modul 4 evaporasi dan transpirasi
Post on 19-Jun-2015
6.687 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Umboro Lasminto IV - 1
MODUL 4
EVAPORASI DAN TRANSPIRASI
Tujuan Instruksional Khusus modul ini adalah mahasiswa dapat menghitung
besarnya penguapan dengan cara-cara : pengukuran, perumusan empiris, water
budget.
Evaporasi atau penguapan adalah proses pertukaran (transfer) air dari
permukaan bebas (free water surface) dari muka tanah, atau dari air yang tertahan di
atas permukaan bagunan atau tanaman menjadi molekul uap air di atmosfer. Proses
ini sebenarnya terdiri dari dua kejadian yang saling berkelanjutan yaitu :
a. Interface Evaporation : yaitu proses pertukaran air di permukaan menjadi
uap air di permukaan (interface) yang besarnya tergantung dari energi
dalam yang tersimpan (stored energy)
b. Vertical Vapor Transfer : yaitu perpindahan lapisan udara yang jenuh uap
air dari interface ke lapisan di atasnya, dan hal ini bila memungkinkan
proses penguapan akan berjalan terus. Transfer ini dipengaruhi oleh
kecepatan angin, topografi dan iklim lokal.
Disamping itu penguapan juga dipengaruhi oleh kelembaban udara, tekanan
udara, kedalaman air dan kualitas air.
Soil Evaporasi adalah penguapan yang terjadi dari permukaan tanah tanpa ada
tanaman di atasnya (bare soil).
Transpirasi adalah pengupan yang terjadi dari tanaman melalui sel stomata
pada daun. Air yang dihisap oleh daun setelah proses fisiologis akan diuapkan
kembali melalui sel stomata. Sel stomata ini pada malam hari akan tertutup sehingga
Umboro Lasminto IV - 2
transpirasi hanya terjadi pada siang hari saja. Dengan demikian jelas transpirasi lebih
kecil dibanding dengan evaporasi.
Evapotranspirasi adalah kejadian bersama-sama antara evaporasi dan
transpirasi, keduanya saling mempengaruhi. Soil evaporasi akan dikurangi dengan
terjadinya transpirasi. Bila penguapan terjadi dilihat pada suatu daerah dimana di
dalamnya terdapat juga tanaman yang tumbuh maka penguapan yang terjadi di daerah
tersebut disebut Evapotranspirasi.
Potensial Evapotranspirasi (PET) adalah evapotranspirasi dari tanaman bila
memperoleh air (dari hujan atau irigasi) yang cukup untuk pertumbuhannya yang
optimum. PET ini tergantung dari factor meteorology setempat dan juga dari jenis
tanaman yang ada.
Actual Evapotranspirasi (AET) adalah evapotranspirasi dari tanaman di
bawah cukup untuk pertumbuhannya karena air yang diberikan kurang. AET juga
tergantung dari faktor yang sama dengan potensial evapotranspirasi tetapi dibatasi
dengan hanya tersedianya air di kandungan tanah (moisture) saja. Pada daerah kering
tanpa irigasi, AET menjadi sangat rendah karena tidak tersedianya air untuk
evaporasi.
Proses evaporasi ini sangat penting dan dipertimbangkan dalam proyek-proyek
Pengembangan Sumber Air seperti penyimpanan air dalam reservoir (dam),
kebutuhan air irrigasi untuk tanaman (consumptive use) dan banyak lagi.
4.1. Menghitung Evaporasi
Didalam analisa mendapatkan besarnya evaporasi dibedakan menjadi dua
yaitu evaporasi dari permukaan air bebas dan evaporasi dari permukaan tanah.
Umboro Lasminto IV - 3
a. Evaporasi dari permukaan air bebas
Pada dasarnya evaporasi terjadi karena perbedaan tekanan uap dari udara pada
permukaan air dan dari udara di atasnya.
Perumusan dasarnya (Dalton) adalah sebagai berikut :
( ) ( )ufe - e C E aw= (4.1)
dimana :
E = evaporasi dari permukaan air (open water)
C = koefisien tergantung dari tekanan barometer
u = kecepatan angin
ew = tekanan uap jenuh muka air danau
ea = tekanan uap udara di atasnya
Kedalaman air juga mempengaruhi evaporasi, karena untuk menaikkan
temperatur air yang mempunyai lapisan tebal (dalam) lebih banyak diperlukan
panas dari pada yang mempunyai lapisan tipis (dangkal). Untuk penyinaran
matahari yang sama maka akan lebih banyak menaikkan temperatur air yang
dangkal dari pada yang dalam, hingga evaporasi pada air yang dangkal lebih
banyak.
