تُزوَّد الحقول بمياه زراعية من مياه الأمطار… تقنية بلا طاقة من إدارة التنمية الريفية تقلّص نقص المياه بما يصل إلى 57%

في موقع التجربة الميدانية في هابتشون بمقاطعة غيونغنام، انخفض متوسط نقص المياه اليومي، الذي كان يبلغ 98.3㎥، إلى 41.3㎥. كما تقلصت فترة استمرار الجفاف بلا انقطاع، أي الحد الأقصى لعدد أيام نقص المياه المتتالية، من 18~21 يوماً إلى 13~16 يوماً. هذه أرقام خرجت من موقع تجربة هابتشون الذي لا تتوافر فيه كهرباء، ولا بئر مياه جوفية، ولا مجرى مائي يمكن جلبه واستخدامه. لم يكن هناك مصدر طاقة لجلب المياه. كانت مياه الأمطار وفارق الارتفاع في التضاريس، والضغط الذي تولده المياه بنفسها، هي كل ما في الأمر.

إنها قصة «تقنية الإمداد المتكامل بالمياه الزراعية بلا طاقة» التي قاد تطويرها الباحث يو سوك-تشول من قسم آلات الزراعة الحقلية في المعهد الوطني للعلوم الزراعية التابع لإدارة التنمية الريفية. وبفضل هذه التقنية، حصل الباحث يو في 2 سبتمبر على جائزة الوزير في «جائزة كوريا للبحث والتطوير في السلامة من الكوارث» التي تنظمها وزارة الداخلية والسلامة. وهي جائزة تمنحها الوزارة سنوياً منذ عام 2019 لإنجازات البحث والتطوير في مجال السلامة من الكوارث في الجامعات ومؤسسات البحث في أنحاء البلاد، واختير هذا العام 8 أشخاص بعد ترشيحات المؤسسات وتقييم العروض. 

“جائزة تسلمتها ممثلاً بفضل فريق البحث المشترك”

بدأ الباحث يو حديثه عن مشاعره بعد الفوز بإرجاع الفضل إلى فريق البحث. وقال “لم أنجز ذلك وحدي، بل بفضل فريق البحث المشترك” مضيفاً “لقد نفذت جامعة غيونغسانغ الوطنية وجامعة سونتشونهيانغ والمعهد الوطني للعلوم الزراعية المهمة معاً، وبفضل الجهد الكبير الذي بذله الباحثون حصلت أنا على الجائزة ممثلاً عنهم”. وأضاف “رغم أنني تقدمت بترشيح من المعهد الوطني للعلوم الزراعية، كانت لدي شكوك في إمكانية الفوز” وتابع “ولأنني لم أكن أتوقعها، كانت فرحتي أكبر بعد إعلان نتائج التحكيم”.

والبحث الذي قاد إلى الجائزة هو مشروع مشترك جرى من عام 2023 إلى عام 2025، لكن الزمن الذي كُرّس لأبحاث مياه الأمطار أطول بكثير. فقد واصل الباحث يو منذ عام 2013 أبحاثه باستخدام مياه الأمطار بصورة مستمرة. وقال “حتى الآن كنا نوفر خزانات تخزين كي تستخدمها مزارع السهول، لكن المناطق شبه الجبلية والمرتفعات كانت تواجه قيداً يتمثل في صعوبة استخدام الآبار والمياه الجوفية” موضحاً الخلفية بقوله “بدأنا هذا البحث لتطوير تقنية يمكن استخدامها من دون كهرباء”.

ومع تزايد حالات الجفاف الخاطف التي تتطور بسرعة خلال وقت قصير بسبب تغير المناخ، أصبح خطر نقص المياه في مناطق زراعة المحاصيل الحقلية خطراً دائماً. وخاصة في مناطق الزراعة شبه الجبلية·والمرتفعة، يصعب تطوير الآبار كما يصعب توفير الكهرباء، لذلك يصعب تطبيق الطرق التقليدية لتأمين مصادر مياه بديلة مثل إعادة استخدام مياه الصرف أو آبار المياه الجوفية. وهي بذلك منطقة عمياء في تأمين المياه الزراعية البديلة.

