I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.  15 ,   No .   1 Ma r ch   20 26 ,   p p .   1 4 2 ~ 1 5 4   I SS N:  2252 - 8 8 1 4 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijaas . v15. i 1 . pp 142 - 1 5 4          142       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a a s . ia esco r e. co m   Ens emble ma chin e learning  bas ed  mo del t o  estima te  irriga tion  wa ter  re quireme nt  for  whea t  crop       Sa t endra   K um a J a in,  Anil K um a G up t a   D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e   a n d   A p p l i c a t i o n s,  B a r k a t u l l a h   U n i v e r si t y ,   B h o p a l ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   1 5 ,   2 0 2 5   R ev is ed   No v   1 8 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   J an   1 ,   2 0 2 6       In d ia  fa c e a   se rio u wa ter  sh o rta g e   issu e ,   a it p o p u latio n   g r o ws   f a ste th a n   th e   p e rc e n tag e   o f   fre sh   wa ter  a v a il a b le,  wit h   o n l y   4 %   o f   th e   wo rld ' fre sh   wa ter  a v a il a b le  to   1 8 %   o th e   wo rld ' p o p u lati o n .   A g ricu lt u re   se c to is  m o re   wa ter - c o n su m in g   se c to i n   In d ia .   In d ia' irri g a ti o n   s y ste m   stil f a c e two   sig n ifi c a n p ro b lem s:  lo irri g a t io n   e fficie n c y   a n d   a   lac k   o o p t imiz a ti o n   d u ri n g   irri g a ti o n .   T o   a d d re ss   th e se   p ro b lem s ,   a g ricu l tu rists  o u g h t o   b e   a wa re   o th e   wa ter  re q u irem e n ts  fo c ro p b e fo re h a n d .   I n n o v a ti v e   fi e ld li k e   m a c h in e   lea rn in g ,   a   b ra n c h   o a r ti ficia in tell ig e n c e ,   h a v e   a   b ig   p o ten ti a to   imp ro v e   irri g a ti o n .   Ve rify i n g   t h e   su it a b il it y   o t h e   g ra d ien t   b o o sti n g   re g re ss o m a c h in e   lea rn in g   a l g o r it h m - b a se d   m o d e fo r   e stim a ti n g   irri g a ti o n   wa ter  re q u irem e n ts   (IW R)   is  th e   a im  o th is  re se a rc h .   Th e   e x p e rime n is  c o n d u c ted   i n   Lu d h ia n a ,   a   c it y   in   Ce n tral  P u n jab ,   I n d ia ,   wit h   a   h o t,   se m i - a rid   c li m a te  th a fe a tu re sc o rc h in g   su m m e rs  a n d   c h il ly   wi n ters .   T h e   re su lt d e m o n stra te  th e   re m a rk a b ly   h ig h   a c c u ra c y   ra te   with   c o e fficie n o f   d e term in a ti o n   ( R 2 )   = 0 . 9 8   f o p re d ictin g   IW R .   T h e   su g g e ste d   m o d e l ,   wh ich   is   b a se d   o n   a   g ra d ie n b o o st in g   re g re ss io n ,   a ll o ws   th e   sta k e h o ld e rs  t o   a c c u ra tely   e stim a te  th e   a m o u n o f   wa ter  n e e d e d   fo irri g a ti o n ,   t h e   n u m b e o f   irri g a ti o n   a p p li c a ti o n f o th e   g ro wi n g   se a so n   o wh e a c ro p s ,   a n d   th e   in terv a b e twe e n   irri g a ti o n s.   K ey w o r d s :   C r o p   co ef f icien t   Gr ad ien t b o o s tin g   r eg r ess o r   I r r ig atio n   wate r   r eq u i r em en t   Ma ch in lear n in g   R ef er en ce   ev ap o t r an s p ir atio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Saten d r a   Ku m ar   J ain   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   Ap p licatio n s ,   B ar k atu llah   Un iv er s ity   B h o p al,   Ma d h y a   Pra d esh ,   I n d i a   E m ail:  s aten d r a. k . jain @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   I n d ia  is   in   u n iq u p o s itio n   to   p r o d u ce   wh ea g lo b ally .   I is   g r o wn   in   m o s n o r th er n   I n d ian   s tates,   in clu d in g   Pu n jab ,   Har y a n a,   M ad h y a   Pra d esh ,   a n d   R ajasth an .   W h ea is   r a b cr o p   w h ich   i s   s o wn   in   Octo b er   an d   m at u r e s   in   Ma r ch .   I t   is   b eliev ed   t h at  wh ea t   r eq u ir es  s u f f icien t   am o u n o f   wate r   to   g r o w.   I n   I n d ia,     it  h as  b ee n   o b s er v ed   th at  f ar m e r s   ar g en er ally   u n awa r o f   th am o u n o f   wate r   t h at  is   s p r ay ed   o n   cr o p s   d u r in g   ir r ig atio n .   Sig n if ican wate r   l o s s   d u r in g   ir r ig atio n   h as  also   b ee n   n o ted   as   r esu lt  o f   s p ills ,   leak s ,   an d   ev ap o r atio n .   L ess   ir r ig atio n   ef f icien cy   r esu lts   f r o m   it.  T h ese  p r o b le m s   in s p ir e d   u s   to   s u g g est  m o d el  b ased   o n   ar tific ial  in tellig en ce   t h at  g iv es  u s   r em ar k ab le  p r ec is io n   r e g ar d in g   th am o u n t   o f   wate r   u s ed   d u r in g   ir r ig atio n .   C alcu latin g   th e   f r e q u en cy   o f   ir r ig atio n   ap p licati o n s   an d   th e   tim e   b etwe en   ir r i g atio n s   m ay   also   b ma d ea s ier   b y   t h m o d el.   T o   ac cu r ately   d eter m in th am o u n o f   wate r   n ee d e d   f o r   ir r ig atio n ,   n u m b er   o f   m eteo r o lo g ical  v a r iab les  m u s b co n s id er ed ,   i n clu d in g   tem p er atu r e,   win d   s p ee d ,   h u m id it y ,   s u n s h in h o u r s ,   p r ec ip itatio n ,   an d   r e f er en ce   e v ap o tr an s p ir atio n   ( E T o ) .   T h liter atu r co n tain s   n u m b er   o f   d ir ec an d   in d ir ec t   tech n iq u es f o r   ca lcu latin g   E T o .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       E n s emb le  ma ch in lea r n in g   b a s ed   mo d el  to   esti ma te  ir r ig a tio n   w a ter r eq u ir eme n … ( S a te n d r a   K u ma r   Ja in )   143   co m m o n ly   u s ed   tech n iq u t h at  d ep en d s   o n   clim atic  p a r a m eter s   is   th Pen m an - Mo n teit h   eq u atio n Allen   et  a l.   [ 1 ]   s u g g ested   b y   th Fo o d   an d   Ag r icu ltu r O r g an izatio n   ( FAO) ,   Un ited   Natio n s .   