Dùng nước mưa cấp nước nông nghiệp cho đồng ruộng… công nghệ không dùng động lực của Cục Phát triển Nông thôn giảm lượng thiếu nước tối đa 57%

Tại hiện trường thực chứng ở Hapcheon, tỉnh Gyeongnam, lượng thiếu nước trung bình hằng ngày vốn lên tới 98,3㎥ đã giảm xuống còn 41,3㎥. Trong thời kỳ hạn hán kéo dài không dứt, tức số ngày thiếu nước liên tiếp tối đa cũng rút ngắn từ 18~21 ngày xuống còn 13~16 ngày. Đây là những con số thu được tại điểm thực chứng Hapcheon, nơi không có điện, không có giếng khoan nước ngầm, cũng không có dòng nước nào để dẫn về sử dụng. Không có nguồn động lực nào để kéo nước đến. Nước mưa, chênh lệch độ cao của địa hình, và áp lực do chính dòng nước tự tạo ra là tất cả.

Đó là câu chuyện về “công nghệ cung cấp nước nông nghiệp tích hợp không dùng động lực” do nhà nghiên cứu Yoo Seok-cheol thuộc Phòng Máy móc Nông nghiệp Đồng ruộng, Viện Khoa học Nông nghiệp Quốc gia của Cục Phát triển Nông thôn dẫn dắt phát triển. Với công nghệ này, nhà nghiên cứu Yoo đã nhận giải Bộ trưởng tại “Giải thưởng Nghiên cứu và Phát triển An toàn Thảm họa Hàn Quốc” do Bộ Hành chính và An toàn chủ trì vào ngày 2 tháng 9. Đây là giải thưởng mà Bộ Hành chính và An toàn trao hằng năm từ năm 2019 cho các thành quả nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực an toàn thảm họa của các trường đại học và cơ quan nghiên cứu trên toàn quốc, năm nay có 8 người được chọn sau quá trình đề cử của cơ quan và đánh giá thuyết trình. 

“Giải thưởng tôi nhận thay mặt là nhờ nhóm nghiên cứu chung”

Nhà nghiên cứu Yoo trước hết dành công lao của giải thưởng cho nhóm nghiên cứu. Ông nói “đây không phải là việc tôi làm một mình mà là nhờ nhóm nghiên cứu chung”, đồng thời cho biết “Đại học Quốc gia Gyeongsang, Đại học Soonchunhyang và Viện Khoa học Nông nghiệp Quốc gia đã cùng thực hiện đề tài, và nhờ các nhà nghiên cứu làm việc hết mình nên tôi mới được nhận giải với tư cách đại diện”. Ông nói thêm “dù tôi đăng ký theo đề cử của Viện Khoa học Nông nghiệp Quốc gia, tôi vẫn nghi ngờ liệu có thể nhận giải hay không”, và “vì không kỳ vọng nên sau phần công bố kết quả thẩm định, niềm vui càng lớn hơn”.

Nghiên cứu dẫn đến giải thưởng là đề tài chung được thực hiện từ 2023 đến 2025, nhưng thời gian ông gắn bó với nghiên cứu nước mưa còn dài hơn nhiều. Nhà nghiên cứu Yoo đã liên tục theo đuổi các nghiên cứu sử dụng nước mưa từ năm 2013. Ông giải thích bối cảnh: “Trước đây chúng tôi đã phổ biến các bồn chứa để các nông hộ vùng đồng bằng sử dụng, nhưng ở vùng trung du núi thấp hoặc vùng cao có hạn chế là khó tận dụng giếng khoan và nước ngầm”, và “chúng tôi bắt đầu nghiên cứu lần này nhằm phát triển công nghệ có thể sử dụng không cần điện”.

Khi hạn hán đột ngột diễn ra nhanh trong thời gian ngắn gia tăng do biến đổi khí hậu, nguy cơ thiếu nước tại các vùng trồng cây trên đất khô đang trở thành thường trực. Đặc biệt, các vùng canh tác trung du núi thấp và vùng cao khó phát triển giếng khoan và cũng khó cung cấp điện, nên khó áp dụng các phương thức bảo đảm nguồn nước thay thế hiện có như tái sử dụng nước thải hay giếng khoan nước ngầm. Có thể nói đây là vùng mù trong việc bảo đảm nguồn nước nông nghiệp thay thế.

