Swale Design for Watershed Management/id

▼Artikel atau bagian ini diyakini melanggar hak cipta. Pelanggaran hak cipta teks : Bagian-bagian yang berharga (setidaknya) harus diungkapkan dengan kata-kata yang berbeda dan dipindahkan ke bagian yang berbeda (tidak langsung di bawah tag ini). Apa pun yang tidak diubah kata-katanya harus dihapus. Jangan meninggalkan lebih dari satu kalimat dalam bentuk yang persis sama dengan aslinya, sebelum pemberitahuan dihapus. (Satu atau dua kalimat tidak dianggap sebagai pelanggaran hak cipta. Lebih dari itu dapat menjadi masalah.) Lihat Appropedia:Pelanggaran hak cipta.
Pelanggaran hak cipta media : Gambar dan media lain harus dihapus dan/atau diganti dengan media berlisensi terbuka yang memiliki tujuan yang sama.

Jika pemberitahuan ini salah, silakan berikan penjelasan di halaman pembicaraan .
Komentar dari pengguna yang memasang pemberitahuan ini: Gambar tidak memiliki referensi dan hak ciptanya tidak jelas.

Menurut Program Lingkungan Perserikatan Bangsa-Bangsa (UNEP), volume sumber daya air tawar sekitar 2,5 persen dari total volume air di bumi. Dari air tawar ini, hanya 30 persen yang tersimpan dalam bentuk air tanah yang mencakup 97 persen dari seluruh air tawar yang berpotensi tersedia untuk konsumsi manusia. ^{[ 1 ]} Namun, sebagian besar air tanah yang kita andalkan perlahan-lahan terkuras dari akuifer bawah tanah melalui pemompaan. Pemompaan air tanah yang berlebihan menyebabkan permukaan air tanah menurun di sebagian besar wilayah utara Tiongkok, India, Pakistan, Iran, Timur Tengah, Meksiko, dan Amerika Serikat bagian barat. Para ilmuwan baru-baru ini memperkirakan di India bahwa air tanah terkuras di seluruh wilayah utara negara itu dengan laju 54 miliar meter kubik per tahun. Hal ini semakin membahayakan pasokan pangan negara dan 114 juta penduduk di wilayah tersebut. ^{[ 2 ]}

Akibat penurunan muka air tanah, banyak komunitas pedesaan di seluruh dunia menghadapi masalah seperti peningkatan biaya pemompaan, pengeringan sumur, penurunan kualitas air akibat intrusi air asin, dan pengurangan air di sungai dan danau. Hal ini disebabkan oleh jumlah air yang diambil lebih banyak daripada yang dikembalikan ke akuifer. Pengisian ulang air tanah adalah proses yang mengisi kembali akuifer bawah tanah dan dapat ditingkatkan melalui infiltrasi. Infiltrasi adalah proses di mana air di permukaan tanah masuk ke dalam tanah dan mengalir ke zona tak jenuh. Informasi berikut memberikan informasi latar belakang dan pilihan desain untuk sistem infiltrasi skala kecil untuk tujuan pengisian ulang air tanah. Sistem ini terdiri dari pembangunan parit dan tanggul untuk menjebak limpasan air hujan dan mendorong infiltrasi. Desain langkah demi langkah disediakan, serta tautan eksternal untuk informasi tambahan.

latar belakang

Informasi diberikan mengenai pertimbangan hidrologi dan hidrogeologi umum untuk membantu memahami tujuan pengelolaan daerah aliran sungai. Kemudian dijelaskan struktur yang terlibat dalam desain parit untuk pengelolaan daerah aliran sungai.

Hidrologi

Penentuan Batas Daerah Aliran Sungai (DAS)
DAS adalah area lahan tempat air permukaan dari curah hujan mengalir ke badan air. Area ini juga mencakup daerah drainase di mana air dari sebagian kecil lahan mengalir melalui titik hilir. Daerah drainase dibatasi oleh garis pemisah, yaitu garis yang terdiri dari sekelompok titik tertinggi di sekitar daerah drainase. Untuk menentukan batas daerah drainase, mulailah dengan peta kontur dan gambarlah garis pemisah. Garis pemisah melewati titik-titik tertinggi dan tegak lurus terhadap garis kontur pada peta. Contohnya ditunjukkan pada gambar di sebelah kanan. Pada skala yang lebih kecil, penentuan batas dapat digunakan untuk menentukan daerah drainase untuk parit atau selokan infiltrasi.

