Дождевой водой будут снабжать поля сельскохозяйственной водой… безэнергетическая технология Администрации по развитию сельских районов снижает дефицит воды максимум на 57%

На демонстрационной площадке в Хапчхоне, провинция Южный Кёнсан, среднесуточный дефицит воды, достигавший 98,3㎥, сократился до 41,3㎥. Период, в течение которого засуха продолжалась без перерыва, то есть максимальное число последовательных дней дефицита воды, также сократился с 18~21 дня до 13~16 дней. Это показатели, полученные на демонстрационном участке в Хапчхоне, где нет ни электричества, ни скважины на подземные воды, ни водного потока, который можно было бы отвести и использовать. Источника энергии для подачи воды не было. Всё, что использовалось, — это дождевая вода, перепад высот рельефа, и давление, которое вода создает сама.

Речь идет о «безэнергетической интегрированной технологии подачи сельскохозяйственной воды», разработку которой возглавил научный сотрудник отдела техники для полевого земледелия Национального института сельскохозяйственных наук Администрации по развитию сельских районов Ю Сок Чхоль. За эту технологию исследователь Ю 2 сентября получил министерскую премию на «Премии Республики Корея в области исследований и разработок по безопасности при бедствиях», организованной Министерством внутренних дел и безопасности. Эта премия с 2019 года ежегодно присуждается Министерством внутренних дел и безопасности за результаты НИОКР в области безопасности при бедствиях, достигнутые университетами и исследовательскими организациями по всей стране, а в этом году после рекомендаций учреждений и оценки презентаций были выбраны 8 лауреатов. 

«Это награда, которую я получил как представитель благодаря совместной исследовательской группе»

Ю Сок Чхоль начал свои впечатления от награждения с того, что отдал заслугу исследовательской группе. Он сказал: «Это сделал не я один, а благодаря совместной исследовательской группе», добавив: «Задачу выполняли совместно Кёнсанский национальный университет, Университет Сунчхян и Национальный институт сельскохозяйственных наук, и благодаря усердной работе исследователей мне довелось получить награду как представителю». Он также добавил: «Хотя я подал заявку по рекомендации Национального института сельскохозяйственных наук, у меня были сомнения, смогу ли получить награду», и «поскольку я этого не ожидал, радость после объявления результатов жюри была еще больше».

Исследование, приведшее к награде, является совместным проектом, выполнявшимся с 2023 по 2025 год, но время, посвященное исследованиям дождевой воды, гораздо больше. Ю Сок Чхоль с 2013 года последовательно продолжает исследования по использованию дождевой воды. Он объяснил предысторию: «До сих пор мы распространяли накопительные емкости, чтобы ими могли пользоваться фермеры на равнинных землях, но в среднегорных районах и на возвышенностях существовало ограничение: трудно использовать скважины и подземные воды», и «мы начали это исследование, чтобы разработать технологию, которую можно использовать без электричества».

По мере того как из-за изменения климата учащаются внезапные засухи, быстро развивающиеся за короткое время, риск нехватки воды на участках выращивания полевых культур становится постоянным. Особенно на среднегорных и высокогорных участках трудно бурить скважины и сложно обеспечить электроснабжение, поэтому трудно применять существующие способы получения альтернативной воды, такие как повторное использование сточных вод или скважины на подземные воды. Иными словами, это слепая зона в обеспечении альтернативной сельскохозяйственной водой.

Сбор — предварительная очистка — хранение — транспортировка, 4 этапа получения сельскохозяйственной воды без электричества

Разработанная технология представляет собой интегрированную систему, в которой 4 этапа — «сбор, предварительная очистка, хранение и транспортировка» — автоматически циркулируют без подачи электроэнергии. Суть заключается в том, чтобы не дать дождевому стоку, который во время дождя не впитывается в землю и уходит по поверхности, просто утечь, а удержать его как сельскохозяйственную воду.

На вопрос о принципе работы Ю Сок Чхоль объяснил, проследив путь воды. Малая временная водоточная ложбина означает небольшой водный путь, по которому во время дождя вода течет по горному склону. Он сказал: «В среднегорных районах, когда идет дождь, мы используем малые водотоки, по которым течет вода, подключаем трубопровод к водосборному устройству, и прошедшая через него вода поступает в основной водяной бак на 5 тонн», и «крупные посторонние включения задерживаются в водосборном устройстве, а мелкие мы отфильтровываем с помощью разработанного нами гидроциклонного фильтра». Он добавил: «Когда основной водяной бак наполняется, переливающаяся вода еще раз проходит через фильтр и переходит в следующий бак; система спроектирована так, чтобы доходить до уровня отдельных хозяйств и деревень».

По данным исследовательской группы, эффективность разделения гидроциклона, который с помощью центробежной силы отделяет грунт и посторонние включения, достигает максимум 96%, а максимальная водосборная способность водосборного устройства составляет 8,4㎥ в час.

