Perhitungan Evapotranspirasi Evapotranspirasi Acuan (ETo)
Evapotranspirasi acuan (ETo) adalah besarnya evapotranspirasi dari tanaman hipotetik (teoritis) yaitu dengan ciri ketinggian 12 cm, tahanan dedaunan yang ditetapkan sebesar 70 det/m dan albedo (pantulan radiasi) sebesar 0,23, mirip dengan evapotranspirasi dari tanaman rumput hijau yang luas dengan ketinggian seragam, tumbuh subur, menutup tanah seluruhnya dan tidak kekurangan air (Smith, 1991 dalam Weert, 1994). Nilai ETo dapat dihitung dari data meteorologi. Perlu diperhatikan, bahwa perkiraan ETo rata-rata untuk DAS lebih kompleks, karena ragam kondisi dalam suatu DAS dapat jauh berbeda. Untuk menghitung evapotranspirasi acuan (ETo) dapat digunakan beberapa metode yaitu (1) metode Penman - Monteith, (2) metode Blaney – Criddle, (3) Penman , (4) metode Thornthwaite.
1. Metodelogi Penman-M Penman-M onteith onteith
Rumus yang menjelaskan evapotranspirasi acuan secara teliti adalah rumus Penman-Monteith, Penman-Monteith, yang pada tahun 1990 oleh FAO dimodifikasi dan dikembangkan menjadi rumus FAO Penman-Monteith Penman-Monteith (Anonim, 1999) yang diuraikan sebagai berikut: 0.408 Δ Rn G
ETo
=
900
T 273 1 0.34 u 2
u 2 e s ea
keterangan : ETo Rn G T u2 es ea
= = = = = = = = =
Evapotranspirasi acuan(mm/hari), Radiasi netto pada permukaan tanaman (MJ/m 2/hari), Kerapatan panas terus-menerus pada tanah (MJ/m2/hari), Temperatur harian rata-rata pada ketinggian 2 m (oC), Kecepatan angin pada ketinggian 2 m (m/s), Tekanan uap jenuh (kPa), Tekanan uap aktual (kPa), Kurva kemiringan tekanan uap (kPa/oC), Konstanta Konstanta psychrometric (kPa/oC).
(3.4)
Untuk penyelesaian Persamaan (3.4) di atas, terlebih dahulu perlu didapatkan nilai-nilai dari beberapa variabel dan konstanta yang berkaitan, berdasarkan rumusrumus berikut ini: a. Konstanta psychrometric ( () Konstanta psykometrik dapat ditentukan menggunakan tabel se bagai fungsi dari ketinggian (z), atau dapat pula dihitung berdasarkan rumus berikut ini:
c p P
0.665 x10 3 P
293 0.0065z P 101.3 293
(3.5) 5.26
(3.6)
dimana: = P = = c p = =
konstanta konstanta psychrometric (kPa/oC), tekanan atmospher (kPa), ‘laten heat of vaporization’ = = 2.45 (MJ/kg), pemanasan spesifik pada pada tekanan tekanan konstan = 1.013x10-3 (MJ/kg/oC), perbandingan berat molekul uap air/ udara kering = 0.622.
b. Temperatur rata-rata (Tmean) Temperatur rata-rata dihitung dengan Persamaan 3.7 berikut ini: T mean
T ma x
T min
2
dimana: Tmean Tmax Tmin
= = =
temperatur udara harian rata-rata (oC), temperatur udara harian maksimum (oC), temperatur udara harian minimum (oC).
