Aproximadamente, ¿cuánta agua necesitaría mi civilización del desierto cada año?

En mi mundo de canales del desierto, toda el agua se suministra desde los polos a las zonas templadas a través de una red de canales. Quiero calcular la cantidad de agua que se necesita para poder calcular las dimensiones de los canales y el caudal en los canales.

La población total que vive en la red de canales es de unos 50 millones. El nivel de civilización es anterior al 400CE. Toda el área es un desierto similar al Sahara pero atravesado por una red de canales de 3000 km de ancho. Las tierras cercanas a los canales son agrícolas con vegetación mixta que incluye bosques, pastizales y una variedad de cultivos, incluido el trigo. Cada año se inunda la tierra para evitar la acumulación de sales en el suelo. El mundo es más o menos como la tierra, pero tiene mucha menos agua y la mayor parte de lo que hay está encerrado en los casquetes polares, por lo tanto, en los canales.

Aproximadamente, ¿cuánta agua necesito mover de los polos a la red cada año para mantener esta civilización? ¿Qué otros factores debo considerar que he pasado por alto?

Si esta es una orden demasiado alta, se agradecería cualquier sugerencia sobre un método general para resolver este problema.

La pérdida por evaporación también es una consideración importante. Lea sobre el río Colorado. nytimes.com/2016/05/22/opinion/…
¿Qué nivel de tecnología es su civilización. los antiguos romanos usaban alrededor de 200 galones por persona, mientras que una civilización moderna usa alrededor de 800-1000 galones o más por persona por día una vez que se incluye el riego y otros usos industriales.
@John es una civilización antigua similar a la de Roma o el antiguo Egipto, pero toda su agua debe ser suministrada ya que prácticamente no llueve y es un desierto. El uso doméstico es probablemente la menor de sus preocupaciones, piense en kilómetros de campos agrícolas, bosques y praderas que necesitan agua regular y una inundación anual.
vea mi respuesta a continuación, tiene razón, el riego es su mayor problema.
El Naib de tu Sietch piensa que este es un plan muy derrochador. El agua es preciosa en el desierto ;-)
@CortAmmon Sí, pero culpa a los precursores de Bene Gesserit. Todo lo que podemos hacer es hacer uso de lo que nos quedó... ;o)

Respuestas (4)

Este tipo de preguntas prácticas se resuelven mejor observando el mundo real que nos rodea. En el mundo real que nos rodea, Egipto es (y siempre fue) un país que depende completamente de un río que trae agua de otros lugares; la precipitación media anual en Egipto (con la excepción de una estrecha franja cerca de la costa mediterránea) es casi nula.

La descarga anual promedio del Nilo sobre Asuán es de aproximadamente 90 km³ por año, o aproximadamente 2800 m³ por segundo, como se informa en " Nile river discarge " de Herbert Riehl, Mohamed El-Bakry y José Meitín, Monthly Weather Review vol. 107 (1979), págs. 1546 y ss. Según el artículo de Wikipedia sobre la Presa Alta de Asuán , de los 55 km³ de agua por año descargados aguas abajo de la presa, 46 km³ por año se desvían a canales de riego.

La población de Egipto a principios del siglo I d. C. se estima en unos 4 millones de personas; la población de Egipto hoy es de aproximadamente 93 millones de personas.

AQUASTAT es tu amigo

AQUASTAT es la base de datos de uso de agua de la ONU. Según esta fuente Egipto tiene 3.761.000 hectáreas bajo cultivo permanente, y utiliza 67.000 millones de m 3 de agua por año para fines agrícolas; o 1,8 millones de m 3 por kilómetro 2 .

Para algunos números comparables de naciones secas, echa un vistazo a Pakistán con 21,280,000 hectáreas y 172,371 millones de m 3 uso (0,8 millones de m 3 por kilómetro 2 ); India con 169.623.000 hectáreas y 688.000 millones de m 3 uso (0,4 millones de m 3 por kilómetro 2 ). Dependiendo de qué tan seca quieras que sea tu comunidad ecuatorial, puedes elegir la proporción.