Infiltrasi
Infiltrasi ^W adalah proses air meresap melalui ruang pori di tanah bawah permukaan karena gravitasi dan gaya kapiler. Selama badai, infiltrasi sebagian besar menentukan seberapa banyak limpasan permukaan yang dihasilkan.Limpasan Permukaan Limpasan

Permukaan ^W adalah bagian curah hujan yang tersisa yang menjadi aliran permukaan dan terakumulasi di sungai dan anak sungai setempat. Aliran air berlebih ini bergerak ke arah hilir dan mengalir ke titik umum di dalam DAS. Aliran permukaan terjadi ketika tanah telah mencapai kapasitas infiltrasi maksimumnya.Area Infiltrasi yang Diperlukan Menggunakan Aliran Permukaan




R=Saya−F

R = limpasan (m/jam)

i = intensitas curah hujan (m/jam)

f = laju infiltrasi daerah drainase (m/jam) Lihat Tabel 2

DRkamuNHaiFF=R×24HHaikamuRS

D = kedalaman aliran permukaan (m)

V=DRkamuNHaiFF×A

V = volume limpasan ( ^m³ )

A = luas daerah aliran sungai ( ^m² )

AR=V÷(F×24HRS)

Ar = luas area infiltrasi yang dibutuhkan ( ^m² )

f = laju infiltrasi material parit (m/jam)

Luas area infiltrasi yang dibutuhkan dapat digunakan untuk menentukan dimensi parit:

AR=W×L

W = lebar (m)

L = panjang alas (m)

Neraca Air
Komponen dasar siklus hidrologi meliputi curah hujan, penguapan, evapotranspirasi, infiltrasi, aliran permukaan, aliran sungai, dan aliran air tanah. Untuk daerah aliran sungai yang besar, model matematika konseptual dari neraca hidrologi secara keseluruhan ditunjukkan di bawah ini. Dengan menggunakan model ini, faktor-faktor yang mempengaruhi pengisian ulang air tanah diidentifikasi. ^{[ 3 ]} Persamaan ini menunjukkan bahwa penyimpanan akan meningkat jika limpasan permukaan (R) menurun. Penting juga untuk dicatat bahwa perubahan penyimpanan rentan terhadap faktor-faktor seperti curah hujan, penguapan, dan transpirasi, semua hal yang tidak dapat kita kendalikan.

P - R - G - E - T = S

P = curah hujan

R = limpasan permukaan

G = aliran air tanah

E = penguapan

T = transpirasi

S = perubahan penyimpanan dalam periode waktu tertentu

Hidrogeologi

Aliran Air Tanah

Aliran air tanah diwakili oleh Hukum Darcy. Persamaan-persamaan ini menentukan kecepatan aliran air tanah di bawah permukaan. Hal ini dapat membantu menentukan laju pengisian ulang air tanah.

Q=−κμ∇H

Di manaQadalah kecepatan filtrasi atau fluks Darcy (debit per satuan luas, dengan satuan panjang per waktu, m/s) dan∇Hadalah vektor gradien.

v=Qϕ

Kecepatan air tanah (v) berhubungan dengan fluks Darcy (Q) oleh porositas (ϕ

Permeabilitas Tanah Permeabilitas
adalah ukuran seberapa mudah suatu fluida dapat melewati media berpori seperti tanah. Hal ini juga dipengaruhi oleh porositas tanah, yaitu ruang pori di antara partikel tanah. Ukuran pori dan konektivitasnya menentukan apakah suatu tanah memiliki permeabilitas tinggi atau rendah. Tanah dengan porositas tinggi seperti kerikil dan pasir memiliki permeabilitas tinggi yang memungkinkan infiltrasi dalam jumlah lebih besar. Tanah dengan porositas rendah seperti lempung memiliki laju infiltrasi yang sangat rendah. Tabel di bawah ini menunjukkan kisaran permeabilitas untuk berbagai jenis tanah.

Tabel 1: Permeabilitas Tanah

Struktur Geoteknik

Kombinasi struktur berikut dapat digunakan untuk meningkatkan infiltrasi air hujan untuk tujuan pengisian ulang air tanah. Informasi lebih lanjut dapat ditemukan dalam Spesifikasi Teknis dan Instalasi.

