iii. neraca air - · pdf fileevapotranspirasi merupakan gambaran dari total evaporasi dan...
TRANSCRIPT
Dalam pokok bahasan Neraca air akan dibahas mengenai:
Neraca Air metodeThornwaite-Mather
Komponen neraca air profil dan cara mengukurnya Evaporasi + Transpirasi
RAW (air siap tersedia)
Tujuan Instruksional khusus: Mampu menjelaskan Neraca air di mintakat perakaran.
PENDAHULUAN Kuantitas dan ketersediaan air dalam tanah untuk pertumbuhan diketahui
berdasarkan dinamika neraca air dalam tanah. Neraca air tanah merupakan suatu bentuk analisis input air ke dalam dan output air
dari tanah. Hasil dari analisis neraca air dapat digunakan sebagai informasi tentang kapan awal
penggunaan air tanah untuk proses evapotranspirasi, kapan terjadi surplus
(kelebihan) air dalam tanah, kapan terjadi deficit (kekurangan) air dalam tanah dan kapan saat yang tepat untuk pengisian kembali air tanah. Hal tersebut diatas
sangat berguna untuk para pelaku irigasi dalam menetukan jadwal irigasi. Kadar volume air dalam tanah hanya bisa bertambah jika ada tambahan air dari
luar tanah melalui proses infiltrasi. Dan kadar air dalam tanah hanya bisa berkurang
melalui proses evapotranspirasi dan drainase dalam tanah.
HUJAN Hujan merupakan proses jatuhnya air yang berada di atmosfer yang kemudian
jatuh ke permukaan bumi dalam bentuk butiran air. Proses terbentuknya hujan diawali oleh proses penguapan air dari perairan permukaan ke atas atmosfer yang
kemudian terkondensasi di dalam awan dan turun kembali ke permukaan bumi dalam bentuk butiran air.
Curah hujan menggambarkan total dan intensitas hujan yang terjadi pada satu wilayah. Curah hujan biasanya diukur oleh alat pengukur curah hujan
(umbrometer) di stasiun-stasiun klimatologi.
Untuk suatu wilayah tangkapan air (DAS), tebal hujan diukur dengan pendekatan
yang didasarkan pada data curah hujan dari beberapa stasiun klimatologi di sekitarnya. Pendekatan yang dapt digunakan untuk menghitung tebal hujan suatu
DAS adalah :
Rata-rata aritmatik Metode isohiet
Metode polygon Theissen
III. NERACA AIR
3.1. NERACA AIR WILAYAH
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Gambar 3. 1. Metode penghitungan tebal hujan rata-rata
Metode rata-rata aritmatik merupakan metode yang paling sederhana. Metode ini umumnya digunakan untuk menghitung tebal hujan pada wilayah
dengan topografi datar dengan stasiun pengamatan hujan yang cukup banyak. Persamaan yang digunakan adalah :
P = tebal hujan (mm)
n = jumlah stasiun pengamatan
Isohiet menggambarkan suatu garis dengan tebal hujan yang sama besarnya, persamaan yang digunakan adalah :
P = tebal hujan (mm)
A = luas daerah diantara dua garis isohiet (km2)
Metode polygon Theissen didasarkan pada anggapan bahwa sebuah stasiun hujan dapat mewakili pengamatan tebal hujan pada wilayah dengan unit luasan
tertentu dan dibatasi oleh garis tegak lurus yang menghubungan stasiun hujan lain yang berada di dekatnya. Persamaan yang digunakan adalah :
P = tebal hujan (mm) A = luas wilayah polygon theissen (km2)
𝑷𝒓𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂 = 𝟏
𝒏 𝑷𝟏 + 𝑷𝟐 + 𝑷𝟑 + …… + 𝑷𝒏
𝑷𝒓𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂 = 𝟏
𝑨 𝑨𝟏𝑷𝟏 + 𝑨𝟐𝑷𝟐 + 𝑨𝟑𝑷𝟑 + …… + 𝑨𝒏𝑷𝒏
𝑷𝒓𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂 = 𝑷𝟏𝑨𝟏 + 𝑷𝟐𝑨𝟐 + …… + 𝑷𝒏𝑨𝒏
𝑨𝟏 + 𝑨𝟐 + …… + 𝑨𝒏
ARITMATIK ISOHIET POLIGON THEISSEN
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
ETo (EVAPOTRANSPIRASI POTENSIAL)
Evaporasi merupakan suatu proses gerakan air dari tanah, air intersepsi kanopi
dan tubuh air bebas ke atmosfir.
