Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

22
PETUNJUK UMUM PEMBELAJARAN Program pembelajaran disusun dalam bentuk 1 modul. Modul ini terdiri dari 2 bagian yaitu Petunjuk Umum dan Kegiatan Belajar. Kegiatan belajar terdiri dari : kegiatan belajar 1-5 topik, tujuan umum pembelajaran, tujuan khusus pembelajaran, uraian dan contoh, latihan, rangkuman, tes formatif, unpan balik dan tindak lanjut, referensi dan kunci jawaban. Setiap kegiatan belajar di tulis kompetensi dan sub kompetensi, diuraikan petunjuk belajar, kegiatan dan latihan yang akan dilakukan, dan dilengkapi dengan rangkuman . Setelah semua kegiatan dilakukan dan rangkuman telah dibaca, maka mahasiswa dapat mengerjakan tes formatif yang telah disediakan. Mahasiswa harus mengikuti urutan kegiatan yang harus dilakukan. Setelah tes formatif selesai dikerjakan mahasiswa, pekerjaan diperiksa sendiri dengan menggunakan kunci jawaban. Jika memenuhi syarat maka mahasiswa dapat pindah ke kegiatan belajar lain, jika tidak maka mahasiswa mengulangi lagi bagian-bagian yang belum dikuasai. 1

Transcript of Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

Page 1: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

PETUNJUK UMUM PEMBELAJARAN

Program pembelajaran disusun dalam bentuk 1 modul. Modul ini terdiri

dari 2 bagian yaitu Petunjuk Umum dan Kegiatan Belajar. Kegiatan belajar terdiri

dari : kegiatan belajar 1-5 topik, tujuan umum pembelajaran, tujuan khusus

pembelajaran, uraian dan contoh, latihan, rangkuman, tes formatif, unpan balik

dan tindak lanjut, referensi dan kunci jawaban. Setiap kegiatan belajar di tulis

kompetensi dan sub kompetensi, diuraikan petunjuk belajar, kegiatan dan latihan

yang akan dilakukan, dan dilengkapi dengan rangkuman . Setelah semua

kegiatan dilakukan dan rangkuman telah dibaca, maka mahasiswa dapat

mengerjakan tes formatif yang telah disediakan. Mahasiswa harus mengikuti

urutan kegiatan yang harus dilakukan. Setelah tes formatif selesai dikerjakan

mahasiswa, pekerjaan diperiksa sendiri dengan menggunakan kunci jawaban.

Jika memenuhi syarat maka mahasiswa dapat pindah ke kegiatan belajar lain,

jika tidak maka mahasiswa mengulangi lagi bagian-bagian yang belum dikuasai.

1

Page 2: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

KEGIATAN BELAJAR

Kegiatan Belajar 3

EVAPOTRANSPIRASI

1. Tujuan Umum Pembelajaran

Mahasiswa diharapkan dapat memahami dengan benar proses terjadinya

evapotranspirasi.

2. Tujuan Khusus Pembelajaran

a. Mahasiswa dapat menjelaskan dengan benar pengertian evaporasi dan

transpirasi

b. Mahasiswa dapat menyebutkan alat-alat untuk mengukur evaporasi dan

transpirasi.

c. Mahasiswa dapat menjelaskan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap

proses evapotranspirasi.

d. Mahasiswa dapat menjelaskan dengan benar cara menghitung

evapotranspirasi menggunakan rumus empiris

e. Mahasiswa dapat menjelaskan dengan benar cara menghitung

evotranspirasi potensial dengan menggunakan rumus Thotnwhaite.

f. Mahasiswa dapat menjelaskan dengan benar cara menghitung

evapotranspirasi dengan metode Penman.

2

Page 3: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

BAB III

EVAPOTRANSPIRASI

Air memiliki sifat yang unik yaitu dapat dalam bentuk keadaan padat, cair ddan

gas dimana air tidak mengalami perubahan sifat kimia hanya sifat fisik yang berubah.

Perubahan dari keadaan cair menjadi padat dan gas melibatkan proses penyerapan dan

perpindahan/pelepasan energi panas. Perubahan air dari bentuk padat ke cair disebut

pencairan yang melibatkan proses penyerapan panas. Perubahan dari cair ke uap disebut

pengupan melibatkan proses penyerapan panas. Perubahan uap menjadi cair melibatkan

pelepasan panas disebut kondensasi. Perubahan uap menjadi padat dan sebaliknya disebut

sublimasi dimana proses menyerap dan melepaskan energi panas yang dikandung oleh air

ke dan dari lingkungan.

Proses-proses perubahan wujud air terlibat dalam proses evaporasi. Tidak

semua prespirasi yang mencapai permukaan secara langsung berinfiltrasi ke dalam tanah

atau melimpas di atas permukaan tanah. Sebahagian daripada hujan, secara langsung atau

setelah penyimpanan permukaan (atau bawah permukaan), hilang dalam bentuk evaporasi

dan transpirasi (Eagleson, 1970). Perkiraan evaporasi dan transpirasi adalah sangat

penting dalam pengkajian hidrometeorologi. Pengukuran langsung evaporasi ataupun

transpirasi dari air ataupun permukaan lahan yang besar adalah tidak mungkin pada saat

ini (Wartena,1974). Akan tetapi, beberapa metode yang tidak langsung telah

dikembangkan yang akan memberikan hasil-hasil yang dapat diterima. Jika keragaman

waktu evaporasi permukaan air bebas berbanding langsung dengan radiasi bersih, kita

dapat mengharapkan nilai-nilai maksimum pada tengah hari. Namun, ini hanya benar

pada tubuh –tubuh air yang kecil. Tubuh –tubuh air yang besar, menyimpan sejumlah

panas yang nyata melalui kedalamannya dan ini akan tersedia untuk evaporasi kemudian.

