Дождевой водой обеспечивают поля сельскохозяйственной водой… безэнергетическая технология Управления сельского развития сокращает дефицит воды максимум на 57%

На демонстрационном участке в Хапчхоне, провинция Кённам, среднесуточный дефицит воды, достигавший 98.3㎥, сократился до 41.3㎥. Период, когда засуха продолжалась без перерыва, то есть максимальное число последовательных дней дефицита воды, также сократился с 18~21 дня до 13~16 дней. Это показатели с демонстрационного участка в Хапчхоне, где нет ни электричества, ни подземной скважины, ни водотока, из которого можно было бы забирать воду. Источника энергии для подачи воды не было. Дождевая вода, перепад высот рельефа, и давление, которое вода создает сама, — вот и всё.

Речь идет о «интегрированной безэнергетической технологии подачи сельскохозяйственной воды», разработку которой возглавил научный сотрудник отдела техники полевого земледелия Национального института сельскохозяйственных наук Управления сельского развития Ю Сок Чхоль. За эту технологию исследователь Ю 2 сентября получил министерскую премию на организуемой Министерством внутренних дел и безопасности «Премии Республики Корея в области исследований и разработок по безопасности при бедствиях». Это награда, которую МВД с 2019 года ежегодно вручает за результаты исследований и разработок в сфере безопасности при бедствиях университетам·и исследовательским организациям по всей стране, в этом году после рекомендаций учреждений и оценки презентаций были выбраны 8 человек. 

“Награда, полученная мной как представителем благодаря совместной исследовательской группе”

Впечатления от награждения исследователь Ю начал с того, что отдал заслугу команде. Он сказал: “Это сделал не я один, а благодаря совместной исследовательской группе”, добавив: “Кёнсанский национальный университет, Университет Сунчхян, и Национальный институт сельскохозяйственных наук вместе выполняли проект, и благодаря усердной работе исследователей я получил награду как представитель”. Он продолжил: “Хотя я подал заявку по рекомендации Национального института сельскохозяйственных наук, были сомнения, смогу ли получить награду”, и добавил: “Поскольку я этого не ожидал, радость после объявления результатов оценки была еще больше”.

Исследование, приведшее к награде, является совместным проектом, выполнявшимся с 2023 по 2025 год, однако времени работе с дождевой водой было посвящено гораздо больше. Исследователь Ю с 2013 года последовательно продолжал исследования по использованию дождевой воды. Он объяснил предысторию: “До сих пор мы распространяли емкости для хранения, чтобы их могли использовать хозяйства на равнинных территориях, но в среднегорных районах и на возвышенностях существовало ограничение: трудно использовать скважины и подземные воды”, сказав: “Мы начали это исследование, чтобы разработать технологию, которую можно использовать без электричества”.

Из-за изменения климата, когда растет число внезапных засух, быстро развивающихся за короткое время, риск нехватки воды на участках выращивания полевых культур становится постоянным. Особенно на среднегорных·и высокогорных участках трудно бурить скважины и затруднена подача электроэнергии, поэтому сложно применять существующие способы обеспечения альтернативной водой, такие как повторное использование сточных вод или скважины подземных вод. Иными словами, это слепая зона обеспечения альтернативной сельскохозяйственной водой.

Сбор воды-предварительная очистка-хранение-транспортировка, четыре этапа создания сельскохозяйственной воды без электричества 4

Разработанная технология — это интегрированная система, в которой «сбор воды-предварительная очистка-хранение-транспортировка» — 4 этапа автоматически циркулируют без подачи электроэнергии. Ключ в том, чтобы не отпускать дождевой сток, который во время дождя не впитывается в землю и утекает по поверхности, а удерживать его как сельскохозяйственную воду.

На вопрос о принципе работы исследователь Ю объяснил, следуя за путем воды. Малый ручей — это небольшое русло, по которому во время дождя вода течет по горному склону. Он сказал: “В среднегорной местности мы используем малые ручьи, по которым течет вода во время дождя, соединяем трубопровод со сборным устройством, и прошедшая через него вода поступает в главный водяной бак на 5 тонн”, добавив: “Крупные посторонние частицы задерживаются в сборном устройстве, а мелкие отфильтровываются в разработанном нами гидроциклонном фильтре”. Он также добавил: “Когда главный бак заполняется, переливающаяся вода еще раз проходит через фильтр и переходит в следующий бак; система спроектирована так, чтобы доходить до уровня хозяйств и деревень”.

По данным исследовательской группы, эффективность разделения гидроциклона, который с помощью центробежной силы отделяет грунт и посторонние вещества, достигает 96%, а максимальная возможная производительность сборного устройства составляет 8.4㎥ в час.

Способ подачи сохраненной воды к полю зависит от рельефа. Исследователь Ю объяснил: “Транспортировку разделяют для возвышенностей и низин, для низин вода естественно течет самотеком за счет перепада высот, а на возвышенности ее поднимает гидротаранный насос”. Гидротаранный насос — это устройство, которое поднимает воду вверх за счет давления, возникающего, когда поток воды останавливается, максимальная безэнергетическая высота подъема насоса, разработанного командой, составляет 12m. Это примерно соответствует высоте 4-этажного здания.

