Impact of irrigation techniques on soil moisture dynamic

There is no doubt, that we are facing a serious challenge in our-days of producing enough food to feed the growing population in the world and the scarcity of water resources in many regions. the main aim here is to produce more by using a better management of water agricultural practices (irrigation is the higher consumer of water). The modelling of irrigation water distribution under the different irrigation systems have under studies in the last few decades toward to increase the efficiency. This study aimed to develop in a first step a model that simulates the water distribution pattern in wind condition under sprinkler irrigation system by using the ballistic theory that computes the droplets trajectory discharged by the sprinkler's nozzle. The model was developed also to simulate and predict the water distribution of center pivots in different spatial (different sizes of pixels) and temporal basis (hourly and daily basis) from the simulated water distribution of the sprinkler. The computer model was developed using MATLAB software (The Mathworks Inc, MA, USA) to model the water distribution pattern under single sprinkler irrigation system and center pivot. The resulting model was tested and used in the case study area of Barrax, Spain. The second step of the thesis is the evaluation of the impact of the sprinkler irrigation technique on the water fluxes estimates through a distributed energy water balance model FEST-EWB. The model is validated against ground and satellite data of land surface temperature and evapotranspiration. The last step of the thesis is the optimization of irrigation. The thesis activities will contribute to the SIM project (Smart Irrigation Modelling, www.sim.polimi.it) activities in its main objective. The results of the study indicated that the parsimonious use of agricultural water through an operational web tool to reduce the use of water, fertilizer and energy keeping a constant crop yield. The instrument provides in real-time the present and forecasted irrigation water requirements at high spatial and temporal resolutions with forecast horizons from few up to thirty days, according to different agronomic practices supporting different level of water users from irrigation consortia to single farmers. It combines the state of the art of satellite monitoring, meteorological forecast and hydrological modelling allowing a smart irrigation that identifies the right amount of water at right time needed for optimal crop production. The instrument then allows to quantify the impacts on water saving and on economic and environmental benefits with specific indicators which are computed for the different levels of end-users.

Non c'è dubbio che stiamo affrontando una seria sfida nei nostri giorni di produzione di cibo sufficiente per sfamare la crescente popolazione del mondo e la scarsità di risorse idriche in molte regioni. l'obiettivo principale qui è quello di produrre di più utilizzando una migliore gestione delle pratiche agricole acquatiche (l'irrigazione è il maggiore consumatore di acqua). La modellizzazione della distribuzione dell'acqua di irrigazione nell'ambito dei diversi sistemi di irrigazione è stata studiata negli ultimi decenni per aumentare l'efficienza. Questo studio mirava a sviluppare in una prima fase un modello che simula il modello di distribuzione dell'acqua in condizioni di vento sotto il sistema di irrigazione a pioggia utilizzando la teoria balistica che calcola la traiettoria delle goccioline scaricata dall'ugello dell'irrigatore. Il modello è stato sviluppato anche per simulare e prevedere la distribuzione dell'acqua dei perni centrali in diverse dimensioni spaziali (diverse dimensioni dei pixel) e temporali (base oraria e giornaliera) dalla distribuzione dell'acqua simulata dell'irrigatore. Il modello computerizzato è stato sviluppato utilizzando il software MATLAB (The Mathworks Inc, MA, USA) per modellare il modello di distribuzione dell'acqua in un unico sistema di irrigazione a sprinkler e perno centrale. Il modello risultante è stato testato e utilizzato nell'area del case study di Barrax, in Spagna. La seconda fase della tesi è la valutazione dell'impatto della tecnica di irrigazione a pioggia sulle stime dei flussi d'acqua attraverso un modello di bilancio idrico distribuito FEST-EWB. Il modello è validato rispetto ai dati terrestri e satellitari della temperatura della superficie terrestre e all'evapotraspirazione. L'ultimo passo della tesi è l'ottimizzazione dell'irrigazione. Le attività di tesi contribuiranno alle attività del progetto SIM (Smart Irrigation Modelling, www.sim.polimi.it) nel suo obiettivo principale. I risultati dello studio hanno indicato che l'uso parsimonioso dell'acqua agricola attraverso uno strumento web operativo per ridurre l'uso di acqua, fertilizzanti ed energia mantenendo una produzione costante. Lo strumento fornisce in tempo reale le esigenze idriche di irrigazione presenti e previste a risoluzioni spaziali e temporali elevate con orizzonti di previsione da pochi fino a trenta giorni, in base alle diverse pratiche agronomiche a supporto del diverso livello di utenti dell'acqua dai consorzi di irrigazione ai singoli agricoltori. Combina lo stato dell'arte del monitoraggio satellitare, delle previsioni meteorologiche e della modellizzazione idrologica permettendo un'irrigazione intelligente che identifica la giusta quantità di acqua al momento giusto necessario per una produzione di colture ottimale. Lo strumento consente quindi di quantificare gli impatti sul risparmio idrico e sui benefici economici e ambientali con indicatori specifici che sono calcolati per i diversi livelli di utenti finali.