Swales

Swale adalah jenis struktur yang mendorong pengisian ulang air tanah. Mirip dengan parit, swale digali ke dalam tanah untuk menampung air limpasan. Air kemudian menyebar dan melambat sehingga dapat meresap ke dalam lapisan bawah tanah. Hal ini menciptakan gumpalan air tanah yang mengisi kembali akuifer bawah tanah dan mendukung pertumbuhan vegetasi di daerah yang berada di hilir swale.

Tanggul

Tanggul adalah penghalang tanah yang memisahkan dua area lahan yang dapat dibangun untuk berbagai tujuan. Tanggul sering digunakan untuk mengendalikan erosi dan sedimentasi dengan mengurangi laju aliran permukaan. Akibatnya, tanggul mengurangi kecepatan air atau mengarahkan air ke area yang tidak rentan terhadap erosi. Ini membantu mengurangi dampak buruk air yang mengalir pada lapisan tanah atas yang terbuka. Tanggul biasanya berupa gundukan kecil yang terbuat dari tanah, kerikil, atau batuan dan jika dirawat dengan baik dapat bertahan selama bertahun-tahun.

Pertimbangan Regional

Pengisian ulang air tanah dapat secara signifikan meningkatkan tingkat pasokan air di akuifer bawah tanah, namun tidak semua wilayah di dunia menggunakan air tanah. Komunitas yang bergantung pada air tanah dan menghadapi penurunan permukaan air tanah setiap tahun akan mengalami perubahan paling besar dari pengisian ulang air tanah. Manfaat yang telah dirasakan komunitas di masa lalu tercantum di bawah ini untuk wilayah yang dapat memperoleh manfaat.

Wilayah/Area yang Dapat Memperoleh Manfaat

• Di mana kondisi geologi mendukung penyimpanan air di akuifer bawah tanah dan memungkinkan air tersebut untuk diekstraksi.
  
• Sistem sungai dengan aliran air yang tinggi selama musim hujan dan mengalami musim kering.
  
• Di tempat yang memungkinkan untuk menghemat air banjir dan aliran air tersebut tidak digunakan untuk tanaman dan mengalir ke laut.
  
• Lokasi-lokasi di mana pembangunan bendungan terlalu mahal, pengangkutan air jarak jauh terlalu mahal, atau lahan tidak dapat dialokasikan untuk penyimpanan.
  
• Daerah yang tidak memiliki masalah salinitas tanah.
  
• Tempat-tempat yang kemiringan tanahnya bervariasi secara bertahap dan tidak rawan banjir dan/atau genangan air.
  
• Ideal di tempat-tempat yang memiliki informasi akurat mengenai hidrogeologi dan pergerakan air tanah. ^{[ 4 ]}

Sebagian besar hujan monsun membanjiri sawah, mengisi sungai dan aliran air dengan air yang mengalir deras—tanpa digunakan—ke laut. Air inilah yang dapat membantu petani sepanjang tahun. ^{[ 4 ]}

Manfaat Pengisian Ulang Air Tanah bagi Masyarakat

• Peningkatan pendapatan bersih per hektar bagi petani.
• Penghematan biaya pemompaan dari penurunan kedalaman muka air tanah.
• Keluarga dapat menciptakan lahan subur dari daerah yang sebelumnya kering.
• Peningkatan luas lahan pertanian dan potensi irigasi.
• Pengurangan penggunaan energi.
• Masyarakat memperoleh kemandirian dengan pasokan air yang andal.
• Peningkatan kualitas air melalui filtrasi bawah permukaan.

Pertimbangan Desain

lokasi

Saluran drainase sebaiknya dibangun mengikuti garis kontur. Hal ini memastikan air akan mengalir ke dalam saluran drainase dan bukan di sekitarnya. Tanah di area tersebut juga harus semi-permeabel untuk memungkinkan infiltrasi. Saluran drainase juga harus ditempatkan di bagian hilir dari area dengan laju limpasan tinggi. Ini dapat mencakup permukaan kedap air seperti jalan, jalur pejalan kaki, atau tanah dengan permeabilitas rendah.