Thu gom - tiền xử lý - lưu trữ - vận chuyển, 4 bước tạo nước nông nghiệp không cần điện

Công nghệ được phát triển là một hệ thống tích hợp trong đó 4 bước “thu gom - tiền xử lý - lưu trữ - vận chuyển” tự động tuần hoàn mà không cần cấp điện. Cốt lõi là không để nước chảy tràn do mưa, vốn không thấm xuống đất khi mưa rơi mà chảy theo bề mặt, trôi đi vô ích, mà giữ lại làm nước nông nghiệp.

Khi được hỏi về nguyên lý hoạt động, nhà nghiên cứu Yoo giải thích bằng cách lần theo đường nước. Suối nhỏ là những dòng nước nhỏ chảy theo sườn núi khi trời mưa. Ông nói “khi mưa ở khu vực trung du núi thấp, chúng tôi tận dụng các suối nhỏ có nước chảy, nối đường ống với thiết bị thu gom, và nước đi qua sẽ vào bồn nước chính dung tích 5 tấn”, đồng thời cho biết “các dị vật lớn được lọc ở thiết bị thu gom, còn những thứ nhỏ hơn được lọc bằng bộ lọc hydrocyclone do chúng tôi tự phát triển”. Ông nói thêm “khi bồn nước chính đầy, nước tràn sẽ đi qua bộ lọc thêm một lần nữa rồi chuyển sang bồn nước tiếp theo, được thiết kế để dẫn tới quy mô nông hộ và làng xã”.

Theo nhóm nghiên cứu, hiệu suất tách của hydrocyclone sử dụng lực ly tâm để tách đất và dị vật đạt tối đa 96%, lượng nước thu gom tối đa của thiết bị thu gom là 8,4㎥ mỗi giờ.

Cách đưa nước đã lưu trữ đến ruộng phụ thuộc vào địa hình. Nhà nghiên cứu Yoo giải thích “chúng tôi phân biệt vùng cao và vùng thấp để vận chuyển; ở vùng thấp, nước chảy tự nhiên nhờ trọng lực bằng chênh lệch độ cao, còn ở vùng cao thì dùng bơm thủy kích để đưa lên”. Bơm thủy kích là thiết bị đẩy nước lên cao bằng áp lực sinh ra khi dòng nước đang chảy bị dừng lại, và bơm do nhóm nghiên cứu phát triển có cột áp tối đa không dùng động lực là 12m. Tương đương chiều cao khoảng một tòa nhà 4 tầng.

Ở điểm này, việc vượt qua giới hạn của sản phẩm thương mại được xem là thành quả kỹ thuật. Nhà nghiên cứu Yoo nói “khi dùng bơm thủy kích thương mại, có vấn đề lượng thất thoát lớn như tiêu hao nhiều nước và rò rỉ nước”, đồng thời cho biết “chúng tôi đã tự phát triển van một chiều xả thải, bộ phận cốt lõi, để bổ sung điểm đó và đã hoàn tất nộp đơn xin cấp bằng sáng chế”.

Các bằng sáng chế mà nhóm nghiên cứu đã nộp đơn với công nghệ lần này có tổng cộng 4 trường hợp. Đó là ‘Hệ thống giám sát và điều khiển để tưới cây trồng trên đất khô’(10-2025-0182493), ‘Thiết bị thu gom và xử lý nước chảy tràn do mưa, phương pháp xử lý nước chảy tràn do mưa sử dụng thiết bị này’(10-2025-0046790), ‘Hệ thống tưới ruộng không dùng động lực’(10-2025-0117299), ‘Hệ thống cung cấp nước nông nghiệp không dùng động lực sử dụng nước chảy tràn do mưa’(10-2025-0166502). 

