История водопроводов. Водопроводы древнего Рима

Там, где водопровод, проложенный в виде открытого канала, подходил к ущелью, которые нужно было пересечь, строили напорный резервуар, выложенный из кирпича. По существу, этот резервуар был распределительным, так как сифон состоял не из одной (как в современной гидротехнике), а из нескольких (до девяти) труб, уложенных параллельно друг другу. Их входные концы располагались в ряд в нижней части резервуара.

Трубы изготавливали из свинцовых листов, изгибая их на деревянном сердечнике и спаивая либо зачеканивая края. Труба получалась овального или грушевидного поперечного сечения с продольным швом. (Интересно, что шов не был самым слабым местом трубы: в испытаниях, проведенных Бельграном, разрушение происходило не по шву, а по боковой стенке). Обычно они имели наружный диаметр 25-27 см и толщину стенки от 3 до 5 см. Судя по сохранившимся остаткам, трубы изготавливались длиной около 3 м.

От напорного резервуара трубы спускались по склону ущелья на небольшой глубине под землей. Подземная прокладка труб предотвращала их случайные повреждения и чрезмерное температурное расширение в жаркие дни. Они могли прокладываться до самого дна ущелья, следуя его профилю, однако на дне часто строился невысокий мост для них («вентер» - лат. venter). Вентер создавал два резких перегиба («геникулус» - лат. geniculus) на концах моста, вследствие чего могли возникать напряжения в стыках труб при ударе водяной струи. Однако он сокращал перепад высот в сифоне и, следовательно, уменьшал статическое давление.

Даже там, где вентер хорошо сохранился (например, близ Банана под Лионом) на его поверхности уже нельзя обнаружить следов когда-то проложенных по нему труб. Вентер в Бонане имеет ширину 7,35 м, значительно большую, чем необходимо для прокладки девяти труб диаметром 25 см – вероятно, для удобства строительства и обслуживания сифона.

После второго геникулуса трубы поднимались по противоположному склону ущелья, доставляя воду в приемный резервуар, а из него – в водопровод. Приемный резервуар устанавливался заметно ниже уровня напорного резервуара. Разность их уровней составляла так называемый гидравлический градиент.

Гидравлические потери в трубах существенно больше, чем в обычном прямоугольном канале, поэтому при устройстве сифона приходилось мириться с большей потерей высоты, чем при сооружении обычного моста-акведука. Гидравлический градиент сифона был примерно в 10 раз больше нормального уклона моста-акведука.

О разнообразии топографического характера местности, при котором римляне прибегали к устройству сифонов, можно судить по четырем сохранившимся водопроводам, снабжавшим водой город Лион (римский Лугдунум): это Монт-д'Ор, Жье, Крапонн и Бревенн. Даже относительно короткий водопровод с небольшим общим перепадом высот мог потребовать сооружения нескольких сифонов. Водопровод Монт-д'Ор при перепаде высот 90 м имел два сифона. Водопровод Жье имел равномерный и небольшой уклон, но при общем перепаде высот 110 м потребовал устройства 4 сифонов. Водопровод Карпонн имел крутой перепад в 420 м и всего лишь два сифона, причем один из них – гигантских размеров. Водопровод Бревенн проходил по ступенчатому профилю перемежающихся обрывов и плато. При общем перепаде высот в 350 м для него потребовалось соорудить лишь один сифон.

Водопровод Жье имел два больших сифона – близ Сусье и Бонана. Первый имел длину 1,2 км и глубину 93 м, второй – длину 2,6 км и глубину 123 м. По случайному совпадению перепады высот в каждом из них был 9 м. Это означает, что сифон у Сусье, как более короткий, имел больший гидравлический градиент. Водопровод Крапонн служит свидетельством когда-то существовавшего воистину огромного сифона длиной около 6 км, который опускался почти на 100 м ниже гидравлического градиента. Остатков этого сифона почти не сохранилось, и свидетельством о нем является в большей мере часто топографическим: известно, что водопровод пересекал широкое и глубокое ущелье, слишком большое для сооружения моста, и, следовательно, там был использован сифон.

Общая длина девяти сифонов в лионской водопроводной системе достигает 16,6 км. Если каждый сифон состоял из девяти труб, то общая длина труб должна быть около 150 км. Для изготовления такого количества труб требовалось 12-15 тысяч тонн свинца, и очевидно, что добыча и транспортировка такого огромного количества свинца требовала гигантских усилий. Трубы работали под давлением, которое могло иногда достигать 12 атм. Несомненно, что в системе были течи, но она работала и перекрывала ущелья значительно большего размера, чем самые большие римские мосты-акведуки.