Banyak cara untuk menghitung besarnya evaporasi dari permukaan air
diantaranya sebagai berikut :
1. Persamaan Empiris
Seperti disebutkan di atas bahwa besarnya evaporasi sangat
dipengaruhi oleh kecepatan angin, maka untuk evaporasi permukaan
air bebas perumusan empirisnya dibedakan menjadi dua kejadian :
Umboro Lasminto IV - 4
- Bila temperatur permukaan air sama dengan temperatur udara, maka
perumusan yang dipakai adalah :
( ) ( )ufe - e CE asa = (4.2)
dimana :
Ea = evaporasi dari muka air (open water) untuk temperature udara
dan air yang sama t° C dalam mm/hari
C = konstanta empiris
es = tekanan uap jenuh udara pada t° C (mmHg)
ea = tekanan uap sesungguhnya udara di atasnya (mmHg)
u = kecepatan angin pada ketinggian standard
dari persamaan 4.2 diperoleh persamaan empiris yang banyak dipakai :
( )( )2asa U0,54 0,5e e35,0E +−= (4.3)
dimana :
U2 = kecepatan angin dalam m/dt pada ketinggian 2 meter
Ea = dalam mm/hari
- Bila temperatur udara dan permukaan air berbeda, maka perumusan
yang dipakai mempunyai bentuk yang sama dengan persamaan 4.2
yaitu :
( ) ( )ufe e CE a'
o −= s (4.4)
dimana :
e’s = tekanan uap jenuh dari lapisan batas antara udara dan air,
yang mempunyai temperatur t’s dan tidak sama dengan temperatur air
atau udara.
Temperatur t’s kenyataannya tidak mungkin (sulit) untuk dapat diukur,
sehingga menurut perumusan yang telah dikembangkan dalam bentuk
Umboro Lasminto IV - 5
persamaan (4.2) yang bisa dipakai untuk kondisi lokal dimana
konstanta-konstanta dapat diturunkan tetapi tidak berlaku umum,
perhitungan evaporasi (Eo) tersebut dapat dilakukan.
Hasil penurunan Ijssclmer di holland mendapatkan suatu perumusan
yang dapat dipakai hanya untuk kondisi yang sama adalah sebagai
berikut :
( )( )6awo U0,25 1e e0,345E +−= (4.5)
dimana :
Eo = evaporasi di danau (mm/hari)
ew = tekanan uap jenuh pada temperatur tw untuk muka air
danau (mmHg)
ea = tekanan uap air sesungguhnya (mmHg)
U6 = kecepatan angin (m/dt) pada ketinggian 6 m di atas
permukaan.
2. Neraca Air (water Budget)
Perhitungan evaporasi dengan cara ini disebut juga dengan storage
equation approach, yaitu dengan menarik suatu keseimbangan yang
tetap pada semua air yang masuk dan meninggalkan daerah aliran
(catchmen, drainage basin).
Bila hujan jatuh di daerah aliran dan dapat diukur, kemudian aliran
yang terjadi akibat hujan tersebut pada suatu titik pengamatan (check
point/out let) juga dapat diukur, maka yang menyebabkan tidak sama
antara besarnya hujan yang jatuh dengan besarnya aliran yang terjadi
ada tiga, yaitu :
Umboro Lasminto IV - 6
• Perubahan storage dalam daerah aliran, salah satunya adalah danau
atau air tanah (aquifer).
• Perbadaan dalam aliran air tanah yang masuk dan keluar dari
daerah aliran.
• Karena evaporasi dan transpirasi.
Persamaan storage secara umum adalah sebagai berikut (bandingkan
persamaan 1.3)
S S W S PE OOi ∆±−±+= (4.6)
dimana :
E = evaporasi
P = total persipitasi
Si = surface inflow (kalau ada)
GWo = ground water out flow
So = surface out flow
ΔS = perubahan storage dipermukaan dan dibawah
permukaan (sub surface)
Semua besaran dinyatakan dalam mm. Yang sulit dari cara ini adalah
pengukuran keluar masuknya air tanah hingga ketelitiannya jauh
berbeda dengan pengukuran lainnya.
3. Pemakaian alat dilapangan
Besarnya evaporasi dapat diukur dilapangan dengan memasang alat
pengukur evaporasi yaitu atmometer atau pan evaporasi. Atmometer
adalah alat pengukuran evaporasi yang kecil yang biasa dipakai dalam
stasiun meteorologi. Hasilnya bukan data evaluasi absolut, akan tetapi
memberikan perbandingan.
