1

PENGUAPAN

Penguapan merupakan salah satu proses penting yang terjadi pada daur hidrologi.

Penguapan dapat terjadi di semua permukaan yang mengandung air (moisture), yaitu

permukaan air, permukaan tanah, permukaan tanaman, permukaan yang tertutup tanaman

(vegetated surface) (Sri Harto, 2000). Dengan kata lain, penguapan hanya akan terjadi

apabila terdapat perbedaan tekanan uap air antara permukaan dan udara.

Proses penguapan yang terjadi di suatu areal tertentu sebenarnya adalah evaporasi

langsung dari permukaan tanah dan tanaman melalui intersepsi, serta penguapan air dari

tanaman melalui stomata daun yang disebut transpirasi. Jadi, keseluruhan proses penguapan

ini disebut dengan istilah evapotranspirasi (evpotranspiration).

Beberapa istilah dan defenisi penguapan dapat dijabarkan sebagai berikut ini:

1. Evaporasi (evaporation)

Evaporasi adalah proses perubahan dari zat cair atau padat menjadi gas, atau dengan

istilah lain, evaporasi adalah proses transfer air (moisture) dari permukaan bumi ke atmosfir.

Besarnya evaporasi dapat diperkirakan dengan pendekatan teoritis maupun pengukuran

langsung. Namun demikian, pengukuran langsung lebih sering digunakan untuk keperluan

analisis secara lebih praktis. Nilai-nilai penguapan berubah-ubah, tergantung pada faktor

meteorologis dan keadaan dari permukaan yang menguap. Menurut Sri Harto (2000), faktor-

faktor meteorologis yang berpengaruh terhadap evaporasi antara lain Suhu, kelembaban

(humidity), tekanan udara (barometer) dan angin.

a. Suhu

Suhu udara, suhu permukaan bidang penguapan (air, vegetasi dan tanah) adalah

faktor penting yang perlu dipertimbangkan dalam menghitung besarnya evaporasi. Makin

tinggi suhu udara diatas permukaan bidang penguapan, makin mudah terjadi perubahan

bentuk dari zat cair menjadi gas. Suhu air maupun suhu udara, sangat tergantung dari besar

kecilnya radiasi matahari. Oleh karena itu, terdapat ketergantungan yang baik antara radiasi

matahari, suhu dan penguapan.

b. Kelembaban (humidity)

Ketika proses penguapan berlangsung, udara di atas permukaan bidang penguapan

secara bertahap menjadi lebih lembab sampai pada tahap ketika udara menjadi jenuh dan

tidak mampu menampung uap lagi. Pada tahap ini, udara jenuh diatas permukaan bidang

penguapan tersebut akan berpindah ke tempat lain akibat beda tekanan dan kerapatan udara

dan dengan demikian proses penguapan air dari bidang penguapan tersebut akan

berlangsung secara terus menerus. Hal ini terjadi karena adanya pergantian udara lembab

oleh udara yang lebih kering.

2

c. Tekanan udara (barometer)

Perubahan tekanan udara dapat diikuti oleh perubahan faktor meteorologis seperti

angin dan suhu (bila ketinggian berubah).

d. Angin

Peran angin untuk memindahkan udara yang telah tercampur molekul uap air dan

menggantikan dengan massa udara lain yang masih lebih mampu menampung uap air, akan

menaikkan/ mempertahankan laju penguapan. Makin tinggi kecepatan angin, maka laju

penguapan juga akan bertambah.

Sifat alamiah bidang permukaan penguapan juga akan mempengaruhi proses

evaporasi melalui perubahan pola perilaku angin. Pada bidang permukaan kasar atau tidak

beraturan, kecepatan angin akan berkurang oleh adanya proses gesekan. Namun demikian,

pada tingkat tertentu, permukaan bidang penguapan yang kasar juga dapat menimbulkan

gerakan angin berputar yang dapat memperbesar evaporasi.