Jangsu và Hapcheon, kiểm chứng riêng tại hai nơi có điều kiện khác nhau

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thực chứng hiện trường từ tháng 4 năm 2023 đến tháng 11 năm 2025 tại 2 địa điểm là huyện Jangsu, tỉnh tự trị đặc biệt Jeonbuk và huyện Hapcheon, tỉnh Gyeongnam, nơi có điều kiện khí hậu và địa hình khác nhau. Có lý do để chọn hai nơi này.

Nhà nghiên cứu Yoo giải thích “đó là phán đoán rằng nên thử ở những nơi có điều kiện địa hình và khí hậu khác nhau”, đồng thời cho biết “Jangsu là khu vực trung du núi thấp có nước chảy tràn thường xuyên ngay cả khi không mưa, còn Hapcheon là khu vực chỉ có thể gom nước mưa khi trời mưa”. Ông nói thêm “chúng tôi chia thành nơi luôn có nước chảy và nơi gom nước mưa để thực chứng, và cả hai nơi đều là khu vực thiếu nước”.

Kết quả thực chứng tại hai nơi cho thấy lượng thiếu nước trung bình hằng ngày giảm tối đa 57%. Trong trường hợp huyện Hapcheon, lượng thiếu nước từ 98,3㎥ mỗi ngày giảm xuống 41,3㎥. Số ngày thiếu nước liên tiếp tối đa rút ngắn từ 18~21 ngày xuống 13~16 ngày, và hệ thống tích hợp tự sản xuất trung bình 27㎥ mỗi ngày, cung cấp ổn định nước tưới. Hiệu quả giảm lượng thiếu nước cũng tiếp tục được xác nhận trong kiểm chứng khí hậu tương lai áp dụng SSP2-4.5 và SSP5-8.5 trong số 18 mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) và các kịch bản đường phát triển kinh tế - xã hội chung (SSP).

Chất lượng nước đã lưu trữ cũng đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn nước nông nghiệp. Kết quả phân tích nước sau xử lý tại điểm thực chứng Daegok-ri, xã Janggye, huyện Jangsu cho thấy 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, toàn bộ 6 hạng mục đều nằm trong tiêu chuẩn. 

Theo nhà nghiên cứu Yoo, phản ứng của nông hộ cũng không tệ. Ông cho biết “khi trình diễn ở Hapcheon vào năm ngoái, phản ứng của nông hộ khá tốt”, và “chúng tôi nhận được đánh giá rằng nếu sử dụng công nghệ này thì cũng có thể bảo đảm nguồn nước ở vùng trung du núi thấp và vùng cao”. 

Hệ thống giám sát phải chiến đấu với độ ẩm trong bồn nước

Quá trình phát triển không phải lúc nào cũng suôn sẻ. Phần gây khó khăn nhất, bất ngờ thay, không phải là thiết bị gom và đưa nước đi, mà là hệ thống giám sát để nông hộ kiểm tra có thể sử dụng bao nhiêu nước.

Nhà nghiên cứu Yoo nói “chúng tôi đã phát triển một ứng dụng để nông hộ có thể kiểm tra trong bồn nước có bao nhiêu nước và có thể sử dụng bao nhiêu, nhưng thước đo mực nước siêu âm dùng trong quá trình thực chứng bị giảm độ chính xác khi bồn nước có hơi ẩm”, và “điểm đó đã trở thành vấn đề”.

Giải pháp là thay đổi chính phương thức đo mực nước. Thay vì phương thức không tiếp xúc, họ chọn thiết bị đọc mực nước bằng áp lực nước trong trạng thái ngập trong nước. Nhà nghiên cứu Yoo giải thích “khi chuyển từ thước đo mực nước siêu âm sang thước đo mực nước áp lực, vấn đề đo mực nước đã được giải quyết”, và “nhờ đó hệ thống giám sát nước chảy tràn do mưa dựa trên ứng dụng đã vận hành trơn tru”.

