Какие методы могла использовать древняя цивилизация для добычи пресной воды с большой глубины?

Мой дедушка вручную выкопал колодец на своем ранчо в центре Вашингтона. Площадь 6 футов, глубина 160 футов (50 метров). Копать было довольно легко, так как это была формация Ринггольда (ветер принес мелкий песок и глину из нескольких ледниковых периодов назад. Подобные колодцы были вырыты на Ближнем Востоке. Однако он не качал вручную. Он построил поплавок в дно и поставить электрический насос.

Давайте расширим это до 100 м.

Чтобы поднять кг воды на 100 м, вам потребуется около 1000 Дж.

Человек может выполнять полезную работу с мощностью около 100 Вт в течение длительного периода времени, если хорошо питается. https://en.wikipedia.org/wiki/Human_power (заявлено 75 Вт, но с тренировкой улучшится) Ватт - это джоуль в секунду. Таким образом, человек, использующий идеальное устройство, может поднять на поверхность 6 кг — 6 литров или примерно 1,5 галлона воды в минуту.

Вы, вероятно, сделаете это либо с помощью цепи из ведер на веревке, чтобы вес ведра, поднимающегося вверх, уравновешивался весом, опускающимся вниз. Это будет приводиться в действие прогулочной клеткой, чтобы задействовать большие мышцы ног. Если вы можете снизить трение до 50% энергии, один человек поднимает около 200 литров — около 1 барреля — воды в час. Если у вас 12-часовая смена (рабский труд), каждый раб приносит 600 галлонов в день.

В жарком сухом климате человек может выделять с потом около 4 галлонов воды в день. Вам понадобится немного воды для приготовления пищи, стирки. Назовите это 10 галлонами в день. Итак, на этом уровне вам нужен 1 раб на водяных колесах на каждые 60 человек.

Культуры. Вы можете выращивать пшеницу в засушливых районах при 10 дюймах дождя в год, если вы будете обрабатывать землю под паром через год. Принимает 16 дюймов для ежегодного урожая. В пустынном климате потребуется больше. Помидоры требуют 60 дюймов орошения за сезон в долине Сан-Хоакин.

Ячмень может производить 100 бушелей/акр или около 3 тонн. (60 фунтов/бушель для большинства зерновых) Римляне маршировали с 2 фунтами зерна в день. 700 фунтов зерна на человека в год. Акр тогда поддерживает 4 человека и несколько мышей. Акр — это сорок с лишним тысяч квадратных футов. Таким образом, фут воды составляет 40 000 кубических футов воды или около 300 000 галлонов. Таким образом, чтобы откачать воду, требуется 500 человеко-дней. Вы орошаете не силой человеческих мышц. При 1/100 глубины (1 метр) ваша рабочая сила больше, чем производительность.

Хорошо. Не заливайте водой. Израильтяне умеют использовать небольшое количество воды для посевов, направляя ее именно туда, где это необходимо.

Или устроить дождь. Как только дожди идут по разумному графику, у вас появляется растительность, которая не является сельскохозяйственными угодьями. Вы можете пасти тварей. Точно так же Сахара, большая часть Ближнего Востока и Греция стали бесплодными — из-за выпаса скота.

Это, в свою очередь, изменяет климат. Если растения не испаряются в воздух, меньше воды для дождя.

Животные мало помогают. Солома не содержит достаточного количества питательных веществ, чтобы корова могла двигаться сама по себе (она содержит калории, но мало белка), поэтому вам также нужно немного зерна для волов.

Так что нужен другой урожай. Но вам также необходимо обосновать некоторую комбинацию меньшего потребления воды или более высокой производительности. (Картофель, насколько мне известно, самый калорийный на акр.)

Есть причина, по которой пустынные народы часто ведут кочевой образ жизни. Исключения случаются, когда в этом районе есть крупная река. Каждую весну Нил разливался, заливая землю водой и позволяя вести сельское хозяйство. На реках Тигр-Евфрат тоже были паводки, и я думаю, что они тянули оросительные каналы на мили. Одна из причин, по которой строят дамбы, состоит в том, чтобы получить воду так, чтобы ее можно было спустить вниз по склону к полю. Акведуки с гор...

Давайте посмотрим на дренажные системы римских шахт .

Они использовали колесо, к которому были прикреплены ящики с отверстиями. Сначала вода попадала в коробку, когда она была опущена, затем коробка поднималась и отверстие оказывалось над водой. Затем наверху ящик переворачивался вверх дном и через отверстие выходила вода.

На шахтах Rio Tinto у них была серия из восьми пар таких колес.

Итак, 16 человек поднимали с 30-метровой глубины 3 литра воды в секунду. В Дакии были найдены остатки такой системы. Он поднял воду с 75 метров! Представьте, через какой ад прошли эти люди, годами вращая эти колеса под землей...

Ваши родители у океана, насколько я помню. Их пресная вода может опускаться только до сих пор. Вглубь суши вы можете пойти глубже, но проблема с подземной пресной водой у океана заключается в том, что она часто существует в виде линзы над соленой или солоноватой водой.

из https://pubs.usgs.gov/circ/2003/circ1262/http://earthsci.org/education/teacher/basicgeol/groundwa/groundwa.html

Это модель Гибена-Герцберга, объясняющая источники пресной воды поверх соленой. Мне было интересно узнать, что их исследования проводились на острове Мальта. Если вы забурите слишком далеко, вы окажетесь в солоноватой воде. И наоборот, если вы сливаете пресную воду сверх скорости перезарядки (из-за дождя и т. д.), давление пресной воды на соль уменьшается, и соленая вода может попасть в ваши колодцы.

Аналогичная проблема уже решена. Подходящие решения либо

• Нория

машина, приводимая в действие силой воды и используемая для подъема воды в небольшой акведук либо для орошения, либо для использования в городах и деревнях.

• винт Архимеда

машина, исторически использовавшаяся для перекачки воды из низменного водоема в арыки. Вода перекачивается путем вращения винтообразной поверхности внутри трубы.

Вы можете адаптировать их, заставив животных управлять движением.