(3.7)
c. Kelembaban relatif (RH) Kelembaban relatif (RH) yang digunakan adalah nilai rata-rata dari kelembaban relatif maksimum (RHmax) dan minimum (RH min) yang dinyatakan sebagai kelembaban relatif rata-rata RHmean (Anonim, 1999). RH
100
ea e
o
T
(3.8)
17 .27T e o T 0.6108 exp exp T 2 37 . 3
(3.9)
dimana: RH ea eo(T) T
= = = =
kelembaban relatif (%) tekanan uap aktual (kPa) tekanan uap jenuh pada temperatur udara T (kPa) temperatur udara (oC)
d. Tekanan uap jenuh (e s) Tekanan uap jenuh dapat dihitung menggunakan Persamaan 3.10 berikut ini: e s
e o (T ma x ) e o (T min ) 2
(3.10)
dimana: es eo(Tmax) eo(Tmin)
= tekanan uap jenuh (kPa), = tekanan t ekanan uap jenuh pada temperatur udara maksimum (kPa), = tekanan uap jenuh pada temperatur udara minimum (kPa). o
Tekanan uap jenuh (e s) yang ditentukan berdasarkan nilai e (Tmean) akan memberikan hasil yang lebih kecil untuk nilai e s, sehingga dapat mempengaruhi nilai perhitungan selanjutnya (Anonim, 1999).
e. Tekanan uap aktual (e a) Tekanan uap aktual dapat dihitung dengan beberapa rumus berdasarkan data yang tersedia, diantaranya melalui data temperatur titik embun (T dew), data psychrometric, psychrometric, dan data kelembaban relatif (RH). Rumus berikut merupakan perhitungan tekanan uap aktual (ea) berdasarkan kelembaban relatif.
ea
e o (T min )
RH ma x 100
e o (T ma x ) 2
RH min 100
(3.11)
atau ea e o (T min )
RH ma x 100
(3.12)
atau
ea
RH mean e o (T ma x ) e o (T min ) 100
2
(3.13)
dengan: ea e°(Tmin) e°(Tmax) RHmax RHmin RHmean
= = = = = =
tekanan uap aktual (kPa), tekanan uap jenuh pada temperatur harian minimum (kPa), tekanan uap jenuh pada temperatur harian maksimum (kPa), (kPa), kelembababn relatif maksimum (%), kelembababn relatif minimum (%), kelembababn relatif rata-rata (%).
Menurut FAO (1999), apabila data kelembaban relatif tidak tersedia atau kualitas datanya diragukan, maka pendekatan lain yang dapat diambil adalah ea = eo(Tmin). f. Kurva kemiringan tekanan uap ( ( Kurva kemiringan tekanan uap dapat dihitung menggunakan Persamaan 3.14 berikut ini:
17.27T T 237.3
40980.6108 exp
T 237.32
(3.14)
dengan: = kurva kemiringan tekanan uap jenuh pada temperatur udara udara T (kPa), o T = temperatur udara ( C). g. Radiasi netto (R n) Radiasi netto dapat dihitung menggunakan Persamaan 3.15 berikut ini: R n R ns - R nl
(3.15)
Rns (1 ) R s
(3.16)
R s a s b s
N
24
n
Ra
(3.17)
N
s
(3.18)
Bila nilai n tidak tersedia pada data klimatologi, maka rumusnya dapat diganti dengan:
Rs K Rs
T ma x T min Ra
(3.19)
R so = (0.75 + 2 l0 -5 z)Ra Ra
24(60)
(3.20)
sin sin cos cos sin
(3.21)
2 J 365 365
(3.22)
G sc d r
s
d r 1 0.033 cos
s
0.409 409 sin
2 J 1.39 365 365
(3.23)
s arccos tan tan
(3.24)
T ma x K 4 T min K 4 R s Rnl 0 . 34 0 . 14 e 1 . 35 0 . 35 a 2 R so
(3.25)
keterangan: = radiasi netto (MJ/m2/hari), = radiasi matahari netto (MJ/m2/hari), = koefisien albedo, = radiasi matahari yang datang (MJ/m2/hari), = radiasi matahari (clear-sky) clear-sky) (MJ/m2/hari), = durasi aktual penyinaran matahari (jam), = durasi maksimum yang memungkinkan memungkinkan penyinaran matahari (jam), = fraksi radiasi radiasi ektrateresterial yang mencapai bumi bumi pada hari yang yang cerah (n = N), K Rs = Koefisien tetapan = 0.16 untuk daerah tertutup dan 0.19 untuk daerah Rs pantai (oC-0.5), z = elevasi stasiun