Presentasi RH I Bab IV Penguapan
Kompetensi: Kompetensi : Memahami tentang dasar Memahami tentang dasar--
dasar hidrologi, parameter hidrologi (hujan, dasar hidrologi, parameter hidrologi (hujan, klimatologi dan aliran), metode--metode klimatologi dan aliran), metode metode analisis serta aplikasinya dalam rekayasa analisis serta aplikasinya dalam rekayasa teknik sipil. teknik sipil.
Sub Kompetensi: Sub Kompetensi : Mahasiswa mampu Mahasiswa mampu
menghitung kehilangan hujan oleh proses menghitung kehilangan hujan oleh proses evaporasi, transpirasi, evapotranspirasi evaporasi, transpirasi, evapotranspirasi beserta metode yang digunakan dan beserta metode yang digunakan dan mempersiapkan analisis nilai penguapan mempersiapkan analisis nilai penguapan dalam analisis hidrologi secara dalam analisis hidrologi secara keseluruhan. keseluruhan.
Pengertian Umum Pengertian Umum
Penguapan merupakan salah satu Penguapan merupakan salah satu mata rantai proses dalam siklus mata rantai proses dalam siklus hidrologi. Penguapan dapat terjadi hidrologi. Penguapan dapat terjadi di semua permukaan yang di semua permukaan yang mengandung air (moisture mengandung air ( moisture), ), seperti permukaan air, permukaan seperti permukaan air, permukaan tanah, permukaan tanaman, tanah, permukaan tanaman, permukaan yang tertutup tanaman permukaan yang tertutup tanaman dan lain sebagainya. dan lain sebagainya.
Evaporasi Evaporasi
Perubahan air menjadi uap air dan kembali Perubahan air menjadi uap air dan kembali ke atmosfir ke atmosfir
Terjadi di permukaan (antar--muka/ Terjadi di permukaan (antar muka/interface interface udara udara--air) air) air uap Analisis Hidrologi Analisis Hidrologi
Tidak semua analisis dalam hidrologi Tidak semua analisis dalam hidrologi memasukkan variabel penguapan sebagai memasukkan variabel penguapan sebagai bagian yang penting bagian yang penting
analisis hidrologi untuk pengendalian banjir analisis hidrologi untuk pengendalian banjir besarnya penguapan dari tampungan air di besarnya penguapan dari tampungan air di alur sungai umumnya diabaikan alur sungai umumnya diabaikan
Penguapan diperhitungkan pada analisis Penguapan diperhitungkan pada analisis hidrologi perencanaan ketersediaan air, hidrologi perencanaan ketersediaan air, perencanaan irigasi, neraca air ( perencanaan irigasi, neraca air (water water
balance balance) waduk. pengelolaan lahan ( ) waduk. pengelolaan lahan (field field management management). ).
Pembagian Penguapan Pembagian Penguapan
Penguapan ( Penguapan (evaporation evaporation)) proses perubahan dari zat cair atau proses perubahan dari zat cair atau padat menjadi gas. Lebih spesifik padat menjadi gas. Lebih spesifik penguapan adalah proses transfer air penguapan adalah proses transfer air dari permukaan bumi ke atmosfir. dari permukaan bumi ke atmosfir.
Transpirasi ( Transpirasi (transpiration transpiration)) penguapan air yang terserap tanaman, penguapan air yang terserap tanaman, tidak termasuk penguapan dari tidak termasuk penguapan dari permukaan tanah. Setiap hari tanaman permukaan tanah. Setiap hari tanaman yang tumbuh secara aktif melepaskan yang tumbuh secara aktif melepaskan uap air 5 sampai 10 kali sebanyak air uap air 5 sampai 10 kali sebanyak air yang dapat ditahan. yang dapat ditahan. Pembagian Penguapan Pembagian Penguapan
Evapotranspirasi (evapotranspiration Evapotranspirasi ( evapotranspiration)) penguapan yang terjadi dari permukaan penguapan yang terjadi dari permukaan bertanaman. Sekitar 95.000 mil kubik/thn bertanaman. Sekitar 95.000 mil kubik/thn air menguap ke angkasa. Hampir 80.000 air menguap ke angkasa. Hampir 80.000 mil kubik menguapnya dari lautan. mil kubik menguapnya dari lautan.