Transpirasi merupakan suatu proses gerakan air dari dalam tubuh tanaman
melalui stomata menuju ke atmosfer.
Evapotranspirasi merupakan gambaran dari total evaporasi dan transpirasi tanaman ke atmosfer.
Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya evapotrasnpirasi adalah : suhu
udara, kelembaban relatif, kecepatan angin dan panjang hari (penyinaran matahari).
Evapotranspirasi potensial (ETo) merupakan evapotranspirasi yang terjadi di
suatu unit luasan yang ditumbuhi tanaman rumput setinggi 8 – 15 cm, dengan
pertumbuhan seragam dan optimal serta dalam kondisi kecukupan air (Doorenbos & Pruit).
Gambar 3. 2. Evapotranspirasi Potensial
Besarnya laju Evapotranspirasi Potensial (ETo) dapat diduga melalui persamaan Blaney-Criddle, Thornwaite, Radiasi (Makkink, 1957), Penman, Panci, Penman-
Monteith. Masing-masing persamaan membutuhkan ketersedian data metereologi yang berbeda-beda.
Besarnya laju ETo juga dapat diduga secara komputerisasi dengan menggunakan perangkat lunak yang tersedia. Software yang dapat digunakan
antara lain : dayet dan cropwat 8.
Metode Blaney-Cridle memerlukan data meteorology berupa suhu udara dan data pendukung berupa letak lintang dan faktor koreksi c, persamaan yang digunakan adalah :
ETo = evapotranspirasi potensial (mm/hari)
c = faktor koreksi yang tergantung pada kelembaban relative minimum, panjang hari dan
kondisi angin pada siang hari p = prosentase lama penyinaran (tabel 1 dalam FAO 24)
T = suhu rata-rata harian selama 1 bulan(0C)
𝑬𝑻𝒐 = 𝒄 𝒑 𝟎. 𝟒𝟔 𝑻 + 𝟖
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Metode Thornwaite juga membutuhkan data metereologi berupa suhu udara,
persamaan yang digunakan adalah :
ETo = Evapotranspirasi (mm/hari) T = suhu rata-rata harian (0C)
I = indeks panas selama satu tahun a = {6.75 x (10-7 I3) – (7.7 x 10-5 I2) +
(1.792 I) + 0.49239}
c = faktor koreksi
Metode radiasi membutuhkan data metereologi berupa suhu udara dan
panjang hari, persamaan yang digunakan adalah :
ETo = Evapotranspirasi potensial (mm/hari) c = faktor koreksi yang
bergantung pada kelembaban relative dan kecepatan angin
W = faktor tertimbang yang bergantung pada suhu udara dan altitude
Rs = radiasi gelombang pendek yang diterima bumi(mm/hari)
n = lama penyinaran actual N = lama penyinaran maksimum (Tabel 3 dalam FAO 24) Ra = radiasi teresterial (Tabel 2 dalam FAO 24)
𝑬𝑻𝒐 = 𝒄 𝟏𝟔 𝟏𝟎 𝑻
𝑰 𝒂
𝒅𝒊𝒎𝒂𝒏𝒂
𝑰 = 𝒊 = 𝑻
𝟓 𝟏.𝟓𝟏𝟒
𝑬𝑻𝒐 = 𝒄 𝑾 . 𝑹𝒔
𝒅𝒊𝒎𝒂𝒏𝒂
𝑹𝒔 = 𝟎. 𝟐𝟓 + 𝟎. 𝟓𝟎 𝒏
𝑵 𝑹𝒂
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Metode Penman membutuhkan data metereologi berupa suhu udara,
kelembaban, kecepatan angin, lama penyinaran dan intsitas radiasi. Persamaan yang digunakan adalah :
Metode evaporasi panci merupakan pengukuran dengan melihat pengaruh radiasi, angin, suhu udara dan kelembaban udara. Persamaan yang digunakan