T h wate r   r eq u ir em e n o f   a   cr o p ,   e x p r e s s ed   as  cr o p   ev ap o tr an s p ir ati o ( ETc ) ,   is   ca lcu lated   b y   m u ltip ly in g   its   c r o p   co ef f icien ( Kc )   b y   E T o .   T o g eth er   with   ef f ec tiv r ain f all,   E T c   is   cr u cial  p ar am eter   f o r   d eter m in i n g   th am o u n o f   wate r   n ee d ed   f o r   ir r ig atio n .   T h e r e   h a v b e en   n u m e r o u s   a u th o r s   w h o   h a v c o n t r ib u t e d   s i g n i f i ca n t ly   to   t h e   e s t im a t i o n   o f   i r r i g a t i o n   w a t er   r eq u i r e m en ts   ( I W R )   th r o u g h   t h u s o f   d i r e c t,   in d ir e c t ,   an d   m a ch i n e   l ea r n i n g - b a s e d   m e t h o d s ,   a c co r d i n g   to   th e   l i te r a t u r e   r ev i e w .   S a g g i   an d   J ai n   [ 2 ]   c o m p le t e d   t h o r o u g h   i n v e s t i g a t io n   i n to   s m a r t   i r r i g a t io n   s ch e d u l i n g   d e c i s i o n   s u p p o r t   s y s t em s .   S a tp u t e   e t   a l .   [ 3 ]   e v a lu a t ed   t h e   n e t   a n d   g r o s s   w a t e r   i r r i g a t i o n   r eq u ir e m en t s   f o r   s i x t e e n   d i s t i n c t   cr o p s   i n   C en t r a l   P u n j ab ,   b o t h   w i th   an d   w i t h o u t   e f f e c t i v e   r a i n f a l l .   A k b a r   e a l.   [ 4 ]   u s e d   C r o p W a s o f t wa r t o   e s ti m a t e   c r o p   w a t e r   r e q u i r em en t s   an d   i r r i g a t io n   s c h e d u l i n g   f o r   wh e a t   in   P u n j ab   S t a t e ,   P ak i s t a n ,   a cr o s s   v ar i o u s   c l i m a t i z o n e s .   F ar u q   e t   a l.   [ 5 ]   e s t i m at e d   th c r o p   w a t er   r e q u i r e m en t   f o r   r i c e   i n   B a n d a r b a n ,   B an g l ad e s h ,   u s i n g   th e   s am e   s o f t w ar e .   S o l a n g i   e a l.   [ 6 ]   c a l c u l a t ed   th e   am o u n o f   w a te r   n e e d ed   f o r   t h e   i r r i g a t io n   o f   w h e a t,   co t t o n ,   b a n a n a s ,   a n d   s u g ar c a n e .   Sh ar m et  a l.  [ 7 ]   p r o p o s ed   v ar y in g   Kc  v alu es  f o r   ev e r y   s tag o f   wh ea cr o p   g r o wth   in   J alan d h ar ,   Pu n jab ,   u n d er   d r ip   i r r ig atio n .   lo o f   r esear c h   h as  b ee n   d o n in   [ 8 ]   to   s ee   h o th e   E T o ,   m o is tu r in d e x ,   an d   ar id ity   in d e x   c h an g e   in   Pu n ja b   S tate' s   v ar io u s   ag r o clim atic   zo n es.  I n   o r d e r   to   d eter m i n e   th o p tim al  o p tio n   f o r   esti m atin g   E T o ,   I s lam   an d   Alam   [ 9 ]   e v alu ate d   th p er f o r m an ce   o f   f if teen   em p ir ical  m o d els.  I r m ak   et  a l.  [ 1 0 ]   s u g g ested   s o lar   an d   n et   r ad iatio n - b ased   eq u atio n s   to   esti m ate  E T o .   Sag g an d   J a in   [ 1 1 ]   p r o p o s ed   a   f u zz y - g en etic ,   r eg u lar izatio n ,   an d   r an d o m   f o r est - b ased   m o d el  to   esti m ate  E T f o r   m aiz an d   wh ea cr o p s Sag g an d   J ain   [ 1 2 ]   p r esen te d   d ee p   lear n in g   b ased   m o d e to   esti m ate  E T o .   Pag an o   e a l.  [ 1 3 ]   u tili ze d     m u lti - lay er   p er ce p tr o n   a n d   r an d o m   f o r est  t o   f o r ec ast  d ai ly   ac tu al  ev ap o tr a n s p ir atio n .   Me en al  et  a l.   [ 1 4 ]   d is cu s s ed   th ap p licab ilit y   o f   r an d o m   f o r est   f o r   ev a p o tr an s p ir atio n   m o d ellin g .   R av in d r a n   et  a l.  [ 1 5 ]   t ested   d ee p   n eu r al  n etwo r k - b ased   m o d el  b u il t   o n   d if f e r en clim atic  p ar am eter s   to   p r e d ict  E T o .   Ku m ar   et  a l.  [ 1 6 ]   a p p lied   an   ar tific ial  n eu r al  n e tw o r k   f o r   esti m atio n   o f   E T o   o f   th wester n   Him alay an   r eg io n .   Gr an ata  [ 1 7 ]   c r ea ted   th r ee   m o d els b ased   o n   v ar i o u s   clim ate  p ar am eter s   an d   u s ed   s u p p o r t v ec to r   m ac h in e s ,   r eg r ess io n   tr ee s ,   b ag g in g ,   an d   r an d o m   f o r ests   to   esti m ate  E T o .   Kh o s r av et  a l.  [ 1 8 ]   e v alu ated   th ca p ac ity   o f   a d ap tiv e     n eu r o - f u zz y   in f er en ce   s y s tem s   an d   d if f er en d ata  m in i n g   alg o r ith m s   to   esti m ate  E T o .   F er r eir et  a l.  [ 1 9 ]   e s tim ated   E T o   i n   B r az il  u s i n g   s u p p o r t   v ec to r   m ac h in es  an d   a r tific ial  in tellig en ce .   Hu   et  a l.  [ 2 0 ]   h a ve   co n tr asted   esti m ated   E T o   with   p h y s ical - b ased ,   d ata - d r iv e n - b ased ,   an d   h y b r id   m o d elin g .   To   p r ed ict  E T o ,   m o d els b ased   o n   ar tific ial  n eu r al  n etwo r k s ,   r an d o m   f o r ests ,   lass o   r id g e,   an d   g r ad ien t   b o o s tin g   r eg r ess o r s   wer u s ed   in   [ 2 1 ] Ku m a r   et  a l.  [ 2 2 ]   e s tim ated   E T o   u s in g   s u p p o r v ec to r   m ac h in es,   r an d o m   f o r ests ,   g r a d ien b o o s tin g   r eg r ess o r s ,   an d   lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   n eu r al  n etwo r k s .   Hu   et  a l.   [ 2 3 ]   s u g g ested   an   I o T - b ased   m o d e th at  esti m ates  E T o   u s in g   m ac h in e - lear n i n g   alg o r ith m .   Nag ap p an   et  a l.  [ 2 4 ]   i n v esti g ate  h o well  d ee p   n eu r al  n etwo r k s   wo r k   f o r   s ch ed u lin g   ir r ig atio n . B astam   et  a l.  [ 2 5 ]   p r o p o s ed   h y b r id   en s em b le  f r am ewo r k   f o r   s m ar t ir r ig atio n .   T h is   s tu d y ' s   g o al  is   to   cr ea te   an   ar tific ial  in tellig en ce - b ased   m o d el  f o r   esti m atin g   ir r i g at io n   wate r   ne ed s   to   s av f r esh   wate r   f o r   th n ex t   g en er atio n .   