Mata Kuliah : Rekayasa Hidrologi

Bab IV - 12

JURUSAN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN

UNIVERSITAS MERCU BUANA

Mata Kuliah : Rekayasa Hidrologi

Modul No. 4 : Penguapan (Evapotranpirasi), Suhu (Temperatur), Kelembaban, AnginTujuan Instruksional Umum (TIU)

Mahasiswa mengetahui definisi dan pengertian akan Penguapan (Evapotranpirasi), Suhu (Temperatur), Kelembaban (kelengasan), Angin, proses terjadinya, jenis - jenis alat ukur, metode pencatatan, perhitungan tinggi rata-rata daerah, dan mengerti pemanfaatan hasil perhitungan Penguapan (Evapotranpirasi), Suhu (Temperatur), Kelembaban, Angin tersebut.

Tujuan Instruksional Khusus (TIK)

Mahasiswa mampu menjelaskan pengertian dari Penguapan (Evapotranpirasi), Suhu (Temperatur), Kelembaban (kelengasan), Angin penguapan, dapat memahami pemanfaatan dan cara bekerjanya alat ukur, dapat melaksanakan sistim pencatatan besaran dan dapat melakukan perhitungan rata - rata daerah serta mahasiswa mengerti cara pemakaian perhitungan Penguapan (Evapotranpirasi), Suhu (Temperatur), Kelembaban (kelengasan), Angin di lapangan.

4. Penguapan (Evapotranpirasi), Suhu (Temperatur), Kelembaban dan Angin

4.1. Penguapan (Evapotranspirasi)

4.1.1. Umum

Uap selalu ada dalam atmosfir, berasal dari adanya penguapan (evapotranpirasi) setempat. Uap yang dibawa oleh angin terjadi karena evaporasi langsung dari air presipitasi, permukaan laut, permukaan air sungai, dan air tanah yang dekat pada permukaan tanah, disamping itu masih ada pula uap asal dari keringat (transpirasi) melalui daun tumbuh-tumbuhan dan makhluk hidup lain. Penguapan baik yang berasal langsung dari air dan dari tumbuhan disebut Evapotranspirasi.

Pengetahuan mengenai penguapan ini adalah perlu, misalnya untuk menentukan isi waduk, isi waduk adalah banyaknya air yang dibutuhkan ditambah dengan kehilangan karena penguapan, besamya kebutuhan air untuk tanaman dipengaruhi oleh besamya penguapan. Beberapa angka-angka di bawah ini memberikan besamya penguapan.

Di Pulau Jawa dalam musim kemarau besaran tinggi penguapan berkisar 800 mm, waduk Prijetan 6 mm/24 jam. Waduk Pacal 4,17mm/24 jam. Waduk Selorejo 3 a 4 mm/24 jam.

Lauterberg untuk jalanya penguapan memberikan perumusan : 1 pnUn = h

1 p

Un = Tinggi air yang menguap dalam n hari.

h = Tinggi air yang menguap dalam hari pertama.

p = Perbandingan antara besarnya penguapan pada sesuatu hari dan hari sebelumnya.

Angka perbandingan p dipengaruhi oleh jenis permukaan tanah, jenis tanah, dan kecepatan angin, untuk sesuatu jenis tanah hampir tidak berlainan ialah antara 0,38 dan 0,7.

Angin mempunyai pengaruh yang tidak kecil, kalau angka penguapan pada keadaan tidak ada angin dinilai dengan angka 1, maka untuk berbagai kecepatan ada angka-angka :

No.Kecepatan Angin (km/jam)Penguapan (mm)No.Kecepatan Angin (km/jam)Penguapan (mm)

1.82,24.325,7

2.163,85.406,1

3.244,86.486,3

Contoh angka koefisien berdasarkan pada pengaruh macam permukaan tanah : jika permukaan air penguapannya dinilai 1, maka untuk :

tanah tandus

0,6

padang rumput

1,92

hutan

1,52

Ledeboer memberikan angka koefisien berdasarkan nilai penguapan permukaan air 100.

untuk tanah lempung

65

tanah pasir

133

tanah laterit

133

Penguapan dalam 24 jam :

Hari ke :Lempung (mm)Air (mm)Pasir (mm)Laterit (mm)

15,756,86,5

23,96,74,84,2

1 + 29,611,711,610,7

4.1.2. Pengukuran PenguapanMemperkirakan evaporasi permukaan air bebas dan permukaan tanah serta memperkirakan transpirasi dari tanaman adalah penting dalam studi hidrologi.