Suponiendo que necesita 1 hectárea para alimentar a una persona (usando tecnología antigua), y está regando a una tasa alta (1 millón de m 3 por kilómetro 2 ); para una población de 50 millones necesitarás 500.000 millones de m 3 de agua por año; o 500 kilómetros 3 por año.

Como llegar a los 500km 3 de agua a través de un desierto

Afortunadamente, para nosotros, dijiste que el desierto es como el Sahara, y ya tenemos un 'canal' que cruza el Sahara, llamado río Nilo. Resulta que la evaporación es bastante baja. El caudal medio del Nilo Azul, el Nilo Blanco y Atbara combinados suma 85,4 km 3 por año descargado de los Grandes Lagos africanos y Etiopía. Mientras tanto 84.1 km 3 se ven en la presa de Asuán en Egipto. En general, no se pierde mucha agua por evaporación, siempre que el río fluya rápidamente y no sea un pantano estancado.

Para sus propósitos de riego, incluso un recorrido largo no resultará en una pérdida de agua excesiva siempre que los canales estén diseñados con profundidad y un área de superficie expuesta mínima para la evaporación.

gracias por esa referencia Aquastat es justo lo que necesito. Además de la pista dada por AlexP ayer, logré llegar a una cifra de 553 km cúbicos por año que parece estar muy cerca de lo que tiene suponiendo que sus unidades de medida son millones de metros cúbicos. Parece que necesito más agua de lo que pensé al principio en una sexta parte del Amazonas. Voy a necesitar canales más grandes.
Arreglé los números que obviamente me había equivocado; Es mucha agua, pero bastarían cinco o seis canales del tamaño de un Nilo repartidos por todo el planeta. Además, puede hacer suposiciones de riego menos intenso para reducir mucho la demanda de agua. Los antiguos egipcios desperdiciaban agua porque tenían mucha.

un mínimo de 10 000 000 000 galones por día, pero probablemente más cerca de 10 000 000 000 000 galones por día.

Las ciudades romanas tenían un promedio de 200 galones por persona por día, una de las desventajas de un sistema de canales abiertos es que el agua sigue fluyendo incluso si no se usa. Eso es casi el doble que en las ciudades modernas que usan un sistema cerrado, aunque usamos más agua para bañarnos y demás, aunque las ciudades modernas usan mucho más para fines industriales.

Ahora, por supuesto, eso no incluye toda el agua que necesitará para el riego, lo que probablemente aumentará el uso en varios órdenes de magnitud . Y es posible que desee agregar otro 10% al uso de riego moderno y eficiente si están utilizando riego por inundación, aunque puede mejorar eso un poco mediante el uso de un canal revestido e inundación por pulsos.
fuente 1

fuente 2

Una red de canales de 3000 km sería todo un logro para una civilización BCE. Uno de los primeros sistemas de canales de la Tierra fue el sistema de riego de Mesopotamia, que se extendía por la llanura entre el Tigris y el Éufrates. Esta fuente , por ejemplo, llama a los esfuerzos para crear un canal de 50 km entre esos ríos "elaborada hazaña de ingeniería del siglo III EC". Diría que sería mucho peor si tuvieran que cavar en un desierto y los costos de mantenimiento podrían haberlos puesto de rodillas, ya que las tormentas del desierto en una atmósfera densa pueden mover cantidades asombrosas de arena.

También tenga en cuenta que el radio de la Tierra depende de si es polar o ecuatorial. El excedente de altura es de unos 20 km cerca del ecuador, y no se sabe que el agua fluya con entusiasmo hacia arriba. Es una situación común entre los planetas rocosos, siendo la Luna uno de los cuerpos más uniformes a este respecto, pero todavía tiene una diferencia adicional de 2 km y una superficie bastante rugosa por encima de eso.

