Evapotranspirasi (evapotranspiration)

Transkripsi

1 PENGUAPAN Kompetensi: Memahami tentang dasar- dasar hidrologi, parameter hidrologi (hujan, klimatologi dan aliran), metode-metode analisis serta aplikasinya dalam rekayasa teknik sipil. Sub Kompetensi: Mahasiswa mampu menghitung kehilangan hujan oleh proses evaporasi, transpirasi, evapotranspirasi beserta metode yang digunakan dan mempersiapkan analisis nilai penguapan dalam analisis hidrologi secara keseluruhan. 1

2 Pengertian Umum Penguapan merupakan salah satu mata rantai proses dalam siklus hidrologi. Penguapan dapat terjadi di semua permukaan yang mengandung air (moisture), seperti permukaan air, permukaan tanah, permukaan tanaman, permukaan yang tertutup tanaman dan lain sebagainya. Evaporasi Perubahan air menjadi uap air dan kembali ke atmosfir Terjadi di permukaan (antar-muka/ muka/interface udara-air) air) air uap 2

3 Analisis Hidrologi Tidak semua analisis dalam hidrologi memasukkan variabel penguapan sebagai bagian yang penting analisis hidrologi untuk pengendalian banjir besarnya penguapan dari tampungan air di alur sungai umumnya diabaikan Penguapan diperhitungkan pada analisis hidrologi perencanaan ketersediaan air, perencanaan irigasi, neraca air (water balance) ) waduk. pengelolaan lahan (field management). Pembagian Penguapan Penguapan (evaporation) proses perubahan dari zat cair atau padat menjadi gas. Lebih spesifik penguapan adalah proses transfer air dari permukaan bumi ke atmosfir. Transpirasi (transpiration) penguapan air yang terserap tanaman, tidak termasuk penguapan dari permukaan tanah. Setiap hari tanaman yang tumbuh secara aktif melepaskan uap air 5 sampai 10 kali sebanyak air yang dapat ditahan. 3

4 Pembagian Penguapan Evapotranspirasi (evapotranspiration) penguapan yang terjadi dari permukaan bertanaman. Sekitar mil kubik/thn air menguap ke angkasa. Hampir mil kubik menguapnya dari lautan. Evapotranspirasi potensial (potential evapotranspiration) evapotranspirasi yang terjadi apabila kandungan air (moisture supply) ) tidak terbatas. Evapotranspirasi nyata (actual evapotranspiration) evapotranspirasi yang terjadi sangat tergantung dari ketersediaan air Faktor Meteorologis Suhu Agar terjadi penguapan maka diperlukan panas di dalam air yang manjadi dingin pada saat terjadi penguapan. Kelambaban (humidity) Apabila suhu udara naik, maka kelembaban akan turun, begitu juga sebaliknya. Oleh sebab itu bila kelembaban udara naik dan suhu turun maka laju penguapan akan turun 4

5 Faktor Meteorologis Tekanan udara (barometer) tekanan udara diikuti perubahan faktor meteorologi lain, seperti angin, suhu Angin makin tinggi kecepatan angin, maka laju penguapan juga akan bertambah Faktor fisik/geografis Kualitas air Apabila di dalam air tertahan bahan-bahan tertentu maka tekanan uap air dipermukaan akan berkurang, yang akan mengurangi laju penguapan. Bentuk, luas dan kedalaman air adanya pengaruh faktor bentuk permukaan, luas dan kedalaman air terhadap laju penguapan, meskipun sangat kecil. 5

6 Pengukuran Langsung Atmometer Alat pengukur evaporasi ini cukup sederhana, berupa bejana berpori yang diisi air. Besarnya penguapan dalam jangka waktu tertentu, misalnya harian didapatkan dari nilai selisih pembacaan sebelum dan sesudah percobaan. Pengukuran Langsung Evaporation Pan Untuk mengukur evaporasi dari muka air bebas dapat digunakan panci penguapan (evaporation pan). Terdapat tiga macam panci penguapan yang sering digunakan, yaitu panci penguapan klas A (class A evaporation pan) Bejana logam Tidak dicat (galvanize) 1.21 m = 14 Rangka kayu 25.4 cm = 1 4 6

7 panci penguapan tertanam (sunken evaporation pan) 3 x3 4 3 panci penguapan terapung (floating evaporation pan) Kisi-kisi Kisi-kisi Ponton Angker Angker 7

