Remote Sensing and Artificial Intelligence for monitoring of irrigated areas and quantification of water usage

Abstract

En l’actual context de manca d’aigua i creixents demandes hídriques, hi ha una necessitat urgent de monitoritzar i optimitzar l’ús dels recursos hídrics. Atès que l’agricultura de regadiu és el principal usuari d’aigua dolça, un seguiment meticulós d’aquest procés és essencial per afinar les polítiques de gestió de l’aigua, garantir la seguretat alimentària i mantenir la integritat ambiental. Per fer front a aquests reptes i proporcionar informació pràctica, cal monitoritzar els regadius de manera contínua a gran escala, motivant la necessitat d’adoptar tecnologies com la teledetecció. No obstant això, considerant la heterogeneïtat espacial dels regadius, hi ha també una necessitat persuasiva de monitoritzar el reg a nivell de parcel·la, incitant a la investigació i desenvolupament de nous productes de teledetecció d’alta resolució. Tenint en compte aquests requisits específics, aquesta tesi pretén avançar en la monitorització dels regadius mitjançant la teledetecció, amb un focus principal en la regió semiàrida del Mediterrani. Actualment, la manca d’informació completa i precisa sobre les pràctiques de reg existents en aquesta regió semiàrida limita l’eficàcia de la gestió dels recursos hídrics. Per tancar aquesta bretxa de coneixement, aquesta tesis doctoral proposa aprofitar una sinergia d’observacions de teledetecció a través de múltiples bandes espectrals per detectar i quantificar les pràctiques de reg tant a nivell de parcel·la com de comunitat de regants.

En el actual escenario de escasez de agua y crecientes demandas hídricas, existe una necesidad urgente de monitorear y optimizar el uso de los recursos de agua dulce. Dado que la agricultura de regadio es el principal usuario de agua dulce, un monitoreo meticuloso de este proceso es esencial para perfeccionar las políticas de gestión del agua, garantizar la seguridad alimentaria y mantener la integridad ambiental. Para abordar estos desafíos y proporcionar información práctica, el riego debe ser monitoreada de manera continua a gran escala, lo que motiva la necesidad de adoptar tecnología de teledetección. Sin embargo, también es necesario monitorear a nivel de parcela, dada la heterogeneidad espacial de este proceso, lo que impulsa la investigación de nuevos productos de teledetección de alta resolución. Guiada por estos requisitos específicos, esta tesis tiene como objetivo avanzar en el monitoreo de las prácticas de riego mediante teledetección, con un enfoque principal en la región semiárida del Mediterráneo. Para cerrar esta brecha de conocimiento, esta tesis propone aprovechar una sinergia de observaciones de teledetección en diferentes bandas espectrales para detectar y cuantificar las prácticas de riego tanto a nivel de parcela como de comunidad de regantes.

In the current scenario of water scarcity and increasing water demands, there is an urgent need to monitor and optimize the use of freshwater resources. Given that irrigation is the principal consumer of freshwater, meticulous monitoring of this process is essential for refining water management policies, ensuring food security, and maintaining environmental integrity. Irrigation must be monitored continuously at a large scale, motivating the need to adopt remote sensing technology. Nevertheless, considering the spatial heterogeneity of irrigation, there is also a compelling need for field-level monitoring, prompting research into novel high-resolution remote sensing products. Guided by these specific requirements, this thesis seeks to advance irrigation monitoring through remote sensing, with a primary focus on the semi-arid Mediterranean region, where a lack of comprehensive and precise information on irrigation practices in the Mediterranean semi-arid region hinders effective water resource management. To bridge this knowledge gap, this thesis proposes leveraging a synergy of remote sensing observations across multiple spectral bands to detect and quantify irrigation practices at both field and district levels.