adalah : ETo = Evapotranspirasi potensial (mm/hari)
Kp = koefisien panci
𝑬𝑻𝒐 = 𝒄 𝑾. 𝑹𝒏 + 𝟏 − 𝑾 . 𝒇 𝑼 . (𝒆𝒂 − 𝒆𝒅
𝑹𝒏 = 𝑹𝒔 − 𝑹𝒏
𝑹𝒔 = 𝟎. 𝟐𝟓 + 𝟎. 𝟓𝟎 𝒏
𝑵 𝑹𝒂
𝑹𝒏𝒍 = 𝒇 𝒕 𝒙 𝒇 𝒆𝒅 𝒙 𝒇 𝒏
𝑵
𝒇 𝒆𝒅 = 𝟎. 𝟑𝟒 − 𝟎. 𝟎𝟒𝟒 𝒆𝒅
𝒇 𝑼 = 𝟎. 𝟐𝟕 𝟏 + 𝑼𝟐
𝟏𝟎𝟎
𝒆𝒅 = 𝒆𝒂 𝒙 𝑹𝑯
Dimana, ETo = evapotranspirasi potensial (mm/hari)
c = faktor koreksi akibat kondisi siang dan malam W = faktor tertimbang yang dipengaruhioleh suhu udara Rn = radiasi netto (mm/hari)
f(u) = fungsi yang dipengaruhi oleh kecepatan angin
(ed-ea) = perbedaan antara tekanan udara jenuh dan udara atmosfir (mbar)
RH =kelembaban relative
𝑬𝑻𝒐 = 𝑲𝒑 𝒙 𝑬𝒑𝒂𝒏
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Metode Penman-Monteith dikembangkan oleh FAO pada tahun 1990, dengan persamaan :
ETo = Evapotranspirasi potensial
𝛾 = koefisien psychrometer
𝑅𝑛 = radiasi netto (mm/hari)
𝐺 = perubahan simpanan panas tanah jenuh
∆ = perubahan tekanan uap jenuh yang berkaitan dengan perubahan suhu udara
𝑇 =temperatur udara (0C) U2(VPD) = kecepatan angin pada ketinggian 2 m di atas permukaan tanah
(km/jam)
Seorang ahli geografi C.W. Thornthwaite (1899-1963) dan timnya memelopori penggunaan metode neraca air untuk mengestimasi kebutuhan air irigasi.
Dalam metode Thornthwaite & Mather dapat dihasilkan analisa tentang awal
penggunaan air dalam tanah oleh tanaman untuk evapotranspirasi, saat terjadinya surplus air, saat terjadinya defisit air dan awal proses pengisian
kembali simpanan air tanah (recharge).
Gambar 3.3 . Gambaran neraca air
𝑬𝑻𝒐 = 𝟎. 𝟒𝟎𝟖∆ 𝑹𝒏 − 𝑮 + 𝜸
𝟗𝟎𝟎𝑻 + 𝟐𝟕𝟑 𝑼𝟐 𝑽𝑷𝑫
∆ + 𝜸 𝟏 + 𝟎. 𝟑𝟒𝑼𝟐
3.2. NERACA AIR METODE THORNTHWAITE & MATHER
(1955)
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Komponen neraca air terdiri dari :
ST : Kandungan lengas tanah dalam zona perakaran (mm)
STo : Kandungan lengas tanah dalam zona perakaran pada field capacity (m)
APWL : Jumlah kumulatif defisit curah hujan (mm)
AE : evapotranspirasi aktual (mm/bulan)
PE : evapotranspirasi potensial (mm/bulan)
∆𝑆𝑇 : perubahan kadar lengas dalam zona perakaran (mm/bulan)
D : defisit lengas tanah (mm/bulan)
S : surplus lengas tanah (mm/bulan)
Kandungan lengas di dalam mintakat perakaran (ST) tergantung dari :
Kandungan lengas pada kapasitas lapangan (STo)
Kumulatif defisit curah hujan (APWL) dihitung dengan persamaan :
Evapotranspirasi aktual (AE) dihitung dengan persamaan :
Metode Thornthwaite & Mather dapat digunakan untuk menghitung neraca lengas tanah dalam zona perakaran dengan persamaan :
Pada bulan basah, dimana P>PE; AE=PE dan ∆ST ≥ 0, maka 𝑷 = 𝑷𝑬 +𝑺 + ∆𝑺𝑻
Pada bulan kering, dimana P<PE; AE<PE dan ∆ST ≤ 0, maka 𝑷 = 𝑨𝑬 + ∆𝑺𝑻
Defisit D dihitung dengan persamaan : 𝑫 = 𝑷𝑬 − 𝑨𝑬
TAHAPAN PERHITUNGAN LENGAS TANAH 1. Tentukan nilai-nilai bulanan dari P, PE dan P-PE. Perhitungan berikut ini hanya
berlaku bila rata-rata temperatur bulanan terendah -1oC.