Umboro Lasminto IV - 7
Ada tiga type atmometer yaitu type Piche, type Livingston dan type
Bellani. Pengukuran evaporasi dengan pan banyak dilakukan dengan di
lapangan (dalam stasiun meteorologi). Banyak jenis pan yang dipakai
diantaranya class A Pan Evaporation, Sunken Pan dengan type
Colorado, Young dan BPI, serta Floating Pan.
a. Class a Pan evaporation
Merupakan pan yang terbuat dari logam diletakkan di atas
permukaan tanah pada susunan kayu setinggi 6 in. Tinggi pan 10 in
dengan diameter 4 feet yang di dalamnya diisi air dengan
ketinggian sesuai dengan standard ukur di dalamnya (Gambar 4.1)
yang mempunyai ketinggian 7 in – 8 in. Besarnya evaporasi adalah
dengan melihat perubahan tinggi muka air terhadap tinggi standard
ukurnya. Besarnya evaporasi di pan bukan merupakan besarnya
evaporasi yang sebenarnya (actual evaporation) tetapi masih harus
dikalikan dengan koefisien pan yang harganya lebih kecil dari satu.
Hal ini disebabkan karena kemampuan menyimpan panas berbeda
antara pan dan danau, juga terjadi pertukaran panas antara pan
dengan tanah, air dan udara disekitarnya. Untuk class A
evaporation besarnya koefisien pan adalah 0,6 – 0,8.
Gambar 3.1. Class A Pan Evaporation dan pemasangannya
Umboro Lasminto IV - 8
b. Sunken Pan
Sejenis pan yang sebagian ditanam masuk ke dalam tanah dengan
maksud memasukkan faktor pengaruh tanah terhadap penguapan.
Ada tiga jenis Sunken Pan yaitu, Colorado Sunken Pan yang
mempunyai penampang 3 feet persegi dan tinggi 18 in dengan
koefisien pan 0,79 – 0,98.
Jenis yang kedua adalah Young Screened Pan yaitu pan yang
mempunyai diameter 2 feet dan tinggi 3 feet dengan koefisien pan
0,91 – 0,99 (mendekati satu). Jenis yang ketiga adalah BPI pan
(Bureau of Plant Industry) yang mempunyai diameter 6 feet dan
tinggi 2 feet dengan koefisien pan 0,91 – 0,99 (mendekati satu).
c. Floating Pan
Untuk memasukkan faktor pengaruh massa air terhadap penguapan
dipakai jenis pan yang lain yaitu Floating Pan yang pada dasarnya
adalah sama dengan pan yang lain tetapi diapungkan di atas
permukaan air (danau). Pan jenis ini mempunyai koefisien 0,8.
Apabila dilakukan pengukuran temperature air di dalam pan dan
air di danau maka faktor–faktor pengaruh seperti kemampuan
menyimpan panas dan pertukaran panas dapat dieliminir dengan
memperhatikan persamaan 4.2 yaitu :
( ) ( )ufeeCE aspap −= (4.7)
( ) ( )ufeeCE asdad −= (4.8)
dimana :
Eap = evaporasi di pan
Ead = evaporasi di danau
Umboro Lasminto IV - 9
esp = takanan uap jenuh pada temperature air di pan
esd = takanan uap jenuh pada temperature air di danau
C = konstanta
u = kecepatan angin
Dengan anggapan bahwa konstanta (C) dan kecepatan angin (u)
adalah sama antara pan dan danau, maka :
( )( ) ap
asp
asdad E
eeee
E ×−−
= (4.9)
dimana :
( )( )asp
asd
eeee
−− = koefisien pan (k)
jadi : Ead = k . Eap (4.10)
Terlihat bahwa pemakaian alat pan evaporasi pengukurannya harus
dilakukan setiap hari dilapangan dengan melihat besarnya perubahan
tinggi muka air di dalam pan yang merupakan evaporasi dalm satu
hari.
Ada tiga kejadian perubahan muka air di dalam pan, yaitu :
• bila muka air turun dari standar ukur dan pada hari itu tidak terjadi
hujan, maka besar evaporasi yang terjadi di pan adalah sama
dengan besarnya tinggi air yang ditambahkan dalam pan supaya
muka air mencapai tinggi standar.
• Bila muka air turun dari standard ukur dan pada hari itu terjadi
hujan, maka besar evaporasi yang terjadi di pan adalah sama
dengan besarnya tinggi air yang ditambahkan dalam pan supaya
muka air mencapai tinggi standar ditambah tinggi hujan pada hari
itu.
Umboro Lasminto IV - 10
• Bila muka air naik dari standard ukur dan pada hari itu terjadi
hujan, maka besarnya evaporasi yang terjadi di pan adalah sama
dengan tinggi hujan yang terjadi hari itu dikurangi dengan tinggi
air yang dibuang dari pan supaya muka air mencapai tinggi standar.