2. Intersepsi (interception)

Hujan yang jatuh di atas vegetasi sebagian akan melekat pada daun maupun batang,

bagian ini disebut tampungan/simpanan intersepsi yang akhirnya segera menguap. Proses

intersepsi terjadi selama berlangsungnya hujan dan setelah hujan berhenti sampai permukaan

vegetasi menjadi kering kembali. Proses ini akan mengurangi hujan yang menjadi run off.

Besar kecilnya intersepsi dipengaruhi oleh sifat hujan (terutama intensitas hujan dan

lama hujan), kecepatan angin, jenis vegetasi (kerapatan daun dan bentuk daun). Intersepsi

tidak hanya terjadi pada daun bagian atas saja, melainkan juga terjadi pada bagian bawah

vegetasi. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses intersepsi dapat dikelompokkan menjadi

dua yaitu vegetasi dan iklim.

3. Transpirasi (transpiration)

Transpirasi adalah penguapan air yang terserap tanaman, tidak termasuk penguapan

dari permukaan tanah (Sri Harto, 2000). Besarnya kecilnya laju transpirasi secara tidak

langsung ditentukan oleh radiasi matahari melalui membuka dan menutupnya pori-pori

tanaman. Oleh karena fotosintetis (pada vegetasi) sangat tergantung pada radiasi yang

diterima, maka sekitar 95% dari transpirasi harian terjadi pada saat matahari bersinar (Linsley,

dkk., 1986). Kecepatan transpirasi sangat ditentukan oleh jenis tanaman, ketersediaan air

tanah yang ada dan permukaan yang seluruhnya tertutup oleh vegetasi. Transpirasi juga

dibatasi oleh suatu keadaan, di mana kelengasan yang diperlukan tanaman telah tersedia.

4. Evapotranspirasi (evapotranspiration)

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa evapotranspirasi adalah seluruh proses

penguapan yang terjadi dari permukaan tanah dan tanaman atau dengan kata lain, seluruh

3

permukaan yang bertanaman (vegetated surface). Evapotranspirasi dibedakan menjadi

evapotranspirasi potensial (ETP) dan evapotranspirasi aktual (ETA). ETP lebih dipengaruhi

oleh faktor-faktor meteorologis, seperti radiasi, kelembaban, angin dan temperatur, serta

adanya penutup hutan atau tidak (permukiman dan pertanian), sementara ETA lebih

dipengaruhi faktor fisiologi tanaman dan unsur tanah. Di hutan sebagian hujan dihambat oleh

tajuk daun tetumbuhannya dan selanjutnya diuapkan (penguapan air hambatan), untuk

tanaman pertanian penguapan air hambatan diabaikan (Weert,1994).

PERHITUNGAN EVAPOTRANSPIRASI ACUAN (ETP)

Evapotranspirasi acuan atau potensial (ETP) adalah besarnya evapotranspirasi dari

tanaman hipotetik (teoritis) yaitu dengan ciri ketinggian 12 cm, tahanan dedaunan yang

ditetapkan sebesar 70 det/m dan albedo (pantulan radiasi) sebesar 0,23, mirip dengan

evapotranspirasi dari tanaman rumput hijau yang luas dengan ketinggian seragam, tumbuh

subur, menutup tanah seluruhnya dan tidak kekurangan air (Smith, 1991 dalam Weert, 1994).

Nilai ETP dapat dihitung dari data meteorologi. Perlu diperhatikan, bahwa perkiraan ETP rata-

rata untuk DAS lebih kompleks, karena ragam kondisi dalam suatu DAS dapat jauh berbeda.

Rumus yang menjelaskan evapotranspirasi acuan secara teliti adalah rumus Penman-

Monteith, yang pada tahun 1990 oleh FAO dimodifikasi dan dikembangkan menjadi rumus

FAO Penman-Monteith (Anonim, 1999) yang diuraikan sebagai berikut:

ETP =

2

2

34.01

273

9004080

u

eeuT

GRn. as

(1)

keterangan :

ETo = Evapotranspirasi acuan(mm/hari), Rn = Radiasi netto pada permukaan tanaman (MJ/m

2/hari),

G = Kerapatan panas terus-menerus pada tanah (MJ/m2/hari),

T = Temperatur harian rata-rata pada ketinggian 2 m (oC),

u2 = Kecepatan angin pada ketinggian 2 m (m/s), es = Tekanan uap jenuh (kPa), ea = Tekanan uap aktual (kPa),

= Kurva kemiringan tekanan uap (kPa/oC),

= Konstanta psychrometric (kPa/oC).