Bảo đảm độ bền với mục tiêu phổ biến tại hiện trường cũng là một nhiệm vụ. Nhà nghiên cứu Yoo nói “khi áp dụng và thực chứng tại hiện trường, độ bền của thiết bị thu gom và hydrocyclone là then chốt”, đồng thời cho biết “do có vấn đề khi phổ biến là có thể bị hư hỏng hoặc khó duy trì, chúng tôi tập trung nghiên cứu để giảm chi phí bảo trì so với thiết bị thông thường, nhằm giúp nông hộ và hiện trường dễ bảo dưỡng, sửa chữa”. 

Chi phí đầu tư ban đầu 8,7 triệu won… rẻ hơn giếng khoan

Về tính kinh tế, yếu tố then chốt để mở rộng phổ biến, cũng có đánh giá rằng phương thức này có lợi hơn so với giếng khoan nước ngầm. Chi phí đầu tư ban đầu của hệ thống tích hợp không dùng động lực, bao gồm 5 bồn nước dung tích 5 tấn, là 8,7 triệu won, ít hơn 37,4% so với 13,9 triệu won của hệ thống giếng khoan nước ngầm dựa trên năng lượng mặt trời. Chi phí vận hành và bảo trì hằng năm cũng là 750 nghìn won, thấp hơn 25% so với phương thức giếng khoan (1 triệu won). Chi phí vận hành gồm chi phí vệ sinh bồn nước 500 nghìn won, chi phí thay thế vật tư tiêu hao cho đường ống, van, khớp nối và bơm thủy kích 150 nghìn won, chi phí thuê ngoài phân tích chất lượng nước 100 nghìn won.

Nhà nghiên cứu Yoo nói “khi đánh giá tính kinh tế, chi phí lắp đặt cơ sở ở mức 8 triệu won, trong khi nếu lắp đặt giếng khoan nước ngầm thì tốn khoảng 14 triệu won”, đồng thời cho biết “chúng tôi cho rằng công nghệ của mình có tính kinh tế hơn giếng khoan nước ngầm, vì vậy kỳ vọng sẽ mở rộng phổ biến”. 

Mục tiêu phản ánh vào dự án năm 2027… cũng dùng làm nước cho chăn nuôi, cảnh quan và chữa cháy

Công nghệ đã chuyển sang giai đoạn chính sách. Nhóm nghiên cứu đã đề xuất chính sách với Bộ Nông nghiệp, Thực phẩm và Nông thôn vào tháng 12 năm 2025, đề nghị đưa công nghệ này vào đối tượng hỗ trợ của “dự án phát triển nguồn nước chuẩn bị cho hạn hán”. Nhà nghiên cứu Yoo cho biết “hiện đang được xúc tiến và chúng tôi muốn thương mại hóa với mục tiêu năm 2027”, đồng thời “các chính quyền địa phương cũng liên hệ, nói rằng họ quan tâm đến công nghệ như thế này”. Ông nói thêm “khi trao đổi lại với Bộ Nông nghiệp, Thực phẩm và Nông thôn, họ nói rằng nếu có nhu cầu từ chính quyền địa phương thì có thể phản ánh”, và “chúng tôi cho rằng nếu yêu cầu từ chính quyền địa phương tiếp tục, nội dung này có thể được phản ánh nên đang thúc đẩy liên tục”.

Kế hoạch cũng là mở rộng lĩnh vực ứng dụng. Nhà nghiên cứu Yoo nói “chúng tôi cho rằng công nghệ này hoàn toàn có thể được sử dụng không chỉ trong nông nghiệp mà cả chăn nuôi hoặc cảnh quan, và có kế hoạch mở rộng sang các lĩnh vực ngoài nông nghiệp”. Ông cũng đề cập khả năng sử dụng cho cấp nước tạm thời khi ứng phó thảm họa, đặc biệt là nước chữa cháy. Ông nói “vì nước đã lưu trữ có thể dùng ngay trong tình huống khẩn cấp như hỏa hoạn chỉ bằng cách nối ống, nên tôi cho rằng phần đó cũng hoàn toàn khả thi”. Về ứng dụng ở nước ngoài, ông cũng nói “tôi cho rằng hoàn toàn có thể kết hợp áp dụng”.

