Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
KONSERVASI SUMBER DAYA AIR
FORMULA PIPA RESAPAN AIR HUJAN PADA TANAH BERPASIR (MEMPERCEPAT DAYA RESAP TANAH DENGAN TEKANAN KOLOM AIR) Edy Sriyono Program Studi Teknik Sipil, Universitas Janabadra Yogyakarta
[email protected]
Abstrak Percobaan ini diangkat dari permasalahan adanya genangan air hujan di halaman depan rumah Prof. Ir. Hardjoso Prodjopangarso yang terletak di jalan Yos Sudarso Nomor 23 Yogyakarta yang berasal dari jalan raya dan kanan kiri rumah beliau yang letaknya lebih tinggi. Dengan adanya 1 pipa resapan diameter 5 inch, panjang 3,0 m, bisa memasukkan air cukup deras ke dalam tanah. Percobaan ini bertujuan untuk menentukan formula daya resap tanah (k) dan formula debit pengisian air hujan (Q) ke dalam pipa resapan pada tanah berpasir. Percobaan dilakukan dengan cara menanam pipa kedalam tanah dengan diameter (D) 4 inch sebanyak 3 buah dengan panjang (l) masing-masing 1,0 m, 2,0 m, dan 3,0 m, yang kemudian diisi dengan air pada berbagai macam variasi parameter percobaan seperti: daya resap tanah (k), tinggi air dalam pipa (h), debit pengisian air (Q), percepatan grafitasi (g), luas pipa (A), waktu pengisian air dalam pipa (t1), dan waktu pengosongan air dalam pipa (t2). Berdasarkan hasil percobaan 2 maka diperoleh formula daya resap: k 0,007 h 0,001h . Sedangkan formula debit pengisian air melalui pipa: Q
CD .A. g.h , dengan C D
1,067
k
adalah koefisien debit. Dua formula
g .h
inilah yang dapat digunakan untuk menghitung daya resap tanah dan debit pengisian air pada pipa resapan air hujan pada tanah berpasir. Kata Kunci: Pipa resapan, air hujan, tanah berpasir LATAR BELAKANG Pipa resapan air hujan telah diaplikasikan oleh Prof. Ir. Hardjoso Prodjopangarso di halaman depan rumah beliau yang terletak di jalan Yos Sudarso Nomor 23 Yogyakarta pada tahun 2012. Genangan air hujan di halaman depan yang biasanya hampir masuk rumah, tinggal setengahnya (± 30 cm), dengan adanya 1 pipa resapan Ø 5”, panjang 3 m. Juga selama beberapa hari hujan, air sumur naik hingga 1,6 m lebih menjadi 9 m di bawah permukaan tanah. Dapat diambil kesimpulan bahwa sistem pipa resapan bisa memasukkan air cukup deras ke dalam tanah. Meskipun kalau hujan deras jalanan tergenang tinggi, saluran drainasi jalan hanya berisi setengah atau ¾ tinggi selokan. Kesimpulan yang paling nyata dari pengamatan tersebut ialah bahwa jumlah lobang-lobang hubungan antara jalan dan selokan drainasi menjadi sangat tidak memadai. Hardiyatmo, 2002 menjelaskan bahwa untuk aliran air di dalam tanah, tinggi energi kecepatan (velocity head) diabaikan karena nilainya sangat kecil. Sedangkan tekanan air dalam pipa pada dasar pipa dapat dinyatakan oleh persamaan umum:
p
w.h
(1)
Keterangan: p = tekanan air pada dasar pipa (t/m2) = berat volume air (t/m3) w Bandung, 20 September 2014
205
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
h
= tinggi air di dalam pipa (m).
