Irrigation System Selection Using Analytical Hierarchy Process (AHP)

Abstract

Considering the land conditions, choosing the optimal irrigation method involves a complex decision-making process. This study aims to approach the irrigation method selection issue through multi-criteria decision-making methods. The importance levels of the prominent criteria for method selection were determined by obtaining expert opinions through the Analytic Hierarchy Process (AHP) method. Weights for the criteria, including water use efficiency, system cost, crop type, technical knowledge, water availability, climate, soil type, traditional practices, slope, and water quality, were identified. The results indicate that water availability is the most critical criterion with a weight of 23,7%. The least important criterion is traditional practices with a weight of 2,9%. When all criteria are evaluated together, drip irrigation is identified as the most advantageous choice, followed by sprinkler irrigation in the second place, furrow irrigation in the third, and flood irrigation in the fourth. Drip irrigation excels in water use efficiency and water availability, while surface irrigation and furrow irrigation stand out in terms of system cost and technical knowledge. Recommending drip irrigation as the most suitable method for the highest water use efficiency holds significant importance for preserving water resources and achieving agricultural sustainability, especially in regions where water is limited, and groundwater is utilized.

Keywords

• Irrigation methods
• Analytical hierarchy process (AHP)
• Decision making
• Drip irrigation

Analitik Hiyerarşi Süreci (AHP) ile Sulama Sistemi Seçimi

Öz

Arazi koşulları düşünüldüğünde, en uygun sulama yöntemini seçmek karmaşık bir karar verme sürecini gerektirir. Bu çalışma, sulama yöntemi seçimi sorununa çok kriterli karar verme yöntemleriyle yaklaşmayı amaçlamaktadır. Yöntem seçimi için öne çıkan kriterlerin önem dereceleri Analitik Hiyerarşi Süreci (AHP) yöntemi aracılığıyla uzman görüşleri alınarak belirlenmiştir. Tava sulama, karık sulama, damla sulama ve yağmurlama sulama yöntemlerinin değerlendirilmesi için; su kullanım etkinliği, sistem maliyeti, bitki tipi, sulama yapacak kişinin teknik bilgisi, su mevcudiyeti, iklim, toprak tipi, geleneksel alışkanlıklar, eğim ve su kalitesi kriterlerinin ağırlıkları belirlenmiştir. Sonuçlar, su mevcudiyeti kriterinin %23,7'lik bir ağırlıkla en önemli kriter olduğunu göstermektedir. En az önemli kriter ise geleneksel alışkanlıklar olarak belirlenmiştir (%2,9). Tüm kriterlerin birlikte değerlendirildiği durumda, damla sulama yöntemi en avantajlı seçim olarak belirlenirken, sırasıyla yağmurlama sulama yöntemi ikinci, karık sulama üçüncü ve tava sulama ise dördüncü sırada yer almıştır. Damla sulama yönteminin diğer yöntemlere göre en üstün olduğu kriterler su kullanım etkinliği ve su mevcudiyeti olmuş, sistem maliyeti ve teknik bilgi açısından ise yüzey sulama ve karık sulama öne çıkmıştır. Su kaynaklarının korunması ve tarımsal sürdürülebilirlik açısından, suyun etkin kullanımının en yüksek olduğu damla sulama yöntemini en uygun sulama yöntemi olarak önerilmiştir. Türkiye'nin iklim koşullarındaki potansiyel değişimleri göz önünde bulundurarak, özellikle suyun sınırlı olduğu ve yer altı sularının kullanıldığı bölgeler için damla sulama yönteminin benimsenmesi büyük önem taşımaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Sulama yöntemleri
• Analitik hiyerarşi süreci (AHP)
• Karar verme
• Damla sulama

Kaynakça

1. Aksit B., Akçay AA. Sociocultural aspects of irrigation practices in South-Eastern Turkey. International Journal of Water Resources Development 1997; 13(4): 523-540.
2. Aydeniz A. Aydeniz metodu ile Türkiye’nin kuraklık değerlendirilmesi. DMİ Zirai Meteoroloji ve İklim Rasatları Dairesi Başkanlığı; 1988.
3. Borsato E., Martello M., Marinello F., Bortolini L. Environmental and economic sustainability assessment for two different sprinkler and a drip irrigation systems: A case study on maize cropping. Agriculture 2019; 9(9): 187.
4. Brouwer C., Prins K., Kay M., Heibloem M. Irrigation water management: irrigation methods. Training Manual 1988; 9(5): 5-7.
5. Burak S., Samanlioglu F., Ülker D. Evaluation of irrigation methods in Söke Plain with HF-AHP-PROMETHEE II hybrid MCDM method. Agricultural Water Management 2022; 271: 107810.
6. Burt CM., Clemmens AJ., Bliesner R., Merriam JL., Hardy L. Selection of irrigation methods for agriculture. PA: American Society of Civil Engineers; 1999.
7. Chen CJ., Huang CC. A multiple criteria evaluation of high-tech industries for the science-based industrial park in Taiwan. Information Management 2004; 41(7): 839-851.
8. Clemmens AJ., Dedrick AR. Irrigation techniques and evaluations. In: K.K Tanji, K. Yaron. (ed.) Management of Water Use in Agriculture: Advanced Series in Agricultural Sciences, Berlin: Springer 1994; 64-103.