4. Teori Penman
H.L. Penman (1948) mengemukakan teori dan perumusan untuk
mengestimasi besarnya evaporasi dari data cuaca suatu daerah. Teori
Penman didasarkan atas dua kebutuhan untuk menjaga kontinuitas dari
evaporasi agar tetap terjadi, yaitu :
a. Besarnya energi panas yang harus disuply untuk proses
penguapan. Gelombang pendek radiasi matahari yang sampai di
permukaan bumi besarnya tergantung dari letak tempat
(latitude), musim tahunan, jam siang dan banyaknya awan
dalam satu hari. Bila diasumsikan tidak ada awan maka
besarnya total radiasi pada suatu diberikan dalam bentuk table
oleh Angot seperti pada Tabel 4.1 sebagai harga RA (bilangan
Angot) dengan satuan gcal/cm2/hari.
Tabel 4.1. Bilangan Angot dalam gcal/cm2/hari
Umboro Lasminto IV - 11
Tabel 4.2. Harga es menurut suhu
Jika Rc = radiasi gelombang pendek sesungguhnya yang
diterima pada permukaan tanah dari matahari
n = Jam penyinaran matahari sesungguhnya yang terjadi
N = Jam penyinaran matahari yang mungkin dapat terjadi
n/N = Perbandingan jam penyinaran (relatif sunshine)
maka Penman memberikan persamaan sebagai berikut :
+=
Nn48,020,0R Rc A (4.11)
Sebagian dari Rc dipantulkan kembali sebagai radiasi
gelombang pendek yang besarnya tergantung dari daya pantul
(reflaksi) permukaan tanah (macam muka tanah). Besarnya
Umboro Lasminto IV - 12
koefisien reflaksi (r) yang disebut Albedo, seperti pada Tabel
4.3.
Jika RI = besarnya radiasi gelombang pendek yang tinggal
dimuka tanah
maka :
( )r-1RcR I = (4.12)
atau :
( )
+=
Nn0,480,20r-1RR AI (4.13)
Pada malam hari sebagian dari RI masih dipantulkan lagi,
dimana besarnya (RB) dituliskan sebagai perumusan empiris
sebagai berikut :
( )
+−=
Nn80,020,0e 0,0770,47Ta R a
4B σ (4.14)
dimana :
σ = konstanta dari Lummer dan Pringsheim
= 117,74 x 10-9 gcal/cm2/hari
Ta = temperatur absolut = t°C + 273
ea = tekanan uap air di udara (mmHg)
hubungan antara Ta dengan σ Ta4 yang dinyatakan dalam
mmH2O/ hari seperti pada Table 4.4.
Akhirnya, besarnya energi radiasi yang tersisa (H) pada
permukaan air bebas (r = 0,06) dapat dituliskan sebagai berikut:
H = RI - RB (4.15)
Dari persamaan (4.13), (4.14) dan (4.15) didapat :
Umboro Lasminto IV - 13
( ) ( )
+−−
+−=
Nn0,480,20e 0,0770,47Ta σ
Nn0,480,200,061RH a
4A (4.16)
Dimana H disebut sebagai “heat budget” dalam cal/cm2/hari
atau dalam mmH2O/hari.
Heat budget (H) digunakan untuk empat keperluan, yaitu :
H = Eo + K + S + C (4.17)
dimana :
Eo = panas yang disediakan untuk penguapan dari
permukaan
air
K = Convective heat transfer dari permukaan
S = menaikkan panas udara sekitarnya
Kenyataan yang ada dalam periode harian bahwa harga S dan C
dapat diabaikan karena terlalu kecil bila dibandingkan dengan
perubah lainnya. Persamaan (4.17) menjadi :
H = Eo + K (4.18)
b. Gerakan perubahan uap air di udara (removal vapour) agar
proses evaporasi dapat kontinyu, seperti telah ditunjukkan
dalam persamaan (4.4) bahwa harga e’s sulit dihitung bila
temperature udara dan air berbeda. Penman mengasumsikan
bahwa perpindahan (transport) uap air dan panas karena
turbelensi udara pada dasarnya disebabkan oleh mekanisme
yang sama, yaitu ditentukan oleh (e’s – eo) dan (t’s – t) dan
diperkirakan :
( )( )a
'
'
o e ett
EK
−−
==s
sγβ (4.19)
Umboro Lasminto IV - 14
dimana :
γ = constanta pschrometer
= 0,49 jika t(°C) dan e (mmHg)
Dari persamaan (4.18) terlihat bahwa :
H = Eo (1 + β) (4.20)
Atau :
( )( )as
so
ee'1t'
1
H1
HE
−−
+=
+=
γβ (4.21)
Gambar 4.3. Grafik tekanan uap jenuh.