Evapotranspirasi potensial (potential Evapotranspirasi potensial ( potential
evapotranspiration)) evapotranspiration
evapotranspirasi yang terjadi apabila evapotranspirasi yang terjadi apabila kandungan air (moisture supply kandungan air ( moisture supply) tidak ) tidak terbatas. terbatas.
Evapotranspirasi nyata ( Evapotranspirasi nyata (actual actual
evapotranspiration evapotranspiration))
evapotranspirasi yang terjadi sangat evapotranspirasi yang terjadi sangat tergantung dari ketersediaan air tergantung dari ketersediaan air
Faktor Meteorologis Faktor Meteorologis
Suhu Suhu
Agar terjadi penguapan maka Agar terjadi penguapan maka diperlukan panas di dalam air yang diperlukan panas di dalam air yang manjadi dingin pada saat terjadi manjadi dingin pada saat terjadi penguapan. penguapan.
Kelambaban (humidity) Kelambaban (humidity) Apabila suhu udara naik, maka Apabila suhu udara naik, maka kelembaban akan turun, begitu kelembaban akan turun, begitu juga sebaliknya. Oleh sebab itu bila juga sebaliknya. Oleh sebab itu bila kelembaban udara naik dan suhu kelembaban udara naik dan suhu turun maka laju penguapan akan turun maka laju penguapan akan turun turun
Faktor Meteorologis Faktor Meteorologis
Tekanan udara (barometer) Tekanan udara (barometer)
tekanan udara diikuti tekanan udara diikuti perubahan faktor meteorologi perubahan faktor meteorologi lain, seperti angin, suhu lain, seperti angin, suhu
Angin Angin
makin tinggi kecepatan angin, makin tinggi kecepatan angin, maka laju penguapan juga maka laju penguapan juga akan bertambah akan bertambah
Faktor fisik/geografis Faktor fisik/geografis Kualitas air Kualitas air
Apabila di dalam air tertahan Apabila di dalam air tertahan bahan--bahan tertentu maka bahan bahan tertentu maka tekanan uap air dipermukaan akan tekanan uap air dipermukaan akan berkurang, yang akan mengurangi berkurang, yang akan mengurangi laju penguapan. laju penguapan.
Bentuk, luas dan kedalaman air Bentuk, luas dan kedalaman air
adanya pengaruh faktor bentuk adanya pengaruh faktor bentuk permukaan, luas dan kedalaman permukaan, luas dan kedalaman air terhadap laju penguapan, air terhadap laju penguapan, meskipun sangat kecil. meskipun sangat kecil. Pengukuran Langsung Pengukuran Langsung
Atmometer Atmometer
Alat pengukur evaporasi ini cukup Alat pengukur evaporasi ini cukup sederhana, berupa bejana berpori yang sederhana, berupa bejana berpori yang diisi air. Besarnya penguapan dalam diisi air. Besarnya penguapan dalam jangka waktu tertentu, misalnya harian jangka waktu tertentu, misalnya harian didapatkan dari nilai selisih pembacaan didapatkan dari nilai selisih pembacaan sebelum dan sesudah percobaan. sebelum dan sesudah percobaan.
