Βέλτιστη Διαχείριση Νερού Αρδευτικού Έργου Πάφου
Creators: name: Πέτρου, Κυριακή Σπύρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Διαχείριση Αρδευτικού Νερού
Βελτιστοποίηση
Cropwat
Irrigation Water Management
Optimization

description: Με τη συνεχή αύξηση των αναγκών αλλά και τη μείωση των υδατικών πόρων επιβάλλεται η μελέτη και η ορθολογική διαχείριση του νερού που χορηγείται για αρδευτικούς σκοπούς. Για το λόγο αυτό ο σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής ήταν να προσδιορίσει τις ανάγκες σε νερό των καλλιεργειών στο Αρδευτικό Έργο Πάφου και να γίνει βέλτιστη διαχείριση του αρδευτικού νερού. Περιοχή μελέτης αποτέλεσε το Αρδευτικό Έργο Πάφου στην Κύπρο με έκταση 55,860 στρέμματα και συνολικά 29 είδη καλλιεργειών. Η περιοχή επιλέχθηκε λόγω του ότι η Κύπρος είναι μια ημίξηρη χώρα και η έλλειψη νερού είναι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματά της. Χρησιμοποιήθηκαν μετεωρολογικά δεδομένα από το Μετεωρολογικό Σταθμό Αεροδρομίου Πάφου για διάρκεια 18 ετών, 1996-2013. Υπολογίσθηκαν σε πρώτο βήμα με τη βοήθεια του προγράμματος CROPWAT 8.0 η εξατμισοδιαπνοή αναφοράς με τη μέθοδο Penman-Monteith, και στη συνέχεια η εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας, η ωφέλιμη βροχόπτωση και οι καθαρές και ολικές ανάγκες των καλλιεργειών σε νερό άρδευσης. Οι ολικές σε νερό άρδευσης ανάγκες των καλλιεργειών συγκρίθηκαν με τον όγκο νερού που χορηγήθηκε για άρδευση στο Αρδευτικό Έργο Πάφου και παρατηρήθηκε ότι δεν καλύπτονταν οι ανάγκες σε νερό των καλλιεργειών ενώ παρουσιάστηκε υπερκατανάλωση νερού άρδευσης τους χειμερινούς μήνες. Για την αντιμετώπιση των πιο πάνω, σε δεύτερο βήμα, έγινε βελτιστοποίηση διαχείρισης του νερού του Αρδευτικού Έργου Πάφου. Το πρόβλημα βελτιστοποίησης με αντικειμενική συνάρτηση τη μεγιστοποίηση του κέρδους, υπό περιορισμούς, είναι ένα μη γραμμικό πρόβλημα και για την επίλυση του χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα LINGO. Η αντικειμενική συνάρτηση επιλύθηκε για 3 διαφορετικές περιπτώσεις, όπου σε κάθε περίπτωση εφαρμόστηκε διαφορετική σχέση απόδοσης των καλλιεργειών, με μεταβλητές απόφασης τις εκτάσεις των καλλιεργειών και το νερό που χορηγείται στις καλλιέργειες και χρονικό βήμα την περίοδο ανάπτυξης. Στην πρώτη περίπτωση η πραγματική απόδοση υπολογίστηκε από το αθροιστικό μοντέλο των Doorenbos and Kassam (1979). Στη δεύτερη περίπτωση η πραγματική απόδοση υπολογίστηκε από το πολλαπλασιαστικό μοντέλο των Doorenbos and Kassam. Στην τρίτη περίπτωση χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο του Jensen (1968) για τις μη χορτοδοτικές καλλιέργειες. Οι περιορισμοί του μοντέλου βελτιστοποίησης αφορούσαν τη σχετική απόδοση των καλλιεργειών (Yα/Υm), τις εκτάσεις (A), το συντελεστή έλλειψης νερού, Ks κ.λπ. Για την επίλυση του προβλήματος βελτιστοποίησης θεωρήθηκε δεδομένο το διαθέσιμο νερό όπως δόθηκε κάθε έτος από το Αρδευτικό Έργο Πάφου, ενώ σε 8 έτη όπου το νερό ήταν ανεπαρκές για την επίλυση του μοντέλου βελτιστοποίησης, χρησιμοποιήθηκε μεγαλύτερος όγκος νερού για άρδευση ούτως ώστε να υπάρξει εφικτή λύση του προβλήματος. Τα αποτελέσματα από τη σύγκριση των τριών παραλλαγών της αντικειμενικής συνάρτησης, έδειξαν ότι τα πολλαπλασιαστικά μοντέλα έδωσαν παρόμοια αποτελέσματα μέγιστου οικονομικού κέρδους ενώ το αθροιστικό μοντέλο έδωσε το χαμηλότερο οικονομικό κέρδος. Με την επίλυση του μοντέλου παρατηρήθηκε επίσης μείωση στη συνολική έκταση των καλλιεργειών για άρδευση σε κάθε έτος σε σχέση με την συνολική έκταση που καλλιεργήθηκε από το Αρδευτικό Έργο Πάφου. Έτσι το μοντέλο βελτιστοποίησης που αναπτύχθηκε στην παρούσα εργασία αποτελεί ένα εργαλείο λήψης απόφασης για το ποιες καλλιέργειες και με ποια έκταση θα αρδευτούν και ένα εργαλείο προγραμματισμού των αρδεύσεων.
description: Crucial element of many factors; among others, the agricultural, is the water and its many purposes. Water resources need continuous research and rational management. Basic goal of this study is to specify water needs of crop in an area of 55,860 acres and total 29 different crops at the Paphos Irrigation Project in Cyprus. According to these water needs and the available irrigation water this study wishes to reach the optimal net profit. Furthermore, this study is willing to produce an optimization model for an irrigation scheduling. This study included the meteorological data of 18 years, 1996-2013, taken from the Meteorological Station of Paphos Airport. Firstly, the reference evapotranspiration was estimated by the CROPWAT software and the FAO Penman-Monteith method. The crop-evapotranspiration was also calculated with CROPWAT software in proportion to crop coefficient of each crop. The water needs were estimated in CROPWAT 8.0. A comparison between crop water requirements and total irrigation water resulted a water shortage, this is why the optimization model was solved. The objective function, the constraints, the decision variables and the time interval belong to a non-linear optimization model programming resolved by LINGO. The objective function of the current study, concerns the optimization net profit that include three different variations which are the following: First; the objective function uses the summative relation of relative yield of Doorenbos and Kassam. Second, the objective function uses the multiplicative approach of Doorenbos and Kassam. Third, the objective function uses the multiplicative approach of Jensen. The decision variables were the crop areas and the water availability along with the time interval which included the growth period of crop. The model concluded that the cultivated area was reduced in relation to the crop area used by the Paphos Irrigation Project. Furthermore; eight of the examined years; needed more irrigation water in order to get a feasible solution, thus optimize the net profit. The model extracts that the optimal net profit was similar between the two objective functions which used the multiplicative approaches. The model also showed that the optimal net profit was reduced in the first objective function, which included the additive relation of D-K, in relation to the other two multiplicative approaches of D-K and Jensen. By resolving the model it was also observed a decrease in the total area of crops for irrigation every year in relation to the total area cultivated by the Paphos Irrigation Project. Thus, the optimization model developed in this paper can be used as a decision support tool for which crops and what area will be irrigated. It constitutes a scheduling instrument for irrigation scheduling.