As  ag r icu l tu r s ec to r   is   ex tr ac tin g   h u g u n d er g r o u n d   wate r   f o r   ir r ig atio n ,   we  wan to   r ed u ce   it  b y   p r ec is p r e d ictio n   u s i n g   p r o p o s ed   m o d el.   T h r em a in in g   p o r tio n   o f   th e   ar ticle  is   ex p lain ed   in   th f o llo win g   o r d e r th d ataset  o f   th s ite  u n d er   s tu d y ,   th m ac h in lear n in g - b ased   m o d el  th at  is   s u g g ested   t o   esti m ate  th am o u n o f   wate r   n ee d ed   f o r   ir r ig atio n ,   th e   g r a d ien t   b o o s tin g   r eg r ess o r   alg o r ith m ,   th e   r esu lts   th at  ar d is cu s s ed ,   an d   th s tu d y ' s   co n clu s io n .       2.   M E T H O D   2 . 1 .     Da t a s et   Pu n jab ,   s tate  in   n o r th er n   I n d ia,   is   well  k n o wn   f o r   its   co n tr ib u tio n   to   th g r ee n   r ev o lu tio n .   I t   s ig n if ican tly   b o o s ts   th n atio n ' s   p r o d u ctio n   o f   r ice  a n d   wh e at.   s u f f icien t   am o u n o f   wa ter   is   n ec ess ar y   f o r   th g r o wth   o f   ev er y   c r o p .   N u m er o u s   clim atic  p ar a m eter s ,   c r o p   ch ar ac te r is tics ,   an d   g eo g r ap h ic  d ata  ab o u th s tu d y   s ite  ar n ee d ed   to   co m p lete  th is   task .   T h d is tr ict  ch o s en   f o r   t h is   s tu d y   is   L u d h ian in   th Pu n ja b   s tate,   wh ich   h as  h o t,  s em i - ar id   a g r o clim atic  zo n e.   I ts   av er a g e lev atio n   is   2 4 0   m eter s ,   a n d   i ts   co o r d in ates  ar 30 ° 5 4 ' 7 5 ° 5 1 ' E .   T h av er a g e   am o u n o f   p r e cip itatio n   o b s er v ed   ea ch   y ea r   is   5 0 0 - 7 5 0   m m .   Fro m   m id - Ma r c h   th r o u g h   th e   last   wee k   o f   J u n e,   th e   h ea t   wav es  ar r i v e.   T h s o u th - west  m o n s o o n   p r o v id es  7 8 o f   th e   p r ec ip itatio n   th at   f alls   b etwe en   J u ly   an d   Sep tem b e r .   Du r in g   th n o n - m o n s o o n   m o n th s ,   w ester n   d is tu r b an ce s   ac co u n t f o r   th r em ain in g   2 2 % o f   p r ec ip itatio n .   d ataset  s p an n in g   twen ty - tw o   y ea r s ,   f r o m   2 0 0 0   to   2 0 2 1 ,   h as  b ee n   co n s id er e d   f o r   ex p e r im en tatio n .   T h d ataset  is   f u r n is h ed   with   s ix   p a r am et er s tem p er at u r ( b o t h   lo a n d   h ig h ) ,   h u m id ity ,   win d   s p ee d ,   s u n s h in h o u r s ,   an d   p r ec ip ita tio n .   An n u al  m ea n   v alu es  o f   th ese  p ar am eter s   ar s h o wn   in   T ab le  1 ,   an d   th e   m ea n   m o n th ly   v a r iatio n   is   d ep icted   in   Fig u r 1 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J  Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   1 ,   Ma r c h   2 0 2 6 142 - 1 5 4   144   T ab le  1 .   L u d h ian a' s   an n u al  m e an   clim ate  d at v alu es   Y e a r   M a x .   t e m p e r a t u r e   ( ° C )   M i n .   t e mp e r a t u r e   ( ° C )   R e l a t i v e   h u mi d i t y   ( %)   W i n d   ( m / s)   ETo   ( mm / d a y )   2 0 0 0   3 4 . 3 8   1 9 . 3 0   3 3 . 2 0   2 . 0 6   6 . 1 8   2 0 0 1   3 3 . 9 9   1 9 . 3 2   3 4 . 7 4   1 . 8 7   5 . 9 2   2 0 0 2   3 4 . 9 0   2 0 . 0 7   3 3 . 1 2   1 . 9 1   6 . 0 9   2 0 0 3   3 3 . 0 8   1 9 . 0 5   4 1 . 3 9   1 . 9 6   5 . 7 0   2 0 0 4   3 4 . 0 7   1 9 . 7 1   3 7 . 5 4   1 . 9 3   5 . 9 1   2 0 0 5   3 2 . 6 7   1 8 . 9 0   4 1 . 6 4   1 . 9 0   5 . 6 4   2 0 0 6   3 2 . 9 8   1 9 . 6 7   4 4 . 6 7   1 . 9 2   5 . 6 2   2 0 0 7   3 3 . 3 1   1 9 . 5 6   4 1 . 7 8   1 . 8 9   5 . 7 0   2 0 0 8   3 1 . 8 0   1 8 . 5 8   4 7 . 8 1   1 . 8 6   5 . 3 5   2 0 0 9   3 3 . 6 9   1 9 . 5 4   3 8 . 2 3   1 . 8 7   5 . 8 3   2 0 1 0   3 3 . 3 7   1 9 . 6 7   4 1 . 9 7   1 . 8 6   5 . 7 1   2 0 1 1   3 2 . 0 6   1 8 . 9 2   4 6 . 7 7   1 . 7 8   5 . 3 7   2 0 1 2   3 2 . 8 2   1 8 . 7 5   3 9 . 9 7   2 . 0 8   5 . 8 7   2 0 1 3   3 2 . 2 6   1 8 . 6 5   4 7 . 1 1   1 . 9 8   5 . 5 9   2 0 1 4   3 2 . 2 7   1 8 . 5 2   4 4 . 5 4   2 . 0 0   5 . 7 0   2 0 1 5   3 2 . 0 0   1 8 . 4 9   4 7 . 7 1   1 . 9 4   5 . 4 4   2 0 1 6   3 3 . 6 9   1 9 . 5 0   3 9 . 6 2   1 . 9 3   5 . 8 9   2 0 1 7   3 2 . 7 0   1 8 . 9 6   4 4 . 3 6   1 . 9 0   5 . 6 4   2 0 1 8   3 2 . 0 7   1 8 . 6 7   4 7 . 0 3   1 . 9 2   5 . 5 5   2 0 1 9   3 0 . 8 1   1 8 . 3 7   5 3 . 9 3   1 . 8 2   5 . 1 8   2 0 2 0   3 0 . 8 7   1 8 . 1 9   5 4 . 5 1   1 . 9 2   5 . 1 4   2 0 2 1   3 2 . 1 0   1 8 . 7 6   4 9 . 9 9   1 . 9 1   5 . 4 6                   Fig u r 1 .   Av e r ag m o n th ly   ch an g es in   L u d h ian a' s   E T o ,   h u m id ity ,   tem p er atu r e,   an d   win d   s p ee d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       E n s emb le  ma ch in lea r n in g   b a s ed   mo d el  to   esti ma te  ir r ig a tio n   w a ter r eq u ir eme n … ( S a te n d r a   K u ma r   Ja in )   145   In   ( 1 )   is   u s ed   to   ca lcu late  E T o   v alu es.  FAO  r ec o m m en d ed   E T o   v alu es b ased   o n   v ar io u s   ag r o clim atic  zo n es.  W h en   tem p er atu r es  a r e   h ig h e r   th a n   3 0   d e g r ee s ,   it  v a r ies  b etwe en   6   an d   8   m illi m eter s   p er   d ay   i n   ar i d   an d   s em i - ar i d   r eg io n s   an d   5   to   7   m m   p e r   d a y   in   th e   h u m id   r e g io n .   T h is   r a n g e   is   co n f ir m ed   b y   T a b le  1 ' s   m ea n   E T o   v alu es.  Pu n jab   is   m aj o r   wh ea p r o d u ce r   in   I n d ia.   Fo r   m an y   p eo p le  in   I n d ia,   w h ea is   s tap le  d iet.   Mo r eo v er ,   it  is   r eg ar d ed   as  cr o p   th at  ca n   b u s ed   to   p r o d u ce   wid r an g o f   f o o d   item s .   