Untuk penyelesaian Persamaan (1) di atas, terlebih dahulu perlu didapatkan nilai-nilai

dari beberapa variabel dan konstanta yang berkaitan, berdasarkan rumus-rumus berikut ini:

a. Konstanta psychrometric ()

Konstanta psykometrik dapat ditentukan menggunakan tabel sebagai fungsi dari

ketinggian (z), atau dapat pula dihitung berdasarkan rumus berikut ini:

4

PxPc p 310665.0

(2)

26.5

293

0065.02933.101

zP (3)

dimana:

= konstanta psychrometric (kPa/oC), P = tekanan atmospher (kPa),

= laten heat of vaporization = 2.45 (MJ/kg), cp = pemanasan spesifik pada tekanan konstan = 1.013x10

-3 (MJ/kg/

oC),

= perbandingan berat molekul uap air/ udara kering = 0.622.

b. Temperatur rata-rata (Tmean)

Temperatur rata-rata dihitung dengan Persamaan (4) berikut ini:

2

minmax TTTmean

(4)

dimana:

Tmean = temperatur udara harian rata-rata (oC),

Tmax = temperatur udara harian maksimum (oC),

Tmin = temperatur udara harian minimum (oC).

c. Kelembaban relatif (RH)

Kelembaban relatif (RH) yang digunakan adalah nilai rata-rata dari kelembaban

relatif maksimum (RHmax) dan minimum (RHmin) yang dinyatakan sebagai kelembaban

relatif rata-rata RHmean (Anonim, 1999).

Tee

RHo

a100 (5)

3.237

27.17exp6108.0

T

TTeo (6)

dimana:

RH = kelembaban relatif (%) ea = tekanan uap aktual (kPa) e

o(T) = tekanan uap jenuh pada temperatur udara T (kPa)

T = temperatur udara (oC)

d. Tekanan uap jenuh (es)

Tekanan uap jenuh dapat dihitung menggunakan Persamaan 7 berikut ini:

2

)()( minmax TeTeeoo

s

(7)

dimana:

es = tekanan uap jenuh (kPa), e

o(Tmax) = tekanan uap jenuh pada temperatur udara maksimum (kPa),

5

eo(Tmin) = tekanan uap jenuh pada temperatur udara minimum (kPa).

Tekanan uap jenuh (es) yang ditentukan berdasarkan nilai eo(Tmean) akan

memberikan hasil yang lebih kecil untuk nilai es, sehingga dapat mempengaruhi nilai

perhitungan selanjutnya (Anonim, 1999).

e. Tekanan uap aktual (ea)

Tekanan uap aktual dapat dihitung dengan beberapa rumus berdasarkan data yang

tersedia, diantaranya melalui data temperatur titik embun (Tdew), data psychrometric, dan

data kelembaban relatif (RH). Rumus berikut merupakan perhitungan tekanan uap aktual

(ea) berdasarkan kelembaban relatif.

2

100)(

100)( minmax

max

min

RHTe

RHTe

e

oo

a

(8)

atau

100)( maxminRH

Tee oa (9)

atau

2

)()(

100

minmax TeTeRHeoo

mean

a (10)

dengan:

ea = tekanan uap aktual (kPa), e(Tmin) = tekanan uap jenuh pada temperatur harian minimum (kPa), e(Tmax) = tekanan uap jenuh pada temperatur harian maksimum (kPa), RHmax = kelembababn relatif maksimum (%), RHmin = kelembababn relatif minimum (%), RHmean = kelembababn relatif rata-rata (%).

