เด็กวิศวะ มจธ. ผุดไอเดีย “ร่มเก็บน้ำฝน” แก้โจทย์เกษตรพื้นที่สูงอ่างขาง ฝนตกมากแต่น้ำไม่เคยพอใช้
แม้สถานีเกษตรหลวงอ่างขาง อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ จะเป็นพื้นที่สูงที่มีปริมาณฝนตกมากกว่า 1,200 มิลลิเมตรต่อปี แต่ปัญหาขาดแคลนน้ำยังคงเป็นโจทย์สำคัญของพื้นที่เกษตรบนดอย เนื่องจากน้ำฝนจำนวนมากไหลผ่านพื้นที่ลาดชันลงสู่ด้านล่างอย่างรวดเร็ว ก่อนจะถูกกักเก็บไว้ใช้ได้ทัน ขณะที่การสูบน้ำกลับขึ้นไปเก็บบนพื้นที่สูงต้องใช้ทั้งพลังงาน แรงงาน และต้นทุนจำนวนมาก
โจทย์ “ฝนตกมาก แต่น้ำยังไม่เคยพอใช้” จึงกลายเป็นจุดเริ่มต้นให้ นายศุภบุตร โสตถิปรีดาวงศ์ นายภูรินท์ ปะวันเต และนายกรทักษ์ บู่สุวรรณ์ นักศึกษาภาควิชาวิศวกรรมโยธา หลักสูตรนานาชาติ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี หรือ มจธ. พัฒนา ต้นแบบเก็บน้ำฝนสำหรับพื้นที่ลาดชันและห่างไกล โดยใช้สถานีเกษตรหลวงอ่างขางเป็นกรณีศึกษา
ทีมออกแบบอุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้าย “ร่ม” หรือ “ดอกไม้” สามารถกางออกเมื่อฝนตกเพื่อรับน้ำฝน และหุบเก็บเมื่อฝนหยุด เพื่อลดการปนเปื้อน ยืดอายุการใช้งาน และเปลี่ยนน้ำฝนที่เคยไหลทิ้งให้กลายเป็นแหล่งน้ำเสริมสำหรับเกษตรกรบนพื้นที่สูงได้อย่างเหมาะสมกับสภาพพื้นที่จริง โดยมี ดร.จุลพจน์ จิรวัชรเดช หัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมโยธา เป็นผู้ดูแลโครงการ พร้อมที่ปรึกษาร่วม ได้แก่ ดร.วงศ์นรินทร์ คำพอ ผศ.ดร.ชนา พุทธนานนท์ Dr.-Ing. Alexander Brezing และ รศ.ดร.ราชวดี ศิลาพันธ์ และ ดร.วิศิษฎ์ศรี วิยะรัตน์ ผู้ผลักดันขอทุนวิจัยจากกองทุนส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม FRB690020/0164
“โครงการนี้เริ่มจากการที่พวกเรากลับไปทำความเข้าใจปัญหาของพื้นที่จริงก่อนว่า ทำไมอ่างขางซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีฝนตกค่อนข้างมาก จึงยังเจอปัญหาขาดแคลนน้ำ เราพบว่าพื้นที่มีความลาดชันสูง น้ำฝนจำนวนมากไหลผ่านลงสู่ด้านล่างอย่างรวดเร็ว เก็บกักน้ำไว้ไม่ทัน ขณะเดียวกันการสูบน้ำกลับขึ้นไปเก็บไว้บนพื้นที่สูงต้องใช้พลังงานและมีต้นทุนสูง ทีมจึงพยายามออกแบบระบบที่ช่วยกักเก็บน้ำฝนให้ได้มากที่สุด เพื่อเก็บน้ำไว้ให้ทันก่อนที่จะไหลหายไป และส่งไปเก็บที่แหล่งน้ำสำหรับพื้นที่เกษตรบนดอย” นายกรทักษ์ หนึ่งในทีมพัฒนา กล่าว