8 Pendekatan teoritis Persamaan-persamaan Empirik (Empirical Equations) Keseimbangan Air (Water Balance Methods) Aerodynamic Method Energy Balance Method Combination Method Priestley-Taylor Method Persamaan Empirik E = C (ew ea) dengan: C = koefisien penguapan ew = tekanan uap air maksimum dalam inhg ea = tekanan uap air sesaat, berdasarkan suhu rata-rata bulanan dan kelembaban stasiun terdekat 8

9 Keseimbangan Air I = O ± S dengan: I = masukan (inflow) O = keluaran (outflow) S = perubahan tampungan (change in storage) Metode imbangan air Pada reservoir: E = P + Q O I S Dengan: E = vol. evaporasi, P = presipitasi, Q = inflow limpasan permukaan, O = outflow, I = infiltrasi, S S = perubahan tampungan. Selang waktu umumnya 1 minggu 9

10 Aerodynamic Method E a B e as e dengan: E a = evaporasi dari muka air bebas selama periode pengamatan, B = faktor empiris tergantung kepada konstanta von Karman (k), rapat massa udara (ρ a ), rapat massa air (ρw), kecepatan angin pada 2 m di atas permukaan (U 2 ) dan tekanan udara ambient (p), e as = tekanan uap jenuh di udara pada temperatur sama dengan temperatur air, e a = tekanan uap nyata pada ketinggian pengamatan. a Energy Balance Method 1 Rn R i 1 Re E Rn Hs G lv w dengan: E = laju evaporasi (mm/hari), l v = panas latent untuk penguapan (J/kg), ρ w = massa jenis air (kg/m 3 ), R n = radiasi neto (W/m 2 ), H s = suplai panas ke aliran udara (W/m 2 ), G = suplai panas ke dalam tanah (W/m 2 ). Energi untuk penguapan tergantung suhu. Berdasarkan prinsip pendekatan keseimbangan energi dan hukum Dalton telah dikembangkan rumus empiris Penman 10

11 Pendekatan Combination Method Bentuk persamaan dasarnya: E E r E a Pendekatan Priestley-Taylor E E r dengan: Er = laju penguapan dihitung dengan keseimbangan energi Ea = laju penguapan dihitung dengan cara aerodinamik = gradien tekanan uap air jenuh = tetapan psikometrik (psychometric constant) Rumus Hitungan Perkiraan Evapotranspirasi Mengingat evapotranspirasi tergantung pada jenis dan tahap pertumbuhan tanaman, maka digunakan acuan hitungan yaitu evapotranspirasi tanaman acuan (reference crop evapotranspiration) yang didefinisikan sebagai berikut (Doorenbos, dkk, 1977): Laju evapotranspirasi dari hamparan tanaman rumput dengan tinggi merata sama yang tumbuh normal dengan suplai air yang cukup. 11

12 ETo Dalam praktek terdapat dua pengertian tentang evapotranspirasi, yaitu : 1. evapotranspirasi potensial (potential evapotraspiration), diartikan sebagai kehilangan air yang terjadi apabila persediaan kelengasan tidak pernah berhenti, dan 2. evapotrasnpirasi nyata (actual evapotranspiration), sangat tergantung dari ketersediaan air. Eto dan Etr Nilai evapotranspirasi potensial suatu jenis tanaman pada periode tumbuh tertentu (Eto)) didapat dengan mengalikan evapotranspirasi tanaman acuan (Etr)) dengan koefisien tanaman (kc). Memperhatikan kondisi lengas tanah (soil moisture), nilai evapotranspirasi nyata (Et)) didapat dari perkalian antara Eto dan koefisien tanah (ks). 12

13 Rumus Thornthwaite rumus hitungan evapotranspirasi potensial dengan menggunakan indeks panas bulanan, terutama sekali untuk tanaman-tanaman yang rapat dan pendek PE * 10t 1.6 J a j n tn J 12 n1 j n a J J dengan: PE* = evapotranspirasi potensial tahunan, J = indeks panas tahunan, jn = indeks panas bulanan pada bulan ke n, tn = suhu rerata pada bulan ke n, t = suhu rerata tahunan, a = konstanta, = faktor koreksi akibat panjang hari yang berbeda setiap bulan 7 J metode umum Metode Blaney- Criddle Temp era tur Kele mbab an Angi n Sinar Mata hari Radi asi Pengu apan Ling kung an * Radiasi * 0 0 * (*) 0 Penman * * * * (*) 0 Panci Evapora si 0 0 * * Ket: * data terukur; 0 data diperkirakan; (*) jika ada, tidak harus 13