Именно здесь преодоление ограничений коммерческих изделий считается техническим достижением. Исследователь Ю сказал: “При использовании коммерческого гидротаранного насоса возникала проблема больших потерь: расход воды был высоким, были утечки и т. п.”, добавив: “Мы самостоятельно разработали ключевой компонент — сбросной обратный клапан, компенсировали этот недостаток и уже подали патентную заявку”.

Всего исследовательская группа подала 4 патентные заявки по этой технологии. ‘Система мониторинга и управления для орошения полевых культур’(10-2025-0182493), ‘Устройство сбора дождевого стока и водоочистки, 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 проводила полевую демонстрацию в 2 местах с разными климатическими·и рельефными условиями — в уезде Чансу провинции Чонбук и уезде Хапчхон провинции Кённам — с 2023 года 4 месяца по 2025 год 11 месяц. Для выбора этих двух мест была причина.

Исследователь Ю объяснил: “Мы решили попробовать в местах с разными рельефными и климатическими условиями”, сказав: “Чансу — это среднегорная местность, где поверхностный сток течет постоянно, даже когда нет дождя, а Хапчхон — район, где дождевую воду можно собирать только во время дождя”. Он добавил: “Мы разделили демонстрацию на место, где вода течет всегда, и район, где собирается дождевая вода, и оба места испытывали нехватку воды”.

По итогам демонстраций в двух местах среднесуточный дефицит воды сократился максимум на 57% . В случае уезда Хапчхон дефицит воды, составлявший 98.3㎥ в сутки, уменьшился до 41.3㎥. Максимальное число последовательных дней дефицита воды сократилось с 18~21 дня до 13~16 дней, а интегрированная система самостоятельно производила в среднем 27㎥ в день и стабильно обеспечивала оросительную воду. 18 глобальных климатических моделей(GCM) и среди сценариев общих социально-экономических траекторий(SSP) в проверке будущего климата с применением SSP2-4.5 и SSP5-8.5 эффект сокращения дефицита воды также подтверждался устойчиво.

Качество сохраненной воды также полностью соответствовало стандартам сельскохозяйственной воды. По результатам анализа очищенной воды на демонстрационном участке в Тэгок-ри, Чангё-мён, уезд Чансу, все 6 показателей были 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 исследователя Ю, реакция фермерских хозяйств тоже была неплохой. Он сообщил: “Когда в прошлом году мы проводили демонстрацию в Хапчхоне, реакция хозяйств была хорошей”, сказав: “Мы получили оценку, что с использованием этой технологии можно будет обеспечивать воду и в среднегорных районах, и на возвышенностях”. 

Система мониторинга, боровшаяся с влажностью в водяном баке

Процесс разработки не был полностью гладким. Самым трудным местом неожиданно оказалось не устройство для сбора и подачи воды, а система мониторинга, позволяющая хозяйствам проверять, сколько воды они могут использовать.

Исследователь Ю сказал: “Мы разработали приложение, с помощью которого в хозяйстве можно проверить, сколько воды в баке и сколько можно использовать, но ультразвуковой уровнемер, использованный в ходе демонстрации, терял точность из-за накопления влаги в водяном баке”, отметив: “Именно это стало проблемой”.

Решением стала смена самого способа измерения уровня воды. Вместо бесконтактного способа выбрали устройство, которое считывает уровень по давлению воды в погруженном состоянии. Исследователь Ю объяснил: “После замены ультразвукового уровнемера на напорный проблема измерения уровня воды была решена”, добавив: “Благодаря этому система мониторинга дождевого стока на базе приложения стала работать нормально”.

Обеспечение долговечности с учетом внедрения на местах также было задачей. Исследователь Ю сказал: “Когда мы применяли систему на месте и проводили демонстрацию, ключевым вопросом была долговечность сборного устройства, гидроциклона и других компонентов”, добавив: “При распространении могли возникать поломки или трудности с обслуживанием, поэтому мы сосредоточили исследования на снижении затрат на обслуживание по сравнению с обычным оборудованием, чтобы хозяйствам и специалистам на местах было удобно выполнять обслуживание·и ремонт”. 

Первоначальные инвестиции 870 млн вон…дешевле скважины

В оценке экономичности, ключевой для расширения распространения, система также оказалась выгоднее способа с подземной скважиной. 5-тонных водяных баков 5 штук, первоначальные инвестиции в безэнергетическую интегрированную систему, включая их, составляют 870 млн вон, что на 37.4% меньше, чем 1390 млн вон для системы подземной скважины на солнечной энергии. Ежегодные расходы на эксплуатацию·и обслуживание также составляют 75 млн вон, что на 25% ниже, чем при скважинном способе(100 млн вон). Эксплуатационные расходы состоят из 50 млн вон на очистку водяных баков, из 15 млн вон на замену трубопроводов·клапанов·соединений и расходных материалов гидротаранного насоса , а также 10 млн вон на внешнее поручение анализа качества воды.