Способ подачи сохраненной воды до поля различается в зависимости от рельефа. Ю Сок Чхоль объяснил: «Мы разделяем транспортировку для высоких и низких участков: на низких участках вода естественно течет самотеком за счет перепада высот, а на высокие участки ее поднимает гидротаранный насос». Гидротаранный насос — это устройство, которое поднимает воду на высоту за счет давления, возникающего, когда поток воды останавливается; максимальная безэнергетическая высота подъема насоса, разработанного исследовательской группой, составляет 12m. Это примерно соответствует высоте 4-этажного здания.

Именно в этом пункте преодоление ограничений коммерческих изделий считается техническим достижением. Ю Сок Чхоль сказал: «При использовании коммерческого гидротаранного насоса возникали проблемы с большим расходом воды, утечками и значительными потерями», и «мы самостоятельно разработали ключевой компонент — waste check valve, устранили этот недостаток и уже завершили подачу заявки на патент».

Всего исследовательская группа подала по этой технологии 4 патентные заявки. Это «Система мониторинга и управления для орошения полевых культур»(10-2025-0182493), «Устройство сбора и водоочистки дождевого стока и способ обработки дождевого стока с его использованием»(10-2025-0046790), «Безэнергетическая система орошения полей»(10-2025-0117299), «Безэнергетическая система подачи сельскохозяйственной воды с использованием дождевого стока»(10-2025-0166502). 

Чансу и Хапчхон, отдельная проверка в двух местах с разными условиями

Исследовательская группа провела полевые демонстрационные испытания с апреля 2023 года по ноябрь 2025 года на двух участках с разными климатическими и топографическими условиями — в уезде Чансу провинции Чонбук и уезде Хапчхон провинции Южный Кёнсан. Была причина, по которой выбрали эти два места.

Ю Сок Чхоль объяснил: «Мы решили попробовать в местах с разными рельефом и климатическими условиями», и «Чансу — это среднегорный район, где постоянный сток течет даже без дождя, а Хапчхон — район, где дождевую воду можно собирать только во время дождя». Он добавил: «Мы разделили демонстрацию на место, где вода течет постоянно, и район, где собирается дождевая вода, и оба места были районами с нехваткой воды».

По результатам демонстрации в двух местах среднесуточный дефицит воды сократился максимум на 57%. В случае уезда Хапчхон дефицит воды, составлявший 98,3㎥ в сутки, сократился до 41,3㎥. Максимальное число последовательных дней дефицита воды уменьшилось с 18~21 дня до 13~16 дней, а интегрированная система самостоятельно производила в среднем 27㎥ в сутки, стабильно обеспечивая оросительную воду. Эффект сокращения дефицита воды стабильно подтверждался и при проверке будущего климата, где среди 18 глобальных климатических моделей(GCM) и сценариев общих социально-экономических путей(SSP) применялись SSP2-4.5 и SSP5-8.5.

Качество сохраненной воды также полностью соответствовало стандартам сельскохозяйственной воды. По результатам анализа очищенной воды на демонстрационном участке в деревне Тэгок-ри, волость Чангё-мён, уезд Чансу, все 6 показателей находились в пределах нормы: 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. 

По словам Ю Сок Чхоля, реакция фермеров тоже была неплохой. Он сообщил: «Когда в прошлом году мы проводили демонстрацию в Хапчхоне, реакция фермеров была хорошей», и «мы получили оценку, что благодаря этой технологии можно обеспечить воду даже в среднегорных районах и на возвышенностях». 

Система мониторинга, боровшаяся с влажностью в водяном баке

Процесс разработки не был исключительно гладким. Больше всего хлопот, как ни неожиданно, доставило не устройство для сбора и подачи воды, а система мониторинга, которая позволяет фермеру проверить, сколько воды он может использовать.

Ю Сок Чхоль сказал: «Мы разработали приложение, с помощью которого фермеры могут проверить, сколько воды находится в водяном баке и сколько можно использовать, но в процессе демонстрации ультразвуковой уровнемер, который мы применяли, терял точность из-за скопления влаги в баке», и «именно это стало проблемой».

Решением стало изменить сам способ измерения уровня воды. Вместо бесконтактного способа выбрали устройство, которое считывает уровень по давлению воды, находясь в погруженном состоянии. Ю Сок Чхоль объяснил: «После замены ультразвукового уровнемера на датчик уровня давления проблема измерения уровня воды была решена», и «благодаря этому система мониторинга дождевого стока на базе приложения стала работать бесперебойно».

Обеспечение долговечности с учетом распространения на практике тоже было задачей. Ю Сок Чхоль сказал: «Когда мы применяли и демонстрировали систему на местах, ключевым вопросом стала долговечность водосборного устройства, гидроциклона и других элементов», и «поскольку при распространении могли возникнуть проблемы с поломками или сложностью обслуживания, мы сосредоточили исследование на снижении затрат на обслуживание по сравнению с обычным оборудованием, чтобы фермерам и на местах было удобно проводить эксплуатацию и ремонт». 

