تزويد الحقول بالمياه الزراعية من مياه الأمطار… تقنية بلا طاقة من إدارة التنمية الريفية تقلص نقص المياه بما يصل إلى 57%

في موقع التجربة الميدانية في هابتشيون بمقاطعة كيونغنام، انخفض متوسط نقص المياه اليومي الذي كان يبلغ 98.3㎥ إلى 41.3㎥. كما تقلصت الفترة التي استمر فيها الجفاف بلا انقطاع، أي الحد الأقصى لعدد أيام نقص المياه المتتالية، من 18~21 يوما إلى 13~16 يوما. هذه أرقام خرجت من موقع تجريبي في هابتشيون لا توجد فيه كهرباء، ولا آبار مياه جوفية، ولا مجرى مائي يمكن جلبه للاستعمال. لم يكن هناك مصدر طاقة لجلب المياه. كل ما كان موجودا هو مياه الأمطار وفارق الارتفاع في التضاريس، والضغط الذي تولده المياه من تلقاء نفسها.

هذه هي قصة «تقنية الإمداد المتكامل بالمياه الزراعية بلا طاقة» التي قاد تطويرها الباحث يو سوك-تشول من قسم آلات زراعة الحقول في المعهد الوطني للعلوم الزراعية التابع لإدارة التنمية الريفية. وحصل الباحث يو بهذه التقنية في 2 سبتمبر على جائزة الوزير في «جائزة جمهورية كوريا للبحث والتطوير في السلامة من الكوارث» التي تنظمها وزارة الداخلية والسلامة. وهي جائزة تمنحها الوزارة سنويا منذ 2019 لإنجازات البحث والتطوير في مجال السلامة من الكوارث لدى الجامعات والمؤسسات البحثية في أنحاء البلاد، وقد اختير هذا العام 8 أشخاص بعد ترشيحات المؤسسات وتقييم العروض. 

«جائزة تسلمتها ممثلا بفضل فريق البحث المشترك»

بدأ الباحث يو حديثه عن مشاعره بعد الفوز بإرجاع الفضل إلى فريق البحث. وقال «لم أفعل ذلك وحدي، بل بفضل فريق البحث المشترك»، مضيفا «نفذت جامعة كيونغسانغ الوطنية وجامعة سونتشونهيانغ والمعهد الوطني للعلوم الزراعية المهمة معا، وبفضل الجهود الكبيرة التي بذلها الباحثون تسلمت الجائزة ممثلا عنهم». وتابع «صحيح أنني تقدمت بترشيح من المعهد الوطني للعلوم الزراعية، لكن كان لدي شك فيما إذا كنت سأحصل على الجائزة»، مضيفا «لأنني لم أكن أتوقع ذلك، كانت فرحتي أكبر بعد إعلان نتائج التحكيم».

البحث الذي قاد إلى الجائزة هو مهمة مشتركة نُفذت من 2023 إلى 2025، لكن الزمن الذي كرسه لأبحاث مياه الأمطار أطول بكثير. فقد واصل الباحث يو أبحاثه باستخدام مياه الأمطار بانتظام منذ 2013. وأوضح الخلفية قائلا «حتى الآن كنا نوزع حاويات تخزين كي تستخدمها المزارع في السهول، لكن مناطق الجبال المتوسطة والمرتفعات كانت تواجه حدودا بسبب صعوبة استخدام الآبار والمياه الجوفية»، وأضاف «بدأنا هذا البحث لتطوير تقنية يمكن استخدامها بلا كهرباء».

ومع ازدياد الجفاف المفاجئ الذي يتطور بسرعة خلال وقت قصير بسبب تغير المناخ، أصبح خطر نقص المياه في مناطق زراعة المحاصيل الحقلية أمرا دائما. وبخاصة فإن مناطق الزراعة في الجبال المتوسطة والمرتفعات يصعب فيها تطوير الآبار كما يصعب إيصال الكهرباء إليها، ما يجعل من الصعب تطبيق أساليب تأمين المياه البديلة القائمة، مثل إعادة استخدام مياه الصرف أو آبار المياه الجوفية. وهي بذلك منطقة عمياء في تأمين مياه زراعية بديلة.

الجمع-المعالجة الأولية-التخزين-النقل، 4 مراحل لصنع مياه زراعية بلا كهرباء

التقنية المطورة هي نظام متكامل تدور فيه المراحل الأربع، «الجمع-المعالجة الأولية-التخزين-النقل»، تلقائيا من دون إمداد بالكهرباء. والجوهر هو عدم ترك مياه الجريان السطحي الناتجة عن الأمطار، التي لا تتسرب إلى الأرض عند هطول المطر بل تجري على سطحها، تمضي سدى، بل احتجازها كمياه زراعية.