Pengukuran Langsung Pengukuran Langsung
Evaporation Pan Evaporation Pan
Untuk mengukur evaporasi dari muka air Untuk mengukur evaporasi dari muka air bebas dapat digunakan panci penguapan bebas dapat digunakan panci penguapan ((ev evaporation pan aporation pan). ). Terdapat tiga macam Terdapat tiga macam panci penguapan yang sering digunakan, panci penguapan yang sering digunakan, yaitu panci penguapan klas A (class A yaitu panci penguapan klas A ( class A (galvanize) Tidak dicat Bejana logam 1.21 m = 14’ Rangka kayu evaporation pan evaporation pan)) 25.4 cm = 1”
4” panci penguapan tertanam ( panci penguapan tertanam (sunken sunken evaporation pan)) evaporation pan 3’x3’ 3’ 4’’ panci penguapan terapung (floating panci penguapan terapung ( floating evaporation pan)) evaporation pan
Kisi-kisi Kisi-kisi Ponton
Angker Angker Pendekatan teoritis Pendekatan teoritis
Persamaan--persamaan Persamaan persamaan Empirik (Empirical Equations Empirik ( Empirical Equations))
Keseimbangan Air (Water Keseimbangan Air ( Water Balance Methods Balance Methods))
Aerodynamic Method Aerodynamic Method
Energy Balance Method Energy Balance Method
Combination Method Combination Method
Priestley Priestley--Taylor Method Taylor Method
Persamaan Empirik Persamaan Empirik E = E = C C ((ew ew – – ea ea)) dengan: dengan: C C = koefisien penguapan = koefisien penguapan ew ew = tekanan uap air = tekanan uap air maksimum dalam inHg maksimum dalam inHg ea ea = tekanan uap air sesaat, = tekanan uap air sesaat, berdasarkan suhu rata--rata berdasarkan suhu rata rata bulanan dan kelembaban bulanan dan kelembaban stasiun terdekat stasiun terdekat
Keseimbangan Air Keseimbangan Air I = O I = O ± ± SS
dengan: dengan:
II = masukan ( = masukan (inflow inflow)) O O = keluaran ( = keluaran (outflow outflow)) S S = perubahan tampungan ( = perubahan tampungan (change in change in storage) storage)
Metode imbangan air Metode imbangan air
Pada reservoir: Pada reservoir: E = P + Q E = P + Q – – O O – – I I – –
S S
Dengan: Dengan: E = vol. evaporasi, P = E = vol. evaporasi, P =
presipitasi, Q = inflow limpasan presipitasi, Q = inflow limpasan permukaan, O = outflow, I = infiltrasi, permukaan, O = outflow, I = infiltrasi,
S = perubahan tampungan. Selang S = perubahan tampungan. Selang
waktu umumnya 1 minggu waktu umumnya 1 minggu
Aerodynamic Method Aerodynamic Method E B e e
a as a dengan: dengan: E E = evaporasi dari muka air bebas selama = evaporasi dari muka air bebas selama a periode pengamatan, periode pengamatan,
B B = faktor empiris tergantung kepada konstanta = faktor empiris tergantung kepada konstanta von Karman ( von Karman (k k), rapat massa udara ( ), rapat massa udara ( ), rapat ), rapat ρρ a massa air ( massa air ( w), kecepatan angin pada 2 m di ρρw), kecepatan angin pada 2 m di atas permukaan ( atas permukaan (U U ) dan tekanan udara ) dan tekanan udara 2 ambient (p ambient ( p), ), e e = tekanan uap jenuh di udara pada temperatur = tekanan uap jenuh di udara pada temperatur as sama dengan temperatur air, sama dengan temperatur air, e e = tekanan uap nyata pada ketinggian = tekanan uap nyata pada ketinggian a pengamatan. pengamatan.
Energy Balance Method Energy Balance Method
1 Rn R R E Rn Hs G i e 1 l v w
dengan: dengan:
E E = laju evaporasi (mm/hari), = laju evaporasi (mm/hari), ll = panas latent untuk penguapan (J/kg), = panas latent untuk penguapan (J/kg), v v
3
3
= massa jenis air (kg/m = massa jenis air (kg/m ), ),
ρρ w w
2
2 R R = radiasi neto (W/m = radiasi neto (W/m ), ), n n
2
2 H H = suplai panas ke aliran udara (W/m = suplai panas ke aliran udara (W/m ), ), s s
2
2 G G = suplai panas ke dalam tanah (W/m = suplai panas ke dalam tanah (W/m ). ).
Energi untuk penguapan tergantung suhu. Energi untuk penguapan tergantung suhu.