di atas permukaan laut (m), R a = radiasi ekstrateresterial (MJ/m2/hari), Gsc = konstanta matahari = 0.0820 (MJ/m2/min), dr = inverse jarak relatif bumi-matahari (pers.3.22), s = sudut jam matahari terbenam (pers. 3.24), garis lintang (rad), = deklinasi matahari (rad), J = nomor hari dalam tahun antara 1 (1 Januari) sampai 365 atau 366 (31 Desember), R nl = radiasi netto gelombang panjang yang pergi (MJ/m 2/hari), nl = konstanta Stefan-Boltzmann (4.903 10-9 MJ/K 4/m2/hari), Tmax, K = temperatur absolut maksimum selama periode periode 24 jam (K = °C + °C + 273.16), Tmin, K = temperatur absolut minimum selama periode 24 jam (K = °C + °C + 273.16),
R n R ns ns R s R so so n N as+bs
h. Kerapatan panas terus-menerus pada tanah (G) Kerapatan panas terus-menerus pada tanah (G) dihitung menggunakan Persamaan 3.25 berikut ini:
G c s
T i T i 1
t
z
dimana: G cs
= kerapatan panas terus-menerus pada tanah (MJ/m2/hari), = kapasitas pemanasan tanah (MJ/m3/°C),
(3.26)
Ti Ti-1 t z
= = = =
temperatur udara pada waktu i (°C), temperatur udara pada waktu i-1 (°C), panjang interval waktu (hari), kedalaman tanah efektif (m).
Untuk periode harian atau 10-harian, nilai G sangat kecil (mendekati nol), sehingga nilai G tidak perlu di perhitungkan (FAO, 1999). i.
Kecepatan angin pada ketinggian 2 m (u 2) Kecepatan angin pada ketinggian 2 m (u 2) dihitung menggunakan Persamaan 3.26 berikut ini: u 2 u z
4.87 ln(67 .8 z 5.42 )
(3.27)
dimana: u2 uz z
= kecepatan angin 2 m di atas permukaan tanah (m/s), = kecepatan angin terukur z m di atas permukaan tanah (m/s), =ketinggian pengukuran di atas permukaan tanah (m).
2. Metodelogi Bl aney aney Cr i ddle
Persamaan Blaney Criddle-adalah metode yang relatif sederhana untuk menghitung evapotranspirasi. Ketika data meteorologi cukup tersedia persamaan Penman-Monteith biasanya disukai. Persamaan Blaney Criddle-Namun yang ideal ketika hanya data suhu udara yang tersedia untuk sebuah situs. Mengingat akurasi kasar dari persamaan Blaney Criddle-disarankan agar digunakan untuk menghitung evapotranspirasi untuk periode satu bulan atau lebih besar. Persamaan menghitung evapotranspirasi untuk 'tanaman referensi', yang diambil sebagai aktif tumbuh rumput hijau dari 8-15 cm tinggi.
Keterangan: U = consumtive use (inch) selama pertumbuhan tanamanK = koefisisen e mpiris yang tergantung pada tipe dan lokasi tanaman P = persentase jumlah
jam penyinaran matahari
per
bulan dalam 1
(satu) tahun
(%)T = temperatur bulan ke-n (UOF)
Metodelogi yang telah dimodifikasi
Keterangan: U = transpirasi bulanan (mm/bulan)T = suhu udara bulan ke-n (UOC) P = persentase jam siang bulanan dalam setahundimana: K = Kt KcKt = 0,0311(t) + 0,24 Kc = koefisien tanaman bulanan bulanan dalam setahun setahun =0,94 Harga-harga Kc padi di Indonesia telah ditetapkan oleh l embaga-lembaga terkait
Mengingat input data terbatas pada persamaan, evapotranspirasi dihitung harus dianggap sebagai hanya luas akurat. Daripada ukuran yang tepat dari evapotranspirasi, output dari persamaan adalah pemikiran yang lebih baik menyediakan urutan besarnya. Ketidaktelitian persamaan diperburuk oleh varian cuaca ekstrim. Secara khusus evapotranspirasi diketahui dibesar-besarkan hingga 40% dalam tenang, lembab, daerah tutul dan disusutkan sebesar 60% pada berangin, kering, daerah cerah.