Первоначальные инвестиции 8,7 млн вон… дешевле, чем скважина

В экономичности, которая является ключом к расширению распространения, также была получена оценка, что система выгоднее способа с подземной скважиной. Первоначальные инвестиции в безэнергетическую интегрированную систему, включая 5 водяных баков по 5 тонн, составляют 8,7 млн вон, что на 37,4% меньше, чем 13,9 млн вон для системы скважины на подземные воды на солнечной энергии. Ежегодные расходы на эксплуатацию и обслуживание также составляют 750 тыс. вон, что на 25% ниже, чем у скважинного способа(1 млн вон). Эксплуатационные расходы состоят из 500 тыс. вон на очистку водяного бака, 150 тыс. вон на замену расходных материалов трубопроводов, клапанов, соединений и гидротаранного насоса, и 100 тыс. вон на внешний заказ анализа качества воды.

Ю Сок Чхоль сказал: «Когда мы провели экономическую оценку, выяснилось, что стоимость установки оборудования находится в диапазоне 8 млн вон, тогда как установка скважины на подземные воды обходится примерно в 14 млн вон», и «мы считаем, что наша технология экономически выгоднее скважины на подземные воды, поэтому ожидаем расширения ее распространения». 

Цель — включение в проект в 2027 году… также для животноводства, озеленения и противопожарной воды

Технология уже переходит на политический этап. В декабре 2025 года исследовательская группа внесла политическое предложение в Министерство сельского хозяйства, продовольствия и сельских дел, попросив включить ее в число объектов поддержки «проекта развития водных ресурсов для подготовки к засухе». Ю Сок Чхоль сообщил: «Сейчас это продвигается, и мы пытаемся коммерциализировать проект с целевым сроком 2027 год», и «из местных органов власти тоже поступают обращения: им интересна такая технология». Он добавил: «Когда мы снова поговорили с Министерством сельского хозяйства, продовольствия и сельских дел, нам сказали, что при наличии спроса со стороны местных властей это можно отразить», и «мы считаем, что при продолжении запросов от местных органов власти это может быть учтено, поэтому продолжаем продвигать это направление».

Планируется расширить и сферы применения. Ю Сок Чхоль сказал: «Мы считаем, что это вполне можно использовать не только в сельском хозяйстве, но и в животноводстве или озеленении, и планируем расширить применение на несельскохозяйственные области». Он также упомянул возможность использования для временного водоснабжения при реагировании на бедствия, особенно в качестве противопожарной воды. Он сказал: «Поскольку сохраненную воду можно использовать в экстренной ситуации, такой как пожар, просто подключив шланг, я считаю, что это направление тоже вполне возможно». Относительно зарубежного применения он также сказал: «Думаю, это вполне можно интегрировать».

Поскольку структура позволяет поэтапно увеличивать количество водяных баков, масштаб подачи также можно расширять. Ю Сок Чхоль объяснил: «Так как это способ поэтапной установки водяных баков, объема воды достаточно для снабжения большинства сельских деревень».

Центр тяжести последующих исследований смещается с разработки технологии на ее распространение. Ю Сок Чхоль сказал: «Исследования дождевой воды мы ведем уже давно, и я считаю, что технологическое совершенствование обеспечено», и «важно то, насколько широко мы сможем расширить и распространить эту технологию». Он также отметил, что глава Администрации по развитию сельских районов Ли Сын Дон подчеркивал важность распространения технологий. Ю Сок Чхоль заявил: «Поскольку глава ведомства также подчеркивает распространение, в последующих исследованиях мы намерены продвигать демонстрационные исследования в направлении расширения распространения и добиваться присвоения статуса новой технологии сельскохозяйственной техники». Также рассматривается расширение до гибридного способа, связанного с малыми подземными водами, для подготовки к экстремальной засухе. 

От устойчивости теплиц к бедствиям — к дождевой воде, а затем к безопасности сельхозтехники

Ю Сок Чхоль в октябре 2013 года поступил по открытому конкурсу в отдел инженерии предотвращения бедствий департамента сельскохозяйственной инженерии Национального института сельскохозяйственных наук. Траектория его исследований проходит через бедствия и безопасность на сельскохозяйственных площадках. С 2016 года в отделе инженерии предотвращения бедствий он выполнял исследования безопасности противобедственных сооружений теплиц в сфере садоводства и специальных культур, а в прошлом году, когда его лаборатория была включена в отдел техники для полевого земледелия, он перенес центр тяжести на исследования, сфокусированные на безопасности производственной базы. Сейчас он параллельно ведет исследования в области безопасности сельскохозяйственной техники. Это исследование анализирует фактическое использование сельхозтехники с применением данных GPS; на пилотном участке в волости Пэксан-мён города Кимдже провинции Чонбук к тракторам, рисопосадочным машинам и комбайнам прикрепляют GPS терминалы и анализируют уровень оптимизации работ. Ю Сок Чхоль объяснил: «В сельскохозяйственных работах по подряду, которые выполняет кооператив Пэксан, мы прикрепляем терминалы к комбайнам и другой технике и анализируем объем работ по данным GPS».

Когда Ю Сок Чхоля спросили, что он хотел бы сказать фермерам, испытывающим трудности из-за засухи, он снова обратился к полю. Он сказал: «Из-за экстремального изменения климата заниматься земледелием становится все труднее», и «в такой ситуации я приложу усилия к созданию полезной на практике технологии, чтобы наше исследование хотя бы немного облегчило трудности фермеров».