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 di atasnya, dan dan hal ini bila memungkinkan 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 - 1
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. 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-proye pro yek-proyek k 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 - 2
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 dasarnya (Dalton) adalah sebagai berikut : E = C (e w - e a )f (u )
(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 - 3
- Bila temperatur temperatur permukaan permukaan air sama sama dengan dengan temperatur temperatur udara, maka perumusan yang dipakai adalah : E a = C (e s - e a )f (u )
(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 ketinggi an standard
dari persamaan 4.2 diperoleh persamaan empiris yang banyak dipakai : Ea
= 0,35(e s − e a )(0,5 + 0,54 U 2 )
(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 :
(
)
' E o = C e s − e a f (u )
(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 - 4
persamaan (4.2) yang bisa dipakai untuk kondisi lokal dimana konstanta-konstanta dapat diturunkan tetapi tidak berlaku umum, perhitungan evaporasi (E o) tersebut dapat dilakukan. Hasil penurunan Ijssclmer di holland mendapatkan suatu perumusan yang dapat dipakai hanya untuk kondisi yang sama adalah sebagai berikut : E o = 0,345(e w − e a )(1 + 0,25 U 6 )
(4.5)
dimana : Eo = evaporasi di danau (mm/hari) ew = tekanan uap jenuh pada temperatur t w 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 - 5
•
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) E
= P + Si ± WO − SO ± ∆S
(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 - 6
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 - 7
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 mempunyai koefisien 0,8. Apabila dilakukan pengukuran temperature air di dalam dalam pan pan dan dan air di danau maka faktor–faktor pengaruh seperti kemampuan menyimpan panas dan pertukaran panas panas dapat dapat dieliminir dengan dengan memperhatikan persamaan 4.2 yaitu : E ap = C e sp − e a )f (u )
(4.7)
= C(e sd − e a )f (u )
(4.8)
E ad
dimana : Eap = evaporasi di pan Ead = evaporasi di danau
Umboro Lasminto
IV - 8
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 : E ad =
(e sd − e a )
(e
sp
− ea )
× E ap
(4.9)
dimana :
(esd − e a )
(e
) sp − e a
= 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 - 9
•
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 R A (bilangan 2
Angot) dengan satuan gcal/cm /hari. Tabel 4.1. Bilangan Angot dalam gcal/cm2/hari
Umboro Lasminto
IV - 10
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 sesungguhn ya yang terjadi
N
= Jam penyinaran matahari yang mungkin dapat terjadi
n/N
= Perbandingan Perbandingan jam penyinaran (relatif sunshine)
maka Penman memberikan persamaan sebagai berikut :
Rc = R A 0,20 + 0,48
n
N
(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 - 11
koefisien reflaksi (r) yang disebut Albedo, seperti pada Tabel 4.3. Jika RI = besarnya radiasi gelombang pendek yang tinggal dimuka tanah maka : R I = Rc(1 - r )
(4.12)
atau :
R I = R A (1 - r ) 0,20 + 0,48
n
(4.13)
N
Pada malam hari sebagian dari R I masih dipantulkan lagi, dimana besarnya (R B) dituliskan sebagai perumusan empiris sebagai berikut :
4 R B = σ Ta (0,47 − 0,077 e a ) 0,20 + 0,80
n
N
(4.14)
dimana : σ
= konstanta dari Lummer dan Pringsheim -9
2
= 117,74 x 10 gcal/cm /hari Ta
= temperatur absolut = t°C + 273
ea
= tekanan uap air di udara (mmHg)
hubungan antara Ta dengan σ Ta
4
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 - 12
H = R A (1 − 0,06 ) 0,20 + 0,48
n
n 4 − σ Ta (0,47 − 0,077 e a ) 0,20 + 0,48 (4.16) N N 2
Dimana H disebut sebagai “heat budget” dalam cal/cm /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 disediak an 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 b.