وعندما سئل عن مبدأ التشغيل، شرح الباحث يو الأمر متتبعا مسار المياه. والجدول الصغير يعني مجرى مائيا صغيرا تتدفق فيه المياه على طول منحدرات الجبال عند هطول الأمطار. وقال «عندما تمطر في المناطق الجبلية المتوسطة، نستخدم الجداول الصغيرة التي تجري فيها المياه، فنصل الأنابيب بجهاز الجمع، وتدخل المياه التي تمر من خلاله إلى خزان المياه الرئيسي بسعة 5 أطنان»، وأضاف «تُصفّى الشوائب الكبيرة في جهاز الجمع، أما الصغيرة فتُصفّى في مرشح هيدروسيكلون طورناه بأنفسنا». وتابع «عندما يمتلئ خزان المياه الرئيسي، تمر المياه الفائضة عبر المرشح مرة أخرى ثم تنتقل إلى خزان المياه التالي، وقد صممناه بحيث تصل إلى مستوى المزارع والقرى».

وبحسب فريق البحث، فإن كفاءة فصل الهيدروسيكلون، الذي يفصل التربة والشوائب باستخدام قوة الطرد المركزي، تصل إلى 96% كحد أقصى، وتبلغ القدرة القصوى لجمع المياه في جهاز الجمع 8.4㎥ في الساعة.

أما طريقة إرسال المياه المخزنة إلى الحقول فتختلف بحسب التضاريس. وأوضح الباحث يو «ننقل المياه مع التمييز بين المناطق المرتفعة والمنخفضة، ففي المناطق المنخفضة جعلناها تتدفق طبيعيا بفعل الجاذبية باستخدام فارق الارتفاع، أما المناطق المرتفعة فنرفعها بمضخة صدم مائي». ومضخة الصدم المائي جهاز يدفع المياه إلى مكان مرتفع بالضغط الذي يتولد عندما تتوقف المياه أثناء جريانها، ويبلغ أقصى ارتفاع رفع بلا طاقة للمضخة التي طورها الفريق 12m. وهو ما يعادل تقريبا ارتفاع مبنى من 4 طوابق.

وعند هذه النقطة تحديدا يُعد تجاوز حدود المنتجات التجارية إنجازا تقنيا. وقال الباحث يو «عندما استخدمنا مضخة صدم مائي تجارية، كانت هناك مشكلة في ارتفاع كمية الفاقد، مثل استهلاك الكثير من المياه وتسربها»، وأضاف «طورنا بأنفسنا صمام الفحص العادم، وهو مكوّن أساسي، وعززنا ذلك الجزء، وأنهينا أيضا طلب تسجيل براءة الاختراع».

بلغ عدد براءات الاختراع التي تقدم بها فريق البحث لهذه التقنية 4 براءات إجمالا. وهي: «نظام مراقبة وتحكم لري المحاصيل الحقلية»(10-2025-0182493)، و«جهاز جمع ومعالجة مياه جريان الأمطار، وطريقة معالجة مياه جريان الأمطار باستخدامه»(10-2025-0046790)، و«نظام ري حقلي بلا طاقة»(10-2025-0117299)، و«نظام إمداد بالمياه الزراعية بلا طاقة باستخدام مياه جريان الأمطار»(10-2025-0166502). 

جانغسو وهابتشيون، تحقق منفصل في موقعين مختلفي الظروف

أجرى فريق البحث تجارب ميدانية في موقعين يختلفان من حيث المناخ والتضاريس، هما مقاطعة جانغسو في مقاطعة جولا الشمالية الخاصة بالحكم الذاتي ومقاطعة هابتشيون في كيونغنام، وذلك من أبريل 2023 إلى نوفمبر 2025. وكان هناك سبب لاختيار الموقعين.

وقال الباحث يو «كان الحكم هو أن نجرب في أماكن تختلف فيها التضاريس والظروف المناخية»، موضحا «جانغسو منطقة جبلية متوسطة تجري فيها مياه الجريان باستمرار حتى عندما لا تمطر، أما هابتشيون فهي منطقة لا يمكن جمع مياه الأمطار فيها إلا عند هطول المطر». وأضاف «أجرينا التحقق بتقسيم المواقع إلى مكان يتدفق فيه الماء دائما ومنطقة تتجمع فيها مياه الأمطار، وكان كلا الموقعين من المناطق التي تعاني نقص المياه».