Dengan demikian, evaporasi dapat berlangsung sepanjang malam. Evapotranspirasi

potensial, Ep = evapotranspirasi yang akan berlangsung hanya bila pasokan air tidak

terbatas bagi stomata tanaman dan permukaan tanah lebih dekat pada fase dengan radiasi

matahari karena hanya sedikit panas di simpan oleh tanaman dan stomata menutup

selama malam hari. Variabilitas waktu evapotranspirasi mengikuti pola yang sama seperti

3

Page 4: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

evaporasi permukaan air bebas ( Eo ) pada kawasan-kawasan yang tidak kekurangan air.

Pada daerah yang lebih kering ia mungkin berbeda cukup besar. Pada daerah yang kering,

evapotranspirasi actual ( Ea ), yaitu jumlah evapotranspirasi aktual, erat hubungannya

dengan curah hujan. Keragaman ruang (spatial variation) lebih penting dibandingkan

dengan keragaman waktu dalam hal evapotranspirasi potensial. Untuk evapotranspirasi

aktual, perbedaan yang signifikansi antara keragaman waktu dan ruang hanyalah kecil

sekali. Walaupun pengetahuan tentang keragaman ruang evaporasi yang berskala kecil

sangat terbatas, hal tersebut tidak banyak beragam seperti presifitasi. Karena itu,

diperlukan suatu jaringan evaporasi yang kurang padat. Untuk perkiraan evaporasi

pendahuluan, Linsley ( 1958), menyarankan suatu stasiun per 5200 km2 .

Walaupun diketahui bahwa sejumlah faktor mempengaruhi laju evapotranspirasi,

adalah sulit sekali untuk menilai kepentingan relatif masing-masing faktor. Faktor-faktor

utama yang berpengaruh adalah ( Ward, 1967 ) :

1. Faktor faktor meteorologi.

a. Radiasi matahari

b. Suhu udara dan permukaan

c. Kelembaban

d. Angin

e. Tekanana barometer

2. Faktor – faktor geografi

a. Kualitas air ( warna , salinitas, dll )

b. Jeluk tubuh air

c. Ukuran dan bentuk permukaan air

3. Faktor-faktor lainnya

a. Kandungan lengas tanah

b. Karakteristik kapiler tanah

c. Jeluk muka air tanah

d. Warna tanah

e. Tipe, kerapatan dan tingginya vegetasi

f. Ketersediaan air ( hujan, irigasi, dll).

4

Page 5: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

A. Fisika Evaporasi

Bila orang memandang permukaan air yang sama sekali bebas dan menambahkan

pada tubuh air ini suatu masukan bersih energi panas maka energi kinetik molekul air

akan naik. Pada waktu tertentu, energi kinetik ini akan begitu tinggi sehingga beberapa

molekul air akan mampu keluar melalui antar muka cairan-gas. Jumlah panas yang

diserap oleh suatu satuan massa air ketika berubah dari keadaan cair ke uap pada suatu

suhu konstan disebut panas penguapan laten ( = L ) ini sedikit beragam dengan suhu ( L

= 597.3 – 0.566 ( T ) ; dimana T pada OC dan L dalam kalori ), tetapi untuk maksud-

maksud praktis L = 600 kalori diambil untuk menguapkan 1 gram air. Jika molekul-

molekul keluar, energi kinetik menurun dan karenanya tidak dapat masuk kembali ke

dalam cairan dan mulai mengakumulasi di udara di atas antar muka cairan-gas. Pada

suatu campuran gas, masing-masing memberikan suatu tekanan, bebas dari gas-gas

lainnya, yang disebut tekanan parsial. Tekanan parsial yang diberikan oleh uap air disebut

tekanan uap aktual ( = e ).

Dengan demikian penguapan yang terus menerus akan menyebabkan peningkatan

tekanan uap yang terus menerus pula di udara tepat di atas pemukaan air, hingga

akhirnya kondensasi dimulai. Bila laju penguapan adalah sama dengan laju kondensasi

(terjadi bila udara mengandung jumlah uap air maksimum pada temperatur tertentu),

udara ada saat itu adalah jenuh. Kini molekul air melewati antar muka pada kedua arah

pada laju yang sama. Tekanan yang diberikan oleh uap pada tingkat kejenuhan ini disebut

tekanan uap jenuh ( = e s ). Tekanan uap aktual beragam antara 0 dan es, Pada tabel 5.2

disajikan keragaman tekanan uap jenuh ( diukur dalam bar atau mm Hg ; 1 bar = 10 6

dyne / cm 2 , 1 millibar = 103 dyne/cm 2 , 1 mm Hg = 1.36 millibar ) dengan suhu. Tabel

ini di plotkan dengan gambar 5-5. Dengan menggunakan gambar ini karakteristik-

karakterisik dapat didefenisikan :

1. Kelembaban nisbi =

h = e/es x 100

e = tekanan uap aktual

es = tekanan uap jenuh

Nisbah persentase jumlah air aktual pada suatu ruang tertentu dengan jumlah air

pada ruang yang sama bila ruang ini dijenuhkan.

5

Page 6: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

2. Defisit kejenuhan

dk= es - e = e s ( 1 – h )

h = kelembaban nisbih

3. Titik embun = Td : suhu dimana es menjadi sama dengan e. dengan kata lain, suhu

sesuai dengan kondensasi pada es .

4. Suhu bola basah = Tw : suhu sampai dimana udara asli dapat diembunkan dengan

menguapkan air di dalamnya.