جمع المياه-المعالجة الأولية-التخزين-النقل، أربع مراحل لصنع مياه زراعية بلا كهرباء 4

التقنية المطورة هي نظام متكامل تدور فيه مراحل «جمع المياه-المعالجة الأولية-التخزين-النقل» الأربع تلقائياً من دون إمداد بالكهرباء. وجوهرها هو عدم ترك مياه الجريان المطري، التي لا تتسرب إلى التربة عند هطول المطر وتتدفق على سطح الأرض، تمضي هدراً، بل احتجازها كمياه زراعية.

وعندما سُئل عن مبدأ التشغيل، شرحه الباحث يو متتبعاً مسار المياه. والجدول الصغير يعني مجرى مائياً صغيراً تتدفق فيه المياه على طول منحدرات الجبال عند هطول المطر. وقال “نستخدم الجداول الصغيرة التي تجري فيها المياه عند هطول الأمطار في المناطق شبه الجبلية، ونوصل الأنابيب بجهاز جمع المياه، ثم تدخل المياه التي تمر عبره إلى خزان رئيسي بسعة 5 أطنان” مضيفاً “تُزال الشوائب الكبيرة في جهاز الجمع، أما الصغيرة فتُرشح في مرشح الهيدروسايكلون الذي طورناه بأنفسنا”. وتابع “عندما يمتلئ الخزان الرئيسي، تمر المياه الفائضة عبر المرشح مرة أخرى ثم تنتقل إلى الخزان التالي، وقد صممناها لتصل حتى مستوى المزرعة والقرية”.

وبحسب فريق البحث، فإن كفاءة الفصل في الهيدروسايكلون، الذي يفصل التربة والشوائب باستخدام قوة الطرد المركزي، تصل إلى 96%, فيما تبلغ القدرة القصوى لجهاز جمع المياه 8.4㎥ في الساعة.

وتختلف طريقة إرسال المياه المخزنة إلى الحقول تبعاً للتضاريس. وأوضح الباحث يو “ننقلها مع التمييز بين المناطق المرتفعة والمنخفضة، ففي المناطق المنخفضة جعلناها تتدفق طبيعياً بالجاذبية باستخدام فرق الارتفاع، أما المناطق المرتفعة فنرفعها بمضخة طرق مائي”. ومضخة الطرق المائي جهاز يرفع المياه إلى مكان أعلى بالضغط المتولد عندما تتدفق المياه ثم تتوقف، ويبلغ أقصى ارتفاع رفع بلا طاقة للمضخة التي طورها الباحثون 12m. وهو ما يعادل تقريباً ارتفاع مبنى من 4 طوابق.

وفي هذه النقطة تحديداً، يُعد تجاوز حدود المنتجات التجارية إنجازاً تقنياً. وقال الباحث يو “عند استخدام مضخات طرق مائي تجارية، واجهنا مشكلة فقدان كبير بسبب استهلاك كمية كبيرة من المياه وتسربها” مضيفاً “طورنا بأنفسنا صمام الفحص للنفايات، وهو مكون رئيسي، فاستكملنا هذا الجزء وأنهينا حتى طلب تسجيل براءة الاختراع”.

ويبلغ عدد براءات الاختراع التي تقدم بها الفريق لهذه التقنية 4 براءات إجمالاً. ‘نظام مراقبة وتحكم لري المحاصيل الحقلية’(10-2025-0182493), ‘جهاز جمع ومعالجة مياه الجريان المطري، وطريقة معالجة مياه الجريان المطري باستخدامه’(10-2025-0046790), ‘نظام ري حقلي بلا طاقة’(10-2025-0117299), ‘نظام إمداد بالمياه الزراعية بلا طاقة باستخدام مياه الجريان المطري’(10-2025-0166502). 