وأظهرت نتائج التجارب في الموقعين أن متوسط نقص المياه اليومي انخفض بما يصل إلى 57%. وفي حالة مقاطعة هابتشيون، انخفض نقص المياه من 98.3㎥ يوميا إلى 41.3㎥. وتقلص الحد الأقصى لعدد أيام نقص المياه المتتالية من 18~21 يوما إلى 13~16 يوما، وأنتج النظام المتكامل ذاتيا في المتوسط 27㎥ يوميا، ما وفر مياه الري بصورة مستقرة. وحتى في التحقق الخاص بالمناخ المستقبلي باستخدام 18 نموذجا من نماذج المناخ العالمية(GCM) وسيناريوهات المسارات الاجتماعية والاقتصادية المشتركة(SSP)، وتحديدا SSP2-4.5 وSSP5-8.5، تأكد باستمرار أثر تقليل نقص المياه.

كما استوفت جودة المياه المخزنة جميع معايير المياه الزراعية. وبحسب تحليل المياه المعالجة في موقع التجربة في دايغوك-ري، جانغغي-ميون، مقاطعة جانغسو، بلغت القيم 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 جميع البنود الستة ضمن المعايير. 

وأوضح الباحث يو أن ردود فعل المزارع لم تكن سيئة أيضا. وقال «عندما عرضنا التقنية في هابتشيون العام الماضي، كانت استجابة المزارعين جيدة»، مضيفا «تلقينا تقييما مفاده أن استخدام هذه التقنية سيجعل تأمين المياه ممكنا حتى في الجبال المتوسطة والمرتفعات». 

نظام مراقبة حارب رطوبة خزانات المياه

لم تكن عملية التطوير سلسة تماما. وكان أكثر ما تسبب في العناء، على نحو غير متوقع، ليس جهاز جمع المياه وإرسالها، بل نظام المراقبة الذي يمكّن المزارع من معرفة مقدار المياه التي يستطيع استخدامها.

وقال الباحث يو «طورنا تطبيقا يتيح للمزارع معرفة كمية المياه الموجودة في خزان المياه ومقدار ما يمكن استخدامه، لكن مقياس مستوى المياه بالموجات فوق الصوتية الذي استخدمناه أثناء التجربة انخفضت دقته عندما امتلأ خزان المياه بالرطوبة»، وأضاف «كان ذلك الجزء مشكلة».

وكان الحل هو تغيير طريقة قياس مستوى المياه نفسها. فبدلا من الطريقة غير التلامسية، اختير جهاز يقرأ مستوى المياه بضغط الماء وهو مغمور فيها. وأوضح الباحث يو «مع التغيير من مقياس مستوى المياه بالموجات فوق الصوتية إلى مقياس مستوى المياه بالضغط، حُلّت مشكلة قياس المستوى»، مضيفا «ومن خلال ذلك أصبح نظام مراقبة جريان مياه الأمطار القائم على التطبيق يعمل بسلاسة».

وكان تأمين المتانة مع وضع التوزيع الميداني في الحسبان تحديا أيضا. وقال الباحث يو «عندما طبقنا النظام في الموقع وأجرينا التحقق، كانت متانة جهاز الجمع والهيدروسيكلون وغيرهما هي العامل الحاسم»، مضيفا «بما أن هناك مشكلات تتمثل في احتمال التلف عند التوزيع أو صعوبة الصيانة، ركزنا في البحث على خفض تكاليف الصيانة مقارنة بالمعدات العامة، بحيث تكون الصيانة والإصلاح ميسورين للمزارع وفي الموقع». 

تكلفة استثمار أولية 8.7 مليون وون…أرخص من الآبار

وفي الجدوى الاقتصادية، وهي عامل حاسم لتوسيع التوزيع، جاء التقييم أيضا بأن التقنية أكثر ملاءمة من طريقة آبار المياه الجوفية. تبلغ تكلفة الاستثمار الأولية للنظام المتكامل بلا طاقة، بما في ذلك 5 خزانات مياه بسعة 5 أطنان، 8.7 مليون وون، أي أقل بنسبة 37.4% من 13.9 مليون وون لنظام آبار المياه الجوفية القائم على الطاقة الشمسية. كما تبلغ تكاليف التشغيل والصيانة السنوية 750 ألف وون، وهي أقل بنسبة 25% من طريقة الآبار(مليون وون). وتتكون تكاليف التشغيل من 500 ألف وون لتكلفة تنظيف خزانات المياه، و150 ألف وون لتكلفة استبدال مستهلكات الأنابيب والصمامات والوصلات ومضخة الصدم المائي، و100 ألف وون لتكلفة طلب تحليل جودة المياه من جهة خارجية.

وقال الباحث يو «عندما أجرينا تقييم الجدوى الاقتصادية، وجدنا أن تكلفة تركيب المنشآت في حدود 8 ملايين وون، بينما يكلف تركيب بئر مياه جوفية نحو 14 مليون وون»، وأضاف «نرى أن تقنيتنا ذات جدوى اقتصادية مقارنة بآبار المياه الجوفية، ولذلك نتطلع إلى توسيع توزيعها». 