Ma n y   ty p es  o f   wh ea v ar iety ,   in clu d in g   PB W   8 2 6 ,   PB W   8 6 9 ,   PB W   8 2 4 ,   P B W   8 0 3 ,   an d   o th er s ,   ar p r o d u ce d   in   th is   r eg io n .   T o   g r o wh ea t,  a   lar g am o u n o f   lan d   is   n ee d ed .   As  r esu lt,  ir r ig atin g   th c r o p lan d   r e q u ir es  s ig n if ican t   am o u n o f   f r esh   wate r .   I en c o u r ag es  u s   f u r th er   t o   cr ea te  m ac h in lear n in g - b ased   m o d e th at  p r ed icts   h o w   m u ch   wate r   cr o p s   will  n ee d   to   g r o w.   T h am o u n o f   wate r   n ee d ed   f o r   ir r ig atio n   f o r   th wh ea cr o p   is   co n s id er ed   in   th is   s tu d y .   T h s tan d ar d   tim ef r am e   f o r   g r o win g   an d   h ar v esti n g   wh ea is   f r o m   th last   wee k   o f   Octo b er   to   th last   wee k   o f   M ar ch .   I tak es  r o u g h ly   1 4 5   to   1 5 0   d ay s   in   to tal.   T ab le  2   co n ta in s   th in f o r m atio n   o n   wh ea t,  wh ich   is   u s ed   in   th i s   s tu d y   at  th tim o f   esti m atin g   cr o p   wate r   r eq u ir em en t.      0 = 0 . 408 × ( ) + × ( 900 + 273 ) × 2 × ( ) + × ( 1 + . 34 × 2 )   ( 1 )       T ab le  2 .   W h ea t c r o p   d ata   C r o p   D u r a t i o n   D a t e   o f   s o w i n g   D a t e   o f   h a r v e s t i n g   S o i l   t y p e   G r o w i n g   s t a g e s   Le n g t h   o f   g r o w t h   i n   e a c h   s t a g e   W h e a t   1 4 6   d a y s   28 - O c t   21 - 2 2   M a r c h   S a n d y   l o a m   I n t i mal   st a g e   2 5   d a y s   D e v e l o p i n g   s t a g e   4 1   d a y s   M i d - se a so n   5 1   d a y s   La t e - sea s o n   2 9   d a y s       2 . 2 .   P r o po s ed  m o del   T h p r o p o s ed   m o d el  is   p r esen ted   in   Fig u r 2 .   I is   d iv id ed   i n to   f o u r   p h ases .   T h f ir s s tag in v o lv es   g ath er in g   th n ec ess ar y   d ata.   T h FAO  co n ce p is   u s ed   in   t h s ec o n d   s tag to   ca lcu late  o b s er v ed   E T o ,   E T ( cr o p   wate r   r eq u ir em en t) ,   an d   I W R .   T h th ir d   s tep   s ep a r ates  th co m b in e d   d ata  ( clim ate  d ata  alo n g   with   o b s er v ed   E T o   r ec eiv ed   f r o m   s ec o n d   s tag e)   in to   two   g r o u p s tr ain in g   ( 8 0 %)  an d   test   ( 2 0 %)  d atasets .   T h tr ain ed   g r ad ien t   b o o s tin g   alg o r ith m   an ticip ates  th e   n ew   E T o ,   E T c,   an d   I W R   v alu es  in   th is   s tag e.   At  th e   f o u r th   s tag e,   th m o d el' s   p er f o r m a n ce   is   ev alu ated   b ased   o n   o b s er v ed   I W R   ( o b tain e d   f r o m   s ec o n d   s tag e)   an d   p r ed icted   I W R   ( o b tain e d   f r o m   th ir d   s tag e) .           Fig u r 2 .   E n s em b le  m ac h in e   lear n in g   b ased   p r o p o s ed   m o d el   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J  Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   1 ,   Ma r c h   2 0 2 6 142 - 1 5 4   146   T o   ca lcu late  th am o u n o f   w ater   n ee d ed   f o r   ir r ig atio n ,   E T o   is   co m p u ted   f ir s t.  I is   p r o ce s s   wh er e   wate r   is   lo s f r o m   th s o il  an d   p lan ts   at  th s am tim e.   G eo g r ap h ical  in f o r m atio n   ( latitu d e,   lo n g itu d e,   an d   altitu d e)   an d   th m eteo r o lo g i ca in f o r m atio n   ( t em p er atu r e,   h u m id ity ,   win d   s p ee d ,   an d   s u n s h in h o u r s )   ar e   n ee d ed   wh en   esti m atin g   it  f o r   g iv en   ar ea .   T h e   E T o   o f   L u d h ian a   is   d eter m in ed   in   t h is   s tu d y   u s in g   th e     MS .   E x ce ap p licatio n ,   wh ich   in clu d es  all  n ec ess ar y   f o r m u la s   as  r ec o m m en d ed   f o r   th FA O - 5 6   PM   ap p r o ac h   s h o wn   in   ( 1 )   an d   v alid ated   b y   th FAO - r ec o m m en d ed   C r o p W at  8 . 0   s o f twar e.   E T v alu es   ar d e r iv e d   u s in g   ( 2 ) ,   wh er e   Kc  is   th cr o p   c o ef f icien t,  wh ich   co m p r is es  th cr o p s   ch ar ac te r is tics .   T h cr o p   d u r atio n   is   d iv i d ed   in to   f o u r   s tag es ,   n am el y   in itia s ta g e,   d e v elo p m e n s tag e,   m i d - s ea s o n   s tag e ,   an d   late  s ea s o n   s tag e.   E ac h   s tag h as  o wn   s p ec if ic  d u r atio n   a n d   Kc  v alu es.  FAO  s u g g ested   th e   s tan d ar d   Kc  v al u es  f o r   d if f er e n cr o p s .   W h ea is   tak en   in to   co n s id er atio n   in   th is   s tu d y   with   th ch ar ac ter is tics   lis ted   in   T ab le  2 .   T h Kc  v alu es  ar in h er ited   f r o m   [ 2 6 ]   in   th is   s tu d y .   E f f ec t iv r ain f all  p lay s   cr u cial  r o le  in   ca lcu latin g   I W R .   A   f r ac tio n   o f   r ain f all  th at  is   n ee d ed   to   g r o w   th e   cr o p   a n d   r etain ed   in   th e   s o il  is   ca lled   ef f ec tiv r ain f all.   T h e   Un ited   State s   Dep ar tm en o f   Ag r icu ltu r ( USDA)   s o il  co n s er v atio n   s er v ice   is   u s ed   t o   ca l cu late  th ef f ec tiv r ai n f all  g i v en   in   ( 3 )   an d   ( 4 ).   T h is   s tu d y   ca lcu lates  it  ev er y   ten   d ay s   s in ce   th e   cr o p ' s   d u r atio n   b eg a n ,   an d   ev e r y   m o n th   also .   I f   th e   ETc   is   less   th an   th ef f ec tiv e   r ain f all,   n o   i r r ig atio n   wate r   is   n ee d ed .   On   th o t h er   h an d ,   I W R   is   eq u iv alen to   t h cr o p   wate r   r eq u ir em e n t w h en   th e r is   n o   ef f ec tiv r ai n f all.      =  ×   ( 2 )        =  × 125 0 . 2 ×  125       < 250            ( 3 )        = 125 + 0 . 