Pengukuran-pengukuran kelembaban dilakukan pada tempat yang sama seperti

suhu udara (sekitar 2 meter di atas tanah). Alat yang disebut psikometer biasa digunakan

untuk mengukur kelembaban atmosfir. Alat tersebut terdiri atas dua termometer (gambar

5-6) dan salah satunya disebut suhu bola basah berhubung reservoirnya (bola) ditutup

dengan kain kasa (kain katun halus yang tipis) yang dijenuhkan dengan air. Termometer

lainnya memiliki bola yang kering.. termometer diventilasikan (untuk mendapatkan suhu

bola basah yang benar) dan dilindungi terhadap radisi (untuk menghindari penguapan).

Perbedaan antara kedua pembacaan adalah depresi bola basah dan digunakan untuk

menghitung titik embun, kelembaban nisbi dan tekanan uap.

Alat tersebut didasarkan atas injeksi udara (gambar 5-6) ke dalam alkohol dimana

termometer diletakkan. Alkohol menguap dan menyerap panas dari selaput perak dan

gelas. Akibatnya, termometer menunjukkan suhu yang sama dengan kondensasi pada

tekanan uap kejenuhan (es).

Osmometer merupakan higrometer yang diventilasikan . radar optik laser dan

hidrometer penyerap radiasi infra merah dipergunakan (Seyhan, 1972) untuk

pengukuran-pengukuran kelembaban pada tempat-tempat yang tinggi (4 km).

Bila mempertimbangkan tentang evaporasi, sangatlah berguna untuk membayang-

kan proses yang digambarkan pada gambar 5-4. Tentu saja, ada perbedaan suhu diantara

udara dan permukaan air. Tetapi pada perhitungan evaporasi, pendekatan-pendekatan

baik dengan menganggap perbedaan-perbedaan ini dapat diabaikan maupun menerima

peredaan ini sebagai kesatuan kuantitatif, keduanya digunakan. Bila suhu permukaan air

dan suhu udara dianggap sama (yang dalam kenyataan jarang sekali) , evaporasi dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan epirisme berdasar pada hokum

6

Page 7: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

Dalton yang mengemukakan bahwa evaporasi air permukaan bebas (Eo) sebanding

dengan defisit kejenuhan ( es – e ) dan kecepatan angin ( u ). Dengan formula :

Eo = [ e ( es - e ) ] [ f (u) ]

Persamaan empiris yang umumnya berlaku berdasarkan atas hokum Dalton adalah :

Eo = 0.35 (es - e ) ( 0,5 + 0,54 u2 )

Dimana : Eo = evaporasi air permukaan bebas (mm / hari )

es = tekanan uap kejenuhan pada suhu udara (mmHg)

e = tekanan uap aktual dalam udara ( mmHg )

u2 = kecepatan angin pada ketinggian 2 m di atas permukaan tanah (m /

detik).

Suatu persamaan empiris yang dikembangkan oleh Meyer ( 1912 ) sebagai :

Eo = 0,36 (es - e ) (1 – 0,1 u25 )

Dimana : Eo = penguapan permukaan terbuka ( inci / hari )

es = tekanan uap kejenuhan pada suhu permukaan air ( inci / Hg )

suhu permukaan air dianggap sama dengan suhu udara.

e = tekanan uap aktual pada suhu udara ( inci – Hg )

u25 = kecepatan angin pada ketinggian 25 kaki di atas permukaan tanah

(m/jam).

Bila suhu udara dan air berbeda ( yang biasanya terjadi ), maka digunakan suatu rumus

bentuk :

Eo. = [ e (eb - e) ] [ f (u) ]

Eb adalah tekanan uap penjenuhan lapisan batas udara ( selaput tipis pada gambar

5 – 4 ), yang temperaturnya, Tb , adalah tidak sama dengan temperatur-temperatur udara

atau air dan adalah sebenarnya tidak mungkin untuk diukur ( menurut Penman suhu itu

tidak diketahui). Karena itu, hanyalah rumus-rumus empiris saja yang dikembangkan.

Untuk Ijssel di negeri Belanda suatu rumus dikembangkan sebagai berikut :

Eo = 0,345 ( el – e) ( 1+0.25 u6 )

Dimana : Eo = Evaporasi air permukaan bebas ( mm/hari)

el = Tekanan uap penjenuhan pada suhu Tl dari permukaan danau (mmHg)

e = Tekanan uap aktual pada suhu udara (mmHg)

7

Page 8: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

u6 = Kecepatan angin pada ketinggian 6 meter diatas permukaan tanah

( m/detik).

Kita tidak boleh lupa, bahwa semua rumus tersebut hanya bersifat regional saja

dan hanya dapat dipergunakan pada kawasan-kawasan itu atau yang serupa.

B. Terminologi Evaporasi

3. Evaporasi

4. Transpirasi

5. Evapotranspirasi

6. Penggunaan konsumtif, yaitu jumlah air yang digunakan oleh vegetasi yang

ditanam atau alami dalam transpirasi ataupun dalm membentuk jaringan

tanaman, bersama sama dengan air yang dievaporasikan dari tanah yang

beerdekatan, salju ataupun dari presipitasi yang diintersepsi ( Chow, 1964 ).

7. Kerja air, yaitu jumlah air irigasi yang dipergunakan pada suatu daerah tertentu

untuk maksud mendewasakan tanamannya ( Chow, 1964).

8. Kebutuhan irigasi, yaitu jumlah air ( presipitasi eksklusif), meliputi evaporasi

permukaan dan buangan-bunagan lainnya yang tidak dapat dihindarkan secara

ekonomis, yang dibutuhkan untuk menghasilkan tanaman ( Chow, 1964)

9. Kebutuhan air, yaitu jumlah air, termasuk evaporasi permukaan dan buangan-

buangan lainnya yang secara ekonomis tidak dapat dihindarkan, diperlukan oleh

tanaman tertentu, pada periode tertentu, untuk pertumbuhan normalnya pada

kondisi lapangan ( Chow., 1964).