Menurut FAO (1999), apabila data kelembaban relatif tidak tersedia atau kualitas

datanya diragukan, maka pendekatan lain yang dapat diambil adalah ea = eo(Tmin).

f. Kurva kemiringan tekanan uap (

Kurva kemiringan tekanan uap dapat dihitung menggunakan Persamaan (11)

berikut ini:

23.237

3.237

27.17exp6108.04098

T

T

T

(11)

dengan:

= kurva kemiringan tekanan uap jenuh pada temperatur udara T (kPa), T = temperatur udara (

oC).

6

g. Radiasi netto (Rn)

Radiasi netto dapat dihitung menggunakan Persamaan (12) berikut ini:

nlnsn R - RR (12)

sns RR )1( (13)

asss RN

nbaR

(14)

sN

24 (15)

Bila nilai n tidak tersedia pada data klimatologi, maka rumusnya dapat diganti dengan:

RaTTKRs Rs minmax (16)

Rso = (0.75 + 2 l0-5z)Ra (17)

ssrsca dGR

sincoscossinsin)60(24

(18)

Jd r

365

2cos033.01

(19)

39.1

365

2sin409.0 J

(20)

tantanarccos s (21)

35.035.114.034.0

2

4

min

4

max

so

s

anlR

Re

KTKTR (22)

keterangan:

Rn = radiasi netto (MJ/m2/hari),

Rns = radiasi matahari netto (MJ/m2/hari),

= koefisien albedo, Rs = radiasi matahari yang datang (MJ/m

2/hari),

Rso = radiasi matahari (clear-sky) (MJ/m2/hari),

n = durasi aktual penyinaran matahari (jam), N = durasi maksimum yang memungkinkan penyinaran matahari (jam), as+bs = fraksi radiasi ektrateresterial yang mencapai bumi pada hari yang cerah (n = N), KRs = Koefisien tetapan = 0.16 untuk daerah tertutup dan 0.19 untuk daerah pantai

(oC

-0.5),

z = elevasi stasiun di atas permukaan laut (m), Ra = radiasi ekstrateresterial (MJ/m

2/hari),

Gsc = konstanta matahari = 0.0820 (MJ/m2/min),

dr = inverse jarak relatif bumi-matahari (pers.19),

s = sudut jam matahari terbenam (pers. 21),

= garis lintang (rad),

= deklinasi matahari (rad), J = nomor hari dalam tahun antara 1 (1 Januari) sampai 365 atau 366 (31

Desember), Rnl = radiasi netto gelombang panjang yang pergi (MJ/m

2/hari),

7

= konstanta Stefan-Boltzmann (4.903 10-9 MJ/K4/m2/hari), Tmax, K = temperatur absolut maksimum selama periode 24 jam (K = C + 273.16), Tmin, K = temperatur absolut minimum selama periode 24 jam (K = C + 273.16),

h. Kerapatan panas terus-menerus pada tanah (G)

Kerapatan panas terus-menerus pada tanah (G) dihitung menggunakan Persamaan

(23) berikut ini:

zt

TTcG iis

1 (23)

dimana:

G = kerapatan panas terus-menerus pada tanah (MJ/m2/hari),

cs = kapasitas pemanasan tanah (MJ/m3/C),

Ti = temperatur udara pada waktu i (C), Ti-1 = temperatur udara pada waktu i-1 (C),

t = panjang interval waktu (hari),

z = kedalaman tanah efektif (m).

Untuk periode harian atau 10-harian, nilai G sangat kecil (mendekati nol), sehingga

nilai G tidak perlu di perhitungkan (FAO, 1999).

i. Kecepatan angin pada ketinggian 2 m (u2)

Kecepatan angin pada ketinggian 2 m (u2) dihitung menggunakan Persamaan (24) berikut

ini:

)42.58.67ln(

87.42

zuu z (24)

dimana:

u2 = kecepatan angin 2 m di atas permukaan tanah (m/s), uz = kecepatan angin terukur z m di atas permukaan tanah (m/s), z = ketinggian pengukuran di atas permukaan tanah (m).

CONTOH

Contoh tahapan perhitungan ETo harian tanggal 14 Oktober 1994. diketahui suhu maksimum

(Tmax) 32 oC, suhu minimum (Tmin) 23.4

oC, kecepatan angin rata-rata (uz) 5 knot = 2.57 m/s.

