3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

21
Gusti Rusmayadi PS. Agroekoteknologi Faperta Unlam 05114731881

Upload: gusti-rusmayadi

Post on 28-Nov-2014

7.333 views

Category:

Education


13 download

DESCRIPTION

Materi ini menguraikan tentang pengukuran evapotranspirasi secara langsung

TRANSCRIPT

Page 1: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

Gusti Rusmayadi

PS. Agroekoteknologi – Faperta Unlam

05114731881

Page 2: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

Metode perhitungan uap air yang hilang

1. pendekatan iklim mikro

• metode pemindahan massa (Dalton, Rohwer dan Penman, Penman – Monteith),

• metode aerodinamika,

• metode korelasi eddy dan

• metode nisbah Bowen

2. pendekatan empirik

• metode Thornthwaite

• metode Blaney-Criddle

• metode radiasi dan lain-lain

• metode yang berkembang kemudian

Page 3: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.1. Metode Pemindahan Massa

Metode pemindahan

massa

nilai tekanan uap jenuh (es), pada suhu

permukaan (Ts)

nilai tekanan uap aktual (ea) udara di

atas permukaan pada suhu udara (Ta)

Page 4: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.1. Metode Pemindahan Massa

1.1.1. Persamaan hukum Dalton

persamaan aerodinamik (aerodynamic equation) persamaan pemindahan massa (massa – transfer equation):

Eo = k (es – ea) f(U)

Nilai tekanan uap jenuh (es) ditentukan berdasarkan data suhu

permukaan air (Ts) (lihat table tekanan uap jenuh).

Nilai tekanan uap udara di atas muka air (ea) dihitung berdasarkan data (es) dan nilai kelembapan relatifnya (RH).

Page 5: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.1.2. Persamaan empiris Meyer

Eo = k (es – ea) [ 1 + (W/10) ]

Eo = penguapan (inci/hari)

k = koefisien untuk danau kecil mempunyai nilai 0,5 dan danau besar sekitar 0,36

es = tekanan uap jenuh (inci-Hg) pada suhu muka air danau (Ts)

ea = tekanan uapa udara atas lapisan jenuh (inci – Hg) pada suhu udara (Ta)

W = kecepatan angina harian rata-rata (mil/jam) pada ketinggian 25 feet

Page 6: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.1.3. Persamaan empiris danau Hefner

Eo = 0,129 (es – ea) U8

Eo = penguapan muka air bebas (mm/hari)

es = tekanan uap jenuh (mm Hg) pada suhu permukaan air (Ts)

ea = tekanan uap aktual (mm Hg) pada suhu ketinggian 8 m di atas permukaan air

U8 = kecepatan angin (m/det) pada ketinggian 8 m di atas permukaan air

Page 7: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.1.4. Persamaan empiris yang lain

Eo = 0,35 (0,50 + 0,54 U2) (es – ea)

Eo = penguapan muka air bebas (mm/hari) untuk nilai suhu

permukaan air

(Ts) = suhu udara (Ta) yang mana keadaan ini jarang terjadi.

es = tekanan uap jenuh (mm Hg)

ea = tekanan udara (mm Hg)

U2= kecepatan angin pada ketinggian 2 meter (m/det)

Page 8: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

Contoh 1.1.2 Berapakah penguapan untuk danau kecil pada bulan Januari, jika

diketahui suhu udara harian rata-rata 13,75⁰C, kelembapan relatif rata-rata harian 80% dan kecepatan angin rata-rata harian pada ketinggian 25 feet adalah 30 mil/jam.

Jawaban contoh 2.3 Diketahui pada suhu 13,75⁰C diperoleh es = 11,77 mm Hg = 0,739 inci

Hg, 1mm Hg = 1,33 mbar) (table tekanan uap jenuh). Apabila kelembapan relatif 80% dan tekanan uap jenuh (es) = 0,739 inci Hg, maka tekanan uap aktualnya adalah :

ea = RH x es = (0,80) x 0,739 = 0,5192 inci-Hg oleh karena danau kecil maka nilai k = 0,50, sehingga Eo = k (es – ea) [ 1 + (W/10) ] Eo =0,50 x (0,739 – 0,5192) [ 1 + (30/10) ] Eo = 0,2946 inci/hari = 7,50 mm/hari

Page 9: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

Contoh 1.1.3

Danau mempunyai kondisi sama dengan danau Hefner diketahui:

suhu muka air = 15,5 ⁰C

suhu udara 8 meter di atas muka air = 22,5 ⁰C

kecepatan angin 8 meter di atas muka air = 3,50 m/det

Hitung penguapan danau tersebut jika kelembapan relatifnya 30% dan meningkat menjadi 90%.