C. Pengukuran Evaporasi

Meskipun secara teoritis pengukuran evaporasi tidak merupakan kesulitan-

kesulitan besar, dalam praktek ini tidak benar dikarenakan ketelitian yang tinggi sulit

dipertahankan. Dalam teknik yang lebih halus seperti metode keseimbangan panas atau

transfer massa, peralatan mahal yang peka, memerlukan perawatan yang teratur harus

digunakan untuk memenuhi ketelitian pengamatan yang diperlakukan.

8

Page 9: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

Evapotranspirasi potensial dapat didekati hingga cukup teliti dengan teknik panci

sederhana dengan bantuan faktor konversi dan dengan sejumlah rumus-rumus empiris

dan semi empiris. Namun, evapotranspirasi aktual lebih sulit dan lebih mahal untuk diuji.

1. Atmometer

Atmometer adalah alat-alat kecil yang mengukur kapasitas penangkapan udara

untuk air (kemampuan udara untuk mengeringkan). Pembacaan yang diberikan oleh

atmometer disebut evaporasi laten (yang dinyatakan dalam cm3 air per hari ) dan diberi

batasan sebagai evaporasi maksimum yang mungkin dapat diperoleh dari permukaan

yang basah, datar, horizontal yang dipajangkan pada kondisi-kondisi meteorologi energi

matahari dan angkasa, angin, suhu dan tekanan uap. Pembacaan bukanlah merupakan

angka aktual dan digunakan sebagai pembanding. Sebelum alat ini dapat digunakan

secara praktis, suatu konstanta korelasi harus dikembangkan antara Eo dan evaporasi

laten . misalnya , Eo = 0,56 Epiche digunakan untuk Gedaref di Sudan.

a. Atmometer piche : Atmometer yang dibuat oleh Piche (1872) adalah tabung gelas

(panjangnya 29 cm dan diameternya 1 cm ) yang ditutup rapat pada ujungnya.

Tabung tersebut diisi dengan air suling dan piringan kertas saring putih dijepit

menutupi ujung yang terbuka. Selanjutnya, alat tersebut digantungkan ke bawah

dan evaporasi berlangsung dari piringan kertas basah (Ward, 1967). Garis-garis

skala pada tabung (Gambar 5-7) menunjukkan evaporasi. Karena terdapat

persediaan air yang melimpah maka jumlah yang terukur dapat dianggap sebagai

evaporasi potensial, ini adalah alat dengan konstruksi, pemeliharaan dan

pembacaan yang mudah, tetapi peka terhadap kecepatan angin dan biasanya

diletakkan dalam suatu tabir (lihat Klausing dalam Eckardt, 1965; Berlade dalam

Simposium Evaporasi, 1959).

b. Atmometer Livingstone : Alat yang diuraikan oleh Livingstone (1915), terdiri atas

bola porselin putih porous ( diameter sekitar 5 cm ) yang diisi penuh air melalui

suatu hubungan pada reservoir persediaan air. Alat ini juga dipergunakan dalam

pengukuran radiasi dengan memasang suatu bulatan putih atau hitam. Seperti

halnya atmosfer Piche, alat ini juga peka terhadap angin, dan kondisi kimia pori-

pori bola porselin dapat berubah dengan waktu.

9

Page 10: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

c. Atmometer cawan Black Bellanic : Alat ini terdiri atas permukaan porselin porous

(berdiameter 19 cm ) yang di letakkan secara horizontal di udara. Air yang

dialirkan dari suatu reservoir mempertahankan cawan tersebuut tetap basah.

2. Panci (Pan)

Evaporasi permukaan air basah secara langsung diukur dengan mencatat

pengurangan dengan tinggi di muka air dalam panci. Metode ini sangat sederhana dan

paling sering digunakan.

a. Panci di atas tanah : Kerugian panci ini adalah bahwa evaporasi dari panci dalam

hubungannya dengan evaporasi air permukaan bebas ( Eo) disebabkan oleh

radiasi ekstra yang jatuh pada sisi-sisi panci. Tipe panci ini, karena paling mudah

bekerjanya dan memeliharanya, paling luas digunakan. Panci kelas A Biro cuaca

AS digunakan hampir di seluruh dunia. Alat tersebut dibuat dari logam galvanic,

berdiameter 4 kali dan dalamnya 10 inci dan biasanya dipasang pada panggung

kayu dengan tinggi sekitar 6 inci untuk memberikan sirkulasi udara yang bebas

dibawahnya maka air dipertahankan 2-3 inci di bawah tepi alat.

b. Panci dalam tanah atau tanaman : Meskipun pemanasan dinding panci karena

radiasi langsung dapat dihindari, sumber-sumber kesalahan lain disebabkan oleh

panci yang ditanam. Pertukaran panas yang cukup besar antara panci dan tanah

sekitarnya, kebocoran yang tak terduga, pengaruh penyaringan vegetasi disekitar

panci, kemasukan kotoran, kesulitan memasang dan memelihara merupakan

beberapa kerugian tipe panci ini. Muka air dipertahankan 2-3 inci dibawah

bingkai (panci MO) dan diukur seperti pada tipe di atas tanah dengan mekanisme

apung lainnya. Panci yang ditanam cukup dalam (berdiameter sekitar 7 kaki )

memberikan hasil yang lebih baik dari pada yang kecil (Ward, 1967)

c. Panci apung : tipe ini yang mengapung pada permukaan danau, kehilangan

popularitasnya (meskipun dianggap memberikan hasil korelatif terbaik dengan

danau ) karena kesulitan pengamatannya biayanya tinggi dan percikan oleh

pengaruh gelombang. Terdapat beberapa perbedaan antara evaporasi panci apung

dan evaporasi danau karena kapasitas penyimpanan panas danau adalah berbeda,

karena panci tidak berombak (karena gerakan udara di atas danau lebih turbulen)

10

Page 11: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

dan pertukaran panas antara air panci dan udara air panci dan udara yang berbeda

pertukaran panas antara danau dan udara.