2. Hitunglah P, PE dan P-PE tahunan : ∑(P-PE) > 0, terjadi surplus curah hujan, lanjut ke (3)
∑ (P-PE) < 0, terjadi defisit curah hujan, lanjut ke (10)
𝑺𝑻 = 𝑺𝑻𝒐 𝒙 𝒆 +𝑨𝑷𝑾𝑳/−𝑺𝑻𝒐
𝒖𝒏𝒕𝒖𝒌 𝒃𝒖𝒍𝒂𝒏 𝒃𝒂𝒔𝒂𝒉, 𝑷 > 𝑃𝐸 ∶ 𝑨𝑬 = 𝑷𝑬 𝒖𝒏𝒕𝒖𝒌 𝒃𝒖𝒍𝒂𝒏 𝒌𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈, 𝑷 > 𝑃𝐸 ∶ 𝑨𝑬 = 𝑷 + ∆𝑺𝑻
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
3. Surplus curah hujan Kebanyakan terdapat satu periode kering dan satu periode basah,kadang-
kadang terdapat dua periode kering dan dua periode basah. Pada akhir periode
basah (P-PE > 0) tanah dalam keadaan jenuh,sehingga ST = STo
4. Segera setelah P-PE menjadi negatif,nilai ini selalu dijumlahkan. Jumlah defisit curah hujan ini selama n bulan kering yang berurutan adalah :
Apabila P-PE menjadi positif, seri ini menjadi terputus. Bilamana rangkaian
bulan kering muncul kembali, maka seri baru harus dimulai lagi (lihat 16).
5. Kandungan lengas tanah (ST) dapat dihitung berdasarkan rumus yang telah diberikan.
6. Perubahan kandungan lengas ΔST = ST2 – ST1 menyebabkan kenaikan kandungan lengas tanah; sementara nilai negatif menyebabkan tanah menjadi lebih kering.
7. Pada bulan-bulan kering (P-PE <0) besarnya evapotranspirasi aktual (AE) adalah AE = P – ΔST (dimana ΔST < 0); dan defisit D = PE – AE.
8. Pada bulan-bulan basah (P-PE > 0) : AE = PE dan ΔST = P – PE, sampai kandungan lengas maksimum tercapai (STo). Baru kemudian tercapai surplus
yang akan dibuang. Surplus ini adalah : S = (P-PE) – ΔST (S 0).
9. Untuk perhitungan tahunan :
12
1
0ST
12
1
12
1
12
1
AEPS
12
1
12
1
12
1
AEPED
10. Defisit curah hujan :
– Jumlahkan semua nilai P-PE negatif: ∑ (P-PE) neg
– Jumlahkan semua nilai P-PE positif : ∑ (P-PE) pos
11.Untuk ∑ (P-PE) pos < STo ............... lanjutkan (12)
∑ (P-PE) pos >STo ................ lanjutkan (14)
∑ (P-PE) pos STo ................. lanjutkan (15)
𝑨𝑷𝑾𝑳 = − 𝑷 − 𝑷𝑬 𝒏𝒆𝒈
𝒏
𝟏
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
12.Bila ∑ (P-PE) pos < STo , tanah tidak akan pernah mengalami keadaan jenuh. Pada akhir musim basah, kandungan lengas tanah berada dalam tingkat
maksimum (kemudian diberi tanda ST ’ dimana ST ’ < STo), sementara pada akhir musim kering diberi tanda ST ”. Karena adanya musim basah, maka
terjadilah pengisian lengas dalam daerah perakaran, sehingga kandungan lengas tanah meningkat dari ST ” menjadi ST’. Dalam hal ini kita dapat menentukan dua nilai APWL yang berhubungan dengan kedua nilai ST itu,
yakni berturut-turut APWL’ dan APWL” untuk ST ’ dan ST ”, sehingga :
APWL’ – APWL” = ∑ (P-PE)neg
ST ’ – ST ” = ∑ (P-PE)pos
Pada akhir musim basah, perhitungan dimulai dengan nilai APWL’ dan ST ‘
demikian seterusnya. Sampai setelah bulan kering ke-n :
APWL = APWL’- n
1
(P-PE)neg
Segera setelah nilai(P-PE) positif dicapaiperhitungan tersebut di atas
berhenti. Perhitungan dimulai lagi bila bulan kering tiba kembali.
13.Dari nilai APWL yang diperoleh dapat dihitung ST sesuai dengan langkah nomor (5) dan seterusnya.
14.Bila ∑ (P-PE) pos >STo, tanah akan mengalami keadaan jenuh, sehingga pada akhir musim basah akan tercapailah STo. Untuk ini perhitungan dapat
dilakukan sebagaimana langkah nomor (4) dan seterusnya.