Misalkan : perkiraan evaporasi kritis (maksimum) sangat penting dalam menentukan kelayakan lokasi suatu perencanaan reservoir.

Syarat penampilan stasiun evaporasi adalah lokasi stasiun harus datar dan bebas dari halangan (jarak alat terhadap obyek terdekat harus cukup).

Pan Evaporasi

Pencatatan evaporasi dan pan sering dilakukan untuk memperkirakan evaporasi permukaan air bebas seperti danau, telaga, waduk/reservoir.

Berbagai jenis/tipe pan evaporasi yang dipakai. ada yang berbentuk segi empat dan ada yang bulat. Ada yang diletakkan di atas permukaan tanah, terbenam dalam tanah sehingga permukaan air sama dengan permukaan tanah dan ada pula yang diapungkan (terikat) di danau, telaga, waduk/reservoir atau sungai.

Prosedur Pengukuran :

Permukaan air dijaga diantara beberapa cm/inch di bawah bibir pan.

Muka airnya diukur/dibaca dengan alat pengukur muka air yang dikaitkan dengan bejana bagian dalam dan dilakukan pengukuran suhu air pada waktu yang sama pukul 06.00 pagi dan pukul 18.00 sore.

Besamya evaporasi pan harian adalah perbedaan nilai pengamatan muka air dalam 1 hari.

Pan yang sering dipakai untuk menirukan kondisi evaporasi permukaan air bebas pada suatu tempat adalah :

a. US Weather Bureau Class A Land Pan (Pan A)Maksud pemasangan bejana logam di atas rangka kayu supaya mengurangi terjadinya turbulensi angin yang dapat berpengaruh terhadap kecepatan penguapan.

Gambar No. 4.1 Class A Land Pan (Pan A)

b. US Bureau Of Plant Industry Sunken Pan (BPI PAN)

Pan ini berdiameter 6' (feet), tinggi 2', tertanam dalam tanah sedemikian hingga masih tersembul 4" di atas muka tanah, muka air dijaga jangan sampai lebih dari 5" di atas atau di bawah muka tanah. Karena ukurannya, pan ini memberikan indeks terbaik.

Gambar No. 4.2 Plant Industry Sunken Pan (BPI Pan A)

c. U.S.S.R. GGI - 3000. PanDiameter tangki 61,8 cm dengan dasar berbentuk kerucut, dibuat dari lembaran logam/besi. Luas permukaan 0,3 m2, kedalaman dinding tangki = 60 cm. kedalaman dinding tangki adalah 68,5 cm, tinggi bingkai atas 7,5 cm dari permukaan tanah.

Gambar No. 4.3 GGI 3000 Pan

d. Colorado Sunken Pan (Sunken In Ground)

Pan ini diapungkan di danau, sungai atau water body lainnya. Pemasangannya agak sulit,khususnya apabila angin cukup kuat, timbul gelombang di permukaan air laut, percikan-percikan air akan mengurangi ketelitian pengukuran.

Gambar No. 4.4 Colorado Sunken Pan (Sunken In Ground)

e. Pengukuran evaporimeter lainnya

Atnometer

Prinsip alat : mengukur evaporasi dari suatu bidang berpori (standard) yang dibasahi oleh air.

Ada beberapa macam atnometer yang dikenal diantaranya.

a. Piche atnometer, terdiri dari bejana kaca berskala, diisi dengan air, di bagian bawah ditutup dengan kertas saringan yang dijepit dengan piringan.

Banyaknya air yang hilang perhari, menunjukkan pengukuran kecepatan penguapan.

Gambar No. 4.5 Piche Atnometer

b. Livingstone atnometerMenggunakan bola porsaelin berpori sebagai bidang penguapannya.

Gambar No. 4.6 Livingstone Atnometer

c. Black bellni atnometer

Menggunakan plat porselin berpori pada penutup bawah, sebagai bidang penguapan.

