1

PENGUAPANPENGUAPAN

KompetensiKompetensi: : Memahami tentang dasarMemahami tentang dasar--dasar hidrologi, parameter hidrologi (hujan, dasar hidrologi, parameter hidrologi (hujan, klimatologi dan aliran), metodeklimatologi dan aliran), metode--metode metode analisis serta aplikasinya dalam rekayasa analisis serta aplikasinya dalam rekayasa teknik sipil.teknik sipil.

Sub KompetensiSub 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.

2

Pengertian UmumPengertian 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 (mengandung air (moisturemoisture), ), 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.

EvaporasiEvaporasi

Perubahan air menjadi uap air dan kembali Perubahan air menjadi uap air dan kembali ke atmosfirke atmosfir

Terjadi di permukaan (antarTerjadi di permukaan (antar--muka/muka/interface interface udaraudara--air)air)

uapair

3

Analisis HidrologiAnalisis Hidrologi

Tidak semua analisis dalam hidrologi Tidak semua analisis dalam hidrologi memasukkan variabel penguapan sebagai memasukkan variabel penguapan sebagai bagian yang pentingbagian 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 diabaikanalur 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 balancebalance) waduk. pengelolaan lahan () waduk. pengelolaan lahan (field field managementmanagement). ).

Pembagian PenguapanPembagian Penguapan

Penguapan (Penguapan (evaporationevaporation))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 (transpirationtranspiration))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.

4

Pembagian PenguapanPembagian Penguapan Evapotranspirasi (Evapotranspirasi (evapotranspirationevapotranspiration))

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 (Evapotranspirasi potensial (potential potential evapotranspirationevapotranspiration))evapotranspirasi yang terjadi apabila evapotranspirasi yang terjadi apabila kandungan air (kandungan air (moisture supplymoisture supply) tidak ) tidak terbatas.terbatas.

Evapotranspirasi nyata (Evapotranspirasi nyata (actual actual evapotranspirationevapotranspiration))evapotranspirasi yang terjadi evapotranspirasi yang terjadi sangat sangat tergantung dari ketersediaan airtergantung dari ketersediaan air

Faktor MeteorologisFaktor Meteorologis

SuhuSuhuAgar 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 turunturun

5

Faktor MeteorologisFaktor 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

AnginAnginmakin tinggi kecepatan angin, makin tinggi kecepatan angin, maka laju penguapan juga maka laju penguapan juga akan bertambahakan bertambah

Faktor fisik/geografisFaktor fisik/geografis

Kualitas airKualitas airApabila di dalam air tertahan Apabila di dalam air tertahan bahanbahan--bahan tertentu maka 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 airBentuk, luas dan kedalaman airadanya 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.

6

Pengukuran LangsungPengukuran Langsung

AtmometerAtmometerAlat 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 LangsungPengukuran Langsung

Evaporation PanEvaporation PanUntuk mengukur evaporasi dari muka air Untuk mengukur evaporasi dari muka air bebas dapat digunakan panci penguapan bebas dapat digunakan panci penguapan ((evevaporation panaporation pan). ). Terdapat tiga macam Terdapat tiga macam panci penguapan yang sering digunakan, panci penguapan yang sering digunakan, yaitu panci penguapan klas A (yaitu panci penguapan klas A (class A class A evaporation panevaporation pan))

25.4 cm = 1”

4”

1.21 m = 14’Bejana logamTidak dicat(galvanize)

Rangka kayu

7

panci penguapan tertanam (panci penguapan tertanam (sunken sunken evaporation panevaporation pan))

3’x3’

3’

4’’

panci penguapan terapung (panci penguapan terapung (floating floating evaporation panevaporation pan))

Angker

Ponton

Kisi-kisiKisi-kisi

Angker

8

Pendekatan teoritisPendekatan teoritis

PersamaanPersamaan--persamaan persamaan Empirik (Empirik (Empirical EquationsEmpirical Equations))

Keseimbangan Air (Keseimbangan Air (Water Water Balance MethodsBalance Methods))

Aerodynamic MethodAerodynamic Method Energy Balance MethodEnergy Balance Method Combination MethodCombination Method PriestleyPriestley--Taylor MethodTaylor Method

Persamaan EmpirikPersamaan Empirik

EE = = CC ((ewew –– eaea))dengan: dengan: CC = koefisien penguapan= koefisien penguapanewew = tekanan uap air = tekanan uap air

maksimum dalam inHgmaksimum dalam inHgeaea = tekanan uap air sesaat, = tekanan uap air sesaat,

berdasarkan suhu rataberdasarkan suhu rata--rata rata bulanan dan kelembaban bulanan dan kelembaban stasiun terdekatstasiun terdekat

9

Keseimbangan AirKeseimbangan Air

I = O I = O ±± SS

dengan:dengan:II = masukan (= masukan (inflowinflow))OO = keluaran (= keluaran (outflowoutflow))SS = perubahan tampungan (= perubahan tampungan (change in change in

storage)storage)