جانغسو وهابتشون، تحقق منفصل في موقعين مختلفي الظروف

أجرى فريق البحث تجارب ميدانية في 2 موقعين يختلفان في ظروف المناخ·والتضاريس، هما مقاطعة جانغسو في إقليم جولا الشمالي الخاص وهابتشون في غيونغنام، من أبريل 2023 إلى نوفمبر 2025. وكان هناك سبب لاختيار الموقعين.

وقال الباحث يو “كان قرارنا أن نجرب في أماكن تختلف فيها ظروف التضاريس والمناخ” موضحاً “جانغسو منطقة شبه جبلية تجري فيها مياه الجريان باستمرار حتى عندما لا تمطر، أما هابتشون فهي منطقة لا يمكن جمع مياه الأمطار فيها إلا عند هطول المطر”. وأضاف “أجرينا التجارب مع تقسيم المواقع إلى مكان تجري فيه المياه دائماً ومنطقة تتجمع فيها مياه الأمطار، وكان كلا الموقعين يعاني نقص المياه”.

وأظهرت نتائج التجارب في الموقعين أن متوسط نقص المياه اليومي انخفض بما يصل إلى 57% . وفي حالة مقاطعة هابتشون، انخفض نقص المياه اليومي من 98.3㎥ إلى 41.3㎥. وتقلص الحد الأقصى لعدد أيام نقص المياه المتتالية من 18~21 يوماً إلى 13~16 يوماً، وأنتج النظام المتكامل ذاتياً متوسطاً يومياً قدره 27㎥، موفراً مياه الري بشكل مستقر. كما تأكد استمرار أثر خفض نقص المياه في اختبارات المناخ المستقبلي التي طبقت SSP2-4.5 و SSP5-8.5 من بين سيناريوهات 18 نموذجاً من نماذج المناخ العالمية(GCM) والمسارات الاجتماعية والاقتصادية المشتركة(SSP) .

كما استوفت جودة المياه المخزنة جميع معايير المياه الزراعية. وأظهرت نتائج تحليل المياه المعالجة في موقع التجربة في دايغوك-ري، جانغغي-ميون، مقاطعة جانغسو، أن القيم بلغت pH 7.87, EC 0.001dS/m, TOC 5.832㎎/L, SS 26.8㎎/L, T-N 0.9㎎/L, T-P 0.0㎎/L، وكانت البنود 6 كلها ضمن المعايير. 

وأوضح الباحث يو أن رد فعل المزارعين لم يكن سيئاً أيضاً. وقال “عندما عرضناها في هابتشون العام الماضي، كان رد فعل المزارعين جيداً” مضيفاً “تلقينا تقييماً مفاده أن استخدام هذه التقنية يمكن أن يجعل تأمين المياه ممكناً حتى في المناطق شبه الجبلية والمرتفعات”. 

نظام مراقبة حارب رطوبة خزانات المياه

لم تكن عملية التطوير سهلة دائماً. والجزء الأكثر إرباكاً، على نحو غير متوقع، لم يكن جهاز جمع المياه وإرسالها، بل نظام المراقبة الذي يتيح للمزارعين معرفة كمية المياه التي يمكنهم استخدامها.

وقال الباحث يو “طورنا تطبيقاً يتيح للمزارعين معرفة كمية المياه الموجودة في الخزان وكمية ما يمكن استخدامه، لكن مقياس مستوى المياه بالموجات فوق الصوتية المستخدم في التجربة فقد دقته عندما امتلأ الخزان بالرطوبة” مضيفاً “كان ذلك الجزء هو المشكلة”.

وكان الحل هو تغيير طريقة قياس مستوى المياه نفسها. فبدلاً من الطريقة غير التلامسية، اختير جهاز يقرأ مستوى المياه بضغط الماء وهو مغمور فيها. وأوضح الباحث يو “عند الانتقال من مقياس مستوى المياه بالموجات فوق الصوتية إلى مقياس ضغط، حُلت مشكلة قياس المستوى” وأضاف “وبذلك بدأ نظام مراقبة مياه الجريان المطري القائم على التطبيق يعمل بسلاسة”.