هدف إدراجها في مشروع عام 2027…وكذلك لمياه الثروة الحيوانية والتنسيق الطبيعي ومكافحة الحرائق

انتقلت التقنية بالفعل إلى مرحلة السياسات. قدم فريق البحث في ديسمبر 2025 اقتراحا سياسيا إلى وزارة الزراعة والأغذية والشؤون الريفية طالبا إدراجها ضمن المستفيدين من دعم «مشروع تطوير المياه استعدادا للجفاف». وقال الباحث يو «الأمر جار حاليا، ونحاول تحويله إلى مشروع بهدف عام 2027»، مضيفا «تتواصل معنا الحكومات المحلية أيضا لأنها مهتمة بهذه التقنية». وتابع «عندما تحدثنا مجددا مع وزارة الزراعة والأغذية والشؤون الريفية، قالوا إن إدراجها ممكن إذا كان هناك طلب من الحكومات المحلية»، وأضاف «نرى أنه إذا استمرت مطالب الحكومات المحلية فيمكن أن تُدرج، ونحن نواصل الدفع في هذا الاتجاه».

وتوجد خطة لتوسيع مجالات التطبيق أيضا. وقال الباحث يو «نرى أنه يمكن استخدامها بما يكفي ليس في الزراعة فقط، بل في الثروة الحيوانية أو تنسيق المناظر الطبيعية أيضا، 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 المواقف الطارئة مثل الحرائق بمجرد وصل خرطوم، أرى أن ذلك الجزء ممكن بما يكفي». وقال عن التطبيق في الخارج أيضا «أرى أن الربط ممكن تماما».

وبما أن الهيكل يقوم على زيادة خزانات المياه تدريجيا، يمكن أيضا توسيع حجم الإمداد. وأوضح الباحث يو «لأنه أسلوب يقوم على تركيب خزانات المياه على مراحل، فإن كمية المياه كافية لتزويد معظم القرى الريفية».

وسينتقل مركز ثقل البحث اللاحق من تطوير التقنية إلى توزيعها. وقال الباحث يو «أجرينا أبحاث مياه الأمطار منذ وقت طويل، وأعتقد أننا أمنّا تطويرا متقدما للتقنية»، مضيفا «المهم هو إلى أي مدى سنوسع هذه التقنية ونوزعها». وأشار أيضا إلى أن لي سونغ-دون، رئيس إدارة التنمية الريفية، ظل يؤكد على توزيع التقنيات. وقال الباحث يو «بما أن الرئيس يؤكد أيضا على التوزيع، فإن البحث اللاحق سيسعى إلى تجارب ميدانية باتجاه توسيع التوزيع وإلى الدفع نحو تصنيفها كآلة زراعية بتقنية جديدة». كما يجري النظر في توسيعها إلى أسلوب هجين يربطها بمياه جوفية صغيرة النطاق استعدادا للجفاف الشديد. 

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

التحق الباحث يو في أكتوبر 2013 بقسم هندسة الوقاية من الكوارث في إدارة الهندسة الزراعية بالمعهد الوطني للعلوم الزراعية عبر التوظيف العام. ويمر مساره البحثي عبر الكوارث والسلامة في مواقع الزراعة. فمنذ 2016 أجرى في قسم هندسة الوقاية من الكوارث أبحاثا حول سلامة منشآت مقاومة الكوارث في البيوت المحمية بمجال البستنة والمحاصيل الخاصة، ومع انتقال مختبره العام الماضي إلى قسم آلات زراعة الحقول، نقل مركز الثقل إلى أبحاث تركز على سلامة قواعد الإنتاج. ويجري حاليا بالتوازي أبحاثا في مجال سلامة الآلات الزراعية أيضا. وهو بحث يحلل واقع استخدام الآلات الزراعية بالاستفادة من بيانات GPS، وفي المجمع التجريبي في بايكسان-ميون بمدينة كيمجي في مقاطعة جولا الشمالية الخاصة بالحكم الذاتي، تُركب أجهزة GPS على الجرارات وآلات غرس الأرز والحصادات لتحليل مستوى تحسين العمل. وأوضح الباحث يو «في أعمال تشغيل الآلات الزراعية بالوكالة التي تقوم بها تعاونية بايكسان الزراعية، نركب أجهزة على الحصادات وغيرها ونحلل حجم العمل ببيانات GPS».

وعندما سئل عما يريد قوله للمزارعين الذين يعانون صعوبات بسبب الجفاف، عاد الباحث يو إلى الحديث عن الميدان. وقال «بسبب اشتداد تغير المناخ، تزداد الزراعة صعوبة يوما بعد يوم»، وأضاف «في هذا الوضع، سأبذل جهدي لصنع تقنيات نافعة في الميدان، بحيث يمكن لأبحاثنا أن تخفف ولو قليلا من صعوبات المزارعين».