Sebagaimana telah dimengerti sampai sekarang, evaporasi panci lebih

besar daripada evaporasi air permukaan bebas ( Eo). Karena itu, perlu sekali

menggunakan koefisien korelasi atau koefisien panci untuk memperoleh

evaporasi yang benar. Koefisien ini disajikan pada table 5-4 untuk panci-panci

yang berlainan. Akan nampak bahwa ini merupakan faktor-faktor koreksi tahunan

dan tidak dianjurkan untuk konfersi bulanan.

Dengan menggunakan Hukum Dalton dan menganggap bahwa suhu

permukaan air ( Tl ) danau sama dengan suhu udara ( Ta) suatu persamaan umum

dapat dikembangkan sebagai berikut :

E Panci = C { esp - e} f (u)

EO = C { es1 - e } f (u)

Dimana : esp = tekanan uap kejenuhan udara pada suhu air permukaan panci

es1 = tekanan uap kejenuhan udara pada suhu air permukaan danau

e = tekanan uap aktual pada suhu udara

f (u) = fungsi kecepatan angin.

3. Tangki

Adalah sulit untuk mengukur evaporasi dari permukaan yang tidak terus menerus

basah, seperti tanah dan daerah-daerah yang bervegatasi. Metode paling praktis pada

pengukuran ini adalah dengan cara lisimeter. Tangki merupakan bentuk lisimeter yang

primitif. Tangki tertutup pada semua sisi ( juga dasar bawah) dan diisi dengan tanah, jika

mungkin utuh. Suatu kondisi kelembaban yang konstan dipertahankan dengan menambah

setiap saat jumlah air yang terukur, dari atas atau bawah dengan muka air yang tetap.

Dalam kombinasi dengan pengukur hujan evapotranspirasi aktual diukur. Tangki-tangki

digunakan terutama untuk penentuan evaporasi tanah. Tetapi data yang didapatkan dari

pengukuran tangki sangat terbatas karena tidak mewakili kondisi alami.

11

Page 12: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

Alat tersebut juga dapat merupakan tipe timbangan untuk menentukan perubahan-

perubahan berat karena evaporasi. Di Uni Soviet dan negara lainnya digunakan tangki

dengan luas 20 m2 (WMO, 1970)

4. Evapotranspirometer

Pada dasarnya evapotanspirometer terdiri atas dua atau tiga tangki kedap air yang

sempit dan biasanya digunakan untu mengukur evapotranspirasi potensial dengan

mengisolasikan suatu blok tanah yang lembab dan mengukur neraca airnya. Tangki diisi

dengan tanah yang menopang penutup vegetasi yang tak terputus (biasanya rumput), dan

dihubungkan dengan pipa pada reservoir penampung air yang ditempatkan pada tangki

sentral. Tiga tangki tanah menjamin derajat keterpercayaan yang lebih besar (Ward,

1967). Air memasuki tangki tanah (Gambar 5-9) hanya dari atas baik secara alami

maupun secara buatan. Air yang terpekolasi dikumpulkan pada reservoir dan biasanya

diukur setiap hari. Kandungan air dalam tangki dipertahankan diatas kapasitas lapangan

sehingga evapotranspirasi potensial dapat terjadi dari permukaan tanah vegetasi (WMO,

1970).

Untuk evapotranspirometer :

a). Permukaan tanah dalam tangki harus mewakili kawasan sekitarnya

b). Petak cukup rata, terbuka, berumput harus dipilih sebagai suatu tapak yang cocok

c). Vegetasi pada tangki tanah harus berukuran tinggi yang sama seperti vegetasi

disekitarnya

d). Untuk menghindarkan pengaruh udara kering yang panas di sekitarnya (setelah

periode kering yang panjang), suatu kawasan penyangga sekitar tangki tanah harus di

airi atau suatu pembetulan harus diberikan pada pengukuran Ep yang berlebihan

(Ward, 1967)

5. Lisimeter

Kalau pada evapotranspirometer, tujuannya adalah untuk mengetahi kehilangan

air potensial, pada kasus lisimeter tujuannya adalah untuk mengukur evapotranspirasi

aktual. Karena itu lisimeter harus menggambarkan kawasan sekitarnya (penutup vegetasi,

kondisi permukaan, struktur tanah, porositas, stratifikasi, infiltrasi, permeabilitas dan

12

Page 13: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

karakteristik kapiler). Ukuran tangki lisimeter jelas merupakan faktor yang penting.

Makin besar tangki, makin kecil pengaruh tepi tangki dan lebih mungkin bahwa

perakaran vegetasi akan sama dengan perakaran pada kawasan sekitarnya. Tatapi untuk

lisimeter tipe timbangan ukurannya akan sangat terbatas (WMO, 1970).

Evapotranspirasi aktual ditentukan dengan persamaan neraca, tetapi perubahan

dalam cadangan hanya dapat diperoleh untuk lisimeter tipe yang dapat ditimbang dan

tidak diketahui untuk lisimeter tipe yang tidak dapat ditimbang. Karena itu, lisimeter non

timbangan hanya digunakan jika diperlukan total evapotranspirasi aktual periode panjang.