La Tierra (y todos los planetas/lunas con una velocidad de rotación considerable) tienen "forma de geoide", algo similar a un elipsoide con el ecuador más alejado del centro que los polos. Sin embargo, esto no significa que deba excavar todo ese "exceso de altura", ya que la superficie del geoide es equipotencial y puede considerarse "plana" para todos los usos prácticos; en particular, el agua fluirá a lo largo de esta superficie como si fuera completamente plana y la fuerza de la gravedad (composición de la atracción de la gravedad y la aceleración centrífuga) siempre será perpendicular a la superficie (posiblemente sin apuntar al centro del planeta).
Sí, seguro: las personas que habitan el sistema de canales en este período de tiempo no lo construyeron, lo heredaron. La civilización del constructor tenía nuestro nivel de tecnología, pero fue destruida mucho antes. La protuberancia ecuatorial es cierta, pero no impide que ríos masivos como el Mississippi corran hacia el sur. Y si los mares se secan, todas las apuestas están canceladas...
@ZioByte buen punto
@Slarty, aún debe preocuparse por los costos de mantenimiento. ¿Sabes cuántas veces intentaron desenterrar a Sphinx? Y es bastante pequeño, si se compara con 3000 km.
@ZioByte sí, algo que me ha estado preocupando y fue casi el tema de otra pregunta. Me preguntaba si tal sistema podría "naturalizarse" con la corriente manteniéndolo barrido. Otra opción: tal vez tener crestas en forma de cheurón que apunten río arriba en el lecho del canal a intervalos regulares para recolectar sedimentos y dirigirlos a los lados directamente a la entrada de las bombas impulsadas por ruedas de agua que se utilizan para el riego. Puede haber otra pregunta allí.
@Slarty: dudo mucho que los canales de tal longitud puedan tener suficiente corriente para la limpieza automática. Deben ser bastante grandes y uniformes; la corriente sería casi insignificante, por lo que la limpieza es imprescindible (en mi humilde opinión). Cualquier arena o escombros más finos se depositaría en el fondo casi en el acto. Si necesita un gran flujo de agua, necesita canales correspondientemente anchos y profundos. Note la parte "profunda"; los canales anchos y poco profundos tendrían una gran evaporación. Es posible que desee enterrar grandes partes bajo tierra para evitar la contaminación y la evaporación, pero esto dificultaría la limpieza, OTOH podría ser bueno para la trama.
@ZioByte Todavía no tengo claro esto. Aunque he estado jugando con esta calculadora eng.auburn.edu/~xzf0001/Handbook/Channels.html Difícil hasta que tenga un mejor manejo de los volúmenes, pero un canal con una caída de 1 cm/km, profundidad de 25 m, ancho de 1 km da una caudal de 0,5 m/s y un caudal de 12.000 metros cúbicos/seg (378 km cúbicos/año)
@Slarty: no está claro qué es exactamente lo que está pidiendo. La distancia entre los paralelos es casi constante (~111 km) por lo que para llevar agua desde el polo (lat. >70°) a alguna zona templada (lat.~45°) los canales son ~(70-45)*111 = 2775 -> ~3000Km por lo que su estimación es razonable. Se supone que los canales están casi nivelados (1 cm/Km significa una caída total de ~30 m). US usa ~1.2e12 litros/día con una población ~.32e9 lo que significa >3500l/pers.día. Tus necesidades, al mismo ritmo serían ~200e9 litros/día = ~2300 m^3/seg. Usando su calculadora, obtenemos una caída de 1 cm/km, una profundidad de 27 m, un ancho de 100 m o una tubería redonda de 50 m de diámetro llena 2/3. Parece bien
@ZioByte Lo que quiero saber es aproximadamente cuánta agua necesita esta civilización por año para todas sus necesidades, ya que no llueve. El punto clave es el uso agrocultural del agua a escala masiva. Creo que AlexP puede haberlo resuelto con su figura de extracción de agua para la agricultura.
@Slarty: Las cifras anteriores son para el uso promedio de agua por persona en los EE. UU., que seguramente no es un lugar donde intenten preservar el agua y tengan una gran industria agrícola, el clima de OTOH en su mayoría no es desértico (y realmente no están tratando de cultivar en los desiertos). Esto significa que puede tomar esas cifras, con un grano de sal. La regla general diría que las cifras anteriores son mínimas. Teniendo en cuenta tanto el clima desértico como la evaporación, sospecho que casi necesitas duplicar las cifras.
@ZioByte Haré una pregunta sobre la limpieza, ya que es importante para el diseño general y hay varias opciones.
Aproximadamente, ¿cuánta agua necesitaría mi civilización del desierto cada año?
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