15.Bila ∑ (P-PE) pos STo, kedaan jenuh mungkin tercapai atau mungkin tidak
terjadi. Dengan usaha coba-coba kita dapat menemukan pemecahan nya (dengan berpedoman bahwa ∑ ΔST = 0).
16.Kadang-kadang pada musim kering terjadi juga bulan-bulan basah (hanya selingan), dimana P-PE > 0. Nilai positif ini ditambahkan pada ST :
a. bila STo tercapai,terjadilah surplus lanjutkan ke (17)
b. bila STo tak tercapai, tak terjadi surplus lanjutkan ke (18)
17.Bila STo tercapai pada selingan bulan-bulan basah,maka APWL pada bulan
kering berikutnya dapat dihitung berdasarkan langkah nomor (4) dan seterusnya.
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
18.Apabila STo tidak tercapai pada selingan bulan basah tersebut, tetapi mencapai ST* < STo, maka dapat dihitung APWL*, dan gunakan nilai itu
untuk menghitung seri yang selanjutnya. Setelah bulan-bulan kering berakhir, mulai perhitungan dengan :
APWL = APWL* - n
1
(P-PE)neg
Tabel 3.1 Form Neraca Thornwaite & Mather STo = mm (kadar air kapasitas lapangan)
[mm] J P M A M J J A S O N D
P
PE
P - PE
APWL
ST
Δ ST
AE
D
S
Tabel 3.2 Contoh Neraca Kondisi Surplus STo = 152 mm (kadar air kapasitas lapangan)
[mm] J P M A M J J A S O N D
P 285 110 121 64 37 21 199 182 246 189 225 240
PE 138 138 172 144 161 166 161 155 157 148 130 140
P - PE 147 -28 -51 -80 -224 -145 38 27 89 41 95 100
APWL 28 79 159 283 428
ST 152 126 90 53 24 9 47 74 152 152 152 152
Δ ST 0 -26 -36 -37 -29 -15 38 27 78 0 0 0
AE 138 136 157 101 66 36 161 155 157 148 130 140
D 2 15 43 95 130
S 147 11 41 95 100
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Tabel 3.3 Contoh Neraca Kondisi Defisit STo = 150 mm (kadar air kapasitas lapangan)
[mm] J P M A M J J A S O N D
P 29 36 35 62 84 57 35 79 105 162 101 40
PE 84 88 106 115 125 111 125 115 92 91 77 80
P - PE -55 -52 -71 -53 -41 -54 -90 -36 13 71 24 -40
APWL -138 -190 -261 -314 -355 -409 -499 -539 -43 -83
ST 59 42 26 18 14 10 5 4 17 88 112 86
Δ ST -27 -17 -16 -8 -4 -4 -5 -1 13 71 24 -26
AE 56 53 51 70 88 61 40 80 92 91 77 66
D
S
NERACA AIR DALAM MINTAKAT PERAKARAN Pada dasarnya, perubahan kadar air dalam mintakat perakaran merupakan
perbedaan antara volume air yang masuk dengan volume air yang keluar dari
mintakat perakaran, atau dapat diekspresikan dengan persamaan :
∆𝑊 = perubahan kadar air dalam mintakat perakaran
𝑊𝑖𝑛 = volume air yang masuk/ditambahkan
ke dalam mintakat perakaran
𝑊𝑜𝑢𝑡 = volume air yang keluar dari mintakat
perakaran.
Air hujan atau air irigasi yang masuk ke lahan mungkin tidak seluruhnya meresap ke dalam tanah, beberapa bagian air mungkin masih tertahan di dalam
cekungan permukaan tanah, sebagian lainnya mungkin mengalir di permukaan tanah (run-off)
∆𝑾 = 𝑾𝒊𝒏 − 𝑾𝒐𝒖𝒕
3.3. NERACA AIR PROFIL
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Air yang meresap ke dalam tanah melalui proses
infiltrasi sebagian akan dimanfaatkan tanaman
untuk pertumbuhan dan transpirasi, sebagian lainnya akan keluar ke
atmosfer melalui evaporasi, sebagian
lainnya akan bergerak ke luar mintakat perakaran ke lapisan bawah melalui
deep percolation dan sebagian sisanya tertahan
dalam mintakat perakaran dan menambah simpanan lengas tanah.
