Upload
dani-mchls
View
4.425
Download
663
Embed Size (px)
Citation preview
A. PENGERTIAN UMUM
Penguapan (evaporation) adalah proses perubahan dari molekul air
menjadi uap air dan kembali lagi ke ke atmosfer.
Laju penguapan adalah laju neto ari zat cair berubah menjadi uap (the net
rate of water transfer (loss)into (vapor state). Banyaknya air yang menguap
dinyatakan sebagai laju penguapan (evaporation rate) yang pada umumnya
dinyatakan dalam satuan milimeter persatuan waktu (mm/hari). Dengan satuan itu
dimaksudkan agar mudah dibandingkan dengan data curah hujan (mm/hari) dan
data debit (sebagai tebal aliran, mm/hari) serta data hidrologi lainnya.
Faktor-Faktor Penguapan
1) Temperature (suhu) dimana jika suhu udara naik dan tanah naik maka E
naik.
2) Angin dimana jika perubahan zat cair jadi uap air naik maka udara jenuh
sehingga E turun dan terjadi kondensasi.
3) Tekanan udara, terjadi evaporasi bila ada perbedaan tekanan uap air antara
permukaan dan udara di atasnya. Bila RH naik maka E turun karena
kemampuan untuk menyerap udara berkurang.
4) Radiasi matahari, radiasi matahari merupakan sumber energi utama untuk
terjadinya penguapan. Temperatur udara dan air bergantung pada radiasi
matahari, suhingga diharapkan adanya korelasi antara temperatur udara dan
laju penguapan.
Kualitas air juga berpengaruh terhadap penguapan, adanya polusi
minyak di permukaan danau atau waduk dapat mengurangi penguapan sebesar
60%, air laut dengan kandungan garam sebesar 3,5% dan dapat mengurangi laju
penguapan sebesar 2-3% dibanding dengan air tawar. Pertambahan berat spesifik
air waduk atau danau sebesar 1% dapat mengurangi penguapan sebesar 1%.
Penguapan dari tanah dipengaruhi ole:
a) Kandungan air dalam tanah
b) Kedalaman muka air tanah
c) Warna tanh
d) Ada tidaknya vegetasi (Semakin rapat vegetasi maka evaporasi akan
semakin menurun tetapi tanspirasi meingkat.)
Penguapan permukaan tanaman disebut dengan transpirasi, terjadi pada
malam siang hari karena peda malam hari stomata menutup. Keterkaitan antara
proses transpirasi dan evaporasi dinamakan evapotranspirasi potansial.
B. ALAT UKUR PENGUAPAN
Penguapan dapat diukur dengan 2 metode:
1. Langsung (direct measurement), laju penguapan diukur dengan alat ukur
penguapan, misal dengan atmometer, evaporigraf, panci penguapan dan
logger penguapan.
2. Tidak langsung (indirect measurement), laju penguapan diukur dari waduk
atau danau berdasarkan perhitungan neraca air waduk atau danau.
a) Atmometer
Prinsip kerja alat: mengukur evaporasi dari suatu bidang berpori yang
dibasahi oleh air.
Ada beberapa macam atmometer yang dikenal, diantaranya:
Piche atmometer, terdiri dari bejana kaca berskala, diisi dengan air, dibagian
bawah ditutup dengan kertas saringan yang dijepit dengan piringan.
livingstone atmometer, menggunakan pola porselain berpori sebagai bidang
penguapannya.
Black Bellni Atmometer, menggunakan plat porselain berpori pada penutup
bawah, sebagai bidang penguapan.
b) Evaporigraf
Merupakan alat yang secara otomatis dapat merekam data penguapan
sehingga laju penguapan setiap jam dapat diketahui. Alat ini terdiri dari
bejana penampung air, pipa vertikal yang ditutup dengan kertas isap, alat ukur
waktu, alat pencatat dan kertas grafik.
c) Panci Penguapan
Alat yang digunakan untuk mengukur evaporasi dari muka air bebas.