1 ×      > > 250            ( 4 )     I n   ad d i ti o n   to   t h tr ad iti o n a ap p r o ac h ,   th is   s t u d y   m ea s u r es   t h e   m ac h i n le ar n i n g   a lg o r it h m ' s   ap p li ca b i lit y   i n   es ti m at i n g   I W R .   n ew  ar ea   o f   c o m p u t er   s cie n c c all e d   m ac h i n le ar n i n g   h el p s   i d e n t if y   p at te r n s   i n   a   wi d e   r an g e   o f   f ie ld s .   Am o n g   t h es e,   t h e   f i el d s   o f   a g r ic u lt u r e   an d   ir r i g a ti o n   ar e   t h e   o n es   th at   d r aw   r es ea r c h e r s   t o   u s e   a r ti f i cia l   i n t elli g e n ce   t o   i m p r o v e   c r o p   p r o d u c t iv it y   a n d   o p t im i ze   i r r i g at io n   t o   c o n s e r v e   wa te r .   On e   p o p u la r   e n s e m b le - le a r n in g   te ch n i q u e   th at   p e r f o r m s   w e ll  o n   v a r i o u s   k i n d s   o f   d at is   g r ad ie n t   b o o s t in g   r e g r ess o r .   I t   c an   e f f ec ti v el y   cl ass if y   a n d   p r ed ict   t h e   d at a.   d at ase c o m p r is in g   we at h e r   d a ta  an d   E T o   v al u es   is   u s e d   t o   tr ai n   th g r a d i en b o o s tin g   r e g r ess o r   al g o r it h m   i n   t h e   s u g g es te d   m o d el .   T h e   g r i d   s e ar ch   m et h o d   is   u s e d   to   d ete r m i n e   t h e   i d e al  n u m b er   o f   tr ee s .   W h e n   tes d a ta   is   u s ed ,   n e E T v a lu es  a r a n ti ci p at e d .   E f f ec ti v e   r ai n   is   d e d u ct ed   f r o m   th p r e d i cte d   E T c   v al u es   t o   p r e d i ct   I W R   v alu es  s h o w n   i n   ( 5 ) .   W h e n   s u p p l y i n g   t h o b s e r v e d   an d   p r e d i ct ed   v al u es  o f   I W R ,   th e   m o d el' s   a cc u r ac y   is   v e r if ie d   u s i n g   t h e   r o o t   m ea n   s q u a r e d   e r r o r   ( R MS E )   an d   co ef f i cie n t   o f   d et er m i n a ti o n   (R 2 )   p er f o r m an ce   m at r ic es  r e p r es en t e d   i n   ( 6 )   to   ( 9 ).      =       ( 5 )     2 . 3 .     G ra dient  bo o s t ing   re g re s s o r   T h g r a d ien b o o s tin g   r eg r ess o r   is   an   e n s em b le  m ac h in lea r n in g   tec h n iq u e   th at  b u ild s   d e cisi o n   tr ee   o n af ter   th o th er   s eq u e n tially   s o   th at  th cu r r en o n co r r ec ts   th p r ev io u s   o n e' s   er r o r .   Gr ad ien d ec e n t   o p tim izatio n   is   its   f o u n d atio n ,   wh er u s er - d ef in ed   d if f e r en tiab le  lo s s   f u n ctio n   is   m in im i ze d .   Me an   s q u ar ed   er r o r   is   em p l o y ed   as  l o s s   f u n ctio n   f o r   p r ed ictio n   p r o b le m s .   g r ad ien b o o s tin g   r e g r ess o r   is   r en o wn e d   f o r   its   h ig h   s ca lab ilit y   a n d   p r ec is io n .   I is   ex te n s iv ely   u s ed   in   v ar iety   o f   f ield s ,   in cl u d in g   h ea lth   r is k   ass ess m en t,   cr ed it r is k   ass ess m en t,  m ed ical  d iag n o s is ,   r ec o g n itio n   o f   p h o to s ,   an d   tr av el  tim esti m atio n .   T h is   m o tiv ate s   u s   to   v er if y   its   ap p licab ilit y   to   esti m ate  th I W R ,   wh ich   is   r ar ely   f o u n d   in   th liter atu r e.     Fo r   th is ,   s ev er al  h y p er p a r am e ter s   h av b ee n   d ef i n ed .   T o   co n tr o th lear n in g   p r o ce s s   o f   th m o d el,   h y p er p ar am eter s   p lay   an   im p o r tan r o le.   T h ese  ar th co n f ig u r atio n   v ar iab les  th at  ca n   b tu n ed   to   g et  th eir   o p tim u m   v alu to   en h an ce   th e   ef f icien cy   o f   th alg o r ith m   a n d   av o id   th u n d er - f itti n g   an d   o v er - f itti n g   is s u es.  I n   th co n te x o f   g r ad ien b o o s tin g   r eg r ess o r ,   n u m e r o u s   h y p er p ar a m eter s   h av b ee n   d ef in ed ,   s u ch   as   n _ esti m ato r   ( n u m b e r   o f   d ec is i o n   tr ee s ) ,   t h d e p th   o f   th e   tr ee   an d   lea r n in g _ r ate ,   wh ic h   ar e   i m p o r tan o n es  th at  in f lu en ce   th ac cu r ac y   an d   e f f icien cy   o f   th e   g r a d ien t b o o s tin g   r eg r ess o r   alg o r ith m .     T h n u m b e r   o f   tr ee s   ( n _ esti m ato r )   an d   th tr ee ' s   d ep th   ( m ax _ d ep t h )   ar two   cr u cial  h y p er p ar am eter s .   I n   th e   cu r r e n s tu d y ,   we  u s th g r id   s ea r ch   s tr ateg y   to   tu n t h n _ esti m ato r   wh ile  tak in g   in to   ac co u n th at  th m ax _ d ep th   is   5 .   T h f o llo win g   s tep s   s u m m ar ize  th g r ad ien t   b o o s tin g   r eg r ess o r   m eth o d   an d   ar r ep r esen ted   i n   Fig u r 3 .     Step 1 : Bas m o d el  is   cr ea ted   b y   p r e d ictin g   th ta r g et  v alu e   y   with   in itia l m o d el F 0 =   1 n y i n i = 1     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       E n s emb le  ma ch in lea r n in g   b a s ed   mo d el  to   esti ma te  ir r ig a tio n   w a ter r eq u ir eme n … ( S a te n d r a   K u ma r   Ja in )   147   Step 2 Fo r   m =1   to   wea k   lear n er s   ( n u m b er   o f   tr ee s ) ,   r e p ea f o llo win g   s tep s   u n til  th d esire d   o u tco m is   r ea ch ed .   Step 3 : Res id u al  is   ca lcu lated   b y   r ed u ci n g   th p r ed icted   v alu e   f r o m   t h tar g et  v al u e   r e s idua l   rs i =   y i F m 1     Step 4 : Bu ild   th wea k   lear n er   o n   d a taset  D ( x , rs i )   th at  m ak es p r ed icti o n   P m .   Step 5 : A d d   th p r ed ictio n   o f   n ew  lear n er   to   th e   p r ev i o u s   wea k   lear n er ' s   p r ed ictio n   to   u p d ate  it.   F m = F m 1 + l e a r n i n g _ r a te × P m           Fig u r 3 .   Flo ch a r t o f   g r ad ie n t b o o s tin g   r eg r ess o r   m o d el       2 . 