หลังรับโจทย์จากพื้นที่ ทีมเริ่มจากการศึกษาข้อมูลของสถานีเกษตรหลวงอ่างขาง ลงพื้นที่สำรวจสภาพภูมิประเทศ และนำข้อมูลด้านฝน ลม และความลาดชันมาวิเคราะห์ร่วมกัน เพื่อให้ต้นแบบที่ออกแบบขึ้นสามารถใช้งานได้จริงบนพื้นที่สูง ซึ่งมีทั้งฝน ลมแรง ความชื้น และข้อจำกัดด้านการติดตั้ง
นายภูรินท์ กล่าวว่า การทำโครงงานครั้งนี้ทำให้ทีมเห็นว่า การออกแบบระบบสำหรับพื้นที่เฉพาะอย่างอ่างขางไม่สามารถพิจารณาเฉพาะโครงสร้างได้ แต่ต้องใช้ข้อมูลหลายด้านประกอบกัน ทั้งปริมาณฝน ความเร็วลม สภาพภูมิประเทศ และข้อจำกัดของพื้นที่จริง เพราะแม้อุปกรณ์จะรับน้ำฝนได้ดี แต่หากไม่ทนต่อลมแรงบนพื้นที่สูงก็ไม่สามารถใช้งานได้จริง แนวคิดนี้จึงนำไปสู่การพัฒนา CC-Unit หรือ Collector-Container ระบบเก็บน้ำฝนแบบโมดูลาร์ที่ติดตั้งเรียงเป็นขั้นบันไดตามพื้นที่ลาดชัน ใช้วัสดุที่หาได้ง่ายและเหมาะกับพื้นที่ห่างไกล เช่น ท่อ PVC โครงเหล็กชุบกัลวาไนซ์ แผ่น PE สำหรับรับน้ำฝน ฐานถ่วงน้ำหนักด้วยทราย มอเตอร์แรงบิดสูง และระบบควบคุมอัตโนมัติที่ทำงานร่วมกับเซนเซอร์วัดความชื้นและอุณหภูมิ เพื่อให้อุปกรณ์ตอบโจทย์การใช้งานจริงบนพื้นที่สูงได้มากที่สุด
หลักการทำงานของต้นแบบคือ เมื่อความชื้นสัมพัทธ์สูงถึงระดับที่กำหนด ระบบจะสั่งให้โครงสร้างกางออกเพื่อรับน้ำฝน และเมื่อฝนหยุดจนความชื้นลดลง ระบบจะสั่งให้หุบกลับโดยอัตโนมัติ ทำให้อุปกรณ์ไม่ต้องกางทิ้งไว้ตลอดเวลา ช่วยลดการสะสมของสิ่งสกปรก ใบไม้ และฝุ่นละอองบนแผ่นรับน้ำ โดยต้นแบบมีพื้นที่รับน้ำประมาณ 4.06 ตารางเมตร ต้นทุนประมาณ 7,972 บาทต่อชุด และจากการคำนวณด้วยข้อมูลฝนเฉลี่ย ทีมประเมินว่าสามารถเก็บน้ำได้ราว 284 ลิตรต่อเดือนต่อหน่วย อย่างไรก็ตาม ตัวเลขดังกล่าวยังเป็นการประเมินเบื้องต้น จึงต้องนำต้นแบบไปทดสอบในพื้นที่จริงเพิ่มเติม เพื่อประเมินประสิทธิภาพภายใต้สภาพฝน ลม และการใช้งานจริงของสถานีเกษตรหลวงอ่างขาง
“เบื้องหลังต้นแบบที่เห็นเป็นรูปเป็นร่างไม่ได้เกิดจากการออกแบบครั้งเดียวแล้วสำเร็จ แต่ผ่านการทดลอง แก้ปัญหา และปรับแบบซ้ำหลายรอบ ความท้าทายสำคัญคือการทำให้ระบบกางและหุบได้จริง เพราะระหว่างพัฒนาเราเจอปัญหาหลายอย่าง ทั้งแผ่นรับน้ำที่ตึงไม่เท่ากัน วัสดุบางส่วนไม่ทนพอ โครงสร้างรับแรงได้ไม่ดี และเชือกพันกับแกนหมุน ทำให้ต้องปรับวัสดุและกลไกใหม่ เช่น เปลี่ยนมาใช้แผ่น PE ที่แข็งแรงและหนาขึ้น ใช้เอ็นตกปลาแทนเชือกเพื่อป้องกันเชือกพันในระบบมอเตอร์ และปรับระบบกลไกให้ทำงานนิ่งขึ้น เพื่อให้ต้นแบบมีโอกาสใช้งานได้จริงในสภาพพื้นที่สูง” นายศุภบุตร กล่าว
