Wie viel Wasser würde meine Wüstenzivilisation ungefähr jedes Jahr benötigen?

In meiner Wüstenkanalwelt wird alles Wasser von den Polen über ein Kanalnetz in die gemäßigten Zonen geleitet. Ich möchte die benötigte Wassermenge berechnen, damit ich die Dimensionen der Kanäle und die Durchflussrate in den Kanälen berechnen kann.

Die Gesamtbevölkerung, die im Kanalnetz lebt, beträgt etwa 50 Millionen. Das Zivilisationsniveau ist vor 400 n. Chr. Das ganze Gebiet ist eine Wüste ähnlich der Sahara, aber durchzogen von einem 3000 km breiten Kanalnetz. Die Ländereien in der Nähe der Kanäle sind landwirtschaftlich mit gemischter Vegetation, einschließlich Wäldern, Grasland und einer Vielzahl von Feldfrüchten, einschließlich Weizen. Jedes Jahr wird das Land überschwemmt, um die Ansammlung von Salzen im Boden zu verhindern. Die Welt ist ungefähr erdähnlich, hat aber viel weniger Wasser und das meiste, was es gibt, ist in den Eiskappen eingeschlossen, daher die Kanäle.

Wie viel Wasser muss ich ungefähr pro Jahr von den Polen in das Netz bewegen, um diese Zivilisation zu erhalten? Welche anderen Faktoren muss ich berücksichtigen, die ich übersehen habe?

Wenn dies eine zu große Aufgabe ist, wären Hinweise auf ein allgemeines Verfahren zur Lösung dieses Problems willkommen.

Der Verdunstungsverlust ist ebenfalls ein wichtiger Gesichtspunkt. Informieren Sie sich über den Colorado River. nytimes.com/2016/05/22/meinung/…
Welches Technologieniveau hat Ihre Zivilisation? Die alten Römer verbrauchten etwa 200 Gallonen pro Person, während eine moderne Zivilisation etwa 800-1000 Gallonen oder mehr pro Person und Tag verbraucht, wenn man die Bewässerung und andere industrielle Zwecke mit einbezieht.
@John, es ist eine alte Zivilisation, ähnlich der von Rom oder dem alten Ägypten, aber ihr gesamtes Wasser muss geliefert werden, da es praktisch keinen Regen gibt und es eine Wüste ist. Der häusliche Gebrauch ist wahrscheinlich ihre geringste Sorge, wenn man bedenkt, dass kilometerlange landwirtschaftliche Felder, Wälder und Wiesen alle regelmäßiges Wasser und eine jährliche Überschwemmung benötigen.
Siehe meine Antwort unten, Sie haben Recht, Bewässerung ist Ihr größtes Problem.
Der Naib Ihres Sietch hält das für einen sehr verschwenderischen Plan. Wasser ist in der Wüste kostbar ;-)
@CortAmmon Ja, aber beschuldigen Sie die Vorläufer des Bene Gesserit. Wir können nur das nutzen, was uns geblieben ist... ;o)

Antworten (4)

Solche praktischen Fragen lassen sich am besten lösen, indem man sich die reale Welt um uns herum ansieht. In der realen Welt um uns herum ist Ägypten (und war es schon immer) ein Land, das sich vollständig auf einen Fluss verlässt, der Wasser von anderswo herführt; Der durchschnittliche jährliche Niederschlag in Ägypten (mit Ausnahme eines schmalen Streifens in der Nähe der Mittelmeerküste) liegt bei etwa Null.

Der durchschnittliche jährliche Abfluss des Nils über Assuan beträgt etwa 90 km³ pro Jahr oder etwa 2800 m³ pro Sekunde, wie in „ Nile river discarge “ von Herbert Riehl, Mohamed El-Bakry und José Meitín, Monthly Weather Review vol. 107 (1979), S. 1546 sqq. Laut dem Wikipedia-Artikel über den Assuan-Staudamm werden von den 55 km³ Wasser, die pro Jahr stromabwärts des Staudamms abgeleitet werden, 46 km³ pro Jahr in Bewässerungskanäle umgeleitet.