9. Dengiz O. Comparison of different irrigation methods based on the parametric evaluation approach. Turkish Journal of Agriculture and Forestry 2006; 30(1): 21-29.
10. Evans RG., LaRue J., Stone KC., King BA. Adoption of site-specific variable rate sprinkler irrigation systems. Irrigation Science 2013; 31: 871-887.
11. Finkel HJ., Nir D. Criteria for the choice of irrigation method. Haifa: CRC Press; 1983.
12. Holzapfel EA., Marino MA., Chavez-Morales J. Performance irrigation parameters and their relationship to surface-irrigation design variables and yield. Agricultural Water Management 1985; 10(2): 159-174.
13. Karami E. Appropriateness of farmers’ adoption of irrigation methods: The application of the AHP model. Agricultural Systems 2006; 87(1): 101-119.
14. Lupia DF. Crop/land suitability analysis by ArcGIS tool. Rome: Technical Report; 2014.
15. MGM. Turkish State Meteorological Service, climate data of long term period; 2024.
16. Mmolawa K., Or D. Root zone solute dynamics under drip irrigation: A review. Plant and Soil 2000; 222(1-2): 163-190.
17. Montazar A., Behbahani SM. Development of an optimised irrigation system selection model using analytical hierarchy process. Biosystems Engineering 2007; 98(2): 155-165.
18. Öztürk O. Farklı sulama yöntemlerinin İtalyan çiminin (Lolium multiflorum) verim, bitki su tüketimi ve bazı yem kalitesi değerlerine etkileri. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 2022; 59(2): 313-322.
19. Saaty TL. A scaling method for priorities in hierarchical structures. Journal of Mathematical Psychology 1977; 15(3): 234-281.
20. Srdjevic B., Jandric Z. Analytic hierarchy process in selecting the best irrigation method. Journalon Agricultural Systems 2007; 7(1): 117-124.
21. Temizel KE. Tava sulama yönteminin planlanması ve çiftçiye adaptasyonu sağlayabilecek grafiksel bir yaklaşım. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi 2012; 9(1): 26-32.
22. Turan ES. Türkiye'nin iklim değişikliğine bağlı kuraklık durumu. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi 2018; 4(1): 63-69. TÜİK. Türkiye İstatistik Kurumu. Bitkisel Üretim İstatistikleri. https://biruni.tuik.gov.tr/medas/?kn=92&locale=tr (Erişim Tarihi: 14.04.2024).
23. Umi HN., Tricahya RA., Farid AM. Performance analysis of drip and sprinkler irrigation on pineapple cultivation. The 3rd Environmental Resources Management in Global Region, (pp. 450-459): 14-17 November 2019, Indonesia. 2020
24. Ünal Z., Çetin Eİ. Gübre üreticisinin hedef pazar seçiminde bütünleşik AHP-TOPSIS yöntemi. Mediterranean Agricultural Sciences 2019; 32(3): 357-364.
25. Van der Kooij S., Zwarteveen M., Boesveld H., Kuper M. The efficiency of drip irrigation unpacked. Agricultural Water Management 2013; 123, 103-110.
26. Veisi H., Deihimfard R., Shahmohammadi A., Hydarzadeh Y. Application of the analytic hierarchy process (AHP) in a multi-criteria selection of agricultural irrigation systems. Agricultural Water Management 2022; 267: 107619.
27. Wind Y., Saaty TL. Marketing applications of the analytic hierarchy process. Management Science 1980; 26(7): 641-658.
28. Ye S., Han J., Liu T. Determination of optimum irrigation strategies and effect of drip irrigation system on growth and water use efficiency of pear jujube in Loess Hilly region of northern Shaanxi. PLoS One 2019; 14(8): e0221925.
29. Zhang T., Zou Y., Kisekka I., Biswas A., Cai, H. Comparison of different irrigation methods to synergistically improve maize’s yield, water productivity and economic benefits in an arid irrigation area. Agricultural Water Management 2021; 243: 106497.