Сколько примерно воды потребуется моей пустынной цивилизации каждый год?

В моем пустынном мире каналов вся вода поступает с полюсов в умеренные зоны через сеть каналов. Я хочу рассчитать необходимое количество воды, чтобы рассчитать размеры каналов и скорость потока в каналах.

Общая численность населения, проживающего в сети каналов, составляет около 50 миллионов человек. Уровень цивилизации до 400 года н.э. Вся территория представляет собой пустыню, похожую на Сахару, но пересеченную сетью каналов протяженностью 3000 км. Земли возле каналов являются сельскохозяйственными со смешанной растительностью, включая леса, пастбища и различные культуры, включая пшеницу. Каждый год землю затапливают, чтобы предотвратить накопление солей в почве. Мир примерно похож на землю, но в нем гораздо меньше воды, и большая часть того, что есть, заперта в ледяных шапках, отсюда и каналы.

Примерно сколько воды мне нужно каждый год перемещать с полюсов в сеть, чтобы поддерживать эту цивилизацию? Какие еще факторы я должен учитывать, которые я упустил из виду?

Если это слишком высокий порядок, любые указатели на общий метод решения этой проблемы будут оценены.

Потери на испарение также являются важным фактором. Почитайте про реку Колорадо. nytimes.com/2016/05/22/мнение/…
На каком технологическом уровне находится ваша цивилизация. древние римляне использовали около 200 галлонов на человека, в то время как современная цивилизация использует около 800-1000 галлонов или более на человека в день, если учесть орошение и другие промышленные применения.
@Джон, это древняя цивилизация, похожая на римскую или древний Египет, но вся их вода должна быть обеспечена, так как дождя практически нет, а это пустыня. Домашнее использование, вероятно, является наименьшей из их забот, они думают, что мили сельскохозяйственных полей, лесов и пастбищ нуждаются в регулярной воде и ежегодном наводнении.
см. мой ответ ниже, вы правы, орошение - ваша самая большая проблема.
Наиб вашего съетча считает, что это очень расточительный план. В пустыне вода дорога ;-)
@CortAmmon Да, но вините предшественников Бене Джессерит. Все, что мы можем сделать, это использовать то, что нам осталось... ;о)

Ответы (4)

Такого рода практические вопросы лучше всего решать, глядя на реальный мир вокруг нас. В реальном мире вокруг нас Египет является (и всегда был) страной, которая полностью зависит от одной реки, которая приносит воду из других мест; среднегодовое количество осадков в Египте (за исключением узкой полосы у побережья Средиземного моря) почти равно нулю.

Среднегодовой сток Нила над Асуаном составляет около 90 км³ в год, или около 2800 м³ в секунду, как сообщается в « Расходе реки Нил » Герберта Риля, Мохамеда Эль-Бакри и Хосе Мейтина, Monthly Weather Review vol. 107 (1979), стр. 1546 кв. Согласно статье в Википедии об Асуанской высокой плотине , из 55 км³ воды в год, сбрасываемых вниз по течению от плотины, 46 км³ в год отводится в оросительные каналы.

Население Египта в начале I века н.э. оценивается примерно в 4 миллиона человек; население Египта сегодня составляет около 93 миллионов человек.

АКВАСТАТ твой друг

AQUASTAT — это база данных ООН по использованию воды. Согласно этому источнику, Египет имеет 3 761 000 га постоянной обработки и использует 67 000 млн м 3 воды в год для сельскохозяйственных нужд; или 1,8 млн м 3 за км 2 .

Для некоторых сопоставимых цифр из засушливых стран посмотрите на Пакистан с его 21 280 000 га и 172 371 млн м . 3 использования (0,8 млн м 3 за км 2 ); Индия на 169 623 000 га и 688 000 миллионов м 3 использования (0,4 млн м 3 за км 2 ). В зависимости от того, насколько сухим вы хотите, чтобы ваше экваториальное сообщество было, вы можете выбрать соотношение.