Pertimbangan penting lainnya adalah lokasi sumur air minum masyarakat. Setiap pengisian ulang air tanah yang terjadi akibat adanya parit drainase akan bergerak ke arah hilir menuju sumber air permukaan terdekat seperti sungai kecil, sungai, atau danau. Air tanah cenderung mengikuti topografi lahan, sehingga dapat berfungsi sebagai pedoman umum untuk menentukan pola aliran bawah permukaan. Penting agar sumur tersebut terletak di hilir parit drainase agar akuifer bawah tanah dapat terisi kembali.

Sunting

Saluran drainase paling efektif jika ditempatkan di lereng. Hal ini memungkinkan penangkapan air hujan yang efisien. Kemiringan kecil juga merupakan lokasi yang dapat diterima karena kemiringan sekitar 2,5 cm untuk setiap meter panjangnya sudah cukup untuk mengalirkan air. ^{[ 5 ]} Saluran drainase juga dapat ditempatkan secara berurutan di sepanjang lereng. Saluran drainase tambahan akan menangkap limpahan yang terjadi di bagian atas lereng.

Jenis Tanah

Tiga jenis tanah yang umum meliputi tanah lempung, tanah berpasir, dan tanah liat berpasir. Berikut ini dijelaskan di bawah ini. ^{[ 6 ]}

Tanah liat

• Saat dipadatkan dan kering, tanah liat menjadi keras dan membentuk bongkahan besar. Jika basah, tanah liat menjadi lengket dan dapat dibentuk.
• Tanah liat dan lumpur mampu menahan kelembapan dengan baik, tetapi memperlambat pergerakan air ke bawah dan dapat menghentikan infiltrasi air sepenuhnya.
• Jika tanah sebagian besar terdiri dari lempung, pasir dan tanah liat dapat ditambahkan untuk meningkatkan laju infiltrasi.
• Tanah liat adalah material dengan permeabilitas rendah sehingga ideal untuk konstruksi tanggul karena dapat mencegah aliran air.

Tanah Berpasir

• Tanah berpasir mengandung partikel besar yang terlihat, dan biasanya berwarna terang.
• Pasir memiliki tekstur kasar baik saat basah maupun kering, dan tidak akan membentuk bola saat diremas.
• Tanah berpasir memungkinkan pergerakan air yang cepat karena partikelnya besar dan tersusun longgar. Tanah berpasir tetap gembur dan memungkinkan kelembapan meresap dengan mudah, tetapi tidak dapat menahannya untuk penggunaan jangka panjang.
• Ketidakmampuan untuk menahan air dan nutrisi menyebabkan tanah cepat kering dan menjadi tanah yang tidak subur untuk pertumbuhan vegetasi.
• Jika tanahnya sangat berpasir, tanah liat dan tanah lempung dapat ditambahkan untuk membantu mendorong pertumbuhan tanaman.

Lempung

• Tanah lempung adalah campuran pasir, lumpur atau tanah liat, dan bahan organik.
• Tanah ini gembur dan tampak subur. Jika diremas, tanah lempung yang lembap akan membentuk bola yang akan hancur saat digerakkan.
• Tanah lempung adalah tanah terbaik untuk pertumbuhan vegetasi yang sehat karena menyerap air dan menyimpan kelembapan dengan baik.
• Tanah lempung juga bersifat semi-permeabel yang memungkinkan infiltrasi.

Tabel berikut menunjukkan laju perkolasi ^W untuk berbagai jenis tanah. Disarankan agar tanah lempung dengan laju perkolasi minimal 15 mm/jam digunakan untuk saluran infiltrasi. Air tidak akan dapat meresap dengan cukup cepat untuk meningkatkan pengisian ulang air tanah jika laju infiltrasi terlalu rendah.

Tabel 2: Tingkat Infiltrasi Tanah Minimum ^{[ 7 ]}

Bahan dan Alat yang Diperlukan

Saluran drainase dan tanggul relatif mudah dibangun dan tidak memerlukan banyak material atau alat. Untuk menggali saluran drainase, sekop atau alat penggali lainnya dapat digunakan untuk memindahkan tanah. Alat ukur juga mungkin berguna untuk menentukan kedalaman dan kemiringan sisi saluran drainase dan tanggul.

Untuk material yang digunakan untuk membentuk tanggul, tanah dengan permeabilitas rendah seperti tanah liat dan batuan direkomendasikan. Setelah digali, parit dapat diisi dengan material curah seperti daun, kayu lapuk, atau jerami. Material dengan permeabilitas tinggi seperti kerikil juga dapat digunakan. Biasanya material yang ditemukan di daerah sekitarnya digunakan dalam pembangunan struktur ini.