Gambar 3.4 Daur air dalam tanah
Neraca air dalam mintakat perakaran dapat digambarkan dalam persamaan :
Dimana,
∆𝑆 = perubahan simpanan lengas tanah dalam mintakat perakaran
𝑃 =sumbangan hujan
𝐼𝑟 = sumbangan irigasi
𝑈 = aliran kapiler ke atas dari groundwater (capillary rise)
𝑅 = aliran permukaan (runoff)
𝐷 = perkolasi dalam
𝐸 = evapotranspirasi
𝑇 = Transpirasi
Besarnya sumbangan air hujan dapat diukur dengan alat umbrometer,
sedangkan besarnya sumbangan irigasi dihitung dari hasil kali debit air dengan frekuensi aplikasi irigasi.
Aliran permukaan (runoff)diukur
dengan beberapa model alat yang
dinamakan typing bucket
Gambar 3.5 Typing bucket
∆𝑺 = 𝑷 + 𝑰𝒓 + 𝑼 − 𝑹 + 𝑫 + 𝑬 + 𝑻
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Suatu profil kadar lengas tanah ditentukan dari pengukuran kadar lengas tanah pada kedalaman tanah dan pada waktu yang berbeda-beda.
Kadar lengas tanah dapat diukur dengan beberapa metode diantaranya,
pengukuran langsung sample tanah, dengan alat neutron probe,serta gypsum blok atau TDR
Pengukuran langsung sample tanah atau soil sampling dapat dilakukan secara gravimetric dan volumetric. Penghitungan secara gravimetric didasarkan pada
perbedaan berat basah dan berat kering tanah, sedangkan penentuan secara volumetric didasarkan pada perbedan volume tanah basah dan volume tanah kering. Persamaan yang digunakan adalah :
Neutron probe merupakan alat
pengukur kadar lengas tanah yang memanfaatkan material radioaktif
dalam pengukurannya. Alat ini tersusun atas sebuah alat pengukur, kabel koneksi dan sebuah tabung yang berisi
bahan radioaktif dan detektor. Tabung dimasukkan ke dalam tanah pada
kedalaman tertentu untuk dapat mengukur tingkat kelengasan tanah.
Air dalam tanah merupakan sumber
utama atom hidrogen. Ketika tabung
neutron probe dimasukkan ke dalam tanah, terjadi reaksi antara neutron dalam tabung dengan atom hydrogen
yang terkadung dalam air tanah. Reaksi tersebut menghasilkan energi
yang kemudian terbuang dan menyisakan sedikit neutron dalam tabung neutron probe. Jumlah neutron
yang tersisa dalam tabung inilah yang dibaca oleh alat pengukur dan
mengindikasikan kadar lengas dalam tanah.
𝒌𝒂𝒅𝒂𝒓 𝒂𝒊𝒓 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒎 =𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒕𝒂𝒏𝒂𝒉 𝒃𝒂𝒔𝒂𝒉 − 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒕𝒂𝒏𝒂𝒉 𝒌𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈
𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒕𝒂𝒏𝒂𝒉 𝒌𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈
𝒌𝒂𝒅𝒂𝒓 𝒂𝒊𝒓 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝜽 = 𝒎 𝒈. 𝒈−𝟏 𝒙 𝝆𝒃 (𝒈. 𝒄𝒎−𝟑)
𝒕𝒆𝒃𝒂𝒍 𝒂𝒊𝒓 𝑺 = 𝜽 𝒄𝒎𝟑. 𝒄𝒎−𝟑 𝒙 𝒕𝒆𝒃𝒂𝒍 𝒍𝒂𝒑𝒊𝒔𝒂𝒏 𝒕𝒂𝒏𝒂𝒉 (𝒄𝒎) 𝒙 𝟏𝟎
Gambar 3.6 Neutron Probe
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
PERKOLASI DALAM Air yang masuk kedalam tanah akan menambah kadar lengas tanah sampai
kadar lengas tanah mencapai kapasitas lapang. Setelah kondisi kapasitas
lapang, maka air akan bergerak keluar dari mintakat perakaran melalui proses perkolasi dalam (deep percolation).
Arah gerakan air dalam tanah sangat ditentukan oleh nilai gradient potensial air
(dH/dZ). Apabila nilai potensial air negative maka air dalam tanah digambarkan bergerak turun ke bawah. Sebaliknya bila nilai potensial air positif maka air dalam tanah digambarkan bergerak ke atas.
