EVAPORASI DAN EVAPOTRANSPIRASI

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS PAKUAN

Faktor – faktor meteorologiEvaporasi merupakan faktor penting dalam studi tentang pengembangan sumber daya air.Evaporasi sangat mempengaruhi debit sungai, besarnya kapasitas waduk, besarnya kapasitaspompa untuk irigasi, penggunaan konsumtif untuk tanaman dan lain-lain.Laju evaporasi akan berubah ubah menurut warna dan sifat pemantulan permukaan (albedo)dan berbeda pad permukaan yang langsung tersinari matahari dan yang terlindung.Di daerah beriklim sedang lebab, kehilangan air melalui evaporasi bebas dapat mencapai 60cm pertahun dan kira-kira 45 cm lewat evaporasi permukaan tanah. Di daerah beriklim keringseperti Irak dan Saudi Arabia, angka tersebut mencapai 200 cm dan 10 cm. Perbedaan itudisebabkan oleh karena tidak adanya curah hujan dalam waktu yang cukup lama.

Besarnya fator meteorologi yang mempengaruhi besarnya evaporasi adalah:

1. Radiasi matahari. Evaporasi merupakan konversi air ke dalam uap air. proses ini berjalan terus hampir tanpa berhenti. Perubahan dari keadaan cair ke gas memerlukan energi berupa panas laten untuk evaporasi, akan sangat aktif apabila ada penyinaran matahari langsung. Awan merupakan penghalang radiasi matahari dan menghambat proses evaporasi.

2. Angin. Jika air menguap ke atmosfir maka lapisan batas antar permukaan tanah dan udara menjadi jenuh ole uap air sehingga proses penuapan bethenti. Agar proses tersebut dapat berjalan terus, lapisan jenuh harus diganti dengan udara kering. Pergantian itu hanya mungkin terjadi kalau ada angin yang akan menggeser komponen uap air. jadi, kecepatan angin memegang peranan penting dalam evaporasi.

3. Kelembaban relatif. Jika kelembaban relatif udara naik, maka kemampuan udara untuk menyerap air akan berkurang sehingga laju evaporasi menurun. Penggantian lapisan udara pada batas tanah dan udara dengan udara yang sama kelembaban relatifnya tidak akan menolong dalam memperbesar laju evaporasinya.

4. Suhu. Jika suhu udara dan tanah cukup tinggi, proses evaporasi berjalan lebih cepat. Kemampuan udara untuk menyerap uap air naik jika suhunya naik., maka suhu udara mempunyai efek ganda terhadap besarnya evaporasi dengan mempengaruhi kemampuan udara menyerap uap air dan mempengaruhi suhu tanah yang akan mempercepat penguapan. Sedangkan suhu tanah dan air hanya mempunyai efek tunggal.

TranspirasiSemua jenis tanaman memerlukan air untuk kelangsungan kehidupannya. Sebagian besar air setelah diserap lewat akar-akar dan dahan-dahan di transpirasikan lewat daun. Dalam kondisi medan tidak mungkin membedakan evaporasi dengan transpirasi jika tanahnya tertutup oleh tumbuh-tumbuhan. Kedua proses ersebut evaporasi dan transpirasi, saling berkaitan, sehingga dinamakan evapotransipirasi.Jumlah kadar air yang hilang dari tanah oleh evapotransipirasi tergantung pada:a. Persediaan air yang cukup b. Faktor-faktor iklim seperti, suhu, kelembaban, dan lain-lainc. Tipe dan cara kultivasi tumuh-tumbuhan tersebut

Pengukuran Evaporasi dan Evapotranspirasi

a. Atmometer

Atmometer aalat alat standar untuk mngukur evaporasi dari permukaanbasah. Alat ini digunakan untuk tujuan klimatologis guna mengetahuikemampuan mengering udara. Permukaan basah diberikan benda berporiyang dibasahi air, yang ditempatkan dalam suatu wadah.1. Atmometer piche

2. Atmometer livingstone, merupakan bola porselin berpori yang diisi air, untuk memberikan permukaan evaporasi.

3. Atmometer black bellani, terbuat dari porselin yang mempunyai permukaan datar berpori dan berwarna hitam, berdiameter 7,5 cm. Permukaannya dihadapkan ke angkasa dengan posisi horisontal.