Terdapat tiga macam panci penguapan yang sering digunakan, yaitu
Panci penguapan kelas A
Maksud pemasangan bejana logam di atasa rangka kayu supaya
mengurangi terjadinya turbulensi angin yang dapat berpengaruh terhadap
kecepatan penguapan.
Panci penguapan tertanam
Panci penguapan terapung
C. PERHITUNGAN LAJU PENGUAPAN DATA PANCI PENGUAPAN
1. Pelaksanaan pengukuran
Pengukuran penguapan dari panci penguapan umumnya dilaksanakan
setiap hari antara pukul 07.00-08.00 pagi waktu setempat, bersama
dengan pengukuran data unsur iklim lainnya, termasuk membaca suhu
pada termometer apung maksimum dan minimum yang terapung di
permukaan panci penguapan.
2. Cara pengukuran dan perhitungan
Pengukuran penguapan dari panci kelas A dapat dilakukan dengan
ketentuan antara lain sebagai berikut:
a. Harus betul-betul memperhatikan elevasi dari titik tinggi pedoman
yang terdapat dalam tabung penenang.
b. Apabila titik –pedoman terbenam maka air yang di dalam panci
harus dikurangi sampai tinggi muka air panci satu level dengan
titik tinggi-pedoman, dan
c. Apabila titik tinggi pedoman muncul di atas muka air panci maka
harus ditambah air sampai mencapai satu level dengan titik tinggi-
pedoman. Tebal air yang ditambah atau diambil dari panci
penguapan yang diukur dengan tabung penakar (volume 1 takaran
= 1 mm tebal air dari panci), setelah dikoreksi dengan tebal hujan
(mm) (bila terjadi tebal hujan) merupakan laju penguapan
(mm/hari) yang diukur. Dapat dihitung dengan rumus:
Ep = H + At atau
Ep = H – Ak
Keterangan:
Ep = Penguapan dari panci (mm)
H = Tebal hujan (mm)
At = Penambahan air dalam panci sampai titik tinggi-pedoman (mm)
Ak = Pengurangan air dalam panci sampai titik tinggi-pedoman (mm)
Contoh A
Curah hujan = 1,8
Air ditambah = 4,0 mm (+)
Penguapan = 5,8 mm
Contoh B
Curah hujan = 6,9
Air dikurangi = -2,0 mm (-)
Penguapan = 4,9 mm
Contoh lain
Dari suatu daerah irigasi dipasang pos klimatologi dengan laju penguapan
dari panci penguapan kelas A sebesar 5 mm/hari, dengan koefesien panci sebesar
0,8. Apabila saluran irigasi itu mempunyai panjang 50 Km, dengan lebar rata-rata
sebesar 2 m, hitung berapa m³ kehilangan air karena penguapan pada hari itu.
Jawab:
Eo = Kp x Ep
= 0,8 x 5 mm/hari
= 0,4 mm/hari
Luas permukaan saluran adalah
A = b x L
= 2 x 50 x 100 m
= 100 x 10³ m²
Jadi besarnya kehilangan air karena penguapan adalah:
Eloss = 0,4 x 10-3 m/hari x 100 x 10³ m²
= 40 m3/hari
D. MENAKSIR LAJU PENGUAPAN MUKA AIR BEBAS
Beberapa pendekatan untuk menaksir laju penguapan, antara lain dapat
menggunakan metode:
1) Budget air (water budget method);
2) Budget energi (energy budget method);
3) Pemindahan-massa (mass-transfer method);
4) Gabungan (combination method).
1. Metode Budget Air (Metode Neraca Air/Persamaan Cadangan)
Pada metode budget air tampungan muka air bebas, seperti danau, waduk
dianggap sebagai lysimeter, semua fase angkutan air dievaluasi dalam suatu
periode waktu tertentu, misal dalam waktu 1 minggu atau lebih.
