Tesis Doctorado
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Browsing Tesis Doctorado by Author "Holzapfel Hoces, Eduardo"
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Item Eficiencia en el uso del agua: uso en conjunto del análisis de ciclo de vida y optimización multiperíodo.(Universidad de Concepción, 2019) Kuschel Otárola, Mathias Nicholas; Rivera Salazar, Diego Andrés; Holzapfel Hoces, EduardoWith the need to feed an increasing population, the worldwide irrigated area should increase in 30 M ha demanding 40% more water and energy for the next 20 years. Agriculture, however, has contributed to water scarcity. Among different proposed solutions, optimisation has includedin this thesis, which aims to assign resources among competitive activities, subject to some restrictions and solved through mathematical algorithms. A key part of the optimisation model is a crop production function, which relates the yield reduction as a result of the relative loss in evapotranspiration. In the literature, most of the researches are based at a seasonal timescale, i.e., they do not account for intraseasonal changes. Therefore, the motivation was to develop in Chapter 1, a monthly crop yield function based on crop features (yield response factor for each growth stage and its duration in days) and sowing dates. This approach presented low values of RMSE and RD (below to 0.03 and 6.75%, respectively) when was compared to the daily approach proposed by Raes et al. (2006). Once the monthly crop yield function was developed, it was included in a monthly optimisation model to obtain an optimum cropping pattern and monthly water allocation for irrigated agriculture to obtain maximum profits (Chapter 2). The model included improvements in water resource management such as water storage and water transactions, being the latter a monthly decision variable that can increase farmer’s profits. Results showed that the model not only attains higher profits but also decreases uncertainty and improves risk management. With respect to the monthly crop yield function developed in Chapter 1, the yield response factors proposed by Doorenbos and Kassam (1979) and FAO (2017), are not specific for a particular soil type or management. Therefore in Chapter 3 was included AquaCrop-OS (Foster et al., 2017), an open source code version of AquaCrop (Steduto et al., 2009) which was written in MATLAB. AquaCrop simulates attainable yields of crops as a function of water consumption under rainfed, supplemental, deficit and full irrigation conditions and has been used to determine accurately crop yield in some crops. The objective was to estimate the yield response factor (slope of the crop yield function) under local conditions for a given crop, soil, weather, sowing date and management and for each growth stage which depends on the growing degree days (GDD) instead of days. Results showed that there was a good agreement in the proposed methodology (over 85% of the results for each crop presented NRMSE values below to 20%).Item Optimización de huertos frutales y proyecciones climáticas en cultivos anuales: Un enfoque estratégico para la agricultura del Valle Central de Chile(Universidad de Concepción, 2025) Quezada Henríquez, Luciano Alexis; Holzapfel Hoces, EduardoLa sostenibilidad de los sistemas agrícolas enfrenta presiones crecientes derivadas del aumento en la demanda alimentaria, la escasez de recursos hídricos y los impactos acelerados del cambio climático. Estos desafíos se manifiestan con especial intensidad en el Valle Central de Chile, donde la agricultura bajo riego constituye una actividad clave. En este contexto, la planificación agrícola predial requiere herramientas que integren de forma sistemática variables técnicas, económicas y climáticas, permitiendo decisiones estratégicas y adaptativas en escenarios de alta incertidumbre. Esta tesis propone el uso de modelos de optimización y simulación como instrumentos para fortalecer la planificación agrícola, aplicados en huertos frutales y cultivos anuales bajo distintas condiciones de manejo y horizontes temporales. Con el fin de optimizar la planificación frutícola en el largo plazo, se desarrolló un modelo de optimización no lineal para determinar el patrón óptimo en huertos frutales con un horizonte de planificación de 20 años. El modelo considera la distribución anual de agua disponible, la volatilidad de precios, la disponibilidad de mano de obra y otras restricciones operativas, con el objetivo de maximizar las utilidades netas prediales. Los resultados muestran que el modelo permite identificar combinaciones de especies más rentables y adaptadas a las restricciones del predio, concluyendo que la disponibilidad de agua y mano de obra son factores críticos en la planificación de largo plazo. Posteriormente, el modelo fue aplicado a una empresa agrícola, donde se evalúan tres patrones de establecimiento utilizados en distintos periodos, integrando datos reales sobre superficie plantada, especies cultivadas y escenarios operativos. Además, se analizó cómo distintos niveles de eficiencia en el uso del agua afectan la rentabilidad y sostenibilidad del sistema. El patrón optimizado propuesto aumentó las utilidades netas en un 32.7% respecto al patrón del año 2000. El análisis de sensibilidad mostró que variables como la disponibilidad hídrica y las condiciones de mercado pueden alterar significativamente la rentabilidad, lo que evidencia la necesidad de analizar los patrones de establecimiento bajo distintos escenarios. Estos resultados confirman el potencial del modelo como herramienta de apoyo a la toma de decisiones para mejorar la planificación predial en huertos frutales. Finalmente, se utilizó el modelo de simulación AquaCrop para evaluar los impactos proyectados del cambio climático (escenario RCP8.5) en, la demanda hídrica y el rendimiento de los cultivos de maíz, remolacha azucarera y trigo en la cuenca del río Itata para el periodo 2035–2065. Los resultados evidenciaron una marcada heterogeneidad espacial y temporal en los requerimientos netos de riego, siendo la remolacha el cultivo más demandante de agua. Las proyecciones indicaron incrementos en el rendimiento y en la productividad del agua de riego para trigo y remolacha, mientras que el maíz mostró una respuesta menos favorable, afectada por la reducción en la duración del ciclo fenológico y su menor sensibilidad fisiológica al incremento de CO2. El adelanto en la fecha de siembra permitió extender el ciclo de los cultivos, mejorar el rendimiento y reducir el requerimiento neto de riego, lo cual demuestra su eficacia como medida de adaptación agroclimática. En conjunto, la tesis entrega herramientas robustas que permiten apoyar decisiones productivas resilientes frente a escenarios de cambio climático y operativa creciente.Item Simulación de sistemas de microirrigación en topografía accidentada utilizando computación en malla y desarrollo de una metodología para educación en línea.(Universidad de Concepción, 2006) Sepúlveda Bustos, Elsa Susana; Holzapfel Hoces, EduardoPresiones tales como el crecimiento demográfico, recursos naturales degradados y la necesidad de desarrollar sistemas de producción agrícola sustentables, hacen necesario que la Ingeniería Agrícola se enfoque en: Mejorar los conocimientos básicos relacionados a la profesión, desarrollar o adaptar nuevas tecnologías para el diseño, construcción y manejo de estos sistemas, y educar a los ingenieros del futuro para poder responder a estos problemas. Actualmente, los avances en Biología y Tecnología de Información están afectando en forma profunda la profesión de Ingeniería Agrícola. Por esta razón, este trabajo se enfocó sobre aspectos relacionados a la Tecnología de Información en el contexto de la problemática anterior.