Hasil pembacaan pada atnometer disebut "latent evaporation" sebab hanya bisa di bandingkan dengan pembacaan instrumen serupa dalam kondisi yang sama dan nilainya akan lebih kecil dan tidak dapat ditarik hubungannya terhadap evaporasi permukaan tanah atau air, selama keadaan udara tidak jenuh (hanya dipakai sebagai bahan pembanding).

Secara sepintas, dapat dibuktikan bahwa alat-alat ini lebih tanggap terhadap kecepatan angin, dari pada terhadap energi radiasi.

Lysimeter

Lysimeter ini merupakan satu bejana, yang diisi dengan tanah yang ditanami dengan tanaman yang sesuai dengan sekitamya.

Bejana ini pada dasarnya dibuat sedemikian rupa sehingga bilamana perlu, air dapat dikeluarkan.

Besarnya potensial evapotraspiratiom & actual evapotranspiration (E) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan keseimbangan air (jumlah air yang masuk = jumlah air yang keluar perubahan simpanan air).

E = P + AS r

Bila :p= presipitasi dan irigasi bila ada, basil pengukuran

(S= perubahan tinggi air dalam bejana hasil pengukuran perubahan berat bejana.

r= perkolasi (= drain)

E=P+W-rBila : P= presipitasi dan irigasi bila ada

W = penambahan tinggi air

r= perkolasi.

Hasil pengukuran dengan mempertahankan kebasahan tanah (soil moisture) konstan.

Gambar No. 4.7 Lysimeter In The Valdai Area (U.S.S.R)

Phytometer

Dengan prinsip yang mirip dengan Lysimeter, Phytometer dipakai untuk mengukur transpirasi. Pot yang digunakan, ditanami satu atau dua batang tanaman (yang dapat hidup dalam pot), kemudian seluruh permukaan tanahnya ditutup, sehingga tidak.memungkinkan terjadinya penguapan dari permukaan tanah, sehingga kehilangan air yang terjadi adalah transpirasi.

Rumus dasar yang digunakan adalah jumlah air yang masuk = jumlah air yang keluar + perubahan jumlah simpanan air.

Peralatan pembantu

Peralatan tambahan yang dipakai pada stasiun pan evaporasi adalah :

Anemograph atau anemometer yang dipasang pada ketinggian 1 sampai 2 meter di atas pan, untuk menentukan kecepatan angin di atas pan tersebut.

Alat pemgukur presipitasi manual.

Thermometer atau thermograph air untuk melengkapi data, temperatur air di dalarn pan (temperatur maksimum, minimum dan temperatur yang berlangsung)

Thermometer/thermograph udara atau hygrothennograph psychrometer untuk mendapatkan data temperatur atau kelembaban udara sesuai dengan yang dikehendaki.

Karena dengan data-data tambahan, dapat dilakukan perhitungan baik didasarkan pada rumus-rumus empiris maupun pada prinsip keseimbangan air (water balance).

4.2. Temperatur Suhu Udara4.2.1. UmumSuhu atau temperatur udara yang disebabkan oleh penyinaran matahari untuk sesuatu daerah, tergantung pada berbagai unsur diantaranya adalah :

Energi yang dipancarkan oleh matahari, besarnya energi matahari pada puncak atmosfir rata-rata 1,94 cal/m2/menit pada bidang yang letaknya tegak lurus pada arah sinar; angka ini disebut "solar constante ".

Letaknya medan terhadap permukaan laut atau bisa dikatakan jaraknya medan terhadap matahari; pada bulan Januari, jarak 91 juta mil.

Kemiringan (inklinasi) sinar matahari terhadap medan yang disinari.

Lamanya penyinaran atau panjangnya hari siang (rino).

keadaan medan, medan gundul penuh tumbuh-tumbuhan, warna tanah, adanya butiran-butiran tanah lepas atau medan adalah padat mengakibatkan suhu yang berlainan, meskipun energi dari matahari adalah sama;

Mengenai radiasi matahari dari energi yang masuk puncak atmosfir : 43 % dipantulkan kembali dalam ruang angkasa

12 % diserap oleh air dalam atmosfir

5 % diserap oleh gas (nitrogen, oxigeen argon), asap, debu, dan lain-lain

40 % diserap oleh penmukaan bumi

Keawanan yang menjadi penghalang penyinaran

Di samping unsur-unsur itu, suhu dipengaruhi pula oleh banyaknya uap dalam atmosfir itu sendiri, ada tidaknya hujan dan adanya angin.