4 .     P er f o r m a nce  ev a lua t io n   T wo   s tatis tical  m ea s u r es a r u s ed   in   th is   s tu d y   to   m ea s u r e   th ca p ab ilit y   o f   p r o p o s ed   m o d e l:   i)   R MSE   is   th e   s q u ar r o o t o f   t h s q u ar ed   a v er ag o f   r esid u al s :       =   1 × ( ̂ ̂ ) 2 = 1   ( 6 )     ii)   R 2   is   ca lcu lated   as f o llo ws an d   s h o ws h o d ata  p o in ts   n ea r ly   lie  ac r o s s   th r eg r ess io n   lin e :     2 =  _  _  _    _  _  _    ( 7 )     _  _   _  =   ( ̂ ̅ ) 2 = 1   ( 8 )     _  _   _  = ( ̅ ) 2 = 1   ( 9 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J  Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   1 ,   Ma r c h   2 0 2 6 142 - 1 5 4   148   3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   W h en   ca lcu latin g   cr o p ' s   I W R ,   E T o   is   s ig n if ican f ac to r .   E s tim atin g   I W R   f o r   th wh e at  cr o p   in   L u d h i an a ,   Pu n jab ,   is   th s tu d y ' s   g o al.   v ar iety   o f   p r o g r am s ,   in clu d in g   MS E x ce a n d   Py th o n   lib r ar ies   ( Scik it - lear n   an d   Ma tp lo tlib ) ,   ar em p lo y e d   to   co m p lete  th is   task .   Usi n g   th FAO - 5 6   PM   eq u atio n ,   th E T o ,   E T c,   an d   I W R   v alu es  ar o b s er v ed   f ir s t.  Ma x im u m   an d   m i n im u m   tem p e r atu r es,  h u m id it y ,   win d   s p ee d   at  two   m eter s   ab o v e   th e   g r o u n d ,   a n d   s u n s h in e   h o u r s   ar e   th e   in p u co lu m n s   in   th E x ce s h e et.   T h e   FAO - PM5 6   f o r m u las  ar u s ed   to   d eter m in th v ap o r   p r ess u r d ef ici t,  n et  r ad iatio n ,   s h o r twav r ad iatio n ,   lo n g wa v r ad i atio n ,   an d   ex tr ater r estrial  r ad iatio n .   T o   esti m ate  th E T o   o f   ce r tain   r eg i o n ,   th ese  p ar am eter s   ar e   ess en tial.  T ab le  1   d is p lay s   th e   o b s er v ed   an n u al  av e r ag E T o   v alu es.  Giv e n   th at  L u d h ian a   is   lo ca ted   in   a   h o t ,   s em i - ar id   clim ate.   I n   Ma y   an d   J u n e,   h ig h   E T o   v alu es a r o b s er v ed ,   r ea c h in g   o v er   1 0   m m   p er   d ay .   T h d ataset   u n d er   e v alu atio n   e x h ib its   an n u al  m ea n   E T o   v alu es  o f   r o u g h ly   5   m m /y ea r .   Daily   v ar iatio n   o f   E T o   is   s h o wn     in   Fig u r 4 .           Fig u r 4 .   Daily   v ar iatio n   in   E T o   v alu es a t L u d h ian a       Sin ce   wh ea is   a   cr o p   th at   g r o ws  in   th e   win ter .   Har v esti n g   tak es  1 2 0   t o   1 5 0   d ay s .   T h er ar f o u r   d is tin ct  s tag es  th r o u g h o u th wh ea cr o p ' s   en tire   g r o win g   s ea s o n th ea r ly ,   d ev elo p m en t,  m id ,   an d   late   s tag es.  E ac h   s tag h as  u n iq u Kc  v alu e.   T h liter atu r h a s   s h o wn   th at  th Kc  v alu es  f o r   cr o p s   s o wn   ea r l y   an d   th o s s o wn   late  v ar y .   T h Kc  v alu es  f o r   w h ea cr o p   ar tak en   f r o m   [ 2 6 ]   a n d   u s ed   in   th is   in v esti g atio n .   T h in h e r ited   Kc  v alu es  ar 0 . 3 9 ,   1 . 2 6 ,   an d   0 . 3 6 ,   r esp ec tiv el y ,   f o r   th e   in itial  s tag e,   m id - s ea s o n   s tag e ,   an d   th e   late - s ea s o n   s t ag e.   E T v alu es  f o r   th d ev elo p m en t stag ar ca lcu lated   u s in g   th ( 1 0 ) .     T h o b s er v e d   E T o   a n d   E T c   v a lu es  f o r   th d i f f er en t g r o wth   s t ag e s   ar s h o wn   in   T a b le  3   an d   d ep icted   u s in g   th web   ch ar t   in   Fig u r e   5 .   On e   s ig n if ican f i n d in g   is   th at  E T o   v alu es  ar h ig h er   th an   E T d u r in g   th e   f ir s t,  d ev elo p m e n t,  an d   en d   o f   th s ea s o n .   Ho wev er ,   in   th e   m id d le  o f   th s ea s o n ,   th o p p o s ite  is   tr u e,   with   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       E n s emb le  ma ch in lea r n in g   b a s ed   mo d el  to   esti ma te  ir r ig a tio n   w a ter r eq u ir eme n … ( S a te n d r a   K u ma r   Ja in )   149   E T v alu es e x ce ed in g   E T o .   I in d icate s   th at  th cr o p   lo s es m o r wate r   d u r in g   th m id - s ea s o n   an d   h as a   lo n g er   life s p an ,   wh er ea s   E T o   c o n tr ib u tes m o r in   th e   in itial,  d ev elo p m en t,  an d   en d   s ea s o n .     _  _  _ =    _  + ( (  _    _  )    _  ) × (  _   _ )   ( 1 0 )       T ab le  3 .   Ob s er v e d   E T o   an d   E T v alu es a t v ar io u s   wh ea t c r o p   g r o wth   s tag es   D u r a t i o n   f r o m O c t   28     t o   M a r   21 - 22   ETo _ i n i t i a l   st a g e   ETc _ i n i t i a l   st a g e   ETo _ d e v p   st a g e   ETc _ d e v p   st a g e   ETo _ mi d   sea s o n   ETc _ mi d   sea s o n   ETo _ e n d   sea s o n   ETc _ e n d   sea s o n   2 0 0 0 - 01   4 . 2   1 . 6   3 . 3   2 . 7   3 . 6   4 . 5   5 . 6   2 . 0   2 0 0 1 - 02   4 . 2   1 . 6   3 . 0   2 . 4   3 . 3   4 . 1   5 . 1   1 . 8   2 0 0 2 - 03   3 . 7   1 . 5   3 . 1   2 . 5   3 . 0   3 . 8   4 . 8   1 . 7   2 0 0 3 - 04   3 . 7   1 . 4   2 . 8   2 . 2   3 . 0   3 . 7   6 . 1   2 . 2   2 0 0 4 - 05   3 . 6   1 . 4   3 . 0   2 . 5   2 . 6   3 . 3   4 . 3   1 . 6   2 0 0 5 - 06   4 . 0   1 . 6   3 . 0   2 . 5   3 . 6   4 . 5   4 . 9   1 . 8   2 0 0 6 - 07   3 . 4   1 . 3   2 . 5   2 . 0   2 . 9   3 . 6   4 . 0   1 . 5   2 0 0 7 - 08   3 . 9   1 . 5   3 . 0   2 . 5   3 . 1   3 . 9   5 . 8   2 . 1   2 0 0 8 - 09   3 . 4   1 . 3   2 . 7   2 . 2   2 . 9   3 . 7   5 . 4   1 . 9   2 0 0 9 - 10   3 . 6   1 . 4   2 . 8   2 . 3   3 . 2   4 . 1   5 . 5   2 . 0   2 0 1 0 - 11   3 . 4   1 . 3   2 . 3   1 . 9   2 . 8   3 . 6   4 . 