Persamaan budget air untuk muka air bebas, misalnya dari suatu danau
adalah:
Eo = H + Qi + Qg – Qo – I – Pa
Keterangan:
Eo = Laju penguapan dari muka air danau
H = Curah hujan yang jatuh langsung di dalam danau
Qi = Aliran permukaan air yang masuk muka danau
Qo = Aliran permukaan air yang keluar dari danau
Qg = Aliran air tanah yang masuk danau
I = Rembesan keluar danau
Pa = Perubahan air cadangan dalam muka air bebas (nilainya dapat + atau -)
Contoh soal:
Dari suatu waduk yang luasnya 20 Km², selama 30 hari tinggi muka air di dalam
waduk turun sebesar 20 cm, debit yang masuk waduk rata-rata 20m³/detik, dengan
curah hujan yang jatuh langsung di dalam waduk 60 mm, dan debit yang keluar
waduk rata-rata 18 m³/detik.
Apabila nilai rembesan dan aliran air tanah dianggap nol, hitung laju penguapan
rata-rata per hari selama 30 hari itu.
Jawab:
Karena nilai Qg dan I dianggap 0, maka:
Eo = H + Qi – Qo – Pa
- Unsur Qi = 20 m³/detik dan Qo = 18 m³/detik sehingga perbedaanya
sebesar = 2 m³/detik
- Perbedaan volume aliran masuk dan keluar selama 30 hari adalah:
2 m³/detik x 24 x 60 x 60 det/hari x 30 hari = 5,184 x 106 m3
Tebal aliran:
5,184 x106 x109
20 x1012 = 259 mm
- Unsur penurunan muka air waduk sebesar 20 cm selama 30 hari maka:
Pa = -200 mm
- Unsur curah hujan H = 60 mm
Maka:
Eo = H + Qi – Qo – Pa
Eo = 60 mm + 259 mm -200 mm
= 119mm/30hari
2. Metode Budget Energi
Secara sederhana energi yang diterima oleh suatu danau atau waduk dapat
dinyatakan sebagai:
Ri = Rs(i – α)- Rb + Ra
Secara sederhana energi yang dikeluarkan oleh suatu danau atau waduk
dapat dinyatakan sebagai:
Ro = Rh + Re + Rt
Keterangan:
Ri = Energi yang diterima (kal/cm²/hari)
Rs = Radiasi global (kal/cm²/hari)
α = Albedo
Rb = Radiasi gelombang panjang dari tubuh air (kal/cm²/hari)
Ra = Energi bersih pada tubuh air (kal/cm²/hari)
Ro = Energi yang keluar (kal/cm²/hari)
Rh = Pemindahan panas peka (kal/cm²/hari)
Re = Energi yang diperlukan (kal/cm²/hari)
Rt = Penambahan energi simpanan
Contoh soal:
Dari suatu waduk ddengan luas 10 Km², setelah dihitung besarnya energi
untuk penguapan rata-rata 200 kal/cm²/hari. Apabila pasa suhu 20°C diketahui
kerapatan air 0,99821 gram/cm³ dan panas laten untuk penguapan 586 kal/gram,
hitung laju penguapan dan volume penguapan dari waduk tersebut setiap hari
Jawab:
Eo = ℜ
τ x L
Eo = 200
0,99821 x 586
Eo = 0,342 cm/hari = 3,42 mm/hari
Volume penguapan = 3,42 x 10-3 m/hari x 10 x 106 m2 = 3,42 x 103 m3/hari
3. Metode Pemindahan Massa
Proses pemindahan massa dikenalkan Dalton pada abad ke 19. Persamaan
hukum Dalton tersebut dikenal dengan persamaan aerodinamika atau pemindahan
massa, yang dapat ditulis sebagai berikut:
Eo = k(es - ea )f (U)
Beberapa persamaan empiris yang dikembangkan berdasarkan persamaan Dalton
di antaranya:
a) Persamaan empiris Meyer
Eo = k(es - ea )[1+ W10 ]
Keterangan:
Eo = Penguapan (inci/hari)
K = Koefisien, untuk danau kecil 0,5 dan danau besar 0,36
es = Tekanan uap jenuh (inci Hg) pada temperatur muka air danau (Ts)
ea = Tekanan uap udara atas lapisan jenuh (inci Hg), temperatur udara (Ts)
W = Kecepatan angin harian rat-rata (mil/jam) pada ketinggian 25 feet
b) Persamaan empiris danau hefner
Eo = 0,129(es – e8) U8
Keterangan:
Eo = Penguapan (mm/hari)
es = Tekanan uap jenuh (inci Hg) pada temperatur permukaan air (Ts)
e8 = Tekanan uap aktual (mm Hg), temperatur h = 8 m di atas permukaan air.