Die Bevölkerung Ägyptens zu Beginn des 1. Jahrhunderts n. Chr. wird auf etwa 4 Millionen Menschen geschätzt; Die Bevölkerung Ägyptens beträgt heute etwa 93 Millionen Menschen.

AQUASTAT ist dein Freund

AQUASTAT ist die Wassernutzungsdatenbank der UNO. Nach dieser Quelle hat Ägypten 3.761.000 Hektar unter ständiger Bewirtschaftung und verwendet 67.000 Millionen m 3 Wasser pro Jahr für landwirtschaftliche Zwecke; oder 1,8 Millionen m 3 pro km 2 .

Vergleichbare Zahlen aus trockenen Nationen finden Sie in Pakistan mit 21.280.000 Hektar und 172.371 Millionen m 3 Nutzung (0,8 Mio 3 pro km 2 ); Indien mit 169.623.000 Hektar und 688.000 Millionen m 3 Verbrauch (0,4 Mio 3 pro km 2 ). Je nachdem, wie trocken Ihre äquatoriale Gemeinde sein soll, können Sie das Verhältnis wählen.

Angenommen, Sie benötigen 1 Hektar, um eine Person zu ernähren (unter Verwendung alter Technologie), und Sie bewässern mit einer hohen Rate (1 Million m 3 pro km 2 ); für eine Bevölkerung von 50 Millionen braucht man 500.000 Millionen m 3 Wasser pro Jahr; oder 500km 3 pro Jahr.

Wie komme ich auf 500 km 3 Wasser durch eine Wüste

Zum Glück für uns sagten Sie, die Wüste sei wie die Sahara, und wir haben bereits einen „Kanal“, der die Sahara durchquert, den Nil. Wie sich herausstellt, ist die Verdunstung ziemlich gering. Der durchschnittliche Fluss aus dem Blauen Nil, dem Weißen Nil und Atbara beträgt zusammen 85,4 km 3 pro Jahr aus den afrikanischen Großen Seen und Äthiopien eingeleitet. Inzwischen 84,1 km 3 sind am Assuan-Staudamm in Ägypten zu sehen. Insgesamt geht nicht viel Wasser durch Verdunstung verloren, solange der Fluss schnell fließt und kein stehender Sumpf ist.

Für Ihre Bewässerungszwecke würde selbst eine lange Fahrt nicht zu einem zu großen Wasserverlust führen, solange die Kanäle mit Tiefe und minimaler freiliegender Oberfläche zur Verdunstung ausgelegt sind.

danke für diesen Hinweis Aquastat ist genau das, was ich brauche. Zusätzlich zu dem von AlexP gestern gegebenen Hinweis gelang es mir, eine Zahl von 553 Kubikkilometern pro Jahr zu ermitteln, die bemerkenswert nahe an dem zu liegen scheint, was Sie haben, wenn Sie davon ausgehen, dass Ihre Maßeinheiten Millionen Kubikmeter sind. Anscheinend brauche ich mehr Wasser, als ich zuerst dachte, bei einem Sechstel des Amazonas brauche ich größere Kanäle.
Ich korrigierte die Zahlen, die ich offensichtlich falsch verstanden hatte; Es ist viel Wasser, aber fünf oder sechs nilgroße Kanäle, die über den Planeten verteilt sind, würden es tun. Sie können auch von einer weniger intensiven Bewässerung ausgehen, um den Wasserbedarf erheblich zu reduzieren. Die alten Ägypter verschwendeten Wasser, weil sie genug davon hatten.

mindestens 10.000.000.000 Gallonen pro Tag, aber wahrscheinlich näher an 10.000.000.000.000 Gallonen pro Tag.

Römische Städte verbrauchten im Durchschnitt 200 Gallonen pro Person und Tag. Einer der Nachteile eines offenen Kanalsystems ist, dass das Wasser weiter fließt, auch wenn es nicht benutzt wird. Das ist fast doppelt so viel wie in modernen Städten, die ein geschlossenes System verwenden, obwohl wir mehr Wasser zum Baden und dergleichen verbrauchen, obwohl moderne Städte viel mehr für industrielle Zwecke verbrauchen.