وكان تأمين المتانة مع مراعاة التعميم الميداني مهمة أيضاً. وقال الباحث يو “عندما طبقناها في الميدان وأجرينا التجارب، كانت متانة جهاز الجمع والهيدروسايكلون وغيرهما هي العامل الحاسم” مضيفاً “ونظراً إلى وجود مشكلات مثل التلف عند التعميم أو صعوبة الصيانة، ركزنا في البحث على خفض تكاليف الصيانة مقارنة بالمعدات العادية كي تكون الصيانة·والإصلاح أسهل للمزارعين وفي الميدان”. 

تكلفة استثمار أولية 870 مليون وون…أرخص من البئر

وفي جانب الجدوى الاقتصادية، وهو مفتاح توسيع الانتشار، صدر تقييم بأنها أكثر ملاءمة من طريقة آبار المياه الجوفية. وتبلغ تكلفة الاستثمار الأولية للنظام المتكامل بلا طاقة، بما يشمل 5 خزانات مياه سعة 5 أطنان، 870 مليون وون، أي أقل بنسبة 37.4% من نظام بئر المياه الجوفية القائم على الطاقة الشمسية البالغة تكلفته 1390 مليون وون. كما أن نفقات التشغيل·والصيانة السنوية تبلغ 75 مليون وون، أي أقل بنسبة 25% من طريقة البئر(100 مليون وون). وتتكون نفقات التشغيل من 50 مليون وون لتنظيف خزانات المياه، و 15 مليون وون لتبديل مستهلكات الأنابيب·والصمامات·والوَصلات ومضخة الطرق المائي، و 10 ملايين وون لتكلفة تكليف جهة خارجية بتحليل جودة المياه.

وقال الباحث يو “عندما أجرينا تقييماً اقتصادياً، كانت تكلفة تركيب المنشأة في حدود 800 مليون وون، بينما يكلف تركيب بئر مياه جوفية نحو 1400 مليون وون” مضيفاً “نرى أن تقنيتنا أكثر جدوى اقتصادية من آبار المياه الجوفية، ولذلك نتوقع توسيع انتشارها”. 

2027 هدف إدراجها في مشروع عام…وللاستخدام أيضاً في الثروة الحيوانية·وتنسيق الحدائق·ومياه الإطفاء

انتقلت التقنية بالفعل إلى مرحلة السياسات. فقد قدم فريق البحث في ديسمبر 2025 مقترحاً سياسياً إلى وزارة الزراعة والغذاء والشؤون الريفية طالباً إدراجها ضمن الجهات المستفيدة من دعم «مشروع تطوير مصادر المياه استعداداً للجفاف» . وقال الباحث يو “الأمر قيد الدفع حالياً، ونحاول تحويله إلى مشروع مستهدفين عام 2027” مضيفاً “حتى الحكومات المحلية تتواصل معنا قائلة إنها مهتمة بهذه التقنية”. وتابع “وعندما تحدثنا مجدداً مع وزارة الزراعة والغذاء، قالوا إن إدراجها ممكن إذا كان هناك طلب من الحكومات المحلية” وأضاف “نرى أنها يمكن أن تُدرج إذا استمرت مطالب الحكومات المحلية، ولذلك نواصل الدفع بها”.

وتوجد خطة لتوسيع مجالات التطبيق أيضاً. وقال الباحث يو “نرى أنه يمكن استخدامها بما يكفي ليس فقط في الزراعة بل أيضاً في الثروة الحيوانية أو تنسيق الحدائق، ونخطط لتوسيعها إلى مجالات خارج الزراعة”. كما أشار إلى إمكانية استخدامها في الإمداد المؤقت بالمياه للاستجابة للكوارث، وخاصة كمياه لإطفاء الحرائق. وقال “بما أن المياه المخزنة يمكن استخدامها في حالات عاجلة مثل الحرائق بمجرد توصيل خرطوم، فإنني أرى أن ذلك ممكن تماماً أيضاً”. وبشأن التطبيق في الخارج قال أيضاً “أرى أنه يمكن دمجها وتطبيقها بما يكفي”.