U8 = Kecepatan angin (m/det) h = 8 m di atas permukaan air.
c) Persamaan empiris yang lain
Eo =0,35(0,5 + 0,54 U2) (es – ea)
Keterangan:
Eo = Penguapan (mm/hari)
es = Tekanan uap jenuh (mm Hg)
ea = Tekanan udara (mm Hg)
U2 = Kecepatan angin pada ketinggian 2 m (m/det)
Contoh soal:
Paa temperatur udara 8 m di atas muka air danau sebesar 22,5°C, maka tekanan
uap jenuh es pada elevasi itu dari dapat diketahui sebesar 20,43 mm Hg. Apabila
kelembaban relatif 30% maka tekanan aktualnya (ea) pada elevasi 8 m adalah:
e8 = RH x es = 0,3 x 20,43 = 6,12 mm Hg
Pada temperatur muka air danau besar 15,5°C, diketahui takanan uap jenuh es =
13,2 mm Hg, oleh karena itu
Eo = 0,129(es – e8) U8
Eo = 0,129(13,2 – 6,12) 3,5
Eo = 3,19 mm/hari
Apabila kelembaban relatif meningkat menjadi 90% maka:
Eo = 0,129(es – e8) U8
Eo = 0,129(13,2 – 18,27) 3,5
Eo = -2,28 mm/hari
4. METODE GABUNGAN
Untuk menaksir laju penguapan air bebas dari suatu waduk atau danau
Penman (1948) menggabungkan konsep budget energi dan metode pemindahan
massa yang umumnya disebut metode gabungan.
Persamaan Penman ditulis sebagai berikut:
Eo = δ x En+τ x Ea
δ+τ atau
a x En+Ea1+a
Keterangan:
δ = Kemiringan kurva tekanan uap jenuh antara Ta dan Tu (mbar/°C)
Eo = Laju penguapan (cm/hari)
En = Radiasi bersih yang setara dengan satuan laju penguapan (cm/hari)
Ea = Laju penguapan karena pemindahan massa panas (cm/hari)
a = δτ = faktor pembanding
Nilai En dapat dihitumg melalui persamaan berikut:
En = Rn
τ x L
Dimana τ = kerapatan air dan L = panas laten untuk penguapan
Karena persamaan Penman dikembangkan di luar negeri, terutama diperlukan
koreksi tentang konstanta yang perlu diteliti dengan cermat agar lebih sesuai
dengan kondisi khas Indonesia, sehingga diperolah nilai Ea dan En yang lebih
sesuai, misalnya:
a. Untuk mengoreksi konstanta dalam menentukan nilai Ea, setiap pos
klimatologi telah tersedia data suhu udara, suhu air, penguapan,
kelembaban, kecepatan engin sehingga kemungkinan dapat dilaksanakan;
b. Untuk mengoreksi persamaan dalam menentukan nilai En, hambatan yang
utama adalah menentukan radiasi bersih dari suatu muka air bebas.