Dari Gambar 4.3 terlihat bahwa :
tt'e e'
tgs
ss
−−
=∆=α
dimana :
Δ = kemiringan grafik tekanan uap pada temperatur t sehingga :
Δe e'
tt' sss
−=− (4.22)
Dari persamaan (4.21) dan (4.22) didapat :
Umboro Lasminto IV - 15
( )( )as
sso
ee'e e'
Δγ1
HE
−−
+= (4.23)
perhatikan bahwa :
e’s – es = (e’s - es) – (es - ea) (4.24)
subsitusi persamaan (4.24) kedalam persamaan (4.23) didapat :
( ) ( )( )
−−−−
+=
as
asaso
ee'eee e'
Δγ1
HE
atau : ( )( )
−−
−+=
as
aso
ee'ee
1 Δγ1
HE (4.25)
Perhatikan persamaan (4.2) dan (4.4) maka akan diperoleh
as
as
o
a
e e'ee
EE
−−
= (4.26)
Jadi dari persamaan (4.25) dan (4.26) akan didapat :
−−
=
o
ao
EE
1Δγ1
HE
atau :
HEE
1EΔγE
o
aoo =
−+
HEΔγE
ΔγE aoo =−+
ao EΔγH
Δγ1E +=
+
Δγ1
EΔγH
Ea
o
+
+=
Umboro Lasminto IV - 16
Jadi : γΔ
E γHΔE a
o ++⋅
= (4.27)
Catatan :
1. Bila H dinyatakan dalam gcal/cm2/hari sedang Eo
dikehendaki dalam mmH2O, maka harga H terlebih
dahulu dibagi 60.
2. Harga Δ fungsi t (°C) dapat dilihat dalam gambar 5.4 bila
t’s tidak diketahui.
Contoh 4.1.
Diketahui data t = 20 °C ; h = 70 % ; Nn = 40 %
t’s = 20,1 °C ; RA = 550 cal/cm2/hari ; U2 = 5 m/dt
Hitung besarnya evaporasi air permukaan bebas hariannya.
Penyelesaiannya :
Table 3.1 : t = 20 °C e5 = 17,53 mmHg
t’s = 20,1 °C e’s = 17,64 mmHg
ea = 0,7 x 17,53 = 12,27 mmHg
Ta = 20 + 273 = 293 °K
Δ = 1,1201,20
53,1764,17=
−−
Ta4 = 117,74 x 10-9 x (293)4 = 867,75
Rc = 550 (0,2 + 0,48 x 0,4) = 215,6 gcal/cm2/hari
RI = 215,6 (1 – 0,06) = 202,66 gcal/ cm2/hari
RB = 867,75 (0,47 – 0,077 x 12,27) (0,20 + 0,80 x 0,4)
Umboro Lasminto IV - 17
= 90,37 gcal/ cm2/hari
H = 202,66 – 90,37 = 112,29 gcal/ cm2/hari
= 1,87 mmH2O/hari
Ea = 0,35 (17,53 – 12,27)(0,5 + 0,54 x 5)
= 5,89 mmH2O/hari
Eo = mm/hari 11,349,01,1
89,549,087,11,1=
+×+×
Perhitungan evaporasi permukaan air bebas dari Penman dapat
juga dilakukan dengan NOMOGRAM seperti pada Gambar
4.4. yang dibuat oleh P.J. Rijkoort dari Royal Meteorological
Institute, Netherlands
Eo = E1 (t, Nn ) + E2 (t, RA,
Nn ) + E3 (t, N
n ,h) + E4 (t, U2,h)
(4.28)
Contoh pemakaian dengan nomogram :
Misalkan data yang ada :
t = 18° ; Nn = 40 %
RA = 800 gcal/ cm2/hari
h = 60 % ; U2 = 3 m/dt
maka dari nomogram diperoleh : E1 = - 2,28 mm/hari
E2 = + 3,30 mm/hari
E3 = + 1,12 mm/hari
E4 = + 1,52 mm/hari +
Jadi : Eo = + 3,66 mm/hari
Umboro Lasminto IV - 18
Gambar 4.4. Nomogram Penman
Umboro Lasminto IV - 19
Tabel 4.3. Bilangan Albedo (r)
Jenis permukaan R
Open water
Rock
Dry mould
Wet mould
Grass
Green vegetation (general figure)
0,06
0,12 – 0,15
0,14
0,08 – 0,09
0,10 – 0,33
0,20
b. Evaporasi dari permukaan tanah
Besar evaporasi dari permukaan tanah berbeda dengan permukaan air bebas
karena tergantung dari jenis (lapisan) permukaan tanahnya. Bilangan albedo
pada evaporasi permukaan tanah lebih besar dari pada permukaan air bebas.