Если предположить, что вам нужно 1 га, чтобы накормить человека (по древней технологии), и вы орошаете с высокой скоростью (1 млн м 3 за км 2 ); для населения в 50 миллионов вам понадобится 500 000 миллионов м 3 воды в год; или 500 км 3 в год.

Как проехать 500 км. 3 воды через пустыню

К счастью для нас, вы сказали, что пустыня подобна Сахаре, и у нас уже есть «канал», пересекающий Сахару, называемый рекой Нил. Как оказалось, испарение довольно низкое. Средний сток из Голубого Нила, Белого Нила и Атбары в сумме составляет 85,4 км. 3 в год сбрасывается из Великих африканских озер и Эфиопии. При этом 84,1 км 3 можно увидеть на Асуанской плотине в Египте. В общем, на испарение теряется не так уж много воды, если река течет быстро, а не представляет собой стоячее болото.

Для ваших ирригационных целей даже дальний рейс не приведет к слишком большим потерям воды, если каналы спроектированы с учетом глубины и минимальной открытой поверхности для испарения.

спасибо за эту ссылку Аквастат как раз то, что мне нужно. В дополнение к наводке, данной AlexP вчера, мне удалось получить цифру в 553 кубических километра в год, которая, кажется, очень близка к тому, что у вас есть, если предположить, что ваши единицы измерения - миллионы кубических метров. Кажется, мне нужно больше воды, чем я думал на одной шестой части Амазонки. Мне понадобятся каналы большего размера.
Я исправил числа, которые, очевидно, ошибся; Это много воды, но пять или шесть каналов размером с Нил, разбросанных по всей планете, сделают это. Кроме того, вы можете сделать предположение о менее интенсивном поливе, чтобы значительно снизить потребность в воде. Древние египтяне тратили воду впустую, потому что ее было много.

минимум 10 000 000 000 галлонов в день, но, вероятно, ближе к 10 000 000 000 000 галлонов в день.

В римских городах в среднем 200 галлонов на человека в день, одним из недостатков открытой системы каналов является то, что вода продолжает течь, даже если она не используется. Это почти в два раза больше, чем в современных городах, которые используют закрытую систему, хотя мы используем больше воды для купания и тому подобного, хотя современные города используют гораздо больше воды для промышленных целей.

Теперь, конечно, это не включает всю воду, которая вам понадобится для орошения, что, вероятно, увеличит использование на несколько порядков . И это при использовании современного эффективного орошения, вы можете добавить еще 10% к этому, если они используют орошение затоплением, хотя вы можете несколько улучшить это, используя облицованный канал и импульсное затопление.
источник 1

источник 2

3000-километровая сеть каналов была бы настоящим достижением для цивилизации до нашей эры. Одной из самых ранних систем каналов на Земле была ирригационная система в Месопотамии, простиравшаяся по равнине между Тигром и Евфратом. Этот источник , например, называет усилия по созданию 50-километрового канала между этими реками «сложным инженерным достижением 3-го века нашей эры». Я бы сказал, что было бы намного хуже, если бы им пришлось копать его в пустыне, а затраты на содержание могли бы поставить их на колени, поскольку пустынные бури в плотной атмосфере могут перемещать невероятное количество песка.

Также обратите внимание, что радиус Земли зависит от того, является ли она полярной или экваториальной. Избыток высоты составляет около 20 км вблизи экватора, и известно, что вода не устремляется вверх. Это обычная ситуация среди каменистых планет, Луна является одним из самых однородных тел в этом отношении, но у нее все еще есть перепад в 2 км и довольно шероховатая поверхность над этим.