จุดสำคัญของโครงงานนี้อยู่ที่การออกแบบระบบเก็บน้ำขนาดเล็กที่สามารถติดตั้งซ้ำได้หลายจุดตามสภาพพื้นที่ หากพัฒนาต่อยอดไปสู่การใช้งานจริง ระบบลักษณะนี้จะช่วยเก็บน้ำฝนไว้เป็นแหล่งน้ำเสริมให้กับพื้นที่เกษตรบนดอย ลดภาระการสูบน้ำจากพื้นที่ด้านล่างขึ้นสู่พื้นที่สูง ลดต้นทุนด้านพลังงาน และช่วยให้เกษตรกรสามารถวางแผนการใช้น้ำได้ดีขึ้น โดยเฉพาะในช่วงที่สภาพอากาศแปรปรวนและฤดูกาลมีความไม่แน่นอน
ดร.จุลพจน์ จิรวัชรเดช ที่ปรึกษาโครงการ กล่าวว่า “คุณค่าของงานนี้ไม่ได้อยู่เพียงการพัฒนาต้นแบบอุปกรณ์เก็บน้ำฝนเท่านั้น แต่ยังอยู่ที่กระบวนการเรียนรู้ของนักศึกษาที่เริ่มต้นจากโจทย์จริงของพื้นที่สูง ทำความเข้าใจปัญหาการจัดการน้ำ ต้นทุนพลังงาน และข้อจำกัดของภูมิประเทศ ก่อนนำความรู้ด้านโครงสร้าง ภูมิอากาศ กลไก และระบบควบคุมมาประยุกต์ใช้ร่วมกัน เพื่อออกแบบทางออกที่เหมาะสมกับผู้ใช้จริง งานลักษณะนี้จึงสะท้อนให้เห็นว่า การเรียนวิศวกรรมสามารถเชื่อมโยงและแก้ปัญหาของชุมชนได้อย่างเป็นรูปธรรม”
แม้ต้นแบบ CC-Unit จะสามารถพิสูจน์การทำงานเบื้องต้นได้แล้ว ทั้งระบบกางและหุบด้วยมอเตอร์ การควบคุมตามค่าความชื้น และการออกแบบโครงสร้างน้ำหนักเบา แต่ทีมพัฒนายังเห็นประเด็นที่ต้องต่อยอดอีกหลายด้าน ตั้งแต่การเพิ่มระบบป้องกันวงจรไฟฟ้า การปรับปรุงกลไกให้ทนทานและเสถียรมากขึ้น การออกแบบฐานยึดให้เหมาะสมกับพื้นที่ลาดชัน การทดสอบปริมาณน้ำที่เก็บได้จริงในภาคสนาม ไปจนถึงการเพิ่มระบบสื่อสารระยะไกลและการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อให้ต้นแบบสามารถทำงานได้ในพื้นที่ห่างไกลโดยไม่ต้องพึ่งพาไฟฟ้าจากระบบหลัก
ในวันที่สภาพภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงและการจัดการน้ำกลายเป็นโจทย์สำคัญของภาคเกษตรไทย ต้นแบบ “ร่มเก็บน้ำฝน” เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเล็ก ๆ แต่สะท้อนให้เห็นว่า บางพื้นที่ไม่ได้ขาดฝน หากขาดระบบและวิธีการที่ช่วยเก็บน้ำไว้ใช้ให้ทันเวลา นวัตกรรมที่เริ่มจากการมองเห็นปัญหาจริงของชุมชน จึงอาจกลายเป็นทางออกสำคัญในการเพิ่มความมั่นคงด้านน้ำให้กับพื้นที่สูง ลดข้อจำกัดของเกษตรกร และช่วยให้ชุมชนบนดอยมีเครื่องมือรับมือกับความแปรปรวนของธรรมชาติได้ดีขึ้นในอนาคต