Radiasi bersih dapat ditulis dengan persamaan berikut:
Rn =Rs(1 – α) – Rb
Persamaan untuk menentukan nilai Rs adalah:
Rs = Ra[p+q( nN )]
Sedangkan persamaan untuk menentukan nilai Rb adalah:
Rb = β x T a4 ¿
Keterangan:
β = Konstanta Stefan – Boltzmann
ea = Tekanan uap aktual
Ta = Suhu udara (Kelvin)
Nilai x, y, w dan z konstanta empiris, bergantung lokasi.
nN
= Durasi penyinaran matahari relatif
Di Indonesia dapat dikatakan setidaknya sampai saat ini (1997), belum ditentukan
nilai x, y, w dan z yang merupakan hasil penelitian menggunakan data klimatologi
di Indonesia. Beberapa rumus empiris dari negara lain, di antaranya:
- di Belanda:
Rb = β x T a4 ¿
Keterangan:
Rb = Radiasi gelombang panjang (kal/cm2/hari)
β = Konstanta Stefan – Boltzmann = 117,74 x 10-9 kal/cm2/hari/°Kelvin4
Ta = Suhu rata-rata Kelvin (°t Kelvin = 273,15 + °t C)
ea = Tekanan uap aktual pada suhu (mm Hg) pada suhu Ta (°C)
N = Lamanya penyinaran matahari teoretis
N = Lamanya penyinaran matahari aktual dari pos klimatologi
- di Inggis:
Rb = β x T a4 ¿
Keterangan:
Rb = Radiasi gelombang panjang setara penguapan (mm/hari)
β = Konstanta Stefan – Boltzmann = 2,01 x 10-9 mm/hari setara penguapan
ea = Tekanan uap aktual (mBar)
Ta = Suhu udara (Kelvin)
- Standar dari FAO:
Rb = β x T a4 ¿
Keteranngan:
Rb = Radiasi gelombang panjang (MJ/m2/hari)
β = Konstanta Stefan – Boltzmann = 4,90 x 10-9 MJ/m2/K-4/hari
ea = Tekanan uap aktual (kPa)
Ta = Suhu udara (Kelvin)
Nilai konversi:
1 kal/cm2/hari = 1
58,6 mm/hari setara penguapan
1 MJ/m2/hari = 23,884 kal/cm2/hari
1 MJ/m2/hari = 0,408 mm/hari setara penguapan
1 kPa = 10 mBar
1 mBar = 0,75 mm Hg
Contoh soal:
Dari suatu waduk dipasang pos klimatologi dengan data iklim sebagai berikut:
- Suhu udara di permukaan waduk, Ta = 30°C
- Kelembaban relatif, RH = 80%
- Kecepatan angin 2 m di atas permukaan waduk U2 = 100 Km/hari
- Lama penyinaran matahari aktual n = 6 jam dan N = 12 jam
Albedo air permukaan waduk = 0,06. Nilai raadiasi teoretis pada garis lintang
tersebut serta pada bulan saat pendataan itu adalah Ra = 550 kal/cm2/hari. Untuk
menentukan radiasi gelombang pendek dari hasil penelitian menunjukkan bahwa
konstanta p = 0,29 dan q = 0,48. Hitung laju penguapan air waduk itu
menggunakan metode Penman.
Jawab:
Ta = 30°C, maka diperoleh eo = 31,82 mm Hg
= 31,82 mm Hg x 1,33 mBar
= 42,32 mBar
Laju penguapan sebagai akibat dari pemindahan massa:
Ea = (0,013 + 0,00016 x 100) 42,32 x 100−80
100
= 0,245 cm/hari
Rs = Ra[ p+q( nN )]
= 550[0,29+0,48( 612 )]
= 292 kal/cm2/hari
Kelembaban relatif RH = 80%, tekanan uap jenuh pada suhu udara di atas
permukaan waduk Ta = 30°C adalah sebesar 31,82 mm Hg, maka tekanan uap
aktualnya adalah:
ea = RH x eo
= 0,8 x 31,82 mm Hg
= 25,45 mm Hg
Nilai β = 117,4 x 10-9 kal/cm2/hari/°Kelvin4
Ta = 30°C
= 30 + 273
= 303°C
Rb = 117,4 x 10-9 x 3034 ¿
= (989,55)(0,0815)(0,6)
= 48,41 kal/cm2/hari
Rn = Rs (1 – α) – Rb
= 292(1 - 0,06) – 48,41 = 226,07 kal/cm2/hari