(4.18)
Gerakan perubahan uap uap air di udara (removal vapour) 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 : K Eo
Umboro Lasminto
= β = γ
(t
(e
' s
' s
− t) − ea )
(4.19)
IV - 13
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 : Eo =
H 1 + β
= 1 + γ
H (t's −1)
(4.21)
(e's −e a )
Gambar 4.3. Grafik tekanan uap jenuh. Dari Gambar 4.3 terlihat bahwa : tg α = ∆ =
e's − e s t' s − t
dimana : Δ = kemiringan grafik tekanan uap pada temperatur t sehingga :
t's − t =
e's − e s Δ
(4.22)
Dari persamaan (4.21) dan (4.22) didapat :
Umboro Lasminto
IV - 14
Eo = 1+
H γ (e's − e s )
(4.23)
(e's −e a )
Δ
perhatikan bahwa : e’s – es = (e’s - es) – (es - ea)
(4.24)
subsitusi persamaan (4.24) kedalam persamaan (4.23) didapat : H
Eo = 1+
atau : E o =
γ (e's − e a ) − (e s − e a )
(e's −e a )
Δ
H γ (e s − e a ) 1+ 1 − (e's −e a ) Δ
(4.25)
Perhatikan persamaan persamaan (4.2) dan (4.4) maka akan diperoleh Ea
=
Eo
es − ea e's − e a
(4.26)
Jadi dari persamaan (4.25) dan (4.26) akan didapat : H
Eo = 1−
γ E a 1 − Δ E o
atau : Eo +
Eo +
γ Δ γ Δ
E o 1 +
E o 1 −
Eo −
Umboro Lasminto
=
Δ
γ
=H
E o
Ea = H γ
= H + Ea Δ Δ
H+ Eo
γ
E a
γ
Ea Δ γ
1+
Δ
IV - 15
Jadi : E o =
Δ ⋅ H + γ Ea
(4.27)
Δ+γ
Catatan : 2
1. Bila H dinyatakan dalam gcal/cm /hari sedang E o 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 % ; n
N
= 40 %
2
t’s = 20,1 °C ; RA = 550 cal/cm /hari ; U2 = 5 m/dt Hitung besarnya evaporasi air permukaan bebas hariannya. Penyelesaiannya : Table 3.1
e5 = 17,53 mmHg
t’s = 20,1 °C
e’s = 17,64 mmHg
ea
= 0,7 0,7 x 17,53 = 12,27 mmHg
Ta
= 20 + 273
Δ
= 4
Umboro Lasminto
: t = 20 °C
= 293 °K
17,64 − 17,53 20,1 − 20 -9
= 1,1 4
Ta
= 117,74 x 10 x (293) = 867,75
Rc
= 550 (0,2 + 0,48 x 0,4) = 215,6 gcal/cm /hari
RI
= 215,6 (1 – 0,06) = 202,66 gcal/ cm /hari
RB
= 867,75 (0,47 – 0,077 x 12,27) (0,20 + 0,80 x 0,4)
2
2
IV - 16
2
= 90,37 gcal/ cm /hari H
2
= 202,66 – 90,37 = 112,29 gcal/ cm /hari = 1,87 mmH 2O/hari
Ea
= 0,35 (17,53 – 12,27)(0,5 + 0,54 x 5) = 5,89 mmH 2O/hari
Eo
=
1,1 × 1,87 + 0,49 × 5,89 1,1 + 0,49
= 3,11 mm/hari
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,
n N
) + E2 (t, RA,
n N
) + E3 (t,
n N
,h) + E4 (t, U2,h) (4.28)
Contoh pemakaian dengan nomogram : Misalkan data yang ada : n
t
= 18° ;
RA
= 800 gcal/ cm /hari
h
= 60 % ; U2 = 3 m/dt
N
= 40 % 2
maka dari nomogram diperoleh : E 1 = - 2,28 mm/hari E2 = + 3,30 mm/hari E3 = + 1,12 mm/hari E4 = + 1,52 mm/hari + Jadi : Eo
Umboro Lasminto
= + 3,66 mm/hari
IV - 17
Gambar 4.4. Nomogram Penman
Umboro Lasminto
IV - 18
Tabel 4.3. Bilangan Albedo (r) Jenis permukaan
R
Open water
0,06
Rock
0,12 – 0,15
Dry mould
0,14
Wet mould
0,08 – 0,09
Grass
0,10 – 0,33
Green vegetation (general figure)
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 evaporasi permukaan tanah, turfed soil atau bare soil (E T atau EB).