Di atmosfir bebas, suhu menurun dengan bertambahnya ketinggian. Ada angka : setiap kenaikan 1000 feet suhu menurun dengan 36 % F. Untuk di Jawa ada perumusan t = 26,3 - 0,62 derajat celsius ; h = tinggi medan di atas permukaan laut tiap 100 m naik untuk daerah yang letaknya di bawah garis lintang 60 %.

Lapisan udara tepat di atas daratan biasanya mengalami perubahan-perubahan dalam penurunan suhu, pada malam hari panas yang masuk ke tanah daratan kurang dan pada yang keluar, hingga suhu permukaan tanah daratan dan udara tepat di atasnya menurun pula pendinginan ini justru menyebabkan naiknya suhu lapisan udara dengan naiknya ketinggian (energi suhu).

Pada siang hari kejadian justru sebaliknya akan terjadi. Untuk mendapatkan sedikit gambaran mengenai suhu dicantumkan suhu rata-rata dari pengamatan selama 40 tahun dari Jakarta :

Besamya suhu didapat dengan mengukur dan pengukuran suhu dilaksanakan dengan teliti memakai thermometer, untuk mengukur udara thermometer ditaruh ditempat dimana aliran udara tidak terganggu, pada ketinggian 1,25 a 2 m dan diusahakan lebih lanjut bebas dari pengaruh pengaruh lain.

Pengukuran bisa juga terus menerus dengan thermograf (alat pencatat suhu otomotis terus menerus).

4.2.2. Pengukuran Temperatur Suhu Udara

Temperatur udara harus diukur 2 meter di atas permukaan tanah/air, pengamatan/ pencatatan temperatur yang kontinu patut diharapkan, tetapi bila tidak ada maka pencatatan temperatur dengan interval waktu 1 jam, 2 jam atau 6 jam dapat dianggap cukup. Di dalam mengukur temperatur udara, thermometer harus terlindung dari sinar matahari dengan pertukaran udara bebas/ventilasi yang tidak terbatas. Pengukuran temperatur udara dan radiasi matahari biasanya dilakukan pada lokasi yang sama. Temperatur udara diukur dengan sepasang thermometer (maksimum dan minimum) yang dipasang dalam sangkar meteo thermometer maksimum dapat mencatat temperatur tertinggi dalam hari itu, karena dengan adanya penyempitan pada pipa kapiler di atas bejana/bola air raksa.

Air raksa di dalam bola/bejana yang berkembang akibat suhu udara naik, akan terdorong keluar melalui bagian penyempitan ke pipa kapiler, keadaan ini tidak dapat kembali walaupun suhu udara menurun.

Thermometer minimum berisi cairan alkohol berbentuk garpu atau bola dapat menunjukkan suhu minimum selama waktu pemasangan sampai pembacaan.

Temperatur rata rata harian = (temperatur maksimum + temperatur minimum)

4.3. Kelembaban (kelengasan = humidity) 4.3.1. Umum

Banyaknya uap dalam udara atau besarnya kelembaban udara itu tergantung pada suhu udara. makin tinggi suhu udara itu tergantung pada suhu udara. Makin tinggi suhu udara, makin banyak uap yang bisa ada dalam udara. Kalau air yang menguap adalah cukup, maka pada suhu tertentu dari udara banyaknya uap adalah maksimum atau dikatakan udara mempunyai kelembaban jenuh.

Besamya kelembaban bisa dinyatakan dalam gram uap tiang kg udara (udara + uap di dalamnya) yang disebut kelembaban " spesifik atau dalam gram uap tiap m3 udara atau juga di ebut kelembaban absolut ". Di samping ini masih ada lagi kelembaban relatif (R.H.= relatif humidity), ialah perbandingan antara kelembaban yang ada dengan kelembaban jenuh pada suhu yang sama.

Harga dalam perbandingan ini dinyatakan dalam pecahan atau dalam prosenan dan dengan sendirinya harga perbandingan ini maksimum sama dengan 1 atau 100%.