Земля (и все планеты/луны с большой скоростью вращения) имеют форму «геоида», что-то похожее на эллипсоид с экватором, более удаленным от центра, чем полюса. Это, однако, не означает , что вам нужно копать весь этот «избыток высоты», поскольку поверхность геоида эквипотенциальна и может считаться «плоской» для всех практических применений; в частности, вода будет течь по этой поверхности, как если бы она была совершенно плоской, а сила тяжести (композиция гравитационного притяжения и центробежного ускорения) всегда будет перпендикулярна поверхности (возможно, не указывая на центр планеты).
Да точно - люди, населяющие систему каналов в этот период времени, не построили ее, они ее унаследовали. Цивилизация строителей имела наш уровень технологий, но была уничтожена задолго до этого. Что касается экваториальной выпуклости, то она верна, но она не мешает таким массивным рекам, как Миссисипи, течь на юг. И если моря высохнут, все ставки сняты...
@ZioByte хорошее замечание
@Slarty, тебе все еще нужно помнить о расходах на содержание. Вы знаете, сколько раз они пытались выкопать Сфинкса? И это совсем немного, если сравнивать с 3000км.
@ZioByte да, что-то, что беспокоило меня и было почти предметом другого вопроса. Мне было интересно, может ли такая система стать «натурализованной» с течением, удерживающим ее. Другой вариант - возможно, иметь шевронообразные гребни, направленные вверх по течению в русле канала через равные промежутки времени, чтобы собирать осадок и направлять его в стороны непосредственно в водозабор насосов с приводом от водяного колеса, используемых для орошения. Может там еще вопрос.
@Slarty: я сильно сомневаюсь, что в каналах такой длины может быть достаточно тока для автоматической очистки. Они должны быть достаточно большими и ровными; ток будет почти незначительным, поэтому очистка обязательна (ИМХО). Любой песок или более мелкий мусор оседал бы на дне почти на месте. Если вам нужен большой расход воды, вам нужны соответственно широкие и глубокие каналы. Обратите внимание на «глубокую» часть; широкие неглубокие каналы имели бы огромное испарение. Возможно, вы захотите закопать большие части под землей, чтобы избежать загрязнения и испарения, но это затруднит очистку, OTOH может быть полезен для участка.
@ZioByte Мне это еще не ясно. Хотя я возился с этим калькулятором eng.auburn.edu/~xzf0001/Handbook/Channels.html Трудно, пока я лучше не разберусь с объемами, но один канал с перепадом 1 см / км, глубиной 25 м, шириной 1 км дает расход 0,5 м/с и расход 12 000 куб.м/сек (378 куб.км/год)
@Slarty: неясно, что именно вы просите. Расстояние между параллелями почти постоянно (~111 км), поэтому для доставки воды от полюса (широта >70°) в некоторую умеренную зону (широта ~45°) каналы составляют ~(70-45)*111 = 2775 -> ~3000 км. так что ваша оценка разумна. Каналы должны быть почти ровными (1 см/км означает общее падение ~30 м). США потребляют ~ 1,2e12 литров в день с населением ~ 0,32e9, что означает> 3500 л / чел. в день. Ваши потребности при той же скорости будут ~200e9 литров/день = ~2300 м^3/сек. с помощью вашего калькулятора получаем перепад 1см/км, глубина 27м, ширина 100м или круглая труба диаметром 50м заполненная на 2/3. вроде нормально
@ZioByte Что я хочу знать, так это примерное количество воды, которое требуется этой цивилизации в год для всех их нужд, поскольку дождей не бывает. Ключевым моментом является массовое агрокультурное использование воды. Я думаю, что AlexP, возможно, взломал его со своей фигурой абстракции воды для сельского хозяйства.
@Slarty: Приведенные выше цифры относятся к среднему потреблению воды на человека в США, которые, безусловно, не являются местом, где они пытаются сохранить воду и имеют огромную сельскохозяйственную промышленность, климат OTOH в основном не пустынный (и они на самом деле не пытаются выращивать урожай в пустынях). Это означает, что вы можете принять эти цифры с долей скептицизма. Эмпирическое правило говорит, что приведенные выше цифры являются минимальными. Принимая во внимание как климат пустыни, так и испарение, я подозреваю, что вам почти нужно удвоить цифры.
@ZioByte Я задам вопрос об очистке, так как это важно для общего дизайна, а также различные варианты.
Сколько примерно воды потребуется моей пустынной цивилизации каждый год?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v