Tentukan evapotranspirasi acuan (Eto) pada tanggal tersebut.

Diketahui :

Garis lintang : 7o 00 49 S

Elevasi dari permukaan laut (z) : 350 feet = 106.68 m

Ketinggian pengukuran angin (z) : 10 m

Jumlah hari dalam 1 tahun : 365 hari

Nomor hari dalam tahun (J) : 287

8

T max : 32 oC

Tmin : 23.4 oC

Kecepatan angin rata-rata (uz) : 5 knot = 2.57 m/s

Koefisien albedo () : 0.23

Konstanta matahari (Gsc) : 0.082

: 2.45 kPa/oC

cp : 1.013x 10-3

MJ/kg/oC

: 0.622

KRS (daerah tertutup) : 0.16

: 4.903 x 10-9 MJ/K4/m2/hari

Penyelesaian:

26.5

293

z 0.0065-293 101.3 P

=

26.5

293

106.68 x (0.0065 -293 101.3

= 100.045 kPa

P c

p

= 2.45 x 622.0

100.045 x 10 x 1.013

-3

= 0.0665 kPa/oC

2

TTT minmaxmean

= 2

4.3223 = 27.7 oC

5.42 - 67.8zln

4.87 uu z2

= 5.42 - 106.68) x 67.8(ln

4.87 2.57 = 1.92 m/s

3.237T

T x 17.27exp 0.6108 )(Te

max

max

max

o

=

3.23732

32 x 17.27exp 0.6108 = 4.755 kPa

3.237T

T x 17.27exp 0.6108 )(Te

min

minmin

o

=

3.2374.23

23.4 x 17.27exp 0.6108 = 2.878 kPa

9

3.237T

T x 17.27exp 0.6108 )(Te

min

mean

mean

o

=

3.2377.27

27.7 x 17.27exp 0.6108 = 3.714 kPa

2

)(Te )(Te e min

o

max

o

s

=2

2.878 4.755 = 3.816 kPa

ea = eo(Tmin) = 2.878 kPa

Karena data kelembaban diragukan, maka pendekatan tersebut dapat digunakan.

J

365

2 cos 0.033 1 d r

=

872

365

3.14 x 2 cos 0.033 1 = 1.007

1.39 - J

365

2sin 0.409

=

1.39 - 287

365

.143 x 2sin 0.409 = - 0.162 rad

lintang garis x 180

(minus untuk lintang selatan)

=

3600

49- 7- x

180

14.3 = - 0.122 rad

tantan- arccos s

= 162.0 tan122.0tan- arccos = 1.591

ssrsca sin cos cos sin sin d x G x 60 x 24

R

=

1.591sin 162.0cos 122.0cos

162.0.sin 122.0sin 1.591 1.007 x 0.082 x

14.3

60 x 24

= 38.286 MJ/m2/hari

Karena data penyinaran matahari tidak tersedia, maka Rs dihitung dengan rumus

berikut:

aminmaxRSs R x T - T K R

10

= 38.286 x 23.4 - 32 0.16 = 17.964 MJ/m2/hari

sns R -1 R = 17.964 .230-1 = 13.832 MJ/m2/hari

a-5so R z10 x 2 0.75 R

= 38.286 68.06110 x 2 0.75 -5 = 28.796 MJ/m2/hari

35.0

R

R35.1e14.034.0

2

KT KT R

so

s

a

4

min

4

max

nl

=

35.028.796

17.96435.1x

2.87814.034.02

273.16 23.4 273.16 32 4.903x10

44

9-

= 2.029 MJ/m2/hari

nlnsn R- R R = 13.832 2.029 = 11.803 MJ/m2/hari

2mean

mean

o

237.3 T

)(Te x 4098

=

2237.3 27.73.714 x 4098

= 0.217 kPa

2

as2

mean

n

u 0.341

e-e u273 T

900G- R0.408

ETo

=

1.92 x 0.341 0665.0217.0

2.878-3.816 1.92273 27.7

9000665.00- 11.803 0.217 x 0.408

= 4.294 mm/hari