Kalau suhu menurun, maka kelembaban udara akan menaik; banyak uap yang di kandung udara melebihi maksimum dan terjadilah kondensasi; titik ini dinamakan titik embun. Untuk menentukan harga dari kelembaban bisa dijalankan dengan perhitungan dan pengukuran alat ukur hygrometer, alat ukur psychrometer (gambar) atau hygrotthennograph, yang mencatat kelembaban relatif dan suhu sekaligus penentuan dengan perhitungan antara lain sebagai berikut :

Dalam campuran gas, tiap gas komponennya mempunyai tekanan lainya. Tekanan partiilnya dari uap air. Apabila udara basah dalam suatu tempat tertutup dengan tekanan p diambil semua uap aimya dan tekanan terakhir adalah p' dari udara kering sahaja akan menjadi lebih kecil dari p. tekanan uap e adalah selisih dari tekanan udara basah dan udara kering.

e = p p

kepadatan dari uap (v : (v = 0,622

T = suhu absolut ( C )

Rg = Besaran dari gas = 2,87 x 10.000, bila tekanan uap e dinyatakan dalam milibar.

Kepadatan udara kering : (d =

Pd = tekanan dalam milibar

Ada pula perumusan empiris :

C = Cs 0,000367 Pa (Ta Tw)

Dimana :

Pa = Tekanan atmosfir dalam milibar

Ta = Dry bulp temperatur dalam derajat F

Tw = Wet- bulp temperatur dalam derajat F

Cs = Saturation vapor pressure corresponding to Tw

Ta = Suhu absolut dalam drajad celsius

ah = 217 c gr/m3

Ta

Kelembaban relatif = 100 ah = 100 e

As

L54.3.2. Pengukuran kelembaban udaraPengukuran kelembaban udara dilakukan pada lokasi yang sama dengan pengukuran temperatur udara. Kelembaban udara dinyatakan oleh tekanan uap (banyaknya uap air di udara) oleh koefisien hygrometrik atau kelembaban relatif atau temperatur titik embun sebab sesungguhnya tekanan uap tidaklah cukup mencirikan kelembaban sebenamya.

Titik embun adalah temperatur dimana udara menjadi jenuh dengan uap air. Temperatur ini akan dilampaui oleh keadaan uap air (udara lembab) yang sedang didinginkan sehingga zat air akan mulai berkondensasi.

Kelembaban relatif : adalah persentasi nap air maksimum di dalam udara pada saat pencatatan. Kelembaban diukur dengan psyhrometer yang dilengkapi dengan 2 thermometer yang serupa (thermometer thermocouple). Thermometer ini berfungsi untuk mencatat temperatur bola kering yang memberikan hasil memadai.

Bola thermometer dari thermometer bola basah dibungkus dengan kain tipis dan dibasahi dengan air bersih, sedang pada thermometer bola kering dibiarkan tetap kering. Penurunan temperatur bola basah disebabkan oleh penguapan aimya tergantung pada keadaan uap air di udara. Sehingga untuk menentukan titik embun dan kelembaban relatif dapat ditentukan dengan tabel psychrometer setelah selisih temperatur bola basah dan bola kering diketahui. Psychrometer digantungkan di bagian belakang dari rumah/sangkar thermometer supaya terlindung dari penyinaran matahari dan ada ventilasi yang memadai (terutama untuk thermometer bola basah).

4.4. Angin

4.4.1. Umum

Angin udara bergerak mempunyai kecepatan dan arah, arahnya dinyatakan dalam 16 arah jurusan kompas : U, UUT, UT dsb. Untuk angin di permukaan tanah dan jalan derajat arah utara sesuai dengan jalannya putaran jam untuk angin atas. Kecepatan di nyatakan dalam :

Meter tiap detik. Mil tiap jam

Km tiap jam

Knot

Pengukurannya dengan memakai : anemometer (propeller anemometer atau windmill anemometer. Cup-anemometer biasanya dipakai untuk pengamatan meteorologis.