Do cấu trúc là tăng dần số lượng bồn nước theo từng giai đoạn, quy mô cung cấp cũng có thể mở rộng. Nhà nghiên cứu Yoo giải thích “vì đây là phương thức lắp đặt bồn nước theo từng giai đoạn, lượng nước đủ để cung cấp cho hầu hết các làng nông thôn”.

Trọng tâm của nghiên cứu tiếp theo sẽ chuyển từ phát triển công nghệ sang phổ biến. Nhà nghiên cứu Yoo nói “nghiên cứu về nước mưa đã được thực hiện từ lâu và tôi nghĩ chúng tôi đã đạt được mức độ nâng cao công nghệ”, đồng thời “điều quan trọng là với công nghệ này, rốt cuộc sẽ mở rộng và phổ biến đến mức nào”. Ông cũng nhắc đến việc Giám đốc Cục Phát triển Nông thôn Lee Seung-don đã nhấn mạnh phổ biến công nghệ. Nhà nghiên cứu Yoo cho biết “vì Giám đốc cũng nhấn mạnh phổ biến, nghiên cứu tiếp theo sẽ thúc đẩy nghiên cứu thực chứng theo hướng mở rộng phổ biến và chỉ định là máy nông nghiệp công nghệ mới”. Việc mở rộng sang phương thức hybrid liên kết với nước ngầm quy mô nhỏ để chuẩn bị cho hạn hán cực đoan cũng là đối tượng xem xét. 

Từ khả năng chống thiên tai của nhà kính đến nước mưa, và an toàn máy nông nghiệp

Nhà nghiên cứu Yoo gia nhập Khoa Kỹ thuật Phòng chống Thiên tai thuộc Bộ phận Kỹ thuật Nông nghiệp của Viện Khoa học Nông nghiệp Quốc gia thông qua tuyển dụng công khai vào tháng 10 năm 2013. Quỹ đạo nghiên cứu của ông xuyên suốt các vấn đề thiên tai và an toàn tại hiện trường nông nghiệp. Từ năm 2016, tại Khoa Kỹ thuật Phòng chống Thiên tai, ông thực hiện nghiên cứu về độ an toàn của cơ sở chống thiên tai trong nhà kính thuộc lĩnh vực rau hoa và cây đặc sản, và từ năm ngoái, khi phòng nghiên cứu của ông được sáp nhập vào Phòng Máy móc Nông nghiệp Đồng ruộng, trọng tâm đã chuyển sang nghiên cứu tập trung vào an toàn nền tảng sản xuất. Hiện ông cũng đồng thời tiến hành nghiên cứu trong lĩnh vực an toàn máy nông nghiệp. Đây là nghiên cứu phân tích thực trạng sử dụng máy nông nghiệp bằng dữ liệu GPS, tại khu trình diễn ở xã Baeksan, thành phố Gimje, tỉnh tự trị đặc biệt Jeonbuk, các thiết bị đầu cuối GPS được gắn lên máy kéo, máy cấy lúa, máy gặt đập liên hợp để phân tích mức độ tối ưu hóa công việc. Nhà nghiên cứu Yoo giải thích “trong dịch vụ làm thuê công việc nông nghiệp do Hợp tác xã Nông nghiệp Baeksan thực hiện, chúng tôi gắn thiết bị đầu cuối lên máy gặt đập liên hợp và các máy khác để phân tích khối lượng công việc bằng dữ liệu GPS”.

Khi được hỏi muốn nhắn gửi điều gì tới các nông hộ đang gặp khó khăn vì hạn hán, nhà nghiên cứu Yoo lại nhắc đến hiện trường. Ông nói “biến đổi khí hậu đang trở nên cực đoan, khiến việc làm nông ngày càng khó khăn”, và “trong tình hình đó, tôi sẽ nỗ lực tạo ra công nghệ hữu ích tại hiện trường để nghiên cứu của chúng tôi có thể phần nào giảm bớt khó khăn cho nông hộ”.