ESTIMATION OF IRRIGATION WATER REQUIREMENTS FOR SELECTED CROPS IN BOLIVIA USING A SEBAL-BASED PHENOLOGICAL WEIGHTING APPROACH. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Master_Thesis Jhonny_San_Miguel.pdf Restricted to Repository staff only until 4 June 2027. Download (2MB)

Arabic Abstract

يعتمد تحديد احتياجات الري على التقدير الدقيق للتبخر النتحي الفعلي ومعاملات المحصول في مراحل نمو المحاصيل المختلفة. وتختلف هذه المعايير تبعًا لاختلاف خصائص الأراضي الزراعية. ويمكن تقدير التبخر النتحي الفعلي باستخدام بيانات الأقمار الصناعية النقطية، وبالاقتران مع التبخر النتحي المرجعي والهطول الفعال، يُمكن تحديد قيم معامل المحصول واحتياجات الري الخاصة بكل مرحلة. أُجريت الدراسة في ثلاث مناطق في بوليفيا: توكو (ذرة)، وأوريوندو (عنب)، وسان خوسيه دي تشيكيتوس (فول الصويا). وشملت المنهجية المطبقة ما يلي: (1) الحصول على بيانات الأقمار الصناعية النقطية والبيانات المناخية؛ (2) تقدير التبخر النتحي الفعلي (ETa) شهريًا باستخدام خوارزمية توازن طاقة سطح الأرض (SEBAL)؛ (3) حساب التبخر النتحي المرجعي (ETo) والتبخر الفعال (Peff) شهريًا باستخدام برنامج CROPWAT؛ (4) تحديد التبخر النتحي الفعلي (ETa) والتبخر النتحي المرجعي (ETo) لكل مرحلة من مراحل النمو من خلال نهج الترجيح الفينولوجي؛ (5) تقدير معامل النفاذية للمحصول (Kc) في المراحل الأولية، ومرحلة النمو، ومنتصف الموسم، والمراحل المتأخرة من نمو المحصول؛ (6) تقييم معامل النفاذية للمحصول (Kc) المُقدَّر مقارنةً بالقيم المرجعية باستخدام المؤشرات الإحصائية؛ و(7) تقدير احتياجات الري. أظهر تقييم معامل امتصاص الماء (Kc) خطأً متوسطًا تربيعيًا (RMSE) وخطأً مطلقًا نسبيًا (MAPE) بنسبة 0.17% و22% على التوالي للذرة، و0.06% و10% للعنب، و0.12% و16% لفول الصويا. علاوة على ذلك، بلغت الاحتياجات التراكمية للري 81 ملم، و190 ملم، و208 ملم على التوالي. على الرغم من محدودية الدقة الزمنية لصور الأقمار الصناعية، سمحت المنهجية ليس فقط بتحديد احتياجات الري، بل أيضًا بتحديد تباينها المكاني والزماني. حسّن هذا النهج تمثيلية التبخر النتحي الفعلي (ETa)، وبالتالي، تقديرات معامل امتصاص الماء (Kc) ومعدل الري (IR). تُعد هذه النتائج قيّمة لتخطيط الري وإدارة الموارد المائية. لذلك، يمكن تطبيق المنهجية المطورة على محاصيل ومناطق أخرى.

English Abstract

The determination of irrigation requirements (IR) depends on accurate estimation of actual evapotranspiration (ETa) and crop coefficients (Kc) in different stages of crop growth. These parameters are variable depending on heterogeneity across agricultural landscapes. ETa can be estimated using satellite raster data, and together with reference evapotranspiration (ETo) and effective precipitation (Peff), allows the determination of stage-specific Kc values and irrigation requirements. The study was conducted in three regions of Bolivia: Toco (grain maize), Uriondo (grapes), and San José de Chiquitos (soybean). The methodology applied included: (1) acquisition of satellite raster data and climatological data; (2) estimation of monthly ETa using the Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL); (3) calculation of monthly ETo and Peff using the CROPWAT software; (4) determination of ETa and ETo for each phenological stage through a phenological weighting approach; (5) estimation of Kc for the initial, development, mid-season, and late stages of crop growth; (6) evaluation of the estimated Kc respect to reference values using statistical indicators; and (7) estimation of irrigation requirements. The evaluation of Kc showed a root mean square error (RMSE) and a mean absolute percentage error (MAPE) of 0.17 and 22% for grain maize, 0.06 and 10% for grapes, and 0.12 and 16% for soybeans. Furthermore, the cumulative irrigation requirements reached 81 mm, 190 mm, and 208 mm, respectively. Despite the limitations in temporal resolution of satellite imagery, the methodology allowed not only to determine irrigation requirements but also their spatial and temporal variability. This approach improved the representativeness of ETa and, consequently, the Kc and IR estimations. The findings are valuable for irrigation planning and water resources management. Therefore, the developed methodology can be applied to other crops and regions.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering Civil Engineering > Water and Environmental Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Thesis Advisor:	Ahmed Al Areeq,
Thesis Committee Members:	Mohammad Al-suwaiyan, Md Shakhawat Chowdhury,
Depositing User:	JHONNY SAN MIGUEL FLORES
Date Deposited:	10 Jun 2026 06:07
Last Modified:	10 Jun 2026 06:07
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144505