Spesifikasi Teknis

Gambar-gambar berikut adalah model penampang struktur dalam sistem infiltrasi.

Infiltrasi di Tanah Datar

Infiltrasi di Area Miring

Gambar ini adalah model konseptual untuk menggabungkan parit dan tanggul untuk menciptakan sistem infiltrasi. Ini adalah penampang melintang dari parit dan ditunjukkan terletak di lereng, dengan aliran limpasan searah dengan struktur tersebut.

Saluran berikut dirancang oleh Dan Palmer untuk iklim kering dan dapat digunakan sebagai pedoman. ^{[ 8 ]} Pengukurannya dapat fleksibel dan panjang lebih dari 2m disarankan.

instalasi

1. Saluran drainase harus dibangun mengikuti kontur bentang alam. Garis kontur dapat ditentukan menggunakan kerangka A. Ketika kerangka A diletakkan di tanah, tanah datar ditemukan ketika tali berada di tengah kerangka. Anda dapat menggunakan kerangka A untuk memetakan area datar di sepanjang tanah. Di sepanjang titik datar tersebut, pasang patok sebagai penanda. Pada akhirnya, Anda akan menandai garis kontur.
2. Sebagai panduan kasar, garis kontur dapat ditandai dengan jarak 20 meter. Setelah garis kontur ditandai, tentukan berapa banyak parit drainase yang akan dipasang. Parit drainase harus ditempatkan di bagian bawah lereng dari area yang menghasilkan limpasan air seperti jalan raya. Jika tidak ada permukaan kedap air di area tersebut, parit drainase dapat dibangun pada ketinggian yang berbeda di sepanjang lereng atau di ketinggian yang lebih rendah di mana lebih banyak air akan terkumpul.
3. Setelah Anda menandai lokasi parit drainase, Anda dapat mulai menggali. Parit drainase disarankan memiliki panjang minimal 2 hingga 3 meter dan kedalaman 50 cm. Saat menggali, penting untuk tidak memadatkan tanah di dalam parit karena hal ini akan mengurangi kapasitas infiltrasi tanah.
4. Setelah bentuk umum parit terbentuk, campurkan material di dasar parit. Jika terdapat material dengan permeabilitas rendah di dalam parit, Anda dapat mempertimbangkan untuk menggali kedalaman tambahan 0,5 m dan mengisinya dengan material yang lebih permeabel. Ini akan meningkatkan laju infiltrasi parit.
5. Use the excavated material to create a berm along the downhill side. This will help catch water in the swale during intense rainfall events. The core of the berm can be compacted while looser materials can be layered on top. The permeable layers will provide further runoff capture and infiltration while the impermeable core will prevent surface runoff from travelling further downhill.
6. Piling up stones or gravel along the uphill side of the berm will reduce erosion from water flows, especially if high water flows are going to occur during the wet season.
7. If desired, the area just downhill of the berm can be vegetated with seedlings, seed or sod. This will help prevent erosion and in the future, the vegetation may be able shade the swale and reduce evaporation. Infiltration from the swale will make the soils more suitable for plant life in areas down-gradient of its location.

Estimated Costs

It's recommended that materials from the surrounding area be used in the construction of the swales and berms. A basic swale does not have a cost because it only involves the digging of a trench and relocating the material into a berm next to the swale. Additional soil materials such as rocks and high permeability soils can be bought if they are not available in the area. Their cost will depend on a number of factors including the location of the swale. Vegetation can also be bought once the swale is constructed but price and type of plant will vary depending on geographical location.

The cost of a small dam structure using locally available materials is estimated at US$ 200-400 compared to a percolation pond structure that is estimated at US$ 5000 - 10000.^[9] Swale construction can be physically demanding without the use of machines but it is very affordable and an efficient option for groundwater recharge.

References

Lihat juga

• Permakultur (Perlu dicatat bahwa parit drainase merupakan bagian penting dari pengelolaan air dalam permakultur.)

Tautan Eksternal

Video tentang Pemanfaatan Air dengan Permakultur
Video tentang Penghijauan Gurun
Video tentang Parit di Lanskap
Siklus Air