Persamaan yang menggambarkan pergerakan air dalam tanah adalah
persamaan Darcy, yaitu : q = volume air yang melewati luasan area
per unit waktu K = hantaran hidrolik tidak jenuh
dH = perbedaan potensial hidrolik dZ = perbedaan kedalaman dH/dZ = gradien potensial hidrolik
Potensial matriks tanah diukur dengan
alat tensiometer. Tensiometer terdiri dari sebuah pipa berdiameter 1 inch dimana di bagian bawahnya dilapisi keramik sebagai
tempat keluar masuknya air, sedangkan ujung bagian atas dilegkapi sebuah alat
pengukur sebagai media untuk membaca tingkat potensial matriks tanah. Pada kondisi tanah kering, air dalam tensiometer
akan bergerak keluar melalui keramik. Rendahnya kadar air dalam tensiometer
akan direspon sebagai peningkatan potensial matrik tanah, sedangkan tingginya kadar air dalam tensiometer akan
direspon sebagai penurunan potensial matriks tanah.
Neutron probe dapat mengukur kadar lengas tanah untuk area yang cukup luas
dalam waktu yang singkat. Kedalaman tabung dalam tanah minimal 6 inchi, apabila kedalaman kurang dari 6 inchi akan menyebabkan penguapan neutron
udara melalui permukaan tanah sehingga nilai kadar lengas tanah kurang akurat. Yang perlu diperhatikan dalam penggunaan neutron probe adalah
digunakannya bahan radiokatif sehingga pemakaian dan penyimpanannya harus
tepat.
𝒒 = −𝑲 𝜽 𝒅𝑯
𝒅𝒁
Gambar 3.7 Tensiometer
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Tebal perkolasi dapat dihitung dengan persamaan :
Q = tebal perkolasi q = volume air yang melewati luasan area per unit waktu t = periode terjadinya perkolasi
EVAPOTRANSPIRASI TANAMAN (ETc) Evapotranspirasi tanaman atau disebut juga evapotranspirasi actual merupakan
cerminan atas jumlah air yang dibutuhkan tanaman.
Gambar 3.8 Ilustrasi perbedaan ETc dengan ETo
Besarnya evapotranspirasi tanaman dipengaruhi oleh kepadatan penutupan permukaan tanah oleh kanopi, kadar lengas tanah dan distribusi akar.
Besarnya evapotranspirasi tanaman didapatkan dari hasil kali antara evapotranspirasi potensial dengan koefisien tanaman (Kc). Koefisien tanaman
berbeda-beda tergantung pada jenis tanaman, varietas tanaman serta fase pertumbuhannya.
𝑸 = 𝒒 𝒙 𝒕
𝑬𝑻𝒄 = 𝑲𝒄 𝒙 𝑬𝑻𝟎
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Tabel 3.4. Nilai koeffisien (Kc) tanaman padi
Periode 15 Hari
Ke
Nedeco/Prosida FAO
Varietas
Biasa
Varietas
Unggul
Varietas
Biasa
Varietas
Unggul
1 1,20 1,20 1,10 1,10
2 1,20 1,27 1,10 1,10
3 1,32 1,33 1,10 1,05
4 1,40 1,30 1,10 1,05
5 1,35 1,30 1,10 1,05
6 1,25 0 1,05 0,95
7 1,12 - 0,95 0
8 0 - 0 -
Tabel 3.5. Nilai koeffisien (Kc) beberapa tanaman palawija
Setengah
Bulan Ke Koefisien Tanaman
Kedelai Jagung Kac.Tanah Bawang Buncis Kapas
1 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
2 0,75 0,59 0,51 0,51 0,64 0,50
3 1,00 0,96 0,66 0,69 0,89 0,58
4 1,00 1,05 0,85 0,90 0,95 0,75
5 0,82 1,02 0,95 0,95 0,88 0,91
6 0,45 0,95 0,95 - - 1,04
7 - - 0,55 - - 1,05
8 - - 0,55 - - 1,05
9 - - - - - 1,05
10 - - - - - 0,78
11 - - - - - 0,65
12 - - - - - 0,65
13 - - - - - 0,65
Sumber : Kriteria Perencanaan Irigasi, KP-01
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
Tabel 3.6. Nilai koeffisien (Kc) tanaman tebu
Umur Tanaman Tahap
Pertumbuhan Rh < 70% Min Rh < 20% Min
12
Bulan
24
Bulan
Angin
Kecil
s/d
Sedang
Angin
Kencang
Angin
Kecil
s/dSedang
Angin
Kencang
0 – 1 0 – 2,5
Saat Tanam
s/d 0,25
Rimbun *)
0,35 0,6 0,4 0,45
1 – 2 2,5 – 3,5 0,25 – 0,5