Darcy, 1956 dalam Kashef, 1986 dan Sunjoto, 1987 mengusulkan hubungan antara kecepatan dan gradien hidraulik sebagai berikut ini. (2)
v k.i Keterangan: v = kecepatan air (cm/det) i = gradien hidraulik k = koefisien permeabilitas tanah (cm/det) Debit rembesan (q) dinyatakan dengan persamaan:
q k.i. A k. A
hf L
(3)
Keterangan: q = debit rembesan (cm3/det) k = koefisien permeabilitas tanah (cm/det) A = luas penampang pengaliran (cm2) hf = kehilangan tinggi tenaga (cm) L = jarak yang ditempuh aliran (cm) USBR, 1961 dalam Hardiyatmo, 2002 menjelaskan bahwa besar koefisien permeabilitas dapat dihitung dengan persamaan:
k
q 2,75.d .h
(4)
Keterangan: k = koefisien permeabilitas (m/det) q = debit rembesan (m3/det) d = diameter pipa (m) h = tinggi air di dalam pipa (m) Adapun tujuan dilakukannya percobaan ini adalah bahwa dengan memanfaatkan tinggi kolom air di dalam pipa PVC, maka diharapkan pipa PVC dapat diaplikasikan sebagai pipa resapan air hujan sehingga dapat ikut membantu memasukkan/meresapkan air hujan kedalam tanah sehingga dapat mengurangi genangan air hujan. Dengan dapat diaplikasikannya pipa PVC sebagai pipa resapan air hujan, tentu saja hanya memerlukan ruangan yang relatif sedikit/tidak luas dibanding dengan sumur resapan. METODOLOGI STUDI Percobaan ini dilaksanakan di Laboratorium Ex. P4S Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. Identifikasi parameter Parameter yang berpengaruh di dalam percobaan dapat diidentifikasi sebagai berikut: diameter pipa (D), tinggi air di dalam pipa (h), daya resap tanah (k), debit pengisian air (Q), percepatan grafitasi (g), luas pipa (A), waktu pengisian air dalam pipa (t1), dan waktu pengosongan air dalam pipa (t2). Bahan dan Peralatan Model pipa resapan didesain dengan jumlah 3 buah. Bahan pipa resapan adalah pipa PVC dengan diameter (D) 4 inch sebanyak 3 buah dengan panjang (l) masing-masing 1,0 m, 2,0 m, dan 3,0 m sebagaimana terlihat pada Ganbar 1. Adapun peralatan yang digunakan terdiri dari pompa air, gelas ukur, stop-watch, dan alat tulis. Pompa air digunakan untuk memompa air dari sumber air untuk dimasukkan ke dalam pipa. Gelas ukur dan stop-watch digunakan untuk mengukur debit aliran yang masuk kedalam pipa. Bandung, 20 September 2014
206
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Stop-watch juga digunakan untuk menghitung waktu pengisian air ke dalam pipa dan waktu pengosongan air dari dalam pipa. Pelaksanaan Penelitian Percobaan dilakukan dengan cara menanam pipa kedalam tanah dengan diameter (D) 4 inch sebanyak 3 buah dengan panjang (l) masing-masing 1,0 m, 2,0 m, dan 3,0 m. Kemudian masing-masing pipa diisi dengan air secara bergantian pada berbagai macam variasi parameter percobaan dan dicatat besarnya debit yang masing-masing masuk ke dalam pipa. Waktu pengisian air dalam pipa sampai penuh dicatat. Demikian pula waktu pengosongan air dalam pipa juga dicatat. Naiknya tinggi air di dalam pipa selalu dicatat. Demikian pula turunnya air di dalam pipa selalu dicatat Q1
Muka Tanah
Q2
± 0.00 m
Q3
Ø 4 inch
- 1.00 m
Ø 4 inch
Ø 4 inch
Tanah berpasir
- 2.00 m
- 3.00 m Gambar 1.
Model percobaan pipa resapan
Analisis Dimensi Parameter yang berpengaruh dalam percobaan ini adalah Q
(5)
f ( A, h, g, k ) 1/ 2
1
g
g
1/ 2
2
3
g0A
A
5/ 4
A
1/ 4
1/ 2
h
Q
g
2
k
g
2
A 5Q 4
A 1k 4
Q4 g 2 A5 k4 g2A
h2 A
Jika analisis dilanjutkan maka:
Bandung, 20 September 2014
207
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air Q4
1 4
2
4
g A
2
k4
5
2
5
.
.
Q
2
A gh
h A
g A h
4
A
k
2
gh
Dengan demikian bilangan tak berdimensi yang mewakili parameter-parameter yang mempengaruhi percobaan ini dapat ditulis sebagai berikut. Q
k
f
A gh
(6)
gh
Sedangkan untuk menganalisis formula teoritis, maka digunakan rumus debit aliran berikut ini. Q
(7)
C D A gh
dengan: CD = koefisien debit = f
k gh
HASIL STUDI DAN PEMBAHASAN Hasil percobaan menunjukkan bahwa waktu pengisian air ke dalam pipa dan waktu pengosongan air di dalam pipa resapan adalah sebagaimana terlihat pada Tabel 1. Tabel 1. Waktu pengisian dan pengosongan pipa resapan Debit
No.