3. Metodelogi Penman
Rumus dasar perhitungan evaporasi dari muka air bebas adalah:
Keterangan:
E = evaporasi dari permukaan air bebas (mm/hari, 1 hari = 24 jam)Ho = net radiatio n (cal/cm2/hari) = kemiringan kurva hubungan tekanan uap yangdiselidiki (mmHg/ oC)( konstanta Psychrometri (=0,485 mmHg/oC)) L = panas latent dari evaporasi sebesar 0,1 cm3 (= 59 cal)
Nilai Ex dapat dicari dengan: Ex = 0,35 (0,5 (0, 5 + 0,5 U2) U2 ) ( eSat – e2)
Dengan: V2 = kecepatan angin ketinggian 2 m (m/det) Esatu = tekanan uap jenuh (mmHg) e2= tekanan uap aktual ketinggian 2 m (mmHg)Persamaan Penman tersebut dapat dijabarkan agar menjadi mudah perhitungannya, yaitu: E = evaporasi dari permukaan air bebas (mm/hari, 1 hari = 24 jam)Ho = net radiation radiati on (cal/cm2/hari)
=
kemiringan
kurva
hubungan
tekanan
(mmHg/oC)( konstanta Psychrometri (=0,485 mmHg/oC)) L = panas latent dari evaporasi sebesar 0,1 cm3 (= 59 cal)
Nilai Ex dapat dicari dengan:
uap
yangdiselidiki
Ex = 0,35 (0,5 (0 ,5 + 0,5 U2) U2 ) ( eSat – e2)
Dengan: V2 = kecepatan angin ketinggian 2 m (m/det) esat= tekanan uap jenuh (mmHg) e2 = tekanan uap uap aktual ketinggian 2 m (mmHg) (mmHg)
Persamaan Penman tersebut dapat dijabarkan agar menjadi mudah perhitungannya,
yaitu :
-
Merupakan nilai sebagai fungsi temperature
-
merupakan nilai (a + bn/N)
-
a dan b = konstantan = lamanya sinar matahari matah ari N = panjang hari 9 jam
-
nilai H yang merupakan fungsi garis lintang
-
nilai dari 118.10-19 (273 + Tz)
-
merupakan fungsi suhu
-
nilai dari merupakan fungsi tekanan uap aktual pada ketinggian 2 m
-
nilai dari 0.2+0.8 n/NVII.
-
nilai dari 0.485x0.35 (0.5+0.54u)
-
nilai dari tekanan uap (esat)
4. Metodelogi Thornthwaite
Thornthwaite telah mengembangkan suatu metode untuk memperkirakan besarnyaevapotranspirasi potensial dari data klimatologi. Evapotranspirasi potensial (PET) tersebut berdasarkan suhu udara rerata bulanan dengan standar 1 bulan 30 hari, dan lama penyinaranmatahari 12 jam sehari. Metode ini memanfaatkan suhu udara sebagai indeks ketersediaanenergi panas untuk berlangsungnya proses ET proses ET
dengan asumsi suhu udara tersebut berkorelasidengan efek radiasi matahari dan unsur lain yang mengendalikan proses ET. proses ET. Rumus dasar:
Keterangan: PET = evapotranspirasi potensial bulanan (cm/bulan)T = temperatur udara bulan ken (OC) I = inde indeks ks pana panass tahu tahuna nana na = koef k oefisi isien en yang tergant ter gantung ung dari dar i tempa t empatt Harga a dapat ditetapkan dengan menggunakan rumus:
a = 675 10-9 ( I3 ) – 771 771 10-7 10-7 ( I2 ) + 1792 179 2 10-5 10- 5 ( I ) + 0,49 0,4923 239 9
