Computational modeling for irrigated agriculture planning. Part I: general description and linear programming

Abstract

Linear programming models are effective tools to support initial or periodic planning of agricultural enterprises, requiring, however, technical coefficients that can be determined using computer simulation models. This paper, presented in two parts, deals with the development, application and tests of a methodology and of a computational modeling tool to support planning of irrigated agriculture activities. Part I aimed at the development and application, including sensitivity analysis, of a multiyear linear programming model to optimize the financial return and water use, at farm level for Jaíba irrigation scheme, Minas Gerais State, Brazil, using data on crop irrigation requirement and yield, obtained from previous simulation with MCID model. The linear programming model outputted a crop pattern to which a maximum total net present value of R$ 372,723.00 for the four years period, was obtained. Constraints on monthly water availability, labor, land and production were critical in the optimal solution. In relation to the water use optimization, it was verified that an expressive reductions on the irrigation requirements may be achieved by small reductions on the maximum total net present value.KEYWORDS: irrigation requirement, financial return, simulation model. MODELAGEM COMPUTACIONAL PARA PLANEJAMENTO EM AGRICULTURA IRRIGADA. PARTE I: DESCRIÇÃO GERAL E PROGRAMAÇÃO LINEAR 1RESUMO: Modelos de programação linear são ferramentas eficazes de suporte ao planejamento inicial ou periódico de empreendimentos agrícolas, requerendo, todavia, coeficientes técnicos que podem ser obtidos por modelos computacionais de simulação. Este trabalho, dividido em duas partes, aborda o desenvolvimento, a aplicação e os testes de metodologia e da modelagem computacional de uma ferramenta de auxílio ao planejamento da exploração agrícola irrigada. Teve-se o objetivo de desenvolver e aplicar, com análise de sensibilidade, um modelo de programação linear plurianual para otimização do retorno financeiro e uso da água, em nível de propriedade rural no perímetro de irrigação do Jaíba -MG, utilizando dados de requerimento de irrigação e produtividade de culturas, obtidos com o modelo de simulação MCID. O modelo de programação linear indicou um padrão de cultivo para o qual se obteve o máximo valor presente líquido total, de R$ 372.723,00 para o período de quatro anos. Restrições quanto à disponibilidade mensal de água, mão-de-obra, terra e produção foram críticas na solução ótima. Em relação à otimização de uso da água, verificou-se que expressivas reduções no requerimento de irrigação podem ser obtidas com pequenas reduções no valor presente líquido total máximo.

Water use optimization through alternative water depths in the Formoso Irrigation District

“…Table 3.Cultivated areas (ha), water depths with their respective yields and financial return for each studied crop, and sensitivity analysis of the model's objective function Table 4.Marginal costs associated with the non-basic activities and minimum value of the contribution to the profit for a volume Similarly, land was not restrictive in several months of the year in a study conducted by Santos et al (2009) in the Baixo Acaraú Irrigation Project -CE, also with analysis by linear programming tools. Andrade et al (2008), seeking to establish an optimal cultivation pattern in the Gorutuba Irrigation District, MG, found that land-related constraints were not that pronounced in comparison to the effects of water and labor constraints.…”

“…The linear programming was used in the studies to optimize agricultural production systems, considering single or multiple cropping systems, subjected or not to specific irrigation plans (Carvalho et al, 2000;Borges Júnior et al, 2008;Lima et al, 2008;Schonwald et al, 2008;Carvalho et al, 2009;Marques et al, 2009;Schardong et al, 2009;Santos et al, 2009;Cabral et al, 2011;Delgado et al, 2012).…”

Software for calculation of reservoir active capacity with the sequent-peak algorithm

“…The linear programming models are effective tools to support initial or periodic planning of agricultural enterprises, requiring, however, technical coefficients that can be determined using computer simulation models (BORGES JÚNIOR et al, 2008). These authors present a study that involves the development, application and tests of a methodology and of a computational modeling tool to support planning of irrigated agriculture activities.…”

Efetividade da cobrança pelo uso da água e implicações na configuração da agricultura irrigada em Cristalina/GO

“…O estudo utilizou o método de pesquisa operacional, aplicando um modelo de programação linear por meio da ferramenta Solver, disponível no Microsoft Office Excel. A pesquisa operacional utiliza modelos matemáticos e tem sido utilizada como metodologia em estudos de analisam a otimização de alternativas para uso dos fatores de produção em empreendimentos agrícolas (BORGES JÚNIOR et al, 2008;CARVALHO et al, 2000;DELGADO et al, 2012;FRIZZONE et al, 1994), sobretudo como estratégia de gestão e planejamento das atividades, tendo o objetivo de encontrar um melhor conjunto de alternativas, dadas as restrições impostas pelo ambiente, as quais geralmente consideram as relações entre a atividade econômica e os recursos naturais. Dessa forma, a pesquisa operacional visa simular a realidade por meio de um conjunto de variáveis que descrevem a dinâmica do sistema e que compõem uma função objetivo com suas distintas restrições (ACKOFF, 1979).…”