Panjang pipa (m)
Diameter pipa (cm)
(lt/det)
Waktu pengisian
Waktu pengosongan
1
1,0
11,0
0,877
1 menit 53,0 detik
10 menit 15,4 detik
2
2,0
11,0
0,877
4 menit 20,4 detik
12 menit 23,6 detik
3
3,0
11,0
0,877
7 menit
70 menit
Adapun hasil hitungan besarnya daya resap tanah (k) dan debit rembesan air (q) adalah sebagai berikut ini. Pipa 1,0 m: Daya resap: k
Debit: q
q 2,75.d .h
1 / 4. .d 2 .h t
0,877.10 3 2,75.0,11.1,0 1 / 4. .0,112 .1,0 615,4
2,8992.10 3 m / det 4,9155.10 6 m 3 / det
4,9155.10 3 lt / det
Pipa 2,0 m: Daya resap: k
Debit: q
q 2,75.d .h
1 / 4. .d 2 .h t
Bandung, 20 September 2014
0,877.10 3 2,75.0,11.2,0 1 / 4. .0,112 .2,0 743,6
1,4496.10 3 m / det 2,5571.10 5 m 3 / det
2,5571.10 2 lt / det
208
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Pipa 3,0 m: Daya resap: k
Debit: q
q 2,75.d .h
1 / 4. .d 2 .h t
0,877.10 3 2,75.0,11.3,0
1 / 4. .0,112 .3,0 420
9,6639.10 4 m / det
6,7908.10 5 m 3 / det
6,7908.10 2 lt / det
Berdasarkan hasil analisis data regresi, diperoleh formula daya resap: k Sedangkan formula debit pengisian air melalui pipa: Q
0,007 h 0,001h 2 .
C D .A. g.h , dengan C D
1,067
k g .h
adalah koefisien debit. Dua formula inilah yang dapat digunakan untuk menghitung daya resap tanah dan debit pengisian air pada pipa resapan air hujan pada tanah berpasir.
Gambar 2.
Kurva hubungan antara daya resap tanah k dengan kedalaman pipa h
Gambar 3. Bandung, 20 September 2014
Kurva hubungan antara 209
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
KESIMPULAN DAN REKOMENDASI Kesimpulan Berdasarkan hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa semakin panjang pipa PVC yang ditanam masuk ke dalam tanah, maka kemampuan pipa dalam meresapkan air hujan semakin besar. Hal ini dapat terjadi karena semakin besarnya tinggi kolom air yang berada di dalam pipa. Rekomendasi Berdasarkan hasil percobaan dapat direkomendasikan bahwa pipa PVC dapat diaplikasikan sebagai resapan air hujan, tentunya pada kondisi tanah berpasir dan muka air tanah relatif dalam. Sebagai contoh: Diketahui: Panjang pipa (h) = 3,0 m. Diameter pipa (D) = 30 cm. k = 3.10-3 m/det. Ditanyakan: Berapa besarnya debit air hujan yang bisa diresapkan ke dalam tanah? Penyelesaian: Luas pipa resapan: A = 1/4 π . 0,302 = 0,0707 m2 3
k
3.10
g.h
9,81.3,0
0,0005533
Q
Dari Gambar 3, didapat CD
0,0005904
A g.h Q
0,0005904.0,0707 9,81.3,0
0,0002263m 3 / det
0,2263lt / det
Jadi besarnya debit air hujan yang bisa diresapkan ke dalam tanah = 0,2263 lt/det. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis menyampaikan terima kasih kepada Almarhum Prof. Ir. Hardjoso Prodjopangarso yang pertama kali menjadikan penulis menaruh perhatian terhadap bidang keairan. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Ir. Darmanto, DipHE., MSc. dan Staf Lab. Ex. P4S FT UGM atas terlaksananya percobaan ini. REFERENSI Hardiyatmo, H.C., 2002. Mekanika Tanah I Edisi ketiga, halaman 141-258, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta. Kashef, A.I., 1986. Groundwater Engineering, halaman 141-258, McGraw-Hill Book Co. Inc., New York. Prodjopangarso, H., 2013. Drainasi Air Hujan di Jalan Yos Sudarso Kotabaru Yogyakarta: Dokumentasi, Lab. Ex. P4S FT UGM, Yogyakarta. Sunjoto, 1987. Sistem Air Hujan Yang Berwawasan Lingkungan , disajikan pada Seminar Pengkajian Sistem Hidrologi dan Hidraulika, PAU Ilmu Teknik UGM, 16 – 17 September 1987, Yogyakarta.
Bandung, 20 September 2014
210