Metode imbangan airMetode 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 mingguwaktu umumnya 1 minggu

10

Aerodynamic MethodAerodynamic Method

dengan:dengan:EEa = evaporasi dari muka air bebas selama = evaporasi dari muka air bebas selama

periode pengamatan,periode pengamatan,BB = faktor empiris tergantung kepada konstanta = faktor empiris tergantung kepada konstanta

von Karman (von Karman (kk), rapat massa udara (), rapat massa udara (ρρa), rapat ), rapat massa air (massa air (ρρw), kecepatan angin pada 2 m di w), kecepatan angin pada 2 m di atas permukaan (atas permukaan (UU2) dan tekanan udara ) dan tekanan udara ambient (ambient (pp),),

eeas = tekanan uap jenuh di udara pada temperatur = tekanan uap jenuh di udara pada temperatur sama dengan temperatur air,sama dengan temperatur air,

eea = tekanan uap nyata pada ketinggian = tekanan uap nyata pada ketinggian pengamatan.pengamatan.

aasa eeBE

Energy Balance MethodEnergy Balance Method

dengan:dengan:EE = laju evaporasi (mm/hari),= laju evaporasi (mm/hari),llvv = panas latent untuk penguapan (J/kg),= panas latent untuk penguapan (J/kg),ρρww = massa jenis air (kg/m= massa jenis air (kg/m33),),RRnn = radiasi neto (W/m= radiasi neto (W/m22),),HHss = suplai panas ke aliran udara (W/m= suplai panas ke aliran udara (W/m22),),G G = suplai panas ke dalam tanah (W/m= suplai panas ke dalam tanah (W/m22).).

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 telah dikembangkan rumus empiris PenmanPenman

ei RRRn 1 GHsRnl

Ewv

1

11

Pendekatan Combination MethodPendekatan Combination MethodBentuk persamaan dasarnya:Bentuk persamaan dasarnya:

Pendekatan PriestleyPendekatan Priestley--TaylorTaylor

dengan:dengan: Er = laju penguapan dihitung dengan Er = laju penguapan dihitung dengan

keseimbangan energikeseimbangan energi Ea = laju penguapan dihitung dengan cara Ea = laju penguapan dihitung dengan cara

aerodinamikaerodinamik = gradien tekanan uap air jenuh= gradien tekanan uap air jenuh = tetapan psikometrik (psychometric = tetapan psikometrik (psychometric

constant)constant)

ar EEE

rEE

Rumus Hitungan Perkiraan Rumus Hitungan Perkiraan EvapotranspirasiEvapotranspirasiMengingat 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 acuanevapotranspirasi tanaman acuan((reference crop evapotranspirationreference 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 cukupdengan suplai air yang cukup””..

12

EToETo

Dalam praktek terdapat dua pengertian Dalam praktek terdapat dua pengertian tentang evapotranspirasi, yaitu tentang evapotranspirasi, yaitu ::

1. 1. evapotranspirasi potensial (evapotranspirasi potensial (potential potential evapotraspirationevapotraspiration)), , diartikan sebagai diartikan sebagai kehilangan air yang terjadi apabila kehilangan air yang terjadi apabila persediaan kelengasan tidak pernah persediaan kelengasan tidak pernah berhentiberhenti,, dan dan

2. 2. evapotrasnpirasi nyata (evapotrasnpirasi nyata (actual actual evapotranspirationevapotranspiration)), , sangat tergantung sangat tergantung dari ketersediaan air.dari ketersediaan air.

EtoEto dan dan EtrEtr

Nilai evapotranspirasi potensial Nilai evapotranspirasi potensial suatu jenis tanaman pada periode suatu jenis tanaman pada periode tumbuh tertentu (tumbuh tertentu (EtoEto) didapat ) didapat dengan mengalikan evapotranspirasi dengan mengalikan evapotranspirasi tanaman acuan (tanaman acuan (EtrEtr) dengan ) dengan koefisien tanaman (koefisien tanaman (kckc). ).

Memperhatikan kondisi lengas tanah Memperhatikan kondisi lengas tanah ((soil moisturesoil moisture), nilai evapotranspirasi ), nilai evapotranspirasi nyata (nyata (EtEt) didapat dari perkalian ) didapat dari perkalian antara antara EtoEto dan koefisien tanah (dan koefisien tanah (ksks).).