Page 10: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

Contoh 2.4 Jawaban contoh 2.4 Tekanan uap jenuh (es) pada suhu udara 8 m di atas muka air danau sebesar 22,5

(table tekanan uap jenuh) sebesar 20,43 mm Hg. Tekanan uap aktual (ea) pada elevasi 8 m adalah:

ea8 = RH x es = (0,30) x (20,43 mm Hg) = 6,12 mm Hg Untuk suhu muka air danau sebesar 15,50 ⁰C maka tekanan uap jenuh, es = 13,20

mm Hg. Oleh karena itu,

Eo = 0,129 (es – e8) x U8 Eo = 0,129 (13,20 – 6,12) x 3,50 Eo = 3,19 mm/hari Bilamana kelembapan relative meningkat menjadi 90%, maka: e8 = RH x es = (0,90)(20,43) = 18,27 mm Hg sehingga:

Eo = 0,129 (es – ea8) U8 Eo = 0,129 (13,20 – 18,27) 3,50 Eo = -2,28 mm/hari Oleh karena nila Eo negatif, maka tidak terjadi penguapan akan tetapi terjadi

pengembunan (condensation)

Page 11: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.2. Metode Aerodinamika

Berdasarkan atas 3 macam aliran udara vertikal yang disebabkan oleh difusi turbulen dalam lapisan perbatas (boundary layer):

τ = ρ κM δū/δz (untuk momentum) Η = ρср κH δT/δz (untuk bahang terasa) λE = (ρср κv)/γ δē/ δz (untuk bahang laten)

ρ = kerapatan udara (1,2 kg/m3) κM, κH, κv = koefisien difusi untuk momentum, bahang terasa dan bahang laten (κM= κH= κv pada kondisi netral) δū/δz = gradient kecepatan angin δT/δz = gradient suhu udara δē/ δz = gradient tekanan uap cp = panas jenis udara kering γ = konstanta psikrometer (= 0,66 mbar/ ⁰C)

Page 12: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.3. Metode Korelasi Eddy Metode ini pertama kali dipelajari oleh Swinbank (1951).

Aliran bahang dan uap air ke atas yang ditimbulkan oleh gerakan eddy dapat dituliskan sebagai :

E = ρ w s w adalah kecepatan aliran ke atas, s adalah jumlah bahang

atau bahan yang mengalir. Oleh karena yang diukur adalah kecepatan dan jumlah bahan yang berfluktuasi, maka

E = ρ w’ s’ Akhir dari penyelesaian perhitungan integrasi untuk uap

air diperoleh : E = (ρср)/γ ε/p w’ s’

Page 13: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.6. Metode Nisbah Bowen Laju penguapan dari suatu permukaan berdasarkan energi yang

diterima (incoming energy) dan energi yang ke luar (outgoing, energy expenditure) dari permukaan tersebut.

metode budget energi (energy budget method) atau

metode neraca energi (energy balance).

Molekul air

Sifat Kimia;

• Ikatan kovalen; sebagai pelarut, NADPH2

• Ikatan Hidrogen; antara molekul air sehingga tetap berbentuk cair pada selang 0⁰C- 100⁰C.

• Kondisi suhu air 7,5⁰C- 45⁰C bermanfaat utk metabolisme tanaman

Atom Oksigen

Atom Hidrogen

Page 14: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

Panas Laten dari Air (Davis dan Day, 1961)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0°C 100°C

500

400

300

200

100

Sifat Fisik

1 gram air memerlukan 1 kalori untuk menaikkan suhunya dari 0⁰C menjadi 1⁰C.

Untuk mengubah satu gram air pada suhu 100⁰C hingga menjadi uap diperlukan tambahan energi panas sebesar 540 kalori.