b. Panci evaporasiPanci evaporasi dibuat untuk meniru (simulate) kondisi evaporasi permukaan air bebas. Panci evaporasi dapat dipasang dengan posisi sebagai berikut:\1. Di atas permukaan tanah Ada dua macam panci yang sangat dianjurkan, yaitu:(1) U.S. Weather Bureau Class A Pan ( dari Amerika Serikat)(2) G.G.I.-3000 pan dari Uni Soviyet (USSR)

2. Ditanam dalam tanahDari jenis ini yang dikemukakan adalah Colorado Sunken Pan3. Mengambang di atas airPenggunaan panci evaporasi dimaksudkan meniru kondisi yang sebenarnya. Namun kenyataannya panci evaporasi masih mempunyai perbedaan dengan tubuh air yanag besar (waduk, danau, dsb), meskipun sudah dihadapkan pada kondisi yang sama. Alasan mengapa berbeda adalah sebagai berikut:a. Daya penyimpan panas pada danau berbeda dengan pancib. Pada panci tidak ada gelombang, oleh karenannya turbulensi udara di atas air panci lebih kecil dari

pada di danauc. Ada pertukaran panas antara panci dengan atmosfir, tanah, dan air di sekelilingnya.d. Ada tambahan radiasi matahari pada sisi-sisi panci.e. Karena luas permukaan air dalam panci sangat kecil, pengaruh suhu dan kelembaban udara tidak

dapat sama dengan permukaan yang luas, seperti danau dan waduk.

Jika suhu air di panci dan di danau diukur maka sebagian faktor pengaruh seperti yang disebutkan diatas, dapat dieleminir dengan jalan sebagai berikut:E panci = c (e spanci – e ) (1 + 0,25 u)E danau =c (e sdanau – e ) (1 + 0,25 u)Keterangan:E spanci = tekanan uap jenuh pada suhu tertentu di panciE sdanau = tekanan uap jenuh pada suhu tertentu di danaue = tekanan uap udara di atas airu= kecepatan anginc= konstantee panci = evaporasi pancie danau = evaporasi danauDengan menganggap bahwa konsante c dan fungsi angin pada panci dandanau itu sama, maka:

c. Mengukur radiasi matahariKebanyakan stasiun pencatat meterologi dilengkapi dengan radiometer untukmengukur gelombang pendek radiasi yang sama dari matahri/angkasa danradiasi netto yang di pantulkan. Radiasi netto ini sangat penting untuk studitentang evaporasid. Mengukur kecepatan anginKecepatan angin diukur dengan anemomete, sedangkan arah angin dengankipas. Karena adanya gesekan permukaan tanah air terhadap hembusan anginmaka perlu diadakan pembedaan antara pengamatan kecepatan angin padaketinggian-ketinggian tertentu di atas permukaan tanah. Hubungan antarakecepatan angin dengan ketinggian yang berlainan adalah:

𝑢

𝑢0− (

𝑧

𝑧0)0,15

Dengan,u0 = kecepatan angin pada ketinggian z0u = keceptan angin pada ketinggian z lebih besar dari z0

Frekuensi Pengukuran

Frekuensi pengukuran dapat dilakukan sebanyak:a. Sekali dalam sehari, misalnya pada setiap jam 7.00 dan jam 8.00

pagi hari. Banyaknya penankapan diukur dengan gelas pengukur.b. Sekali dalam seminggu, dilakukan dengan alat pencatat otomatis

dengan penggantian kertas setiap minggu atau setiap bulan.

Memproses data curah hujana. Menentukan curah hujan areal

jika di dalam suatu areal terdapat beberapa alat pencatat hujan, maka dapat diambil nilai rata-rata untuk mendapatkan nilai curah hujan areal. Ada 3 cara yang berbeda yaitu:1. Cara tinggi rata-rata

Tinggi rata-rata curah hujan didapat denan mengambil rata-rata hitung pengukuran hujan di pos penakar-penakar hujan di dalam suatu areal. Jadi:

d =d1+d2+d3+⋯+dn

n= i=l

n di

n

Dengand = tinggi curah hujan rata-rata

e. Mengukur kelembaban udaraUdara dapat menyerap air dalam bentuk uap. Banyaknya uap air yang diserap tergantung darisuhu udara dan tersediannya air. makim tinggi suhu makan banyak air yang dapat diserap.Uap air menghasilkan tekanan yang besarnya di nyatakan dengan bar ( bar = 10^5 N/m2).Untuk menguap air memerlukan panas yang di ambil dari udara itu sendir. Panas itu diseutpanas laten dan dinyatakan dengan rumus:hr = 606,5 – 0,895 tDenganhr = dinyatakan dalam gr cal/grt = suhu dalm celciusAlat untuk menentukan besar kelembaban dinamakan psychorometer.

f. Mengukur suhu

Pengamatan suu dilakukan dengan menggunakan termometer maksimum dan minimum. Suhu harian berubah-ubah, oleh karena itu saat terbaik untuk mengamati nilai maksimum dan minimum dapat dilakukan antara jam 8-9 pagi. Suhu diukur dengan satuan derajat celcius ata derajat fahrenheit. Skala fahrenheit digunakan di Amerika Serikat dan Inggris.