8   1 . 7   2 0 1 1 - 12   3 . 3   1 . 3   2 . 5   2 . 0   2 . 8   3 . 5   5 . 3   1 . 9   2 0 1 2 - 13   3 . 5   1 . 4   2 . 9   2 . 3   2 . 9   3 . 6   4 . 7   1 . 7   2 0 1 3 - 14   3 . 3   1 . 3   2 . 8   2 . 3   2 . 8   3 . 5   4 . 5   1 . 6   2 0 1 4 - 15   3 . 6   1 . 4   2 . 7   2 . 1   2 . 8   3 . 6   3 . 8   1 . 4   2 0 1 5 - 16   3 . 5   1 . 4   2 . 8   2 . 4   3 . 1   3 . 9   5 . 0   1 . 8   2 0 1 6 - 17   3 . 6   1 . 4   3 . 2   2 . 7   2 . 8   3 . 5   4 . 8   1 . 7   2 0 1 7 - 18   3 . 1   1 . 2   2 . 8   2 . 3   3 . 2   4 . 0   5 . 1   1 . 8   2 0 1 8 - 19   3 . 0   1 . 2   2 . 3   1 . 8   2 . 3   2 . 9   3 . 7   1 . 3   2 0 1 9 - 20   3 . 0   1 . 2   1 . 9   1 . 6   2 . 3   2 . 9   3 . 7   1 . 3   2 0 2 0 - 21   3 . 4   1 . 3   2 . 4   2 . 0   2 . 7   3 . 4   5 . 6   2 . 0                 Fig u r 5 .   R elatio n s h ip   b etwe e n   E T o   a n d   E T i n   th in itial,  d ev elo p m en t,   m id ,   a n d   late  s ea s o n       C r o p   g r o wth   an d   p r o d u ctiv it y   ar im p ac ted   b y   cr o p   wate r   s tr ess ,   wh ich   is   wh en   p lan d o es  n o t   r ec eiv en o u g h   wate r   to   g r o w.   I r r ig atio n   an d   r ain f all  ca n   h elp   r ed u ce   it.  So m p r ec ip i tatio n - r elate d   wate r   ev ap o r ates  a n d   r u n s   o f f .   T h e   s o il  d o es n o a b s o r b   all   o f   th p r ec ip ita tio n ,   an d   th e   cr o p   d o es   n o t u s it  to   g r o w.   E f f ec tiv wate r   is   th wate r   th at  is   ab s o r b ed   b y   th s o il a n d   u tili ze d   b y   th c r o p   f o r   g r o wth .   I n   th is   r esear ch ,   we  ex a m in 2 1   wh ea t - cr o p   d u r atio n s   ( p lan tin g   to   h a r v esti n g )   f r o m   2 0 0 0   to   2 0 2 1 .   T ab le  4   lis ts   to tal  r ain f all,   ef f ec tiv r ain f all,   o b s er v e d   E T c,   an d   o b s er v e d   I W R   in f o r m atio n   y ea r ly   f o r   ea ch wh ea t - cr o p - d u r atio n .   I ca n   b n o ticed   i n   th ta b le  th at  th g r ea test   am o u n o f   p r ec ip itatio n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J  Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   1 ,   Ma r c h   2 0 2 6 142 - 1 5 4   150   ( 2 0 7 . 3   m m / s ea s o n )   o cc u r r ed   b etwe en   Octo b er   2 8 ,   2 0 1 9 ,   an d   Ma r ch   2 1 ,   2 0 2 0 .   T h E T c   v alu o b s er v ed   f o r   th is   p er io d   is   2 8 0 . 2   m m /s ea s o n ,   wh er ea s   ef f ec tiv r ain   is   co m p u ted   as  1 8 0 . 7   m m /s ea s o n .   T h lo west  am o u n o f   p r ec ip itatio n   ( 2 1 . 3   m m / s ea s o n )   o cc u r r ed   b etwe en   Octo b er   2 8 ,   2 0 0 0 ,   an d   Ma r c h   2 2 ,   2 0 0 1 .   Ob s er v e d   E T v alu f o r   th is   p er io d   is   4 3 9 . 2   m m /s ea s o n ,   wh er ea s   th co m p u ted   ef f ec tiv r ain   is   2 0 . 6 .   T h I W R   v alu es  f o r   th ese  p er io d s   ar 9 9 . 6   a n d   4 1 8 . 6 ,   r esp ec tiv ely .   An   in te r e s tin g   f in d in g   is   th at  cr o p   ir r ig atio n   q u a n tity   is   in f lu en ce d   b y   ef f ec tiv r ain f a ll.  L o e f f ec tiv r ain f all,   wh ich   r esu lts   f r o m   less   r ain f all,   n ec ess itates  m o r wate r   f o r   ir r i g atio n ,   wh e r ea s   h ig h   ef f ec tiv r ain f all,   wh ich   r e s u lts   f r o m   m o r r ain f all,   r e q u i r es less   wate r .       T ab le  4 .   Seaso n al  I W R   f o r   wh ea t in   L u d h ia n a   D u r a t i o n   f r o   O c t   28   t o   M a r   21 - 22   To t a l   r a i n   ( mm )   Ef f e c t i v e   r a i n   ( mm )   O b serv e d   ET c   ( mm / sea s o n )   O b serv e d   I W R   ( mm / sea s o n )   2 0 0 0 - 01   2 1 . 3   2 0 . 6   4 3 9 . 2   4 1 8 . 6   2 0 0 1 - 02   4 3 . 4   4 1 . 1   4 0 2 . 1   3 6 1 . 0   2 0 0 2 - 03   1 1 4 . 0   9 3 . 4   3 8 0 . 4   2 8 7 . 0   2 0 0 3 - 04   6 4 . 5   5 7 . 4   3 7 9 . 9   3 2 2 . 5   2 0 0 4 - 05   1 6 0 . 4   1 4 1 . 0   3 4 8 . 9   2 2 7 . 9   2 0 0 5 - 06   5 2 . 0   4 8 . 1   4 2 1 . 8   3 7 9 . 7   2 0 0 6 - 07   1 7 3 . 8   1 4 1 . 3   3 4 0 . 9   2 2 8 . 7   2 0 0 7 - 08   3 4 . 2   3 2 . 8   4 0 2 . 2   3 6 9 . 3   2 0 0 8 - 09   6 1 . 4   5 7 . 9   3 6 9 . 4   3 1 1 . 5   2 0 0 9 - 10   2 5 . 4   2 4 . 8   3 9 5 . 4   3 7 0 . 6   2 0 1 0 - 11   5 4 . 2   5 0 . 1   3 4 3 . 1   2 9 3 . 0   2 0 1 1 - 12   3 7 . 5   3 5 . 7   3 4 8 . 2   3 1 2 . 5   2 0 1 2 - 13   1 2 5 . 2   1 1 4 . 1   3 6 2 . 0   2 6 3 . 8   2 0 1 3 - 14   8 5 . 2   7 9 . 8   3 5 3 . 2   2 7 3 . 4   2 0 1 4 - 15   1 9 1 . 9   1 5 3 . 8   3 4 4 . 7   2 3 3 . 4   2 0 1 5 - 16   6 9 . 4   6 2 . 5   3 8 2 . 2   3 3 1 . 4   2 0 1 6 - 17   1 1 1 . 2   9 7 . 4   3 7 4 . 7   2 8 1 . 6   2 0 1 7 - 18   7 3 . 5   6 7 . 8   3 8 2 . 0   3 1 5 . 3   2 0 1 8 - 19   1 5 3 . 0   1 3 1 . 3   2 9 4 . 7   1 6 6 . 2   2 0 1 9 - 20   2 0 7 . 3   1 8 0 . 7   2 8 0 . 2   1 5 1   2 0 2 0 - 21   6 3 . 1   5 9 . 9   3 4 6 . 3   2 8 7 . 9       g r ad ien b o o s tin g   r eg r ess o r   m ac h in lear n in g   alg o r ith m ,   co u ld   b e   r e p lace m en o f   FAO - 5 6   PM   ap p r o ac h   to   p r e d ict  th e   I W R .   As  s h o wn   in   T ab le  5 ,   th e   d ata   s et,   wh ich   co m p r is es  8 0 3 6   s a m p les  ( s p an n in g   th e   y ea r s   2 0 0 0 2 0 2 1 ) ,   is   d iv id ed   in to   tr ain in g   ( 7 8 9 0   s am p les)   an d   test   ( 1 4 6   s am p les)  d ataset.   T h test   d ataset  in clu d es  s am p les  o f   wh ea cr o p s   g r o wn   f r o m   Octo b er   2 8 ,   2 0 2 0 ,   to   Ma r ch   2 2 ,   2 0 2 1 .   T h g r id   s ea r ch   ap p r o ac h   is   u s ed   in   th is   s tu d y   to   in itia lly   d eter m in e   th b est  v alu o f   th e   h y p er p ar a m eter ,   n _ esti m ato r   ( n u m b e r   o f   d ec is io n   tr ee ) .   