Berdasarkan prinsip pendekatan Berdasarkan prinsip pendekatan keseimbangan energi dan hukum Dalton keseimbangan energi dan hukum Dalton telah dikembangkan rumus empiris Penman telah dikembangkan rumus empiris Penman
Pendekatan Combination Method Pendekatan Combination Method Bentuk persamaan dasarnya: Bentuk persamaan dasarnya:
E E E r a
Pendekatan Priestley Pendekatan Priestley--Taylor Taylor
E E r
dengan: dengan:
Er = laju penguapan dihitung dengan Er = laju penguapan dihitung dengan keseimbangan energi keseimbangan energi
Ea = laju penguapan dihitung dengan cara Ea = laju penguapan dihitung dengan cara aerodinamik aerodinamik
= gradien tekanan uap air jenuh = gradien tekanan uap air jenuh
= tetapan psikometrik (psychometric = tetapan psikometrik (psychometric constant) constant)
Rumus Hitungan Perkiraan Rumus Hitungan Perkiraan Evapotranspirasi Evapotranspirasi
Mengingat evapotranspirasi Mengingat evapotranspirasi tergantung pada jenis dan tahap tergantung pada jenis dan tahap pertumbuhan tanaman, maka pertumbuhan tanaman, maka digunakan acuan hitungan yaitu digunakan acuan hitungan yaitu evapotranspirasi tanaman acuan evapotranspirasi tanaman acuan ((reference crop evapotranspiration reference crop evapotranspiration) ) yang didefinisikan sebagai berikut yang didefinisikan sebagai berikut (Doorenbos, dkk, 1977): (Doorenbos, dkk, 1977): ““Laju evapotranspirasi dari hamparan Laju evapotranspirasi dari hamparan tanaman rumput dengan tinggi tanaman rumput dengan tinggi merata sama yang tumbuh normal merata sama yang tumbuh normal dengan suplai air yang cukup dengan suplai air yang cukup””..
ETo ETo Dalam praktek terdapat dua pengertian Dalam praktek terdapat dua pengertian tentang evapotranspirasi, yaitu tentang evapotranspirasi, yaitu ::
1. 1. evapotranspirasi potensial ( evapotranspirasi potensial (potential potential evapotraspiration evapotraspiration)), , diartikan sebagai diartikan sebagai kehilangan air yang terjadi apabila kehilangan air yang terjadi apabila persediaan kelengasan tidak pernah persediaan kelengasan tidak pernah berhenti berhenti,, dan dan 2. 2. evapotrasnpirasi nyata ( evapotrasnpirasi nyata (actual actual evapotranspiration evapotranspiration)), , sangat tergantung sangat tergantung dari ketersediaan air. dari ketersediaan air.
Eto Eto dan dan Etr Etr
Nilai evapotranspirasi potensial Nilai evapotranspirasi potensial suatu jenis tanaman pada periode suatu jenis tanaman pada periode tumbuh tertentu ( tumbuh tertentu (Eto Eto) didapat ) didapat dengan mengalikan evapotranspirasi dengan mengalikan evapotranspirasi tanaman acuan ( tanaman acuan (Etr Etr) dengan ) dengan koefisien tanaman ( koefisien tanaman (kc kc). ).
Memperhatikan kondisi lengas tanah Memperhatikan kondisi lengas tanah ((soil moisture soil moisture), nilai evapotranspirasi ), nilai evapotranspirasi nyata ( nyata (Et Et) didapat dari perkalian ) didapat dari perkalian antara antara Eto Eto dan koefisien tanah ( dan koefisien tanah (ks ks). ).