Исследователь Ю сказал: “Оценка экономичности показала, что установка оборудования стоит порядка 800 млн вон, тогда как установка подземной скважины обходится примерно в 1400 млн вон”, добавив: “Мы считаем, что наша технология экономически выгоднее подземной скважины, и поэтому ожидаем расширения ее распространения”. 

2027 год — цель включения в программу…также для животноводства·озеленения·и пожарной воды

Технология уже переходит на политический этап. В 2025 году 12 месяца исследовательская группа внесла политическое предложение в Министерство сельского хозяйства, продовольствия и сельских дел, попросив включить технологию в число объектов поддержки «Проекта развития водных ресурсов для подготовки к засухе» . Исследователь Ю сообщил: “Сейчас это продвигается, и мы пытаемся коммерциализировать проект с целью 2027 года”, сказав: “Органы местного самоуправления тоже связываются с нами, говоря, что им интересна такая технология”. Он добавил: “Когда мы снова поговорили с Минсельхозпродом, там сказали, что при наличии спроса со стороны местных органов это можно отразить”, и добавил: “Мы считаем, что если запросы местных органов продолжатся, это может быть включено, поэтому продолжаем продвигать”.

Планируется расширить и области применения. Исследователь Ю сказал: “Мы считаем, что ее вполне можно использовать не только в сельском хозяйстве, но и в животноводстве или озеленении, и планируем расширять ее на несельскохозяйственные сферы”. Он также упомянул возможность использования для временного водоснабжения при реагировании на бедствия, особенно как пожарной воды. Он сказал: “Поскольку сохраненную воду в срочной ситуации, например при пожаре, можно использовать, просто подключив шланг, думаю, и это вполне возможно”. О зарубежном применении он также сказал: “Думаю, ее вполне можно адаптировать”.

Поскольку структура позволяет поэтапно увеличивать число водяных баков, масштаб подачи также можно расширять. Исследователь Ю объяснил: “Это способ поэтапной установки водяных баков, поэтому объема воды достаточно для снабжения большинства сельских деревень”.

Центр тяжести последующих исследований смещается от разработки технологии к ее распространению. Исследователь Ю сказал: “Исследования дождевой воды мы ведем давно, и считаем, что технологическое совершенствование уже обеспечено”, добавив: “Важно то, насколько широко мы сможем расширить и распространить эту технологию”. Он также отметил, что глава Управления сельского развития Ли Сын Дон подчеркивал важность распространения технологии. Исследователь Ю заявил: “Поскольку и руководитель управления делает акцент на распространении, в последующих исследованиях мы намерены продвигать демонстрационные исследования в направлении расширения распространения и добиваться назначения ее новой технологией сельскохозяйственной техники”. Также рассматривается расширение в гибридный формат, связанный с маломасштабными подземными водами, на случай экстремальной засухи. 

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

Исследователь Ю в 2013 году 10 месяца поступил по открытому набору в отдел инженерии предотвращения бедствий подразделения сельскохозяйственной инженерии Национального института сельскохозяйственных наук. Родом из Чонджу, он специализировался на сельскохозяйственной технике и окончил бакалавриат и магистратуру Чонбукского национального университета. Он объяснил причину поступления на работу: “Я услышал новость, что Управление сельского развития переезжает в Чонджу, и хотел применить свою специальность”.

Его исследовательская траектория проходит через бедствия и безопасность на сельскохозяйственных объектах. 2016 года он в отделе инженерии предотвращения бедствий выполнял исследования безопасности сооружений теплиц, устойчивых к бедствиям, в сфере садоводства и специальных культур, а в прошлом году, когда его лаборатория была включена в отдел техники полевого земледелия, центр тяжести сместился к исследованиям, сфокусированным на безопасности производственной базы. Сейчас он параллельно ведет исследования в сфере безопасности сельхозтехники. GPS Это исследование анализирует фактическое использование сельхозтехники с применением данных, на демонстрационном участке в Пэксан-мён, город Кимдже, провинция Чонбук, к тракторам и рисопосадочным машинам, а также к комбайнам прикрепляют GPS терминалы и анализируют уровень оптимизации работ. Исследователь Ю объяснил: “В работах по подрядному выполнению сельхозопераций, которые проводит Пэксанский сельхозкооператив, мы прикрепляем терминалы к комбайнам и другой технике и анализируем объем работ по данным GPS ”.

Когда его спросили, что он хотел бы сказать хозяйствам, испытывающим трудности из-за засухи, исследователь Ю снова заговорил о поле. Он сказал: “Из-за крайне сильного изменения климата заниматься сельским хозяйством становится все труднее”, добавив: “В такой ситуации мы будем стараться создавать технологии, полезные на местах, чтобы наши исследования могли хотя бы немного облегчить трудности фермерских хозяйств”.