Rimbun 0,8 0,85 0,75 0,8
2 – 2,5 3,5 – 4,5 0,5 – 0,75
Rimbun 0,9 0,95 0,95 1,0
2,5 – 4 4,5 – 6 0,75 – Rimbun 1,0 1,1 1,1 1,2
4 – 10 6 – 17 Penggunaan
Air Puncak 1,05 1,25 1,25 1,3
10 – 11 17 – 22 Awal Berbunga 0,8 0,95 0,95 1,05
11 – 12 22 – 24 Menjadi Masak 0,6 0,7 0,7 0,75
Sumber Kriteria Perencanaan Irigasi, KP – 01
Keterangan : *) rimbun = full canopy = mencapai tahap berdaun
REFERENSI
Anonim, 1986. Standar Perencanaan Irigasi, (Bagian Penunjang, KP 01
– 01), Direktorat Jenderal Pengairan, Departemen Pekerjan Umum, Jakarta
FAO (Food and Agriculture Organization), 1984, Guidelines for
predicting crop water requirements, Authors : Doorenbos, J and W.O Pruitt, Irrigation and Drainage Paper 24, Rome, Italy
FAO (Food and Agriculture Organization), 1986, Yield Response to Water, Authors : Doorenbos, J and A.H. Kassam, Irrigation and
Drainage Paper 33, Rome, Italy Prijono, Sugeng., 2009. Agrohidrologi Praktis, Cakrawala Indonesia,
Malang
Shaw, 1990. Hydrology in Practice, Chapman and Hall, Ltd., London
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
PROPAGASI
A. Latihan dan Diskusi (Propagasi vertical dan Horizontal)
1. Apabila berat basah suatu sample tanah adalah 325 gram dan
setelah dikering oven kan berat tanah tersebut menjadi 96
gram, berapa kadar air sample tanah tersebut?
2. Apabila ETo diketahui sebesar 3.7 mm/hari, berapa besar kebutuhan air tanaman padi pada fase pertumbuhan
pemasakan ?
B. Pertanyaan (Evaluasi mandiri)
1. Jelaskan fungsi neraca air wilayah?
2. Jelaskan komponen neraca air profil?
3. Bagaimana cara pengukuran kadar lengas tanah?
4. Jelaskan definisi evapotranspirasi potensial, dan apa
hubungannya dengan kebutuhan air tanaman?
5. Jelaskan cara perhitungan evapotranspirasi potensial dan kebutuhan air tanaman?
C. PROYEK
Apabila tersedia data Meteorologi seperti di bawah ini, berapa nilai
evapotranspirasi potensial tiap bulannya selama satu tahun menggunakan metode Blaney-Cridle dan Radiasi serta hitung
besar kebutuhan air tanaman padi pada masa awal (initial).
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
PROPAGASI
DATA METEOROLOGI :
Stasiun pengamat : Karangkates Altitude : 285 m Latitude : 8.09 o L.S Longitude : 112.29 o B.T
Bulan Temperatur Maximum
(o C)
Temperatur Minimum
(o C)
Kelembaban Relatif
(%)
Kecepatan Angin
(km/hari)
Lama Penyinaran
(jam)
Hujan (mm)
Januari 31.6 21.4 84.5 105.6 7.1 306
Februari 31.6 21.3 82.7 151.2 5.4 312
Maret 32.2 21.3 84.2 165.6 7.0 359
April 32.2 21.3 80.6 158.4 8.1 211
Mei 32.4 20.8 79.3 151.2 8.8 81
Juni 31.5 19.4 76.3 175.2 9.1 71
Juli 31.3 19.0 76.4 201.6 9.2 30
Agustus 31.3 18.3 75.5 228.0 9.3 6
September 32.0 19.5 72.1 213.6 9.1 25
Oktober 32.6 21.0 76.2 180.0 9.0 137
Nopember 32.1 21.4 79.2 141.6 7.2 261
Desember 31.1 21.7 83.6 127.2 4.8 409
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
CONTOH PERHITUNGAN ETo DENGAN PERSAMAAN BLANEY CRIDDLE DAN RADIASI
Terdapat data meteorology untuk Kairo, latitude 30 oN; altitude 95 m; Hitung ETo pada bulan Juli, dengan data : Suhu udara max :35 oC
Suhu udara min : 22 oC Suhu udara rata-rata :28.5 oC
p dari Tabel 1 pada 30 oN adalah 0.31 p(0.46T + 8) 0.31(0.46 x 28.5 + 8) 6.6 mm/day RH min : medium
n/N: high to medium U2 daytime : moderate
ETo Grafik 1- Block II dan Block V (line 2) 8.0 mm/day
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN
IRIGASI DAN DRAINASE
Dr.Ir. Sugeng Prijono, SU* - FAKULTAS PERTANIAN