Rumus Thornthwaite Rumus Thornthwaite
rumus hitungan evapotranspirasi potensial dengan rumus hitungan evapotranspirasi potensial dengan menggunakan indeks panas bulanan, terutama sekali menggunakan indeks panas bulanan, terutama sekali untuk tanaman--tanaman yang rapat dan pendek untuk tanaman tanaman yang rapat dan pendek a
1 . 514
12 * 10 t t n
PE 1 . 6 j J j n n
n 1 5 J
9 3 7
2
4 a 67510 J 178
10 J . 498 dengan: dengan: PE* PE* = evapotranspirasi potensial tahunan, = evapotranspirasi potensial tahunan, J J = indeks panas tahunan, = indeks panas tahunan, jn jn = indeks panas bulanan pada bulan ke n, = indeks panas bulanan pada bulan ke n, tn tn = suhu rerata pada bulan ke n = suhu rerata pada bulan ke n,, t t = suhu rerata tahunan, = suhu rerata tahunan, a a = konstanta, = konstanta, = faktor koreksi akibat panjang hari yang berbeda = faktor koreksi akibat panjang hari yang berbeda setiap bulan setiap bulan
4 metode umum 4 metode umum Temp Kele Sinar Ling Angi Radi Pengu
Metode era mbab Mata kung n asi apan tur an hari an Blaney-
- Criddle Radiasi * * (*) (*) * * * * Penman Panci Evapora * * si
Ket: * data terukur; 0 data diperkirakan; (*) jika ada, tidak harus
Blaney Blaney--Criddle Criddle
Metode Blaney Metode Blaney--Criddle digunakan pada suatu areal Criddle digunakan pada suatu areal yang hanya memiliki data temperatur udara. yang hanya memiliki data temperatur udara.
ETr = c.[p(0,46.T + 8)] ETr = c.[p(0,46.T + 8)] ETr ETr = evapotranspirasi tanaman acuan bulanan, = evapotranspirasi tanaman acuan bulanan, mm/hari, mm/hari,
T T = temperatur rerata harian selama bulan yang = temperatur rerata harian selama bulan yang ditinjau (oC), ditinjau (oC), p p = rata = rata--rata persen dari jumlah jam siang tahunan rata persen dari jumlah jam siang tahunan
(tabel) dicari berdasarkan bulan dan letak (tabel) dicari berdasarkan bulan dan letak lintang, lintang, c c = faktor penyesuaian yang tergantung dari harga = faktor penyesuaian yang tergantung dari harga minimum lengas nisbi (RHmin), jam penyinaran minimum lengas nisbi (RHmin), jam penyinaran dan kecepatan angin siang hari. dan kecepatan angin siang hari.
Bagan Perhitungan dengan Blaney Bagan Perhitungan dengan Blaney--Criddle Criddle
Tabel 1: Lintang&bulan T rerata p P(0,46T+8) RHmin % n/N U 2 hari siang(m/dt) Grafik Blaney x ETr (mm/hr) perkiraan perkiraan perkiraan
Radiasi matahari Radiasi matahari
Formula yang disarankan: Formula yang disarankan:
ETr = ETr = c c.( .(W W..Rs Rs) mm/hr ) mm/hr
dengan: dengan:
ETr ETr = evapotranspirasi tanaman acuan, mm/hari = evapotranspirasi tanaman acuan, mm/hari
untuk waktu yang ditentukan untuk waktu yang ditentukan
Rs = radiasi matahari di permukaan bumi Rs = radiasi matahari di permukaan bumi
W = faktor kedalaman yang tergantung pada W = faktor kedalaman yang tergantung pada temperatur dan lintang temperatur dan lintang c c = faktor penyesuaian yang tergantung dari = faktor penyesuaian yang tergantung dari harga minimum lengas nisbi (RHmin), jam harga minimum lengas nisbi (RHmin), jam penyinaran dan kecepatan angin siang hari. penyinaran dan kecepatan angin siang hari.