13

Rumus ThornthwaiteRumus Thornthwaiterumus hitungan evapotranspirasi potensial dengan rumus hitungan evapotranspirasi potensial dengan menggunakan indeks panas bulanan, terutama sekali menggunakan indeks panas bulanan, terutama sekali

untuk tanamanuntuk tanaman--tanaman yang rapat dan pendektanaman yang rapat dan pendek

dengan:dengan: PE*PE* = evapotranspirasi potensial tahunan,= evapotranspirasi potensial tahunan, J J = indeks panas tahunan,= indeks panas tahunan, jnjn = indeks panas bulanan pada bulan ke n,= indeks panas bulanan pada bulan ke n, tntn = suhu rerata pada bulan ke = suhu rerata pada bulan ke nn,, 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 bulansetiap bulan

a

JtPE

106.1*

12

1nnjJ

514.1

5

n

nt

j

498.0101781077110675 42739 JJJa

4 metode umum4 metode umum

MetodeTempera tur

Kelembab

an

Angin

Sinar Matahari

Radiasi

Penguapan

Ling kungan

Blaney-Criddle * 0 0 0 0

Radiasi * 0 0 * (*) 0

Penman * * * * (*) 0

Panci Evaporasi

0 0 * *

Ket: * data terukur; 0 data diperkirakan; (*) jika ada, tidak harus

14

BlaneyBlaney--CriddleCriddle

Metode BlaneyMetode 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)]

ETrETr = evapotranspirasi tanaman acuan bulanan, = evapotranspirasi tanaman acuan bulanan, mm/hari,mm/hari,

TT = temperatur rerata harian selama bulan yang = temperatur rerata harian selama bulan yang ditinjau (oC),ditinjau (oC),

pp = 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,

cc = 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 BlaneyBagan Perhitungan dengan Blaney--CriddleCriddle

Tabel 1:Lintang&bulan

T rerata

pP(0,46T+8)

RHmin %

n/N

U2 hari siang(m/dt)

Grafik Blaney

x

ETr (mm/hr)

perkiraan

perkiraan

perkiraan

15

Radiasi matahariRadiasi matahariFormula yang disarankan:Formula yang disarankan:

ETrETr = = cc.(.(WW..RsRs) mm/hr) mm/hr

dengan:dengan:ETrETr = evapotranspirasi tanaman acuan, mm/hari = evapotranspirasi tanaman acuan, mm/hari

untuk waktu yang ditentukanuntuk waktu yang ditentukanRsRs = radiasi matahari di permukaan bumi= radiasi matahari di permukaan bumiWW = faktor kedalaman yang tergantung pada = faktor kedalaman yang tergantung pada

temperatur dan lintangtemperatur dan lintangcc = 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 Radiasi Radiasi

Tabel 1: Lintang&bulan

:

Ra (mm/day)

(0,25+0,5n/N)Rs

RHmin %W.Rs

U hari siang (m/dt)

Grafik Radiasi

ETr (mm/hr)

perkiraan

perkiraan

n/N

nmean

N

Wx

Tabel 1: Lintang&bulan

Tabel 1: Lintang&bulan

16

PanPan--evaporationevaporation

pan Green Dry

varies ≥50

wind

pan Green crop Dry

varies ≥50

wind

Case ACase A

Case BCase B

ETrETr = = Kp.EpanKp.Epan

dengan:dengan:ETrETr = Evapotranspirasi = Evapotranspirasi tanaman tanaman

acuanacuan, mm/hari, mm/hariKpKp = koefisien panci f(tipe pan, = koefisien panci f(tipe pan,

perletakan, RHmean, kec. perletakan, RHmean, kec. Angin, Angin, fetchfetch))

Epan = evaporasi panEpan = evaporasi pan, mm/hari, mm/hari

Rumus Panci EvaporasiRumus Panci Evaporasi

17

PenmanPenman 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 methodenergy balance methoddan dan aerodynamic methodaerodynamic method juga banyak juga banyak dikembangkan. dikembangkan.

Metode PenmanMetode PenmanRumus Penman untuk hitungan evapotrasnpirasi Rumus Penman untuk hitungan evapotrasnpirasi

acuan (ETr) (Doorenbos, dkk, 1977):acuan (ETr) (Doorenbos, dkk, 1977):

dengan:dengan:ETETr r = evapotranspirasi acuan (mm/hari),= evapotranspirasi acuan (mm/hari),WW = faktor bobot = faktor bobot yang tergantung pada yang tergantung pada

temperatur dan ketinggiantemperatur dan ketinggian,,RnRn = 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),eded = tekanan uap air nyata (mbar),= tekanan uap air nyata (mbar),eaea--eded = selisih tekanan uap jenuh dan nyata pada = selisih tekanan uap jenuh dan nyata pada

temperatur udara (mbar),temperatur udara (mbar),cc = faktor koreksi efek perubahan kondisi siang = faktor koreksi efek perubahan kondisi siang

malammalam

da eeufWRnWcETr .).1(.

18

ea mbar

RH/100

ed mbar

x

(ea-ed)mbarf(u)

(1-W)(1-W)f(u)(ea-ed) mm/day

x

xRa mm/day

N hr/day

n hr/day

n/N

(0.25+0.50 n/N)Rs mm/day

Rns mm/day (1-)Rs

÷x

f (T)

f (ed)

f (n/N)Rn1=f(T)f(ed)f(n

/N) mm/day

Rn=Rns-Rn1W

W.Rn

cEtr

Etr=c[W.Rn+(1-W)f(u)(ea-ed)] mm/day

+

x

x

x

x