Das schließt natürlich nicht das gesamte Wasser ein, das Sie für die Bewässerung benötigen, was den Verbrauch wahrscheinlich um mehrere Größenordnungen erhöhen wird . Und das bedeutet, dass moderne effiziente Bewässerung verwendet wird. Vielleicht möchten Sie weitere 10 % hinzufügen , wenn sie Flutbewässerung verwenden, obwohl Sie dies etwas verbessern können, indem Sie einen ausgekleideten Kanal und Impulsfluten verwenden.
Quelle 1

Quelle 2

3000 km Kanalnetz wären eine ziemliche Errungenschaft für eine Zivilisation vor Christus. Eines der frühesten Kanalsysteme der Erde war das Bewässerungssystem in Mesopotamien, das sich über die Ebene zwischen Tigris und Euphrat ausbreitete. Diese Quelle nennt zum Beispiel Bemühungen, einen 50 km langen Kanal zwischen diesen Flüssen zu schaffen, als „ausgeklügelte technische Meisterleistung des 3. Jahrhunderts n. Chr.“. Ich würde sagen, es wäre viel schlimmer, wenn sie es in einer Wüste graben müssten und die Unterhaltskosten sie in die Knie zwingen könnten, da Wüstenstürme in einer dichten Atmosphäre erstaunliche Mengen an Sand bewegen können.

Beachten Sie auch, dass der Erdradius davon abhängt, ob er polar oder äquatorial ist. Der Höhenüberschuss beträgt etwa 20 km in Äquatornähe, und es ist nicht bekannt, dass Wasser eifrig nach oben fließt. Dies ist eine übliche Situation unter felsigen Planeten, wobei der Mond in dieser Hinsicht einer der einheitlichsten Körper ist, aber er hat immer noch einen Überschuss von 2 km und darüber eine ziemlich raue Oberfläche.