وبما أن البنية تسمح بزيادة خزانات المياه تدريجياً، يمكن أيضاً توسيع حجم الإمداد. وأوضح الباحث يو “لأنها طريقة تقوم على تركيب خزانات المياه على مراحل، فهي كمية مياه كافية لتزويد معظم القرى الريفية”.

وسينتقل مركز ثقل الأبحاث اللاحقة من تطوير التقنية إلى نشرها. وقال الباحث يو “أجرينا أبحاث مياه الأمطار منذ زمن بعيد، وأعتقد أننا أمّنا تطوير التقنية إلى مستوى متقدم” مضيفاً “المهم الآن هو إلى أي مدى سنوسع هذه التقنية وننشرها”. كما أشار إلى أن رئيس إدارة التنمية الريفية لي سونغ-دون شدد على نشر التقنيات. وقال الباحث يو “وبما أن الرئيس يشدد أيضاً على التعميم، فإننا نعتزم في الأبحاث اللاحقة الدفع بأبحاث تجريبية باتجاه توسيع الانتشار وبالسعي إلى تصنيفها كآلة زراعية ذات تقنية جديدة”. كما أن التوسع إلى طريقة هجينة ترتبط بمياه جوفية صغيرة النطاق استعداداً للجفاف الشديد مطروح أيضاً للدراسة. 

من مقاومة الكوارث في البيوت المحمية إلى مياه الأمطار، ثم إلى سلامة الآلات الزراعية

التحق الباحث يو بالمعهد الوطني للعلوم الزراعية في قسم هندسة الوقاية من الكوارث ضمن إدارة الهندسة الزراعية عن طريق التوظيف المفتوح في أكتوبر 2013. وهو من مدينة جونجو، وتخصص في علم الآلات الزراعية وأنهى درجتي البكالوريوس والماجستير في جامعة جونبوك الوطنية. وأوضح خلفية التحاقه قائلاً “سمعت خبر انتقال إدارة التنمية الريفية إلى جونجو، وكنت أرغب أيضاً في توظيف تخصصي”.

ويمر مساره البحثي عبر الكوارث والسلامة في الميدان الزراعي. فمنذ عام 2016 أجرى في قسم هندسة الوقاية من الكوارث أبحاثاً حول سلامة منشآت مقاومة الكوارث في البيوت المحمية في مجال البستنة والمحاصيل الخاصة، ومع انتقال مختبره العام الماضي إلى قسم آلات الزراعة الحقلية، نقل مركز الثقل إلى أبحاث تركز على سلامة قاعدة الإنتاج. وحالياً يجري أيضاً أبحاثاً في مجال سلامة الآلات الزراعية. GPS وهي أبحاث تحلل واقع استخدام الآلات الزراعية اعتماداً على بيانات، حيث تُثبت أجهزة طرفية بنظام GPS على الجرارات وآلات شتل الأرز، والحصادات في منطقة تجريبية في بايكسان-ميون بمدينة غيمجي في إقليم جولا الشمالي الخاص، لتحليل مستوى تحسين العمل. وأوضح الباحث يو “في خدمات تنفيذ الأعمال الزراعية بالنيابة التي تقوم بها تعاونية بايكسان الزراعية، نثبت أجهزة طرفية على الحصادات وغيرها ونحلل حجم العمل ببيانات GPS ”.

وعندما سُئل عما يريد قوله للمزارعين الذين يعانون بسبب الجفاف، عاد الباحث يو إلى الحديث عن الميدان. وقال “تغير المناخ شديد، وأصبحت الزراعة تزداد صعوبة مع مرور الوقت” مضيفاً “في ظل هذه الظروف، سأبذل جهدي لصنع تقنية نافعة في الميدان كي تساعد أبحاثنا في تخفيف صعوبات المزارعين ولو قليلاً”.