Beberapa lisimeter mempunyai muka air yang dipertahankan secara buatan pada

jeluk yang konstan dan yang lain mempunyai keluaran air (out flow) bebas. Ada lisimeter

yang diisi dengan tanah terganggu dan lisimeter diisi dengan tanah yang utuh. Alat-alat

tersebut digunakan untuk meneliti pengaruh jeluk air tanah, tipe tanah dan vegetasi

terhadap evapotranspirasi aktual, untuk menentukan vegetasi yang paling cocok untuk

penjagaan air tanah maksimum (penambahan air tanah), untuk mengukur kondensasi dan

embun (hanya tipe timbangan) dan untuk menguji keragaman dalam komposisi kimia air

selama perkolasi. Lisimeter hanya dapat digunakan pada kawasan yang datar dan harus

mempunyai jeluk sekurang-kurangnya 1,5-2,0 meter dan luas permukaan tidak boleh

kurang dari 1 cm2 (Volker, 1966). Di negeri Belanda (Maasland, Wengeningen,

Castricum, Rottegatsspolder di Groningen, Amsterdam) lisimeter dapat digunakan selama

80 tahun lebih (Ward, 1967).

6. Penakar dan evaporimeter

Jika tangki digunakan untuk mengukur evaporasi dari tanah yang lembab, penakar

drainase (atau penakar perkolasi) digunakan untuk mengukur evaporasi tanah normal

(Ward, 1967). Tenik ini pertama kali digunakan di Inggris dengan mengukur kuantitas

air yang berperkolasi melalui lapisan tanah atas (topsoil) (yang dipajangkan pada kondisi

meteorologi yang ada ). Evaporasi tanah adalah sama dengan prespitasi minus

perkolasi. Bagian tengah tanah utuh yang ditempatkan pada suatu silinder besi tuang dan

ditopang oleh jaringan kawat pada dasar berbentuk corong. Melalui jaringan kawat dan

corong air dibawa pada suatu pengumpul. Di Rothamsted, Inggris, penakar perkolasi

sedalam 20 inci, 40 inci dan 60 inci digunakan untuk menduga jumlah evaporasi tahunan

13

Page 14: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

dan musiman rata-rata. Alat yang serupa evaporimeter Popof digunakan di Jerman dan

Uni soviet (Ward, 1967). Alat ini terdiri atas silinder (sedalam 25 cm dengan luas

penampang melintang 500 cm2 ) diisi dengan tanah dan diletakkan pada corong berisi

tanah yang serupa dengan gambar 5-11. Skema kerja adalah serupa dengan penakar

drainase. Masalah utama di dalam mengukur evaporasi tanah normal adalah untuk

menjamin bahwa kondisi tanah pada penakar adalah benar-benar mewakili kondisi utuh

alami.

7. Pengukuran Transpirasi

a. Fitometer, alat ini merupakan bejana logam besar yang diisi dengan tanah yang

ditumbuhi tanaman. Permukaan tanah ditutup rapat untuk mencegah evaporasi

sehingga satu-satunya kehilangan air adalah oleh transpirasi. Kehilangan berat

merupakan petunjuk transpirasi (Meinzer, 1942 ; Franco dan Magalhaes dalam

Eckardt, 1965).

Kesulitan pada metode ini adalah :

1. Sistem perakaran terbatas pada tabung yang nisbi kecil

2. Penutupan pot mempengaruhi laju transpirasi setelah waktu tertentu karena aerasi

yang berkurang

3. Suhu pada medium perakaran, bila pot dipajankan kepada radiasi matahari secara

langsung, meningkat sehingga tingkat yang membahayakan diatas 30 oC.

4. Kondisi air di dalam pot harus mendapat perhatian yang seksama

b. Protometer : alat ini merupakan bejana yang diisi dengan air dimana tanaman

berakar. Setelah penutupan yang baik, kehilangan bobot diukur sebagai petunjuk

transpirasi (Meinzer, 1942).

c. Metode Timbangan Cepat : Dalam metode ini, daun dipotong dan digantungkan pada

tangan neraca yang peka, yang dipasang disekitarnya sehingga daun tanaman tetap

dapat berada dalam lingkungan yang sama seperti sebelum diambil dari tanaman.

Kehilangan bobot diukur selama beberapa menit setelah pemotongan dan dianggap

mewakili laju transpirasi sebelum pemotongan.

14

Page 15: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

d. Metode Gasometri : Metode ini terdiri atas pemasukan suatu daun cabang

maupun tanaman seluruhnya dalam ruangan dari bahan yang transparan ( seperti

gelas pleksi), melewatkan udara dengan kelembaban yang diketahui melalui ruangan

tersebut pada suatu laju yang diketahui dan mengukur kenaikan kandungan air udara

setelah melewati ruangan tersebut.

e. Studi Aliran Sungai : Dengan memindahkan penutup sayuran dari daerah aliran

sungai, ditentukan transpirasinya.

Jumlah transpirasi tergantung pada banyak faktor dan karena itu jumlah yang ditaksir

sangat tidak dapat dipercaya. Inilah sebabya mengapa banyak upaya diberikan di dalam

penaksir evapotranspirasi dan bukan menentukan transpirasi secara terpisah . Sebutan

Nisbah transpirasi digunakan untuk menentukan nisbah bobot air yang ditranspirasikan

terhadap bobot bahan kering yang dihasilkan oleh tanaman ( termasuk akar ). Nisbah ini

sangat beragam dan tidak bernilai praktis, sekurang-kurangnya bagi para ahli Hidrologi

(Ward, 1967 dan chow, 1964).