Umboro Lasminto
IV - 19
Pada suatu daerah akan mempunyai nilai perbandingan antara E B dan EO yang tergantung dari kondisi tanah (lapisan permukaan tanah), yang dapat ditulis dalam persamaan sebagai berikut : EB EO
= 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). ( evapotranspirasi).
Umboro Lasminto
IV - 20
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 evapotranspirasi
ΔS
= 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 - 21
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. 4.6. Alat Pengukur Pengukur Transpirasi Transpirasi
Umboro Lasminto
IV - 22
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 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 sebagai berikut : 1,514
t j = n 5
(4.32)
dimana : j tn
= heat index bulanan = temperature rata-rata bulanan (°C) J=
Heat index tahunan J, adalah :
12
∑ j
(4.33)
1
Besarnya Potensial Evapotranspirasi Evapotranspirasi (PET) untuk bulanan dengan temperature rata-rata t° adalah :
10 ⋅ t PET = 1,6 J
a
(4.34)
mm/bulan
dimana : -9
3
-7
2
-4
a = (675 x 10 ) J – (771 x 10 ) J + (179 x 10 ) 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 - 23
Actual Evapotranspirasi (AET) untuk bulan-bulan biasa dengan temperatur rata-rata t° diberikan dengan persamaan : AET = PET ×
D⋅T 360
mm
(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 : 1,5
j = 0,009 t n
Dan a = 0,016 J + 0,5
(4.37) (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 ratarata 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 - 24
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 : U = k ⋅
f 100
dan f = t x p
(4.39) (4.40)
dimana : U
= evapotranspirasi evapotranspirasi bulanan (in)
k
= koefisien pemakaian air konsumtif (empiris)
f
= faktor pemakaian air konsumtif
Umboro Lasminto
IV - 25
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 = k c x k t dan :
f = p x (45,7 t + 813)
(4.41) (4.42)
dimana : k c
= koefisien tanaman bulanan (tabel 4.5)
k t
= climatic coefficient yang berhubungan dengan temperature rata-rata
(°C) atau faktor f aktor 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) evapotranspirasi) dari daerah aliran sungai. Kemudian : P = E+O−I
(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 - 26
P
E=
0,9 +
P
(4.44)
2
L2
dimana : E
= rata-rata actual evapotranspirasi evapotranspirasi tahunan
L
= 300 + 25 t + 0,05 t
t
= rata-rata temperatur tahunan (°C)
jika :
P
3
2
L2
< 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 - 27
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 - 28
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 - 29
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
t = 25 °C ; h = 70 % ; n
1. Diketahui data
N
= 45 % 2
t’s = 20,0 °C ; R A = 650 cal/cm /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 o
lintang 52 U 4. Gunakan nomogram Penman untuk menyelesaikan persamaan Penman untuk meramalkan evapotrnspirasi evapotrnspirasi potensial harian dari suatu tanaman lapangan pada o
garis lintang 40 U dalam bulan April dengan kondisi sebagai berikut : temperatur
Umboro Lasminto
IV - 30
o
udara rata-rata = 20 C; h rata-rata = 70%; selimut langit = 60% awan; U2 rata-rata = 2.5 m/detik; rasio evapotranspirasi 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 o
kondisi yang sangat kering disuatu lokasi 30 Lintang Utara dalam bulan februari o
dimana rata-rata temperatur harian adalah 28 C dan kecepatan rata-rata angin 4 m/det.
Umboro Lasminto
IV - 31
