CALCULATION AND VISUALIZATION OF WATER CONSUMPTION RATES OF CROPS WHEN USING INFORMATION TECHNOLOGIES | МЕТОДОЛОГІЯ РОЗРАХУНКУ ТА ВІЗУАЛІЗАЦІЇ НОРМ ВОДОПОТРЕБИ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР З ВИКОРИСТАННЯМ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Английский. The article analyzes existing approaches to determining water consumption rates of crops for irrigation in Ukraine. They were estimated at the level of weather stations and regions, in view of climate change and the need for their constant updating using the developed automated system and information technologies. It was found that water need for growing crops has increased significantly, especially in the southern regions of Ukraine. This work is a continuation of the study of evapotranspiration, its components and dynamics based on remote sensing data and calculations when using the Penman-Monteith-Leuning method. The obtained results are presented in an interactive database and as visualized cartographic information. The rate calculation was carried out based on the potential evapotranspiration for the period 2005–2024, when using the biophysical Shtoiko method, which allows determining water consumption rates taking into account a natural moisture deficit. Meteorological data from regional weather stations operating in automatic mod as well as the information systems developed at the Institute of Water Problems and Land Reclamation were used for calculations. Water consumption was estimated based on water balance equations and multi-year series of agricultural and meteorological observations. The average annual sowing dates and development phases of the main crops in the regions of Ukraine were also specified, with reference to weather stations, and the maps of water consumption spatial distribution were built. A database of crop water consumption rates  was created with integrating geospatial parameters. Python software was developed using the Folium, Shapely, and Django libraries for data analysis and visualization. For geospatial presentation of the results, the zones of weather stations influence were calculated using the Thyssen-Voronyi polygon method. The study revealed a significant increase in water consumption rates for crops in Ukraine over the past two decades compared to the control climatic period of 1960-2000. In the Steppe zone, water consumption increased by 40%, in the Forest-Steppe and Polissya zones - by 15%. Data analysis for 2005-2024. Analysis of data for 2005-2024 confirmed a further increase in water consumption in all climatic zones by an average of 18-25%. Combining these data with web tools increases the availability of information and promotes its practical use in agriculture. Maps of water consumption deficits for the warm period of the year, water consumption rates for corn and wheat for the years of 50%, 75% and 95% water supply deficit, which reflect regional variability in their distribution, were built. The study confirmed the need for constant updating of water consumption rates and their consideration in planning agricultural policy and water management.

украинский. У дослідженні проаналізовано існуючі підходи до визначення та коригування норм водопотреби сільськогосподарських культур для зрошення в Україні. Коригування норм водопотреби здійснено по всім метеостанціям, для кожної з яких визначені дати настання фенологічних фаз сільськогосподарських культур. Виконано оцінку їх величини на рівні метеостанцій та областей, враховуючи сучасні кліматичні зміни та необхідність їх постійного оновлення з використанням розробленої автоматизованої системи та інформаційних технологій. Встановлено, що потреба у воді для вирощування культур значно зросла, особливо в південних регіонах України. Ця робота є продовженням дослідження евапотранспірації, її компонентів та динаміки за даними ДЗЗ за методом Penmann-Monteith-Leuning. Інтеграція до оцінювання евапотранспірації, розрахованої за різними методами залежно від наявних даних, дозволяє точніше враховувати зміни водопотреби сільськогосподарських культур, кліматичні зміни та регіональні особливості вирощування сільськогосподарських культур. Отримані результати впроваджено у вигляді інтерактивної бази даних та візуалізованої картографічної інформації. Розрахунок норм здійснено на основі потенційної евапотранспірації за період 2005–2024 рр. із використанням біофізичного методу Штойка, що дозволяє визначити оптимальні норми водопотреби з урахуванням дефіциту природного зволоження. Для розрахунків обирали метеорологічні дані регіональних метеостанцій, що працюють в автоматичному режимі та інформаційні системи розроблені в ІВПіМ. Оцінку водопотреби здійснювали на основі водно-балансових рівнянь та багаторічних рядів агро- та метеоспостережень. Проведена адаптація настання середньорічних дат сівби по основних сільськогосподарських культурах, здійснено уточнення настання фаз розвитку сільськогосподарських культур по регіонах України, з прив'язкою до метеостанцій,  побудовано карти просторового розподілу норм водопотреби. Створена база даних норм водопотреби сільськогосподарських культур з інтеграцією геопросторових параметрів. Розроблено програмне забезпечення на Python із застосуванням бібліотек Folium, Shapely, Django для аналізу та візуалізації даних. Для просторового розподілу і аналізу поширення результатів розраховані зони впливу метеостанцій за методом полігонів Тиссена-Вороного. Дослідження встановило значне зростання норм водопотреби сільськогосподарських культур в Україні за останні два десятиліття порівняно з контрольним кліматичним періодом 1960-2000 років. У степовій зоні водопотреба збільшилася до 40%, у лісостеповій та поліській – на 15%. Аналіз даних 2005-2024 рр. підтвердив подальше зростання водопотреби у всіх кліматичних зонах в середньому на 18-25%. Удосконалення методів розрахунку норм водопотреби  з урахуванням фенологічних фаз розвитку культур за шкалою BBCH, дозволяє точніше оцінювати накопичення дефіцитів вологи протягом вегетаційного сезону. Поєднання цих даних із веб-інструментами підвищує доступність інформації та сприяє практичному використанню її у сільському господарстві. Побудовано карти розповсюдження дефіцитів водопотреби для теплого періоду року, норм водопотреби для кукурудзи та пшениці для років 50%, 75% та 95% за дефіцитом водозабезпеченості, що враховують регіональні мінливості їх розподілу. Дослідження підтвердило необхідність постійного оновлення норм водопотреби та їх врахування при плануванні аграрної політики та управлінні водними ресурсами.