8. Metode penginderaan jauh

Pengukuran langsung evapotranspirasi dengan penginderaan jauh masih belum

dimungkinkan. Pendekatan penginderaan jauh terhadap penentuan evapotranspirasi

terletak pada pengkuran jumlah dan lamanya gerakan air dari tanah ke atmosfer. Untuk

peliputan kawasan yang luas, alat yang paling tepat bagi penelitian evaporasi adalah

radiometer infra merah dan pencatat citra dari udara. Tujuannya adalah untuk

menentukan sejauh mana penginderaan dipengaruhi oleh fenomena kelembaban pada

permukaan bumi. Pengukuran stokastik yang diulang sanagt diperlukan untuk lokasi

yang berlainan ( kombinasi tanah dan vegetasi yang berbeda ) dan untuk saat yang

berbeda ( siang dan malam, harian musiman dll) Accelerometer ( yang dipasang pada

pesawat ) mungkin berguna di dalam menentukan pengaruh global turbulensi udara

terhadap laju evapotranspirasi ( Seyhan, 1972 ). Semua informasi teoretis ini sedang diuji

untuk kesimpulan-kesimpulan praktis ( culler dan kawan-kawan, 1976 ).

D. Perkiraan Epaporasi

A. Metode Neraca

15

Page 16: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

1. Metode Neraca Air

Jika semua parameter neraca hidrologi ( masukan dan keluaran ) diketahui pada

suatu kawasan ( Daerah aliran sungai, petak dan lain-lain ) kehilangan evapotranspirasi

aktual dapat ditaksir dengan menggunakan metode neraca air ( juga disebut neraca air

atau metode persamaan cadangan ).

Metode ini seperti memandang kawasan seluruhnya sebagai lisimeter.

Persamaan neraca akan menghasilkan ( Gambar 5-12 )

P + I + Gi = Ea + 0 + Go + ∆ S

Dimana : P = presipitasi : diukur dengan penakar presipitasi/hujan.

I = masukan air permukaan : diukur dengan kolom, saluran air, dll.

Gi = masukan air tanah: diukur dengan metode geohidrologik atau dengan

metode radioaktif.

Ea = evapotranspirasi aktual : tidak diketahui

0 = keluaran air permukaan : diukur dengan sekat, saluran air

Go = keluaran air tanah : diukur dengan metode geohidrologi.

S = perubahan dalam cadangan: ditentukan sebagai jumlah 3 bagian yaitu, :

cadangan permukaan, air tanah dan lengas tanah.

Jika pengamatan dilakukan pada suau waktu yang cukup panjang ( misalnya 10

tahun atau lebih ) maka ∆S dapat diabaikan.

2. Metode pemindahan massa

Pemindahan massa (juga disebut difusi atau pemindahan turbulen) didasarkan atas

pendekatan aerodinamika yang mengukur faktor yang mempengaruhi perpindahan aktual

uap air dari suatu permukaan dengan proses difusi dan pengangkutan turbulen. Teori ini

masih belum lengkap, tetapi pendekatan empiris memberikan hasil yang baik. Penerapan

metode ini ditangguhkan karena perlunya pengukuran pada selang waktu yang sangat

pendek (kurang dari 0,3 detik)

Metode perpindahan massa didasarkan atas anggapan (Eagleson, 1970) bahwa

aliran yang tetap (tidak berubah dengan waktu ) seragam kondisi pada semua irisan

melintang adalah identik ) dan aliran turbulen udara melintasi suatu permukaan sebaran

yang tidak terbatas, mencapai suatu kondisi dimana keadaan cairan diudara hanya

16

Page 17: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

beragam hanya secara vertical. Hal ini benar sekurang-kurangnya di dekat permukaan

tanah . Perpindahan vertical uap pada aliran udara paralel horizontal ini pada permukaan

datar yang seragam secara tidak terbatas (panjang kekasaran Zo) akan sebanding dengan

hasil kali gradien kecepatan dan gradien tekanan uap.

Kecepatan angin dan kelembaban nisbi diukur pada ketinggian yang berbeda (z)

dangan menggunakan pengindara yang ditempatkan pada suatu tiang (Gambar 5-13).

Karena laju evaporasi (mm/jam)ditentukan atas dasar kelembaban yang sangat kecil dan

perbedaan kecepatan angin pada suatu kisaran ketinggian yang sempit di dalam lapisan

turbulen (minimum pada 2 ketinggian), frekuensi dan ketelitian pengamatan alat harus

sangat tinggi. Suatu alat yang disebut (evapotron kombinasi pengindera pada suatu tiang

dan satuan-satuan pencatat di tanah) dengan mengukur dengan konstanta waktu 0,3 detik

nampaknya cukup.K.N.M.I. telah membuat suatu efapotrondi de Bilt.

Sistem lainnya yang mengunakan anemometer-termometer sonik dan higrometer

infra-merah nampaknya dapat dipercaya (Eagleson, 1970). Teori perpindahan massa

pertama kali dikembangkan oleh Prandtl, Rosby dan Montgomery dan diselidiki dalam

praktek oleh Thornthwaite, Holzman, Deacan, Swimbank dan Eagleson dari metode

penyelidikan ini nampak bahwa:(a) Zo adalah perubah stokastik, (b) metode dapat

digunakan jika kecepatan dan gradien tekanan uap menunjukkan hubungan linear dengan

ketinggian (Gambar 5-13) dan (c) metode dapat dipergunakan pada semua tipe evaporasi

pada setiap tipe permukaan dan pada semua iklim.

