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TASK 3: WATER SUPPLY ANALYSIS - MULTI-SCENARIO COMPARISON
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## 模型参数
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- 殖民地人口: 100,000 人
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- 生存用水: 2.5 L/人/天
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- 卫生用水: 0.4 × α L/人/天
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- 医疗应急: 5.0 L/次 (每百人每日患病率 2%)
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- 水循环回收率: 90%
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- 安全缓冲: 30 天
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- 舒适度系数场景: α = [1, 50, 250]
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## 各场景水需求汇总
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α 人均日用水(L) 水库(吨) 日补充(吨) 月补充(吨) 首批(吨) 年补充(吨)
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1 2.9 290.0 29.1 873.0 1163.0 10621.5
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50 22.5 2250.0 225.1 6753.0 9003.0 82161.5
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250 102.5 10250.0 1025.1 30753.0 41003.0 374161.5
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## 场景: 舒适度系数 α = 1
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### 水需求参数
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- 每人每日用水: 2.9 L (生存 2.5 + 卫生 0.4)
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- 每日循环水量 (水库): 290.0 吨
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- 每日医疗用水: 0.1 吨 (20 次)
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- 每日循环损耗 (10%): 29.0 吨
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- 每日总补充量: 29.1 吨
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- 每月补充量: 873.0 吨
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- 首批运输量 (水库+30天缓冲): 1163.0 吨
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- 年补充量: 10621.5 吨
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### 四种运输方案对比
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方案 首批天数 首批能耗(TJ) 月补天数 月补能耗(TJ)
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方案1: 仅空间电梯 0.79 182.82 0.593 137.24
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方案2: 仅火箭（10发射场） 0.93 588.58 0.698 441.82
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方案3: 混合（电梯+10发射场） 0.43 369.21 0.321 277.15
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方案4: 混合（电梯+低纬发射场） 0.59 283.14 0.443 212.54
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## 场景: 舒适度系数 α = 50
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### 水需求参数
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- 每人每日用水: 22.5 L (生存 2.5 + 卫生 20.0)
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- 每日循环水量 (水库): 2250.0 吨
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- 每日医疗用水: 0.1 吨 (20 次)
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- 每日循环损耗 (10%): 225.0 吨
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- 每日总补充量: 225.1 吨
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- 每月补充量: 6753.0 吨
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- 首批运输量 (水库+30天缓冲): 9003.0 吨
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- 年补充量: 82161.5 吨
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### 四种运输方案对比
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方案 首批天数 首批能耗(TJ) 月补天数 月补能耗(TJ)
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方案1: 仅空间电梯 6.12 1415.27 4.590 1061.57
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方案2: 仅火箭（10发射场） 7.20 4556.33 5.402 3417.63
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方案3: 混合（电梯+10发射场） 3.31 2858.12 2.482 2143.83
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方案4: 混合（电梯+低纬发射场） 4.57 2191.85 3.426 1644.07
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## 场景: 舒适度系数 α = 250
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### 水需求参数
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- 每人每日用水: 102.5 L (生存 2.5 + 卫生 100.0)
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- 每日循环水量 (水库): 10250.0 吨
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- 每日医疗用水: 0.1 吨 (20 次)
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- 每日循环损耗 (10%): 1025.0 吨
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- 每日总补充量: 1025.1 吨
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- 每月补充量: 30753.0 吨
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- 首批运输量 (水库+30天缓冲): 41003.0 吨
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- 年补充量: 374161.5 吨
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### 四种运输方案对比
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方案 首批天数 首批能耗(TJ) 月补天数 月补能耗(TJ)
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方案1: 仅空间电梯 27.87 6445.67 20.903 4834.37
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方案2: 仅火箭（10发射场） 32.80 20751.21 24.602 15563.79
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方案3: 混合（电梯+10发射场） 15.07 13016.93 11.301 9762.94
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方案4: 混合（电梯+低纬发射场） 20.80 9982.48 15.601 7487.04
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## 横向对比汇总表
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### 方案1: 仅空间电梯
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α 首批天数 首批能耗(TJ) 月补天数 月补能耗(TJ) 年能耗(PJ)
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1 0.79 182.82 0.593 137.24 1.6697
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50 6.12 1415.27 4.590 1061.57 12.9158
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250 27.87 6445.67 20.903 4834.37 58.8182
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### 方案2: 仅火箭（10发射场）
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α 首批天数 首批能耗(TJ) 月补天数 月补能耗(TJ) 年能耗(PJ)
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1 0.93 588.58 0.698 441.82 5.3754
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50 7.20 4556.33 5.402 3417.63 41.5811
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250 32.80 20751.21 24.602 15563.79 189.3595
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### 方案3: 混合（电梯+10发射场）
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α 首批天数 首批能耗(TJ) 月补天数 月补能耗(TJ) 年能耗(PJ)
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1 0.43 369.21 0.321 277.15 3.3719
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50 3.31 2858.12 2.482 2143.83 26.0832
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250 15.07 13016.93 11.301 9762.94 118.7824
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### 方案4: 混合（电梯+低纬发射场）
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α 首批天数 首批能耗(TJ) 月补天数 月补能耗(TJ) 年能耗(PJ)
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1 0.59 283.14 0.443 212.54 2.5859
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50 4.57 2191.85 3.426 1644.07 20.0028
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250 20.80 9982.48 15.601 7487.04 91.0923
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## 结论与分析
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### 1. 舒适度系数影响
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- α从1增加到250时，年补充量从10621吨增加到374161吨 (+3423%)
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### 2. 运输方案比较
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- 能耗最优: 方案1 (仅电梯) - 比能量 157.2 GJ/吨
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- 时间最优: 方案3 (混合全部) - 日运力 2,721 吨/天
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- 平衡方案: 方案4 (混合低纬) - 兼顾能耗和时间
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### 3. 占用运力比例
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- α=1: 年补充量占电梯年运力的 1.98%
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- α=50: 年补充量占电梯年运力的 15.30%
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- α=250: 年补充量占电梯年运力的 69.68% |