Panas laten

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V

o l u

m e

Derajad suhu ºC

Page 15: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.6. Metode Nisbah Bowen

Energi yang diterima oleh suatu permukaan air, tanah atau tanaman dinyatakan sebagai:

Rn = H + λE + G

Rn = energi neto permukaan (kal/cm2/hari) H = kehilangan bahang terasa (kal/cm2/hari) λ = bahang laten penguapan (kal/cm2/hari) yang menyatakan besar energi per satuan massa air (λ = 586 kal/g) G = penyimpanan bahang tanah dan air (kal/cm2/hari)

Page 16: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.6. Metode Nisbah Bowen Pengukuran atau penaksiran Rn, G, H dan E tergantung pada pengangkutan

eddy. Pada umumnya nilai penyimpanan bahang untuk tanah dan air (G) dan nilai yang diperlukan untuk proses penguapan (λE) sulit diukur.

Bowen (1926) menyarankan perbandingan nisbah Bowen, sbb:

Β = H/ λE

β = (ρср κH δT/δz)/ (ρср κv)/γ δē/ δz Jika kondisi netral, κH = κv, maka β = γ (δT/δz)/δē/ δz

Untuk pengukuran pada z titik di atas permukaan dapat ditulis β = γ ΔT/ Δē β = γ (T1 – T2)/( ē1 – ē2) γ adalah tetapan psikrometri = 0,66 mbar/ ⁰C

Angka 1 dan 2 menunjukkan nilai-nilai variable pada ketinggian z1 dan z2. Nilai hasil pengukuran untuk β:

di atas rumput pendek diairi baik atau permukaan tanah basah = 0,2. Apabila permukaan kering, menjadi lebih besar dan mendekati tak terhingga.

EH

Page 17: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

1.6. Metode Nisbah Bowen

Psikrometer, T1

Psikrometer, T2

Anemometer

Radiometer

eT

negative akibat adveksi pada wilayah

arida (pengangkutan bahang horizontal

dari daerah sekitarnya).

Bahang diserap dari udara yang bergerak

di atas tajuk untuk menguapkan air dari

daun suhu lebih rendah dekat

tanaman dari udara di atasnya

sehinggaT1-T2 negatif

rv = rh

memilih T1 sebagai suhu permukaan dan

ē1 sebagai kerapatan uap jenuhnya.

hambatan uap permukaan rvc kecil

(permukaan jenuh),

pengukuran suhu permukaan dan di tas

permukaan serta kerapatan uap di

permukaan dan di atasnya

Ikura Fan

Page 18: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

Contoh 2.5

Suatu massa udara bertekanan uap ea = 23.31 mbar, Ta = 20⁰C, Ts = 25 ⁰C, dan Rn = 200 kal/cm2/hari untuk suatu permukaan. Berapa E ?

Jawaban contoh 2.5

Asumsikan kondisi netral, maka akan didapatkan

β = γ (T1 – T2)/( ē1 – ē2)

β = 0,66 mbar/⁰C (25-20)⁰C/(31.59 – 23.31) mbar = 0,40

Pemecahan persoalan E, digunakan persamaan neraca energi sebagai berikut:

Page 19: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

Contoh 2.5 Jika nisbah Bowen dimasukkan dalam rumus kesetimbangan energi,

diperoleh

Rn = H + λE + G Rn = β λE + λE + G Rn – G = λE (β + 1) Sehingga, λE = (Rn – G)/(β + 1) E = (Rn – G)/ λ(β + 1)

Untuk di lapangan persamaan energi di atas diubah menjadi nilai

radiasi bersih setara dengan penguapan (L), sehingga

E = (Rn – G)/λ(β + 1) (L)

Air sebagai contoh kerapatannya sangat tergantung pada suhu, pada 20⁰C mempunyai kerapatan 0,99821 g/cm3.

Page 20: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

Contoh 2.5

Oleh karena itu contoh 2.5 dapat diselesaikan. Perkiraan untuk G pada siang hari adalah 0,1 Rn, sehingga akan didapatkan

E = (200 – 0,1 x 200)kal/cm2/hari ÷ {586

kal/g (0,40 + 1)}0,99821 g/cm3

= {(180 kal/cm2/hari) x 1,0017

cm3/g}/586 kal/g x 1.4

= 0,220 cm/hari

= 2,2 mm/hari

Page 21: 3 pengukuran evapotranspirasi (metode perhitungan uap air yang

Tekanan Uap Jenuh (es dalam mm Hg) dan Suhu Udara (T ⁰C)

. . . kembali . . . Dalton