Untuk permukaan tanah yang jenuh, besarnya evaporasi kira-kira sama dengan
evaporasi dari permukaan air disekitarnya yang mempunyai temperatur sama.
Besarnya evaporasi permukaan tanah dipengaruhi oleh besarnya tinggi hujan
jatuh. Evaporasi dari permukaan tanah suatu daerah yang hujannya banyak
dengan pembagian merata sepanjang tahun akan jauh lebih besar dari pada
suatu daerah dengan hujan sedikit.
Ada berbagai cara untuk menentukan evaporasi dari permukaan tanah,
diantaranya :
1. Dengan membandingkan evaporasi permukaan air bebas
Harga Eo dari perhitungan cara Penman dapat dibandingkan dengan besar
evaporasi permukaan tanah, turfed soil atau bare soil (ET atau EB).
Umboro Lasminto IV - 20
Pada suatu daerah akan mempunyai nilai perbandingan antara EB dan EO
yang tergantung dari kondisi tanah (lapisan permukaan tanah), yang dapat
ditulis dalam persamaan sebagai berikut :
O
B
EE = α ( α < 1) (4.29)
Untuk permukaan tanah yang berlumpur harga lebih kecil dari pada
permukaan tanah yang tidak berumput.
Suatu percobaan untuk permukaan tanah yang ditanami rumput
menunjukkan harga α = 0,75 untuk perbandingan rata-rata dalam satu
tahun.
2. Pengukuran dengan Lysimeter
Lysimeter adalah alat yang dipakai untuk mengukur evaporasi dari
permukaan tanah secara langsung (termasuk tanaman di atasnya).
Permukaan tanah yang tidak berhubungan dengan air tanah kemungkinan
evaporasinya sangat kecil, karena hanya tergantung dari air hujan saja.
Sedang permukaan tanah yang berhubungan dengan daerah kapiler
kemungkinan evaporasinya lebih besar, karena selalu disuply air dari air
tanah. Gambar 4.5 adalah sket Lysimeter. Banyaknya evaporasi dari
permukaan tanah (EB) adalah selisih antara tinggi hujan (P) dan air yang di
drain ke dalam penampungdi bawah tanah (O).
EB = P – O (4.30)
Bila Lysimeter diplotkan pada suatu daerah irigasi yang berarti di atas
permukaan tanah terdapat tanaman, maka evaporasi yang terjadi termasuk
akibat tanaman (evapotranspirasi).
Umboro Lasminto IV - 21
Gambar 4.5. Sket Lysimeter
Bila pemberian air irigasi diadakan maka persamaan (4.30) menjadi
sebagai berikut :
P + I = Et + O ± Δ S (4.31)
Dimana :
I = Air irigasi
Et = evapotranspirasi
Δ S = perubahan storage
Macam-macam Lysimeter diantaranya adalah Weighable Lysimeter yang
digunakan di Amerika Serikat dan Uni Soviet.
4.2. Menghitung Transpirasi
Besarnya transpirasi tergantung dari penyinaran matahari, temperatur,
kelembaban, angin, tersedianya air dan fase pertumbuhan tanaman.
Pengukuran transpirasi pada suatu daerah aliran sangat sulit dan biasanya
pengukuran dilakukan di laboratorium dengan menggunakan sampel-sampel
kecil pada suatu phytometer adalah suatu bak (pot) yang diisi tanah dan
Umboro Lasminto IV - 22
ditanami dengan tanaman yang hendak diukur transpirasinya. Permukaan
tanah pada pot seluruhnya ditutup plastik agar tidak ada penguapan dari
permukaan tanah.
Pengurangan air dari akibat transpirasi dapat diketahui dengan cara mengukur
berat pot dengan tanaman dan air setiap waktu tertentu. Selisih bacaan berat
antara dua waktu akan menunjukkan besarnya transpirasi dari suatu tanaman.
Suatu penelitian dengan phytometer dapat dilakukan selama siklus hidup
tanaman di laboratorium dimana hasilnya hanya merupakan suatu indek
pemakaian air dari suatu tanaman dilapangan. Penyelidikan ini hanya dapat
dilaksanakan untuk tanaman-tanaman kecil.
Gambar 4.6. Alat Pengukur Transpirasi
Umboro Lasminto IV - 23
4.3. Menghitung Evapotranspirasi
Menghitung besarnya evapotranspirasi dari pengukuran dilapangan dengan
memakai Lysimeter dapat dilakukan dengan prinsip water balance seperti pada
persamaan (4.31).