Cara menaksir besarnya evaporasia. Cara budget air (storage equation approach)Ke dalam cara ini dimasukan neraca antara semua air yang masuk dan keluar dari suatudaerah pengaliran tertentu. Selisih air yang masuk dan yang meninggalkan daerahpengaliran hanya dapat dianalisis dengan 3 buah cara, yaitu:1. Oleh perubahan penampungan (storage) di dalam daerah pengaliran, baik di

danau-danau, di atas permukaan tanah, di cekungan-cekungan (depression) atauakuifer dalam tanah.

2. Oleh selisih aliran bawah tanah yang masuk dan yang keluar dari daerahpengaliran

3. Oleh evaporasi dan transpirasi

Persamaan penampungan (storage equation) pada umumnya dapat ditulissebagai berikut:E = P + I ±𝑈 − 𝑜 ± ∆𝑠Dengan,E = evaporasiP = curah hujanI = aliran permukaan yang memasuki daerah pengaliranU = aliran bawah tanah yang masuk atau keluar dari daerah pengaliranO = aliran permukaan yang keluar dari daerah pengaliran∆𝑠= perubahan penampungan, di atas maupun di bawah permukaan.

Jika pengamatan dilakukan dalam kurun waktu yang cukup panjang

b. Cara budget energiCara ini, menggunnakan pemecahan dengan memasukan semua sumber-sumber dan kehilangan energi ternal serta membiarkan evaporasi sebagai satu-satunya variabel yang harus di cari. Tanpa tersedia data yang banyak cara ini tidak dapat langsung dipakai, sehingga saat ini masih merupakan tugas para spesialis dan para ahli.c. Rumus-rumus empirisRumus-rumus empiris didasarkan atas kolerasi antara evaporasi yang terukur dengan faktor meterologi yang mempengaruhinya. Rumus-rumus tersebut tidak dapat dipakai di daerah yang keadaannya berbeda dengan daerah dimana uji lapangan itu di laksanakan.

Dalam teknik irigasi pada umumnya digunakan beberapa rumus yaitu:1. THORNTHWAITE yang menghasilkan evapotranspirasi potensial di daerah yang tertutup dengan tanaman-tanaman

rendah yang dihubungkan dengan fungsi suhu dan jumlah jam siang hari.2. BLANEY-CRIDDLE, menghasilkan rumus evapotranspirasi untuk sebarang tanaman sebagai ungsi suhu, jumlah jam

siang hari dan koefisien tanaman empiris. Rumus ini berlaku untuk daerah yang luas dengan iklim kering dan sedang,sesuai dengan kondisi yang mirip dengan bgian barat Amerika Serikat.

3. PENMAN, rumus ini memberikan hasil yang baik bagi besarnya penguapan (evaporasi) air bebas (E0) jika di tempat itutidak ada pengamatan dengan panci penguapan atau tidak ada studi neraca air. untuk menghitung besar evapotranspirasipotensial dapat dilakukan dengan memasukan faktor f

Ep = f.E0Dimana besarnya f berkisar antara 0,60 – 0,85 untuk tanaman pendek. Dan 1-1,5untuk tanaman tinggi

4. TURC-LANGBEIN-WUNDT, akan dihasilkan evapotranspirasi tahunan yang sebenarnya di daerah aliran sungai. Rumustersebut didasarkan atas data-data curah hujan dan limpasan dari beratus ratus daerah aliran sungai di seluruh dunia.