Daftar terlampir menunjukkan sebutan jenis angin untuk berbagai kecepatan angin

Gaya

angin

BeaufortKecep.

angin

m/detSebutanUkuran di lautUkuran di darat

00,0 - 0,2TenangPermukaan Halus

tenangAsap naik lurus

Ke atas

10,3 - 1,5LemahOmbak kecil yg

memberi

pandangan laut

bersisikArah hanya terlihat

pada asap

21,6 - 3,3LemahOmbak kecil

Masih pendekSedikit terasa daun

daun berisik Kecil

33,4 - 5,4SedangDisana - sini

Berbuih

_Menggerakan daun

dan tangkai kecil

__

45,5 - 7,9SedangAgak banyak

buih putihMenggerakan

tangkai kecil.

menghembus debu

dan kertas

58,0 - 10,7Agak kuatGelombang-

gelombang

Sedang, di mana - mana terdapat

buihTangkai kecil mungil

melambai.

610,8 - 13,8KuatGelombang

dimana-mana &

buih - buih putihMenggerakan

tangkai besar,

kawat telepon

mendenqunq

713,9-17,1KerasBuih putih mulai

berbentuk garis-

garisMengerakkan

pohon kecil/besar.

meyukarkan

berjalan

817,2 -20,7Storm

achtigGelombang

agak tinggi garis

buih tampak

jelasTangkai-tangkai

putus, berjalan

sangat sukar

920,8 - 24,4StormGelombang

tinggi garis - garis

buih besar.Genting-genting

kabur. kerusakan

kecil pada

bangunan

1024,5 - 28,4zware

stormGelombangPohon tumbang

Sangat tinggitangkai tangkai

Laut menjadi putihputus Pohon tumbang,

tangkai - tangkai

putus

1126,5 - 32,6Zeen zware

stormGelombang tinggi luar biasa laut seluruhnya tertutup buih, pandangan sangat kurang jelas

Kerusakan besar

pada bangunan

1232,6OrkaanUdara terisi buih

dan air laut sama

sekali putih oleh

buih pandangan

petang.Merusak segala

yang dilalui

4.4.2. Pengukuran kecepatan anginKecepatan angin diukur dekat dengan pengukuran evaporasi, pada ketinggian 2 meter di atas permukaan air/tanah.

Berbagai tipe anemometer dipakai untuk menentukan kecepatan angin rata-rata harian. Rotor dengan 3 mangkuk atau anemometer fan adalah pengukur kecepatan angin yang terbaik. Alat ini dilengkapi dengan gaya torsi pemula yang besar, dengan sistem rantai dan counter pejumlah air hubungan/peralatan elektris yang berfungsi ungtuk mencatat gerakan angin. pembacaan counter pada anemometer harus dilakukan dengan interval tertentu, misalkan harian.4.5. Istilah Istilah

Pan EvaporasiKelembaban Absolut

LysimeterKelembaban Relatif

Soil MoistureTitik Embun

ThermografAnemometer

4.6. Soal Latihan

1. Sebutkan parameter parameter yang mempengaruhi evapotranspirasi yang saudara ketahui.

2. Berapa tinggi evaporasi selama 10 hari menurut rumus dari Lauterberg, bila diketahui besar penguapan awal dari suatu daerah adalah sebesar 2,4 mm dan penguapae basil pengukuran pada hari berikutnya 2,6 mm.

3. Sebutkan alat ukur penguapan yang saudara ketahui dan jelaskan prinsip cara bekerjanya.

4. Jelaskan perbedaan fungsi dari alat ukur penguapan Evaporimeter dan Lysimeter.5. Jelaskan parameter parameter yang mempengaruhi kelembaban relatif udara dan sebutkan peralatan ukur kelembaban udara tersebut.

4.7. Referensi

1. Hidrologi Untuk Pengairan, Ir. Suyono Sosrodarsono , Kensaku Takeda, PT. Pradnya Paramita, Jakarta , 1976.

2. Hydrologi for Engineers, Ray K. Linsley Ir. Max. A. Kohler, Joseph 1.H. Apaulhus. Mc.grawhill, 1986.3. Mengenal dasar dasar hidrologi, Ir. Joice Martha, Ir. Wanny Ajidarma Dipl. H. Nova, Bandung.

4. Hidrologi & Pemakaiannya, jilid I, Prof. Ir. Soemadyo, diktat kuliah ITS. 1976

REKAYASA HIDROLOGI

MODUL 4

Penguapan (Evapotranpirasi), Suhu (Temperatur), Kelembaban, Angin

_1188936142.unknown

_1188936277.unknown

_1188935997.unknown