A NON-LINEAR MODEL FOR OPTIMAL ALLOCATION OF IRRIGATION WATER AND LAND UNDER ADEQUATE AND LIMITED WATER SUPPLIES: A CASE STUDY IN SOUTHERN ITALY

Authors


  • Un modèle non-linéaire pour une allocation optimale d'eau d'irrigation et de terre sous contrainte d'allocation limitée. Une étude de cas dans le Sud de L'Italie.

Correspondence to: Anna Maria Stellacci. Consiglio per la ricerca e la sperimentazione in agricoltura (Unità di ricerca per i sistemi colturali degli ambienti caldo-aridi, Bari) via Celso Ulpiani 5, 70125, Bari, Italy. E-mail: annamaria.stellacci@entecra.it

ABSTRACT

A non-linear mathematical optimization model was used to define optimal water and land allocation and optimal cropping patterns for a southern Italy irrigation district. The objective function was based on crop-water production relations, the parameters of which were derived from an extensive experimental data set including nine arable and vegetable crops. Among production costs, the irrigation binary tariff system adopted in the study region was considered. The study, performed across a wide range of total water supply, identified: (i) optimal water allocation, by keeping crop surface constant; (ii) optimal cropping patterns, when allocation of available land was also investigated. When a fixed surface was allocated to each crop, and total water supply was not limiting, maximum return was achieved by providing the greatest fraction of available water to vegetable crops (pepper, tomato, eggplant, beans), with seasonal volumes corresponding to full restitution of irrigation water requirements (from 6758 to 3571 m3 ha-1), while assigning volumes equal to 78, 62, 48 and 41% of water requirements to summer and spring maize, autumnal and spring sugar beet. When the allocation of water and land was investigated simultaneously, optimal cropping patterns and seasonal volumes were identified. The latter varied as a function of crop and total water supply but also, at a given supply, for the same crop. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

RÉSUMÉ

Un modèle mathématique non-linéaire d'optimisation a été utilisé pour définir l'allocation optimale d'eau et de terres, ainsi que les modes de culture optimaux pour un district d'irrigation au sud de l'Italie. La fonction objective était basée sur les relations de production culture-eau, dont les paramètres ont été calculés à partir des séries de données expérimentales, et concernant neuf cultures de plain champ et légumières. Parmi les coûts de production, le système tarifaire binaire d'irrigation adopté dans la région étudiée a été pris en considération. L'étude, réalisée à travers un large éventail d'offres totales d'eau, a identifié: (i) l'allocation optimale d'eau, en gardant la surface des cultures constante; (ii) les modes de culture optimaux, lorsque l'allocation de terre disponible a également été étudiée.

Lorsqu'une surface fixe a été attribuée à chaque culture, et l'approvisionnement total en eau n'était pas limitatif, un rendement maximal a été atteint en fournissant la plus grande fraction d'eau disponible aux cultures maraîchères (poivron, aubergine, tomate, haricots), avec des volumes saisonniers correspondants à la restitution intégrale des besoins en eau d'irrigation (de 6760 à 3570 m3 ha-1), ceci tout en en dédiant des volumes égaux à 78, 62, 48, 41% des besoins en eau au maïs estival et printanier et la betterave à sucre automnale et printanière. Lorsque l'allocation d'eau et de terres ont été simultanément étudiés, les modes de culture optimales et les volumes saisonniers ont également été identifiés. Ils ont varié en fonction de la culture et de l'approvisionnement total en eau, mais ils ont aussi varié pour la même culture, en fonction d'un approvisionnement donné. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

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