14 Blaney-Criddle Metode Blaney-Criddle digunakan pada suatu areal yang hanya memiliki data temperatur udara. ETr = c.[p(0,46.t + 8)] ETr = evapotranspirasi tanaman acuan bulanan, mm/hari, T = temperatur rerata harian selama bulan yang ditinjau (oc), p = rata-rata persen dari jumlah jam siang tahunan (tabel) dicari berdasarkan bulan dan letak lintang, c = faktor penyesuaian yang tergantung dari harga minimum lengas nisbi (RHmin), jam penyinaran dan kecepatan angin siang hari. Bagan Perhitungan dengan Blaney-Criddle T rerata Tabel 1: Lintang&bulan p P(0,46T+8) perkiraan RHmin % perkiraan n/n x perkiraan U 2 hari siang(m/dt) Grafik Blaney ETr (mm/hr) 14

15 Radiasi matahari Formula yang disarankan: ETr = c.(.(w.rs)) mm/hr dengan: ETr = evapotranspirasi tanaman acuan, mm/hari untuk waktu yang ditentukan Rs = radiasi matahari di permukaan bumi W = faktor kedalaman yang tergantung pada temperatur dan lintang c = faktor penyesuaian yang tergantung dari harga minimum lengas nisbi (RHmin), jam penyinaran dan kecepatan angin siang hari. Bagan Perhitungan dengan Metode Radiasi Tabel 1: Lintang&bulan Ra (mm/day) n mean Tabel 1: Lintang&bulan N : n/n (0,25+0,5n/N) Rs perkiraan RHmin % Tabel 1: Lintang&bulan W x W.Rs perkiraan U hari siang (m/dt) Grafik Radiasi ETr (mm/hr) 15

16 Pan-evaporation Case A wind Dry Green pan 50 varies Case B wind Green crop 50 Dry varies pan Rumus Panci Evaporasi ETr = Kp.Epan dengan: ETr = Evapotranspirasi tanaman acuan, mm/hari Kp = koefisien panci f(tipe pan, perletakan, RHmean, kec. Angin, fetch) Epan = evaporasi pan, mm/hari 16

17 Penman Metode ini menggunakan prinsip keseimbangan energi dan pertukaran massa. Metode Penman dalam hitungannya menggunakan data iklim secara maksimum seperti data temperatur, kelembaban udara, radiasi matahari dan kecepatan angin, maka prakiraan evapotranspirasi dianggap mempunyai ketelitian yang cukup tinggi. Rumus Penman digunakan untuk memperkirakan nilai evapotranspirasi potensial berdasarkan gabungan pendekatan cara energy balance method dan aerodynamic method juga banyak dikembangkan. Metode Penman Rumus Penman untuk hitungan evapotrasnpirasi acuan (ETr) (Doorenbos, dkk, 1977): u ETr c W. Rn (1 W ). f. e a e d dengan: ETr = evapotranspirasi acuan (mm/hari), W = faktor bobot yang tergantung pada temperatur dan ketinggian, Rn = radiasi neto ekuivalen dengan nilai evaporasi (mm/hari), f(u) = fungsi faktor kecepatan angin, ea = tekanan uap air jenuh (mbar), ed = tekanan uap air nyata (mbar), ea-eded = selisih tekanan uap jenuh dan nyata pada temperatur udara (mbar), c = faktor koreksi efek perubahan kondisi siang malam 17

18 x ea mbar RH/100 ed mbar Ra mm/day n hr/day N hr/day n/n x (eaed)mbar f(u) (1-W) x x (1-W)f(u)(ea-ed) mm/day ( n/n) Rs mm/day Rns mm/day (1- )Rs + f (T) f (ed) f (n/n) x x Rn1=f(T)f(ed)f(n /N) mm/day Rn=Rns- Rn1 W x W.Rn Etr=c[W.Rn+(1-W)f(u)(ea-ed)] mm/day c x Etr 18