Uraian beberapa rumus empirisa. PENMAN (1948)Contoh soal Diketahui :t = 20 °Cu2 = 5 m/deth = 0,7Ra = 550 kal/cm2/harin/D= 0,4Penyelesaianea = h Xe = 0,7 X 17,53 = 12,27 mm Hge-ea = 17,73 – 12,27 = 5,26 mm HgTa = t + 273 = 20 + 273 = 293 kelvin

′

Rc = Ra (0,25 –n/D) = 256,3 kal/cm2/hariR1 = (1-0,006) Rc = 240,9 kal/cm2/hariRb = 117,4 x10-9 x 2934 (0,47-0,077 12,27) (0,2 + 0,8. 0,4) = 90,1 kal/cm2/hariH = R1-Rb = 240,9 – 90,1 = 150,8 kal/cm2/hariEa = 0,35 (e –ea) (0,5 +0,54 u2) = 0,35 X 5,26 X (0,5 +0,54 x 5) = 5,9 mm/hari

E0 = ∆𝐻

60+𝐸𝑎

∆+𝛾= 1,05 𝑥

150,8

60+0,49 𝑥 5,9

1,05+0,49= 3,6 mm/hari

Angka tersebut di atas adalah merupakan evaporasi air bebas (terbuka). Jika dinyatakan berapakah evapotranspirasi potensial, maka harus kita kalikan dengan faktor f, misalnya = 0,7, sehingga menjadiEp = 0,7 x 3,6 = 2,5 mm/hari

b. THORNTHWAITEContoh soalKita akan menghitung evapotranspirasi potensial menurut caraTHORNTHWAITE pada bulan Juli 1947 dengan suhu rata-rata bulanansebesar 30°𝐶. Dari pengamatan bertahun-tahun di dapat suhu rata-ratabulanan, yang dengan demikian dapat dihitung indeks panasnya sepertiberikut:

Bulam t°𝑪 j

Januari -5 0,00

Februari 0 0,00

Maret 5 1,00

April 9 2,43

May 13 4,25

Juni 17 6,38

Juli 19 7,55

Agustus 17 6,38

September 13 4,25

Oktober 9 2,43

November 5 1,00

Desember 0 0,00

j =35,67

Dengan J = 35,67 didapat a = 1,065 (dengan SERBA a=1,070)

E*p = 1,6 (10 𝑡

𝑗)𝑎= 1,6 (

10 𝑥 30

35,67)1,065 = = 15,46 cm/hari = 154,6 mm/hari

Bulan Juli 1947 mempunyai 31 hari dan 14 jam/hari (di negeri Belanda),

Ep = 154,631 𝑥 14

30𝑥 12= 186,3 mm/hari

c. TURC-LANGBEIN-WUNDTTURC mempelajari 254 daerah pengaliran sungai di dunia ini. Karena TURCmendasarkan rumusnya pada nilai rata-rata tahunan maka ∆s nyadapat diabaikan. Jadi:

𝑃 = 𝐸 + 𝑜 − 𝐼

𝑅 = 𝑜 − 𝐼Dengan 𝑃 = hujan rata-rata tahunan 𝐸= evapotranspirasi rata-rata tahunan 𝑜 = aliran keluar (outflow) rata-rata tahunan dari outlet daerah pengaliran

Menurut TURC

𝐸 = 𝑃

0,9 + 𝑃

𝐿(𝑡)2

Dengan

L (t) = 300 +25 t + 0,05 𝑡3

P dan E dalam mm/tahun

T suhu rata-rata tahunan (°𝐶)

Jika 𝑃

𝐿(𝑡)2< 0,1, maka 𝐸= 𝑃

d. BLANEY – CRIDDLERumus yang digunakan:

U= 𝑘𝑓

𝑘 =𝑡𝑝

100

Dengan,U = penggunaan air konsumtif bulanan (inch)

𝑘 = koefisien tanaman (lihat pada tabel 1)𝑓= suhu rata-rata bulanan dalam °𝐹𝑝 = persentasi bulanan jam-jam hari terang dalam tahunRumus BLANEY – CRIDDLE telah diubah oleh proyek irigasi denganbantuan IDA (PROSIDA), khususnya untuk keperluan tanaman padi di

u =𝐾 𝑝 (45,7 𝑡+813)

100

K = kt +kcKt =0,0311 t + 0,240

Denganu =transpirasi bulanan (mm)

t = suhu udara rata-rata bulanan (°𝐶)Kc= koefisien tanaman bulanan P = presentasi bulanan jam-jam hari terang dalam tahun

Tabel 1Jenis tanaman Daerah pantai Daerah kering

Jeruk 0,50 0,65

Kapas 0,60 0,65

Kentang 0,65 0,70

Sorgum danjagung

0,70 -

Padi 1,00 -

tomat 0,70 -