw), dan konduktivitas hidrolik (k). Erodibilitas tanah ditentukan berdasarkan formula USLE/MUSLE melalui pengujian simulator hujan dan pengamatan demonstration plot (demplot) lapangan. Model AVSWAT digunakan untuk simulasi perubahan erodibilitas tanah terhadap laju erosi dan sedimen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa erodibilitas (K) dipengaruhi oleh perubahan sifat fisik tanah, biarpun tidak semua parameter sifat fisik tanah berpengaruh secara signifikan. Pada kondisi Sr ≥ 80% nilai erodibilitas cenderung mendekati nilai erodibilitas nomogram Wischmeier et al (1971), dan nilai erodibilitas cenderung naik ketika Sr < 80%. Pada kondisi kering dimana ikatan antar partikel berkurang, fisik tanah lebih mudah hancur (erodible) oleh splash erosion akibat energi kinetik hujan. Persamaan erodibilitas tidak jenuh (Kus) adalah: Kus = 0,465(e) + 4,193.10-6(-Uw) – 0,001(φ) + 3,674.10-4(c) –0,016(wn) + 0,518; dengan nilai R² = 0,945 berdasarkan formula USLE Kus = 0,516(e) + 4,103.10-6(-Uw) + 0,004(φ) - 0,002(c) – 0,008(wn) - 0,285 dengan dengan nilai R2 = 0,785 berdasarkan formula MUSLE. Parameter suction, kohesi dan sudut geser dalam sebagai predictors tidak berpengaruh secara signifikan, ditunjukan oleh nilai koefisien yang sangat kecil 10-6 – 10-3; sedangkan parameter angka pori dan kadar air natural cukup berpengaruh terhadap erodibilitas. Persamaan erodibilitas yang memenuhi syarat
uji statistik (nilai sig, p < 5% dan nilai VIF<10) adalah: Kus = 0.752 + 3,659.10(-Uw) – 0.009wn ,dengan nilai R2 = 0,944 berdasarkan formula USLE dan Kus = 0.486 + 3,1.10-6 (-Uw) – 0.008wn ,dengan nilai R2 = 0,772 berdasarkan formula MUSLE. Kadar air natural sebelum (wn) dan sesudah hujan (ws) merupakan variabel bebas (predictors) yang teramati secara langsung di demplot lapangan; sedangkan variabel lainnya diperoleh dari pengujian siklus pembasahanpengeringan di laboratorium. Persamaan erodibilitas tidak jenuh (Kus) berdasarkan kondisi di lapangan adalah: Kus = Ks + 0,24574 (ws – wn). Perbedaan nilai rata-rata Ks = 0,44 dan Kus = 0,65 menghasilkan prosentase kenaikan nilai K (% ∆K) hampir 50% atau 1,5 kali lebih besar dari nilai Ks. Laju erosi yang dihitung dengan menggunakan Kus lebih besar 150% dibandingkan dengan menggunakan Ks. Perkiraan konsentrasi sedimen dari model AVSWAT yang diterapkan pada sub DAS Manting menggunakan Kus dihasilkan nilai yang mendekati sedimen pengamatan. 6
Kata kunci :
erodibilitas tanah, sifat fisik, demonstration plot, sub DAS Manting, siklus pembasahan dan pengeringan, model AVSWAT, rain simulator.
THE EFFECT OF SOIL PHYSICAL PROPERTIES CHANGE ON SOIL ERODIBILITY FACTOR IN MANTING BASIN - MOJOKERTO By Student Identity Number Supervisor Co-Supervisor
: Runi Asmaranto : 3108301002 : Dr. Ir. Ria Asih Aryani Soemitro, M.Eng. : Prof. Dr. Ir. Nadjadji Anwar, M.Sc.
ABSTRACT Soil erodibility is always regarded as a constant parameter that does not change regardless the climate change. Indonesia has dry and wet seasons which may influence the soil physical properties. Most erosion models and sediment prediction have been developed based on the soil erodibility factor (K) from Wischmeier nomograph; although soil physical changes due to drying and wetting cycles are neglected. Soil erodibility factor inaccuracy may greatly affected erosion rate determination and furthermore the hydraulic structure service time is impossible to be appropriately planned. This present research was carried out both in the field and the laboratory. The study location was in Manting Basin Mojokerto. The drying and wetting tests were performed on undisturbed samples to determine the soil properties changes such as: water content (wc), degree of saturation (Sr), void ratio (e), cohesion (c), internal friction angle (φ), suction (-Uw), and hydraulic conductivity (k). Soil erodibility was determined using USLE/MUSLE formula from rain simulator and demonstration plot at the study location. AVSWAT empirical model was used to simulate soil erodibility change to erosion rate and sediment. The results showed that the soil properties changes affected the soil erodibility; though not all soil properties having the same effect. At the degree of saturation greater than 80%, soil erodibility value from rain simulator and demonstration field is similar to those of Wischmeier nomograph; but it tends to increase at the degree of saturation less than 80%. At dry condition where interparticle bonding is getting weaker, the soil is easily erodible due to the splash erosion of the rainfall kinetic. Unsaturated erodibility equation (Kus) is: Kus = 0,465(e) + 4,193.10-6(-Uw) – 0,001(φ) +3,674.10-4(c) –0,016(wn) +0,518; with R² = 0,945, based on USLE formula, Kus = 0,516(e) + 4,103.10-6(-Uw) + 0,004(φ) - 0,002(c) – 0,008(wn) - 0,285; with R2 = 0,785 based on MUSLE formula. The suction, cohesion and internal friction angle are indicated as insignificant predictors as their values are ranged between 10-6 and 10-3. The void ratio and natural water content are greatly influenced the soil erodibility. The erodibility equation that fulfills all the statistical test requirement is: Kus = 0.752 + 3,659.10-6(-Uw) – 0.009wn , with R2 = 0,944 based on USLE formula Kus = 0.486 + 3,1.10-6 (-Uw) – 0.008wn, with R2 = 0,772 based on MUSLE formula.
The natural water content before (wn) and after (ws) raining are the only independent variables (predictors) that directly observed in the demonstration plot; whereas the other independent variables were obtained from the dryingwetting cycles test in the laboratory. The unsaturated erodibility equation based on the field condition is: Kus = Ks + 0.24574 (ws - wn). An important remark should be made upon the findings that the difference on the average value of Ks and Kus contributing to the K value increment. The erosion rate determined using Kus is 150% greater than those determined using Ks. The sediment concentration predicted from the AVSWAT model applied to Manting Basin using Kus was found to be nearly similar to those from the field observation. Key words: soil erodibility, soil physical properties, demonstration plot, Manting basin, drying-wetting cycles, AVSWAT model, rain simulator.