Bagan Perhitungan dengan Metode Bagan Perhitungan dengan Metode Lintang&bulan Tabel 1: Radiasi Radiasi Ra (mm/day)
n mean : Tabel 1: N Lintang&bulan (0,25+0,5n/N) n/N Rs Tabel 1: x Lintang&bulan W perkiraan RHmin % U hari siang W.Rs perkiraan (m/dt) Grafik
ETr Radiasi (mm/hr)
Pan--evaporation Pan evaporation Case A Case A
Dry Green pan wind varies ≥50
Case B Case B Green crop Dry pan wind varies ≥50
Rumus Panci Evaporasi Rumus Panci Evaporasi ETr = ETr = Kp.Epan Kp.Epan dengan: dengan: ETr ETr = Evapotranspirasi = Evapotranspirasi tanaman tanaman acuan, mm/hari acuan , mm/hari
Kp Kp = koefisien panci f(tipe pan, = koefisien panci f(tipe pan, perletakan, RHmean, kec. perletakan, RHmean, kec.
Angin, fetch Angin, fetch)) Epan = evaporasi pan, mm/hari Epan = evaporasi pan , mm/hari Penman Penman Metode ini menggunakan prinsip Metode ini menggunakan prinsip keseimbangan energi dan pertukaran keseimbangan energi dan pertukaran massa. Metode massa. Metode Penman Penman dalam dalam hitungannya menggunakan data iklim hitungannya menggunakan data iklim secara maksimum seperti data secara maksimum seperti data temperatur, kelembaban udara, radiasi temperatur, kelembaban udara, radiasi matahari dan kecepatan angin, maka matahari dan kecepatan angin, maka prakiraan evapotranspirasi dianggap prakiraan evapotranspirasi dianggap mempunyai ketelitian yang cukup tinggi. mempunyai ketelitian yang cukup tinggi.
Rumus Penman digunakan untuk Rumus Penman digunakan untuk memperkirakan nilai evapotranspirasi memperkirakan nilai evapotranspirasi potensial berdasarkan gabungan potensial berdasarkan gabungan pendekatan cara pendekatan cara energy balance method energy balance method dan dan aerodynamic method aerodynamic method juga banyak juga banyak dikembangkan. dikembangkan.
Metode Penman Metode Penman
Rumus Penman untuk hitungan evapotrasnpirasi Rumus Penman untuk hitungan evapotrasnpirasi acuan (ETr) (Doorenbos, dkk, 1977): acuan (ETr) (Doorenbos, dkk, 1977): dengan: dengan: ET ETr r = evapotranspirasi acuan (mm/hari), = evapotranspirasi acuan (mm/hari), W W = faktor bobot = faktor bobot yang tergantung pada yang tergantung pada temperatur dan ketinggian temperatur dan ketinggian,,
Rn Rn = radiasi neto ekuivalen dengan nilai = radiasi neto ekuivalen dengan nilai evaporasi (mm/hari), evaporasi (mm/hari), ff(u) (u) = fungsi faktor kecepatan angin, = fungsi faktor kecepatan angin, ea ea = tekanan uap air jenuh (mbar), = tekanan uap air jenuh (mbar), ed ed = tekanan uap air nyata (mbar), = tekanan uap air nyata (mbar), ea ea--ed ed = selisih tekanan uap jenuh dan nyata pada = selisih tekanan uap jenuh dan nyata pada temperatur udara (mbar), temperatur udara (mbar), c c = faktor koreksi efek perubahan kondisi siang = faktor koreksi efek perubahan kondisi siang malam malam
d a W e e u f Rn W c ETr . ).
. 1 (
x ed mbar ea mbar RH/100 ed)mbar x f(u) (ea- x ÷ (0.25+0.50 Ra mm/day (1-W) N hr/day n hr/day n/N x mm/day (1-W)f(u)(ea-ed) Rs mm/day
- + n/N) Rns mm/day (1- )Rs f (n/N) f (ed)
f (T) x x Rn1=f(T)f(ed)f(n /N) mm/day Etr=c[W.Rn+(1-W)f(u)(ea-ed)] mm/day c Rn=Rns- Rn1 x W W.Rn x Etr