T h m ea n   test   s co r o f   h y p e r p ar am eter   tu n i n g   is   r ep r esen ted   in   T ab le  6 .   T h b est  av ailab le  h y p er p ar am eter   is   u s ed   to   tr ain   th g r ad ien b o o s tin g   r eg r ess o r   u s in g   tr ain in g   d a taset.  T h m o d el’ s   p r ed ictio n   is   s u m m ar ize d   in   T ab le  7   f o r   th test   d at s et.   Fo r   R MSE   an d   R 2 ,   th g r ad ien b o o s tin g   r eg r ess o r   p r e d icts   E T o   v alu es  with   an   a cc u r ac y   o f     0 . 2 2   m m /d ay   an d   0 . 9 8 ,   r esp ec tiv ely .   R eg r ess io n   an aly s is   b et wee n   o b s er v ed   E T o   a n d   p r e d i cted   E T o   is   s h o wn   in   Fig u r e   6 .   Fig u r e   6 ( a)   p r ese n ts   th r e g r ess io n   lin e   Y =1 × X+ 0 . 0 8 ,   wh ile  th e   co r r esp o n d in g   r esid u al   g r ap h   is   s h o wn   in   Fig u r 6 ( b ) .   T h Kc   an d   p r ed icted   E T o   v alu es  ar e   tak en   in to   ac co u n wh en   p r e d ictin g   E T v alu es.  T h g r ad ien b o o s tin g   r e g r ess o r   p r ed icts   E T v alu es  with   an   ac cu r ac y   o f   0 . 1 9   m m /d ay   a n d   0 . 9 8   f o r   R MSE   an d   R 2 ,   r esp ec tiv ely .   R eg r ess io n   an aly s is   b etwe en   o b s er v e d   E T an d   p r ed icted   E T is   s h o wn   in   Fig u r 7 .   Fig u r 7 ( a)   p r esen ts   th r e g r ess io n   lin Y= 0 . 9 7 ×X +0 . 1 2 ,   wh ile  th c o r r esp o n d in g   r esid u al  g r a p h   is   r ep r esen ted   in   Fig u r 7 ( b ) .   Fi n ally ,   I W R   is   esti m ated   wi th   an   ac cu r ac y   o f   0 . 1 8   m m /d ay   an d   0 . 9 8   f o r   R MSE   an d   R 2 ,   r esp ec tiv ely .   R eg r ess io n   an aly s is   b etwe en   o b s er v ed   I W R   an d   p r ed icted   I W R   is   s h o wn   in   Fig u r 8 .   Fig u r 8 ( a)   p r esen ts   th r e g r ess io n   lin Y= 0 . 9 8 ×X +0 . 1 1 ,   wh ile  th c o r r esp o n d in g   r esid u al  g r a p h   is   r ep r esen ted   in   Fig u r 8 ( b ) .   T a b le  7   s h o ws  th r elatio n s h ip   b etwe en   o b s er v ed   I W R   an d   p r e d icted   I W R .   I ca n   b n o ticed   th at  f o r   th wh ea t   cr o p s   g r o wn   f r o m   Octo b er   2 8 ,   2 0 2 0 ,   t o   Ma r c h   2 2 ,   2 0 2 1 ,   th o b s er v e d   I W R   is   2 8 7 . 9   m m /s ea s o n ,   w h er ea s   p r ed icted   I W R   is   2 9 6 . 0   m m /s ea s o n .   T h e   a cc u r ac y   d em o n s tr ated   b y   g r a d ien b o o s tin g   r e g r ess o r   is   s u m m ar i ze d   in   T ab le  8 .       T ab le  5 .   d i v is io n   o f   t r ain in g   an d   test   d ata   D a t a s e t   d u r a t i o n   To t a l   sam p l e s   Tr a i n i n g   d a t a se t   Te st   d a t a set   01 - J a n - 2 0 0 0   t o   3 1 - D e c - 2 0 2 1   8 , 0 3 6   7 , 8 9 0   ( 0 1 - Ja n - 2 0 0   t o   2 7 - O c t 2 0 2 0 )   a n d   ( 2 3 - M a r - 2 0 2 1   t o   3 1 - D e c - 2 0 2 1 )   1 4 6   ( 2 8 - O c t - 2 0 2 0   t o   2 2 - M a r - 2 0 2 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       E n s emb le  ma ch in lea r n in g   b a s ed   mo d el  to   esti ma te  ir r ig a tio n   w a ter r eq u ir eme n … ( S a te n d r a   K u ma r   Ja in )   151   T ab le  6 .   R esu lts   o f   ad ju s tin g   h y p er p a r am eter s   f o r   v ar y i n g   tr e co u n ts   n _ e st i ma t o r   10   20   30   40   50   60   70   80   90   1 0 0   max - d e p t h   5   5   5   5   5   5   5   5   5   5   M e a n   t e s t   s c o r e   0 . 8 3 4   0 . 9 4 9   0 . 9 6 8   0 . 9 7 3   0 . 9 7 5   0 . 9 7 6   0 . 9 7 7   0 . 9 7 7   0 . 9 7 7   0 . 9 7 7       T ab le  7 .   Pre d icted   I W R   f o r   w h ea t c r o p   i n   L u d h ian a   2 8   O c t   2 0 2 0   t o   2 2   M a r   2 0 2 1   D e c a d e   R a i n   ( mm / d e c . )   Ef f e c t i v e   r a i n   ( mm / d e c . )   O b serv e d   ET c   ( mm / d e c . )   P r e d i c t e d   ET c   ( mm / d e c . )   O b serv e d   I W R   ( mm / d e c . )   P r e d i c t e d   I W R   ( mm / d e c . )   O c t   1   0 . 0   0 . 0   6 . 4   7 . 1   6 . 4   7 . 1   N o v   1   0 . 0   0 . 0   1 3 . 9   1 4 . 1   1 3 . 8   1 4 . 0   2   1 3 . 6   1 2 . 7   1 1 . 3   1 1 . 4   0 . 0   0 . 0   3   6 . 6   6 . 3   1 3 . 1   1 4 . 0   6 . 8   7 . 6   D e c   1   0 . 5   0 . 5   1 9 . 1   2 0 . 6   1 8 . 6   2 0 . 1   2   8 . 4   8 . 1   2 0 . 6   2 1 . 3   1 2 . 5   1 3 . 3   3   3 . 9   3 . 8   2 6 . 7   2 7 . 8   2 2 . 9   2 4 . 0   Jan   1   1 7 . 5   1 6 . 1   2 1 . 4   2 4 . 4   5 . 4   8 . 3   2   0 . 0   0 . 0   2 9 . 2   2 9 . 5   2 9 . 2   2 9 . 5   3   1 . 1   1 . 1   3 7 . 3   3 3 . 9   3 6 . 2   3 2 . 8   F e b   1   5 . 6   5 . 5   3 9 . 0   4 1 . 5   3 3 . 5   3 6 . 1   2   0 . 0   0 . 0   4 4 . 8   4 5 . 2   4 4 . 8   4 5 . 2   3   1 . 1   1 . 1   1 7 . 2   1 7 . 5   1 6 . 1   1 6 . 5   M a r   1   1 . 2   1 . 2   2 0 . 2   2 0 . 6   1 9 . 0   1 9 . 4   2   0 . 7   0 . 7   2 1 . 4   2 1 . 3   2 0 . 7   2 0 . 6   3   2 . 8   2 . 8   4 . 9   5 . 1   2 . 1   2 . 3       T ab le  8 .   Gr a d ien t b o o s tin g   r eg r ess io n 's ac cu r ac y   in   p r ed ictin g   E T o ,   E T c,   an d   I W R   P a r a me t e r   ETo   ETc   I W R   R M S E   0 . 2 2   mm / d a y   0 . 1 9   mm / d a y   0 . 1 8   mm / d a y   R 2   0 . 9 8   0 . 9 8   0 . 9 8           ( a)   ( b )     Fig u r 6 .   R elatio n s h ip   b etwe e n   o b s er v e d   an d   p r e d icted   E T o ( a)   r eg r ess io n   lin Y= 1 ×X +0 . 0 8   an d     ( b )   co r r esp o n d in g   r esid u al  g r a p h           ( a)   ( b )     Fig u r 7 .   R elatio n s h ip   b etwe e n   o b s er v e d   an d   p r e d icted   E T c ( a)   r eg r ess io n   lin Y= 0 . 9 7 ×X +0 . 1 2   a n d     ( b )   co r r esp o n d in g   r esid u al  g r a p h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.