Cara lain untuk menghitung evapotranspirasi adalah dengan menggunakan
perumusan-perumusan dari hasil eksperiment diantaranya adalah :
4.3.1. Perumusan evapotranspirasi dari Thornthwaite
C.W. Thornthwaite telah melakukan percobaan dengan menggunakan
Lysimeter untuk mempelajari hubungan antara temperature dengan evapotranspirasi.
Hasilnya mendapatkan perumusan sebagai berikut :
1,514
n
5tj
= (4.32)
dimana :
j = heat index bulanan
tn = temperature rata-rata bulanan (°C)
Heat index tahunan J, adalah : ∑=12
1jJ (4.33)
Besarnya Potensial Evapotranspirasi (PET) untuk bulanan dengan temperature
rata-rata t° adalah :
mm/bulan J
t10 1,6PETa
⋅
= (4.34)
dimana :
a = (675 x 10-9) J3 – (771 x 10-7) J2 + (179 x 10-4) J + 0,4982 (4.35)
PET dalam persamaan 4.34 merupakan harga standard bulanan yang
didasarkan atas 30 hari dengan 12 jam penyinaran matahari dalam satu hari.
Umboro Lasminto IV - 24
Actual Evapotranspirasi (AET) untuk bulan-bulan biasa dengan temperatur
rata-rata t° diberikan dengan persamaan :
mm 360
TDPETAET ⋅×= (4.36)
Dimana :
D = jumlah hari dalam satu bulan
T = jumlah rata-rata jam siang dalam satu bulan
Perumusan Thornthwaite telah diuji dan disederhanakan oleh Serra untuk
persamaan 5.32 dan 5.33 menjadi sebagai berikut :
j = 0,009 tn1,5 (4.37)
Dan a = 0,016 J + 0,5 (4.38)
Untuk memudahkan perhitungan Potensial Evapotranspirasi dengan cara ini
oleh Thornthwaite telah dibuatkan NOMOGRAM seperti pada gambar 4.7.
Langkah pertama dalam pemakaian nomogram adalah menentukan heat index
J yang kemudian ditarik garis lurus yang dihubungkan pada titik konvergence
pada t = 26,5° C. Untuk t lebih besar dari 26,5° C maka digunakan table
disebelah kanan. PET bulanan dapat dibaca sesuai dengan temperature rata-
rata bulanannya, hingga didapatka dua belas harga. Kemudian harga-harga
PET dihitung AET nya dengan persamaan 5.36 , dan terus dijumlahkan, maka
diperoleh besarnya evapotranspirasi setahun.
Umboro Lasminto IV - 25
Gambar 4.7. Nomogram Thornthwaite
4.3.2. Perumusan evapotranspirasi dari Blanney Criddle
Blanney Criddle mengemukakan perumusan untuk menghitung besarnya
potensial evapotranspirasi yang dihubungkan dengan temperatur rata-rata
bulanan, presentase penyinaran matahari bulanan dalam setahun dan koefisien
pertumbuhan tanaman.
Cara ini mempergunakan perumusan sebagai berikut :
100fkU ⋅= (4.39)
dan f = t x p (4.40)
dimana :
U = evapotranspirasi bulanan (in)
k = koefisien pemakaian air konsumtif (empiris)
f = faktor pemakaian air konsumtif
Umboro Lasminto IV - 26
t = temperatur rata-rata bulanan (°F)
p = presentase jam siang hari bulanan dalam setahun (tabel 4.4)
Modifikasi rumus aslinya kedalam satuan metrik dapat ditulis sebagai berikut :
k = kc x kt (4.41)
dan : f = p x (45,7 t + 813) (4.42)
dimana :
kc = koefisien tanaman bulanan (tabel 4.5)
kt = climatic coefficient yang berhubungan dengan temperature rata-rata
(°C) atau faktor penyesuaian bulanan.