Сравнивая высоту сифонов и мостов-акведуков, можно видеть, что они не перекрывают друг друга и граница проходит на уровне 50 м. При большей глубине ущелья римляне сооружали не мост, а сифон. Можно поэтому заключить, что они отдавали предпочтение мостам-акведукам и обращались к сифону как к вспомогательному средству в тех случаях, когда их инженеры не могли построить мост нужной высоты.

Так как римляне строили только сложные сифоны, то совершенно ясно, что более широкому применению сифонов препятствовали вовсе не технические трудности. Наиболее вероятная причина была высказана Норманом А.Ф. Смитом из Имперского колледжа науки и техники в Лондоне, который утверждает, что все дело было в экономике. Сифоны обходились римлянам дороже, чем мосты. Каменная кладка была дешевой, особенно если камень добывался на месте; дешевыми также были кирпич и известковый раствор. Дешевым был и свинец, который получали в избытке как побочный продукт рафинирования серебра. Проблема заключалась в транспортировке свинца: огромные затраты и тяжелый труд по доставке 15 тыс.т свинца в Лион, вероятно, послужили лучшим аргументом того, чтобы не повторять такой опыт чаще, чем это необходимо.

Древние римляне построили высокие арки моста Пон-дю-Гар не просто из любви к грандиозным сооружениям (хотя они, безусловно, гордились его величием) и не потому, что их строителям не хватало знаний или они не могли делать прочные трубы. Решающим фактором была стоимость сооружения. Поэтому там, где проходили древнеримские водопроводы, кое-где встречаются остатки каменных арок на месте, где когда-то можно было восхищаться смелостью инженерной мысли – перекрывающим ущелье сифоном.

Акведук (с лат. Aquae dactus) – в буквальном переводе «водопровод»; в более узком значении, как принято в русской технике, под словом акведук подразумевается мост, который служит не для проезда, а для пропуска воды. Такие мосты устраиваются в том случае, если воду… приходится проводить через глубокие долины, овраги, улицы, дороги, над реками или другими водопроводами и каналами… Так как подобные сооружения являются необходимым устройством лишь в гористых и густонаселенных странах, чего Россия не представляет, то у нас подобных сооружений не встречается…. В настоящее время при снабжении городов водою избегают устройства столь дорогостоящих сооружений, что стало возможно с введением подъемных и напорных паровых насосов, проводящих воду закрытыми трубами под земною поверхностью, чего в древние времена достигнуть было невозможно. Вот почему достопримечательные каменные водопроводные сооружения мы встречаем наиболее в глубокой древности, проведенными часто на значительной высоте. Так, напр., водопровод в Риме, устроенный еще при Августе, служит для соединения источника «Caput aquae» с большим водохранилищем «Castellum»; водопровод Aqua Appia, устроенный за 312 лет до Р.Х.; Annio vetus (273 до Р.Х.); Marcia (146 до Р.Х.); Tepula (127 до Р.Х.); Julia et Virgo (во времена Августа) и другие. Водопроводы, относящиеся ко временам Калигулы (37-41 по Р.Х.) и Клавдия (41-54 п. Р.Х.), проведены на высоте 32 метров над Aqua Claudia и Anio novus на аркадах. Устройство их весьма прочно, так как в растворе для связи камней употреблялась местная порода гидравлического цемента пуцелана и сантуринская земля. В провинции Старой Испании в Сеговии имеется водопровод двухъярусный  33,7 м высотою, в Алькантаре над Maio 43,6 м высотою, расстояния между быками 31,1 м и 1,6 м толщина в конце свода; Ехельвса (Ehelves) 16,2 м высоты, 8,75 м отверстие в пролете; в Мериде над Альбарегой трехъярусный акведук 24,8 м высоты; в Галии, в Метце акведук 22,7 метр. высотою и замечательный Font du Gard (Nemausus). Эта последняя постройка Римлян времен полководца Агриппы (63-13 до Р.Х.) отличается красотой архитектуры, водопроводный мост воздвигнут в три этажа, высотою 48,77 метр. Водопроводный мост в Константинополе, который императором Адрианом заложен и Феодосием возобновлен, равно как каменные водопроводы в Лионе и Париже – тоже остатки работ римлян. Водопроводы в Северной Африке, Греции, Малой Азии, тоже времен римской империи…

Брокгауз и Ефрон. Энциклопедический словарь. Санкт-Петербург, 1890 год