Die Erde (und alle Planeten / Monde mit beträchtlicher Rotationsgeschwindigkeit) sind "geoidförmig", ähnlich einem Ellipsoid, dessen Äquator weiter vom Zentrum entfernt ist als die Pole. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Sie den gesamten „Höhenüberschuss“ graben müssen, da die Geoidoberfläche äquipotential ist und für alle praktischen Anwendungen als „flach“ angesehen werden kann; insbesondere wird Wasser entlang dieser Oberfläche fließen, als wäre sie völlig flach, und die Schwerkraft (Zusammensetzung aus Schwerkraft und Zentrifugalbeschleunigung) wird immer senkrecht zur Oberfläche sein (möglicherweise nicht zum Planetenmittelpunkt zeigen).
Ja, sicher – die Menschen, die das Kanalsystem in dieser Zeit bewohnten, haben es nicht gebaut, sie haben es geerbt. Die Zivilisation der Erbauer hatte unser technologisches Niveau, wurde aber schon lange vorher zerstört. Die äquatoriale Wölbung stimmt, aber sie hindert gewaltige Flüsse wie den Mississippi nicht daran, nach Süden zu fließen. Und wenn die Meere austrocknen, sind alle Wetten ungültig ...
@ZioByte guter Punkt
@Slarty, Sie müssen sich immer noch um die Wartungskosten kümmern. Weißt du, wie oft sie versucht haben, Sphinx auszugraben? Und es ist ziemlich klein, wenn man es mit 3000 km vergleicht.
@ZioByte ja etwas, das mich beunruhigt hat und fast Gegenstand einer anderen Frage war. Ich habe mich gefragt, ob ein solches System "eingebürgert" werden könnte, wenn es von der Strömung gefegt wird. Eine weitere Option - vielleicht Chevron-ähnliche Grate, die in regelmäßigen Abständen stromaufwärts im Kanalbett zeigen, um Sedimente zu sammeln und sie in die Seiten direkt in den Einlass der Wasserrad-angetriebenen Pumpen zu leiten, die für die Bewässerung verwendet werden. Da kommt vielleicht noch eine Frage.
@Slarty: Ich bezweifle stark, dass Kanäle einer solchen Länge genug Strom für die automatische Reinigung haben könnten. Sie müssen ziemlich groß und gleichmäßig sein; Der Strom wäre fast vernachlässigbar, daher ist eine Bereinigung ein Muss (IMHO). Jeglicher Sand oder feinere Ablagerungen würden sich fast auf der Stelle auf dem Boden ablagern. Benötigen Sie einen großen Wasserdurchfluss benötigen Sie entsprechend breite und tiefe Rinnen. Beachten Sie den „tiefen“ Teil; breite flache Kanäle hätten eine enorme Verdunstung. Möglicherweise möchten Sie große Teile unterirdisch vergraben, um sowohl Kontamination als auch Verdunstung zu vermeiden, aber dies würde die Reinigung erschweren, OTOH könnte gut für die Parzelle sein.
@ZioByte Das ist mir noch nicht klar. Obwohl ich mit diesem Rechner eng.auburn.edu/~xzf0001/Handbook/Channels.html herumgespielt habe, ist es schwierig, bis ich die Lautstärke besser in den Griff bekomme, aber ein Kanal mit einem Abfall von 1 cm / km, einer Tiefe von 25 m und einer Breite von 1 km ergibt einen Strömung von 0,5 m/s und einer Entladung von 12.000 Kubikmetern/Sek. (378 Kubikkilometer/Jahr)
@Slarty: Es ist unklar, wonach genau Sie fragen. Die Entfernung zwischen den Parallelen ist fast konstant (~111 km), um also Wasser vom Pol (Breite >70°) in eine gemäßigte Zone (Breite ~45°) zu bringen, sind Kanäle ~(70-45)*111 = 2775 -> ~3000 km Ihre Schätzung ist also angemessen. Die Kanäle sollten fast eben sein (1 cm / km bedeutet ein Gesamtgefälle von ~ 30 m). Die USA verbrauchen ~1,2e12 Liter/Tag mit einer Bevölkerung von ~0,32e9, was >3500l/Pers.Tag bedeutet. Ihr Bedarf wäre bei gleicher Rate ~200e9 Liter/Tag = ~2300 m^3/Sek. Mit Ihrem Rechner erhalten wir 1 cm / km Gefälle, Tiefe 27 m, Breite 100 m oder ein rundes Rohr mit 50 m Durchmesser, das zu 2/3 gefüllt ist. Es scheint in Ordnung zu sein
@ZioByte Was ich wissen möchte, ist ungefähr, wie viel Wasser diese Zivilisation pro Jahr für alle ihre Bedürfnisse benötigt, da es nicht regnet. Der springende Punkt ist die landwirtschaftliche Nutzung von Wasser in großem Umfang. Ich denke, AlexP hat es vielleicht mit seiner Wasserentnahme für die Agrokultur-Figur geknackt.
@Slarty: Die obigen Zahlen beziehen sich auf den durchschnittlichen Wasserverbrauch/Person in den USA, die sicherlich kein Ort sind, an dem sie versuchen, Wasser zu sparen und eine riesige Agrarindustrie zu haben, das OTOH-Klima ist meistens keine Wüste (und sie versuchen es auch nicht wirklich Feldfrüchte in Wüsten anbauen). Das bedeutet, dass Sie diese Zahlen mit einem Körnchen Salz nehmen können. Die Faustregel würde sagen, dass die obigen Zahlen ungefähr das Minimum sind. Wenn man sowohl das Wüstenklima als auch die Verdunstung berücksichtigt, vermute ich, dass Sie die Zahlen fast verdoppeln müssen.
@ZioByte Ich werde eine Frage zur Reinigung stellen, da dies für das Gesamtdesign wichtig ist und es verschiedene Optionen gibt.
Wie viel Wasser würde meine Wüstenzivilisation ungefähr jedes Jahr benötigen?
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