= (0,0311 t + 2,40)
t = temperatur bulanan rata-rata (°C)
4.3.3. Perumusan evapotranspirasi dari Turc, Langbein dan Wundt
Turc telah mempelajari 254 daerah aliran sungai dari seluruh dunia untuk
merumuskan besarnya evapotranspirasi dengan mengabaikan storage yang
ada. Evapotranspirasi yang dirumuskan bukan PET tetapi rata-rata AET (mean
actual evapotranspirasi) dari daerah aliran sungai. Kemudian :
IOEP −+= (4.43)
dimana :
P = rata-rata hujan tahunan
E = rata-rata evapotranspirasi tahunan
O = rata-rata outflow tahunan
I = rata-rata inflow tahunan
maka menurut Turc :
Umboro Lasminto IV - 27
2
2
LP0,9
PE
+
= (4.44)
dimana :
E = rata-rata actual evapotranspirasi tahunan
L = 300 + 25 t + 0,05 t3
t = rata-rata temperatur tahunan (°C)
jika : 2
2
LP < 0,1 , maka E = P
E dan P dinyatakan dalam mm per tahun
bila : R = O - I (4.45)
maka hasil dari perumusan 4.45 dapat digambarkan dalam grafik Gambar 4.8.
yang mana harga E dan R dapat diperoleh dengan cepat.
Dari penelitian Turc diperoleh bahwa adanya perbedaan harga antara
pengukuran dan perhitungan tidak kurang dari 40 mm dalam 53% kejadian.
Keberatan dari cara ini adalah bahwa temperatur merupakan satu satunya
variabel yang menentukan. Juga variasi bulanan dalam satu tahun tidak
dipertimbangkan.
Gambar 4.8. Grafik hasil perhitungan Turc.
Umboro Lasminto IV - 28
Tabel 4.4a. Prosentase waktu jam harian lintang utara untuk tiap-tiap bulan
selama setahun
Tabel 4.4.b. Prosentase waktu jam harian lintang selatan untuk tiap-tiap
bulan selama setahun
Umboro Lasminto IV - 29
Tabel 4.5. Koefisien crop consumtive use dengan % masa pertumbuhan
4.3.4. Perumusan evapotranspirasi dari Penman
Besarnya potensial evapotranspirasi menurut Penman yaitu perkalian
antara koefisien tanaman dengan besarnya evaporasi menurut Penman
(Eo). Perumusan dapat ditulis sebagai berikut :
PET = k . Eo (4.46)
Dimana :
k = koefisien tanaman bulanan (tabel 4.5)
Cara lain untuk perhitungan evapotranspirasi seperti perumusan
Hargreaves dan Christiansen tidak dibicarakan didalam bab ini.
Umboro Lasminto IV - 30
4.4. Consumtive Use
Pengunaan konsumtif (consumtive use) adalah evapotranspirasi dari suatu
daerah yang ditumbuhi tanaman, biasanya dipakai dalam hubungannya dengan
pertanian yaitu untuk menghitung besarnya kebutuhan air irigasi.
Kalau moisture tanah yang tersedia (M) lebih besar dari potensial
evapotranspirasi (PET), maka penggunaan konsumtif (C.U) sama besarnya dengan
PET. Sedang bila moisture tanah yang tersedia lebih kecil dari PET, maka C.U akan
lebih kecil dari PET dan ini disebut kekurangan moisture tanah (soil moisture
deficiency).
Besarnya C.U tergantung dari berbagai faktor seperti iklim supply moisture
tanah, macam dan umur tanaman yang tumbuh, macam tanah dan cara penggarapan.
Besarnya C.U dari suatu tanaman dihitung untuk mengetahui besar keperluan air
(water requirement) yang diberikan. Keperluan air untuk tanaman ada optimumnya,
yaitu banyaknya air yang harus diberikan untuk mendapatkan hasil yang tertinggi.
Kalau tanaman diberikan air kurang atau lebih dari keperluan optimumnya maka
hasilnya akan berkurang.
4.6. Latihan
1. Diketahui data t = 25 °C ; h = 70 % ; Nn = 45 %
t’s = 20,0 °C ; RA = 650 cal/cm2/hari ; U2 = 4 m/dt
Hitung besarnya evaporasi air permukaan bebas hariannya.
3. Hitunglah evaporasi dari permukaan air bebas untuk suatu daerah yang terletak di
lintang 52o U
4. Gunakan nomogram Penman untuk menyelesaikan persamaan Penman untuk
meramalkan evapotrnspirasi potensial harian dari suatu tanaman lapangan pada
garis lintang 40o U dalam bulan April dengan kondisi sebagai berikut : temperatur
Umboro Lasminto IV - 31
udara rata-rata = 20oC; h rata-rata = 70%; selimut langit = 60% awan; U2 rata-rata
= 2.5 m/detik; rasio evapotranspirasi potensial dan evaporasi petensial = 0.7.
5. Dengan menggunakan metode Blaney-Criddle yang dimodifikasi, tentukan
kebutuhan air bagi tanaman kapas yang tumbuh di pertengahan musim dalam
kondisi yang sangat kering disuatu lokasi 30o Lintang Utara dalam bulan februari
dimana rata-rata temperatur harian adalah 28o C dan kecepatan rata-rata angin 4
m/det.
top related