Ryan dan kawan kawan (1974) menentukan suatu persamaan empiris evaporasi

air permukaan bebas yang didasarkan kombinasi 2 tipe mekanisme pengangkutan

mekanisme pengangkutan konveksi paksaan adalah karena difusi turbulen yang

diciptakan secara mekanik oleh kekuatan sorong pada batas air mekanisme pengangkutan

konveksi bebas menganggap kondisi bila permukaan air jauh lebih hangat dari pada udara

di atasnya dan bila tidak ada angin yang berhembus pada kasus seperti itu, uap air

diangkut dari permukaan air dengan gaya apung. Persamaannya berdasarkan atas

penjumlahan dari dua mekanisme pengangkutan, yaitu:

Eo = (es – e) [ (1,84 x 10-7 ) (Tvs - Tva)1/3 + (10,9 x 10-9) (u2) x0 –0,1 ]

17

Page 18: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

Dimana: Eo : evaporasi air permukaan bebas (Ib massa/kaki2/ detik)

es : tekanan uap kejenuhan pada suhu permukaan air (Newton/m2)

e : tekanan uap actual pada suhu udara yang diukur pada ketinggian

2 meter

Tvs : suhu air permukaan sebenarnya (oF )

Pae

TsTvs

/)(378,01−=

Ts : suhu permukaan air (oF)

Pa : tekanan udara (Newton/m2)

Tva : suhu udara sebenarnya pada ketiggian 2 m (oF)

Pae

TaTva

/)(378,01−=

Ta : suhu udara pada ketiggian 2 meter (oF)

U2 : kecepatan angin pada ketinggian 2 meter (cm/detik)

X0 : perolehan angin dalam cm ini merupakan jarak yang melintasi

tubuh air parallel dengan arah angin.

3. Metode neraca energi

Metode neraca energi disebut juga metode budget energi didasarkan atas

pendekatan bahwa untuk evaporasi dibutuhkan sejumlah energi tertentu sekitar 590

kalori/gram. Metode ini diawali oleh Smitch (Jerman) pada tahun 1915 dan telah

dimodifikasikan oleh ahli yang lain, terutama oleh Anderson di AS.

Dari sudut hidrologi, hubungan energi pengawetan yang ditulis untuk suatu tubuh

(air, tanah, permukaan lahan dan lain-lain) yang memiliki panas internal yang dapat

diabaikan karena proses-proses kimia dan biologi.

4. Metode korelasi Eddy

Dalam metode ini, evaporasi diberi batasan sebagai fungsi fluktuasi gerakan udara

vertikal dari harga rata-ratanya dan fluktuasi kelembaban spesifik (nisbah massa uap air

dengan massa udara basah) dari harga rata-ratanya (Bruce, 1966). Perhatikan bahwa

pada metode pengalian massa, gerakan horisontal angin harus dipertimbangkan

18

Page 19: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

berhubung kebutuhan pengindera angin yang sangat teliti dan kelembaban

operasionalisasi metode ini terhambat.

5. Metode-metode penaksiran lainnya

a. Terdapat banyak rumus evaporasi lainnya yang dikembangkan (Chow, 1964;

Bruce, 1966). Beberapa metode ini sangat baik untuk penerapan lokal

b. Metode-metode statistik (analisis korelasi, regresi dan multi variat) dapat

digunakan di dalam mengembangkan rumus-rumus untuk kawasan yang tidak

mempunyai penakar.

c. Teknik-teknik statistik dapat digunakan dalam mengembangkan suatu penafsiran

evapotranspirasi aktual sebagai suatu fungsi fluktuasi pada permukaan air tanah

yang selanjutnya dianggap sebagai parameter yang terbaik yang ada untuk

kandungan air tanah

d. Meskipun hal tersebut jarang dilakukan, pengkajian laboratorium mengenai

evapotranspirasi juga dilakukan. Satu percobaan dilakukan oleh laboratorium

aeronotika Cornell di AS.

E. Penguran Evaporasi

Pengurangan evaporasi dengan mengendalikan laju penguapan air adalah

penting dari segi ekonomi. Hal ini dapat dilakukan dengan berbagai cara :

1. Mengurangi permukaan air yang terbuka

2. Menutup dengan bahan yang mengapung yang memiliki

koefisien refleksi yang tinggi

3. Menggunakan suatu penutup plastik yang mengapung

4. Menyediakan suatu atap di atas kawasan

5. Menghilangkan vegetasi yang tak perlu khususnya dalam air

yang menyebabkan transpirasi yang tinggi

6. Menggunakan lapisan permukaan

7. Menyimpan air pada reservoir tanah

8. Memperlakukan tanah dengan bahan-bahan kimia utuk

mengurangi transpiras

19

Page 20: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

KESIMPULAN

1. Evapotranspirasi adalah proses dimana air menjadi uap.

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi evapotranspirasi adalah :

a. Faktor-faktor meteorologi

1. Radiasi matahari

2. Suhu udara dan permukaan

3. Kelembaban

4. Agin

5. Tekanan barometer

b. Faktor-faktor geografi

1. Kualitas air

2. Seluk tubuh air

3. Ukuran dan bentuk permukaan

c. Faktor-faktor lainnya

1. Kandungan lengas tanah

2. Karakeristik kapiler tanah

3. Jeluk muka air tanah

4. Warna tanah

5. Tipe, kerapatan dan tinggimya vegetasi

6. Ketersediaan air

Soal-Soal

1. Jelaskan pengertian evaporasi dan transpirasi

20

Page 21: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

2. Jelaskan cara mengukur evaporasi dan transpirasi.

3. Sebutkan dan jelaskan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses

evapotranspirasi.

4. Jelaskan cara menghitung evapotranspirasi menggunakan rumus empiris

5. Jelaskan cara menghitung evapotranspirasi potensial dengan menggunakan rumus

Thorontnwhaite.

6. Mahasiswa dapat menjelaskan dengan benar cara menghitung evapotranspirasi

dengan metode Penman.

Daftar Pustaka

1. Asdak. C. 2001. Hidrologi Dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Gadjah Mada

University

2. Seyhan. E. 1990. Dasar-Dasar Hidrologi. Gadjah Mada University.

3. Soewarno. 2000. Hidrologi Operasional. PT Citra Aditya Bakti Bandung.

4. Soewarno. 1991. Hidrologi: Pengukuran dan Pengelolaan Data Aliran Sungai

(Hidrometri). Nova Bandung.

5. Wilson. 1990. Hidrologi Teknik. Penerbit ITB Bandung.

21

Page 22: Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi

22